JP2005017033A - 放射線検出器およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】検出効率を改善した高感度の放射線検出器およびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】Ｘ線を入射する入射面シート７１ａと枠体７１ｂとで構成された箱７１の内部に反射材格子枠７２を配設し、反射材格子枠７２よりも薄く、かつ１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さで構成されたシンチレータピースを各格子枠７２に沿ってそれぞれ挿入して箱７２の内部に配設し、シンチレータピースが箱７１の内部に配設された状態で、光学的に透明な樹脂を箱７１の内部に注入して硬化させ、入射面シート７１ａが上面になるように、樹脂を硬化させた箱７１を光電変換層に積層する。このようにして、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータアレイ７０を構成することが可能になる。その結果、検出効率を改善した高感度のＦＰＤ（フラットパネル型Ｘ線検出器）を簡易に製造することができる。
【選択図】 図６
【解決手段】Ｘ線を入射する入射面シート７１ａと枠体７１ｂとで構成された箱７１の内部に反射材格子枠７２を配設し、反射材格子枠７２よりも薄く、かつ１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さで構成されたシンチレータピースを各格子枠７２に沿ってそれぞれ挿入して箱７２の内部に配設し、シンチレータピースが箱７１の内部に配設された状態で、光学的に透明な樹脂を箱７１の内部に注入して硬化させ、入射面シート７１ａが上面になるように、樹脂を硬化させた箱７１を光電変換層に積層する。このようにして、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータアレイ７０を構成することが可能になる。その結果、検出効率を改善した高感度のＦＰＤ（フラットパネル型Ｘ線検出器）を簡易に製造することができる。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、医療分野、工業分野、さらには原子力分野等に用いられる放射線検出器およびその製造方法に係り、特に、放射線を光に変換して電荷信号に変換する間接変換型の放射線検出器の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の放射線検出器は、ガラス基板の上に光電変換層（光電変換素子）とシンチレータとが積層されて構成されており、放射線が入射するとシンチレータが入射した放射線を光に変換し、光電変換層がその光を電荷信号に変換し、その電荷信号を読み出すことで放射線を検出する。このように、放射線を光に変換して電荷信号に変換する放射検出器は、「間接変換型」と呼ばれている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１５３９６１号公報（第３頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような放射線検出器ではシンチレータの厚さが薄い。シンチレータの材料としてＣｓＩ：Ｔｉ（ＴｉがドープされたＣｓＩ）を採用した場合には、シンチレータは真空蒸着法で形成されており、その厚さは約６００μｍ程度で薄い。また、シンチレータの材料としてＧｄ２ Ｏ２ Ｓ増感紙で採用した場合には、その厚さは約２００μｍ程度でさらに薄い。このようなシンチレータを備えた放射線検出器をＸ線ＣＴ装置に適用すると、以下のような問題がある。
【０００５】
すなわち、Ｘ線ＣＴ装置で一般的に用いられている管電圧１２０ｋＶｐで撮影しようとすると、シンチレータの厚さが薄いことからストッピングパワーが不足して検出効率が悪くなり、被検体への被曝線量が多くなるという問題がある。また、シンチレータの厚さが薄いことからシンチレータで発光量が不足し、十分な感度が得られず画質を落とすことにもなる。
【０００６】
一方、放射線を直接的に電荷信号に変換する放射線検出器は、「直接変換型」と呼ばれ、放射線を光に変換するシンチレータを備えていない。このような直接変換型の放射検出器でも、光電変換層の厚さはシンチレータと同様に薄く、同じように検出効率が悪くなり、被検体への被曝線量が多くなる。また、光電変換層の厚さが１ｍｍ以上と仮に厚く構成できたとしても、厚すぎると電荷がトラップするという問題がある。
【０００７】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、検出効率を改善した高感度の放射線検出器およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、入射した放射線を光に変換するシンチレータと、前記シンチレータによって変換された光を電荷信号に変換する光電変換層と、前記光電変換層によって変換された電荷信号を読み出す読出電極とを備え、前記読出電極，光電変換層，シンチレータを下から順に積層して構成された放射線検出器であって、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータを構成することを特徴とするものである。
【０００９】
〔作用・効果〕請求項１に記載の発明によれば、放射線が入射するとシンチレータが放射線を光に変換し、シンチレータの下に積層された光電変換層がその光を電荷信号に変換し、光電変換層の下に積層された読出電極がその電荷信号を読み出すことで放射線を検出する。この放射線検出器は、放射線を光に変換して電荷信号に変換する間接変換型である。この放射線検出器において、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータを構成することから、その厚さによって検出効率を改善することができる。また、シンチレータでの発光量を多くすることができ、十分な感度を得ることができる。
【００１０】
この発明の放射線検出器において、シンチレータの光電変換層側の面を平坦に構成するのが好ましい（請求項２に記載の発明）。光電変換層上にシンチレータを積層する際に、その積層面の間に光学接着剤を介在させて行うが、シンチレータの光電変換層側の面が平坦で構成されていないと、光学接着剤の厚さを厚くしなければ光電変換層上にシンチレータを安定して積層することができない。かかる面を平坦に構成することで光学接着剤を薄くすることができ、光学接着剤による光の減衰・拡散や、光の減衰・拡散による被曝線量の増大を防止することができる。また、平坦に構成することで光電変換層の表面を傷つけるということも防止することができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、入射した放射線を光に変換するシンチレータと、前記シンチレータによって変換された光を電荷信号に変換する光電変換層と、前記光電変換層によって変換された電荷信号を読み出す読出電極とを備え、前記読出電極，光電変換層，シンチレータを下から順に積層して構成された放射線検出器の製造方法であって、（ａ）放射線を入射する入射面シートと枠体とで構成された箱の内部に格子枠を配設する工程と、（ｂ）前記格子枠よりも薄く構成されたシンチレータピースを各格子枠に沿ってそれぞれ挿入して前記箱の内部に配設する工程と、（ｃ）前記シンチレータピースが箱の内部に配設された状態で、光学的に透明な樹脂を箱の内部に注入して硬化させる工程と、（ｄ）前記入射面シートが上面になるように、前記樹脂を硬化させた箱を光電変換層に積層する工程とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
〔作用・効果〕請求項３に記載の発明によれば、（ａ）の工程では放射線を入射する入射面シートと枠体とで構成された箱の内部に格子枠を配設し、（ｂ）の工程では格子枠よりも薄く構成されたシンチレータピースを各格子枠に沿ってそれぞれ挿入して箱の内部に配設し、（ｃ）の工程ではシンチレータピースが箱の内部に配設された状態で、光学的に透明な樹脂を箱の内部に注入して硬化させ、（ｄ）の工程では入射面シートが上面になるように、樹脂を硬化させた箱を光電変換層に積層する。かかる（ａ）〜（ｄ）の工程から樹脂を硬化させた箱には格子枠に沿った各シンチレータピースが内部に含まれており、この箱でシンチレータ全体を構成することになる。また、入射面シートが上面になるように、シンチレータに相当する箱を積層しているので、放射線が入射した場合には入射面シートからシンチレータを介して光に変換される。また、箱の面積に相当する大きさのシンチレータを、１ｍｍ以上の厚さで構成するのは困難であるが、シンチレータピースと格子枠とを利用することで、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータを構成することが可能になる。その結果、請求項１に記載の発明の放射線検出器を好適に製造することができる。また、検出効率を改善した高感度の放射線検出器を簡易に実現することができる。
【００１３】
また、この発明の放射線検出器の製造方法において、（ｅ）の工程では硬化した樹脂を光電変換層側の面で平坦に加工する（請求項４に記載の発明）ことで、光学接着剤を薄くしても、（ｅ）の工程の後の（ｄ）の工程で箱を光電変換層に安定して積層することができ、光電変換層の表面を傷つけるということも防止することができる。また、光学接着剤を薄くすることで被曝線量の増大を防止することができる。ここで、平坦に加工する具体的な方法としては、例えばカットラインに沿って研削する方法や、表面を研磨する方法などが挙げられる。
【００１４】
この発明の放射線検出器の製造方法によって得られたものは、シンチレータ内部が格子枠で区切られた構成となっている。従って、格子枠で区切られた各シンチレータピ−スを各々の画素（ピクセル）ごとに対応させればよい。この格子枠を反射材で構成するのが好ましい（請求項５に記載の発明）。格子枠を反射材で構成することで、隣接または近傍のシンチレータピースに電荷や光がリークする、いわゆるクロストークを隣接または近傍のピクセル間において防止することができる。
【００１５】
なお、本明細書は、次のような放射線検出器を用いた放射線撮影装置やＸ線ＣＴ装置に係る発明も開示している。
【００１６】
（１） 請求項１または請求項２に記載の放射線検出器を用いた放射線撮影装置であって、被検体からの放射線を検出する放射線検出器と、前記放射線検出器からの検出結果に基づいて画像を処理する画像処理部とを備えることを特徴とするＸ線撮影装置。
【００１７】
前記（１）に記載の発明によれば、この発明の放射線検出器を放射線撮影装置に適用した場合に、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータが構成されていることからシンチレータで発光量が十分なものとなり、画質を落とすこともない。
【００１８】
（２） 請求項１または請求項２に記載の放射線検出器を用いたＸ線ＣＴ装置であって、Ｘ線を被検体に照射する照射源と、前記被検体に照射されて透過された前記Ｘ線を検出する放射線検出器と、少なくとも前記照射源を被検体の周りに回転走査させる走査手段と、前記放射線検出器からの検出結果に基づいて画像を処理する画像処理部とを備えることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【００１９】
前記（２）に記載の発明によれば、この発明の放射線検出器をＸ線ＣＴ装置に適用した場合に、照射源（Ｘ線管）からＸ線を照射するための電圧（管電圧）が、高電圧（例えば１２０ｋＶｐ）であっても、ストッピングパワーの不足を回避することができ、被検体への被曝線量が多くなるという問題を回避することができる。また、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータが構成されていることからシンチレータで発光量が十分なものとなり、画質を落とすこともない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
図１は、本実施例に係るＸ線ＣＴ装置の概略構成図であり、図２は、Ｘ線ＣＴ装置に用いられるフラットパネル型Ｘ線検出器の概略断面図であり、図３は、側面視したフラットパネル型Ｘ線検出器の等価回路であり、図４は、平面視したフラットパネル型Ｘ線検出器の等価回路であり、図５は、フラットパネル型Ｘ線検出器のシンチレータアレイの概略斜視図である。なお、本実施例ではフラットパネル型Ｘ線検出器（以下、適宜「ＦＰＤ」という）をＸ線ＣＴ装置に適用して説明する。また、Ｘ線ＣＴ装置は、例えばマルチスライスＸ線ＣＴ装置やコーンビームＣＴ装置などのように特に限定されない。
【００２１】
本実施例に係るＸ線ＣＴ装置は、図１に示すように、被検体Ｍを載置する天板１と、この天板１を被検体Ｍごと収容するガントリ２とを備えている。ガントリ２内部には、Ｘ線管３とＦＰＤ４とを配設しており、被検体Ｍを挟んで図中の矢印の方向にＸ線管３とＦＰＤ４とを一体に回転走査させるように構成している。ガントリ２はこの発明における走査手段に、Ｘ線管３はこの発明における照射源に、ＦＰＤ４はこの発明における放射線検出器にそれぞれ相当する。
【００２２】
Ｘ線ＣＴ装置は、他に、天板１の昇降および水平移動を制御する天板制御部５や、ガントリ２内部のＸ線管３やＦＰＤ４の回転走査やガントリ２の傾斜を制御するガントリ制御部６や、Ｘ線管３の管電圧や管電流を発生させる高電圧発生部７ａを有するＸ線管制御部７や、ＦＰＤ４から検出された電荷信号をアナログからディジタルに変換するＡ／Ｄ変換部８や、ディジタルに変換された信号に基づいて断層画像に再構成する再構成部９や、これらの各構成部を統括するコントローラ１０や、投影画像や再構成された断層画像などを記憶するメモリ部１１や、オペレータが入力設定を行う入力部１２や、投影画像や断層画像などを表示するモニタ１３などを備えている。Ａ／Ｄ変換部８および再構成部９は、この発明における画像処理部に相当する。
【００２３】
天板制御部５は、天板１を水平移動させてガントリ２内部に被検体Ｍを収容したり、昇降および水平移動させて被検体Ｍを所望の位置に設定したり、水平移動させながらＣＴ撮影を行ったり、ＣＴ撮影終了後に水平移動させてガントリ２から被検体Ｍを退避させる制御などを行う。ガントリ制御部６は、Ｘ線管３やＦＰＤ４の回転走査や、図中のｙｚ方向に関するガントリ２の傾斜の制御などを行う。高電圧発生部７ａは、Ｘ線を照射させるための管電圧や管電流を発生して、Ｘ線管３に与え、Ｘ線管制御部７は、Ｘ線管３側のコリメータ（図示省略）の照視野の設定の制御などを行う。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換部８は、ＦＰＤ４から検出された電荷信号をアナログからディジタルに変換して投影画像を作成し、再構成部９は、ディジタルに変換された信号に基づいてフィルタリングなどの処理を行って断層画像に再構成する。コントローラ１０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などで構成されており、メモリ部１１は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ−Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などに代表される記憶媒体などで構成されている。また、入力部１２はマウスやキーボードやジョイスティックやトラックボールやタッチパネルなどに代表されるポインティングディバイスで構成されている。
【００２５】
上述したＦＰＤ４は、円弧状にチャンネル方向に複数個の検出素子を配列しているとともに、スライス方向（図中のｙ方向）にも複数の検出素子を配列して構成されている。マルチスライスＸ線ＣＴ装置やコーンビームＣＴ装置の場合には、チャンネル方向に約５００〜１０００チャンネル程度、スライス方向に約２０〜５００チャンネル程度の検出素子をそれぞれ配列している。
【００２６】
ＦＰＤ４は、図２に示すように、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ガラス基板２０上に光電変換層３０とゲートドライバ４０とを積層しているとともに、光電変換層３０，ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）透明電極５０，光学接着剤６０，シンチレータアレイ７０を下から順に積層して構成されている。このＦＰＤ４は、間接変換型の放射線検出器である。シンチレータアレイ７０は、この発明におけるシンチレータに相当する。
【００２７】
ＴＦＴガラス基板２０については、例えば２３０ｍｍ×２３０ｍｍ〜４３０ｍｍ×４３０ｍｍ、１００ｍｍ×５００ｍｍなどの所望の大きさに製造することが可能であるので、これに合わせてＦＰＤ４の面積サイズを決定する。もちろん、ＦＰＤ４の面積サイズに合わせてＴＦＴガラス基板２０を製造してもよい。
【００２８】
ＴＦＴガラス基板２０は、ガラス基板２１と、ガラス基板２１上に形成された薄膜トランジスタＴＦＴとから構成されている。薄膜トランジスタＴＦＴについては、図４に示すように、縦・横式２次元マトリックス状配列でスイッチング素子２２が多数個（例えば、１０２４個×１０２４個）形成されており、キャリア収集電極２３（図３参照）ごとにスイッチング素子２２が互いに分離形成されている。すなわち、ＦＰＤ４は、２次元アレイ型放射線検出器でもある。
【００２９】
図３に示すようにキャリア収集電極２３の上には光電変換層３０が積層された形態となっており、図３，図４に示すようにキャリア収集電極２３は、スイッチング素子２２のソースＳに接続されている。ゲートドライバ４０からは複数本のゲートバスライン２４が接続されているとともに、各ゲートバスライン２４はスイッチング素子２２のゲートＧに接続されている。一方、図４に示すように、電荷信号を収集するデータ収集部２５には複数本のデータバスライン２６が接続されているとともに、図３，図４に示すように各データバスライン２６はスイッチング素子２２のドレインＤに接続されている。
【００３０】
ＩＴＯ透明電極５０（図２参照）にバイアス電圧を印加した状態で、ゲートバスライン２４の電圧を印加（または０Ｖにする）することでスイッチング素子２２のゲートＧがＯＮされて、キャリア収集電極２３は、光電変換層３０で変換された電荷信号（キャリア）を、スイッチング素子２２のソースＳとドレインＤとを介してデータバスライン２６に読み出す。従って、キャリア収集電極２３は、この発明における読出電極に相当する。
【００３１】
光電変換層３０は、ＡｓやＬｉＦをドープしたアモルファスセレンを主体とした蒸着膜で形成されており、その膜厚は２〜３０μｍである。ＩＴＯ透明電極５０は１００〜５００オングストロームの厚さで光電変換層３０上に蒸着して形成されており、この電極５０からバイアス電圧が印加される。
【００３２】
シンチレータアレイ７０は、図５に示すように、入射面シート７１ａと枠体７１ｂとで構成された箱７１と、反射材格子枠７２と、シンチレータピース７３（図２参照）と、樹脂７４とを備えて構成されている。反射材格子枠７２は、この発明における格子枠に相当する。
【００３３】
次に、ＦＰＤ４の製造工程について、図６，図７を参照して説明する。図６は、シンチレータピース７３および樹脂７４を挿入しない状態でのシンチレータアレイ７０の分解斜視図であり、図７は、シンチレータピース７３および樹脂７４を挿入した状態でのシンチレータアレイ７０の概略断面図であって、（ａ）は平坦加工前、（ｂ）は上下反転後のときの図である。
【００３４】
入射面シート７１ａと枠体７１ｂとが予め接着された構造の箱７１の内部に、図６に示すように反射材格子枠７２を配設する。入射面シート７１ａはＸ線が入射するためのシートであって、後述するように放射線透過性が大きく光学的に反射特性のよい材料で形成する。この反射材格子枠７２は、多数の溝７２ａが刻み込まれた薄膜状の短冊７２ｂを縦横に組み合わせて構成されており、この短冊７２ｂは光反射材で形成されている。縦の短冊７２ｂと横の短冊７２ｂとを縦横に組み合わせるには、それぞれの溝７２ａが互い嵌合するように位置を設定する。この反射材格子枠７２の配設は、この発明における（ａ）の工程に相当する。
【００３５】
反射材格子枠７２を箱７１の内部に配設したら、図７に示すように、シンチレータピース７３を反射材格子枠７２に沿ってそれぞれ挿入して、箱７１の内部に配設する。このシンチレータピース７３はチップ状（例えば１ｍｍ四方×厚さ４ｍｍ）に形成されている。このシンチレータピース７３の挿入は、この発明における（ｂ）の工程に相当する。
【００３６】
かかるシンチレータピース７３をチップ状に形成するのは容易であり、また入手可能である。シンチレータピース７３の厚さ（例えば４ｍｍ）は、反射材格子枠７２よりも薄い。また、シンチレータピース７３の大きさと反射材格子枠７２で囲まれる大きさとはほぼ一致しており、シンチレータピース７３を反射材格子枠７２に沿わせると隙間なく挿入することができる。シンチレータピース７３の大きさが例えば１ｍｍ四方の場合には、隣接する反射材枠との間隔は１ｍｍ程度になるようにする。シンチレータピース７３や反射材格子枠７２で囲まれる大きさは、各々の画素（ピクセル）ごとに対応させればよい。
【００３７】
また、シンチレータピース７３を形成する材料は、光電変換層３０（図７（ｂ）参照）を形成するアモルファスセレンの量子効率の最も良い感度波長近傍にピーク発光波長をもち、大きいストッピングパワーや高感度、さらには低コストが実現可能なＣｓＩ：Ｎａ（ＮａがドープされたＣｓＩ）（発光波長λ＝４２０ｎｍ）、ＬａＣｌ２ （発光波長λ＝３３０，３５２ｎｍ）、ＬａＢｒ３ （発光波長λ＝３５８，３８５ｎｍ）が望ましい。
【００３８】
ここで、シンチレータピース７３の具体的な厚さは、上述した材料では、１ｍｍ以上であればよい。本実施例のようにＸ線ＣＴ装置に適用する場合には、ストッピングパワーの不足を回避する点を鑑みれば、上述した材料では厚さは２ｍｍ以上がより好ましい。また、厚さが１０ｍｍを超えると光が透過しなくなる恐れがある。以上より、上述した材料では、シンチレータピース７３の厚さは１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲で、Ｘ線ＣＴ装置に適用する場合には、より好ましくは、厚さは２ｍｍから１０ｍｍまでの範囲である。
【００３９】
シンチレータピース７３を箱７１の内部に配設した状態で、図７（ａ）に示すように、液体状の樹脂７４を箱７１の内部に注入する。注入時には、シンチレータピース７２は樹脂７４よりの比重が大きいので、シンチレータピース７２は箱７１の底側に、すなわち入射面シート７１ａ側に沈み込んで配置される。また、注入時には、液体状の樹脂７４の中に気泡が残らないようにシンチレータアレイ７０を真空脱気するのが好ましい。また、このとき、若干加熱しながら注入を行うと、樹脂の粘度が下がって脱泡しやすくなるのでより効果的である。ただし過熱すると樹脂７４が注入時点で硬化してしまうので、硬化しない程度に加熱を行う。
【００４０】
樹脂７４を注入して脱泡したら、加熱を行って樹脂７４を硬化させて一体的に成型する。注入から硬化までの一連の動作については、シンチレータ材料は潮解性がある、すなわちシンチレータの結晶が大気中の湿気を吸収して溶けやすいので、ドライボックス、ドライルームなどの乾燥雰囲気中で行うのが好ましい。また、潮解性のことを鑑みて、入射面シート７１ａと枠体７１ｂとの接着面が気密構造になるようにするのが好ましい。硬化後の状態では、シンチレータアレイ７０は外部の湿気から完全に密閉された気密構造を達成しているので、通常の雰囲気中で取り出すことができる。この樹脂７４の注入および硬化は、この発明における（ｃ）の工程に相当する。
【００４１】
成型後の樹脂７４の上面（すなわち光電変換層３０側の面）は、粘度や表面張力の影響により平坦でなく、さらに樹脂７４の硬化時の収縮によりシンチレータアレイ７０全体が反り返って成型されてしまう。そこで、成型後の樹脂７４の上面については、シンチレータピース７３の気密性が破られない程度の厚さを残して、図７に示すカットラインＬで研削して、表面を研磨する。この研削・研磨によって樹脂７４を、入射面シート７１ａと逆側の面、すなわち光電変換層３０側の面で平坦に加工する。樹脂の高さを２０μｍとすると１０（＝２０−１０）μｍ〜３０（＝２０＋１０）μｍの範囲に収まるように平坦に加工する。ここでの平坦度は＋−１０μｍをいう。この樹脂７４の平坦加工は、この発明における（ｅ）の工程に相当する。
【００４２】
樹脂７４の上面を平坦に加工したら、図７（ｂ）に示すように、シンチレータアレイ７０全体を上下に反転させて、入射面シート７１ａが上面になるようにする。このとき、平坦加工された面が下面になって、その面が光電変換層３０に当接する形態となる。入射面シート７１ａを上面にした状態で、光学接着剤６０を介在させて、樹脂７４を硬化させた箱７１、すなわちシンチレータアレイ７０をＩＴＯ透明電極５０が蒸着した光電変換層３０に積層する。この積層は、この発明における（ｄ）の工程に相当する。
【００４３】
以上のような手順でシンチレータアレイ７０が構成されて、ＦＰＤ４が製造されるが、各々の部材の具体的な材料について以下に示す。入射面シート７１ａは、放射線透過性が大きく光学的に反射特性のよい多層膜フィルム（例えばポリエステルを基台にしてＴｉＯ２ とＳｉＯ２ とを交互に蒸着したもの）、白色ルミラーフィルムなどが望ましい。枠体７１ｂは、熱膨張係数が小さく、切削性に優れ、寸法精度のよい、加工可能なマシナブルセラミックなどが望ましい。反射材格子枠７２は、光学的に反射特性のよい多層膜フィルム、白色ルミラーフィルム、フッ素樹脂コートが望ましい。樹脂７４は、吸湿性が小さく光学的に透明なエポキシ樹脂などが望ましい。
【００４４】
以上のように構成されたＦＰＤ４は、以下の作用・効果を奏する。すなわち、Ｘ線が入射するとシンチレータアレイ７０はＸ線を光に変換し、シンチレータアレイ７０の下に積層された光電変換層３０がその光を電荷信号に変換し、光電変換層３０の下に積層されたキャリア収集電極２３がその電荷信号を読み出すことでＸ線を検出する。このＦＰＤ４において、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さ（本実施例では４ｍｍ）でシンチレータアレイ７０を構成することから、その厚さによって検出効率を改善することができる。また、シンチレータアレイ７０での発光量を多くすることができ、十分な感度を得ることができる。
【００４５】
このようなＦＰＤ４の製造工程については、上述したように、Ｘ線を入射する入射面シート７１ａと枠体７１ｂとで構成された箱７１の内部に反射材格子枠７２を配設し、反射材格子枠７２よりも薄く、かつ本実施例では４ｍｍの厚さで構成されたシンチレータピース７３を各格子枠７２に沿ってそれぞれ挿入して箱７２の内部に配設し、シンチレータピース７３が箱７１の内部に配設された状態で、光学的に透明な樹脂７４を箱７１の内部に注入して硬化させ、入射面シート７１ａが上面になるように、樹脂７４を硬化させた箱７１（シンチレータアレイ７０）を光電変換層３９に積層する。
【００４６】
かかる工程から樹脂７４を硬化させた箱７１には反射材格子枠７２に沿った各シンチレータピース７３が内部に含まれており、この箱７１でシンチレータアレイ７０全体を構成することになる。また、入射面シート７１ａが上面になるように、シンチレータアレイ７０に相当する箱７１を積層しているので、Ｘ線が入射した場合には入射面シート７１ａからシンチレータピース７３を介して光に変換される。また、箱７１ａの面積に相当する大きさのシンチレータを、上述した４ｍｍのように１ｍｍ以上の厚さで構成するのは困難であるが、１ｍｍ四方の大きさをもったチップ状のシンチレータピース７３を形成するのは容易であり、入手可能であることから、そのシンチレータピース７３と反射材格子枠７２とを利用することで、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータアレイ７０を構成することが可能になる。その結果、ＦＰＤ４を好適に製造することができる。また、検出効率を改善した高感度のＦＰＤ４を簡易に製造することができる。
【００４７】
本実施例では、硬化した樹脂７４を光電変換層３０側の面で平坦に加工（研削・研磨）している。もし、上述した面が平坦に構成されていないと、光学接着剤６０の厚さを厚くしなければ光電変換層３０上にシンチレータアレイ７０を安定して積層することができない。平坦に構成することで、シンチレータアレイ７０と光学変換層３０との間に介在する光学接着剤６０を薄くしても、箱７１を光学変換層３０に安定して積層することができ、光学変換層３０の表面を傷つけるということも防止することができる。また、光学接着剤６０を薄くすることで、光学接着剤６０による光の減衰・拡散や、光の減衰・拡散による被曝線量の増大を防止することができる。
【００４８】
また、かかる製造工程で得られたＦＰＤ４は、シンチレータアレイ７０内部が格子枠で区切られた構成となっている。従って、格子枠で区切られた各シンチレータピ−ス７３を各々のピクセルごとに対応させればよい。この格子枠を反射材で構成、すなわち反射材格子枠７２として構成することで、隣接または近傍のシンチレータピース７３に電荷や光がリークする、いわゆるクロストークを隣接または近傍のピクセル間において防止することができる。
【００４９】
シンチレータアレイ７０の下に積層された光学変換層３０は、シンチレータアレイ７０のようにピクセルごとに区切られておらず、一様に形成されているが、上述したように光学変換層３０としてアモルファスセレンを採用している。このアモルファスセレンは横方向に電荷や光がリークしにくい性質を有するので、一様に形成されていてもクロストークを防止することができる。さらに光学変換層が一様に形成されることで、感度をより一層よくすることができる。
【００５０】
本実施例では、かかるＦＰＤ４をＸ線ＣＴ装置に適用しているので、Ｘ線管３からＸ線を照射する管電圧が例えば１２０ｋＶｐと高電圧であっても、ストッピングパワーの不足を回避することができ、被検体への被曝線量が多くなるという問題を回避することができる。また、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータアレイ７０が構成されていることからシンチレータアレイ７０で発光量が十分なものとなり、画質を落とすこともない。
【００５１】
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００５２】
（１）上述した実施例のＸ線ＣＴ装置は、被検体Ｍの周りをＸ線管３とＦＰＤ４とが一体に回転走査する構成であったが、ＦＰＤを被検体の周りに環状に固定して配設し、その環状のＦＰＤの周りにＸ線管が回転走査する構成（Ｓ／Ｒ方式）や、環状のＦＰＤの外側にもＸ線管が回転走査する構成（Ｒ／Ｒ方式）であってもよい。すなわち、少なくともＸ線管が被検体の周りを回転走査する構成であればよい。
【００５３】
（２）上述した実施例では、ＦＰＤ４をＸ線ＣＴ装置に適用したが、Ｘ線ＣＴ装置以外のＸ線撮影装置（例えばＸ線透視撮影装置など）に適用してもよい。また、Ｘ線以外の放射線撮影装置（例えば核医学診断装置など）であってもよい。
【００５４】
（３）上述した実施例では、ＦＰＤ４におけるスイッチング素子２２の配列個数は上述の１０２４個×１０２４個であったが、実施形態に応じて配列個数を変更して使用することができる。従って、スイッチング素子２２が１個のみの形態であってもよい。
【００５５】
（４）上述した実施例では、平坦加工を行ったが、シンチレータアレイ７０と光学変換層３０との間に介在する光学接着剤６０の厚さが厚くても、光学接着剤６０による光の減衰・拡散や、光の減衰・拡散による被曝線量の増大がなければ、あるいは被曝線量の増大を考慮しないのであれば、平坦加工を行わずに光学接着剤６０の厚さを厚くして積層を行ってもよい。
【００５６】
（５）上述した実施例では、格子枠として反射材を用いたが、クロストークが発生しない、あるいはクロストークを考慮しないのであれば、必ずしも格子枠として反射材を用いる必要はない。
【００５７】
（６）上述した実施例では、光学変換層としてアモルファスセレンを採用したが、アモルファス（非晶質）に限定されず、また、セレンにも限定されない。また、光学変換層はシンチレータアレイのようにピクセルごとに区切られていなかったが、ピクセルごとに区切られていてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明に係る放射線検出器によれば、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータを構成することから、その厚さによって検出効率を改善することができるとともに、十分な感度を得ることができる。また、この発明に係る放射線検出器の製造方法によれば、検出効率を改善した高感度の放射線検出器を簡易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係るＸ線ＣＴ装置の概略構成図である。
【図２】Ｘ線ＣＴ装置に用いられるフラットパネル型Ｘ線検出器の概略断面図である。
【図３】側面視したフラットパネル型Ｘ線検出器の等価回路である。
【図４】平面視したフラットパネル型Ｘ線検出器の等価回路である。
【図５】フラットパネル型Ｘ線検出器のシンチレータアレイの概略斜視図である。
【図６】シンチレータピースおよび樹脂を挿入しない状態でのシンチレータアレイの分解斜視図である。
【図７】シンチレータピースおよび樹脂を挿入した状態でのシンチレータアレイの概略断面図であって、（ａ）は平坦加工前、（ｂ）は上下反転後のときの図である。
【符号の説明】
２ … ガントリ
３ … Ｘ線管
４ … フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）
８ … Ａ／Ｄ変換部
９ … 再構成部
２３ … キャリア収集電極
３０ … 光電変換層
７０ … シンチレータアレイ
７１ … 箱
７１ａ … 入射面シート
７１ｂ … 枠体
７２ … 反射材格子枠
７３ … シンチレータピース
７４ … 樹脂
Ｍ … 被検体
【発明の属する技術分野】
この発明は、医療分野、工業分野、さらには原子力分野等に用いられる放射線検出器およびその製造方法に係り、特に、放射線を光に変換して電荷信号に変換する間接変換型の放射線検出器の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の放射線検出器は、ガラス基板の上に光電変換層（光電変換素子）とシンチレータとが積層されて構成されており、放射線が入射するとシンチレータが入射した放射線を光に変換し、光電変換層がその光を電荷信号に変換し、その電荷信号を読み出すことで放射線を検出する。このように、放射線を光に変換して電荷信号に変換する放射検出器は、「間接変換型」と呼ばれている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１５３９６１号公報（第３頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような放射線検出器ではシンチレータの厚さが薄い。シンチレータの材料としてＣｓＩ：Ｔｉ（ＴｉがドープされたＣｓＩ）を採用した場合には、シンチレータは真空蒸着法で形成されており、その厚さは約６００μｍ程度で薄い。また、シンチレータの材料としてＧｄ２ Ｏ２ Ｓ増感紙で採用した場合には、その厚さは約２００μｍ程度でさらに薄い。このようなシンチレータを備えた放射線検出器をＸ線ＣＴ装置に適用すると、以下のような問題がある。
【０００５】
すなわち、Ｘ線ＣＴ装置で一般的に用いられている管電圧１２０ｋＶｐで撮影しようとすると、シンチレータの厚さが薄いことからストッピングパワーが不足して検出効率が悪くなり、被検体への被曝線量が多くなるという問題がある。また、シンチレータの厚さが薄いことからシンチレータで発光量が不足し、十分な感度が得られず画質を落とすことにもなる。
【０００６】
一方、放射線を直接的に電荷信号に変換する放射線検出器は、「直接変換型」と呼ばれ、放射線を光に変換するシンチレータを備えていない。このような直接変換型の放射検出器でも、光電変換層の厚さはシンチレータと同様に薄く、同じように検出効率が悪くなり、被検体への被曝線量が多くなる。また、光電変換層の厚さが１ｍｍ以上と仮に厚く構成できたとしても、厚すぎると電荷がトラップするという問題がある。
【０００７】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、検出効率を改善した高感度の放射線検出器およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、入射した放射線を光に変換するシンチレータと、前記シンチレータによって変換された光を電荷信号に変換する光電変換層と、前記光電変換層によって変換された電荷信号を読み出す読出電極とを備え、前記読出電極，光電変換層，シンチレータを下から順に積層して構成された放射線検出器であって、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータを構成することを特徴とするものである。
【０００９】
〔作用・効果〕請求項１に記載の発明によれば、放射線が入射するとシンチレータが放射線を光に変換し、シンチレータの下に積層された光電変換層がその光を電荷信号に変換し、光電変換層の下に積層された読出電極がその電荷信号を読み出すことで放射線を検出する。この放射線検出器は、放射線を光に変換して電荷信号に変換する間接変換型である。この放射線検出器において、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータを構成することから、その厚さによって検出効率を改善することができる。また、シンチレータでの発光量を多くすることができ、十分な感度を得ることができる。
【００１０】
この発明の放射線検出器において、シンチレータの光電変換層側の面を平坦に構成するのが好ましい（請求項２に記載の発明）。光電変換層上にシンチレータを積層する際に、その積層面の間に光学接着剤を介在させて行うが、シンチレータの光電変換層側の面が平坦で構成されていないと、光学接着剤の厚さを厚くしなければ光電変換層上にシンチレータを安定して積層することができない。かかる面を平坦に構成することで光学接着剤を薄くすることができ、光学接着剤による光の減衰・拡散や、光の減衰・拡散による被曝線量の増大を防止することができる。また、平坦に構成することで光電変換層の表面を傷つけるということも防止することができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、入射した放射線を光に変換するシンチレータと、前記シンチレータによって変換された光を電荷信号に変換する光電変換層と、前記光電変換層によって変換された電荷信号を読み出す読出電極とを備え、前記読出電極，光電変換層，シンチレータを下から順に積層して構成された放射線検出器の製造方法であって、（ａ）放射線を入射する入射面シートと枠体とで構成された箱の内部に格子枠を配設する工程と、（ｂ）前記格子枠よりも薄く構成されたシンチレータピースを各格子枠に沿ってそれぞれ挿入して前記箱の内部に配設する工程と、（ｃ）前記シンチレータピースが箱の内部に配設された状態で、光学的に透明な樹脂を箱の内部に注入して硬化させる工程と、（ｄ）前記入射面シートが上面になるように、前記樹脂を硬化させた箱を光電変換層に積層する工程とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
〔作用・効果〕請求項３に記載の発明によれば、（ａ）の工程では放射線を入射する入射面シートと枠体とで構成された箱の内部に格子枠を配設し、（ｂ）の工程では格子枠よりも薄く構成されたシンチレータピースを各格子枠に沿ってそれぞれ挿入して箱の内部に配設し、（ｃ）の工程ではシンチレータピースが箱の内部に配設された状態で、光学的に透明な樹脂を箱の内部に注入して硬化させ、（ｄ）の工程では入射面シートが上面になるように、樹脂を硬化させた箱を光電変換層に積層する。かかる（ａ）〜（ｄ）の工程から樹脂を硬化させた箱には格子枠に沿った各シンチレータピースが内部に含まれており、この箱でシンチレータ全体を構成することになる。また、入射面シートが上面になるように、シンチレータに相当する箱を積層しているので、放射線が入射した場合には入射面シートからシンチレータを介して光に変換される。また、箱の面積に相当する大きさのシンチレータを、１ｍｍ以上の厚さで構成するのは困難であるが、シンチレータピースと格子枠とを利用することで、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータを構成することが可能になる。その結果、請求項１に記載の発明の放射線検出器を好適に製造することができる。また、検出効率を改善した高感度の放射線検出器を簡易に実現することができる。
【００１３】
また、この発明の放射線検出器の製造方法において、（ｅ）の工程では硬化した樹脂を光電変換層側の面で平坦に加工する（請求項４に記載の発明）ことで、光学接着剤を薄くしても、（ｅ）の工程の後の（ｄ）の工程で箱を光電変換層に安定して積層することができ、光電変換層の表面を傷つけるということも防止することができる。また、光学接着剤を薄くすることで被曝線量の増大を防止することができる。ここで、平坦に加工する具体的な方法としては、例えばカットラインに沿って研削する方法や、表面を研磨する方法などが挙げられる。
【００１４】
この発明の放射線検出器の製造方法によって得られたものは、シンチレータ内部が格子枠で区切られた構成となっている。従って、格子枠で区切られた各シンチレータピ−スを各々の画素（ピクセル）ごとに対応させればよい。この格子枠を反射材で構成するのが好ましい（請求項５に記載の発明）。格子枠を反射材で構成することで、隣接または近傍のシンチレータピースに電荷や光がリークする、いわゆるクロストークを隣接または近傍のピクセル間において防止することができる。
【００１５】
なお、本明細書は、次のような放射線検出器を用いた放射線撮影装置やＸ線ＣＴ装置に係る発明も開示している。
【００１６】
（１） 請求項１または請求項２に記載の放射線検出器を用いた放射線撮影装置であって、被検体からの放射線を検出する放射線検出器と、前記放射線検出器からの検出結果に基づいて画像を処理する画像処理部とを備えることを特徴とするＸ線撮影装置。
【００１７】
前記（１）に記載の発明によれば、この発明の放射線検出器を放射線撮影装置に適用した場合に、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータが構成されていることからシンチレータで発光量が十分なものとなり、画質を落とすこともない。
【００１８】
（２） 請求項１または請求項２に記載の放射線検出器を用いたＸ線ＣＴ装置であって、Ｘ線を被検体に照射する照射源と、前記被検体に照射されて透過された前記Ｘ線を検出する放射線検出器と、少なくとも前記照射源を被検体の周りに回転走査させる走査手段と、前記放射線検出器からの検出結果に基づいて画像を処理する画像処理部とを備えることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【００１９】
前記（２）に記載の発明によれば、この発明の放射線検出器をＸ線ＣＴ装置に適用した場合に、照射源（Ｘ線管）からＸ線を照射するための電圧（管電圧）が、高電圧（例えば１２０ｋＶｐ）であっても、ストッピングパワーの不足を回避することができ、被検体への被曝線量が多くなるという問題を回避することができる。また、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータが構成されていることからシンチレータで発光量が十分なものとなり、画質を落とすこともない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
図１は、本実施例に係るＸ線ＣＴ装置の概略構成図であり、図２は、Ｘ線ＣＴ装置に用いられるフラットパネル型Ｘ線検出器の概略断面図であり、図３は、側面視したフラットパネル型Ｘ線検出器の等価回路であり、図４は、平面視したフラットパネル型Ｘ線検出器の等価回路であり、図５は、フラットパネル型Ｘ線検出器のシンチレータアレイの概略斜視図である。なお、本実施例ではフラットパネル型Ｘ線検出器（以下、適宜「ＦＰＤ」という）をＸ線ＣＴ装置に適用して説明する。また、Ｘ線ＣＴ装置は、例えばマルチスライスＸ線ＣＴ装置やコーンビームＣＴ装置などのように特に限定されない。
【００２１】
本実施例に係るＸ線ＣＴ装置は、図１に示すように、被検体Ｍを載置する天板１と、この天板１を被検体Ｍごと収容するガントリ２とを備えている。ガントリ２内部には、Ｘ線管３とＦＰＤ４とを配設しており、被検体Ｍを挟んで図中の矢印の方向にＸ線管３とＦＰＤ４とを一体に回転走査させるように構成している。ガントリ２はこの発明における走査手段に、Ｘ線管３はこの発明における照射源に、ＦＰＤ４はこの発明における放射線検出器にそれぞれ相当する。
【００２２】
Ｘ線ＣＴ装置は、他に、天板１の昇降および水平移動を制御する天板制御部５や、ガントリ２内部のＸ線管３やＦＰＤ４の回転走査やガントリ２の傾斜を制御するガントリ制御部６や、Ｘ線管３の管電圧や管電流を発生させる高電圧発生部７ａを有するＸ線管制御部７や、ＦＰＤ４から検出された電荷信号をアナログからディジタルに変換するＡ／Ｄ変換部８や、ディジタルに変換された信号に基づいて断層画像に再構成する再構成部９や、これらの各構成部を統括するコントローラ１０や、投影画像や再構成された断層画像などを記憶するメモリ部１１や、オペレータが入力設定を行う入力部１２や、投影画像や断層画像などを表示するモニタ１３などを備えている。Ａ／Ｄ変換部８および再構成部９は、この発明における画像処理部に相当する。
【００２３】
天板制御部５は、天板１を水平移動させてガントリ２内部に被検体Ｍを収容したり、昇降および水平移動させて被検体Ｍを所望の位置に設定したり、水平移動させながらＣＴ撮影を行ったり、ＣＴ撮影終了後に水平移動させてガントリ２から被検体Ｍを退避させる制御などを行う。ガントリ制御部６は、Ｘ線管３やＦＰＤ４の回転走査や、図中のｙｚ方向に関するガントリ２の傾斜の制御などを行う。高電圧発生部７ａは、Ｘ線を照射させるための管電圧や管電流を発生して、Ｘ線管３に与え、Ｘ線管制御部７は、Ｘ線管３側のコリメータ（図示省略）の照視野の設定の制御などを行う。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換部８は、ＦＰＤ４から検出された電荷信号をアナログからディジタルに変換して投影画像を作成し、再構成部９は、ディジタルに変換された信号に基づいてフィルタリングなどの処理を行って断層画像に再構成する。コントローラ１０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などで構成されており、メモリ部１１は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ−Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などに代表される記憶媒体などで構成されている。また、入力部１２はマウスやキーボードやジョイスティックやトラックボールやタッチパネルなどに代表されるポインティングディバイスで構成されている。
【００２５】
上述したＦＰＤ４は、円弧状にチャンネル方向に複数個の検出素子を配列しているとともに、スライス方向（図中のｙ方向）にも複数の検出素子を配列して構成されている。マルチスライスＸ線ＣＴ装置やコーンビームＣＴ装置の場合には、チャンネル方向に約５００〜１０００チャンネル程度、スライス方向に約２０〜５００チャンネル程度の検出素子をそれぞれ配列している。
【００２６】
ＦＰＤ４は、図２に示すように、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ガラス基板２０上に光電変換層３０とゲートドライバ４０とを積層しているとともに、光電変換層３０，ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）透明電極５０，光学接着剤６０，シンチレータアレイ７０を下から順に積層して構成されている。このＦＰＤ４は、間接変換型の放射線検出器である。シンチレータアレイ７０は、この発明におけるシンチレータに相当する。
【００２７】
ＴＦＴガラス基板２０については、例えば２３０ｍｍ×２３０ｍｍ〜４３０ｍｍ×４３０ｍｍ、１００ｍｍ×５００ｍｍなどの所望の大きさに製造することが可能であるので、これに合わせてＦＰＤ４の面積サイズを決定する。もちろん、ＦＰＤ４の面積サイズに合わせてＴＦＴガラス基板２０を製造してもよい。
【００２８】
ＴＦＴガラス基板２０は、ガラス基板２１と、ガラス基板２１上に形成された薄膜トランジスタＴＦＴとから構成されている。薄膜トランジスタＴＦＴについては、図４に示すように、縦・横式２次元マトリックス状配列でスイッチング素子２２が多数個（例えば、１０２４個×１０２４個）形成されており、キャリア収集電極２３（図３参照）ごとにスイッチング素子２２が互いに分離形成されている。すなわち、ＦＰＤ４は、２次元アレイ型放射線検出器でもある。
【００２９】
図３に示すようにキャリア収集電極２３の上には光電変換層３０が積層された形態となっており、図３，図４に示すようにキャリア収集電極２３は、スイッチング素子２２のソースＳに接続されている。ゲートドライバ４０からは複数本のゲートバスライン２４が接続されているとともに、各ゲートバスライン２４はスイッチング素子２２のゲートＧに接続されている。一方、図４に示すように、電荷信号を収集するデータ収集部２５には複数本のデータバスライン２６が接続されているとともに、図３，図４に示すように各データバスライン２６はスイッチング素子２２のドレインＤに接続されている。
【００３０】
ＩＴＯ透明電極５０（図２参照）にバイアス電圧を印加した状態で、ゲートバスライン２４の電圧を印加（または０Ｖにする）することでスイッチング素子２２のゲートＧがＯＮされて、キャリア収集電極２３は、光電変換層３０で変換された電荷信号（キャリア）を、スイッチング素子２２のソースＳとドレインＤとを介してデータバスライン２６に読み出す。従って、キャリア収集電極２３は、この発明における読出電極に相当する。
【００３１】
光電変換層３０は、ＡｓやＬｉＦをドープしたアモルファスセレンを主体とした蒸着膜で形成されており、その膜厚は２〜３０μｍである。ＩＴＯ透明電極５０は１００〜５００オングストロームの厚さで光電変換層３０上に蒸着して形成されており、この電極５０からバイアス電圧が印加される。
【００３２】
シンチレータアレイ７０は、図５に示すように、入射面シート７１ａと枠体７１ｂとで構成された箱７１と、反射材格子枠７２と、シンチレータピース７３（図２参照）と、樹脂７４とを備えて構成されている。反射材格子枠７２は、この発明における格子枠に相当する。
【００３３】
次に、ＦＰＤ４の製造工程について、図６，図７を参照して説明する。図６は、シンチレータピース７３および樹脂７４を挿入しない状態でのシンチレータアレイ７０の分解斜視図であり、図７は、シンチレータピース７３および樹脂７４を挿入した状態でのシンチレータアレイ７０の概略断面図であって、（ａ）は平坦加工前、（ｂ）は上下反転後のときの図である。
【００３４】
入射面シート７１ａと枠体７１ｂとが予め接着された構造の箱７１の内部に、図６に示すように反射材格子枠７２を配設する。入射面シート７１ａはＸ線が入射するためのシートであって、後述するように放射線透過性が大きく光学的に反射特性のよい材料で形成する。この反射材格子枠７２は、多数の溝７２ａが刻み込まれた薄膜状の短冊７２ｂを縦横に組み合わせて構成されており、この短冊７２ｂは光反射材で形成されている。縦の短冊７２ｂと横の短冊７２ｂとを縦横に組み合わせるには、それぞれの溝７２ａが互い嵌合するように位置を設定する。この反射材格子枠７２の配設は、この発明における（ａ）の工程に相当する。
【００３５】
反射材格子枠７２を箱７１の内部に配設したら、図７に示すように、シンチレータピース７３を反射材格子枠７２に沿ってそれぞれ挿入して、箱７１の内部に配設する。このシンチレータピース７３はチップ状（例えば１ｍｍ四方×厚さ４ｍｍ）に形成されている。このシンチレータピース７３の挿入は、この発明における（ｂ）の工程に相当する。
【００３６】
かかるシンチレータピース７３をチップ状に形成するのは容易であり、また入手可能である。シンチレータピース７３の厚さ（例えば４ｍｍ）は、反射材格子枠７２よりも薄い。また、シンチレータピース７３の大きさと反射材格子枠７２で囲まれる大きさとはほぼ一致しており、シンチレータピース７３を反射材格子枠７２に沿わせると隙間なく挿入することができる。シンチレータピース７３の大きさが例えば１ｍｍ四方の場合には、隣接する反射材枠との間隔は１ｍｍ程度になるようにする。シンチレータピース７３や反射材格子枠７２で囲まれる大きさは、各々の画素（ピクセル）ごとに対応させればよい。
【００３７】
また、シンチレータピース７３を形成する材料は、光電変換層３０（図７（ｂ）参照）を形成するアモルファスセレンの量子効率の最も良い感度波長近傍にピーク発光波長をもち、大きいストッピングパワーや高感度、さらには低コストが実現可能なＣｓＩ：Ｎａ（ＮａがドープされたＣｓＩ）（発光波長λ＝４２０ｎｍ）、ＬａＣｌ２ （発光波長λ＝３３０，３５２ｎｍ）、ＬａＢｒ３ （発光波長λ＝３５８，３８５ｎｍ）が望ましい。
【００３８】
ここで、シンチレータピース７３の具体的な厚さは、上述した材料では、１ｍｍ以上であればよい。本実施例のようにＸ線ＣＴ装置に適用する場合には、ストッピングパワーの不足を回避する点を鑑みれば、上述した材料では厚さは２ｍｍ以上がより好ましい。また、厚さが１０ｍｍを超えると光が透過しなくなる恐れがある。以上より、上述した材料では、シンチレータピース７３の厚さは１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲で、Ｘ線ＣＴ装置に適用する場合には、より好ましくは、厚さは２ｍｍから１０ｍｍまでの範囲である。
【００３９】
シンチレータピース７３を箱７１の内部に配設した状態で、図７（ａ）に示すように、液体状の樹脂７４を箱７１の内部に注入する。注入時には、シンチレータピース７２は樹脂７４よりの比重が大きいので、シンチレータピース７２は箱７１の底側に、すなわち入射面シート７１ａ側に沈み込んで配置される。また、注入時には、液体状の樹脂７４の中に気泡が残らないようにシンチレータアレイ７０を真空脱気するのが好ましい。また、このとき、若干加熱しながら注入を行うと、樹脂の粘度が下がって脱泡しやすくなるのでより効果的である。ただし過熱すると樹脂７４が注入時点で硬化してしまうので、硬化しない程度に加熱を行う。
【００４０】
樹脂７４を注入して脱泡したら、加熱を行って樹脂７４を硬化させて一体的に成型する。注入から硬化までの一連の動作については、シンチレータ材料は潮解性がある、すなわちシンチレータの結晶が大気中の湿気を吸収して溶けやすいので、ドライボックス、ドライルームなどの乾燥雰囲気中で行うのが好ましい。また、潮解性のことを鑑みて、入射面シート７１ａと枠体７１ｂとの接着面が気密構造になるようにするのが好ましい。硬化後の状態では、シンチレータアレイ７０は外部の湿気から完全に密閉された気密構造を達成しているので、通常の雰囲気中で取り出すことができる。この樹脂７４の注入および硬化は、この発明における（ｃ）の工程に相当する。
【００４１】
成型後の樹脂７４の上面（すなわち光電変換層３０側の面）は、粘度や表面張力の影響により平坦でなく、さらに樹脂７４の硬化時の収縮によりシンチレータアレイ７０全体が反り返って成型されてしまう。そこで、成型後の樹脂７４の上面については、シンチレータピース７３の気密性が破られない程度の厚さを残して、図７に示すカットラインＬで研削して、表面を研磨する。この研削・研磨によって樹脂７４を、入射面シート７１ａと逆側の面、すなわち光電変換層３０側の面で平坦に加工する。樹脂の高さを２０μｍとすると１０（＝２０−１０）μｍ〜３０（＝２０＋１０）μｍの範囲に収まるように平坦に加工する。ここでの平坦度は＋−１０μｍをいう。この樹脂７４の平坦加工は、この発明における（ｅ）の工程に相当する。
【００４２】
樹脂７４の上面を平坦に加工したら、図７（ｂ）に示すように、シンチレータアレイ７０全体を上下に反転させて、入射面シート７１ａが上面になるようにする。このとき、平坦加工された面が下面になって、その面が光電変換層３０に当接する形態となる。入射面シート７１ａを上面にした状態で、光学接着剤６０を介在させて、樹脂７４を硬化させた箱７１、すなわちシンチレータアレイ７０をＩＴＯ透明電極５０が蒸着した光電変換層３０に積層する。この積層は、この発明における（ｄ）の工程に相当する。
【００４３】
以上のような手順でシンチレータアレイ７０が構成されて、ＦＰＤ４が製造されるが、各々の部材の具体的な材料について以下に示す。入射面シート７１ａは、放射線透過性が大きく光学的に反射特性のよい多層膜フィルム（例えばポリエステルを基台にしてＴｉＯ２ とＳｉＯ２ とを交互に蒸着したもの）、白色ルミラーフィルムなどが望ましい。枠体７１ｂは、熱膨張係数が小さく、切削性に優れ、寸法精度のよい、加工可能なマシナブルセラミックなどが望ましい。反射材格子枠７２は、光学的に反射特性のよい多層膜フィルム、白色ルミラーフィルム、フッ素樹脂コートが望ましい。樹脂７４は、吸湿性が小さく光学的に透明なエポキシ樹脂などが望ましい。
【００４４】
以上のように構成されたＦＰＤ４は、以下の作用・効果を奏する。すなわち、Ｘ線が入射するとシンチレータアレイ７０はＸ線を光に変換し、シンチレータアレイ７０の下に積層された光電変換層３０がその光を電荷信号に変換し、光電変換層３０の下に積層されたキャリア収集電極２３がその電荷信号を読み出すことでＸ線を検出する。このＦＰＤ４において、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さ（本実施例では４ｍｍ）でシンチレータアレイ７０を構成することから、その厚さによって検出効率を改善することができる。また、シンチレータアレイ７０での発光量を多くすることができ、十分な感度を得ることができる。
【００４５】
このようなＦＰＤ４の製造工程については、上述したように、Ｘ線を入射する入射面シート７１ａと枠体７１ｂとで構成された箱７１の内部に反射材格子枠７２を配設し、反射材格子枠７２よりも薄く、かつ本実施例では４ｍｍの厚さで構成されたシンチレータピース７３を各格子枠７２に沿ってそれぞれ挿入して箱７２の内部に配設し、シンチレータピース７３が箱７１の内部に配設された状態で、光学的に透明な樹脂７４を箱７１の内部に注入して硬化させ、入射面シート７１ａが上面になるように、樹脂７４を硬化させた箱７１（シンチレータアレイ７０）を光電変換層３９に積層する。
【００４６】
かかる工程から樹脂７４を硬化させた箱７１には反射材格子枠７２に沿った各シンチレータピース７３が内部に含まれており、この箱７１でシンチレータアレイ７０全体を構成することになる。また、入射面シート７１ａが上面になるように、シンチレータアレイ７０に相当する箱７１を積層しているので、Ｘ線が入射した場合には入射面シート７１ａからシンチレータピース７３を介して光に変換される。また、箱７１ａの面積に相当する大きさのシンチレータを、上述した４ｍｍのように１ｍｍ以上の厚さで構成するのは困難であるが、１ｍｍ四方の大きさをもったチップ状のシンチレータピース７３を形成するのは容易であり、入手可能であることから、そのシンチレータピース７３と反射材格子枠７２とを利用することで、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータアレイ７０を構成することが可能になる。その結果、ＦＰＤ４を好適に製造することができる。また、検出効率を改善した高感度のＦＰＤ４を簡易に製造することができる。
【００４７】
本実施例では、硬化した樹脂７４を光電変換層３０側の面で平坦に加工（研削・研磨）している。もし、上述した面が平坦に構成されていないと、光学接着剤６０の厚さを厚くしなければ光電変換層３０上にシンチレータアレイ７０を安定して積層することができない。平坦に構成することで、シンチレータアレイ７０と光学変換層３０との間に介在する光学接着剤６０を薄くしても、箱７１を光学変換層３０に安定して積層することができ、光学変換層３０の表面を傷つけるということも防止することができる。また、光学接着剤６０を薄くすることで、光学接着剤６０による光の減衰・拡散や、光の減衰・拡散による被曝線量の増大を防止することができる。
【００４８】
また、かかる製造工程で得られたＦＰＤ４は、シンチレータアレイ７０内部が格子枠で区切られた構成となっている。従って、格子枠で区切られた各シンチレータピ−ス７３を各々のピクセルごとに対応させればよい。この格子枠を反射材で構成、すなわち反射材格子枠７２として構成することで、隣接または近傍のシンチレータピース７３に電荷や光がリークする、いわゆるクロストークを隣接または近傍のピクセル間において防止することができる。
【００４９】
シンチレータアレイ７０の下に積層された光学変換層３０は、シンチレータアレイ７０のようにピクセルごとに区切られておらず、一様に形成されているが、上述したように光学変換層３０としてアモルファスセレンを採用している。このアモルファスセレンは横方向に電荷や光がリークしにくい性質を有するので、一様に形成されていてもクロストークを防止することができる。さらに光学変換層が一様に形成されることで、感度をより一層よくすることができる。
【００５０】
本実施例では、かかるＦＰＤ４をＸ線ＣＴ装置に適用しているので、Ｘ線管３からＸ線を照射する管電圧が例えば１２０ｋＶｐと高電圧であっても、ストッピングパワーの不足を回避することができ、被検体への被曝線量が多くなるという問題を回避することができる。また、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータアレイ７０が構成されていることからシンチレータアレイ７０で発光量が十分なものとなり、画質を落とすこともない。
【００５１】
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００５２】
（１）上述した実施例のＸ線ＣＴ装置は、被検体Ｍの周りをＸ線管３とＦＰＤ４とが一体に回転走査する構成であったが、ＦＰＤを被検体の周りに環状に固定して配設し、その環状のＦＰＤの周りにＸ線管が回転走査する構成（Ｓ／Ｒ方式）や、環状のＦＰＤの外側にもＸ線管が回転走査する構成（Ｒ／Ｒ方式）であってもよい。すなわち、少なくともＸ線管が被検体の周りを回転走査する構成であればよい。
【００５３】
（２）上述した実施例では、ＦＰＤ４をＸ線ＣＴ装置に適用したが、Ｘ線ＣＴ装置以外のＸ線撮影装置（例えばＸ線透視撮影装置など）に適用してもよい。また、Ｘ線以外の放射線撮影装置（例えば核医学診断装置など）であってもよい。
【００５４】
（３）上述した実施例では、ＦＰＤ４におけるスイッチング素子２２の配列個数は上述の１０２４個×１０２４個であったが、実施形態に応じて配列個数を変更して使用することができる。従って、スイッチング素子２２が１個のみの形態であってもよい。
【００５５】
（４）上述した実施例では、平坦加工を行ったが、シンチレータアレイ７０と光学変換層３０との間に介在する光学接着剤６０の厚さが厚くても、光学接着剤６０による光の減衰・拡散や、光の減衰・拡散による被曝線量の増大がなければ、あるいは被曝線量の増大を考慮しないのであれば、平坦加工を行わずに光学接着剤６０の厚さを厚くして積層を行ってもよい。
【００５６】
（５）上述した実施例では、格子枠として反射材を用いたが、クロストークが発生しない、あるいはクロストークを考慮しないのであれば、必ずしも格子枠として反射材を用いる必要はない。
【００５７】
（６）上述した実施例では、光学変換層としてアモルファスセレンを採用したが、アモルファス（非晶質）に限定されず、また、セレンにも限定されない。また、光学変換層はシンチレータアレイのようにピクセルごとに区切られていなかったが、ピクセルごとに区切られていてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明に係る放射線検出器によれば、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータを構成することから、その厚さによって検出効率を改善することができるとともに、十分な感度を得ることができる。また、この発明に係る放射線検出器の製造方法によれば、検出効率を改善した高感度の放射線検出器を簡易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係るＸ線ＣＴ装置の概略構成図である。
【図２】Ｘ線ＣＴ装置に用いられるフラットパネル型Ｘ線検出器の概略断面図である。
【図３】側面視したフラットパネル型Ｘ線検出器の等価回路である。
【図４】平面視したフラットパネル型Ｘ線検出器の等価回路である。
【図５】フラットパネル型Ｘ線検出器のシンチレータアレイの概略斜視図である。
【図６】シンチレータピースおよび樹脂を挿入しない状態でのシンチレータアレイの分解斜視図である。
【図７】シンチレータピースおよび樹脂を挿入した状態でのシンチレータアレイの概略断面図であって、（ａ）は平坦加工前、（ｂ）は上下反転後のときの図である。
【符号の説明】
２ … ガントリ
３ … Ｘ線管
４ … フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）
８ … Ａ／Ｄ変換部
９ … 再構成部
２３ … キャリア収集電極
３０ … 光電変換層
７０ … シンチレータアレイ
７１ … 箱
７１ａ … 入射面シート
７１ｂ … 枠体
７２ … 反射材格子枠
７３ … シンチレータピース
７４ … 樹脂
Ｍ … 被検体
Claims (5)
- 入射した放射線を光に変換するシンチレータと、前記シンチレータによって変換された光を電荷信号に変換する光電変換層と、前記光電変換層によって変換された電荷信号を読み出す読出電極とを備え、前記読出電極，光電変換層，シンチレータを下から順に積層して構成された放射線検出器であって、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の厚さでシンチレータを構成することを特徴とする放射線検出器。
- 請求項１に記載の放射線検出器において、前記シンチレータの前記光電変換層側の面が平坦に構成されていることを特徴とする放射線検出器。
- 入射した放射線を光に変換するシンチレータと、前記シンチレータによって変換された光を電荷信号に変換する光電変換層と、前記光電変換層によって変換された電荷信号を読み出す読出電極とを備え、前記読出電極，光電変換層，シンチレータを下から順に積層して構成された放射線検出器の製造方法であって、（ａ）放射線を入射する入射面シートと枠体とで構成された箱の内部に格子枠を配設する工程と、（ｂ）前記格子枠よりも薄く構成されたシンチレータピースを各格子枠に沿ってそれぞれ挿入して前記箱の内部に配設する工程と、（ｃ）前記シンチレータピースが箱の内部に配設された状態で、光学的に透明な樹脂を箱の内部に注入して硬化させる工程と、（ｄ）前記入射面シートが上面になるように、前記樹脂を硬化させた箱を光電変換層に積層する工程とを備えることを特徴とする放射線検出器の製造方法。
- 請求項３に記載の放射線検出器の製造方法において、（ｅ）硬化した前記樹脂を前記光電変換層側の面で平坦に加工する工程とを備えることを特徴とする放射線検出器の製造方法。
- 請求項３または請求項４に記載の放射線検出器の製造方法において、前記格子枠を反射材で構成することを特徴とする放射線検出器の製造方法。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007072796A1 (ja) * | 2005-12-19 | 2007-06-28 | International Frontier Technology Laboratory, Inc. | 放射性物質チップにより真贋判別可能なカード |
| JP2007324468A (ja) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Fujifilm Corp | 放射線画像検出器 |
| WO2008146601A1 (ja) * | 2007-05-28 | 2008-12-04 | Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. | 放射線画像撮影方法、シンチレータパネル、及び放射線イメージセンサ |
| JP2010127630A (ja) * | 2008-11-25 | 2010-06-10 | Toshiba Corp | 放射線検出器、ｘ線ｃｔ装置、及び放射線検出器の製造方法 |
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-
2003
- 2003-06-24 JP JP2003179918A patent/JP2005017033A/ja active Pending
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| CN109524428B (zh) * | 2018-11-13 | 2020-09-25 | 上海奕瑞光电子科技股份有限公司 | X射线探测单元、探测器及探测系统 |
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