(57)【要約】本発明は、半導体検出器のピクセルに入射する光子または電離放射線の粒子のエネルギーを表す信号に関する。異なるピクセルからの信号間のクロストークは、クロストークを生じさせるイベントのタイミングに従って、クロストーク信号にアライメントされて適用される、タイム・ドメイン級数または関数の形式のクロストーク補償シグネチャを用いて補償される。【選択図】図４
2017521676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電離放射線の粒子または光子のエネルギーを検出するための半導体検出器から信号を受信するように構成されたアナライザであって、
前記半導体検出器は、複数のピクセルを備え、各ピクセルは前記ピクセルに入射する電離粒子または光子に対するピクセルの応答を表す一連のイベントフィーチャを含む信号を出力するように構成され、前記アナライザによって受信された信号は、相互間にクロストークを呈し、それによって少なくとも一部の前記イベントフィーチャが、少なくとも１つの他のピクセルからの信号に対応するクロストークフィーチャを生じさせ、
タイム・ドメイン関数として提供される１つ以上のクロストーク補償シグネチャを含み、各ピクセルについて、そのピクセルからの信号におけるイベントフィーチャを検出するように構成されるとともに、該対応する検出されたイベントフィーチャとアライメントされた１つ以上のクロストーク補償シグネチャのうちの選択されたものを用いて、ピクセルのうちの１つ以上の他のピクセルからのコンカレント信号の解析を補償するように構成される、アナライザ。
【請求項２】
前記イベントフィーチャの１つ以上のプロパティに関して前記クロストーク補償シグネチャを正規化するように、かつ、前記検出された各イベントフィーチャの前記１つ以上のプロパティを測定するように、かつ、前記コンカレント信号の補償解析に使用するために前記測定されたプロパティに従って前記１つ以上のクロストーク補償シグネチャの前記選択されたものをスケーリングするように、さらに構成される請求項１に記載のアナライザ。
【請求項３】
前記１つ以上のプロパティが、前記光子または前記電離放射線の他の粒子のエネルギーに対応するプロパティを含み、該対応するイベントフィーチャを生じさせる、請求項１または２に記載のアナライザ。
【請求項４】
前記ピクセルのうちの１つ以上の他のピクセルからのコンカレント信号の解析は、それぞれのアライメントされたクロストーク補償シグネチャとの前記コンカレント信号のそれぞれの重ね合わせを含む、請求項１〜３いずれかに記載のアナライザ。
【請求項５】
各イベントフィーチャのタイミングを検出し、検出されたタイミングを用いて対応するクロストーク補償シグネチャを前記コンカレント信号とアライメントさせることを含む、請求項１〜４いずれかに記載のアナライザ。
【請求項６】
前記１つ以上のクロストーク補償シグネチャは、各ピクセルに対して、前記ピクセルの１つ以上の他のピクセルからのコンカレント電気信号におけるクロストークを補償するために用いるように構成される少なくとも１つの補償シグネチャを含む、請求項１〜５いずれかに記載のアナライザ。
【請求項７】
前記１つ以上のクロストーク補償シグネチャは、各ピクセルの補償シグネチャのセットを含み、前記ピクセルの他の１つのピクセルのコンカレント電気信号におけるクロストークを補償するために、セットの各構成要素を使用するように構成されている請求項１〜６いずれかに記載のアナライザ。
【請求項８】
前記ピクセルのうちの他の１つは、１つ以上の隣接するピクセルを含む、請求項１〜７いずれかに記載のアナライザ。
【請求項９】
クロストークを引き起こすコンカレント（並行）検出されたイベントフィーチャの１つ以上のプロパティに従ってスケーリングされるクロストーク補償シグネチャのうちの１つ以上の選択されたものを用いて、前記ピクセルの１つ以上の他のピクセルからのコンカレント電気信号の解析におけるクロストークを補償するように構成されている、請求項１〜８いずれかに記載のアナライザ。
【請求項１０】
前記クロストークを引き起こすコンカレント検出されたイベントフィーチャの前記１つ以上のプロパティは、前記検出されたイベントフィーチャを生じさせる前記電離粒子または光子のエネルギーの測定値を含む、請求項９に記載のアナライザ。
【請求項１１】
各検出されたイベントフィーチャは、対応するピクセルによって出力された信号のステップを含み、ステップの高さは、検出されたイベントフィーチャを生じさせる電離粒子または光子のエネルギーを表す、請求項１〜１０いずれかに記載のアナライザ。
【請求項１２】
請求項１〜１１いずれかに記載の前記アナライザに前記信号を出力するように構成された前記半導体検出器を備える装置。
【請求項１３】
前記半導体検出器は、セグメント化ＨＰＧｅ検出器である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
試料から蛍光的に散乱または放射されたＸ線を検出するように構成された請求項１２または１３に記載の装置を含むシンクロトロンビームライン。
【請求項１５】
複数のピクセルを含む電離放射線の半導体検出器から受信した信号を解析する方法であって、
各ピクセルは、粒子または光子のエネルギーに依存する前記ピクセルに入射する電離粒子または光子に対するピクセルの応答を表す一連のイベントフィーチャを含む前記信号を出力するように構成され、
前記方法は、
タイム・ドメイン関数として１つ以上のクロストーク補償シグネチャを提供するステップと、
各ピクセルから前記出力された信号を受信するステップと、
各ピクセルについて、そのピクセルからの信号におけるイベントフィーチャを検出するステップと、
各ピクセルに対し、対応するイベントフィーチャと同期された１つ以上のクロストーク補償シグネチャのうちの選択されたものを用いて、検出されたイベントフィーチャからのクロストークのための前記ピクセルの他のピクセルの信号の解析を補償するステップと、
を含む方法。
【請求項１６】
前記検出されたイベントフィーチャのタイミングを検出するステップと、前記検出されたタイミングを用いて、クロストーク補償シグネチャを対応するイベントフィーチャと同期させて、クロストークのための前記ピクセルの他のピクセルの信号の解析を補償するステップと、をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記検出されたイベントフィーチャからのクロストークのための前記ピクセルの他のピクセルの信号の補償解析が、前記１つ以上のクロストーク補償シグネチャの前記信号との重ね合わせを含む、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
各検出されたイベントについて、前記ピクセルの他のピクセルは、前記検出されたイベントの前記ピクセルに隣接するピクセルを含む、請求項１５〜１７いずれかに記載の方法。
【請求項１９】
各検出されたイベントフィーチャに対して、
前記イベントフィーチャの１つ以上のプロパティを測定するステップと、
測定された１つ以上のプロパティに従って、選択された１つ以上のクロストーク補償シグネチャをスケーリングするステップと、
スケーリングされた選択されたクロストークシグネチャを前記ピクセルの他のピクセルのコンカレント信号と組み合わせるステップと、
をさらに含む、請求項１５〜１８いずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記１つ以上のプロパティが、前記検出されたイベントフィーチャを生じさせる前記電離粒子または光子のエネルギーに対応するプロパティを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
イベントフィーチャが検出されるべき各ピクセルについて、前記１つ以上のクロストーク補償シグネチャは、前記ピクセルから、前記ピクセルの異なる他のピクセルへのクロストークを補償するために使用される一連の補償シグネチャを含む、請求項１５〜２０いずれかに記載の方法。
【請求項２２】
複数の他の、例えば隣接するピクセルの各々に対する各ピクセルの検出されたイベントフィーチャに起因するクロストーク信号の複数のインスタンスを測定することによって前記タイム・ドメイン関数のクロストークシグネチャを生成するステップと、
前記各ピクセルから他のピクセルのそれぞれの異なる１つへのクロストークのための異なる前記補償シグネチャを形成すべく前記クロストーク信号の前記複数のインスタンスを合成するステップと、
を含む請求項１５〜２１いずれかに記載の方法。
【請求項２３】
前記補償された信号から前記電離粒子または光子のエネルギースペクトルを導出するステップをさらに含む、請求項１５〜２２いずれかに記載の方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法を用いてエネルギースペクトルを導出するステップを含む、Ｘ線蛍光分光法を用いて試料を特徴付ける方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線等の電離放射線を検出する半導体検出器から受信した、特に、処理信号に複数のピクセル（画素）を有するような半導体検出器から受信した信号の処理に関する。本発明はまた、上記のような処理を実行するための装置、及び上記のような検出器とそのような装置とを組み合わせた構成に関する。単なる例として、本発明は、シンクロトロン光源を使用するＸ線分光法の分野で使用されてもよく、検出器は、モノリシック多元素高純度ゲルマニウム検出器であってもよい。
【背景技術】
【０００２】
モノリシックでセグメント化された高純度ゲルマニウム（ＨＰＧｅ）検出器は、高分解能分光法のためのシンクロトロン光源で使用される。この種の光源の増加する輝度を活用するために、ビームラインは、Ｘ線のフラックス（線束）が増加するにつれて、飽和状態にしない、またはエネルギー分解能を失う検出器を必要とする。フラックスの増加に追随するために、検出器システムの性能に使用される２つの主なアプローチがある。それらは、与えられた立体角内のピクセル数を増加させ、性能低下なしに、与えられた数のピクセルがピクセルカウントレート当たり、より高く働くことを可能にするものである。
【０００３】
例えば、英国に拠点を置くダイヤモンドライトソース（Diamond Light Source）は、各ピクセルからの信号を解析し、入射するＸ線のスペクトルを導出可能なデジタル信号処理エレクトロニクスに結合される社内設計の高速低ノイズプリアンプを装備した、多数のピクセルを備えたモノリシックセグメント化ＨＰＧｅ検出器を使用して、これら両方のアプローチを主要な分光ビームラインに組み合わせる。
【０００４】
Ｘ線蛍光分光法の重要な仕様の２つ−エネルギー分解能と、ピーク対バックグラウンド比−は、１ピクセル当たりのカウント速度が増加するにつれて著しく低下し、エネルギーが増加するにつれて顕著になることが観察されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、関連する先行技術のこれら及び他の問題に対処することを求めている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、ピクセル化半導体検出器における異なるピクセルからの電気信号の精密な検査が、隣接するピクセル上で生じるＸ線相互作用から他のピクセルへの考慮すべきクロストークを示し、性能低下につながることを観察した。したがって、本発明は、モノリシックセグメント化ＨＰＧｅ検出器及び他の電離放射線の検出器のピクセル間で発生するピクセル間クロストークを補正する信号処理アルゴリズムを提供する。本発明者らは、ピクセル間クロストークが、例えば高輝度分光ビームラインなどの蛍光分光検出器でのレート分解能の低下を招くことを発見した。これにより、本発明者らは、デジタルパルスプロセッサ（ＤＰＰ）によってデジタル化されたＨＰＧｅピクセル検出器からＸ線蛍光信号を取得した。これらの信号は、同じＤＰＰのエミュレーションに適用された。エネルギー正規化されたイベントクロストークシグネチャまたは各隣接ピクセルペアに固有のプロファイルを生成することを可能にする、ピクセル間クロストークを識別し、特徴付けるために、低い放射線発生率の実験データが使用された。
【０００７】
特に、これらのクロストークシグネチャまたはプロファイルは、メインピクセルにおけるイベントのタイミングに一致するようにアライメント（調整）または同期された後に、加算または減算などの重ね合わせを用いて隣接ピクセルからの信号に適用されるべく、タイム・ドメイン関数（時間的に連続的であってもよく、時間的に離散的であってもよい）として生成することができる。クロストークシグネチャはまた、イベントの高さ及び／または信号の他のプロパティ、特にメインピクセルにおけるイベントのかかるプロパティに応じてスケーリングされてもよい（そして、メインイベントの時間的に近位にある他のそのようなイベントをメインピクセルに任意に含む）。
【０００８】
言い換えれば、各クロストークシグネチャは、別のピクセルにおけるイベントによるクロストークの影響を受ける１つ以上のピクセルの信号において予想されるクロストーク信号の形状またはプロファイルを表す。この形状またはプロファイルは、イベントのプロパティ（及び任意選択的に他のイベントのプロパティ、例えば同一または他のピクセルの時間的に近似した他の検出されたイベント）に従ってスケーリングまたは他の方法で修正され、クロストークに対して補償するためにクロストークに影響されたピクセルに適用され得る。
【０００９】
広範囲の計数率をカバーするさらなる検出器信号は、その後、ＤＰＰエミュレーションを通過し、最初に、粗いイベント高さ推定値及びピクセルごとにイベント当たりのタイムスタンプを取得する。イベントのタイムスタンプを用いて、未処理の隣接ピクセルデータの遅延バージョンからのこれら固有の再スケーリングされた信号の減算、加算または他の組み合わせまたは重ね合わせを同期させる前に、イベントの高さは、ピクセルの正規化されたクロストークシグネチャをその近傍にスケーリングするために使用された。これにより、１回のパスで単一のピクセル上に多くのクロストークアーチファクトが効果的に排除された。その後、信号解析をさらに最適化できる、クロストークからファントムイベントトリガを低減するクロストーク補正データの第２パス処理が用いられ得る。
【００１０】
クロストーク補償（補正）されたデータは、追加の処理アルゴリズムによってさらに処理された。クロストーク補正なしで処理された同一の信号と比較すると、このエミュレーションの出力は、典型的にエネルギー分解能が３５％向上することを示し、ピーク対バックグラウンド比が倍増した。
【００１１】
したがって、本発明は、電離放射線の半導体検出器から信号を受信するように構成されたアナライザを提供し、半導体検出器は、複数のピクセルを備え、各ピクセルは前記ピクセルに入射する放射線の電離粒子（イオン化粒子）または光子に対するピクセルの応答を表す一連のイベントフィーチャを含む信号を出力するように構成され、前記アナライザによって受信された信号は、相互間にクロストークを呈し、それによって前記イベントフィーチャまたは少なくとも一部のイベントフィーチャが、少なくとも１つの他のピクセル、例えば隣接ピクセルからの信号に対応するクロストークフィーチャを生じさせる。
【００１２】
典型的には、イベントフィーチャは、特徴的な形状またはプロファイルを有することになり、例えば、それらはピクセル信号におけるステップフィーチャであってもよく、各ステップのサイズまたは高さは、光子または電離放射線の粒子のエネルギーが前記ステップフィーチャを生じさせることを示す。このようにして、前記ピクセル信号は入射粒子に関するスペクトル情報を含む。前記検出器及び他の効果に依存して、この種のステップフィーチャは、典型的には、図４に見られるような信号の後続ステップ移動のような特徴の周囲の特性を含む、持続時間が数十から数百ナノ秒のオーダーである。次いで、他のピクセルからの電気信号におけるクロストーク信号は、同様の時間範囲である可能性が高く、単一のピークまたは２つ以上のピークの振動のような、様々な形状、プロファイルまたは形状をとることができる。
【００１３】
アナライザは、１つ以上のクロストーク補償またはキャンセルシグネチャ（クロストーク補償プロファイルとも呼ばれることがある）を格納するか、含むか、または備えられており、各ピクセルについて、そのピクセルからの信号におけるイベントフィーチャを検出するように構成され、１つ以上のクロストーク補償またはキャンセルシグネチャまたはプロファイルのうちの選択されたものを使用して、１つ以上の他のピクセルからのコンカレント（並行）信号の解析におけるクロストークを補償またはキャンセルするように構成される。これは、クロストークのための他のピクセル信号の初期補正、それに続く信号の必要な特性の検出のための解析、必要な特性を検出するための解析の一部としてのシグネチャの適用、これらの組み合わせ、または 他の方法によって、達成することができる。
【００１４】
クロストーク補償／キャンセルシグネチャは、例えば、データポイントの時系列として、解析関数として、または以下に説明する他の方法で提供され得る。各シグネチャは、別のピクセルにおけるイベントによるクロストークの予想される形状またはプロファイルに関連する形状またはプロファイルを有する。言い換えれば、クロストーク補償シグネチャは、典型的には、時間ベースの関数またはタイム・ドメイン関数であり、クロストークのキャンセルまたは低減を求めるために、隣接または他のピクセルにおける信号との（例えば重ね合わせによる）組み合わせを目的として、クロストークを引き起こすイベントフィーチャとアライメントまたは同期させることができる。このアライメントは、イベントのタイミングの検出と、そのイベントへのシグネチャの単純なアライメントによって、あるいは例えばクロストーク信号への補償シグネチャの最良適合を求めることによって、他のまたは追加の方法で実行され得る。
【００１５】
典型的には、クロストーク補償シグネチャまたはプロファイルは、イベントフィーチャの１つ以上のプロパティに関して正規化された使用形態で提供され、アナライザは、前記検出された各イベントフィーチャの前記１つ以上のプロパティを測定するように構成されるとともに、前記並行信号の補償解析で用いる前記測定されたプロパティに従って前記一つ以上のクロストーク補償シグネチャの前記選択されたものをスケーリングするように構成される。典型的には、スケーリングは、イベントフィーチャの大きさまたは高さを用いて実行され得、イベントフィーチャを生じる入射光子または粒子のエネルギーに通常は対応するかまたは直接関連してもよい。しかし、補償すべきイベントのプロパティ、及び／またはそのイベントに時間的に近い他のイベントをかかるスケーリングに使用することができる。例えば、補償すべきイベントに近接する複数のイベントの数及び／または近接度の尺度を、かかるスケーリングに使用することができる。
【００１６】
補償シグネチャのスケーリングは、シグネチャと補償すべき信号とのコンビネーション（重ね合わせなど）のプロセスの一部として実行されてもよく、またはこの組み合わせの前に行われてもよい。
【００１７】
クロストーク補償／キャンセルシグネチャは、１つ、より多くの、またはすべての隣接するピクセル、または他のピクセルに関して使用するために、各ピクセルに対して少なくとも１つのかかるシグネチャを含むことができ、より具体的には、それぞれの異なる隣接ピクセルまたは他のピクセルのコンカレント（並行）電気信号におけるクロストークの補償／キャンセルに使用するための異なるシグネチャを含む、各ピクセルのシグネチャのセットを含むことができる。
【００１８】
補償／キャンセルされるクロストークは、半導体検出器それ自体の内部の相互作用から生じることがあり、この場合、クロストークは、半導体検出器において隣接するピクセルにおいてイベントが検出されたピクセルに主に見られると予想されるが、一部のクロストークはまた、非隣接のピクセルにおけるかかる影響からも見られる。本発明は、主として隣接ピクセル、または隣接ピクセルに関してのみ、及び／またはすべての隣接ピクセルに関して適用されるクロストークシグネチャおよび補償を提供することができ、または他の非隣接ピクセルにも同様に適用することができる。しかしながら、補償されるクロストークは、半導体センサとアナライザとの間の電気経路、例えば、プリアンプ、導体、及び／またはこれらの経路の他の部分の間における電気経路にも生じる可能性がある。電気経路のかかる態様の幾何学的配置は、検出器におけるピクセルのレイアウトに対応しない場合があるので、これらの経路間のクロストークは、半導体検出器内で隣接するピクセルに関して同様に支配的ではないか、または単独で見られることはない。したがって、本発明はまた、隣接していてもいなくてもよいピクセル対に一般に適用されるクロストークシグネチャおよび補償を提供する。
【００１９】
各クロストーク補償シグネチャは、特定のピクセル対に適用されてもよく、特に、シグネチャが、ペアの第１要素の信号における検出されたイベントのために、ペアの第２要素の信号を補償するために使用されるという意味で、有向対に適用されてもよい。これらの目的のために、第１ピクセルと呼ぶことができる検出器の各ピクセルに対して、かかるペアのセットが提供されてもよく、セットの各ペアは、第１ピクセルの検出されたイベントに関して異なる第２ピクセルからの信号のクロストーク補償のために使用され、前記セットは、前記第１ピクセルに隣接する第２ピクセルのみを含むことができ、前記第１ピクセルに隣接する前記第２ピクセルのすべて、または他の第２ピクセルの組み合わせを含むことができる。
【００２０】
典型的には、クロストークの大きさは密接に関連しており、例えば、検出されたイベントの大きさまたは高さにほぼ線形に関連している。ここで、検出されたイベントは通常、検出された粒子または光子のエネルギーを表す。したがって、時間関数クロストーク補償シグネチャは、イベント高さまたは対応する粒子エネルギーなど、イベントフィーチャの１つ以上のプロパティに関して正規化された使用のための形式で提供されてもよい。次いで、アナライザは、クロストークを引き起こす並行（コンカレント）検出されたイベントフィーチャの１つ以上のプロパティに従ってクロストークシグネチャをスケーリングし、スケーリングされたシグネチャを他のピクセルの信号（これは、上述したように、半導体検出器において隣接するピクセルであってもよい）に適用するように構成することができ、例えば、加算、減算、または他の形式の組み合わせ、重ねあわせ、または他の数学的手段によって、同期ピクセル信号の対応する時系列とスケーリングされた補償シグネチャとを結合し、それによって、クロストークを少なくとも部分的にキャンセルする。典型的には、各検出されたイベントフィーチャは、対応するピクセルによって出力された信号のステップを含み、ステップの高さは、検出されたイベントフィーチャを生じさせる電離粒子または光子のエネルギーを表す。
【００２１】
本発明はまた、前記信号を前記請求項のいずれかのアナライザに出力するように構成された前記半導体検出器を含む装置を提供する。半導体検出器は、モノリシックであってもよく、セグメント化及び／またはピクセル化されていてもよく、ゲルマニウム検出器であってもよく、ＨＰＧｅ検出器であってもよく、これらの特性と他の特性の異なる組み合わせを含むことができる。
【００２２】
本発明は、蛍光、散乱、回折などの機構を介して検出器に到達するＸ線、ガンマ線、高エネルギー陽子、中性子及び他の粒子のような様々な異なる物理的機構から生じる様々な異なるタイプの電離放射線を検出するのに適した半導体検出器と共に使用することができる。
【００２３】
本発明はまた、上記の装置を含み、試料から蛍光的に散乱または放出されたＸ線を検出するように構成されたシンクロトロンビームラインを含む。
【００２４】
本発明はまた、上記に対応する方法、例えば電離放射線を検出するための半導体検出器から受信した信号を解析する方法を含み、それぞれ前記ピクセルに入射する電離粒子または光子に対する前記ピクセルの応答を表す一連のイベントフィーチャを含む前記信号を出力するように構成された複数のピクセルを備えて、該方法は、１つ以上のクロストーク補償またはキャンセルシグネチャを提供するステップと、各ピクセルについて、そのピクセルからの信号におけるイベントフィーチャを検出するステップと、各ピクセルについて、クロストークのための他の、例えば隣接するピクセルの信号を補償するか、または１つ以上のクロストークシグネチャの選択されたものを使用して検出されたイベントフィーチャからこのクロストークをキャンセルするステップと、を含む。
【００２５】
入射放射線の各光子または粒子に対するピクセルの応答、したがって結果としてのイベントフィーチャは、典型的には、粒子または光子のエネルギーに依存するので、半導体検出器は、スペクトル検出器とされることができ、イベントフィーチャを含む上述の信号は、スペクトル情報を含むイベントフィーチャを有するスペクトル信号である。
【００２６】
上述したように、補償シグネチャは、典型的には、クロストーク自体との同期にも対応するクロストークを引き起こすイベントとのアライメントまたは同期を使用する例えば重ね合わせにより、他のピクセルの信号と合成するためのタイム・ドメイン関数として提供される。補償シグネチャと補償されるクロストークフィーチャとの間の同期化は、クロストークを引き起こすイベントのタイミングを直接検出することによって達成することができるし、あるいは代わりに、時間整合（タイミングアライメント）を提供するために、補償シグネチャのマッチングまたはアライメントを他のピクセルのクロストークフィーチャに使用することもできる。
【００２７】
本発明はまた、例えば、各隣接ピクセルにおける信号への、または検出器におけるピクセルのすべてまたは一部のそれぞれにおいて、各ピクセルにおける検出されたイベントフィーチャに起因するクロストークの多数のインスタンス（すなわち、時系列またはタイム・ドメイン関数）を測定することによって、そして、クロストークの前記多数のインスタンスを組み合わせて、前記各ピクセルから各異なる隣接ピクセルまたは前記他のピクセルへのクロストークのための異なる前記補償／キャンセルシグネチャを形成することによって、１つ以上のクロストークシグネチャを導出または生成する方法を提供する。
【００２８】
本発明はまた、本書に記載のように、クロストーク補償またはキャンセルを用いて検出器信号から電離粒子または放射線の光子のエネルギースペクトルを導出する方法、およびこの方法でエネルギースペクトルを導き出すことを含むＸ線蛍光分光法を用いて試料を特徴付ける方法、を含む。
【００２９】
本発明はまた、適切なコンピュータ装置上で実行されるときに本書に記載のデータ処理方法を実施するように構成された、コンピュータプログラムコードおよびそのようなコードを持つコンピュータ可読媒体を提供する。
【００３０】
本発明はまた、リアルタイムで半導体検出器からの信号を解析（分析）するように構成されたアナライザ、およびアナライザがクロストークの補償を行うように、対応してリアルタイムで動作する方法であり、好ましくは、例えば、半導体検出器からのイベントフィーチャの出力と同じ速度で（かつ実質的に同時に）、各イベントのためのエネルギーを導出するためのさらなる解析も行うようにする方法を提供する。このために、アナライザは、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイファームウェアまたは他のデジタル信号プロセッサハードウェア要素を使用して実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明の実施形態は、単なる例として、次の添付の図面を参照して、これより説明される。
【図１】図１は、ピクセル化された半導体検出器を用いて電離放射線を検出し、得られた信号を解析してエネルギースペクトルなどの電離放射線の特性（プロパティ）を決定するための装置を概略的に示す。
【図２】図２は、検出器の異なるピクセルからの信号間のクロストークを補償するための設備を含む、図１のアナライザ３０のさらなる詳細を示す。
【図３】図３は、クロストーク補償の前の検出器のピクセルからの信号をグラフ化し、各ステップの高さがピクセルに入射する電離粒子または光子のエネルギーに近似する、ステップの形をとるイベントフィーチャを示す。
【図４】図４は、イベントフィーチャが検出されたピクセルに隣接するピクセルにおけるクロストークを補償するためのスケーラブルなクロストーク補償シグネチャを示す。
【図５】図５は、説明されたクロストーク補償技術を用いて、及び用いずに得られたモリブデン試料からのＸ線エネルギースペクトルをグラフ化している。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、電離放射線８の粒子または光子を検出するための装置１０の概略図を示す。この装置は、Ｘ線またはガンマ線のような電離放射線の粒子または光子が半導体検出器１８に入射し突き当てることを可能にする、窓１４を有する真空チャンバ１２を備える。半導体検出器は、複数のピクセル２０を含み、各ピクセルは、一連のイベントフィーチャを含む電気信号を出力するように構成され、各イベントフィーチャは、そのピクセルに当たる電離放射線の粒子または光子に対するピクセルの応答を表す。この種の各イベントフィーチャは、ピクセルからの時間変化信号のインターバルとして、例えば連続的な電気信号として、またはそのような電気信号からサンプリングされた時系列の電圧または電流値として存在する。ピクセルは、２次元の直線アレイまたは他の方法で配列され得る。
【００３３】
装置１０はまた、電離放射線を検出器１８に到達するよりも前にコリメートするためのコリメータ１６と、典型的には各ピクセル毎に１つずつ、各ピクセルによって出力された電気信号を増幅する複数のプリアンプ２２と、液体窒素の貯蔵部２４を使用して、検出器１８及び装置の他の部分を冷却するためのアレンジメントを含む。
【００３４】
ピクセルからの信号は、さらなる処理のためにアナライザ３０に送られ、アナライザ３０からの出力は、検出器１８に当たる電離放射線８を特徴付けるために、例えばコンピュータ５で調査するか、またはさらに解析することができる。典型的には、検出器１８及び／またはプリアンプ２２からの電気信号は、アナライザで、またはアナライザで受信される前に、デジタル化され、信号の解析の少なくとも一部がデジタル化されたデータで実行される。
【００３５】
検出器１８は、好ましくは、各入射粒子または光子のエネルギーを検出するスペクトル検出器である。特に、検出器は通常、半導体検出器である。典型的には、スペクトル半導体検出器は、入射粒子または光子がイオン化を引き起こす実質的に空乏化した領域を有するｐ−ｉ−ｎ構造を有することによって動作する。得られた電荷キャリアは電極に掃引され、収集される電荷の量は、通常、入射粒子または光子８のエネルギーに比例する。次いで、収集された電荷は、半導体検出器上の各ピクセルに形成された回路を利用して、出力電流または他の表現に変換され得る。各入射粒子または光子は、ピクセルに保持された電荷の増加と出力表示における結果的なステップをもたらし、各ステップの高さは、対応する入射粒子光子のエネルギーを表す。ピクセルは、飽和を避けるために定期的にリセットされなければならず、これは、グローバルリセット方式を使用して、または各ピクセルに対して独立して、同時に全ピクセル２０の固定または制御可能な繰り返し速度で行われ得る。
【００３６】
典型的には、このような構成を有効にするために、各ピクセルに電荷感応型プリアンプが装備されている。ピクセルによって収集された電荷は、電荷を電圧信号に変換する電荷感応型プリアンプに入る。電荷はプリアンプの帰還コンデンサに蓄積され、このコンデンサは飽和を避けるために定期的にリセットする必要がある。飽和を回避する別の方法は、帰還コンデンサに並列に抵抗を用い、コンデンサが実際にリークしてからそれが連続的に放電されるようにする方法である。信号に過度のノイズを加えないと同時に、特定の用途に許容可能なコンデンサ放電レートを達成するため、抵抗器の値は適切に選択される必要がある。
【００３７】
高い粒子率または光子入射率では、電気信号のイベントフィーチャは特定のｐ−ｉ−ｎ構造から出力され、したがってピクセル２０はより頻繁に相互に重なり、それによって出力データの品質が低下する。この困難に対処するために、同様の立体検出角をカバーしながら、複数のより小さい検出器のいずれかを一緒にパッケージングするか、または検出器をそれぞれ独立した出力電気信号を有する複数のセグメントまたはピクセル２０を有するように構成することができる。この目的のために、検出器は、複数のピクセル２０を形成するようにセグメント化されたゲルマニウムなどの半導体の単一片または結晶からなるモノリシックアレイ検出器であってもよい。そのような検出器は、当該分野で周知の様々なベンダ（例えばキャンベラインダストリーズ（Canberra Industries）など）から入手可能である（http://www.canberra.com参照）。
【００３８】
複数のピクセル２０を含む電離放射線用の半導体検出器の難点は、アナライザによって受信された信号がクロストークを呈する可能性があることであり、それによって、電気信号における１つのイベントフィーチャは、１つ以上の他のピクセルからの信号における対応するクロストークフィーチャを生じさせるか、またはそれに対応する。この効果は、２つのピクセルが共通の長さの境界を共有する場合、すなわち隣接する場合に、特に顕著になる可能性がある。規則的に、正方形ピクセルの長方形アレイでは、２つのピクセルが隣接する各境界は同じ長さとなるが、正方形でないピクセルおよび他のアレイの場合は、２つの隣接ピクセル間の共通境界の長さを形成し、ピクセル間の正確な近接度は、検出器内で変化し得る。クロストークは、２つのピクセルが互いに接近しているか、より長い共通の境界を共有している場合に大きくなる可能性があるが、２つのピクセルが隣接していない場合には、１つ以上の他の介在ピクセルによって分離される。
【００３９】
この問題に対処するために、図１のアナライザ３０は、このクロストークを補償するように構成されている。アナライザ３０には補償シグネチャデータ３２が提供され、任意の特定のピクセルについて、アナライザは、検出器１８から受信した信号におけるイベントフィーチャを検出し、補償シグネチャデータ３２を用いて、他の、例えば隣接するピクセルのうちの１つ以上からコンカレント（並行）信号を補償する。補償シグネチャデータは、典型的には、補償されるべきイベントのタイミングに基づく同期またはアライメントを用いて、補償されるべき信号との重ね合わせを使用して結合されるタイム・ドメイン信号を表す。
【００４０】
アナライザ３０がこのクロストーク補償を実行するように構成され得る例示的な方法が図２に示されている。検出器１８のピクセル１…ｎから受信された信号Ｓ１…Ｓｎは、それぞれが検出するように構成されたイベント検出器エレメント３４−１…３４−ｎを含むイベント検出器３４に送られる。上記信号の１つでは、関連ピクセル２０での粒子または光子８の入射によってイベントフィーチャが引き起こされる。そのようなイベントフィーチャは、例えば、信号の最低の高さ及び／または最大の長さのような所定の基準を満たしている信号のステップフィーチャとすることができる。図２において、信号Ｓ１は、高さＥ（入射粒子または光子のエネルギーに対応する）及びタイミングｔのようなステップフィーチャ３５を有するものとして示されている。フィーチャ３５のタイミングは、典型的には、アナライザ３０の内部クロックを参照することによって可能で、第１の信号のイベントフィーチャを、他の信号の対応するクロストークフィーチャと正確に位置合わせできるようにすべきである。このようなクロストークフィーチャ３７は、ピクセル２…ｎから受信された信号の範囲内で図２に示されている。
【００４１】
アナライザ３０はまた、信号Ｓ１…Ｓｎのうちの１つにおいて、信号Ｓ１…Ｓｎのうちの別のイベントフィーチャによって引き起こされるか、またはそれに関連するクロストークを補償するようにそれぞれ準備されたクロストーク補償器エレメント３８−１〜３８−ｎを備えるクロストーク補償器３８を含む。例えば図２に示す信号Ｓ１のような信号の１つにおいてイベントフィーチャが検出されると、関連するイベント検出器エレメント（図２のエレメント３４−１）は、他の検出器ピクセル、例えばイベントが検出された信号に隣接するピクセルに受信された信号を処理する少なくともそれらのクロストーク補償器エレメントにトリガ信号３６を送る。このトリガ信号は、典型的には、検出されたイベントフィーチャの高さＥ及びタイミングｔの一方または両方を含むことができる。トリガ信号３６は、明示的または暗示的に、イベントフィーチャが生じたピクセルの識別子Ｐも運ぶ。
【００４２】
関連するトリガ信号、すなわち、別のピクセルにおける検出されたイベントフィーチャに関連するトリガ信号を受信すると、クロストーク補償器エレメント３８−ｉは、クロストーク補償データ３２を使用することによって、トリガ信号を発生させるクロストークの影響について信号Ｓｉを補償する。これは様々な方法で達成できる。図２の例では、タイム・ドメインクロストークシグネチャの別々のセット４０が各ピクセルＰ１…Ｐｎに対して格納され、各セット４０は、そのセットが関連付けられているピクセルに隣接する各ピクセルのシグネチャ４２を含む。シグネチャ４２の必要なセット４０は、トリガ信号３６の識別子Ｐを使用する特定のクロストーク補償器エレメントによって選択され、セット内の特定のシグネチャ４２は、クロストーク補償器エレメントの同一性、したがって隣接するピクセルの識別性に対応するように選択される。次いで、選択されたシグネチャは、トリガ信号の高さＥ、または立ち上がり時間などのトリガ信号の何らかの他の特性を利用してスケーリングされるか、または他の方法で変更され、トリガ信号のタイミングｔを用いて正確に信号Ｓｉに適用され、信号Ｓｉとスケーリングされたシグネチャの重ね合わせとして、同期（すなわち時間ベースのアライメント）を提供する。
【００４３】
選択されたシグネチャ４２は、例えば、トリガ信号の高さＥと線形にスケーリングされるか、または他の何らかの方法、例えば、データに最良に適合する非線形関数を使用して、または理論的もしくは近似に従ってスケーリングすることができる。シグネチャ４２が適用されるべき信号とのタイミングアライメントは、トリガのタイミングｔのみを用いて実行され得、または、アライメントは、例えば、データに対する最良適合に基づいて、または理論または近似に従って、高さＥの関数として変化させることができる。
【００４４】
したがって、各シグネチャ４２は、エネルギー、高さ、または第１ピクセルのイベントフィーチャ３５の他の態様に従ってスケーリングし得る別のピクセルからの信号上の第１ピクセルからの信号におけるイベントフィーチャ３５の効果を表す時間ベースの関数またはデータ系列であってもよい。シグネチャ４２は、解析関数のパラメータのセット、値の時系列、または他の方法で格納することができる。
【００４５】
２つ以上のイベントが、特定のピクセルからの信号において互いに近接して発生する場合、一般に「積み上げ（pile up）」と呼ばれるが、近接イベントを互いに区別することは困難であり、関連する光子または粒子のエネルギーをイベントフィーチャから測定することはより困難である。そのような場合、本書に記載された技術を使用するクロストーク補償はまた、あまり効果的ではない。しかし、イベントの近位の性質に基づく因子を用いたシグネチャ４２のスケーリングは、そのような場合のクロストーク補償を改善するために使用することができる。例えば、スケーリングは、補償されるイベントの周りの特定の時間ウィンドウ内の同じ信号内に見出されるイベント、例えばそのようなイベントの数に基づいてもよく、あるいはそのような各イベントの補償されるべきイベントからの時間間隔によって重み付けされた近似イベント（好ましくはそのようなウィンドウ内で）の数をカウントするメトリックに基づいてもよいし、または他の方法でもよい。
【００４６】
シグネチャ４２は、典型的には、クロストークが補償されるべきイベントの前後に、ある有限の時間を伸ばして時間制限される。例えば、図３に示すイベントフィーチャを先に参照すると、イベントから潜在的なクロストークを十分にカバーするために、各シグネチャは、１マイクロ秒のオーダーの時間範囲を有することができる。
【００４７】
それらシグネチャがどのように生成されるかに依存して、クロストークシグネチャの一部または全部はベースラインに戻らず、ピクセル信号に適用されたときにオフセットを追加することができ、それが行なわれなければ、複数のイベント補償動作にわたってピクセル信号におけるオフセットの累積が生じることがある。これを補償するために、ピクセル信号から減算されるか、別個の記録として保持されるかにかかわらず、ピクセル信号がリセットされるまで、シグネチャの各適用に対して（各イベントのシグネチャに適用されるエネルギーまたは他のスケーリングを可能にする）等価な反対のオフセットが蓄積され得る。
【００４８】
図２においては、クロストーク補償データ３２が各ピクセルＰ１…Ｐｎについて示されているが、あたかも別々のシグネチャ４２を有する８つの隣接ピクセルがあるかのように示されているが、実際には、すべてのピクセルが８つの隣接するピクセルを有するわけではないので、例えば、エッジピクセル及びコーナーピクセルのように、すべての隣接ピクセルを補償するために必要とされるシグネチャがより少ないことに留意されたい。シグネチャ４２は、ピクセル間で様々な方法で共有することもできる。例えば、特定の装置では、システムによって少数の別個のシグネチャ形状しか必要とされないこと、場合によっては特定のピクセルに適用可能なスケーリングまたは他の変換を用いて、クロストーク補償器エレメントに正しいシグネチャ形状を選択させるために、インデックス装置構成を使用することができること、について見出すことができる。
【００４９】
上述したように、クロストークシグネチャ４２及び対応するクロストーク補償構成はまた、非隣接ピクセルに対して提供されるか、またはプリアンプ２２と、検出器１８とアナライザ３０との間の他の電気導体との間のクロストークなどの信号経路内の他のソースに対して提供され得、隣接するピクセルについて論じたのと本質的に同じ方法で、クロストーク効果が最も近い隣接ピクセルを超えて広がる可能性がある。さらに、図２のクロストーク補償データ３２は、ピクセルの直線的な配置構成を意味するが、線形、三角形、六角形及び他の構成も見出すことができ、それに応じてクロストーク補償データ３２を構成することができる。
【００５０】
補償器３８によって使用されるクロストーク補償データ３２は、様々な方法で導き出すことができる。例えば、装置１０の試験または較正の使用から生じる信号Ｓ１…Ｓｎは、イベントフィーチャを検出するために、かつ各信号Ｓ１…Ｓｎのための他の、例えば隣接するピクセルのそれぞれに生じる（時系列または関数としての）対応するクロストーク信号を測定するために、使用され得る。このような複数のクロストークイベントは、次に、平均化されるか、または他の方法で組み合わされて、他のまたは隣接するピクセルの各々について代表的なクロストークシグネチャを得ることができる。この解析は、典型的には、粒子または光子エネルギーの範囲に対応するイベントフィーチャについて、各信号、互いのまたは隣接するピクセルについてのクロストーク信号を測定すること、得られたシグネチャのためのエネルギーを有する特定の倍率を決定すること、または、特定の信号について他のピクセルまたは隣接ピクセルに共通の適切な倍率を得ること、または、検出器からのすべての信号に対して、他のすべてのピクセルまたは隣接するピクセルに共通の適切な倍率を得ること、を含むことができる。
【００５１】
クロストーク補償器エレメント３８−１…３８−ｎによる必要なクロストーク補償の後、図２の補償器３８に続く信号スケッチによって示されるように、隣接するピクセルの信号に見られるクロストークの影響はかなり低減される。次に、これらの補償された信号３９は、１つ以上の解析エレメント４４に送られ、イベント検出、例えば各イベントのエネルギーを決定するイベント測定、及びイベントカウントなどの機能を実行する。これらの解析エレメント４４は、イベント検出器エレメント３４−１…３４−ｎによって既に決定されたトリガ信号のような検出データを使用することができ、または、既に上述したプロセスとは独立して信号を処理することができる。解析エレメント４４に送られたクロストーク補償された形式の信号Ｓ１…Ｓ２は、クロストークのレベルが低減され、解析エレメントの出力４６が改善される。典型的には、解析エレメント４４の出力は、検出器に入射した粒子または光子のエネルギーの分布を表すエネルギースペクトルを含み、例えば、ピクセルのすべての結合された領域に関するスペクトル、及び／または複数のピクセルの組み合わせの各ピクセルに関して分離するスペクトルを含むことができる。
【００５２】
解析エレメント４４が補償された信号に対して作用するいくつかの方法は、R. Farrow らの「X-ray signal processing electronics for solid state detectors」（Scientific Instruments, Volume 66, Issue 2 (1995) pp. 2307-2309）、及びR. Farrow らの「XSPRESS: A new generation of detector systems for EXAFS studies」（Physica B, Volume 208 (1995), pp 256-258）で論じられている。
【００５３】
アナライザ内のイベント検出器３４及びクロストーク補償器３８の一方または両方は、例えば、アナライザ３０に到達する前または後のいずれかに既にデジタル化された信号に作用する、必要に応じて１つ以上の汎用マイクロプロセッサ上で動作するソフトウェアを用いて実現（実装）することができる。しかしながら、検出器１８が粒子または光子８の個々の衝撃のエネルギーを識別し決定することができる非常に高い速度は、回路内に直接的にまたはリアルタイムファームウェアを使用して実施されるハードウェアソリューションが好ましいことを意味する。このような高速実装は、現代のシンクロトロン光源のような設備のユーザにとって日常的に利用可能な安定した高フラックス環境を利用するのに役立つ。例えば、本発明は、レジスタ転送レベルＶＨＤＬまたはVerilogで設計されたフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）ファームウェアを使用して実装することができる。比較的短いクロストークシグネチャは、多くのシグネチャに同時にアクセスできるＦＰＧＡの内部メモリに容易に収まる。他の実施態様では、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）及び／または他のデジタル信号プロセッサを使用することができる。
【００５４】
本発明は、高解像度Ｘ線及びガンマ線分光法のためのシンクロトロン光源、並びに本書の他の場所で述べたような他の用途に使用することができる。このような光源の輝度を高めるために、ビームラインは、Ｘ線フラックスが増加するにつれて、飽和しない、またはエネルギー分解能を失う検出器を必要とする。フラックスの増加に追随するために、検出器システムの性能に使用される２つの主なアプローチがある。それらは、与えられた立体角内のピクセル数を増加させ、性能低下なしに与えられたピクセル数がピクセルカウントレート当たりより高くなるようにすることである。
【００５５】
英国におけるダイヤモンドライトソース（ＤＬＳ）は、上記で参照されたXSPRESSアナライザのアップデートされた機能拡張版であるXSPRESS2アナライザに結合された、社内設計の高速低ノイズプリアンプを装備した多数のピクセル（９，３６及び６４ピクセル）を備えたモノリシックセグメント化されたキャンベラインダストリーズ製ＨＰＧｅ検出器を使用して、主Ｘ線分光ビームラインでこれらのアプローチの両方を組み合わせる。
【００５６】
Ｘ線蛍光分光法の重要な仕様の少なくとも２つ（エネルギー分解能及びピーク／バックグラウンド比）は、ピクセル当たりのカウント速度が増加するにつれて著しく低下し、入射Ｘ線８のエネルギーが増加するにつれて顕著になることが発明者によって観察された。検出器ピクセルまたはプリアンプからの未処理信号の厳重な検査は、隣接するピクセル上で発生するＸ線相互作用から各ピクセルへのかなりのクロストークがあり、性能が低下することを示している。本発明者らは、そのようなクロストークアーチファクトの除去が、特により高い固有のカウントレートで、改善された性能をもたらすことを見出した。
【００５７】
様々な計数率での異なる化学元素（従って、異なる特性Ｘ線蛍光放出エネルギーを有する）の試料からのＸ線蛍光の測定を、ダイヤモンドライトソースのビームライン上で行った。検出器のピクセル２０が同時に定期的にリセット（グローバルリセット）されるように動作するXspress2アナライザ３０に接続されたキャンベラインダストリーズ製３６ピクセルＨＰＧｅ検出器１８を用いて、図１に示す装置を用いて蛍光を測定した。
【００５８】
図１及び図２で示したような装置用に、クロストーク補償データ３２を計算するために、比較的低い計数率を有する蛍光Ｘ線データを使用して、特定のピクセル及び隣接するピクセル間のコンカレント（並行）イベントフィーチャの数を最小限に抑えた。低計数率条件の下で多数の隣接ピクセルに対するプリアンプ２２からのコンカレント電気信号は、デジタル化され記憶される。このデータは、XSPRESS2アナライザの解析エレメント４４をエミュレートするように構成されたMatlab（ＲＴＭ）ベースのソフトウェアモデルへの入力として使用され、グローバルリセット方式を利用してすべてのピクセルからのデータが同期された。
【００５９】
図３において、１４ビットと８０ＭＨｚでサンプリングされたピクセルの１つからのデジタル化信号の一部の例を示す。ステップの形態の一連のイベントフィーチャ３５が見られ、各ステップは、Ｘ線の入射に起因するピクセルにおける電荷の蓄積を表し、ステップの高さはＸ線エネルギーに対応する。
【００６０】
次いで、Matlabモデルを用いて、図２のイベント検出プロセス３４と同様または同等のイベント検出プロセスを適用して、各ピクセルの信号における各イベントフィーチャ３５の高さＥ及びタイミングｔの第１パス推定を決定した。特定の中心ピクセルの信号で検出されたイベントについては、隣接するピクセルで検出されたイベントと重複するイベントの使用を避けるよう注意しながら、８つの隣接ピクセルの各々における時系列としてのクロストーク特性を測定した。各隣接ピクセルについて、クロストークシグネチャは、イベントの高さＥに対して正規化され、平均化されて、中心ピクセルにおけるイベントに関してその隣接ピクセルに対するクロストークシグネチャ４２を形成する。このプロセスを検出器内のすべてのピクセルについて繰り返すことにより、各中心ピクセルに対して、その中心ピクセルに隣接する各ピクセルへの予想される時系列またはクロストークの関数を表すエネルギー正規化クロストークシグネチャ４２のセット４０からなるクロストーク較正データ３２のセットをもたらす（用語「中心」は、厳密にはそれらの隣接ピクセルに対して「中心」ではないエッジまたはコーナーピクセルを排除することを意図していないことに留意されたい）。
【００６１】
図４には、このようなクロストークシグネチャ４２のセットの例として、２１，２２，２３，２７，２９，３３，３４及び３５で示される直線アレイ内の隣接するピクセルを有する、ピクセル２８と表示される「中心」ピクセルについて示されている。各シグネチャ４２を示すグラフの水平軸は、数値範囲４０〜１１０がほぼ１マイクロ秒を表すように、連続的なデジタル化試料の単位でマーキングされ、垂直軸は、補償されるべき検出されたイベントフィーチャのエネルギーに正規化される。したがって、例えばピクセル３３に適用される補償信号は、ピクセル２８に対して検出された対応するイベントフィーチャのサイズの約１％でピークになるのに対して、ピクセル３４に適用される補償信号は、ピクセル２８についての対応するイベントフィーチャの約５％でピークになる。
【００６２】
図４のシグネチャ４２の全てが少なくとも微妙に異なる形状を有することが分かるので、クロストーク較正データ３２は、隣接する各ピクセルに対して異なる別個のデータ系列または各中心ピクセルに対応する各セット４０の各隣接ピクセルに対して異なるパラメータ化された関数シグネチャを含むことが適切であり得る。しかしながら、図４のシグネチャのいくつかの間の類似性も留意され、この類似性を利用して、様々な方法で格納および使用されるシグネチャの数を減らすことができる。
【００６３】
上記のように各ピクセルに関してクロストーク較正データ３２を計算した後、このデータを用いて、イベントフィーチャが同時に頻発し、隣接するピクセルに重複するように、比較的高い計数率のＸ線検出を伴う実験から得られた補償されていない信号データに対してクロストーク補償を行った。このクロストーク補償は、先に図２に関連して上述した様々な方法で図２のアナライザ３０に同じプロセスを実施できることに留意しながら、記載されたMatlabモデルを用いて最初に実行された。
【００６４】
図２のイベント検出器３２に対応するクロストーク補償の第１段階の間に、各ピクセルの生（raw）信号のイベントが検出され、各イベントの高さＥ及び時間ｔを出力するために測定された。次に、図２の補償器３８に対応する第２の段階の間に、高さＥを用いて、イベントが検出された中心ピクセルに対する各隣接ピクセルのクロストークシグネチャを線形にスケーリングし、正確なアライメントを確実にするために検出されたイベントフィーチャ時間ｔを用いて、それらの隣接するピクセルに対する補償されていない信号からスケーリングされたシグネチャ４２を差し引いて、すべてのピクセルについて補償された信号を生成した。
【００６５】
続いて、図２の解析エレメント４４のMatlabモデルを用いてピクセルの補償信号を解析し、その結果を未補償の生信号に適用した同じ解析と比較した。この解析には、適応レートフィルタリングに続いて、さらにダウンストリームイベントフィーチャのシェイピングとバックグラウンドのリークランプ補正を使用し、各ピクセルに入射する各Ｘ線のエネルギーを導出するために使用される高さのイベントフィーチャを検出する。
【００６６】
このようなイベントを多数組み合わせることで、比較のために、クロストーク補償処理を用いた場合と用いなかった場合の放射線のエネルギースペクトルを提供する。図５は、ＫαおよびＫβピークの周りの、モリブデン試料についてこのようにして導出されたエネルギースペクトルの一部を示す。円で表された点は、クロストーク補償なしで導出されたエネルギースペクトルを示し、実線は、検出器からの同じ電気信号の結果を示しているが、上述したようにクロストーク補償で処理されている。の比較はスペクトル応答の大幅な改善を示し、エネルギー分解能は通常３５％向上し、ピークトゥバックグラウンド（低エネルギーテール）比は通常２倍になる。
【００６７】
上述のクロストーク補償の方法は、イベントのエネルギーまたは他の測定可能な特性に従ってスケーリングまたは変更されるにもかかわらず、イベントごとにほぼ同じままであるクロストークの特性にある程度依存する。しかしながら、本発明者らは、一般に、隣接するピクセルにおける所定のクロストークフィーチャと、導出されたクロストークシグネチャ４２との間に良好な一致が存在することを見出した。
【００６８】
本発明の範囲から逸脱することなく、記載された実施形態に様々な変更を加えることができる。例えば、クロストーク補償シグネチャを使用して、隣接するピクセルまたは他のピクセルの組み合わせの信号を補償するいくつかの詳細な実施形態について説明したが、電離粒子または光子のエネルギーのようなそれらの信号の特性を導出するために、これらの信号のさらなる解析またはその後の解析の前に、信号の解析の一部としてクロストーク補償のためにクロストーク補償シグネチャを使用して、代わりにそのような特性を導出することもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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