JPS59100885A - 放射線検出素子アレイ - Google Patents
放射線検出素子アレイInfo
- Publication number
- JPS59100885A JPS59100885A JP57210761A JP21076182A JPS59100885A JP S59100885 A JPS59100885 A JP S59100885A JP 57210761 A JP57210761 A JP 57210761A JP 21076182 A JP21076182 A JP 21076182A JP S59100885 A JPS59100885 A JP S59100885A
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- JP
- Japan
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- radiation
- semiconductor
- radiation detection
- array
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
- G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
- G01T1/2921—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras
- G01T1/2928—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras using solid state detectors
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、X線診断装置、非破壊検査用X線検査装置等
に用い得る放射線検出素子アレイに関する。
に用い得る放射線検出素子アレイに関する。
従来例の構成とその問題点
従来、X線検査にはX線写真が多く用いられてきたが、
感度が充分といえず検診時被ばく線量の低減が求められ
、まだ、コントラスト分解能が不足でコントラストをつ
けるために造影剤等が用いられてきた。
感度が充分といえず検診時被ばく線量の低減が求められ
、まだ、コントラスト分解能が不足でコントラストをつ
けるために造影剤等が用いられてきた。
近年、コンピュータートモクラフィー装置が開発されて
きたか、これは断層撮影ができるのみならず、コントラ
スト分解能が良好で筋肉質と脂肪質等の放射線吸収係数
のわずかに違う物質が識別てき、癌等も大きいものであ
れば造影剤なしで識別することができるようになった。
きたか、これは断層撮影ができるのみならず、コントラ
スト分解能が良好で筋肉質と脂肪質等の放射線吸収係数
のわずかに違う物質が識別てき、癌等も大きいものであ
れば造影剤なしで識別することができるようになった。
これは、放射線感応センサーの精度が向上したことが犬
き外理由であるが、しかしまだ不充分であり、小さな癌
°までも識別することは不能であった。また、被ばく線
量も少ないとは言えず、さらに低減の必要があった。
き外理由であるが、しかしまだ不充分であり、小さな癌
°までも識別することは不能であった。また、被ばく線
量も少ないとは言えず、さらに低減の必要があった。
発明の目的
本発明の目的は、放射線感度が良好で被ばく線量が少な
く、かつコントラスト解像度が良好な新しい放射線検出
素子アレイを提供するものである。
く、かつコントラスト解像度が良好な新しい放射線検出
素子アレイを提供するものである。
発明の構成
本発明は、半導体よりなる放射線検出素子を基板上に線
状配列し、前記素子の相対向する結晶面に電極を設けて
アレイを形成し、入射吸収した放射線フォトンを電気パ
ルスとして計数するようにし、その素子制料の光電吸収
に対する実効電子番号が30以上で結晶厚さ、すなわち
、電極開極をo、s酊以下としたものである。とのアレ
イを被検体に泊って移動させることによって2次元の放
射線画像信号を得ることができる。
状配列し、前記素子の相対向する結晶面に電極を設けて
アレイを形成し、入射吸収した放射線フォトンを電気パ
ルスとして計数するようにし、その素子制料の光電吸収
に対する実効電子番号が30以上で結晶厚さ、すなわち
、電極開極をo、s酊以下としたものである。とのアレ
イを被検体に泊って移動させることによって2次元の放
射線画像信号を得ることができる。
実施例の説明
パルス計数して画像を得る方法では、1画素光りのパル
ス数の多い方がコントラスト解像度の良い画を得らね、
る。このためには検出パルス巾を狭くして、一定時間内
に多くのパルスを計数させる必要がある。このため、結
晶厚さを薄くしホール走行時間を短かくする。パルス巾
は厚さの2乗に比例するので、0・5酊程度のところに
実用上のパルス巾限度があり、これ以下の厚さであれば
105〜106カウント/画素の商品質画像が得られる
。
ス数の多い方がコントラスト解像度の良い画を得らね、
る。このためには検出パルス巾を狭くして、一定時間内
に多くのパルスを計数させる必要がある。このため、結
晶厚さを薄くしホール走行時間を短かくする。パルス巾
は厚さの2乗に比例するので、0・5酊程度のところに
実用上のパルス巾限度があり、これ以下の厚さであれば
105〜106カウント/画素の商品質画像が得られる
。
一方、結晶が薄いとX線の吸収率が悪くなる。光電吸収
に関する実効原子番号が30以上の材料を用いれば、0
・6が屑程度の厚さで30%以上の吸収率が得られる。
に関する実効原子番号が30以上の材料を用いれば、0
・6が屑程度の厚さで30%以上の吸収率が得られる。
このような条件の設計を含む放射線感応素子で、高感度
かつコントラスト解像度の良いものを見出した。
かつコントラスト解像度の良いものを見出した。
本発明の放射線検出素子アレイを実施例により説明する
。第1図a、 bは本発明の実施例にかかる放射線検
出素子アレイの構成図であり、aは平面図、bは正面図
である。図において、1は半導体検出素子結晶、2はそ
の基板、3は素子の上部電極、4は下部の共通電極であ
る。この素子アレイを被写体に沿って駆動させながら放
射線量を測定してゆくと2次元の画像信号を読み取るこ
とができる。
。第1図a、 bは本発明の実施例にかかる放射線検
出素子アレイの構成図であり、aは平面図、bは正面図
である。図において、1は半導体検出素子結晶、2はそ
の基板、3は素子の上部電極、4は下部の共通電極であ
る。この素子アレイを被写体に沿って駆動させながら放
射線量を測定してゆくと2次元の画像信号を読み取るこ
とができる。
すなわち半導体検出器素子結晶1に入射した放射線は、
光電効果やコンプトン効果の反応を半導体材料内で起こ
すと、二次電子を発生する。この二次電子は、半導体内
を移動し、その通路の周囲に、電子−正孔対を発生させ
る。この電子−正孔対の数は、二次−1子の初期のエネ
ルギと比例する。
光電効果やコンプトン効果の反応を半導体材料内で起こ
すと、二次電子を発生する。この二次電子は、半導体内
を移動し、その通路の周囲に、電子−正孔対を発生させ
る。この電子−正孔対の数は、二次−1子の初期のエネ
ルギと比例する。
第2図に原理の説明のだめの図を示す。図において、6
は半導体検出器素子結晶、6は電極、7は他の電極であ
る。半導体検知層に強い電界を印加すると、電子と正孔
はそれぞれの電極の方向に高速で移動し、電荷パルスを
発生する。放射線によって、二次電子が発生され、さら
に電子−正孔対が発生される時間は非常に短く、10−
12秒程度である。しかし、電子や正孔、特に正孔が半
導体内を移動する時間が長いため、従来はパルス巾の狭
い高速パルス出力を得ることは困難であった。人体等の
X線透過像を得る場合は、該プレイを人体に沿って少く
とも10 Sec以内の短時間に移動し、少くとも10
0点以上の位置でのアレイ測定値を読みとる必要があり
、このためには1素子での1回の測定時間は短かく少く
とも1001960となる。
は半導体検出器素子結晶、6は電極、7は他の電極であ
る。半導体検知層に強い電界を印加すると、電子と正孔
はそれぞれの電極の方向に高速で移動し、電荷パルスを
発生する。放射線によって、二次電子が発生され、さら
に電子−正孔対が発生される時間は非常に短く、10−
12秒程度である。しかし、電子や正孔、特に正孔が半
導体内を移動する時間が長いため、従来はパルス巾の狭
い高速パルス出力を得ることは困難であった。人体等の
X線透過像を得る場合は、該プレイを人体に沿って少く
とも10 Sec以内の短時間に移動し、少くとも10
0点以上の位置でのアレイ測定値を読みとる必要があり
、このためには1素子での1回の測定時間は短かく少く
とも1001960となる。
ところが、パルス巾が広いと、この時間内に計数できる
パルスの数は少なくなり、画素でのダイナミックレンジ
が少さくなり、又、計数の精度が落ちる。従って、計数
精度等の向上のだめには出来るたけパルス巾の狭い高速
パルスを得るようにしなければならなかった。従来は、
この点での解決策が無く、パルス計測法は用いられない
で電流計測法によるもののみ(参考文献:Y、Nar、
useat al、、 IERE Trans 、
N5−27(1)、p、2.52゜1000年)で
あった。電流法による場合、パルス法に比べて放射線感
度が2桁以上低下する。
パルスの数は少なくなり、画素でのダイナミックレンジ
が少さくなり、又、計数の精度が落ちる。従って、計数
精度等の向上のだめには出来るたけパルス巾の狭い高速
パルスを得るようにしなければならなかった。従来は、
この点での解決策が無く、パルス計測法は用いられない
で電流計測法によるもののみ(参考文献:Y、Nar、
useat al、、 IERE Trans 、
N5−27(1)、p、2.52゜1000年)で
あった。電流法による場合、パルス法に比べて放射線感
度が2桁以上低下する。
本発明の要点の1つは、高速パルス計測のために、半導
体検出器結晶を、第1図に示すように、薄く形成し、薄
い結晶を間に挾んだ相対峙する面に電極を設け、電子及
び正孔の電極への走行距離を短かくすることによって、
その走行時間を短かくし、パルス巾の狭い高速パルスが
得られたことである。この点について、第2図に従って
詳しく説明する。放射線量子により、半導体内に発生し
た電子・正孔対は、半導体に印加された電界に従って、
電子は陽極へ、正孔は陰極へ移動する。これにより、外
部にパルス状の電流が流れる。そして、このパルス信号
の時間幅tは第1式で表わされることがわかっている。
体検出器結晶を、第1図に示すように、薄く形成し、薄
い結晶を間に挾んだ相対峙する面に電極を設け、電子及
び正孔の電極への走行距離を短かくすることによって、
その走行時間を短かくし、パルス巾の狭い高速パルスが
得られたことである。この点について、第2図に従って
詳しく説明する。放射線量子により、半導体内に発生し
た電子・正孔対は、半導体に印加された電界に従って、
電子は陽極へ、正孔は陰極へ移動する。これにより、外
部にパルス状の電流が流れる。そして、このパルス信号
の時間幅tは第1式で表わされることがわかっている。
t−d2/μ、Va ・・・・・・(イ)ここ
でt:パルスの時間幅 d:半導体検知層の厚さ μ:電子又は正孔の易動度 va:半導体検知層への印加電圧 上式によれば、パルス時間巾は、半導体層の厚さの2乗
に比例するので、例えば、厚さを殉にすれば店。。のパ
ルス巾になるわけである。
でt:パルスの時間幅 d:半導体検知層の厚さ μ:電子又は正孔の易動度 va:半導体検知層への印加電圧 上式によれば、パルス時間巾は、半導体層の厚さの2乗
に比例するので、例えば、厚さを殉にすれば店。。のパ
ルス巾になるわけである。
これを、実際の例、すなわち、CdTa (実効原子番
号ZX=49)とGILAS (ZR= s 1)で見
てみよう。CaTeのホール易動度は、μh= 8”/
V、sec 。
号ZX=49)とGILAS (ZR= s 1)で見
てみよう。CaTeのホール易動度は、μh= 8”/
V、sec 。
また、GaAsは、μ11=400である。電圧を10
0v印加したとして、厚さに対してパルス巾をプロット
すると第3図のようになる。CdTeは1朋厚で約1p
Sf90. GaAsはO−25p S el C+
O−6NN厚になるとCaTeは0.3 ps6a 、
GaAsは0−06pSeQになる。1朋厚とO,S
鞘厚ではパルス巾に数倍の差を生じる。このように0.
5闘厚以下では、パルス巾は0.2μsec以下となり
、パルスの時間分解能が現代の実用的回路技術で処理し
得る限度に近くなる。いま、1画素についてのパルス積
分時間を10o m5ecとするとパルス巾0.1μS
eCのパルス数は100 m5ec ÷0.1 μs6
0 = 106個近くとれることになる。放射パルスの
場合、統計的ゆらぎによる誤差は1r;7;103個で
あり、その画素での測定誤差は0,1%となる。筋肉質
、脂肪、水等の生体軟組織構成物質のX線吸収係数の差
は数条以下と言われ、この差異を検出するだめ、には画
素での測定精度として0.1%が必要と言われる。
0v印加したとして、厚さに対してパルス巾をプロット
すると第3図のようになる。CdTeは1朋厚で約1p
Sf90. GaAsはO−25p S el C+
O−6NN厚になるとCaTeは0.3 ps6a 、
GaAsは0−06pSeQになる。1朋厚とO,S
鞘厚ではパルス巾に数倍の差を生じる。このように0.
5闘厚以下では、パルス巾は0.2μsec以下となり
、パルスの時間分解能が現代の実用的回路技術で処理し
得る限度に近くなる。いま、1画素についてのパルス積
分時間を10o m5ecとするとパルス巾0.1μS
eCのパルス数は100 m5ec ÷0.1 μs6
0 = 106個近くとれることになる。放射パルスの
場合、統計的ゆらぎによる誤差は1r;7;103個で
あり、その画素での測定誤差は0,1%となる。筋肉質
、脂肪、水等の生体軟組織構成物質のX線吸収係数の差
は数条以下と言われ、この差異を検出するだめ、には画
素での測定精度として0.1%が必要と言われる。
従って、前述した入射xkの統計的ゆらぎによる誤差要
因はこの精度を保つレベルと言える。
因はこの精度を保つレベルと言える。
ところが、半導体層を薄くすれば放射線の吸収率が低下
し、放射線感度が悪くなるという逆の問題が生じる。第
4図は、CaTeとGaAsの結晶厚さと69 kev
X線の吸収率(%)の関係を示す図である。診断に用
いられるX線はe o keV内外である。
し、放射線感度が悪くなるという逆の問題が生じる。第
4図は、CaTeとGaAsの結晶厚さと69 kev
X線の吸収率(%)の関係を示す図である。診断に用
いられるX線はe o keV内外である。
0.511ff厚の場合、CaTeは光電吸収に関する
実効原子番号が49で約ao%の吸収効率を有し充分に
大きい。0.1111jl厚でも約30%ではソ実用的
に用い得る。GaAsは実効原子番号が31で、0.5
朋厚の場合吸収効率約30%でCdTeより小さいが、
はぼ実用的に用い得る。実効原子番号が30より小さい
結晶ではX線の吸収効率が小さく、換言すれば、X線に
対する感度が低く実用になし得ない。
実効原子番号が49で約ao%の吸収効率を有し充分に
大きい。0.1111jl厚でも約30%ではソ実用的
に用い得る。GaAsは実効原子番号が31で、0.5
朋厚の場合吸収効率約30%でCdTeより小さいが、
はぼ実用的に用い得る。実効原子番号が30より小さい
結晶ではX線の吸収効率が小さく、換言すれば、X線に
対する感度が低く実用になし得ない。
以上をまとめると、実効原子番号が30以上の半導体結
晶で厚さが0.6花種度のものであれば、診断用のX線
吸収は充分で感度も高い。さらに、以前に述べたように
、0.6ffW以下の厚さであるとパルス巾も短かい。
晶で厚さが0.6花種度のものであれば、診断用のX線
吸収は充分で感度も高い。さらに、以前に述べたように
、0.6ffW以下の厚さであるとパルス巾も短かい。
第5図a、bは第1図とは異なる本発明の他の実施例を
示しており、細長い結晶の1面に共通電極をつけ、これ
を基板に貼りつけ、さらに、上部に複数個の電極を取り
つけた例である。製法を簡略化したものである。このよ
うに、該アレイは種々の構成をとりうる。
示しており、細長い結晶の1面に共通電極をつけ、これ
を基板に貼りつけ、さらに、上部に複数個の電極を取り
つけた例である。製法を簡略化したものである。このよ
うに、該アレイは種々の構成をとりうる。
第6図に、該アレイを用いたX線受像装置の1例を示す
。X線管5を出たファンビームX線は、被検体6を透過
して半導体検出素子アレイ7に入射し、X線信号は各素
子によって検出され、そのパルス数信号はカウンター回
路系8に送られ、つぎに、画像処理・メモリ、表示系9
に送られ、画像として表示又はファイルされる。これは
、ふつうのX線透過写真であるが、このアレイは同様に
コンピュータトモグツイーに応用でき、断面像を得るこ
ともできる。
。X線管5を出たファンビームX線は、被検体6を透過
して半導体検出素子アレイ7に入射し、X線信号は各素
子によって検出され、そのパルス数信号はカウンター回
路系8に送られ、つぎに、画像処理・メモリ、表示系9
に送られ、画像として表示又はファイルされる。これは
、ふつうのX線透過写真であるが、このアレイは同様に
コンピュータトモグツイーに応用でき、断面像を得るこ
ともできる。
発明の効果
以上のような本発明の放射線検出素子は新しい放射線受
(II素子を用いて高度交かつコントラスト解像度の大
きいX線診断装置等を得ることが出来る。lA寸厚さ0
.5717mのCdTeによる放射検出素子アレイを用
いると、これは60keV X線の吸収効率が80%に
達するので、理論的限界に近い感度を持つことになる。
(II素子を用いて高度交かつコントラスト解像度の大
きいX線診断装置等を得ることが出来る。lA寸厚さ0
.5717mのCdTeによる放射検出素子アレイを用
いると、これは60keV X線の吸収効率が80%に
達するので、理論的限界に近い感度を持つことになる。
0.1=1mRでコントラストの良好なX線画像を得る
ことができる。これは、銀X線写真の100倍の感度に
相当する。また、1画素当り106カウントのレベルで
画像を得た場合、コントラスト解像度は非常に良好であ
り、生体組織の微細な違いを見分けることができる。
ことができる。これは、銀X線写真の100倍の感度に
相当する。また、1画素当り106カウントのレベルで
画像を得た場合、コントラスト解像度は非常に良好であ
り、生体組織の微細な違いを見分けることができる。
第1図(a>、 (b)は、それぞれ本発明の実施例に
かかる放射線検出素子アレイの平面図および正面図、第
2図は、放射線検出の原理の説明図、第3図は、素子厚
さと出力パルス巾との関係を示す図、第4図は、素子厚
さと60keVX線の吸収率との関係を示す図、第5図
(→、(b)は、本発明の他の実施例の放射線検出素子
アレイ平面図および正面図、第6図は、同素子アレイの
X線診断装置への応用を示す図である。 1・・・・・半導体素子結晶、3・・・・・・電極、4
・・・・他の電極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第2図 一口 第3図 ノ寥 さ (mmン 第4図 ′ 厚 ざ (m力。
かかる放射線検出素子アレイの平面図および正面図、第
2図は、放射線検出の原理の説明図、第3図は、素子厚
さと出力パルス巾との関係を示す図、第4図は、素子厚
さと60keVX線の吸収率との関係を示す図、第5図
(→、(b)は、本発明の他の実施例の放射線検出素子
アレイ平面図および正面図、第6図は、同素子アレイの
X線診断装置への応用を示す図である。 1・・・・・半導体素子結晶、3・・・・・・電極、4
・・・・他の電極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第2図 一口 第3図 ノ寥 さ (mmン 第4図 ′ 厚 ざ (m力。
Claims (3)
- (1)吸収した放射線フォトンを電気パルスとして計数
する半導体よりなる検出素子の素子材料の光電吸収に対
する実効原子番号を30以上とし、前記素子の複数個を
基板上に線状に配置するとともに線状に配置された前記
素子の相対向する面にそれぞれ複数個の電極を取りつけ
て複数個の素子からなるアレイを構成し、前記相対向す
る電極間隔が0.61Hm以下0.1mff+以上であ
ることを特徴とする放射線検出素子プレイ。 - (2)半導体がガリウム砒素であることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の放射線検出素子アレイ。 - (3)半導体がカドミウムチルルであることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の放射線検出素子アレイ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57210761A JPS59100885A (ja) | 1982-12-01 | 1982-12-01 | 放射線検出素子アレイ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57210761A JPS59100885A (ja) | 1982-12-01 | 1982-12-01 | 放射線検出素子アレイ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59100885A true JPS59100885A (ja) | 1984-06-11 |
| JPH056155B2 JPH056155B2 (ja) | 1993-01-25 |
Family
ID=16594687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57210761A Granted JPS59100885A (ja) | 1982-12-01 | 1982-12-01 | 放射線検出素子アレイ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59100885A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4651005A (en) * | 1983-10-12 | 1987-03-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Energy separated quantum-counting radiography |
| JPH01138485A (ja) * | 1987-11-25 | 1989-05-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 放射線画像装置 |
| WO1997012261A1 (fr) * | 1995-09-28 | 1997-04-03 | Pierre Fessler | Dispositif de mesure de l'intensite de rayons x |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57104876A (en) * | 1980-12-22 | 1982-06-30 | Toshiba Corp | Semiconductor radiation detecting device |
| JPS57149981A (en) * | 1981-03-12 | 1982-09-16 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Multichannel type radiation detector |
-
1982
- 1982-12-01 JP JP57210761A patent/JPS59100885A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57104876A (en) * | 1980-12-22 | 1982-06-30 | Toshiba Corp | Semiconductor radiation detecting device |
| JPS57149981A (en) * | 1981-03-12 | 1982-09-16 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Multichannel type radiation detector |
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| JPH01138485A (ja) * | 1987-11-25 | 1989-05-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 放射線画像装置 |
| WO1997012261A1 (fr) * | 1995-09-28 | 1997-04-03 | Pierre Fessler | Dispositif de mesure de l'intensite de rayons x |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH056155B2 (ja) | 1993-01-25 |
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