JP3728700B2 - 高密度電子なだれチャンバー変換器を使用する撮像システム - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、高密度電子なだれチャンバー（ＨＩＤＡＣ）から構成される撮像システムに関し、特に陽電子放出断層撮像法（ＰＥＴ）に用いられる撮像システムに関する。
背景技術
ＰＥＴにＨＩＤＡＣを用いることが知られている。IEEE Tran. Nucl. Sci. NS30 640(1983)は、その様な１つの形のＨＩＤＡＣの構成を記述している。
米国特許第５４３４４６８号は、ベータ放射線の撮像に用いられるＨＩＤＡＣを開示している。
米国特許第５４３４４６８号のＨＩＤＡＣは、入射する放射線を受け入れる平行な貫通口のアレイを有する変換器を備えている。第１変換器の表面は、第１カソードを形成する相互に平行なカソード導体の列が設けられている。
第２カソードプレートは、第１カソードと向かい合っているが、穴は開いていない。該第２カソードは、上記第１の導体列にほぼ直交する方向に伸びる相互に平行なカソード導体の別の列を含んでいる。カソード・エレメントの第１及び第２の導体列は、ｘ成分及びｙ成分に分離されたカソードを規定するために、電気的に相互に接続される。
平行なワイヤのアレイの形状の平坦なアノードが第１及び第２のカソードの間に位置する。
米国特許第５４３４４６８号のＨＩＤＡＣは、サンプリング中に不活性ガスで満たされる、気密性を有し放射線を透過させる容器を含んでいる。該変換器の穿孔内の不活性ガスにベータ放射線が入射するとガスはイオン化される。イオン化の生成物（通常は電子）は、該変換器にかけられた高いバイアス電圧により穿孔内で電子なだれを起こして平坦なアノードの方へ抽出される。アノードとの接触は更なる電子なだれを引き起こし、カソードのｘ軸成分及びｙ軸成分の電流パルスを生じさせる。信号処理回路によってカソード電流を分析すれば、放射線源を撮像することができる。
上記に加えて、ガンマ放射線源の撮像に適する改良された形のＨＩＤＡＣを用いることが知られている。その様なＨＩＤＡＣは、ガンマ放射線が不活性ガスを直接にはイオン化できないために、ガンマ放射にさらされると光電子を放出する鉛を含んでいる。
検出効率を高めるために上記の種類の変換器のスタックを用いることも知られている。
上記装置は放射線撮像の分野で顕著な進歩を遂げているが、より効率の良い装置、特に像を形成するのに要する時間を短縮する装置に対する需要は依然として存在する。
発明の開示
本発明の第１の側面では、伝導性材料及び非伝導性材料が交互する層の列と、該交互する層の列を貫通して伸びる平行な貫通穴のアレイとを各々含む１対の高密度電子なだれチャンバー変換器とを含み、この対の第１変換器は、互いにほぼ平行に第１方向に伸びて該第１変換器の表面に又は該表面に隣接して第１カソードを形成する複数の伝導エレメントを有し、この対の第２変換器は、互いにほぼ平行に該第１方向にほぼ直交する方向に伸びて該第２変換器の表面に又は該表面に隣接して第２カソードを形成する複数の伝導エレメントを有し、更に該第１及び第２のカソードの間に位置するほぼ平行な伝導エレメント列により形成されるアノードを含む撮像システム・モジュールが提供される。いずれの変換器に入射する放射線も、アノードの方へ引きつけられる荷電粒子のなだれを生じさせ、該アノードへの荷電粒子の入射は第１及び第２のカソードの両方に電流パルスを生じさせるように構成される。
本発明の第２の側面によれば、上で詳しく述べたモジュールを各々含む１対の検出器を含む撮像システムが提供され、該検出器は、像が形成されるべき放射線源を間に配置できるように互いに対向して配置される。
本発明の他の側面では、１つ以上の撮像システム・モジュール又は上で述べた撮像システムを組み入れたＰＥＴ装置が提供される。
本発明の他の好ましい、必須ではない特徴は、以下の説明と請求の範囲とから明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
次に、単なる例として、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の撮像システム・モジュールの実施形態の一部の概略横断面図であり、
図２は、図１に示されている撮像システム・モジュールが２つ組み入れられているＰＥＴ装置の概略図であり、
図３は、１つのカソードにおけるパルス高さを他のカソードにおけるパルス高さと対比する典型的プロットを示すグラフである。
図１を参照すると、撮像システム・モジュール１０が示されている。
発明を実施する最良の形態
モジュール１０は２つのＨＩＤＡＣ変換器１１及び１２を含んでいる。各変換器１１，１２は、１３に概略が示されている外膜を含んでおり、これは気密性を有するが、入射する放射線は透過させる。実際には、この膜は、サンプリングが行われる領域を密封するように囲む。各膜１３は、対応の変換器１１，１２の最も外側の面上に示されている。他の密封構造も考えられる。膜又は機能的にこれと同等の部材を、図に示されているように変換器１１，１２に固定することは必須ではない。本質的要件は、囲まれた環境の中の変換器の周囲に不活性ガスを流せるようにすることである。
膜１３の内側において、各変換器１１，１２は、繊維ガラスなどの非伝導性材料の類似の層１６が間に挟みこまれた鉛の交互する層１５の列を含んでいる。
各変換器は、交互する層１５，１６を貫通して伸びる平行な貫通穴１７のアレイも含んでいる。
各変換器１１，１２の、対応の膜１３から離れた側の面は、互いに平行な伝導トラック１８の列を支持している。変換器１１に支持されるトラック１８は、放射線源の位置のｙ軸成分を決定するのに適した方向に伸びており、変換器１２に支持されるトラック１９は、ｘ軸成分を特定できるように、直交する方向に伸びている。貫通穴１７は、伝導トラック１８，１９のそれぞれの列を貫通して伸びている。
伝導トラック１８，１９を支持する変換器１１，１２の面は、互いに接近して並置されているが、所定距離だけ間隔を置いている。
互いに平行な伝導ワイヤ列の形状の平坦なアノード２１は、上記変換器１１，１２の前記面に平行に、それらの間の領域に伸びている。平坦なアノード２１は、それぞれの変換器１１，１２から等間隔離れている。例えば、マイクロストリップ及びマイクロギャップ・チャンバーに用いられるベース上の平行な導体ストリップ列など、他の形状のアノードを用いることもできる。
伝導トラック１８，１９はカソードとして機能し、トラック１８はｙ-カソードとして機能し、トラック１９はｘ-カソードとして機能する。各組１８及び１９の伝導トラックは、ほぼ平坦なアノード２１の各側にカソードを構成するために、公知の方法で（図１には示されていない）で互いに電気的に接続されている。
伝導トラックは、変換器１１，１２の上記面に、或いはそれに隣接して設けることができる。
高バイアス電圧（その適切な値は当業者には明らかである）を伝導鉛プレート１５に加えるための回路（図示されていない）が設けられる。不活性ガスをＨＩＤＡＣに導入し、サンプリングが行われた後にそれを排出するための手段も設けられる。
上記装置を使用するとき、或る体積の不活性ガスがモジュール１０に導入され、そのガスをＨＩＤＡＣの中に閉じこめておくために膜１３がガス不透過性境界として作用する。変換器１１，１２の一方又は他方に入射するガンマ放射線は鉛プレートからの光電子の放出を誘発し、それが不活性ガスをイオン化する。鉛プレートに加えられているバイアス電圧は、イオン化によって生じた荷電粒子を増殖させ、穴１７から平坦なアノード２１の方へ抽出する。
荷電粒子がアノード２１のワイヤに到達したとき、良く知られている電子なだれ効果が発生し、カソード１８及び１９の両方に電流パルスを生じさせる。
侵入する放射線のあらゆる入射角での高い空間分解能を維持するために、電子なだれ現象がどの変換器で起こったのかを決定する必要がある。従って、２つのカソード１８，１９からの信号を比較する信号処理手段が設けられる。
もしその現象が変換器１１から始まれば（Ａに概略示されているように）、電子なだれ現象はｙカソード側に偏るので、ｙパルスは常にｘパルスより大きい。逆に、もしその現象が変換器１２から始まれば（Ｂに概略示されているように）、ｘパルスは常にｙパルスより大きい。信号処理手段は、例えばパルス高さｙをパルス高さｘで割った値を調べることによって２つのカソード１８及び１９での信号のパルス高さを比較して、どの変換器で電子なだれが発生したのかを判定するように構成されるパーソナルコンピュータ２４（図２を参照）とすることができる。記録されたデータから像を作成するために、当該技術分野で知られている別の信号処理技術を使用しても良い。
図３は、パルス高さｘに対するパルス高さｙの典型的プロットを示し、現象を２種類の現象、即ち、変換器１１で発生し符号Ａの付された帯に含まれる現象と、変換器１２で発生し符号Ｂの付された帯に含まれる現象とに分類している。
前述したように、撮像システム・モジュールは２つの変換器１１，１２を含み、それぞれがカソード１８，１９を備え、１つのアノード２１がそれらの間に設けられている。この様な構成は、モジュール１０を従来技術と比べて非常にコンパクトにすることを可能にする。変換器１１，１２を、各々、約３ｍｍの厚さとし、各カソード１８，１９とアノード２１との間の間隔を通常約３ｍｍとすることができる。この様に、変換器はモジュール１０の厚さの約５０％である。これは、（変換器がシステムの厚さの約２０−２５％を構成するに過ぎない）従来技術と比べて顕著な改善である。システムの厚さの、この顕著な改善は、変換器をサンプルにより近づけて置くことを可能にすると共に、与えられた体積の中に約２倍の個数の変換器を詰め込むことによって検出効率を顕著に改善することができる。
図１に示されているようなモジュールを何段も積み重ねて検出効率を高めることができる。前述したように、この様な構造は、（モジュールの厚さを、全くか或いは大きく増大させることなく２個の変換器が各モジュールに使用されるので）放射性物体（ターゲット）の各側に、従来可能であった数の２倍の数の変換器を設けることができ、経済的に有利であることが分かった。それ故に、米国特許第５４３４４６８号に記載されている構成と比べて現象率検出を４倍にすることが可能となる。
検出率が４倍になると、撮像時間を四分の一に、例えば１時間を１５分に、短縮することができる。このことは、像を形成するのに必要な時間にわたって対象物を静止させておくのが難しかったために従来除外されてきた、生きたサンプル、特に人間の患者に、該システムを使用することを可能にする。
更に、米国特許第５４３４４６８号の装置における変換器に用いる不活性ベースプレート材料が無くなるので、検出器内からのガンマ散乱及びバックグラウンドノイズが減少する。
上記のモジュールを図２に示されている撮像システムに使用することができる。該システムは、撮像されるべき放射線源２３に対向して置かれる１対の検出器２２を含む。各検出器は上記の種類の少なくとも１つのモジュール１０を含む。好ましくは、検出器２２を放射線源２３の周りに回転させるための回転手段（図示されていない）が設けられる。
放射線源２３の周りに検出器の多角形配列を形成するために、互いに角度的にずれている複数対の検出器２２を設けることができる。
各検出器２２は、前述したように、モジュール１０のスタックを含むことができ、各スタックに１２個又は１６個程度のモジュールを設けることができる。
図２に示されている構成を陽電子射出断層撮像に用いることができる。
ガンマ線源を撮像できるようにするために、ほとんどの実施形態は鉛のような光電子放出材料を含むように構成されるであろうが、本発明の実施形態をベータ放射線源を撮像するのに適した簡単な形にすることもできる。
ターゲット線源の周りにＨＩＤＡＣチャンバを回転させる公知の技術、複数のＨＩＤＡＣを図２に示されているようにターゲットの周りに多角形パターンをなすように配置する公知の技術、並びに、その様な複数のチャンバーを積み重ねる公知の技術を、上記の装置を使う際に使用しても良い。

Claims (12)

1. 伝導材料及び非伝導材料が交互する層の列と、該層の列を貫通して伸びる貫通穴のアレイとを各々含む１対の高密度電子なだれチャンバー変換器を含み、該対の第１変換器は、互いにほぼ平行に第１方向に伸びて該第１変換器の表面に又は該表面に隣接して第１カソードを形成する複数の伝導エレメントを有し、該対の第２変換器は、互いにほぼ平行に該第１方向にほぼ直交する方向に伸びて該第２変換器の表面に又は該表面に隣接して第２カソードを形成する複数の伝導エレメントを有し、更に該第１及び第２のカソードの間に位置するほぼ平行な伝導エレメントの列により形成されるアノードを含む撮像システムモジュールであって、いずれの変換器に入射する放射線も該アノードの方へ引きつけられる荷電粒子のなだれを生じさせ、該アノードへの荷電粒子の入射は第１及び第２のカソードの両方に電流パルスを生じさせるように構成したことを特徴とする撮像システムモジュール。
2. 前記電流パルスを検出し、前記第１及び第２のカソードからの信号を比較して、どの変換器で電子なだれが発生したか判定するための信号処理手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像システムモジュール。
3. 前記信号処理手段は、前記２つのカソードにおける信号のパルス高さの比を測定して、どの変換器で電子なだれが発生したか判定するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の撮像システムモジュール。
4. 前記信号処理手段はパーソナルコンピュータを含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の撮像システムモジュール。
5. 伝導材料の層が鉛で形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の撮像システムモジュール。
6. 前記アノードは相互に平行な伝導ワイヤの列を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の撮像システムモジュール。
7. 前記変換器は、前記モジュールの厚さの５０％以上を構成することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の撮像システムモジュール。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のモジュールを各々含む、１対の検出器を含む撮像システムであって、該１対の検出器は、像が形成されるべき放射線源を間に置くことができるように対向して配置されることを特徴とする撮像システム。
9. 請求項８に記載の検出器の複数個の対を含む撮像システムであって、該対は、該放射線源の周りに検出器の多角形配置を形成するために、各々角度を離して配置されていることを特徴とする撮像システム。
10. 該検出器の対を該放射源の周りに回転させるための回転手段を含むことを特徴とする請求項８又は９に記載の撮像システム。
11. 各検出器は、請求項１〜７のいずれかに記載のモジュールのスタックを含むことを特徴とする請求項８，９又は１０に記載の撮像システム。
12. 請求項１〜７のいずれかに記載の１つ以上の撮像システムモジュール又は請求項８〜１１のいずれかに記載の撮像システムを備えたことを特徴とする陽電子射出断層撮像装置。

Images