(57)【要約】被検体を透して入射放射線を受ける多重検出器システムは，電圧源に対向する基板上に陽極と陰極とが交互に形成された気体マイクロストリップ検出器とそれに隣接配置された半導体検出器とで構成される。二種エネルギー環境においては，電場は，入射放射線が差し向けられるとき検出器の両方に印加される。これによって，検出器は対応する信号を生成する。生成された信号を比較して被検体のコントラストの良い信号を生成する。これらの信号は撮像や放射線監視や放射線測定などのため生成される。入射放射線の方向と電場の向きとは，用途毎に調節される。また，システムは，異なる検出器媒体でエネルギーが同じ入射放射線から二つの画像が形成されるという単一エネルギー環境において使用可能である。様々な処理方法を利用することによって，画像間のコントラストを高めることができる。
2004508544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を通して入射イオン化放射線を受信する多重検出器であって，
気体イオン化検出器と，
前記気体イオン化検出器に隣接配置された半導体イオン化検出器と，
前記気体イオン化検出器内に配置された気体電子増倍管と，
を含み，
電場が，対応した信号を生成するように，前記各検出器に印加され，前記気体電子増倍管は，前記気体イオン化検出器の性能を高めるために，電子の活動性を増加させる，多重検出器。
【請求項２】
前記気体電子増倍管は両側に金属ラッドをもち，矩形のマトリクスを形成する穴があけられた絶縁フォイルである，請求項１に記載の多重検出器。
【請求項３】
さらに，
前記検出器を収納する密封された容器と，
前記各検出器に接続された制御システムと，
を含み，前記制御システムは前記電場の印加を制御し，前記信号を監視する，請求項２に記載の多重検出器。
【請求項４】
さらに，
電場の印加を制御し，気体イオン化検出器信号を生成するための，前記気体イオン化検出器に接続された気体イオン化検出器回路と，
電場の印加を制御し，半導体イオン化検出器信号を生成するための，前記半導体イオン化検出器に接続された半導体イオン化検出器回路と，
前記検出器信号を受信し，表示部に受信されるコントラストの良い信号を生成するためのプロセッサと，
を含む請求項３に記載の多重検出器。
【請求項５】
前記気体イオン化検出器は，
高電圧板と，
複数の，交互に形成された陽極および陰極を支承する基板と，
を含み，
前記基板は，前記高電圧板と対向するように配置され，前記気体電子増倍管は，前記基板と前記高電圧板との間に配置され，前記高電圧板は，前記マトリクスを形成する穴内の気体粒子と衝突する電子を生成し，前記気体イオン化検出器信号を高めるために，前記電子を加速する，請求項４に記載の多重検出器。
【請求項６】
前記陽極は前記陰極より大きい，請求項５に記載の多重検出器。
【請求項７】
前記陰極は前記陽極より大きい，請求項５に記載の多重検出器。
【請求項８】
入射放射線に露出される被検体の画像を得るための方法であって，
被検体を通して照射される入射放射線に，第一の検出器とこれに隣接した第二の検出器からなる多重検出器を露出させる工程と，
前記第一の検出器から低エネルギー信号を生成する工程と，
前記第二の検出器から高エネルギー信号を生成する工程と，
気体電子増倍管を前記両検出器の少なくとも一方の近傍に配置する工程と，
前記第一および第二の信号を比較する工程と，
を含む方法。
【請求項９】
前記気体電子増倍管は，前記両検出器の少なくとの一方から数ミリメータ以内に配置される，請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
さらに，
気体充満容器に，前記多重検出器を収納する工程と，
前記第一の検出器と第二の検出器とにそれぞれ電場を印加する段階と，
を含み，前記第一および第二の検出器のうちの一方内で入射放射線によって気体はイオン化され，前記第一および第二の検出器のうちの他方は，前記第一および第二の信号を生成するために，入射放射線でイオン化される半導体物質である，
請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記気体電子増倍管は，前記気体充満容器内に配置される，請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記気体電子増倍管は両側に金属ラッドをもち，矩形のマトリクスを形成する穴があけられた絶縁フォイルである，請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
電子が前記気体電子増倍管へとドリフトし，電子流を増幅するために，前記気体電子増倍管を正に帯電させるように，前記電場が印加され，その結果増加した電子流は前記両検出器の少なくとも一つに当たり，より強い信号を生成する，請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
さらに，
電子流を形成するために，電場をそれぞれ印加する工程と，
前記気体電子増倍管が散乱電子の動きを除去するように，前記電子流の正面に前記気体電子増倍管を配置する工程と，
を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
さらに，
前記両検出器の少なくとも一方をフリッシュグリッドとして動作させる工程を含む，請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
さらに，
前記多重検出器を，入射放射線に直交な平面で走査する工程とを含み，
前記第一および第二の検出器の一方に印加される電場は，イオン速度が前記多重検出器の走査速度に略等しく正反対の値になるように調節される，請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
さらに，
前記多重検出器を，入射放射線に直交する平面で走査する工程を含み，
前記両検出器の一方に印加される電場は，行と列に配列された前記半導体物質の表面上に収集電荷を発生し，収集電荷が前記行と列のうちの一方に沿って転送される速度は前記検出器の走査速度に同期する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
さらに、
最初に入射放射線を受けるように前記気体イオン化検出器の向きを定める工程と，
前記気体イオン化検出器と前記半導体イオン化検出器とで生成された電場を入射放射線に直交する平面方向に向ける工程と，
含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
さらに、
最初に入射放射線を受けるように前記半導体イオン化検出器の向きを定める工程と，
前記半導体イオン化検出器で生成された電場を入射放射線と反対の方向へ向ける工程と，
前記気体イオン化検出器で生成された電場を入射放射線に直交する平面方向に向ける工程と，
を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項２０】
さらに，
最初に入射放射線を受けるように前記気体イオン化検出器の向きを定める工程と，
前記気体イオン化検出器で生成された電場を入射放射線に直交する平面方向に向ける工程と，
前記半導体イオン化検出器で生成された電場を入射放射線と一致した方向に向ける構成と，
を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項２１】
さらに，
最初に入射放射線を受けるように前記半導体イオン化検出器の向きを定める工程と，
前記気体イオン化検出器と半導体イオン化検出器とで生成された電場を入射放射線と同じ方向へ向ける工程と，
を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項２２】
さらに，
最初に入射放射線を受けるように前記気体イオン化検出器の向きを定める工程と，
前記気体イオン化検出器と半導体イオン化検出器とで生成された電場を入射放射線と同じ方向へ向ける工程と，
を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項２３】
さらに，
前記第一および第二の信号を選択的に利用して，撮像，放射線監視および放射線測定を行う工程を含む請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願
本出願は，１９９８年５月１４日に出願の米国出願第０９／０７８，９９１号の一部継続出願である。
【０００２】
技術分野
本発明は，二種（ｄｕａｌ）エネルギー撮像，コンピュータ断層撮影（ＣＴ），微細断層撮影およびＸ線顕微鏡検査などのＸ線デジタル撮影，定量式自動放射線透過撮影，単一光子照射断層撮影（ＳＰＥＣＴ）およびポジトロン照射断層撮影（ＰＥＴ）などの核医学，監視，測定，記録あるいは任意のエネルギー範囲のイオン化放射線の投射などの医用検出技術，光共焦顕微鏡検査や光学断層撮影などの生物光学撮像，および，航空宇宙撮像機密保護監視システムや非破壊撮影などの産業応用に関する。特に，本発明は，上記の用途での使用に合わせ，必要に応じて運動静止（ｋｉｎｅｓｔａｓｉｓ）あるいは時間遅れ積分を行うことによって実現可能な多密度多原子番号検出器媒体に関する。
【０００３】
背景技術
顕著な画像情報の損失や劣化を起こさずに効率的にイオン化放射線を捕獲し検出することは，医用撮像においては極めて重要である。医用検出技術における近年の進歩によって，従来のフィルム‐スクリーン技術に対抗するデジタルＸ線撮影などのデジタル電子技術によって優れた画像が作成されるようになった。実際，電子技術およびコンピュータ技術の進歩を利用した新しい放射線透過撮像法によって，診断の質が向上し患者照射線量を低減させた新規の診断様式が登場した。特に，デジタルＸ線撮影は従来のＸ線撮影に比べて多くの点で優位である。たとえば，検出器のダイナミックレンジを広げて表示できる点，高速画像取得および表示が可能な点，便利な記憶装置が備わった点，劣化を起こさずに格納画像を送信し表示できる点，データ分析機能と画像処理機能とが拡張された点，および患者照射線量が低減された点である。
【０００４】
異なる検出器技術と異なるビーム形状とがデジタル放射線透過撮影用に提案された。たとえべ，シンチレータ‐フォトダイオードシステム，高圧気体充満検出器，シンチレータ‐光増幅システム，運動静止（ｋｉｎｅｓｔａｔｉｃ）電荷検出器，近接画像インテンシファイア／ＣＣＤデバイス，蛍光面‐フォトダイオードシステム，およびダイオードアレイなどが提案された。
【０００５】
既知のデジタル放射線透過撮影システムの問題点として，初期経費が比較的高いことや検出器の解像度が低いことが挙げられる。デジタル放射線透過撮影，コンピュータ断層撮影および関連分野における主な問題点はいかに効率良くＸ線放射を検出するかということである。近年の医用検出器技術における進歩は，デジタル電子技術を駆使することで優れた放射線画像を生成できるようになる可能性を示唆する。現に，近年の電子技術およびコンピュータ技術の進歩により，入射放射線の照射線量を低減しながらも診断の質と診断様式とを向上させることができるようになった。デジタル放射線透過撮影とコンピュータ断層撮影用の新規の検出器が幾つか提案されてはいるが，最適な撮像を実現するための問題点を全て克服する技術としてたった一つの技術を選ぶとなると，適当なものがまだない。どの技術を選ぶかは，いくつかの画質の判断基準に依存する。すなわち，量子およびエネルギー吸収効率が高いこと，検出器の量子効率（ＤＱＥ）が高いこと，空間解像度が高いこと，散乱線をほとんど受光しないこと，検出器の形状，高速読取り，高ダイナミックレンジ，画像補正機能と表示機能，そして，忘れてならないのが，経費が妥当であることである。デジタル放射線透過撮影の根本的な問題点の一つは，画像のコントラストを低下させる散乱線をいかに検出するかということである。既知のライン走査方法ではＸ線管出力が効率良く利用されない。この制限は，広いスロット形Ｘ線ビームを利用して同時に多数のラインを収集することによって克服される。
【０００６】
上記の問題点を克服するための方策の一つは，本明細書において参考文献として組み込まれる米国特許出願第６０／０１１，４９９号において考察されている。この開示された方策にでは，二種エネルギー気体マイクロストリップが用いられている。ここでは，低エネルギー画像と高エネルギー画像とが得られ，これらが比較されて高コントラスト画像が生成される。この方策は効果的ではあるが，単一の媒体すなわちマイクロストリップを包囲する気体だけを使用して二種の画像を構成する。さらなる研究によって，上記の検出技術をさらに向上させる新規の装置が開発された。これら装置は，ここで参考文献として組み込まれる米国特許出願第０９／０７８，９９１号に記載されている。この発明は，空間的およびコントラスト解像度が優れ，ノイズも低く，画質さらに画像コントラストも改良された。
【０００７】
特に，検出器内でのイオンと電子との相互作用は，検出器部品内で，イオン／電子の動きをランダムにする。この動きは，ターゲットにより形成された一次イオン／電子流れとともに検出される。この動きはランダムであることから，画像を完全に遮断するのではなく，ゴーストのある画像，雲のかかった画像（ノイズとして参照される）を形成することにより画質を悪くし，またコントラストも低下させる。したがって，ランダムなイオン／電子の動きの検出を減少させることで，画像を改良する検出器の必要性がある。さらに，画像信号を改良し，信号対ノイズ比を改良し，さらに画像間のコントラストをよくする，一次のイオン／電子流を増幅する検出器の必要性がある。
【０００８】
発明の開示
上記に鑑み，本発明の第一の形態は，限定はされないが，撮像，線量計測，放射線監視およびこれらを組み合せたものなどの用途のための多密度多原子番号検出器媒体を提供することである。
【０００９】
本発明の別の形態は，任意のエネルギー範囲のイオン化放射線（Ｘ線，ガンマ線，高速粒子，中性子）を用途に合わせて被検体を通して投射するイオン化装置あるいはイオン化源を提供することである。ここで，放射線は多重検出器によって受信される。
【００１０】
上記した本発明の更に別の形態は，二種エネルギー構成の多重検出器を提供することで，ここで，二種エネルギー検出器は，二つの異なる媒体によって分析された双峰エネルギースペクトルを受ける。いずれにせよ，エネルギーは多色性のものでも単色性のものでもよい。多色性エネルギースペクトルの場合，単一エネルギーという用語は，多色スペクトルの「平均」あるいは「有効エネルギー」に相当するものとして用いられる。
【００１１】
上記した本発明の別の形態は，低エネルギー検出器とそれに隣接配置された高エネルギー検出器とを備えた多重検出器を提供することである。
【００１２】
上記した本発明の他の形態は，入射放射線が照射されるとき，低エネルギー検出器と高エネルギー検出器とに別個に電場を印加することで，ここで，低エネルギー検出器は気体イオン化検出器か半導体イオン化検出器のどちらか一方であり，高エネルギー検出器は他方の検出器である。
【００１３】
上記した本発明の他の形態は，前記の２つの検出器で画像を生成することで，被検体の撮像のために画像はマイクロプロセッサに入力されて，コントラストの良い画像信号を生成する。
【００１４】
上記本発明の他の異なる形態は，二つの検出器の間に高域通過エネルギーフィルタを配置してコントラストの良い画像信号を生成し易くすることで，ここで，低コントラストは，柔らかい組織などの場合に，二つの画像に重みをつけて減算処理することによって得られる。
【００１５】
上記した本発明の他の異なる形態は，多重検出器がイオン化放射線を受けるように移動させるための機構を提供し，ここで，印加される電場を調節するこによって運動静止（ｋｉｎｅｓｔａｔｉｃ）か時間遅れ積分法か，またはその両方を実施できるようにすることである。
【００１６】
上記した本発明の他の形態は，気体イオン化検出器が，高電圧板と，高電圧板に対向した多数の陽極と陰極とが交互にはさみ込まれた基板とから成り，半導体イオン化検出器が，半導体基板の一方の側に形成されたバイアス電極とそれに対向する複数の収集電極とから成る多重検出器を提供することである。
【００１７】
上記した本発明の他の形態は，入射放射線が，まず最初に，印加電場を入射放射線に直交させた状態にある低エネルギー，低密度，低Ｚ物質の検出器によって吸収され，更に，低エネルギー検出器が，印加電場が入射放射線に直交するようになった高エネルギー，高密度，高Ｚ物質の検出器に隣接して配置された多重検出器を提供することである。
【００１８】
上記した本発明の他の形態は，入射イオン化放射線が，まず最初に，印加電場を入射放射線に直接に対向するようにした低エネルギー検出器によって吸収され，更に，高エネルギー検出器は，印加電場が入射放射線に直交するようになった低エネルギー検出器に隣接して配置された多重検出器を提供することである。
【００１９】
上記した本発明の他の形態は，入射放射線が，まず最初に，印加電場を入射放射線に直交させた状態の低エネルギー検出器によって吸収され，更に，入射放射線は，印加電場を入射放射線と同じ方向に整列させた状態の高エネルギー検出器によって受けられる多重検出器を提供することである。
【００２０】
上記した本発明の他の形態は，入射放射線が，まず最初に低エネルギー検出器によって吸収され次に高エネルギー検出器によって吸収されるビーム形状に制約のない多重検出器を提供することである。ここで，各検出器によって印加される電場は，入射放射線の方向に整列される。
【００２１】
上記した本発明の他の形態は，入射放射線が，まず最初に低エネルギー検出器によって吸収され次に高エネルギー検出器によって吸収され，ビーム形状に制約のない多重検出器を提供することである。ここで，各検出器に印加される電場は，入射放射線の方向に整列される。
【００２２】
上記した本発明の他の形態は，画像を生成し，関連検出機能を果たすように多重検出器を構成することである。
【００２３】
上記した本発明の他の形態は，同一の機能か異なる機能を果たすように前記の隣接配置された検出器を構成することで，たとえば，検出器は両方とも撮像機能を果たす。あるいは，一方の隣接検出器は撮像機能を果たし，他方の隣接検出器は放射線監視機能を果たす。
【００２４】
上記した本発明の他の形態は，イオン化放射線が，システムの形状を最適化した上で，隣接検出器のどちらか一方あるいは両方によって測定され，監視され，表示される，異なるエネルギーにおいて，いくつかの粒子あるいは異なる放射線（混合フィールド）という形で示されることで，ここで，各検出器は同一の機能か異なる機能を果たす。
【００２５】
上記した本発明の他の形態は，信号対ノイズ比を増加させ，線広がり関数を改善するために，検出器の少なくとも一つをフリッシュグリッド（Ｆｒｉｓｃｈ Ｇｒｉｄ）のように動作せることである。
【００２６】
上記した本発明の他の態様は，誘導電流をともなくことなく電子の増幅を行い，信号対ノイズ比を増加させ，線広がり関数を改善する収集回路に近接して気体電子増倍管を挿入することである。
【００２７】
上記した本発明の他の態様は，イオン生成を改善するために，検出器内に気体電子増倍管を配置することである。
【００２８】
概して，本発明は，被検体を通して入射イオン化放射線を受ける二種エネルギー多重検出器を提供し，この多重検出器は，気体イオン化検出器と，これに隣接配置される半導体検出器と，気体イオン化検出器内に配置される気体電子増倍管を含む（ここで，電場が各検出器に印加され，対応する信号が生成する。また上記気体電子増倍管は，上記気体イオン化検出器の性能を高めるための電子活動性を増加させる）。
【００２９】
本発明はまた，入射放射線に露出される被検体の画像を得る方法を提供する，この方法は，標本を通して照射された入射放射線に多重検出器を露出させる工程と，第一の検出器から第一の信号を発生させる工程と，第二の検出器から第二の信号を発生させる工程と，前記検出器の少なくとも一つの近傍に気体電子増倍管を配置する工程と，第一と第二の信号とを比較する工程とで構成される。ここで，多重検出器は，第１の一検出器とそれに隣接配置された第二の検出器とで構成される。
【００３０】
発明を実施するための最良の形態
図の，特に図１において，多密度多原子番号検出器撮像システムが符号１０で全体的に表示されている。次の考察から分かるように，高コントラストの二種エネルギー撮像システムを実現するため，撮像システム１０は，高原子番号または高Ｚ物質すなわち高密度媒体と低原子番号または低Ｚ物質すなわち低密度媒体とを組合せて使用する。システム１０は，運動静止（ｋｉｎｅｓｔａｓｉｓ）あるいは時間遅れ積分法によって実現されるスロット走査ビーム検出器として作用する。また，撮像システム１０は，電荷結合デバイスカメラとして作用させる用途別集積回路（ＡＳＩＣ）と共に使用することもできる。当業者ならば分かるように，撮像システムは，二種エネルギーで大視野撮像あるいは微小撮像（顕微鏡検査）を行う場合にも使用可能である。
【００３１】
システム１０は，イオン化放射線１４を発生させて被検体１６を透過するためのイオン化装置あるいはイオン化源１２を備えている。イオン化放射線とは，これらに限定されるものではないが，Ｘ線，ガンマ線，高速粒子，中性子などのことである。放射線は，混合状態あるいは異なるエネルギーで照射され，所定の機能を果たす多重検出器によって観察される。イオン化装置１２は，平均エネルギーＥの多色エネルギースペクトルあるいは一つの周波数スペクトルシンクロトロンによる単一エネルギービームを生成するように構成される。あるいは，イオン化装置１２は，多色双峰エネルギースペクトルを生成するように構成される。被検体１６は人間か生物学的あるいは薬学的標本で，放射線は，被検体を透過して放射線１８を発生し，多密度多原子番号多重検出器２０で受けられる。一般的に，多重検出器２０は，入射画像線１８に直交する平面上を走査方向２４に移動可能な密封型アルミニウム製容器２１に収容される。被検体１６の観察像を適切に得るために，多重検出器２０は多重検出器２０に接続された数個の構成部品を含んでいる。多重検出器２０による「観察」とは，放射線を監視し，線量を記録し，既知のイオン化検出器によって果たされる既知の機能を果たすために撮像を行うことである。すなわち，多重検出器２０の各検出器は，所望の結果とシステム構成とによって異なる機能あるいは同一の機能を果たす。
【００３２】
加圧気体２６が，アルゴン，キセノン，クリプトン，それらの混合物またはその他の希ガス，またはそれらの混合物と磁気のある（ｐｏｌｅｒ）化合物あるいは消光（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）化合物とを不純物濃度で化合したものであって，圧力線２８を介して容器２１に導かれる流体である。圧力計３０が，加圧気体容器に取り付けられ多重検出器２０の容器内の圧力を調整する。圧力信号３２は圧力計３０によって生成される。
【００３３】
制御システム３０が，システム１０の種々の構成部分と交信してそれぞれの機能を監視し制御する。具体的には，制御システム３０は，撮像システム１０の操作を制御するために必要なソフトウェアとハードウェアとメモリとを備えたマイクロプロセッサ４０を含んでいる。プロセッサ４０は，圧力信号線３２を受信して，撮像の用途に従って多重検出器２０内の圧力を調節して低圧，大気圧あるいは高圧状態にする。
【００３４】
プロセッサ４０は信号線４２を介して検出回路４４に接続される。検出回路４４は信号線４６を介して多重検出器２０に接続される。同様に，信号線４８がプロセッサ４０を検出回路５０に接続し，検出回路５０は信号線５２を介して多重検出器２０に接続される。プロセッサ４０は，検出回路４４と検出回路５０とから情報を受信しコントラストの良い画像信号５４を生成する。コントラストの良い画像信号は画像表示部５６に表示するために受信される。二種エネルギー撮像に係わる実施例全部において，入射放射線は，まず最初に低エネルギー検出器で受けられる。吸収されない放射線が高エネルギー検出器で受けられる。
【００３５】
普通，多重検出器２０は基本的には二つの部分，すなわち気体充満検出器と固体または半導体基板検出器とで構成される。入射放射線１８は，第一の検出器でエネルギーの一部が散逸され，その後第二の検出器での相互作用によって残りのエネルギーが散逸される。どちらにおいても電荷ペアが生成される。両方の検出器に印加される電場によって，電荷ペアは一定のドリフト速度をもつようになり，電荷ペア，すなわち極性のある電荷はそれぞれの信号収集部の方へ送られる。検出器に使用される，異なる検出器媒体は，固体半導体物質でも気体でも液体でもよく，検出器媒体がどのような形状であってもあるいはこれらの組み合わされた状態であってもシンチレーションなどの直接イオン化あるいは間接イオン化によって信号を生成する。
【００３６】
二種エネルギー多重検出器の場合，各媒体から生成された信号に対数展開を適用すると，二つの信号の差異によって所望の画像が生成される。低エネルギー検出器と高エネルギー検出器とに印加される電場の向きを変化させて所望の画像コントラストと空間解像度あるいは別の機能の成果を得るという撮像方法も考えられる。
【００３７】
図２は多重検出器２０の一つの好適な実施例を示す。具体的には，二種エネルギー撮像の実施例としては，多重検出器２０は，気体イオン化検出器６０と半導体イオン化検出器６２とで構成される。
【００３８】
気体イオン化検出器６０は，高電圧板６４とそれに対向する基板６６とから成る。基板６６は，適切な電気伝導性特性を備えた伝導性のガラスかプラスチック製の基板である。基板６６は，イオン注入か半導体物質の薄膜の析出によって絶縁体表面に電気伝導層を設けたものである。複数の絶縁されたマイクロストリップ陽極６８が，同じような複数の絶縁されたマイクロストリップ陰極７０と交互に形成される。従って，電場７２が，高電圧板６４と基板６６との間に発生する。高電圧板６４と基板６６と陽極６８と陰極７０とは，信号線４６を介してエネルギー検出回路４４に接続される。
【００３９】
半導体イオン化検出器６２は，バイアス電極７８が立方体形状の一方の表面上に配置され，複数の収集電極８０が反対側の表面上に配置された立方体の形をした半導体物質７６で構成される。従って，電場８２はバイアス電極７８と収集電極８２の間に発生する。バイアス電極７８と収集電極８０の両方は，信号線５２を介して検出回路５０に接続される。
【００４０】
本発明の実施例全てにおいて，エネルギー検出器の検出部，たとえば陽極６８と陰極７０と収集電極８０と低エネルギー検出回路４４と高エネルギー検出回路５０とは，容器２１内に集積した回路として組み込まれる。集積した回路は，集積された全ての能動と受動の信号調整回路および関連回路を提供し，プロセッサ４０によって受信されたデジタル出力を生成する。
【００４１】
図２に示すように，検出器６０は，高い一次量子検出効率と高い電荷変換効率とを示す高圧気体環境を採用している。気体の圧力が増加するにつれて，気体と作用する入射光子量は増加し，これにより量子効率が向上する。加えて，光子毎に作用し気体に堆積される光子エネルギー量も増加する。高圧力の下では，多数の電子と蛍光とが気体中で阻止され，したがって，感度は生成されたガンマ光子のもつエネルギーで決まる。飽和状態で作用する高圧気体充満イオン化検出器は，多くの点で優位である。
【００４２】
好適な実施例では，Ｘ線阻止能が高いので気体としてキセノンが採用されている。しかし，クリプトンでも，蛍光をあまり放出せず再吸収もしないで，しかも，入射放射線が，放出光電子とコンプトン電子の範囲を制限しながら容器２１に衝突する場所から広がる相互作用を許すので優位であり，従って，空間解像度が向上する。
【００４３】
高圧気体充満検出器６０の応答特性は，イオンと同期して運動静止（ｋｉｎｅｓｔａｔｉｃ）充満（ｃｈａｒｇｅｄ）電検出モードで密閉箱２１を移動することにより，大きく向上させることができ，ここで，イオン速度が多重検出器２０の走査速度２４に等しくまたは正反対の方向をもつように印加電場を調節することによって，イオン速度は調整される。いかなる時点においても，５０〜１０００本の画像データ線が，走査速度とサンプリングレートに依存して，同時に積分される。収集器電極の線一本だけは，完全に積分された画像データを読み取る必要がある。
【００４４】
マイクロストリップ基板６６をコレクタとして利用することで，多重検出器２０と撮像パラメータの性能の向上が得られる。光露光法を用いて陽極６８と陰極７０を利用することにより，広い領域に亙って均一に高いゲインが得られる。したがって，入射放射線を多重検出器２０を透過する方向に向けると，気体媒体の直接ガンマ線イオン化によって生成された一次電子は，陽極６８の方へ導かれる。電子が，陽極６８と陰極７０との間の電場に到達すると，擬似双極子陽極‐陰極構造のために，電子が陰極７０の方へドリフトし，電場強度が充分に高ければなだれ増幅される。
【００４５】
本実施例においては，高気体圧力を利用する多重検出器２０は，高い量子検出効率と制限された電子範囲と適切なゲインとの間の妥協物として選択された。細いコレクタと高い気体圧力と高いゲインとがとれることから検出器６０の気体マイクロストリップ基板は，空間解像度とコントラストとが高いという点で優位である。さらに，本発明において低エネルギー検出器を利用することは，陽極の近辺に引き起こされる高局部電場により印加電圧が低くても高いゲインが得られる点で優位である。別の優位性は，ゲインと量子効率が高いために，大きな信号が生成される点にある。さらに別の優位性は，陽極と陰極との間隔が狭く，高電場によってドリフト速度が大きく，マイクロストリップのキャパシタンスが小さいので信号収集時間が非常に短くて済む点にある。これによって，空間電荷効果が抑制される。他の優位性は，機械的安定性が高く，価格の安い検出器が提供される点にある。
【００４６】
図２に示すように，検出器６２は検出器６０で影響を受けずしかも半導体物質７６に衝突する入射放射線である，画像線１８を受ける。したがって，検出器６２は，Ｘ線を直接電気信号へ変換するのでデジタルＸ線撮影に最適である。たとえば，Ｃｄ１−ＸＺｎＸ Ｔｅは，密度が高く（５．８ｇ／ｃｍ３），有効原子番号Ｚが４９．６（Ｃｄ０．９：４８， Ｚｎ０．１：３０，Ｔｅ：５２）なので阻止能が高いため医用および産業用の撮像目的に最適な半導体物質の一つである。この物質を用いれば，検出器の厚みを削減でき空間解像度が向上する。その他の可能性のある半導体物質としては，原子番号が大きく密度が高いａ−Ｓｅとａ−ＳｉとＣｄＴｅ，およびそれらと同等のものが挙げられる。多重検出器２０として実現されたようにこの種の半導体イオン化検出器が優位である点は，イオン化線吸収効率が高く，直線性に優れていて，安定性が高く，感度が高く，ダイナミックレンジが広いことにある。高圧ブリッジマン法を用いた高品質Ｃｄ１−Ｘ ＺｎＸ Ｔｅ半導体結晶の発展に，より大きな進歩があった。すなわち，ＣｄＴｅとＺｎとの合金を使用することによって，この半導体の体固有抵抗は約１０１１Ω−ｃｍになる。この様に固有抵抗が高いのは，三元化合物半導体のバンドギャップが広いため漏れ電流が低くノイズ特性が低いからである。固体検出器の撮像機能は，時間遅れ積分法を採用すれば向上する。この方法によれば，半導体物質は，Ｎ列とＭ行とから成るピクセルアレイとして構成される。収集電荷が列方向に転送される速度は，検出器を走査し画像面に平行に並進する速度と同期される。これによって，個々のピクセルで収集された信号より大きな信号を供給することにより観察被検体の一部に対応する収集電荷は，画像取得中に積分される。
【００４７】
放射線１８が検出器６０と検出器６２とを通過すると，対応する信号４６と５２が検出回路４４と検出回路５０とによってそれぞれ生成され，受けられる。各回路４４や５０は，それぞれの電場の印加を制御し，収集信号を監視し，必要に応じて，既知の方法で信号フィルタ処理や信号処理を行う。たとえば，高電圧板６４と基板６６とは，回路４４に接続され，電場７２の印加を制御する。一方，陽極６８と陰極７０とは回路４４に接続され，イオン化気体媒体の低エネルギー吸収を監視する。同様に，バイアス電極７８と収集電極８０とは，回路５０に接続され，電場８２の印加を制御し，半導体基板のエネルギー吸収を監視する。回路４４と５０とは，対応する信号４２と４８をプロセッサ４０へ送る。プロセッサは，これらを受けてコントラストの良い信号５４を生成する。
【００４８】
別の実施例においては，電場の向きに応じて多媒体検出器の位置を変化させる。どの場合にも，気体イオン化検出器は常に検出回路４４に関係付けられ，半導体イオン化検出器は常に検出回路５０に関係付けられる。
【００４９】
図３は別の多重検出器１００を示す。多重検出器１００は，容器２１に収容され，気体イオン化検出器としての第１のすなわち低エネルギー検出器１０２とそれに隣接配置された半導体イオン化検出器としての第２のすなわち高エネルギー検出器１０４とで構成される。本実施例では，放射線１８はまず最初に半導体基板１０３を備えた検出器１０２にあたる。検出器１０２では，基板１０３の一方の側に放射線１８が直接当たるバイアス電極１０６が設けられ，基板１０３の他方の側に複数のピクセル１０９からなるピクセルアレイ検出器１０８が設けられる。したがって，電場１１０が基板１０３を透過するように発生され，放射線１８と反対方向に向けられる。二種エネルギーの実施例の場合，低エネルギーの放射線１８は，まず最初に基板１０３で吸収され，吸収されなかったエネルギーが検出器１０４へ差し向けられる。検出器１０４は，高電圧板１１２とそれに対向する基板１１４とで構成される。前記の実施例と同様に，複数のマイクロストリップ陽極１１６と複数のマイクロストリップ陰極１１８とが交互に配置される。したがって，電場１２０が，放射線１８と直交し走査方向２４とは反対の方向に向けられる。検出器１０２と検出器１０４とによって生成された画像は，対応する回路４４と５０へ転送され，プロセッサ４０によって処理される。プロセッサ４０はコントラストの良い画像信号５４を生成する。前記の実施例と同様に，検出器１０４と１０２に関係付けられた電気リード線および構成部品は，それぞれの検出回路に接続され，検出回路はプロセッサ４０に接続される。
【００５０】
別の実施例として，図４は別の多重検出器１４０を示す。本実施例では，放射線１８はまず最初に電場と直交しつつ気体イオン化検出器１４２に当たる。その後，放射線１８は検出器１４２に隣接配置された半導体イオン化検出器１４４に入射する。本変形例では，しかし，バイアス電極１０６は，ピクセルアレイ検出器１０８に対向する検出器１４２に隣接配置される。あるいは，本実施例の構造的特徴全部を前述の実施例の検出器のものと同じにする。したがって，電場１１０は，入射放射線と同じ方向に向けられ，また，信号は前述の実施例と同様に収集され生成される。
【００５１】
必要により多重検出器１００と１４０の両方には，検出器の間に高域通過エネルギーフィルタ１５０を配置してもよい。
【００５２】
図５は別の多重検出器３００を示す。多重検出器３００は，気体イオン化検出器としての第一のすなわち低エネルギー検出器１０２と，それに隣接配置された半導体イオン化検出器としての第二のすなわち高エネルギー検出器１０４とで構成される。本実施例では，放射線１８は，最初に半導体基板３０３を備えた検出器３０２に当たる。検出器３０２では，基板３０３の一方の側に放射線１８が直接当たるバイアス電極３０６が設けられ，基板３０３の他方の側に複数のピクセル３０９からなるピクセルアレイ検出器３０８が設けられる。したがって，電場３１０が基板３０３を透過するように発生され，放射線１８と反対方向に向けられる。二種エネルギーの実施例の場合，低エネルギーの放射線１８は，最初に基板３０３で吸収され，吸収されなかったエネルギーが検出器３０４へ差し向けられる。
【００５３】
検出器３０４は，高電圧板３１２とそれに対向する基板３１４とで構成される。前記の実施例と同様に，複数のマイクロストリップ陽極３１６と複数のマイクロストリップ陰極３１８とが交互に配置され，収集器回路を形成する。この実施例の付加的な特徴とは，収集器回路に近接して配置される気体電子増倍管３３０，陽極３１６および陰極３１８が含まれることである。図５の断面部分に示したように，気体電子増倍管（ＧＥＭ）３３０は好適に，検出器内に位置し，収集器回路から数ミリメートルのところに配置される。気体電子増倍管３３０は気体媒体中で，気体に比例する増幅器として機能する薄い複合メッシュを含む。好適にＧＥＭ３３０は，絶縁フォイル３３２，すなわち両側３３４で，好適に矩形のマトリクスを形成する穴３３６があけられた金属クラッドより構成される。穴の大きさは好適に，ミクロンの範囲である。穴が形成されたフォイル３３２は散乱電子が動くことを妨げ，形成された電場にそった電子の経路を与える。
【００５４】
電場３２０が，放射線１８と直交し走査方向２４とは反対の方向に向けられる。電場３２０中の電子は，気体電子増倍管３３０と接触し，マトリクスの穴３３６を通過する経路をたどる。電子は穴３６内で気体粒子と衝突し，電子の活動性が増加する。この増加した活動性は，隣接する検出器の陽極３１６に形成された電場を増加させることになる。増加した電場は形成される信号を高める。
【００５５】
他の実施例において，ＧＥＭの両側３３４に電位差を与えることで信号の質が改良され，穴の縁の間に形成される双極場で電子増幅がなされる。なだれ現象が生じ，増加した電場が陽極３１６に形成される。どの実施例においても，増加した電場は増幅信号を形成することにより，信号対ノイズ比を改良する。どの種類の陽極収集器または形状（プリント回路基板，ピクセル構成基板，ストリップ基板など）も使用することができる。
【００５６】
信号対ノイズ比をさらに改良するために，マイクロストリップ陽極３１６および陰極３１８は上記したように電位を与えて，増幅器のように，またはフリッシュグリッドにように動作できる。それらをフリッシュグリッドのように動作させると，収集電極は非収集グリッドよりも非常に小さく作られ，ストリップの一つは，第二の電極のものに対して僅かに正の電位に維持される。図５は，フリッシュグリッド能力をもちストリップ収集器を示す。図示のように，低エネルギーの検出器の陽極３１６は，非収集陰極よりも非常に小さい。非収集陰極ストリップは，収集器をシールドするように機能する。より大きな誘導電荷はストリップ収集陽極に生ずる。どのような形状の陽極，陰極も，陽極が陰極よりも小さい限り利用することができることに留意されたい。この大きさの違いは，誘導信号を最小にする。たとえば，図７は，一連の小さな陽極３１７，および矩形となった基板３０３上に配置されたより大きな陰極３１９を有する他の実施例を示す。ストリップ３１６および陰極３１８の場合，より大きな陰極３１９は誘導電荷信号を減少させる。表面抵抗を確実に最適にするために，アンダーコーティングまたはオーバーコーティングのような適切な表面技術がストリップに適用される。陽極および陰極をフリッシュグリッドのように動作させることにより，誘導電荷ではなく電荷の移動から生ずる信号が検出できる。したがって，線広がり関数は，非常に狭くなり，質が高められた画像が得られる。高エネルギー検出器３０４および検出器３０２により形成された画像は，つぎに，図１にように，プロセッサ４０（コントラストの良い画像信号７４を生成する）により処理するために，対応する回路４４および７０に転送される。前述した実施例の場合のように，検出器３０４および３０２と関連した部品の電気リード線はそれぞれ検出器回路に接続され，回路は寿運にプロセッサ４０に接続される。
【００５７】
さらに，他の多重検出器が，符号４００が付されて図６に一般的に示されている。上述したように，多重検出器４００は第一の検出器４０２および第二の検出器４０４を備える。この実施例おいて，ＧＥＭ４３０は検出器内に配置される。Ｘ線により生成された一次電子は上記にようにＧＥＭ４３０へとドリフトする。電子の増加はＧＥＭ４３０で生じる。これが生じると，生成したイオンは陰極４１６へとドリフトする。陰極４１６はフリッシュグリッドとして使用される。上述のように，収集電極は，非収集グリッドのものより非常に小さく，ストリップの一つは，第二の電極のものに関して，僅かに正の電位に維持される。ストリップの一つを，僅かに正の電位に維持することにより，増幅が生じる。面抵抗を確実に最適にするために，アンダーコートまたはオーバーコートのように適切な表面処理技術が利用される。
【００５８】
好適に，マイクロストリップ検出器の製造は光露光法を利用し，陽極−陰極ワイヤを極薄層の伝導性ストリップで置き換える。これら技術の使用は，陽極−陰極パターンの精度を向上させ，マイクロストリップ検出器内に広い領域にわたって高いゲインの一様性を確実にする。これら技術の使用で，伝導性ストリップは絶縁または部分的に絶縁のガラス基板の上に陽極−陰極パターンとなって配置される。
【００５９】
気体の直接Ｘ線イオン化により生成される一次電子はマイクロストリップにドリフトする。これら電子がマイクロストリップ基板に到着すると，電子は，正に帯電したストリップに向かってドリフトし，なだれ増幅を受ける。擬似双極子陽極‐陰極構造により，増幅をなす高い場の強度が達成される。イオンは，検出した画像信号をもたらす隣接した陰極上に急速に集まる。生成された画像は，つぎに図１に示されているように，プロセッサ４０（コントラストの良い画像信号７４を生成する）により処理するために，対応する回路４４および７０に転送される。前述した実施例の場合のように，検出器４０４および４０２と関連した部品の電気リード線はそれぞれ検出器回路に接続され，回路は寿運にプロセッサ４０に接続される。
【００６０】
前述の考察から分かるように，多重検出器２０，１００，１４０，３００，あるいは４００を備えたシステム１０が，固体イオン化検出器の高エネルギー吸収効率と微細マイクロストリップコレクタの高空間解像度および低エネルギー検出器の高ゲインとが同時に実現される。したがって，優れた空間解像度とコントラストとが低放射線量で実現される。加えて，システム１０によって二種エネルギーシステムの設計や最適化を自由に行うことが出来る。本発明に開示された検出器は全て走査スロットビームにおいても，またはピクセル構成形状でも作動できる。これらの検出器は広い領域の検出器としても作動できる。運動静止（ｋｉｎｅｓｔａｔｉｃ）原理は，低エネルギー検出器による撮像信号の生成に利用される。一方，高エネルギー検出器は，走査スロットビームの形状の態様に合わせた観察信号を生成するために時間遅れ積分法を用いる。
【００６１】
本発明の目的は，上記の構造と方法とによって達成される。特許法にしたがって，本発明の最良の形態と適切な実施例のみについて詳細に述べたが，本発明はそれらに限定されるものではない。したがって，本発明の真の範囲と広さを理解するために前記の特許請求の範囲を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は，多密度多原子番号検出器撮像システムの略示図である。
【図２】
図２は，撮像システムで用いられる適切な検出器の略示図である。
【図３】
図３は，撮像システムで用いられる検出器の第一の他の実施例である。
【図４】
図４は，撮像システムで用いられる検出器の第二の他の実施例である。
【図５】
図５は，撮像に用いられる他の実施例の部分断面略示図である。
【図６】
図６は，撮像に用いられる他の実施例の部分断面略示図である。
【図７】
図７は，撮像に用いられる他の実施例の部分断面略示図である。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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