KR20030062411A - 방사선 검출 및 양전자 방사 엑스선 단층촬영 장치 및 방법 - Google Patents

방사선 검출 및 양전자 방사 엑스선 단층촬영 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

전리가능한 섬광성 재료로 충만될 수 있는 챔버(11; 51), 및 방사선(γ; X)이 상기 챔버 내로 진입되어 일부는 상기 전리가능한 섬광성 재료를 전리시키고, 일부는 챔버 내에서 빛(hν)으로 변환될 수 있게 하도록 하도록 배열된 방사선 입구(13; 53)를 포함하는 방사선 검출기가 개시된다. 이 검출기는 상기 빛의 검출을 위한 광 검출기(17; 57), 및 전리의 결과로서 방출된 전자들(e-)의 애벌런치 증폭 및 검출을 위한 전자 애벌런치 검출기(19; 59)를 더 포함한다. 또한, 단일의 방사선 광자로부터 도출가능한 피검출 빛 및 피검출 전자들을 상호관련시키기 위한 수단, 및 상호관련되어 있는 검출된 빛 및 검출된 전자로부터 신호를 생성하기 위한 수단이 제공된다. 검출기는 양전하 방사 엑스선 단층촬영(PET, Positron Emission Tomograph)에 특히 적합하다.

Description

방사선 검출 및 양전자 방사 엑스선 단층촬영 장치 및 방법{DETECTION OF RADIATION AND POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY}
PET 검출기 또는 카메라는 전형적으로 환자 영역 주변에 위치된 방사선 검출 센서들의 다각형 또는 원형 링으로 이루어져 있다. 방사선 검출은 짧은 반감기들을 가진 동위원소들을 환자 영역 내에 위치된 환자의 신체에 주사함으로써 시작된다. 동위원소들은 신체 내에서 목표 영역들에 의해서 흡수되어, 양전자들을 방사한다. 인체 내에서, 양전자들은 전자들과 함께 소멸한다. 그 결과 본질적으로 단에너지성 인 한쌍의 감마선은 반대방향으로 동시에 방사된다. 대부분의 경우들에 있어서 방사된 감마선은 인체를 떠나서 방사선 검출기들의 링에 충돌한다.
검출기들의 링은 전형적으로 섬광 결정들의 내부링 및 예를 들어 광전자배증관과 같은 광 검출기의 외부링을 포함한다. 섬광 결정들은, 상응하는 인접 광전자 배증관에 의해 전자신호로 변환되는, 소위 섬광인 빛의 번쩍임(광전자 에너지)을 방사함으로써 감마선의 입사에 반응한다. 컴퓨터 또는 이와 유사한 것은 번쩍임들을 비교하여 동일한 양전자-전자 소멸점으로부터 동시에 발생하는 번쩍임들의 쌍들을 찾음으로써 각각의 빛 번쩍임의 위치를 기록하여 환자의 신체 내에 방사선의 소스를 작성한다. 기록된 데이터는 그 후에 PET 영상으로 변환된다. PET 모니터는 활동성의 정도를 나타내는 다양한 색상으로 동위원소들의 집중도를 디스플레이 한다. 결과로서 나타나는 PET 영상은 환자의 신체에 존재하는 종양들의 형상을 나타낸다.
그러한 검출기부는 양호한 에너지 분해능을 가지지만, 비교적 불량한 공간 분해능 및 시간 분해능을 가진 것으로 알려져 있다. 초창기에 PET 검출기들은 단일 광전자 배증관이 각각의 단일의 섬광 결정에 연결되어야만 했으나, 오늘날 에 PET 검출기들은, 예를 들어 미국특허번호 제4,864,138호, 제5,451,789호 및 제5,453,623호에 개시된 바와 같이, 단일의 광 검출기가 수개의 결정들에 맞게 되도록 허용한다. 이러한 방식에서 공간 분해능이 개선되거나 또는 필요한 광 검출기들의 개수가 감소될 수도 있다.
그럼에도 불구하고, 비교적 낮은 공간 분해능이 신틸레이터계 광 검출기들을 채택한 PET 검출기들에 의해 여전히 획득된다. 더욱 개선된 공간 분해능은 많은 수의 작은 광 검출기들 및 하나의 신틸레이터 시스템의 사용을 필요로 하는데, 이러한 사용은 입사 방사선이 흡수된 신틸레이터 부분에만 가벼운 광자들을 발생시킨다. 많은 수의 광 검출기들을 넓은 배열로 사용하거나 장치의 분해능을 증가시키는 것은 실현 가능하다고 하더라도 매우 복잡하고 값비싼 장치를 유발한다.
또한, 환자를 최소량의 전리에 노출시키는 것이 요구되는 의료용 응용기기에 있어서, 검출기 장치가 자연 방사선을 식별하는 것이 여전히 가능하면서도 낮은 수준의 방사선에 민감하다는 것은 중요하다. 어떤 응용기기들에 있어서 신틸레이터계 검출기들은 충분히 높은 감도 또는 신호 대 노이즈비를 갖지 않을 수도 있다.
또한, 검출기 장치의 광검출부는 입사 방사선에 의한 직접 조사에 전형적으로 민감하므로 그러한 경우에 측정은 입사 방사선이 그러한 장치에 닿지 못하게 하기 위해 수행되어야만 한다.
본 발명은 전체적으로 예를 들어 감마선 및 엑스선과 같은 전리 방사선 검출에 관한 것으로, 특히 양전자 방사 엑스선 단층촬영(PET, Positron Emission Tomograph)에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 방사선에 대하여 시간적 및 공간적으로 고도로 분해되는 검출을 위한 신규의 검출기부 및 방법에 각각 관한 것이고, 또한 피사체로부터 방사되어 그 결과 고속으로 정확하게 결정된 위치에서 검출되는 방사선의 선형 사영으로부터 대상 피사체의 영상 구축을 위한 양전자 방사 엑스선 단층촬영 장치 및 방법에 각각 관한 것이다.
본 발명은 본 발명을 한정하지 않고 단지 예로만 주어진 하기된 본 발명의 실시예들의 상세한 설명 및 첨부한 도 1 내지 도 5 로부터 보다 충분히 이해될 것이다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 방사선 검출기부를 사시도로 개략적으로 예시한다.
도 2 는 도 1 의 방사선 검출기부를 횡단면도로 개략적으로 예시한다.
도 3 은 본 발명의 또 다르게 예시된 실시예에 따른 양전자 방사 엑스선 단층촬영(PET) 장치를 사시도로 개략적으로 예시한다.
도 4 는 도 3 의 PET 장치를 횡단면도로 개략적으로 예시한다.
도 5 는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PET 장치를 횡단면도로 개략적으로 예시한다.
따라서, 본 발명의 목적은 매우 높은 시간 분해능 및 공간 분해능을 동시에 제공하는 방사선 검출용 검출기부 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 피사체로부터 방사되어 그 결과 검출되어지는 방사선의 선형 사영으로부터 대상 피사체의 영상 구축을 위한 것으로서, 구축된 영상에 대한 고속의 그리고 고성능의 공간 분해능을 제공하는 양전자 방사 엑스선 단층촬영(PET) 장치 및 방법을 각각 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 노이즈의 효율적인 제거를 제공하여 높은 신호 대 노이즈비를 나타내는 검출기부, PET 장치 및 방법들을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 스펙트럼으로 분해된 검출을 제공하는 검출기부,PET 장치 및 방법들을 제공함에 있다. PET 검출의 경우에 있어서 개선된 에너지 분해능은 잘못되어 상호관련된 적은 수의 신호쌍들을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 매우 높은 방사선 플럭스에서 작동하여 신속한 검사에 대비할 수 있는 검출기부, PET 장치 및 방법들을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 유효하고, 정확하고, 신뢰성 있고, 사용하기 편리하며, 가격이 저렴한 검출기부, PET 장치 및 방법들을 제공함에 있다.
이들 목적들은, 본 발명에 따르면, 첨부된 청구범위에서 청구된 검출기부들, PET 장치들 및 방법들에 의해 달성된다.
섬광성인 전리가능한 재료로 충만된 챔버를 가진 이중 검출기부를 제공함으로써, 광 검출기들 및 전자 애벌런치 검출기들 양자에 주된 장점을 나타내는 검출은 수행될 수도 있는데, 여기에서 전자들뿐만 아니라 빛도 입사 방사선과 재료 사이의 상호작용의 결과로서 생성되고, 그리고 각각의 빛 및 전자들이, 각각의 장치 검출기에서, 즉 각각의 동일한 입사 방사선 광자로부터 유래한 각각의 빛 및 전자들의 상호관련에 의한, 광 검출기 및 전자 애벌런치 검출기에서 독립적으로 검출된다. 특히, 광 검출기들이 높은 에너지 분해능을 제공하는 것으로 알려져 있고 그리고 전자 애벌런치 검출기들이 높은 위치 및 시간 분해능들을 제공하는 것으로 알려져 있기 때문에, 진보성 있는 이중 검출기부는 광 검출기들의 높은 에너지 분해능을 제공할 수 있고 전자 애벌런치 검출기들의 높은 위치 및 시간 분해능들을 동시에 제공할 수 있다. 노이즈의 감소된 수준들을 가진 영상들이 생성될 수 있게 함으로써, 그러한 검출기부는 양전자 방사 엑스선 단층촬영(PET)에 채택되어 다르게잘못하여 정합된 신호 쌍들을 거절하게 훌륭히 적합하게 된다.
본 발명의 또 다른 특징과 이점들은 첨부된 도면들에서 도시되어 있는 본 발명의 바람직한 실시예들의 다음의 상세한 설명으로부터 분명하게 될 것이다.
이하의 설명에서, 제한이 아닌 설명을 위해, 특정 기술들 및 응용기기와 같은 상세한 설명이 본 발명에 대한 충분한 이해를 제공하고자 개시된다. 하지만, 본 발명이 이러한 상세한 설명에서 벗어난 다른 실시예로 실행될 수 있다는 것은 당해 분야 종사자에게는 명백할 것이다. 다른 경우에, 공지된 방법들과 장치들에대한 상세한 설명은 불필요한 상세한 설명으로 인하여 본 발명의 설명을 불명료하게 하지 않도록 생략된다.
방사선 검출기부(10)를 사시도 및 횡단면도로 각각 개략적으로 예시하고 있는 도 1 및 도 2 를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예는 기술될 것이다.
검출기부(10)는 평면의 캐소드(13)와 애노드(35)를 별개로 포함하고 측벽들(12, 예시를 위하여 도 1 에서 부분적으로 제거됨)을 포함하며, 이들 모두는 전리가능한 섬광성 재료가 배열될 수 있는 기밀 공간 또는 챔버(11)를 형성한다. 캐소드(13)는 전형적으로 감마선 또는 엑스선일 수 있는 입사 방사선을 위한 방사선 입구창을 구성하여 입사 방사선이 장치(10)에 진입하되 캐소드(13)의 평면에 수직하게 진입하도록 전형적으로 방향이 설정되어 있다.
바람직하게는 전자 애벌런치 증식에 적합한 매질일 수도 있는 전리가능한 섬광성 유동체는, 기체상태, 액체상태 또는 고체상태일 수 있고 아르곤(Ar), 크세논(Xe), 크립톤(Kr) 중 어느 하나 또는 그 혼합물을 전형적으로 포함하되, 성취가능한 애벌런치 증폭을 향상시키기 위하여 선택적으로 소량의 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4) 에탄(C2H6) 또는 이소부탄이 혼합물에 추가될 수 있다. 만일 가스 또는 가스 혼합물이 채택된다면, 가스 또는 가스 혼합물은 바람직하게는 1기압 내지 20기압의 범위의 압력 하에 있을 수 있다. 만일 고체가 채택된다면 고체는 바람직하게는 응고된 희유가스(noble gas)이다.
캐소드(13)는 유전체성 기판(34)에 의해 선택적으로 지지된 전도성 캐소드층(33)을 포함하고, 애노드(35)는 유전체성 기판(40) 상에 배열된 직사각형, 정방형 또는 또 다른 형태의 복수의 전도성 패드들(39)을 포함한다. 애노드부(35)는 또한 검출기부(10)의 판독부를 구성하고, 그래서 전도성 패드들(39)은 애노드(35)를 향하여 유동되어 가속된 전자들(입사 방사선에 의한 재료의 전리 결과로서 생성됨)에 대하여 공간적으로 분해되는 검출을 위한 판독요소들을 구성한다. 따라서 전도성 요소들(39)은 따라서 유전체성 기판(40)에 의해서 서로로부터 전기적으로 절연된다.
변경적으로, 애노드(35)의 근처에, 캐소드(13)의 근처에, 또는 다른 장소에 배열될 수도 있는 별개의 판독부가 제공된다. 전형적으로, 이러한 판독부는 유전체, 또는 그와 유사한 것에 의해 어떠한 인접한 전극으로부터 분리된다. 본 발명에 사용될 몇몇 판독부의 형상들은 발명의 명칭이 "방사선 검출기, 평면 빔 엑스선 촬영에 사용하기 위한 장치 및 전리 방사선 검출 방법"으로서 1999년 4월 14일에 출원되어 본 출원인의 동시 계속출원중인 스웨덴 특허출원 제9901325-2호에 보다 상세하게 기재되어 있으며, 이 출원은 본 명세서에 참조로서 편입된다.
또한, 판독부는 수집된 신호 데이터의 필요한 그리고/또는 소망하는 후처리를 위해 신호-처리장치(미도시)에 연결된다. 바람직하게는, 판독요소들(39)은 개별적인 신호 도관들에 의해 신호 처리 회로에 별개적으로 연결된다. 신호 표시부(미도시)는 처리된 신호 데이터를 디스플레이 하기 위해 제공된다.
캐소드(13)와 애노드(35) 사이에서 이들과 평행하게는 전자들이 관통할 수도 있게 하는 복수의 구멍들(38)이 구비된 전형적으로 전도성 쉬트이거나 이와 유사한것인 애벌런치 캐소드(37)가 배열된다. 바람직하게는 캐소드(37)의 구멍들(38) 및 애노드(35)의 판독 요소들(39)은 서로에 대하여 정렬되어 각각의 구멍이 각각의 판독 요소 위에 놓이게 한다.
캐소드들(13, 37) 및 애노드(35)는, 사용 중에, 전원 공급 장치(미도시)에 의해 선택된 전위에서 유지된다. 바람직하게는, 애노드(35)는 접지되고 캐소드들(13, 37)은 각각의 선택된 전위에서 유지되어, 유동장이라고 불리우는 약한 전기장이 캐소드(13)와 캐소드(17) 사이에서 획득되고 그리고 애벌런치 증식장이라고 불리우는 강한 전기장이 캐소드(37)와 애노드(35) 사이에서 가능한 한 캐소드(37) 주변에서 획득된다.
애벌런치 캐소드(37)에 대한 변경예로서 사용될 수 있는 다른 애벌런치 증폭부들은 본 출원인의 상술된 스웨덴 특허출원 제9901325-2호에 보다 상세하게 기재되어 있다.
전리가능한 섬광성 고체 재료가 캐소드(13)와 캐소드(37) 사이에 배열될 수 있고 그리고 또 다른 고체 재료, 또는 전자 애벌런치 증폭에 적합한 유동체(가스 또는 액체)가 캐소드(37)와 애노드(35) 사이에 배열될 수 있다는 것에 특히 주의해야 할 것이다.
검출기부의 크기 및 그에 따른 판독부(35)의 크기는 상당히 변할 수도 있다. 의학용 영상화를 위해 사용되는 것과 같은 큰 영역의 검출기에 있어서, 판독부는 전형적으로 수천개의 판독 요소들을 가질 수도 있고 2m×2m에 이르는 외부의 크기를 가질 수도 있다. 그와 정반대로, 다른 응용기기들에 사용되는 작은 영역의 검출기는 1mm×1mm보다 더 작을 수도 있다.
또한 검출기부(10)는 입사 방사선과 재료 사이의 상호작용의 결과로서 공간(11) 내에서 방사되는 섬광의 검출을 위한 광 검출기(17)를 포함한다. 광 검출기(17)는, 챔버(11) 내로 진입된 입사 방사선에 수직하게 방사되는 빛을 검출하도록 배열되는 것이 바람직하고, 챔버(11) 내에서 방사된 빛의 독립적인 검출을 위해 예를 들어 광전자 배증관들, 광다이오드들, CCD 요소들과 같은 광 검출 요소들(17a)의 배열을 전형적으로 포함한다.
광 검출 요소들의 각각의 요소들이 챔버(11)의 다른 부분을 향하게 하도록 각각은 각각의 광 시준기(21)가 구비될 수도 있다. 광검출 요소들을 위한 개별적인 시준기들의 제공에 대한 변경예는 챔버(11)를 광 반사 또는 흡수 장벽들(미도시)에 의해 분리된 복수의 챔버부들로 분할하는 것인데, 각각의 장벽들은 입사 감마선 또는 엑스선 방사선과 평행하게 되어 각각의 광 검출 요소가 챔버부들 중 단 하나의 챔버부 내에서 방사된 빛을 검출할 수 있게 한다.
이러한 방식에 있어서 각각의 광 검출 요소는 입사 감마선 또는 엑스선 방사선 중 각각 가로로 분리된 부분에 의한 흡수로부터 도출가능한 빛을 검출할 수 있으므로 입사 방사선의 1차원 영상이 제공된다.
도 2 에 예시된 바와 같은 변경적인 광 검출기는 시준기(21), 광캐소드(23), 보호층(29), 애벌런치 증폭 매질로 충만될 공간 또는 챔버(31), 공간(31) 내에 수용된 애벌런치 증폭기 또는 필드 집중 장치(25), 및 유전체성 기판(28) 상에 제공된 판독 요소들(27)의 배열을 포함하여 개별적인 도관들(미도시)에 의해 신호 처리장치에 전기적으로 연결되어 있는 판독부(27, 28)를 포함할 수도 있다. 섬광의 검출을 위한 이러한 검출기는 발명의 명칭이 "방사선 검출 장치 및 방법"으로서 2 000년 6월 5일에 출원되어 본출원인의 동시계속출원 중이고 본 명세서에 참조로서 편입된 스웨덴 특허출원 제0002079-2호에 개시되어 있으며, 이하의 방식으로 동작한다.
광캐소드(23)는 챔버(11) 내에서 방사되어 그 결과 광캐소드(23) 상에 충돌되는 빛에 반응하여 광전자들을 방출하기에 적합하게 된다. 광전자들은 광캐소드(23)의 하나의 표면(23a)(전면) 상에 충돌하는 빛의 결과로서 광캐소드(23)의 반대 표면(23b)(후면)으로부터 방출되는 것이 바람직하다. 또한, 광전자들은 광캐소드(23)와 애벌런치 증폭기(25) 사이에서 그리고 애벌런치 증폭기(25)와 판독 요소들(27) 사이에서 각각 적절히 인가된 전압들에 의해서 애벌런치 증폭기(25) 및 판독부들(27)을 향하여 유동되어 가속된다. 예를 들어 구멍이 구비된 전극(챔버(11) 내의 애벌런치 캐소드(37)와 유사함)을 포함할 수도 있는 애벌런치 증폭기의 내부와 이 증폭기의 주변에서는, 전기장이 집중되며 그 결과 전자들이 가속되고 증시되어 전자 애벌런치들을 방출한다(전자들과 애벌런치 증폭 매질 사이의 반복되는 충돌에 기인함). 이 전자 애벌런치들은 판독부(27, 28)에 도달하기 때문에 하나 또는 몇몇 판독 요소들(27) 내에서 검출된다.
전형적으로, 광 검출기(17)의 개별적인 광 검출 요소들(PMT's, 광다이오드들, 판독 요소들 등)의 크기는 애벌런치 전자 검출기(13, 37, 35)의 판독 요소들(39)의 크기보다 더 크거나 또는 훨씬 커서 광 검출기(17)의 위치 분해능이애벌런치 전자 검출기(13, 37, 35)보다 더 불량하거나 훨씬 더 불량하게 한다.
한편 광 검출기는 애벌런치 검출기들이 가진 것 보다 더 양호한 에너지 분해능을 가진 것으로 알려져 있고, 그리고 본 발명에서 광 검출기(17)는 가능한 한 양호한 에너지 분해능을 가지도록 디자인되고 최적화된다. 따라서, 광 검출기(17)의 에너지 분해능은 전자 애벌런치 검출기(13, 37, 35)의 에너지 분해능보다 더 양호하거나 또는 훨씬 더 양호하다.
작동 중에, 도 1 및 도 2 의 검출기부(10)는 검출되는 것이 요구되는 방사선, 즉 감마 방사선 또는 엑스선 방사선의 경로에 위치된다. 방사선은 캐소드(13)를 관통하여 챔버(11) 내에 수용된 재료에 흡수된다. 그 결과 섬광(hν)이 방사되어 자유전자들(e-)이 방출된다(도 2 참조). 섬광은 광 검출기(17)에 의해 검출되며(예를 들어 상술된 바와 같음), 이에 반하여, 자유롭게 된 전자들은 이하의 방식으로 검출된다.
인가되는 전위는 자유롭게 된 전자들(1차 반응 및 2차 반응을 통해 전리로부터 방출됨)이 전기장 선들과 평행하게 애벌런치 캐소드(37) 및 애노드(35)를 향하여 유동하게 한다. 이에 상응하게 생성된 양전하 캐리어들은 전기장 선들을 따라 캐소드(13)를 향하여 유동된다.
애벌런치 캐소드(37)에서 전자들은 거쳐간 더 강한 전기장에 기인하여 가속되기 시작하여 재료와 상호작용을 함으로써, 추가적인 전자-이온 쌍들이 생성되게 한다. 이렇게 생성된 전자들은 전기장 내에서 또한 가속되어, 새로운 재료와 반복적으로 상호작용을 함으로써, 보다 추가적인 전자-이온 쌍들이 생성되게 할 것이다. 과정은 애벌런치 영역 내의 전자들이 애벌런치 영역의 바닥에 위치된 애노드(35)를 향해 이동하는 중에 계속되고, 이러한 방식으로 전자 애벌런치들이 형성된다.
이 전자 애벌런치들은 1차 방출된 전자들에 대하여 매우 크고 거의 노이즈가 거의 없는 증폭을 초래하여 판독 요소들(39) 내에 펄스들을 유도하며, 이렇게 증폭된 펄스들은 각각의 판독 요소가 신호-처리 장치에 대하여 개별적인 신호 도관을 가지고 있기 때문에 개별적으로 검출된다. 그 다음에 신호-처리 장치는 펄스들을 처리하는데, 가능한 한 펄스들을 형상화하여, 각각의 판독 요소로부터 펄스들을 적분하거나 계산한다. 이에 상응하게, 양전하 캐리어들은 캐소드(13) 또는 다른 장소에서 검출될 수도 있는 펄스들을 유도한다.
따라서, 판독 요소들(39)의 2차원 배열을 제공함으로써 검출기부(10)가 획득되며 여기에서, 입사 방사선 빔 중 가로로 분리된 부분에 의한 전리로부터 주로 도출가능한 전자들이 별개적으로 검출가능하게 된다. 그 결과, 검출기는 2차원 영상을 제공한다.
적절한 소프트웨어가 구비된 컴퓨터일 수도 있는 신호 처리 장치는 광 검출기(17)에 의해 검출된 빛과 전자 애벌런치 검출기(13, 37, 35)에 의해 검출되되, 단일의 방사선 광자로부터 도출가능한 애벌런치 증폭 전자들을 상호관련시키기 위한 상호관련 수단을 포함한다. 그 결과, 한쌍의 검출기 구역 내에 있는 동일한 입사 방사선 광자로부터 유래된 신호들이 식별되는데, 이러한 식별은 가능하다면 모든 신호들에 대하여 수행된다. 광 검출기는 상당히 양호한 에너지 분해능과 상당히 불량한 공간 분해능 및 시간 분해능을 가지고 있는 것으로 추정되며, 애벌런치 전자 검출기 구역에 대해서는 이와 반대로 추정되기 때문에, 모든 신호들이 상호관련되게 하거나 그렇게 되지 않게 할 수도 있는 한계를 입사 방사선 플럭스가 제한한다는 것은 분명하다. 따라서 공간적 및 시간적으로 분해된 애벌런치 전자 검출기 구역 내에서 검출된 한쌍의 입사 광자들은 시간적으로 또는 공간적으로 분해된 광 검출기 구역 내에서 검출되어야 하는데, 이는 각각의 검출기 구역들 내에서 어느 신호가 동일한 입사 광자에 기인한 것인지를 결정하기 위한 것임을 알 수 있을 것이다.
또한, 신호 처리 장치는 한쌍의 상호관련된 신호들, 즉 상호관련되어 검출된 빛(광 검출기 내의 신호)과 검출된 애벌런치 증폭 전자들(애벌런치 전자 검출기 내의 신호)로부터 단일의 신호를 생성하기 위한 생성 수단을 포함하는데, 여기에서 생성된 신호는 노이즈인 자연 방사선에 대하여 보다 효율적으로 검출된다.
이러한 방식에서, 검출기 구역들 중 어느 하나를 사용함으로써 획득할 수 있는 개별적인 신호들 중 어느 하나보다 더욱 우월할 수도 있는 검출 신호가 획득된다. 본 발명의 검출기부는 예를 들어 컴퓨터 엑스선 단층촬영(CT), 방사선학, 양전자 방사 엑스선 단층촬영(PET) 등의 기술들을 포함하는 의료 분야와 같은 온갖 종류의 분야에서 유용할 수도 있다. 본 발명은 또한 비파괴검사, 현미경 검사 및 예를 들어 중성자의 검출을 포함한 기초적이고 응용적인 연구에 사용되기에 적합할 수도 있다.
또한, 기록되는 신호들은 검출되는 입사 방사선 광자들의 스펙트럼 정보를 가지므로 검출기부가 방사선의 에너지 분해 검출을 제공한다. 에너지 분해 방사선 검출을 위한 이중 검출기부에 근거한 유사 검출기 장치들은 발명의 명칭이 "전리 방사선의 적의 에너지-분해"로서 2000년 9월 20일에 출원되어 본출원인의 동시 계속출원 중인 스웨덴 특허출원 제0003356-3호에 개시되어 있으며, 이 출원은 본 명세서에 참조로서 편입된다.
광 검출기부가 더 높은 에너지 분해능을 제공하는 것으로 알려져 있기 때문에, 본 발명의 검출기부는 스펙트럼 분해능뿐만 아니라 훌륭한 공간적, 시간적 분해능을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
상술된 실시예는 입사 방사선이 검출기의 캐소드를 통해 검출기 내로 진입되도록 의도되어 있는 검출기를 포함하고 있지만, 이러한 점에 있어 아무런 한정도 없다는 것을 알 수 있을 것이다. 특히, 본 발명의 개념은 평면 방사선 검출기에 응용가능한데, 여기에서 전형적으로 평면 방사선 빔인, 입사 방사선이 캐소드와 애노드 사이에서 이들과 평행하게 검출기의 옆으로 진입하고, 그리고 여기에서 상기 방사선에 의한 전리의 결과로서 방출된 전자들이 입사 방사선의 방향에 수직한 방향으로 유동되어 가속된다. 이러한 검출기 형상에 대한 보다 상세한 설명에 대해서는, 본출원인의 상술된 스웨덴 특허출원 번호 제9901325-2호 및 제0003356-3호를 참조하면 된다. 개별적인 광 검출 요소들의 선형 배열을 전형적으로 포함하는 광 검출부는 유동되어 가속된 전자들의 방향에 반대되는 방향으로 방사되는 빛을 검출하거나 입사 방사선과 평행한 방향으로 방사된 빛을 검출하도록 방향이 설정되고배열될 수도 있다. 다른 상세한 설명 및 특징들에 관해서는, 상기 장치가 도 1 및 도 2 의 실시예에서와 같이 형성되고 배열될 수도 있다.
다음, 양전자 방사 엑스선 단층촬영(PET)을 위한 장치(50)를 사시도 및 횡단면도로 각각 개략적으로 예시하고 있는 도 3 및 도 4 를 참조하여, 본 발명의 특정 응용 실시예가 간단하게 기술될 것이다.
PET 장치(50)는 원통형으로 형상화된 전자 애벌런치 검출기 구역(59) 및 검출기 영역(59)의 축선 끝에 배열된 광 검출기 구역(57)을 포함한다. 전자 애벌런치 검출기 구역(59) 내에서 환자 영역은 환자 또는 환자의 일부(52)가 놓여질 수도 있는 장소에 배열된다. 전자 애벌런치 검출기 구역(59)은 감마 방사선을 투과시키는 내부 원통형 캐소드(53) 및 외부 원통형 애노드(75)를 포함하는데, 내부 원통형 캐소드와 외부 원통형 애노드 사이에는 작동 중에 적당한 전기장이 전력 공급 장치(미도시)에 의해서 인가된다.
또한, 검출기 구역(59)은 내부 원통형 캐소드 및 외부 원통형 애노드의 축선 끝들에 밀폐체를 포함하여(명확하게 예시되지 않았으나, 광 검출기 구역(57)이 그 끝들 중 하나에 밀폐체를 제공할 수도 있음.), 유동체 밀폐 환형 공간(51)을 구획 형성하되, 전리가능한 섬광성 유동체(또는 고체 재료)가 배열될 수 있게 한다. 또한 바람직하게는 전자 애벌런치 증식에 적합한 매질인 전리가능한 섬광성 유동체는 이전의 실시예에서 기술된 바와 같은 재료들 중 어느 하나이거나 그 혼합물일 수도 있다.
애노드(75)는 원통형으로 형상화된 매트릭스로 개별적인 복수의 별개의 전기전도성 판독 요소들(79)을 포함하는데, 그 판독 요소들(79)이 바람직하게는 직사각형, 정방형이거나 또는 다른 형상을 가지고 있으며 서로로부터 전기적으로 절연되어 있다. 이러한 판독 요소들(79)의 매트릭스는, 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 캐소드(53)를 통해 진입된 감마 방사선에 의해서 유동체의 전리 결과로서 생성된 전자들에 대하여 공간적으로 분해된 검출을 제공할 수 있다. 캐소드(53) 뿐만 아니라 판독 요소들(79)도 각각의 유전체성 기판들(미도시) 상에 배열될 수도 있다.
또한, 광 검출기 구역(57)은 축선 방향으로 방사된 어떠한 섬광을 검출하기 위하여 원형으로 배열된 복수의 개별적인 광 수집 요소들(67)을 포함한다. 예시된 경우에서 16개의 광 검출 요소들(67)은 환형 공간(51)의 축선 끝에 대하여 완전한 360°회전을 포괄하도록 배열된다. 광 검출 요소들은 바람직하게는 PMT's, 광다이오드들, CCD 요소들 또는 다른 신속하게 반응하는 광 검출 요소들이다. 고밀도 분해능의 측정수단을 제공하는 검출기 요소들이 특히 바람직하다.
판독 요소들(79)의 크기는 도 4 에서 도시된 광 검출 요소들(67)의 크기보다 더 작거나 또는 훨씬 더 작다는 것을 유념해야 할 것이다. 판독 요소들(79)은 원통형으로 형상화된 표면상에 분포되기 때문에, 광 검출 요소들(67)의 개수와 비교하여 매우 많은 개수가 제공된다.
방사선 검출은 원통형 검출기 구역(59) 내에서 환자 영역 내에 위치된 환자의 신체(52) 속으로 짧은 반감기를 가지는 동위원소들을 주사함으로써 시작된다. 동위원소들은 인체 내에서 목표 영역에 의해 흡수되어 양전하를 방사한다. 양전하들은 전자들과 함께 매우 빠르게 소멸한다. 이러한 각각의 소멸의 결과, 한쌍의 511 keV의 감마선 즉, γ1; γ4및 γ2; γ3은 반대 방향, 즉 180°로 분리된 양방향으로 동시에 방사된다. 방사된 감마선은 인체를 떠나서, 원통형으로 형상화된 캐소드(53)를 관통하여 환형 공간(51) 내에서 전리가능한 섬광성 유동체에 의해 흡수된다. 각각의 감마선 흡수의 결과로서 섬광(hv)은 등방적으로 발산되고 그리고 자유전자(e-)들은 방출된다.
각각 흡수된 감마선(γ1; γ4및 γ2; γ3)으로부터 광 검출기(57, 도 3 에서 화살표로 표시됨)를 향하여 축선 방향으로 방사된 빛(hv)은 개별적인 광 검출 요소들의 각각의 하나 내에서 검출된다. 각각의 광 유도 신호의 진폭 또는 적분값은 상응하는 방사선 광자의 에너지의 척도이다. 따라서, 수용가능한 스펙트럼 창 내에 있지 아니한 신호들은 제거될 수 있다. 이러한 것이 신규한 방식으로 어떻게 사용되는가에 대해서는 이하에서 기술된다.
각각의 흡수된 감마 광자로부터 방출된 전자들(e-)은 인가된 전기장에 의해서 캐소드(75) 및 그 판독 요소들(79)의 매트릭스를 향해 유동하게 된다. 이에 상응하게 생성된 양전하 캐리어들은 캐소드(53)를 향하여 유동된다.
만일 인가된 전기장이 충분히 높다면, 전자들은 상당히 가속되고 유동체와 상호작용을 하여, 추가적인 전자-이온 쌍들이 생성되도록 한다. 이렇게 생성된 전자들은 전기장 내에서 또한 가속되고, 새로운 매질과 반복적으로 상호작용을 하여,보다 추가적인 전자-이온 쌍들이 생성되게 할 것이다. 이 과정은 애벌런치 영역 내의 전자들이 애노드(75)를 향해 이동하는 중에 계속된다. 만일 적절한 필드 집중 수단이 캐소드(53)와 애노드(75) 사이에 배열된다면 애벌런치 증폭은 용이하게 될 수도 있음을 유념해야 할 것이다.
판독 요소들(79) 상에 충돌하는 전자들은 검출된 전기 펄스들을 판독 요소들 내에 유도한다. 단일의 감마 광자의 흡수로 인한 전자들은 하나 또는 수개의 판독 요소들(79)에서 개별적으로 검출된다. 작고 밀접하게 위치된 상당한 양의 판독 요소들(79)을 제공함으로써 양호한 공간 분해능이 획득된다.
다음, 한쌍의 상이하게 위치된 판독 요소들(79) 내에서 한쌍의 감마 광자들의 동시 검출은 환자 내의 양전하가 이 요소들 사이에서 직선을 따라 소멸하는 것을 나타낸다.
컴퓨터(미도시) 또는 이와 유사한 것은 이 사영들의 각각의 위치를 기록하여 환자 내에서 방사선의 소스를 작성한다. 기록된 데이터는 그 후에 PET 영상으로 변환된다. PET 모니터는 예를 들어 활동성의 정도를 나타내는 다양한 색상으로 동위원소들의 집중도를 디스플레이 한다.
이러한 전자 애벌런치 검출기(59)를 사용할 때 개선된 공간 및 시간 분해능은 저하된 에너지 분해능을 감수하고 얻어질 수도 있음을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 검출기에 있어서 판독 요소들(79)의 개수는 복잡하게 하거나 검출기의 가격을 상승시키지 않는 한 매우 많을(몇 천개) 수도 있고, 또한 판독 요소들은 매우 작게, 즉 1밀리미터 이하의 범위로 제조될 수도 있다.
하지만, 이러한 검출기의 제한된 에너지 분해능의 결과, 에너지 정보는 자연 방사선 또는 노이즈의 제거에 용이하게 사용될 수 없다. 본 발명의 높은-분해능 PET 장치의 노이즈 제거를 개선하기 위해 광 검출기(57)가 채택될 수도 있다. 단일의 방사선 광자 쌍으로부터 도출가능한 검출된 빛 및 검출된 애벌런치 증폭 전자들을 상호관련시킴에 의해서, 하나의 신호 쌍이 상기 상호관련되어 있는 검출된 빛 및 검출된 애벌런치 증폭 전자들로부터 생성될 수 있는데, 여기에서 이렇게 생성된 신호 쌍은 검출된 애벌런치 증폭 전자들의 공간 및 시간 분해능에 필적하는 공간 분해능 및 시간 분해능과 검출된 애벌런치 증폭 전자들의 스펙트럼 분해능보다 더 양호한 에너지 분해능을 가진다. 이러한 상호관련 및 신호 생성은 각각의 검출된 빛 및 각각의 검출된 전자 애벌런치에 대하여 반복되며, 따라서 낮은 수준들의 노이즈를 가진 영상은 생성될 수 있는데 광 검출기의 높은 에너지 분해능이 기타 잘못되어 정합된 신호들을 제거하는 것을 보조하기 때문이다(즉, 소정의 에너지(511 keV)가 아닌 신호들은 제거된다).
본 발명의 PET 장치는 크기, 형태 및 외형만이 아니라, 복수의 방식으로 변형될 수도 있음을 알 수 있을 것이다.
따라서, 도 5 에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PET 장치의 횡단면도가 개략적으로 예시되어 있다. 여기에서, 삼각형의 검출기 외형은 도 3 및 도 4 에 예시된 원형의 검출기 외형 대신에 사용된다. 따라서, 세개의 평면 이중 검출기부들(90)은 삼각형의 횡단면 형상을 구획 형성하기 위해 서로에 대하여 소정의 경사각으로 배열된다. 이중 검출기부들(90)은 환자 영역 및 환자 영역에 위치된어떤 환자 또는 이와 유사한 것(52)과 대면하게 된다. 각각의 검출기(90)는 도 1 및 도 2 에서 예시된 검출기와 유사하며, 판독 요소들(99)의 평면 매트릭스를 포함하는 전자 애벌런치 검출기 구역 및 광 검출 요소들(87)의 배열을 포함하는 광 검출기 구역을 포함한다.
변경적으로, 더 많은 평면 검출기들은 PET 장치를 형성하기 위해 사용되는데, 예를 들어 4개의 평면 검출기들이 정사각형 또는 직사각형의 횡단면 장치를 구획 형성하기 위해 사용되거나, 또는 더 많은 평면 검출기들이 다각형의 횡단면 검출기를 구획 형성하게 사용된다.
본 발명이 여러 방식으로 변형될 수 있음은 명백하다. 이러한 변형들은 본 발명의 범위를 벗어나는 것으로서 간주되어서는 않된다.
본 발명은 매우 높은 시간 분해능 및 공간 분해능을 동시에 제공할 수 있고, 피사체로부터 방사되어 그 결과 검출되어지는 방사선의 선형 사영으로부터 대상 피사체의 영상을 구축하여, 구축된 영상에 대한 고속의 그리고 고성능의 공간 분해능을 제공할 수 있고, 노이즈의 효율적인 제거를 제공하여 높은 신호 대 노이즈비를 나타낼 수 있고, 스펙트럼으로 분해된 검출을 제공할 수 있고, 매우 높은 방사선 플럭스에서 작동하여 신속한 검사에 대비할 수 있으며, 유효하고, 정확하고, 신뢰성 있고, 사용하기 편리하며, 가격이 저렴한 검출기부, PET 장치 및 방법들을 제공할 수 있다.

Claims (39)

  1. 방사선 검출을 위한 검출기부에 있어서,
    전리가능한 섬광성 재료로 충만되기에 적합한 챔버(11;51),
    방사선(γ; X)이 상기 챔버 내로 진입하여 일부는 상기 전리가능한 섬광성 재료를 전리시키고 일부는 챔버 내에서 빛(hv)으로 변환될 수 있게 하도록 배열된 방사선 입구(13; 53),
    상기 빛의 일부에 대하여 시간적 및 공간적으로 분해된 검출을 위한 광 검출부(17; 57),
    상기 전리가능한 섬광성 재료의 상기 전리의 결과로서 방출된 전자들(e-)의 애벌런치 증폭을 위한, 그리고 상기 애벌런치 증폭 전자들에 대하여 시간적 및 공간적으로 분해된 검출을 위한 전자 애벌런치 검출부(19; 59),
    단일의 방사선 광자로부터 도출가능한 검출된 빛 및 검출된 애벌런치 증폭 전자들을 상호관련시키기 위한 상호관련 수단, 및
    상기 상호관련되어 있는 검출된 빛 및 검출된 애벌런치 증폭 전자들로부터 단일의 신호를 생성하기 위한 생성 수단을 포함하며,
    여기에서, 상기 광 검출부는 빛에 대하여 에너지 분해된 검출을 위해 적합하고,
    상기 생성 수단은 검출된 애벌런치 증폭 전자들의 공간 분해능 및 시간 분해능에 필적하는 공간 분해능 및 시간 분해능 및, 검출된 빛의 스펙트럼 분해능에 필적하는 스펙트럼 분해능을 갖는 상기 단일의 신호를 생성하기에 적합한 것을 특징으로 하는 검출기부.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전리가능한 섬광성 재료는 액체 상태인 것을 특징으로 하는 검출기부.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전리가능한 섬광성 재료는 가스 상태인 것을 특징으로 하는 검출기부.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가스 재료는 대기압 이상의 압력을 가지는 것을 특징으로 하는 검출기부.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전리가능한 섬광성 재료는 고체 상태인 것을 특징으로 하는 검출기부.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료는 향상된 애벌런치 증식을 위한 매질과 선택적으로 혼합된 섬광성 매질인 것을 특징으로 하는 검출기부.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 섬광성 매질은 아르곤(Ar), 크세논(Xe), 크립톤(Kr)중 어느 하나 또는 그 혼합물이고, 그리고 향상된 애벌런치 증식을 위한 상기 매질이 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 이소부탄 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 하는 검출기부.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 검출부는 상기 챔버 내로 진입된 상기 방사선에 수직하게 발산된 빛을 검출하도록 방향이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 검출기부.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 챔버는 광 반사 장벽 또는 광 흡수 장벽에 의해 분리된 복수의 방사선 흡수 체적들로 분할되되, 각각의 상기 장벽들이 상기 챔버 내로 진입된 방사선과 평행한 것을 특징으로 하는 검출기부.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 검출부는 일정 배열로 배열된 복수의 광 시준기(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기부.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 광 검출부는 빛에 대하여 상기 시간적 및 공간적으로 분해된 검출을 위한 광전자 배증관을 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기부.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 광 검출부는 상기 빛에 대하여 상기 시간적 및 공간적으로 분해된 검출을 위한 고체-상태계 검출기(57)인 CCD-계 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기부.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 고체-상태계 검출부는 각각의 광 검출 요소가 챔버 내로 진입된 상기 방사선 중 각각 가로로 분리된 부분에 의한 흡수로부터 도출가능한 빛을 검출할 수 있게 하는 배열로 배열된 복수의 개별적인 광 검출 요소들(67)을 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기부.
  14. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 검출부는,
    상기 빛에 반응하여 광전자들을 방출하기에 적합한 광캐소드(23),
    상기 광전자들을 애벌런치 증폭하기에 적합한 된 전자 애벌런치 증폭기(25), 및
    상기 애벌런치 증폭 전자들을 검출하기에 적합한 판독부(27, 28)를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기부.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 판독부는 각각의 판독 요소가 챔버 내로 진입된 상기 방사선 중 각각 가로로 분리된 부분에 의한 흡수로부터 도출가능한 애벌런치 증폭 전자들을 검출할 수 있게 하는 배열로 배열된 복수의 판독 요소들(27)을 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기부.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 애벌런치 검출부는,
    전기장이 상기 전리의 결과로서 방출된 상기 전자들의 유동을 위해 사이에 인가될 수 있는 캐소드(33; 73)와 애노드(35; 75),
    상기 방출되는 전자들의 상기 애벌런치 증폭 및 가속을 위해 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 배열된 전기장 집중 수단(37), 및
    상기 애벌런치 증폭 전자들에 대하여 상기 시간적 그리고 공간적으로 분해된 검출을 위한 판독부(35; 75)를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기부.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 판독부는 각각의 판독 요소가 챔버 내로 진입된 상기 방사선 중 각각가로로 분리된 부분에 의한 흡수로부터 도출가능한 애벌런치 증폭 전자들을 검출할 수 있게 하는 배열로 배열된 복수의 판독 요소들(39; 79)을 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기부.
  18. 제 16 항 및 제 17 항에 있어서,
    상기 전기장 집중 수단은 복수의 구멍(38)이 구비된 전극을 포함하여 전자들로 하여금 상기 전극을 관통하게 하는 것을 특징으로 하는 검출기부.
  19. 피사체로부터 방사됨에 따른 방사선의 선형 사영들로부터 피사체(52)의 3차원 영상을 구축하기 위한 양전하 방사 엑스선 단층촬영 장치에 있어서, 상기 피사체로부터 방사되고 있는 방사선의 검출을 위해 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에서 청구된 바와 같은 검출기부(10; 90)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 방사선 검출방법에 있어서,
    전리가능한 섬광성 재료로 충만된 챔버(11; 51) 내로 방사선을 진입시키는 단계로서 일부는 상기 전리가능한 섬광성 재료를 전리시키고 일부는 챔버 내에서 빛(hv)으로 변환되도록 하기 위한 단계,
    광 검출부(17; 57)에 의해 시간적 및 공간적으로 분해된 상기 빛의 적어도 일부를 검출하는 단계,
    상기 전리가능한 섬광성 재료의 상기 전리 결과로서 방출된 전자들(e-)을 애벌런치 증폭시켜서 전자 애벌런치 검출부(35; 75)에 의해 시간적 및 공간적으로 분해된 상기 애벌런치 증폭 전자들을 검출하는 단계,
    단일의 방사선 광자(γ, X)로부터 도출가능한 검출된 빛(hv) 및 검출된 애벌런치 증폭 전자들(e-)을 상호관련시키는 단계, 및
    상기 상호관련되어 있는 검출된 빛 및 검출된 애벌런치 증폭 전자들로부터 신호를 생성하는 단계를 포함하며,
    여기에서, 상기 빛의 적어도 일부는 스펙트럼으로 분해되어 검출되고,
    상기 상호관련되어 있는 검출된 빛 및 검출된 애벌런치 증폭 전자로부터 생성된 상기 신호는 검출된 애벌런치 증폭 전자들의 공간 분해능 및 시간 분해능에 필적하는 공간 분해능 및 시간 분해능을 갖게, 그리고 검출된 빛의 스펙트럼 분해능에 필적하는 스펙트럼 분해능을 갖게 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 빛의 상기 적어도 일부는 상기 챔버 내로 진입된 상기 방사선에 수직하게 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 챔버 내로 진입된 상기 방사선 중 가로로 분리된 복수의 부분들의 각각에 의한 흡수로부터 도출가능한 빛은 일정 배열로 배열된 복수의 개별적인 광 검출 요소들(27; 67)에 의해 개별적으로 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빛의 적어도 일부에 대한 상기 시간적 및 공간적으로 분해된 검출은,
    광캐소드(23)에 의해서 상기 빛에 반응하여 광전자를 방출시키는 단계,
    전자 애벌런치 증폭기(25)에 의해서 상기 광전자를 애벌런치 증폭시키는 단계, 및
    판독부(27, 28)에 의해서 상기 애벌런치-증폭 전자들을 검출하는 단계에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버 내로 진입된 상기 방사선 중 가로로 분리된 복수의 부분들의 각각에 의한 흡수로부터 도출가능한 애벌런치 증폭 전자들은 일정 배열로 배열된 복수의 개별적인 검출 요소들(39; 79; 99)에 의해 개별적으로 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 피사체로부터 방사되고 있는 방사선의 선형 사영들로부터 피사체(52)의 3차원 영상을 구축하기 위한 양전하 방사 엑스선 단층촬영(PET) 방법에 있어서,
    피사체로부터 방사되고 있는 상기 방사선을 제 20 항 내지 제 24 항 중 어느한 항에서 청구된 바와 같은 방법에 따라 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 양전하 방사 재료를 내포한 피사체(52)의 영상을 구축하기 위한 양전하 방사 엑스선 단층촬영(PET) 장치에 있어서,
    검출기부(57, 59, 90),
    상기 검출기부에 연결된 상기 신호처리 수단, 및
    상기 신호처리 수단에 연결된 디스플레이 유닛을 포함하며,
    상기 검출기부(57, 59; 90)는,
    전리성 재료로 충만되기에 적합한 챔버(51),
    상기 양전하들에 반응하여 방사된 감마 방사선 광자 쌍들(γ)이 상기 챔버에 진입되어 상기 전리성 재료를 전리시킬 수 있게 하도록 배열된 방사선 입구(53), 및
    상기 전리성 재료의 상기 전리의 결과로서 방출된 전자들(e-)의 애벌런치 증폭을 위한, 그리고 상기 전자 애벌런치들에 대하여 시간적 및 공간적으로 2차원적으로 분해된 검출을 위한 판독 요소들(39,79,99)의 매트릭스를 포함하는 전자 애벌런치 검출부(59)를 포함하며,
    상기 신호처리 수단은,
    단일의 방사선 광자 쌍으로부터 도출가능한 검출된 전자 애벌런치들의 쌍들을 정합하기 위한 수단으로서 각각의 추가로 검출된 전자 애벌런치에 대한 정합을 반복하게 배열된 수단,
    상기 정합된 전자 애벌런치 쌍들로부터 신호를 생성하기 위한 수단으로서 각각의 추가로 정합된 전자 애벌런치 쌍에 대한 각각의 신호의 생성을 반복하게 배열된 수단, 및
    상기 생성을 위한 수단에 의해 생성되고 있는 상기 각각의 신호들에 근거하여 재구축 과정을 수행하기 위한 재구축 수단으로서 상기 피사체 내에서 선택된 임의로 큰 수의 영상 체적들의 각각으로부터 방사된 양전하들의 양을 계산하는 재구축 수단을 포함하며,
    상기 장치는, 방사된 방사선의 상기 양의 영상을 사영하기 위한 상기 신호처리 수단에 결합된 디스플레이 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양전하 방사 엑스선 단층촬영(PET) 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 챔버는 섬광성 재료로 충만되기에 적합하고,
    상기 방사선 입구는 상기 양전하들에 반응하여 방사된 감마 방사선 광자 쌍들이 상기 챔버에 진입되어 챔버 내에서 빛(hν)으로 변환될 수 있게 배열되고,
    상기 검출기부는 상기 빛의 적어도 일부에 대하여 시간적 및 공간적으로 분해된 검출을 위한 광 검출부를 더 포함하고,
    단일의 방사선 광자 쌍으로부터 도출가능한 한 쌍의 검출된 전자 애벌런치들을 정합하기 위한 상기 수단은, 상기 단일의 방사선 광자 쌍으로부터 도출가능한 검출된 빛을 정합시키기에 적합하고, 단일의 방사선 광자 쌍으로부터 도출가능한 정합된 애벌런치 전자 쌍 및 정합된 빛을 상호관련시키기에 적합하고, 각각의 추가로 검출된 빛에 대한 검출된 빛의 정합을 반복하기에 적합하고, 각각의 추가로 정합된 전자 애벌런치 쌍 및 각각의 추가로 매칭된 빛에 대한 단일의 방사선 광자 쌍으로부터 도출가능한 것으로서 정합된 애벌런치 전자들과 정합된 빛의 상호관련시킴을 반복하기에 적합하고,
    상기 생성 수단은, 상기 상호관련되어 있는 검출된 전자 애벌런치 쌍 및 검출된 빛으로부터 단일의 신호를 생성하기에 적합하고, 각각의 추가로 상호관련된 것으로서 정합된 전자 애벌런치 쌍 및 정합된 빛에 대한 각각의 신호의 생성을 반복하기에 적합한 것을 특징으로 하는 양전하 방사 엑스선 단층촬영(PET) 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 광 검출부는 빛의 에너지 분해된 검출을 위해 적합하고,
    상기 생성 수단은 상응하는 각각의 상호관련되어 있는 검출된 빛의 에너지에 따라 각각의 신호를 생성하기에 적합한 것을 특징으로 하는 양전하 방사 엑스선 단층촬영(PET) 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    각각의 신호는 각각의 검출된 애벌런치 증폭 전자들의 공간 분해능 및 시간분해능에 필적하는 공간 분해능 및 시간 분해능과, 각각의 검출된 빛의 스펙트럼 분해능에 필적하는 스펙트럼 분해능을 갖는 것을 특징으로 하는 양전하 방사 엑스선 단층촬영(PET) 장치.
  30. 양전하 방사 재료를 내포한 피사체(52)의 영상을 구축하기 위한 양전하 방사 엑스선 단층촬영(PET) 방법에 있어서,
    전리성 재료로 충만된 챔버(51) 내로 상기 양전하들에 반응하여 방사된 감마 방사선 광자 쌍들(γ)을 진입시키는 단계,
    상기 전리성 재료의 상기 전리의 결과로서 방출된 전자들(e-)을 애벌런치 증폭시켜서 판독 요소들(39,79,99)의 매트릭스를 포함하는 전자 애벌런치 검출부(59)에 의해 시간적 및 공간적으로 2차원적으로 분해된 상기 전자 애벌런치들을 검출하는 단계,
    단일의 방사선 광자 쌍으로부터 도출가능한 한 쌍의 검출된 전자 애벌런치들을 정합하는 단계,
    상기 정합된 전자 애벌런치 쌍으로부터 신호를 생성하는 단계,
    각각의 추가로 검출된 전자 애벌런치를 정합하는 단계를 반복하는 단계,
    각각의 추가로 정합된 전자 애벌런치 쌍에 대한 신호를 생성하는 단계를 반복하는 단계,
    생성되고 있는 상기 신호들에 근거하여 재구축 과정을 수행하는 단계로서,상기 피사체 내에서 선택된 임의로 큰 수의 영상 체적들의 각각으로부터 방사되는 양전하들의 양이 계산되는 상기 단계, 및
    방사된 방사선의 상기 양의 영상을 사영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 양전하 방사 엑스선 단층촬영(PET) 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 전리성 재료는 상기 양전하들에 반응하여 방사된 상기 감마 방사선 광자 쌍들이 전리성 재료 내에서 빛(hv)으로 변환될 수 있도록 하기 위해 섬광성이고,
    상기 빛의 적어도 일부는 광 검출부에 의해 시간적 및 공간적으로 분해되어 검출되고,
    정합 단계는 단일의 방사선 광자 쌍으로부터 도출가능한 검출된 빛의 정합을 포함하는데, 그 검출된 빛의 정합이 각각의 추가로 검출된 빛에 대하여 반복되고,
    단일의 방사선 광자 쌍으로부터 도출가능한 것으로서 정합된 애벌런치 전자 쌍 및 정합된 빛은 상호관련되는데, 그 상호관련됨이 각각의 추가로 정합된 전자 애벌런치 쌍 및 각각의 추가로 정합된 빛에 대하여 반복되고,
    생성 단계에서 생성되고 있는 각각의 신호는 각각의 상호관련되어 있는 검출된 전자 애벌런치 쌍 및 검출된 빛으로부터 생성되는 것을 특징으로 하는 양전하 방사 엑스선 단층촬영(PET) 방법.
  32. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,
    빛은 상기 광 검출부에 의해 에너지 분해되어 검출되고,
    각각의 신호는 상응하는 각각의 상호관련되어 있는 검출된 빛의 에너지에 따라 생성되는 것을 특징으로 하는 양전하 방사 엑스선 단층촬영(PET) 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    각각의 신호는 각각의 검출된 애벌런치 증폭 전자들의 공간 분해능 및 시간 분해능에 필적하는 공간 분해능 및 시간 분해능과 각각의 검출된 빛의 스펙트럼 분해능에 필적하는 스펙트럼 분해능을 갖는 것을 특징으로 하는 양전하 방사 엑스선 단층촬영(PET) 방법.
  34. 전압이 사이에 인가되는 캐소드 및 애노드를 포함하는 방사선 검출용 검출기부에 있어서,
    상기 캐소드와 애노드 사이에 적어도 부분적으로 배열되고, 전리가능한 섬광성 재료로 충만된 챔버,
    방사선이 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에서 이들과 평행하게 상기 챔버 내로 진입되어 일부는 상기 챔버 내에서 빛으로 변환되고 일부는 상기 전리가능한 섬광성 재료를 전리시킬 수 있게 하여, 상기 전리가능한 섬광성 재료의 상기 전리의 결과로서 방출된 전자들이 상기 인가된 전압에 의해 상기 진입된 방사선의 방향에 수직하게 유동되게 하도록 배열된 방사선 입구,
    상기 빛의 적어도 일부에 대하여 시간적 및 공간적으로 분해된 검출을 위한 광 검출부,
    상기 유동 전자들의 애벌런치 증폭을 위한, 그리고 상기 애벌런치 증폭 전자들에 대하여 시간적 및 공간적으로 분해된 검출을 위한 것으로서, 상기 유동된 전자들이 애벌런치 증폭 중에 상기 진입된 방사선의 방향에 수직한 방향으로 가속되게 하도록 방향이 설정된 전자 애벌런치 검출부,
    단일의 방사선 광자로부터 도출가능한 검출된 빛 및 검출된 애벌런치 증폭 전자들을 상호관련시키기 위한 상호관련 수단, 및
    상기 상호관련되어 있는 검출된 빛 및 검출된 애벌런치 증폭 전자들로부터 단일의 신호를 생성하기 위한 생성 수단을 포함하며,
    상기 광 검출부는 빛에 대하여 에너지 분해된 검출을 위해 적합하고,
    상기 생성 수단은 상기 상호관련되어 있는 검출된 빛의 에너지에 따라 상기 단일의 신호를 생성하기에 적합한 것을 특징으로 하는 방사선 검출을 위한 검출기부.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 단일의 신호는 검출된 애벌런치 증폭 전자들의 공간 분해능 및 시간 분해능에 필적하는 공간 분해능 및 시간 분해능과, 검출된 빛의 스펙트럼 분해능에 필적하는 스펙트럼 분해능을 갖는 것을 특징으로 하는 검출기부.
  36. 제 34 항 또는 제 35 항에 있어서,
    상기 방사선 입구는 상기 방사선으로 하여금 평면 방사선 빔이 되게 하도록 형성되고,
    상기 전자 애벌런치 검출부는 각각의 판독 요소가 챔버 내로 진입된 상기 방사선 중 각각 가로로 분리된 부분에 의한 흡수로부터 도출가능한 애벌런치 증폭 전자들을 검출할 수 있게 하는 배열로 배열된 복수의 판독 요소들을 포함하고,
    상기 광 검출부는 각각의 광 검출 요소가 챔버 내로 진입된 상기 방사선 중 각각 가로로 분리된 부분에 의한 흡수로부터 도출가능한 빛을 검출할 수 있게 하는 배열로 배열된 복수의 개별적인 광 검출 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기부.
  37. 전리가능한 섬광성 재료로 충만되어진 챔버(11; 51) 내로 방사선을 진입시키는 단계로서, 일부는 상기 전리가능한 섬광성인 재료를 부분적으로 전리시키고 일부는 챔버 내에서 빛으로 변환되도록 하기 위한 단계,
    광 검출부에 의해 시간적 및 공간적으로 분해된 상기 빛의 적어도 일부를 검출하는 단계,
    상기 챔버 내에 전기장을 인가함으로써 상기 전리가능한 섬광성 재료의 상기 전리의 결과로서 방출된 전자를 상기 진입된 방사선의 방향에 수직한 방향으로 유동시키는 단계,
    상기 챔버 내에 전기장을 인가함으로써 유동 전자들의 가속을 통해 상기 유동 전자들을 상기 진입된 방사선의 방향에 수직한 방향으로 애벌런치 증폭시키는 단계,
    전자 애벌런치 검출부에 의해 시간적 및 공간적으로 분해된 상기 애벌런치 증폭 전자들을 검출하는 단계,
    단일의 방사선 광자로부터 도출가능한 검출된 빛 및 검출된 애벌런치 증폭 전자들을 상호관련시키는 단계, 및
    상기 상호관련되어 있는 검출된 빛 및 검출된 애벌런치 증폭 전자들로부터 신호를 생성하는 단계를 포함하며,
    여기에서, 상기 상호관련되어 있는 검출된 빛의 에너지가 측정되고,
    상기 단일의 신호는 상기 상호관련되어 있는 검출된 빛의 에너지에 따라 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 진입된 방사선은 평면 방사선 빔이고,
    상기 평면 방사선 빔 중 각각 가로로 분리된 부분에 의한 흡수로부터 도출가능한 애벌런치 증폭 전자들은 상기 전자 애벌런치 검출부에 포함되어 있는 복수의 판독 요소들에 의해 별개적으로 검출되고,
    상기 평면 방사선 빔의 각각 가로로 분리된 부분에 의한 흡수로부터 도출가능한 빛은 상기 광 검출부에 포함되어 있는 복수의 개별적인 광 검출 요소들에 의해 별개적으로 검출되는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 방법.
  39. 제 37 항 또는 제 38 항에 있어서,
    상기 상호관련되어 있는 검출된 빛 및 검출된 애벌런치 증폭 전자로부터 생성된 상기 신호는 검출된 애벌런치 증폭 전자들의 공간 분해능 및 시간 분해능에 필적하는 공간 분해능 및 시간 분해능을 갖고, 그리고 검출된 빛의 스펙트럼 분해능에 필적하는 스펙트럼 분해능을 갖게 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
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