JP2006271700A - 放射線像変換パネルおよび放射線画像診断システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】蛍光体層の層厚を100〜300μm、同相対密度を65〜80%とし、また、この変換パネルに撮影された画像を再生する際に、前記放射線画像を読み取る励起光のサイズdが、「d≧5r(rは、前記放射線像変換パネルの輝尽性蛍光体層の柱状結晶の平均柱径)」、「d≦3p(pは、再生画像の画素サイズ)」を満たすことにより、前記課題を解決する。
【選択図】図1
Description
このシステムでは、人体などの被写体を介してX線等を照射することにより、変換パネル(蛍光体層)に被写体の放射線画像情報を記録する。記録後に、変換パネルを励起光で2次元的に走査して輝尽発光を生ぜしめ、この輝尽発光光を光電的に読み取って画像信号を得、この画像信号に基づいて再生した画像を、CRTなどの表示装置や、写真感光材料などの記録材料等に、被写体の放射線画像として出力する。
これに対し、特許文献1や特許文献2に示されるように、真空蒸着やスパッタリング等の気相堆積法(真空成膜法)によって、基板に蛍光体層を形成してなる変換パネルも知られている。気相堆積法による蛍光体層は、真空中で形成されるので不純物が少なく、また、輝尽性蛍光体以外のバインダなどの成分が殆ど含まれないので、性能のバラツキが少なく、しかも発光効率が非常に良好であるという、優れた特性を有している。
特許文献1および2にも開示されるように、気相堆積法による蛍光体層は、柱状結晶で形成される。高い感度を得るためには、蛍光体層は、ある程度の層厚が必要であり、かつ、相対密度は高い方が好ましい。その反面、画像の鮮鋭度を向上するためには、相対密度が100%では駄目で、柱状結晶の柱と柱の間に空隙を有することが重要である。
また、特許文献2には、蛍光体層の柱径が裏面側(蛍光体層の根元側)より表面側が大きい放射線像変換パネルが開示され、かつ、表面側および裏面側における蛍光体層の面積占有率が75〜96%とするのが好ましいことが開示されている。
ところが、これらの変換パネルをマンモグラフィーのような主たる被写体が軟部組織である用途に用いると、充分な鮮鋭度の画像を得ることができないという問題が有る。
また、このような本発明の放射線像変換パネルにおいて、前記輝尽蛍光体層が柱状結晶構造を有し、かつ、前記柱状結晶の平均柱径が1〜10μmであるのが好ましく、さらに、前記輝尽性蛍光体層が、一般式「CsX:Eu(Xは、Cl,BrおよびIからなる群より選択される少なくとも一種)」で示される輝尽性蛍光体からなるものであるのが好ましい。
図示例の放射線像変換パネル10(以下、変換パネル10とする)は、基板12の表面に輝尽性蛍光体層14を形成して、この輝尽性蛍光体層14を保護膜16で覆って、封止してなるものである。
なお、本発明の放射線像変換パネルは、上記構成を有するものに限定はされず、輝尽性蛍光体層が後述する層厚および相対密度を有するものであれば、各種の構成が利用可能である。例えば、図示例のように、輝尽性蛍光体層14を基板12の表面に形成するのではなく、基板12の上に、基板の保護層、輝尽発光光の反射層あるいはさらに反射層の保護層等を形成して、その上に輝尽性蛍光体層14を形成してもよい。
一例として、セルロースアセテート、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリイミド、トリアセテート、ポリカーボネートなどから形成されるプラスチック板やプラスチックシート(フィルム); 石英ガラス、無アルカリガラス、ソーダガラス、耐熱ガラス(パイレックスTM等)などから形成されるガラス板やガラスシート; アルミニウム、鉄、銅、クロムなどの金属類から形成される金属板や金属シート; このような金属板等の表面に金属酸化物層等の被覆層を形成してなる板やシート; 等が例示される。
ここで、気相堆積法によって形成される蛍光体層14、特に、好ましい例として後述するアルカリハライド系の輝尽性蛍光体からなる蛍光体層14は、柱状結晶で形成される。本発明においては、この蛍光体層14は、層厚が100〜300μmで、相対密度が65〜80%のものである。
このような要求を満たすために、通常は、充分な感度を得るために輝尽性蛍光体層を厚くし、かつ、柱状結晶の柱の間隙を確保しつつ蛍光体層の相対密度を高くすることが考えられ、前述のように、特許文献1には、層厚が300〜700μmで、相対密度が85〜97%の輝尽性蛍光体層を有する放射線像変換パネルが開示されている。
前述のように、気相堆積法による蛍光体層14は柱状結晶で形成され、鮮鋭度の高い画像を得るためには、蛍光体層14の柱状結晶の柱と柱の間に間隙が必要である(すなわち、各柱が光学的に独立している必要がある)。しかしながら、蛍光体層14の相対密度が65%未満では、充分な感度を得ることができず画像の粒状性が悪化してしまう。また、蛍光体層14の相対密度が80%を超えると、蛍光体層14の柱状結晶の柱の光学的な独立性を充分に確保できず、画像の鮮鋭度が低下してしまう。
上記範囲とすることにより、より高感度で、かつ、より高い鮮鋭度およびノイズの影響の無い良好な粒状性有する高画質な画像が得られる変換パネル10が得られる。
蛍光体層14を形成する柱状結晶の平均柱径を上記範囲とすることにより、より高い鮮鋭度でノイズの少ない画像が得られる等の点で、より好ましい結果を得ることができる。
(上記式において、MIIは、Mg,Ca,Sr,Zn,CdおよびBaからなる群より選択される少なくとも一種であり、Aは、Ce,Tb,Eu,Tm,Pb,Tl,BiおよびMnからなる群より選択される少なくとも一種である。また、0.5≦x≦2.5である。)
(上記式において、Lnは、La,Y,GdおよびLuからなる群より選択される少なくとも一種であり、Xは、ClおよびBrの少なくとも一種であり、Aは、CeおよびTbの少なくとも一種である。また、0≦x≦0.1である。)
(上記式において、M2+は、Mg,Ca,Sr,ZnおよびCdからなる群より選択される少なくとも一種であり、Xは、Cl,BrおよびIからなる群より選択される少なくとも一種であり、Aは、Eu,Tb,Ce,Tm,Dy,Pr,Ho,Nd,YbおよびErからなる群より選択される少なくとも一種である。また、0≦x≦0.6であり、0≦y≦0.2である。)
すなわち、一般式「xM3(PO4)2・NX2:yA」または「M3(PO4)2・yA」で示される輝尽性蛍光体;
(上記式において、MおよびNは、それぞれ、Mg,Ca,Sr,Ba,ZnおよびCdからなる群より選択される少なくとも一種であり、Xは、F,Cl,BrおよびIからなる群より選択される少なくとも一種であり、Aは、Eu,Tb,Ce,Tm,Dy,Pr,Ho,Nd,Yb,Er,Sb,Tl,MnおよびSnからなる群より選択される少なくとも一種である。また、0≦x≦6、0≦y≦1である。)
(上記式において、Reは、La,Gd,YおよびLuからなる群より選択される少なくとも一種であり、Aは、Ba,SrおよびCaからなる群より選択される少なくとも一種であり、XおよびX’は、それぞれ、F,Cl,およびBrからなる群より選択される少なくとも一種である。また、1×10-4<x<3×10-1であり、1×10-4<y<1×10-1であり、さらに、1×10-3<n/m<7×10-1である。)
(上記式において、MIは、Li,Na,K,RbおよびCsからなる群より選択される少なくとも一種であり、MIIは、Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Zn,Cd,CuおよびNiからなる群より選択される少なくとも一種の二価の金属であり、MIIIは、Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Al,GaおよびInからなる群より選択される少なくとも一種の三価の金属であり、X、X’およびX''は、F,Cl,BrおよびIからなる群より選択される少なくとも一種であり、Aは、Eu,Tb,Ce,Tm,Dy,Pr,Ho,Nd,Yb,Er,Gd,Lu,Sm,Y,Tl,Na,Ag,Cu,BiおよびMgからなる群より選択される少なくとも一種である。また、0≦a<0.5であり、0≦b<0.5であり、0≦c<0.2である。)
(上記式において、MIIは、Be,Mg,Ca,Sr,ZnおよびCdからなる群より選択される少なくとも一種であり、Xは、Cl,BrおよびIからなる群より選択される少なくとも一種であり、Aは、ZrおよびScの少なくとも一種である。また、0.5≦a≦1.25であり、0≦x≦1であり、1×10-6≦y≦2×10-1であり、0<z≦1×10-2である。)
(上記式において、MIIIは、Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,YbおよびBiからなる群より選択される少なくとも一種の三価の金属であり、Xは、ClおよびBrの少なくとも一種である。また、0≦x≦0.1である。)
(上記式において、Mは、Li,Na,K,RbおよびCsからなる群より選択される少なくとも一種であり、Lは、Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Gd,Tb,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Al,Ga,InおよびTlからなる群より選択される少なくとも一種の三価の金属であり、Xは、Cl,BrおよびIからなる群より選択される少なくとも一種である。また、1×10-2≦x≦0.5であり、0≦y≦0.1であり、さらに、aはx/2である。)
また、成膜速度(成膜レート)、成膜圧力、成膜時の蛍光体層の温度、真空蒸着における蒸発源と基板(被成膜基板)との距離(成膜材料の蒸発口(例えばルツボの出口)を含む水平面から基板表面までの垂直方向の距離)等を、適宜、調整することにより、前記相対密度、あるいはさらに平均柱径を有する蛍光体層14を形成できる。
真空蒸着における加熱方法にも、特に限定はなく、例えば、電子銃等を用いる電子線加熱、又は、抵抗加熱で形成されたものでもよい。さらに、多元の真空蒸着による形成される場合には、全ての材料を同様の同じ加熱手段(例えば、電子線加熱)で加熱蒸発してもよく、あるいは、蛍光体成分の材料は電子線加熱で、微量である付活剤成分の材料は抵抗加熱で、それぞれ加熱蒸発して形成されてもよい。
また、基板12の加熱等によって、成膜中に、形成した蛍光体層14を300℃以下、好ましくは200℃以下で加熱してもよい。この加熱温度を調整することによって、蛍光体層14の相対密度等を制御できるのは、前述のとおりである。
CsBr:Eu等のアルカリハライド系の蛍光体層は、前述のように、柱状結晶構造を有するが、このような中真空下で成膜して得られる蛍光体層14は、特に良好な柱状の結晶構造を有し、輝尽発光特性や画像の鮮鋭性等の点で好ましい。
なお、成膜中の圧力を調整することによって、蛍光体層14の相対密度等を制御できるのは、前述のとおりである。
蛍光体層14の加熱処理条件には、特に限定はないが、一例として、窒素雰囲気等の不活性雰囲気下で、50〜600℃、特に100℃〜300℃で、10分〜10時間、特に30分〜3時間の加熱処理を行うのが好ましい。また、加熱処理は、焼成炉を用いる方法等の公知の方法で実施すればよく、基板12の加熱手段を有する真空蒸着装置であれば、これを利用して加熱処理を実施してもよい。
防湿保護膜16の一例として、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリウレタン、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド等からなる各種のプラスチックシート(樹脂フィルム)が例示される。また、複数のシートを積層してなる複合シートでもよい。
また、このようなシートの表面に、酸化硅素(SiO2)、窒化硅素(Si3N4)、酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化スズ(SnO2)、酸化マグネシウム(MgO)等の無機材料からなる膜を形成してなる防湿保護膜16も好適である。
次いで、適宜準備した防湿保護膜16の表面に接着剤を塗布し、接着剤塗布面を基板12側に向けて、蛍光体層14を全面的に覆うように基板12に保護膜16を積層し、熱ラミネーション等によって両者を接着することにより、蛍光体層14を保護膜16で封止して、図1に示すような変換パネル10を製造する。
また、基板12に蛍光体層14を基板面方向で囲む枠体を固定し、この枠体と保護膜16(あるいはさらに蛍光体層14)とを接着することにより、保護膜16で蛍光体層14を封止する構成も、より好ましい。このような枠体を有することにより、外部からの衝撃等による蛍光体層14の損傷を防止でき、かつ、保護膜16による封止の際に、蛍光体層14の上面と接着面との段差を無くして、より生産性および作業性を向上することができる。なお、この際には、蛍光体層14の形成は、基板12に枠体を固定した後に行うのが好ましい。
また、撮影した放射線画像の読み取りも、主走査方向に偏向したビーム状の励起光を変換パネルに入射すると共に、変換パネルを主走査方向と直交する副走査方向に搬送することで励起光で2次元的に走査し、発生した輝尽発光光を光ガイドで伝播して光量を測定して読み取る、いわゆるポイントスキャンによる方法や、ライン状の励起光を変換パネルに入射して、発生した輝尽発光光をラインセンサで読み取ると共に、励起光およびラインセンサと変換パネルとを前記ラインと直交する副走査方向に相対的に移動する、いわゆるラインスキャンによる方法など、公知の方法で行えばよい。
すなわち、前記蛍光体層14の平均柱径をr; 励起光のサイズ(ポイントスキャンの場合には平均ビームスポット径、ラインスキャンの場合には副走査方向の平均の励起光サイズ(平均ライン幅))をd; ディスプレイ表示や感光材料などの記録媒体に再生する画像等の再生画像の画素サイズをp;として、励起光サイズdを、平均柱径rの5倍以上で、かつ、画素サイズpの3倍以下とするのが好ましい。すなわち、励起光のサイズdが、下記式
d≧5r
d≦3p
を満たすのが好ましい。
なお、上記利点を、より好適に発揮できる等の点で、読み取りの励起光サイズdを平均柱径rの10倍以上とし、かつ再生画像の画素サイズpを2倍以下とするのが好ましい。
付活剤の成膜材料として臭化ユーロピウムを、蛍光体の成膜材料として臭化セシウムをそれぞれ用いる二元の真空蒸着によって、以下のようにして基板12の表面にCsBr:Euからなる蛍光体層14を成膜し、変換パネル10(防湿保護膜16を除く)を得た。
なお、両成膜材料共に、加熱は、タンタル製のルツボと出力6kWのDC電源とを用いる抵抗加熱装置で行った。
また、各成膜材料を、それぞれに対応するルツボに充填し、真空蒸着装置の所定位置にセットした。なお、基板12と蒸発源との距離(ルツボの出口を含む水平面から基板12の表面までの垂直距離)は、両成膜材料共に、15cmとした。
真空度が8×10-4Paとなった時点で、真空チャンバ内にアルゴンガスを導入して真空度を1Paとし、次いで、DC電源を駆動してルツボに通電して、基板12の表面に蛍光体層14の成膜を行った。成膜中は、蛍光体層14におけるEu/Csのモル濃度比が0.001:1で、かつ、成膜速度が5μm/minとなるように、両ルツボのDC電源の出力を調整し、さらに、基板ホルダのシースヒータによって、基板12を100℃に加熱した。なお、成膜速度は、予め行った実験により制御した。
次いで、成膜を終了した基板12に、窒素雰囲気下で、温度200℃で2時間の加熱処理を行い、変換パネル10(防湿保護膜16は無し)を作成した。
また、電子顕微鏡(SEM)写真を形成した蛍光体層14の表面の3個所で撮影し、それぞれの0.5mm四方に含まれる柱状結晶の柱径を測定して、平均を算出した結果、蛍光体層14の平均柱径は1.3μmであった。
また、蛍光体層の層厚、相対密度、および平均柱径を、下記表2に示す。
蛍光体層14の層厚を170μmとした以外は、前記実施例1と全く同様にして変換パネル10を作成した。同様にして、相対密度および平均柱径を測定した結果、相対密度は75%、平均柱径は2.1μmであった。
同様に、蛍光体層の層厚、基板12と各蒸発源との距離、基板加熱温度、成膜圧力、および成膜速度を下記表1に、蛍光体層の層厚、相対密度、および平均柱径を下記表2に、それぞれ示す。
基板12と各蒸発源との距離を12cm、成膜時の基板加熱温度を50℃、成膜圧力を1.2Pa、成膜速度を10μm/minとした以外は、前記実施例1と全く同様にして変換パネル10を作成した。同様にして、相対密度および平均柱径を測定した結果、相対密度は78%、平均柱径は3.4μmであった。
同様に、蛍光体層の層厚、基板12と各蒸発源との距離、基板加熱温度、成膜圧力、および成膜速度を下記表1に、蛍光体層の層厚、相対密度、および平均柱径を下記表2に、それぞれ示す。
成膜時の基板加熱温度を50℃、蛍光体層の層厚を90μmとした以外は、前記実施例1と全く同様にして変換パネルを作成した。同様にして、相対密度および平均柱径を測定した結果、相対密度は64%、平均柱径は0.9μmであった。
同様に、蛍光体層の層厚、基板12と各蒸発源との距離、基板加熱温度、成膜圧力、および成膜速度を下記表1に、蛍光体層の層厚、相対密度、および平均柱径を下記表2に、それぞれ示す。
[比較例2]
基板12と各蒸発源との距離を12cm、成膜時の基板加熱温度を50℃、成膜圧力を1.2Pa、成膜速度を10μm/min、蛍光体層の層厚を400μmとした以外は、前記実施例1と全く同様にして変換パネル10を作成した。同様にして、相対密度および平均柱径を測定した結果、相対密度は88%、平均柱径は5.2μmであった。
同様に、蛍光体層の層厚、基板12と各蒸発源との距離、基板加熱温度、成膜圧力、および成膜速度を下記表1に、蛍光体層の層厚、相対密度、および平均柱径を下記表2に、それぞれ示す。
なお、変換パネルに撮影した放射線画像の読み取りは、平均ビームサイズが100μmのポイントスキャンで行った。また、再生画像の画素サイズは50μmとした。
作製した変換パネルの表面にMTF測定用のチャートを載置し、全面にMoターゲット、28kvp(20mR相当)のX線を照射した後、放射線画像読取装置(励起光の平均ビームスポット径100μm、画素サイズ50μm)で読み取り、得られた画像データからMTF(2サイクル/mm)を算出した。
実施例2の変換パネルのMTFを100した相対値によって、各変換パネルのMTFを評価した。
作製した変換パネルの全面にMoターゲット、28kvp(20mR相当)のX線を照射した後、放射線画像読取装置(励起光の平均ビームスポット径100μm、画素サイズ50μm)で読み取り、得られた画像データから粒状(RMS)を測定した。
実施例3の変換パネルのRMSを100した相対値によって、各変換パネルのRMSを評価した。
また、鮮鋭度(MTF)が80以上であること、粒状(RMS)が150以下であること判定基準として、両者が判定基準を満たす変換パネルを「○」、何れか一方でも判定基準を満たさない変換パネルを「×」と判定し、表2に併記する。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
12 基板
14 (輝尽性)蛍光体層
16 防湿保護膜
Claims (4)
- 基板と、気相堆積法により形成された輝尽性蛍光体層とを有する放射線像変換パネルであって、
前記輝尽性蛍光体層の層厚が100〜300μmで、かつ、相対密度が65〜80%であることを特徴とする放射線像変換パネル。 - 前記輝尽蛍光体層が柱状結晶構造を有し、かつ、前記柱状結晶の平均柱径が1〜10μmである請求項1に記載の放射線像変換パネル。
- 前記輝尽性蛍光体層が、一般式「CsX:Eu(Xは、Cl,BrおよびIからなる群より選択される少なくとも一種)」で示される輝尽性蛍光体からなるものである請求項1または2に記載の放射線像変換パネル。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の放射線像変換パネルに撮影された放射線画像を読み取り、可視像として再生する放射線画像診断システムであって、
前記放射線画像を読み取る励起光のサイズdが、
d≧5r (rは、前記放射線像変換パネルの輝尽性蛍光体層の柱状結晶の平均柱径)
、および、d≦3p (pは、再生画像の画素サイズ)
を満たすことを特徴とする放射線画像診断システム。
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