特表 2024-537332 イオン化粒子の検出に基づく放射線画像撮像

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-10

(54)【発明の名称】イオン化粒子の検出に基づく放射線画像撮像

(51)【国際特許分類】

   G01V 5/00 20240101AFI20241003BHJP

【ＦＩ】

G01V5/00

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024522125

(86)(22)【出願日】2022-10-11

(85)【翻訳文提出日】2024-06-06

(86)【国際出願番号】 EP2022078291

(87)【国際公開番号】W WO2023062027

(87)【国際公開日】2023-04-20

(31)【優先権主張番号】21201857.6

(32)【優先日】2021-10-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】508246076

【氏名又は名称】ウニヴェルシテ カトリック ド ルヴァン

【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＥ ＣＡＴＨＯＬＩＱＵＥ ＤＥ ＬＯＵＶＡＩＮ

【住所又は居所原語表記】Ｐｌａｃｅ ｄｅ ｌ’Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｅ １，Ｂ－１３４８ Ｌｏｕｖａｉｎ－ｌａ－Ｎｅｕｖｅ，Ｂｅｌｇｉｕｍ

(74)【代理人】

【識別番号】100121728

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 勝守

(74)【代理人】

【識別番号】100165803

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 修平

(74)【代理人】

【識別番号】100179648

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 咲江

(74)【代理人】

【識別番号】100222885

【弁理士】

【氏名又は名称】早川 康

(74)【代理人】

【識別番号】100140338

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100227695

【弁理士】

【氏名又は名称】有川 智章

(74)【代理人】

【識別番号】100170896

【弁理士】

【氏名又は名称】寺薗 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100219313

【弁理士】

【氏名又は名称】米口 麻子

(74)【代理人】

【識別番号】100161610

【弁理士】

【氏名又は名称】藤野 香子

(74)【代理人】

【識別番号】100206586

【弁理士】

【氏名又は名称】市田 哲

(72)【発明者】

【氏名】コルティナ ギル，エドゥアルド

(72)【発明者】

【氏名】ジャマーンコ，アンドレア

(72)【発明者】

【氏名】バスネット，サミップ

(72)【発明者】

【氏名】ヴィケンス，ソフィー

【テーマコード（参考）】

2G105

【Ｆターム（参考）】

2G105AA01

2G105BB19

2G105CC02

2G105EE06

(57)【要約】

イオン化粒子検出モジュールでイオン化チャンバを横断するイオン化粒子は、媒体に局所的イオン化を生成する。検出パッド部のマトリクスは個々の検出パッド部が個々のゾーンを覆うようにチャンバに面する。検出チャネル部は、以下の規則に従って、検出パッド部からなる群を備える。第一に検出チャネル部の検出パッド部は隣接せずマトリクス全体に散在している。第二に２つの検出チャネル部はマトリクスで隣り合う最大２個の検出パッド部を有し、２個の検出パッド部の一方は２つの検出チャネル部の一方に属し、２個の検出パッド部の他方は２つの検出チャネル部の他方に属する。検出チャネル部は、局所的イオン化のインジケーションを提供する。クラスタは検出パッド部の中から特定される。インジケーションは、特定されたクラスタが所定最小数の検出パッド部を備える場合に提供される。インジケーションはイオン化粒子がチャンバをどこで横断したかを示す。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

以下を備えるイオン化粒子検出モジュール（１００）：
－ 以下を備えるイオン化粒子検出器（１０１）：
－ イオン化チャンバ（１０３）であって、当該イオン化チャンバを横断するイオン化粒子に反応して当該イオン化チャンバ内でイオン化可能媒体（２０５）に局所的なイオン化（２１５）を生成するように適合したイオン化チャンバ；
－ 検出パッド部のマトリクス（１０４）であって、個々の検出パッド部が前記イオン化チャンバにおける個々のゾーンを覆うように、前記イオン化チャンバに面する検出パッド部のマトリクス；および
－ 複数の検出チャネル部（１０５）であって、個々の検出チャネル部が、以下の規則に従って、検出パッド部からなる個々の相互排他的な群を備える、複数の検出チャネル部：
－ 検出チャネル部の前記検出パッド部は、隣接せず、前記マトリクス全体に散在していること；
－ ２つの検出チャネル部は、前記マトリクスで隣り合う最大２個の検出パッド部を有し、当該２個の検出パッド部の一方は、当該２つの検出チャネル部の一方に属し、当該２個の検出パッド部の他方は、当該２つの検出チャネル部の他方に属すること、
検出チャネル部（１０７）は、当該検出チャネル部の前記個々の検出パッド部によって覆われた、前記イオン化チャンバにおける前記個々のゾーン内のどこかで発生する局所的なイオン化のインジケーションを提供するように適合している；
ならびに
－ 横断点ロケータ部（１０２）であって、同時に局所的なイオン化のインジケーションを提供する検出チャネル部に属する前記検出パッド部の中からクラスタを特定するように適合していて、特定された前記クラスタが所定の最小数の検出パッド部を備える場合に当該クラスタに基づいて横断点インジケーションを提供するように適合しており、当該横断点インジケーションは、前記イオン化粒子が前記イオン化チャンバをどこで横断したかを示す、横断点ロケータ部。

【請求項2】

請求項１に記載のイオン化粒子検出モジュールにおいて、
前記検出チャネル部は、Ｎ個（Ｎは整数）の検出パッド部を備え、
前記検出チャネル部の検出パッド部は、前記検出パッド部のマトリクス（１０４）を分割してできるＮ個のサブマトリクス（３０１－３０４）のうちのサブマトリクスに一意に属する、イオン化粒子検出モジュール。

【請求項3】

請求項１または２に記載のイオン化粒子検出モジュールにおいて、
前記検出パッド部のマトリクス（１０４）は、数百平方センチメートルオーダーの領域を覆う、イオン化粒子検出モジュール。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１つに記載のイオン化粒子検出モジュールにおいて、
前記検出パッド部のマトリクス（１０４）における前記検出パッド部は、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下からなるピッチを有する、イオン化粒子検出モジュール。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１つに記載のイオン化粒子検出モジュールにおいて、
前記検出パッド部のマトリクス（１０４）は、支持構造（２１１）の一側部に存在し、前記支持構造の他側部は、前記検出チャネル部の電気回路（２１３）を備える、イオン化粒子検出モジュール。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１つに記載のイオン化粒子検出モジュールにおいて、
前記イオン化チャンバ（１０３）は、一対の平行なガラス板（２０１，２０２）を備える、イオン化粒子検出モジュール。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１つに記載のイオン化粒子検出モジュールにおいて、
少なくともの１つ前記平行なガラス板（２０１，２０２）は、半導電性コーティング（２０６）を備える、イオン化粒子検出モジュール。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１つに記載のイオン化粒子検出モジュールにおいて、
前記イオン化可能媒体（２０５）は、電子および光子を吸収するクエンチャを備える、イオン化粒子検出モジュール。

【請求項9】

対象物を横断したイオン化粒子の検出に基づいて当該対象物を撮像するように適合した放射線画像撮像システム（６００）であって、
請求項１～８のいずれか１つに記載のイオン化粒子検出モジュール（６０１，６０２）を少なくとも１つ備える、放射線画像撮像システム。

【請求項10】

請求項９に記載の放射線画像撮像システムにおいて、
並置された２つのイオン化粒子検出モジュール（６０１，６０２）を備える、放射線画像撮像システム。

【請求項11】

請求項１０に記載の放射線画像撮像システムにおいて、
前記２つのイオン化粒子検出モジュール（６０１，６０２）の一方（６０１）における前記横断点ロケータ部（１０２）によって提供される前記横断点インジケーションと、前記２つのイオン化粒子検出モジュールの他方（６０２）における前記横断点ロケータ部によって提供される横断点インジケーションとに基づいて、前記検出されたイオン化粒子についての入射角インジケーションを提供するように適合している、放射線画像撮像システム。

【請求項12】

請求項１０または１１に記載の放射線画像撮像システムにおいて、
前記２つのイオン化粒子検出モジュール（６０１，６０２）のどちらにおける前記検出チャネル部が局所的なイオン化のインジケーションを最初に提供したかを特定することにより、前記検出されたイオン化粒子についての方向インジケーションを提供するように適合している、放射線画像撮像システム。

【請求項13】

請求項９～１２のいずれか１つに記載の放射線画像撮像システムにおいて、
同じ面（５０５）に近接して配置されるように適合した複数のイオン化粒子検出器（５０１－５０４）を備える、放射線画像撮像システム。

【請求項14】

対象物を撮像するための請求項９～１３のいずれか１つに記載の放射線画像撮像システムの使用であって、
ミューオンは、前記対象物を横断し検出される前記イオン化粒子を構成する、使用。

【請求項15】

撮像対象物を横断したイオン化粒子の検出に基づく放射線画像撮像方法であって、
以下で構成される：
－ 以下を備えるイオン化粒子検出器（１０２）：
－ イオン化チャンバ（１０３）であって、当該イオン化チャンバを横断するイオン化粒子に反応して当該イオン化チャンバ内でイオン化可能媒体（２０５）に局所的なイオン化（２１５）を生成するように適合したイオン化チャンバ；
－ 検出パッド部のマトリクス（１０４）であって、個々の検出パッド部が前記イオン化チャンバにおける個々のゾーンを覆うように、前記イオン化チャンバに面する検出パッド部のマトリクス；および
－ 複数の検出チャネル部（１０５）であって、個々の検出チャネル部が、以下の規則に従って、互いに電気的に相互接続された検出パッド部からなる個々の相互排他的な群を備える、複数の検出チャネル部：
－ 検出チャネル部の前記検出パッド部は、隣接せず、前記マトリクス全体に散在していること；
－ ２つの検出チャネル部は、隣り合う最大２個の検出パッド部を有し、当該２個の検出パッド部の一方は、当該２つの検出チャネル部の一方に属し、当該２個の検出パッド部の他方は、当該２つの検出チャネル部の他方に属すること、
検出チャネル部（１０７）は、当該検出チャネル部の前記個々の検出パッド部によって覆われた、前記イオン化チャンバにおける前記個々のゾーン内のどこかで発生する局所的なイオン化のインジケーションを提供するように適合している、
当該方法は、以下を備える：
－ 同時に局所的なイオン化のインジケーションを提供する検出チャネル部に属する前記検出パッド部の中から検出パッド部のクラスタを特定するステップ；および
－ 特定された前記クラスタが所定の最小数の検出パッド部を備える場合に当該クラスタに基づいて横断点インジケーションを提供するステップであって、当該横断点インジケーションは、前記イオン化粒子が前記イオン化チャンバをどこで横断したかを示す、ステップ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の一態様は、撮像対象物を横断したイオン化粒子の検出のためのイオン化粒子検出モジュールに関する。イオン化粒子は、例えばミューオンであり得る。イオン化粒子検出モジュールは、例えばミューオンテレスコープ、ミューオグラフまたはミューオスコープと呼ばれるものなどの放射線画像撮像システムの一部を形成し得る。本発明の他の態様は、放射線画像撮像システムおよびその使用、ならびに撮像対象物を横断したイオン化粒子の検出に基づく放射線画像撮像方法に関する。

【背景技術】

【0002】

対象物は、当該対象物を横断したイオン化粒子を検出することにより撮像され得る。イオン化粒子は、ミューオンであり得る。ミューオンは、宇宙線によって大気圏の上部で生成される。ミューオンは、比較的大きな透過力を有する。その結果、ミューオンは、例えば貨物、建物、さらには山などの比較的大きな対象物を横断し得る。海面には、ミューオンは、約１００Ｈｚ／ｍ^２の割合で到来する。ミューオンに基づく撮像は、一般的に新語により「ミューオグラフィ」と呼ばれる。例えば「ミューオンラジオグラフィ」、「ミューオントモグラフィ」および「宇宙線ラジオグラフィ」などの他の用語も使われる。

【0003】

２つの基本的なミューオグラフィ技術：吸収ベースのミューオグラフィおよび散乱ベースのミューオグラフィが存在する。吸収ベースのミューオグラフィでは、ミューオンが撮像対象物に対して片側で検出される。撮像は、ミューオンが対象物を通過する確率に基づいている。散乱ベースのミューオグラフィでは、ミューオンが、撮像対象物の２つの対向する側で検出される。ミューオンの軌道は、対象物を通過する前および後で検出される。撮像は、対象物を横断したミューオンの散乱に基づいている。

【0004】

ミューオグラフィは、吸収ベースであっても散乱ベースであっても、比較的長い時間がかかり得る。比較的小さな対象物を撮像するのに数時間がかかり得る。比較的大きな対象物を撮像するのに数週間がかかり得る。これは、ミューオンが到来する割合が比較的低いからである。ほとんどのミューオンが天頂に近い角度から優先的に到来することから、対象物の向きも一因となっている。

【0005】

ミューオグラフィは、入射ミューオンを検出して、入射ミューオンが検出モジュールをどこで横断したかを示す、検出モジュールを一般的に含む。検出モジュールは、いわゆるガラス抵抗板チャンバを備え得る。基本的に、ガラス抵抗板チャンバは、抵抗性の外層が設けられた一対の平行なガラス板の間に備えられるチャンバである。チャンバは、イオン化ガスを含む。比較的高い電圧が、平行なガラス板の抵抗性外層の間に印加される。これは、イオン化ガスで満たされたチャンバに比較的強い電場を生成する。チャンバを横断するミューオンは、その航跡にイオン化ガスの痕跡を残す。このイオン化ガスの痕跡は、平行なガラス板の１つに面する導電性ストリップによって検出され得る。

【0006】

検出モジュールは、典型的に２つのガラス抵抗板チャンバを備える。２つのガラス抵抗板チャンバの一方は、Ｘ方向に導電性ストリップのアレイを備える。他方のガラス抵抗板チャンバは、Ｙ方向、すなわちＸ方向に直交する方向に導電性ストリップのアレイを備える。２つのガラス抵抗板チャンバを横断するミューオンは、これらのチャンバの各々で局所的なイオン化を引き起こす。一方のチャンバでは、これがＸ方向における導電性ストリップの１つで信号を生じさせる。他方のチャンバでは、これがＹ方向における導電性ストリップの１つで信号を生じさせる。これらのそれぞれの信号が生じた、Ｘ方向における導電性ストリップとＹ方向における導電性ストリップとは、ミューオンが検出モジュールをどこで横断したかを示す。

【0007】

ミューオンの軌道を検出するためには、前述の２つの検出モジュールが必要である。各検出モジュールは、ミューオンが当該検出モジュールをどこで横断したかを示す。これらのインジケーションに基づいて、方位角方向における入射角と仰角方向における入射角とを特定することができる。これらの角度は、２つの検出モジュールを横断するミューオンの軌道を示す。したがって、ミューオン軌道の検出は、４つのガラス抵抗板チャンバを伴う。

【0008】

米国特許第１０４５１７４５号は、先行技術の一例である。この公報は、ミューオン方向と飛行軌道または経路とを特定することが可能なミューオン検出システムについて説明している。このミューオン検出システムは、ミューオン方向を特定するためのシンチレータと、直交する層に配置された、飛行軌道を特定するためのミューオン検出器のアレイとを含む。このシステムは、トモグラフィおよびテレスコピックモードの撮像に使用可能であって、隠されたおよび／または地下の対象物を撮像するのに使用され得る。

【0009】

Ｐｒｏｃｕｒｅｕｒ Ｓ．らによる、“Ｇｅｎｅｔｉｃ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ａｎｄ ｆｉｒｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｉｔｈ ａ ５０×５０ｃｍ^２ Ｍｉｃｒｏｍｅｇａｓ”と題された、Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＆ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｓｅｃｔｉｏｎ Ａ，Ｖｏｌ．７２９，８８８－８９４頁に掲載された論文は、先行技術の他の一例である。この論文は、Ｍｉｃｒｏｍｅｇａｓ検出器、より一般的にはどのマイクロパターンガス検出器（ＭＧＤＰ）でも、粒子が通常、いくつかの隣接するストリップに信号を残すことが判明したと述べている。この特徴は、明らかに冗長性を持ち、適切なグループ化パターンを持つ粒子を突き止めるのに利用可能である。実際に、２つの隣接するストリップｉおよびｉ＋１が２つの所定のチャネルａおよびｂと接続され、これらのチャネルの各々が順番にいくつかの他のストリップと接続されると仮定する。この接続は、２つのチャネルの所定の組に対して、２つの連続するストリップの組が１つのみ存在するように行われる。したがって、信号がチャネルａおよびｂにのみ記録された場合、この信号がストリップｉおよびｉ＋１の近くでの粒子の通過に起因することがほぼ確実である。このいわゆる遺伝的多重化は、欧州特許出願公開第２７４９９０３号にも記載されている。

【発明の概要】

【0010】

以下の側面の少なくとも１つにおける改善を可能とするイオン化粒子検出モジュールが求められている：小型化、軽量化、使い易さ、空間分解能、低コストおよび低消費電力。

【0011】

本発明の一態様は、請求項１に規定されるように、以下を備えるイオン化粒子検出モジュールを提供する：
－ 以下を備えるイオン化粒子検出器：
－ イオン化チャンバであって、当該イオン化チャンバを横断するイオン化粒子に反応して当該イオン化チャンバ内でイオン化可能媒体に局所的なイオン化を生成するように適合したイオン化チャンバ；
－ 検出パッド部のマトリクスであって、個々の検出パッド部が前記イオン化チャンバにおける個々のゾーンを覆うように、前記イオン化チャンバに面する検出パッド部のマトリクス；および
－ 複数の検出チャネル部であって、個々の検出チャネル部が、以下の規則に従って、検出パッド部からなる個々の相互排他的な群を備える、複数の検出チャネル部：
－ 検出チャネル部の前記検出パッド部は、隣接せず、前記マトリクス全体に散在していること；
－ ２つの検出チャネル部は、前記マトリクスで隣り合う最大２個の検出パッド部を有し、当該２個の検出パッド部の一方は、当該２つの検出チャネル部の一方に属し、当該２個の検出パッド部の他方は、当該２つの検出チャネル部の他方に属すること、
検出チャネル部は、当該検出チャネル部の前記個々の検出パッド部によって覆われた、前記イオン化チャンバにおける前記個々のゾーン内のどこかで発生する局所的なイオン化のインジケーションを提供するように適合している；
ならびに
－ 横断点ロケータ部であって、同時に局所的なイオン化のインジケーションを提供する検出チャネル部に属する前記検出パッド部の中からクラスタを特定するように適合していて、特定された前記クラスタが所定の最小数の検出パッド部を備える場合に当該クラスタに基づいて横断点インジケーションを提供するように適合しており、当該横断点インジケーションは、前記イオン化粒子が前記イオン化チャンバをどこで横断したかを示す、横断点ロケータ部。

【0012】

本発明のさらなる一態様は、請求項９に規定されるように、対象物を横断したイオン化粒子の検出に基づいて当該対象物を撮像するように適合した放射線画像撮像システムを提供し、前記放射線画像撮像システムは、上に規定されたイオン化粒子検出モジュールを少なくとも１つ備える。

【0013】

本発明のさらなる他の一態様は、請求項１４に規定されるように、対象物を撮像するためのこのような放射線画像撮像システムの使用を提供し、ミューオンは、前記対象物を横断し検出される前記イオン化粒子を構成する。

【0014】

本発明のさらなる他の一態様は、請求項１５に規定されるように、撮像対象物を横断したイオン化粒子の検出に基づく放射線画像撮像方法を提供し、当該使用は、以下で構成される：
－ 以下を備えるイオン化粒子検出器：
－ イオン化チャンバであって、当該イオン化チャンバを横断するイオン化粒子に反応して当該イオン化チャンバ内でイオン化可能媒体に局所的なイオン化を生成するように適合したイオン化チャンバ；
－ 検出パッド部のマトリクスであって、個々の検出パッド部が前記イオン化チャンバにおける個々のゾーンを覆うように、前記イオン化チャンバに面する検出パッド部のマトリクス；および
－ 複数の検出チャネル部であって、個々の検出チャネル部が、以下の規則に従って、互いに電気的に相互接続された検出パッド部からなる個々の相互排他的な群を備える、複数の検出チャネル部：
－ 検出チャネル部の前記検出パッド部は、隣接せず、前記マトリクス全体に散在していること；
－ ２つの検出チャネル部は、隣り合う最大２個の検出パッド部を有し、当該２個の検出パッド部の一方は、当該２つの検出チャネル部の一方に属し、当該２個の検出パッド部の他方は、当該２つの検出チャネル部の他方に属すること、
検出チャネル部は、当該検出チャネル部の前記個々の検出パッド部によって覆われた、前記イオン化チャンバにおける前記個々のゾーン内のどこかで発生する局所的なイオン化のインジケーションを提供するように適合している、
当該方法は、以下を備える：
－ 同時に局所的なイオン化のインジケーションを提供する検出チャネル部に属する前記検出パッド部の中から検出パッド部のクラスタを特定するステップ；および
－ 特定された前記クラスタが所定の最小数の検出パッド部を備える場合に当該クラスタに基づいて横断点インジケーションを提供するステップであって、当該横断点インジケーションは、前記イオン化粒子が前記イオン化チャンバをどこで横断したかを示す、ステップ。

【0015】

これらの側面の各々では、単一のイオン化チャンバを備える単一のイオン化粒子検出モジュールが、イオン化粒子がイオン化チャンバをどこで横断したかのインジケーションを提供することができる。これ故に、イオン化粒子の軌道を特定するには、２つのイオン化チャンバを備える２つのこのようなモジュールだけで十分である。これに対して、先行技術では、イオン化粒子の軌道を特定するのに４つのイオン化チャンバが必要である。したがって、上に規定されたイオン化粒子検出モジュールは、よりコンパクトで、より軽量で、より低コストな放射線画像撮像システムを可能とする。

【0016】

上に規定されたようなイオン化粒子検出モジュールは、検出可能な横断点の総数と比較して、比較的少ない検出チャネル部を備え得る。すなわち、比較的少ない検出チャネル部で、満足のいく空間分解能を達成することができる。検出チャネル部が一般的に比較的高い消費電力を有し、比較的高価であることを考慮すると、これは、比較的低い消費電力予算およびコスト予算内で満足のいく分解能を達成することにつながる。

【0017】

上に規定されたようなイオン化粒子検出モジュールは、シンチレータバーに基づく検出器の魅力的な代替案となり得る。携帯が必要な放射線画像撮像システムは、特にミューオグラフで、シンチレータバーが比較的コンパクトで、比較的軽量で、比較的少ない電力を消費することから、シンチレータバーに基づく検出器を備え得る。しかしながら、これらの検出器は、比較的低い空間分解能を有する。上に規定されたようなイオン化粒子検出モジュールは、コンパクトで、比較的軽量で、かつ比較的少ない電力を消費しつつも、格段に優れた空間分解能を提供し得る。

【0018】

したがって、上に規定されたようなイオン化粒子検出モジュールは、以下の基準の少なくとも１つが重要である適用で、利点を得るのに使用され得る：小型化、軽量化、使い易さ、空間分解能、低コスト、低消費電力。例えば、イオン化粒子検出モジュールは、例えば地下空洞などの比較的小さな空間で動作する放射線画像撮像システムで使用され得る。このような動作は、例えば鉱山探査または考古学で必要であり得る。他の使用例は、物体や、例えば核廃棄物キャスクなどの容器の検査に関する。固定された走査ポータルを使用する代わりに、このようなキャスクは、ポータブルな放射線画像撮像システムによって検査され得、このポータブルな放射線画像撮像システムは、低い消費電力のおかげで電池駆動であり得る。さらに、小型化によって、イオン化粒子検出モジュールが、密集して詰め込まれ得るこれらのキャスクの間の比較的狭い空間に配置され得る。

【0019】

本発明の他の利点は、検出の信頼性に関する。ノイズ、干渉およびその他の寄生効果は、特に多重化方式が適用されたときに、イオン化粒子の誤検出を引き起こし得る。検出が２つのグリッドアレイ、ＸグリッドおよびＹグリッドを伴う場合、二次元面で、誤った位置特定の可能性が２つ存在する。誤検出がＸグリッドで発生し得、あるいは誤検出がＹグリッドまたはこれらの両方で発生し得る。これに対して、本発明によれば、イオン化粒子の検出は、検出パッド部のマトリクスを伴い、このマトリクスは、二次元面における誤った位置特定の唯一の可能性を構成する。誤った位置特定の可能性は、低くなる。さらに、検出パッド部のマトリクスは、クラスタの形状を特定することを可能とし、このクラスタの形状の特定は、クラスタがイオン化粒子に起因している可能性が最も高いのか、あるいは寄生効果によって引き起こされた可能性が最も高いのか、を確実に判断するのに一助となり得る。

【0020】

本発明のさらに他の利点は、全体的な検出効率に関する。平面を横断するイオン化粒子を検出する検出器は、所定の効率で検出する。平面を横断する１００個のイオン化粒子のうち、１００未満の所定の数のみが検出され、これは、効率の％として表され得る。イオン化粒子の軌道を検出する先行技術の方法は、少なくとも４つの検出面：上側Ｘ面、上側Ｙ面、下側Ｘ面および下側Ｙ面、を要する。これに対して、特許請求の範囲に記載された本発明は、上に規定されたように２つの検出モジュールに設けられた２つの検出面のみで軌道を検出するのを可能とする。前述の検出面の各々が、所定の、例えば９０％の効率を有すると仮定すると、特許請求の範囲に記載された本発明は、６６％よりも若干少ない検出効率を有する先行技術の方法と比較して、より高い検出効率、具体的には８１％の検出効率を可能とする。

【0021】

例示を目的として、本発明のいくつかの実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本明細書では、追加の特徴が提示され、そのうちのいくつかは、従属請求項に規定され、利点が明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、イオン化粒子検出モジュールのブロック図である。

【図2】図２は、イオン化粒子検出モジュールにおけるイオン化粒子検出器の模式的な断面図である。

【図3】図３は、検出パッド部が属する検出チャネル部を示す参照数字とともに、イオン化粒子検出器における検出パッド部のマトリクスの模式的な天面図である。

【図4】図４は、検出パッド部と図３に表されたようにこれらが属する検出チャネル部とのマトリクスに関連する、クラスタサイズのヒストグラムである。

【図5】図５は、同じ面に配置されたイオン化粒子検出モジュールのアセンブリの模式的なブロック図である。

【図6】図６は、並置された２つのイオン化粒子検出モジュールを備える放射線画像撮像システムの模式的なブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１は、イオン化粒子検出モジュール１００を模式的に示している。図１は、イオン化粒子検出モジュール１００の極めて模式的なブロック図を提供する。イオン化粒子検出モジュール１００は、例えばいわゆるミューオグラフで使用され得る。ミューオグラフは、撮像対象物を横断したミューオンを検出することにより対象物を撮像する放射線画像撮像システムである。

【0024】

イオン化粒子検出モジュール１００は、イオン化粒子検出器１０１と、横断点ロケータ部１０２とを備える。イオン化粒子検出器１０１は、イオン化チャンバ１０３と、イオン化チャンバ１０３に面する検出パッド部のマトリクス１０４と、複数の検出チャネル部１０５とを備える。検出チャネル部は、互いに電気的に相互接続され得る検出パッド部からなる群を備える。これに関しては、後述する所定の規則が適用される。図１では、単純明快にするために、１個の検出パッド部のみが参照符号１０６によって示されており、１つの検出チャネル部のみが参照符号１０７によって示されている。

【0025】

前述したように、図１は、極めて模式的である。検出パッド部のマトリクス１０４は、任意の数の検出パッド部を備え得る。図１は、単なる便宜上、６×６の検出パッド部を示している。同様に、図１は、単なる便宜上、４つの検出チャネル部を示している。検出チャネル部の数は、一般的に検出パッド部の数を多重化係数で割ったものに対応する。これについては、より詳細に後述する。

【0026】

横断点ロケータ部１０２は、適切にプログラムされたプロセッサまたはプロセッサの集合によって実施され得る。横断点ロケータ部１０２は、後述する様々な動作を実行する。ソフトウェアプログラムは、これらの動作を規定し得る。

【0027】

図２は、イオン化粒子検出器１０１の一実施形態を模式的に示しており、イオン化粒子検出器１０１は、図１に示されたイオン化粒子検出モジュール１００の一部を形成する。図２は、本実施形態の模式的な断面図を提供し、これは、以下便宜上、イオン化粒子検出器１０１としても参照される。イオン化粒子検出器１０１は、単純化するために図２には表されていないケーシングに収容され得る。ケーシングは、例えばアルミニウム、炭素繊維材料または樹脂材料を備え得る。ケーシングは、アウトガスフリーであることが好ましい。

【0028】

本実施形態で、イオン化チャンバ１０３は、一対の平行なガラス板２０１，２０２を備える。以下便宜上、これらのガラス板の一方である２０１は、上側のガラス板２０１として参照され、これに対して他方のガラス板２０２は、下側のガラス板２０２として参照される。上側のガラス板２０１は、数百平方センチメートルオーダーの表面領域と、例えば０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の厚さとを有し得る。下側のガラス板２０２は、同様の表面領域および同様の厚さを有し得る。一対の平行なガラス板２０１，２０２の間の間隙は、例えば１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり得る。

【0029】

一対の平行なガラス板２０１，２０２は、フレーム部２０３に固定され得る。フレーム部２０３は、例えば繊維材料製であり得る。イオン化チャンバ１０３は、図２に示されるように、一対の平行なガラス板２０１，２０２の間にスペーサ２０４をさらに備え得る。これらのスペーサ２０４は、ボール形状であり得、例えばセラミック材料または一般的に頭字語ＰＥＥＫによって示されるポリエーテルエーテルケトン製であり得る。スペーサ２０４は、一対の平行なガラス板２０１，２０２の間の間隙の均一性に寄与する。

【0030】

一対の平行なガラス板２０１，２０２の間の間隙は、イオン化可能媒体２０５で満たされ、イオン化可能媒体２０５は、ガスであり得る。イオン化可能媒体２０５は、以下例示としてイオン化ガス２０５として参照される。イオン化ガス２０５は、例えばフレオン、イソブタンおよび六フッ化硫黄（ＳＦ_６）の混合物または任意の他の適切な混合物であり得る。一例として、フレオンは、９５％以上９９％以下からなる割合で存在し得、イソブタンは、１％以上５％以下の割合で存在し得、六フッ化硫黄は、０．１％以上２％以下の割合で存在し得る。フレオン９５．２％、イソブタン４．５％および六フッ化硫黄０．３％の混合物は、満足のいく結果を提供した。イオン化ガス２０５は、好ましくは低い可燃性の程度および低い毒性の程度を有する。さらに、イオン化ガス２０５が比較的低い地球温暖化係数を有することが望ましい。

【0031】

イオン化ガス２０５は、わずかな過圧を有し得る。すなわち、イオン化チャンバ１０３内のイオン化ガス２０５は、大気圧よりもわずかに高い圧力を有し得る。したがってイオン化ガス２０５のいかなる漏れは、外部から内部にではなく、内部から外部に向かう。これにより、イオン化チャンバ１０３内のイオン化ガス２０５の汚染が回避される。

【0032】

イオン化チャンバ１０３は、比較的高い気密度を有するように構成されている。イオン化チャンバ１０３は、イオン化ガス２０５のいかなる漏れが比較的低い割合で発生するように構成され得、この割合は、例えば１０^－９ｍｂａｒリットル／秒未満であり得る。これは、環境の安全性に寄与する。さらに、このような高い気密度は、イオン化ガス２０５の漏れを補うための１つ以上のガスボトルの必要性を除去し得る。結果として、これは、イオン化粒子検出器１０１の携帯性に寄与する。

【0033】

比較的高い気密度は、以下の方法で達成可能である。イオン化チャンバ１０３をイオン化ガス２０５で満たす前に、真空が、イオン化チャンバ１０３に、一対の平行なガラス板２０１，２０２の間の間隙に作られる。続いて、ヘリウムまたは他の適切なガスを用いて、漏れが発生している箇所が特定され得る。次に、これらの特定された箇所が、そこで漏れが発生するのを防ぐために処理される。このプロセスは、１回または数回繰り返され得る。

【0034】

上側のガラス板２０１は、半導電性コーティング２０６が設けられた外側部を有する。同様に、下側のガラス板２０２は、コーティング２０７が設けられた外側部を有し、コーティング２０７も、半導電性であり得る。上側のガラス板２０１上の半導電性コーティング２０６は、例えばグラファイトまたはアンチモンドープト酸化錫を備え得る。半導電性コーティング２０６は、例えば１０マイクロメートル以上５０マイクロメートル以下の厚さを有し得る。半導電性コーティング２０６は、例えば０．５ＭΩ／平方以上１０ＭΩ／平方以下からなる表面抵抗率を有し得る。半導電性コーティング２０６は、上側のガラス板２０１上に、例えば塗装またはセリグラフィによって積層され得る。前述のことは、下側のガラス板２０２上のコーティング２０７にも適用され得る。

【0035】

高電圧源２０８は、上側のガラス板２０１上の半導電性コーティング２０６と下側のガラス板２０２上のコーティング２０７との間に、比較的高いバイアス電圧を印加する。このバイアス電圧は、例えば５キロボルト（ｋＶ）以上１５キロボルト（ｋＶ）以下であり得る。これは、イオン化チャンバ１０３に、イオン化ガス２０５で満たされた一対の平行なガラス板２０１，２０２の間の間隙に、比較的強い電場を生成する。

【0036】

電気絶縁層２０９は、検出パッド部のマトリクス１０４と上側のガラス板２０１上の半導電性コーティング２０６との間に存在する。電気絶縁層２０９は、例えばマイラーシートの形態であり得る。電気絶縁層２０９は、例えば２０マイクロメートル以上１００マイクロメートル以下の厚さを有し得る。電気絶縁層２１０は、また、下側のガラス板２０２上のコーティング２０７を覆い得る。この電気絶縁層２１０は、上側のガラス板２０１上の半導電性コーティング２０６を覆うものと同様であり得る。

【0037】

検出パッド部のマトリクス１０４は、イオン化チャンバ１０３に面し、支持構造２１１に設けられている。検出パッド部は、従来のイオン化粒子検出器で使用されるストリップとは異なり、例えば導電性材料製の矩形平面状の要素の形態であり得る。支持構造２１１は、例えば両面プリント回路基板またはこれらの間に相互接続を有するこのような基板の平面アセンブリの形態であり得る。支持構造２１１は、以下例示としてプリント回路基板２１１として参照される。したがって、検出パッド部のマトリクス１０４は、生プリント回路基板を適切にエッチングすることにより形成され得る。保護カバー２１２は、図２に示されるように、プリント回路基板２１１に適用され得る。保護カバー２１２は、例えばポリカーボネートからなり得る。

【0038】

検出パッド部のマトリクス１０４は、プリント回路基板２１１の一側部に存在し、これは、以下便宜上、下側部として参照される。プリント回路基板２１１の他側部は、上側部として参照され、電気回路２１３を備える。これらの電気回路２１３は、図１を参照して前述した複数の検出チャネル部１０５の一部であり得る。検出チャネル部の電気回路は、例えば電荷感応型増幅器、弁別回路、単安定回路およびドライバ回路を備え得る。電気回路２１３は、一般的に頭字語“ＡＳＩＣ”によって示される特定用途向け集積回路の形態であり得る。

【0039】

検出パッド部のマトリクス１０４は、数百平方センチメートルオーダーの領域を覆い得る。例えば、覆われた領域は、１６ｃｍ×１６ｃｍであり得る。検出パッド部のマトリクス１０４は、例えば０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下からなるピッチを有し得る。図２は、個々の検出パッド部がイオン化チャンバ１０３における個々のゾーンを覆うのを示している。図２では、このようなゾーンの１つのみが参照符号２１４によって示されている。このゾーン２１４は、検出パッド部１０６によって覆われている。したがって、個々の検出パッド部によって覆われた個々のゾーンは、共同で、イオン化チャンバ１０３内で比較的小さなブロックのマトリクスを構成する。

【0040】

イオン化粒子検出器は、基本的に次の通りに動作する。例えばミューオンなどのイオン化粒子がイオン化チャンバ１０３を横断すると仮定する。図２は、このような事象を破線矢印によって示している。イオン化粒子は、イオン化ガス２０５に局所的なイオン化２１５を生成する。より詳細には、イオン化粒子は、初期の自由電荷キャリアを生成する。これらは、イオン化チャンバ１０３における比較的強い電場の結果として、自由電荷キャリアの電子なだれを引き起こす。電子なだれは、図２に模式的に示されるように、個々の隣接する検出パッド部によって覆われた、イオン化チャンバ１０３におけるいくつかの個々の隣接するゾーンにわたって広がり得る。局所的なイオン化２１５を覆うこれらの隣接する検出パッド部は、クラスタを形成する。クラスタは、検出パッド部のマトリクス１０４が二次元アレイであるという事実に起因して、典型的に二次元となる。検出パッド部は、面で構成されていて、行と列とに配置されている。したがって、クラスタでは、検出パッド部が、行方向および列方向に隣接する検出パッド部を有し得る。

【0041】

局所的なイオン化を覆う検出パッド部のクラスタは、様々な要素に依拠する典型的なサイズを有する。これらの要素の１つは、検出パッド部のピッチおよびそれらのサイズに関する。ピッチが小さいほど、クラスタがより多くの検出パッド部を典型的に備える。他の要素は、一対の平行なガラス板２０１，２０２の間の間隙、そのサイズに関する。さらに他の要素は、一対の平行なガラス板２０１，２０２の間に印加されるバイアス電圧に関する。さらに他の要素は、イオン化ガス２０５、その組成に関する。したがって、これらすべての要素は、いわば、イオン化チャンバ１０３を横断するイオン化粒子によって生成されるイオン化位置を覆う検出パッド部のクラスタの典型的なサイズを調整するのに使用され得る。

【0042】

例えば、イオン化ガス２０５は、電子および光子を吸収するいわゆるクエンチャを備え得る。クエンチャは、電子なだれに対する拡大効果を有する。拡大効果は、クエンチャがイオン化ガス２０５に存在する割合と、使用されるクエンチャの種類とに依拠し得る。前述の混合物では、イソブタンおよび六フッ化硫黄がクエンチャである。

【0043】

局所的なイオン化は、局所的なイオン化が発生するゾーンを覆う検出パッド部にパルス状信号を生じさせる。このパルス状信号は、典型的に、比較的弱く、持続時間が比較的短い。例えば、パルス状信号は、ナノ秒の１０分の１のオーダーの立ち上がりと、ナノ秒オーダーの立ち下がりと、またナノ秒オーダーの総持続時間と、を有し得る。例えば、立ち上がりは、約０．２ｎｓであり得、立ち下がりは、約２ｎｓであり得、総持続時間は、約３～４ｎｓであり得る。

【0044】

上側のガラス板２０１上の半導電性コーティング２０６は、局所的なイオン化を覆う検出パッド部のクラスタに生じるパルス状信号に関する役割を果たす。まず、このコーティング２０６の半導電性の性質は、パルス状信号が生じる、またはより正確には、これらの信号が十分に確実に検出可能なようにこれらが生じることを可能とする。パルス状信号は、半導電性コーティング２０６が例えば０．５ＭΩ／平方以上１０ＭΩ／平方以下からなる表面抵抗率を有する場合に十分に確実に検出され得、約２ＭΩ／平方が適切な抵抗率であることが判明している。適切な抵抗率を見つけることは、妥協を伴い得る。一方で、抵抗率が低いほど、イオン化粒子が互いに追従して確実に検出され得る割合が高くなる。他方で、抵抗率が高いほど、個々の隣接する検出パッド部に生じる個々のパルス状信号の間のクロストークが少なくなる。

【0045】

検出パッド部がパルス状信号を生成する検出チャネル部は、アウトプットとして局所的なイオン化のインジケーションを提供するように、この信号を処理する。この処理は、パルス状信号が、前述したように典型的に、比較的弱く、持続時間が比較的短いことを考慮すると、比較的高感度で速い電子機器を要し得る。例えば、入力増幅器は、数ｍＶ／ｆＣオーダーの電荷感度を有し、数百ピコ秒オーダーの過渡信号を処理することができる能力を有する必要があり得る。一般的に、検出チャネル部における比較的高感度で速い電子機器は、比較的高価であり、比較的高い消費電力を有する。これ故に、イオン化粒子検出モジュール１００が比較的少ない検出チャネル部を備えつつも、十分に高い分解能を提供することが望ましい。これらの目的は、以下の内容から明らかなように、本明細書に記載されているイオン化粒子検出モジュール１００によって達成され得る。

【0046】

前述したように、検出チャネル部は、互いに電気的に相互接続され得る検出パッド部からなる群を備える。これ故に、検出チャネル部が局所的なイオン化のインジケーションを提供する場合、局所的なイオン化は、検出チャネル部に属する群における個々の検出パッド部によって覆われた、イオン化チャンバ１０３における個々のゾーンのいずれか１つで発生した可能性がある。すなわち、検出チャネル部によって提供されるインジケーションだけに基づいて、局所的なイオン化が発生した、イオン化チャンバ１０３におけるゾーンを特定することは不可能である。

【0047】

前に説明したように、局所的なイオン化は、検出パッド部のクラスタにパルス状信号を生じさせる。これらのパルス状信号は、ほぼ同時に生じる。この結果、局所的なイオン化が発生する場合、いくつかの検出チャネル部がこれらのパルス状信号をほぼ同時に受け取り処理する。パルス状信号の１つを最初に受け取る検出チャネル部は、時間ウィンドウを開き得る。そして、このパルス状信号と、他の検出チャネル部によって受け取られて処理される、この時間ウィンドウ内の後続のパルス状信号とは、検出パッド部のクラスタに生じたとみなされ得る。時間ウィンドウは、例えば数十ナノ秒オーダー、例えば８０ｎｓなどであり得る。したがって、イオン化チャンバ１０３を横断するイオン化粒子によって生成される局所的なイオン化は、典型的に、いくつかの検出チャネル部に局所的なイオン化のインジケーションを同時に、またはほぼ同時に提供させる。

【0048】

以上を踏まえて、局所的なイオン化がイオン化チャンバ１０３のどこで発生したかの信頼性があるインジケーションは、以下の２つのデータに基づいて提供され得る。第一に、局所的なイオン化が潜在的に発生したとし得る、イオン化チャンバ１０３における個々のゾーンが特定された。具体的には、これらの個々のゾーンは、局所的なイオン化のインジケーションを提供したいくつかの検出チャネル部に属する個々の検出パッド部によって覆われたものである。第二に、検出パッド部のクラスタが局所的なイオン化を覆うことが知られていて、さらに、このクラスタが典型的に有するサイズも知られている。そして、これ故に、局所的なイオン化のインジケーションを提供したいくつかの検出チャネル部に属する個々の検出パッド部の中でクラスタを形成する検出パッド部が存在するか否かが特定され得る。そして、このようなクラスタが、局所的なイオン化について典型的なサイズに対応するサイズを有するか否か、または少なくともクラスタのサイズが典型的なサイズに十分に近いか否かが特定され得る。

【0049】

図３は、検出チャネル部を示す参照数字とともに、検出パッド部のマトリクス１０４の一実施形態を極めて模式的に示している。図３は、本実施形態の模式的な天面図を提供し、これは、以下便宜上、検出パッド部のマトリクス１０４としても参照される。検出パッド部は、比較的小さな矩形として表されていて、単一の矩形は、単一の検出パッド部を表している。本実施形態で、マトリクス１０４は、合計２５６個の検出パッド部となる、１６×１６の検出パッド部を備える。検出チャネル部は、検出パッド部の合計の４分の１である、６４個存在する。検出チャネル部は、検出パッド部を表す矩形に参照数字として表されている。検出パッド部を表す矩形における参照数字は、その検出パッド部が属する検出チャネル部を示している。

【0050】

したがって、例えば図３における左上部の矩形は、マトリクス１０４における左上部の検出パッド部を表している。左上部の矩形は、参照数字１を備え、これは、左上部の検出パッド部が検出チャネル部１に属することを示している。図３における右上部の矩形は、マトリクス１０４における右上部の検出パッド部を表している。右上部の矩形は、参照数字１５を備え、これは、右上部の検出パッド部が検出チャネル部１５に属することを示している。図３における左下部の矩形は、マトリクス１０４における左下部の検出パッド部を表している。左下部の矩形は、参照数字２６を備え、これは、左下部の検出パッド部が検出チャネル部２６に属することを示している。図３における右下部の矩形は、マトリクス１０４における右下部の検出パッド部を表している。右下部の矩形は、参照数字２６を備え、これは、右下部の検出パッド部もまた検出チャネル部２６に属することを示している。したがって、最後に述べた２個の検出パッド部は、同じ検出チャネル部に属している。

【0051】

マトリクス１０４における検出パッド部は、同じ検出チャネル部に属する４個の検出パッド部からなる相互排他的な群に編成される。したがって、検出チャネル部１は、４個の検出パッド部、具体的には参照符号１を有する矩形として表された４個の検出パッド部を備える。同様に、検出チャネル部２は、４個の検出パッド部、具体的には参照符号２を有する矩形として表された４個の検出パッド部を備え、他も同様である。この編成は、４である多重化係数を提供する：２５６個の検出パッド部が、６４つの検出チャネル部に割り当てられている。各検出チャネル部は、４個の検出パッド部からなる群を備え、これらの群は、相互排他的である。同じ検出チャネル部に属する４個の検出パッド部は、図２に示されたプリント回路基板２１１上で互いに電気的に相互接続され得る。

【0052】

以下の規則が、検出パッド部および検出チャネル部が編成される方法に関して適用される。第一に、検出チャネル部の検出パッド部は、隣接せず、マトリクス１０４全体に散在している。第二に、２つの検出チャネル部は、マトリクス１０４で隣り合う最大２個の検出パッド部を有する。２個の検出パッド部の一方は、２つの検出チャネル部の一方に属し、２個の検出パッド部の他方は、２つの検出チャネル部の他方に属する。図３が、これらの規則に従って検出パッド部および検出チャネル部を編成する１つの可能な方式を示していることに留意すべきである。これらの規則を満足する他の多くの方式が考案され得る。

【0053】

図３に示された方式で、検出パッド部のマトリクス１０４は、４つのサブマトリクス：左上部のサブマトリクス３０１、右上部のサブマトリクス３０２、左下部のサブマトリクス３０３および右下部のサブマトリクス３０４に分割されたとみなされ得る。これらの４つのサブマトリクスは、サイズが等しく、各々が８×８の検出パッド部を備える。サブマトリクスの数は、前述の多重化係数に対応し、４である。図３に示された方式は、検出チャネル部の検出パッド部が４つのサブマトリクスのうちの１つに一意に属することを提供する。これ故に、４つのサブマトリクスの各々では、検出チャネル部を示す参照数字が１回のみ現れる。マトリクス１０４の分割によって検出パッド部および検出チャネル部を編成するこの技術は、信頼性がある検出を可能とする方式を達成するのに寄与する。

【0054】

マトリクス１０４における検出パッド部のサイズおよびピッチは、イオン化チャンバ１０３を横断するイオン化粒子によって生成される局所的なイオン化が、典型的に３×３の検出パッド部のクラスタでパルス状信号を生じさせるように、なっている。すなわち、局所的なイオン化についての典型的なクラスタサイズは、３×３である。前に説明したように、典型的なクラスタサイズは、他の要素に依拠し、これらの要素は、図２を参照して、一対の平行なガラス板２０１，２０２の間の間隙、そのサイズ、一対の平行なガラス板２０１，２０２の間に印加されるバイアス電圧、およびイオン化ガス２０５、その組成を含む。したがって、これらすべての要素は、本実施形態で、検出パッド部のサイズおよびピッチと併せて、局所的なイオン化についての典型的なクラスタサイズが３×３となるように設定されている。

【0055】

図３では、３×３の検出パッド部のクラスタが濃いグレーのシェーディングによって示されている。この３×３のクラスタは、左上部のサブマトリクス３０１に存在する。３×３のクラスタは、このサブマトリクスにおける、検出チャネル部３６に属する検出パッド部を中心としている。３×３のクラスタは、この中心の検出パッド部を取り囲む８個の他の検出パッド部を備える。３×３のクラスタのこれらの８個の他の検出パッド部は、それぞれ検出チャネル部２７，２８，２９，３５，３７，４３，４４，および４５に属する。この３×３のクラスタの検出パッド部は、イオン化チャンバ１０３を横断するイオン化粒子によって生成される局所的なイオン化を、３×３のクラスタの中心の検出パッド部によって覆われたゾーンに近い位置で覆う。したがって、この例で、局所的なイオン化を覆う検出パッド部のクラスタの典型的なサイズは、９である。局所的なイオン化は、典型的に、クラスタを形成する９個の相互に隣接する検出パッド部にパルス状信号を生じさせる。

【0056】

図３は、薄いグレーのシェーディングによって、前述の検出チャネル部２７，２８，２９，３５，３７，４３，４４，および４５に属するが前述の３×３のクラスタの一部ではない、さらなる検出パッド部を示している。これらのさらなる検出パッド部は、他のサブマトリクス、具体的には右上部のサブマトリクス３０２、左下部のサブマトリクス３０３および右下部のサブマトリクス３０４に位置している。さらなる検出パッド部は、偶発的クラスタを形成し得る。例えば、左下部のサブマトリクス３０３は、検出チャネル部２７および３７に属する２個のさらなる検出パッド部の偶発的クラスタを備える。したがって、この偶発的クラスタのサイズは、２である。右下部のサブマトリクス３０４は、検出チャネル部２８，２９，および４４に属する３個のさらなる検出パッド部の偶発的クラスタを備える。したがって、この偶発的クラスタのサイズは、３である。残りについては、比較的多くの孤立したさらなる検出パッド部が存在し、これらは、サイズが１である偶発的クラスタとみなされ得る。

【0057】

図４は、クラスタサイズのヒストグラムであり、これは、検出パッド部のマトリクス１０４と、図３に表されたようにこれらが属する検出チャネル部とに関連する。ヒストグラムは、以下の方法で取得された。一連の１９６個のイオン化粒子は、イオン化チャンバ１０３を連続的に横断すると仮定される。各イオン化粒子は、図３に示されたマトリクス１０４の境界にない１９６個の個々の検出パッド部によって覆われた１９６つの個々のゾーンのうち、異なるゾーンでイオン化チャンバ１０３を横断する。１９６という数は、１６×１６の検出パッド部を備えるマトリクス１０４と、前述したように局所的なイオン化についての典型的なクラスタサイズが３×３であることとに関連する。これにより、３×３の検出パッド部のクラスタの中心の検出パッド部を形成し得る１９６個の検出パッド部が、マトリクス１０４に存在する。

【0058】

したがって、図３を参照して、第一のイオン化粒子は、左上部のサブマトリクス３０１における検出パッド部によって覆われていて検出チャネル部１０に属するゾーンで、イオン化チャンバ１０３を横断し得る。第二のイオン化粒子は、左上部のサブマトリクス３０１における検出パッド部によって覆われていて検出チャネル部１１に属するゾーンで、イオン化チャンバ１０３を横断し得る。この方式を続けると、最後の１９６番目のイオン化粒子は、右下部のサブマトリクス３０４における、検出チャネル部５２に属する検出パッド部を横断する。

【0059】

イオン化チャンバ１０３を横断する１９６個のイオン化粒子の各々は、３×３の検出パッド部のクラスタ、すなわち、クラスタサイズが９であるクラスタによって覆われた局所的なイオン化を生成すると仮定される。この結果、横断する各イオン化粒子について、局所的なイオン化のインジケーションを提供する９つの検出チャネル部が存在する。前述したように、各検出チャネル部は、４個の検出パッド部からなる群を備え、個々の検出チャネル部に属する検出パッド部からなる個々の群は、相互排他的である。この結果、イオン化チャンバ１０３を横断する各イオン化粒子について、図３を参照して前述したように、クラスタが存在する３６個の検出パッド部が存在する。クラスタが特定され、１～９の範囲の各クラスタサイズについてカウントが行われる。図４に示されたヒストグラムは、仮定されるようにイオン化チャンバ１０３を連続的に横断する１９６個のイオン化粒子の各々について、このカウントを行うことにより取得される。

【0060】

図４に示されたヒストグラムで、サイズ１～８にカウントされたクラスタは、偶発的クラスタとみなされ得る。これは、ヒストグラムが、イオン化チャンバ１０３を横断する各粒子が、サイズが９である検出パッド部のクラスタによって覆われた局所的なイオン化を生成する、という仮定に基づいて取得されたからである。この結果、異なるサイズを有するいかなるクラスタは、局所的なイオン化を覆わず、したがって、偶発的とみなされ得る。逆に、サイズ９にカウントされたクラスタは、これらのクラスタが局所的なイオン化がイオン化チャンバ１０３のどこで発生しているかを示すという意味で、真正のクラスタとみなされ得る。

【0061】

図４に示されたヒストグラムは、真正のクラスタと偶発的クラスタとが明確に判別可能であることを表している。真正のクラスタのサイズである９に比較的近い、サイズが７または８であるクラスタは、比較的少ない、あるいはまったく存在しない。したがって、ヒストグラムは、多重化方式の使用にもかかわらず、信頼性がありかつ正確な方法で、イオン化粒子がイオン化チャンバ１０３を横断する位置を特定することが可能であることを示している。多重化方式は、前述したように検出パッド部の群を同じ検出チャネル部に割り当てることにある。したがって、多重化方式が使用されない場合よりも、検出チャネル部が格段により少なくなる。より少ない検出チャネル部の使用は、より低いコストおよびより低い消費電力につながる。

【0062】

図１に示された横断点ロケータ部１０２は、以下の動作を実行する。横断点ロケータ部１０２は、同時に局所的なイオン化のインジケーションを提供する検出チャネル部に属する検出パッド部の中からクラスタを特定する。例えば、横断点ロケータ部１０２は、図３に示された前述のクラスタを特定し得る。これらのクラスタは、サイズが９であるクラスタ、サイズが３であるクラスタ、サイズが２であるクラスタ、およびサイズが１である２２個のクラスタを備える。

【0063】

横断点ロケータ部１０２は、特定されたクラスタが少なくとも以下のサイズ基準を満足する場合に、当該クラスタに基づいて横断点インジケーションを提供する：クラスタが所定の最小数の検出パッド部を備える。図３を再び参照して、例示として、所定の最小数は、８または９であり得る。したがって、横断点ロケータ部１０２は、この図で濃いグレーのシェーディングによって示された３×３のクラスタに基づいて、横断点インジケーションを提供し得る。横断点インジケーションは、このクラスタにおける中心の位置に対応し得る。個々の局所的なイオン化のインジケーションについて個々の重み付け要素が設けられている場合、横断点ロケータ部１０２は、横断点インジケーションを提供する際にこれらの重み付け要素を使用し得る。個々の重み付け要素は、例えばクラスタの個々の検出パッド部で生じるパルス状信号における個々の振幅に基づき得る。

【0064】

横断点ロケータ部１０２は、横断点インジケーションを提供する際に、サイズ基準に加えて形状基準を適用し得る。イオン化粒子に起因するクラスタは、一般的に、典型的なクラスタ形状を有する。この例で、典型的なクラスタ形状は、行方向および列方向に同様のサイズを有するものと規定され得る。典型的なクラスタ形状は、さらに、行方向における横断線と列方向における横断線とに対してどちらかといえば対称的であるものと規定され得る。クラスタが典型的なクラスタに十分に類似する形状を有する場合、横断点インジケーションは有効であり、したがって、提供される。逆に、クラスタが典型的なクラスタ形状とは大きく異なる形状を有する場合、クラスタがサイズ基準を満たす場合であっても、横断点インジケーションは、無効となり得、したがって、提供されない。

【0065】

図１～図４を参照して前述したイオン化粒子検出モジュール１００は、例えばミューオンの検出および位置特定に基づくミューオグラフなどの放射線画像撮像システムで使用され得る。基本的に、放射線画像撮像システムは、イオン化粒子検出モジュール１００が、撮像時間として参照される時間中に経時的に提供する、個々の横断点インジケーションを収集する。そして、放射線画像撮像システムは、これらの収集された横断点インジケーションに基づいて画像を形成し得る。

【0066】

図５は、同じ面５０５に配置されたイオン化粒子検出モジュール５０１，５０２，５０３，５０４のアセンブリ５００を模式的に示している。図５は、このアセンブリの模式的なブロック図を提供する。イオン化粒子検出モジュール５０１，５０２，５０３，５０４は、各々、図１～図４を参照して前述したイオン化粒子検出モジュール１００に対応し得る。そのイオン化粒子検出器１０１は、１つ以上の他のイオン化粒子検出器と接続可能なように、基本的な構成要素として構成され得る。これ故に、より多くの検出パッド部を備える、より大きな検出表面が取得され得、これは、より高い分解能を提供し得る。したがって、複数のイオン化粒子検出モジュールは、モジュール式のシステムを形成し得る。図５に示されたアセンブリ５００は、例示として４つのイオン化粒子検出モジュール５０１，５０２，５０３，５０４を備える。このようなアセンブリは、４つよりも多いまたは少ないイオン化粒子検出モジュールを備え得る。

【0067】

図５は、イオン化粒子検出モジュール５０１，５０２，５０３，５０４のアセンブリ５００が一般的な横断点ロケータ部５０６を備え得ることを模式的に示している。一般的な横断点ロケータ部５０６は、各イオン化粒子検出モジュール５０１，５０２，５０３，５０４についての横断点ロケータ部を機能的に提供し得る。例えば、一般的な横断点ロケータ部５０６は、イオン化粒子がイオン化粒子検出器のイオン化チャンバをどこで横断したかを特定するための前述の動作をこのプロセッサに実行させるソフトウェアプログラムを実行する、単一のプロセッサであり得る。さらに、一般的な横断点ロケータ部５０６は、イオン化チャンバが横断されたイオン化粒子検出器を特定する。この特定は、検出チャネル部が局所的なイオン化のインジケーションを生成するイオン化粒子検出器を検出することにあり得る。したがって、図５に示されたイオン化粒子検出モジュール５０１，５０２，５０３，５０４のアセンブリは、図５に示されたアセンブリにおける粒子検出モジュール５０１，５０２，５０３，５０４の単に１つよりも４倍多い検出パッド部を有する比較的大きなイオン化粒子検出モジュールと機能的に同等であり得る。

【0068】

図６は、並置された２つのイオン化粒子検出モジュール６０１，６０２を備える放射線画像撮像システム６００を示している。図６は、この放射線画像撮像システム６００の模式的なブロック図を提供する。２つのイオン化粒子検出モジュール６０１，６０２は、各々、図１～図４を参照して前述したイオン化粒子検出モジュール１００に対応し得る。以下便宜上、２つのイオン化粒子検出モジュール６０１，６０２の一方は、上側のイオン化粒子検出モジュール６０１として参照される。他方は、下側のイオン化粒子検出モジュール６０２として参照される。

【0069】

放射線画像撮像システム６００は、撮像モジュール６０３をさらに備える。撮像モジュール６０３は、上側のイオン化粒子検出モジュール６０１からの横断点インジケーションと、下側のイオン化粒子検出モジュール６０２からの横断点インジケーションとを受け取るように接続されている。撮像モジュール６０３は、さらに、上側のイオン化粒子検出モジュール６０１における検出チャネル部と、下側のイオン化粒子検出モジュール６０２における検出チャネル部とから、局所的なイオン化のインジケーションを受け取るように接続されている。撮像モジュール６０３は、プロセッサが実行し得る動作を規定するソフトウェアプログラムがロードされたプロセッサを備え得る。このプロセッサは、イオン化粒子がイオン化チャンバ１０３をどこで横断したかを特定するための動作を実施する前述のものと同じであり得る。

【0070】

放射線画像撮像システム６００は、基本的に次の通りに動作する。イオン化粒子がまず上側のイオン化粒子検出モジュール６０１を横断し、次に下側のイオン化粒子検出モジュール６０２を横断すると仮定する。図６は、このような事象を破線矢印によって示している。このケースで、撮像モジュール６０３は、まず上側のイオン化粒子検出モジュール６０１における検出チャネル部から局所的なイオン化のインジケーションを受け取る。比較的短い遅延の後、撮像モジュール６０３は、下側のイオン化粒子検出モジュール６０２における検出チャネル部から局所的なイオン化のインジケーションを受け取る。前述の遅延は、数百ピコ秒オーダーであり得る。例えば、ミューオンは、１ｍにわたって移動するのに３ｎｓを要する。２つのイオン化粒子検出モジュール６０１，６０２が例えば約２０ｃｍの距離だけ離れている場合、遅延は、約６００ｐｓとなる。

【0071】

撮像モジュール６０３は、２つのイオン化粒子検出モジュール６０１，６０２のどちらにおける検出チャネル部が局所的なイオン化のインジケーションを最初に提供したかを特定することにより、イオン化粒子についての方向インジケーションを取得し得る。図６に提示されたケースで、方向インジケーションは、イオン化粒子が下向きの軌道を有することを示している。方向インジケーションは、例えばミューオンなどのイオン化粒子が大気から来ているのか、あるいは地表から来ているのかを判別するのに適切であり得る。

【0072】

撮像モジュール６０３は、図６に破線矢印によって示されたように２つの粒子検出モジュールを横断する、イオン化粒子の軌道６０４を特定し得る。上側のイオン化粒子検出モジュール６０１は、イオン化粒子が前述のモジュール６０１のイオン化チャンバを横断した上側の横断点を示す横断点インジケーションを提供する。ほぼ同時に、前述の比較的短い遅延を考慮すると、下側のイオン化粒子検出モジュール６０２は、イオン化粒子が前述のモジュール６０２のイオン化チャンバを横断した下側の横断点を示す横断点インジケーションをまた提供する。そして、撮像モジュール６０３は、上側の横断点と、下側の横断点と、２つの粒子検出モジュールを離す距離とを考慮して、方位角方向における入射角と、仰角方向における入射角とを算出し得る。これらの入射角は、イオン化粒子の軌道６０４を示す。

【0073】

撮像モジュール６０３は、個々の位置が、撮像モジュール６０３が潜在的に特定し得る個々の軌跡を表す、マップを規定し得る。このマップは、各位置がゼロカウントを有するという意味で、撮像時間の開始時にブランクであり得る。そして、撮像モジュール６０３は、撮像時間中、マップにおける各位置についてカウントを行い得る。位置についてのカウントは、マップにおける当該位置によって表された軌道とともに、イオン化粒子が２つのイオン化粒子検出モジュール６０１，６０２を横断した回数を示す。撮像時間の終了時に、マップが完成し、計測マップを構成する。この計測マップは、参照マップと比較される。参照マップは、２つの粒子検出モジュールに到達するイオン化粒子が横断した可能性がある対象物が全く存在しない場合に取得されるマップに対応し得る。対象物の画像は、参照マップに対する計測マップのこの比較に基づいて取得され得る。

【0074】

図６を参照して前述した放射線画像撮像システム６００は、吸収ベースのミューオグラフィ用に構成される。吸収ベースのミューオグラフィでは、ミューオンが撮像対象物に対して片側で検出される。撮像は、ミューオンが対象物を通過する確率に基づいている。吸収ベースのミューオグラフィは、例えばトンネルの内部から土被りを撮像するのに使用され得る。吸収ベースのミューオグラフィは、比較的遠くにあり、比較的大きくあり得る対象物を撮像するのにも使用され得る。このような適用では、ミューオンが検出器をどこで横断したかを特定する精度が、重要な性能要素である。

【0075】

前述したイオン化粒子検出モジュール１００は、散乱ベースのミューオグラフィ用に構成された放射線画像撮像システム６００にも使用され得る。散乱ベースのミューオグラフィでは、撮像対象物を通過する前および後のミューオンの軌道が、軌道の変化を計測するように検出される。したがって、散乱ベースのミューオグラフィ用に構成された放射線画像撮像システムは、前述したように撮像対象物の一方側に配置された２つのイオン化粒子検出モジュールと、対象物の他方側に配置された２つのさらなるイオン化粒子検出モジュールと、を備え得る。軌道における変化は、２つのイオン化粒子検出モジュールによって対象物の一方側で検出されたミューオンの軌道と、２つのさらなるイオン化粒子検出モジュールによって対象物の他方側で検出された軌道とを比較することにより計測され得る。このような放射線画像撮像システムは、例えば核材料を備え得る比較的小さな対象物を撮像するのに使用され得る。

【0076】

＜注釈＞
図面を参照して前述した実施形態は、例示として表されている。本発明は、多数の異なる方法で実施され得る。これを示すために、いくつかの代替案を簡単に示す。

【0077】

本発明は、イオン化粒子の検出に基づく放射線画像撮像に関連する多数の種類の製品または方法に適用され得る。

【0078】

本発明によれば、イオン化粒子検出モジュールを実施する多数の異なる方法が存在する。本明細書で提示された実施形態は、１６×１６の検出パッド部からなるマトリクスを備え、このマトリクスは、検出パッド部を検出チャネル部に割り当てる目的で４つのサブマトリクスに細分されている。他の実施形態で、マトリクスは、より多いまたはより少ない検出パッド部を備え得、マトリクスは、より多いまたはより少ないサブマトリクスに分割され得る。

【0079】

本明細書で述べたことは、図面を参照して説明した実施形態が、本発明を限定するものではなく、本発明を説明するものであることを表している。本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲内にある多数の代わりの方法で実施可能である。特許請求の範囲の意味および均等範囲内におけるすべての変更は、これらの範囲内に包含される。請求項におけるいかなる参照符号は、請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。請求項における“備える”という動詞は、請求項に記載のもの以外の他の要素または他のステップの存在を除外するものではない。同様の“含む”などの動詞にも、同じことが適用される。製品に関する請求項における単数形の要素についての言及は、当該製品が複数のこのような要素を備え得ることを除外するものではない。同様に、方法に関する請求項における単数形のステップについての言及は、当該方法が複数のこのようなステップを備え得ることを除外するものではない。個々の従属請求項が個々の追加的特徴を規定するという単なる事実は、当該請求項に反映されたもの以外の追加的特徴の組み合わせを除外するものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】