[發明專利]一種基于高斯響應矩陣的NaI(TI)閃爍探測器γ能譜高分辨反演解析系統及方法

有效

• 申請號: 201410061319.5
• 申請日: 2014-02-24
• 公開（公告）號: CN103913764B
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: 何劍鋒;楊耀宗;瞿金輝;徐宏坤;何月順;葉志翔
• 申請（專利權）人: 東華理工大學
• 主分類號: G01T1/36
• 分類號: G01T1/36
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

1.一種基于高斯響應矩陣的NaI：Tl閃爍探測器γ能譜高分辨反演解析系統，通過在放射源與γ能譜之間構建一個通用的高斯響應矩陣，來反演解析其它的γ儀器譜；γ能譜高分辨反演解析系統包括譜線平滑濾波預處理模塊、尋峰與峰邊界處理模塊、分辨率刻度模型模塊、本底扣除模塊、高斯響應矩陣生成模塊、反演解析模塊，其特征是：譜線平滑濾波預處理模塊分別連接尋峰與峰邊界處理模塊和本底扣除模塊；所述分辨率刻度模型模塊，利用能量刻度中的單能γ射線源測得的全能峰，用高斯峰形函數擬合法求得峰的半高寬和能量分辨率；根據不同能量的γ光子在探測器中的響應對應光電峰的半高寬不同，且譜線的半寬高在不同能量處各不相同且與能量大小呈非線性關系，通過提取不同能量段所對應的全能峰的半高寬，一路輸出連接至本底扣除模塊，另一路輸出給高斯響應矩陣生成模塊；本底扣除模塊和高斯響應矩陣生成模塊連接反演解析模塊，反演解析模塊連接尋峰與峰邊界處理模塊。

2.根據權利要求1所述的一種基于高斯響應矩陣的NaI：Tl閃爍探測器γ能譜高分辨反演解析系統，其特征在于：所述譜線平滑濾波預處理模塊，用于將輸入的被測樣品譜線數據，鑒于統計漲落較大的被測量譜線數據，首先考慮對譜線進行濾波平滑預處理后分兩路輸出，一路輸出至尋峰與峰邊界處理模塊，另一路輸出至本底扣除模塊。

3.根據權利要求1所述的一種基于高斯響應矩陣的NaI：Tl閃爍探測器γ能譜高分辨反演解析系統，其特征在于：所述尋峰與峰邊界處理模塊，用于譜線定性分析，特征峰邊界的選取直接影響峰面積的計算，在有重峰或組合峰的情況下，還影響峰位的確定；根據譜線平滑濾波預處理模塊輸入的譜線數據，用常規方法確定峰位，然后根據反演解析模塊輸入的解析結果，計算并校正各譜峰的峰位和各驗證峰的能量，同時確定特征峰的峰邊界，并計算出譜峰面積，其輸出為被測樣品準確的定性定量分析結果。

4.根據權利要求1所述的一種基于高斯響應矩陣的NaI：Tl閃爍探測器γ能譜高分辨反演解析系統，其特征在于：所述本底扣除模塊，用于扣除眾多干擾因素在能量區間范圍內造成的計數，根據譜線平滑濾波預處理模塊輸入的譜線數據，采用自適應半高寬的全譜本底扣除方法確定本底，輸出連接到反演解析模塊。

5.根據權利要求1所述的一種基于高斯響應矩陣的NaI：Tl閃爍探測器γ能譜高分辨反演解析系統，其特征在于：所述高斯響應矩陣生成模塊，用于在放射源與γ譜之間構建一個通用響應矩陣，跟據NaI：Tl閃爍體探測器對γ光子沖擊的響應對應的峰形可以用數學中的高斯函數來近似，針對不同能量區間的多個標準源進行刻度，根據分辨率刻度模型模塊輸入的譜線數據，采用自適應半寬高FWHM生成高斯函數響應矩陣，計算響應矩陣中的各種譜特征參數，輸出到反演解析模塊。

6.根據權利要求1所述的一種基于高斯響應矩陣的NaI：Tl閃爍探測器γ能譜高分辨反演解析系統，其特征在于：所述反演解析模塊，用高斯峰作為沖擊響應通過反卷積解析對應的γ儀器譜線；根據本底扣除模塊和高斯響應矩陣生成模塊輸入的譜數據，計算譜線的特征參數，輸出連接至尋峰與峰邊界處理模塊，反演后進一步校正峰位偏差，并對反演后的譜線確定峰邊界計算面積，實現放射性核素準確的定性和定量分析。

7.一種基于高斯響應矩陣的NaI：Tl閃爍探測器γ能譜高分辨反演解析方法，其特征步驟如下：

步驟1，對于譜數據平滑處理采用數字濾波器來完成，將被測樣品原始譜數據看成為噪聲和信號的疊加，通過濾波函數與測量信號做卷積，將被測樣品譜線數據data(i+k)與高斯變換函數f(k)卷積滑動變換后，得到平滑濾波處理后的譜線數據

步驟2，將步驟1所得的譜線數據經過簡單尋峰法確定峰位；

步驟3，在相同規格的NaI：Tl閃爍探測器測得γ射線源的全能峰條件下，根據能量分辨率與γ射線的能量滿足非線性關系：從而提取不同能量段所對應的全能峰的半高寬FWHM參數δ；其中，式(I)中，δ為能量分辨率，E為能量，FWHM為高斯函數的半高寬，a、b、c為刻度系數；

步驟4，在采用自適應半高寬的SNIP算法扣除γ能譜本底之前，將步驟1所得的譜線數據首先用LLS算子對每道計數值進行變換SNIP算法中通過依次迭代計算向量v₁(i),v₂(i)…v_m(i)，下標m是任意給定的參數，為變換窗寬參數m，當參數m等于半高寬時，即經過自適應半高寬的全譜SNIP本底扣除方法后，得到扣除本底后的譜線數據

步驟5，將步驟3所得的半高寬參數δ，根據自適應半寬高生成高斯函數響應矩陣R；

步驟6，將步驟4所得的譜線數據和步驟5所得的高斯函數響應矩陣R，反演解析其它在相同規格NaI：Tl閃爍探測器測得的樣品譜線；

步驟7，將步驟6反演解析的結果，計算并校正各個譜峰的峰位及對應的能量，提出基于求解正規方程的附有權重因子W的高斯函數線性最小二乘擬合的優化方法實現邊界確定的問題，進而計算出譜峰面積。