專利名稱：利用核共振熒光成像的自適應材料掃描的制作方法
參照相關申請本申請要求2003年11月24日提交的美國臨時申請No.60/524,551的優(yōu)先權，因此將該臨時申請引入作為參考。
背景本發(fā)明涉及非侵入式材料掃描(諸如，在機場、海港或其他運輸集散站的爆炸物、核材料或違禁品的檢測)，并且尤其涉及用于利用核共振熒光來進行自適應掃描的方法和設備。
存在掃描方法可能希望滿足的許多要求。首先，可能是希望的是，在以高的檢測概率(DP)和低的得到誤報(FP，false positive)的概率來檢測威脅或違禁品時，測量結果是可靠的。此外，可能希望的是，在具有高的檢測率和低的誤報事件率的同時，掃描方法盡可能快速地工作。而且，搜索可希望地是非侵入式的和非破壞式的。由于要被檢查的物品可能是相當大的(諸如裝運集裝箱)，因此利用穿透性輻射是有吸引力的；然而，這種輻射優(yōu)選地不應使被掃描的物品有放射性。成像目標的能力可能也是有價值的。這里提出用于利用核共振熒光成像(NRFI)來最佳地實現(xiàn)這些目的的自適應方法。
概要在此公開用于通過利用核共振熒光的自適應掃描來檢測目標樣品中感興趣的一種或多種核素的方法和設備。在此還公開用于為檢測違禁品、諸如爆炸物或核材料或其他材料的威脅而進行的自適應非侵入式目標樣品掃描的方法和設備。
在一個示例性實施例中，用于檢測目標樣品中的核素(species)的方法可包括利用來自源的光子照射目標樣品；在至少一個能量通道中檢測信號；利用在該至少一個能量通道中所檢測到的信號來確定掃描評估參數(shù)；確定該掃描評估參數(shù)是否符合檢測效率標準；調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，使得該掃描評估參數(shù)符合檢測效率標準；以及，把至少一個能量通道中的信號與預定核素檢測標準進行比較，以便識別核素檢測事件。在另一示例性實施例中，利用所檢測到的信號來確定掃描評估參數(shù)還可包括確定對該至少一個能量通道中的信號的本底(background)貢獻。在再一示例性實施例中，利用所檢測到的信號來確定掃描評估參數(shù)還可包括確定該至少一個能量通道中的信噪比。在再一示例性實施例中，在該至少一個能量通道中檢測信號還可包括在該至少一個能量通道中檢測從至少一部分目標樣品散射的光子。在再一示例性實施例中，在至少一個能量通道中檢測信號還可包括檢測經(jīng)目標樣品透射和從至少一種參考散射物質(zhì)散射的光子。
在另一示例性實施例中，用于針對潛在威脅而進行目標樣品的掃描的方法可包括提供入射到目標樣品上的光子的源；測量從該目標樣品散射的光子的能譜；利用從該目標樣品散射的光子的能譜來計算至少一個掃描評估參數(shù)；利用從該目標樣品散射的光子的所測量的能譜來確定是否已檢測到威脅。如果已檢測到威脅，則該方法還可包括確定該至少一個掃描評估參數(shù)是否符合檢測效率標準。如果掃描評估參數(shù)并不符合檢測效率標準，則該方法還可包括調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)并重復測量所散射的光子的能譜、計算掃描評估參數(shù)、確定是否已檢測到威脅、以及確定該掃描評估參數(shù)是否符合檢測效率標準的步驟。如果該至少一個掃描評估參數(shù)符合檢測效率標準，則該方法還可包括識別確定的威脅檢測事件。
在再一示例性實施例中，掃描評估參數(shù)可包括檢測概率，而檢測效率標準可包括超過最小要求的檢測概率的檢測概率。在再一示例性實施例中，掃描評估參數(shù)可包括得到誤報結果的概率，而檢測效率標準可包括小于最大要求的得到誤報結果的概率的得到誤報結果的概率。在再一示例性實施例中，掃描評估參數(shù)可包括檢測概率和得到誤報結果的概率，而檢測效率標準可包括超過最小要求的檢測概率的檢測概率和小于最大要求的得到誤報結果的概率的得到誤報結果的概率。
在另一示例性實施例中，用于針對潛在威脅而進行目標樣品的掃描的方法可包括提供入射到目標樣品上的光子的源，使得至少一些光子經(jīng)該樣品透射；允許經(jīng)該樣品透射的光子中的至少一些從至少一種參考散射物質(zhì)散射；測量從該至少一種參考散射物質(zhì)散射的光子的能譜；利用從該至少一種參考散射物質(zhì)散射的光子的能譜來計算至少一個掃描評估參數(shù)；利用從該參考散射物質(zhì)散射的光子的所測量的能譜來確定是否已檢測到威脅。如果已檢測到威脅，則該方法還可包括確定該至少一個掃描評估參數(shù)是否符合檢測效率標準。如果該至少一個掃描評估參數(shù)并不符合檢測效率標準，則該方法還可包括調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)并重復計算掃描評估參數(shù)、確定是否已檢測到威脅、以及確定該掃描評估參數(shù)是否符合檢測效率標準的步驟。如果該至少一個掃描評估參數(shù)符合檢測效率標準，則該方法還可包括識別確定的威脅檢測事件。在再一示例性實施例中，掃描評估參數(shù)可包括檢測概率，而檢測效率標準可包括超過最小要求的檢測概率的檢測概率。在再一示例性實施例中，掃描評估參數(shù)可包括得到誤報結果的概率，而檢測效率標準可包括小于最大要求的得到誤報結果的概率的得到誤報結果的概率。在再一示例性實施例中，掃描評估參數(shù)可包括檢測概率和得到誤報結果的概率，而檢測效率標準可包括超過最小要求的檢測概率的檢測概率和小于最大要求的得到誤報結果的概率的得到誤報結果的概率。
在另一示例性實施例中，用于檢測目標樣品中的潛在威脅的方法可包括提供光子源；利用來自該源的光子照射目標樣品；提供至少一個光子檢測器來在至少一個能量通道中測量從至少一部分目標樣品散射的光子的強度；確定所述至少一個感興趣的能量通道中的每個能量通道中的標稱本底信號；計算所述至少一個感興趣的能量通道中的每個能量通道中的信噪比；調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)來改善所述至少一個感興趣的能量通道中的至少一個中所收集的數(shù)據(jù)的信噪比；以及，如果在所述至少一個感興趣的能量通道中的至少一個中所檢測到的光子強度符合預定威脅檢測標準，則識別威脅檢測事件。在又一示例性實施例中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)的步驟還可包括下述中的一個或多個改變光子在目標樣品區(qū)域中的有效停留時間；把過濾物質(zhì)插入到光子源中，該過濾物質(zhì)包含吸收具有所選擇的能量或能量范圍的光子的一種或多種核素；在光子源包括由電子束沖擊的韌致輻射目標的地方，改變電子束的能量；改變光子源的強度和/或準直；改變一個或多個光子檢測器的準直；在一個或多個光子檢測器之前插入過濾物質(zhì)，該過濾物質(zhì)包含吸收具有落入所選擇的能量范圍中的能量的光子的一種或多種核素；改變一個或多個光子檢測器以其來觀測目標樣品的角度；和/或改變光子束在其入射到目標樣品上的地方的斑點面積。
在另一示例性實施例中，用于檢測目標樣品中的潛在威脅的方法可包括提供光子源；利用來自該源的光子照射目標樣品；提供至少一個光子檢測器來在至少一個能量通道中測量從至少一部分目標樣品散射的光子的強度；提供透射檢測器，用于根據(jù)光子在其處照射目標樣品的目標樣品上的位置來測量經(jīng)目標樣品透射的光子的強度；根據(jù)光子在其處照射目標樣品的目標樣品上的位置來利用經(jīng)目標樣品透射的光子的強度而識別用于進一步進行掃描的至少一個感興趣區(qū)域；確定從至少一個感興趣區(qū)域中的至少一個散射到至少一個感興趣的能量通道中的每個能量通道的光子的標稱本底信號；計算至少一個感興趣的能量通道中的每個能量通道中的信噪比；調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，以便改善至少一個感興趣的能量通道中的至少一個中的信噪比和/或統(tǒng)計學精度；以及，如果在至少一個感興趣的能量通道中的至少一個中所檢測到的光子強度符合預定威脅檢測標準，則識別威脅檢測事件。在又一示例性實施例中，透射檢測器可包括X-射線成像器。在再一示例性實施例中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)的步驟可還包括下述中的一個或多個改變光子在目標樣品區(qū)域中的有效停留時間；把過濾物質(zhì)插入到光子源中，該過濾物質(zhì)包含吸收具有所選擇的能量或能量范圍的光子的一種或多種核素；在光子源包括由電子束沖擊的韌致輻射目標的地方，改變電子束的能量；改變光子源的強度和/或準直；改變一個或多個光子檢測器的準直；在一個或多個光子檢測器之前插入過濾物質(zhì)，該過濾物質(zhì)包含吸收具有落入所選擇的能量范圍中的能量的光子的一種或多種核素；改變一個或多個光子檢測器以其來觀測目標樣品的角度；和/或改變光子束在其入射到目標樣品上的地方的斑點面積。
在另一示例性實施例中，用于檢測目標樣品中的潛在威脅的方法可包括提供光子源；利用來自該源的光子照射目標樣品；提供至少一種參考散射物質(zhì)，該參考散射物質(zhì)包含至少一種感興趣的核素；允許經(jīng)目標樣品透射的光子從至少一種參考散射物質(zhì)散射；提供至少一個光子檢測器來在至少一個能量通道中測量從至少一種參考散射物質(zhì)散射的光子的強度；確定所述至少一個感興趣的能量通道中的每個能量通道中的標稱本底信號；計算所述至少一個感興趣的能量通道中的每個能量通道中的信噪比；調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，以便改善所述至少一個感興趣的能量通道中的至少一個中的信噪比；以及，如果在所述至少一個感興趣的能量通道中的至少一個中所檢測到的光子強度符合預定威脅檢測標準，則識別威脅檢測事件。在又一示例性實施例中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)的步驟可還包括下述中的一個或多個改變光子在目標樣品區(qū)域中的有效停留時間；把過濾物質(zhì)插入到光子源中，該過濾物質(zhì)包含吸收具有所選擇的能量或能量范圍的光子的一種或多種核素；在光子源包括由電子束所沖擊的韌致輻射目標的地方，改變電子束的能量；改變光子源的強度和/或準直；改變一個或多個光子檢測器的準直；在一個或多個光子檢測器之前插入過濾物質(zhì)，該過濾物質(zhì)包含吸收具有落入所選擇的能量范圍中的能量的光子的一種或多種核素；改變一個或多個光子檢測器以其來觀測目標樣品的角度；和/或改變光子束在其入射到目標樣品上的地方的斑點面積。
在另一示例性實施例中，用于檢測目標樣品中的潛在威脅的方法可包括提供光子源；利用來自該源的光子照射目標樣品；提供透射檢測器，用于根據(jù)光子在其處照射目標樣品的目標樣品上的位置來測量經(jīng)目標樣品透射的光子的強度；根據(jù)光子在其處照射目標樣品的目標樣品上的位置來利用經(jīng)目標樣品透射的光子的強度識別用于進一步進行掃描的至少一個感興趣區(qū)域；提供至少一種參考散射物質(zhì)，該參考散射物質(zhì)包含至少一種感興趣的核素；允許經(jīng)目標樣品的至少一個感興趣區(qū)域透射的光子從該至少一種參考散射物質(zhì)散射；提供至少一個光子檢測器來在至少一個能量通道中測量從該至少一種參考散射物質(zhì)散射的光子的強度；確定該至少一個感興趣的能量通道中的每個能量通道中的標稱本底信號；計算該至少一個感興趣的能量通道中的每個能量通道中的信噪比；調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，以便改善至少一個感興趣的能量通道中的至少一個中的信噪比；以及，如果在所述至少一個感興趣的能量通道中的至少一個中所檢測到的光子的強度符合預定威脅檢測標準，則識別威脅檢測事件。在又一示例性實施例中，透射檢測器可包括X-射線成像器。在再一示例性實施例中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)的步驟可還包括下述中的一個或多個改變光子在目標樣品區(qū)域中的有效停留時間；把過濾物質(zhì)插入到光子源中，該過濾物質(zhì)包含吸收具有所選擇的能量或能量范圍的光子的一種或多種核素；在光子源包括由電子束所沖擊的韌致輻射目標的地方，改變電子束的能量；改變光子源的強度和/或準直；改變一個或多個光子檢測器的準直；在一個或多個光子檢測器之前插入過濾物質(zhì)，該過濾物質(zhì)包含吸收具有落入所選擇的能量范圍中的能量的光子的一種或多種核素；改變一個或多個光子檢測器以其來觀測目標樣品的角度；和/或改變光子束在其入射到目標樣品上的地方的斑點面積。
在另一示例性實施例中，用于檢測目標樣品中的潛在威脅的方法可包括提供光子源；利用來自該源的光子照射目標樣品；提供至少一種參考散射物質(zhì)，該參考散射物質(zhì)包含至少一種感興趣的核素；允許經(jīng)目標樣品透射的光子從該至少一種參考散射物質(zhì)散射；提供至少一個參考光子檢測器，以便根據(jù)光子在其處照射目標樣品的目標樣品上的位置來測量至少一個參考光子能量通道中的從該至少一種參考散射物質(zhì)散射的光子的強度；利用參考光子檢測器在所述至少一個感興趣的參考光子能量通道中的每個能量通道中所測量的光子的強度來識別用于進一步進行掃描的至少一個感興趣區(qū)域；提供至少一個散射光子檢測器來在至少一個散射光子能量通道中測量從目標樣品中的感興趣區(qū)域散射的光子的強度；確定由至少一個散射光子檢測器在該至少一個感興趣的散射光子能量通道中的每個能量通道中所測量的光子的標稱本底信號；計算所述至少一個感興趣的散射光子能量通道中的每個能量通道中的信噪比；調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，以便改善所述至少一個感興趣的散射光子能量通道中的至少一個中的信噪比和/或統(tǒng)計學精度；以及，如果在所述至少一個感興趣的散射光子能量通道中的至少一個中所檢測到的光子強度符合預定威脅檢測標準，則識別威脅檢測事件。在又一示例性實施例中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)的步驟可還包括下述中的一個或多個改變光子在目標樣品區(qū)域中的有效停留時間；把過濾物質(zhì)插入到光子源中，該過濾物質(zhì)包含吸收具有所選擇的能量或能量范圍的光子的一種或多種核素；在光子源包括由電子束所沖擊的韌致輻射目標的地方，改變電子束的能量；改變光子源的強度和/或準直；改變一個或多個光子檢測器的準直；在一個或多個光子檢測器之前插入過濾物質(zhì)，該過濾物質(zhì)包含吸收具有落入所選擇的能量范圍中的能量的光子的一種或多種核素；改變一個或多個光子檢測器以其來觀測目標樣品的角度；和/或改變光子束在其入射到目標樣品上的地方的斑點面積。
在另一示例性實施例中，用于針對潛在威脅而進行目標樣品的掃描的方法可包括提供入射到目標樣品上的光子的源，使得一些光子從樣品散射而一些光子經(jīng)樣品透射；測量經(jīng)至少一部分目標樣品透射的光子的強度；以及，利用經(jīng)該至少一部分目標樣品透射的光子的所測量的強度來識別用于進一步研究的至少一個感興趣區(qū)域。在又一示例性實施例中，該方法還可包括為至少一個所識別的感興趣區(qū)域進行以下步驟測量從感興趣區(qū)域散射的光子的能譜；利用從該感興趣區(qū)域散射的光子的能譜來計算檢測概率和得到誤報結果的概率；以及，利用從該感興趣區(qū)域散射的光子的所測量的能譜來確定是否已檢測到威脅。如果還沒檢測到威脅，則該方法還可包括確定檢測概率是否符合或超過預定要求的檢測概率。如果檢測概率符合或超過預定要求的檢測概率，則該方法還可包括結束感興趣區(qū)域的掃描。如果檢測概率并不符合或超過預定要求的檢測概率，則該方法還可包括調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)并重復測量從該感興趣區(qū)域散射的光子的能譜、利用從該感興趣區(qū)域散射的光子的能譜來計算檢測概率和得到誤報結果的概率、以及利用從該感興趣區(qū)域散射的光子的所測量的能譜來確定是否已檢測到威脅的步驟。如果已檢測到威脅，則該方法還可包括確定威脅檢測為誤報信號的概率是否超過預定要求的得到誤報結果的概率。如果威脅檢測為誤報信號的概率符合或超過預定要求的得到誤報結果的概率，則該方法還可包括調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)并重復測量從該感興趣區(qū)域散射的光子的能譜、利用從該感興趣區(qū)域散射的光子的能譜來計算檢測概率和得到誤報結果的概率、以及利用從該感興趣區(qū)域散射的光子的所測量的能譜來確定是否已檢測到威脅的步驟。如果威脅檢測為是誤報信號的概率并不符合或超過預定要求的得到誤報結果的概率，則該方法還可包括識別確定的威脅檢測事件。
附圖簡述參照以下結合附圖的詳細說明將更全面地理解在此所公開的利用核共振熒光自適應掃描材料的方法的這些和其他特征及優(yōu)點。這些附圖舉例說明在此所公開的設備的原理，并且未按比例繪制。


圖1是可被用于利用核共振熒光來自適應掃描材料的系統(tǒng)的實施例的示意圖；圖2舉例說明利用4.1MeV和11MeV的電子束產(chǎn)生的韌致輻射光子束進行的48Ti和27Al的NRF譜；圖3舉例說明利用2.72MeV的電子束產(chǎn)生的韌致輻射光子束進行的209Bi和208Pb的NRF譜；以及圖4舉例說明針對30個計數(shù)的信號(圖4a)和42個計數(shù)的信號(圖4b)所計算的三個信噪比的典型接收器操作機構特性(ROC，Receiver Operator Characteristic)曲線；以及圖5是舉例說明自適應掃描方法的示例性實施例的流程圖。
示例性實施例的詳述為了提供全面理解，現(xiàn)在將說明某些舉例說明的實施例；然而，本領域普通技術人員將理解，能夠修改和改進在此所說明的裝置和方法，以便提供用于其他適當應用的裝置和方法，而且，在不偏離在此所說明的系統(tǒng)的范圍的情況下能夠做出其他添加和修改。
除非另外詳細說明，能夠把這些舉例說明的實施例理解為提供改變某些實施例的細節(jié)的示例性特征，并且因此，除非另外詳細說明，在不偏離所公開的裝置或方法的情況下能夠把說明的特征、部件、模塊和/或方面以另外的方式組合、說明、互換和/或重新安排。另外，部件的形狀和尺寸也是示例性的，并且除非另外詳細說明，在不影響所公開的裝置或方法的情況下能夠改變這些部件的形狀和尺寸。
入射到目標上的具有連續(xù)能譜的光子束能夠激勵目標中的核共振或狀態(tài)，隨后該核共振或狀態(tài)發(fā)熒光。由此產(chǎn)生的發(fā)射光譜唯一地依賴于目標中所包括的特定同位素。當由能夠解析空間信息的檢測器系統(tǒng)或檢測器陣列來檢測時，這些光譜供測量照射區(qū)中所包括的同位素的空間分布之用。
在美國專利No.5,115,459“Explosive Detection UsingResonance Fluorescence of Bremsstrahlung Radiation(利用韌致輻射的共振熒光的爆炸物檢測)”和美國專利No.5,420,905“Detection of Explosives and Other Materials Using ResonanceFluorescence，Resonance Absorption，and OtherElectromagnetic Processes with Bremsstrahlung Radiation(利用共振熒光、共振吸收和其他帶有韌致輻射的電磁過程的爆炸物和其他材料的檢測)”中，討論了用于在非侵入式掃描應用中采用共振散射測量(也稱為核共振熒光或NRF)的一些示例性系統(tǒng)，因此把這兩篇專利的內(nèi)容引入作為參考。
在圖1中示出核共振熒光成像(NRFI)掃描儀配置的示例性實施例的示意圖。
該系統(tǒng)包括光子源12，該光子源12產(chǎn)生具有在某個能量范圍上的能譜的光子。合適的光子源包括韌致輻射源；利用來自放射源的核衰變的康普頓擴展(Compton-broadened)光子源；相干韌致輻射；自由電子激光；來自高能電子的激光反向散射；或者其他本領域技術人員已知的光子源。
在該舉例說明的實施例中，光子源12是韌致輻射源并且可包括電子源14，該電子源14提供入射到韌致輻射目標16上的電子束32，以產(chǎn)生韌致輻射光子束34。韌致輻射目標16后面有束霖止器(beamstopper)(未示出)，以阻止電子32。過濾物質(zhì)52可跟隨該束霖止器，例如以從韌致輻射束34中濾出低能量光子，或者優(yōu)先地吸收對應于特定的NRF線的能量范圍中的光子。可應用準直器18來對韌致輻射束32進行準直。防護罩(未示出)可包圍光子源12。在美國專利No.5,115,459中可以找到示例性的合適的韌致輻射光子源的說明。
要被掃描的目標20(諸如貨物集裝箱、裝運集裝箱、行李、包裹或者其他容器或?qū)ο?可被放置在韌致輻射束34的路徑中。在一個實施例中，可以例如通過傳送帶來將目標移過射束的路徑。在另一實施例中，例如通過移動光子源12或操縱電子束32，可以跨越目標20掃描射束34。目標20可包含目標內(nèi)含物(content)22。本領域技術人員會認識到實現(xiàn)在目標集裝箱20上掃描光子束34的其他方式。入射光子束34共振地激勵目標的內(nèi)含物22的原子核，而光子48既可以從內(nèi)含物22又可以從目標20被散射，以及可經(jīng)內(nèi)含物22和目標20被透射。散射光子的能量表征目標內(nèi)含物22和目標20的原子核的量子化能量狀態(tài)之間的間隔。目標內(nèi)含物22中存在的每種同位素共振地散射唯一能量組中的光子。
可以包括檢測器陣列42的檢測設備38和40可以捕獲、測量、計數(shù)和/或記錄在給定的一個或多個方向上散射的光子的能量。在美國專利No.5,115,459中可以找到若干示例性的適當?shù)臋z測設備的說明。檢測設備38或40還可包括過濾物質(zhì)和防護罩(未示出)，該過濾物質(zhì)在每個檢測器的表面上，以吸收低能量光子。當從準直孔徑18散射會引起大量指向檢測設備38或40的光子時，可應用準直器和檢測設備38或40之間的遮光板(未示出)。可以設置束流收集器30來吸收射束34穿過目標20時未被吸收的射束34的能量。在允許方便的進出目標的方式的同時，防護罩(未示出)可包圍整個裝置。來自檢測設備38或40的數(shù)據(jù)被發(fā)送到可以分析這些數(shù)據(jù)的處理器46。處理器46可包括個人計算機(PC)、微型計算機或其他適當?shù)奶幚砥?。一種分析可包括確定特定的感興趣的核素的豐度。這些數(shù)據(jù)可由預處理電子設備44來預處理，該預處理電子設備44可包括前置放大器、濾波器、定時電子設備或其他適當?shù)念A處理電子設備。處理器46可適于評估這些數(shù)據(jù)，以便確定目標體積的內(nèi)含物是否符合或超過一個或多個預定檢測閾值。例如，處理器46可把針對每個被照射的目標體積的數(shù)據(jù)與“正常的”目標體積的分布(profile)進行比較，以便確定被照射的目標體積是否應被認為是“可疑的”。另外，處理器46可利用如下所述的其他威脅檢測啟發(fā)法來進行編程。此外，如在下面更詳細地說明的那樣，處理器46可以控制系統(tǒng)的光子束、掃描、檢測和/或其他方面的各種各樣的參數(shù)。
為了使康普頓散射和其他散射過程的效應最小以及使信噪比最大，檢測設備38或40可以相對于光子束方向以大于90度的相對韌致輻射束34的角度來放置，優(yōu)選地基本上以大于90度的角度來放置。
射束34穿過目標內(nèi)含物22。該射束可以在束流收集器30中被吸收，該束流收集器30被設計來基本上吸收所有殘余能量。例如，10MeV的適當?shù)氖魇占骺砂ǚ浅Ｉ畹目涨恢械暮信鸹蜾嚨乃晌镔|(zhì)層、碳層和鐵層，該空腔形成在鉛和/或鐵的護罩中，以防護側面和檢測器免受返流低能量光子影響。含有硼或鋰的水成物質(zhì)層可圍繞該護罩的外側。該空腔的深度、射束尺寸、檢測器的定向準直和檢測器的精確位置是相關的參數(shù)，可以使這些參數(shù)兼容，以便使進入檢測器的來自束流收集器的反向流光子的數(shù)目最小。為了有助于符合該目的，可設立另外的遮光板。
利用本發(fā)明的技術能以各種各樣的方式來實現(xiàn)成像。通過移動整個光子源12、目標20、或者簡單地移動孔徑18，就能利用射束來掃描行李。也可以由磁鐵來偏轉(zhuǎn)電子束，以擺動韌致輻射束方向。優(yōu)選的光子束幾何形狀包括斑點(錐體)和條紋。其他適當?shù)膾呙枧渲?、幾何形狀和圖案為本領域技術人員所認識并可以被應用。
例如，如果利用小圓孔徑18把射束34準直成大致為1/20弧度(約3度)的平均角度，離孔徑1米的斑點的直徑將約10cm，這為用于成像一件行李的內(nèi)含物或集裝箱20的內(nèi)含物22的適當尺寸。
如果利用垂直縫隙孔徑對光子束34進行準直以便在與一件行李的入射點處產(chǎn)生10cm寬的薄條，則，例如，當60cm長的手提箱在傳送帶上移動時，就能用幾秒鐘時間來掃描該手提箱。可替換地，由可調(diào)準直器或由用來產(chǎn)生光子束34的電子束32的磁偏轉(zhuǎn)能把射束34準直成垂直擺動的斑點。即使準直為垂直條的形式，中央強度也仍然是最高強度，這反映自然準直，并且電子束32的磁偏轉(zhuǎn)對成像可能是有用的。如果準直是垂直條或另外取向的條紋，該條紋與檢測器42的準直視域的交叉限定對于成像也是有用的體元。
在另外的技術中，通過使用大孔徑可利用韌致輻射來浸潰大部分目標集裝箱20，并且例如通過在每個檢測器42之前引入準直器，檢測器42可適于是方向特定的。這樣，能把每個檢測器設計成只在特定方向上檢測從目標內(nèi)含物22的小特定區(qū)50散射的光子。每個這樣的特定區(qū)或“體元”50都可被概念化為光子束34與準直檢測器42的瞄準線的三維交叉。能把這樣的檢測器的陣列設計成把整個目標20成像到要求的分辨度。
本領域技術人員會認識到適于獲得目標內(nèi)含物的空間解析圖像的可替換的檢測系統(tǒng)。例如，這樣的檢測系統(tǒng)可包括配備有能夠使二維或三維空間信息被解析的編碼孔徑系統(tǒng)的檢測器陣列。也可以應用諸如在處理器46斷層攝影(CT)中所應用的成像技術那樣的成像技術來獲得目標20及其內(nèi)含物22的二維或三維圖像。
上述成像技術的組合導致本發(fā)明的另外實施例。例如，細小的縫隙孔徑能被用于隨目標20在傳送帶上移動而照射目標20的薄垂直條。條紋的寬度將確定成像的水平分辨率。通過使用以沿照明區(qū)的垂直高度的間隔瞄準的定向檢測器，會增加垂直分辨率。這樣的方法將導致高分辨率的快速測量。
使用可迅速調(diào)整的光子束準直孔徑18導致帶有重要優(yōu)點的其他實施例。例如，在致力于檢測薄片形狀的爆炸物和/或獲得其內(nèi)含物中的各種元素豐度的初始估計的過程中，能首先利用韌致輻射浸潰目標20。在致力于檢測更局部化的爆炸物質(zhì)的過程中，能縮小準直孔徑18的光圈來成像手提箱。在一個實施例中，響應于用初始低分辨率掃描檢測到的任何確定的信號(positive signal)，處理器46可以控制準直孔徑18的大小，如將在下面進一步討論的那樣。
處理器46可適于分析由38和/或40的任何組合的檢測設備所獲得的數(shù)據(jù)。如同其他爆炸物檢測裝置一樣，可以模型化或以實驗方式確定如在“正常的”目標體積或體元中出現(xiàn)的諸如氮和氧這樣的元素的分布。明顯偏離這些分布的目標體積或體元50或者體積或體元50的組合可被識別為“可疑的”。處理器46能適于把數(shù)據(jù)與所存儲的分布進行比較。如果這些分布是精確確定的，則可實現(xiàn)伴隨有低的假報警(“誤報”或“FP”)率的高的爆炸物檢測概率(“檢測概率”或“DP”)。如果目標的一區(qū)域顯示出明晰的爆炸物的元素分布，就可確定威脅識別。
這樣說明的檢測方法(其中由檢測器40檢測從目標20和目標內(nèi)含物22共振散射)可以被應用于獲得目標內(nèi)含物22的三維NRF成像。例如，如果每個檢測器40適于是定向的(例如，如通過準直)，那么在每個檢測器中所檢測到的NRF譜提供每個體元50中所含有的同位素的測量，在體元50中，每個檢測器40的視場交叉光子束34。如果被要求的話，這些譜可被重建為目標內(nèi)含物22的3D同位素圖像。由于這個原因，上述檢測方法可被稱為3D NRF成像。
為了提取關于NRF譜中所識別的每種核素的豐度的信息，對于系統(tǒng)必要的是，首先獲得入射到每個體元50上的光子流量的近似。在一個實施例中，這可通過以下方式來實現(xiàn)沿光子束34的路徑觀測從每個體元50散射的光子譜；并且利用觀測到的譜來計算每個體元50中的射束34的平均衰減；以及，根據(jù)每個上述體元中的衰減來調(diào)整每個相繼體元50上的所估計的入射流量。因而，在示例性實施例中，已知其中射束34最初沖擊目標20的第一體元50上的入射流量。那么可擬合從第一體元散射的光子的譜。在一個實施例中，擬合可以是完整的模型，該模型包括諸如由于康普頓散射、電子偶產(chǎn)生和檢測器中的光電效應引起的共振散射峰值加本底的貢獻以及非共振的本底貢獻。利用如已知的第一體元上的入射流量、已知的對于所觀測的NRF共振的相互作用橫截面、已知的檢測器效率等這樣的信息，可從那個擬合的結果中提取第一體元的同位素成分。從所測量的譜和/或從所測量的第一體元的同位素成分，穿過該第一體元時的光子束34的衰減可被確定并可被用于計算第二體元上的入射流量的估計。然后，可對第二體元重復該擬合過程，并根據(jù)第二體元的衰減確定下一個相繼體元的入射流量，沿光子束34穿過目標20的路徑依此類推。在一些實施例中，利用已知的吸收特性和在沿光子束34的以前體元中所識別的同位素的所測量的豐度，可根據(jù)能量來確定沿射束的每個體元上的入射光子流量。如將在下面被進一步討論的那樣，這些所計算的入射光子流量可被用于計算從會被認為是威脅的特定體元在特定能量通道中所散射的最小光子數(shù)目。這個過程可被迭代，以及例如通過測量總透射流量和把這個信息合并到從每個體元50到完整能譜的擬合中來被進一步約束。
在圖1中也舉例說明可替換的檢測方案。該可替換的方案能夠提供目標內(nèi)含物22的同位素成分的2D NRF圖像。當光子束34穿過目標20時，光子將由目標內(nèi)含物22的原子核共振吸收。所吸收的光子的能量對應于目標20中的每個核素的量子化能量狀態(tài)之間的間隔。對于這些特定能量，所透射的射束將耗盡光子。例如，如果目標含有氮，則對應于氮中的核能量狀態(tài)之間的間隔的能量的光子將被有選擇地吸收。被吸收的光子數(shù)量取決于目標20中的氮的數(shù)量。因此，經(jīng)目標透射的特定能量的光子的強度含有關于目標的核成分的信息?？稍谀繕?0之后布置一系列參考共振散射物質(zhì)28。每種參考散射物質(zhì)28可由一種或多種爆炸物檢測裝置要檢測的元素組成。檢測設備42的陣列36可適于捕獲、測量、計數(shù)和記錄從參考散射物質(zhì)28的每種散射物資共振散射的光子48。例如，在簡單的實施例中，提供兩種參考散射物質(zhì)，一種是氮，另一種是氧。在這樣的實施例中，檢測設備可適于檢測從氮散射物質(zhì)中的原子核共振散射的光子；而另一個檢測設備可適于檢測從氧散射物質(zhì)中的原子核共振散射的光子?？商鎿Q地，單個檢測設備42可適于檢測從所有參考散射物質(zhì)28中的原子核共振散射的光子。
這個檢測方案如下工作。如果沒有目標20被放在射束34的路徑中，則光子束將直接沖擊參考共振散射物質(zhì)28中的第一種散射物資。與第一種參考散射物質(zhì)相關的檢測設備36將檢測到相對大數(shù)量的、對應于在第一種參考散射物質(zhì)中所包含的核素的光子，因為實質(zhì)上會已沒有在對應于這樣的核素的能量處的吸收。同樣，如果含有僅相對小數(shù)量的第一種參考散射物質(zhì)中所含有的核素的目標20被放在射束的路徑中，則第一檢測設備處的這個強信號將減弱僅相對小數(shù)量。然而，如果具有相對大數(shù)量的第一種參考散射物質(zhì)中所含有的核素的目標20被放在射束的路徑中，則由于對應于這種核素的能量的光子在目標20中的共振吸收，該信號將顯著被減弱。
因此，目標20及其內(nèi)含物22中的感興趣的核素的豐度將被檢測為來自與含有這種核素的參考散射物質(zhì)相關的檢測設備的信號中的減少。不對應于參考散射物質(zhì)基本上由其組成的核素的能量的光子由于非共振過程將被衰減僅相對小數(shù)量。因此，檢測第一種參考散射物質(zhì)的核素的方法推廣到每種相繼的參考散射物質(zhì)。這個檢測方案的優(yōu)點是如果對應于兩種或多種感興趣的核素的能量非常接近，則直接檢測散射光子的檢測設備38或40可能很難區(qū)分來自這兩種或多種核素的貢獻。然而，利用透射光子和參考散射物質(zhì)28，分別檢測對應于每種核素的能量，大大地減少了這種含混，并且檢測設備分辨間隔很近的光子能量不再非常重要。當對應于兩種或多種核素的能量并不干擾時，單種參考散射物質(zhì)能夠由這些核素的組合來組成。
這個檢測方案的另外優(yōu)點是，該方案可允許迅速地并利用相對小數(shù)目的檢測器來測量對應于參考目標中所含有的核素的核素的材料總數(shù)量。例如，這可允許在進行更詳細的掃描或成像過程之前，針對任何數(shù)量的一種或多種感興趣的核素的存在而允許目標20的快速第一遍掃描。在這樣的快速第一遍掃描表示沒有感興趣的核素的威脅數(shù)量存在的地方，可為節(jié)省時間和資源而回避更詳細的掃描。
在圖1中舉例說明的實施例中，系統(tǒng)也可包括直接透射檢測器24(諸如X-射線成像器)，該直接透射檢測器24能夠根據(jù)光子束在其中沖擊目標的橫向位置來測量經(jīng)目標20透射的光子的強度和/或能量。能利用這樣的測量，例如來獲得沿光子束34的軸投影的目標20的平均密度的映射(map)。這樣，就能構建非常精密的目標的透射密度圖像。這樣的圖像會識別目標中的特定高材料密度區(qū)，這在檢測爆炸物或高原子序數(shù)的材料方面會是進一步的輔助。(通過檢測來自目標20的反向散射也能實現(xiàn)同樣的密度成像，特別是以低能量來實現(xiàn)。)
上述的直接透射檢測器24或2D NRF檢測方案(其中允許經(jīng)目標20透射的光子從參考散射物質(zhì)28散射)也可提供光子束34在其穿過目標20時的總衰減的估計。在一些實施例中，光子束34的總衰減可被用作沿射束進入每個體元的光子流量的上述確定的檢查(或者提供用于對該確定的迭代校正的方式)，如以前所指出的那樣。利用NRF來識別感興趣的核素的存在在圖2中舉例說明識別目標中存在的核素或檢測感興趣的核素的核共振熒光的實用性。在圖2中顯示從由帶有4.1和11MeV終點能量的電子束產(chǎn)生的韌致輻射束中所獲得的同位素48Ti和27Al(只在4.1MeV譜中存在)的核共振熒光譜。(在Degener等人的“Nuclear Physics(核物理)”(A513(1990年)的第29-42頁)中描述了這些譜，該文獻的內(nèi)容特此引入作為參考。)利用準直高能量分辨率鍺檢測器，以相對射束方向大于90度的角度測量這些譜。相對連續(xù)的和緩慢變化的非共振本底，很容易地檢測到48Ti和27Al的所測量的NRF狀態(tài)的窄峰(具有約4keV的寬度，受檢測器分辨率的限制)。當注視固定能量的狀態(tài)時，對于較高終點能量，從非共振本底過程產(chǎn)生的連續(xù)本底明顯較高。
來自諸如康普頓散射和電子偶產(chǎn)生的非共振過程的能譜的特性也直接提供關于檢查中的體積的密度和平均原子序數(shù)(Z)的信息。在圖3中舉例說明這一點，其中，在相同的實驗條件下，209Bi目標的NRF譜與208Pb的NRF譜重疊。(在F.R.Metzger的“Physical Review(物理評論)”第187期、第1680頁(1969年)中描述了這些譜，該文獻的內(nèi)容特此引入作為參考。)209Bi譜(實曲線)表示兩個強NRP狀態(tài)的存在(第三個峰值是來自目標中的雜質(zhì))，然而208Pb譜(虛曲線)有平滑的連續(xù)本底，因為這種同位素在這個能量范圍中并沒有任何NRF狀態(tài)。208Pb和209Bi的Z分別是82和83，并且，如從理論預期的和在這些測量結果中所證實的那樣，非共振本底過程實質(zhì)上是相同的。
這些譜和在其他已知的NRF實驗中所獲得的類似譜舉例說明了若干要點·高能量分辨率檢測器的使用允許直接提取在非共振本底存在時的NRF狀態(tài)的強度，從而提取在被探測區(qū)中的與對其激勵NRF狀態(tài)的每種同位素相關的材料數(shù)量。
·非共振本底以能夠被測量或模型化的方式取決于目標樣品的原子序數(shù)(Z)、密度和數(shù)量。
·位于NRF狀態(tài)之下的非共振本底是目標材料的韌致輻射束終點能量和Z的函數(shù)。
這里提出的方法也可以并入二維透射檢測器24(諸如X-射線成像器)，該二維透射檢測器24可以相對高的空間分辨率來采樣積分衰減。這個互補檢測器實現(xiàn)小的致密對象的檢測。與NRF 3D圖像和/或NRF 2D透射檢測器結合，作為自適應系統(tǒng)的部分或出于其他目的，該互補檢測器可被用于動態(tài)地識別用于進一步進行掃描的感興趣區(qū)域。
通過上述現(xiàn)象，可以確定相對于非共振本底的給定NRF狀態(tài)的測量的信噪比。在掃描之前就可知道NRF狀態(tài)的屬性，該NRF狀態(tài)的屬性包括作為每種感興趣的核素的能量和角度的函數(shù)的散射橫截面。在與特定的感興趣的核素相關的一個或多個NRF狀態(tài)的一個或多個特征能量處的從目標體元50散射的和以特定散射角檢測到的光子的數(shù)目與目標體元中的這種核素的豐度成比例。在對應于給定NRF狀態(tài)的能量通道中的計數(shù)數(shù)目的測量和本底非共振過程對那個能量通道中的計數(shù)(諸如，由于在相鄰能量間隔中的非共振過程或預期本底的其他估計引起的平均本底計數(shù))的貢獻的估計能被用于自適應地估計對于在被檢查的空間區(qū)域中的給定數(shù)量的指定同位素的檢測概率(DP)和得到誤報結果(FP)的概率。這種信息能被用于修改掃描參數(shù)，以便滿足要求的DP和FP的標準。在一些實施例中，感興趣的能量通道中的計數(shù)數(shù)目的測量和非共振本底對這個計數(shù)數(shù)目的貢獻的估計一起能夠提供信噪比的動態(tài)評估，該信噪比的動態(tài)評估能被用于自適應地修改掃描參數(shù)來符合期望的DP和FP標準。例如，如果檢查中的區(qū)域具有相對高的非共振本底，則信噪比將較低，并且，能夠增加韌致輻射束的停留時間來通過收集較多的光子事件進行補償，以便達到較高的統(tǒng)計學準確度，或者可以調(diào)整其他系統(tǒng)參數(shù)來改善如在下面更詳細討論的信噪比或統(tǒng)計學準確度。
雖然示例性的自適應掃描方法的下列討論利用信噪比的動態(tài)確定來確定是否達到要求的DP和FP標準，但本領域技術人員應理解，一個或多個感興趣的能量通道中的計數(shù)數(shù)目的測量和所測量的、所估計的或所近似的本底(特別是作為能量的函數(shù))在確定DP和FP時可以獨立考慮。例如，在其中在感興趣的能量通道或能量范圍中沒有可觀的本底的情況下，這個通道或范圍中的所有計數(shù)可歸因于對應于這個通道或范圍的同位素的存在，并且在沒有確定信噪比的步驟的情況下就可進行這種同位素的閾值數(shù)量是否存在的確定。
自適應掃描方法的實例現(xiàn)在將說明識別感興趣的核素的閾值數(shù)量的自適應目標掃描方法的示例性實施例。在所述的實施例中，感興趣的核素的閾值數(shù)量可被描述為“威脅”，而該方法的目的可以是為檢測諸如核素材料或常規(guī)爆炸物這樣的威脅存在而進行貨物集裝箱、行李或其他目標的自適應掃描。然而，本領域技術人員應理解，在此所公開的方法可被用于其中要求為識別目標的同位素成分或檢測特定感興趣的核素的閾值數(shù)量而進行的目標的非侵入式掃描的任何應用。除了針對核材料、大量高密度材料(可指所防護的核材料或其他材料)、爆炸物或違禁品的存在而掃描目標之外，這樣的應用還可包括(不限于)掃描貨物集裝箱以確定其內(nèi)含物是否和相關的航運艙單相符和/或識別諸如沙林、光氣或其他化學藥劑這樣的有毒物質(zhì)的存在。
在一個實施例中，可以把光子的初始流量注入到目標20中的體元50中，并通過對說明非共振本底和來自可能存在的任何共振峰值的貢獻的曲線的擬合，可以分析在相應檢測器42處所檢測到的光子譜。處理器46也可以收集對應于感興趣的核素中的能級間隔的一個或多個感興趣的能量通道中的計數(shù)數(shù)目。
處理器46可利用這個初始觀測來作出每個感興趣的能量通道中的本底的第一近似。在一個實施例中，如果在相鄰通道中所檢測到的計數(shù)并不出現(xiàn)在NRF線的能量處，則通過平均該計數(shù)數(shù)目可以獲得對在對應于感興趣的核素中的核共振躍遷的能量通道中所檢測到的信號的本底(即，非共振)貢獻的第一近似。也可例如由1/E分布來估計本底，特別是，1/E分布對感興趣的能量范圍局部擬合。也可應用對所估計本底的校正。例如，對于在檢測器中所檢測到的每個共振光峰，也會有與這個共振信號相關的已知的、非共振的、較低能量散射的光子。因此，通過減去對應于任何特定核素的已知或已識別的檢測到的任何共振信號和非共振信號，可以校正所估計的本底。所估計的本底可以把光子束穿過目標內(nèi)含物20并與該目標內(nèi)含物22相互作用時在其到觀測中的體元50的路徑上的衰減考慮進去。在一個實施例中，這個衰減可通過檢測器陣列38或40中的直接散射測量來測量，或者通過從參照貨運艙單稱重目標20中所獲得的目標20的平均密度的估計來測量，或者通過利用諸如X-射線成像器24或具有參考散射物質(zhì)28的透射檢測器36這樣的設備測量透射光子的強度來測量。
處理器46可與其他參數(shù)一起利用該所估計的本底來產(chǎn)生每種感興趣的核素的閾值威脅信號。這樣的閾值威脅信號可能是特定通道中的計數(shù)數(shù)目或本底上的計數(shù)數(shù)目。例如，通過查閱在各種數(shù)量的入射光子流量處對各種核素標識閾值信號數(shù)量的預編程表，可以產(chǎn)生閾值威脅信號。(如以前所述，對于沿光子束34的每個體元50可以確定作為能量的函數(shù)的入射光子流量。)例如，在一個實施例中，可以事先對于給定的輸入光子流量和/或給定的本底利用表格或裝置來編程處理器46，該表格是計算預期的計數(shù)數(shù)目的表格，該計數(shù)數(shù)目被檢測為在具有以特定數(shù)量存在的特定感興趣的核素的目標區(qū)域中的能量的函數(shù)，這種裝置用于計算預期的計數(shù)數(shù)目。例如，可以對于給定的輸入光子流量和/或給定的本底利用對應于所選擇的感興趣的核素的典型成脅水平的存在的計數(shù)數(shù)目來編程處理器46。在一個實施例中，這個計數(shù)數(shù)目可以是在檢測器陣列38或40處所測量的從目標20中的體元50散射到一個或多個特定能量通道中的光子的數(shù)目(針對所測量的或所估計的光子束穿入目標時的衰減校正)?？商鎿Q地，這個計數(shù)數(shù)目可以是在檢測器陣列36中所測量的經(jīng)目標20透射和離開一種或多種參考散射物質(zhì)28散射到一個或多個特定能量通道中的光子的數(shù)目。
根據(jù)一個或多個對本底的第一估計有貢獻的因素，處理器46可建立為提供一個或多個感興趣的能量通道中的特定本底水平而被估計的初始標稱光子束參數(shù)組。例如，給定所估計的本底，處理器46可確定初始停留時間，該初始停留時間被預期在威脅檢測閾值對其是個小信號的能量通道中提供統(tǒng)計上顯著的測量結果。
然后，處理器46可以在這個初始停留時間處作出一個體元50(或者沿光子束34的現(xiàn)有位置的一組體元)中的測量，并且根據(jù)這個測量的結果命令(dictate)系統(tǒng)響應。例如，如果所檢測到的信號不大于對應于任何感興趣的能量通道中的所估計的預期本底信號的威脅檢測閾值，則處理器46可進行到下一個體元。在另一方面，如果檢測到的信號超過某個感興趣的能量通道中的威脅檢測閾值，則處理器46可計算這個通道中的信噪比的動態(tài)測量(例如，通過把檢測到的信號與預期的本底信號或所測量的本底信號進行比較)。處理器46可利用這個信息來確定信號是否表示如下的統(tǒng)計上顯著的威脅檢測事件。
在一個實施例中，在評估初始威脅檢測事件的重要性時，處理器46可參照接收器操作機構特性(ROC)曲線。在圖4a和圖4b中，以兩個不同的被檢測為來自給定威脅物質(zhì)(mass)的信號的平均計數(shù)數(shù)目(30和42)舉例說明示例性的一組ROC曲線，對于每個平均計數(shù)數(shù)目示出三個信噪比值2、1和0.5的曲線。利用統(tǒng)計考慮以及對應于每條曲線的假定信噪比，計算了這些示例性曲線。在一般情況下，檢測概率(DP)與得到誤報結果(FP)的概率的計算能引入系統(tǒng)誤差和其他非統(tǒng)計學不確定度。圖4a和圖4b中舉例說明的曲線表示針對在檢查體積中的給定最小威脅物質(zhì)的NRF狀態(tài)的對于會分別產(chǎn)生30個計數(shù)或42個計數(shù)的標稱射束參數(shù)的威脅檢測的DP和FP之間的關系。每條ROC曲線上的每點表示對于給定閾值的DP和FP之間的關系。所以，這些曲線反映出，對于固定信噪比來說，如果通過降低檢測閾值來增加檢測的概率，則相應的誤報的可能性必定增加。
參照圖4a，其中，如果所要求的檢測概率(DP)大于98％，而誤報(FP)威脅檢測小于2％(也就是說，如果要求系統(tǒng)識別至少98％的含有多于最小檢測量的特定核素的體元，最多2％的被識別體元被錯誤地識別為含有多于這個量)，則對于給定威脅物質(zhì)的標稱射束參數(shù)會產(chǎn)生30個信號計數(shù)，如果信噪比的自適應測量結果是1或2，則在標稱射束參數(shù)內(nèi)可滿足這個標準，但是如果信噪比的自適應測量結果是0.5，就不滿足這個標準。如參照圖4b能夠看到的那樣，如果累計42個計數(shù)而不是30個計數(shù)，則以0.5的信噪比就能滿足大于98％的DP以及僅僅2％的FP的標準。(與對于0.5信噪比的曲線交叉98％的DP和2％的FP的點相關的威脅閾值對應于103個積分計數(shù)(信號和本底)的威脅檢測閾值。)因此，一旦確定信噪比為0.5，就通過自適應地調(diào)整掃描參數(shù)來把特定能量通道中的計數(shù)數(shù)目從30增加到42，以及把威脅檢測閾值設定在103個積分計數(shù)，可以達到要求的DP(≥98％)和FP(≤2％)。例如，能增加停留時間約40％?？商鎿Q地，能增加光子束強度而不改變停留時間。在任何一種情況下，對最小數(shù)量預期的積分計數(shù)會從30增加到42?？商鎿Q地，通過改變其他射束和/或檢測器參數(shù)能達到要求的DP和FP標準，以便改善信噪比或計數(shù)統(tǒng)計量。系統(tǒng)可進行信噪比測量，并參照像圖4a和圖4b那樣的ROC曲線，自適應地調(diào)整一個或多個射束參數(shù)，直到達到要求的DP和FP標準為止。
DP和FP獨立地或共同地提供描述特定掃描的效率或質(zhì)量的方式。可以把檢測概率DP和得到誤報FP的概率各看作“掃描評估參數(shù)”。能夠用術語“檢測效率標準”來指特定要求的DP值、特定要求的FP值或要求的特定DP值和特定FP值的組合。如下面進一步討論的那樣，對于不同的應用，可能希望有DP或FP的不同數(shù)值或組合。會認識到，其他掃描評估參數(shù)也可被用來評估表面的確定的信號對應于實際的確定的可能性(諸如，最小量的某種核素在掃描中的體元中存在)。
在特定的感興趣的能量通道中的信號的初始測量超過帶有特定信噪比的威脅檢測閾值的地方，處理器46能夠計算一個或多個掃描評估參數(shù)并確定是否符合檢測效率標準。如果不符合檢測效率標準，則在能以要求的為真確定的概率拉響確定的威脅警報之前，需要改進測量的精度。例如，處理器46可以參照這樣的ROC曲線來改變停留時間、強度或其他系統(tǒng)參數(shù)(諸如射束能量、射束準直、射束過濾物質(zhì)、檢測器準直、檢測器過濾物質(zhì)等)，以便動態(tài)地和/或自適應地達到要求的檢測概率(DP)以及要求的對誤報(FP)結果的概率的限制。在一些實施例中，該系統(tǒng)也可以自適應地調(diào)整其對要求的DP和FP值的選擇。例如，系統(tǒng)可以某個值的DP和FP進行快速的第一遍測量，然后根據(jù)這個測量的結果決定加嚴標準和重復該測量，相應地調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。例如，系統(tǒng)能夠取決于檢測到的威脅的類型來改變要求的DP和FP。在允許相對錯誤檢測的代價權衡誤報事件的代價的某個靈活性方面，這可是有用的。例如，對于諸如爆炸物或核武器這樣的威脅來說，誤報招致一些代價(諸如，不必要的警察或軍事專家的部署)，但錯誤檢測的代價會是災難性的。對于這樣的威脅，可編程該系統(tǒng)來應用相對高的DP和低的FP的嚴格檢測效率標準，這導致初始檢測這樣的威脅時的較長時間或較詳細的掃描。在另一方面，對于錯誤檢測的代價和誤報的代價對其都可以是比較來說更低的諸如違禁品這樣的威脅，為了掃描系統(tǒng)的速度和成本有效性起見，可編程該系統(tǒng)來應用較不嚴格的檢測標準(比較來說更低的DP和更高的FP)。
能夠動態(tài)地被改變來達到檢測標準的系統(tǒng)參數(shù)包括但不限于·光子束停留時間·光子束強度·韌致輻射源中所使用的電子束的能量·檢測器陣列的空間分辨率·檢測器陣列以其觀測目標的角度·光子束的空間分辨率和/或幾何形狀·減少所選同位素的貢獻的光子束過濾物質(zhì)·光子束中的和/或檢測器中的光子過濾物質(zhì)·諸如積分時間、空間分辨率、電子聚集等這樣的檢測器的具體特性通過調(diào)整這些參數(shù)中的一個或多個，處理器46能動態(tài)地提高特定的感興趣的能量通道中的信噪比或計數(shù)統(tǒng)計量。(本領域技術人員會認識到，能夠影響信噪比和/或計數(shù)統(tǒng)計量的任何系統(tǒng)參數(shù)都可以被調(diào)整。)因此，例如，如上所述，如果標稱測量表示可能已超過了威脅檢測閾值，但該統(tǒng)計量或信噪比不足夠，以致能夠確信要求的最大比率的誤報威脅檢測事件，在確定顯著威脅檢測事件是否已發(fā)生的測量期間，處理器46可自適應地調(diào)整上面參數(shù)中的一個或多個。在另一方面，如果標稱測量表示還沒有超過威脅檢測閾值，則處理器46可繼續(xù)前進到新的標稱測量的下一個體元，而不必調(diào)整任何射束參數(shù)。
在測量從特定體元50散射的光子期間，處理器46可以不斷地收集統(tǒng)計量來改進其本底信號的初始估計，借此改進特定通道中的信噪比的動態(tài)測量。因而，處理器46可以實時自適應地調(diào)整所估計的檢測概率(DP)和得到誤報的概率，迅速逼近要求的威脅檢測概率和/或誤報概率(FP)的測量結果。
如果處理器46確定，特定的感興趣的能量通道中的威脅檢測閾值已被超過，并有足以滿足要求的檢測概率(DP)標準的信噪比，以及事件是誤報的估計概率小于某個要求的FP標準，則該處理器46可以任何數(shù)目的方式產(chǎn)生威脅檢測告警，這取決于所檢測的特定威脅和取決于其中該系統(tǒng)正被使用的設置。例如，在機場或貨物堆置場的設置中，系統(tǒng)可立即停止掃描并通知操作員，已檢測到確定的威脅檢測信號，在此時可移開并搜查該目標?？商鎿Q地，為了隔離和稍后的搜查而(用電子學方法或用物理方法)標記特定目標。系統(tǒng)對確定的威脅檢測信號所采取的行動可以取決于檢測到的特定威脅而不同。本領域技術人員會認識到處理確定的威脅檢測信號的其他變型。
上述討論舉例說明了，最有效的非侵入式掃描算法可不必是在完整體積上的均勻掃描或高分辨率掃描。之所以這樣是因為以下幾個理由首先，由于減少的入射束的衰減，具有非常低的平均密度的體積花費較少時間來掃描。而且，低密度區(qū)對于諸如高密度防護罩(鉛)或諸如鈾這樣強烈放射性材料的存在這樣的某些威脅的檢查來說，可能不感興趣。此外，通過相應更大的入射束衰減能夠很快地識別非常高Z的區(qū)域。能夠以低空間分辨率進行對大量散裝材料的搜查，諸如用具有寬直徑的入射光子束或者通過射束跨越目標的快速掃描或經(jīng)過射束的目標。
在一些實施例中，可以希望的是，根據(jù)從其他檢查形式所獲得的信息，在某些感興趣區(qū)域上得到高得多的空間分辨率。例如，如圖1中所舉例說明的那樣，可在目標之后放置諸如常規(guī)的x-射線成像器24那樣的二維成像器來檢測透過目標的光子的強度。可替換地，如圖1中所舉例說明的那樣，可以與參考散射物質(zhì)28一起使用透射NRF檢測器36來產(chǎn)生若干種感興趣的核素的投影圖像，識別具有相對高豐度的那些核素的區(qū)域。在操作機構或處理器46識別到最終產(chǎn)生的二維投影圖像上的感興趣區(qū)域(諸如，表示高密度材料存在的暗區(qū)或者表示感興趣核素存在的高NRF吸收區(qū))的地方，利用上述自適應掃描技術，可以執(zhí)行這個區(qū)的NRF掃描，以便檢測那個區(qū)域中的感興趣核素的存在。
在圖5的流程圖中舉例說明自適應掃描方法的示例性實施例的概觀。在步驟501，針對下一個或多個要被掃描的體元確定初始掃描參數(shù)。例如，根據(jù)一份或多份貨物艙單、整個集裝箱或其部分的平均密度測量(諸如，重量測量、NRF密度測量、或者傳統(tǒng)的x-射線或CT圖像)，如上所述可以計算這樣的初始掃描參數(shù)。在步驟501所確定的初始掃描參數(shù)也可以考慮要求的檢測概率(DP)和得到誤報(FP)測量的概率。
在步驟502，利用在步驟501所建立的參數(shù)，可以測量散射的或者透射的光子譜。如上所述可以估計本底譜，這允許估計任何檢測到的峰值的信噪比。在一個實施例中，通過搜索相鄰或附近體元的特定能量通道中的檢測信號中的相關性，可以改善所估計的本底(從而因此改善所估計的信噪比)。(例如，如果針對一個特定體元在一個能量通道中檢測到相對大的信號，但對于任何相鄰體元在同一能量通道中在本底以上觀測不到任何信號，相應地，在該特定體元中所檢測到的信號很可能是統(tǒng)計波動，這取決于這些體元的相對大小和與檢測到的同位素相關的典型威脅的相對大小。)利用所估計的本底信號，考慮所要求的檢測概率和得到誤報結果的概率，也可以確定每種威脅的檢測閾值。例如，這些檢測閾值可以是對應于威脅存在的一個或多個能量通道中的本底上的計數(shù)數(shù)目。
在步驟503，系統(tǒng)可以判定，給定系統(tǒng)參數(shù)和每個與成脅相對應的能量通道中的所測量的信噪比，當前的測量狀態(tài)是否足以在要求的檢測概率和得到誤報結果的概率內(nèi)檢測到所有威脅和/或排除所有威脅的存在。如果系統(tǒng)判定信噪比不足以滿足這些要求，則進行到步驟504，其中，可以自適應地改變?nèi)魏螖?shù)目的系統(tǒng)參數(shù)，以便改善一個或多個感興趣的能量通道中的信噪比和/或計數(shù)統(tǒng)計量。如上所述，這樣的一些系統(tǒng)參數(shù)包括射束強度、電子束能量、停留時間、減少來自已知來源的信號貢獻的光子束中或在檢測器之前的過濾物質(zhì)的存在或不存在、射束或檢測器準直或者其他參數(shù)。該系統(tǒng)可以參照要求的檢測概率(DP)和得到誤報(FP)結果的概率來選擇改變的系統(tǒng)參數(shù)。(例如，如上所討論的那樣，系統(tǒng)可以參照特定的感興趣的能量通道中的各種信噪比數(shù)值和計數(shù)數(shù)目計算的ROC曲線來確定哪些增加的計數(shù)數(shù)目會以所估計的信噪比提供要求的檢測概率和得到誤報結果的概率，以及相應地增加射束強度。)在設置新的系統(tǒng)參數(shù)之后，系統(tǒng)返回到步驟502來重復以下循環(huán)測量光子譜，估計任何感興趣的能量通道中的本底譜和信噪比，以及確定信噪比是否足以在要求的檢測概率和得到誤報結果的概率內(nèi)檢測或排除任何威脅。
一旦系統(tǒng)確定，該系統(tǒng)具有一組足以在要求的檢測概率和得到誤報結果的概率內(nèi)檢測所有威脅的存在和/或排除所有威脅的存在的測量，可以進行到步驟505。在步驟505，系統(tǒng)把每個感興趣的能量通道中的信號與較早確定的威脅檢測閾值進行比較，然后判定這些信號中的任何一個是否超過那些威脅檢測閾值。如果超過任何威脅檢測閾值，則系統(tǒng)可以采取適當行動(步驟507)，諸如停止掃描并通知操作機構，已檢測到確定的威脅檢測信號，或者為了隔離和稍后的搜查而用電子學方法或用物理方法標記目標。也可以編程該系統(tǒng)來根據(jù)確定的威脅信號的檢測做進一步調(diào)查。例如，如上所討論的那樣，可以編程該系統(tǒng)，以響應于某些威脅的第一檢測使要求的檢測概率和誤報結果的概率的標準更嚴格。因此，步驟507可以包括改變要求的檢測概率和誤報結果的概率以及返回到步驟501來用更嚴格的標準重復所述一個或多個體元的調(diào)查。
如果系統(tǒng)確定，沒有來自當前在掃描中的所述一個或多個體元的信號，那么該系統(tǒng)就能夠結束那個體元或那些體元的查詢，并進行到另一個體元或其他體元(步驟506)。
圖5和上面的討論舉例說明了示例性自適應掃描和威脅檢測方法的“內(nèi)環(huán)”的實施例。這樣的自適應掃描方法也可以包括“外環(huán)”，在該“外環(huán)”中，系統(tǒng)可以為用“內(nèi)環(huán)”方法進行調(diào)查而選擇體元。例如，如上所述，外環(huán)可以包括快速掃描或成像步驟，以為進一步掃描而識別意想不到地致密的或在其他方面感興趣的區(qū)域。另外，外環(huán)可以包括搜尋諸如相鄰或附近體元這樣的多個體元中所檢測到的信號中的相關性。例如，在任何單獨的體元均不包含特定材料的閾值威脅物質(zhì)但若干鄰近體元加在一起的確達到這種閾值物質(zhì)的地方，系統(tǒng)可以識別統(tǒng)計上重要性的威脅。在另一個實施例中，系統(tǒng)可以利用相鄰的多個體元中的信息來校正或改進光子束34在其接近特定體元時的衰減的確定，以改善特定體元上的入射流量的估計，以便適當標準化那個體元中的同位素豐度的確定，或者以便適當設置閾值威脅信號。
外環(huán)也可以是自適應的；根據(jù)掃描其他體元的結果，系統(tǒng)可以重新評估要查詢哪些體元或如何查詢這些體元的選擇。例如，在一個實施例中，在沿光子束34的一個體元50中有致密的(或高原子序數(shù)的)材料，以致在這個體元50之后光子束34已被如此衰減，使得不能對下游體元進行有意義的測量，系統(tǒng)可以確定，應該把目標20旋轉(zhuǎn)(例如，旋轉(zhuǎn)90或180度)，以便觀測這樣的“隱藏”體元?？商鎿Q地，通過分析光子的衰減，系統(tǒng)可以進行這些隱藏體元的密度的間接測量，當射束在目標集裝箱20中的別處掃描其他體元時，這些光子必定在其到檢測器的路徑上穿過這些隱藏的體元。
根據(jù)與某些組合的某些材料的存在相關的威脅的預編程的“知識”，系統(tǒng)也可以進行威脅確定。例如，在其艙單表明有大量硝酸銨化肥存在的集裝箱中，從其中檢測到強的氮和氧信號的包括許多鄰近體元的區(qū)域不可能觸發(fā)內(nèi)環(huán)檢測事件。然而，如果也存在大量的碳，則外環(huán)可以檢測到柴油硝酸銨爆炸混合物存在的可能性。
外環(huán)也可包括在測量期間自適應調(diào)整檢測標準(檢測概率和得到誤報測量的概率)。例如，如上面所討論的那樣，對于一些威脅，可以編程系統(tǒng)來應用嚴格的檢測效率標準(即，相對高的DP值和相對低的FP值)，而對于某些其他威脅，卻可以編程該系統(tǒng)來為了掃描系統(tǒng)的速度和成本有效性起見而應用較不嚴格的檢測標準(即，比較低的DP值和比較高的FP值)。
雖然已參照其示例性實施例特定地示出和說明了在此所公開的系統(tǒng)和方法，但本領域技術人員應理解，在不偏離公開內(nèi)容的精神和范圍的情況下，可能在其中做出各種形式和細節(jié)上的改變。僅僅利用常規(guī)實驗方法，本領域技術人員就會認識到或能夠查明與在此明確說明的示例性實施例等同的內(nèi)容。企圖把這樣的等同內(nèi)容包括在本公開內(nèi)容的范圍中。
權利要求
1.一種用于檢測目標樣品中的核素的方法，該方法包括a)利用來自源的光子照射目標樣品；b)在至少一個能量通道中檢測信號；c)利用在所述至少一個能量通道中所檢測到的信號來確定掃描評估參數(shù)；d)確定所述掃描評估參數(shù)是否符合檢測效率標準；e)調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，使得所述掃描評估參數(shù)符合所述檢測效率標準；以及，f)把至少一個能量通道中的信號與預定核素檢測標準進行比較，以便識別核素檢測事件。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，利用檢測到的信號確定所述掃描評估參數(shù)還包括確定對所述至少一個能量通道中的信號的本底(background)貢獻。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，利用檢測到的信號確定所述掃描評估參數(shù)還包括確定所述至少一個能量通道中的信噪比。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在至少一個能量通道中檢測信號還包括在所述至少一個能量通道中檢測從至少一部分目標樣品散射的光子。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在至少一個能量通道中檢測信號還包括檢測經(jīng)目標樣品透射和從至少一種散射物質(zhì)散射的光子。
6.一種用于針對潛在威脅而進行目標樣品的掃描的方法，該方法包括a)提供入射到目標樣品上的光子的源；b)測量從該目標樣品散射的光子的能譜；c)利用從該目標樣品散射的光子的能譜計算至少一個掃描評估參數(shù)；d)利用從該目標樣品散射的光子的所測量的能譜確定是否已檢測到威脅；e)如果已檢測到威脅i)則確定所述至少一個掃描評估參數(shù)是否符合檢測效率標準；ii)如果所述至少一個掃描評估參數(shù)并不符合所述檢測效率標準，則調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，然后重復步驟(b)到(e)；以及iii)如果所述至少一個掃描評估參數(shù)符合所述檢測效率標準，則識別確定的威脅檢測事件。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中，所述至少一個掃描評估參數(shù)包括檢測概率，而所述檢測效率標準包括超過最小要求的檢測概率的檢測概率。
8.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中，所述至少一個掃描評估參數(shù)包括得到誤報(false positive)結果的概率，而所述檢測效率標準包括小于最大要求的得到誤報結果的概率的得到誤報結果的概率。
9.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中，所述至少一個掃描評估參數(shù)包括檢測概率和得到誤報結果的概率，而所述檢測效率標準包括超過最小要求的檢測概率的檢測概率和小于最大要求的得到誤報結果的概率的得到誤報結果的概率。
10.一種用于針對潛在威脅而進行目標樣品的掃描的方法，該方法包括a)提供入射到目標樣品上的光子的源，以致至少一些光子經(jīng)所述樣品透射；b)允許經(jīng)樣品透射的光子中的至少一些光子從至少一種參考散射物質(zhì)散射；c)測量從所述至少一種參考散射物質(zhì)散射的光子的能譜；d)利用從所述至少一種參考散射物質(zhì)散射的光子的能譜計算至少一個掃描評估參數(shù)；e)利用從所述參考散射物質(zhì)散射的光子的所測量的能譜確定是否已檢測到威脅；f)如果已檢測到威脅i)則確定所述至少一個掃描評估參數(shù)是否符合檢測效率標準；ii)如果所述至少一個掃描評估參數(shù)并不符合檢測效率標準，則調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)并重復步驟(c)到(f)；以及iii)如果所述至少一個掃描評估參數(shù)符合所述檢測效率標準，則識別確定的威脅檢測事件。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，所述至少一個掃描評估參數(shù)包括檢測概率，而所述檢測效率標準包括超過最小要求的檢測概率的檢測概率。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，所述至少一個掃描評估參數(shù)包括得到誤報結果的概率，而所述檢測效率標準包括小于最大要求的得到誤報結果的概率的得到誤報結果的概率。
13.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，所述至少一個掃描評估參數(shù)包括檢測概率和得到誤報結果的概率，而所述檢測效率標準包括超過最小要求的檢測概率的檢測概率和小于最大要求的得到誤報結果的概率的得到誤報結果的概率。
14.一種用于檢測目標樣品中的潛在威脅的方法，該方法包括a)提供光子的源；b)利用來自所述源的光子照射目標樣品；c)提供至少一個光子檢測器來在至少一個能量通道中測量從至少一部分目標樣品散射的光子的強度；d)確定所述至少一個感興趣的能量通道中的每個能量通道中的標稱本底信號；e)計算所述至少一個感興趣的能量通道中的每個能量通道中的信噪比；f)調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)來改善所述至少一個感興趣的能量通道中的至少一個中所收集的數(shù)據(jù)的信噪比；g)如果在所述至少一個感興趣的能量通道中的至少一個中所檢測到的光子的強度符合預定威脅檢測標準，則識別威脅檢測事件。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變光子在所述目標樣品區(qū)域中的有效停留時間。
16.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括把過濾物質(zhì)插入到所述光子源中，該過濾物質(zhì)包含吸收具有所選擇的能量或能量范圍的光子的一種或多種核素。
17.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中，所述光子源包括具有電子束能量的電子束和韌致輻射目標，以及調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變該電子束能量。
18.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變所述光子源的強度。
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中，所述光子源被準直，以及，改變所述光子源的強度還包括改變所述光子源的準直。
20.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中，所述光子檢測器中的至少一個被準直，以及調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變所準直的光子檢測器的準直。
21.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括在所述至少一個光子檢測器中的至少一個之前插入過濾物質(zhì)，該過濾物質(zhì)包含吸收具有落入所選擇的能量范圍中的能量的光子的一種或多種核素。
22.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中，所述來自所述源的光子以入射束來照射所述目標樣品；其中，所述至少一個光子檢測器中的每個光子檢測器以相對于該入射束的檢測角度來觀測所述目標樣品；以及，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變該檢測角度。
23.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中，所述來自所述源的光子以入射束來照射目標樣品，該入射束在入射到目標樣品上的點處具有斑點面積；以及，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變該入射束的斑點面積。
24.一種用于檢測目標樣品中的潛在威脅的方法，該方法包括a)提供光子的源；b)利用來自該源的光子照射目標樣品；c)提供至少一個光子檢測器來在至少一個能量通道中測量從至少一部分目標樣品散射的光子的強度；d)提供透射檢測器，用于根據(jù)光子在其處照射目標樣品的目標樣品上的位置來測量經(jīng)目標樣品透射的光子的強度；e)根據(jù)光子在其處照射目標樣品的目標樣品上的位置來利用經(jīng)目標樣品透射的光子的強度而識別用于進一步進行掃描的至少一個感興趣區(qū)域；f)確定從所述至少一個感興趣區(qū)域中的至少一個散射到所述至少一個感興趣的能量通道中的每個能量通道中的光子的標稱本底信號；g)計算所述至少一個感興趣的能量通道中的每個能量通道中的信噪比；h)調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)來改善所述至少一個感興趣的能量通道中的至少一個中的信噪比和/或統(tǒng)計學精度；i)如果在所述至少一個感興趣的能量通道中的至少一個中檢測到的光子的強度符合預定威脅檢測標準，則識別威脅檢測事件。
25.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變光子在目標樣品區(qū)域中的有效停留時間。
26.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括把過濾物質(zhì)插入到所述光子源中，該過濾物質(zhì)包含吸收具有所選擇的能量或能量范圍的光子的一種或多種核素。
27.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，所述光子源包括具有電子束能量的電子束和韌致輻射目標，以及，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變該電子束能量。
28.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變光子源的強度。
29.根據(jù)權利要求28所述的方法，其中，所述光子源被準直，以及，改變所述光子源的強度還包括改變光子源的準直。
30.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，所述光子檢測器中的至少一個被準直，以及，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變所準直的光子檢測器的準直。
31.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括在所述至少一個光子檢測器中的至少一個之前插入過濾物質(zhì)，該過濾物質(zhì)包含吸收具有落入所選擇的能量范圍中的能量的光子的一種或多種核素。
32.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，來自所述源的光子以入射束照射目標樣品；其中，所述至少一個光子檢測器中的每個以相對于該入射束的檢測角度來觀測目標樣品；以及，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變該檢測角度。
33.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，來自所述源的光子以入射束來照射目標樣品，該入射束在入射到目標樣品上的點處具有斑點面積；以及，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變該入射束的斑點面積。
34.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，所述透射檢測器包括X-射線成像器。
35.一種用于檢測目標樣品中的潛在威脅的方法，該方法包括a)提供光子的源；b)利用來自該源的光子照射目標樣品；c)提供至少一種參考散射物質(zhì)，該參考散射物質(zhì)包含至少一種感興趣的核素；d)允許經(jīng)目標樣品透射的光子從所述至少一種參考散射物質(zhì)散射；e)提供至少一個光子檢測器來在至少一個能量通道中測量從所述至少一種參考散射物質(zhì)散射的光子的強度；f)確定所述至少一個感興趣的能量通道中的每個能量通道中的標稱本底信號；g)計算所述至少一個感興趣的能量通道中的每個能量通道中的信噪比；h)調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)來改善所述至少一個感興趣的能量通道中的至少一個中的信噪比；i)如果在所述至少一個感興趣的能量通道中的至少一個中所檢測到的光子的強度符合預定的威脅檢測標準，則識別威脅檢測事件。
36.根據(jù)權利要求35所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變光子在目標樣品區(qū)域中的有效停留時間。
37.根據(jù)權利要求35所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括把過濾物質(zhì)插入到所述光子源中，該過濾物質(zhì)包含吸收具有所選擇的能量或能量范圍的光子的一種或多種核素。
38.根據(jù)權利要求35所述的方法，其中，所述光子源包括具有電子束能量的電子束和韌致輻射目標，以及，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變該電子束能量。
39.根據(jù)權利要求35所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變所述光子源的強度。
40.根據(jù)權利要求39所述的方法，其中，所述光子源被準直，以及，改變所述光子源的強度還包括改變所述光子源的準直。
41.根據(jù)權利要求35所述的方法，其中，所述光子檢測器中的至少一個被準直，以及，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變所準直的光子檢測器的準直。
42.根據(jù)權利要求35所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括在所述至少一個光子檢測器中的至少一個之前插入過濾物質(zhì)，該過濾物質(zhì)包含吸收具有落入所選擇的能量范圍中的能量的光子的一種或多種核素。
43.根據(jù)權利要求35所述的方法，其中，來自所述源的光子以入射束來照射目標樣品，該入射束在入射到目標樣品上的點處具有斑點面積；以及，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變該入射束的斑點面積。
44.一種用于檢測目標樣品中的潛在威脅的方法，該方法包括a)提供光子的源；b)利用來自該源的光子照射目標樣品；c)提供透射檢測器，用于根據(jù)光子在其處照射目標樣品的目標樣品上的位置來測量經(jīng)目標樣品透射的光子的強度；d)根據(jù)光子在其處照射目標樣品的目標樣品上的位置來利用經(jīng)目標樣品透射的光子的強度識別用于進一步進行掃描的至少一個感興趣區(qū)域；e)提供至少一種參考散射物質(zhì)，該參考散射物質(zhì)包含至少一種感興趣的核素；f)允許經(jīng)目標樣品的所述至少一個感興趣區(qū)域透射的光子從所述至少一種參考散射物質(zhì)散射；g)提供至少一個光子檢測器來在至少一個能量通道中測量從所述至少一種參考散射物質(zhì)散射的光子的強度；h)確定所述至少一個述感興趣的能量通道中的每個能量通道中的標稱本底信號；i)計算所述至少一個感興趣的能量通道中的每個能量通道中的信噪比；j)調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)來改善所述至少一個感興趣的能量通道中的至少一個中的信噪比；k)如果在所述至少一個感興趣的能量通道中的至少一個中所檢測到的光子的強度符合預定威脅檢測標準，則識別威脅檢測事件。
45.根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變光子在目標樣品區(qū)域中的有效停留時間。
46.根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括把過濾物質(zhì)插入到所述光子源中，該過濾物質(zhì)包含吸收具有所選擇的能量或能量范圍的光子的一種或多種核素。
47.根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，所述光子源包括具有電子束能量的電子束和韌致輻射目標，以及，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變該電子束能量。
48.根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變所述光子源的強度。
49.根據(jù)權利要求48所述的方法，其中，所述光子源被準直，以及，改變所述光子源的強度還包括改變所述光子源的準直。
50.根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，所述光子檢測器中的至少一個被準直，以及，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變所準直的光子檢測器的準直。
51.根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括在所述至少一個光子檢測器中的至少一個之前插入過濾物質(zhì)，該過濾物質(zhì)包含吸收具有落入所選擇的能量范圍中的能量的光子的一種或多種核素。
52.根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，來自所述源的光子以入射束來照射目標樣品，該入射束在入射到目標樣品上的點處具有斑點面積；以及，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變該入射束的斑點面積。
53.根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，所述透射檢測器包括X-射線成像器。
54.一種用于檢測目標樣品中的潛在威脅的方法，該方法包括a)提供光子的源；b)利用來自該源的光子照射目標樣品；c)提供至少一種參考散射物質(zhì)，該參考散射物質(zhì)包含至少一種感興趣的核素；d)允許經(jīng)目標樣品透射的光子從所述至少一種參考散射物質(zhì)散射；e)提供至少一個參考光子檢測器來根據(jù)光子在其處照射目標樣品的目標樣品上的位置來在至少一個參考光子能量通道中測量從所述至少一種參考散射物質(zhì)散射的光子的強度；f)利用由參考光子檢測器在所述至少一個感興趣的參考光子能量通道中的每個能量通道中所測量的光子的強度來識別用于進一步進行掃描的至少一個感興趣區(qū)域；g)提供至少一個散射光子檢測器來在至少一個散射光子能量通道中測量從目標樣品中的感興趣區(qū)域中散射的光子的強度；h)確定所述至少一個散射光子檢測器在所述至少一個感興趣的散射光子能量通道中的每個能量通道中所測量的光子的標稱本底信號；i)計算所述至少一個感興趣的散射光子能量通道中的每個能量通道中的信噪比；j)調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)來改善所述至少一個感興趣的散射光子能量通道中的至少一個中的信噪比和/或統(tǒng)計學精度；k)如果在所述至少一個感興趣的散射光子能量通道中的至少一個中所檢測到的光子的強度符合預定威脅檢測標準，則識別威脅檢測事件。
55.根據(jù)權利要求54所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變光子在目標樣品區(qū)域中的有效停留時間。
56.根據(jù)權利要求54所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括把過濾物質(zhì)插入到所述光子源中，該過濾物質(zhì)包含吸收具有所選擇的能量或能量范圍的光子的一種或多種核素。
57.根據(jù)權利要求54所述的方法，其中，所述光子源包括具有電子束能量的電子束和韌致輻射目標，以及，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變該電子束能量。
58.根據(jù)權利要求54所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變光子源的強度。
59.根據(jù)權利要求58所述的方法，其中，所述光子源被準直，以及，改變所述光子源的強度還包括改變光子源的準直。
60.根據(jù)權利要求54所述的方法，其中，所述散射光子檢測器中的至少一個被準直，以及，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變所準直的散射光子檢測器的準直。
61.根據(jù)權利要求54所述的方法，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括在所述至少一個散射光子檢測器中的至少一個之前插入過濾物質(zhì)，該過濾物質(zhì)包含吸收具有落入所選擇的能量范圍中的能量的光子的一種或多種核素。
62.根據(jù)權利要求54所述的方法，其中，來自所述源的光子以入射束來照射目標樣品；其中，所述至少一個散射光子檢測器中的每個以相對于該入射束的檢測角度來觀測目標樣品；以及，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變該檢測角度。
63.根據(jù)權利要求54所述的方法，其中，來自所述源的光子以入射束來照射目標樣品，該入射束在入射到目標樣品上的點處具有斑點面積；以及，其中，調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)還包括改變該入射束的斑點面積。
64.一種用于針對潛在威脅而進行目標樣品的掃描的方法，該方法包括a)提供入射到目標樣品上的光子的源，以致一些光子從該樣品散射，而一些光子經(jīng)該樣品透射；b)測量經(jīng)至少一部分目標樣品透射的光子的強度；c)利用經(jīng)所述至少一部分目標樣品透射的光子的所測量的強度來識別用于進一步研究的至少一個感興趣區(qū)域；d)對于所述至少一個感興趣區(qū)域中的至少一個i)測量從感興趣區(qū)域散射的光子的能譜；ii)利用從感興趣區(qū)域散射的光子的能譜來計算檢測概率和得到誤報結果的概率；iii)利用從感興趣區(qū)域散射的光子的所測量的能譜來確定是否已檢測到威脅；iv)如果還未檢測到威脅A)則確定檢測概率是是否符合或超過預定要求的檢測概率；B)如果檢測概率符合或超過預定要求的檢測概率，則結束感興趣區(qū)域的掃描；以及C)如果檢測概率并不符合或超過預定要求的檢測概率，則調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)并重復步驟(i)到(iv)；以及，v)如果已檢測到威脅A)則確定威脅檢測為誤報信號的概率是否超過預定要求的得到誤報結果的概率；B)如果威脅檢測為誤報信號的概率符合或超過預定要求的得到誤報結果的概率，則調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)并重復步驟(i)到(v)；以及C)如果威脅檢測為誤報信號的概率并不符合或超過預定要求的得到誤報結果的概率，則識別確定的威脅檢測事件。
全文摘要
一種用于通過利用核共振熒光進行自適應掃描來檢測樣品中的核素的方法可包括利用來自源(12)的光子照射目標樣品；在能量通道中檢測信號；利用檢測到的信號確定掃描評估參數(shù)；確定掃描評估參數(shù)是否符合檢測效率標準；調(diào)整一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，使得掃描評估參數(shù)符合檢測效率標準；以及，把能量中的信號與預定核素檢測標準進行比較，以便識別核素檢測事件。在另一實施例中，在能量通道中檢測信號還可包括檢測從目標樣品(22)散射的光子(48)。在另一實施例中，檢測能量通道中的信號還可包括檢測經(jīng)目標樣品透射的和從至少一種參考散射物質(zhì)(28)散射的光子(48)。
文檔編號G01V5/00GK1906502SQ200480040667
公開日2007年1月31日 申請日期2004年11月19日 優(yōu)先權日2003年11月24日
發(fā)明者R·J·勒多西, W·伯托茲 申請人:護照系統(tǒng)公司