JP2005172835A - 放射線検出器アセンブリの耐用寿命のための直接シンチレータ・コーティング - Google Patents

Abstract

【課題】 改良された耐用寿命のためのコーティングを有する検出器アセンブリを提供する。
【解決手段】 幾つかの態様において、放射線検出器アセンブリ（１０００）は検出器基材（１）と該検出器基材上に配設された検出器マトリクス・アレイとを含む。検出器マトリクス・アレイ上にシンチレータ材料（３）が配設され、シンチレータ材料上に防湿層（３００）が配設される。防湿層は複数のサブ層（３１０）を含む。該アセンブリはまた、検出器基材及び防湿層を覆って配設された保護カバーと、検出器基材と該カバーとの間に配設された接着材料とを含む。幾つかの構成において、接着材料は、防湿層に接着材料が接触しないように配設される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般に、放射線検出器アセンブリの分野に関し、より詳細には、改良された耐用寿命のためのコーティングを有する検出器アセンブリに関する。このような放射線検出器アセンブリは、医用又は工業用検査用途で使用されるような、デジタルＸ線検出器アセンブリでの使用に特に好適である。

Ｘ線検出器アセンブリにおいて、アモルファスシリコン検出器基材は、気相蒸着によりＸ線シンチレータ材料が被覆される。シンチレータ材料は、Ｘ線の吸収によってフォトンを等方的に発生する。検出器基材から離れる方向に放出されたフォトンを検出器基材に向って反射して戻すためにシンチレータ層の上に反射層が必要とされる。

医用イメージング用途における１つの重要な因子は、検出器の空間分解能である。１つの検出器ピクセルにわたりシンチレータ材料で発生されたフォトンは、高い画像分解能を得るためには下側のピクセルによってのみ計数されなければならない。隣接するピクセルに対して散乱されたフォトンは画像の鮮明度を低下させる。フォトン散乱を低減するため、シンチレータ材料は柱状又は針状形態に気相蒸着される。個々の針は互いに離隔されており、１００以上のアスペクト比（長さ／直径）を有する。個々のシンチレータ針が離隔した状態のままであれば、シンチレータ針を下降するフォトンは、シンチレータ材料の屈折率が空気よりも大きいことに起因して個々の針内部に閉じ込められる傾向にある。ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）シンチレータ材料は、極めて吸湿性のある塩として知られている。湿気に対するＣｓＩシンチレータ材料の曝露は、ＣｓＩの湿気吸収を起こす可能性があり、更に個々のＣｓＩシンチレータ針の融合を生じて、これにより検出器の画質が低下する。
米国特許第６２７８１１８号

従って、本発明の幾つかの構成は、検出器基材と該検出器基材上に配設された検出器マトリクス・アレイとを含む放射線検出器アセンブリを提供する。シンチレータ材料は、検出器マトリクス・アレイ上に配設され、防湿層がシンチレータ材料上に配設される。防湿層は複数のサブ層を含む。またアセンブリは、検出器基材及び防湿層を覆って配設された保護カバーと、検出器基材と該カバーとの間に配設された接着材料とを含む。接着材料は、防湿層に接触しないように配設される。

種々の構成において、本発明はまた、Ｘ線検出器アセンブリを提供する。Ｘ線検出器アセンブリは、検出器基材と該検出器基材上に配設された検出器マトリクス・アレイとを含む。該アセンブリは更に、検出器マトリクス・アレイ上に配設されたＸ線シンチレータ材料を含む。防湿層がシンチレータ材料上に配設される。該防湿層は複数のサブ層を含む。アセンブリはまた、検出器基材及び防湿層を覆って配設された保護カバーと、検出器基材と該カバーとの間に配設された接着材料とを含む。接着材料は、防湿層に接触しないように配設される。

本発明の更に別の構成は、検出器基材と、該検出器基材上に配設された検出器マトリクス・アレイとを含む放射線検出器アセンブリを提供する。アセンブリはまた、検出器マトリクス・アレイと電気的に通信する検出器基材上に配設された接触フィンガー区域を含む。シンチレータ材料は、検出器マトリクス・アレイ上に配設される。アセンブリは更に、シンチレータ材料上に配設された防湿層を含む。防湿層は複数のサブ層を含む。保護カバーが、検出器基材及び防湿層を覆って配設される。保護カバーは、接着材料を用いて防湿層に接合される。また防湿層は、防湿層の縁部が接着材料と接触フィンガー区域との間で検出器基材に接合されるように配設される。

更に幾つかの構成において、本発明は、検出器基材と該検出器基材上に配設された検出器マトリクス・アレイとを含むＸ線検出器アセンブリを提供する。Ｘ線検出器アセンブリはまた、検出器マトリクス・アレイと電気的に通信する検出器基材上に配設された接触フィンガー区域を含む。Ｘ線シンチレータ材料は、検出器マトリクス・アレイ上に配設される。防湿層が、シンチレータ材料上に配設される。防湿層は複数のサブ層を含む。Ｘ線検出器アセンブリは更に、検出器基材と防湿層とを覆って配設された保護カバーを含む。該保護カバーは、接着材料を用いて防湿層に接合される。また、防湿層は、防湿層の縁部が接着材料と接触フィンガー区域との間で検出器基材に接合されるように配設される。

このようにして本発明の種々の構成は、湿気の存在下における針の離隔を物理的に維持するシンチレータ用の封入コーティングを備えた放射線検出器を提供する。幾つかの構成における封入コーティングは、可視光並びにＸ線放射線などの検出されることになる放射線に対して実質的に透明である。湿気に対するシンチレータの全体の曝露は、外部雰囲気に抗する封止を用いる本発明の種々の構成において抑えられる。更に、シンチレータ及び検出器マトリクスは、種々の構成において機械的損傷から有利に保護される。

図１及び図２の両方は、それぞれの放射線検出器アセンブリの断面の一部だけを示し、該断面は図面の範囲を越えて左側に延びている。

幾つかの構成において、本発明は、検出器基材と該検出器基材上に配設された検出器マトリクス・アレイとを含む放射線検出器アセンブリを提供する。検出器マトリクスの目的は、光を電気信号に変換することであり、次いで該電気信号は一連の接触フィンガーによって検出器から読み出すことができる。該アセンブリは、少なくとも検出器マトリクス・アレイの上に配設され、例えばＸ線放射線である入射放射線を光に変換するシンチレータ材料を更に備える。該アセンブリは更に、シンチレータ材料上に配設された複数のサブ層を備える防湿層を含む。幾つかの構成において、防湿層は、シンチレータ針が湿気の存在下で融合することを防止するためにシンチレータ材料上に配設された封入コーティングと、放出することになるはずのフォトンを検出器に戻すよう配向するための反射層と、付加的な防湿性を与え且つピンホール欠陥に対して堅牢な構造をもたらすために反射層上に配設された１つ又はそれ以上の層とを備える。本発明の幾つかの構成は、グラファイト・レジンコアの両側に取り付けられたアルミニウム箔を備える、防湿性の機械的保護カバーを更に提供する。該カバーはエポキシビードを用いて検出器基材に取り付けられる。防湿性の機械的保護カバーは、検出器マトリクスと外周接触フィンガーのセットとの間の区域内の検出器基材に取り付けられる。

シンチレータに塗布される封入コーティングは、湿気の存在下における針の離隔を物理的に維持する。封入コーティングが有すべき望ましい性質は、該コーティングが可視光に対して、並びにＸ線放射線などの検出されることになる放射線に対して実質的に透明なことである。湿気へのシンチレータの全体的な曝露は、外部雰囲気に抗してシンチレータを封止することによって抑えられる。シンチレータ及び検出器マトリクスを機械的損傷から保護するためにカバーが設けられる。

１つの好適な封入コーティングは、パリレン（商標）（４６２４１ インディアナ州インディアナポリス、Ｗｅｓｔ Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｓｔ．５７０１、Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ，Ｉｎｃ．の商標）であり、これはシンチレータ針の間の小さな間隙に浸透することができるという理由による。パリレンは、可視光に対して実質的に透明であり、低温での塗布が比較的容易である。パリレンは、パリレンＮ（パラ−キシリレン）、パリレンＣ（モノ−クロロ−ポリ−パラ−キシリレン）及びパリレンＤ（ジ−クロロ−ポリ−パラ−キシリレン）といった様々な種類で市販されている。また、将来的には、新しい種類が開発される可能性もある。個々のタイプのパリレンの使用は、放射線イメージング・デバイスの特定の用途に基づいて決定される。加えて、パリレンのタイプ及びパリレン・サブ層の全体の数の任意の組合せを本発明で使用することができる。

反射サブ層は、銀、アルミニウム、又は他の高反射性金属を含むことができる。幾つかの構成において、反射層の反射率は、金属反射体の下に配設された、ＭｇＦ_２、ＳｉＯ、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、及びその同様のものなどの誘電体層を用いることにより更に高められる。誘電体層の屈折率及び厚みを適切に選択することによって反射率が高められる。

本発明の幾つかの構成において、付加サブ層が反射サブ層の上に配設される。このような付加サブ層は付加的な防湿性を与え、金属フィルムのピンホール欠陥及び粒子状物質による表面汚染に耐性のある構造体を形成する。パリレンと、チタン又はアルミニウム金属の何れかとの交互の層が本発明の幾つかの構成において好適な付加サブ層として使用されるが、以下に示すように他の材料を使用してもよい。層の数は、検出器アレイが使用される特定の用途の必要性に応じて決まる。多くの他の層の組合せが可能であり、前述の実施例は限定を意図するものではない。

本発明の幾つかの構成において、防湿性の機械的保護カバーが防湿層の上に配設される。該カバーは、エポキシビードなどの接着用ビードを用いて検出器基材に固定される。該カバーは、アセンブリへの湿気の侵入を抑制し、且つ機械的保護を提供する。カバーの組成及び構造は、用途の機械的及び湿気保護の要件に応じて定まる。非限定的な実施例として、防湿カバーはアルミニウム箔によって両側を覆われたグラファイト／レジンコアを含むことができる。防湿層が所与の用途に対して十分な湿気保護を与える場合には、該カバーは主にアセンブリを機械的衝撃から保護するために役立つことができる。このような場合には、該カバー材料はプラスチックを含むことができる。

本発明の幾つかの構成において、図１を参照すると、防湿層３００がシンチレータ層３を覆うように放射線検出器アセンブリ１０００内に配設され、防湿層３００の縁部５００は接着シール６の内側に位置する。幾つかの構成において、放射線検出器アセンブリ１０００はＸ線検出器アセンブリであり、シンチレータ層３はＸ線シンチレータ（すなわちシンチレータ材料）を備える。好適なＸ線シンチレータはヨウ化セシウム（ＣｓＩ）針を含む。用語「ヨウ化セシウム針」は、その範囲内にＣｓＩ（Ｔｌ）及びＣｓＩ（Ｎａ）といったドープされたＣｓＩ（必ずしも他の形態のＣｓＩを除外しない）を含むことを意図するものである。幾つかの他の好適なＸ線シンチレータには、ＮａＩ（Ｔｌ）及びＬｉＩ（Ｅｕ）が含まれる。Ｘ線シンチレータは、このようなシンチレータの組合せを含むことができる。更に、本明細書で提供される好適なＸ線シンチレータのリストは、例示の目的であり網羅的なものではない。

シンチレータ材料３は検出器マトリクス・アレイ２０上に配設され、検出器マトリクス・アレイ２０は検出器基材１上に配設される。（本明細書で用いられる、検出器マトリクス・アレイ２０は通常、入射放射線に応答してシンチレータ材料３から通過するフォトンを検出するために配設された光センサの配列を意味する。）封入コーティング４は、シンチレータ層３及び接着シール６の内側の検出器基材１の一部の上に配設され、好適なエポキシを含むことができる。封入コーティング４に好適な材料の非網羅的なリストには、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、及び１つ又はそれ以上のタイプの置換又は非置換パラ−キシリレン材料を含むポリマー、又はこれらの組合せを含む。検出器マトリクス・アレイの光センサとの電気的な通信は、電気的接続部（図示せず）にアクセス可能な接触フィンガー区域４００によって提供される。

反射サブ層５は、少なくとも検出器マトリクス・アレイ２０を覆うように封入コーティング４上に配設される。反射サブ層５に好適な材料の非網羅的なリストには、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、及び感圧接着剤の層を有するポリエステルフィルム並びにこれらの組合せが含まれる。

更なる防湿性のために、付加サブ層３１０が反射サブ層５上に配設される。２つの付加サブ層３１０が図１に示されているが、他の幾つかの構成においては、個々の用途に応じてより多い数又はより少ない数が使用される。幾つかの構成において、サブ層３１０は金属（チタン又はアルミニウムなど）とパリレンとの交互の層を含むが、別の構成ではこれらの材料に限定されず、別の材料を用いることができる。サブ層３１０の望ましい性質は、防湿性、検出されることになる放射線（例えばＸ線）に対する実質的な透明性、及びピンホール欠陥に対する耐性である。材料の非網羅的なリストには、チタン、アルミニウム、ニッケル、１つ又はそれ以上のタイプの置換或いは非置換パラ−キシリレン材料を含むポリマー、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、シリコーン充填用樹脂、及びこれらの組合せが含まれる。サブ層３１０は、封入コーティング層４及び反射サブ層５と共に防湿層３００を構成する。適切なエポキシなどの接着材料６が、カバー２を基材１に接合するため基材１とカバー２との間に配設される。接着材料６は、防湿層３００に接触しないように配設される。カバー２は、例えば、グラファイト又はアルミナグラファイトなどの任意の適切な材料保護材とすることができる。カバー２の材料の望ましい性質は、湿気の浸透に対する耐性と、検出されることになる放射線（例えばＸ線）に対する実質的な透明性、及び可視光に対する反射性を含む。

本発明の幾つかの他の構成において、図２を参照すると、防湿層３００が放射線検出器アセンブリ１０００内に配設され、シンチレータ層３を覆い、防湿層３００の縁部５００がエポキシ・シール区域６００の外側にあって接触フィンガー区域の４００の内側に位置するようにエポキシ・シール区域を越えて延びるようにされる。これらの構成の一部においては、放射線検出器アセンブリ１０００は、検出器マトリクス・アレイ２０上に配設された、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）針などのシンチレータ材料３、或いは前述のような他の適切なＸ線シンチレータ材料を含むＸ線検出器アセンブリである。検出器マトリクス・アレイ２０は検出器基材１上に配設される。封入コーティング４が、シンチレータ３及び接着材料６の内側の、検出器基材１の一部分上に配設される。封入コーティング４に好適な材料の非網羅的なリストには、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、及び１つ又はそれ以上のタイプの置換又は非置換パラ−キシリレン材料を含むポリマー、或いはこれらの組合せが含まれる。検出器マトリクス・アレイの光センサとの電気的な通信は、電気的接続部（図示せず）にアクセス可能な接触フィンガー区域４００によって提供される。

反射サブ層５が、少なくとも検出器マトリクス・アレイ２０を覆うように封入コーティング４上に配設される。反射サブ層に好適な材料の非網羅的なリストには、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、及び感圧接着剤の層を有するポリエステルフィルム並びにこれらの組合せが含まれる。

更なる防湿性のため、付加サブ層３１０が反射サブ層５上に配設される。封入コーティング４、反射サブ層５及びサブ層３１０は防湿層３００を構成する。幾つかの構成において、サブ層３１０は、金属（チタン或いはアルミニウムなど）とパリレンとの交互の層を備える。他の幾つかの構成においては、個々の用途に応じて、より多い数又はより少ない数が使用される。また、他の構成は本明細書に記載された材料に限定されず、サブ層３１０には様々な材料を使用することができる。材料の非網羅的なリストには、チタン、アルミニウム、ニッケル、１つ又はそれ以上のタイプの置換或いは非置換パラ−キシリレン材料を含むポリマー、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、シリコーン充填用樹脂、及びこれらの組合せが含まれる。サブ層材料３１０の望ましい性質は、防湿性、Ｘ線などの検出されることになる放射線に対する実質的な透明性、及びピンホール欠陥に対する耐性である。防湿層３００は、シンチレータ層３、第１のエポキシ層１１、及び第１のエポキシ層１１の外側にあって接触フィンガー区域４００の内側にある検出器基材１の一部を覆うように配設される。第２のエポキシ層１４が防湿カバー２に塗布され、カバー２は第２のエポキシ層１４を用いてアセンブリ１０００の残余に接合される。

検出器基材１に対する防湿層３００の接着は、幾つかの構成において、基材１の表面処理により、或いは接着促進剤の使用により改善される。エポキシ層１１、１４の数は、或る特定の用途が必要とする幾つかの構成で異なる。例えば、幾つかの構成においては、第１のエポキシ層１１は存在せず、カバー２はエポキシ１４を介して検出器基材１に直接接合される。

従って、本発明の構成は、湿気の存在下で針の離隔を物理的に維持する、シンチレータ用の封入コーティングを備えた放射線検出器を提供することが理解されるであろう。封入コーティングは、可視光並びにＸ線放射線などの検出されることになる放射線に対しても実質的に透明である。湿気に対するシンチレータの全体の曝露は、外部雰囲気に抗する封止を有する本発明の構成において抑えられる。その上、シンチレータ及び検出器マトリクスは機械的損傷から有利に保護される。

本発明を種々の特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が請求項の精神及び範囲内で修正を行い得ることは当業者であれば理解するであろう。

防湿層がシンチレータ層を覆うように配設され、防湿層の縁部が接着シールの内側に位置する、本発明の放射線検出器アセンブリの構成を示す断面図。 防湿層がシンチレータ層を覆うように配設され、防湿層の縁部がエポキシ・シール区域の外側であって接触フィンガー区域の内側に位置するように防湿層がエポキシ・シール区域を越えて延びて配設されている、本発明の放射線検出器アセンブリの構成を示す断面図。

符号の説明

１ 検出器基材
２ 保護カバー
３ シンチレータ材料
４ 封入コーティング
５ 反射サブ層
６ 接着材料
２０ 検出器マトリクス・アレイ
３００ 防湿層
３１０ サブ層
４００ 接触フィンガー区域
５００ 縁部
６００ エポキシ・シール区域
１０００ Ｘ線検出器アセンブリ

Claims (10)

1. 放射線検出器アセンブリであって、
   検出器基材（１）と、
   前記検出器基材上に配設された検出器マトリクス・アレイ（２０）と、
   前記検出器マトリクス・アレイ上に配設されたシンチレータ材料（３）と、
   前記シンチレータ材料上に配設され、複数のサブ層（３１０）を備える防湿層（３００）と、
   前記検出器基材及び前記防湿層を覆って配設された保護カバー（２）と、
   前記検出器基材と前記カバーとの間に配設された接着材料（６）と、
   を備え、
   前記接着材料が前記防湿層に接触しないように配設される放射線検出器アセンブリ。
2. 前記防湿層（３００）が更に、前記シンチレータ材料（３）上に配設された封入コーティング（４）と前記封入コーティング上に配設された反射サブ層（５）とを備える請求項１に記載の検出器アセンブリ（１０００）。
3. 前記防湿層（３００）が更に、前記反射層（５）上に配設された１つ又はそれ以上の防湿サブ層を備え、前記１つ又はそれ以上の防湿サブ層が前記検出器アセンブリによって検出されることになる放射線に対して実質的に透明である請求項２に記載の検出器アセンブリ（１０００）。
4. Ｘ線検出器アセンブリ（１０００）であって、
   検出器基材（１）と、
   前記検出器基材上に配設された検出器マトリクス・アレイ（２０）と、
   前記検出器マトリクス・アレイ上に配設されたＸ線シンチレータ材料（３）と、
   前記シンチレータ材料上に配設され、複数のサブ層（３１０）を備える防湿層（３００）と、
   前記検出器基材及び前記防湿層を覆って配設された保護カバー（２）と、
   前記検出器基材と前記カバーとの間に配設された接着材料（６）と、
   を備え、
   前記接着材料が前記防湿層に接触しないように配設されるＸ線検出器アセンブリ（１０００）。
5. 前記防湿層（３００）が更に、前記シンチレータ材料（３）上に配設された封入コーティング層（４）と、前記封入コーティング層上に配設された反射サブ層（５）とを備える請求項４に記載のＸ線検出器アセンブリ（１０００）。
6. 放射線検出器アセンブリ（１０００）であって、
   検出器基材（１）と、
   前記検出器基材上に配設された検出器マトリクス・アレイ（２０）と、
   前記検出器基材上に配設され、前記検出器マトリクス・アレイと電気的に通信する接触フィンガー区域（４００）と、
   前記検出器マトリクス・アレイ上に配設されたシンチレータ材料（３）と、
   前記シンチレータ材料上に配設され、複数のサブ層（３１０）を備える防湿層（３００）と、
   前記検出器基材及び前記防湿層を覆って配設された保護カバー（２）と、
   を備え、
   前記保護カバーが接着材料（６）を用いて前記防湿層に接合され、
   前記防湿層は、前記接着材料と前記接触フィンガー区域との間で前記防湿層の縁部（５００）が前記検出器基材に接合されるように配設される放射線検出器アセンブリ（１０００）
7. 前記防湿層（３００）が更に、前記シンチレータ材料（３）上に配設された封入コーティング層（４）と、前記封入コーティング層上に配設された反射サブ層（５）とを備える請求項６に記載の放射線検出器アセンブリ（１０００）。
8. 前記防湿層（３００）が更に、前記反射層（５）上に配設された１つ又はそれ以上の防湿サブ層（３１０）を備え、前記１つ又はそれ以上の防湿サブ層がＸ線に対して実質的に透明である請求項７に記載の放射線検出器アセンブリ（１０００）。
9. Ｘ線検出器アセンブリ（１０００）であって、
   検出器基材（１）と、
   前記検出器基材上に配設された検出器マトリクス・アレイ（２０）と、
   前記検出器基材上に配設され、前記検出器マトリクス・アレイと電気的に通信する接触フィンガー区域（４００）と、
   前記検出器マトリクス・アレイ上に配設されたＸ線シンチレータ材料（３）と、
   前記シンチレータ材料上に配設され、複数のサブ層（３１０）を備える防湿層（３００）と、
   前記検出器基材及び前記防湿層を覆って配設された保護カバー（２）と、
   を備え、
   前記保護カバーが接着材料（６）を用いて前記防湿層に接合され、前記防湿層が、前記接着材料と前記接触フィンガー区域との間で前記防湿層の縁部（５００）が前記検出器基材に接合されるように配設されるＸ線検出器アセンブリ（１０００）。
10. 前記防湿層（３００）が更に、前記シンチレータ材料（３）上に配設された封入コーティング層（４）と前記封入コーティング層上に配設された反射サブ層（５）とを備える請求項９に記載のＸ線検出器アセンブリ（１０００）。

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