KR20170023821A - 레이저-콤프턴 엑스-레이 및 레이저-콤프턴 감마-레이 소스로써 초저 조사량으로 피드백 이미징하는 방법 - Google Patents

레이저-콤프턴 엑스-레이 및 레이저-콤프턴 감마-레이 소스로써 초저 조사량으로 피드백 이미징하는 방법 Download PDF

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Abstract

초저 조사량 엑스레이 또는 감마레이 이미징은 레이저 콤프턴 엑스레이 또는 감마레이 소스(LCXS, LCGS)의 출력을 급속하게 전자 제어하는 것에 기초한다. 엑스레이 또는 감마레이 음영 그래프는 디텍터에서 탐지를 위한 쓰레스홀드 수준에 도달하도록 객체의 각 픽셀에서 필요한 LCXS 또는 LCGS 빔 에너지를 모니터링하여 한번에 하나(또는 다수)의 픽셀을 형성한다. 일실시예는 일단 탐지 쓰레스홀드에 도달하게 되면, 전기적 또는 광학적 신호가 LCXS 또는 LCGS 로 보내지게 되어, 신속한 광학 스위칭은 공간상으로 또는 시간상으로 콤프턴 광자를 생성하는데 사용되는 레이저 펄스를 우회하게 된다. 이러한 방식으로, 객체는 레이저 콤프턴 빔 또는 객체가 이동하게 될 때까지 추가적으로 콤프턴 엑스레이 또는 감마레이에 노출되지 않게 되어, 새로운 픽셀 위치가 조사되게 된다.

Description

레이저-콤프턴 엑스레이 및 레이저-콤프턴 감마레이 소스를 이용한 초저선량 피드백 이미징 방법 {ULTRA-DOSE, FEEDBACK IMAGING WITH LASER-COMPTON X-RAY AND LASER-COMPTON GAMMA-RAY SOURCES}
본 출원은 본원에 그 전체가 편입되는, 2014년 5월 8일자로 출원된 "레이저-콤프턴 엑스-레이 및 레이저-콤프턴 감마-레이 소스로써 초저조사량으로 피드백 이미징하는 방법"이라는 명칭의 미국 가출원 번호 61/990,637에 대하여 우선권을 주장한다. 이 출원은 본원에 그 전체가 편입되는, 2014년 5월 9일차로 출원된 "레이저-콤프턴 엑스-레이 및 레이저-콤프턴 감마-레이 소스로써 효과적으로 협대역폭을 조절하는 방법"이라는 명칭의 미국 출원번호 14/274,348에 대한 부분 연속 출원이다. 미국 출원번호 14/274,348호는 그 전체가 본원에 편입되는, 2013년 5월 10일자로 출원된 "레이저-콤프턴 엑스-레이 및 레이저-콤프턴 감마-레이 소스로써 효과적으로 협ㄷ역폭을 조절하는 방법"이라는 명칭의 미국 가출원번호 61/821,813호에 대하여 우선권을 주장하였다. 미국 특허출원번호 14/274,348 호는 그 전체가 본원에 편입되는, 2014년 5월 8일자 출원된 "레이저-콤프턴 엑스-레이 및 레이저-콤프턴 감마-레이 소스로써 초저-도징, 피드백 이미징하는 방법"이라는 명칭의 미국 가출원번호 61/990,637에 대하여 우선권을 주장하였다. 미국 특허출원번호 14/274,348 호는 그 전체가 본원에 편입되는, 2014년 5월 8일자로 출원된 "레이저-콤프턴 엑스-레이 소스로써 2-컬러 방사선 진단 시스템 및 진단 방법" 이라는 명칭의 미국 가출원번호 61/990,642호에 대하여 우선권을 주장한다.
연방 정부 지원 연구 개발에 대한 진술
미국 연방 정부는 로렌스 리버모어 국립 연구소에 대하여 미국 에너지부와 로렌스 리버모어 국립 안전국 간의 계약 번호 DE-AC52-07NA27344 에 따라 본 발명에 대한 권리를 가진다.
본 발명은 엑스-레이 및 감마-레이 이미징 방법에 대한 것이며, 보다 자세하게는 이러한 이미징 기술에 필요한 조사량(DOSE)을 감소시키는 기술에 대한 것이다.
일반적인 2-D 엑스레이/감마레이 이미징 방법에 있어서, 환자 또는 객체는 광파장 필드의 엑스-레이 또는 감마-레이에 의해 조사되며, 전송된 신호는 2D 필름 또는 디텍터 어레이 상에 저장된다. 객체 내의 밀도 변화는 관통 방출에 대한 전송에 있어서의 변화를 나타내며, 이러한 변화는 필름 또는 디텍터 어레이 상에 음영으로서 나타나게 된다. 이러한 이미징 기술의 동적 범위는 디텍터 시스템의 응답 함수에 의해 결정된다. 추가하여, 상기 객체의 모든 부분은 동일한 입력 플럭스(단위 면적당 광자)를 보게 되며, 상기 객체에 침투하는 전체 조사량(dose)은 객체의 면적 및 객체의 최대 소밀한 영역을 관통하는데 필요한 플럭스, 즉 객체 내에서 관심의 대상이 되는 구조를 해결하는데 필요한 플럭스에 의해 설정된다. 이러한 이미징 양상에서, 전체 객체는 높은 조사량을 쬐게 된다.
픽셀을 피드백 이미징 처리하는 픽셀에 대한 제안이 이전에 있었는데, 이러한 제안에서 회전 애노드인 제동 복사(bremsstrahlung) 소스는 레이저 콤프턴 소스를 대신하여 사용되었다. 이 경우, 디텍터에서의 광자의 쓰레스홀드 양이 축적되면, 신호는 전류가 애노드로 흐르지 못하게 하거나 물리적으로 엑스-레이 빔을 차단하도록 송신된다. 이러한 접근 방식은 본 발명의 개시 내용과 관련하여 다수의 문제점을 가지게 되었다.
a) 회전 애노드 소스는 CW 장치이거나 준-CW 장치이며, 전술한 바와 같은 차단 방법은 즉각적이지 않다. 따라서, 상기 소스가 셧다운되거나, 물리적으로 차단되어 있는 동안에 조사량이 축적되게 된다. 반면에, 레이저-콤프턴 엑스-레이 소스(LCXS) 또는 레이저 콤프턴 감마-레이 소스(LGCS)의 경우, 엑스레이 또는 감마레이는 전자 다발로써 레이저 펄스의 각각의 상호 작용을 위하여 생성되게 된다. 레이저 펄스를 우회시키도록 상기 디텍터로부터의 신호가 하나의 레이저 펄스로부터 그 다음의 레이저 펄스까지에 대한 시간 간격에 신속하게 비교되고, 전기-광학적 스위칭 작용은 하나의 레이저 펄스로부터 그 다음의 레이저 펄스 간의 시간 간격에 신속하게 비교되면, 엑스레이 또는 감마레이는 추가적인 노출이 발생하기 전에 완전히 꺼지게 된다.
b) 회전 애노드 장치는 일정한 속도로 애노드 물질에 침입하는 전자 빔과 함께 작동하게 된다. 전자 빔 전류의 차단은 애노드 주변의 전자기적 환경 및 애노드 물질의 열적 부하를 변화시키게 된다. 전자 빔의 재점화는 정상상태 작동시에 발생하는 것과 같은 동일한 전자 빔 포커스 또는 엑스레이 플럭스를 반드시 순간적으로 생성하는 것은 아니다. 한편, 전자 빔과 상호작용하는 레이저 펄스를 전기-광학적으로 우회시킴으로써 LCXS의 경우에, 레이저 콤프턴 소스에서 사용되는 전자 빔의 전자 빔 동적 거동이 변화되지는 않는다. 상기 전자 빔은 레이저 광자가 없다면 엑스레이 또는 감마레이를 생성하지 않고서도 유지되거나 작동상태로 된다. 레이저 광자를 레이저 전자 상호작용 영역으로 복귀시키는 전자-광 스위치의 간단한 변화는 이전의 픽셀을 이미징하는데 사용되는 동일한 것인 레이저 콤프턴 소스를 생성하게 된다.
c) 회전 애노드 소스는 엑스레이 또는 감마레이의 매우 높은 수준으로 시준된 빔의 생성을 위하여 특별히 적합하지는 않다. 이들은 모든 방향을 광을 생성하며 번갈아 그 플럭스를 현저하게 감소시키는 폭이 좁은 구멍을 통하여 통과함으로써 시준되어(collimated) 생성될 뿐이다. 모든 LCXS 는 회전 애노드 소스로부터의 출력의 작은 부분이 이러한 방식으로 사용되는 동안에 단일-픽셀 피드백 이미징을 위하여 사용될 수 있다.
본 발명은 레이저 콤프턴 엑스레이 소스(LCXS) 또는 레이저 콤프턴 감마레이 소스(LCGS)의 출력을 제어하는 급속 전자 제어에 기초하여 극히 낮은 조사량으로써 엑스레이 또는 감마레이 이미징을 하는 새로운 방법을 제안한다. 이러한 방법에서, 엑스레이 또는 감마레이 음영 그래프는 디텍터에서 탐지 가능한 쓰레스홀드 수준을 달성하기 위하여 객체에서 각 픽셀에 필요한 LCXS 또는 LCGS 빔 에너지를 모니터링함으로써 한번에 하나의(몇개의) 픽셀을 구축하게 된다. 탐지 쓰레스홀드에 도달하는데 필요한 빔 에너지는 객체의 불투명성의 역에 비례한다. 상기 쓰레스홀드에 도달하는데 필요한 빔 에너지는 디텍터에서 쓰레스홀드 탐지를 달성하기 위하여 일정한 파워의 LCXS 또는 LCGS 에 의해 필요한 조사 시간을 측정함으로써 간단히 결정된다. 일단 탐지를 위한 쓰레스홀드에 도달하게 되면, 전자 또는 광 신호가 LCXS/LCGS에 보내져서 콤프턴 광자를 생성하는데 사용되는 레이저 펄스를 공간상으로나 시간상으로 번갈아 우회시키는 급속 광 스위칭이 가능하게 된다. 이러한 방식으로, 레이저 콤프턴 빔 또는 객체가 이동하게 되어 새로운 픽셀 위치가 조사될 때까지 추가적인 콤프턴 엑스레이 또는 감마레이에 객체가 노출되는 것이 방지된다. 이러한 방법은 가능한 최소의 엑스레이 또는 감마레이 도즈로써 객체의 이미지를 형성하게 된다. 본 발명의 중요한 특징은 엑스레이 또는 감마레이 소스 상의 피드백 제어 방법은 LCXS/LCGS 의 가속 서브시스템 또느 레이저의 정장상태 작동을 교한시키지 않아서 각각의 이미징 위치에서의 노출을 위하여 필요한 빔이 일단 전기적으로 작동된 스위치가 디서블(disable)되면 픽셀간에 동일하다는 점이다. 본 발명의 이미지 시스템의 다른 중요한 특징은 이미지의 동적 범위는 디텍터 동적 범위에 의해 구축되는 것이 아니라, 시간에 따라 임의의 픽셀에 존재하게 된다는 점이다. 방사선 진단 이미징 기술에서 엑스레이 및 감마레이에 본 발명을 사용하는 것은 영상의학, 객체에 대한 비파괴 산업적 평가 및 정밀 측정을 포함한다.
LCXS 및 LCGS 는 폴르크로매틱하지만 매우 높은 각이 연계되는 출력을 가진다. 적절한 설계 및 구멍을 가진 경우, LCXS 또는 LCGS 는 거의 모노-에너제틱 광자(mono-energetic photon: 1% 미만의 상대적인 대역폭)의 폭이 높은 빔을 생성한다. 모노-에너제틱 빔은 그 흡수성이 낮고 낮은 에너지 광자로 인하여 애노드 기반 소스보다는 훨씬 적은 조사량으로써 엑스레이 및 감마레이 음영 그래프를 형성할 수 있게 된다. 튜닝 가능한 모노-에너제틱 빔은 특정 음영재의 k-에지 를 초과하거나 그 미만인 동일한 픽셀의 이미지를 취하거나 객체에 대하여 도즈를 추가로 감소시키는데 사용된다.
본 발명에 의하면 아래와 같은 장점이 구현된다.
1) 객체를 조사하는 전체 플럭스는 주어진 위치에서 완화를 결정하는게 최소한으로 된다. 일단 쓰레스홀드 광자(다수의 광자)가 주어진 위치에서 탐지되면, 조사는 정지되고 새로운 위치가 조사된다. 전체 이미지 면적의 1/10인 하나의 면적이 객체의 나머지보다 10배 높은 완화를 가지는 객체를 고려해보자. 일반적인 이미징 기술에서, 전체 객체는 작은 소밀한 영역의 완화를 결정하는데 충분한 플럭스를 받게 된다. 전술한 바와 같은 기술에 의해 이미징된다면, 동일한 정보는 객체에 대하여 공칭값으로 전체 10 배 미만의 조사량으로도 얻어진다.
2) 얻어진 밀도 정보에 대한 동적 범위는 광자 탐지 시스템의 동적 범위에 의존하지 않고 원칙적으로 디텍터보다 큰 총량의 차수를 가지는 입력 엑스레이 또는 감마레이를 조절할 수 있는 동적 범위에 영향을 받게 된다.
3) 객체 내에서 산란되어 이미지 상에 유입되는 광자는 효과적으로 배제된다. 입력 빔의 축에 정렬된 높은 밀도의 튜브로서 길다랗게 시준된 디텍터 전방의 구멍은 고성능 디텍터에 산란광이 도달하는 것을 방지한다.
본 발명의 일부를 형성하고 편입되는 첨부한 도면은 본 발명의 원리를 설명하는 용도로서 설명과 함께 본 발명의 실시예를 나타낸다.
도 1은 레이저 증폭후에 전자-광 스위치를 사용하는 본 발명의 실시예의 전체의 예시적인 레이아웃을 나타낸다.
도 2는 상호작용 레이저 출력의 “공간 우회”의 예를 도시한다.
도 3은 상호작용 레이저 펄스의 “일시적 우회”의 예를 도시한다.
본 발명에서, 레이저 콤프턴 엑스레이 소스(LCXS) 또는 레이저 콤프턴 감마레이 소스(LCGS)는 임의의 객체 내부에서 물질 및 밀도 변화의 고해상도 엑스레이 또는 감마레이 음영 그래프를 생성하도록 피드백 픽셀-픽셀 이미지 구조에 사용된다. 상기 엑스레이 또는 감마레이 음영 그래프는 탐지를 위한 쓰레스홀드 수준을 달성하기 위하여 각 픽셀에서 필요한 LCXS 또는 LCGS 광자의 개수를 모니터링함으로써 구축되는 한번에 하나의(또는 복수의) 픽셀이다. 탐지 쓰레스홀드에 도달하는데 필요한 빔 에너지는 객체의 불투명성의 역에 비례한다. 스레스홀드에 도달하기 위한 빔 에너지는 탐지 쓰레스홀드를 달성하기 위하여 일정한 파워의 LCXS또는 LCGS 에 의해 필요로 하는 조사 시간을 측정함으로써 간단히 결정된다. 일단 탐지를 위한 쓰레스홀드가 도달되면, 콤프턴 광자를 생성하는데 사용되는 레이저 펄스를 공간이나 시간상으로 스위치가 급속하게(나노-초) 우회할 수 있게 되도록 LCXS/LCGS 로 보내어진다. 이러한 방식으로, 레이저-콤프턴 빔 또는 액체가 이동하게 되어 새로운 픽셀 위치가 조사를 위하여 준비될 때까지 객체가 추가적으로 콤프턴 엑스레이 또는 감마레이에 노출되는 것이 방지된다. 객체의 이미지는 최소한의 가능한 엑스레이 또는 감마레이 조사량으로써 구축된다. 본 발명의 중요한 특징은 피드백 제어 방법은 LCXS/LCGS 의 가속 서브 시스템 또는 레이저의 정상상태 작동을 교란시키지 않아서, 각 이미지 위치에서 노출을 위하여 필요한 빔이 전자-광학 스위치가 디스블(disable)될 때 픽셀 대 픽셀간에 동일하다는 것이다. 본 이미지 시스템의 다른 중요한 특징은, 이미지의 동적 범위는 디텍터 동적 범위에 의해 구축되는 것이 아니라 시간에 의해 임의의 하나의 픽셀에 존재하게 된다는 점이다.
레이저 콤프턴 산란(때로는 역 콤프턴 산란으로 지칭됨)은 상대론적인 전자의 다발의 짧은 기간 동안에 에너제틱 레이저 펄스가 산란되는 과정이다. 이러한 과정은 준-모노에너제틱, 엑스레이, 감마레이 방사의 짧은 기간 방출을 생성하기 위한 일반적인 방법으로서 인식된다. 이러한 기술에서, 입사 레이저 광은 전자 다발의 횡방향 쌍극자 운동을 도출하게 되어, 연구실의 레스트 프레임에서 관찰시에 전방으로 배향된 방사의 도플러-업시프트된 빔인 것으로 보인다. 임의의 레이저 콤프턴 소스의 스펙트럼은 DC 로부터 레이저 전자 충돌을 위하여 헤드에는 입사 레이저 광자의 에너지의 4 감마 제곱의 배수만큼 늘어나게 된다. (감마는 전자 빔의 정규화된 에너지인데, 즉 전자의 나머지 질량 에너지에 의해 나누어진 전자의 에너지이다. 전자 에너지 = 511 keV 일 때 감마 = 1).
전자 다발(electron bunch)의 에너지를 가변시킴으로써, 10keV 엑스레이로부터 20MeV 감마레이 범위의 고에너지 방사 빔이 폭넓은 적용을 위하여 생성되거나 사용된다. 방사된 콤프턴 광의 스펙트럼은 전방을 배향되어 방출되는 최고 에너지 광자로써 전자 빔의 전파 방향에 대하여 높은 각으로 연계된다. 엑스레이 또는 감마레이의 경로에 배치되어 적절히 설계된 구멍으로써, 준-모노-에너제틱 엑스레이 또는 감마레이 펄스가 생성되는데, 그 대역폭(DE/E)은 일반적으로 10% 미만이다. 로렌스리버모어 국립 연구소(LLNL)에서, 시스템은 동위원소-특정 핵 공영을 여기시키는데 사용되는 감마레이의 폭이 좁은 대역폭(0.1% 차수의 대역폭)을 생성하도록 설계되었다. 이러한 감마레이 빔은 각 스펙트럼이 0.1% 미만인 고성능 레이저 전자 빔을 사용하여 레이저 전자의 최적화된 상호작용을 통하여 생성된다.
레이저-콤프턴 엑스레이 소스(LCXS) 및 레이저 콤프턴 감마레이 소스(LCGS)는 일반적인 회전하는 엑스레이 또는 감마레이 제동복사 소스에 비교하여 특히 높은 수준으로 시준된다. 절반의 대역폭 스펙트럼의 방출을 위한 원뿔각은 감마 상에서 약 1 라이안(radian)이거나 수 라디안 수준이며, 축상의 스펙트럼의 폭이 가장 좁은 대역폭의 원뿔각은 10 마이크로 라디안 수준이다. 일반적으로 회전 애노드 소스는 500 밀리 라디안 이상의 빔 발산성을 가진다. 픽셀간 이미지 양상에 이상적으로 적합하게 LCXS 또는 LCGS 장치를 만드는 것은 높은 수준으로 시준시키는 것이다. 예를 들어, 0.1% 대역폭의 LCGS 는 감마레이 생성 지점으로부터 1 미터의 거리에서 조차도 100 마이크론 수준의 빔 직경을 가진다.
레이저-콤프턴 엑스레이 및 레이저-콤프턴 감마레이의 기본 설계는 공지기술로 알려져 있다. 본원에 그 전체 내용이 편입되는 “연장된 레이저-전자 상호작용을 통하여 높은 플럭스의 협폭 대역폭 콤프턴 광 소스”라는 명칭의 미국 특허 8,934,608 호를 참고할 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제8,934,608호에서, 레이저 시스템은 선형 가속계의 포토건을 구동하는 UV 빔을 제공한다. 일실시예에서, 이러한 레이저 빔의 차단은 선형 가속계로부터 제공되는 전자 다발을 턴오프하게 된다. 나머지 부분의 설명에서, 레이저-콤프턴 소스로부터의 엑스레이 또는 감마레이의 출력은 콤프턴 빔으로 지칭된다. 도 1은 레이저-콤프턴 소스의 레이저 증폭 이후에 전자-광 스위치를 사용하는 본 발명의 실시예의 전체 레이아웃의 예를 도시한다. 도면에서, RF 클록(10)은 상호작용 레이저(12) 및 포토건 레이저(14)를 상호 싱크로시키게 된다. 포토건 레이저(14)는 공지 기술로 알려진 바와 같이 전자 다발을 상호작용 영역(18)에 제공하는 선형 가속계의 광-캐소드를 조사한다. 상호작용 레이저(12)로부터의 출력은 전자-광 모듈레이터(22)로 배향되는 출력의 편광기(20)에 의해 선형 편광된다. 일실시예에서, 어떠한 전압도 E-O 모듈레이터(22)에 걸리지 않는다면, 편광기(20)에 의해 설정된 선형 편광을 가지는 레이저광은 편광기(24)를 통과하게 되며 상호작용 영역(18)으로 전파되어, 여기서 객체(26)가 이미징되는 방향으로 된 콤프턴 빔을 생성하도록 전다 다발과 충돌하게 된다. 이러한 개시 사항에 기초하여, 통상의 기술자는 출력 레이저빔이 상호작용 영역(18)으로 전파되는 것을 허용하거나 차단하도록 전술한 바와 같은 편광기 및 E-O 모듈레이터를 조합하는 것 대신에 다양한 수단이 사용될 수 있다는 것을 알게 되었다. 출력 레이저 빔이 전자 다발과 충돌하는 것을 방지하는 것은 시스템을 효과적으로 스위칭오프하게 하며, 어떠한 엑스레이 또는 감마레이도 객체 상으로 전파되도록 생성되지 않는다. 레이저 빔과의 충돌로부터 산란되는 전자는 전자빔 덤프(28)에 수집된다. 상기 시스템은 디텍터(32) 상으로 전파되기 전에 시준 튜브(30)를 통하여 번갈아 콤프턴 빔이 객체를 통과하도록 구성된다. E-O 스위치 제어 수단 및 데이터 획득 수단을 가지는 컴퓨터 시스템(34)은 상기 디텍터 및 E-O 스위치 사이에서 연결된다. 작동시에, 상기 레이저 빔은 상호작용 영역으로 전파되어, 콤프턴 빔은 소정의 신호 쓰레스홀드를 등록하도록 상기 디텍터의 하나 이상의 픽셀에 대하여 필요한 시간에 대해서만 생성된다. 일단 이러한 쓰레스홀드가 만족되면, 상기 컴퓨터 시스템은 E-O 모듈레이터를 작동시켜서, 레이저 빔이 더 이상 전파하지 못하게 차단하여, 콤프턴 빔의 생성을 차단하게 된다. 콤프턴 빔의 객체는 객체 상에서 서로 다른 위치로 이동하게 되어, 상기 콤프턴 빔은 탐지 쓰레스홀드가 만족될 때까지 다시 켜지게 된다. 이러한 방식으로, 객체 밀도의 이미지가 생성되게 된다. 콤프턴 빔으로부터의 방사량이 탐지를 위한 쓰레스홀드를 달성하는데 필요한 바와 같이 각 객체 위치로 전파하게 함으로써, 객체에 의해 흡수되는 방사량은 측정이 행해지는 객체 상의 각 위치에서 최소화된다.
앞서 간단히 설명드린 바와 같이, LCXS 또는 LCGS 로부터의 출력은 상호작용 지점으로 지칭되거나 때로는 예를 들어 상호작용 영역(18)로 지칭되는 충돌 지점에서의 레이저 광자 및 전자의 동시 존재에 의존하게 된다. 충돌 지점에 도달하는 것으로부터 레이저 광자 또는 전자를 제거함으로써, 상기 소스의 출력을 완전히 제거하게 된다. 엑스레이 또는 감마레이를 신속하게 끄기를 원하는 경우, 다수의 선택적인 사항이 존재하는데, 그 일부가 아래에서 설명된다. 본 발명의 범위 내에서 본 설명에 기초하여 다양한 선택이 가능하다는 것을 통상의 기술자가 이해한다.
1) 하나의 스위칭 방법은 상기 상용작용 영역으로부터 레이저 펄스를 우회시키는 것이다. 이것은 포켓 셀 및 편광기로 구성되는 전자-광 스위치를 통하여 편광된 레이저 펄스를 통과시킴으로써 달성된다. 이러한 예는 도 1에 설명된다. 도 2는 도 1의 실시예에서 설명된 상호작용 레이저(12)의 “공간 우회”와 같은 확장된 도면을 도시한다. E-O 모듈레이터(포켈 셀: Pockels cell:22)에 가해지는 전압(34')은 레이저 펄스의 편광을 회전시킨다. 절반 파장의 전압은 90도 편광을 회전시켜서, 상기 편광기(24) 상의 빔의 탐지를 변화시키게 된다. 이러한 방법의 장점은 포켓 셀은 나노-초 펄스로써 펄싱되므로 신속하며, 에너제틱 레이저 펄스(주울 수준 및 그 이상)을 스위칭할 수 있게 되며, 이러한 방법은 열적으로나 광학적으로 변화되지 않은 상태로 상류 레이저 시스템을 벌크 상태로 남기게 된다. 물론 이러한 방법은 전자 가속기를 전혀 동요시키지 않는다. 이러한 방법은 콤프턴 소스의 오프 상태와 디텍터 간의 최단 딜레이를 가지게 된다.
2) 다른 스위칭 방법은 레이저 체인에서 증폭하기 전에 시드(seed) 레이저 펄스를 우회시키는 것이다. 이러한 것은 전술한 바를 포함하는 다수의 전자-광학적 방법에 의해서 행해지며, 통신 산업이나 음향-광학 스위치에서 사용되는 것에 유사한 마흐 젠더(mach-zender) 스위치를 통하여 행해진다. 그 장점은 레이저 빔의 크기가 작아서 스위칭이 신속하다는 점(나노-초 미만)이며, 스위칭 장치의 비용과 크기는 더 작아지게 된다는 것이다. 단점은 레이저 증폭 체인의 벌크는 열적으로는 변화없이 남지는 않게 되어, 증폭 체인의 재-시팅시에 레이저 빔 상에 전이 변화가 생긴다는 점이다. 이러한 실시예에서, 마흐-젠더 스위치는 시드 빔 및 증폭기 사이에 배치된다. 상기 마흐-젠더 스위치 자체는 이미 알려진 것이다.
3) 또다른 스위칭 방법은 선형 가속계에서 전자 다발을 생성하는 UV 레이저 펄스를 우회시키는 것이다. 이러한 스위칭 방법은 앞서 2) 항목에서 간단히 설명된 장점을 가진다. 단점은 정상상태 전자 가속계 성능은 가속계의 구조에서의 전자 빔 하전에 의존하게 된다는 것이며, 따라서, 전자 빔의 재시작시에 전이 빔 변화가 생긴다는 것이다.
4) 다른 스위칭 방법은 선행 가속계에서 전자 다발을 생성하는 UV 레이저 펄스의 시기를 잘못 맞추는 것이다. 전자 빔 성능을 유지하면서 레이저 펄스를 놓지지 않는데 필요한 딜레이는 하나의 RF 주기 또는 고주파수 RF 가속계에 대하여 공칭값으로 100 ps 이다. 전자 및 레이저 펄스가 상호작용하는 구역을 통하여 전이 시간은 100ps 미만이기 때문에, 보다 작은 딜레이는 엑스레이 또는 감마레이 출력을 효과적으로 차단할 수 있게 되며, 이러한 딜레이는 가속계로 전자를 상변이 시켜 주사하게 되어, 후속하는 전자 다발의 동적 거동에 잠재적으로 영향을 주게 된다.
5) 다른 스위칭 방법은 레이저 증폭 레인에 대하여 시드 레이저 펄스를 약간 시키를 잘못 맞추는 것이다. 이러한 경우에 필요한 딜레이는 레이저 증폭기의 게인 수명보다(일반적으로 100s 마이크로초)보다 현저하게 작은 전이 시간 차원으로 된다. 이러한 딜레이는 도 3에 도시된 바와 같은 포켈 셀을 통하는 것을 포함하여 전기 광학적인 다수의 방법을 통하여 생성된다. 이러한 방법은 레이저 체인 및 가속계를 그 정상상태 열적 상태에 가시 남게 하고 전기적 구조로 되게 하여 작동시에 순가적인 온 오프를 가능하게 한다. 도 3을 참고하면, 저에너지 시드 레이저(50)로부터의 시드 빔 펄스는 지면에 나란한 방향으로 편광을 설정하는 포켈 셀(52)을 통하여 전파하게 된다. 이러한 구조에서, 상기 빔은 편광기(54, 56)를 통과하여, 상호작용 레이저 증폭기(58)로 도입된다. 포켈 셀(52)에 가해지는 충분한 전압은 시드 레이저 빔의 편광을 90도 회전시키게 된다. 이로 인하여 편광기(54)는 상호작용 증폭기로 빔을 반사하는 편광기(56)로 빔을 반사시키는 거울(62)에 빔을 반사시키는 거울(60)에 빔을 반사하게 된다. 포켈 셀에 의해 빔을 반사함으로써 생성되는 빔 경로의 증가된 거리로 인하여 시드 레이저로부터 레이저 증폭기까지 빔의 전파 시간의 딜레이가 증가하게 된다. 전술한 바와 같이, 이러한 딜레이가 레이저 증폭기 게인 매체의 게인 수명의 작은 분율이라면, 레이저는 전혀 변화를 나타내지 않게 된다. 이 경우, 콤프턴 빔을 끄게 되는데 필요한 변화는 1,000,000 중 1 부품 미만이다.
전술한 방법에서, 1 및 5는 가깝게 이격된 전자 다발들을 이용하는 컴프턴 소스에 대하여 1 내지 5 로써 선호될 수 있다.
피드백 이미지를 정확하게 구현하기 위하여, 상기 소스의 출력은 이차적으로 집적된 디텍터를 구비한 전체 빔을 인터셉터하는 것보다는 캘리브레이션된 수단에 의해 공지되어야 한다. 레이저 콤프턴에서, 다양한 방식이 가능하다.
탐지를 위한 쓰레스홀드에 도달하기 위하여 객체 상에 어떻게 많은 광자들이 입사하는지 알 필요가 있다. 콤프턴 빔은 일정한 출력을 가지며, 간단한 모니터링이 쓰레스홀드에 도달하기 전에 빔이 오게 되는 시간으로 행해진다. 콤프턴 빔이 시간의 함수를 변화시킨다면 이것은 잘못된 결과를 나타낼 수 있다. 아래의 코멘트는 객체의 개별 픽셀을 조사하는 절대 플럭스를 결정하기 위하여 콤프턴 빔의 독특한 특성을 사용하여 문제를 해결한다.
1) 우선 정상상태에서 전자 빔 파라미터를 측정하여, 상호작용 레이저 빔 에너지의 함수로서 엑스레이 또는 감마 레이 생성을 캘리브레이션하게 된다. 상호작용 레이저 빔은 콤프턴 산란 과정에 의해(10의 10승 중 1 부분) 현저하게 완화되지 않기 때문에, 상호작용 영역 이후의 레이저 펄스 에너지를 측정하는 것은 생성된 엑스레이 또는 감마 레이의 플럭스를 결정하도록 이전 캘리브레이션을 통하여 번갈아 사용될 수 있는 전자 다발과 상호작용시에 존재하는 레이저 필드의 높은 정확도 측정을 제공하게 된다.
2) 레이저 콤프턴 산란에 의해 생성된 스펙트럼은 높은 각으로 연계된다. 대부분의 이미징 기술의 경우, 사람들은 피드백 이미징에 대한 온-축상 광자 근처에서 높은 에너지를 사용하기를 원하며, 구멍을 통하여 빔을 통과시킴으로써 오프-축 광자에서 낮은 에너지(높은 비율로 흡수된 에너지)를 제거하게 된다. 이러한 구멍 상에 놓여진 상기 엑스레이 또는 감마 레이 에너지는 전체 레이저 콤프턴 출력에 비례하며, 이미징을 위하여 사용되는 온-축에 비례하게 된다. 구멍에 놓여진 에너지는 구멍의 물질 성분에 따라 다수의 방식으로 결정된다. 예를 들어, 상기 구멍이 형광체 물질로 이루어진다면, 전체 빔 플럭스의 비례적 측정으로서 형광 광자를 수집하게 될 것이다.
3) 엑스레이 또는 감마레이 조사량을 측정하는데 사용되는 표준 이온 챔버를 통하여 객체를 조사하기 전에 빔의 축상의 부분 또는 축 밖의 부분 또는 전체 빔을 통과시킬 수 있다.
객체를 빠져나온 뒤에, 산란되지 않은 빔 또는 완화되지 않은 빔은 도 1에 도시된 바와 같이 폭이 좁은 구멍을 통과하게 되는데, 여기서 구멍의 직경은 빔 직경의 크기이다. 상기 구멍은 조사된 객체(의학적 방사선 진단에서의 일반적인 문제)로부터 작은 각으로 산란된 방사를 차단하는 역할을 한다. 구멍의 뒤에는, 상기 구멍은 주변 가시광선 또는 UV 방사가 아닌 엑스레이 또는 감마레이를 조사하는 하나의 광자를 감지하도록 그 반응이 최소화된 고민감도의 디텍터가 배치되는데, 이러한 디텍터는 '솔라 블라인드' 디텍터로 지칭된다. 디텍터의 전방에 산란 차단 구멍을 구비하는 것은 중요한 것은 아니지만, 가능한 최저량의 조사량으로써 이미지를 형성할 수 있게 된다.
엑스레이 또는 감마레이 이미징의 목적은 위치 함수로서 객쳉 내부의 밀도 변화를 결정하는 것이다. 이러한 사상에서, 밀도 변화의 맵은 한번에 하나의 픽셀(또는 객체의 작은 영역)을 조사함으로써 얻어진다. 객체 상에 입사되는 엑스레이 또는 감마 레이 광자의 개수는 0 으로부터 하나(또는 다수)의 광자가 고성능 디텍터에 의해 탐지될 때까지 증가하게 된다. 조사 과정 및 전체 입사 광자의 개수는 이것이 픽셀과 관련하여 발생될 때 저장된다. 상기 객체는 빔에 대하여 이동하게 되거나 빔은 객체 상의 새로운 위치로 스캐닝되며, 이러한 과정은 반복된다. 이러한 방식으로, 상기 디텍터 상의 광자의 쓰레스홀드 개수 또는 단일 광자를 생성하는데 필요한 광자의 수의 맵이 얻어지게 된다. 이로부터, 2D 위치의 함수로서 객체의 전체 두께에 대한 정보로부터 2D 위치의 함수로서 객체의 완화를 결정하는 것이 가능하게 되고, 일반적인 수단을 통하여 얻어지는 객체의 균등한 “방사선 진단”을 구축하는 것이 가능하게 된다. 이러한 사상에 기초하여, 2D 이미지를 생성하는 과정은 객체에 대한 다른 시각을 생성하도록 전술한 방법을 반복함으로써 3D 단층 이미지를 생성하는 것이 통상의 기술자에 가능하다. 전술한 방식으로 2D 이미지를 생성하는 것은 아래와 같은 장점을 가진다.
1) 객체를 조사하는 전체 플럭스는 주어진 위치에서 완화를 결정하는게 최소한으로 된다. 일단 쓰레스홀드 광자(다수의 광자)가 주어진 위치에서 탐지되면, 조사는 정지되고 새로운 위치가 조사된다. 전체 이미지 면적의 1/10인 하나의 면적이 객체의 나머지보다 10배 높은 완화를 가지는 객체를 고려해보자. 일반적인 이미징 기술에서, 전체 객체는 작은 소밀한 영역의 완화를 결정하는데 충분한 플럭스를 받게 된다. 전술한 바와 같은 기술에 의해 이미징된다면, 동일한 정보는 객체에 대하여 공칭값으로 전체 10 배 미만의 도즈로써도 얻어진다.
2) 얻어진 밀도 정보에 대한 동적 범위는 광자 탐지 시스템의 동적 범위에 의존하지 않고 원칙적으로 디텍터보다 큰 총량의 차수를 가지는 입력 엑스레이 또는 감마레이를 조절할 수 있는 동적 범위에 영향을 받게 된다.
3) 객체 내에서 산란되어 이미지 상에 유입되는 광자는 효과적으로 배제된다. 입력 빔의 축에 정렬된 높은 밀도의 튜브로서 길다랗게 시준된 디텍터 전방의 구멍은 고성능 디텍터에 산란광이 도달하는 것을 방지한다.
전술한 이미지의 해상도는 객체의 빔 영역의 수준으로 된다. 시준에 최적화된 레이저-콤프턴 소스에 있어서, 객체에서의 빔 영역은 100 마이크론의 수준으로 된다. 그러나, 엑스레이 또는 감마레이의 높은 플럭스를 생성하도록 작은 레이저 스팟 및 작은 전자 스팟 크기가 사용되는 레이저 콤프턴 소스의 경우, 엑스레이 또는 감마레이 빔 발산성은 밀리 라디안으로 되며 객체의 빔 면적은 밀리미터 수준으로 된다. 그러나, 이 경우의 레이저 콤프턴 소스의 소스 크기는 마이크론 수준이며(10 마이크톤은 쉽게 달성될 수 있는 크기이다), 회전하는 애노드 소스로부터 얻어지는 것보다 높은 해상도이며 보다 높은 공간 해상도 이미지가 가능하게 된다. 만약 단일 픽셀 디텍터가 객체에서의 빔의 크기에 대하는 어레이 크기를 가진 작은 면적의 픽셀 어레이 디텍터에 의해 교체된다면 도즈는 낮으면서 높은 동적 범위이며 높은 공간 해상도를 가진 이미지를 달성하기 위한 작은 스팟, 레이저-콤프턴 구조를 가진 피드백 이미징 기술을 이용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 빔 크기가 객체에서 1mm 이지만, 레이저-콤프턴 광자의 소스 크기는 10 마이크론이었다면, 객체의 10 마이크론 또는 더 양호한 해상도 이미지를 달성하기 위하여 10 마이크론 픽셀의 100 X 100 어레이를 사용할 수 있다. 언제 다음 이미징 위치로 이동할 것인지를 결정하는 쓰레스홀드 탐지값은 각각의 픽셀이 충분히 조사되었는지를 선언하는데 필요한 최소한의 수준으로 또는 전체 어레이에 의해 수집된 전체 광자에 의해 결정된다.
전술한 바와 같은 레이저-콤프턴 소스로써 피드백 이미징하는 것은 타겟 물질의 k-에지 흡수 위 아래로 되는 에너지를 가진 엑스레이에 이미징되는 객체를 노출시키는 2-컬러 엑스레이 이미징 구조에 잘 들어맞는다. 이러한 두가지 이미지는 단일 컬러 이미지를 통하여 얻어지는 것보다는 원하는 물질의 높은 콘트라스트 맵을 형성하도록 차감된다. 레이저-콤프턴 소스는 그 스펙트럼 출력에 높은 수준으로 각도 연계된다. 레이저-콤프턴 출력의 중앙부만을 선택하여 구멍으로 함으로써, 10% 미만의 대역폭을 가진 빔을 얻게 된다. 레이저 광자 에너지 또는 전자 빔에서의 약간의 변화는 원하는 물질의 k-에지 흡수 위 아래로 조정되는 엑스레이 빔을 생성할 수 있게 한다. 탐지에 대한 쓰레스홀드 수준에 도달하는데 필요한 도즈는 물질의 k-에지 아래의 광자의 경우에 낮추어질 수 있다. 각각의 두개의 이미지에 대한 전술한 바와 같은 피드백 이미지의 전개는 객체가 차감되게 되는 전체 도즈를 최소화하게 된다.
최종적으로, 콤프턴 광자를 생성하거나 상호작용 레이저를 일시적으로 딜레이 시키도록 전자 빔과 상호작용하는 것으로부터 상호작용 레이저 빔을 공간상으로 우회하도록 급속 전자-광학 스위치로서 포켈 셀을 사용하는 것이 예시적으로 제안되어서, 어떠한 전자도 존재하지 않을 때의 상호작용 영역에 도달하여, 전기적으로 제어되는 공간 및 시간상의 변화에 대한 다양한 수단이 제안되었다. 이러한 것들은 전자적으로 트리거링되는 음향-광학 시스템, 전자적으로 제어되는 광섬유 딜레이 라인, 다이렉트 전자-광학 빔 디플렉션, 크로스-레이저 빔 편광 회전 등을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 핵심적인 부분은, 상호작용 레이저의 만곡 또는 딜레이는 레이저-콤프턴 솟의 전자 빔 시스템 또는 레이저의 작동을 정상상태로 교란시키거나 영향을 주지 않는 방식으로 행해져서, 빔 우회 또는 딜레이를 개시하는 전자 신호가 제어될 때, 레이저 콤프턴 소스는 엑스레이 또는 감마 레이 생성의 일반적인 상태로 즉시 복귀하게 된다는 것이다. 이러한 특징은 일반적인 회전하는 애노드 장치로써 행해지는 피드백 이미지와는 기본적으로 다르다.
본 발명의 전술한 설명은 예시와 설명을 위한 목적으로 나타내어진 것이며, 설명된 것에 따라 본 발명을 한정하기 위한 목적으로 나타내어진 것이 아니다. 전술한 교시 내용으로부터 다양한 변화가 수정이 가능하다. 설명된 실시예는 본 발명의 원리를 설명하고자 하는 것며 그 사용예를 설명하고 자 하는 것이고, 통상의 기술자는 특정 고려사항에 맞도록 다양한 수정과 다양한 실시예에서 본 발명을 사용할 수 있다. 본 발명의 범위는 첨부한 청구범위에 의해 정해진다.
10: RF 클록 14: 포토건 레이저
18: 상호작용 영역 22: 모듈레이터
24: 편광기

Claims (34)

  1. 레이저 콤프턴 엑스레이 또는 감마레이 소스로부터 빔을 제공하는 단계;
    객체의 제 1 위치에 상기 빔을 배향시키는 단계;
    디텍터의 탐지 쓰레스홀드에서, 제 1 탐지 신호를 생성하도록 상기 제 1 위치를 통하여 통과하는 상기 빔의 제 1 부분을 탐지하는 단계;
    상기 탐지 쓰레스홀드에 도달하고 상기 제 1 탐지 신호를 생성하면 상기 빔이 상기 제 1 위치로 전파되는 것을 차단하는 단계;
    상기 제 1 위치에서의 제 1 빔 에너지 또는 광자의 제 1 개수를 결정하는 단계로서, 상기 광자의 제 1 개수 E는 상기 제 1 빔 에너지는 상기 탐지 쓰레스홀드에서 상기 제 1 탐지 신호를 생성하는데 필요한 량으로 되는, 단계;
    상기 객체의 제 2 위치에 상기 빔을 배향하는 단계;
    상기 디텍터의 상기 탐지 쓰레스홀드에서, 제 2 탐지 신호를 생성하도록 상기 제 2 위치를 통과하는 상기 빔의 제 2 부분을 탐지하는 단계;
    상기 탐지 쓰레스홀드에 도달하고 상기 제 2 탐지 신호를 생성하면, 상기 빔이 상기 제2 위치 상으로 전파되는 것을 차단하는 단계;
    상기 제 2 위치에서의 제 2 빔 에너지 또는 광자의 제 2 개수를 결정하는 단계로서, 상기 광자의 제 2 개수 또는 제 2 빔 에너지는 상기 탐지 쓰레스홀드에서의 제 2 탐지 신호를 생성하는데 필요한 량으로 되는, 단계; 및
    상기 광자의 제 1 개수 및 상기 광자의 제 2 개수를 공간상에 표시하거나, 상기 제 1 빔 에너지와 상기 제 2 빔 에너지를 공간상에 표시함으로써 상기 객체의 밀도 맵을 생성하는 단계'를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 쓰레스홀드에 도달하는데 필요한 상기 제 1 빔 에너지 또는 광자의 제 1 개수는 탐지에 대한 제 1 쓰레스홀드 수준을 달성하도록 상기 빔에 의해 필요로 하게 되는 조사 시간을 측정함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔은 상호작용 영역으로 배향되는 상대론적 전자의 일련의 다발을 제공하도록 선형 가속계를 포함하는 소스에 의해 생성되며, 상기 소스는 준-모노 에너제틱 빔을 생성하도록 상기 전자 다발에 충돌하는 상호작용 영역으로 배향된 레이저 광의 펄싱된 빔을 제공하기 위한 상호작용 레이저를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 빔이 전파되는 것을 차단다는 단계는, 상기 전자 다발에 충돌하는 것으로부터 상기 레이저 광의 펄싱된 빔을 공간에서 우회시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 빔이 전파되는 것을 방지하는 단계는 상기 객체 또는 상기 준-모노 에너제틱 빔이 이동할 때까지 상기 객체가 추가로 상기 준 모노 에너제틱 빔에 노출되는 것을 방지하여, 새로운 위치가 조사되도록 하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 빔이 전파되는 것을 방지하는 단계는 상기 전자 다발에 충돌하는 것으로부터 상기 레이저 광의 펄싱된 빔을 시간에 맞추어 우회시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 빔이 전파되는 것을 방지하는 단계는 상기 객체 또는 상기 준-모노 에너제틱 빔이 이동할 때까지 상기 객체가 추가로 상기 준 모노 에너제틱 빔에 노출되는 것을 방지하여, 새로운 위치가 조사되도록 하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 빔이 전파되는 것을 방지하는 단계는 상기 상호작용 레이저 또는 상기 가속계를 정상상태에서 교란시키지 않아서, 각 이미징 위치에서의 노출을 위하여 사용되는 빔은 상기 빔을 배향하는 단계 동안에 위치와 위치간에 동일한 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔은 20% 미만의 상대적인 대역폭을 가지는 준 모노 에너제틱 빔인 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 쓰레스홀드에 도달하는 상기 빔 에너지는 탐지 쓰레스홀드를 달성하기 위하여 일정한 전력원에 필요한 조사 시간을 측정함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔이 상기 제 1 위치 상으로 전파되는 것을 방지하는 단계는 상기 상호작용 레이저의 레이저 체인에서의 증폭 이전에 시드 레이저 펄스를 우회시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 빔이 상기 제 1 위치 상으로 전파되는 것을 방지하는 단계는 상기 선형 가속계에서 전자 다발을 생성하는 UV 레이저 펄스를 우회시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔이 상기 제 1 위치 상으로 전파되는 것을 방지하는 단계는, 상기 선형 가속계에서 전자 다발을 생성하는 UV 레이저 펄스를 시간에 맞지 않게(mistime) 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔이 상기 제 1 위치 상으로 전파되는 것을 방지하는 단계는 레이저 증폭 체인을 위하여 시드 레이저 펄스를 시간에 맞지 않게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 시드 레이저 펄스는 상기 상호작용 영역을 통하여 상기 전자 다발 및 레이저의 전이 시간의 차수가 되는 딜레이에 시간이 맞지 않게 하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    탐지를 위한 제1 쓰레스홀드 수준에 도달하는데 필요한 빔 에너지 또는 광자의 제 1 개수를 결정하는 단계는 정상상태 전자 빔 파라미터를 측정하고, 상기 상호작용 레이저 빔 에너지의 함수로서 엑스레이 또는 감마레이 생성을 캘리브레이션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  17. 제 3 항에 있어서,
    탐지를 위한 제 1 쓰레스홀드 수준에 도달하는데 필요한 빔 에너지 또는 광자의 제 1 개수를 결정하는 단계는, 정상상태 전자 빔 파라미터를 측정하고, 상호작용 레이저 빔 에너지의 함수로서 엑스레이 또는 감마레이 생성을 캘리브레이션하는 단계를 포함하되, 상기 정상상태 전자 빔 파라미터는 상호작용 영역 이후에 빔 덤프에서의 에너지를 측정하거나 전자 다발 주위에 있는 코일의 전류를 측정함으로써 측정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    탐지를 위한 제 1 쓰레스홀드 수준에 도달하는데 필요한 빔 에너지 또는 광자의 제 1 개수를 결정하는 단계는, 광자의 일부분을 제거하도록 구멍을 통하여 상기 빔을 통과시키는 단계를 포함하며, 상기 구멍에 배치된 엑스레이 또는 감마레이 에너지는 전체 레이저 콤프턴 출력에 비례하며, 이미징을 위하여 사용되는 축상 플럭스에 비례하고, 상기 단계는 상기 구멍에 있는 에너지를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 구멍은 형광 물질을 포함하며, 형광의 광자는 측정되어 전체 빔 플럭스의 비례 측정치가 되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  20. 제 1 항에 있어서,
    탐지를 위한 제 1 쓰레스홀드 수준에 도달하는데 필요한 빔 에너지 또는 광자의 제 1 개수를 결정하는 단계는 엑스레이 또는 감마레이 조사량을 측정하는데 사용되는 표준 이온 챔버를 통하여 상기 객체를 조사하기 전에 빔의 축상 부분 또는 축에서 벗어난 부분 또는 전체 빔을 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  21. 빔을 제공하기 위한 것으로서, 상호작용 영역으로 배향된 상대론적 전자의 일련의 다발을 제공하는 선형 가속계와, 상기 빔을 제공하기 위하여 상호작용 영역에서 상기 전자 다발과 충돌하도록 배향된 레이저 광의 펄싱된 빔을 제공하는 상호작용 레이저를 구비하는 레이저 콤프턴 엑스레이 또는 감마레이 소스;
    객체의 위치를 통과한 후에 상기 빔의 일부분을 탐지하도록 된 디텍터;
    상기 디텍터에 의해 탐지 쓰레스홀드 수준을 도달하는데 필요하였던 상기 위치에서 제 1 빔 에너지 또는 광자의 개수를 결정하는 수단; 및
    상기 디텍터가 탐지 쓰레스홀드 수준을 탐지하였을 때 상기 위치상으로 빔이 전파되는 것을 방지하는 수단을 포함하되,
    상기 위치 상으로 상기 빔이 전파되는 것을 방지하는 수단은 상기 상호작용 레이저 또는 상기 선형 가속계의 정상상태 작동을 실질적으로 교란시키지 않거나 실질적으로 영향을 주지 않는, 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 위치에서 제 1 빔 에너지 또는 광자의 개수를 결정하는 수단은 탐지에 대한 쓰레스홀드를 달성하도록 상기 빔에 필요한 조사 시간을 측정하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 빔이 전파되는 것을 방지하는 수단은 상기 전자 다발에 충돌하는 것으로부터 레이저 광의 펄싱된 빔을 시간상으로 또는 공간상으로 우회시키는 것을 특징으로 하는, 장치.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 빔은 20% 미만의 상대적인 대역폭을 가지는 준 모노 에너제틱 빔인 것을 특징으로 하는, 장치.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 빔이 상기 위치 상으로 전파되는 것을 방지하는 수단은 상기 상호작용 레이저의 레이저 체인에서 증폭 이전에 시드 레이저 펄스를 우회시키는 것을 특징으로 하는, 장치.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 빔이 상기 위치 상으로 전파되는 것을 방지하는 수단은 상기 선형 가속계에서 전자 다발을 생성하는 UV 레이저 펄스를 우회시키는 것을 특징으로 하는, 장치.
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 빔이 상기 위치 상으로 전파되는 것을 방지하는 수단은 상기 선형 가속계에서 전자 다발을 생성하는 UV 레이저 펄스를 시간에 맞지 않게 하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  28. 제 21 항에 있어서,
    상기 빔이 상기 위치 상으로 전파되는 것을 방지하는 수단은 상기 상호작용 레이저의 레이저 증폭 체인을 위하여 시드 레이저 펄스를 시간에 맞지 않게 하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 시드 레이저 펄스는 상호작용 영역을 통하여 전자 다발 및 레이저의 전이 시간의 차수로 되는 딜레이에 대하여 시간이 맞지 않게 되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  30. 제 21 항에 있어서,
    상기 위치에서 제 1 빔 에너지 또는 광자의 개수를 결정하는 수단은 상기 선형 가속계의 정상상태 전자 빔 파라미터를 측정하고, 상호작용 레이저 빔 에너지의 함수로서 상기 빔의 생성을 캘리브레이션하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  31. 제 21 항에 있어서,
    상기 위치에서 제 1 빔 에너지 또는 광자의 개수를 결정하는 수단은 정상상태 전자 빔 파라미터를 측정하고, 상호작용 레이저 빔 에너지의 함수로서 엑스레이 또는 감마레이 생성을 캘리브레이션하며, 상기 정상상태 전자 빔 파라미터는 상기 상호작용 영역 이후에 빔 덤프에서 에너지를 측정하거나 상기 전자 다발 주위의 코일에서 전류를 측정함으로써 측정되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  32. 제 21 항에 있어서,
    상기 위치에서 제 1 빔 에너지 또는 광자의 개수를 결정하는 수단은 광자의 일부분을 제거하도록 된 구멍에 놓인 에너지를 결정하며, 상기 구멍에 놓인 엑스레이 또는 감마레이 에너지는 전체 레이저 콤프턴 출력에 비례하며, 이미징을 위하여 사용되는 축상 플럭스에 비례하고, 상기 단계는 상기 구멍에 놓인 에너지를 측정하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  33. 제 22 항에 있어서,
    상기 구멍은 형광 물질을 포함하며, 상기 형광의 광자는 측정되어 전체 빔 플럭스의 비례 측정치가 되는 것을 특징으로 하는, 장치
  34. 제 21 항에 있어서,
    상기 위치에서 제 1 빔 에너지 또는 광자의 개수를 결정하는 수단은 상기 객체의 상기 위치에 도달하기 전에 상기 빔이 통과하는 이온 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
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