用改进的事件类型区别进行辐射检测的系统及方法技术方案

本文描述辐射检测系统及方法，其提供不同类型的放射性事件之间的改进区别。令人惊讶地发现，使用基于脉冲曲线形状的多个鉴别器设置而非单个设置可改进α事件与β事件之间的区别。结果表明，由于区别增强，％溢出显著降低，效率损失最小。这些系统及方法在检测极低水平的α事件及β事件以及具有难以区分的脉冲形状的同位素的识别及量化方面特别重要。

Radiation Detection System and Method Based on Improved Event Type Distinction

This paper describes radiation detection systems and methods, which provide improved distinctions between different types of radioactive events. Surprisingly, using multiple discriminator settings based on the shape of the pulse curve rather than a single setup can improve the distinction between alpha and beta events. The results show that the% spillover decreases significantly and the efficiency loss is minimal due to the enhancement of the difference. These systems and methods are particularly important in detecting very low levels of alpha and beta events and in identifying and quantifying isotopes with indistinguishable pulse shapes.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用改进的事件类型区别进行辐射检测的系统及方法相关申请案本申请案主张2016年10月21日申请的第62/411,448号美国临时专利申请案的优先权及权益，并且其全部内容通过引用的方式并入本文中。
本专利技术大体上涉及用于测试样本中的辐射检测的系统及方法。更特定来说，在某些实施例中，本专利技术涉及提供测试样本中的不同种类的放射性事件(例如，α对β)之间的改进区别的系统(例如，液体闪烁计数器)。
技术介绍
可通过检测并分析从样本发射的辐射来识别并量化样本中存在的放射性核素。这在许多情况下都很重要，例如检测饮用水中的氚、氡、镭及铀；检测食物中的锶；检测食物、酒精及生物燃料中的14C；评估核电站的氚及14C排放；监测核反应堆退役期间的放射性；石油勘探中的示踪剂测量；吸附、分布、代谢及排泄(ADME)研究；检测生物样本中的放射性核素(例如，识别药物开发中可行的药物路径)；及考古样本的放射性碳年代测定，以及许多其它生物及环境背景。有多种系统及分析技术可用于检测由样本中放射性核素的放射性衰变引起的事件。如果样本含有发射不同种类辐射的多个放射性核素(例如，α及β发射体)，或者样本含有未知类型的放射性核素，那么能够确定是否由α、β或γ辐射引起检测到的放射性事件是很重要的。举例来说，在液体闪烁计数中，将含有待识别的一或多个放射性核素的样本材料与能够溶解样本材料的溶剂以及闪烁体(例如氟)混合。将一小瓶所得混合物置于包括一或多个光电倍增管的检测器中。当放射性核素经历放射性衰变时，发射的衰变能量引起闪烁体的激发及被检测的UV光的释放。光的强度是衰变能量的函数，并且检测到的脉冲的形状可用于区分不同种类的放射性事件，例如α、β或γ辐射。检测器产生对应于测试样本中检测到的多个放射性事件中的每一者的脉冲信号。然后可确定放射性核素的身份及/或数量。应认识到，脉冲形状可指示各种放射性事件。举例来说，由液体闪烁计数器(LSC)检测到的光脉冲基于其脉冲形状可被分类为由发射的β粒子或的α粒子引起。图1是展示随时间变化的归一化光强度的绘图。α脉冲具有比β脉冲更长的尾部(更长的衰变周期)。通过根据测试样本中的预期放射性核素使用适当的校准样本，可导出鉴别器以将测试样本中的给定放射性事件分类为α或β辐射。类似地，美国专利申请案公开案US2004/0262530提出一种用于基于脉冲形状区别由中子产生的脉冲与由伽马射线产生的脉冲的技术。然而，当前的鉴别技术遭受α/β错误分类(溢出)，特别是当用于检测极低水平的α及β事件时，以及当用于识别具有难以区分的脉冲形状的同位素时，例如锶-90。因此，需要用于区别测试样本中不同种类的放射性事件(例如，α对β)的改进系统及方法。
技术实现思路
本文提出的是辐射检测系统及方法，其提供不同类型的放射性事件之间的改进区别。令人惊讶地发现，使用基于脉冲曲线形状的多个鉴别器设置而非单个设置可改进α事件与β事件之间的区别。结果显示，由于区别增强，％溢出显著降低，效率损失最小。这些系统及方法在检测极低水平的α及β事件以及具有难以区分的脉冲形状的同位素的识别及量化方面特别重要。此外，本文提出允许用户例如经由交互式直方图显示调整多个鉴别器设置的系统及方法，从而允许对区别准确性与效率之间的折中的自我选择。在其它实施例中，系统及方法基于最小化错误分类误差并使效率最大化的品质因数自动确定多个鉴别器设置。一方面，本专利技术涉及一种用于量化测试样本中存在的两种或更多种放射性核素的方法，所述方法包括：针对所述测试样本中的多个有限检测到的放射性事件中的每一者，由计算装置的处理器获得脉冲形状的度量，其中所述度量是脉冲强度及脉冲持续时间的函数；由所述处理器根据其脉冲形状的度量使用相异第一及第二鉴别器设置将所述有限检测到的放射性事件中的每一者分类为至少三个类别中的一者，其中如果其脉冲形状具有低于所述第一鉴别器设置的值，那么所述事件被识别为源自第一种放射性核素，如果其脉冲形状具有高于所述第二鉴别器设置的值，那么所述事件被识别为源自第二种放射性核素，并且如果其脉冲形状具有介于所述第一鉴别器设置与所述第二鉴别器设置之间的值，那么所述事件被识别为不确定的；及由所述处理器显示所述第一种放射性核素的度量及所述第二种放射性核素的度量。在某些实施例中，所述两种或更多种放射性核素包括β发射体及α发射体。在某些实施例中，所述多个有限检测到的放射性事件中的每一者具有通过液体闪烁计数器测量的作为时间的函数的检测到的光强度的相关联信号，从所述信号确定所述脉冲形状度量。在某些实施例中，所述脉冲形状度量是脉冲或尾部面积除以脉冲幅值的度量或是其函数。在某些实施例中，如果其脉冲形状具有低于所述第一鉴别器设置的值，那么所述事件被识别为源自β发射体，并且如果其脉冲形状具有高于所述第二鉴别器设置的值，那么所述事件被识别为源自α发射体，其中所述第一鉴别器设置低于所述第二鉴别器设置。在某些实施例中，经分类事件包含三个类别中的每一者中的非零数目的事件-源自所述第一种放射性核素的事件、源自所述第二种放射性核素的事件及不确定的事件。在某些实施例中，所述第一种放射性核素的所述度量是具有低于所述第一鉴别器设置的脉冲形状值的经分类事件的总和或是其函数，并且所述第二种放射性核素的所述度量是具有高于所述第二鉴别器设置的脉冲形状值的经分类事件的总和或是其函数。另一方面，本专利技术涉及一种用于在测试样本中存在的放射性核素的所述量化中应用鉴别器设置的方法，所述测试样本包括具有不同种类的至少第一及第二放射性核素，所述方法包括：由计算装置的处理器接收对应于针对第一校准样本中的多个有限检测到的放射性事件中的每一者的脉冲形状的度量的数据，所述第一校准样本包括第一校准放射性核素，所述第一校准放射性核素是与所述测试样本中的所述第一放射性核素相同种类的发射体，并且是所述测试样本中的所述第一放射性核素或与其类似；由所述处理器接收对应于针对第二校准样本中的多个有限检测到的放射性事件中的每一者的脉冲形状的度量的数据，所述第二校准样本包括第二校准放射性核素，所述第二校准放射性核素是与所述测试样本中的所述第二放射性核素相同种类的发射体，并且是所述测试样本中的所述第二放射性核素或与其类似；由所述处理器显示作为脉冲形状的对应度量的函数的对应于所述第一及第二校准样本的经区分放射性事件的图形表示；由所述处理器显示允许调整第一鉴别器设置及第二鉴别器设置中的一者或两者的图形用户接口元件，并且其中如果其脉冲形状值低于所述第一鉴别器设置，那么事件被识别为源自所述第一放射性核素，如果其脉冲形状值高于所述第二鉴别器设置，那么所述事件被识别为源自所述第二放射性核素，并且如果其脉冲形状值介于所述第一鉴别器设置与所述第二鉴别器设置之间，那么所述事件被识别为不确定的；由所述处理器接收由用户对定义所述第一及第二鉴别器设置的所述图形用户接口元件的设置的选择；在给定用户选择的所述图形用户接口元件的设置的情况下，由所述处理器确定并显示针对所述第一及第二校准放射性核素中的每一者的溢出度量及/或效率度量；由所述处理器接收对应于经调整第一鉴别器设置及经调整第二鉴别器设置中的一者或两者的所述图形用户接口元件的经调整设置；由所述处理器根据所述图形用户接口元件的所述经调整设置确定并显示针对所述第一及第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于量化测试样本中存在的两种或更多种放射性核素的方法，所述方法包括：针对所述测试样本中的多个有限检测到的放射性事件中的每一者，由计算装置的处理器获得脉冲形状的度量，其中所述度量是脉冲强度及脉冲持续时间的函数；由所述处理器根据其脉冲形状的度量使用相异第一及第二鉴别器设置将所述有限检测到的放射性事件中的每一者分类为至少三个类别中的一者，其中如果其脉冲形状具有低于所述第一鉴别器设置的值，那么所述事件被识别为源自第一种放射性核素，如果其脉冲形状具有高于所述第二鉴别器设置的值，那么所述事件被识别为源自第二种放射性核素，并且如果其脉冲形状具有介于所述第一鉴别器设置与所述第二鉴别器设置之间的值，那么所述事件被识别为不确定的；及由所述处理器显示所述第一种放射性核素的度量及所述第二种放射性核素的度量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.21 US 62/411,4481.一种用于量化测试样本中存在的两种或更多种放射性核素的方法，所述方法包括：针对所述测试样本中的多个有限检测到的放射性事件中的每一者，由计算装置的处理器获得脉冲形状的度量，其中所述度量是脉冲强度及脉冲持续时间的函数；由所述处理器根据其脉冲形状的度量使用相异第一及第二鉴别器设置将所述有限检测到的放射性事件中的每一者分类为至少三个类别中的一者，其中如果其脉冲形状具有低于所述第一鉴别器设置的值，那么所述事件被识别为源自第一种放射性核素，如果其脉冲形状具有高于所述第二鉴别器设置的值，那么所述事件被识别为源自第二种放射性核素，并且如果其脉冲形状具有介于所述第一鉴别器设置与所述第二鉴别器设置之间的值，那么所述事件被识别为不确定的；及由所述处理器显示所述第一种放射性核素的度量及所述第二种放射性核素的度量。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述两种或更多种放射性核素包括β发射体及α发射体。3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述多个有限检测到的放射性事件中的每一者具有通过液体闪烁计数器测量的作为时间的函数的检测到的光强度的相关联信号，从所述信号确定所述脉冲形状度量。4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述脉冲形状度量是脉冲或尾部面积除以脉冲幅值的度量或是其函数。5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中如果其脉冲形状具有低于所述第一鉴别器设置的值，那么所述事件被识别为源自β发射体，并且如果其脉冲形状具有高于所述第二鉴别器设置的值，那么所述事件被识别为源自α发射体，其中所述第一鉴别器设置低于所述第二鉴别器设置。6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中经分类事件包含三个类别中的每一者中的非零数目的事件-源自所述第一种放射性核素的事件、源自所述第二种放射性核素的事件及不确定的事件。7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述第一种放射性核素的所述度量是具有低于所述第一鉴别器设置的脉冲形状值的经分类事件的总和或是其函数，并且所述第二种放射性核素的所述度量是具有高于所述第二鉴别器设置的脉冲形状值的经分类事件的总和或是其函数。8.一种用于在测试样本中存在的放射性核素的量化中应用鉴别器设置的方法，所述测试样本包括具有不同种类的至少第一及第二放射性核素，所述方法包括：由计算装置的处理器接收对应于针对第一校准样本中的多个有限检测到的放射性事件中的每一者的脉冲形状的度量的数据，所述第一校准样本包括第一校准放射性核素，所述第一校准放射性核素是与所述测试样本中的所述第一放射性核素相同种类的发射体，并且是所述测试样本中的所述第一放射性核素或与其类似；由所述处理器接收对应于针对第二校准样本中的多个有限检测到的放射性事件中的每一者的脉冲形状的度量的数据，所述第二校准样本包括第二校准放射性核素，所述第二校准放射性核素是与所述测试样本中的所述第二放射性核素相同种类的发射体，并且是所述测试样本中的所述第二放射性核素或与其类似；由所述处理器显示作为脉冲形状的对应度量的函数的对应于所述第一及第二校准样本的经区分放射性事件的图形表示；由所述处理器显示允许调整第一鉴别器设置及第二鉴别器设置中的一者或两者的图形用户接口元件，并且其中如果其脉冲形状值低于所述第一鉴别器设置，那么事件被识别为源自所述第一放射性核素，如果其脉冲形状值高于所述第二鉴别器设置，那么所述事件被识别为源自所述第二放射性核素，并且如果其脉冲形状值介于所述第一鉴别器设置与所述第二鉴别器设置之间，那么所述事件被识别为不确定的；由所述处理器接收由用户对定义所述第一及第二鉴别器设置的所述图形用户接口元件的设置的选择；在给定所述用户选择的所述图形用户接口元件的设置的情况下，由所述处理器确定并显示针对所述第一及第二校准放射性核素中的每一者的溢出度量及/或效率度量；由所述处理器接收对应于经调整第一鉴别器设置及经调整第二鉴别器设置中的一者或两者的所述图形用户接口元件的经调整设置；根据所述图形用户接口元件的所述经调整设置，由所述处理器确定并显示针对所述第一及第二校准放射性核素中的每一者的溢出度量及/或效率度量；针对所述测试样本中的多个有限检测到的放射性事件中的每一者，由所述处理器获得脉冲形状的度量；由所述处理器根据其脉冲形状度量使用所述图形用户接口元件的所述经调整设置对所述测试样本中的所述有限检测到的放射性事件中的每一者进行分类；以及由所述处理器根据所述图形用户接口元件的所述经调整设置显示所述测试样本中的所述第一放射性核素及所述测试样本中的所述第二放射性核素的度量。9.权利要求8所述的方法，其中所述测试样本中的所述第一放射性核素是β发射体，且所述测试样本中的所述第二放射性核素是α发射体。10.根据权利要求8或权利要求9所述的方法，其中在(i)所述第一校准样本、(ii)所述第二校准样本及(iii)所述测试中的至少一者中的所述多个有限检测到的放射性事件中的每一者具有通过液体闪烁计数器测量的作为时间的函数的检测到的光强度的相关联信号，从所述信号确定所述脉冲形状度量。11.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的方法，其中所述第一校准样本不包括除所述第一校准放射性核素之外的任何放射性核素及/或其中所述第二校准样本不包括除所述第二校准放射性核素之外的任何放射性核素。12.根据权利要求8到11中任一权利要求所述的方法，其中所述脉冲形状度量是脉冲或尾部面积除以脉冲幅值的度量或是其函数。13.根据权利要求8到12中任一权利要求所述的方法，其中经区分放射性事件的所述图形表示包括直方图及/或％溢出的计算。14.根据权利要求8到13中任一权利要求所述的方法，其中所述经调整设置是用户调整设置。15.根据权利要求8到14中任一权利要求所述的方法，其包括：由所述处理器根据其脉冲形状度量使用所述经调整第一鉴别器设置及所述经调整第二鉴别器设置对所述测试样本中的所述有限检测到的放射性事件中的每一者进行分类。16.根据权利要求8到15中任一权利要求所述的方法，其包括由所述处理器根据其脉冲形状度量使用相异第一及第二鉴别器设置将所述有限检测到的放射性事件中的每一者分类为至少三个类别中的一者，其中如果其脉冲形状具有低于所述经调整第一鉴别器设置的值，那么所述事件被识别为源自第一种放射性核素，如果其脉冲形状具有高于所述经调整第二鉴别器设置的值，那么所述事件被识别为源自第二种放射性核素，并且如果其脉冲形状具有介于所述经调整第一鉴别器设置与所述经调整第二鉴别器设置之间的值，那么所述事件被识别为不确定的。17.根据权利要求8到16中任一权利要求所述的方法，其中如果其脉冲形状具有低于所述经调整第一鉴别器设置的值，那么所述事件被识别为源自β发射体，并且如果其脉冲形状具有高于所述经调整第二鉴别器设置的值，那么所述事件被识别为源自α发射体，其中所述经调整第一鉴别器设置低于所述经调整第二鉴别器设置。18.根据权利要求8到17中任一权利要求所述的方法，其中所述经分类事件包含三个类别中的每一者中的非零数目的事件-源自所述第一种放射性核素的事件、源自所述第二种放射性核素的事件及不确定的事件。19.根据权利要求8到18中任一权利要求所述的方法，其中所述测试样本中的所述第一种放射性核素的所述度量是具有低于所述经调整第一鉴别器设置的脉冲形状值的经分类事件的总和或是其函数，并且所述测试样本中的所述第二种放射性核素的所述度量是具有高于所述经调整第二鉴别器设置的脉冲形状值的经分类事件的总和或是其函数。20.一种用于在测试样本中存在的放射性核素的量化中自动优化鉴别器设置的方法，所述测试样本包括具有不同种类的至少第一及第二放射性核素，所述方法包括：由计算装置的处理器接收对应于针对第一校准样本中的多个有限检测到的放射性事件中的每一者的脉冲形状的度量的数据，所述第一校准样本包括第一校准放射性核素，所述第一校准放射性核素是与所述测试样本中的所述第一放射性核素相同种类的发射体(例如，例如，β发射体)，并且是所述测试样本中的所述第一放射性核素或与其类似；由所述处理器接收对应于针对第二校准样本中的多个有限检测到的放射性事件中的每一者的脉冲形状的度量的数据，所述第二校准样本包括第二校准放射性核素，所述第二校准放射性核素是与所述测试样本中的所述第二放射性核素相同种类的发射体，并且是所述测试样本中的所述第二放射性核素或与其类似；针对第一鉴别器设置及第二鉴别器设置(不同于所述第一鉴别器设置)两者的多个设置中的每一者，由所述处理器针对所述第一及第二校准放射性核素中的每一者确定：(i)溢出度量及(ii)效率度量，其中如果其脉冲形状值低于所述第一鉴别器设置，那么事件被识别为源自所述第一校准放射性核素，如果其脉冲形状值高于所述第二鉴别器设置，那么所述事件被识别为源自所述第二校准放射性核素，并且如果其脉冲形状值介于所述第一鉴别器设置与所述第二鉴别器设置之间，那么所述事件被识别为不确定的；由所述处理器计算对应于所述第一鉴别器设置及所述第二鉴别器设置的所述多个设置中的每一者的品质因数FOM，其中所述FOM是溢出及效率的函数；由所述处理器确定产生可接受高FOM的所述第一鉴别器设置及所述第二鉴别器设置的接受设置；由所述处理器针对所述测试样本中的多个有限检测到的放射性事件中的每一者，获得脉冲形状的度量；由所述处理器根据其脉冲形状度量使用所述第一鉴别器设置及所述第二鉴别器设置的所述接受设置对所述测试样本中的所述有限检测到的放射性事件中的每一者进行分类；以及由所述处理器根据所述第一鉴别器设置及所述第二鉴别器设置的所述接受设置显示所述测试样本中的所述第一放射性核素及所述测试样本中的所述第二放射性核素的度量。21.权利要求20所述的方法，其中所述测试样本中的所述第一放射性核素是β发射体，且所述测试样本中的所述第二放射性核素是α发射体。22.根据权利要求20或权利要求21所述的方法，其中在(i)所述第一校准样本、(ii)所述第二校准样本及(iii)所述测试中的至少一者中的所述多个有限检测到的放射性事件中的每一者具有通过液体闪烁计数器测量的作为时间的函数的检测到的光强度的相关联信号，从所述信号确定所述脉冲形状度量。23.根据权利要求20到22中任一权利要求所述的方法，其中所述第一校准样本不包括除所述第一校准放射性核素之外的任何放射性核素及/或其中所述第二校准样本不包括除所述第二校准放射性核素之外的任何放射性核素。24.根据权利要求20到23中任一权利要求所述的方法，其中所述脉冲形状度量是脉冲或尾部面积除以脉冲幅值的度量或是其函数。25.根据权利要求20至24中任一权利要求所述的方法，其中所述FOM经计算为效率^2/溢出。26.根据权利要求20到25中任一权利要求所述的方法，其中所述第一鉴别器设置及所述第二鉴别器设置的所述接受设置是使所述FOM最大化的优化设置。27.根据权利要求20到26中任一权利要求所述的方法，其包括由所述处理器根据其脉冲形状度量使用相异第一及第二鉴别器设置将所述有限检测到的放射性事件中的每一者分类为至少三个类别中的一者，其中如果其脉冲形状具有低于所述接受第一鉴别器设置的值，那么所述事件被识别为源自第一种放射性核素，如果其脉冲形状具有高于所述接受第二鉴别器设置的值，那么所述事件被识别为源自第二种放射性核素，并且如果其脉冲形状具有介于所述接受第一鉴别器设置与所述接受第二鉴别器设置之间的值，那么所述事件被识别为不确定的。28.根据权利要求20到27中任一权利要求所述的方法，其中如果其脉冲形状具有低于所述经调整第一鉴别器设置的值，那么所述事件被识别为源自β发射体，并且如果其脉冲形状具有高于所述经调整第二鉴别器设置的值，那么所述事件被识别为源自α发射体，其中所述经调整第一鉴别器设置低于所述经调整第二鉴别器设置。29.根据权利要求20到28中任一权利要求所述的方法，其中经分类事件包含三个类别中的每一者中的非零数目的事件-源自所述第一种放射性核素的事件、源自所述第二种放射性核素的事件及不确定的事件。30.根据权利要求20到29中任一权利要求所述的方法，其中所述第一放射性核素的所述度量是具有低于所述接受第一鉴别器设置的脉冲形状值的经分类事件的总和或是其函数，并且其中所述第二放射性核素的所述度量是具有高于所述接受第二鉴别器设置的脉冲形状值的经分类事件的总和或是其函数。31.一种用于量化测试样本中存在的两种或更多种放射性核素的辐射检测系统，所述系统包括：检测器，其用于产生对应于测试样本中的多个检测到的放射性事件中的每一者的脉冲信号；处理器；及存储器，其上存储有指令，其中所述指令在由所述处理器执行时致使所述处理器：针对所述测试样本中的所述多个检测到的放射性事件中的每一者，从所述对应脉冲信号获得脉冲形状的度量，其中所述度量是脉冲强度及脉冲持续时间的函...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·贝洛布雷迪希，R·哈拉青，
申请(专利权)人：珀金埃尔默健康科学公司，
类型：发明
国别省市：美国,US