JP2007205970A

JP2007205970A - シンチレータプレート

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Publication number: JP2007205970A
Application number: JP2006026796A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kudo; 伸司工藤; Takehiko Shoji; 武彦庄子; Mika Sakai; 美香坂井
Original assignee: Konica Minolta Medical and Graphic Inc
Current assignee: Konica Minolta Medical and Graphic Inc
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】シンチレータ材料として優れた物質であるＣｓＩをベースとしながら、放射線照射による発光の発光効率を向上させることで発光輝度を向上し、さらに、防湿バリア等を設置しなくとも耐湿性を向上したシンチレータプレートを提供することである。
【解決手段】ＣｓＩに対して、少なくともヨウ化タリウム及びヨウ化銅を含む２種以上の添加剤をそれぞれ０．０１ｍｏｌ％以上含んでなる原材料を、供給源として抵抗加熱ルツボ２３に充填し、蒸着により基板１上に蛍光体膜を形成したシンチレータプレートとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、シンチレータプレートに関し、特にＣｓＩをベースに用いる蛍光体層を具備したシンチレータプレートに関する。

従来から、Ｘ線画像のような放射線画像は医療現場において病状の診断に広く用いられている。特に、増感紙−フィルム系による放射線画像は、長い歴史のなかで高感度化と高画質化が図られた結果、高い信頼性と優れたコストパフォーマンスを併せ持った撮像システムとして、今なお、世界中の医療現場で用いられている。しかしながらこれら画像情報はいわゆるアナログ画像情報であって、自由な画像処理や瞬時の画像転送を行うことができないものであった。

その後、デジタル方式の放射線画像検出装置として、コンピューテッドラジオグラフィ（ＣＲ）が登場している。ＣＲでは、デジタルの放射線画像が直接得られ、陰極管や液晶パネル等の画像表示装置に画像を直接表示することが可能なことから、写真フィルム上への画像形成が不要となり、アナログの銀塩写真方式による画像形成に比べ、病院や診療所での診断作業の利便性を大幅に向上させている。

ＣＲは、主に医療現場で受け入れられており、輝尽性蛍光体プレートを用いてＸ線画像を得ている。ここで、「輝尽性蛍光体プレート」というのは、被写体を透過した放射線を蓄積して、赤外線等の電磁波（励起光）の照射で時系列的に励起させることにより、蓄積された放射線をその線量に応じた強度で輝尽発光として放出するものであり、所定の基板上に輝尽性蛍光体が層状に形成された構成を有している。

しかしながら、この輝尽性蛍光体プレートでは、ＳＮ比や鮮鋭性が十分でなく、空間分解能も不十分であり、スクリーン・フィルムシステムの画質レベルには到達していない。

そこで、さらに新たなデジタルＸ線画像技術として、例えば、雑誌ＰｈｙｓｉｃｓＴｏｄａｙ、１９９７年１１月号２４頁のジョン・ローランズ論文“ＡｍｏｒｐｈｏｕｓＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＵｓｅｒｉｎＤｉｇｉｔａｌＸ−ｒａｙＩｍａｇｉｎｇ”や、雑誌ＳＰＩＥの１９９７年３２巻２頁のエル・イー・アントヌクの論文”ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａＨｉｇｈＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ＡｃｔｉｖｅＭａｔｒｉｘ，Ｆｌａｔ−ＰａｎｅｌＩｍａｇｅｒｗｉｔｈＥｎｈａｎｃｅｄＦｉｌｌＦａｃｔｏｒ”等に記載された、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた平板Ｘ線検出装置（ＦＰＤ）が登場している。

このＦＰＤでは、ＣＲに比べ、装置の小型化が可能である点や、動画表示が可能である点において優れているという特徴がある。しかしながら、ＣＲと同様、スクリーン・フィルムシステムの画質レベルには到達しておらず、高画質に対する要望が近年ますます高まっていた。

ここで、ＦＰＤでは、放射線を可視光に変換するために発光する特性を有するＸ線蛍光体で作られたシンチレータプレートを使用しているが、ＴＦＴや該ＴＦＴを駆動する回路等にて発生する電気ノイズが大きいために、低線量撮影において、ＳＮ比が低下し、画質レベルを十分にするだけの発光効率を確保することができないものであった。

一般に、シンチレータプレートの発光効率は、蛍光体層の厚さ、蛍光体のＸ線吸収係数によって決まるが、蛍光体層の厚さを厚くすればするほど、蛍光体層内での発光光の散乱が生じ、鮮鋭性が低下する。そのため、画質に必要な鮮鋭性を決めると、膜厚も自ずと決定される。

特に、シンチレータプレートの蛍光体層で使用されるヨウ化セシウム（ＣｓＩ）は、Ｘ線から可視光に変換する変換率が比較的高く、また、蒸着によって容易に蛍光体を柱状結晶構造に形成できるため、光ガイド効果により結晶内での発光光の散乱が抑えられ、蛍光体層の厚さを厚くすることが可能であった。

ここで、蛍光体層の形成に際し、ＣｓＩの単独使用では、発光効率が低いために各種の添加剤が用いられる。添加剤の濃度は、ベースとなるＣｓＩに対して０．０１ｍｏｌ％以上とすることで発光効率が上昇することが知られている。

例えば、特許文献１では、ＣｓＩとヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）を任意のモル比で混合したものを蒸着により基板上にナトリウム賦活ヨウ化セシウム（ＣｓＩ：Ｎａ）として堆積させ、後工程としてアニールを行うことで可視変換効率を向上させ、Ｘ線蛍光体として使用する技術が開示されている。

また、最近では、例えば特許文献２のように、ＣｓＩを蒸着で、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）、リチウム（Ｌｉ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、ナトリウム（Ｎａ）等の賦活物質をスパッタで形成するＸ線蛍光体を作製する技術が開示されている。

本発明に用いているＣｓＩは最も代表的なシンチレータ材料であるが、吸湿性材料であり、空気中の湿気（水蒸気）を吸収して溶解する。この結果、シンチレータ特性、特に鮮鋭性が劣化するという問題があった。

特許文献３では、シンチレータを湿気から保護する目的で、シンチレータ層の上部に水分不透過性の防湿バリアを形成する構造に関する技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載の方法や、特許文献２に記載の方法によりＸ線蛍光体を作製する技術をもってしても放射線照射による発光効率は未だ低いものであった。また、特許文献３の耐湿性の向上に関しては、シンチレータを完全に防湿バリアで密封することが困難であることから、水分の浸入を許し、シンチレータ特性を劣化することとなっていた。また、収率が低くとも、運良く密封された場合でも、防湿バリアについて膜剥れや傷がついた場合は当然同様な特性劣化が発生することとなっていた。上述の発光効率、耐湿性の２点に関して、さらなる改良が望まれていた。
特公昭５４−３５０６０号公報特開２００１−５９８９９号公報特開平５−１９６７４２号公報

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、シンチレータ材料として優れた物質であるＣｓＩをベースとしながら、放射線照射による発光の発光効率を向上させることで発光輝度が向上し、さらに、防湿バリア等を設置しなくとも耐湿性が向上したシンチレータプレートを提供することである。

本発明の上記課題は、以下の構成により達成された。

１．ＣｓＩに対して、少なくともヨウ化タリウム及びヨウ化銅を含む２種以上の添加剤をそれぞれ０．０１ｍｏｌ％以上含んでなる原材料を供給源として、蒸着により基板上に蛍光体膜を形成したことを特徴とするシンチレータプレート。

２．前記添加剤として、ヨウ化ユーロピウム、ヨウ化マンガンのいずれか一種類を含むことを特徴とする１に記載のシンチレータプレート。

本発明によれば、シンチレータ材料として優れた物質であるＣｓＩをベースとしながら、放射線照射による発光の発光効率を向上させることで発光輝度を向上し、さらに、防湿バリア等を設置しなくとも耐湿性を向上したシンチレータプレートを提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。

本発明に係るシンチレータプレート１０は、図１に示すように基板１上に蛍光体層２を備えるものであり、蛍光体層２に放射線が照射されると、蛍光体層２は入射した放射線のエネルギーを吸収して、波長が３００ｎｍから８００ｎｍの電磁波、すなわち、可視光線を中心に紫外光から赤外光にわたる電磁波（光）を発光するようになっている。

ここで、基板１としては、Ｘ線等の放射線を透過させることが可能なものであり、樹脂やガラス基板、金属板等が用いられるが、耐性の向上や軽量化といった観点から、１ｍｍ以下のアルミ板や炭素繊維強化樹脂シートを始めとする樹脂を用いるのが好ましい。

また、蛍光体層２としては、Ｃｓをベースとして結晶が形成されたものであり、ＣｓＩが好適である。

また、蛍光体層２には、少なくともヨウ化タリウム及びヨウ化銅を含む２種以上の添加剤が含まれている。これら複数の添加剤は、ベースとなるＣｓＩに対し、０．０１ｍｏｌ％以上含んでいればよい。ＣｓＩに対し、添加剤が０．０１ｍｏｌ％未満であると、ＣｓＩ単独使用で得られる発光輝度と大差なく、目的とする発光輝度を得ることができない。なお、前述のように規定された添加剤の含有割合は、蛍光体層２を形成する際の材料における割合を指している。本発明においては、蛍光体層２は、後述するように蒸着により形成されるため、蛍光体層２を形成する際の材料とは、蒸着する際の供給源（蒸着源）となる原材料を指している。

また、蛍光体層２を構成するヨウ化タリウム及びヨウ化銅以外の添加剤の具体例としては、ヨウ化ユーロピウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化ルビジウム、ヨウ化イットリウム、ヨウ化テルビウム、ヨウ化マンガン、ヨウ化ガドリニウム、ヨウ化ランタン、ヨウ化リチウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化チタンが挙げられ、中でも、ヨウ化ユーロピウム、ヨウ化マンガンが好ましい。

以下、基板１上に蛍光体層２を形成させる方法について説明する。

蛍光体層２は、蒸着法により形成される。

蒸着法は基板１を概知の蒸着装置内に設置するとともに、蒸着源に前述のように規定された賦活剤を含む蛍光体層２の原材料を充填した後、装置内を排気すると同時に窒素等の不活性なガスを導入口から導入して１．３３３〜１．３３×１０^-3Ｐａ程度の真空とし、次いで、蛍光体の少なくとも１つを抵抗加熱法、エレクトロンビーム法等の方法で加熱蒸発させて基板１表面に蛍光体を所望の厚みに堆積させ、基板１上に蛍光体層２が形成される。

なお、この蒸着工程を複数回に分けて行い、蛍光体層２を形成することも可能である。例えば、同一構成の蒸着源を複数用意し、一つの蒸着源による蒸着が終了したら、次の蒸着源による蒸着を開始し、所望の厚さの蛍光体層２になるまで、これを繰り返し行う。すると、１つの蒸着源により基板１上に形成される蛍光体層２は、蒸着源に含まれる原材料のうち、融点が低いものから順に基板１上に付着し、蛍光体層２の最表面は最も融点が高いものの割合が多くなる層構成となるため、これが繰り返し行われて形成された蛍光体層２、つまり蛍光体膜では、複数の添加剤が含まれると共に、これら複数の添加剤の融点が異なるものであっても、基板１上に形成される蛍光体膜中における発光量の分布をより均一にすることが可能となる。

なお、蒸着時は、必要に応じて基板１を冷却あるいは加熱してもよい。また、蒸着終了後、基板１ごと蛍光体層２を加熱処理してもよい。

ここで、図２を参照して、蒸着法を行う際に使用する蒸着装置の一例として、蒸着装置２０について説明する。

蒸着装置２０には、真空ポンプ２１と、真空ポンプ２１の作動により内部が真空となる真空容器２２とが備えられている。真空容器２２の内部には、蒸着源として抵抗加熱ルツボ２３が備えられており、この抵抗加熱ルツボ２３の上方には回転機構２４により回転可能に構成された基板１が基板ホルダ２５を介して設置されている。また、抵抗加熱ルツボ２３と、基板１との間には、必要に応じて抵抗加熱ルツボ２３から蒸発する蛍光体の蒸気流を調節するためのスリット（図示せず）が設けられている。なお、基板１は、蒸着装置２０を使用する際に基板ホルダ２５に設置して使用するようになっている。

次に、シンチレータプレート１０の作用について説明する。

シンチレータプレート１０に対し、蛍光体層２側から基板１側に向けて放射線を入射すると、蛍光体層２に入射された放射線は、蛍光体層２中の蛍光体粒子に放射線のエネルギーが吸収され、蛍光体層２からその強度に応じた電磁波（光）が発光される。

このとき、基板１上に形成される蛍光体膜には、複数の添加剤が含まれており、各添加剤固有の特性を発揮している。また、同時に、蛍光体膜中における発光量の分布が均一になっており、蛍光体層２を構成する各柱状結晶が規則正しく形成されている。その結果、蛍光体層２では、瞬時発光の発光効率を向上させ、シンチレータプレート１０の放射線に対する感度を大きく改善させる。

以上のように、本発明に係るシンチレータプレート１０では、放射線が照射された際に、蛍光体層２の発光効率を飛躍的に向上させて発光輝度を向上させることができる。これにより、得られる放射線画像における低線量撮影時のＳＮ比を向上させることもできる。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の実施態様はこれに限定されない。

実施例
〔放射線像変換パネル１の作製〕
（蒸着源材料の作製）
ＣｓＩに対し、複数の賦活剤すなわち添加剤を表１に示す種類及び比率で混合し、乳鉢にてこれらが均一になるように粉砕し、混合した。

（放射線像変換パネルの作製）
炭素繊維強化樹脂シートからなる支持体の片面に、図２に示す蒸着装置２０を使用して上記蒸着源材料を蒸着させ、蛍光体層を形成した。

すなわち、まず、上記蒸着源材料を抵抗加熱ルツボ２３に充填するとともに、回転機構２４により回転される基板ホルダ２５に基板１を設置し、基板１と抵抗加熱ルツボ２３との間隔を４００ｍｍに調節した。続いて真空ポンプ２１により蒸着装置２２内を一旦排気し、Ａｒガスを導入して０．１Ｐａに真空度を調整した後、回転機構２４により１０ｒｐｍの速度で基板１を回転させながら基板１の温度を１５０℃に保持した。次いで、抵抗加熱ルツボ２３を加熱して蛍光体を蒸着し、蛍光体層２の膜厚が５００μｍとなったところで基板１への蒸着を終了させ、放射線像変換パネル１を作製した。

〔放射線像変換パネル２〜５の作製〕
放射線像変換パネル１の作製において、ＣｓＩに対し、複数の賦活剤すなわち添加剤を表１に示す種類及び比率に変え、他は同様にして放射線像変換パネル２〜５を作製した。

〔放射線像変換パネルの評価〕
作製した放射線像変換パネルについて、以下のようにして、発光輝度の測定、耐湿性の評価及び画像ムラ・線状ノイズの評価を行った。

（発光輝度の測定）
放射線画像変換パネルを、１０ｃｍ×１０ｃｍの大きさのＣＭＯＳフラットパネル（ラドアイコン社製Ｘ線ＣＭＯＳカメラシステムＳｈａｄｏｗ＿Ｂｏｘ４ＫＥＶ）にセットし、管電圧８０ｋＶｐのＸ線を各試料の裏面（シンチレータ蛍光体層が形成されていない面）から照射し、瞬時発光を測定してその測定値を発光輝度（感度）とした。ただし、比較例の放射線像変換パネル５の発光輝度を１．０とする相対値で表す。

（耐湿性の評価）
放射線画像変換パネルを、２０℃５．５時間、昇温０．５時間、３０℃８０％ＲＨ５時間、降温１時間、２０℃の加湿サイクルサーモ７日を行い、鮮鋭性の劣化率を測定した。

鮮鋭性の劣化率＝｛１−（耐湿試験後の鮮鋭性／耐湿試験前の鮮鋭性）｝×１００％
鮮鋭性の劣化率から下記基準で耐湿性を評価した。

◎：鮮鋭性の劣化率が０〜５％未満
○：鮮鋭性の劣化率が５〜２０％未満
△：鮮鋭性の劣化率が２０〜３０％未満
×：鮮鋭性の劣化率が３０％以上
なお、鮮鋭性は以下の方法で測定した。

放射線画像変換パネルを、縦１０ｃｍ×横１０ｃｍのＣＭＯＳフラットパネル（ラドアイコン社製Ｘ線ＣＭＯＳカメラシステムＳｈａｄｏｗＢｏｘ４ＫＥＶ）にセットし、１２ｂｉｔの出力データよりＭＴＦを測定、算出すした。

具体的には、鉛製のＭＴＦチャートを通して管電圧８０ｋＶｐのＸ線を各試料の裏面（蛍光体層が形成されていない面）から照射し、画像データをＣＭＯＳフラットパネルで検出してハードディスクに記録した。その後、ハードディスク上の記録をコンピュータで分析して当該ハードディスクに記録されたＸ線像の変調伝達関数（ＭＴＦ（ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎ））を測定し、空間周波数１サイクル／ｍｍにおけるＭＴＦ値（％）算出し、これを鮮鋭性とした。

（画像ムラ・線状ノイズの評価）
放射線画像変換パネルを、１０ｃｍ×１０ｃｍの大きさのＣＭＯＳフラットパネル（ラドアイコン社製Ｘ線ＣＭＯＳカメラシステムＳｈａｄｏｗＢｏｘ４ＫＥＶ）にセットし、管電圧８０ｋＶｐのＸ線を放射線画像変換パネルの裏面（シンチレータ蛍光体層が形成されていない面）から照射し、ベタ画像を撮影した。これを画像再生装置によって画像として再生し、出力装置より２倍に拡大してプリントアウトし、得られたプリント画像を目視により観察して画像ムラや線状ノイズを下記基準で評価した。

◎：画像ムラや線状ノイズが全くない
○：面内の１ヵ所に淡い画像ムラや線状ノイズが見られる
△：面内の２、３ヵ所に淡い画像ムラや線状ノイズが見られる
×：面内の４ヵ所以上に画像ムラや線状ノイズが見られる
評価の結果を表１に示す。

表より、ＣｓＩに対して、少なくともヨウ化タリウム及びヨウ化銅を含む２種以上の添加剤をそれぞれ０．０１ｍｏｌ％以上含んでなる原材料を供給源として、蒸着により基板上に蛍光体膜を形成した本発明のシンチレータプレートを含む放射線画像変換パネルは、発光輝度が高く、画像ムラや線状ノイズが少なく、さらに耐湿性が向上していることが分かる。

シンチレータプレートの断面図である。蒸着装置の概略構成図である。

符号の説明

１基板
２蛍光体層
１０シンチレータプレート
２０蒸着装置
２１真空ポンプ
２２真空容器
２３抵抗加熱ルツボ
２４回転機構
２５基板ホルダ

Claims

ＣｓＩに対して、少なくともヨウ化タリウム及びヨウ化銅を含む２種以上の添加剤をそれぞれ０．０１ｍｏｌ％以上含んでなる原材料を供給源として、蒸着により基板上に蛍光体膜を形成したことを特徴とするシンチレータプレート。
前記添加剤として、ヨウ化ユーロピウム、ヨウ化マンガンのいずれか一種類を含むことを特徴とする請求項１に記載のシンチレータプレート。