KR20020065624A - 방사선 사진법을 위한 방법과 장치 및 방사선 검출기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방사선 사진법을 위한 방법과 장치 및 입사 방사선을 검출하기 위한 검출기를 제공한다. 이 방법 및 장치에 있어서, X선(9)은 X선원(X-ray source; 60)으로부터 방사된다. 촬상되어야 할 물체(62)와 충돌된 상기 X선은 검출기(64)에서 검출된다. 입사 방사선을 검출하는 이 검출기(64)는 전기장을 발생시키기 위해 전압이 인가되고, 입사 방사선에 의해 방출된 1차 및 2차 이온화 전자의 전자-이온 애벌랜치를 야기시키는 전극구성을 포함하는 가스 애벌랜치 챔버이다. 이 검출기는 적어도 2개의 검출기 전극모듈에서, 또 각각 입사 방사선에 본질적으로 평행한 방향을 따라 서로 인접하여 배열된 복수의 검출기 전극소자중 적어도 하나에서 전기신호를 검출하고, 상기 전기신호는 전자-이온 애벌랜치에 의해 야기되며, 적어도 2개의 독립적인 검출기 전극모듈은 각각 입사 방사선에 본질적으로 평행한 방향을 따라 서로 아주 근접하여 배열되어 있다.

Description

방사선 사진법을 위한 방법과 장치 및 방사선 검출기 {A METHOD AND AN APPARATUS FOR RADIOGRAPHY AND A RADIATION DETECTOR}
X선은 오랫동안 방사선 사진 이미징(imaging)에 이용되어 왔고, 현저한 발달이 이루어져 왔다. 그 가장 간단한 형태에 있어서, 이미징은 X선 방사원과, 방사선이 전달되는 촬상되어야 할 물체 및, 검출과 전달된 방사선의 리코딩을 위한 검출기를 제공함으로써 행해진다. 또, X선은 촬상되어야 할 물체에 산란되고, 검출기에 의해 검출될 수 있다. 오늘날 병원에서 사용되는 X선 검출기는 스크린 필름 조합이다. 형광 스크린(Gd2O2S)에 있어서, X선 광자(photon)는 변환되고, 이에 따라 사진필름상에 레지스터(register)되는 2차 광이 발생한다. 필름의 사용은 이미지의 다이내믹 영역을 제한한다. 형광 스크린을 이용함으로써 달성되는 증가된 효율은 2차광이 등방향적으로 방사되기 때문에, 분해능(resolution)을 희생시켜 제공된다.
오늘날 디지털 X선 검출기는 전형적으로 어떤 타입의 반도체 검출기, 예컨대CCD, TFT 등으로 이루어진다. 대부분의 의료용 X선 이미징에서 필요한 큰 이미지 포맷을 커버하기 위해서는, 대부분의 경우에 있어서 검출기는 조금이라도 가능하다면 크게 만들어져야 하는데, 이것은 비싼 제조비용과 낮은 수율을 초래한다. 상기 문제점을 해결하기 위한 하나의 방법은, 서로 큰 이미지 포맷을 형성하도록 서로 타일이 붙여진 검출기 모듈을 만드는 것이다.
그러나, 이러한 반도체 X선 검출기의 어셈블리의 이용은 그 블라인드에서 다른 문제점을 초래하고, 반도체 검출기는 누설전류를 제한하기 위해 그들 둘레에 소위 가드링(guard ring)을 필요로 하기 때문에, 비방사(nonradiation) 검출영역은 각각의 검출기 가장자리에 도입된다.
상기 문제점에 대한 해결책은, 각 모듈이 모듈의 2차원 모자이크를 형성하기 위해 적어도 하나의 다른 모듈에 인접하도록 베이스 플레이트에 걸쳐 어셈블리내의 복수의 이산 어레이 모듈을 병렬시킴으로써 큰 영역 X선 이미지 캡쳐소자를 제조하는 미국특허 제5,381,014호에 개시되어 있다. 각 모듈은 유전체 기판의 상면에 인접하여 배열된 복수의 TFT(thin film transistor)를 포함하고, 기판의 적어도 하나의 정밀 그라운드 에지는 다른 기판의 하나의 정밀 그라운드 에지를 갖춘 정밀한 인접부를 형성한다. 연속적인 방사 검출층은 모듈간의 비방사 검출영역을 최소화하는 큰 포맷 소자를 형성하기 위해 복수의 병렬된 모듈에 걸쳐 배치된다.
상기 종래기술이 갖는 결점은, 검출기의 각 모듈이 비교적 비싼 제조비용과 조립비용을 초래하는 상기 큰 영역 X선 이미지 캡쳐 소자를 발생시키기 위해 서로 물리적 및 전기적으로 접촉하고 있어야만 한다는 것이다.
상기 타입의 모듈러 검출기가 갖는 다른 결점은, 각 모듈로부터의 데이터와 어드레스 회로가 비교적 비싼 조립비용을 초래하는 인접한 모듈내의 대응하는 회로에 접속되야만 한다는 것이다.
상기 타입의 모듈러 검출기가 갖는 또 다른 결점은, 조금이라도 가능하다면 파손된 모듈은 방사선 검출층을 제거하여 재배치하지 않고서는 교환될 수 없다는 것이다.
본 발명은 방사선 사진법을 위한 방법과 장치 및 가스 애벌랜치 검출기에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 적어도 2개의 검출기 전극구성을 갖춘 검출기가 배열되는 플레이너 빔(planar beam) 방사선 사진법을 위한 장치를 개략적으로 나타낸 전체도이고,
도 2는 본 발명에 따른 적어도 2개의 검출기 전극모듈을 갖춘 가스 평행판 애벌랜치 챔버의 제1실시예의 개략적인 횡단면도,
도 3a는 본 발명에 따른 적어도 2개의 검출기 전극구성을 갖춘 플레이너 빔 방사선 사진법을 위한 장치를 개략적으로 나타낸 전체도,
도 3b는 본 발명에 따른 적어도 2개의 검출기 전극모듈을 갖춘 가스 평행판 애벌랜치 챔버의 제2실시예의 개략적인 횡단면도,
도 4a는 상기 구성의 분리전에 기판상에 배열된 처리 전자장치를 포함하는하나의 검출기 전극모듈의 개략적인 상면도,
도 4b는 반송소자(carrying elemen)상에 서로 인접하여 배열된 처리 전자장치를 포함하는 2개의 독립적인 검출기 전극모듈의 개략적인 상면도이다.
본 발명의 목적은 X선 검출기와 상술한 결점을 적어도 감소시키는 방사선 사진법을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 관점에 따르면, 청구범위 제1항과 제7항 각각에서 설명되는 바와 같은 방사선 사진법을 위한 방법과 장치 및 청구범위 제22항에서 설명되는 바와 같은 X선 검출기가 제공된다.
다른 목적은 부가되는 청구항에서의 다른 특징에 의해 달성된다.
적어도 2개의 검출기 전극모듈이 갖는 제1이점은, 그것들이 독립적인 모듈을 제공하여 교환하는 것이 용이하다는 것이다.
독립적인 모듈이 갖는 제2이점은, 그것들이 상기 구성을 변경시키고 조립비용을 줄일 능력을 간단하게 하는 서로 물리적으로도 전기적으로도 접촉하고 있을 필요가 없다는 것이다.
본 발명에 따른 독립적인 모듈이 갖는 제3이점은, 각 모듈의 기계적 허용차가 반도체 검출기내의 모듈에 비해 덜 엄격하여 제조비용이 축소된다는 것이다.
적어도 2개의 검출기 전극모듈이 갖는 제4이점은, 검출기가 단일의 큰 검출기 영역에 비해 영역 유닛에 대해 덜 고가일 것이라는 것이다.
적어도 2개의 검출기 전극모듈이 갖는 제5이점은, 조립된 검출기의 수율이 단일의 큰 검출기 영역에 비해 보다 클 것이라는 것이다.
제6이점은, 도전성 전극이 배열되는 기판의 재료의 필요조건은 상기 기판이 단지 상기 도전성 소자를 위한 캐리어로서 이용되어 제조비용이 축소되고 제조수율이 증가되기 때문에 중요하지 않다는 것이다.
본 발명의 모듈이 갖는 제7이점은, 검출기 전극모듈이 상기 모듈의 제조, 조립 및 교체를 간단하게 하는 방사선 검출층에 의해 부착될 필요가 없다는 것이다.
도 1과 도 2는 플레이너 빔(planar beam) 방사선 사진법을 위한 장치와 어떤 시점에서의 기술적 수준에 따른 가스 애벌랜치 챔버를 나타내고, 스웨덴 특허출원 SE-9704015-8을 참조하라. 상기 도면에 대응하는 설명은 가스 애벌랜치 검출기 분야의 짧은 소개를 읽는 사람에게 제공할 작정이다.
도 1은 본 발명에 따른 복수의 검출기 전극모듈을 갖춘 검출기가 배열되는 플레이너 빔 방사선 사진법을 위한 장치의 플레이너 X선 빔(9)의 면에 직각인 면에서의 단면도이다.
이 장치는 촬상되어야 할 물제의 조사를 위한 X선원(X-ray source; 60)을 포함하고, 이 X선원은 제1의 얇은 콜리메이터 윈도우(collimator window; 61)와 함께 필요에 따라 플레이너 팬모양의 X선 빔(9)을 발생시킨다. 원한다면, 임의의 제1의 얇은 콜리메이터 윈도우(61)는 본질적으로 평면인 X선 빔을 형성하기 위한 X선 회절 미러나 X선 렌즈 등의 다른 수단으로 대체될 수 있다.
이 콜리메이터 윈도우의 목적은 몇몇 경우, 예컨대 살아 있는 사람을 이미지화할 때 필요한 물체에 대한 도우즈(dose)를 줄이는 것이다.
물체(62)를 통과하여 전달되는 빔은, 필요에 따라 얇은 슬릿이나 제2콜리메이터 윈도우(10)를 통과하여 적어도 2개의 독립적인 검출기 전극모듈을 갖춘 검출기(64)로 들어간다. 입사 X선 광자 대부분은 가스 애벌랜치 챔버를 포함하는 검출기(64)에서 검출되고, X선 광자가 캐소드판(2)과 애노드판(1)간의 측에 들어가도록 배향된다.
검출기와 그들의 동작은 아래에 설명한다. X선원(60), 임의의 제1의 얇은 콜리메이터 윈도우(61), 임의의 콜리메이터 윈도우(10)와 가스 애벌랜치 챔버(64)는 소정의 수단(65), 예컨대 프레임이나 서포트(support; 65) 또는 독립적이지만 일반적으로 제어되는 모터에 의해 서로에 대해 움직일 수 있다. 방사선 사진법을 위한 그렇게 형성된 장치는 검사될 물체를 스캔하도록 동시에 움직여질 수 있다.
가스 애벌랜치 챔버는 일반적으로 전극 사이에 고압을 인가함으로써 발생되는 강한 전기장으로 되는 가스봉입 볼륨(gasfilled volume)으로 구성되어 있고, 챔버의 2개의 제한벽(limiting wall)을 구성하는 2개 플레이트 각각으로 이루어져 있다. 동작에 있어서, X선(9)은 검출기 측면으로 입사된다. 입사 X선(9)은 검출기에 가까운 임의의 얇은 슬릿이나 콜리메이터 윈도우(10)를 통과하여 검출기로 들어가고, 본질적으로 캐소드판(2)에 평행한 방향으로 가스 볼륨을 통과한다. 가스봉입 볼륨으로 입사된 각각의 X선 광자는 가스 분자와의 상호작용의 결과로서 가스내에 1차 이온화 전자-이온쌍을 발생시킨다. 이 발생은 광효과나 콤프턴 효과에 의해 야기되고, 어쩌면 오제효과로부터의 전자와 동시에 일어난다. 발생된 각각의 1차 전자(11)는 전자-이온쌍(2차 이온화 전자-이온쌍)의 발생을 야기시키는 새로운 가스 분자와의 상호작용 때문에 그 운동에너지를 느슨하게 한다. 통상적으로 수백의 2차 이온화 전자-이온쌍은 이 프로세스에서 20keV X선 광자로부터 발생된다. 2차 이온화 전자(16) (1차 이온화 전자(11)와 함께)는 강한 전기장에서 전자-이온 애벌랜치에 의해 증폭된다. 애벌랜치 전자와 이온의 운동은 전기신호를 야기시킨다. 이 신호는 일반적으로 1개 또는 양쪽의 전극에서 픽업되고, X선 광자 상호작용점과 필요에 따라서는 X선 광자 에너지의 정확한 측정을 얻기 위해 증폭되고 판독회로에 의해 처리된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 검출된 X선은 캐소트판과 애노드판에 본질적으로 평행한 방향으로 검출기상의 측면에 입사되고, 얇은 슬릿이나 콜리메이터 윈도우를 통과하여 검출기로 들어간다. 이와 같이, 검출기는 대부분의 입사 X선 광자가 상호작용할 수 있도록 하기에 충분히 긴 상호작용 경로로 용이하게 이루어진다.
도 2는 본 발명의 복수의 검출기 전극모듈을 갖춘 참조번호 64로 나타낸 검출기의 실시예를 나타낸다. 이 가스 평행판 애벌랜치 챔버는, 본질적으로 서로 평행하고 얇은 가스봉입 갭이나 영역(13)에 의해 분리되는 애노드판(1)과 캐소드판 (2)을 포함한다. 애노드판(1)은, 예컨대 바람직하게는 0.1∼10㎜ 두께의 유리, 세라믹스 또는 실리콘으로 이루어진 기판(3)과, 바람직하게는 0.01∼10㎛ 두께의 도전성 재료 예컨대 금속의 코팅 형태로 그 위에 배열된 애노드 전극(4)을 포함한다.
기판에 대한 보다 좋은 부착과 보다 좋은 층 안정성을 위해서는, 전극은 각각 다른 두께와 재료, 예컨대 바나듐, 동, 니켈로 이루어진 몇몇 금속층으로 이루어질 수 있다. 이 기판이 유리로 이루어진 경우, 제1층은 다음의 금속층에 대해서뿐만 아니라 유리에 대해서도 양호한 부착성을 갖는 크롬으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또, 전극(4)은 금속층의 상부에 부착된 저항성 재료, 예컨대 일산화규소층을 포함한다. 혹은, 기판은 유전성 재료로 피복된 전기적으로 도전성인 재료로 이루어질 수 있다. 전극(4)은 상기 유전성 재료의 상부에 배열된다. 애노드에 대해 설명한 것과 마찬가지로, 캐소드판(2)은 코팅(5)과 함께 기판(6)을 포함한다. 애노드 전극(4)과 캐소드 전극(5) 모두는 들어오는 X선 빔에 평행하거나 또는 직각인 스트립(strip)으로 분할될 수 있다.
갭이나 영역(13)은 예컨대 90% 크립톤과 10% 탄소 및 10% 이산화탄소의 혼합가스 또는 예컨대 90% 아르곤과 10% 메탄의 혼합가스일 수 있는 가스로 충전된다. 이 가스는 압력하, 바람직하게는 1∼20atm내에 있을 수 있다.
애노드 전극(4)과 캐소드 전극(5)은 평행판(1, 2) 사이의 갭이나 영역(13)에서 균일한 전기장(8)을 발생시키기 위해 고압 DC 전원(7)에 접속되어 있다. 일례로서, 갭이나 영역(13)은 500미크론의 높이(D; 평행판(1, 2) 사이의 거리)를 갖고, 전극(4, 5) 사이에 인가되는 전압(V)은 1atm에서 아르곤/CO2(80/20) 혼합가스에 대해 1500V이다. 인가된 전압은 전극(4, 5) 사이에 전기장(E)을 야기시키고, 그것은 E=V/D이다. 거리(D)와 전압(V)은 106V/M의 오더의 전기장을 제공하도록 선택된다. 그러므로, 500㎛ 거리(D)와 1500V 전압(V)은 전기장 E=3ㆍ106V/M을 부여한다. 거리(D)는 10∼5000㎛의 범위내에 있을 수 있고, 전압은 10∼15000V의 범위내에 있을 수 있다.
동작에 있어서, X선(9)은 검출기 측면에 입사된다. 입사 X선(9)은캐소드판(2)에 가까운 임의의 얇은 슬릿이나 콜리메이터 윈도우(10)를 통과하여 검출기로 들어가고, 캐소드판(2)에 평행한 방향으로 가스 볼륨을 통과한다. 각각의 X선 광자는 가스원자와의 상호작용의 결과로서 가스내에 1차 이온화 전자-이온쌍을 발생시킨다. 발생된 각각의 1차 전자(11)는 전자-이온쌍(2차 이온화 전자-이온쌍)의 발생을 야기시키는 가스 분자와의 상호작용 때문에 그 운동에너지를 느슨하게 한다. 통상적으로 수백의 2차 이온화 전자-이온쌍은 이 프로세스에서 20keV X선 광자로부터 발생된다. 2차 이온화 전자(16) (1차 이온화 전자(11)와 함께)는 애노드판(1)쪽 방향으로 강한 전기장에서 가속화된다. 가속화된 전자(11, 16)는 발생될 전자-이온쌍을 야기시키는 갭(13)에서 다른 가스 분자와 상호작용한다. 또, 이들 발생된 전자는 필드에서 가속화되고, 발생될 전자-이온쌍을 야기시키는 새로운 가스 분자와 상호작용한다. 이 프로세스는 애노드쪽으로의 전자의 통과동안 계속되고, 애벌랜치(12)는 형성될 것이다.
애노드로부터의 거리(H)에서 방사된 1차 이온화 전자에 대해서는, 전체 전하이득은 M=exp(αH)에 의해 주어지는데, 이 경우 α는 가스와 필드 조건에 관련된 제1타운센드 계수이다. 가스타입의 적당한 선택하에서, 104∼106이상의 압력과 전기장, 이득을 얻을 수 있다. 강한 전기장의 영향을 받아, 애벌랜치 볼륨내의 전자는 애노드쪽으로 이동할 것이고, 이온은 캐소드쪽으로 이동할 것이다. 강한 전기장이 갭에 걸쳐 균일하다는 사실 때문에, 갭(13)의 높이(D)는 작고, 공간전하 효과를 과감하게 감소시키는 증폭 볼륨을 가로지르는 양이온의 매우 짧은 드리프트 시간이 달성된다.
가스봉입 갭(13)내의 전하의 움직임은 캐소드 전극(5)뿐만 아니라 애노드 전극(4)에도 전하를 야기시킨다. 야기된 전하를, 예컨대 전하펄스를 처리 전자장치 (14)에서 처리될 수 있는 전류나 전압펄스로 변환시키고 또 상기 전치증폭기(pre-amplifier)를 포함하는 전하 센시티브(sensitive) 증폭기에 연결된 애노드 전극(4)에 의해 검출할 수 있다. 어쩌면, 캐소드 전극이나 개별적인 검출기 전극구성은 유사한 방법으로 검출에 이용될 수 있다. 가스 평행판 애벌랜치 챔버내의 빠른 전자신호는 전체 야기된 전하의 중요한 부분(F)을 구성하고, 약 105이득에서 전체 신호의 약 10%이다.
가스원자와 상호작용하는 각각의 입사 X선 광자가 검출될 애벌랜치(12)를 야기시킬 것이라는 점에 주의한다. 대부분의 X선 광자가 애벌랜치를 야기시키는 높은 검출효율을 달성하기 위해, 입사 X선 광자의 방향으로의 가스 평행판 애벌랜치 챔버의 길이는 X선 광자와 가스원자간의 상호작용에 대해 높은 확률을 부여하도록 선택되야 한다. 유닛 경로길이에 대한 상호작용의 확률은 증가하는 가스압력에 따라 증가하여, 가스 평행판 애벌랜치 챔버의 길이가 증가하는 가스압력에 따라 보다 짧게 될 수 있다는 것을 초래한다.
도 3a는 플레이너 빔 방사선 사진법을 위한 검출기의 플레이너 X선 빔(9)의 면에 직각인 면에서의 단면도이다. X선 빔과 동조되는 임의의 얇은 슬릿이나 제2콜리메이터 윈도우(10)는 검출기(64)로의 X선 빔(9)을 위한 입구를 형성한다. 대부분의 입사 X선 광자는 변환 및 드리프트 볼륨(13)과 전자 애벌랜치 증폭(17)을 위한 수단을 포함하는 검출기(64)에서 검출되어, 변환 및 드리프트 볼륨(13)내에서 전자와 이온의 드리프트를 위한 전기장이 생성되는 2개의 전극구성(1, 2)간의 측면으로 들어간다.
검출기(64)는 캐소드판(2)으로 되는 제1드리프트 전극구성과 애노드판(1)으로 되는 제2드리프트 전극구성을 포함한다. 그것들은 서로 평행하고, 사이의 공간은 변환 및 드리프트 볼륨으로 되는 얇은 가스봉입 갭이나 영역(13)과 전자 애벌랜치 증폭수단(17)을 포함한다. 혹은, 이들 판은 평행하지 않다. 애노드판(1)과 캐소드판(2) 사이에 전압이 인가되고, 하나 또는 몇몇의 전압은 전자 애벌랜치 증폭수단(17)에 인가된다. 이것은 갭(13)내의 전자와 이온의 드리프트를 야기시키는 드리프트 필드와, 전자 애벌랜치 증폭수단(17)내의 전자 애벌랜치 증폭 필드를 초래한다. 애노드판(1)과 관련하여, 제공된 전자 애벌랜치의 검출을 위한 판독소자의 구성(15)이 있다. 바람직하게는, 판독소자의 구성(15)은 또한 애노드 전극을 구성한다. 혹은, 판독소자의 구성(15)은 캐소드판(2)이나 전자 애벌랜치 증폭수단 (17)과 관련하여 형성될 수 있다. 또한, 그것은 유전체층이나 기판에 의해 애노드나 캐소드전극으로부터 분리된 애노드나 캐소드판에 형성될 수도 있다. 이 경우에는 애노드나 캐소드 전극이 유도된 펄스에 대해 반투명, 즉 스트립이나 패드로서 형성될 필요가 있다. 드리프트 볼륨과 증폭 볼륨간의 간격은, 예컨대 도 3b에 나타낸 바와 같이 도전성 면을 갖춘 얇은 메시(mesh) 형태로 이루어질 수 있다. 발생된 1차 및 2차 이온화 전자(11, 16)가 가스내에서의 전자-이온 애벌랜치 처리시에 증폭되거나 적당히 증폭되지 않고 메시를 향해 나아갈 수 있도록 하는 캐소드와 메시 사이의 드리프트 볼륨내에서 약한 전기장을 야기시키기 위해 메시의 표면에 전위(electric potential)가 공급된다. 메시의 표면상의 전위는 메시와 애노드 사이의 증폭영역내의 전기장은 가스내에서의 전자-이온 애벌랜치 처리를 야기시키기에 충분히 강하다. 움직이는 전자와 이온으로부터 야기된 신호는 애노드 및/또는 메시상의 전극구성에서 검출된다.
도시한 바와 같이, 검출될 X선은 검출기의 입사측면이고, 캐소드판(2)과 애노드판(1) 사이의 변환 및 드리프트 볼륨(13)으로 들어간다. 바람직하게는, X선은 캐소드판(2)과 애노드판(1)에 평행한 방향으로 검출기로 들어가고, 얇은 슬릿이나 콜리메이터 윈도우(10)를 통과하여 검출기로 들어간다. 이와 같이, 검출기는 대분분의 입사 X선 광자가 상호작용하고 검출될 수 있도록 하기에 충분히 긴 상호작용 경로로 용이하게 이루어질 수 있다. 콜리메이터가 이용되는 경우에 있어서, 이것은 바람직하게는 가는 플레이너 빔이 전자 애벌랜치 증폭수단(17)에 가까운 검출기로 들어가도록 배열되야 하고, 바람직하게는 그것과 함께 평행해야 한다.
갭이나 영역(13)은 예컨대 90% 크립톤과 10% 이산화탄소의 혼합가스 또는 예컨대 90% 크세논과 10% 이산화탄소의 혼합가스일 수 있는 가스로 충전된다. 이 가스는 압력하, 바람직하게는 1∼20atm내에 있을 수 있다. 그러므로, 검출기는 X선 빔(9)이 검출기로 들어가는 슬릿 입구 윈도우(92)를 갖춘 기밀 하우징(gas tight housing; 91)을 포함한다. 이 윈도우는 방사를 위해 투명한 재료, 예컨대 Mylar?로 이루어지거나 얇은 알루미늄박으로 이루어진다. 이것은 애노드판과 캐소드판에 수직의 방사선 입사를 위해 설계된, 이전에 이용된 가스 애벌랜치 챔버에 비해 가스 애벌랜치 챔버(64)내에서 측면 입사빔을 검출하는 본 발명의 특별히 유리한 부가적인 효과이다. 이 윈도우는 이와 같이 보다 얇게 이루어질 수 있기 때문에, 윈도우로 흡수되는 X선 광자수는 감소된다.
동작에 있어서, 입사 X선(9)는 만약 존재하면 전자 애벌랜치 증폭수단(17)에 가까운 임의의 얇은 슬릿이나 콜리메이터 윈도우(10)를 통과하여 검출기로 들어가고, 바람직하게는 전자 애벌랜치 증폭수단(17)과 평행한 방향으로 가스 볼륨을 이동한다. 각각의 X선 광자는 가스 원자와의 상호작용의 결과로서 가스내에 1차 이온화 전자-이온쌍을 발생시킨다. 이 발생은 광효과, 콤프턴 효과 또는 오제효과에 의해 야기된다. 발생된 각각의 1차 전자(11)는 전자-이온쌍(2차 이온화 전자-이온쌍)의 발생을 야기시키는 새로운 가스 분자와의 상호작용 때문에 그 운동에너지를 느슨하게 한다. 통상적으로 수백의 2차 이온화 전자-이온쌍은 이 프로세스에서 20keV X선 광자로부터 발생된다. 2차 이온화 전자(16) (1차 이온화 전자(11)와 함께)는 변환 및 드리프트 볼륨(13)에서의 전기장 때문에 전자 애벌랜치 증폭수단 (17)을 향해 나아갈 것이다. 전자는 전자 애벌랜치 증폭수단(17)의 집속된 필드라인의 영역으로 들어가면, 그것들은 애벌랜치 증폭된다.
애벌랜치 전자와 이온의 움직임은 전자 애벌랜치의 검출을 위한 전자 판독소자의 구성(15)에서 전기신호를 야기시킨다. 이들 신호는 전자 애벌랜치 증폭수단 (17), 캐소드판(2) 또는 애노드판(1) 또는 2개 이상의 상기 위치의 조합과 관련하여 픽업된다. 이 신호는 X선 광자 상호작용점의 정확한 측정과 필요에 따라서는 X선 광자 에너지를 얻기 위해 더 증폭되어 판독회로(14)에 의해 처리된다.
도 4a는 1개의 검출기 전극모듈(4)을 나타낸다. 스트립(20)으로서 형성된 검출기 전극소자로 이루어진 검출기 전극모듈(4)은 애노드나 캐소드 전극으로서 동작한다. 스트립(20) 형태의 복수의 검출기 전극소자는 나란히 배치되어 있고, 각각의 위치에서 입사 X선 광자의 방향과 평행한 방향으로 연장된다. 이들 스트립은 기판(100)상에 형성되고, 그것들 사이에 공간(23)을 둠으로써 서로 전기적으로 절연된다. 이들 스트립은 포토리소그래픽법(photolithographic method)이나 전기주형법(electroforming) 등에 의해 형성될 수 있다.
각각의 스트립(20)은 개별적인 신호 컨덕터(signal conductor; 22)에 의해 처리 전자장치(14)에 접속된다. 애노드나 캐소드 전극이 검출기 전극모듈을 구성하는 경우에, 신호 컨덕터(22)는 또한 각각의 스트립을 고압 DC 전원(7; 도 4a에 도시하지 않음)에 접속한다.
스트립(20)과 스페이싱(spacing; 23)은 들어오는 X선 광자의 방향을 따라 보다 넓게 증대할 수 있기 때문에, 시차오차에 대한 보상을 제공하게 된다. 혹은, 이들 스트립은 서로 전기적으로 절연되는 부분으로 입사 X선에 직각을 이루어 분할될 수 있다.
도 4a에 나타낸 검출기 전극모듈은 애노드인 것이 바람직하지만, 양자택일로 또는 공동으로 캐소드가 설명된 구조를 가질 수 있다.
기판(100)은 전기적으로 격리하는 재료의 층이 배열되는 상부에 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 전기적으로 격리하는 재료 위에 상기 검출기 전극소자가 배열된다.
혹은, 기판(100)은 유리나 세라믹스 등의 전기적으로 격리하는 재료로 이루어질 수 있다. 상기 검출기 전극소자는 반도전성 재료의 상부 또는 유전성 재료, 예컨대 산화물의 상기 반도전성 재료의 중간층의 상부에 직접 배열될 수 있다.
예컨대, 실리콘의 기판(100)은 표준 에칭이나 절단기술을 사용함으로써 원자레벨에 가까워 평탄하고 매끄러운 임의의 형상의 독립적인 검출기 전극모듈을 형성하기 위해 임의의 형상으로 절단될 수 있다. 특히, 결정방향의 조합에 있어서 선택된 에칭기술이 전극에 3차원적으로 거의 임의의 형상을 부여할 수 있기 때문에, 드라이 에칭은 검출기 전극모듈을 형성하는데 강력한 도구이다.
도 4b에 있어서, 상기 처리 전자장치를 포함하는 각각의 독립적인 검출기 전극모듈은 반송소자(carrying element; 110)에서 서로에게 아주 근접하여 배열된다. 상기 반송소자는 어떠한 재료로도 이루어질 수 있다. 각각의 검출기 전극모듈은 인접한 검출기 전극모듈과 물리적인 접촉을 하고 있거나 작은 거리를 두고 분리될 수 있다. 2개 검출기 전극모듈 사이의 상기 거리는 각각의 검출기 전극구성의 경계에서 어떤 블라인드 비방사 검출영역을 도입하지 않기 위해 전극 피치보다 더 크지 않을 수 있다.
도 4a와 도 4b에 있어서, 처리 전자장치는 검출기 전극모듈과 같은 기판상에 배열된다. 그러나, 상기 처리 전자장치는 개별적인 기판상에 배열될 수 있다. 도 4b에 있어서, 단지 2개의 검출기 전극구성은 서로 인접하여 배열된다. 그러나, 3개 이상의 검출기 전극모듈은 각각 입사 방사선에 본질적으로 수직인 방향을 따라 서로 인접하여 배열될 수 있다. 또한, 검출기 전극모듈은 각각 입사 방사선에 거의 평행한 방향을 따라 서로 인접하여 배열될 수 있다.
또한, 본 발명은 여러 가지의 특정한 실시예와 관련하여 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.

Claims (34)

  1. 방사선 사진법에서 이미지를 얻기 위한 방법에 있어서,
    X선원으로부터 X선을 방사하는 단계와,
    전기장을 발생시키기 위해 전압이 인가되는 전극구성을 포함하는 가스 애벌랜치 검출기에서 촬상되어야 할 물체와 충돌된 X선을 검출하는 단계를 구비하고,
    적어도 2개의 검출기 전극모듈에서, 또 각각 입사 방사선에 본질적으로 평행한 방향을 따라 서로 인접하여 배열된 복수의 검출기 전극소자중 적어도 하나에서 전기신호를 검출하며, 상기 전기신호는 전자-이온 애벌랜치에 의해 야기되고, 적어도 2개의 독립적인 검출기 전극모듈은 각각 입사 방사선에 본질적으로 평행한 방향을 따라 서로 아주 근접하여 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지를 얻기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 X선은 상기 촬상되어야 할 물체에 투과되는 것을 특징으로 하는 이미지를 얻기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 X선은 상기 촬상되어야 할 물체에 의해 반사되는 것을 특징으로 하는 이미지를 얻기 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 검출될 방사선이 제1 및 제2플레이트 사이의 측면으로 들어가도록 배향되는 가스 애벌랜치 챔버에서 상기 X선을 검출하는 단계를 더 구비한 것을 특징으로 하는 이미지를 얻기 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 입사 X선 광자에 의해 방출되는 1차 및 2차 이온화 전자의 전자-이온 애벌랜치를 야기시키는 상기 제1 및 제2플레이트 사이에서 상기 전기장을 생성하기 위한 상기 제1 및 제2플레이트 각각에서 포함되는 제1 및 제2전극구성 사이에 전압을 인가하는 단계를 더 구비한 것을 특징으로 하는 이미지를 얻기 위한 방법.
  6. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 입사 방사선의 방향으로 상기 X선을 검출하는 단계를 더 구비하고, 상기 가스 애벌랜치 검출기의 깊이는 상기 검출기내의 1차 이온화 전자-이온쌍의 발생을 위해 가스 원자를 갖는 대부분의 상기 입사 X선 광자의 상호작용을 허용하기에 충분한 것을 특징으로 하는 이미지를 얻기 위한 방법.
  7. 방사선 사진법에 사용하기 위한 장치에 있어서,
    X선원과,
    촬상되어야 할 물체와 충돌된 X선을 검출하기 위해, 전기장을 발생시키기 위해 전압이 인가되는 전극구성을 포함하는 가스 애벌랜치 검출기 및,
    각각이 입사 방사선에 본질적으로 평행한 방향을 따라 서로 인접하여 배열된복수의 검출기 전극소자를 갖춘 적어도 2개의 독립적인 검출기 전극모듈을 구비하고,
    상기 적어도 2개의 독립적인 검출기 전극모듈은 각각이 상기 입사 방사선에 본질적으로 평행한 방향을 따라 서로 아주 근접하여 배열된 것을 특징으로 하는 방사선 사진법에 사용하기 위한 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 X선은 상기 촬상되어야 할 물체에 투과되는 것을 특징으로 하는 방사선 사진법에 사용하기 위한 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 X선은 상기 촬상되어야 할 물체에 의해 반사되는 것을 특징으로 하는 방사선 사진법에 사용하기 위한 장치.
  10. 제7항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서, 상기 X선원과 상기 촬상되어야 할 물체 사이에 위치한 본질적으로 평면인 X선 빔을 형성하기 위한 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 방사선 사진법에 사용하기 위한 장치.
  11. 제7항 내지 제10항중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 애벌랜치 검출기는 입사 X선 방사선을 검출하기 위한 가스 플레이트 애벌랜치 챔버를 포함하고,
    상기 가스 플레이트 애벌랜치 챔버는 제1 및 제2플레이트 각각에 포함되는 제1 및 제2전극구성 사이에 인가되는 전압에 의해, 전기장이 생성되는 제1 및 제2플레이트 사이의 측면으로 상기 X선이 입사되도록 상기 X선원에 관하여 배향되며,
    상기 가스 플레이트 애벌랜치 챔버는 상기 검출기내의 1차 이온화 전자-이온쌍의 발생을 위해 대부분의 상기 입사 X선 광자의 상호작용을 허용하기에 충분한 깊이를 상기 입사 방사선의 방향을 따라 갖는 것을 특징으로 하는 방사선 사진법에 사용하기 위한 장치.
  12. 제7항 내지 제11항중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 애벌랜치 챔버내의 상기 플레이트는 평행한 것을 특징으로 하는 방사선 사진법에 사용하기 위한 장치.
  13. 제7항 내지 제11항중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 애벌랜치 챔버내의 상기 플레이트는 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 방사선 사진법에 사용하기 위한 장치.
  14. 제7항 내지 제13항중 어느 한 항에 있어서, 연장되는 상기 검출기 전극모듈중 적어도 하나에서의 상기 검출기 전극소자는 나란히 배열되고 서로 전기적으로 절연되는 스트립에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방사선 사진법에 사용하기 위한 장치.
  15. 제7항 내지 제14항중 어느 한 항에 있어서, 각각의 상기 검출기 전극모듈의 기판(100)은 반송소자(110)상에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 사진법에 사용하기 위한 장치.
  16. 제7항 내지 제15항중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 유전체에 의해 커버된 금속재료나 반도전성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 방사선 사진법에 사용하기 위한 장치.
  17. 제7항 내지 제16항중 어느 한 항에 있어서, 처리 전자장치(14)는 상기 검출기 전극소자와 같은 기판(100)상에 배열된 것을 특징으로 하는 방사선 사진법에 사용하기 위한 장치.
  18. 제7항 내지 제17항중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 전자장치(14)는 상기 검출기 전극소자가 배열된 상기 기판(100)에 비해 개별적인 기판상에 배열된 것을 특징으로 하는 방사선 사진법에 사용하기 위한 장치.
  19. 제7항 내지 제18항중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기 전극모듈은 서로 전기적 및/또는 물리적으로 접촉하여 배열된 것을 특징으로 하는 방사선 사진법에 사용하기 위한 장치.
  20. 제7항 내지 제19항중 어느 한 항에 있어서, 상기 반송소자(110)는 상기 기판의 애노드(3) 또는 상기 기판의 캐소드(6)인 것을 특징으로 하는 방사선 사진법에사용하기 위한 장치.
  21. 제7항 내지 제20항중 어느 한 항에 있어서, 상기 입사 X선에 수직인 상기 스트립은 서로로부터 전기적으로 절연되는 부분으로 분할되는 것을 특징으로 하는 방사선 사진법에 사용하기 위한 장치.
  22. 전기장을 발생시키기 위해 전압이 인가되는 전극구성을 포함하는, 입사 방사선을 검출하기 위한 가스 애벌랜치 검출기에 있어서,
    상기 가스 애벌랜치 검출기는 입사 방사선을 검출하기 위한 가스 애벌랜치 챔버를 포함하고,
    복수의 검출기 전극소자를 갖춘 적어도 2개의 독립적인 검출기 전극모듈은 각각이 입사 방사선에 본질적으로 평행한 방향을 따라 서로 인접하여 배열되며,
    상기 적어도 2개의 독립적인 검출기 전극모듈은 각각이 상기 입사 방사선에 본질적으로 평행한 방향을 따라 서로 아주 근접하여 배열된 것을 특징으로 하는 가스 애벌랜치 검출기.
  23. 제22항에 있어서, 상기 가스 애벌랜치 챔버는, 제1 및 제2플레이트 각각에 포함되는 제1 및 제2전극구성 사이에 인가되는 전압에 의해, 전기장이 생성되는 제1 및 제2플레이트 사이의 측면으로 입사되는 방사선을 위한 입구를 갖춘 것을 특징으로 하는 가스 애벌랜치 검출기.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 가스 플레이트 애벌랜치 챔버는, 상기 검출기내의 1차 이온화 전자-이온쌍의 발생을 위해 가스원자를 갖는 대부분의 입사 X선 광자의 상호작용을 허용하기에 충분한 깊이를 상기 입사 방사선의 방향을 따라 갖는 것을 특징으로 하는 가스 애벌랜치 검출기.
  25. 제22항 내지 제24항중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 애벌랜치 챔버내의 상기 플레이트는 평행한 것을 특징으로 하는 가스 애벌랜치 검출기.
  26. 제22항 내지 제24항중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 애벌랜치 챔버내의 상기 플레이트는 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 가스 애벌랜치 검출기.
  27. 제22항 내지 제26항중 어느 한 항에 있어서, 연장되는 상기 검출기 전극모듈중 적어도 하나에서의 상기 검출기 전극소자는 나란히 배열되고 서로 전기적으로 절연되는 스트립에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 애벌랜치 검출기.
  28. 제22항 내지 제27항중 어느 한 항에 있어서, 각각의 상기 검출기 전극모듈의 기판(100)은 반송소자(110)상에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 애벌랜치 검출기.
  29. 제22항 내지 제28항중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 유전체에 의해 커버된 금속재료나 반도전성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 애벌랜치 검출기.
  30. 제22항 내지 제29항중 어느 한 항에 있어서, 처리 전자장치(14)는 상기 검출기 전극소자와 같은 기판(100)상에 배열된 것을 특징으로 하는 가스 애벌랜치 검출기.
  31. 제22항 내지 제30항중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 전자장치(14)는 상기 검출기 전극소자가 배열된 상기 기판(100)에 비해 개별적인 기판상에 배열된 것을 특징으로 하는 가스 애벌랜치 검출기.
  32. 제22항 내지 제31항중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기 전극모듈은 서로 전기적 및/또는 물리적으로 접촉하여 배열된 것을 특징으로 하는 가스 애벌랜치 검출기.
  33. 제22항 내지 제32항중 어느 한 항에 있어서, 상기 반송소자(110)는 상기 기판의 애노드(3) 또는 상기 기판의 캐소드(6)인 것을 특징으로 하는 가스 애벌랜치 검출기.
  34. 제22항 내지 제33항중 어느 한 항에 있어서, 상기 입사 X선에 수직인 상기 스트립은 서로로부터 전기적으로 절연되는 부분으로 분할되는 것을 특징으로 하는 가스 애벌랜치 검출기.
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