JPH09145843A

JPH09145843A - ３端子イオンチャンバ

Info

Publication number: JPH09145843A
Application number: JP8312619A
Authority: JP
Inventors: Derek J Day; デレク・ジェー・ディ; Rolf Staehelin; ロルフ・シュターヘリン; Salvatore Provenzale; サルバトーレ・プロフェンザーレ; Heinrich Riem; ハインリッヒ・リーム; Willi Fencl; ウィリ・フェンクル
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1995-11-09
Filing date: 1996-11-11
Publication date: 1997-06-06
Also published as: CA2189699C; EP0773577A1; CA2189699A1; US5594252A

Abstract

(57)【要約】【課題】リアルタイムイメージング手法によって得られ
たイメージの解像度の増加をもたらすイオン化チャンバ
を与える。【解決手段】３端子イオン化チャンバはバイアス電源に
結合された第１電極と，それと離れてグランドに結合さ
れた第２電極を含む。該第１及び第２電極の間に第３端
子が与えられる。測定回路がチャンバへの放射線入射量
を示す電荷を測定するべく第３端子へ結合される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は放射線の測定及び
検出用の装置に関し，特に，三端子を有する液体イオン
化チャンバに関する。

【０００２】

【従来の技術】医療の診療行為は，しばしば治療用に使
用される放射線を検出及び測定するための影像システム
及びセンサーに頼っている。患者が診察台に乗った後で
放射線治療のために正しい位置にあることを保証するた
めの予備的治療の前に，患者を少量の放射線にさらすこ
とがしばしば必要である。これは局所化イメージング(l
ocalization imaging)として知られている。治療の間，
患者が動かずに正しい位置にあって，適正な放射線プロ
ファイルが照射されていることを保証することが必要で
ある。これは検証イメージング(verification imaging)
として知られ，それは典型的に治療中にとられるターゲ
ット領域の個別イメージの連続から成る。したがって，
検証イメージングで使用される装置ではイメージのリア
ルタイムな生成が可能である。

【０００３】これらの環境で使用されるイメージング装
置は高エネルギーレベル用に設計されねばならない。放
射線治療に使用されるエネルギーレベルは概して百万電
子ボルト(Mev)以上であり，典型的には４〜２５Mevの範
囲である。このような高い放射線レベルにおいて，患者
の身体の適正な患部に正確に治療が施されることが重要
である。さらに，患者の身体の他の部分への被照射量を
最小限にすることも重要である。したがって，イメージ
ング装置が治療及び治療準備の間効果的かつ有用である
ためには，高エネルギー放射線の使用に適しており，精
確であって，かつ治療中にわたってリアルタイムなイメ
ージを与えることが可能でなければならない。

【０００４】検証イメージング及び局所化イメージング
への最も一般的なアプローチは，治療または治療シーケ
ンスをフィルムに記録することである。しかしこのアプ
ローチでは，フィルムの現像に数分または数時間かかる
ため患者は苦痛であり局所化イメージングの間に移動し
てしまい，検証イメージング用のリアルタイムなイメー
ジを与えない。さらに，患者の移動が局所化イメージン
グを妨げるばかりか，当該フィルムはターゲット領域が
被曝した放射線の正確な量を示さないことから，このア
プローチはあまり精確ではない。

【０００５】フィルムイメージング装置のもう一つの欠
点は，概してその解像度及びダイナミックレンジでは不
十分なことである。さらに，フィルム上のイメージを改
良するためにコンピュータにより強調処理することも一
般に不可能である。さらにまた，これらのフィルム装置
は多くのオペレータ介在を要求し，それが治療中のエラ
ーまたは患者の移動をもたらす。したがって，オペレー
タ介在数を減少させかつイメージング最中に得られるイ
メージの解像度を増加させるような装置を与えることが
所望される。

【０００６】検証及び局所化イメージングを実行するべ
く使用されてきた他の装置として，走査二端子液充填イ
オン化チャンバ(scanning two terminal liquid-filled
ionization chamber)がある。この装置の例が，Antonu
kの米国特許第5,019,711号及びBovaらの米国特許第5,02
5,376号に示されている。

【０００７】典型的に二端子液充填イオン化チャンバ
は，２次元マトリクスで配置され，その行は各チャンバ
の電流を測定するべく走査される。これらのイオン化チ
ャンバは平板間に液体を充填した平行平板コンデンサと
見なすことができる。測定信号の振幅は形成されたイオ
ンの数（すなわち，放射線により与えられたエネルギ
ー）に比例する。放射線強度は電流として記録される。
測定されたイオン化電流は放射線のエネルギーに比例す
る。したがって，高エネルギー放射線ほどより多くイオ
ン化し，より大きな応答信号をもたらす。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】二端子液体イオンチャ
ンバ内でモニターされる電流は２つの成分から成る。ひ
とつは電極を充電し電極間に電場を与えるべく流れる電
流で，もう一つはその電場内のイオン移動によるものと
見なすことができる。これらの装置では２端子のみが使
用されるため，２つの電流は同一の端子を共有する平行
経路で発生しなければならない。イオン電流は放射線の
存在を示す信号電流であり，一方充電電流は測定回路の
過渡であって信号電流とは区別されなければならない。
これらの２つの電流の分離は，充電電流過渡を信号サン
プリングより非常に速くすることで，時間領域で達成さ
れ得る。しかし，電極をある電圧まで充電するのに必要
な電荷量は同一であるため，充電時間を短縮すれば充電
電流の増加をもたらす。この増加電流は放射パワー，電
源またはスイッチの出力抵抗，及び信号増幅の飽和を通
じた問題を引き起こす。これらの効果は，これらの電流
間で達成されるべき分離の程度を弱める。その結果，高
MeV条件でのリアルタイム環境における精確度及び動作
能力が制限される。したがって，そのような条件下で精
確に動作する液体充填イオン化チャンバを与えることが
所望される。さらに，複雑なモニター及び増幅エレクト
ロニクスが不要なチャンバを与えることが所望される。

【０００９】したがって，リアルタイムイメージング手
法によって得られたイメージの解像度の増加をもたらす
イオン化チャンバが要求される。好適には，該チャンバ
は高エネルギーで動作し，光子が制限され，信号対ノイ
ズ比が高く，その他の放射線量計測に適した機能を有す
ることが可能でなければならない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】アースに結合された第２
電極から離隔され，バイアス電圧源に結合された第１電
極を含む３端子イオン化チャンバが与えられる。第３端
子が第１と第２電極との間に配置される。測定回路がチ
ャンバへの放射線入射量を示す電荷を測定するべく該第
３端子に結合される。

【００１１】当該３端子チャンバは平面，ボタンコンタ
クトを有する平面，分岐コンタクトを有する平面，及び
円筒などの多くの形状で与えられる。これら３端子チャ
ンバはイオン化チャンバ内の空間電荷効果により生成さ
れる電圧を測定することにより放射線測定の可能性を与
える。２端子装置と違って，これら３端子チャンバは精
確な測定を与えるためにバイアスと読み出し電流とを分
離する必要がない。

【００１２】本願発明の他の実施例は，チャンバ内にブ
ロッキングコンタクトを採用する。一つまたはそれ以上
の電極に沿って誘電体層を配置することにより１つまた
は２つのブロッキングコンタクトが形成される。第３端
子は誘電体層の表面に沿って形成される。信号電荷の測
定は第３端子により為される。

【００１３】また，イオン化チャンバ内のイオン化電流
を測定する方法も与えられる。当該方法は第３電極で電
圧測定を行う３端子チャンバを使用する。イオン化電流
はこの測定電圧を使用して計算される。

【００１４】これらのイオン化チャンバの実施例は従来
のイオン検出よりきびしいエンハンスメントを要求す
る。従来技術と異なり，これらのチャンバは，動作中イ
オン再結合が減少しその結果印加されるドーズ量への応
答の強度及び線形性が強化されることを保証する。した
がって，これらの装置は，高エネルギーで光子制限の下
に放射線量計測に適した信号対ノイズ比を有する動作が
可能である。さらに，当該装置は，従来の設計より多く
のデバイスアーキテクチャ及び動作モードに対して応用
でき，バイアスをかけ及びかけない状態で信号電荷の合
計が可能である。

【００１５】本願の特徴及び利点の完全な理解のため
に，以下の図面とともに詳細な説明が与えられる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本願発明の実施例を説明する前
に，液充填イオン化チャンバ用の特定の応用例が示され
る。該応用例は最初に従来の２端子イオン化チャンバと
ともに使用する場合について説明され，次に本願発明に
従う３端子チャンバとともに使用するべく説明される。
図１に示されるイメージング装置は典型的にポータルイ
メージング装置10と呼ばれている。ポータルイメージン
グ装置は従来２端子イオン化チャンバとともに使用され
てきた。例えば，装置10は電極14，16のマトリクスを収
納するポータル組立体12を含む。典型的に，電極14，16
はお互いに1mm程度離隔され平行に配置されて回路プリ
ントボードのシート上に形成されている。電極14，16は
ほぼ0.5〜0.8mmの幅を有する。ポータル組立体12の内部
20は，電子移動度特性で選択された2.2.4トリメチルペ
ンタンなどの液体で満たされている。各電極14，16が交
差する点には，個別にイオン化チャンバ18が形成されて
いる。

【００１７】典型的なイメージング装置において，ポー
タル組立体12は256×256個の電極のマトリクス（65,536
個の個別イオン化チャンバ）を保持する。それぞれのチ
ャンバサイズは，ほぼ1.27×1.27×1mmである。バイア
ス電極16はスイッチングバンク24を通じて高電圧源26
（例えば，250〜300ボルト）に結合されている。従来の
２端子装置に対し，各電極14は入射放射線に比例した各
チャンバ18の電気的特性を測定するために，連続の検出
回路28に結合されている。放射線は6μsの短パルスの連
続として患者に印加される。該パルスの周波数は特定の
治療に必要なだけドーズ量を増減するために変化させら
れる。毎秒60から300周期のパルスが普通である。

【００１８】従来のポータルイメージング装置は以下の
方法で動作する。コンピュータシステム30により制御さ
れたスイッチバンク24内の適当なスイッチを作動させる
ことで，分極電圧パルスがバイアス電極（例えば，電極
16e）に印加される。電圧パルスの長さは概して入射放
射線の周期より長い。例えば，該電圧パルスの長さは20
msである。これが各イオン化チャンバ内でイオン化電流
を生成し，それが測定される。２端子イオン化チャンバ
に対し，測定は各電極14上の電流を検知することにより
得られる。これらの測定結果は，イメージデータの第１
セット（例えば，サイズ1×256ビット）としてコンピュ
ータシステム30内に保存される。イメージデータの初期
セットはコンピュータ30を使ってバンク24の適当なスイ
ッチを作動させ分極電圧パルスを第２バイアス電極（例
えば，電極16d）に続けて印加することにより増加す
る。この処理は，完全なイメージ（256×265サイズ）が
完成するまで，各電極を通じて連続的に繰り返される。
20msのパルス長に関して，ほぼ5秒で完全イメージが生
成される。このイメージは治療モニター用にディスプレ
イスクリーン32上に表示されるか，または後の使用，マ
ミピュレーション若しくはエンハンスメント用に質量保
存デバイス34内に保存される。

【００１９】上で説明したように，２端子イオン化チャ
ンバが使用される際，イオン化電流は２つの電極のうち
の一つを使用して測定される。図２(A)は２つの電極1
4，16を示している。電極14，16は２つの回路プリント
ボード34の表面に対向して形成されている。大量の液体
35が２つの電極間に満たされる。分極電圧が２つの電極
をまたいで印加されると，電場によりイオンが電子と再
結合するのが妨げられる。測定時の放射線強度に比例す
るイオン化電流が生成される。図示されたチャンバにお
いて，分極パルスは上側電極16に印加され，生成イオン
化電流は下側電極14上で測定される。困ったことに，こ
の読み取りプロセスは集積されたイオン密度に対し破滅
的であるため，信号の合成はデバイスが非バイアス状態
でのみ行われる。

【００２０】デバイスの形状から，モニターされる電流
は２つのコンポーネントを有する。図２(B)には２端子
チャンバの等価回路が示されている。２端子チャンバは
入力抵抗36，コンデンサー40及び誘電抵抗38を有するよ
うに表されている。測定されたイオン化電流I_sigは，チ
ャンバにバイアスを負荷するのに使用される電流である
成分I_biasから測定回路の過渡である成分I_chを引き算し
たものである。過渡電流I_chはチャンバ内のイオン化電
流を適正に測定するために信号電流I_sigから分離されね
ばならない。この分離は過渡を信号サンプリングより非
常に速く行うことにより時間領域で為される。しかし，
どんなバイアス電圧に電極を充電しても同じ量の電荷が
必要であるため，充電時間の短縮は充電電流を増加させ
る。困ったことに，これにより放射パワー，電源若しく
はスイッチの出力抵抗，及び信号増幅の飽和の点で問題
が生じ，それらすべては電流間に達成されるべき分離の
程度を弱めることになる。このように２端子チャンバに
は，高速走査時における入射放射線の測定能力に限界が
ある。

【００２１】こうして本願に係る３端子チャンバが開発
された。図３(A)は，本願発明に従う３端子チャンバ42
の第１の実施例の断面図を示したものである。２端子チ
ャンバと同様に，デバイスは対向して配置された導体電
極14，16を有する２つの平行な回路プリントボード34を
使って構成されている。しかし，３端子チャンバ42で
は，第３の電極44が与えられる。第３電極44はチャンバ
内の液体を生成容積46及びサンプル容積48とに分離す
る。第３電極は，例えば，細い導線または他の導体エレ
メントである。２端子チャンバと同様に，放射線の大き
さの測定は電極16に分極電圧を印加することにより為さ
れる。しかし，３端子チャンバ42の場合，イオン化電流
の測定はサンプル体積をまたぐ（すなわち，電極44と14
との間の）電圧の差を検知することにより為される。こ
の電圧の差は放射線の大きさに直接関係する空間電荷効
果に帰する。当業者は，当該電圧の差を検知するために
差動増幅器などの回路が必要であることを認識するであ
ろう。もし３端子チャンバ42が図１に示されるようなポ
ータルイメージング装置内で実行されれば，検出回路28
は差動増幅器及び各チャンバの第３端子の電圧をモニタ
ーするような装置を有する。

【００２２】図３(B)に示されるように，測定電圧V_sig
は液体中を流れるイオン化電流の大きさを直接的に示す
量である。液体中の第３電極44の位置（すなわち，サン
プル体積のサイズ）は全液体容積の既知の一部(f)であ
るように（例えば10〜40％）選択される。結果として，
測定電圧V_sig及び液体の実効抵抗R_dはチャンバ内のイオ
ン化電流を示す（V_sig = f*I_sig*R_d）。イオン化電流を
測定するこの方法は，イオン化チャンバ内の空間電荷効
果を利用することにより可能となる。これらの効果は今
度は，当業者が異なる大きさ及び性質の３端子液充填イ
オン化チャンバを設計することができるように説明され
る。

【００２３】イオンチャンバ42への放射線照射により，
チャンバを通過するに従って正及び負の一対のイオンが
生成される。もし外部バイアスが無ければ，これらのイ
オンはお互いに引きつけ合いかつお互いを遮蔽し，その
結果チャンバ内には実効電荷が存在しない。それらは非
常に近接しているため，イオン対は短い寿命の後再結合
する。バイアスがこの中性プラズマに印加されると，異
極性のイオンは反対方向に移動をはじめ，その結果イオ
ン対は分離しまたは分極する。イオンが分離するにつ
れ，それらの間に空間電荷場が生成される（なぜなら，
電気力線は対極の電荷から開始し対極の電荷で終了す
る）。ポアソン方程式は電場の発散を定常状態のイオン
電荷密度q*N_ssにより説明する。ポアソン方程式のマニ
ピュレーションは，電荷密度が均一な場合に密度N_ssの
イオン対間の空間電荷電圧が以下の方程式１で表せるこ
とを示している。

【００２４】

【数１】このように，空間電荷電圧は，密度N_ss，電荷q，分離距
離d，媒体の誘電率ε，真空の誘電率ε₀に依存する。各
変数の典型値は，N_ss=2×10¹⁰cm^-3，D=1.0mm，ε=2で，
定数はq=1.6×10^-19C及びε₀=8.85×10^-14F/mであっ
て，これらに対し空間電荷電圧は１コンタクトあたりV
_sc=0.9ボルトである。この空間電荷電圧は印加電圧に対
抗し，電極14，16での電圧降下を増加させながら残りの
中性プラズマに対する電場を減少させる。

【００２５】したがって，空間電荷効果は移動イオン対
の分離の間電極で発達するが，イオンがコンタクトで一
掃されるに従い減少しなければならない。空間電荷電圧
のこの時間依存性は方程式２を使って計算可能である。

【００２６】

【数２】方程式２は空間電荷が特性時間τとともに指数関数的に
増大しかつ印加電圧V₀の２乗で増加することを示してお
り，ここでμはコンタクトから離れて移動するイオンの
モビリティであって，該モビリティには当該コンタクト
への空間電荷のマイグレーションは考慮されていない。

【００２７】図４(A)は空間電荷電圧V_scと時間との関係
を印加電圧V₀から測定したものを示す。高速イオンが最
初に分離され，傾斜62に沿って極点60までV_scを増加さ
せる。極点60で最大空間電荷が発生し，すなわちその点
で異極の２つの電極を空間電荷が縁取る。その後，残り
の空間電荷は傾斜64に沿ってコンタクトから一掃されそ
の結果コンタクト電圧は減少する。この減衰の時間ヒス
トリーは，コンタクトへ移動するイオンのモビリティに
より決定されている特性時間のみを伴うその成長の逆数
である。したがって，イオン化チャンバ内で生成された
空間電荷はある時間点で崩壊する傾向にあり，チャンバ
を平衡状態にリセットする。その結果，測定がより精確
になる。

【００２８】方程式３は時間tで掃引される距離Xを見積
もるのに使用され，方程式４は空間電荷の最大透過距離
X_maxを定義する。

【００２９】

【数３】

【数４】これは誘電体緩和時間τ内でイオンが移動する平均最大
距離である。例えば，300ボルトのV₀及び1.0mmの電極間
距離dに対し，X_maxはほぼ1.6mmである。

【００３０】空間電荷電圧V_scと電極からの透過距離X
_maxとの間の関係が図４(B)に示されている。もし，デバ
イス長がこの最大透過距離X_maxより長いと，空間電荷は
更なるイオン泳動を制限しイオン電流はゼロに近づく。
しかし，もしデバイス長がこの最大透過距離より短い
と，イオンは電極で一掃され空間電荷は減衰するであろ
う。空間電荷引力はイオン対を急速に再結合する程に接
近させる初期の復元力であるため，誘電体緩和時間τは
効果的にイオン対の再結合寿命である。したがって，最
大透過距離X_maxは単純に印加された電場内でのイオンの
ドリフト長である。空間電荷効果の最終結果は，電極1
4，16で高くデバイス内で低い場が存在するように，平
行平板イオン化チャンバ内の電位分布を変化させるとい
うものである。

【００３１】平行平板イオン化チャンバ内に存在する空
間電荷のこれらの特性は，チャンバ内に第３端子44を導
入することにより活用される。該第３端子は２つの電流
移送電極14，16の間に配置された電圧コンタクトであ
る。この第３端子は上記方程式２に説明されるように電
流コンタクトのひとつにおいて，空間電荷に伴う非均一
な電場による電圧変化をモニターする。

【００３２】これら３端子イオン化チャンバは従来の装
置に比べ改良進歩されている。例えば，これらの装置は
個々のチャンバ内の電荷をゼロにリセットすることがで
きるが，この特徴は従来の２端子装置には無かったもの
である。積分装置の本質的特徴は積分間隔を初期化する
べく電荷をゼロにリセットする能力である。この能力が
なければ，過渡が積分間隔を乱すごとに装置は測定エラ
ーにみまわれる。本願発明の実施例において，リセット
機能は破壊検知を与えるべく第３端子で電荷を抜き取る
ことにより達成される。再結合またはリークによるイオ
ン対の損失は，イオンが一緒に移動しかつ分極のときよ
り速く再結合するように電極14，16上のバイアスを循環
させることで調節可能な定常状態レベルを達成するため
にも使用される。

【００３３】図３とともに３端子イオン化チャンバのひ
とつの実施例が説明されてきた。しかし，図５(A)から
(D)に示されるような他の実施例も可能である。図５(A)
は第３端子としてボタンコンタクトを使用した３端子チ
ャンバ42Aを示す。ボタンコンタクト15は回路プリント
ボード層内の通孔を通じて突起している。空間電荷効果
の測定は測定回路をボタンコンタクト15に結合すること
で実効される。

【００３４】図５(B)は分岐コンタクトを使用する３端
子チャンバ42Bの実施例である。バイアス電極14はチャ
ンバの底面に沿った２つの別々のラインに分割される。
信号電極17はバイアス電極14の間に配置される。この実
施例において，サンプル体積48はチャンバ内で水平方向
に広げられる。バイアス電極14間の距離は上記空間電荷
効果を利用するべくX_maxより短くなければならない。

【００３５】図５(C)及び(D)は円柱形３端子チャンバ42
Cを示している。この形状は円筒の中心で最大の空間電
荷効果を有するような非均一場を与える。この実施例は
あらゆるバイアス電圧に対し最大信号を与える。

【００３６】当業者は他の形状も可能であると思うであ
ろうが，電圧プローブまたはコンタクトは概して２つの
電極14，16の間の中間点に近接して配置すべきではな
い。上記したように，空間電荷電圧は２つの電極間の中
間点付近で減少する。したがって，電圧プローブまたは
コンタクトは一方の電極の１ドリフト長以内に配置され
るべきである。さらに，２つの電流移送電極は中間点を
避けるように２ドリフト長以上離隔されるべきである。

【００３７】図３〜５に関して説明された各３端子チャ
ンバは，各チャンバ内に第３端子を付加しかつチャンバ
の各列に結合される適当な検出回路28を含むことにより
図１のポータルイメージング装置10内で実行可能であ
る。

【００３８】第２の３端子イオン化チャンバの実施例が
図６(A)に示される。この実施例において，イオン化チ
ャンバ70はグリッド状コンタクト80として形成された第
３コンタクトを採用する。上で説明したチャンバと同様
に，このチャンバ70は距離dだけ離れた２つの平行電極1
4，16を含む。しかし，この実施例では誘電体層82は電
極14及び16の内側面に沿って配置され，グリッド状コン
タクト80は一方の誘電材料層の表面上に配置される。グ
リッド状コンタクト80はチャンバ内で電圧プローブコン
タクトとして（すなわち，デバイスの第３端子として）
使用される。液体46の層も２つの電極14，16間に配置さ
れる。グリッド状コンタクト80は薄い銅シート，メッシ
ュワイヤ，または他の誘電体層82の表面を横切って形成
される他の導体材料から形成される。誘電層82ははんだ
マスクまたは絶縁特性を有する他の誘電材料の薄いシー
トから成る。特定の実施例において，誘電体層82は幅0.
1mmであり電極14，16は1mmだけ離隔されている。

【００３９】この実施例もまたチャンバ70内の空間電荷
効果を利用する。本実施例において，イオン電流は引き
出されず，その代わり空間電荷場を生成するのに必要な
変位電流のみが測定される。電極14，16に結合する誘電
体層82はイオンが引きつけられるブロッキングコンタク
トまたはブロッキングインタフェースを形成するよう働
く。イオンは誘電体シート82と液体46の間のインタフェ
ース81，83で蓄積しながら，保存されまたはブロックさ
れる。そのようなインタフェースは例えば液体と気体の
ような異種材料の間に発生し，そこでは放射線により導
かれる伝導度の大きさまたはしくみが異なることは当業
者に周知である。例えば，液体とそれをサンドイッチし
た乾燥膜層を有する２つの電極の装置は，誘電体として
液体だけのものと比較し同じ放射線条件で比較したとき
イオン電流が40：1で減少した。本願発明のこの実施例
は分極電極14，16により導体媒体内に誘導された電荷を
インタフェース81，83へ引きつけることによりこの性質
を利用する。誘導電荷はインタフェース81の第３端子80
（例えば，ワイヤメッシュまたはグリッド）によりモニ
ターされる。インシュレータ82はバイアスが印加されて
いる間導体媒体内の電荷を蓄積する第３端子80と電極14
との間にコンデンサを形成する。第３端子80は空間電荷
を平均化しながらインタフェース81で電荷を蓄積するよ
うな細い導線またはグリッドから形成される。誘導電荷
は測定出力電圧V_outを生成する差動アンプ84を使ってモ
ニターされる。

【００４０】３端子チャンバ70のこの実施例は導体媒質
82からのイオン電流を第３端子及び電極14により形成さ
れるコンデンサ上に集積する。この電荷は，インタフェ
ース電荷により形成された空間電荷電圧が電極14，16を
またぐ電圧と相殺するか，またはこれらのイオンの再結
合がイオン電流からのゲインと等しくなるまで，蓄積す
る。

【００４１】この装置に対しバイアスが印加されない状
態での導体媒質またはバイアスが印加されている間のイ
ンシュレータインタフェース81のいずれかにおいて電荷
の集積が起こる。このことにより，装置は放射線がバイ
アスと同時に生じるか否かに依存する多くの動作モード
に対してオープンになる。第３コンタクト80での電荷の
検知は電圧としてまたは抽出電荷として達成される。こ
れによりデバイスは多くの異なる装置アーキテクチャー
に対しオープンになる。

【００４２】図６(B)は本願発明による３端子チャンバ
の他の実施例であり，導体及びブロッキングコンタクト
の組み合わせから成るチャンバ90を示している。この実
施例は距離dだけ離隔された２つの平行フィールド電極1
4，16を含む。誘電材料82の単一層がひとつの電極14に
沿って配置される。液体46がチャンバ90を満たす。グリ
ッド状コンタクト80は液体46と誘電体82との間のインタ
フェース81に沿って配置されている。したがって，デバ
イスは誘電材料82から成る単一のブロッキングコンタク
ト及び電極14を含む。電極16はブロッキングコンタンク
トを形成しない。この組み合わせにより，ひとつの極性
のイオン（金属コンタクトが使用されるときは電子が好
適である）は他のイオン電荷により誘導された空間電荷
がブロッキングコンタクトで蓄積されている間に導体コ
ンタクト16でチャンバ90から一掃される。このイオン電
荷は電荷を示す電圧信号を生成する差動アンプなどを使
って第３端子（グリッドコンタクト80）でモニターされ
る。同一の印加電圧に対し２倍の電荷がインタフェース
に蓄積される。導体コンタクト16での非保存イオンの一
掃により，インタフェースでのイオン蓄積に関しイオン
再結合は重要ではなくなる。この実施例もまた図１に示
されるようなポータルイメージング装置10内で実行され
る。当業者は適当な検出回路28が必要であることを知る
であろう。

【００４３】外部バイアスが除去されるとインタフェー
ス81での電荷及び電圧は導体電極16からモニター可能で
あるので，図６(B)の３端子チャンバにおいて第３端子9
2を省略することでさらに修正を加えることもできる。
これはイオンがインタフェース81から導体電極16へ移動
するまで装置の中に保存されたままだからである。この
移動は保存イオンを一掃するべく印加バイアスを反転す
ることにより強化される。これによりデバイス動作にお
いて第３端子が外部ではなく内部にあるところの他の実
施例が構成される。

【００４４】ブロッキングコンタクトから導体コンタク
トへの保存イオンの移動は，隣のブロッキングコンタク
トとの間に電荷の移動を許容する２若しくは３端子コン
タクトの多重化を通じて更なる実施例に発展する。その
際イオンチャンバ内の電荷は固体電荷結合素子内で採用
されるのと同様の方法で扱われ移送される。

【００４５】当業者は図３〜５で説明された本願発明の
各実施例が図１で示すようなポータルイメージング装置
10内で実行可能であることを認識するであろう。電極14
で電流を検知することにより入射放射線を測定するので
はなく，本願発明の実施例を使用する装置は検出回路28
に結合された第３電極（例えば，図３の電極44）を含
む。

【００４６】本願発明は発明の思想から離れることなく
他の実施例が可能であることは当業者の知るところであ
る。例えば，電極と個々のイオン化チャンバの相対的サ
イズは変更可能である。他の導体材料及び誘電体液体も
使用できる。また本願発明の実施例がポータルイメージ
ング以外にも応用できることは当業者の知るところであ
る。例えば，発明の原理に従って構成されたチャンバは
線量測定に応用され得る。

【００４７】したがって，ここに開示された発明は特許
請求の範囲に記載された発明の態様に制限するものでは
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のイメージング装置のコンポーネントを示
すブロック図である。

【図２】(A)は図１のイメージング装置において使用す
るための従来の２端子イオン化チャンバの側面断面図で
ある。(B)は(A)の従来の２端子イオン化チャンバの電気
的性質を示す回路図である。

【図３】(A)は本願発明に従う３端子イオン化チャンバ
の側面断面図である。(B)は(A)の３端子イオン化チャン
バの電気的性質を示す回路図である。

【図４】(A)及び(B)は空間電荷効果を示すグラフであ
る。

【図５】(A)，(B)，(C)及び(D)は，本願発明の実施例に
従う交流３端子イオン化チャンバの断面図である。

【図６】(A)及び(B)は本願発明に従う３端子イオン化チ
ャンバの他の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

14 電極 16 電極 34 回路プリントボード 42 ３端子チャンバ 44 第３電極 46 生成容積 48 サンプル容積

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ロルフ・シュターヘリンスイス国シュリーレングーグスブールストラーゼ６ (72)発明者サルバトーレ・プロフェンザーレスイス国アールガウゲーベンストルフ、ドルフストラーゼ33 (72)発明者ハインリッヒ・リームスイス国エッチンゲンアムゴッテスグラーベン７ (72)発明者ウィリ・フェンクルスイス国チューリッヒエルナストラーゼ 22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３端子イオン化チャンバであって，バイア
ス電圧源に結合された第１電極と，前記第１電極から離
隔されグランドに結合された第２電極と，前記第１及び
第２電極の間に配置された第３電極と，前記第２及び第
３電極の間に配置された誘電体シートと，前記チャンバ
への放射線入射を測定するための，前記第２及び第３電
極に結合された測定回路と，から成る装置。
【請求項２】請求項１に記載の３端子イオン化チャンバ
であって，さらに前記第１及び第２電極の間の液体容積
から成る装置。
【請求項３】前記第３電極は前記液体容積をサンプル容
積及び生成容積に分割し，前記サンプル容積は空間電荷
電圧を有するところの請求項２に記載の３端子イオン化
チャンバであって，前記測定回路が，前記第２及び第３
電極をまたぐ電圧を示す第１信号を生成する前記第２及
び第３電極に結合された増幅器と，前記第１信号を受信
するべく結合された処理回路であって，当該処理回路は
前記チャンバ内のイオン化電流を示す第２信号を生成
し，該第２信号は前記第１信号及び前記サンプル容積の
前記空間電荷電圧に依存しているところの処理回路と，
を含むところの装置。
【請求項４】請求項１に記載の３端子イオン化チャンバ
であって，さらに前記第３電極に面する前記第１電極の
表面に沿って配置された付加的誘電体シートから成る装
置。
【請求項５】請求項４に記載の３端子イオン化チャンバ
であって，前記第３電極はワイヤメッシュから成るとこ
ろの装置。
【請求項６】請求項４に記載の３端子イオン化チャンバ
であって，前記第１及び第２電極は導体シートから成る
ところの装置。
【請求項７】ポータルイメージング装置であって，複数
の行及び列を有する３端子イオン化チャンバのマトリク
スと，前記マトリクスの複数の列に接続された複数の測
定回路であって，当該測定回路は前記３端子イオン化チ
ャンバの第１及び第２端子の間に接続され，各前記チャ
ンバへの放射線入射の大きさを示す信号を生成するとこ
ろの測定回路と，前記マトリクスの複数の行に接続され
た複数のバイアス電圧源であって，当該バイアス電圧源
は前記３端子イオン化チャンバの第３端子に接続される
ところのバイアス電圧源と，前記測定回路により生成さ
れた前記信号を保存するための前記複数の測定回路に接
続された保存デバイスと，から成る装置。
【請求項８】請求項７に記載のポータルイメージング装
置であって，前記第２端子は各前記イオン化チャンバの
前記第１及び第３端子の間に配置された導体ワイヤであ
るところの装置。
【請求項９】請求項７に記載のポータルイメージング装
置であって，前記第２端子は各前記イオン化チャンバの
前記第１及び第３端子の間に配置されたボタン端子であ
るところの装置。
【請求項１０】請求項７に記載のポータルイメージング
装置であって，前記第２端子は前記第１端子に近接して
形成された分岐コンタクトであるところの装置。
【請求項１１】請求項７に記載のポータルイメージング
装置であって，さらに各前記イオン化チャンバの前記第
１及び第２端子の間に配置された第１誘電体シートであ
って，該第２端子は前記第３端子に面する当該第１誘電
体シートの表面に沿って配置されたワイヤメッシュから
成るところの第１誘電体シートから成る装置。
【請求項１２】請求項１１に記載のポータルイメージン
グ装置であって，さらに各前記イオン化チャンバの前記
第２端子に面する前記第３端子の表面に沿って形成され
た第２誘電体シートから成る装置。
【請求項１３】液充填イオン化チャンバ内に流れるイオ
ン化電流を測定するための方法であって，第１電極をグ
ランドポテンシャルに設定する工程と，前記第１電極か
ら離隔された第２電極をバイアス電圧で付勢する工程
と，前記第１及び第２電極から離隔して第３電極を配置
する工程と，前記第１及び第３電極の間に第１誘電体シ
ートを配置する工程と，前記第３電極で第２電圧を測定
する工程と，測定された前記第２電圧に基づいてイオン
化電流を計算する工程と，から成る方法。
【請求項１４】請求項１３に記載の方法であって，さら
に前記第１及び第３電極の間に第１誘電体シートを配置
する工程から成る方法。
【請求項１５】請求項１４に記載の方法であって，さら
に前記第３電極に面する前記第２電極の表面に沿って第
２誘電体シートを配置する工程から成る方法。