CN1277795A - 平面束x射线照相术用的方法和装置以及辐射探测器 - Google Patents

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Abstract

用于X射线照相术尤其是用于平面束X射线照相术的方法和装置,以及一种探测入射辐射的探测器。在该方法和装置中,其中,由X射线源(60)发射X射线(9),使X射线形成平面束并且透过要成象的目标(62),用探测器(64)来探测透过所述目标(62)的X射线。探测入射辐射的探测器(64)是一个气体平行平板雪崩腔,它包括其间加有产生电场用的电压的电极装置,这将产生由入射辐射释放的初次和二次电离电子的电子－离子雪崩。相对于入射辐射(9)设置探测器(64)的取向以使辐射横向进入第一和第二平行平板之间,且在第一和第二平行平板之间有电场。用至少一个探测器电极装置探测由所述电子－离子雪崩感应的电信号,这一个探测器电极装置包括多个彼此相邻设置的探测器电极单元,每一个探测器电极单元都在与入射辐射基本平行的方向上。在处理电路中处理来自每一探测器电极单元的脉冲,以为与相应探测器电极单元对应的每一象素获得值。

Description

平面束X射线照相术用的方法 和装置以及辐射探测器
发明领域
本发明涉及X射线照相术用的方法和装置，尤其是平面束X射线照相术用的方法和装置，其中由X射线源发射X射线，使该X射线成形为平面束并透过要成象的目标，并用探测器探测透过所述目标的X射线。此外，本发明还涉及一种包括电极装置的气体雪崩探测器，且在电极装置之间施加有用于产生电场的电压。
发明背景
X射线已经长期用于X射线照相成象中，并且已经经历了较大的发展历程。在其最简单的形式中，通过提供一X射线辐射源、一透过该辐射的待成象目标和一用于透过辐射的探测和记录的探测器来实现成象。在医院里，目前使用的X射线探测器通常是屏幕-胶片组合。在荧光屏(例如，Gd2O2S)中，转换X射线光子并因而产生记录在照相胶片上的二次光。胶片的使用限制了图象的动态范围。使用荧光屏获得的效率提高是以分辩率为代价的，因为二次光无方向性地发射。
为了在图象中观察到目标，信噪比必须超过某一阈值。理想系统会具有仅由光子统计量确定的图象噪声。与屏幕-胶片组合一起操作的系统通常不是这种情况。为了获得有用的诊断图象，不得不增加患者X射线辐射的剂量。
X射线光子的通量自然是数字的。然而，人们必须把产生数字图象的两种不同方法区分开：
-  积分技术是一种固有的模拟方法。每一象素的响应与总X射线能量的通量成比例。从而通过象素数字地建立图象。成象的积分方法的例子是CCD(电荷耦合器件)，存储磷光粉，硒板，等等。许多这些“数字”探测器的动态范围与胶片的动态范围类似。如在胶片技术中那样，光子通量的能量被积分(而不是光子的数量)，并因而增加了噪声，因为X射线管产生宽的能谱。最显著的噪声源是“暗电流”和光子能量的波动。
-  光子计数是一种固有的数字方法，其中每一光子被探测，并且探测信号被进行计数。
一个两维光子计数探测器需要许多读出单元，并且将需要巨大数量的相互连接。这导致在这样的系统中已经经历的典型的制作和可靠性问题。难以使一个大的两维探测器具有高分辩率和对于大多数X射线光子相互作用的高概率。
两维探测器读出系统的另一个缺点是事实上来自X射线源的X射线通量是发散的。在探测器的厚转换空间中，这种发散引起视差。使视差减少的大多数方法实际上是难以实施的。
关于两维探测器读出系统，克服尺寸和费用限制的一种方法是形成一种图象接收器，该图象接收器基本上是一维的，并且通过扫描X射线束和越过要成象的目标的探测器为图象获得第二尺寸。通过使用一单行探测器和一高准直平面X射线束能进行扫描。此外，这种方法消除了散射辐射噪声，但对X射线管产生了较大的热负载。为了减少管子的热负载并简化其结构(通过减小扫描距离)，一个多行组的低功耗一维探测器是有益的。
使用行探测器的一个优点是，由待成象目标中的辐射散射引起的图象噪声显著减小。在行探测器中将不探测目标中的康普顿散射的X射线光子。
已多次尝试研制一种基于扫描技术的光子计数X射线成象系统。这需要能产生具有几毫微秒上升时间的快速信号的探测器。仅仅有几种探测媒体，例如气体或半导体(例如硅)，能产生如此快速的信号。半导体探测器昂贵，因而在多行结构中不实用。在气体媒体中，X射线光子与气体原子相互作用而发射初次电离电子，再产生在气体雪崩中进一步放大的电子-离子对。气体探测器的优点是低成本、在气体中的无噪声的高信号放大(高至106)和探测媒体的均匀性。
在所出版的文章中描述的几种成象系统是利用多线正比腔(multiwire proportional chamber)作探测器。在其基本结构中，多线正比腔由在两个阴极平面之间伸展的并且与两个阴极平面平行的一组细阳极线构成。施加在阳极线和阳极平面之间的电压在该腔中产生电场。在强电场的作用下，通过由入射X射线光子产生的气体原子的电离而在气体中发射的电子向阳极线漂移，并且在接近该细阳极线时它们与气体分子进行电离相互作用。随后的雪崩倍增提供电荷信号的105或更多倍的无噪声放大。
在作者为S.E.Baru等人、题为“用于数字X射线照相设备的多线正比腔”的文章中描述了基于光子计数的数字成象系统的一个例子，该文章发表在“Nuclear Instruments and Methods in PhysicsResearch A＂的第283卷(1989年11月10日)的第431-435页上。该探测器是一个漂移室和一个多线正比腔的组合，多线正比腔具有对准X射线源焦点的非平行阳极线。径向布线允许使用厚的相互作用空间而没有视差。通过增加阳极线和阴极平面之间的间隙能保证沿阳极线的增益均匀性。
然而，所述装置具有下列缺陷。
为线的安装和高压绝缘提供足够空间的要求，导致X射线探测效率降低。
为解决视差问题而使用径向布线，将导致位置分辨率受到约1mm的最小实际阳极线节距的限制。通过使用能提供最终多线正比腔分辨率的阴极条读出器能解决此问题。在作者为V.M.Aulchenco等人、题为“OD-3快速一坐标X射线探测器”的文章中描述了实际可行快速阴极条读出器的一种可能性，该文章发表在“Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A＂的第367卷(1995年12月11日)的第79-82页上。在此方案中，一个增加的阳极-阴极间隙与一个施加到不同阳极线组的减少的高压相结合。
使用医学成象的多线正比腔的一个已知问题是空间电荷效应，该空间电荷效应使探测器的性能在高于10kHz/mm2的高X射线通量时退化。为了减少空间电荷效应，在US-A-5521956(G.Charpak)公开的已有技术中，通过增加另外的阴极线已经修改了阳极平面。
在多线正比腔中使用细线(直径通常小于100μm)使其难以构造，并使可靠性下降，因为一根断开的线能使整个探测器不工作。
结构非常简单并且不使用阳极线的气体雪崩探测器是气体平行平板雪崩腔。该探测器基本上是一充气电容器，其包括加有高压的两个平行导电板、一个阳极和一个阴极。这样选择高压以使气体中电离所释放的电子在两板之间的强电场中产生雪崩。通常，两板之间距离的数量级为1毫米，场强度的数量级是每毫米千伏，取决于所用气体的类型。根据使用情况可以使用各种气体。在这样的探测器中，X射线光子入射在与探测器平面平行的平面上或入射在阴极上，阴极则由当X射线光子与其相互作用时发射电子(所谓光电子)的材料制成。
多线正比腔一个重要的优点是，气体平行平板雪崩腔中的静电场不是集中在单个细线的周围，而是在整个放大空间中不变。这使得正离子穿过放大间隙的漂移时间非常短，因而可大大降低空间电荷效应。
气体平行平板雪崩腔的另一优点是阳极的表面区域比多线正比腔(阳极线)的要大得多。因此，由于阳极上的沉积物所引起的探测器老化要小得多。
气体平行平板雪崩腔的再一优点是，快速电子信号表示总感应电荷的相当大的份额。在增益约为105时，它约为总信号的10％，其与多线正比腔的1％相比。
气体平行平板雪崩腔的又一优点是，由雪崩离子的运动在电极上感应的信号的形状简单。因此，象在多线正比腔的高速读出器中所需要的那样，信号处理电路不需要离子尾部取消级(an ion tail cancellation stage)。由于气体平行平板雪崩腔中的离子以恒定的速度在均匀场中运动，因而简单的微分就能消除它们的作用，而得到非常快的电子信号。
在作者为F.Angelini等人、题为“用于非常高的数据速率的具有象素读出器的平行平板腔”的文章中描述了将气体平行平板雪崩腔用于X射线照相成象的一个例子，该文章发表在“IEEE Transactions on Nuclear Science＂的第36卷(1989年2月)的第213-217页上。在所描述的两维读出结构中，不能实现高X射转换效率，即使为了增加气体层的厚度在平行平板腔的前面增加一漂移腔(a drift chamber)。
在US-A-5308987(Wuest等人)中公开的另一装置，利用由高原子序数材料制成的阴极来改进用于两维读出结构中的平行平板腔的转换效率。来自高原子序数材料的低输出光电子，导致X射线探测效率的降低。
与多线正比腔的另一重要的区别在于，气体放大因数主要取决于初次电离电荷到阳极的距离，从而在已使用的气体平行平板雪崩腔中导致较差的能量分辩率和信号探测效率。由于存在该问题，已有技术的装置不能使用气体平行平板雪崩腔中的气体放大间隙作为X射线转换空间。在本发明中通过提供一横向入射在探测器上的良好准直的平面束能克服这种限制。
除了前面描述的优点以外，使用薄平面X射线束能简化探测器入口窗的结构，因为用狭缝窗口比在大的区域容易获得气体压力。使用薄箔能将探测器入口窗中的X射线光子的损失减为最小。
发明概述
本发明的一个目的是提供一种用于平面束X射线照相术(例如狭缝或扫描X射线照相术)中的系统，在该系统中用低剂量的X射线光子照射要成象的目标，而获得高质量的图象。
本发明的另一目的是提供一种用于平面束X射线照相术中的系统，在该系统中，入射在探测器上的大多数X射线光子被探测，用于进一步计数或积分以便为图象的每一象素获得一数值。
本发明的另一目的是提供一种用于平面束X射线照相术中的系统，在该系统中，由待检查的人体中散射的辐射所引起的图象噪声能被减少。
本发明的另一目的是提供一种用于平面束X射线照相术中的系统，在该系统中，由X射线能量通量谱的展开所引起的图象噪声能被减少。
本发明的另一目的是提供一种用于平面束X射线照相术中的系统，其包括一个简单并便宜的探测器，该探测器以高效率工作并且对于X射线具有良好的能量分辩率。
本发明的另一目的是提供一种用于平面束X射线照相术中的系统，其包括一个探测器，该探测器在没有性能退化的情况下能以高X射线通量操作并且具有长的寿命。
本发明的另一目的是提供一种用于平面束X射线照相术中的系统，其包括一个探测器，该探测器呈现脉冲宽度小于10毫微秒并且象1毫微秒那样快的快速响应。
本发明的另一目的是提供一种用于平面束X射线照相术中的系统，它包括一个探测器，该探测器给出具有简单波形的探测输出信号，并且适合于进一步处理。
本发明的另一目的是提供一种用于平面束X射线照相术中的系统，它包括一个探测器，该探测器中在探测器电极装置上感应的探测信号是如例如100μm那样窄，用于改进的位置灵敏度和高速读出。
本发明的另一目的是提供一种用于平面束X射线照相术中的系统，它包括一个探测器，该探测器在其入口窗中具有最少的X射线光子损失，并且具有接近该窗口的非灵敏区域。
这些和其它一些目的可分别通过一种方法和一种装置来实现，其包括：一个X射线源；一个位于所述X射线源和待成象目标之间的用于形成基本上为平面的X射线束的装置；一个气体雪崩探测器，它包括其间加有产生电场的电压的电极装置，用于探测透过所述目标的X射线光子，其中：气体雪崩探测器包括一个用于探测入射的X射线辐射的气体平行平板雪崩腔；使气体平行平板雪崩腔相对于X射线源取向，以使X射线横向入射在第一和第二平行平板之间，通过施加在第一和第二电极装置之间的电压将在所述的第一和第二平行平板之间产生电场，并且所述第一和第二电极装置分别包含在所述第一和第二平板中；该气体平行平板雪崩腔沿入射辐射的方向具有一个深度，以允许大多数入射的X射线光子与气体原子相互作用，用于在探测器内产生初次电离电子-离子对；彼此相邻设置多个探测器电极单元，每一个均在与入射辐射基本平行的方向上。
本发明的另一目的是提供一种用于平面束X射线照相术中的系统，它包括一个具有无视差几何结构的探测器，以致于起一个具有高速读出的位置灵敏探测器的作用。
这些和其它一些目的可通过设置探测器电极单元来实现，该探测器电极单元是细长的并且由彼此相互电绝缘的并排设置的长条来形成，长条的每一纵向边缘与入射的辐射基本平行。
本发明的另一目的是提供一种用于平面束X射线照相术中的系统，它具有减少的扫描距离和减少的扫描时间，减少的扫描距离能简化结构。
这些和其它一些目的可以通过层叠多个探测器来实现。
本发明的另一目的是提供一种能有效地探测任何种类辐射的探测器，所述的辐射包括电磁辐射和入射粒子，入射粒子包括基本粒子。
通过提供一种气体雪崩探测器能实现这一目的，该气体雪崩探测器包括电极装置，在电极装置之间加有产生电场用的电压，其中：气体雪崩探测器包括一个探测入射辐射用的气体平行平板雪崩腔；气体平行平板雪崩腔设有一个用于使辐射横向入射在第一和第二平行平板之间的入口，通过在分别包含在第一和第二平板中的第一和第二电极装置之间施加电压将在第一和第二平行平板之间产生电场；气体平行平板雪崩腔沿入射辐射的方向具有一个深度，以允许大多数入射辐射与气体原子相互作用，用于在探测器内产生初次电离电子-离子对；以及彼此相邻地设置多个探测器电极单元，每一探测器电极单元均在与入射辐射基本平行的方向上。
通过所附权利要求的进一步特征能实现进一步的目的。
附图简介
图1用一个轮廓图示意表示本发明的平面束X射线照相术用的装置，
图2是本发明的气体平行平板雪崩腔的第一实施例的示意横截面图，
图3是图2的第一实施例的变形的示意横截面图，
图4是一个X射线源和一个由读出条形成的电极的第一实施例的示意顶视图，
图5是一个X射线源和一个由分段的读出条形成的电极的第二实施例的示意顶视图，
图6是本发明的气体平行平板雪崩腔第二实施例的示意横截面图，
图7是本发明的具有层叠探测器的一个实施例的示意横截面图，
图8是本发明的具有层叠探测器的另一个实施例的示意横截面图，
图9是本发明的包含在外壳中的气体平行平板雪崩腔的示意横截面图。
优选实施例的描述
图1是沿与本发明的平面束X射线照相术用的装置的平面X射线束9的平面垂直的平面的剖视图。该装置包括一个X射线源60，该X射线源60与一第一薄准直窗61一起产生平面扇形X射线束9，以用于照射待成象的目标62。可以用形成一基本平面的X射线束的其它装置来代替第一薄准直窗口61，例如一个X射线衍射镜或一个X射线透镜等。透过目标62的X射线束可选择通过与X射线束对准的细狭缝或第二准直窗10进入探测器64。入射的X射线光子的大部分被探测器64探测，该探测器64包括一个气体平行平板雪崩腔，其取向使得X射线光子横向进入两个平行平板之间并且基本上与两个平行平板平行。
下面进一步描述探测器和其操作。通过装置65(例如一个框架或支架65)将X射线源60、第一薄准直器窗口61、可选择准直窗口10和气体平行平板雪崩腔64相互连接并固定。如此形成的用于X射线照相术的装置可以作为一个整体部件来移动，以便扫描要检查的目标。在单个探测器系统中，如图1所示，最好是通过旋转运动使该部件绕通过例如X射线源60或探测器64的轴转动来进行扫描。轴的位置取决于该装置的应用或使用，并且有可能在某些应用中轴也能通过目标62。在许多探测器被层叠的多行结构中，正如下面将结合图7和8所要描述的，最好通过与X射线束垂直的横向运动进行扫描。
本发明的装置和方法，在对病人身体的一部分进行成象方面，例如在乳房X射线照相术方面，特别有用。
在本发明的优选实例中使用的气体平行平板雪崩腔通常由受到强电场作用的填充有稀薄气体的空间构成，通过在电极之间施加高压来产生强电场，用构成雪崩腔的两个限制壁的两个平行平板的每一个来构成所述电极。入射到填充有气体的空间中的X射线光子在与气体原子相互作用时产生电子-离子对。这种产物是由光电效应、康普顿效应或俄歇效应引起的。这样形成的初次电子通过与新气体分子相互作用失去动能，引起进一步的新电子-离子对产生，通常为几百对，将它们称为二次电离电子。然后通过强电场中的电子离子雪崩来放大此二次电离电子。雪崩电子和离子的运动在电极中感应电信号。这些信号典型地由一个或两个电极来获取并且进一步地由读出电路放大和处理以便获得X射线光子相互作用点的精确度量，并且可选择获得X射线光子能量的精确度量。
在本发明的优选实施例中，要被探测的X射线沿与平行平板平行的方向横向入射在探测器上，并且通过细狭缝或准直器窗口进入探测器。这样能用足够长的能使大部分入射X射线光子相互作用并被探测的相互作用路径来容易地制做探测器。
参见图2，表示出本发明探测器的第一实施例，并以附图标记64来表示。该气体平行平板雪崩腔包括相互平行并且彼此由薄的充气间隔或区域13隔开的一个阳极板1和一个阴极板2。阳极板1包括一个由例如玻璃或陶瓷制成的、厚度最好为0.1-10mm的基片3和一个以厚度最好为0.01-10μm的导电材料(例如金属)涂层的形式设置在基片上的阳极电极4。
为了较好地粘着到基片上并且有较好的层稳定性，电极可以由几个金属层组成，每一层具有不同厚度和材料(例如，钒，铜，镍)。当基片由玻璃制成时，第一层最好是铬，铬与玻璃和下面的金属层具有良好粘着性。电极4还可以包括沉积在金属层顶部的一层电阻材料，例如一氧化硅。
同样地，阴极板2包括一个具有涂层5的基片6，与前面关于阳极的描述类似。阳极电极4和阴极电极5两者都能分成与入射X射线束平行和/或垂直的条。
间隔或区域13填充有气体，该气体可以是例如90％氪和10％二氧化碳的混合物或例如90％氢和10％甲烷的混合物。该气体可以受到最好为1-20大气压范围内的压力的作用。
使阳极电极4和阴极电极5都与高压直流电源7相连接，用于在平行平板1和2之间的间隔或区域13中产生均匀电场8。作为一个例子，间隔或区域13具有500微米的高度(平行平板1和2之间的距离)，并且对于在一个大气压下的氩/CO2(80/20)混合物在电极4和5之间施加电压V为1500伏。所施加的电压在电极4和5之间产生电场E，E＝V/D。选择距离D和电压V以便提供106伏/m数量级的电场。因此，500μm的距离D和1500伏的电压V得到电场E＝3×109伏/m。距离D可在50-5000μm的范围内，电压可在150-15000伏的范围内。
在工作中，X射线9横向入射在探测器上。入射的X射线9通过一个可任选的与阴极板2接近的细狭缝或准直器窗口10，并且沿与阴极板2平行的方向经由气体空间传输。每一X射线光子与气体原子相互作用的结果是在气体内产生初次电离电子-离子对。所形成的每一初次电子11通过与气体分子的相互作用失去动能进一步产生电子-离子对(二次电离电子-离子对)。典型地，在此过程中由20keV的X射线光子产生几百二次电离电子-离子对。用沿指向阳极板1的方向上的强电场，加速二次电离电子16(与初次电离电子11一起)。被加速电子11、16与间隔13中的其它气体分子相互作用，引起进一步产生电子-离子对。所产生的电子将在该电场中被再次加速，并将与新的气体分子相互作用，产生进一步的电子-离子对。这一过程在电子向阳极运行的过程中继续进行并将形成雪崩12。
对于在离阳极距离H处发射的初次电离电子，总电荷增益为M＝exp(αH)，其中α是与气体和场的状态有关的第一Townsend系数。在适当选择气体类型、压力和电场的情况下，能获得104-106和更高的增益。在强电场的作用下，雪崩空间中的电子将向阳极移动，而离子将向阴极移动。由于强电场在整个间隔中是均匀的并且间隔13的高度D较小，因此能获得非常短的正离子穿过放大空间的漂移时间，这大大地减少了空间电荷效应。
在充气间隔13中的电荷运动会在阳极电极4和阴极电极5上感应电荷。例如，可通过与电荷敏感前置放大器耦合的阳极电极4来检测感应电荷，并由电荷敏感前置放大器将电荷脉冲转换为能在处理电路14中进一步处理的电流或电压脉冲，且处理电路14也包括上述前置放大器。以类似的方式能将阴极电极或一个单独的检测器电极装置用于检测。在气体平行平板雪崩腔中的快速电子信号为总感应电荷的相当一部分F，并且在增益约是105情况下为大约总信号的10％。
应该注意到，与气体原子相互作用的每一入射的X射线光子将引起待检测的雪崩12。为了获得大部分X射线光子引起雪崩的高检测效率，必须选择沿入射X射线光子方向上的气体平行平板雪崩腔的长度使其保证X射线光子和气体原子之间相互作用的高可能性。每单位路径长度的相互作用的可能性随着增加气体压力而增加，从而通过增加气体压力能使气体平行平板雪崩腔的长度变短。
图3表示本发明的气体平行平板雪崩腔64的的另一实施例。该实施例与图2所示实施例的差别在于，阳极电极4和探测器电极装置15是作为单独的电极装置提供的。如从该图3中看出的那样，阳极电极4和检测器电极装置15设置在基片3的相对表面上。此外，阳极电极4和探测器电极装置优选如上所述进行安置。阳极电极4位于面向阴极板2的表面上，且与高压直流电源7相连。位于相对表面上的探测器电极装置15与处理电路14相连接。为了避免探测器电极装置15上的屏蔽效应，由电阻材料(例如一氧化硅或碳等)制成阳极。
参见图4，表示出也构成探测器电极装置的电极装置4、5、15的结构。电极装置4、5、15由条20形成，用作阳极或阴极电极和/或探测器电极。大量的长条20被并排放置，并且沿与每一位置处入射X射线光子的方向平行的方向延伸。通过在条之间留有间隔23来在基片上相互电绝缘地形成长条。
通过一个单独的信号导体22使每一长条20与处理电路14相连，在此最好分别处理来自每一长条的信号。在阳极或阴极构成探测器电极的地方，信号导体22还将相应的长条与高压直流电源7相连。
如从图中看到的那样，长条20和间隔23对准X射线源60，并且沿入射X射线的方向长条变宽。该结构可提供视差补偿。
图4所示的电极装置最好是阳极，但是阴极可以择一地或共同地具有上述结构。在图3的另一实施例中，可以形成如图4所示的探测器电极装置15。在此情况下，以一个没有长条和间隔的单一电极形成阳极电极4。这同样分别适用于阴极电极或阳极电极，仅仅当其另一个电极包括该探测器电极装置时。
在图5中，表示出电极的另一结构。已经将长条分成了相互电绝缘的段21。在相应长条的每一段21之间设有与入射X射线垂直延伸的较小间隔。通过一个分开的信号导体22使每一段与处理电路14相连接，在此最好分别处理来自每一段的信号。如图4所示，在阳极或阴极电极构成探测器电极的场合，信号导体22还使相应的长条与高压直流电源7相连。
当要测量每一X射线光子的能量时可以使用这种电极，因为一个具有高能量的X射线光子在经过比一个低能量X射线光子长的通过气体的路径之后统计上能引起初次电离。通过这种电极能探测X射线光子相互作用的位置和每一X射线光子的能量。
一般在所有的实施例中，每一入射的X射线光子在探测器电极中产生一个感应脉冲。在处理电路中处理这些脉冲，该处理电路最后对脉冲进行整形并且对来自代表一个象素的每一条的脉冲进行累计或计数。也可以处理这些脉冲以便为每一象素提供能量测量。
在探测器电极在阴极一侧的场合，感应信号的区域比在阳极一侧要宽(沿与X射线光子入射方向垂直的方向)。因此，在处理电路中对信号加权是更可取的。
由X射线光子和气体原子之间的相互作用所产生的要测量的感应信号的幅度，事实上主要取决于从雪崩的起始点到阳极电极的距离，所以位置严格要求准直器窗口61、10和阳极电极4对准。所要求的条件是完全与阳极电极平行的绝对平面束。由通过具有如图6所示结构的探测器能放宽这些严格的要求。设置在阳极板和阴极板之间并且与阳极板和阴极板平行的导电网或网格栅51，将间隔分成用于X射线转换的漂移腔52和用于放大的平行平板雪崩腔53。两个腔均填充有相同的气体并且分隔的网用作平行平板雪崩腔的阴极和用作漂移腔的阳极。通过电源7在阴极电极5和网51之间产生一弱电场。在此弱电场中，由初次电离电子产生的二次电离电子(与初次电离电子一起)将向网51漂移。再将高压加在网51和阳极电极4之间，结果形成强电场。正如前面所描述的，该电场将吸引电子通过网，电子通过网将产生电子-离子雪崩12。探测器的其它部分也与前面所述的相同。网51和阳极电极之间的距离均匀是很重要的，因为放大主要取决于雪崩起始点(在此为网)至阳极电极的距离。X射线束9的对准和阴极电极的平行并不是关键性的。
如上所述，气体平行平板雪崩腔64具有能受压的气体。因此，探测器包括具有缝入射窗口92的气体密封外壳91，X射线束9通过缝入射窗口92进入探测器中，如图9所示。该窗口由能透射辐射的材料(例如Mylar，或薄铝箔)制成。与为垂直于平行平板入射的辐射设计的以前使用的气体平行平板雪崩腔相比，探测气体平行平板雪崩腔64中的横向入射束需要一个覆盖较大区域的窗口，是本发明特别有益的附加效果。这样能使窗口变薄，因而减少窗口中吸收的X射线光子的数量。
图7示出了本发明的一个实施例，其具有一个层叠在另一个上面的多个有创造性的气体平行平板雪崩腔64。通过此实施例可实现多行扫描，减少总扫描距离和扫描时间。该实施例的装置包括一个X射线源60，该X射线源60与多个准直器窗口61一起形成多个平面扇形X射线束9用于照射要成象的目标62。透过目标62的束通过与X射线束对准的多个第二准直器窗口10可选择地进入各个层叠的探测器64。第一准直器窗口61设置在第一刚性结构66中，可选择的第二准直器窗口10设置在与探测器64相连的第二刚性结构67中，或独立地设置在探测器上。
通过某一装置65，例如一个框架或一个支架65，将X射线源60、刚性结构66、分别包括准直器窗口61、62的可能结构67和相互固定的层叠气体平行平板雪崩腔64相互连接并固定。能将这样形成的用于X射线照相术的装置作为一个单元移动，以扫描要被检查的目标。在此多行结构中，最好是用与X射线束垂直的横向运动进行扫描，与前面所描述的一样。
与大的单个空间气体探测器相比，使用层叠结构的进一步优点是可减少由目标62中散射的X射线光子引起的背景噪声。沿不与入射的X射线束平行的方向传输的被散射的X射线光子，如果通过阳极和阴极板并进入层叠中其它气体平行平板雪崩腔64之一，则会产生“误”信号或在这样的一个腔中产生雪崩。通过在阳极和阴极板的材料中有效地吸收被散射的X射线光子能使这种现象减少。
通过在层叠的气体平行平板雪崩腔64之间设置薄的吸收板68能进一步地减少背景噪声，如图8所示。层叠探测器与图7的类似，其差别在于在每一相邻探测器64之间放置薄片的吸收材料。这些吸收板或片可由高原子序数的材料(例如钨)制成。
正如所描述的那样，所描述的探测器在探测X射线光子方面是有益的。然而，这样的探测器在探测其它种类的辐射，例如一般的电磁辐射或入射的粒子(包括基本粒子)，也是有利的。
用与前面描述的相同方式形成这样的探测器，因此，不再进行描述和指出此特殊用途。
尽管已经结合多个优选实施例描述了本发明，但是，应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的实质和范围的情况下仍然可以作出各种修改。

Claims (39)

1.一种用平面束X射线照相术获得改进图象用的方法，其中
由X射线源发射X射线，
使X射线形成平面束并且通过要成象的目标，
用气体雪崩探测器来探测通过所述目标的X射线，所述气体雪崩探测器包括其间加有产生电场用的电压的电极装置，
其特征在于
用气体平行平板雪崩腔来探测X射线，使气体平行平板雪崩腔如此取向以使要探测的辐射横向进入第一和第二平行平板之间，
将电压加在分别包含在第一和第二平行平板中的第一和第二电极装置之间，用于产生电场，并由该电场产生由入射的X射线光子释放的初次和二次电离电子的电子-离子雪崩，
气体平行平板雪崩腔沿入射辐射方向的深度这样选择，以允许大部分的入射X射线光子与气体原子相互作用，用于在探测器内产生初次电离的电子-离子对，
用至少一个探测器电极装置探测电信号，所述电信号是由所述电子-离子雪崩在彼此相邻设置的多个探测器电极单元的至少一个中感应的，所述每一个探测器电极单元都是沿与入射辐射基本平行的方向设置的。
2.如权利要求1所述的方法，包括步骤：
将X射线源和平行平板雪崩腔彼此相关而使进入平行平板雪崩腔的平面束基本上与平行平板平行，以便改进能量分辩率和/或信号探测效率。
3.如权利要求1或2所述的方法，包括步骤：
通过与平行平板雪崩腔相连的细狭缝或准直器窗口，鉴别不进入基本上与平行平板平行的平行平板雪崩腔的X射线光子。
4.如权利要求3所述的方法，包括步骤：
设置细狭缝或准直器窗口以便使X射线光子进入与第一平板接近的平行平板雪崩腔，其中第一平行平板是阴极板。
5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的方法，其中
在第一和第二平板之间并与第一和第二平板平行地设置一个网，以使入射的X射线进入作为阴极的第一平板和网之间，
将实际上低于电极装置之间电压的电压施加在第一电极装置和网之间，以便产生一个转换和漂移空间和一个放大空间。
6.如权利要求1-5中任一权利要求所述的方法，其中被感应的电信号用细长的探测器电极单元探测，所述探测器电极单元是由并排设置的相互电绝缘的长条形成的并且包含在所述第一和第二平板的至少一个中。
7.如权利要求1-6中任一权利要求所述的方法，其中
有可能在脉冲整形之后，在处理电路中对来自每一探测器电极单元的脉冲分别进行计数，以为与相应探测器电极单元对应的每一象素获得值。
8.如权利要求1-6中任一权利要求所述的方法，其中
有可能在脉冲整形之后，在处理电路中对来自每一探测器电极单元的脉冲分别进行积分，以为与相应探测器电极单元对应的每一象素获得值。
9.如权利要求1-8中任一权利要求所述的方法，其中
有可能在脉冲整形之后，在处理电路中处理来自每一探测器电极单元的脉冲，以为与相应探测器电极单元对应的每一象素获得能量值。
10.一种在平面束X射线照相术中使用的装置，包括：
一个X射线源，
一个位于所述X射线源和待成象目标之间的用于形成基本上为平面的X射线束的装置，
一个气体雪崩探测器，它包括其间加有产生电场的电压的电极装置，用于探测透过所述目标的X射线光子，
其特征在于
气体雪崩探测器包括一个用于探测入射的X射线辐射的气体平行平板雪崩腔，
使气体平行平板雪崩腔相对于X射线源取向，以使X射线横向入射在第一和第二平行平板之间，通过施加在第一和第二电极装置之间的电压将在所述的第一和第二平行平板之间产生电场，并且所述第一和第二电极装置分别包含在所述第一和第二平板中；该气体平行平板雪崩腔沿入射辐射的方向具有一个深度，以允许大多数入射的X射线光子与气体原子相互作用，用于在探测器内产生初次电离电子-离子对，
彼此相邻地设置多个探测器电极单元，每一个均在与入射辐射基本平行的方向上。
11.如权利要求10所述的在平面束X射线照相术中使用的装置，其中
第一平行平板包括一带有第一电极装置的第一基片，
第二平行平板包括一带有第二电极装置的第二基片，
在第一和第二基片的表面上分别带有彼此面对的第一和第二电极装置。
12.如权利要求11所述的在平面束X射线照相术中使用的装置，其中
第一电极装置是一阴极，
第二电极装置是一阳极，
细长的探测器电极单元，由与阳极电极相对的表面上的第二基片带有的相互电绝缘且并排设置的长条形成。
13.如权利要求11或12所述的在平面束X射线照相术中使用的装置，其中
第一电极装置是一阴极，
第二电极装置是一阳极，它由所述细长的探测器电极单元形成，而且由相互电绝缘的、并排设置的长条形成该探测器电极单元，
所述长条的每一纵向边缘基本上与入射辐射平行。
14.如权利要求11-13中任一权利要求所述的在平面束X射线照相术中使用的装置，其中
第一电极装置是一阴极，它由所述细长的探测器电极单元形成，而且由相互电绝缘的、并排设置的长条来形成该探测器电极单元，
第二电极装置是一阳极，
所述长条的每一纵向边缘基本上与入射辐射平行。
15.如权利要求12-14中任一权利要求所述的在平面束X射线照相术中使用的装置，其中
每一长条的两个边缘对准X射线源。
16.如权利要求12-15中任一权利要求所述的在平面束X射线照相术中使用的装置，其中
将长条与入射的X射线垂直地分成相互电绝缘的一些段。
17.如权利要求10-16中任一权利要求所述的在平面束X射线照相术中使用的装置，包括
一个设置在平行平板雪崩腔的侧面上的细狭缝或准直器窗口。
18.如权利要求10-17中任一权利要求所述的在平面束X射线照相术中使用的装置，其中
在第一和第二平板之间且与第一和第二平板平行地设置一个网，以使入射的X射线进入作为阴极的第一平板和网之间，将实际上低于电极装置之间电压的电压施加在第一电极装置和网之间，以便产生一个转换和漂移空间和一个放大空间。
19.如权利要求10-18中任一权利要求所述的在平面束X射线照相术中使用的装置，其中
将X射线源、用于形成基本上为平面的X射线束的装置、和平行平板雪崩腔相互固定，以便形成一个能用来扫描目标的单元。
20.如权利要求10-19中任一权利要求所述的在平面束X射线照相术中使用的装置，其中
层叠多个平行平板雪崩腔以形成一个探测器单元，
为每一平行平板设置一用于形成一基本为平面X射线束的装置，所述装置位于所述X射线源和要成象的目标之间，
将X射线源、用于形成基本为平面X射线束的上述装置和所述探测器单元相互固定，以便形成一个能用来扫描目标的单元。
21.如权利要求20所述的在平面束X射线照相术中使用的装置，其中
在平行平板雪崩腔之间设置吸收板，以便吸收被散射的X射线光子。
22.如权利要求20或21所述的在平面束X射线照相术中使用的装置，其中
设置在每一平行平板雪崩腔侧面上的细狭缝或准直器窗口面向X射线源。
23.如权利要求10-22中任一权利要求所述的在平面束X射线照相术中使用的装置，其中
使平行平板雪崩腔中的气体受到压力的作用，以便缩短大多数入射X射线光子与气体原子相互作用的距离并产生初次电离电子-离子对。
24.如权利要求10-23中任一权利要求所述的在平面束X射线照相术中使用的装置，其中
每一探测器电极单元与处理电路相连，其中可在脉冲整形之后分别对来自每一探测器电极单元的脉冲分别计数，以为与相应探测器电极单元对应的每一象素获得值。
25.如权利要求10-23中任一权利要求所述的在平面束X射线照相术中使用的装置，其中
每一探测器电极单元与处理电路相连，其中可在脉冲整形之后在处理电路中对来自每一探测器电极单元的脉冲分别积分，以为与相应探测器电极单元对应的每一象素获得值。
26.如权利要求10-25中任一权利要求所述的在平面束X射线照相术中使用的装置，其中
每一探测器电极单元与处理电路相连，其中可在脉冲整形之后在处理电路中处理来自每一探测器电极单元的脉冲，以为与相应探测器电极单元对应的每一象素获得能量值。
27.一种用于探测入射辐射的气体雪崩探测器，该探测器包括电极装置，在电极装置之间加有产生电场用的电压，其特征在于
气体雪崩探测器包括一个探测入射辐射用的气体平行平板雪崩腔，
气体平行平板雪崩腔设有一个用于使辐射横向入射在第一和第二平行平板之间的入口，通过在分别包含在第一和第二平板中的第一和第二电极装置之间施加电压将在第一和第二平行平板之间产生电场，
气体平行平板雪崩腔沿入射辐射的方向具有一个深度，以允许大多数入射辐射与气体原子相互作用，用于在探测器内产生初次电离电子-离子对，
彼此相邻地设置多个探测器电极单元，每一个都在与入射辐射基本平行的方向上。
28.如权利要求27所述的探测器，其中
第一平行平板包括一带有第一电极装置的第一基片，
第二平行平板包括一带有第二电极装置的第二基片，
在第一和第二基片的表面上分别带有彼此相面对的第一和第二电极装置。
29.如权利要求28所述的探测器，其中
第一电极装置是一阴极，
第二电极装置是一阳极，
细长的探测器电极单元，由与阳极电极相对的表面的第二基片带有的相互电绝缘且并排设置的长条来形成。
30.如权利要求28或29所述的探测器，其中
第一电极装置是一阴极，
第二电极装置是一阳极，它由所述细长的探测器电极单元形成，而且由相互电绝缘的、并排设置的长条来形成该探测器电极单元，
所述长条的每一纵向边缘基本上与入射辐射平行。
31.如权利要求28-30中任一权利要求所述的探测器，其中
第一电极装置是一阴极，它由所述细长的探测器电极单元形成，而且由相互电绝缘的、并排设置的长条来形成该探测器电极单元，
第二电极装置是一阳极，
所述长条的每一纵向边缘基本上与入射辐射平行。
32.如权利要求29-31中任一权利要求所述的探测器，其中
每一长条的两个边缘对准辐射源。
33.如权利要求29-32中任一权利要求所述的探测器，其中
将长条与入射的X射线垂直地分成相互电绝缘的一些段。
34.如权利要求27-33中任一权利要求所述的探测器，包括
一个设置在平行平板雪崩腔的侧面上的细狭缝或准直器窗口。
35.如权利要求27-34中任一权利要求所述的探测器，其中
在第一和第二平板之间且与第一和第二平板平行地设置一个网，以使入射的辐射进入作为阴极的第一平板和网之间，将实际上低于电极装置之间电压的电压施加在第一电极装置和网之间，以便产生一个转换和漂移空间和一个放大空间。
36.如权利要求27-35中任一权利要求所述的探测器，其中
使平行平板雪崩腔中的气体受到压力的作用，以便缩短大多数入射X射线光子与气体原子相互作用的距离并产生初次电离电子-离子对。
37.如权利要求27-36中任一权利要求所述的探测器，其中
每一探测器电极单元与处理电路相连，其中可在脉冲整形之后对来自每一探测器电极单元的脉冲分别计数，以为与相应探测器电极单元对应的每一象素获得值。
38.如权利要求27-36中任一权利要求所述的探测器，其中
每一探测器电极单元与处理电路相连，其中可在脉冲整形之后在处理电路中对来自每一探测器电极单元的脉冲分别积分，以为与相应探测器电极单元对应的每一象素获得值。
39.如权利要求27-38中任一权利要求所述的探测器，其中
每一探测器电极单元与处理电路相连，其中可在脉冲整形之后在处理电路中处理来自每一探测器电极单元的脉冲，以为与相应探测器电极单元对应的每一象素获得能量值。
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