JP2008534950A - 放射線検出装置、放射線検出装置の製造方法、放射線検出方法、ウインドウ、および放射線検出装置のウインドウの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一様でない電界分布は、検出装置による出力の正確性を低下させるおそれがある。これによって、例えばアノードのワイヤの異なる位置に入射する電子の分布が特異なものとなり得る。
【解決手段】放射線検出装置において、ハウジングは、電離ガスを含む。アノードワイヤアレイは、実質的に第１の平面内に延在し、電子を引きつける第１ポテンシャルに保持されて配列される。少なくとも１つのカソードワイヤは、アノードワイヤから所定の間隔を置いて配置され、第１ポテンシャルよりも低い第２ポテンシャルに保持されて配列される。追加電極は、前記アノードワイヤアレイの外周に隣接して配置され、第２ポテンシャルより高い第３ポテンシャルに保持されて配列される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電離ガスを取り入れた放射線検出装置に関する。本発明の実施例は、特にマルチワイヤ比例計数管（ＭＷＰＣ）としての用途に適している。しかし、この用途に限られないことは勿論である。本発明は、電離ガスを含む放射線検出装置のウインドウにも関する。

米国特許第３,９１１,２７９号には、統合遅延線による位置感度マルチワイヤ比例計数管が開示されている。この計数管は、電離放射線に関連する位置データを得るために利用することができる。

この計数管は、電離放射線との相互作用で電離する気体、すなわち電離ガスで満たされている。この装置は、複数のアノードワイヤおよびアノードワイヤから所定の関係において間隔を置いた少なくとも一つのカソードワイヤを有する。

検出空間内の気体は放射線によって電離され、自由電子を作り出す。このように作り出された電子は、アノードとへ向かう。電子がプラスのアノードに近づくと、電子はアノードに向かって加速する。アノードが比較的高いポテンシャルに保持されているときは、これらの電極はさらに気体の分子を電離する。これが第２の電離である。この結果、第２の電子が解放されたときに自由電子の総数が増大する。この増数プロセスは、一般に電子雪崩と呼ばれる。この電離プロセスによって作られるほとんどの電子はアノードに集められ、プラスイオンによるネット正電荷を気体に残留させる。この正電荷はカソードワイヤの電圧を誘導する。こうして誘導される電圧は、正電荷からのカソードワイヤの距離に反比例する。その結果、電圧プロファイルは、そこで決定される電離放射線の位置によって時間分析される。
米国特許第３９１１２７９号明細書

電界強度が強まるにしたがって、２次電子の数も増加する。すなわち、放射線検出装置における自由電子の初期数も増加する。したがって、それは比較的高い電界を有することが好ましい。しかし、電界が強まるにしたがって、検出装置内においてスパークが発生する可能も高くなる。スパークは検出データのエラーに繋がり、また検出装置の寿命を短くするおそれがある。スパークは、電離ガス領域が相互間にわたって局部的に電気絶縁することによって起こる、検出装置内のスパーク放電が顕在化したものである。

さらに、正確な位置データを抽出するため、ドリフト領域を通じて電界分布が均一であることが望ましい。一様でない電界分布は、検出装置による出力の正確性を低下させるおそれがある。これによって、例えばアノードのワイヤの異なる位置に入射する電子の分布が特異なものとなり得る。

電離ガスを含む放射線検出装置は、一般にウインドウを有する。このウインドウは、電離ガスを含むハウジングへの放射線の導入を可能とすると共に、ハウジングからのガスの漏出を抑制するために設けられる。特にＸ線検出装置では、通常この種のウインドウはベリリウムによって作られる。ベリリウムは、Ｘ線を透過する。ベリリウムは、カソードワイヤによって負のポテンシャルに保たれる。このように、電気的な「ドリフト」電界は、ウインドウ内面上のマイナスの電圧とカソードワイヤとの間に形成される。このドリフト電界は、よりプラス方向の電位（例えば０ボルト）に保たれる。電子は、このドリフト電界の影響を受けてカソードおよび隣接したアノードへと移動する。

ベリリウムの電気伝導率は、約３.１×１０^５ｃｍ^−１Ω^−１である。しかしながら、ベリリウムは有毒でもろい性質を有する。このためベリリウムは扱いづらく、また、ウインドウとして用いるべく所望の形状に加工することも困難である。

このため、本発明の実施例は、先行技術文献に記載される問題またはその他の問題を解決する、電離ガスを有する放射線検出装置を提供することを目的とする。

また、本発明の実施例は、先行技術文献に記載される問題またはその他の問題を解決する、電離ガスを有する放射線検出装置に用いるウインドウを提供することを目的とする。

このため、本発明の第１の態様に係る放射線検出装置は、電離ガスを含むハウジングと、実質的に第１の平面内に延在し、電子を引きつける第１ポテンシャルに保持されたアノードワイヤが配列されたアノードワイヤアレイと、前記アノードワイヤから所定の間隔を置いて配置され、第１ポテンシャルよりも低い第２ポテンシャルに保持されて配列された、少なくとも１つのカソードワイヤと、前記アノードワイヤアレイの外周に隣接して配置され、第２ポテンシャルより高い第３ポテンシャルに保持されて配列された追加電極と、を備える。

このような追加電極を設けることにより、ドリフト電界領域における実質的に均一な電界分布を容易に作り出すことができる。これによって、放射線検出装置の精度を高めることが可能となる。また、アノード周辺においてより均一な電界分布を実現することにより、スパークが発生する可能性を低減させることができる。

第３ポテンシャルは、第１ポテンシャルより小さくてもよく、第１ポテンシャルと実質的に等しくてもよい。

前記少なくとも１つの追加電極は、前記アノードワイヤアレイの一端に隣接して配置された第１電極と、前記アノードワイヤアレイの他端に隣接して配置された第２電極と、を有していてもよい。

前記少なくとも１つの追加電極は、実質的に第１の平面内に延在していてもよい。

前記アノードワイヤの各々は実質的に平行に伸びていてもよく、前記少なくとも１つの追加電極は、前記アノードワイヤと平行に縦方向に延在していてもよい。

前記アノードワイヤの各々は実質的に平行に伸びていてもよく、前記少なくとも１つの追加電極は、前記アノードワイヤと垂直に縦方向に延在していてもよい。

前記アノードワイヤアレイの端部に配置されたアノードワイヤは、前記アノードワイヤアレイの中央に配置されたアノードワイヤより太くてもよい。

前記アノードワイヤアレイの端部に配置されたアノードワイヤは、前記アノードワイヤアレイの中央に配置されたアノードワイヤより、少なくとも５０％太くてもよい。

前記アノードワイヤアレイの端部に配置されたアノードワイヤは、前記アノードワイヤアレイの中央に配置されたアノードワイヤより高い張力で保持されてもよい。

本発明に係るある態様の放射線検出装置は、前記アノードワイヤの少なくとも１つを支持する少なくとも１つのフレームをさらに備えてもよい。前記フレームによって支持されるワイヤは、前記フレームに結合された部材を介して前記フレームに結合されてもよく、前記部材は、支持されるアノードワイヤの長手方向中央に向かって突出する突出部を有する本体部を含んでいてもよい。

本発明に係るある態様の放射線検出装置は、前記アノードワイヤの少なくとも１つを支持する少なくとも１つのフレームをさらに備えてもよい。

前記フレームは、絶縁材料によって形成されてもよく、前記フレームによって支持されるアノードワイヤと前記フレームの隣接面との間隔は、前記アノードワイヤの隣接端部に向かって徐々に狭くなっていてもよい。

前記フレームは、アノードに対して実質的に平たんな表面およびアノードに対して湾曲した表面の少なくとも１つに面する前記アノードワイヤアレイの外面に隣接する部分で少なくとも１つのカソードワイヤを支持してもよい。

本発明に係るある態様の放射線検出装置は、第１、第２、および第３ポテンシャルを発生させるよう設けられた電圧源をさらに備えてもよい。

本発明の第２の態様は、放射線検出装置を製造する方法である。本態様に係る方法は、電離ガスを含むハウジングを設けるステップと、実質的に第１の平面内に伸び、電子を引きつける第１ポテンシャルに保持されて配置されたアノードワイヤアレイを設けるステップと、前記アノードワイヤから所定の間隔をおいて設けられ、前記第１ポテンシャルよりも低い第２ポテンシャルに保持された少なくとも１つのカソードワイヤを設けるステップと、前記アノードワイヤの外面に隣接して配置され、前記第２ポテンシャルよりも高い第３ポテンシャルに保持されて配置された少なくとも一つの追加電極を設けるステップと、を備える。

本発明の第３の態様は、放射線検出方法である。本態様に係る方法は、電離ガスを含むハウジングと、実質的に第１の平面内に伸びるアノードワイヤアレイと、アノードワイヤから所定の間隔を置いて配置された少なくとも一つのカソードワイヤと、前記アノードワイヤアレイの周辺に配置された少なくとも一つの追加電極と、を備える放射線検出装置を使用して、電子を引きつける第１ポテンシャルにアノードワイヤアレイを保持するステップと、前記第１ポテンシャルよりも低い第２ポテンシャルに少なくとも一つの前記カソードワイヤを保持するステップと、第２ポテンシャルより高い第３ポテンシャルに少なくとも一つの追加電極を保持するステップと、前記アノードワイヤアレイに集められた電子によって前記少なくとも１つのカソードワイヤに印加された電圧を計測するステップと、を備える。

本発明のある態様に係る放射線検出方法は、Ｘ線放射線を組織サンプルに照射するステップと、組織サンプルから回折したＸ線を放射線検出装置で計測するステップと、前記組織が良性または悪性の腫瘍を含むか否かを判定するために前記カソードワイヤ上に印加された電圧を解析するステップと、をさらに備えてもよい。

本発明の第４の態様は、ウインドウである。本態様に係るウインドウは、電離ガスを含むハウジングを備える放射線検出装置のウインドウであって、電極を形成する導電層と、前記導電層を支持するプラスチック層と、気体を透過しない材料により形成された気体不透過層と、を備える。

このような層構造を設けることにより、追加プラスチック層によって構成される層を機械的に支持し、ドリフト電界を設けるための比較的薄い導電性材料を提供することができる。このようなウインドウは、導電性材料としてベリリウムを含んでいる必要はない。これにより、ベリリウムの使用に起因する不利益を回避することができる。

前記導電層を形成する導電性材料は、少なくとも３.４x１０^５ｃｍ^−１Ω^−１の電気伝導率を有していてもよい。

前記導電層の厚さは２０μｍ未満であってもよい。

前記導電層の厚さは、４μｍから１０μｍの間であってもよい。

前記導電層を形成する導電性材料は、アルミニウムを含んでいてもよい。

前記プラスチック層を形成するプラスチックは、ポリアクリレートを含んでいてもよい。

前記ポリアクリレートは、ポリメチルメタクリレートを含んでいてもよい。

前記気体不透過層を形成する気体を透過しない材料は、ポリエステルを含んでいてもよい。

前記ポリエステルは、ポリエチレンテレフタレートを含んでいてもよい。

前記ウインドウは、少なくとも所定の範囲のＸ線を実質的に透過してもよい。

本発明の第６の態様は、放射線検出装置である。この装置は、電離ガスを含むハウジングと、当該ハウジングに設けられた上述のウインドウと、を備える。

この放射線検出装置は、実質的にＸ線を透過する前記ウインドウを備える上述の放射線検出装置であることが好ましい。

本発明の第７の態様は、電離ガスを含むハウジングを備える放射線検出装置のウインドウの製造方法である。この方法は、電極を形成する導電層を設けるステップと、前記導電層を支持するプラスチック層を設けるステップと、気体を透過しない材料により形成された気体不透過層を設けるステップと、を備える。

本発明の発明者は、電界勾配の制御が特に重要であるこの種の放射線検出装置において、２つの場所があることを発見した。１つの場所は、ドリフト電界領域の端部である。ここでは、電界が均一でない場合に、Ｘ線相互作用ポイントに位置づけられる箇所で大きな非線形性が生じる。もう１つの場所は、アノードワイヤアレイの端部周辺の空間である。この場所で電界勾配が適切に制御されない場合、小さな放電（すなわちスパーク）が起こる可能性がある。このような放電は、放射線検出装置からのノイズの多い出力信号や、放射線検出装置の信頼性の低い動作に繋がる。本発明の発明者は、これらの課題を解決することができる方法を見出した。

図１は、Ｘ線検出装置６０を示す図である。Ｘ線検出装置６０は、電離ガス４８を含むハウジング３０を備える。一般に、電離ガスは希ガス（例えばアルゴンやキセノン）を混合して生成される。このとき、ＵＶ（紫外線）を吸収するため、例えば二酸化炭素、イソブテン、メタンジエチルエーテルなどの他の気体が、比較的小さい割合で混合されてもよい。一般的に紫外線は、電子雪崩の副生成物として放射される。これら他の気体は、アノード周辺において不要なスパークを消すよう作用する。

アノードワイヤアレイ４は、複数の平行なアノードワイヤ２４、２６によって構成される。アノードワイヤ２４、２６は、等間隔に配置される。隣接するアノードワイヤ間の間隔は、一般的に１ｍｍである。各々のアノードワイヤは、長さほぼ２００ｍｍである。２００ｍｍ×２００ｍｍの領域をカバーすることができるよう、およそ２００本の平行なアノードワイヤが使われている。これらの数、および寸法は本発明の一つの特別な実施例を表したものであり、他の実施例において、異なる数およびサイズのアノードワイヤが異なる領域をカバーすることができるよう組み込まれてもよいことは勿論である。例えば、上述のアノードワイヤアレイによってカバーされる領域などの検出領域は、各辺の長さが数ミリメートルのオーダから数メートルなど様々であってもよい。各々のアノードワイヤは、実質的に連続する均一な直径を有する。また、各々のアノードワイヤは、通常は同じ材料で形成される。しかしながら、異なるアノードワイヤは、異なる直径を有していてもよい。

アノードワイヤアレイの中央のアノードワイヤは、アノードワイヤアレイの端部のアノードワイヤより細いことが好ましい。例えば、円形のアノードワイヤの直径など、アノードワイヤアレイにわたるアノードワイヤの太さは、中央のアノードワイヤが最も細く、アノードワイヤアレイの端部のアノードワイヤが最も太くなるよう、徐々に漸減してもよい。あるいは、アノードワイヤアレイ全体にわたって、各々のアノードワイヤは略同一の太さを有していてもよく、アノードワイヤアレイの端部に近い１本または２本のアノードワイヤが他のワイヤより太くてもよい。典型例としては、各々のアノードワイヤアレイの端部におけるアノードワイヤの太さは、アノードワイヤアレイの中央のアノードワイヤの太さより５０％太くてもよく、また１００％、または４００％太くてもよい。例えば、アノードワイヤアレイの中央におけるアノードワイヤの太さは１０μｍであり、アノードワイヤアレイの端部におけるアノードワイヤの太さは２０μｍまたは５０μｍであってもよい。さらに典型例としては、アノードワイヤアレイの端部におけるアノードワイヤは、高いテンションで保持されている。このように高いテンションで保持することにより、これらのアノードワイヤの剛性を高める場合と同様に、アノードワイヤアレイの端部において発生する電界の不均衡に起因する、アノードワイヤ端部に作用する力を和らげることができる。

この実施例では、カソードアレイ６、５０は、アノードアレイの両側に配置されている。カソードアレイ６、５０の各々は、均等間隔に平行に配置されたワイヤ１０、５２を有する。第１カソードアレイ５０のワイヤ５２の各々は、共通の平面上に延在する。同様に、第２カソードアレイ６のワイヤ１０の各々は、共通の平面上に延在する。第１カソードアレイ５０のワイヤ５２は、第２カソードアレイ６のワイヤ１０に対して直角となっている。カソードアレイが延在する平面は、アノードアレイ４が延在する平面と平行になっている。カソードアレイは、アノードアレイの両サイドに配置される。カソードアレイは、アノードアレイより低い電気ポテンシャルに保持される。たとえば、各々のカソードアレイのワイヤは、一般的に約ゼロボルトに保持されている。

図１に示すように、アノードワイヤアレイのアノードワイヤおよび第１カソードアレイのワイヤは平行になっている。一方、第２カソードアレイ６のワイヤ１０は、ページの長さ方向に沿って延在する。

アノードアレイおよびカソードアレイの各々のワイヤは、通常それぞれのフレームによって適切な位置に保持される。一般的に、各々のフレームは矩形に形成される。通常、フレームは、一方が他方に積み重ねられる。フレームは、例えば繊維ガラスなどの非導電性材料で形成される。たとえば、フレームは「ＦＲ４］として知られている材料で形成されてもよい。ＦＲ４積層体は一般の材料であり、ＦＲ４積層体を使って、メッキされたスルーホールを有する複数層プリント基板が形成される。ＦＲは難燃材料であることを示し、タイプ「４」は、エポキシ樹脂で補強されたガラス織物材料であることを示す。一旦硬化すると、繊維とエポキシの複合材料は強く、機械加工も容易となる。ワイヤフレーム・ボードへの機械的な荷重は、ワイヤに集中したときに高くなる。このため、低クリープ性はフレーム材料に必要とされる重要な条件となる。

この樹脂は、低いガス漏れ特性を有することが好ましい。検出装置が混合気体で満たされ、比較的長い期間封止される場合においても、数週間にわたってワイヤフレームボードに揮発性の成分による電離ガスの汚染の発生がないことが望まれる。ボードを形成する樹脂は、ＰＸ１５７Ｃまたはそれと同等のものであることが好ましい。

ワイヤは、取付部材を介してフレームに結合される。各々のワイヤの両端は、それぞれ取付部材を介してフレームに取り付けられる。一般的に取付部材は、例えば銅などの導電材料によって形成される。取付部材は、通常「ランディングパッド」と呼ばれる。ワイヤを所望の電圧に維持するために、ランディングパッドは電気・電子システムに一つ一つ取り付けられる。電気・電子システムは、後述するように、ワイヤから信号を読み出すために用いることもできる。一般に、各々のパッドはフレームに接着される。

図２は、一般的なランディングパッドの平面図を示す。ランディングパッドの形状は、パッドへのワイヤの取り付けを容易にすることができるよう選択されている。第１に、パッドのデザインによってワイヤの横方向の位置決めを容易にすることができる。第２に、パッドの形状によってなめらかなハンダ接合部を形成することができる。

ランディングパッドは、一般的に平面的な部材である。ランディングパッド１４は本体部１４１を有し、本体部からは突出部１４２が突出している。突出部１４２は、本体部１４１の一側縁の中央に配置される。本実施例では、本体部は実質的に四角形とされている。しかしながら、本体部は矩形または円形であってもよい。ランディングパッドのいずれの角部も、丸みを帯びているか滑らかに形成されていることが好ましい。突出部１４２によって、ワイヤをランディングパッドにハンダ付けで取り付ける際に、ワイヤを容易に配置することができる。ワイヤは、突出部１４２の突出方向に沿って縦方向に配置され、ハンダ接合部は実質的に本体部１４１上に形成される。

Ｘ線は、ウインドウ４０を通過してハウジング３０内に進入する。ウインドウ４０は、Ｘ線を透過する。このため、かなりの量のＸ線４６がウインドウを通過して送信される。Ｘ線４６は、電離ガスに電子６４を発生させる。アノードワイヤ２４、２６は、高いポテンシャル（例えば２ｋＶ）に保たれている。このため、高いポテンシャルに保たれているアノードワイヤにより形成される電界によって、電極はプラスのアノードへと引きつけられる。これらの電子は、さらに気体の分子を電離させる。これによってアノードアレイ４の方へ引きつけられる電子６６の数が増大する。

電離ガス４８の電離に生成される多数の電子はアノードワイヤ２４、２６に集められ、プラスイオンによって気体内にネット正電荷を残留させる。この正電荷は隣接するカソードワイヤに電圧を誘導する。この電圧は、正電荷からカソードワイヤの距離に反比例する。このように、カソードアレイの各々のワイヤに誘導される電圧を対比することで、一次元的な正電荷の位置を測定することができる。このような対比は、周知のディレイライン読み出し技術を利用して一般的に実施されている。または、ＡＤ（Analogue to Digital）コンバータが、各々のワイヤの電圧を読み取って正電荷の位置を判定するために利用されている。各々のカソードワイヤの各々の直角なアレイからの電圧プロファイルを比較することにより、２次元的なネット正電荷の位置を得ることができる。すなわち、アノードに衝突する電子の位置は、カソードワイヤに誘導される電圧から時間の関数として電気・電子システムによって算定される。

細いアノードワイヤの列は、ある電気的ポテンシャルに保持される。これによって２、３のワイヤの各々の表面の径の範囲内で強力な電界が形成される。電界は、ガス分子の第２の電離のために必要な閾値を超える。この閾値は一般的に１０^６Ｖ/ｍ前後である。電界は、ワイヤ中心からの放射状距離が大きくなるにしたがって逆対数関数的に低下していく。ワイヤからの距離が大きくなると、対数関数の関係は弱まる。

アノードアレイの中央では、電界強度はカソードワイヤの平面によって制御される。これによって、少なくとも多くのアノードワイヤの半径の大きさにおいて、一枚の導体を効果的に作り出すことができる。

しかしながら、アノードアレイの端部では、カソードワイヤアレイによって電界強度を効果的に制御することは困難である。制御しないままでいると、アノードアレイの端部周辺において電界強度にムラが生じ、高ゲイン領域が発生して不安定となるおそれがある。これは、高ゲイン領域によって影響を受ける電子に変則的な結果をもたらす高いゲインに繋がると共に、スパークに繋がるため好ましくない。

追加電極１８は、複数のアノードワイヤの中に配置され、それらのアノードワイヤと平行に伸びる。これらの電極１８は、アノードワイヤのポテンシャルと同様の大きさ（例えば５０％から１５０％の間）のポテンシャルに保たれている。追加電極のポテンシャルは、アノードワイヤのポテンシャルより僅かに少ないか略同一（例えば、アノードアレイのポテンシャルの７５％から１００％の間など）であることが好ましい。例えば、アノードワイヤが３ｋＶに保たれている場合、追加電極１８は２．５ｋＶの高いポテンシャルに保たれている。

このような追加電極１８を導入することによって、アノードアレイ８の外面の近傍における電界が弱められる。電極１８は、電界制御が望まれる箇所から離間した位置で、間隔を介してポテンシャルを定めることにより、これを達成する。このように追加電極１８を用いることで、スパークが発生する可能性を低減させ、電界の均一性を改善することができる。なお、追加電極１８は隣接するフレーム（例えばカソードアレイ６のフレーム１２）に接触していることが好ましい。これによって、スパークが発生する可能性を低減させることができる。更に、追加電極１８のいずれかが高いポテンシャルに上昇する一方、他の追加電極１８が帯電していない状態になると、スパークが発生する可能性が増大する。このため、これを回避することができるよう、追加電極１８は、アノードアレイ８と同様に電力の供給を受けて帯電されることが好ましい。アノードアレイ４のアノードワイヤ２４、２６のものに対して所望のポテンシャルレベルまで追加電極１８を確実に帯電するために、ポテンシャル分割器が用いられてもよい。

このときフレームには、アノードに鋭利な端部が対峙することのないよう、鋭利な箇所や端部、角部がないことが望ましい。これによって、スパークが発生する可能性を低減させることができる。

第２カソードアレイ６のワイヤ１０の位置決めに用いるフレーム１２が図１に示されている。図１に示すように、フレームの各内面上には面取り２０ａ、２０ｂが施されている。このような面取りを施すことにより、フレームによって画定される開口の端部における電界密度を減らしてスパークを減少させることができる。便宜上、追加電極１８は、フレーム１２上に設置される。これらの追加電極１８は、アノードワイヤと平行に延在する。追加電極１８は、アノードワイヤと同等のポテンシャルに保たれている。これにより、アノードアレイの端部における高電界領域を減少させることができる。これは、電界制御が望まれる箇所から離間した位置で、間隔を介してポテンシャルを定める追加電極を設けることによって実現することができる。この結果、電界分布をより均一にすることができる。追加電極が、アノードワイヤに対して垂直に伸びることなく、アノードワイヤの端部近傍にさらに設けられてもよい。また、これらの更なる追加電極は、アノードアレイの端部における高電界領域を低減させるため、アノードワイヤと同等のポテンシャルに保たれていてもよい。

従来の一般的なウインドウと違い、ウインドウ４０はベリリウムを含まない。図示されるウインドウ４０は、３層構造に構成されている。異なるレイヤの各々は、実質的に平ら且つ平行に設けられている。個々のレイヤは、略同一の厚さとされている。第１レイヤ５４は、導電性材料で形成されている。この導電性材料（アルミニウム）は、好ましくはアルミニウムを含有しており、またはアルミニウムによって形成されている。レイヤ５４は電極として作用し、ウインドウとカソード近傍（「ドリフト」電界）との間に電界を発生させるために、（アノード４およびカソード６、５０に比べ）低いポテンシャルに保たれる。例えば、レイヤ５４によって形成された電極は、３ｋＶに保たれていてもよい。レイヤ５４の厚さは、好ましくは４μｍから１０μｍであり、より好ましくは６μｍである。このような厚さに製造することは比較的容易であり、一方でＸ線を透過するために充分薄くもある。

Ｘ線を比較的伝達しやすい材料で、レイヤ５４が形成される。更に、レイヤ５４は、比較的低い蛍光収率を有する材料によって形成される。これにより、蛍光プロセスによって発生する光子が放射線の検出を阻害する程度まで蛍光を発することが抑制される。レイヤ５４はアルミニウムによって形成されていることが好ましいが、金または銅によって形成されていてもよい。アルミニウムは、約３.７７×１０^５ｃｍ^−１Ω^−１の電気伝導率を有する。一方、金は４.５２×１０^５ｃｍ^−１Ω^−１の電気伝導率を有し、銅は５.９６×１０^５ｃｍ^−１Ω^−１の電気伝導率を有する。追加プラスチック層５６は、導電層５４を支持するよう設けられる。この層は、実質的Ｘ線を伝達するプラスチック材料（たとえばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート））のいずれかによって形成されてもよい。電離ガス４８がハウジング３０から漏れることを抑制し、大気中の気体が侵入することを抑制するため、ウインドウは気体に対し不透過性を有する。

一般的に追加層５８は、この気体不透過性をもたせるために設けられる。追加層は、例えばマイラーなどのポリエチレンテレフタレートといったポリエステルから形成されてもよい。一般的に、導電層５４を機械的な支持を与えるよう配置されたプラスチック層５６の厚さは２０ｍｍ以下であるが、４〜５ｍｍであることがより好ましい。ある変形例では、プラスチック層５６は、気体不透過層５８として機能する。

レイヤ５４、５６、および５８は、接着されてもよい。レイヤ５４、５６、および５８は、ウインドウ４０を形成するよう真空圧縮プロセスによって結合されてもよい。まず始めに、これらの層は、層構造からの気体の放出を促すよう圧搾される。接着剤シートは、層の間に配置される。層構造は、層の間が永久接着されるよう加熱される。層を圧搾し加熱する工程は、層構造から容易にガスを抜き取ることができるよう真空中で行われる。

通常、ウインドウは少なくとも５０％のＸ線光子を透過する。また、通常８ｋｅＶのエネルギのＸ線など、検出が求められるＸ線光子の８０％以上（すなわち８７％も）を透過する。

類似する実施例では、導電層５４は、電磁干渉からの遮蔽性を与えるため、ＡＣ接地されていてもよい。あるいは、ウインドウは、導電性材料による追加層によって構成されていてもよい。追加層は、電磁放射からの遮蔽性を与えるため、ＡＣ接地されていてもよい。

検出装置内の電界強度分布の理解を容易なものとするため、図３ａ−ｋに様々な異なる（アノード層およびカソード層の）電極構成を示す。これらの図の各々は、一つのカソードアレイの支持フレーム構造の周辺を含む検出装置の半分の部分における電極の配置を示す。

図３ａから図３ｋの各々において、アノードアレイは３ｋＶ、双方のカソードは０Ｖ、ウインドウの電極は−３ｋＶのポテンシャルに保持されているものとする。様々な位置におけるおおよその電界強度を例示するよう、様々な電界強度の値（Ｖｍｍ^−１）が各図に表示されている。

図３ａは、放射線検出装置におけるアノードおよびカソードの一般的な配置を示す。図３ａは、第１カソードワイヤ１０がパッド１４を介してフレーム１２に結合されている状態を示す。第１カソードワイヤは、図の平面内に延在し、アノードアレイ４を形成する複数のワイヤに直交する。また、等高線が示されている。各々の等高線は、電界が同じ強さであるところを表している。等高線の近傍では、電界の勾配が大きい。例えば、アノード４の周辺において等高線が急激に集まっているが、これは電界勾配がその領域において比較的大きいことを表している。

フレーム１２は絶縁体であるため、電界勾配は、アノード４ａの周辺または端部とフレーム１２との間で高い。アノードアレイの中心部４ｂ（すなわち、表面から離れた部分）近傍における電界勾配がスパークを発生させるには不十分であっても、スパークは外面において発生し得る。

理想的なアノードまたはカソードの配置は、アノードアレイの位置に関わりなく、同一の電界を持つようにすることである。同一の電界とは、例えばアノードからの所定距離にある箇所における電界強度が同じ大きさであることをいう。

図３ｂは、カソードワイヤに隣接する面取部２０ａをフレーム１２が有する以外は、図３ａに示す態様と同様のアノードおよびカソードの配置を示す。このように面取りを施すことにより、電界勾配を減少させることができる。この結果、アノードとフレームとの中間地点、およびカソードとフレームとの中間地点における電界強度は各々、１８００Ｖｍｍ^−１から２０００Ｖｍｍ^−１へ、２７５Ｖｍｍ^−１から３３０Ｖｍｍ^−１へ、それぞれ増加している。このとき、電界はアノードとフレームとの間においてより均一となる。

図３ｃは、アノードに隣接する追加面取部２０ｂをフレームが有する以外は、図３ｂに示す態様と同様のアノードおよびカソードの配置を示す。フレームからコーナー端部を取り除くと、アノードとフレームとの間の電界強度は、（１８００Ｖｍｍ^−１から１４００Ｖｍｍ^−１の）４００Ｖｍｍ^−１低下している。

図３ｄは、アノードアレイの最も外側の一つのワイヤが取り外されている以外は、図３ｃに示す態様と同様のアノードおよびカソードの配置を示す。これにより、アノードアレイは、より効果的にフレームから離間する。アノードとフレームとの間、およびカソードワイヤとフレームとの間の電界強度は、それぞれ７００Ｖｍｍ^−１および２３０Ｖｍｍ^−１に低下している。

図３ｅは、アノードアレイの最も外側の一つのワイヤが取り外されている以外は、図３ｄに示す態様と同様のアノードおよびカソードの配置を示す。フレーム表面に面取りが施されていない。すなわち、隣接するコーナー角が存在する。アノードとフレームとの間の電界強度は（８５０Ｖｍｍ^−１）増加している。

図３ｆは、アレイ６の前方の５本のカソードワイヤと同様に、最も外側の５本のアノードワイヤが取り外されている以外は、図３ｂに示す態様と同様のアノードおよびカソードの配置を示す。アノードとフレームとの間の電界強度は、（図３ｂに示す場合に比べて）１５００Ｖｍｍ^−１に低下している。また、カソードワイヤとフレームとの間の電界強度は２６Ｖｍｍ^−１に低下している。

図３ｇは、追加電極１８が導入された以外は、図３ｆに示す態様と同様のアノードおよびカソードの配置を示す。追加電極１８は３ｍｍの幅を有し、３ｋＶのポテンシャル、すなわち、アノードと同じポテンシャルに引き上げられている。この結果、アノードとフレームと間の電界の形状は大幅に変化する。本図から分かるように、電界は広く均一となっている。電界強度は、アノードとフレームとの間で１１００Ｖｍｍ^−１、カソードとフレームとの間で８００Ｖｍｍ^−１となっている。アノードと追加電極との間ではほとんどスパークは発生しない。フレームが絶縁体であるため、スパークは追加電極１８およびフレーム１２の間では発生しない。

図３ｈは、アノードに隣接する面取部がない以外は、図３ｇに示す態様と同様のアノードおよびカソードの配置を示す。鋭角のコーナー部がアノードに隣接している。更に、すべてのアノードワイヤが所定の位置に配置されている。すなわち、アノードワイヤは、フレームに対して図３ａに示す場合と同様の位置に配置されている。

図３ｉは、追加電極１８はアノード周辺から移動されて同一平面内に配置された以外は、 図３ｈに示す態様と同様のアノードおよびカソードの配置を示す。追加電極１８はこのようにアノードアレイを支持しているフレームの一部へ移動されている。その結果、追加電極１８は、一部がカソードフレーム１２とアノードフレーム構造との間に包含される。これによって生じる電界強度は、アノードの周辺の近くで増加する（１７００Ｖｍｍ^−１）。したがって、電界は図３ｈに示す配置によって作り出される電界よりも均一性が低下する。

図３ｊは、追加電極の幅が２ｍｍに減少し、フレーム１２の低い露出表面上の中心に配置され、追加電極に適用されるポテンシャルが２５００Ｖ、すなわち、アノードアレイに適用されるポテンシャルより低いポテンシャルに減少したこと以外は、図３ｈに示す態様と同様のアノードおよびカソードの配置を示す。これによって生じる電界強度は、アノードの周辺近傍において実質的に増大する（１３００Ｖｍｍ^−１）。これにより、電界はより均一となる。

図３ｋは、図１において利用される現在における好適な配置を示す。図３ｋにおける配置は、追加電極１８がフレーム１２の隣接する端部から２ｍｍ離間した位置に配置されたこと以外は、図３ｈと同様である。追加電極１８は、アノードアレイのフレームによって部分的に囲われるよう、フレーム１２の下方表面（すなわち電子の供給源に最も近いフレーム表層）全体にわたって延在する。また、アノードに隣接するフレーム１２の表面には面取りが施される。図３ｈに示すように、全てのアノードアレイのワイヤが設けられ、追加電極は２５００Ｖまで引き上げられる。カソードアレイ６に隣接するフレーム１２の表面２１ａは、４５度の角度且つ１ｍｍの幅で面取りされる。アノードの中央に最も近い１０００Ｖｍｍ^−１、およびカソードとフレームとの間の７２０Ｖｍｍ^−１と比べ、１１００Ｖｍｍ^−１のアノードの外面に最も近い電界で、電界は略均一である。

上述の実施例は、Ｘ線が電離ガス４８を直接電離するＸ線検出装置に関連して記載しているが、本発明の実施例が他の放射線検出装置に採用されてもよいことは勿論である。

例えば図４は、米国特許６４５２４０１号に記載されるような電離粒子アナライザ４００を示す。図４に示す放射線検出装置４００の実施例において、Ｘ線４０１は、電離ガスを含むハウジングに進入する。Ｘ線４０１は、サンプル４０２の表層に衝突し、その結果、サンプル４０２の表層から電子が発生する。図１に示す実施例のように、この電子は、アノードアレイ４０３により設定される電界によって増加する。これらの電子はプラスのアノード４０３に向かって加速し、プラスのアノード４０３に集められる。アノードに隣接する少なくとも１つのカソードアレイ４０４は、プラスイオンによって生じるガス中のネット正電荷を検出するために利用される。Ｘ線４０１は、図１における上述したウインドウ４０と同様の態様のウインドウを経て放射線検出装置４００のハウジングに進入する。更に、アノードおよびカソード配列４０３、４０４は、図１に示す上述したアノード４およびカソード５０と同様である。

本発明の実施例は、様々な実験または解析手法の実施に利用されてもよい。例えば、本明細書に記載した放射線検出装置は、コラーゲンの回折パターンの測定に特に適している。コラーゲンは、動物組織の細胞の母組織内に存在する。動物組織には人間の組織も含まれる。通常の組織コラーゲンでは、コラーゲンは「繊維質」であり、このため明確な回折パターンを有する。しかしながら、腫瘍組織ではコラーゲンの構造は破壊され、回折パターンにおける劣化に繋がる。良性の腫瘍と悪性の腫瘍は微小にその回折パターンが異なる。

このため、腫瘍組織が悪性か良性かの正確な診断を実施するためには、本明細書に記載する放射線検出装置のように、高い感度およびノイズに対する良好な信号を備える放射線検出装置を用いる必要がある。

放射線検出装置によって、組織サンプルによって回折されるＸ線の強度分布を測定することができるよう、すなわち、組織サンプルの回折パターンを測定することができるよう、組織サンプルは放射線検出装置に隣接して配置される。このようにして生じる回折パターンの分析は、組織が悪性腫瘍と良性腫瘍のどちらを含むかの判定に利用することができる。例えば、これは、以前の実験結果のライブラリを有する特定のサンプルから得られる回折パターンを比較して行われてもよい。

このような技術によって、生化学分析を実施するための広範囲で時間のかかる準備を試験室ですることなく、腫瘍を直接診断することができる。

少なくともいくつかの態様および／または工程が相互に排他的である組み合わせを除き、請求項、要約、および図面を含む本明細書において開示した態様のＡＵ、および／またはそのように開示されたいかなる方法や工程のステップのすべては、いずれの組み合わせにも組み合わせることができる。

本明細書に開示される態様の各々は、特に別途言及しない限り、同様、均等、または類似の目的に利用される他の態様によって置き換えることも可能である。したがって、別途明確に言及しない限り、開示される態様の各々は、均等または類似の態様の一連の一般的な態様の一つの実施例にすぎない。

このため、本発明は、上述の１つまたは複数の実施例の詳細な説明に限定されることはない。本発明は、いかなる新規な発明、または、請求項、要約書、および図面を含む本明細書に開示される態様のいかなる新規な組み合わせ、または同様に開示されるいかなる方法または工程のステップのいかなる新規な組み合わせにも及ぶ。

本発明の実施例に係る電極構成が組み込まれたＸ線検出装置の概略を示す断面図である。 アノードまたはカソードワイヤを支持フレームに連結するパッドの平面図である。 ａ−ｋは、異なる電極とその周囲の構成および異なる電界分布の概略を示す断面図である。 本発明の別の実施例に係る電極構成が組み込まれた電離粒子アナライザの概略を示す斜視図である。

符号の説明

４ アノードワイヤアレイ、 ４ａ アノード、 ４ｂ 中心部、 ６ カソードアレイ、 ８ アノードアレイ、 １０ ワイヤ、 １２ フレーム、 １４ パッド、 １８ 追加電極、 ２０ａ 面取部、 ２０ｂ 追加面取部、 ２１ａ 表面、 ２４ アノードワイヤ、 ３０ ハウジング、 ４０ ウインドウ、 ４６ Ｘ線、 ４８ 電離ガス、 ５０ 第１カソードアレイ、 ５２ ワイヤ、 ５４ 導電層、 ５６ 追加プラスチック層、 ５８ 気体不透過層、 ６０ Ｘ線検出装置、 ６４ 電子、 ６６ 電子、 １４１ 本体部、 １４２ 突出部、 ４００ 放射線検出装置、 ４０１ Ｘ線、 ４０２ サンプル、 ４０３ アノードアレイ、 ４０４ カソードアレイ。

Claims (29)

1. 電離ガスを含むハウジングと、
   実質的に第１の平面内に延在し、電子を引きつける第１ポテンシャルに保持されたアノードワイヤが配列されたアノードワイヤアレイと、
   前記アノードワイヤから所定の間隔を置いて配置され、第１ポテンシャルよりも低い第２ポテンシャルに保持されて配列された、少なくとも１つのカソードワイヤと、
   前記アノードワイヤアレイの外周に隣接して配置され、第２ポテンシャルより高い第３ポテンシャルに保持されて配列された追加電極と、を備えることを特徴とする放射線検出装置。
2. 第３ポテンシャルは、第１ポテンシャルより小さい、または第１ポテンシャルと実質的に等しいことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記少なくとも１つの追加電極は、前記アノードワイヤアレイの一端に隣接して配置された第１電極と、前記アノードワイヤアレイの他端に隣接して配置された第２電極と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線検出装置。
4. 前記少なくとも１つの追加電極は、実質的に第１の平面内に延在することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の放射線検出装置。
5. 前記アノードワイヤの各々は実質的に平行に伸び、前記少なくとも１つの追加電極は、前記アノードワイヤと平行に縦方向に延在することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の放射線検出装置。
6. 前記アノードワイヤの各々は実質的に平行に伸び、前記少なくとも１つの追加電極は、前記アノードワイヤと垂直に縦方向に延在することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の放射線検出装置。
7. 前記アノードワイヤアレイの端部に配置されたアノードワイヤは、前記アノードワイヤアレイの中央に配置されたアノードワイヤより太いことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の放射線検出装置。
8. 前記アノードワイヤアレイの端部に配置されたアノードワイヤは、前記アノードワイヤアレイの中央に配置されたアノードワイヤより、少なくとも５０％太いことを特徴とする請求項７に記載の放射線検出装置。
9. 前記アノードワイヤアレイの端部に配置されたアノードワイヤは、前記アノードワイヤアレイの中央に配置されたアノードワイヤより高い張力で保持されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の放射線検出装置。
10. 前記アノードワイヤの少なくとも１つを支持する少なくとも１つのフレームをさらに備え、
    前記フレームによって支持されるワイヤは、前記フレームに結合された部材を介して前記フレームに結合され、前記部材は、支持されるアノードワイヤの長手方向中央に向かって突出する突出部を有する本体部を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の放射線検出装置。
11. 前記アノードワイヤの少なくとも１つを支持する少なくとも１つのフレームをさらに備え、
    前記フレームは、絶縁材料によって形成され、
    前記フレームによって支持されるアノードワイヤと前記フレームの隣接面との間隔は、前記アノードワイヤの隣接端部に向かって徐々に狭くなることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の放射線検出装置。
12. 前記フレームは、アノードに対して実質的に平たんな表面およびアノードに対して湾曲した表面の少なくとも１つに面する前記アノードワイヤアレイの外面に隣接する部分で少なくとも１つのカソードワイヤを支持することを特徴とする請求項１０または１１に記載の放射線検出装置。
13. 第１、第２、および第３ポテンシャルを発生させるよう設けられた電圧源をさらに備えることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の放射線検出装置。
14. 電離ガスを含むハウジングを設けるステップと、
    実質的に第１の平面内に伸び、電子を引きつける第１ポテンシャルに保持されて配置されたアノードワイヤアレイを設けるステップと、
    前記アノードワイヤから所定の間隔をおいて設けられ、前記第１ポテンシャルよりも低い第２ポテンシャルに保持された少なくとも１つのカソードワイヤを設けるステップと、
    前記アノードワイヤの外面に隣接して配置され、前記第２ポテンシャルよりも高い第３ポテンシャルに保持されて配置された少なくとも一つの追加電極を設けるステップと、
    を備えることを特徴とする放射線検出装置の製造方法。
15. 電離ガスを含むハウジングと、
    実質的に第１の平面内に伸びるアノードワイヤアレイと、
    アノードワイヤから所定の間隔を置いて配置された少なくとも一つのカソードワイヤと、
    前記アノードワイヤアレイの周辺に配置された少なくとも一つの追加電極と、を備える放射線検出装置を使用して、
    電子を引きつける第１ポテンシャルにアノードワイヤアレイを保持するステップと、
    前記第１ポテンシャルよりも低い第２ポテンシャルに少なくとも一つの前記カソードワイヤを保持するステップと、
    第２ポテンシャルより高い第３ポテンシャルに少なくとも一つの追加電極を保持するステップと、
    前記アノードワイヤアレイに集められた電子によって前記少なくとも１つのカソードワイヤに印加された電圧を計測するステップと、
    を備えることを特徴とする放射線検出方法。
16. Ｘ線放射線を組織サンプルに照射するステップと、
    組織サンプルから回折したＸ線を放射線検出装置で計測するステップと、
    前記組織が良性または悪性の腫瘍を含むか否かを判定するために前記カソードワイヤ上 に印加された電圧を解析するステップと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の放射線検出方法。
17. 電離ガスを含むハウジングを備える放射線検出装置のウインドウであって、
    電極を形成する導電層と、
    前記導電層を支持するプラスチック層と、
    気体を透過しない材料により形成された気体不透過層と、
    を備えることを特徴とするウインドウ。
18. 前記導電層を形成する導電性材料は、少なくとも３.４x１０^５ｃｍ^−１Ω^−１の電気伝導率を有することを特徴とする請求項１７に記載のウインドウ。
19. 前記導電層の厚さが２０μｍ未満であることを特徴とする請求項１７または１８に記載のウインドウ。
20. 前記導電層の厚さは、４μｍから１０μｍの間であることを特徴とする請求項１９に記載のウインドウ。
21. 前記導電層を形成する導電性材料は、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項１７から２０のいずれかに記載のウインドウ。
22. 前記プラスチック層を形成するプラスチックは、ポリアクリレートを含むことを特徴とする請求項１７から２１のいずれかに記載のウインドウ。
23. 前記ポリアクリレートは、ポリメチルメタクリレートを含むことを特徴とする請求項２２に記載のウインドウ。
24. 前記気体不透過層を形成する気体を透過しない材料は、ポリエステルを含むことを特徴とする請求項１７から２３のいずれかに記載のウインドウ。
25. 前記ポリエステルは、ポリエチレンテレフタレートを含むことを特徴とする請求項２４に記載のウインドウ。
26. 前記ウインドウは、少なくとも所定の範囲のＸ線を実質的に透過することを特徴とする請求項１７から２５のいずれかに記載のウインドウ。
27. 電離ガスを含むハウジングと、
    当該ハウジングに設けられた、請求項１７から２６のいずれかに記載のウインドウと、を備えることを特徴とする放射線検出装置。
28. 前記ハウジングに設けられた請求項１７から２６のいずれかに係るウインドウを備え、前記ウインドウは実質的にＸ線を透過することを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の放射線検出装置。
29. 電極を形成する導電層を設けるステップと、
    前記導電層を支持するプラスチック層を設けるステップと、
    気体を透過しない材料により形成された気体不透過層を設けるステップと、
    を備えることを特徴とする、電離ガスを含むハウジングを有する放射線検出装置のウインドウの製造方法。

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