專利名稱：放射線測量裝置及數(shù)據(jù)處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種放射線(radiation)測量裝置以及一種數(shù)據(jù)處理方 法，更具體地，涉及一種識別放射線的入射方向或諸如此類的技術。
背景技術：
本發(fā)明是一家日本公司ALOKA Co., Ltd.開展的"尋向伽瑪射線探 測器"項目的一項研發(fā)產(chǎn)品，該項目由日本政府的日本科學技術振興機 構(gòu)(Japan Science and Technology Agency)資助。
監(jiān)測柱(monitoringposts)被普遍用來作為放射線測量裝置，例如 設置在核電站、核燃料處理工廠等設施的周圍或者當?shù)卣_定的測 量點，并在安裝地點持續(xù)進行放射線測量。借助于這一系統(tǒng)，反常情 況的出現(xiàn)或消失始終都可以得到監(jiān)視。在這樣的監(jiān)測柱，通常希望能 夠自動識別任何探測到的放射線的輻射方向。作為用于識別放射線的 入射方向的方法， 一種已知的方法是旋轉(zhuǎn)方向探測器。在一個典型的 方向探測器中，準直器和防護件(shieldingmember)包含鉛(lead)以 及類似物質(zhì)，因此旋轉(zhuǎn)探測器需要龐大的而且相對復雜的機械裝置。 此外，也希望能夠識別除了監(jiān)測柱以外的放射線測量裝置(例如，地 面固定的測量監(jiān)測器)的入射方向。參考文獻1 (JP2004-191327A)、 參考文獻2 ( JP2004-361290A )、以及參考文獻3 ( Yoshiyuki SHIRAKAWA, "Development of nondirectional detectors with Nal (T1)"， RADIOISOTOPES, Vol. 53, No. 8, pp. 445-450， Aug. 2004)都公開了在 利用多種類型的閃爍物得到的多個光譜的每一個光譜中識別峰值，測 定多個峰值的計數(shù)比(mtio of counts),然后根據(jù)該比值識別放射線的 入射方向(來向)。日本發(fā)明專利申請2005-014578與本申請相關。
然而，當使用以上所述的在光譜中識別峰值的方法時，如果峰值 不清晰或者峰值識別的精度有問題，計算的可靠性就會降低。盡管可 以等待以及不執(zhí)行計算直到峰值清晰地出現(xiàn)，但這樣就阻礙了快速處
理。人們希望能夠?qū)碜远鄠€輻射源并同時入射到探測器的放射線區(qū) 分開來。而且，人們還希望除了入射方向之外還能夠識別放射線的能
量、級別(level)以及/或者能量間隔(energy interval)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是在不識別光譜峰值的情況下分析放射線的入 射方向和/或能量。
本發(fā)明的另一 目的在于識別來自多個輻射源的放射線，即使它們 同時入射。
本發(fā)明的目的還在于提供一種顯示方法以使放射線的入射方向和 能量可以得到直觀識別。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供一種放射線測量裝置，包括 探測部，其中包括多個具有彼此不同方向特性的探測器，探測部利用 探測器探測放射線；計算部，用于在多個探測器得到的多個探測數(shù)據(jù) 的基礎上，針對多個能量間隔的每一個能量間隔，計算實際比值信息， 該信息代表對應于多個探測器的多個單獨計數(shù)的相互比值；產(chǎn)生部， 用于針對每一個能量間隔產(chǎn)生響應函數(shù)，該函數(shù)提供隨入射方向變化 的理論比值信息；以及比較部，用于比較對應于多個能量間隔的多個 實際比值信息與對應于與多個能量間隔的多個響應函數(shù)，以及當特定 的實際比值信息與特定的理論比值信息之間的匹配關系確定后，根據(jù) 匹配關系識別被探測部探測到的放射線的入射方向以及能量間隔的至 少其中之一。
根據(jù)這一結(jié)構(gòu)，放射線(例如Y射線以及P射線)可以通過具有彼 此不同的方向特性的多個探測器探測到。例如，通過合理安排多個探 測器的相對位置，可以提供具有彼此不同的方向特性的探測器。此外， 也可以利用例如屏蔽元件使探測器的主要靈敏方向(primary sensitivity direction)彼此不同，從而使探測器的方向特性彼此不同。理想地，每 一個探測器由閃爍體元件構(gòu)成。在這一結(jié)構(gòu)中，探測器可以是同種材 料以及同一形式，也可以是不同材料或者不同形式。任何一種情況都 足以使探測器的靈敏特性具備方向依賴性。
以上所述的計算部，在多組探測數(shù)據(jù)的基礎上，針對多個能量間隔計算多組實際比值信息。多個能量間隔可以具有均勻的間隔寬度， 也可以具有非均勻的間隔寬度。例如，對于需要詳細識別的能量區(qū)域， 就可以設置具有更小間隔寬度的更精細的能量間隔(在這種情況下， 其它區(qū)域的能量間隔就被粗分)。然而，原則上，作為確定實際比值信 息的前提的單獨的能量間隔必須與作為產(chǎn)生多個響應函數(shù)的前提的單 獨的能量間隔匹配或者一致。通過確定對應于多個探測器的多個單獨 計數(shù)的相互比值，可針對每一個能量間隔確定實際比值信息。例如， 如以下即將描述的，可以通過利用單獨計數(shù)的總和歸一化多個單獨計
數(shù)來確定多個計數(shù)比(count ratio)(多個實際計數(shù)比)，還可以形成實 際比值信息作為多個計數(shù)比的組合或序列。在任一情況下，對于每一 個能量間隔，都期望計算與計數(shù)的比值相關的信息，該信息反映了探 測器在方向特性方面的差異。對于探測器，單獨的計數(shù)可以是例如在 能量間隔內(nèi)的綜合計數(shù)(integrated count)、計數(shù)百分比(count percentage)等等0
另一方面，針對多個能量間隔預先準備多個響應函數(shù)。理想地， 響應函數(shù)根據(jù)實驗或模擬預先生成，并且作為模板與實際比值信息相 互比較。換句話說，針對每一個能量間隔的響應函數(shù)是代表了隨放射 線入射方向變化的理論比值信息的函數(shù)。理論比值信息是同實際比值 信息相比較的信息，并且被認為是相對于實際值的理論值。產(chǎn)生部作 為存儲器產(chǎn)生代表響應函數(shù)的數(shù)據(jù)，計算部處理響應函數(shù)的方程式或 者其它方式(means)。
前述的比較部比較對應于多個能量間隔的多個實際比值信息與對 應于與多個能量間隔的多個響應函數(shù)。更具體地說，對于每一個能量 間隔，在由響應函數(shù)代表的每一個入射方向上比較實際比值信息與理 論比值信息。在這種情況下，當特定實際比值信息與特定理論比值信 息的匹配關系確定時，即實際值與理論值匹配時，就可以在匹配關系 的基礎上對入射方向和能量間隔的至少其中之一做出估計。換句話說， 可以根據(jù)匹配關系建立時理論比值信息的屬性(對應于理論比值信息 的入射方向和/或?qū)诖砝碚摫戎敌畔⒌捻憫瘮?shù)的能量間隔)識 別入射放射線的入射方向和/或能量間隔。這里，比較部優(yōu)選能夠同時 識別由探測部探測到的放射線的入射方向和能量間隔。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的各個方面，由于它不需要識別光譜的峰 值進而利用所得峰值進行計算處理，因此即使峰值不清晰也可以進行 計算處理，而且計算處理不依賴于峰值識別精度。另外，由于不需要 延遲開始計算直到光譜峰值被清晰地識別，因此可以實現(xiàn)快速計算。
針對每一個能量間隔的實際比值信息優(yōu)選地包括由利用單獨計數(shù) 的總和歸一化的多個單獨計數(shù)所決定的多個實際計數(shù)比，基于入射方 向的理論比值信息優(yōu)選地包括將與多個實際計數(shù)比相互比較的多個理 論計數(shù)比。多個實際計數(shù)比(實際計數(shù)比序列)對應于代表多個探測
器中的內(nèi)分(internal dividing)計數(shù)比的序列。多個理論計數(shù)比(理論 計數(shù)比序列)是與實際計數(shù)比序列相對照的或相比較的序列。
計算部優(yōu)選地包括生成部，其根據(jù)多個探測數(shù)據(jù)生成對應于多 個探測器的多個光譜；第一計算部，為多個光譜中的每一個光譜設置 多個能量間隔，并且為每一個能量間隔確定對應于多個探測器的多個 單獨計數(shù)；第二計算部通過將多個單獨計數(shù)除以總計數(shù)(單獨計數(shù)的 總和)為每一個能量間隔確定多個實際計數(shù)比。產(chǎn)生部可以通過能夠 為每一個能量間隔計算綜合計數(shù)的多通道分析儀(MCA)或者其它器 件(例如，單通道分析儀(SCA))構(gòu)成。優(yōu)選多個分析儀并行工作， 然而也可以以時分的方式使用單個分析儀?？梢詫⒌谝挥嬎悴亢偷诙?計算部集成為單個計算部。其它部也可以這樣。每一個部可以用一個 專用硬件實現(xiàn)，或者作為一個軟件功能。
由產(chǎn)生部產(chǎn)生的針對每一個能量間隔的響應函數(shù)優(yōu)選地為表達式 或表格，為每一個入射方向提供理論比值信息。優(yōu)選地，每一個能量 間隔的響應函數(shù)作為模擬操作的結(jié)果被事先生成，在模擬操作中，通 過使用用于探測部的虛擬模型，具有預定能量的放射線從每一個方向 虛擬入射。預定的能量優(yōu)選地設置為每一個能量間隔的中心能量，例 如，在虛擬模型中在該能量具有光電峰值的Y射線被虛擬入射。在這種 情況下，入射方向連續(xù)變化或者以預定的間隔變化。
在探測部中，多個探測器優(yōu)選包含n個圍繞中心軸放置的閃爍體 塊(nS3)。通過沿圓周方向放置三個或更多的閃爍體塊，閃爍體塊的 方向特性得以區(qū)分，從而可以區(qū)分在水平方向上從四周入射的放射線 的入射方向。
優(yōu)選地，當來自多個放射源并且具有彼此不同的能量的放射線入 射到探測部時，比較部確定對應于多個放射線的多個匹配關系，并且 針對每一個確定的匹配關系，識別入射方向和能量間隔。如上所述， 因為針對對應于多個能量間隔的多個響應函數(shù)，對應于每一個能量間 隔的實際比值信息都單獨比較，因此即使當來自多個放射源并且具有 彼此不同的能量的放射線同時入射的時候，放射線也可以被各自區(qū)分 并處理。對于來自多個放射源并且沿同一方向入射的放射線，情況也 是如此。當希望區(qū)分來自多個放射源的放射線，甚至是來自多個放射 源并且具有相同能量(能量間隔)的放射線入射時，另一種識別方法 可進一步與上述方案結(jié)合使用。
優(yōu)選地，放射線測量裝置還包括生成部，其在由比較部識別的 入射方向和能量間隔的基礎上通過映射標記到預定的坐標系中生成圖 表(chart);以及用于顯示圖表的顯示部。通過該圖表，可以同時并且 直觀地了解入射方向和能量間隔。
優(yōu)選地，在預定坐標系中的周向(circumferential direction)代表 入射方向，在預定坐標系中的徑向代表能量間隔。優(yōu)選地，圖表生成 部根據(jù)劑量信息改變標記的顯示形式。通過該結(jié)構(gòu)，可以同時直觀地 識別劑量的大小(magnitude)(或者劑量速率(dosagerate))。優(yōu)選地， 劑量信息代表針對由比較部識別的能量間隔計算的劑量。優(yōu)選地，所 述標記顯示形式的變化包括標記大小變化、形狀變化、顏色相位(color phase)變化以及亮度變化的至少其中之一。上述的圖表顯示技術可應 用于計算并顯示放射線的入射方向和能量(或者能量間隔)的其它放 射線測量裝置。在這種情況下，也可以得到與上述類似的優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種放射線測量裝置中的數(shù)據(jù)處 理方法，該測量裝置包含具有n個探測器(n2 3)的探測部，這些探 測器具有彼此不同的水平方向特性，本方法包括以下步驟在使用n 個探測器得到的n個探測數(shù)據(jù)的基礎上針對m個能量間隔中(m 2 2) 的每一個能量間隔計算實際比值信息，該信息代表對應于n個探測器 的n個單獨計數(shù)之間的相互比值；針對每一個能量間隔，產(chǎn)生響應函 數(shù)，該函數(shù)提供對應于入射方向的理論比值信息；比較對應于m個能 量間隔的m個實際比值信息與對應于m個能量間隔的m個響應函數(shù)；
以及當特定實際比值信息與特定理論比值信息之間的匹配關系確定 時，根據(jù)匹配關系識別由探測部探測到的放射線的入射方向和能量間 隔。
優(yōu)選地，本方法還包括通過將代表已經(jīng)識別的入射方向和能量間 隔的標記映射到極坐標系中生成圖表的步驟，其中入射方向與周向關 聯(lián)，能量間隔與徑向關聯(lián)。
如上所述，利用上述的結(jié)構(gòu)，無需識別光譜中的峰值就可以計算 入射放射線的入射方向和能量間隔或者其中之一。此外，利用上述的 結(jié)構(gòu)，可以識別來自多個放射源的放射線，即使放射線同時入射。而 且，利用上述的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)一種顯示方法，其中可以直觀地識別 入射放射線的入射方向和能量間隔或者其中之一 。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的放射線測量裝置的一個優(yōu)選實施例的框圖。
圖2是圖1所示數(shù)據(jù)處理器的處理內(nèi)容的流程圖。
圖3說明了光譜中多個能量間隔的設置方法。
圖4是數(shù)據(jù)處理器的處理內(nèi)容的概念圖。
圖5顯示了第一響應函數(shù)。
圖6顯示了第二響應函數(shù)。
圖7顯示了第三響應函數(shù)。
圖8顯示了第四響應函數(shù)。
圖9顯示了第五響應函數(shù)。
圖10顯示了實際計數(shù)比序列與理論計數(shù)比序列的匹配。
圖11顯示了第一響應函數(shù)以及顯示示范結(jié)果的第一函數(shù)。
圖12顯示了第二響應函數(shù)以及顯示示范結(jié)果的第二函數(shù)。
圖13顯示了第三響應函數(shù)以及顯示示范結(jié)果的第三函數(shù)。
圖14顯示了第四響應函數(shù)以及顯示示范結(jié)果的第四函數(shù)。
圖15顯示了第五響應函數(shù)以及顯示示范結(jié)果的第五函數(shù)。
圖16是產(chǎn)生響應函數(shù)的過程的流程圖。
圖17是第一示例顯示。
圖18是第二示例顯示。圖19是第三示例顯示。
具體實施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例予以說明。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的放射線測量裝置的一個優(yōu)選實施例。根 據(jù)本發(fā)明的放射線測量裝置做成監(jiān)測柱的形式，連續(xù)測量環(huán)境中的放 射線(特別是Y射線)。本發(fā)明也可以應用在其它放射線測量裝置中， 如測量計。
在圖1中，放射線測量裝置包括測量單元10以及計算單元12。測 量單元10包括探測部14以及轉(zhuǎn)換部16。在本實施例中，探測部14 包含三個閃爍體塊(三個探測器)20、 22以及24。三個閃爍體塊20、 22以及24在水平面上圍繞探測部14的垂直中心軸以均勻間隔放置， 閃爍體塊20、 22以及24的每一個從頂部看(或者從底部)都是120° 的扇形。探測部14的總體形狀為管形或盤形。舉例來說，探測部14 的直徑可以為7.62厘米(3英寸)，高度可以為7.62厘米(3英寸)。
因為探測部14以上述形式構(gòu)造，所以閃爍體塊20、 22以及24的 方向特性彼此不同。舉例來說，當放射線特定地從附圖標記32所示方 向入射時，位于前面的閃爍體塊20相對于放射線的靈敏度最高，因為 閃爍體塊20位于閃爍體塊22和24的前面，所以處于后面的閃爍體塊 22和24的靈敏度相對較低。在這種方式下，當三個閃爍體塊20、 22 以及24沿周向放置時，由于探測部獨特的結(jié)構(gòu)，閃爍體塊20、 22以 及24的方向特性彼此不同。
在本實施例中，閃爍體塊20、 22以及24由同種材料構(gòu)成，并且 具有相同的外形。閃爍體塊20、 22以及24也可以由彼此不同的材料 構(gòu)成，或者具有彼此不同的外形。在任一情況下，多個探測器都要被 構(gòu)造成多個探測器的方向特性彼此不同。例如，放置具有不同主靈敏 方向的探測器，同時利用屏蔽材料為多個探測器提供方向性。在這種 情況下，多個探測器可沿垂直方向放置。
在三個閃爍體塊20、 22以及24之間提供反射層26、 28以及30。 在閃爍體塊20、 22以及24之間的光衍射被反射層26、 28以及30阻 止。也可以使用反射材料在底面將除了光發(fā)射區(qū)以外的整個閃爍體塊
20、 22以及24覆蓋。
轉(zhuǎn)換部16包含對應于三個閃爍體塊的三個光探測器(光電倍增管 作為光電轉(zhuǎn)換器)34、 36以及38。光探測器34、 36以及38的光接收 表面與對應的閃爍體塊20、 22以及24的下表面相連。因此，當放射 線入射到某一閃爍體塊并且產(chǎn)生光發(fā)射時，光就會被與閃爍體塊相連 的光探測器探測到。在光探測器中，光信號轉(zhuǎn)換為電信號。
如果需要，也可以在閃爍體塊20、 22以及24的下表面與光探測 器34、 36以及38的光接收表面之間提供光導(light guide)或類似結(jié) 構(gòu)。在任一情況下，都優(yōu)選地形成測量單元10以使由放射線入射導致 在閃爍體塊中產(chǎn)生的光可以盡量有效地被引導至對應于該閃爍體塊的 光探測器。
盡管在測量單元10中的探測部14以及轉(zhuǎn)換部16被儲存在一個容 器中，然而該容器并未在圖1示出。借助于本實施例中的測量單元10， 因為無需提供如相關技術中的旋轉(zhuǎn)探測部的機械裝置或者龐大的保護 結(jié)構(gòu)，測量單元10的尺寸和重量都可以減小。
接下來介紹計算單元12。在圖1的示例結(jié)構(gòu)中，對應于三個放射 線探測器(即三個閃爍體塊20、 22以及24)提供三個信號處理器40、 42和44以及三個多通道分析器(MCA) 46、 48和50。每一個信號處 理器40、 42和44包括用于放大從光探測器34、 36以及38輸出的信 號的放大器、用于將放大后的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換器、 以及其它必要的電路。多通道分析器46、 48和50根據(jù)使用三個探測 器得到的信號(探測數(shù)據(jù))產(chǎn)生三個光譜。換句話說，多通道分析器 46、48和50作為光譜產(chǎn)生器?；蛘?，也可以用三個單通道分析器(SCA) 代替多通道分析器?；蛘?，也可以提供電路為每一個能量間隔確定計 數(shù)以取代形成完整的光譜。從示意性的角度看，這樣的電路對應于光 譜產(chǎn)生電路以及光譜分析電路。
數(shù)據(jù)處理器52包括，例如，微處理器。數(shù)據(jù)處理器52的特定處 理過程將在以后詳細描述。本實施例中的數(shù)據(jù)處理器52為多個光譜設 定多個能量間隔，針對每一個能量間隔進行預定的計算，并將計算結(jié) 果與響應函數(shù)作比較(將在以后說明)以識別入射放射線的入射方向^ 以及能量(能量間隔)￡。在這里，響應函數(shù)儲存在與數(shù)據(jù)處理器52相連的存儲器54中。如隨后將要描述的，可通過執(zhí)行預定的模擬來確 定響應函數(shù)。附圖標記60指明了將代表響應函數(shù)的數(shù)據(jù)存入存儲器54。
當入射放射線的入射方向^以及能量(能量間隔)￡己經(jīng)如上所述 在數(shù)據(jù)處理器52中確定時，顯示處理器56執(zhí)行預定的顯示流程將這 些信息以一種易于理解的方式提供給用戶。如隨后將要描述的，在這 種情況下，生成預定的圖形并將其顯示在顯示部57上?；蛘?，也可以 通過網(wǎng)絡將由數(shù)據(jù)處理器52確定的入射方向^以及能量￡輸出到外部 設備。
接下來，將詳細描述圖1所示的數(shù)據(jù)處理器52的處理內(nèi)容。圖2 是在數(shù)據(jù)處理器52中處理內(nèi)容的流程圖。該流程圖將參考圖3至10 予以描述。
S101、 S102、以及S103代表對應于三個探測器的三個步驟，在每 一個步驟中針對為每一個探測器產(chǎn)生的光譜設置多個能量間隔，并且 針對每一個能量間隔i確定綜合計數(shù)Nl。 N2,、以及N3,。這里，Nl、 N2、以及N3代表針對探測器的綜合計數(shù)，下標i是正整數(shù)(1、 2、 3、 4、以及5)，代表能量間隔的編號。
現(xiàn)在參考圖3對過程SlOl、 S102、以及S103予以描述。作為例 子，圖3顯示了基于第一探測器得到的探測數(shù)據(jù)的光譜62。如圖3所 示，為光譜62設置多個能量間隔64-72。能量間隔64-72可以具有相 同的或者不同的間隔寬度。在本實施例中，為所有的能量間隔64-72 設置相同的間隔寬度，為200keV。這僅是示例性的，比如，如果有一 個能量區(qū)域需要更精細的識別，也可以在這個區(qū)域內(nèi)設置更精細的能 量間隔，并在其它區(qū)域設置更稀疏的能量間隔。
在本實施例中，根據(jù)針對每一個能量間隔64-72的光譜執(zhí)行對計 數(shù)的積分處理。也就是確定綜合計數(shù)。在圖3中，綜合計數(shù)以N1,-Nls 表示。盡管在能量間隔70中出現(xiàn)光譜62的一個峰值，然而在本實施 例的方法中，無需區(qū)分或識別這樣的峰值就可以分析入射放射線。盡 管圖3僅僅顯示了針對第一探測器的光譜處理，然而對于其它探測器 的光譜可執(zhí)行類似處理。
在本實施例中，針對三個探測器執(zhí)行以上所述的過程SIOI、 S102、以及S103，可以得到如圖4 (A)所示的結(jié)果。這里，附圖標記74代 表了針對第一探測器進行光譜處理的結(jié)果，即附圖標記74代表對應于 五個能量間隔的五個綜合計數(shù)Nl,-Nl5。附圖標記76代表了針對第二 探測器進行光譜處理得到的對應于五個能量間隔的五個綜合計數(shù) N2廣N25。附圖標記78代表了針對第三探測器進行光譜處理得到的對 應于五個能量間隔的五個綜合計數(shù)N3r"N35。
再參考圖2，在S104中，針對每一個能量間隔i確定總計數(shù)T,作 為三個綜合計數(shù)的總和(例如，T=Nl+N2,+N3j)。在S105、 S106 以及S107中，將針對每一個能量間隔確定的三個綜合計數(shù)除以總計數(shù) T,得到對應于綜合計數(shù)的計數(shù)比。這一過程將參考圖4予以描述。
圖4 (B)顯示了如上所述S104-S107執(zhí)行的結(jié)果。如圖4 (A) 所示，對于能量間隔0keV-200keV，當對應于三個探測器的三個綜合 計數(shù)Nl,、 N2！、以及N3,除以(歸一化)總和Ti ^Nli+N2!+N3！) 時，得到如圖4 (B)所示的三個計數(shù)比Kl,、 K2"以及K3,。對于其 它能量間隔，類似地，可通過歸一化計算確定對應于每一個綜合計數(shù) 的計數(shù)比。如圖4 (B)所示，通過這一處理，得到對應于三個探測器 以及五個能量間隔的15個計數(shù)比(參照附圖標記80、 82、以及84)。 每一個能量間隔的三個計數(shù)比代表三個探測器之間的靈敏度差異或者 三個探測器中的探測效率的差異，即在每一個能量間隔中相對于總計 數(shù)的內(nèi)分比。
再參考圖2，在S108中，執(zhí)行將針對于每一個能量間隔i的三個 計數(shù)比R,(即實際計數(shù)比序列)與每一個能量間隔i的響應函數(shù)(更 特定地，所有理論計數(shù)比序列)相比較的過程。該過程將參考圖4 (C) 與4 (D)予以描述。
如圖4 (C)所示，對于能量間隔0 keV-200 keV，在該能量間隔 確定三個計數(shù)比K1^ K2,、以及K3p定義實際計數(shù)比序列R,為上述 計數(shù)比的組合。類似地，針對其它能量間隔，定義實際計數(shù)比序列 R2-R5。如圖4 (D)所示，將實際計數(shù)比序列與針對每一個能量間隔 的響應函數(shù)相比較(參照附圖標記70-1-70-5)。
在本實施例中，事先準備對應于五個能量間隔的五個響應函數(shù)(參 照附圖標記72)。在本實施例中，響應函數(shù)是通過模擬得到的函數(shù)(隨
后將更詳細地說明)，代表0。-360°范圍內(nèi)的理論計數(shù)比序列。在圖4
中，五個響應函數(shù)以I,—0 360、 I2-。 36。、 13-0 360、 14-0 360以及l(fā)5-Q 36。表示。
例如，在能量間隔0 keV-200 keV，實際計數(shù)比序列R同響應函數(shù)
360相比較。對于其它能量間隔也是類似情況。
圖5-9顯示了對應于五個能量間隔的第一至第五響應函數(shù)。圖5 顯示了對應于能量間隔0keV-200keV的第一響應函數(shù)，圖6顯示了對 應于能量間隔200 keV-400 keV的第二響應函數(shù)，圖7顯示了對應于能 量間隔400 keV-600 keV的第三響應函數(shù)，圖8顯示了對應于能量間隔 600 keV-800 keV的第四響應函數(shù)，以及圖9顯示了對應于能量間隔800 keV-1000keV的第五響應函數(shù)。在以上每一幅圖中，橫坐標代表角度 (對應于入射方向)，縱坐標代表理論計數(shù)比。這里，帶有圓形符號的 線(點線)表示對應于第一個探觀^器的理論計數(shù)比的變化，帶有三角 符號的線(點線)表示對應于第二個探測器的理論計數(shù)比的變化，帶 有方形符號的線(點線)表示對應于第三個探測器的理論計數(shù)比的變 化。
理論計數(shù)比是根據(jù)模擬的結(jié)果運用與前面類似的計算過程確定 的。換言之，如同隨后將要描述的，在單個能量間隔的中心處具有能 量峰值的虛擬的Y射線照射到探測部的虛擬模型。在這一過程中，變化 Y射線的照射方向(角度)。按照這種方法，針對每一個能量間隔和每 一個照射方向，得到對應于三個探測器的三個光譜。每個光譜都設置 多個能量間隔，對于每一個能量間隔，確定對應于三個探測器的三個 綜合計數(shù)N1、 N2、以及N3，并將綜合計數(shù)相對于總和T歸一化。經(jīng) 過這一過程，確定了多個理論計數(shù)比(Nl/T、 N2/T 、以及N3/T)。 五個響應函數(shù)即是描繪了這些計數(shù)比的函數(shù)。
如圖5-9所示，在對應于每一個能量間隔的響應函數(shù)中，三個理 論計數(shù)比按照角度以類似于正弦曲線的形式變化。圖5-9的相互比較清 楚地表明，當能量變高的時候，放射線發(fā)射的功率也隨之增加，三個 探測器的理論計數(shù)比之間的差異減小。在每一種情況下，事先識別在 每一個能量間隔和每一個方向上都不同的理論計數(shù)比序列(三個理論 計數(shù)比的組合)并將其作為響應函數(shù)。
在圖2中，在前述S108中，對于每一個能量間隔i，執(zhí)行比較實
際計數(shù)比序列R,與響應函數(shù)的過程，并在S109中，確定匹配關系。更 具體地說，判斷實際計數(shù)比序列與理論計數(shù)比序列是否匹配。例如， 在這種情況下，可以采用相關或類似運算，當相關值在某一范圍內(nèi)時， 即可進行匹配判定?；蛘撸部梢葬槍γ恳粋€理論計數(shù)比為執(zhí)行匹配 判定設置一個范圍，然后根據(jù)實際計數(shù)比是否屬于該范圍進行匹配判 定。
當沒有與實際計數(shù)比序列匹配的理論計數(shù)比序列時，即判定沒有 待測量的某一級別或更高級別的放射線入射。在這種情況下，即認為 是自然放射線(環(huán)境放射線)的入射。另一方面，當具有相同能量的 放射線從多個方向入射的時候，就不能適當?shù)貓?zhí)行計算，判定結(jié)果就
會出現(xiàn)問題，這種情況下，可以如圖2所示在S115中執(zhí)行錯誤處理，
比如，產(chǎn)生警告。在本實施例的放射線測量裝置中，只要能量不同， 即使來自多個放射源的放射線從同一方向或不同方向同時入射，也能 夠識別每個放射線，并且能夠識別每個放射線的入射方向和能量(能 量間隔)。
在圖2所示結(jié)構(gòu)中，步驟S108和S109不必要依序執(zhí)行，如SllO 所示可以同時執(zhí)行這些步驟。
圖10是建立匹配判定的例子。在圖10的例子中，R4代表針對第 四能量間隔(600keV-800keV)計算的實際計數(shù)比序列，包括三個實 際計數(shù)比KU、 K24、以及K34。實際計數(shù)比序列R4與對應于能量間隔 的第四響應函數(shù)相比較。在圖10所示的情況下，對應于270。角度的理 論計數(shù)比序列I4.27Q與實際計數(shù)比序列R4匹配。當發(fā)現(xiàn)這一匹配關系 時，就可通過讀取匹配關系中的理論計數(shù)比序列14.27。的角度屬性 (270°)識別放射線的入射方向。此外，通過讀取能量間隔(600 keV-800 keV)(匹配關系確立所對應的響應函數(shù)的屬性)可以識別入射放射線 的能量間隔。當來自多個放射源具有彼此不同能量的放射線同時入射 的時候，在多個能量間隔內(nèi)會建立多個匹配關系。對于每一個匹配關 系，都可以識別入射方向和能量間隔。
圖2中的Slll和S112表示如上所述的入射方向^以及能量間隔五 的識別。在S113和S114，輸出識別的入射方向鵬信息以及能量間隔 五的信息。
如隨后所述，響應函數(shù)是利用在每一個能量間隔的中心處具有光 電峰值的Y射線的模擬照射產(chǎn)生的。因為響應函數(shù)以這種方式產(chǎn)生，所 以當實際計數(shù)比序列與理論計數(shù)比序列之間確定匹配關系時，實際計 數(shù)比序列對應于與三個探測器相對應的三個光譜中的三個峰值。然而， 在本實施例中，根本上，在所有能量間隔中進行實際計數(shù)比序列的比 較，而且不需要在每一個光譜中識別峰值。換言之，盡管峰值可以作 為結(jié)果，然而在計算過程中不需要識別峰值。因此，即使在光譜中峰 值不清晰，還是能夠精確判定入射放射線的入射方向和能量間隔。
下面參考圖11-15對按照本實施例所述方法的模擬結(jié)果的例子予 以說明。圖11顯示了響應函數(shù)(參照圖5)以及針對能量間隔0keV-200 keV的模擬結(jié)果，圖12顯示了響應函數(shù)(參照圖6)以及針對能量間 隔200 keV^400 keV的模擬結(jié)果，圖13顯示了響應函數(shù)(參照圖7) 以及針對能量間隔400 keV-600 keV的模擬結(jié)果，圖14顯示了響應函 數(shù)(參照圖8)以及針對能量間隔600keV-800keV的模擬結(jié)果，以及 圖15顯示了響應函數(shù)(參照圖9)以及針對能量間隔800keV-1000keV 的模擬結(jié)果。在以上每一幅圖中，虛線代表實際計數(shù)比序列的變化， 即響應函數(shù)(RF)。這些響應函數(shù)與圖5-9中所示響應函數(shù)相同。另一 方面，實線代表利用虛擬放射源(137 Cs)的模擬結(jié)果，其中放射的Y 射線的光電峰值位于662 keV。更具體地說，在模擬中，Y射線的照射 方向圍繞探測部(虛擬模型)旋轉(zhuǎn)，計數(shù)比序列(對應于實際計數(shù)比 序列)的變化在每一幅圖中以實線表示。這里，每一條實線上的圓形 符號代表對應于第一探測器的計數(shù)比，三角符號代表對應于第二探測 器的計數(shù)比，方形符號代表對應于第三個探測器的計數(shù)比。因為計數(shù) 比是通過前述的模擬過程得到的，所以這些計數(shù)比是模擬的，而不是 測量的，然而它們可以像實際計數(shù)比一樣使用。
因為入射放射線的峰值能量是662 keV，所以放射線位于600 keV-800keV的能量間隔內(nèi)。因此，如圖14所示，模擬中的計數(shù)比序 列(實際計數(shù)比序列)與這個能量間隔內(nèi)的所有入射方向的理論計數(shù) 比匹配。另一方面，在其它能量間隔內(nèi)，對于任何方向都沒有建立匹 配關系。換言之，通過本實施例所述方法，當探測到放射線時，就可 以正確地判定入射放射線的能量間隔以及發(fā)射方向。
圖16所示流程圖顯示了產(chǎn)生上述響應函數(shù)的方法。在本實施例中，
響應函數(shù)是通過已知的電磁級聯(lián)蒙特卡羅模擬(EGS)產(chǎn)生的。
在S201中，定義了多個能量間隔。在本實施例中，如上所述，設 置了五個間隔寬度為200 keV的能量間隔，然而，這己經(jīng)足以在與響 應函數(shù)的產(chǎn)生相關的多個能量間隔與在光譜分析過程中的多個能量間 隔之間進行匹配，進而能量間隔的間隔寬度不必要設置成彼此相同。
在S202，圖1所示放射線探測部的結(jié)構(gòu)被幾何地定義為一個虛擬
模型，然后進行模擬，其中具有預定能量的Y射線圍繞作為模型的放射 線探測部入射。在這種情況下，針對每一個能量間隔，照射在能量間 隔中心具有峰值能量的Y射線。此外，入射方向在0°-360°之間變化。 這里，入射方向可以連續(xù)變化，也可以以間隔Ae變化。針對圖5-9所 示的響應函數(shù)，A9設為30。。作為S202執(zhí)行的結(jié)果，針對每一個能量 和每一個方向，得到了對應于三個探測器的三個光譜。
在S203中，為每一個能量和每一個方向上所得到的三個光譜設置 了多個能量間隔，并針對每一個能量間隔在三個光譜上確定了綜合計 數(shù)。通過將三個綜合計數(shù)與綜合計數(shù)的總和相除，確定了三個計數(shù)比 (理論計數(shù)比)。每一個計數(shù)比構(gòu)成了計數(shù)比序列(理論計數(shù)比序列) 的一部分。將針對每一個能量間隔和每一個方向確定的理論計數(shù)比序 列描繪在為每一個能量間隔準備的坐標系中。在S204中，如有必要， 對描繪在坐標系中的多個點執(zhí)行插值處理，這樣就可以確定響應函數(shù)。 在這一過程中，響應函數(shù)可定義為數(shù)值序列或者表達式。在任一情況 下，通過執(zhí)行圖16所示的過程，可以事先產(chǎn)生針對圖5-9所示的多個 能量間隔的多個響應函數(shù)。
如上所述，通過在實際測量以前考慮具有不同能量級別的Y射線從 不同方向入射的各種情況，并且通過測量這些情況儲存一組理論值(響 應函數(shù))，當?shù)玫綄嶋H測量值的時候，可以匹配實際測量值與該組理論 值，這樣可以識別具有匹配關系的理論值，進而估計作為理論值屬性 的入射方向和能量間隔。
因此，只要正確地確定了匹配關系，即使放射線來自多個放射源 并且從不同方向同時入射，也可以區(qū)分不同的放射源，并且測量每個 放射線。然而，當來自多個放射源并且屬于同一能量間隔內(nèi)的放射線同時入射時，也可能無法正確比較實際測量值與理論值?？紤]到這一 情況，可以執(zhí)行錯誤處理以進一步提高判定的可靠性。
圖1所示的數(shù)據(jù)處理器52也可以根據(jù)一個或多個探測器得到的探 測數(shù)據(jù)計算整個能量范圍內(nèi)的劑量以及每一個能量間隔的劑量。例如， 如果要計算對應于整個能量范圍的劑量時，可以從三個光譜中選擇一 個光譜，然后在所選光譜的基礎上確定劑量。在每一個能量間隔內(nèi)計 算劑量與此相似?；蛘?，也可以考慮所有光譜，然后運用加權(quán)相加或 類似的操作并計算劑量。
接下來舉例說明,1所示的顯示處理器56的工作流程。圖17-19 顯示了顯示處理器56產(chǎn)生的例圖。
以上每一幅圖都以極坐標顯示，其中坐標系的周向?qū)诜派渚€ 的入射方向e，坐標系中的徑向?qū)诜派渚€的能量(能量間隔)。
如圖17所示，當通過前述過程確定入射放射線的入射方向和能量 間隔后，標記Ml顯示在極坐標系中對應于已確定的入射方向和已確 定的能量間隔的位置。在示例的情況下，入射方向為90。，能量間隔為 600 keV-800 keV。此外，在本實施例中，標記Ml的尺寸大小對應于 在標記M1所處能量間隔內(nèi)劑量的強度。換言之，標記M1的直徑越大 代表劑量越高，直徑越小代表劑量越低。因此，入射放射線的入射方 向、能量間隔、劑量信息都可以通過圖17所示的圖直觀地識別，這非 常有利。
在上述例子中，標記Ml的直徑大小代表劑量的強度?？蛇x的， 劑量的強度還可以通過改變標記的形式、顏色相位以及亮度來表示。 例如，當劑量的強度與顏色相位關聯(lián)的時候，需要在圖17所示的圖的 附近顯示顏色標尺。
圖18顯示了兩個具有不同能量的放射線從同一方向入射的顯示示 例。在這個例子中，如標記M2和M3所示，兩個放射線從120°的方 向入射，能量分別位于包括能量間隔600 keV-800 keV和能量間隔800 keV-1000keV的兩個能量間隔內(nèi)。可選地，能量間隔的寬度也可以設 置得更為精細以提高圖中的能量分辨率。
圖19所示的例子顯示了兩個具有不同能量的放射線從不同方向入 射。在這個示例中，標記M4表示能量處于能量間隔600keV-800keV內(nèi)的放射線從30。方向入射，標記M5表示能量處于能量間隔800 keV-lOOO keV內(nèi)的放射線從90。方向入射。
在上述的實施例中，響應函數(shù)通過模擬生成。此外，響應函數(shù)也 可以通過收集實驗數(shù)據(jù)生成。盡管在上述實施例中放射線處理裝置是 測量柱，然而本發(fā)明也可以應用于其它放射線測量裝置中，比如測量 計。例如，本發(fā)明可以應用于測量(3射線的測量計中。在上述實施例中， 放射線探測部包含三個閃爍體塊，然而，可選地，放射線探測部也可 以包含四個或更多閃爍體塊。當提供兩個閃爍體塊時，即探測器安裝 了兩個從頂部看半圓形的閃爍體塊時，盡管可以在0°-180°以及 180。-360。兩個范圍內(nèi)區(qū)分入射方向，然而不能像上述實施例一樣區(qū)分 特定的入射方向。因此，理想地應該放置三個或更多閃爍體塊。在上 難實施例中設置了五個能量間隔，然而也可以設置六個或更多的能量 間隔，或者四個或更少的能量間隔。然而，當能量間隔數(shù)目較少的時 候，難于精確確定匹配關系，因此通常需要設置，例如，四個或更多 的能量間隔。
圖1所示的數(shù)據(jù)處理器可以由微處理器或類似器件構(gòu)成?；蛘?， 數(shù)據(jù)處理'器也可以由在CPU上運行的軟件功能實現(xiàn)。在這種情況下， MCA46、 48和50以及隨后的結(jié)構(gòu)都可以用計算機代替。
權(quán)利要求
1、一種放射線測量裝置，包括探測部，包括多個具有彼此不同的方向特性的探測器，探測部利用探測器探測放射線；計算部，用于在多個探測器得到的多個探測數(shù)據(jù)的基礎上，針對多個能量間隔的每一個能量間隔，計算實際比值信息，該信息代表對應于多個探測器的多個單獨計數(shù)的相互比值；產(chǎn)生部，用于針對每一個能量間隔產(chǎn)生響應函數(shù)，該函數(shù)提供隨入射方向變化的理論比值信息；以及比較部，用于比較對應于多個能量間隔的的多個實際比值信息與對應于與多個能量間隔的多個響應函數(shù)，以及當特定的實際比值信息與特定的理論比值信息之間的匹配關系確定后，根據(jù)匹配關系識別被探測部探測到的放射線的入射方向以及能量間隔的至少其中之一。
2、 如權(quán)利要求1所述的放射線測量裝置，其中 比較部識別被探測部探測到的放射線的入射方向以及能量間隔。
3、 如權(quán)利要求1所述的放射線測量裝置，其中 針對每一個能量間隔的實際比值信息包括利用單獨計數(shù)的總和歸一化多個單獨計數(shù)確定的多個實際計數(shù)比，以及基于入射方向的理論比值信息包括與多個實際計數(shù)比相比較的多 個理論計數(shù)比。
4、 如權(quán)利要求3所述的放射線測量裝置，其中 計算部包括光譜生成部，用于根據(jù)多個探測數(shù)據(jù)生成對應于多個探測器的多 個光譜；第一計算部，用于為多個光譜設置多個能量間隔，并且為每一個 能量間隔確定對應于多個探測器的多個單獨計數(shù)；以及第二計算部，通過將多個單獨計數(shù)除以總計數(shù)為每一個能量間隔 確定多個實際計數(shù)比，所述總計數(shù)為單獨計數(shù)的總和。
5、 如權(quán)利要求1所述的放射線測量裝置，其中由產(chǎn)生部產(chǎn)生的針對每一個能量間隔的響應函數(shù)為表達式或表 格，為每一個入射方向提供理論比值信息。
6、 如權(quán)利要求5所述的放射線測量裝置，其中每一個能量間隔的響應函數(shù)作為模擬操作的結(jié)果被事先生成，在 模擬中，通過使用用于探測部的虛擬模型，從每一個方向虛擬入射具 有預定能量的放射線。
7、 如權(quán)利要求1所述的放射線測量裝置，其中在探測部中，多個探測器包含n個圍繞中心軸放置的閃爍體塊(ri 23)。
8、 如權(quán)利要求2所述的放射線測量裝置，其中當來自多個放射源并且具有彼此不同的能量的放射線入射到探測 部時，比較部確定對應于多個放射線的多個匹配關系，并且 針對每一個確定的匹配關系，識別入射方向和能量間隔。
9、 如權(quán)利要求2所述的放射線測量裝置，還包括生成部，在由比較部識別的入射方向和能量間隔的基礎上，生成 部通過映射標記到預定的坐標系中生成圖表，以及 顯示部，用于顯示該圖表。
10、 如權(quán)利要求9所述的放射線測量裝置，其中 在預定坐標系中的周向代表入射方向，在預定坐標系中的徑向代表能量間隔。
11、 如權(quán)利要求9所述的放射線測量裝置，其中 生成部根據(jù)劑量信息改變標記的顯示形式。
12、 如權(quán)利要求ll所述的放射線測量裝置，其中 劑量信息代表針對由比較部識別的能量間隔計算的劑量。
13、 如權(quán)利要求ll所述的放射線測量裝置，其中標記顯示形式的變化包括標記大小變化、形狀變化、顏色相位變 化以及亮度變化的至少其中之一。
14、 一種放射線測量裝置中的數(shù)據(jù)處理方法，該測量裝置包含具 有n個探測器(n2 3)的探測部，這些探測器具有彼此不同的水平方 向特性，所述數(shù)據(jù)處理方法包括-在n個探測器得到的n個探測數(shù)據(jù)的基礎上，針對m個能量間隔 中(m2 2)的每一個能量間隔計算實際比值信息，該信息代表對應于 n個探測器的n個單獨計數(shù)之間的相互比值；針對每一個能量間隔，產(chǎn)生響應函數(shù)，該函數(shù)提供隨入射方向變 化的理論比值信息；比較對應于m個能量間隔的m個實際比值信息與對應于m個能量 間隔的m個響應函數(shù)，以及當特定實際比值信息與特定理論比值信息 之間的匹配關系確定時，根據(jù)匹配關系識別探測部探測到的放射線的 入射方向和能量間隔。
15、 如權(quán)利要求14所述的數(shù)據(jù)處理方法，還包括 通過將代表已經(jīng)識別的入射方向和能量間隔的標記映射到極坐標系中來生成圖表，其中入射方向與周向關聯(lián)，能量間隔與徑向關聯(lián)。
全文摘要
一種能夠識別放射線的入射方向以及能量(間隔)的放射線測量裝置。多個探測器的方向特性彼此不同。針對對應于多個探測器的多個光譜分別設置多個能量間隔，計算實際測量比值信息(多個實際測量計數(shù)比)，該信息表示針對每一個能量間隔的綜合計數(shù)值之間的相互比值。實際測量比值信息同多個響應函數(shù)相比較，當特定的實際測量比值信息與特定的理論比值信息之間的兼容性關系確定時，根據(jù)該關系識別放射線的入射方向和能量間隔。
文檔編號G01T1/16GK101198886SQ20068002170
公開日2008年6月11日 申請日期2006年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月30日
發(fā)明者小林祐介, 山野俊也, 白川芳幸 申請人:獨立行政法人放射線醫(yī)學綜合研究所;阿洛卡株式會社