DRS4评估板的寿命谱采集和模拟软件

软件X 10（2019）100261原始软件出版物DDRS4PALS：使用DRS4评估板采集和模拟寿命谱的软件Danny Petschke，Torsten E.M.Staab维尔茨堡大学化学系，LCTM Roentgenring 11，D-97070 Wuerzburg，Germanyar t i cl e i nf o文章历史记录：收到2019年收到修订版2019年6月13日接受2019年6月13日保留字：寿命谱正电子湮没谱模拟时间分辨测量a b st ra ct寿命技术应用于不同的研究领域，包括材料科学，半导体物理，生物学，分子生物物理学和光化学。在这里，我们提出了DDRS4PALS，使用DRS4评估板（保罗谢勒研究所，瑞士）的时间分辨测量和探测器输出脉冲的数字化的寿命谱的采集和模拟的软件受干扰的脉冲可以在治疗之前被纠正或拒绝。寿命计算提供了高质量的寿命谱的生成，这是至关重要的进行深入分析，即分解真实信息。此外，测量过程中，脉冲可以在（外部）硬盘上流式传输，随后在离线模式下下载，而无需连接到硬件。这允许从一个单一的测量中产生不同配置的各种寿命谱，因此，在可分析性和质量方面进行有意义的比较。并行处理和集成的基于JavaScript的语言提供了方便的选项来加速和自动化耗时的过程，例如寿命谱模拟。©2019作者由爱思唯尔公司出版这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）中找到。代码元数据当前代码版本v1.08此代码版本所使用的代码/存储库的永久链接https://github.com/ElsevierSoftwareX/SOFTX_2019_65法律代码许可证GNUGeneralPublicLicensev3使用github的代码版本控制系统使用C/C++、Qt框架的软件代码语言、工具和服务第三方图书馆：ALGLIB，TinoKluge：acubicplineintibry，SergejusZabinski：fastm diat interintinr y，MPFIT：AMINPACK-1IeastsqaresfittiglibryinC，libusb-1. 0package：USBdevcc eces，DRS4评估板API（Paul Scherrer Institute，Switzerland），DLTPulseGeneratrar：alibrarfhimespectationonodete ctetet at o tpulsese d e t e ta t o t e t e编译要求，操作环境依赖性操作系统：Microsoft Windows编制要求：Qt-framework（至少v5.x），MS Visual Studio 2013版（至少）采集模式所需的硬件Paul Scherrer Institute（PSI，Switzerland）的DRS4评估板：https://www.psi.ch/en/drs/evaluation-board∗通讯作者。电子邮件地址：danny. uni-wuerzburg.de（D.Petschke），torsten.uni-wuerzburg.de（T.E.M.Staab）。https://doi.org/10.1016/j.softx.2019.1002612352-7110/©2019作者。 由Elsevier B.V.出版。这是一篇开放获取的文章，使用CC BY许可证（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表SoftwareX期刊主页：www.elsevier.com/locate/softx2D. Petschke和T.E.M. Staab / SoftwareX 10（2019）100261→±如果有开发人员文档/手册的链接，可以在github上找到readme.md文件：https://github.com/dpscience/DDRS4PALS/blob/master/README.md问题支持电子邮件danny. uni-wuerzburg.de1. 导言及意义在过去的几十年中，基于寿命的光谱技术已经成为生命和材料科学领域中的既定方法。在生物医学研究中，荧光寿命光谱（FLS）和成像技术（如荧光寿命相关光谱（FLCS）或荧光寿命成像显微镜（FLIM））是阐明蛋白质活化、相互作用和扩散的分子内和分子间动力学的有力工具[1，2]。荧光寿命是荧光团在通过发射光子弛豫到基态之前处于激发态所在正电子湮没寿命谱（PALS）中，反电子（正电子）的寿命通过伴随其产生的伽马射线（例如，来自β+衰变） 在22-Na）和湮没与电子。这种方法提供了一个强大的技术，非破坏性微观结构的调查，在广泛的材料类别，从金属， 铝[3特征寿命是高度对原子状缺陷的种类和尺寸敏感（例如，空位或纳米尺寸的孔），其范围从大约100皮秒到最大142纳秒。如今，经典的寿命光谱设置（FLS、PALS）由光电倍增管或光电二极管（例如APD）和数字转换器组成，光电倍增管或光电二极管用于检测表示开始和停止事件的单光子，数字转换器用于相应输出脉冲的时间分辨采集和数字化。然而，在正电子领域，从传统的模拟NIM（核仪器模块）电子设备到数字采集系统（例如此处采用的DRS 4评估板（以下称为DRS 4-EB））的转换并未因此实现，尽管其在光谱质量和可分析性方面具有巨大优势，如2000年首次证明的那样[15此外，对于PALS的方法使用数字设置的优点包括易于由软件管理的配置和调整：可以在生成（和数字化）探测器输出脉冲之前对所获取的（和数字化的）探测器输出脉冲应用校正和滤波从寿命谱中排除奇数或假真事件的寿命谱可以（重新）存储配置，这允许设置和数据再现性，在模拟NIM电子设备上的耗时调整过程被完全省略。本文介绍的软件DDRS 4PALS1（v1.08 [20]）允许通过使用基于Paul Scherrer Institute（PSI，瑞士）[21- 23 ]提供的DRS 4-EB的数字设置来利用上述优势Petriska等人在2014年首次展示了第一个采用DRS 4-EB与一个名为QtPALS的自编软件工具相结合的PALS应用程序[24]。据作者所知，DRS 4-EB尚未应用于荧光寿命光谱设置。但1 缩写DDRS 4PALS的解释：第一个该级DDRS 4PALS可以容易地应用于FLS，因为传统的设置使用光电倍增管和/或光电二极管来检测光子，类似于PALS的技术DDRS4PALS的出版物应该为使用PALS方法的数字设置的正电子社区带来更广泛的采用，因为该软件提供了用户友好的图形界面（GUI），可以轻松管理与采集过程相关的所有设置配置和设置。因此，我们详细描述了内部软件功能和应用算法，以提供有关脉冲采集和后续光谱生成的完全透明性。2. 软件功能和硬件要求• 硬件要求DDRS4PALS是用C++使用Qt框架编写的[25]。基本上，该软件设计用于使用光电倍增管或光电二极管采集（和模拟）寿命光谱，光电倍增管或光电二极管布置在双探测器（2-D）设置中，用于检测起始和终止光子，DRS 4-EB用于时间分辨测量和相应模拟输出脉冲的后续数字化。2时间差，即寿命，其形成所得到的寿命谱，从在定义的时间帧内重合的一对输出脉冲计算（下文称为扫描输出脉冲的精确定时点通过应用恒定分数（CF）原理在上升沿上确定，该原理优选地用于在变化的脉冲高度处具有恒定上升时间的信号形状（参见2.1）。此外，DRS 4-EB的模拟输入（Chn 1 Chn2）的总读出范围需要为500 mV（参见脚注2）。软件模块：采集（在线）模拟（离线）模式如示于图1、DDRS4PALS提供两种模式：（1）采集模式和（2）模拟脉冲分析模式（以下简称模拟模式）。 在采集模式下，DRS 4-EB是必需的（在线）。 这里，寿命谱或者使用特定软件配置文件（表1）从所获取的输出脉冲直接生成，或者，原始输出脉冲在不考虑任何校正或滤波器的情况下在外部硬盘驱动器上流式传输（上传）（参见2.2）。随后，可以在模拟模式下（离线）下载记录的输出脉冲，就像它们是在采集模式下采集的一样。这允许在任何时候通过应用不同的软件配置生成各种寿命谱，即对单个测量进行设置，此外，还提供了可分析性和质量方面的有意义的比较（见3）。一旦在模拟模式下确定了合理的软件配置，就可以将其用于采集模式下的水下 测 量 。 此 外 ， 该 模 式 通 过 使 用 我 们 之 前 发 布 的 库 DLTPulseGenerator[27xml文件用作2 有关使用正电子湮没寿命谱（PALS）方法进行研究的DDRS4PALS的设置要求的更多详细信息，请参阅我们最近的出版物[26]。····D. Petschke和T.E.M. Staab / SoftwareX 10（2019）1002613++表1DDRS4PALS文件格式。文件描述文件扩展名软件配置 *.drs4LT设置输出脉冲对流 *.drs4DataStream仿真输入文件（DLT PulseGenerator库）*.drs4SimulationInputFile脚本文件 *.drs4Script模拟输入文件（表1），其中每个标签和相应的元素指的是相关出版物中描述的参数的名称和物理含义（例如，rise- time-in-ns>5/rise-time-in-ns>将输出脉冲的上升时间设置为5纳秒）。DDRS 4PALS 已经实现了Paul-Scherrer Institute （ PSI，瑞士）提供的DRS 4 API，用于访问DRS 4-EB的功能[31]。因此，有关硬件配置的更多信息，如触发功能（逻辑、电平、延迟）或采样频率（扫描），请参阅DRS 4-EB手册[22，23]。请注意，即使这些参数存储在软件配置文件（表1）中，也无法在模拟模式下进行调整。以下各节深入介绍了DDRS4PALS提供的最相关功能的主要功能。但是，还有几个附加功能，其详细说明不属于本出版物的一部分：ASCII导出采集的输出脉冲对，输出脉冲对的ASCII导出，其在寿命谱中生成- 用于探测光子的能量鉴别的脉冲高度谱（PHS）：可以分配描述限定能量区域的窗口以将探测的输出脉冲区分为开始或停止事件，扫描内的感兴趣区域（ROI）：对于脉冲分析和寿命计算不考虑该ROI之外的采样点，通过在寿命谱的左侧拟合单个高斯分布函数在线近似仪器响应（IRF）输出脉冲对的持续性图，其时间差（寿命）是所得到的寿命谱的一部分，• DRS 4-EB温度控制/记录，• 内联计算器使用集成脚本功能的过程自动化的描述和示例可在说明书（附录A）中找到2.1. 用于精确定时确定的恒比（CF）原理如图 2、在应用CF原理确定精确定时点之前，对上升沿上的采样点（红色点）进行样条插值（蓝色曲线）。因此，DDRS4PALS允许选择五种插值类型之一：（1）线性，（2）三次，（3）Akima，（4）Cutmull-Rom和（5）单调。非线性插值类型（2-5）的算法给定CF电平的电压（例如，图中的30%）根据相对于零基线的脉冲高度（振幅）计算（见2.2.1）。在线性插值（1）的情况下，定时点tCF直接由上ti1和下ti 1相邻采样点获得的直线确定（图2）。2）的情况。然而，在非线性插值（2-5）的情况下，N个等距排列的中间台阶（见图2a，组合框：上采样点（ti1）和下采样点（ti）之间的距离（图2c）。这允许改变近似水平，即，样条曲线曲率的渲染如果上升沿包含足够多的采样点，以清楚地表示真实的输出脉冲形状，如案例所示，图2a（在5.12GHz处1024个采样点/单元），线性插值（1）几乎是足够的。然而，非线性内插（2-5）2.2. 对采集的探测器输出脉冲进行为了确保生成高质量的寿命谱，DDRS4PALS提供了几种校正和滤波器，可用于在寿命计算之前拒绝受伪影影响的输出脉冲或在读出范围（扫描）内多次出现的输出脉冲。提供了两种一般类型的滤波器：（1）内在滤波器，其导致原始波形的修改（参见2.2.1和2.2.2）和（2）外部滤波器，其基于波形的特定属性，例如其面积（参见2.2.3）或形状（参见2.2.4）。一旦激活固有类型滤波器，外部滤波器就基于修改波形的属性应用的多个外部滤波器在OR逻辑中起作用，这意味着如果只有一个滤波器有效（例如面积==真OR形状==真），则输出脉冲已经被拒绝。2.2.1. 基线偏移抖动和基线滤波器通过激活基线校正，偏移抖动被校正/移位到一个设置的基线值（参见图3a，组合框：“基线”），例如零基线（OmV）。偏移值是通过对扫描内固定的定义单元区域（采样点）进行平均计算的（见图1）。 3a，组合框：“起始单元”和“单元区域”）。为了确保持续稳定的定时确定，该校正是强制性的，因为CF水平总是相对于零基线计算的（见2.1）。此外，采集的输出脉冲可以根据抖动幅度进行滤波，即计算的基线值与设置的基线值之间的偏差（见图11）。 3a，分组框：“基线过滤器”）。因此，如果输出脉冲的偏移值超过了相对于设定基线值的最大允许偏差，则将被丢弃（见图10）。 3 a，蓝色阴影框）。max的值给出偏差总体读出范围（±500 mV）绝对值的百分比[%]。2.2.2. 去除尖峰状伪影：中值滤波如图3b所示，源自USB串扰的尖峰状伪影可能频繁地出现在所采集的波形中（图3b）。6a）[22、23]。由于这些尖峰可能会导致不正确的定时确定（参见2.1），尤其是在上升沿区域出现时，因此应通过以下方式明确消除这些尖峰：中值滤波器 该滤波器在定义的窗口大小内用其计算的中值替换采样点（见图2）。3b，combo-box：'Window-Size'）.显然，5个采样点的窗口大小足以消除所有出现的尖峰，而不会显著修改波形，如图11所示。 3 B.注意，窗口大小应该是奇数，因为中位数可以简单地由其排序条目的中间值定义，而偶数可能导致多个可能的中位数值。我们使用Sergejus Zabinski[33]的1D中值滤波器······4D. Petschke和T.E.M. Staab / SoftwareX 10（2019）100261Fig. 1. DDRS4PALS示意图概述：提供两种模式：（左）采集模式和（右）模拟脉冲分析模式。采集模式（或在线模式）需要连接到DRS 4评估板，而模拟模式（或离线模式）可以离线使用，以从先前记录的输出脉冲流（外部硬盘驱动器）或使用内部DLTPulseGenerator库从模拟输入文件（xml）生成寿命谱[27图二. 线性和三次样条插值检测器输出脉冲上的CF原理的图示：（a）相对于零基线计算定义的CF电平（此处为30%）的电压值。（b，c）在非线性样条插值（蓝色曲线）的情况下，定义数量的等距排列的中间步 骤 N渲染点 在时间轴上，可以插入到上面的t i+1之间 以及包围相关CF电平定时点tCF的较低ti个采样点，以提供样条曲线曲率的更精确的渲染2.2.3. 堆积抑制：脉冲面积滤波器DDRS4PALS提供脉冲面积滤波器，可用作基于软件的堆积抑制器，这意味着在读出范围内输出脉冲的多个发生率（扫描）可以检测到相应的触发的光子事件，并随后拒绝。由于这一点，由不相关的启动和停止事件导致的寿命的贡献可以显著减少。如图在图4a中，输出脉冲面积A脉冲与固定的感兴趣区域AROI的面积的比率（指示为在垂直轴上表示为“归一化面积”）绘制在其相应的脉冲高度（水平轴）上。因此，位于定义的边界框内的区域（可通过代表上限（红线）和下限（绿线）的两条直线进行调整）可用于寿命计算，而离群值则被拒绝。基本上，面积（A 脉 冲和AROI）是相对于定义的感兴趣区域（ROI：[开始单元：停止单元]）内的零基线计算的。因此，为了将面积比A比（图4底部的垂直轴）拟合到整个脉冲高度范围中，D. Petschke和T.E.M. Staab / SoftwareX 10（2019）1002615图三. 固有滤波器：（a）输出脉冲的基线偏移（-抖动）可以被校正为一个设定的基线值，例如零基线（OmV）。通过激活基线滤波器，输出具有超过最大值的偏移的脉冲。与设定基线值的允许偏差（以500 mV的%表示）被拒绝。(b)可以应用中值滤波器来消除图像中的尖峰状伪影。源自USB串扰的波形数据，其中窗口大小表示用于确定中值的采样点的数量在用于可视化的水平轴上，需要调整指示为“归一化”因子的附加缩放因子f。其关系由下式给出：然后相对于彼此移位，使得在最大幅度处的定时点在时标上表示零（0ns）。上下边界，由标准差的一小部分表示（见图1）。 4b，组框：“上层（UL）”和“下层（LL）”，由两个脉冲状船体曲线定义（图2）。4b，蓝色脉冲）包围平均脉冲形状。因此，如果至少有一个采样点出现在定义的感兴趣区域内的定义脉冲形状边界之外，则输出脉冲被拒绝（图1）。4b，分组框：“过滤ROI”）。或者，可以应用记录方案来考虑-仅将脉冲放在定义的脉冲高度区域中，以便记录和随后计算平均脉冲形状（图1）。4b，组合框：2.3. 并行计算：多核线程DDSR4PALS提供并行计算，以加速脉冲分析和随后的寿命计算的一个因素，可用的CPU内核。此功能在模拟模式下具有很大的优势，而在采集模式下，它没有提供额外的好处，因为寿命效率受到DRS 4-EB的USB2.0传输速率的限制。如示于图在图5中，将输出脉冲对的定义块分配给空闲CPU核以进行脉冲分析，同时获取另一块并将其分配给下一个可用的空闲CPU核。一旦在CPU内核上完成分析，每个生成的寿命谱都会合并到用户可见的结果寿命谱中。要利用多核线程，必须调整块大小，使CPU内核分配所需的时间与运行计算所需的时间DDRS4PALS中的多核线程功能由QtConcurrent模块[34]提供，该模块是Qt框架[25]的一部分。3. 说明性示例-纯铁（5 N）上的为了验证DDRS4PALS的有效性和功能性，在不同的软件配置（应用和不应用滤波器/校正，见图1）下的两个PALS光谱（300万计数）。6），是从一个单一的测量（流在外部硬盘驱动器上）获得纯铁（α-Fe-5 N），通过使用相同的如图所示，[26]。22-Na，活性为密封在Kapton箔中的25µ Ci用作正电子源。如示于图 6 a和b，可以清楚地 看到，比较两种应用的软件配置的标准化输出脉冲（顶部）和相应的寿命谱（底部），基线的校正以及受伪影影响的输出脉冲的消除（或校正）是至关重要的。这显著地提高了寿命谱的质量，并且最后，其在分解真实信息方面的可分析性，即，该角色─的比率脉冲=fAROI，（1）的寿命τ和它的贡献I（见表2），正如已经在其他地方显示的Bcvásness [36]和Bcvásness等人。[37 ]第37段。基本上，寿命谱的形状在数学上其中，比例因子（f）的输入预期以百分比单位[%]表示。最后，面积比（A比）被离散化为组合框“面积分组Cnt”中定义的给定数量的分组。（图4a，底部）。2.2.4. 脉冲整形滤波器通过激活脉冲形状滤波器，输出脉冲，其去通过仪器响应（IRF）与携带相关信息的指数衰减函数之和的卷积来描述。3因此，寿命谱中的其他伪影，如左侧所示（图1）。6A，黑色虚线矩形）也可以被并入右侧区域中，即使它们不是直接可见的，因为它们随着潜在的指数衰减而显得模糊。取决于显著偏离平均整体脉冲形状排除在寿命计算之外。平均脉冲形状（图图4b，红色脉冲）是从由其幅度归一化的所记录的输出脉冲的限定数量计算的，3 有关基础数学模型的更多详细信息，请参阅DLTPulseGenerator库[276D. Petschke和T.E.M. Staab / SoftwareX 10（2019）100261见图4。 外部滤波器：（a）通过应用脉冲面积滤波器，可以检测堆积事件。输出脉冲，其区域在定义的边界框之外，两条直线（红色和绿色）被拒绝。(b)输出脉冲，其形状明显偏离平均脉冲形状（红色曲线），由定义的一组记录的输出脉冲被拒绝。 确定的标准偏差的定义分数（蓝色曲线）表示输出脉冲采样点内的上限和下限。这些伪影的程度/形状和寿命谱的组成，这可能导致检索信息（τ，I）相对于真实值的显著偏差，特别是当存在于由相对低于（或接近）高斯近似IRF的FWHM的短特征寿命和/或具有特征寿命彼此几乎不可区分的多个组件。D. Petschke和T.E.M. Staab / SoftwareX 10（2019）1002617图五. 并行计算选项的基本工作流程：计算成本高的过程，如脉冲分析和随后的寿命谱生成，可以通过可用CPU核心的数量（这里为4）进行并行化。将定义数量的输出脉冲对分配给CPU内核的可用数量（N），CPU内核并行计算N个寿命谱随后，生成的寿命光谱被合并到用户可见的所得寿命光谱中对于高纯度、退火良好的金属的光谱分析，三个特征寿命（τ），来自• 块状材料（在这种情况下为α-Fe-5 N），• 22-Na盐和Kapton箔的组合，• 以及形成的正电子偶素（o-Ps）预期可从获得的寿命谱中检索（见表2）。通过比较图在图6a和b中，在探测器输出脉冲上应用校正和滤波器消除了寿命谱中的左侧伪影，这可以从残差图中消失的偏差中清楚地观察到（见图6b）。6底部，黑色虚线矩形），即使拟合优度（χ2）的差异表明无显著性。根据硬件现场设置配置和使用的电子组件，这些伪影可能会显得更明显（特别是在左侧），这是通过仅由模拟NIM电子设备组成的常规设置获取的寿命谱所熟知的。此外，可以注意到峰-背景比有约22%的显著改善（表2）。这显然增加了更准确和稳定的寿命谱分解的可行性，特别是对于低贡献的较长特征寿命，即，正电子偶素（τ3/I3）。因此，更精确地提取最长组分（I3/τ3），将导致IRF影响体（α -Fe）和正电子源（22-Na）组分的有效半高宽的修正因此，可以注意到体（I1）和正电子源（I2）分量的贡献的显著变化，这是以彼此为代价的。关于体成分的特征寿命（τ1），我们无法说明偏移是否趋向于更准确的值，因为理论计算表明铁（α-Fe）的特征寿命范围为101至113 ps，取决于所应用的计算方法[38，39]。此外，这两个值几乎都在其统计不确定性范围内。将对光谱形状的影响描述为伪影或背景的命名法通常可以通过其起源来区分：背景看起来恒定地分布在寿命光谱的时域上，因为它是由源自错误分配的开始和停止事件的不相关事件静态地生成的，所述错误分配的开始和停止事件主要由以下引起：（1）闪烁材料中的康普顿散射和（2）堆积事件，这意味着在对应探测到的光子的读出范围（扫描）中出现多于一个的输出脉冲。相反，伪影是相当系统性的，并且可以由错误解释的脉冲引起，例如，由于由检测器输出脉冲中的伪影引起的准确定时点的错误确定（参见图1）。图6a，顶部）。增加正电子源的活性明显导致检测效率的提高，并因此导致在生成寿命谱所需的时间内（例如，时间关键的测量）。然而，更高的活动导致峰背景比的自然下降，因为检测到不相关事件的概率显著上升。因此，滤波器的应用，特别是区域滤波器（见2.2.3）对于减少背景贡献变得至关重要的不相关事件，而由于闪烁材料中的康普顿散射导致的不相关事件产生的背景贡献保持恒定，因为它不能被基于软件的滤波器抑制。4. 影响和结论正如Istratov Vyvenko [40]详细评论的那样，众所周知，多指数衰减的分解以及寿命谱的分解具有固有的病态性[41]。解决这一问题的主要困难在于：(i) 不完整性：所获取的数据仅部分给出，因此，近似于时域中有限范围内的寿命谱，8D. Petschke和T.E.M. Staab / SoftwareX 10（2019）100261见图6。 纯铁（α-Fe-5 N）上的PALS：（底部）单次测量（外置硬盘上的数据流）生成的两个寿命谱（300万次计数）以及（顶部）对应的一组200个标准化输出脉冲（a）没有和（b）应用基线校正（2.2.1）、中值（2.2.2）、面积（2.2.3）和形状（2.2.4）滤波器。红线表示使用DQuickLTFitv4.0 [35]完成的表2中给定参数的模型拟合表2PALS光谱的结果从纯铁（α-Fe-5 N）的一个单一的测量，没有和有校正和过滤应用（见图）。6）。正电子源（τ2/I2）为22-Na。最长的组分τ3（I3）由正电子的寿命产生，正电子在覆盖箔的源和箔之间形成类氢原子（正电子偶素）。源（22-Na）和源覆盖箔与样品之间。使用DQuickLTFit v4.0 [34]完成分析，对拟合参数没有限制，即固定值。仪器响应（IRF）近似为两个高斯分布函数之和（见脚注3）。未应用过滤器/校正应用过滤器/校正τ1：α-Fe104.46（1.27）ps108.50（1.06）psI1：α-Fe81.4（0.4）%83.1（0.4）%τ2：来源（22-Na）353.76（3.93）ps362.80（3.27）psI2：源（22-Na）18.11（0.06）%16.63（0.05）%τ3：电子偶素小行星1831（126）小行星2751（217）I3：正电子素0.481（0.005）%0.301（0.005）%FWHM效应241.60（2.58）ps235.39（2.32）ps峰本底比300636672.037 1.015(ii) 噪声：所获取的数据受到噪声的污染，因此无法准确了解。这种困难甚至仍然存在于合成生成的寿命谱中（例如，参见[42]）。因此，收购必须保证高质量的无伪影影响的寿命谱用于定量分析。这可以使用这里提出的软件工具DDRS4PALS来实现。DDRS 4PALS使用DRS 4-EB生成寿命谱，用于时间分辨采集和随后的探测器输出脉冲数字化。各种滤波器和可以在寿命计算之前对输出脉冲应用诸如基线校正、中值滤波器、脉冲面积或形状滤波器的校正。这对于生成高质量的寿命谱是至关重要的，并且因此对于其真实分解是至关重要的，因为它消除了寿命谱中存在的伪影，并且进一步提供了峰背景比的显著改善。我们已经通过在纯铁上使用PALS证明了这一点（见3）。原始输出脉冲可以在采集过程中（在线模式）在外部硬盘驱动器上进行流式传输，随后下载用于生成寿命谱，XνD. Petschke和T.E.M. Staab / SoftwareX 10（2019）1002619离线模式。这允许为不同的软件配置生成各种寿命谱，即在一个单一测量上的设置，因此，在可分析性和质量方面彼此之间进行有意义的比较。此外，DDRS 4PALS还集成了DLT PulseGenerator库，该库通过考虑最相关的硬件影响，提供了基于探测器输出脉冲的真实寿命光谱模拟[27因此，它只能用于模拟目的，即不连接到DRS 4-EB。致谢本出版物由德国研究基金会（DFG）和维尔茨堡大学（德国）资助开放获取出版计划。我们感谢德国联邦国防军大学（慕尼黑）的Ricardo Helm对DDRS 4PALS进行了广泛的测试，并感谢Julius-Maximilians大学（维尔茨堡，德国）Rudolf Virchov中心的Han- nah Heil对荧光光谱技术的建议。我们还要感谢查尔斯大学（捷克共和国布拉格）的Jakub Cizek和斯洛伐克科技大学（斯洛伐克布拉迪斯拉发）的Martin Petriska在奥兰多举行的第18届正电子湮没国际会议（ICPA-18）期间进行了富有成效的讨论（2018）。竞合利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作附录A. 补充数据与本文相关的补充材料可以在https://doi.org/10.1016/j.softx.2019.100261上找到。引用[1]Festy F，Ameer-Beg SM，Ng T，Suhling K，Spagnuolo C，Martinez OE，et使用荧光寿命显微镜对蛋白质进行体内成像。分子生物系统2007;3：381.http://dx.doi.org/10.1039/b617204k网站。[2] 埃尔森荧光相关光谱学：过去，现在，未来。Biophys J 2011;101：2855-70.http://dx.doi.org/10.1016/J.BPJ.2011.11.012网站。[3]康纳斯DC，西RN。金属中的正电子湮没与缺陷。《物理快报》A 1969;30：24http：//dx.doi.org/10.1016/0375-9601（69）90018-8.[4]Hautojärvi P，Tamminen A，Jauho P.铝中位错对正电子的捕获。物理评论快报1970;24：459-61。http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.24.459。[5]脆VHC，锁定DG，西RN。铟中正电子俘获的研究。J Phys F：Met Phys1974;4：830-8. http://dx.doi.org/10.1088/0305-4608/4/6/011。[6] 西格河用正电子湮没技术研究平衡浓度中的点缺陷J Phys F：Met Phys1973;3：248http://dx.doi.org/10.1088/0305-4608/3/2/003网站。[7] 西 格 河 用 正 电 子 湮 没 研 究 晶 体 中 的 缺 陷 。 应 用 物 理 1974;4 ： 183-99.http://dx.doi.org/10.1007/BF00884229网站。[8] 西格河扩散系数与温度的关系，正电子在金属中的捕获率。应用物理1975;7：257-63. http://dx.doi.org/10.1007/BF00900321网站。[9]Saarinen K，Hautojärvi P，Corbel C.半导体中缺陷的正电子湮没谱学。在：标 识 。 半 导 体 缺 陷 爱 思 唯 尔 有 限 公 司 1998 ， 第 209-85 页 。 http ：//dx.doi.org/10.1016/S0080-8784（08）63057-4.[10]Krause-Biberberg R ， Leipner HS. 半 导 体 中 的 正 电 子 湮 灭 ： 缺 陷 研 究 。Berlin：Springer;1999.[11]Dlubek G，Kilburn D，Bondarenko V，PionteckJ，克劳泽-伊施贝格R，MA Alam正电子湮没：研究聚合物的独特方法。高分子2004;210：1-11.[12]Harms S，Rätzke K，Faupel F，Schneider GJ，Willner L，Richter D.用正电子湮没寿命谱研究模型纳米复合材料中界面相的自由大分子2010;43：10505-11。http://dx.doi的网站。org/10.1021/ma1022692。[13] 扎列斯基河低温下正电子偶素在微晶玻璃孔隙中的定域。《物理学杂志 》 ： 2013 年 会 议 ;443.012062.http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/443/1/012062。[14] [10]杨文，李文.正电子寿命谱在可控孔玻璃孔隙率测定和孔径分布中的应用。Mater Sci Forum 2009;607：169-72. http://dx.doi.org/10.4028/www的网站。scientific.net/MSF.607.169网站。[15]Bečvássiness F，Čížek J，Procházka I，Janotová J.用于正电子寿命光谱学的超快速 数 字 化 仪 的 资 产 。 核 仪 器 方 法 物 理 研 究 A 2005;539 ： 372-85 。http://dx.doi.org/10.1016/J.NIMA.2004.09.031网站。[16][10]李文，李文.正电子寿命的数字测量应用冲浪科学2002;194：260网址：//dx.doi.org/10.1016/s0169-4332（02）00128-9.[17]李志华，李志华，李志华.采用快速数字示波器和BaF_2加速器的新正电子寿命谱仪。核仪器方法物理研究A2002;487：612-7。http://dx.doi.org/10.1016/S0168-9002（01）02172-6.[18] Saito H，Hyodo T. α-SiO2中仲正电子素寿命的直接测量。90.第90章：你是谁193401. http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.193401。[19]Nissilä J，Rytsölä K，Aavikko R，Laakso A，Saarinen K，Hautojärvi P.数字正电子寿命谱仪的性能分析.核仪器方法物理研究A 2005;538：778-89。http://dx.doi.org/10.1016/J.NIMA的网站。2004.08.102。[20] 佩奇克湾dpscience/DDRS4PALS：DDRS4PALS（Version 1.08）. 泽诺多2019年，http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.2540851。[21]里特·S 6 GHz波形数字化芯片DRS4的设计与性能。In：IEEE Nucl.Sci. 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