X線検出器 – 日本語百科事典辞書

X-ray_detector
X線検出器は、測定するために使用される装置であるフラックスを、空間的分布、スペクトル、および/または他の特性X線。
X線発生器と画像検出器を使用した
単純X線撮影の取得検出器は、2つの主要なカテゴリに分類できます。画像検出器（写真乾板やX線フィルム（写真フィルム）など、現在はほとんどが画像乾板やフラットパネル検出器などのさまざまなデジタル化デバイスに置き換えられています）と線量測定デバイス（電離箱など）です。、ガイガーカウンター、および局所放射線被曝、線量、および/または線量率を測定するために使用される線量計。たとえば、放射線防護装置および手順が継続的に有効であることを確認するために使用されます）。

コンテンツ
1 X線イメージング
1.1 X線フィルム
1.1.1 機構
1.1.2 置換
1.2 輝尽性リン光物質 1.3 イメージインテンシファイア 1.4 半導体検出器
1.4.1 直接検出器
1.4.2 間接検出器
2 線量測定
2.1 ガス検知器 2.2 シリコンPN太陽電池 2.3 ラジオクロミックフィルム
3 参考文献

X線イメージング

上部食道に刺さった魚の骨。造影剤なしの右の画像、造影剤を飲み込んだときの左の画像。
任意のタイプの画像検出器で画像を取得するには、X線を照射する患者の部分をX線源と画像受容器の間に配置して、身体の特定の部分の内部構造の影を生成します。X線は、骨などの高密度組織によって部分的に遮断（「減衰」）され、軟組織をより簡単に通過します。X線が当たる領域は、発生すると暗くなり、周囲の軟組織よりも骨が明るく見えます。
含有造影化合物、バリウムまたはヨウ素であり、放射線不透過性は、胃腸管（バリウム）で摂取又はこれらの血管を強調するために動脈または静脈に注射することができます。コントラスト化合物には、（骨のように）本質的にX線を遮断する高い原子番号の要素が含まれているため、かつては中空だった臓器や血管をより簡単に見ることができます。無毒の造影剤を追求する中で、多くの種類の高原子番号元素が評価されました。残念ながら、選択されたいくつかの元素は有害であることが判明しました。たとえば、トリウムはかつて造影剤として使用されていましたが（Thorotrast）、毒性があり、使用後数十年で癌の発生率が非常に高くなりました。現代の造影剤は改良されており、誰が造影剤に敏感であるかを判断する方法はありませんが、深刻なアレルギー反応の発生率は低いです。
X線フィルム編集

機構
参照：
写真フィルム
典型的なX線フィルムには、ハロゲン化銀結晶の「粒子」、典型的には主に臭化銀が含まれています。粒子サイズと組成を調整して、フィルムの特性に影響を与えることができます。たとえば、現像された画像の解像度を向上させることができます。フィルムが放射線にさらされると、ハロゲン化物がイオン化され、自由電子が結晶欠陥にトラップされます（潜像を形成します）。銀イオンはこれらの欠陥に引き付けられて還元され、透明な銀原子のクラスターを作成します。現像プロセスでは、これらは不透明な銀原子に変換され、最も多くの放射線が検出された場所で最も暗い画像を形成します。さらなる現像ステップは、増感された粒子を安定させ、増感されていない粒子を除去して、さらなる露光（例えば、可視光から）を防ぐ。

置換

メディアを再生する
デジタルX線が職業性肺疾患をフィルムX線として特定するのに同等に効果的であることを示した研究を議論するビデオ最初の放射線写真（X線画像）は、増感されたガラス写真乾板にX線を作用させることによって作成されました。X線フィルム（写真フィルム）はすぐにガラス板に取って代わり、フィルムは医療および産業用画像を取得（および表示）するために何十年も使用されてきました。徐々に、デジタルコンピュータは、デジタル画像化を可能にするのに十分なデータを保存および表示する機能を獲得しました。1990年代以降、コンピューター化されたX線撮影とデジタルX線撮影は、医療および歯科用途で写真フィルムに取って代わりつつありますが、フィルム技術は工業用X線撮影プロセス（溶接シームの検査など）で広く使用されています。金属銀（以前は放射線写真および写真産業に必要でした）は再生不可能な資源ですが、使用済みのX線フィルムから銀を簡単に再生することができます。 X線フィルムが湿式処理設備を必要とする場合、新しいデジタル技術は必要ありません。画像のデジタルアーカイブは、物理的なストレージスペースも節約します。

輝尽性リン光物質
輝尽
蓄光プレートラジオグラフィーは、1980年代に富士によって開拓された輝尽発光（PSL）を使用してX線を記録する方法です。写真乾板の代わりに輝尽性蛍光板（PSP）が使用されています。プレートがX線撮影された後、リン光物質の励起された電子は、プレート表面を通過するレーザービームによって刺激されるまで、結晶格子の「色の中心」に「トラップ」されたままになります。光レーザ刺激の間オフ所与はによって収集される光電子増倍管、得られた信号は、コンピュータ技術によってデジタル画像に変換されます。PSPプレートは再利用可能であり、既存のX線装置はそれらを使用するために変更する必要はありません。この技術は、コンピューターラジオグラフィー（CR）としても知られています。

イメージインテンシファイア
X線イメージインテンシファイア

胆嚢摘出術中に撮影された
X線写真
X線は、血管造影や透視室を使用した中空臓器（小腸または大腸のバリウム浣腸など）の造影検査などの「リアルタイム」手順でも使用されます。動脈系の医学的介入である血管形成術は、潜在的に治療可能な病変を特定するために、X線に敏感な造影剤に大きく依存しています。

半導体検出器
参照：
デジタルX線撮影
ソリッドステート検出器は、半導体を使用してX線を検出します。直接デジタル検出器は、X線光子を電荷に直接変換してデジタル画像にするため、いわゆるデジタル検出器と呼ばれます。間接システムは、例えば、最初にＸ線光子を可視光に変換し、次に電子信号を変換するなどの間に介在するステップを有し得る。どちらのシステムも、通常、薄膜トランジスタを使用して電子信号を読み取り、デジタル画像に変換します。フィルムやCRとは異なり、デジタル画像を取得するために手動のスキャンや現像ステップは必要ありません。したがって、この意味で、両方のシステムは「直接」です。どちらのタイプのシステムも、CRよりもかなり高い量子効率を持っています。

直接検出器
1970年代以降、リチウム（Si（Li）またはGe（Li））半導体検出器をドープしたシリコンまたはゲルマニウムが開発されました。 X線光子は半導体内で電子正孔対に変換され、X線を検出するために収集されます。温度が十分に低い場合（検出器はペルティエ効果またはさらに低温の液体窒素によって冷却されます）、X線エネルギースペクトルを直接決定することができます。この方法は、エネルギー分散型X線分光法（EDXまたはEDS）と呼ばれます。小型蛍光X線分析装置でよく使用されます。従来の半導体製造によって製造されたシリコンドリフト検出器（SDD）は、費用効果が高く、高分解能の放射能測定を提供します。Si（Li）などの従来のX線検出器とは異なり、液体窒素で冷却する必要はありません。これらの検出器は、イメージングに使用されることはめったになく、低エネルギーでのみ効率的です。
医用画像への実用化は2000年代初頭に始まりました。アモルファスセレンは、その高い空間分解能とX線吸収特性により、マンモグラフィおよび一般的なX線撮影用の商用大面積フラットパネルX線検出器で使用されています。しかし、セレンの原子番号が低いということは、十分な感度を達成するために厚い層が必要であることを意味します。
テルル化カドミウム（Cdのテ）、及びとその合金、亜鉛、カドミウム亜鉛テルル、により広い、X線検出のための最も有望な半導体材料の一つであると考えられるバンドギャップ高効率で室温動作で得られた、高量子数。現在のアプリケーションには、骨密度測定とSPECTが含まれますが、X線画像に適したフラットパネル検出器はまだ製造され現在の研究開発は、エネルギー解決の周りに集中しているピクセル検出器のような、CERNのMedipixの検出器と科学技術施設評議会のHEXITECの検出器を。
PINフォトダイオードや1N4007などの一般的な半導体ダイオードは、X線ビームに配置されたときに光起電力モードで少量の電流を生成します。

間接検出器
間接検出器は、X線を可視光に変換するシンチレータで構成されており、可視光はTFTアレイによって読み取られます。これにより、分解能のトレードオフの可能性はありますが、現在の（アモルファスセレン）直接検出器よりも感度が向上します。間接フラットパネル検出器（FPD）は、今日、医療、歯科、獣医、および産業のアプリケーションで広く使用されています。
TFTアレイは、アモルファスまたは無秩序な状態のシリコンの薄層で覆われたガラスのシートで構成されています。微視的スケールでは、シリコンには、方眼紙のグリッドのように、高度に秩序化された配列に配置された数百万のトランジスタが刻印されています。これらの薄膜トランジスタ（TFT）はそれぞれ、個々のピクセル（ピクセル）を構成する光吸収フォトダイオードに接続されています。フォトダイオードに衝突する光子は、電子正孔対と呼ばれる2つの電荷キャリアに変換されます。生成される電荷キャリアの数は、入射する光子の強度によって変化するため、電気パターンが作成され、電圧にすばやく変換されてからデジタル信号に変換され、コンピューターによって解釈されてデジタル画像が生成されます。シリコンは優れた電子特性を持っていますが、X線光子の特に優れた吸収体ではありません。このため、X線は最初にオキシ硫化ガドリニウムやヨウ化セシウムなどの材料で作られたシンチレータに衝突します。シンチレータはX線を吸収し、それらを可視光光子に変換して、フォトダイオードアレイに渡します。

線量測定

ガス検知器
ガス電離式検出器

ワイヤーシリンダーガス状放射線検出器の印加電圧の関数としてのイオン電流のプロット。
ガスを通過するX線はガスをイオン化し、陽イオンと自由電子を生成します。入ってくる光子は、そのエネルギーに比例した数のそのようなイオンペアを作成します。ガス室に電界がある場合、イオンと電子は異なる方向に移動し、それによって検出可能な電流を発生させます。ガスの挙動は、印加電圧とチャンバーの形状に依存します。これにより、以下に説明するいくつかの異なるタイプのガス検知器が生まれます。
電離箱は、約100 V / cmの比較的低い電界を使用して、すべてのイオンと電子を再結合する前に抽出します。これにより、ガスがさらされる線量率に比例した定常電流が得られます。電離箱は、放射線量レベルをチェックするための携帯型放射線調査メーターとして広く使用されています。
比例計数管は、円筒形チャンバーの中央に薄い正に帯電した陽極線を備えた形状を使用します。ガスの体積の大部分は電離箱として機能しますが、ワイヤに最も近い領域では、電場は電子がガス分子をイオン化するのに十分な高さです。これにより、アバランシェ効果が発生し、出力信号が大幅に増加します。すべての電子がほぼ同じサイズのアバランシェを引き起こすため、収集された電荷は、吸収されたX線によって生成されたイオンペアの数に比例します。これにより、入ってくる各光子のエネルギーを測定することができます。
ガイガーミュラーカウンターはさらに高い電界を使用するため、UV光子が生成されます。これらは新しいなだれを開始し、最終的にはアノードワイヤの周りのガスの完全なイオン化をもたらします。これにより信号は非常に強くなりますが、各イベントの後にデッドタイムが発生し、X線エネルギーを測定できなくなります。
ガス検知器は通常、上記で説明したように、ガス量または相互作用する光子の数に対する平均線量率のみを測定する単一ピクセル検出器ですが、ワイヤーチャンバー内に多数の交差したワイヤーを配置することで空間的に分解できます。

シリコンPN太陽電池
1960年代に、シリコンPN太陽電池が、極紫外線、軟X線、硬X線を含むあらゆる形態の電離放射線の検出に適していることが実証されました。この形式の検出は、電離放射線が原子に衝突して自由電子を放出するプロセスである光イオン化を介して動作します。このタイプの広帯域電離放射線センサーには、太陽電池、電流計、および太陽電池の上部に可視光フィルターが必要です。これにより、不要な波長を遮断しながら電離放射線が太陽電池に当たるようになります。

ラジオクロミックフィルム
ラジオクロミックフィルム
自己現像型ラジオクロミックフィルムは、特に放射線治療物理学において、線量測定およびプロファイリングの目的で、非常に高解像度の測定を提供できます。

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