DE10322712A1

DE10322712A1 - Strahlungsquellenpositions-Erfassungsverfahren, Strahlungsquellenpositions-Erfassungssystem, und Strahlungsquellenpositions-Erfassungssonde

Info

Publication number: DE10322712A1
Application number: DE10322712A
Authority: DE
Inventors: Yoshikatu Komaki Kuroda; Ryouichi Masuko; Tadayuki Sagamihara Takahashi; Shin Sagamihara Watanabe
Original assignee: DIRECTOR GENERAL OF INST O; DIRECTOR-GENERAL OF INSTITUTE OF SPACE AND ASTRONAUTICAL SCIENCE SAGAMIHARA; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date: 2002-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-03-04
Also published as: DE10322712A8; JP2003337176A; US6862087B2; JP4238373B2; US20040037394A1

Abstract

Ein Strahlungsquellenpositions-Erfassungssystem wird bereitgestellt, bei dem drei Strahlungsdetektoren (20a, 20b, 20c) an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind. Basierend auf auf jeden der Strahlungsdetektoren (20a, 20b, 20c) einfallenden Strahlungen werden gekrümmte Oberflächen (Ma, Mb, Mc) berechnet, auf denen eine Strahlungsquelle existiert. Durch simultanes Lösen jeder der gekrümmten Oberflächen (Ma, Mb, Mc), wird die Position der Strahlungsquelle erfasst.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahlungsquellenpositions-Erfassungsverfahren, ein Strahlungsquellenpositions-Erfassungssystem und eine Strahlungsquellenpositions-Erfassungssonde zum Gebrauch beim Erfassen einer Position einer Strahlungsquelle auf derartigen Gebieten, wie der Kernenergieentwicklung und der Medizin.

Ein Strahlungserfassungssystem zum Erfassen von Strahlung, wie beispielsweise harter Röntgen- oder Gammastrahlen, und zum Erzeugen von Abbildungsinformation findet Anwendung auf verschiedenen technologischen Gebieten. Der physikalische Zustand und die räumliche Struktur eines gegebenen Himmelskörpers können beispielsweise durch Erfassen des Strahlungsfeldes von dem bestimmten Himmelskörper bekannt sein. Außerdem kann eine tomographische Abbildung eines menschlichen Körpers oder dergleichen durch Bestrahlen des menschlichen Körpers oder dergleichen mit Röntgenstrahlen und Prüfen der durchgelassenen Wellen erfordert werden. Verschiedene andere Anwendungen umfassen Kernenergie (Glassverfestigungsprüfen und Strahlungsüberwachungsvorrichtungen für Strahlungsabfall etc.), zerstörungsfreie Prüfung (Halbleiterprüfvorrichtung etc.) und Ressourcenerforschung (Erhebung von Bodenressourcen etc.).

Die meisten herkömmlichen Strahlungerfasungssysteme erfassen jedoch die Photonen, die zu der Oberfläche des Detektors fliegen, und die Energie der Strahlung wird gemessen oder basierend auf den erfassten Photonen abgebildet. Die Position der Strahlungsquelle kann daher nicht mit hoher Genauigkeit erfasst werden

Die Erfindung wurde mit Blick auf die oben beschriebene Situation entwickelt, und eine ihrer Aufgaben ist es, ein Strahlungsquellenpositions-Erfassungsverfahren, ein Strahlungsquellenpositions-Erfassungssystem und eine Strahlungsquellenpositions-Erfassungssonde zum Erfassen einer Position einer Strahlungsquelle mit hoher Genauigkeit bereitzustellen.

Um diese Aufgabe zu erreichen, verwendet die Erfindung verschiedene nachstehend beschriebene Mittel.

Gemäß eines ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen einer Strahlungsquellenposition bereitgestellt, das umfasst: Erfassen einer Strahlung von einer Strahlungsquelle bei drei oder mehr unterschiedlichen Erfassungspositionen; Schätzen aus mindestens drei gekrümmten Oberflächen wo die Strahlungsquelle existiert basierend auf der bei jeder der Erfassungspositionen erfassten Strahlung; und Erfassen der Position der Strahlungsquelle basierend auf jeder geschätzten gekrümmten Oberfläche.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen einer Strahlungsquellenposition bereitgestellt, das umfasst: Erfassen einer Strahlung von einer Strahlungsquelle bei drei oder mehr unterschiedlichen Erfassungspositionen; Schätzen aus mindestens drei gekrümmten Oberflächen wo die Strahlungsquelle existiert basierend auf der entlang jeder Einfallsrichtung erfassten Strahlung; und Erfassen der Position der Strahlungsquelle basierend auf jeder geschätzten gekrümmten Oberfläche.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Strahlungsquellenpositions-Erfassungssystem bereitgestellt, das umfasst: mindestens drei Strahlungsdetektoren, die an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind und die jeweils die einfallenden Strahlungen erfassen; Schätzeinheiten, die eine gekrümmte Oberfläche schätzen, wo die Strahlungsquelle existiert, basierend auf der durch jeden Strahlungsdetektor erfassten Strahlung; und Positions-Erfassungseinheiten, die die Position der Strahlungsquelle basierend auf jeder gekrümmten Oberfläche, die von den Schätzeinheiten geschätzt wurden, erfassen.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Strahlungsquellenpositions-Erfassungssystem bereitgestellt, das umfasst: Strahlungsdetektoren, die eine einfallende Strahlung entlang unterschiedlicher erster, zweiter bzw. dritten Richtungen erfassen; Schätzeinheiten, die eine erste gekrümmte Oberfläche, eine zweite gekrümmte Oberfläche und eine dritte gekrümmte Oberfläche, wo die Strahlungsquelle existiert, basierend auf jeder entlang der ersten, zweiten bzw. dritten Richtungen erfassten Strahlung schätzen; Positions-Erfassungseinheiten, die die Position der Strahlungsquelle basierend auf jeder der gekrümmten Oberflächen, die durch jede der Schätzeinheiten geschätzt wurde, erfassen.

Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird eine Strahlungserfassungssonde zum Erfassen von einfallenden Strahlungen entlang unterschiedlicher erster, zweiter bzw. dritten Richtungen bereitgestellt, die umfasst: eine erste Schicht mit einer ersten Erfassungsplatte; und eine zweite Schicht, die in einer vorbestimmten Abstands-Beziehung vor oder in nachfolgenden Stufen der ersten Schicht angeordnet ist, und zweite, dritte und vierte Erfassungsplatten hat, bei denen die einfallenden Strahlungen jeweils entlang der ersten Richtung durch eine erste Erfassungseinheit, die die erste Erfassungsplatte und die zweite Erfassungsplatte umfasst, entlang der zweiten Richtung durch eine zweite Erfassungseinheit, die die erste Erfassungsplatte und die dritte Erfassungsplatte umfasst, und entlang der dritten Richtung durch eine dritte Erfassungseinheit, die die erste Erfassungsplatte und die vierte Erfassungsplatte umfasst, erfasst wird.

1 ist ein Diagramm, das ein Strahlungsquellenpositionsmesssystem 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2A ist eine externe Ansicht eines Strahlungsdetektors 20a, etc., und 2B ist eine Ansicht. zum Erläutern einer weiteren Konfiguration des Strahlungsdetektors 20a, etc.
3A ist eine obere Draufsicht, 3B eine untere Ansicht, 3C eine hintere Ansicht und 3D eine Schnittansicht des Strahlungsdetektors 20a entlang der Linie A-A in 3A, etc.
4A und 4B sind Diagramme zum Erläutern des Konzepts einer Positionsmessung, das von dem Strahlungsquellenpositionsmesssystem 10 ausgeführt wird.
5 ist ein Diagramm, dass eine allgemeine Konfiguration eines Strahlungsquellenpositionsmesssystem 50 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
6 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Konfiguration einer Sonde 52.
7A bis 7C sind Ansichten zum Erläutern der relativen Positionen der Strahlungsdetektoren. 8A und 8B sind Ansichten zum Erläutern der Sonde 52 gemäß einer Modifikation der Erfindung.
9A und 9B sind Ansichten zum Erläuternder Sonde 52 gemäß einer Modifikation der Erfindung.
10A und 10B sind Ansichten zum Erläutern der Sonde 52 gemäß einer Modifikation der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Erste und zweite Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erläutert. Bei der Beschreibung, die folgt, werden den Komponententeilen, die im wesentlichen die gleiche Funktion und Konfiguration aufweisen, durch die gleiche Bezugsziffer gekennzeichnet und nur bei Bedarf erneut erläutert.
(Erste Ausführungsform)
1 ist eine Diagramm, dass ein Strahlungsquellenpositionsmesssystem 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Das Strahlungsquellenpositionsmesssystem 10 findet praktisch Anwendungen auf derartigen Gebieten, wie der Beobachtung von Himmelskörpern, Kernenergieentwicklung, Zerstörungsfreie Prüfung und Erhebung von Ressourcen. Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst das Strahlungsquellenpositionsmesssystem 10 Strahlungsdetektoren 20a, 20b, 20c, eine Signalverarbeitungseinheit 24, einen Analysator 26 für erfasste Gammastrahlen und einen Computer 28.
Die Strahlungsdetektoren 20a, 20b, 20c erfassen jeweils die Strahlung, wie beispielsweise die Röntgenstrahlung oder die Gammastrahlung. Die Strahlungsdetektoren 20 weisen jeweils, wie es später beschrieben ist, eine Struktur auf, bei der mindestens zwei Erfassungsplatten als eine Erfassungsoberfläche entlang der Richtung des Strahlungseinfalls gestapelt sind. Jede Erfassungsplatte ist unabhängig entlang der Einfallsrichtung der Strahlung bewegbar. Das System, dass die Strahlungsdetektoren 20 bildet, und das vorbestimmte Signalverarbeitungssystem weist eine Funktion als ein Laserbereichsfinder auf, der den Abstand zu der Strahlungsquelle erfasst.
Die Signalverarbeitungseinheit 24 verstärkt ein von jedem der Strahlungsdetektoren 20a, 20b, 20c erfasstes Erfassungssignal und verhindert, dass ein Rauschen eingemischt oder der Rauschabstand verringert wird. Die Signalverarbeitungseinheit 24 führt ebenfalls die Signalverarbeitung, wie beispielsweise das Abtasten des Erfassungssignals, dessen weitere Verstärkung, Erzeugen eines Triggersignals und Speichern der Abtastwerte durch.
Der Analysator 26 für erfasste Gammastrahlen umfasst einen A/D-Wandler 260, einen Diskriminator 261, eine Triggersignalerzeugungsbitmuster-Erfassungseinheit 262, einen Systembus-PC-Umsetzer 263, einen MCA (Vielkanalanalysator) 254, eine Leistungsversorgung 265 mit hoher Spannung, eine Signalverlaufformungseinheit 266 und einen Systembus 267.
Der A/D-Wandler 260 wandelt ein eingegebenes Analogsignal in ein Digitalsignal um.
Der Diskriminator 261 stellt die ursprüngliche Signalwelle aus der Signalwelle wieder her, die der Frequenzmodulation oder Phasenmodulation unterworfen wurde.
Die Triggersignalerzeugungsbitmuster-Erfassungseinheit 262 erfasst ein Bitmuster des erfassten Gammastrahls basierend auf der von dem Diskriminator 261 extrahierten Signalwelle. Die von der Triggersignalerzeugungsbitmuster- Erfassungseinheit 262 erfasste Gammastrahlerfassungsinformation wird an den Computer 28 übertragen, um den Abstand und die Richtung zu einer später beschriebenen Gammastrahlquelle zu messen. Alternativ kann das Triggersignalerzeugungsbitmuster angepasst sein, um von dem Computer 28 erfasst zu werden.
Der Systembus-PC-Umsetzer 263 ist ein Sender zum Übertragen verschiedener Signale von dem Systembus 267 an den Computer 28.
Der MCA (Vielkanalanalysator) 264 verarbeitet in einem Histogramm Signalwerte des von dem A/D-Wandler 260 umgewandelten Digitalsignals.
Die Leistungsversorgung 265 für hohe Spannungen erzeugt eine hohe Spannung, die an die Elektrode jeder Erfassungsplatte der Strahlungsdetektoren 20a, 20b, 20c anzulegen ist. Jede Erfassungsplatte, deren Elektrode mit einer Spannung von der Leistungsversorgung 265 für hohe Spannungen beliefert wird, kann ein Halbleiter sein, wobei in diesem Fall Elektronen und Löcher bei Empfang des Gammastrahls erzeugt werden. In dem Fall, in dem die Erfassungsplatte ein Szintillator ist, tritt der Gammastrahl in ihn ein, um dadurch breite Bereiche von Licht vom sichtbaren Spektrum bis zum ultravioletten Spektrum zu erzeugen.
Die Signalverlaufformungseinheit 266 wandelt den Signalverlauf eines Eingangsimpulses in einen vorbestimmten Signalverlauf entlang der Amplitudenachse oder Zeitachse um.
Der Systembus 267 ist eine Schaltung zum Übertragen oder Empfangen verschiedener Signale an oder von den Vorrichtungen in dem Analysator 26 für erfasste Gammastrahlen.
Der Speicher 268 speichert ein Bitmuster des durch die Triggersignalerzeugungsbitmuster-Erfassungseinheit 262 erzeugten Gammastrahls.
Der Computer 28 ist eine Workstation oder ein PC mit den Funktionen der arithmetischen Verarbeitung, Abbildungsverarbeitung, etc. Der Computer 28 misst die Energiezählwertverteilung des erfassten Gammastrahls, wie es in 1 gezeigt ist, berechnet den später beschriebenen Bereich, wo die Gammastrahlquelle existiert, und erfasst die Position der Gammastrahlquelle basierend auf der Gammastrahlerfassungsinformation der Strahlungsdetektoren 20a, 20b, 20c, die von dem Analysator für einen erfassten Gammastrahl 26 empfangen wurde.
Der Analysator für einen erfassten Gammastrahl 26 kann mit einer zusätzlichen Funktion der arithmetischen Verarbeitung, Abbildungsverarbeitung, etc. ausgestattet sein, um die Berechnung des später beschriebenen Bereichs auszuführen, wo die Gammastrahlquelle existiert, die Erfassung der Gammastrahlquellenposition, etc. auszuführen.
(Strahlungsdetektor)
Als nächstes wird eine allgemeine Konfiguration der Strahlungsdetektoren 20a, 20b, 20c (hier nachstehend als der Strahlungsdetektor 20a, etc. bezeichnet) ausführlich erläutert.
2A ist eine Außenansicht des Strahlungsdetektors 20a, etc., und 2B ist eine Ansicht zum Erläutern der internen Konfiguration des Strahlungsdetektors 20a, etc. 3A ist eine obere Draufsicht, 3B eine untere Ansicht, 3C eine hintere Ansicht und 3D eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 3A, die den Strahlungsdetektor 20a, etc. zeigen.
Wie es in den 2A, 2B, und 3A – 3D gezeigt ist, umfasst der Strahlungsdetektor 20a, etc. zwei Erfassungsplatten 200, die jeweils eine erste Elektrode 201 und eine zweite Elektrode 202 aufweisen, um beim Eintritt von Strahlung in eine jede Erfassungsplatte erzeugte Ladung zu sammeln. Eine der ersten und zweiten Elektroden ist der Anode zugewiesen, und die andere ist der Kathode zugewiesen.
Die Erfassungsplatten 200 sind jeweils eine Halbleiterplatte, die aus einem Halbleiter, wie beispielsweise CdTe, CdZnTe, Si, Ge, etc. zusammengesetzt ist. Ein Material, wie beispielsweise ein Szintillator (beispielsweise NaI, CsI, GSO, BGO, etc.) kann ebenfalls anstatt des Halbleiters verwendet werden. Insbesondere in dem Fall, in dem die Erfassungsplatte 200 aus einem Halbleiterdetektor gebildet ist, kann ein Potential an jede Platte einzeln durch die erste Elektrode 201 und die zweite Elektrode 202 angelegt werden.
Die Erfassungsplatten 200 sind aus einem Halbleiter oder dergleichen zusammengesetzt, der eine flache Oberfläche aufweist, um einen verbesserten Abschirmungsfaktor zu gewährleisten und die Konfiguration des Systems zu vereinfachen, wie es in 2A, 2B und 3A bis 3D gezeigt ist. Diese Konfiguration macht es möglich, die Anzahl von einfallenden Gammastrahlen mit hoher Genauigkeit zu zählen und deren Energie zu erfassen (Spektralanalyse). Nichtsdestotrotz sind die Erfassungsplatten 200 nicht auf die in 2A, 2B und 3A bis 3D gezeigte flache Oberfläche (ebene Oberfläche) begrenzt, sondern können eine Form annehmen, die imstande ist, eine Abbildung zu erfassen, wie es in der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2001-339711 beschrieben ist. Wenn die Erfassungsplatten 200 außerdem Szintillatorplatten sind, wird ein optisches Signalerfassungssystem anstatt der Elektroden 201, 202 benötigt.
Die Strahlungsdetektoren 20 und der Analysator für einen erfassten Gammastrahl 26 sind miteinander durch Verbinder 22 verbunden. Die von den Elektroden gesammelte Ladung wird an den Analysator für einen erfassten Gammastrahl 26 in einer nachfolgenden Stufe für jede Erfassungsplatte 200 (Kanal) übertragen (3C).
Obwohl der Strahlungsdetektor 20a, etc. mit zwei Erfassungsplatten 200 in 2A, 2B und 3A bis 3D dargestellt ist, können mehr Erfassungsplatten 200 enthalten sein, um die Erfassungsgenauigkeit zu verbessern oder den Freiheitsgrad der Erfassungsverfahren zu erhöhen. Bei jeder Konfiguration ist der Abstand zwischen den Erfassungsplatten 200 vorzugsweise steuerbar.
Der Strahlungsdetektor 20a, etc. weist einen Ladungssammlungsmechanismus für jede Erfassungsplatte 200 auf. Daher kann die Position, an der der Gammastrahl reagiert (d.h. die Erfassungsplatte 200, bei der der Gammastrahl reagiert) und die erfasste Energie unabhängig voneinander erkannt werden. Es ist ebenfalls möglich, den Abstand zu der Strahlungsquelle zu kennen.
Insbesondere können mit den Detektoren 20 die Energieverteilung der einfallenden Gammastrahlen oder die Energiewerte der Linien der Gammastrahlen (Line-Gamma-Rays) aus dem Energiespektrum der Gammastrahlen, die durch Erfassungsplatte 200 erfasst wird, oder deren Gesamtsumme bekannt sein. Es sind außerdem im allgemeinen Gammastrahlen (Line-Gamma-Rays) mit einer einzigen Energie erforderlich, um den Abstand zu der Strahlungsquelle zu messen. Beim Messen des Abstands zu der Strahlungsquelle mit den Detektoren 20 wird nur das Phänomen, bei dem die durch irgendeine Platte (nur eine Schicht) 200 erfasste Energie gleich der der einfallenden Gammastrahlen ist, ausgewählt, und die Anzahl der somit erfassten Phänomene wird zwischen den Platten 200 verglichen. Dieser Vergleich macht es möglich, den Abstand des Line-Gamma-Ray von den Detektoren zu kennen.
(Messung des Gammastrahlquellenabstands)
Zuerst wird eine Erläuterung des Positionsverfahrens mit dem oben beschriebenen Strahlungsquellenpositionsmesssystem 10 gegeben. 4A und 4B sind Diagramme zum Erläutern des Positionsmessprozesses, der von dem Strahlungsquellenpositionsmesssystem 10 ausgeführt wird. Bei dem in 4A gezeigten polaren Koordinatensystems sei angenommen, dass die Strahlungsquelle an der Position angeordnet ist, die durch (r, θ, ϕ) angegeben ist. Dann ist gemäß den in der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-122524 beschriebenen Verfahren der Strahlungszählwert Ci an der i-ten Erfassungsplatte von der Einfallsebene proportional zu der folgenden Gleichung: Ai(r, θ) r2/ [r2sin2θ + {rcosθ + (i-1) d}2] (1)
wobei Ai(r, θ) die Wirkung der Strahlungsabsorption durch die Erfassungsplatte in der vorhergehenden Stufe darstellt, die von der Form der Detektoren abhängig ist (d.h. der Form der Erfassungsplatten) . Außerdem gibt r²/[r²sin2θ + {rcosθ + (i-1)d}²] die Wirkung des Abstands zu der Strahlungsquelle an, der sich von einer Erfassungsplatte zur anderen ändert.
Basierend auf dieser Gleichung (1) wird das Verhältnis des Zählwerts beispielsweise zwischen den Erfassungsplatten des Detektors 20a gemessen, und der Wert Ga (ra, θa) = 0, der dem Minimalwert von χ2 zugeordnet ist, kann durch χ2-Anpassung erhalten werden. Dies ist ebenfalls der Fall mit den anderen Detektoren 20b, 20c, und wie es in 4B gezeigt ist, können die Gleichungen Gb(rb, θb) = 0, Gc(rc, θc) = 0 der gekrümmten Oberflächen, die den Wert von χ2 minimieren, basierend auf den Erfassungsdaten der Strahlungsdetektoren 20b bzw. 20c erhalten werden.
Die somit erhaltenen gekrümmten Oberflächen Ga (ra, θa) = 0, Gb (rb, θb) = 0, Gc (rc, θc) = 0, auf denen geschätzt wird, dass die Strahlungsquelle existiert, können als Ma (r, θ, ϕ) = 0, Mb (r, θ, ϕ) = 0, Mc (r, θ, ?) = 0 durch Koordinatentransformation jeweils umgeschrieben werden. Bei dem Strahlungsquellenpositionsmesssystem 10 gemäß dieser Erfindung wird die Position der Strahlungsquelle durch gleichzeitiges Lösen der Gleichungen der gekrümmten Oberflächen Ma, Mb, Mc eindeutig bestimmt, die auf die oben beschriebene Art und Weise erhalten werden. Dies kann intuitiv wie folgt erläutert werden. Insbesondere ist Strahlungsquelle auf den gekrümmten Oberflächen Ma, Mb, Mc, beispielsweise auf der Kurve, angeordnet, bei der sich die gekrümmte Oberfläche Ma und die gekrümmte Oberfläche Mb kreuzen. Unter der Annahme, dass diese Kurve C ist, ist der Kreuzungspunkt zwischen der Kurve C und der gekrümmten Oberfläche Mc die Lösung der oben beschriebenen simultanen Gleichung, die die Koordinate (r, θ, ?) der Strahlungsquelle angibt.
Die gekrümmten Oberflächen Ga(ra, θa) = 0, Gb(rb, θb) = 0, Gc(rc, θc) = 0 beruhend auf denen geschätzt wird, wo die Strahlungsquelle existiert, können ebenfalls durch das Verfahren der unten beschriebenen numerischen Berechnung oder des Verfahrens, das einen Kalibrationstest verwendet, so wie auch durch das oben beschriebene Analyseverfahren bestimmt werden.
Das Verfahren mit der numerischen Berechnung wird nachstehend beschrieben. Insbesondere wird das Verhältnis des Zählwerts für die Erfassungsplatten, das mit der an einer gegebenen Position angeordneten Strahlungsquelle erhalten wurde, gespeichert, indem es im voraus durch Simulation mittels beispielsweise der Monte-Carlo-Analyse bestimmt wird. Zur gleichen Zeit wird die Information, wie beispielsweise die Form der Detektoren 20 (d.h. die Form der Erfassungsplatte 200) ebenfalls wünschenswerterweise gespeichert.
Als nächstes wird das durch Simulation erhaltene Verhältnis des Zählwerts gespeichert, indem es für jede Position in einem vorbestimmten Bereich (beispielsweise in einem Bereich, in dem die Strahlungsquelle vorhanden ist) bestimmt wird.
Die Strahlung wird tatsächlich von jedem Detektor 20 erfasst. Basierend auf jedem Erfassungsergebnis wird das Verhältnis des Zählwerts für jede Erfassungsplatte durch das oben erwähnte Verfahren bestimmt, und durch dessen Vergleich mit dem Simulationsergebnis wird eine Kandidatenstrahlungsquellenposition für jeden Detektor ausgewählt.
Die somit bestimmte Kandidatenstrahlungsquellenposition sollte auf den gekrümmten Oberflächen Ga (ra, θa) = 0, Gb (rb, θb) = 0, Gc (rc, θc) = 0 liegen, wo geschätzt wird, dass dort die Strahlungsquelle existiert. Basierend auf der Kandidatenstrahlungsquellenposition kann somit die gekrümmte Oberfläche Ga (ra, Θa)= 0, Gb (rb, Θb) = 0, Gc (rc, Θc) = 0 für jeden Detektor bestimmt werden.
Bei dem auf dem Kalibrationstest basierenden Verfahren wird andererseits die Beziehung zwischen dem Verhältnis des Zählwerts für jede Erfassungsplatte und der Detektorposition im voraus durch tatsächliche Messungen anstatt mit der Simulation bestimmt. Basierend auf dieser Beziehung wird eine Kandidatenstrahlungsquellenposition von dem tatsächlichen Erfassungsergebnis ausgewählt, so dass die gekrümmten Oberflächen Ga (ra, Θa) = 0, Gb (rb, Θb) = 0, Gc (rc, Θc) = 0 für jeden Detektor bestimmt werden können.
Wie es oben beschrieben ist, werden bei dem System 10 mindestens drei Gleichungen gekrümmter Oberflächen, auf denen die Strahlungsquelle existiert, durch mindestens drei Strahlungsdetektoren gemäß dem Analyseverfahren, dem numerischen Berechnungsverfahren oder dem Kalibrierungstest spezifiziert, und diese drei Gleichungen der gekrümmten Oberflächen werden gleichzeitig gelöst. Auf diese Art und Weise kann die räumliche Position der Strahlungsquelle genau bestimmt werden. Als Ergebnis kann der Bediener ohne weiteres die Position der Strahlungsquelle durch Anordnen und Erfassen der Strahlungsdetektoren beispielsweise bei drei unterschiedlichen Positionen spezifizieren.
(Zweite Ausführungsform)
Ein Strahlungsquellenpositionsmesssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform findet beispielsweise praktische Anwendungen auf dem medizinischen Gebiet. 5 ist ein Diagramm, das eine allgemeine Konfiguration eines Strahlungsquellenpositionsmesssystem 50 gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Das Strahlungsquellenpositionsmesssystem 50 umfasst kleinere Strahlungsdetektoren 20a, 20b, 20c, die in einem einzigen Gehäuse gespeichert sind, um eine Sonde 52 zu konfigurieren. Die anderen Komponententeile sind im wesentlichen mit den entsprechenden des in Figur. 1 gezeigten Systems 10 identisch.
6 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Konfiguration der Sonde 52. Wie es in 6 gezeigt ist, umfasst die Probe 52 kleine Strahlungsdetektoren 20a, 20b, 20c. Die relativen Positionen der Strahlungsdetektoren sind nicht spezifisch begrenzt, sondern müssen derart sein, dass die Strahlungsquelle eindeutig durch das oben erwähnte Verfahren bestimmt werden kann. Insbesondere werden irgendwelche relativen Positionen ausreichen, soweit wie die Gleichungen der gekrümmten Oberflächen Ma, Mb, Mc unabhängig voneinander sind. Beispielsweise können die Strahlungsdetektoren in beabstandeter Beziehung miteinander angeordnet sein, wie es in 7A gezeigt ist, oder können benachbart zueinander angeordnet sein, wie es in 7B gezeigt ist. Wie es ebenfalls in 7C gezeigt ist, ist eine gegebene Erfassungsplatte 200 nicht notwendigerweise parallel zu dem Erfassungsplatten 200, die die anderen Strahlungsdetektoren konfigurieren. Nichtsdestotrotz ist es vorzuziehen, um die Kompaktheit der Sonde 52 zu gewährleisten, die Strahlungsdetektoren 20a, 20b, 20c parallel zueinander mit einem kleinen Abstand dazwischen anzuordnen.
Ein Beispiel ungeeigneter relativer Positionen der Strahlungsdetektoren 20a, 20b, 20c ist eine Anordnung an der selben Achse. Diese Anordnung macht es unmöglich, die' simultanen Lösung der Gleichungen für die gekrümmten Oberflächen Ma, Mb, Mc als eine Position der Strahlungsquelle zu bestimmen.
Gemäß dem oben erwähnten Verfahren kann die Position der Strahlungsquelle durch Lösen der simultanen Gleichungen soweit wie die drei unabhängigen gekrümmten Oberflächen (d.h. Ma, Mb, Mc in 4B gezeigt) bestimmt werden, wo die Strahlungsquelle existiert. Es ist daher für das System entscheidend, dass mindestens drei unabhängige gekrümmte Oberflächen, wo die Strahlungsquelle existiert, spezifiziert werden können. Mit anderen Worten kann jede Konfiguration benutzt werden, solange wie drei unabhängige gekrümmte Oberflächen spezifiziert werden können.
Aus dieser Hinsicht werden Modifikationen der Sonde 52 nachstehend erläutert.
8A, 8B, 9A, 9B, 10A und 10B sind Ansichten zum Erläutern von Modifikationen der Sonde 52. Die in 8A gezeigte Sonde 52 umfasst eine erste Erfassungsschicht 53, die mit einer einzigen kleinen Erfassungsplatte 200 ausgestattet ist, und eine zweite Erfassungsschicht 54, die mit drei kleinen Erfassungsplatten 200 ausgestattet ist. Sogar mit dieser Konfiguration der Probe 52, wie es in 8B gezeigt ist, können drei unabhängige Detektoren A, B, C mit der Erfassungsplatte 200 in der vorhergehenden Stufe und der Erfassungsplatte 200 in der nachfolgenden Stufe konfiguriert werden. Somit können drei unabhängige gekrümmte Oberflächen spezifiziert werden.
Bei der in 9A gezeigten Probe 52 werden andererseits die erste Erfassungsschicht 53 und die zweite Erfassungsschicht 54 der in 8B gezeigten Erfassungsplatte 200 miteinander ausgetauscht. Sogar mit dieser Konfiguration der Sonde 52 können, wie es in 9B gezeigt ist, können drei unabhängige Detektoren A, B, C mit der Erfassungsplatte 200 in der vorhergehenden Stufe und der Erfassungsplatte 200 in den nachfolgenden Stufen konfiguriert werden. Somit können drei unabhängige gekrümmte Oberflächen spezifiziert werden.
Bei der in 10A gezeigten Sonde 52 werden erste Erfassungsschichten 57, 58, 59, die jeweils mit einer einzigen kleinen Erfassungsplatte 200 ausgerüstet sind, in der gleichen Richtung ausgerichtet. Mindestens eine Erfassungsplatte der ersten Erfassungsplatte der ersten Erfassungsschichten 57, 58, 59 ist jedoch nicht im Stande, die Mittelachse mit den anderen Erfassungsplatten zu teilen oder weist eine unterschiedliche Form oder Größe von den verbleibenden Erfassunsplatten auf. Sogar mit dieser Konfiguration der Sonde 52, wie es in 10B gezeigt ist, können drei unabhängige Detektoren A, B, C mit unterschiedlich kombinierten Erfassungsplatten 200 konfiguriert werden. Somit können drei unabhängige gekrümmte Oberflächen spezifiziert werden.
Mit der oben erwähnten Konfiguration können die Abschnitte, die beispielsweise eine durch ein radioaktives Isotop markiert Chemikalie absorbiert haben, auf dem medizinischen Strahlungsgebiet mit hoher Genauigkeit spezifiziert werden. Insbesondere ist die oben erwähnte Sonde so kompakt, dass die benachbarte zu einem abgestorbenen Teil bei Hand platziert oder in einen engen Teil eingefügt oder anderweitig ohne weiteres an der gewünschten Position angeordnet werden kann.
Ausführungsformen der Erfindung wurden oben beschrieben. Verschiedene Modifikationen und Änderungen können von Fachleuten innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung entworfen werden, und es ist ersichtlich, dass derartige Modifikationen und Änderungen von dem Schutzumfang der Erfindung abgedeckt werden. Wie es beispielsweise nachstehend in (1) und (2) gezeigt ist, ist die Erfindung verschiedenartig modifizierbar, ohne von deren Schutzumfang abzuweichen.

(1) Gemäß den ersten und zweiten Ausführungsformen werden die gekrümmten Oberflächen Ma, Mb, Mc mit einer Strahlungsquelle durch die drei Strahlungsdetektoren 20a, 20b, 20c an drei unterschiedlichen Positionen spezifiziert. Im Gegensatz dazu können die gekrümmten Oberflächen Ma, Mb, Mc, wo die Strahlungsquelle an drei unterschiedlichen-Positionen existiert, alternativ durch eine Konfiguration spezifiziert werden, bei der ein einziger Strahlungsdetektor 20a verwendet wird, wobei dessen Erfassungsposition verschoben wird.
(2) Von dem Blickpunkt der Verhinderung der Belichtung und einer verbesserten Betriebsfähigkeit, kann ein Mechanismus hinzugefügt werden, um die Position des Strahlungsdetektors 20a, etc. fernzusteuern.

Die Ausführungsformen können soweit wie möglich geeignet kombiniert werden, wobei in diesem Fall eine kombinierte Wirkung erreicht werden kann. Außerdem können die oben beschriebenen Ausführungsformen verschiedene Stufen der Erfindung enthalten, und daher können verschiedene Erfindungen durch eine geeignete Kombination einer Mehrzahl der offenbarten Teilelementen extrahiert werden. Sogar in dem Fall, in dem einige Teilelemente von allen in den Ausführungsformen offenbarten Teilelementen weggelassen werden, kann beispielsweise das in der KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG beschriebene Problem gelöst werden. In dem Fall, in dem mindestens eine der in der Beschreibung beschriebenen Wirkungen erhalten werden kann, kann die Konfiguration, bei der einige Teilelementen weggelassen sind, als eine Erfindung extrahiert werden.

Claims

Verfahren zum Erfassen einer Strahlungsquellenposition, gekennzeichnet durch: Erfassen einer Strahlung von einer Strahlungsquelle an drei oder mehr unterschiedlichen Erfassungspositionen, Schätzen mindestens dreier gekrümmter Oberflächen (Ma, Mb, Mc), auf denen die Strahlungsquelle liegt, basierend auf der an jeder der Erfassungspositionen erfassten Strahlung; und Erfassen der Position der Strahlungsquelle basierend auf jeder geschätzten gekrümmten Oberfläche (Ma, Mb, Mc).
Verfahren zum Erfassen einer Strahlungsquellenposition gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung durch zwei Erfassungsplatten erfasst wird, die in einer vorbestimmten Abstands-Beziehung miteinander angeordnet sind, und jede gekrümmte Oberfläche (Ma, Mb, Mc) basierend auf der Abstands-Beziehung und der Anzahl von Strahlungen, die auf jeder der Erfassungsplatten fallen, geschätzt wird.
Verfahren zum Erfassen einer Strahlungsquellenposition, gekennzeichnet durch: Erfassen einer Strahlung von einer Strahlungsquelle an drei oder mehr unterschiedlichen Erfassungspositionen; Schätzen mindestens dreier gekrümmten Oberflächen (Ma, Mb, Mc), auf denen die Strahlungsquelle existiert, basierend auf der entlang jeder Einfallsrichtung erfassten Strahlung; und Erfassen der Position der Strahlungsquelle basierend auf jeder geschätzten gekrümmten Oberfläche (Ma, Mb, Mc).
Verfahren zum Erfassen einer Strahlungsquellenposition gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung von zwei Erfassungsplatten erfasst wird, die in einem vorbestimmten Abstands-Beziehung zueinander angeordnet sind, und das jede gekrümmte Oberfläche (Ma, Mb, Mc) basierend auf der Abstands-Beziehung und der Anzahl von Strahlungen, die auf jede Erfassungsplatte fallen, geschätzt wird.
Strahlungsquellenpositions-Erfassungssystem (10), gekennzeichnet durch: mindestens drei Strahlungsdetektoren (20a, 20b, 20c), die an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind und die die einfallenden Strahlungen jeweils erfassen; Schätzeinheiten (26, 28,), die eine gekrümmte Oberfläche (Ma, Mb, Mc) schätzen, wo die Strahlungsquelle existiert, basierend auf der von jedem Strahlungsdetektor erfassten Strahlung; und Positions-Erfassungseinheiten (28), die die Position der Strahlungsquelle basierend auf jeder gekrümmten Oberfläche (Ma, Mb, Mc) erfassen, die durch jede der Schätzeinheiten geschätzt wurde.
Strahlungsquellenpositions-Erfassungssystem gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Strahlungsdetektor (20a, 20b, 20c) zwei Erfassungsplatten (200a, 200b) umfasst, die in einer vorbestimmten Abstands-Beziehung zueinander angeordnet sind, und mit denen die einfallende Strahlung erfasst wird und die Schätzeinheit (26, 28) eine Einfallstrahl-Anzahlerfassungseinheit, die die Anzahl von Strahlungen erfasst, die auf jeder Erfassungsplatte (200a, 200b) einfallen; und eine gekrümmte Oberflächenberechnungseinheit umfasst, die eine gekrümmte Oberfläche, auf denen die Strahlungsquelle liegt, basierend auf der Anzahl der Strahlungen, die auf die Erfassungsplatte (200a, 200b) einfallen, und dem Abstand des vorbestimmten Raumes berechnet.
Strahlungsquellenpositions-Erfassungssystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Erfassungsplatte (200a, 200b) aus einem Halbleiter oder einem Szintillator zusammengesetzt ist.
Strahlungsquellenpositions-Erfassungssystem (10), gekennzeichnet durch: Strahlungsdetektoren (20a, 20b, 20c), die eine einfallende Strahlung entlang unterschiedlicher erster, zweiter bzw. dritten Richtungen erfasst; Schätzeinheiten (26, 28), die eine erste gekrümmte Oberfläche (Ma), eine zweite gekrümmte Oberfläche (Mb) und eine dritte gekrümmte Oberfläche (Mc), wo die Strahlungsquelle existiert, basierend auf jeder entlang der ersten, zweiten bzw, dritten Richtungen erfassten Strahlung schätzen; und Positions-Erfassungseinheiten (28), die die Position der Strahlungsquelle basierend auf jeder der gekrümmten Oberflächen erfassen, die durch die Schätzeinheiten geschätzt wurden.
Strahlungsquellenpositions-Erfassungssystem gemäß Anspruch 8; dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsdetektoren jeweils eine erste Schicht (200a) mit einer ersten Erfassungsplatte; und eine zweite Schicht (200b), die in vorbestimmter räumlichen Beziehung in einer vorhergehenden oder nachfolgenden Stufe der ersten Schicht angeordnet ist und zweite, dritte und vierte Erfassungsplatten aufweist, wobei die von der ersten Richtung einfallende Strahlung von einer ersten Erfassungseinheit erfasst wird, die die erste Erfassungsplatte (53) und die zweite Erfassungsplatte (54) umfasst, wobei die von der zweiten Richtung einfallende Strahlung von einer zweiten Erfassungseinheit erfasst wird, die die erste Erfassungsplatte (53) und die dritte Erfassungsplatte (54) umfasst, und die aus der dritten Richtung einfallende Strahlung von einer dritten Erfassungseinheit erfasst wird, die die erste Erfassungsplatte (53) und die vierte Erfassungsplatte (54) umfasst, und jede Schätzeinheit (26, 28) die Anzahl von Strahlungen erfasst, die auf jede Erfassungsplatte einfallen; die erste gekrümmte Oberfläche, wo die Strahlungsquelle existiert, basierend auf der Anzahl der Strahlungen, die auf jede der Erfassungsplatten einfallen, die die erste Erfassungseinheit konfigurieren, und dem Abstand zwischen der ersten Erfassungsplatte und der zweiten Erfassungsplatte schätzt; die zweite gekrümmte Oberfläche, auf der die Strahlungsquelle liegt, basierend auf der Anzahl der Strahlungen, die auf jede Erfassungsplatte einfallen, die die zweite Erfassungseinheit konfigurieren, und dem Abstand zwischen der ersten Erfassungsplatten und der dritten Erfassungsplatte schätzt; und die dritte gekrümmte Oberfläche, auf der die Strahlungs quelle liegt, basierend auf der Anzahl der Strahlungen, die auf jede Erfassungsplatte einfallen, die die dritte Erfassungseinheit konfigurieren, und dem Abstand zwischen der ersten Erfassungsplatte und der vierten Erfassungsplatte schätzt.
Strahlungsquellenpositions-Erfassungssystem gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten bis vierten Erfassungsplatten aus einem Halbleiter oder einem Szintillator zusammengesetzt ist.
Strahlungsquellenpositions-Erfassungssystem gemäß Anspruch 8; dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsdetektoren jeweils umfassen: eine erste Erfassungsplatte (57); eine zweite Erfassungsplatte (59), die in einer ersten Abstands-Beziehung mit der ersten Erfassungsplatte angeordnet ist; und eine dritte Erfassungsplatte (58), die in einer zweiten Abstands-Beziehung mit der ersten Erfassungsplatte angeordnet ist und eine Mittelachse aufweist, die sich von derjenigen der ersten Erfassungsplatte und der zweiten Erfassungsplatte unterscheidet, wobei der aus der ersten Richtung einfallende Strahlungsstrahl von einer ersten Erfassungseinheit erfasst wird, die die erste Erfassungsplatte und die zweite Erfassungsplatte umfasst, wobei der aus der zweiten Richtung einfallende Strahlungsstrahl von einer zweiten Erfassungseinheit erfasst wird, die die erste Erfassungsplatte und die dritte Erfassungsplatte umfasst, und der aus der dritten Richtung einfallende Strahlungsstrahl von einer dritten Erfassungseinheit erfasst wird, die die zweite Erfassungsplatte und die dritte Erfassungsplatte umfasst, und die Schätzeinheit (26, 28) die Anzahl von Strahlungen erfasst, die auf jeder Erfassungsplatte einfallen; die erste gekrümmte Oberfläche, auf der die Strahlungsquelle existiert, basierend auf der Anzahl der Strahlungen, die auf jede Erfassungsplatte einfallen, die die erste Erfassungseinheit konfigurieren, und dem Abstand zwischen der ersten Erfassungsplatte und der zweiten Erfassungsplatte schätzt; die zweite gekrümmte Oberfläche, auf der die Strahlungsquelle liegt, basierend auf der Anzahl der Strahlungen, die auf jede Erfassungsplatte einfallen, die die zweite Erfassungseinheit konfigurieren, und dem Abstand zwischen der ersten Erfassungsplatte und der dritten Erfassungsplatte schätzt; und die dritte gekrümmte Oberfläche, auf der die Strahlungsquelle liegt, basierend auf der Anzahl der Strahlungen, die auf jede Erfassungsplatte einfallen, die die dritte Erfassungseinheit konfigurieren, und dem Abstand zwischen der zweiten Erfassungsplatte und der dritten Erfassungsplatte schätzt.
Strahlungsquellenpositions-Erfassungssystem gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten bis dritten Erfassungsplatten aus einem Halbleiter oder Szintillator zusammengesetzt ist.
Strahlungserfassungssonden zum Erfassen einer Strahlung entlang unterschiedlicher erster, zweiter und dritter Richtung, gekennzeichnet durch: eine erste Schicht (53) mit einer ersten Erfassungsplatte; und eine zweite Schicht (54), die in einer vorbestimmten Abstands-Beziehung in einer vorhergehenden oder nachfolgenden Stufen der ersten Schicht angeordnet ist und zweite, dritte und vierte Erfassungsplatten aufweist; wobei die einfallenden Strahlungen jeweils entlang, der ersten Richtung von einer ersten Erfassungseinheit, die die erste Erfassungsplatte und die zweite Erfassungsplatte umfasst, entlang der zweiten Richtung durch eine zweite Erfassungseinheit, die die erste Erfassungsplatte und die dritte Erfassungsplatte umfasst, und entlang der dritten Richtung durch eine dritte Erfassungseinheit, die die erste Erfassungsplatte und die vierte Erfassungsplatte umfasst, erfasst werden.
Strahlungserfassungssonde gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten bis vierten Erfassungsplatten aus einem Halbleiter oder einem Szintillator zusammengesetzt ist.
Strahlungserfassungssonde zum Erfassen einfallender Strahlungen entlang unterschiedlicher erster, zweiter und dritter Richtungen, gekennzeichnet durch: eine erste Erfassungsplatte (54); eine zweite Erfassungsplatte (54), die in einer ersten Abstands-Beziehung mit der ersten Erfassungsplatte angeordnet ist; und eine dritte Erfassungsplatte (58), die in einer zweiten Abstands-Beziehung mit der ersten Erfassungsplatte angeordnet ist und eine Form oder eine Mittelachse aufweist, die sich von derjenigen der ersten Erfassungsplatte und der zweiten Erfassungsplatte unterscheidet, wobei die einfallenden Strahlungen jeweils entlang der ersten Richtung durch eine erste Erfassungseinheit, die die erste Erfassungsplatte und die zweite Erfassungsplatte umfasst, entlang der zweiten Richtung durch eine zweite Erfassungseinheit, die die erste Erfassungsplatte und die dritte Erfassungsplatte umfasst, und entlang der dritten Richtung durch eine dritte Erfassungseinheit, die die zweite Erfassungsplatte und die dritte Erfassungsplatte umfasst, erfasst werden.
Strahlungsquellenpositions-Erfassungssonde gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten bis dritten Erfassungsplatten aus einem Halbleiter und einem Szintillator zusammengesetzt ist.