JPS5852298B2 - Ｘ線検出器列 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電離箱型のＸ線検出器に関するものである。

更に詳しく言えば、本発明はコンピユータ化されたＸ線
断層撮影システムにおいて使用すべき二次元的配列の高
圧電隣箱群から成る多室式Ｘ線検出器に関する。

コンピユータ化されたＸ線断層撮影法に釦いては、Ｘ線
強度の空間分布を電気信号に変換し、次いでその電気信
号を処理して画像情報を得ることが必要である。

かかるシステムにむいて使用すべき検出器は、高度の空
間解像力をもってＸ線の電磁エネルギーを効率的に検出
するものでなければならない。

Ｘ線断層撮影システムに釦ける情報速度は一般にＸ線検
出器の回復時間によって制限される。

それ故、回復時間が早く、感度が高く、かつ空間解像力
の大きいＸ線検出器を使用することが望ましいわけであ
る。

ここで提唱されるＸ線断層撮影システムは数百のかかる
Ｘ線検出器群を使用するものである。

このようなシステムを製造するための経済的な方法とし
ては、空間的に分離された多数のＸ線検出室を単一のア
センブリ中に組込んだ多室式構造を利用すればよい。

コンピユータ化されたＸ線横軸断層撮影装置における強
度分布の測定のためには、電離箱列が通例使用される。

かかる装置の典型的な応用例によれば、移動するＸ線源
から繰返してパルスが発信される。

その結果、同一平面内に位置しかつ検査中の人体を通過
する多数の独立した光路に沿ってＸ線エネルギーが透過
される。

人体を通って透過されたエネルギーを電離箱列にむいて
検出しかつディジタルコンピュータを用いて解釈すれば
、検査平面内にお−ける人体内部構造の横断面画像が得
られる。

Ｘ線断層撮影法による典型的な診断作業の場合には、狭
い間隔をむいて配置されかつ人体のある領域を通過する
一連の実質的に平行な平面内の画像が求められる。

継続的に走査を行うためには、人体を通る軸線に沿って
患者またはＸ線装置を並進させればよい。

こうして求められた一群の画像から人体内部構造を三次
元的に復元することができる。

コノようなＸ線断層撮影システムにおける画像の形成速
度は、言う１でもなく、機構の物理的回転釦よび並進を
達成するのに要する時間によって制限される。

典型的には、単一平面内にふ・いて画像を形成するのに
要するデータを蓄積するために１秒以上の時間が必要と
される。

それ故、大きな人体領域の復元を行う場合には、検査作
業中にむける患者またはその体内器官の動きによって混
乱の生じることが多い。

さて本発明に従えば、Ｘ線の電磁エネルギーは大きい原
子量を持った高圧気体中に耘いて検出される。

Ｘ線光子が気体と作用し合えば、電界の存在下において
光電子−イオン対が生成する。

こうして生成した電子は正に帯電した二次元的配列の電
極上に集められる結果、それらの電極付近に於けるＸ線
強度に比例した電流が生じる。

本発明の一実施例は直線状に配列されたＸ線検出室から
成っていて、各室はある極性を持った平面状の電極督よ
びそれと向い合って配置されかつ反対の極性を持った分
節状の電極列を含んでいる。

その結果、複数の平行線に沿ったＸ線強度分布を同時に
測定することができる。

コンピユータ化されたＸ線断層撮影システムにかいて本
発明のＸ線検出器列を使用すれば、複数の平行な平面内
に耘けるＸ線透過データを同時に記録することができる
。

すなわち、２つ以上のＸ線断層撮影画像に関するデータ
を平行して得ることができる。

その結果、全身のＸ線断層撮影検査に要する時間は短縮
され、しかも患者の動きによるゆがみ効果も削減される
。

本発明に固有なものと信じられる新規な特徴は前記特許
請求の範囲中に示されている。

とは言え、添付の図面に関連してなされる以下の詳細な
説明を参照すれば、本発明それ自体並びにその目的３よ
び利点が最も良く理解されよう。

ところで、Ｘ線光子が重い検出気体の原子と作用し合え
ば電子−イオン対が生成する。

一般に、気体原子がＸ線光子を吸収すると、その電子エ
ネルギー準位の１つから光電子が放出される。

かかる光電子が気体中を移動し、そして他の気体原子と
作用し合って電離を引起せば、電子むよび陽イオンのシ
ャワーが生じる。

それらを適当な電極上に集めれば、電流の流れを得るこ
とができる。

たとえば約１０気圧のキセノンガスを６０ＫｅＶＯＸ線
光子で照射した場合、３４．５ ＫｅＶのキセノンに殻
から約２５．５ ＫｅＶの光電子が放出される。

約０．１關の飛程を有する２ ５．５ ＫｅＶの光電子
はそれぞれ約８００の電子−イオン対を生成する。

互いに反対の極性を持った２つの電極間の区域内にそれ
らの電子−イオン対が生成すれば、それらは電気力線に
沿って電極へ移動し、従って両者間には正味の電流が流
れることになる。

従って、両極間に流れる電流は電極付近において作用を
及ぼしたＸ線光子の総数の関数となる。

Ｘ線光子が検出される確率は、気体の原子量および集電
電極間に存在する気体原子の数の関数である。

従って、高感度の検出器を作るためには原子量の大きい
気体を比較的高い圧力下で使用すればよい。

検出器の感度はまた、電極の間隔従って電極間の気体分
子数を増大させることによっても上昇し得る。

しかるに、電極の間隔が増大すれば電子−イオン対が移
動しなければならない距離は増大し、従って検出器の回
復時間が長くなる傾向を生じる。

また、電極間の電界勾配を増大させれば電子−イオン対
の移動速度は増大し、従って検出器の回復時間は短かく
なる傾向を生じる。

この場合にも、電界勾配が過大になればなだれ現象によ
る気体の絶縁破壊が起り、そのため検出感度が廃蜜の非
直線的応答を示すことが公知である。

本発明の検出器は、電子の増倍をもたらすには不十分な
電界勾配の下で動作する。

すなわち、かかる検出器は比例計数管ではなくて電離箱
であると言うことができる。

上記のごとき電子−イオン対の生成はに殻より放出され
た光電子からのエネルギー伝達にのみ起因するものであ
って、印加された電界の影響下で移動する電子またはイ
オンの衝突に起因するものではない。

電離箱型Ｘ線検出器に釦いて使用するのに適した電界勾
配の値は当業界に釦いて公知であって、ダブリュー・ア
ールヘンディー（Ｗ 、 Ｒ、Ｈｅｎｄｅｅ ）著「メ
ディカル・ラデイエーション・フィジックス（Ｍｅｄｉ
ｃａｌＲａｄｉａｔｉｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ）ｊ （イ
ヤー・ブック・メディカル・パブリツシャーズ社、シカ
ゴ）の第４耘よび］７章に一層詳しく記載されている。

なお、本発明の検出器は約１０〜約］ ０００ Ｖ／ｍ
ｍの電界勾配の下で動作する。

重い原子のに殻から光電子が放出されたことによって生
じた空所を埋めるため、Ｌ殻の電子が落込むのが普通で
ある。

Ｌ殻準位からに殻準位への電子の落込みに起因するエネ
ルギー差は二次Ｘ線光子の形で放射される。

たとえばキセノンガスの場合、Ｌ殻準位からに殻準位へ
の移行は２９ ＫｅＶのＸ線光子を生じる。

高圧気体中にむけるこれらの二次Ｘ線光子の飛程は一般
に光電子の飛程よりも遥かに太きい。

たとえば１０気圧のキセノンの場合、２５．５ＫｅＶの
光電子が約０． ］ ７Ｉｔ７ＩＬの飛程を有するのに
対し、２９ＫｅＶのＸ線光子は約２０山の飛程を有する
。

入射Ｘ線光子によって励起された重い気体分子の螢光現
象から生じる二次Ｘ線光子は検出器内の他の重い気体原
子によって吸収されるが、それらは入射Ｘ線光子と区別
できない。

このように、ある検出室の区域内に釦いて螢光現象によ
り生じた光子が多室式検出器を通過して別の検出室の区
域内へ移動し、そこに耘いて入射Ｘ線光子と同様にして
検出されることがある。

それ故、Ｋ殻からの螢光効果は電離箱型の多室式Ｘ線検
出器における空間解像力の低下の一因を成すことがわか
る。

第１図は本発明の多室式Ｘ線検出器の一実施例を示して
いる。

圧力容器（図示されていない）の中に高圧の検出気体１
６が封入されている。

圧力容器の一方の側には、Ｘ線波長の電磁放射線に対し
て実質的に透明な薄い窓が設けられている。

この窓は、放射線検出器業界に於いて公知でありかつか
かる目的のために広く使用されている任意の材料から成
り得る。

そのような材料としては、たとえば、アルミニウム、プ
ラスチック樹脂、または原子番号の小さい金属で強化さ
れたプラスチック樹脂母体が挙げられる。

本明細書中に於いて使用される「実質的に透明」という
表現は、Ｘ線が窓材と作用し合う確率とそのＸ線が検出
気体１６と作用し合う確率とを比べれば、前者の方が遥
かに小さいことを意味する。

第１図の場合、Ｘ線は図面の平面に対してほぼ垂直な方
向から検出器列に入射する。

圧力容器を満たす検出気体１６は、Ｘ線波長の電磁放射
線に対して実質的に不透明となるように選ばれている。

本明細書中にち・いて使用される「実質的に不透明」と
いう表現は、Ｘ線が検出気体１６と作用し合う確率とそ
のＸ線が窓材と作用し合う確率とを比べれば、前者の方
が遥かに大きいことを意味する。

気体の種類、気体の圧力、および電極の間隔は、当業界
に釦いて公知の方法により、入射Ｘ線光子の大部分（典
型的には７０％以上）が気体の内部で吸収されるように
選ばれる。

検出気体１６としては、典型的な場合、原子番号の大き
い稀ガスたとえばキセノン、クリプトン、アルゴンなど
、あるいはアルゴンの原子量（すなわち３９．９）より
大きい原子量を持った原子から成る分子状気体を約１０
〜約１００気圧の圧力下で使用すればよい。

圧力容器内部の検出気体１６中には複数の平面状陰極板
１０が配置されている。

陰極板１０同士の間には、（詳しく後述されるような）
複数の分節状陽極アセンブリ１２が両方の陰極板から等
距離となるように配置されている。

陰極板１０釦よび陽極アセンブリ１２はポルト２０によ
って支持されかつ絶縁体１８によって分離されている。

所望ならば、絶縁体１８に沿って流れて測定誤差を持込
むことのある電流を排流させるため、陰極板１０と陽極
アセンブリ１２との間の絶縁体１８中に接地された保護
環２２を挿入してもよい。

陰極板１０は電圧源２４によって大地に対し負の電位に
維持されている。

本発明の好適な実施例の記載に際しては、説明を容易に
するため、電極を「陰極」釦よび「陽極」と呼んできた
。

しかしながら、これらの検出器に印加される電位の極性
を逆転させても本発明の動作原理には影響がないこと、
そしてまた「陰極」電位に対して負の電位を印加しても
「陽極」構造物の動作には差支えがないことが了解され
るべきである。

要するに、本明細書中で使用される「陰極」および「陽
極」という表現は互いに反対の極性を持った電極を意味
するに過ぎないのである。

陽極アセンブリ１２の各々は、入射Ｘ線ビームの方向に
ほぼ平行な方向に沿いながら薄い誘電体シート１５の表
面上に配置された複数の独立したストリップ状陽極素子
１４ａ乃至１４ｆから戒っている。

個々の陽極素子は陰極板１０および誘電体シート１５に
対して垂直に位置する複数の平面に沿って群を成すよう
に配列されている。

すなわち、陽極素子１４ａおよび１４ｂは検出器列を通
る第１の平面を規定するのに対し、陽極素子１４ｃおよ
び１４ｄは第２の平面を規定し、また陽極素子１４ｅお
よび１４ｆは第３の平面を規定する。

検出器列中には任意の数の陽極素子を組込み、それによ
って多数の独立した平面を規定することもできる。

とは言え、Ｘ線源の強度、電子回路部品の費用、および
螢光Ｘ線の解像力制限効果がもたらす制約のため、実用
的な検出器における平面の数は一般に２筐たは３に制限
される。

第１図の場合、陽極素子１４ａ、１４ｃおよび１４ｅは
１つの検出室用の陽極構造物を槽底する一方、陽極素子
１４ｂ、１４ａ釦よび１４ｆは隣接した検出室用の陽極
構造物を槽底する。

しかるに、陽極素子１４ａ〜１４ｆを単一の誘電体シー
ト１５上に設置した結果、個々の部品の数釦よび検出器
列の複雑さが実質的に削減されている。

典型的な場合、誘電体シート１５は雲母、ガラス繊維で
強化されたシリコーン樹脂、または検出器業界にかいて
かかる目的のために広く使用されているその他任意の材
料から成り得る。

第２図は陽極アセンブリ１２の断面図である。

個々の陽極素子１４ａ＞よび１４ｂはリード線２５に接
続され、そしてそのリード線は絶縁ブツシュ２７を介し
て圧力容器２６の後壁を通過している。

各々の陽極素子１４ａ乃至１４ｆは電流測定回路２８を
介して接地されている。

典型的な場合、電流測定回路２８は圧力容器の外部に位
置するもので、陽極素子からの電流をディジタルコンピ
ュータで処理可能な信号に変換する電子回路から成り得
る。

陰極板１０はＸ線波長の電磁放射線に対して実質的に不
透明な金属から作られている。

陰極板として使用するには、原子番号の大きい金属たと
えばモリブデン、タンタルまたはタングステンが適して
いる。

実例を挙げれば、典型的な検出器に訃ける陰極板は０．
０５ｍｍのモリブデンまたはタングステンシートから作
られている。

Ｘ線光子は、陽極アセンブリ１２および陰極板１０とほ
ぼ平行な方向に沿って検出器の窓から入射する。

かかる光子は陽極アセンブリ１２と陰極板１０との間の
区域内にある検出気体１６と作用し合う。

検出気体１６と光子との相互作用によって生成した電子
−イオン対が電気力線に沿って移動し、そして陽極素子
釦よび陰極板上に集められれば、電流信号が生じる。

個々の陽極素子１４＆乃至１４ｆから流れる電流は、そ
の陽極素子と隣接する陰極板１０との間の区域内にある
検出気体１６と作用し合うＸ線光子の数に比例する。

このような検出器は、Ｋ殻からの螢光Ｘ線の解像力制限
効果に対してはそれほど敏感でない。

陽極アセンブリ１２と陰極板１０との間の区域内に釦い
て螢光現象により生成したＸ線光子が隣接する検出室内
で電子−イオン対を生成するためには、陰極板１０を通
過することが必要である。

しかるに前述のごとく、陰極板１０はＸ線光子に対して
実質的に不透明な材料から作られているため、隣接する
検出室内において電流を生じるのに十分なだけの飛程を
持った螢光Ｘ線光子の入射は著しく削減されることにな
る。

本実施例の陽極アセンブリ１２および陰極板１０は光子
の入射方向と平行に位置している。

それ故、誘電体シート１５″Ｊ＝−よび陰極板１０を割
合に接近させて配置することによって回復時間の短かい
検出器を得ることができる一方、両者の長さを大きくす
ることによって感度の高い検出器を得ることもできる。

実例を挙げれば、典型的な検出器における陽極アセンブ
リ１２釦よび陰極板１０は中心距離が２ｍπとなるよう
に配置される。

かかる実施例の平行な陰極板１０はまた、外部の物体（
たとえば検査中の組織）による散乱を受けて斜め方向か
ら検出器に入射する光子を吸収するためにも役立つ。

陽極アセンブリ１２の個々の陽極素子１４＆乃至１４ｆ
は薄い誘電体シートの両側に配置されている。

それ故、誘電体シート１５の両側において互いに対を威
す陽極素子（たとえば１４ａおよび１４ｂ）の間にはか
なりの静電容量が存在する。

このような余分の静電容量は、電流測定回路２８中に通
例組込１れている積分回路や前置増幅器に負荷やその他
の妨害を加え、従ってかかる回路の応答時間を遅らせる
傾向を生じる。

第３および４図は電極間の静電容量が小さい陽極アセン
ブリ１２の変形実施例を示している。

個々の陽極素子３０＆、３０ｂ、３２ａトよび３２ｂは
、誘電体シート１５の表面上に配置された１群の平行な
導電性ストリップから成っている。

たとえば、陽極素子３０ｂは空隙３５によって分離され
た複数の平行な導電性ストリップ３４から戒っている。

典型的な場合、ストリップ３４０幅は空隙３５０幅に等
しい。

各陽極素子中のストリップ３４は電気的に並列接続され
、それから電流測定回路を介して接地される。

誘電体シート１５の一方の側にあるストリップ（たとえ
ば陽極素子３２ｂのストリップ３６）は、誘電体シート
１５０反対側にある陽極素子のス） ＩＪシッフ間空隙
（たとえば陽極素子３０ｂのス）Ｑラフ３４間の空隙３
５）と背中合せ配置されている。

その結果、誘電体シートの両側にある陽極素子間の静電
容量は著しく小さくなっている。

典型的な場合、各ストリップの幅は約０．２５ ｍｒｔ
ｔかつ長さは約２．５ｃｒｆ１であって、それはスクリ
ーン印刷またはエツチングによって形成することができ
る。

また、保護環２２（第１図）を検出器列の内部に独立し
た構造物として形成する必要はない。

第５図は検出器列の変形実施例を示すもので、この場合
には絶縁体１８と隣接しながら誘電体シート１５の表面
上に保護電極４０が配置されている。

その結果、所望ならば１．陽極素子１４ａ乃至１４ｆと
同様にして保護電極４０を誘電体シート１５上に配置す
ることができる。

本発明の検出器列は複数の平行な平面内にむけるＸ線透
過データの迅速な記録を可能にし、従って高速かつ高解
像力のＸ線断層撮影検査を可能にする。

かかる検出器列に合資れる構成部品の数は単一の圧力容
器内に収容できる程度に少ないため、Ｘ線装置内に容易
に設置できるコンパクトな構造物が得られることになる
。

以上、若干の好適な実施例に関連して本発明の詳細な説
明したが、当業者によれば更に数多くの変形や変更を加
えることが可能となろう。

それ故、本発明の精神釦よび範囲に反しない限り、かか
る変形や変更の全てが前記特許請求の範囲中に包含され
るものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の検出器列を示す略図、第２図は第１図
の検出器夕１沖に使用される集電電極の平面断面図、第
３および４図は電極間の静電容量が小さい集電電極の変
形実施例を示す略図、そして第５図は第１図の検出器列
の変形実施例を示す略図である。 図中、１０は陰極板、１２は陽極アセンブリ、１４ａ乃
至１４ｆは陽極素子、１５は誘電体シート、１６は検出
気体、１８は絶縁体、２２は保護環、２４は電圧源、２
８は電流測定回路、３０ａ乃至３０ ｂ 釦よび３２ａ
乃至３２ｂは陽極素子、３４および３６はス） ＩＪツ
ブ、３５は空隙、そして４０は保護電極を表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｘ線波長の電磁放射線に対して実質的に不透明な気
   体媒質、前記気体媒質中に配置された複数の実質的に平
   面状の陰極、各々が２つの前記陰極間に釦いて両者から
   ほぼ等距離となるようにして前記気体媒質中に配置され
   た複数の実質的に平面状の陽極アセンブリ、および前記
   陰極と前記陽極アセンブリとの間に電圧を印加する手段
   の諸要素から成る形式のＸ線検出器列にむいて、前記陽
   極アセンブリの各々が入射Ｘ線ビームと実質的に平行と
   なるようにして平面状誘電体シートの１つ以上の表面上
   に配置された複数の導電性ストリップから成ることを特
   徴とするＸ線検出器列。 ２ 互いに隣接する陽極アセンブリの平面同士が実質的
   に平行である、特許請求の範囲第１項記載のＸ線検出器
   列。 ３ 前記陰極の各々がＸ線波長の電磁放射線に対して実
   質的に不透明な材料から成る、特許請求の範囲第１また
   は２項記載のＸ線検出器列。 ４ 前記陽極アセンブリ中の導電性ストリップが前記入
   射Ｘ線ビームと実質的に平行かつ前記誘電体シートに垂
   直な複数の測定平面を威すように配置されている、特許
   請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に記載のＸ線検出
   器列。 ５ 各々の前記陽極アセンブリ中の前記ストリップの少
   なくとも１つが各々の前記測定平面中に配置されている
   、特許請求の範囲第４項記載のＸ線検出器夕１１０ ６ 前記ストリップが前記誘電体シートの相対する表面
   上に配置されている、特許請求の範囲第１〜５項のいず
   れか１項に記載のＸ線検出器列。 ７ 前記誘電体シートの第１の表面上にある前記ストリ
   ップの各々が前記誘電体シートの第２の表面上にある前
   記ス） ＩＪツブの１つと背中合せに配置されている、
   特許請求の範囲第６項記載のＸ線検出器列。 ８ 前記ス） ＩＪツブの各々が電気的に並列接続され
   た複数の導電性部分から戒り、かつ前記部分の各々が隣
   接する部分から間隔をむいて配置されている結果として
   それらの間に複数の空隙が形成されている、特許請求の
   範囲第６項記載のＸ線検出器列。 ９ 前記誘電体シートの第１の側にある前記部分が前記
   誘電体シートの第２の側にある前記空隙と背中合せに配
   置されている、特許請求の範囲第８項記載のＸ線検出器
   列。 １０ 前記ストリップの各々が隣接するス） ＩＪツブ
   から電気的に絶縁され、かつ前記ス） ＩＪツブの各各
   および電圧を印加する前記手段と直列に接続された電流
   測定手段が追加包含されている、特許請求の範囲第１〜
   ９項のいずれか１項に記載のＸ線検出器列。 １１ 電圧を印加する前記手段がこの検出器列を電離箱
   方式で動作させるようなものである、特許請求の範囲第
   １０項記載のＸ線検出器列。 １２前記電圧の大きさが前記気体媒質中になだれ増倍を
   誘発捷たは維持する程度に１で達しない、特許請求の範
   囲第１０または１１項記載のＸ線検出器列。 １３前記電流測定手段が前記ストリップをほぼ大地電位
   に維持するのに役立つ、特許請求の範囲第１０〜１２項
   のいずれか１項に記載のＸ線検出器列。 １４電圧を印加する前記手段が前記陰極と大地電位との
   間に接続された電圧源である、特許請求の範囲第１３項
   記載のＸ線検出器列。 １５前記気体媒質がアルゴンの原子量以上の原子量を持
   った元素から成り、かつ前孔気体媒質の圧力が約１０〜
   約１００気圧である、特許請求の範囲第１〜１４項のい
   ずれか１項に記載のＸ線検出器列。 １６前記気体媒質がキセノンから成る、特許請求の範囲
   第１５項記載のＸ線検出器列。 １７前記陰極がモリブデン、タンタル渣たはタングステ
   ンから成る、特許請求の範囲第１〜１６項のいずれか１
   項に記載のＸ線検出器列。 １８前記誘電体シートの両側の表面上に配置された接地
   保護電極および前記保護電極の各々と隣接する陰極との
   間に配置された絶縁手段が追加包含される、特許請求の
   範囲第１〜１７項のいずれか１項に記載のＸ線検出器列
   。