(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線発生源と、該Ｘ線発生源と画像化される対象との間に位置した実質的に平行なＸ線ビームを形成するための手段と、前記対象を通して伝達されるＸ線光子を検出するために、電界を発生させるために電圧が印加される電極を有するガス状アバランシ検出器とからなる平行ビームラジオグラフィーで使用する装置であって、
ガス状アバランシ検出器が、入射Ｘ線放射線を検出するためのガス状平行プレートアバランシチャンバーを含み、
各々第一と第二のプレート内に含まれる第一と第二の電極間に電圧を印加することによって電界が発生する第一と第二の平行プレート間にＸ線がその間の中心から外れて入射されるようにガス状平行プレートアバランシチャンバーがＸ線発生源に対して配向されており、
検出器内で第一のイオン化した電子―イオン対を生成させるために入射Ｘ線光子の主部分がガス原子と相互作用するように、ガス状平行プレートアバランシチャンバーが入射放射線の方向に沿って深さを有し、
複数の検出器の電極要素が、各々入射放射線に実質的に平行な方向に沿って互いに隣接して配置されていることを特徴とする平行ビームラジオグラフィーで使用する装置。
【請求項２】
第一の平行プレートが第一の電極を支持する第一の基板を含み、第二の平行プレートが第二の電極を支持する第二の基板を含み、そして第一と第二の電極装置が各々第一と第二の基板の表面上で互いに対向して支持されている請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第一の電極が陰極であり、第二の電極が陽極であり、検出器の電極要素が、長尺の並んで配置されたストリップで形成され、電気的に互いに絶縁され、第二の基板の陽極電極とは反対の表面上に支持されている請求項２に記載の装置。
【請求項４】
第一の電極が陰極であり、第二の電極が長尺の並んで配置されたストリップで形成され、電気的に互いに絶縁されている検出器の電極要素から形成された陽極であり、該ストリップの長手方向縦方向の各縁部が、実質的に入射放射線に平行である請求項２又は３に記載の装置。
【請求項５】
第一の電極が長尺の並んで配置されたストリップで形成され、電気的に互いに絶縁されている検出器の電極要素から形成された陰極であり、第二の電極が陽極であり、該ストリップの長手方向縦方向の各縁部が、実質的に入射放射線に平行である請求項２乃至４のいずれかの項に記載の装置。
【請求項６】
各ストリップの縁部の二つが、Ｘ線発生源に向いている請求項３乃至５のいずれかの項に記載の装置。
【請求項７】
ストリップが、入射Ｘ線に垂直で、互いに電気的に絶縁されたセクションに分割されている請求項３乃至６のいずれかの項に記載の装置。
【請求項８】
Ｘ線発生源と、実質的に平面Ｘ線ビームを形成するための手段と、平行プレートアバランシチャンバーとが、対象の走査に使用されるユニットを形成するために互いに固定されている請求項１乃至７のいずれかの項に記載の装置。
【請求項９】
幾つかの平行プレートアバランシチャンバーが検出器ユニットを形成するために重ねられており、実質的に平面なＸ線ビームを形成するための手段が、各平行プレート用に配されており、該手段が前記Ｘ線発生源と画像化される対象との間に位置しており、該Ｘ線発生源と、該実質的に平面Ｘ線ビームを形成するための手段と、検出器ユニットとが、対象の走査に使用できるユニットを形成するために互いに固定されている請求項１乃至８のいずれかの項に記載の装置。
【請求項１０】
散乱したＸ線光子を吸収するために吸収プレートが、平行プレートアバランシチャンバーの間に配置されている請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
Ｘ線発生源に面した各平行プレートアバランシチャンバーの側面上に配置された薄いスリットあるいはコリメータウインドウを含む請求項９又は１０に記載の装置。
【請求項１２】
入射Ｘ線光子の主部分がガス原子と相互作用して第一のイオン化電子対を生成するのに十分な距離を縮めるために、平行プレートアバランシチャンバー内のガスが加圧下にある請求項１乃至１１のいずれかの項に記載の装置。
【請求項１３】
各々の検出器の電極要素に対応する各画素用の値を得るために、各検出器電極要素からのパルスが、可能であればパルス形成の後に、個別に計数される処理エレクトロニクスと各検出器電極要素が連結している請求項１乃至１２のいずれかの項に記載の装置。
【請求項１４】
各々の検出器の電極要素に対応する各画素用の値を得るために、各検出器電極要素からのパルスが、可能であればパルス形成後に、個別に総和される処理エレクトロニクスに電極要素が連結されている請求項１乃至１２のいずれかの項に記載の装置。
【請求項１５】
各々の検出器の電極要素に対応する各画素用の値を得るために、各検出器電極要素からのパルスが、可能であればパルス形成後に、電子工学的に処理される処理エレクトロニクスに各検出器の電極要素が連結されている請求項１乃至１４のいずれかの項に記載の装置。
【請求項１６】
電界を形成させるために電圧が間に印加される電極を有する入射放射線を検出するためのガス状アバランシ検出器において、
ガス状アバランシ検出器が入射放射線を検出するためのガス状アバランシチャンバーを有し、
該各第一と第二のプレート内に含まれる第一と第二の電極間に電圧を印加することによって間に電界が形成される第一と第二のプレート間の中心を外れた所に放射線が入射される入口がガス状アバランシチャンバーに設けられており、
検出器内で第一のイオン化した電子―イオン対を生成させるために入射Ｘ線光子の主部分がガス原子と相互作用するように、ガス状平行プレートアバランシチャンバーが入射放射線の方向に沿って深さを有し、
複数の検出器の電極要素が、各々入射放射線に実質的に平行な方向に沿って互いに隣接して配置されていることを特徴とするガス状アバランシ検出器。
【請求項１７】
第一の平行プレートが第一の電極を支持する第一の基板を含み、第二の平行プレートが、第二の電極を支える第二の基板を含み、第一と第二の電極が各々第一と第二の基板の表面上で互いに対向して支持されている請求項１６に記載の検出器。
【請求項１８】
第一の電極が陰極であり、第二の電極が陽極であり、検出器の電極要素が、長尺の並んで配置されたストリップで形成され、電気的に互いに絶縁され、第二の基板の陽極電極とは反対の表面上に支持されている請求項１７に記載の検出器。
【請求項１９】
第一の電極が陰極であり、第二の電極が長尺の並んで配置されたストリップで形成され、電気的に互いに絶縁されている検出器の電極要素から形成された陽極であり、該ストリップの長手方向縦方向の各縁部が、実質的に入射放射線に平行である請求項１７又は１８に記載の検出器。
【請求項２０】
第一の電極が長尺の並んで配置されたストリップで形成され、電気的に互いに絶縁されている検出器の電極要素から形成された陰極であり、第二の電極が陽極であり、該ストリップの長手方向縦方向の各縁部が、実質的に入射放射線に平行である請求項１７乃至１９のいずれかの項に記載の検出器。
【請求項２１】
各ストリップの縁部の二つが、放射線発生源に向いている請求項１８乃至２０のいずれかの項に記載の検出器。
【請求項２２】
ストリップが、入射放射線に垂直で、互いに電気的に絶縁されたセクションに分けられている請求項１８乃至２０のいずれかの項に記載の検出器。
【請求項２３】
入射Ｘ線光子の主部分がガス原子と相互作用して第一のイオン化電子対を生成するのに十分な距離を縮めるために、平行プレートアバランシチャンバー内のガスが加圧下にある請求項１６乃至２２のいずれかの項に記載の検出器。
【請求項２４】
各々の検出器の電極要素に対応する各画素用の値を得るために、各検出器電極要素からのパルスが、可能であればパルス形成の後に、個別に計数される処理エレクトロニクスと各検出器電極要素が連結している請求項１６乃至２３のいずれかの項に記載の検出器。
【請求項２５】
各々の検出器の電極要素に対応する各画素用の値を得るために、各検出器電極要素からのパルスが、可能であればパルス形成後に、個別に総和される処理エレクトロニクスに電極要素が連結されている請求項１６乃至２３のいずれかの項に記載の検出器。
【請求項２６】
各々の検出器の電極要素に対応する各画素用の値を得るために、各検出器電極要素からのパルスが、可能であればパルス形成後に、電子工学的に処理される処理エレクトロニクスに各検出器の電極要素が連結されている請求項１６乃至２５のいずれかの項に記載の検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジオグラフィー、特に平面ビームラジオグラフィーのための方法及び装置に関する。具体的には、Ｘ線がＸ線発生源から放射され、平面ビームに形成され、画像化される対象を通して伝達され、さらにこの対象を通して伝達されたＸ線は、検出器で検出される平面ビームラジオグラフィーのための方法及び装置に関する。更に本発明は、電界を発生させるために電圧が印加される電極を有するガス状アバランシ（avalanche）検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線は、長い間放射線画像に使用され、大きな発展を遂げてきた。最も簡単な画像化は、Ｘ線放射源、Ｘ線が放射される画像化されるべき対象、そして伝達された放射線を検出し、記録する検出器とにより行われている。今日、病院で使用されているＸ線検出器は、通常スクリーンとフィルムを組み合わせたものを用いている。蛍光スクリーン（例えば、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ）においては、Ｘ線光子が変換され、写真フィルム上に記録される二次光を発生する。フィルムの使用は画像のダイナミックレンジを制限する。二次光が等方的に放射されるので解像度は劣るが蛍光スクリーンを使用することにより得られる効率は増す。
【０００３】
画像の中の対象を視覚化するために、信号／ノイズ比がある閾値を越えることが必要である。理想的なシステムは、光子統計によってのみ決定される画像ノイズを持つことである。スクリーン―フィルムの組み合わせで操作するシステムにおいては、このことは一般的ではない。診断上有益な画像を得るためには、それゆえＸ線放射線の患者への適用量を増加させなければならない。
本来、Ｘ線光子フラックスはデジタルであるが、デジタル画像を得るには次の二つの異なった方法を区別しなければならない。
【０００４】
積分技法（integrating technique）は、本質的にはアナログ的方法である。各画素の応答は総全Ｘ線エネルギー束（flux）に比例する。画像は複数の画素によって数計算的（digitally）に造られる。画像化への積分的なアプローチの例としては、ＣＣＤ（電荷結合デバイス）、蓄積蛍光体、セレニウムプレートなどがある。これらの多くの「デジタル」検出器のダイナミックレンジは、フィルムのダイナミックレンジと類似している。Ｘ線管は広いエネルギースペクトルを生じさせるので、フィルム技術のように光子束エネルギー（光子の数ではない）は積分（integrated）され、従ってノイズを加算する。最も重要なノイズ発生源は“暗電流”と光子エネルギーのゆらぎである。
光子の計数は本質的にデジタル的方法であり、各光子は検出され、検出信号が計数される。
【０００５】
二次元光子計数検出器は多くの読み出し要素を必要とする。そして多数の相互結合が必要になる。このことは、このようなシステムでこれまで経験されてきた典型的な製造及び信頼性の問題の原因になっている。Ｘ線光子の主部分の相互作用のために高い解像度、高い予測性を有する大きな二次元検出器を造ることは困難になる。
【０００６】
二次元検出器の読み出しシステムのもう一つの欠点は、Ｘ線発生源からのＸ線束（flux）が拡散するという事実によるものである。検出器の厚い変換容量
（thick conversion volume）においては、この拡散により視差エラーが生じる。視差エラーを最小限に押さえるために提案された殆どの方法は、現実に実施するのは困難である。
【０００７】
二次元検出読み出し装置に接続されることによって制限される大きさや費用の問題点を克服するための一つの方法は、画像レセプターを作ることである。この画像レセプターは、実質的に一次元であり、画像のための第二の次元を画像化される対象を横切ってＸ線ビームと検出器とを走査することにより得る。走査は、単一線検出器と高平行化された平面Ｘ線ビームを利用することにより行うことができる。さらにこの方法では、散乱された放射線ノイズを除去するが、Ｘ線管に大きな熱負荷を負わせる。Ｘ線管への負荷を軽減し、機構を簡単化（走査距離を減少させることにより）するには、低コストの一時元検出器からなるマルチラインセットが有益である。
【０００８】
ライン検出器を用いる一つの利点は、画像化される対象で散乱された放射線により引き起こされる画像ノイズを著しく減少することができるということである。対象内でコンプトン散乱されたＸ線光子は、ライン検出器で検出されない。
【０００９】
走査技術に基づく光子計数Ｘ線画像システム(photon counting X-ray imaging system)を開発するための幾つかの試みがなされている。このシステムは、数ナノ秒の時間の増加に伴なって最初の信号を発生させる検出器を必要とする。わずかな検出媒体のみがその速さで信号を発生させることができる、例えば、ガスや半導体(例えば、シリコン)。半導体検出器は高価で従って配線を多く必要とするマルチライン構成には実用的でない。ガス媒体においては、Ｘ線光子は、ガスアバランシ内で更に増加する電子―イオン対を製する第一のイオン化電子を放射するガス原子と相互作用する。ガス検出器の利点は、安価でガス内（１０6まで）で高いノイズレス信号増幅、及び検出媒体の均一性にある。
【００１０】
出版された文献に記載されている幾つかの画像システムは、検出器としてマルチワイヤ比例チャンバー（multiwire proportional chamber）を利用している。この基本的な構成では、マルチワイヤ比例チャンバーは、二つの陰極面と平行で、その間に伸ばされた一組の薄い陽極ワイヤからなる。陽極ワイヤと陰極平面との間に電圧を印加すると、チャンバー内に電界が生じる。入射Ｘ線光子により生じ、ガス原子のイオン化によりガス内に放射された電子は、陽極ワイヤの方向に移動し、薄いワイヤに近づいたとき電子は強電界の中でガス分子と共にイオン化相互作用を経験する。その後のアバランシ増殖により、１０5かそれ以上の大きな因子により、電荷信号のノイズレス増幅が得られる。
【００１１】
光子計数に基づくデジタル画像システムの例は、Ｓ．Ｅ．Ｂａｒｕ他著「Multiwire proportional chamber for a digital radiographic installation」（Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A,283巻、１９８９年１１月１０日、４３１−４３５頁）に記載されている。この検出器は、ドリフトチャンバーとＸ線発生源の焦点に向けられた平行でない陽極ワイヤを持つマルチワイヤ比例チャンバーとの組み合わせである。放射状のワイヤにより、視差エラーなしで厚み相互作用体積の使用が可能になる。陽極ワイヤに沿うゲインの均一性は陽極ワイヤと陰極平面との間のギャップを増加させることにより保証されている。
【００１２】
しかしながら、上記の装置は次の欠点を有する。
ワイヤの固定と高電圧隔離のために十分な空間を与えることが必要になるが、このことがＸ線検出能率を失わせる結果になる。
視差の問題を解決するために放射状のワイヤの使用により、約１ｍｍのピッチの最小で実際的な陽極ワイヤにより位置解像度が制限されてしまう。この問題は、終極マルチワイヤ比例チャンバー解像(ultimate multiwire proportional chamber resolution)を与える陰極ストリップ読み出しを使用することで克服することができる。実行可能な速さの陰極ストリップ読み出しの一つの可能性は、Ｖ，Ｍ，Ａｕｌｃｈｅｎｃｏ他著による「The OD-3 fast one-coordinate X-ray detector」（Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A,３６７巻、１９９５年１２月１１日、７９−８２頁）に記載されている。この解決策により、陽極―陰極のギャップの増加で、異なった陽極ワイヤグループに印加した高電圧は減少することになる。
医療画像のためのマルチワイヤ比例チャンバーを使用することに伴う良く知られている問題点は、約１０ｋＨｚ／ｍｍ2の高Ｘ線束での検出器の性能を低下させるという空間電荷効果である。空間電荷効果を減少させるために、ＵＳ−Ａ−５５２１９５６（Ｇ．Ｃｈａｒｐａｋ）に開示された従来技術の装置では、交番陰極ワイヤを加えることで陽極平面が変更されている。
【００１３】
マルチワイヤ比例チャンバーで細いワイヤ（典型的には直径１００μｍより少ない）を使用していたのでそれらの製造が困難になり、そして一つのワイヤの破壊により検出器全体の操作ができなくなるので、信頼性を低減させる。
構成が非常に簡単で陽極ワイヤを使用しないガスアバランシ検出器は、ガス状平行プレートアバランシチャンバーである。この検出器は、基本的にガスが充填したコンデンサであり、二つの平行に配された導電性プレート、高電圧下に置かれる陽極と陰極からなる。ガス内でイオン化されて放出された電子がプレート間の強電界内でアバランシを生じるように高電圧が選択される。典型的には、プレート間の距離は１ｍｍのオーダにあり、電界の強さは、使用するガスのタイプに依るが、ｋＶ/ｍｍのオーダにある。用途に応じて広範囲のガスを使用することができる。このような検出器においては、Ｘ線光子は検出器の面に対して平行な面あるいは陰極上に入射する。この陰極は、Ｘ線光子がそれと相互作用をするとき、電子、所謂光電子を放出する材料から製せられている。
【００１４】
マルチワイヤ比例チャンバーに対して重要な利点は、ガス状平行プレートアバンシチャンバー内の静電界は、単一の薄いワイヤの周りに集中するのではなく、全増幅体積に亘って一定であるということである。その結果、増幅ギャップを横切る負のイオンの移動時間は非常に短くなり、空間チャージ効果を顕著に減少することができる。
【００１５】
ガス状の平行プレートアバンシチャンバーの別の利点は、陰極の平面領域がマルチワイヤ比例チャンバー（陰極ワイヤ）のそれより大きいと言うことである。従って、陰極上の堆積物による検出器のエージングはより小さくなる。
【００１６】
更にガス状平行プレートアバンシチャンバーのもう一つの利点は、速い電子信号は全誘導電荷のかなりの割合を示すと言うことである。マルチワイヤ比例チャンバーの１％と比較すると、約１０5のゲインで全信号の約１０％である。
【００１７】
又更にガス状平行プレートアバンシチャンバーの利点は、アバランシイオンの移動により電極上に誘導される信号が単純な形であるということである。従って、信号処理エレクトロニクスは、マルチワイヤ比例チャンバーの高速読み出しで必要とされるようなイオン終止消去ステージ(ion tail cancellation stage)を必要としない。
ガス状平行プレートアバンシチャンバー内のイオンは、一定の速度で均一な電界に移動するので、非常に早い電子信号を残して、単純な差異によってそれらの貢献が除かれる。
【００１８】
放射線画像のためのガス状平行プレートアバランシチャンバーを使用した例は、Ｆ，Ａｎｇｅｌｉｎｉ他著による「A parallel plate chamber with pixel readout for very high data rate」（IEEE Transaction on Nuclear Science, vol,３６,
１９８９年２月,２１３−２１７頁）に記載されている。ここには二次元読み出し配置が記載されているが、ガス層の厚みを増加させるために平行プレートチャンバーの前にドリフトチャンバーを加えたにも拘わらず高いＸ線変換効率を達成できてない。
【００１９】
ＵＳ−Ａ−５３０８９８７（Ｗｕｅｓｔ他）に開示されている他の装置では、二次元読み出し配置を用いられた平行プレートチャンバーの変換率を改良するために高い原子番号の材料からなる陰極を用いている。高い原子番号の材料から光電子はあまり発生しないために、Ｘ線光線検出効率が低減してしまう。
【００２０】
マルチワイヤ比例チャンバーと異なる重要な点は、ガス増幅因子が、第一のイオン化電荷から陽極の距離に大きく依存すると言うことである。その結果、従来使用されていたガス状平行プレートアバランシチャンバーでは、エネルギー消散、信号検出効率が不充分になる。この問題のために、従来の装置では、Ｘ線変換容量(X-ray conversion volume)としてガス状平行プレートアバランシチャンバー内にガス増幅ギャップを使用することができなかった。この発明では、検出器上に側面から十分平行化された平面ビーム入射を与えることにより、この不利な点を克服している。
【００２１】
上記の利点に加えて、薄い平面Ｘ線ビームの使用により、大きな領域に比べて、スリットウインドウを持つ高圧ガスを含有させることが容易になるので、検出器の入射窓の構成が簡単になる。薄い金属箔を使用することで、検出器の入射窓でのＸ線光子のロスが最小になる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題及びそれを解決するための手段】
本発明の目的は、平面ビームラジオグラフィーを使用するためのシステムであって、例えば、画像化される対象にＸ線光子が低く適用量で照射されるので、高品質の画像を得ることができるスリットあるいは走査ラジオグラフィーに使用するためのシステムを提供することである。
【００２３】
本発明の他の目的は、平面ビームラジオグラフィーに使用するためのシステムであって、画像の各画素用の値を得るために更なる計数や総和が検出器上に入射するＸ線光子の主部分により検出できるシステムを提供することである。
【００２４】
本発明の他の目的は、平面ビームラジオグラフィーに使用するためのシステムであって、検診される体で散乱される放射により生じる画像ノイズを低減するシステムを提供することである。
【００２５】
本発明の他の目的は、平面ビームラジオグラフィーに使用するためのシステムであって、Ｘ線エネルギー束スペクトルの拡散により生じる画像ノイズが低減したシステムを提供することである。
【００２６】
本発明の他の目的は、平面ビームラジオグラフィーに使用するためのシステムであって、高効率で且つＸ線用の良好なエネルギー分解で作動する構造が簡単で低廉な検出器を備えたシステムを提供することである。
【００２７】
本発明の他の目的は、平面ビームラジオグラフィーに使用するためのシステムであって、性能が低下することなく高いＸ線束で作動し、寿命の長い検出器を備えたシステムを提供することである。
【００２８】
本発明の他の目的は、平面ビームラジオグラフィーに使用するためのシステムであって、１０ナノ秒より少なく、１ナノ秒もの速いパルス幅で応答を示す検出器を備えたシステムを提供することである。
【００２９】
本発明の他の目的は、平面ビームラジオグラフィーに使用するためのシステムであって、簡単な形状の検出出力信号を与え、更なる処理に適した検出器を備えたシステムを提供することである。
【００３０】
本発明の他の目的は、平面ビームラジオグラフィーに使用するためのシステムであって、検出電極配置上に誘導される検出信号が、位置感度と高速読み出しの改良のために、例えば１００μｍもの狭い検出器を備えたシステムを提供することである。
【００３１】
本発明の他の目的は、平面ビームラジオグラフィーに使用するためのシステムであって、検出器の入口窓や窓に近い検出されない領域でのＸ線光子のロスが最小化された検出器を備えたシステムを提供することである。
【００３２】
これらの目的は、Ｘ線発生源と、該Ｘ線発生源と画像化される対象との間に位置する実質的に平面Ｘ線ビームを形成するための手段と、電界を発生させるために電圧が印加された電極を含む前記対象を通して伝達されるＸ線光子を検出するためのガス状アバランシ検出器とからなり、このガス状アバランシ検出器が、入射Ｘ線放射線を検出するためにガス状平行プレートアバランシチャンバーを含み、第１及び第２プレートそれぞれに含まれる第１及び第２電極に加えられる電圧によって電界が生じるこれら第１及び第２プレートの間を中心を外れてＸ線が入射するように該ガス状平行プレートアバランシチャンバーはＸ線発生源に対して配向されており、該ガス状平行プレートアバランシチャンバーは、入射放射線の方向に沿って、検出器内で第一のイオン化電子―イオン対を造るために、Ｘ線光子の主部分がガス原子と相互作用を起すように深さを有し、複数の検出電極要素は、それらの各々入射放射線に実質的に平行な方向に沿って、互いに隣接して配置されている方法や装置により達成される。
【００３３】
本発明の他の目的は、平面ビームラジオグラフィーに使用するためのシステムであって、高速読み出しで位置感度検出を行えるように、視差のない構成を有するシステムを提供することである。
【００３４】
これらの目的は、長尺であって並んで配されたストリップによって形成され互いに電気的に絶縁されており、長手方向縁部が入射放射線（incident radiation）と平行な検出電極要素の構成により達成される。。
【００３５】
本発明の他の目的は、平面ビームラジオグラフィーに使用するためのシステムであって、機構を簡単化するために、走査距離を減少し、そして走査時間の減少も可能なシステムを提供することである。
【００３６】
これらの目的は、幾つかの検出器を重ね合わせることにより達成することができる。
【００３７】
本発明の他の目的は、素粒子を含む入射粒子と同様に電磁放射線を含むいずれかの種類の放射線を効果的に検出するための検出器を提供することである。
【００３８】
この目的は、それらの間には電界を造るために電圧が印加された電極配置を備えたガス状アバランシ検出器により達成され、このガス状アバランシ検出器は、入射放射線を検出するためにガス状平行プレートアバランシチャンバーを含み、ガス状平行プレートアバランシチャンバーは、第一と第二の平行プレート間を斜めに放射線が入射するように入口が設けられており、該各々第一と第二の平行プレートに含まれる第一と第二の電極配置間に印加された電圧によって、平行プレート間に電界が形成され、ガス状平行プレートアバランシチャンバーは深さを有し、それは、入射放射線の方向に沿っており、検出器内で第一のイオン化電子―イオン対を造るために、Ｘ線光子の主部分がガス原子と相互作用を起すように調整されており、そして複数の検出電極要素が、それらの各々は入射放射線に実質的に平行な方向に沿っており、互いに隣接して配置されている。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による平面ビーム（planar beam）ラジオグラフィー用の装置を平面Ｘ線ビーム９の面に対して垂直面から見た断面図である。この装置は、Ｘ線発生源６０を含み、第一の薄いコリメータウインドウ６１と共に画像化される対象６２への照射のために平面扇形状のＸ線ビーム９を発生する。第一の薄いコリメータウインド６１は、実質的に平面Ｘ線ビームを形成するための、Ｘ線回折ミラーやＸ線レンズなどの他の装置に置き換えることができる。対象を通して伝達されるビームは検出器６４に入る。所望により薄いスリットや第二のコリメータウインドウ１０を通過させてもよい。これらはＸ線ビームと直線上に並んでいる。入射するＸ線光子の主部分は検出器６４内で検出される。この検出器はガス状の平行プレートアバランシチャンバーを含み、そして実質的に平行な二つの平行プレートの間を中心を外れてＸ線光子が入るように向けられている。
【００４０】
検出器とその操作について以下に説明する。
Ｘ線発生源６０と、第一の薄いコリメータウインドウ６１と、任意のコリメータウインドウ１０とガス状の平行プレートアバランシチャンバー６４とが、互いにフレームあるいは支持体等の連結手段６５によって固定されている。そのように形成されたラジオグラフィー用の装置は、診察される対象を走査する為にユニットとして作動することができる。図１に示すように単一の検出システムでは、走査は例えば、好ましくはＸ線発生源６０か検出器６４を介して軸を中心にユニットを回転させる枢軸移動によって行われる。軸の位置は装置の用途に依存し、可能でいくつかの用途においては軸はまたある応用の場合には、対象６２を介して延びるていてもよい。後述するが、マルチラインの構成では、図７及び図８の連結で多くの検出器が重ねられ、走査は、Ｘ線ビームに対して垂直な、横の移動によりなされることが好ましい。
本発明による装置と方法は、特に患者の体の一部分を画像化するのに有利であり、例えば、乳腺撮影法に有利である。
【００４１】
本発明の好ましい態様で使用されているガス状平行プレートアバランシチャンバーは、チャンバーの二つの限界壁を構成する二つの平行なプレートからなる電極間に高電圧を印加して発生させた強電界がかけられた薄いガス充填体積から通常構成されている。ガス充填体積の中に入射したＸ線光子は、ガス原子との相互作用による電子―イオン対を発生する。この電子―イオン対の発生は、光効果、コンプトン効果、あるいはオウジェ効果により起る。このようにして発生した最初の電子は、新しいガス分子との相互作用によりその運動エネルギーを失い、典型的には、更に数百の電子―イオン対の生成を引き起こす。これらの電子は、第二のイオン化電子と呼ばれている。第二のイオン化電子は次いで、強電界内で電子―イオンアバランシにより、増幅される。アバランシ電子とイオンの移動により、電極内で電気信号が誘導される。これらの信号は、典型的には電極の一方、あるいは両方で捕えられ、更に増幅され、読み出し回路により処理されてＸ線光子相互作用ポイントや、所望によりＸ線光子エネルギーが正確に測定される。
【００４２】
本発明の好ましい態様においては、検出されるＸ線は、平行なプレートに平行な方向に検出器にその中心を外れて入射する。そして薄いスリットやコリメータウインドウを通して検出器に入る。このようにして検出器は、Ｘ線光子の主部分が相互作用し、検出されるように十分な長さの相互作用通路を有して簡単に造ることができる。
【００４３】
図２には、本発明による第一の態様の検出器を示し、符号６４を付した。このガス状平行プレートアバランシチャンバーは、陽極プレート１と陰極プレート２を含み、相互に平行で薄いガス充填ギャップあるいは領域１３により離隔されている。陽極プレート１には、例えば、ガラスあるいはセラミックスで作られた、厚みが好ましくは０．１〜１０ｍｍの基板３と、例えば、好ましくは厚みが０．０１〜１０μｍの金属、導電性材料で被覆された形態でその上に配置された陽極電極４とが含まれる。
【００４４】
基板へのよりよい吸着のために、及びよりよい電極層の安定性のために、電極は各々が異なった厚み、材料、例えば、バナジウム、銅、ニッケルの幾つかの層から形成されていてもよい。基板がガラスでできている場合、最初の層は、好ましくはクロミウムからなり、次ぎの材料層と同様にガラスに対して良好な吸着特性を持っている。電極４は、金属層の最上に置かれる抵抗性材料、例えば、シリコンモノオキサイドの層を含んでいてもよい。
【００４５】
同様に陰極プレート２は、被覆５が施された基板６を含む。陽極電極４と陰極電極５の両方は、入射するＸ線ビームに対して平行及び／又は垂直のストリップに区分されていてもよい。
【００４６】
ギャップあるいは領域１３は、ガスで満たされており、ガスは、例えば、９０％クリプトンと１０％二酸化炭素の混合物か、あるいは９０％アルゴンと１０％メタンとの混合物でよい。ガスは、好ましくは１〜２０気圧（atm.）の範囲で加圧されている。
【００４７】
陽極電極４と陰極電極５は、高電圧ＤＣ電力供給源７に連結されており、それにより平行なプレート１と２の間のギャップあるいは領域１３内に均一な電界８が生じる。例として、ギャップあるいは領域１３は、５００μｍの高さＤ（平行プレート１と２の間の距離）であり、電極４と５の間に印加される電圧Ｖは、１気圧のアルゴン/ＣＯ2（８０/２０）の混合気体に対して１５００Ｖである。印加された電圧によって電極４と電極５との間には、電界Ｅが生じる。即ち、Ｅ＝Ｖ/Ｄとなる。距離Ｄと電圧Ｖは、１０6Ｖ/ｍのオーダーの電界を与えるように選択される。従って、５００μｍの距離Ｄと１５００Ｖの電圧Ｖによって電界Ｅ＝３・１０6Ｖ/ｍとなる。距離Ｄは、５０〜５００μｍの範囲にあればよく、電圧は１５０〜１５００Ｖの範囲にあればよい。
【００４８】
作動時においては、Ｘ線９は、検出器に側面から入射する。入射したＸ線９は陰極プレート２に近い薄い任意のスリットあるいはコリメータウインドウ１０を通して検出器に入る。そして陰極プレート２に平行な方向にガス体積を通して進行する。各々のＸ線光子は、ガス原子との相互作用の結果としてガス内で第一のイオン化電子―イオン対を生成する。各々の第一の電子１１は、その運動エネルギーをガス分子との相互作用を通して失い、更に電子―イオン対（第二のイオン化電子―イオン対）が生成される。典型的には、この工程で２０ｋｅＶＸ線光子から数百の第二のイオン化電子―イオン対が生成する。第二のイオン化電子１６（第一のイオン化電子１１と共に）は、陽極プレート１の方向に向かって高電界中で加速される。加速された電子１１、１６はギャップ１３の中のガス分子と互いに相互作用して更に電子―イオン対が生じる。これら生成された電子は、また電界内で加速され、新たなガス分子と相互作用をして更に電子―イオン対を生じさせる。このプロセスは、陽極の方向に電子が移動する間連続し、アバランシ１２が形成される。
【００４９】
陽極から距離Ｈで放射された第一のイオン化電子に対しては、全電荷ゲインは、Ｍ＝ｅｘｐ（αＨ）とし、αは、ガスや電界状態に関連した初期のタウンゼント係数（Townsend coefficient）である。ガスのタイプ、圧力、電界の好適な選択により、１０4〜１０6及びそれ以上のゲインを達成できる。強電界の影響下では、アバランシ体積(avalanche volume)の中の電子は、陽極の方向に移動する。一方、イオンは陰極の方向に移動する。強電界がギャップに亘って均一であり、ギャップの高さＤが小さいので増幅体積（amplification volume）を横切る負のイオンのドリフト時間(drift time)が非常に短くなる。これにより空間電荷効果を著しく低減させることができる。
【００５０】
ガス充填ギャップ１３内での電荷の移動により、陰極電極５上と同様に陽極電極４の上に電荷を誘導する。誘導電荷は、例えば、前記プレ増幅器を含む処理エレクトロニクス１４で処理される電流または電圧パルスに電荷パルスを変換する電荷感知プレ増幅器に連結した陽極電極４により検出することができる。可能であれば、陰極電極あるいは別個の検出器の電極を同様な方法で検出のために使用することができる。ガス状平行プレートアバランシチャンバーにある最初の電子信号は、かなりのフラクション（割合）Ｆを構成する。全誘導電荷のＦは、約１０5ゲインで全信号の約１０％である。
【００５１】
ここで注目すべきことはガス原子と相互作用する各々の入射Ｘ線光子は、これは検出されるが、アバランシ１２を起すということである。高い検出効率を達成させるために、Ｘ線光子の主部分（major fraction）はアバランシを起し、入射Ｘ線光子の方向でガス状平行プレートアバランシチャンバーの長さは、Ｘ線光子とガス原子との相互作用のための高い確率性を与えるように選択されなければならない。ユニットパスの長さ当たりの相互作用の確実性は、ガス圧の増加に伴なって増加するために、その結果、ガス状平行プレートアバランシチャンバーの長さは、ガス圧の増加に伴なって短くすることができる。
【００５２】
図３は、本発明によるガス状平行プレートアバランシチャンバー６４の別の態様を示す。図２の態様と比べて、陽極電極４と検出電極配置１５が個別の電極配置を与えている点で異なっている。図から明らかなように、これらの電極は基板３の一つの反対側の表面に配置されている。更にそれらは、以下に記載のように配置されていることが好ましい。陽極電極４は陰極プレート２に面した表面上に位置している。そして高電圧ＤＣ電力供給７源に連結している。検出電極配置１５は、これは反対の表面にあるが、処理エレクトロニクス１４に接続されている。検出電極配置１５上のスクリーン効果を避けるために、陽極は、シリコンモノオキサイドや炭素などの抵抗材料製であってもよい。
【００５３】
図４は、検出器の電極配置を構成する電極４、５、１５の配列を示す。電極４，５、１５はストリップ２０で形成され、陽極あるいは陰極電極及び／又検出器の電極として機能する。ストリップ２０の多くは、平行して配置されており、各々の位置において入射Ｘ線光子の方向に平行な方向に延びている。ストリップは、基板上に形成されており、それらの間の空間２３を残すことで電気的に互いに絶縁されている。ストリップはホトリソグラフィック法や電鋳などで形成することができる。
【００５４】
各ストリップ２０は、分離信号導電体２２により処理エレクトロニクス１４と連結しており、ここでは各ストリップからの信号が分離して処理されることが好ましい。ここでは陽極あるいは陰極電極は検出器の電極を構成し、信号導電体２２はまた各々のストリップを高電圧ＤＣ電力供給７源に繋がれている。
【００５５】
図に示すように、ストリップ２０と空間２３は、Ｘ線発生源６０に向けられており、ストリップは入射Ｘ線光子の方向に沿って広くなっている。この構成により視差エラーが補正される。
【００５６】
図４に示す電極配置は、陽極であることが好ましく、しかしその代わりにあるいは共結合的に陰極を前述した構成にすることができる。図３の別の態様として、検出電極配置１５は、図４に示すように形成してもよい。この場合、陽極電極４は、ストリップや空間のない単一の電極として形成されている。陰極電極または陽極電極のどちらか一方のみが検出器電極配置からなる場合、他方の電極にも同様のことが言える。
【００５７】
図５は、電極の別の配置を示す。ストリップは、セグメント２１に分かれており、互いに電気的に絶縁されている。好ましくは入射Ｘ線に垂直に伸びる小さい空間が、各々のストリップの各々のセグメント２１の間に与えられている。各セグメントは、別個の信号導電体２２によって処理エレクトロニクス１４に連結しており、ここでは各セグメントからの信号が別個に処理されることが好ましい。図４の態様のように、陽極あるいは陰極電極は検出器の電極を構成し、信号導電体２２はまた各々のストリップを高電圧ＤＣ電力供給源７に繋げている。
【００５８】
統計的により高いエネルギーをもつＸ線光子の方が、低いエネルギーを持つＸ線光子よりもガスを通した長い行程の後、第一のイオン化を生じさせるために、各Ｘ線光子のエネルギーが測定されるときにこの電極は、使用することができる。この電極によって、Ｘ線光子相互作用と各Ｘ線光子のエネルギーの両方を検出することができる。
【００５９】
一般に全ての態様において、各入射Ｘ線光子は検出器の電極に一つの誘導パルスを引き起こす。パルスは、最終的にパルスは形付けられ、一つの画素を表す各ストリップからパルスを総和し、計数する処理エレクトロニクスで処理される。パルスは、また各画素のエネルギーを測定するように処理される。
【００６０】
検出器の電極は陰極側にある処で、誘導信号の領域は、陽極側にある処より広くなる（Ｘ線光子の入射方向に対して垂直の方向）。従って、処理エレクトロニクスで信号を検量することが好ましい。
【００６１】
測定される誘導信号の増幅が、これはＸ線光子とガス原子との間の相互作用の結果であるが、アバランシの出発点から陽極電極までの距離に大きく依存するのでコリメータウインドウ６１、１０と陽極電極４の一列に配列しなければならない要求が高くなっている。望ましい状態は、陽極電極に対して完全に平行である完全に平面なビームであることである。このような要求は、図６に示す構成の検出器により軽減することができる。陽極と陰極プレート間に平行に配置された電気的に導電性のメッシュあるいはグリッド５１により、ギャップはＸ線変換のためにドリフトチャンバー５２と増幅のための平行プレートアバランシチャンバー５３に分けられる。両方のチャンバーは、同じガスで充填されており、メッシュ５１は、平行プレートアバランシチャンバーに対しては陽極として機能し、ドリフトチャンバーに対しては陰極として機能する。電力供給源７により陰極電極５とメッシュ５１の間に弱い電界が生じる。この弱い電界では、第一のイオン化電子で生成した第二のイオン化電子は第一のイオン化電子と伴に、メッシュ５１の方向に進行する。メッシュ５１と陽極電極４との間に更に高電圧を印加すると、強電界が生じる。この電界は、メッシュを通過する電子を引き寄せて、メッシュを通過した電子は、上述したように電子―イオンアバランシ１２を開始する。検出器の他の部分は又上記のものと同じである。増幅はアバランシの開始点、ここでは、メッシュ、から陽極電極の距離に大きく依存するのでメッシュ５１と陽極電極との間の距離は、均一であることが重要である。Ｘ線ビーム９と陰極電極の平行性は余り重要ではない。
【００６２】
上述のように、ガス状平行プレートアバランシチャンバー６４は、ガスを含むが、それは加圧すことができる。従って、検出器は、図９に示すようにＸ線ビーム９が検出器に入射できるようなスリット入口ウインドウ９２を気密のハウジングを有している。ウインドウは、放射線を透過する透明な材料、例えば、メイラー（ＭｙｌａｒR）、あるいは薄いアルミニウムホイルから作られている。これは、本発明の特に有利な付加的な効果であって、広い領域を覆うウインドウを必要とし、入射放射線に対して平行プレートに垂直になるように設計された従来使用していたガス状平行プレートアバランシチャンバーに比べて、ガス状平行プレートアバランシチャンバー６４の中で入射ビームを側面から検出することからなるこの方法では、ウインドウをより薄く作ることができる。従って、ウインドウに吸収されるＸ線光子の数を低減することができる。
【００６３】
図７は、本発明のガス状平行プレートアバランシチャンバー６４が、一つずつ上に複数重ねられた本発明の態様を示す。この態様によって、マルチライン走査が達成され、走査時間並びに走査距離を減少することができる。この態様の装置は、Ｘ線発生源６０を含み、これが画像化される対象６２への照射のために幾つかのコリメータウインドウ６１と共に幾つかの扇形状のＸ線ビーム９を発生させる。対象を通して伝達されるビームは任意に、Ｘ線ビームと一直線列に並んでいる幾つかの第二のコリメータウインドウ１０を通して積み重ねられた個々の検出器６４に入る。第一のコリメータウインドウ６１は、第一の強固な構造体に配されており、任意の第二のコリメータウインドウ１０は、検出器６４に取り付けられているかあるいは検出器から離隔した第二の強固な構造体６７に配置されている。
【００６４】
Ｘ線発生源６０と、コリメータウインドウ６１、１０をそれぞれ含む構造体６６及び構造体６７と、そして順次重ねられたガス状平行プレートアバランシチャンバー６４は、フレームあるいは支持体等の固定手段６５によって連結され且つ固定されている。ラジオグラフィー用のこのように形成された装置は、検査される対象を走査するユニットとして移動できる。このマルチライン配置においては、走査は、好ましくは上述したようにＸ線ビームに対して、横方向への移動や、垂直方向への移動によって行われる。
【００６５】
このように積み重ね構造を採用することによって得られるもう一つの利点は、単一の大容量ガス検出器に比較して、対象６２で散乱されたＸ線光子により発生するバックグランドノイズが減少することである。もし陽極や陰極プレートを通過してこのようなチャンバーに入ると、入射するＸ線ビームに平行でない方向に進行するこれらの散乱Ｘ線は、重ねられた状態にある他のガス状平行プレートアバランシチャンバー６４の一つに“false" 信号あるいはアバランシを生じさせる。バックグランドノイズは、陽極と陰極プレートの材料で（散乱された）Ｘ線光子がかなり吸収されるため減少する。
【００６６】
このバックグランドノイズは、図８に示すように、重ねられたガス状平行プレートアバランシチャンバー６４の間に薄い吸収プレート６８を設けることにより更に減少させることができる。重ねられた検出器は、吸収材料の薄いシートが各々隣接した検出器６４間に置かれている点で異なっているが、図７とそれらと同様である。これらの吸収プレートあるいはシートは、高い原子番号の材料、例えば、タングステンで作ることができる。
【００６７】
前記の検出器は前記のようなＸ線光子を検出する点で有利である。しかしながら、同じ検出器はまた一般に電磁放射線あるいは素粒子を含む入射粒子のような他の種類の放射線を検出する際にも好ましく用いられる。
【００６８】
このような検出器は、上記と同様な方法で作ることができる。従って、この特別な使用を指摘するに留める。本発明は、幾つかの好ましい態様との関係で説明することができるが、添付のクレームにより定義されているように、本発明の請求の範囲や概念から離れない範囲で様々な変形がなされてもよいことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による平面ビームラジオグラフィーのための装置の全体図を模式的に示す図である。
【図２】  本発明によるガス状平行プレートアバランシチャンバーの第一の態様の断面を模式的に示す図である。
【図３】  図２の第一の態様の変形態様の断面を模式的に示す図である。
【図４】  Ｘ線発生源と読み出しストリップにより形成される電極の第一の態様を上から見た図を模式的に示す図である。
【図５】  Ｘ線発生源と区分された読み出しストリップにより形成される電極の第二の態様を上から見た図を模式的に示す図である。
【図６】  本発明によるガス状平行プレートアバランシチャンバーの第二の態様の断面を模式的に示す図である。
【図７】  重ねられた検出器を持つ本発明による態様の断面を模式的に示す図である。
【図８】  重ねられた検出器を持つ本発明による別の態様の断面を模式的に示す図である。
【図９】  ハウジング内に収容された本発明によるガス状平行プレートアバランシチャンバーの第二の態様の断面を模式的に示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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