JP2007080927A - 放射線画像検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】 放射線画像を担持した記録用の電磁波の照射を受けて電荷を発生し、その電荷をトラップすることによって放射線画像の記録を行う放射線画像検出器において、放射線画像を読み取った後の残留電荷を減少させる。
【解決手段】 放射線画像を担持した記録用の電磁波の照射を受けて電荷を発生する記録用光導電層２と、記録用光導電層１において発生した電荷をトラップする、半導体からなる電荷輸送層３とが積層された放射線画像検出器において、電荷輸送層３を、所望の電荷トラップ領域に対応させてパターニングする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放射線画像を担持した放射線の照射を受けて放射線画像を記録し、その放射線画像に応じた放射線画像信号が読み出される放射線画像検出器に関するものである。

従来、医療分野などにおいて、被写体を透過した放射線の照射を受けて電荷を発生し、その電荷を蓄積することにより被写体に関する放射線画像を記録する放射線画像検出器が各種提案、実用化されている。

そして、上記のような放射線画像検出器としては、たとえば、特許文献１には、放射線を透過する第１の電極層、放射線の照射を受けることにより電荷を発生する記録用光導電層、一方の極性の電荷に対しては絶縁体として作用し、かつ他方の極性の電荷に対しては導電体として作用する電荷輸送層、読取光の照射を受けることにより電荷を発生する読取用光導電層、および読取光を透過する線状に延びる透明線状電極と読取光を遮光する線状に延びる遮光線状電極とが平行に交互に配列された第２の電極層をこの順に積層してなる放射線画像検出器が提案されている。

上記のように構成された放射線画像検出器５０により放射線画像の記録を行う際には、図７（Ａ）に示すように、第１の電極層５１に負の高電圧が印加された状態で、被写体を透過した放射線が第１の電極層５１側から照射される。上記のようにして照射された放射線は、第１の電極層５１を透過し、記録用光導電層５２に照射され、記録用光導電層５２の放射線の照射された部分において電荷が発生し、この電荷のうち正の電荷は負に帯電した第１の電極層５１に向かって移動し、第１の電極層５１における負の電荷と結合して消滅する。一方、上記ようにして発生した電荷のうち負の電荷は正に帯電した第２の電極層５５に向かって移動するが、上記のように電荷輸送層５３は負の電荷に対しては絶縁体として作用するため、上記負の電荷は記録用光導電層５２と電荷輸送層５３との界面である蓄電部５６に蓄積され、この蓄電部５６への負電荷の蓄積により放射線画像の記録が行われる（図７（Ｂ）参照）。

そして、上記のようにして記録された放射線画像を放射線画像検出器５０から読み取る際には、図８に示すように、読取光Ｌ１が第２の電極層５５側から照射される。照射された読取光Ｌ１は、第２の電極層５５における透明線状電極５５ａを透過し、読取用光導電層５４に照射され、読取用光導電層５４において電荷が発生する。そして、読取光Ｌ１の照射により読取用光導電層５４において発生した正の電荷が蓄電部５６における潜像電荷と結合するとともに、負の電荷が、遮光線状電極５５ｂに接続されたチャージアンプ３５を介して遮光状電極５５ａに帯電した正の電荷と結合する。

そして、読取用光導電層５４において発生した負の電荷と遮光線状電極５５ｂに帯電した正の電荷との結合によって、チャージアンプ３５に電流が流れ、この電流が積分されて放射線画像に応じた放射線画像信号の読取りが行われる。

特開２０００−２８４０５６号公報

しかしながら、上記のようにして読取光の照射を行って放射線画像の読取りを行った後においても、蓄電部６には完全に読み取れなかった残留電荷が残る。そして、この残留電荷は、次の放射線画像の記録および読取りにおいてノイズとなってしまう。

一方、放射線画像信号の検出は、上記のように読取用光導電層４４で発生した負の電荷がチャージアンプ３５を介して遮光線状電極５５ｂに帯電した正の電荷と結合することによって行われるため、検出される放射線画像信号に主に寄与するのは、遮光線状電極５５ｂに対応する蓄電部の領域に蓄積される電荷であり、透明線状電極５５ａに対応する蓄電部の領域に蓄積される電荷は、検出される放射線画像信号にあまり寄与していない。

つまり、検出される放射線画像信号にあまり寄与しない電荷まで蓄積するようにするのは残像電荷を無駄に増やすだけである。

また、上記のようにして放射線画像の記録を行う際には、上記のように第１の電極層５１と第２の電極層５２との間に電圧が印加されて電界が形成されるが、このとき、第１の電極層５１の外縁部においては電界集中が起きており、そのような領域では電荷の注入が多く、また、放射線が入射すると、外縁部より内側の領域よりも多くの電荷が発生する。そして、その電荷が蓄電部５６に蓄積されると、読取りの際に読取用光導電層５４に形成される電界の面内分布が乱れ、その結果、読み取った放射線画像信号の面内分布も乱すことになる。

一方、上記のような放射線画像検出器は、通常、診断上興味のある領域よりも大きめに形成されるため、上記のように外縁部に蓄積された電荷は、適切な診断画像を得る上では不要な電荷であり、蓄電部５６に蓄積する必要のない電荷である。

本発明は、上記事情に鑑み、上記のような放射線画像検出器において、残像電荷を無駄に増やしたり、検出される放射線画像信号に悪影響を与えたりするような不要な電荷が蓄積されるのを防止することができる放射線画像検出器を提供することを目的とするものである。

本発明の放射線画像検出器は、放射線画像を担持した記録用の電磁波の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、電荷発生層において発生した電荷をトラップする、半導体からなる電荷トラップ層とが積層された放射線画像検出器において、電荷トラップ層が、所望の電荷トラップ領域に対応してパターニングされていることを特徴とする。

また、上記本発明の放射線画像検出器においては、記録用の電磁波の照射の際に電荷発生層に電界を形成する、電荷発生層に設けられた電極層を有するものとし、電荷トラップ層を、電極層の外縁部よりも内側にパターニングするようにすることができる。

また、電荷発生層と、電荷トラップ層と、さらに読取用の電磁波の照射を受けて電荷を発生する読取用光導電層とをこの順に積層したものとするとともに、読取用の電磁波を透過する多数の透明線状電極とその透明線状電極間に設けられた、読取用の電磁波を遮光する多数の遮光線状電極とを有するものとし、電荷トラップ層を、遮光線状電極に対応してパターニングするようにすることができる。

また、電荷トラップ層によりトラップされた電荷に応じた放射線画像信号を画素単位で検出する検出部を有するものとし、電荷トラップ層を、画素単位毎に分割してパターニングするようにすることができる。

また、電荷トラップ層を、電荷発生層において発生した電荷のうち一方の極性の電荷に対しては絶縁体として作用し、かつ他方の極性の電荷に対しては導電体として作用するものとすることができる。

ここで、上記「所望の電荷トラップ領域に対応してパターニングされている」とは、放射線画像検出器全面に一様に形成されているのではなく、所望の電荷トラップ領域に対応して部分的に形成されていることを意味する。

また、上記「所望の電荷トラップ領域」とは、電荷発生層で発生した電荷をトラップさせたい領域である。

また、上記「電荷トラップ層」としては、電荷トラップ層内部に電荷を蓄積するものでもよいし、電荷トラップ層の界面に電荷を蓄積するものでもよい。

本発明の放射線画像検出器によれば、電荷トラップ層を、所望の電荷トラップ領域に対応してパターニングするようにしたので、たとえば、上記遮光線状電極に対応させてパターニングすることによって、読取効率を低下させることなく、残留電荷を減少させることができる。

また、電荷トラップ層を、外縁部には形成されないようにパターニングすることによって、読取用光導電層に形成される電界の面内分布の乱れを防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の放射線画像検出器の一実施形態について説明する。図１は本放射線画像検出器の斜視図、図２（Ａ）は図１に示す放射線画像検出器の２−２線断面図である。

本放射線画像検出器１０は、図１および図２（Ａ）に示すように、放射線画像を担持した放射線を透過する第１の電極層１、第１の電極層１を透過した放射線の照射を受けることにより電荷を発生する記録用光導電層２、記録用光導電層２において発生した電荷のうち一方の極性の電荷に対しては絶縁体として作用し、且つ他方の極性の電荷に対しては導電体として作用する電荷輸送層３、読取光の照射を受けることにより電荷を発生する読取用光導電層４、および第２の電極層５をこの順に積層してなるものである。記録用光導電層２と電荷輸送層３との界面には、記録用光導電層２内で発生した電荷を蓄積する蓄電部６が形成される。なお、上記各層は、ガラス基板上に第２の電極層５から順に形成されるものであるが、図１および図２（Ａ）においては、ガラス基板を省略している。また、本実施形態においては、上記電荷輸送層３が請求項における電荷トラップ層である。

第１の電極層１としては、放射線を透過するものであればよく、たとえば、ネサ皮膜（ＳｎＯ₂）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、アモルファス状光透過性酸化膜であるＩＤＩＸＯ（Idemitsu Indium X-metal Oxide ；出光興産（株））などを５０〜２００ｎｍ厚にして用いることができ、また、１００ｎｍ厚のＡｌやＡｕなども用いることもできる。

第２の電極層５は、読取光を透過する複数の透明線状電極５ａと読取光を遮光する複数の遮光線状電極５ｂとを有するものである。そして、透明線状電極５ａと遮光線状電極５ｂとは、図１に示すように、所定の間隔を空けて交互に平行に配列されている。

透明線状電極５ａは読取光を透過するとともに、導電性を有する材料から形成されている。上記のような材料であれば如何なるものでもよいが、たとえば、第１の電極層１と同様に、ＩＴＯやＩＤＩＸＯを用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｒなどの金属を用いて読取光を透過する程度の厚さ（たとえば、１０ｎｍ程度）で形成するようにしてもよい。

遮光線状電極５ｂは読取光を遮光するとともに、導電性を有する材料から形成されている。上記のような材料であれば如何なるものでもよいが、たとえば、Ａｌ、Ｃｒなどの金属を用いて読取光を遮光する程度の厚さ（たとえば、１００ｎｍ厚程度）で形成するようにすればよい。

記録用光導電層２は、放射線の照射を受けることにより電荷を発生するものであればよく、放射線に対して比較的量子効率が高く、また暗抵抗が高いなどの点で優れているａ−Ｓｅを主成分とするものを使用する。厚さは５００μｍ程度が適切である。

電荷輸送層３としては、たとえば、放射線画像の記録の際に第１の電極層１に帯電する電荷の移動度と、その逆極性となる電荷の移動度の差が大きい程良く（例えば１０^２以上、望ましくは１０^３以上）ポリＮ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、N,N'−ジフェニル−N,N'−ビス（３−メチルフェニル）−〔1,1'−ビフェニル〕−4,4'−ジアミン（ＴＰＤ）やディスコティック液晶等の有機系化合物、或いはＴＰＤのポリマー（ポリカーボネート、ポリスチレン、ＰＶＫ）分散物，Ｃｌを１０〜２００ｐｐｍドープしたａ−Ｓｅ等の半導体物質が適当である。

ここで、本実施形態の放射線画像検出器１０においては、図１に示すように、電荷輸送層３が、所望の電荷トラップ領域に対応してパターニングされている。本実施形態の放射線画像検出器１０における電荷トラップ領域とは、放射線画像検出器１０全面から透明線状電極５ａに対応する領域を除いた領域である。つまり、言い換えれば遮光線状電極５ｂに対応する領域である。

図２（Ｂ）に、本実施形態の放射線画像検出器１０の上面図を示す。図２（Ｂ）の斜線部分が電荷トラップ領域７である。なお、図２（Ｂ）においては、放射線画像検出器１０の構成のうち、説明に必要な部分のみを図示しその他の構成は図示省略してあるものとする。

読取用光導電層４としては、読取光および消去光の照射を受けることにより導電性を呈するものであればよく、例えば、ａ−Ｓｅ、Ｓｅ−Ｔｅ、Ｓｅ−Ａｓ−Ｔｅ、無金属フタロシアニン、金属フタロシアニン、ＭｇＰｃ（Magnesium phtalocyanine），ＶｏＰｃ（phaseII of Vanadyl phthalocyanine）、ＣｕＰｃ（Cupper phtalocyanine）などのうち少なくとも１つを主成分とする光導電性物質が好適である。厚さは０．１〜１μｍ程度が適切である。

次に、本放射線画像検出器の作用について説明する。

まず、図３（Ａ）に示すように、高電圧源２０によって放射線画像検出器１０の第１の電極層１に負の電圧を印加した状態において、放射線源から被写体に向けて放射線が照射され、その被写体を透過して被写体の放射線画像を担持した放射線が放射線画像検出器１０の第１の電極層１側から照射される。

そして、放射線画像検出器１０に照射された放射線は、第１の電極層１を透過し、記録用光導電層２に照射される。そして、その放射線の照射によって記録用光導電層２において電荷対が発生し、そのうち正の電荷は第１の電極層１に帯電した負の電荷と結合して消滅し、負の電荷は潜像電荷として記録用光導電層２と電荷輸送層３との界面に形成される蓄電部６に蓄積されて放射線画像が記録される（図３（Ｂ）参照）。

そして、このとき、図３（Ａ）に示すように、電荷輸送層３は、遮光線状電極５ｂに対応する電荷トラップ領域に設けられ、透明線状電極５ａに対応する領域には設けられていないため、透明線状電極５ａに対応する記録用光導電層２の領域で発生した電荷は、電荷輸送層３によってトラップされることなく読取用光導電層４を通過し、透明線状電極５ａに帯電した電荷と結合して消滅する。

そして、次に、図４に示すように、第１の電極層１が接地された状態において、第２の電極層５側から読取光Ｌ１が照射され、読取光Ｌ１は透明線状電極５ａを透過して読取用光導電層４に照射される。読取光Ｌ１の照射により読取用光導電層４において発生した正の電荷が蓄電部６における潜像電荷と結合するとともに、負の電荷が、遮光線状電極５ｂに接続されたチャージアンプ３０を介して遮光状電極５ａに帯電した正の電荷と結合する。

そして、読取用光導電層４において発生した負の電荷と遮光線状電極５ｂに帯電した正の電荷との結合によって、チャージアンプ３０に電流が流れ、この電流が積分されて画像信号として検出され、放射線画像に応じた画像信号の読取りが行われる。

ここで、上記のようにして読取光の照射を行って放射線画像の読取りを行った後においても蓄電部６には、完全に読み取れなかった残留電荷が残る。

しかしながら、本実施形態の放射線画像検出器１０においては、上記のように電荷輸送層３を遮光線状電極５ｂに対応させてパターニングするようにしたので、つまり、放射線画像信号に寄与する遮光線状電極５ｂに対応する領域に電荷輸送層３を設け、放射線画像信号にほとんど寄与しない透明線状電極５ａに対応する領域には電荷輸送層３を設けないようにしたので、読取効率の低下を生じることなく、蓄電部６に残留する電荷をできるだけ少なくすることができる。

また、上記のように放射線画像の読取りが終わった後、放射線画像検出器１０の蓄電部６に残留した残留電荷を消去するための消去光を放射線画像検出器１０に照射するようにしてもよい。消去光は、放射線画像検出器１０の第２の電極層５側から照射され、第２の電極層５の透明線状電極５ａを透過して読取用光導電層４に照射される。そして、この消去光の照射により読取用光導電層４において電荷対が発生し、そのうち正の電荷は電荷輸送層３を通過して蓄電部６に残留した残留電荷と結合して消滅し、負の電荷は遮光線状電極５ｂに帯電した正の電荷と結合して消滅する。

ここで、放射線画像の読取り後は、上記のように蓄電部６に電荷が残留するだけでなく、記録用光導電層２にも負の電荷が残留する。

そして、たとえば、本実施形態の放射線画像検出器１０のように電荷輸送層３をパターニングしていない場合には、電荷輸送層３における正の電荷の移動度はそれほど大きくないため、上記のような消去光の照射によって、記録用光導電層２に残留した負の電荷を十分に消去することができない。

しかしながら、本実施形態の放射線画像検出器１０によれば、透明線状電極５ａに対応する領域には電荷輸送層３を設けないようにしたので、消去光の照射によって読取用光導電層で発生した正の電荷の移動を妨げることなく、上記正の電荷により記録用光導電層２に残留した負の電荷を消去することができる。

なお、上記のような残留電荷の消去の際、第１の電極層１が負に帯電し、透明線状電極５ａが正に帯電するように、第１の電極層１と透明線状電極５ａとの間に電圧を印加するようにしてもよい。

ここで、上記のような放射線画像検出器１０により放射線画像の記録を行う際には、上記のように第１の電極層１と第２の電極層２との間に電圧が印加されて電界が形成されるが、このとき、第１の電極層１の外縁部においては電界集中が起きており、そのような領域では電荷の注入が多く、また、放射線が入射すると、外縁部より内側の領域よりも多くの電荷が発生する。そして、それらが蓄電部６に蓄積されると、読取りの際に読取用光導電層４に形成される電界の面内分布が乱れ、その結果、読み取った放射線画像信号の面内分布も乱すことになる。

そこで、上記のように外縁部に電荷を蓄積させないようにするため、たとえば、図５に示すように、電荷輸送層３が第１の電極層１の外縁部よりも内側に形成されるようにパターニングするようにしてもよい。なお、図５においては、説明に必要な構成だけを図示し、その他の構成については図示省略してある。

また、上記外縁部の幅は、たとえば、第１の電極１の外縁から３ｍｍ以上とすることが望ましい。そして、診断上興味のある領域のみに電荷輸送層３を設けるようにすればよい。

電荷輸送層３を、図５に示すようにパターニングするようにすれば、外縁部で発生した電荷は電荷輸送層３によってトラップされることなく、第２の電極層５に吸収させることができるので、上記のような面内分布の乱れを防止することができる。

なお、上記のような面内分布の乱れのみを防止するようにする際には、電荷輸送層３は、外縁部のみ設けないようにし、その他の範囲は設けるようにしてもよい。つまり、透明線状電極５ａに対応する領域に電荷輸送層３を設けるようにしてもよい。

ここで、上記のような放射線画像検出器１０から放射線画像の読取りを行う際には、たとえば、第２の電極層５の線状電極に直交する方向に延設された線状光源を、線状電極の延びる方向に移動させることによって読取光の走査が行われる。

そして、その走査に応じて、順次、各遮光線状電極５ｂに接続されたチャージアンプ３０によって放射線画像信号が検出され、その各チャージアンプ３０によって検出された放射線画像信号を上記走査に応じた所定のサンプリング間隔でサンプリングすることによって放射線画像を構成する最小単位である画素毎の放射線画像信号が検出される。

つまり、電荷輸送層３は、画素毎に検出される放射線画像信号に寄与する領域に設けられていればよい。したがって、電荷輸送層３にトラップされる不必要な電荷をできるだけ少なくするため、たとえば、図６に示すように、電荷輸送層３を、上記画素単位毎に分割してパターニングするようにしてもよい。

また、上記実施形態は、放射線の照射を受けてその放射線を直接電荷に変換することにより放射線画像の記録を行う、いわゆる直接変換方式の放射斜線画像検出器に本発明を適用したものであるが、これに限らず、たとえば、放射線を一旦可視光に変換し、その可視光を電荷に変換することにより放射線画像の記録を行う、いわゆる間接変換方式の放射線画像検出器に本発明を適用するようにしてもよい。

また、本発明の放射線画像検出器における放射線画像検出器の層構成は上記実施形態のような層構成に限らずその他の層を加えたりしてもよい。

本発明の放射線画像検出器の一実施形態の概略構成図 図１に示す放射線画像検出器の２−２線断面図 図１に示す放射線画像検出器への放射線画像の記録の作用を説明するための図 図１に示す放射線画像検出器からの放射線画像の読取りの作用を説明するための図 電荷輸送層のその他のパターニングを示す図 電荷輸送層のその他のパターニングを示す図 従来の放射線画像検出器への放射線画像の記録の作用を説明するための図 従来の放射線画像検出器からの放射線画像の読取りの作用を説明するための図

符号の説明

１ 第１の電極層
２ 記録用光導電層（電荷発生層）
３ 電荷輸送層（電荷トラップ層）
４ 読取用光導電層
５ 第２の電極層
５ａ 透明線状電極
５ｂ 遮光線状電極
６ 蓄電部
１０ 放射線画像検出器
３０ チャージアンプ

Claims (5)

1. 放射線画像を担持した記録用の電磁波の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、該電荷発生層において発生した電荷をトラップする、半導体からなる電荷トラップ層とが積層された放射線画像検出器において、
   前記電荷トラップ層が、所望の電荷トラップ領域に対応してパターニングされていることを特徴とする放射線画像検出器。
2. 前記記録用の電磁波の照射の際に前記電荷発生層に電界を形成する、前記電荷発生層に設けられた電極層を有し、
   前記電荷トラップ層が、前記電極層の外縁部よりも内側にパターニングされていることを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出器。
3. 前記電荷発生層と、前記電荷トラップ層と、さらに読取用の電磁波の照射を受けて電荷を発生する読取用光導電層とをこの順に積層したものであり、
   前記読取用の電磁波を透過する多数の透明線状電極と該透明線状電極間に設けられた、前記読取用の電磁波を遮光する多数の遮光線状電極とを有し、
   前記電荷トラップ層が、前記遮光線状電極に対応してパターニングされていることを特徴とする請求項１または２記載の放射線画像検出器。
4. 前記電荷トラップ層によりトラップされた電荷に応じた放射線画像信号を画素単位で検出する検出部を有し、
   前記電荷トラップ層が、前記画素単位毎に分割されてパターニングされていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の放射線画像検出器。
5. 前記電荷トラップ層が、前記電荷発生層において発生した電荷のうち一方の極性の電荷に対しては絶縁体として作用し、かつ他方の極性の電荷に対しては導電体として作用するものであることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の放射線画像検出器。

Images