(57)【要約】ガンマ線相互作用の位置を決定するための方法および装置が開示される。ガンマ線（１５０）と媒体（１０４）との相互作用に応答して光を放出する媒体が設けられる。複数の光検出器（１０２）が、光を検出して相互作用の第１の３次元位置を決定するために用いられる。相互作用の結果生じるイオン化電子をコレクタ（１１０）へ導く電界が媒体（１０４）中に生成される。相互作用に相当するシャッタシステム（１１２）の一部分が開かれる。シャッタ（１１２）は、イオン化電子のコレクタ（１１０）への通過を選択的に阻止および通過可能にする。相互作用の第２の３次元位置は、相互作用の２次元位置をコレクタ（１１０）で特定し、かつ光が検出される時点に対比したイオン化電子の到達時点に基づき、第３の次元を決定することによって、決定される。
2005532567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガンマ線相互作用の位置を決定するための方法であって、
ガンマ線と媒体との相互作用に応答して媒体中で光を放出させ、
複数の光検出器を用いて、光が媒体から放出された時点と相互作用の第１の３次元位置とを決定し、
相互作用の結果生じるイオン化電子をコレクタへ導くドリフト電界を媒体中に生成し、
コレクタで集められたイオン化電子の位置に基づき、コレクタにおける相互作用の位置を２次元で特定し、光が検出された時点に対してイオン化電子の到達時点に基づき第３の次元を決定することによって、相互作用の第２の３次元位置を決定することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
媒体が液体であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
媒体が、液体キセノン（Ｘｅ）、液体クリプトン（Ｋｒ）および液体アルゴン（Ａｒ）のすくなくとも１つであることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
媒体が希ガスであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
コレクタが、２次元集電電極アレイを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
ドリフト電界が、媒体中で一定の速度を与えるように設けられることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
媒体が液体キセノンであり、および、ドリフト電界が１ｋＶ／ｃｍに設定され、イオン化電子を０．２ｃｍ／μｓの速度でドリフトさせることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項８】
光検出器が、光電子増倍管、位置検知形光電子増倍管、光ダイオード、アバランシェフォトダイオード、ハイブリッドフォトダイオードおよび可視光検出器のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
相互作用のおおよその位置およびイオン化電子の到達のおおよその時点に相当するシャッタシステムの一部分を開き、そのシャッタシステムはイオン化電子のコレクタへの通過を選択的に阻止および通過可能にすることをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
シャッタシステムの一部が、イオン化電子がコレクタへ到達する予定時点に基づき開かれることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１１】
複数の光検出器およびコレクタからデータを収集し、相互作用の第２の３次元位置を決定するためにオフラインでデータを処理することとをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
ガンマ線相互作用の位置を決定するためのガンマ線検出器であって、
ガンマ線と媒体との相互作用に応答して光とイオン化電子を放出するための媒体を含む活性領域と、
媒体から光が放出された時点および相互作用の第１の３次元位置を決定するための複数の光検出器と、
コレクタで集められたイオン化電子の位置に基づきコレクタ中で相互作用の位置を２次元で特定し、光が検出された時点に対してイオン化電子の到達時点に基づき第３の次元を決定することによって、相互作用の第２の３次元位置を決定するために用いられるコレクタと、
相互作用の結果生じるイオン化電子をコレクタへ導くドリフト電界を媒体中に生成するための複数のフィールド線とを含むことを特徴とする検出器。
【請求項１３】
媒体が液体であることを特徴とする請求項１２記載のガンマ線検出器。
【請求項１４】
媒体が、液体キセノン（Ｘｅ）、液体クリプトン（Ｋｒ）および液体アルゴンのすくなくとも１つであることを特徴とする請求項１３記載のガンマ線検出器。
【請求項１５】
媒体が希ガスであることを特徴とする請求項１２記載のガンマ線検出器。
【請求項１６】
ドリフト電界が、媒体中で一定の速度を与えるように設けられることを特徴とする請求項１２記載のガンマ線検出器。
【請求項１７】
媒体が液体キセノンであり、および、ドリフト電界が１ｋＶ／ｃｍに設定され、イオン化電子を０．２ｃｍ／μｓの速度でドリフトさせることを特徴とする請求項１６記載のガンマ線検出器。
【請求項１８】
光検出器が、光電子増倍管、位置検知形光電子増倍管、光ダイオード、アバランシェフォトダイオード、ハイブリッドフォトダイオードおよび可視光検出器のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１２記載のガンマ線検出器。
【請求項１９】
イオン化電子のコレクタへの通過を選択的に阻止および通過可能にし、相互作用の２次元でのおおよその位置および第３次元に相当するイオン化の到達のおおよその時点に相当するシャッタシステムの一部分が開かれ、イオン化電子がコレクタを通過可能にするシャッタシステムと、複数の光検出器によって検出された光信号に基づき、開かれるシャッタシステムの部分およびシャッタが開かれる時限を決定するトリガシステムとをさらに含むことを特徴とする請求項１２記載のガンマ線検出器。
【請求項２０】
コレクタが、相互作用の位置を２次元で特定する２次元の集電電極アレイを含むことを特徴とする請求項１２記載のガンマ線検出器。
【請求項２１】
複数の光検出器およびコレクタからデータを収集し、相互作用の第２の３次元位置を決定するためにオフラインでデータを処理するプロセッサをさらに含むことを特徴とする請求項１２記載ガンマ線検出器。
【請求項２２】
複数の光検出器によって検出された光の分布が第１の３次元位置を決定するために用いられることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２３】
光が複数の光検出器に到達する時間差が、第１の３次元位置を決定するために用いられることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２４】
複数の光検出器によって検出された光の分布、および、光が複数の光検出器に到達する時間差が、第１の３次元位置を決定するために用いられることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２５】
複数の光検出器によって検出された光の分布が第１の３次元位置を決定するために用いられることを特徴とする請求項１２記載のガンマ線検出器。
【請求項２６】
光が複数の光検出器に到達する時間差が、第１の３次元位置を決定するために用いられることを特徴とする請求項１２記載のガンマ線検出器。
【請求項２７】
複数の光検出器によって検出された光の分布、および、光が複数の光検出器に到達する時間差が、第１の３次元位置を決定するために用いられることを特徴とする請求項１２記載のガンマ線検出器。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明は、一般にガンマ線検出器に関する。詳細には、本発明は、走査された対象の画像を生成するためのガンマ線相互作用の位置を決定するためのガンマ線検出器に関する。
【０００２】
背景
ガンマ線検出器は、広範な装置において、たとえば、陽電子放射型断層撮影（ＰＥＴ）、単一光子放射型コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）、禁制爆発物検出器などにおいて用いられている。このような装置はすべてガンマ線の相互作用の位置を検出器で決定することができる検出器に依存しており、複数のこのような位置測定により、関心対象を走査することができる。これらの技術は当技術分野で周知であり、本明細書で詳述する必要はない。
【０００３】
これらの検出器で遭遇する難問は、走査を行うためには、非常に多くのこのような検出器が必要であることであって、検出器によるガンマ線相互作用の位置の決定は、複数のこのような決定（たとえば、数百万もの）によって充分なデータが関心対象の正確な走査画像の生成のために得られるようになされることが必要である。各検出器は、ガンマ線の相互作用のための位置データの生成が可能であることが必要であるので、このような位置データを取得し編集（たとえば、コンピュータによって）するには、大容量で高額の装置を必要とする。典型的には、このような検出器のデータは、ガンマ線と光を発する検出器のシンチレータ材料との相互作用によって引き起こされる。このような光を発光する検出器と、検出器内のその放出光の位置を決定することによって、走査のためのデータポイントが作成される。複数のこのような検出器を備えることによって、多数のデータポイントを得ることができる。次いで、コンピュータはデータを走査されている関心対象の画像に解像することができる。
【０００４】
このようなガンマ線走査装置のための通常の検出器は、無機質のシンチレーション結晶性材料（たとえば、セリウム・ドープト・ルテチウム・オキシオルトシリケート（ＬＳＯ）およびビスマス・ジャーミネイト（ＢＧＯ））で、それ自体において高価である。結晶性材料は、シンチレータ材料であり、発光し、したがって、ガンマ線の相互作用の位置を決めることができる。このような検出器のＸ−Ｙ位置の分解能は、典型的には２０平方ミリメートルであり、典型的には、すべての位置について均一ではなく、これが、検出器の（すなわち、ＸおよびＹ座標の）どこで相互作用が生じたかが正確にわからないという基本的な不正確さを残している。加えて、相互作用の深さ（すなわち、Ｚ座標）は、一般的には決められない、または適切に決められず、その結果、いわゆる、視差およびさらには画像の不正確さを生じる。これらの影響の結果、関心対象の走査画像は所望の精度には至らない。
【０００５】
モジュラー光信号トリガ可能検出器が、Bryman,Douglasの米国特許第６１００５３２号明細書、「ガンマ線用検出器」（２０００年８月８日）で開示されているが、これはその全体において参照によって本明細書に組み込まれる。この発明はガンマ線の相互作用の位置を決定するためのガンマ線検出器を開示している。検出器は、少なくとも１つのモジュールを有し、各モジュールは、ガンマ線を荷電粒子に変換するための変換器を有している。変換器によって生成された荷電粒子に応答して発光するシンチレータが設けられている。光検出器は、光がシンチレータからいつ放出されたかを決定する。２座標位置検出器が、その位置検出器と相互作用する荷電粒子のＸ、ＹおよびＺ座標を決定するために設けられている。制御装置および信号装置が、放出された光の存在を光検出器において信号を発し、位置検出器を動作させるために設けられている。このシステムは、前述の欠陥のいくつかに対処し、廉価に構成でき、必要なデータ取得のための監視計装をそれほど必要とせず、ガンマ線の相互作用のＸ、ＹおよびＺ座標を決めることができるガンマ線検出器を提供する。
【０００６】
（キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）などのような重液を含む）材料中におけるガンマ線の変換およびシンチレーション光と荷電物（電子および陽電子）の生成は、当業者によって充分研究され理解されている。さらに、ガンマ線および荷電粒子の物質との相互作用をシミュレートするソフトウェアツールを入手可能である。液体希ガス電離箱、時間射影箱（ＴＰＣ）および光検出アレイなどの荷電粒子のための位置検出器は、本願で得られるものに類似した位置およびエネルギ分解能を有すると知られた一般によく使用される計器である。
【０００７】
K. Masudaet al， “A Liquid Xenon Position Sensitive Gamma-Ray Detector for Positron Annihilation Experiments”, Nucl.Instr.Meth.188(1981)629-638；およびK. Masuda et al， “Test of a Dual-Type Gridded Ionization Chamber Using Liquid Zenon”, Nucl. Instr. Meth. 174 (1980) 439-446は、それぞれ参照によってその全体において本明細書に組み込まれるが、これらなどによって記載される格子付き液体Ｘｅ位置検知形イオン化検出器は、低エネルギガンマ線のためのミリメートル未満の位置分解能を提供することができると知られている。ゲート時間射影電離箱が、ＴＲＩＵＭＦ  ＴＰＣ（ガスドリフト装置）を記載している論文において報告されている。コロンビア大学の液体Ｘｅ  ＴＰＣ（E. Aprile et al.， “The liquid Xenon Gamma-Ray Imaging Telescope(LXeGRIT) for Medium Energy Astrophysics”， Proceedings-SPIE The International Society For Optical Engineering，SPIE Vol. 2806, pgs. 337-348、これはその全体において参照によって本明細書に組み込まれる）は、１ＭｅＶガンマ線エネルギで５．９％のエネルギ分解能およびを１ｍｍの位置分解能を達成した液体キセノンイオン化ＴＰＣの一例である。加えて、Lopesらは、１ｍｍのトランスアクスル位置分解能、５ｍｍの相互作用分解能の深さ、１．３ｎｓの一致時間分解能、１７％の５１１ｋｅＶでのエネルギ分解能および６０％の効率を有する液体Ｘｅイオン化検出器を構成した（M.Lopes  et al, Positron Emission Tomography Instrumentation: Development of a Detector Based on Liquid Xenon, Proc. Calorimetry in High Energy Physics, pages 675-680 (1999)参照）。これらは、参照によって本明細書にその全体において組み込まれる。
【０００８】
前記のおよびその他の多数の論文は、荷電粒子軌跡を測定する問題に適用されるパッドとワイヤ、およびゲート格子とシンチレータトリガとを用いてイオン化信号を収集する計器のための解決例を提示している。これらの計器においては、シンチレーション光は、相互作用の点を明確に特定することなく適切な事象が発生したことを、高速で指示するものとして主として用いられている。
【０００９】
カミオカンデ（KAMIOKANDE）（K.S.平田ら、「大気のニュートリノフラックスの実験的研究」（Experimental Study of the Atmospheric Neutrino Flux)、PHYSICS LETTERS B、第２０５巻、第２，３号、ｐ．４１６−４２０（１９８８）に記載されている）およびその他の検出器においては、光を放出する液体および固体の表面を覆う光検出器アレイが、ガンマ線と荷電粒子との相互作用の位置を特定するために用いられている。レプトンフレーバ保存則を破る崩壊μ＋→ｅ＋Ｙを研究するためのL.Barkovら、「１０−１４に至るμ＋→ｅ＋Ｙ崩壊分岐比の探査」（Search forμ+→e+Y down to 10-14 branching ratio）、Paul Scherer Institute proposal R-99-05.1 (1999)は、参照によって本明細書にその全体において組みこむものであるが、ここにおいては、小さな容積を取り囲む光電子増倍管アレイを用いた液体キセノンのシンチレーション検出器が、１ＭｅＶガンマ線に対して０．８ｃｍの半値全幅（ｆｗｈｍ）の位置分解能を与えることが実証されている。
【００１０】
発明の要約
本発明は、検出器モジュールの前述の個々の要素のいくつかを有利に組合せる。これらのエレメントを特定のモジュールおよびアレイに構成することは、低エネルギガンマ線を検出するための独特の解決手段を提供する。
【００１１】
したがって、ガンマ線検出器モジュールの改良を提供することが本発明の目的である。前述およびその他の目的もガンマ線相互作用の位置を決定する方法によって達成され、すなわち、その方法とは、ガンマ線と媒体との相互作用に応答し、媒体中で光を放出させ、複数の光検出器を用いて、光が媒体から放出された時点と相互作用の３次元位置とを決定し、相互作用から生じるイオン化電子をコレクタへ導くドリフト電界を媒体中に生成し、コレクタ中のイオン化電子の位置に基づきコレクタにおける相互作用の位置を２次元で特定し、光が検出される時点に対するイオン化電子の到達時点に基づき第３の次元を決定することによって、相互作用の正確な３次元位置を決定する。
【００１２】
さらに、本発明は、ガンマ線相互作用の位置を決定するためのガンマ線検出器を提供し、該検出器は、ガンマ線と媒体との相互作用に応答して光とイオン化電子を放出するための媒体を含む活性領域と、媒体から光が放出された時点および相互作用の３次元位置を決定するための複数の光検出器と、コレクタ中のイオン化電子の位置に基づきコレクタにおける相互作用の２次元位置と、光が検出される時点に対するイオン化電子の到達時点に基づき第３の次元とを特定することとによって、相互作用の正確な３次元位置を決定するために用いられるコレクタと、相互作用から生じるイオン化電子をコレクタへ導くドリフト電界を媒体中に生成するための複数のフィールド線とを含む。
【００１３】
本発明の適用範囲はさらに、本明細書の以下の詳細説明から明らかになるであろう。しかしながら、詳細な説明および具体的な実施形態は、本発明の好適な実施形態を開示しているが、これらは例示としてのみ与えられていると理解されるべきであり、本発明の精神および範囲内にある各種の変更および修正が、以下の詳細な説明から当業者にとって明らかになるであろう。
【００１４】
本発明は、下記の詳細な説明が添付図面とともに検討されるときには、さらに充分理解されるようになる。これら図面は、例示としてのみ提供されており、したがって、本発明を制限するものではない。
【００１５】
好適な実施形態の詳細な説明
本発明の形態が以下の説明において開示されている。当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、別の実施形態が考案されることは理解するであろう。
【００１６】
本発明は、検出器モジュール中でガンマ線によって生成される光信号のような態様を有利に用いている。ガンマ線から発生した光信号は、読み出しチャネルの高度の共通性（すなわち、多重化）を可能にするイオン化信号（たとえば、電子）の収集のために選択しうる領域（時空間における）を専ら読み出すために容易に選択できる。したがって、本発明は、時間選択による速度能力の増加とともに、必要な読み出しチャネルの数を大幅な割合で減少させることができ、イオン化電子がコレクタに到達する時点を決定する。
【００１７】
加えて、本発明に従う検出器の位置分解能の応答は均一で、ガンマ線相互作用の３つの空間的座標は正確でかつ一義的に決定される。さらに、モジュールは高分解能、高検出効率および適度の費用で、非常に広い面積を覆うように作製することができる。
【００１８】
本発明の別の形態は、使用する材料、寸法、検出器の種類を広範囲のガンマ線エネルギおよび照射用途に合わせて調整することができる。液体希ガス材料およびその他の材料中でのシンチレーション光信号および高速位置検知形トリガ選択性の高速化は、他の検出器モジュールで生じる同時信号にかかわる高速用途に適している。
【００１９】
本発明の前述の形態および他の新規な形態を、さらに以下に説明する。当業者は本質的でない情報の解釈に邪魔されることなく、本発明を容易に理解するであろうので、周知の要素、装置および工程は、以下の説明では詳述されないであろう。
【００２０】
エネルギ、３次元での相互作用の位置および低エネルギガンマ線の放出角度を測定するトリガ可能な検出器が本明細書に記載されている。検出器は、ガンマ線がイオン化を引き起こすトリガ可能な電離箱を含み、多重相互作用を含むイオン化の位置が３次元で測定される。一組の格子または電子シャッタを含むシャッタシステムは、限定された時間および限定された空間的範囲に亘ってイオン化電子のドリフトを可能にするために設けられる。シンチレーション光信号に基づくトリガシステムも設けられており、該トリガシステムは、イオン化検出器をトリガするために、かつ、ガンマ線相互作用によって沈積された総エネルギを測定するために、相互作用時点でイオン化の位置およびエネルギ沈積を特定化する。
【００２１】
イオン化検出器材料には、たとえば、キセノン、クリプトンまたはアルゴンのような液体または気体があり、内部でイオン化が生じると直ちに検出可能なシンチレーション光が生成され、イオン化電子は、コレクタ中の集電電極への減衰または外乱が殆どなく、印加電界の下でドリフトする。光検出器の位置検知形アレイは、イオン化検出器全体を調査し、イオン化検出器のためのトリガシステムを与え、該トリガシステムは該アレイを時空間内で選択的に活性化し、相互作用のエネルギの追加の測定（additional measure）を与える。相互作用点の３つの次元が比較分解能と同時に測定されるので、相互作用の正確な位置が測定され（たとえば、３次元の全てで約１ｍｍ以下）、および視差は殆ど認められない。
【００２２】
ガンマ線は、検出器媒体／材料中で、荷電粒子（対生成またはコンプトン散乱）に変換し、相互作用は、光検出器によってまず検出される。トリガシステム（たとえば、論理アレイ）は、活性した光検出器のパターンと信号サイズとを選択的に採取し、イオン化が生じたシャッタ領域でのみおよびイオン化電子が到達する予想時点でのみ、開となる。２次元の集電電極アレイは、イオン化の位置を正確に特定する。第３の次元はシンチレーション信号時点（すなわち、光信号が光検出器を活性化する時点）に対するイオン化到達の正確な時点によって、決定される。収集されたイオン化信号は、ガンマ線の相互作用によって沈積されたエネルギを決定する。エネルギ沈積に関する追加情報は、収集された光信号のサイズによって与えられる。したがって、前記の手順は限られた時間、集電電極アレイのほんの小領域のみを活性化する。このようにして、検出器のサイズに拘わらず検出器の位置検知形アレイを全て計測するためには、一組の読出し要素しか必要とされない。他の相互作用信号の衝突は、トリガ選択領域およびシャッタの開タイミング期間に限られる。したがって、他の検出器における関連信号の高い割合で起る相互作用および一致は、性能を低下させることなく対応することができる。
【００２３】
ガンマ線の単一の相互作用位置とエネルギとを検出するのに加えて、コンテインド・コンプトン散乱のような多重相互作用事象が、個々のガンマ線の方向を得るために用いることができる。この様式では、事象の完全な履歴が記録でき、その結果ガンマ線の角度が再構成されるように、多重同時トリガが検出器の一つより以上の領域を活性化するために用いられるであろう。
【００２４】
図１Ａおよび図１Ｂは、本願の第１の実施形態の検出器モジュール１００を示す。光検出器１０２のアレイから生じる位置検知信号によってゲート化（すなわち、シャッタの開閉）された時間射影電離箱が示されている。ガンマ線１５０は、本実施形態では、充分活性のある変換器、光透過媒体およびイオン化ドリフト媒体として働く媒体（たとえば、液体キセノン）を含む活性領域１０４で変換する。当業者は、活性領域は、これらの要件を満たすその他の液体または気体の媒体を含むことができることを充分理解するであろう。相互作用Ｐからのシンチレーション光は、いくつかの表面上で電離箱を取り囲んでいる光検出器１０２のアレイ（たとえば、光電子増倍管）によって検出される。光検出器１０２は、光信号（すなわち、放出光）に比例する（事象選択のための）相互作用Ｐのエネルギを測定する。相互作用Ｐの概略の３次元位置は、３次元の各次元における約８ｍｍの半値全幅（ｆｗｈｍ）の精度を有するアレイ内の光信号の分布によって決定される。
【００２５】
代案としては、相互作用Ｐからの放出光が複数の光検知器１０２（たとえば、反対面にある光検知器および／または隣接する光検出器）に到達する時間差が、相互作用Ｐの３次元位置を決定するために用いることができる。光が複数の光検出器１０２に到達する時間差は、光自体の分布から見出された３次元位置に匹敵する精度で、相互作用Ｐの３次元位置を得るために用いることができる。たとえば、光は、液体Ｘｅ中で１．９×１０−１０ｃｍ／ｓの相対的に低い速度で進むので、０．１ｎｓの合理的なタイミング分解能は、この光分布システムに匹敵する２ｃｍの位置分解能を与えることができるであろう。さらに、当業者は、この２つの方法の組合せが用いられ得ることを充分理解するであろう。したがって、複数の光検出器１０２によって検出された放出光の分布および放出光が複数の光検出器１０２に到達する時点の差異が相互作用Ｐの概略の３次元位置を決定するために用いることができる。大規模なシンチレータ検出器において、到達時点およびエネルギ要件の両者を用いたシステムの例が、A. Aguilar; LSND Collaboration, “Evidence for neutrino oscillations from the observation of …,” Phys. Rev. D, Vol. 64(11):112007, (2001)により提供されており、参照によって本明細書にそのまま全て組み込まれている。
【００２６】
シンチレーション光（すなわち、放出光）を生成することに加えて、ガンマ線１５０の変換で生成された電子−陽電子対（またはコンプトン電子）は、媒体をイオン化して、印加された電界の下で電離箱のコレクタ１１０（たとえば、コレクタパッド／コレクションアレイ）に向かってドリフトする自由イオン化電子を生成する。このドリフト電界は、光信号を最小限遮るように配置される一連のドリフト電界ワイヤ１０６によって設けられる。たとえば、１ｋＶ／ｃｍの液体キセノン中のドリフト電界は、１０ｃｍのドリフトに対しては、チャンバの最大「記憶」時間は５０μｓとなるように、イオン化電子を０．２ｃｍ／μｓの速度でドリフトさせる。ドリフト電界は、シンチレーション光出力に影響を及ぼす可能性があるから、最適のドリフト電界が、特定の用途に適するように決定されてよい。それゆえ、当業者は、前述の実施例は、例示の目的のためだけで、制約されるものではないということを、充分理解するであろう。したがって、ドリフト電界強度、使用媒体およびチャンバのサイズのその他の組合せにより、必要に応じて前記の記憶時間を変更できる。
【００２７】
コレクタ１１０に到達する前に、イオン化電子は、イオン化電子のコレクタ１１０への通過を阻止するように通常バイアスされるシャッタシステム１１２（たとえば、２つの直交配列するゲートワイヤ）を通過する。ガンマ線１５０が媒体と相互作用し光を放出するとき、光検出器１０２は活性化し、トリガシステムは、相互作用Ｐの位置を特定する。シンチレーション光を中心とする、シャッタシステム１１２中の関連シャッタ領域は、ガンマ線の方向に横切る２次元（たとえば、ｘおよびｙ）で相互作用点を特定する。この領域は、所定の時間間隔の間、透過する（すなわち、電子の通過を可能にする）よう切り替えられる。この時間間隔は、ガンマ線１５０の方向（たとえば、ｚ方向）に沿った座標の特定に依存している。このようにして、この所望の領域におけるシャッタシステム１１２のシャッタは、限られた時間（たとえば、前記のドリフト速度に対しておよび１ｃｍのｚ位置の特定間隔を仮定して、約５μｓ間）開けられ、したがって、不要な信号の遇発的衝突の可能性が抑えられる。
【００２８】
コレクタ１１０（たとえば、集電電極アレイ／コレクタパッド）は、ガンマ線方向に横切るガンマ線相互作用Ｐの両座標を決定するために用いられる。このコレクタ１１０は、イオン化が直接的に検出される、所望の位置分解能に一致したサイズのコレクタパッドのアレイを含んでよい。当技術分野で周知のように、各パッドは、増幅器（図示されていない）および収集されたエネルギを連続的にサンプリングする電子回路に接続することができる。たとえば、寸法１ｍｍ×１ｍｍのパッドは、イオン化が１つ以上のパッドによって検出される単一のパッドまたは多数のパッド事象を用いて、１ｍｍ（ｆｗｈｍ）未満の位置分解能を与えるであろう。
【００２９】
代わりに、ｘおよびｙ位置はシャッタ格子とコレクタ１１０との間に設けられた直交配列するワイヤのアレイ上で生じた電荷によって決定することができる。誘導された信号がいくつかのワイヤに広がる、たとえば、３ｍｍ間隔のワイヤでは、当技術分野で周知のように、重心を決定するために信号のサイズの補間法を用いて、１ｍｍ未満の位置分解能をもたらすと見込まれるであろう。さらに、当業者は、他の同様の技術は、一般的に使われており、応用されてよいことを充分理解するであろう。
【００３０】
トリガ時間に対する、コレクタ１１０または信号ワイヤへの信号の到達時点は、ドリフト速度が一定で既知であるので、ガンマ線の相互作用の垂直位（ｚ）すなわち深さを与える。前述されたように、ドリフト速度は、特定の媒体およびモジュールのサイズのために必要に応じて決定することができ、かつドリフト電界ワイヤ１０６によって制御される。
【００３１】
コレクタ１１０（たとえば、コレクタパッドまたは信号ワイヤ）は、性能およびコスト要件に依りいくつかの様式ですることが可能である。たとえば、第１の様式では、アナログ波高情報が、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を用いて得ることができる。別の様式では、設定閾値を越える衝突のパターンを、活性化した要素の「アドレス」を与えるための弁別器を用いて得ることができる。さらにまた計装は、離散時間領域での信号を読み出すためのフラッシュＡＤＣ、電荷結合素子（ＣＣＤ）またはスイッチキャパシタアレイを使用することも可能である。これによって、個々の信号の読み出しによる３つの全ての座標を同時に提供する。
【００３２】
シャッタはイオン化到達の概略の位置と時点だけのために選択的に開き、特に、個々の事象に対する検出器の小部分だけを活性化するので、イオン化信号エレメントのために必要な電子計装のチャネルの数は、大幅に低減することができる。たとえば、前述のパッドコレクタの場合は、１００パッド／ｃｍ２があり、３０ｃｍ×３０ｃｍの面積の検出器に対しては、約１０５のパッドを必要とする。しかしながら、たとえば２ｃｍ×２ｃｍのｘ−ｙ領域内のシンチレーション光の特定では、検出器全てをわずか４００の電子機器チャネルで作動可能にするであろう。この実施例では、ｘおよびｙ方向に、２０番目ごとのコレクションパッドに対して一連の共通の電子機器があるであろう。トリガシステムの分解能内では、これらの１つだけが、通常、信号を有するので、ほとんど干渉はないであろう。
【００３３】
図２は、本発明に従うトリガシステムに対するブロック図を示す。トリガシステム２００は、明確にするために前記の実施形態に関して説明される。しかしながら、当業者は、同一の機能目的を達成する多くの同等の変形を認めるであろう。図２を参照して、信号２１０は、ガンマ線と媒体との相互作用から放出された光（たとえば、液体キセノンのシンチレーション）である。光検知器（たとえば、光電子増倍管（ＰＭＴ）／電源装置）２２０は光信号２１０を検出する。光電子増倍管（ＰＭＴ）／電源装置２２０は、光信号２１０を電気信号に変換し、この電気信号は増幅器２３０に送られる。増幅器２３０からの増幅信号は、ＡＤＣ２４０、アナログ加算器２５０および弁別器２６０に送られる。アナログ加算器２５０は、隣接する光検出器からの入力も受け取る。アナログ加算器２５０の出力は、また別の弁別器２７０に送られる。ＡＤＣ２４０の出力および弁別器２６０，２７０からの信号は、論理素子２８０へ送られる。次に、論理素子２８０は、出力信号２９０を送り、シャッタシステムの該当領域に対する開または閉の信号を生成する。加えて、論理素子２８０は、（たとえば、前述したように、分布、到達時点またはその両者を用いて）シャッタシステムの該当領域を決定する際に活性化するために用いられる他のトリガシステムからの信号を受け取る。当業者は、上記の特定のトリガシステム２００に対する多くの変形が容易に認められることを充分理解するであろう。たとえば、アナログ−デジタル変換後、デジタル信号は、活性化すべき該当シャッタを決定する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）、汎用プロセッサなどに供給することができる。さらに、上記のトリガシステムは、このようなシステムの簡略化したブロック図にすぎず、このようなシステムのさらなる詳細は、Brymanら「時間射影箱とともに用いられたゲート付き格子システム」(Gated Grid System Used with a Time Projection Chamber),Nuc. Instr. Meth. In Physics Res. A234, p. 42-46, (1985)に提示されており、参照によって本明細書にそのまま全て組み込まれている。
【００３４】
位置検知形検出器の固有分解能は、拡散および信号振幅のような影響に加えて、ｚ座標（ドリフト）方向については読み出し電子機器（時間分解能）に依存し、かつ水平のｘ−ｙ方向についてはセグメント化および読み出し方法に依存している。上記で示された固有タイミング分解能要件は、液体希ガス材料検出器からの光信号が、相対的に遅いドリフト時間（たとえば、０．２ｃｍ／μｓ）に比べて、速い（典型的には１ｎｓ）と知られているので、容易に満たされるであろう。さらに、拡散の影響は小さいと知られている。より低度の位置分解能、たとえば、１ｃｍが要求される全てであるならば、所要読み出しチャネルの数を低減することによってまたは光信号だけを用いて特定することによって、状況は簡素化されるであろう。ミリメートル未満の分解能は、適正なセグメント化によって達成できるであろうし、拡散の影響によって主として限定されるであろう。
【００３５】
検出器の効率は、活性イオン化層の厚さによって決定される。たとえば、５１１ＫｅＶのガンマ線に対しては、１０ｃｍの液体Ｘｅは、約９５％の変換効率を結果として生じる。
【００３６】
加えて、当業者は、ガンマ線相互作用の位置を決定するための方法が前述の説明から開示されていると充分理解するであろう。ガンマ線相互作用の位置を決定するための典型的な方法は、ガンマ線と媒体との相互作用に応答して媒体中で光を放出することを含む。複数の光検出器が、光が媒体から放出された時点および相互作用の第１の（すなわち、概略の）３次元位置を決定するために用いられる。ドリフト電界は、相互作用の結果生じたイオン化電子をコレクタへ導く。最終的に、相互作用の第２の（すなわち、正確な）３次元位置は、コレクタで集められたイオン化電子の位置に基づき相互作用の位置をコレクタ中で２次元で特定し、かつ光が検出された時点に対比したイオン化電子の到達の時点に基づき第３の次元を決定することによって、決定される。前述したように、相互作用に相当するシャッタシステムの一部分が開かれる。当業者は、その部分は、たとえば、図１Ａおよび図１Ｂで示されるように、コレクタのｘ−ｙ面において相互作用Ｐの位置の射影によって定義されることを充分理解するであろう。シャッタは、イオン化電子のコレクタへの通過を選択的に阻止および通過可能にする。また、第１の３次元位置が決定されるので、コレクタへのイオン化電子の到達時点もまた、概略、決定され、それによって、イオン化電子が予想されるときのみ、シャッタシステムを開くことを可能にする。このようにして、コレクタから相互作用までの距離は、光が検出された時点から光がコレクタに到達する時点までの経過時間に基づいて決定される。
【００３７】
使用される材料および寸法の選択は、各用途に対して異なるように決定することができる。液体または気体のキセノンまたはクリプトン以外の変換器材料および検出器材料を用いることができる。上記の位置検知形検出器の代替としては、各種の信号コレクタ（たとえば、ガスゲイン付コレクタを含む）、多線式比例検出器（たとえば、個々のワイヤ読み出し、カソードストリップまたはパッド読み出しおよび遅延線読み出し付き）、マイクロストリップまたはマイクロギャップのチャンバ、時間射影箱などを含むイオン化装置が含まれる。さらに、光電子増倍管、位置検知形光電子増倍管、光ダイオード、アバランシェフォトダイオード、ハイブリッドフォトダイオードおよび可視光検出器（たとえば、ＶＬＰＣ）などのいかなる種類の光検出器も位置検知トリガ情報を提供するために用いられる。
【００３８】
加えて、図３で示されるように、このシステムは、オフラインモードで作動するよう構成することができる。この特定の構成においては、シャッタシステムの使用は必要でない。したがって、検出器モジュール３２０の個々の製造コストおよび複雑性は軽減され得る。しかしながら、プロセッサ３６０は、ガンマ線と媒体との相互作用の正確な３次元位置を決定するため、モジュール３２０からのデータ３４０に関する必要な計算を行うために用いられる。当業者は、シャッタシステム無しでは、コレクタによって収集された誤ったデータの量が大幅に増加するということは、充分理解できるであろう。したがって、複数の光検出器およびコレクタから収集されたデータは、光検出器によって検出された相互作用の３次元での正確な位置を決定するためにオフラインで処理される。
【００３９】
オフライン処理には、コレクタで収集された本質とは無関係なデータを数学的に排除するために、フィルタリング操作およびその他の計算が含まれる。当業者は、光検出器からのデータを用いて、所望の信号（すなわち、相互作用から発生したイオン化電子）のコレクタへの到達位置と時点を含むウインドウを決定することができるということを充分理解するであろう。次いで、このウインドウは、当業者によって充分理解されるように、コレクタに到達する正確な位置（すなわち、ｘおよびｙ位置）と時点を決定する従来の信号処理技術を用いて精密化することができる。さらに、従来の方法で、第３の次元（すなわち、ｚ位置）は、相互作用が光検知器によって検出された時点とコレクタへの到達時点との差異および媒体中でのイオン化電子のドリフト速度を用いて決定される。
【００４０】
さらに、図３でされるように、データは多数の検出器３２０から収集され、１つの共通のプロセッサ３６０で処理することができる。さらにまた、当業者は、上記のデータの処理を行うのに適したいかなる装置もあり得ることを充分理解するであろう。たとえば、プロセッサ３６０は、汎用コンピュータ、アプリケーション専用装置、撮像システムに組み込まれたハードウェア／ソフトウェアなどであり得る。
【００４１】
したがって、前記の詳細な説明は単に本発明の原理を例示しているにすぎない。したがって、当業者は、本明細書では明示的に説明または例示はされていないが、本発明の原理を具体化し、したがって本発明の精神と範囲内にある、様々な装置を考案することができるであろう。それゆえ、本発明の範囲は、前述の説明によって限定されず、添付の請求項によって専ら定義される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】本発明の一実施形態の斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態の断面図である。
【図２】本発明に従うトリガシステムのブロック図である。
【図３】本発明の別の実施形態に従うシステムのブロック図である。
【図１Ａ】
2005532567.tif 000003
【図１Ｂ】
2005532567.tif 000004
【図２】
2005532567.tif 000005
【図３】
2005532567.tif 000006
【国際調査報告】
2005532567.tif 000007
2005532567.tif 000008