JP2007248285A - 放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の放射線検出装置では、光源３０４が放射線照射時の放射線によって発光し、その光が光電変換素子１０２に入射してノイズが発生するという課題が見出された。
【解決手段】 かかる課題を解決するため、本発明は、光電変換素子１０２と基板１０１とを備えた放射線検出パネル１００と、照明手段３０４とを有する放射線検出装置において、光電変換素子１０２と照明手段３０４との間の光路に、照明手段３０４からの光の透過率を切り替える透過率切替パネル２００を有することを特徴とする放射線検出装置を提供するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放射線検出装置に関し、特に、光電変換装置を用いた医療用Ｘ線診断装置、又は非破壊検査装置などに用いられる放射線検出装置に関する。なお、本明細書において、「光」とは、可視光線、紫外線、赤外線だけでなく、Ｘ線、γ線などの放射線をも含むものである。

従来、医療診断を目的とした放射線検出装置としては、増感紙とフィルムを組み合わせて使用するＸ線写真方式の装置（フィルム撮影装置）が広く利用されている。このフィルム方式は、撮影から現像までに時間がかかるという問題や、膨大な撮影フィルムの保管、検索が必要であるなど、病院内の管理、運営の面で課題が残っている。

一方、近年では、デジタル技術の進歩により、Ｘ線画像をデジタルデータとして取り扱う放射線検出装置が活発に開発されている。この方式には、Ｘ線を光電変換素子で直接電気信号に変換して読み取るダイレクト方式と、Ｘ線を蛍光体で一旦可視光に変換し、変換された可視光を光電変換素子で電気信号に変換して読み取るインダイレクト方式との２つに大別される。画像をデジタル化すれば、種々の媒体に記録できるため、画像の保管、検索、転送が容易に行われ、病院内の管理、運営の面で効率がよくなる。又、画像情報をデジタル値として得ることは、コンピュータによって高度な画像処理を高速で行うことができるため、診断の向上が期待される。

一般に、光電変換素子をアモルファスシリコン半導体の主たる材料で形成する場合には、アモルファス半導体膜中のダングリングボンドや作成過程で混入した不純物によって、欠陥準位が形成される。それらは、トラップ準位として働き、電源をオンした直後あるいはオンさせる前においても、電子又は正孔をトラップしており、数ミリ秒〜数十秒間の時間を経てから、伝導帯あるいは価電子帯に熱的に励起され、伝導電流（ダーク電流）が流れる。特に半導体層と注入阻止層との界面部分は、トラップ準位が多いと言われている。

アモルファス半導体膜を用いずに、結晶型のＭＩＳ型光電変換素子を用いる場合には、作成するプロセス条件や装置にも依存するが、アモルファスほどトラップ準位は多くないと言われる。しかし、半導体層と注入阻止層との界面部分は、結晶格子のミスマッチが多く、トラップ準位は零ではなく、ダーク電流が流れる。これらのダーク電流はＳ／Ｎ比の低下をもたらすことになる。

ダーク電流を軽減させる放射線検出装置の駆動法としては、光電変換素子やスイッチング素子にバイアスしてから数秒から数１０秒程度待って、ダーク電流が緩和された後に光電変換するという方法が考えられる。しかし、放射線検出装置にこの方法を適用すると撮影間隔が長くなり、また、装置の操作性が悪くなるという問題がある。特に、Ｘ線を繰り返し照射して動画像を作成する場合は、ダーク電流が十分に緩和できないという問題がある。

かかる問題を解決するために、光電変換素子に光を照射することで、トラップされた電子や正孔による残像等、画像情報のノイズを軽減する装置が知られている。具体的には、光電変換素子の受光面の裏側にＬＥＤ（発光ダイオード）やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）等、光電変換素子の光吸収波長領域に発光波長を有する光源を設け、光源からの光が光電変換素子の受光面に照射されるようにした放射線検出装置が知られている。
特開平１０−２０６５５２号公報 特開２００２−４０１４４号公報 特表平１１−５１３２２１号公報

しかしながら、従来の放射線検出装置では、光源であるＬＥＤやＥＬが放射線照射時の放射線によって発光し、その光が光電変換素子に入射されてノイズが発生するという課題を見出した。

そこで、本発明は、光源を有する放射線検出装置において、放射線照射時に、光源から光電変換素子への光の入射による画質の低下を抑制し、かつ必要な時には光源からの光を光電変換素子へできる限り多く取り込むための構成を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の放射線検出装置は、光電変換素子と基板とを備えた放射線検出パネルと、照明手段とを有する放射線検出装置において、前記光電変換素子と前記照明手段との間の光路に、前記照明手段からの光の透過率を切り替える透過率切替パネルを有することを特徴とするものである。

本発明によれば、放射線照射時に放射線によって発生した光源からの光が光電変換素子に入射してノイズが発生することによる画質の低下を抑制することができる。

（実施例１）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施例である。１００はＸ線フラットパネル検出器で、入射Ｘ線を可視光に変換する柱状結晶のＣ_ＳＩ：Ｔｌからなる波長変換体層である蛍光体１０５と、透光性基板１０１上に２次元に配列されているアモルファスシリコンよりなる複数の光電変換素子１０２及びＴＦＴ素子１０３とから構成されている。各素子と波長変換体層１０５とは保護層１０４によって隔離されており、波長変換体層１０５は外気との間を保護層１０６で隔離されている。波長変換体層１０５は図面上部から入射してくる放射線を吸収することで可視光を発生する。光電変換素子１０２はその可視光を吸収することで電気信号に変換する。こうして２次元に渡って得られた電気信号を画像として読み取ることが可能となる。

Ｘ線フラットパネル検出器１００の下部には透過率切替パネルである液晶素子２００を挟んで光発生器３００が配置されている。光発生器３００は、導光手段である導光板３０１と、この導光板３０１に対して側面から可視光を照射する照明手段である光源３０４と、導光板３０１の下面に配された反射フィルム３０３と、導光板３０１のＸ線フラットパネル検出器１００側に配置された拡散層である光拡散フィルム３０２とを備えている。

導光板３０１の側面から入射した光は、導光板３０１の内部に進入する。このとき、導光板３０１の屈折率と周囲の空気の屈折率とで決まる臨界角よりも浅い角度で進む光は、導光板３０１の界面で全反射して、更に内部に進入する。しかし、導光板３０１の上面で臨界角よりも深い角度で入った光は、一部が屈折して透光性基板１０１側へ導かれる。

図１で示した導光板３０１の上面及び下面は平面状に書かれているが、粗面状に加工しておけば、そこでの拡散性も増し、導光板３０１から透光性基板１０１の側へ出射する光が多くなる。透光性基板１０１へ出た光は、光電変換素子の受光面に到達する。

Ｘ線非照射時には液晶素子２００が光を透過する状態となる電圧を印加し、光源３０４からの光が光電変換素子１０２へ入射するように液晶素子２００を透過状態とする。その状態で光源３０４を発光させ透明な液晶素子２００と透光性基板１０１を通して光を光電変換素子１０２に入射させる。このように、光源３０４の光がアモルファスシリコン等の半導体からなる光電変換素子１０２に照射されることで、長期間の使用における光電変換素子の特性変動や半導体膜中に生じたトラップ準位によるダーク電流の増加などを防止する。

一方、Ｘ線照射時には液晶素子２００が光を遮蔽する状態となる電圧を印加し、光源３０４からの光が光電変換素子１０２へ入射しないように液晶素子２００を遮蔽状態とする。その状態でＸ線を照射すると波長変換体層１０５が発光し、その光が光電変換素子１０２に入射する。ここで、Ｘ線を照射することにより光源３０４が発光しても、液晶素子２００が遮蔽状態であるため、光源３０４から光電変換素子１０２への光の入射が抑制される。

なお、本実施形態においては波長変換体層１０５を有するインダイレクト方式の放射線検出装置について説明したが、波長変換体層１０５を有さないダイレクト方式の放射線検出装置であっても本発明を適用することができる。

透過率切替パネルとしては外部からの要因により光の透過率を変えることができるものであればよい。電極に電圧を印加することにより透過率が変化する液晶素子、エレクトロクロミック素子や、モータ等を用いて開閉状態を制御できる機械的シャッター等を用いることができる。

機械的シャッターを用いる場合は、ＬＥＤ等の点光源の位置にのみシャッターを設けることで、光の透過を抑制することが望ましい。

光電変換素子としては、インダイレクト方式の場合、ＰＩＮ型ダイオード、ＰＩＮ型フォトダイオード、ＭＩＳ型光電変換素子等を用いることができる。ＭＩＳ型の光電変換素子は、下部の金属電極層の上に絶縁層と半導体層を積層したものである。通常、半導体層の上には注入阻止層（Ｎ層又はＰ層）と上部電極が配置される。材料としてはアモルファスシリコン、結晶シリコンのどちらでもよい。また、ダイレクト方式の場合は、ａ−Ｓｅ、ＰｂＩ_２、ＨｇＩ_２、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ等を用いることができる。

ＴＦＴ素子としては、アモルファスシリコン材料や結晶シリコン材料等を用いることができる。

光源としては冷陰極管、ＬＥＤ、有機ＥＬ、無機ＥＬ、半導体レーザー等、液晶表示装置等の透過型表示器における光源を用いることができる。

基板に用いる材料としては、透明なガラス、プラスチック等を用いることができる。

蛍光体としては、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ、ＮａＩ：Ｔｌ、ＬｉＩ：Ｅｕ、ＫＩ：Ｔｌ等に代表されるアルカリハライド蛍光体、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ、ＣａＷＯ_４等を用いることができる。

導光板の材質としては、アクリルやガラス等を用いることができる。

なお、本発明における光源３０４の位置としては、光電変換素子１０２と光源３０４との間の光路に液晶素子２００を有する構成であれば図１の配置に限定されるものではない。例えば、図２に示したように、光源３０４を導光板３０１の側面から離れた位置に配置し、光源３０４で発光した光を光ファイバ３０５で導光板３０１に導く構成としてもよい。更には、放射線が入射しない位置に光源３０４を配置することが望ましい。

（実施例２）
図３は、本発明の第２の実施例である。本実施例では、導光板を設けずに、光源として面発光光源である無機ＥＬ素子４００をＸ線フラットパネル検出器１００の裏面に設けた点が実施例１と異なる。無機ＥＬ素子４００のようにＸ線の照射により発光しやすいものを光源として用いる場合、特に光源から光電変換素子１０２への光の入射が大きくなり、ノイズが大きくなる。そのため、本実施例によれば、Ｘ線の照射により発光しやすいものを光源として用いる場合、より大きなノイズを抑制することができる。また、本実施例によれば、導光板を設ける必要がないため、装置全体の薄型化を図ることができる。

（実施例３）
図４は、本発明の第３の実施例である。本実施例では、液晶素子２５０を光源３０４と導光板３０１の間に設けた点が実施例１と異なる。本実施例によれば、液晶素子２５０で光電変換素子１０２の裏面を覆う必要がなくなるため、透過率切替パネルである液晶素子２５０の小型化が可能となる。

（実施例４）
図５は、本発明の第４の実施例である。本実施例では、導光板を設けずに、光発生器５００は、複数のＬＥＤ光源５０１を面状に並べた面発光光源とした点が実施例１と異なる。５０２はＬＥＤを実装するための基板、５０３は拡散板である。本発明における照明手段である光源は単数でも複数でもよい。

（実施例５）
図６は、本発明の第５の実施例である。本実施例は、基板兼導光板６０１の側面に液晶素子２５０と光源３０４を設けたものである。基板兼導光板６０１は透光性基板としての役割と導光板としての役割を兼ねており、基板兼導光板６０１上に光電変換素子１０２及びＴＦＴ素子１０３とが２次元に配列されている。基板兼導光板６０１の側面から入射した光は内部に進入し、光電変換素子の受光面に照射される。

本実施例によれば、基板兼導光板６０１が透光性基板としての役割と導光板としての役割を兼ねることにより、装置全体の薄型化を図ることができる。また、液晶素子２５０でＸ線フラットパネル検出器１００の裏面を覆う必要がなくなるため、透過率切替パネルである液晶素子２５０の小型化が可能となる。

（実施例６）
本発明の更に他の実施例としては、図１、２、３、５のように透光性基板１０１の裏面に透過率切替パネル２００が接している場合、透過率切替パネル２００の屈折率が透光性基板１０１の屈折率に近いものを用いるのが望ましい。

Ｘ線が波長変換体層１０５に入射して変換された光のうち、光電変換素子１０２で検出されなかった光は、透光性基板１０１を透過し、透過率切替パネル２００との境界で反射される。この反射光が光電変換素子１０２で検出されることがノイズの原因の一つとなっている。ここで、透光性基板１０１と透過率切替パネル２００との屈折率の差が小さいほど、その境界における反射は小さくなる。従って、透過率切替パネル２００としては、透光性基板１０１と屈折率が近いものを選ぶことが望ましい。

透光性基板１０１の裏面が空気と接している場合と比較して、境界における反射を小さくするためには、透光性基板１０１と透過率切替パネル２００との屈折率の差が、透光性基板１０１と空気との屈折率の差より小さくなるように、透光性基板１０１と透過率切替パネル２００の材料を選択すればよい。空気の屈折率は１．０であるため、例えば、透光性基板１０１として屈折率１．５のガラス基板を用いた場合、屈折率が１．０〜２．０の液晶素子２００を用いればよい。更に好ましくは、液晶素子２００の屈折率がガラス基板の屈折率１．５に近いことが望ましい。

同様に、図４のように透光性基板１０１の裏面に拡散層である光拡散フィルム３０２が接している場合、光拡散フィルム３０２の屈折率が透光性基板１０１の屈折率に近いものを用いるのが望ましい。更に、図４においては導光板３０１と透光性基板１０１との間に光拡散フィルム３０２を設けた構成を示しているが、光拡散フィルム３０２は必ずしも必要ではない。その場合は、透光性基板１０１の裏面に導光板３０１が接して設けられ、導光板３０１の屈折率が透光性基板１０１の屈折率に近いものを用いるのが望ましい。

（実施例７）
本発明における放射線検出装置は、静止画撮影だけでなく動画撮影にも適用することができる。動画撮影時には、例えば１秒間に１〜５０フレーム程度の画像を撮影する。動画撮影では放射線が繰り返し照射されるため、従来の放射線検出装置では残像によるノイズの影響を避けることができない。

本実施例は、放射線照射時には液晶素子を遮蔽状態とし、
繰り返し照射される第１の放射線照射時と第２の放射線照射時との間の放射線非照射時に、液晶素子を透過状態として光源を発光させるものである。全てのフレーム毎に液晶素子を透過状態に切り替えてもよいし、数フレーム毎、例えば５〜１０フレーム毎に液晶素子を透過状態に切り替えてもよい。

本発明によれば、液晶素子の透過率を適宜切り替えることで、放射線が繰り返し照射されることにより発光した光源からの光が光電変換素子の受光面に入射してノイズが発生するのを抑制することができる。

動画撮影時に一つの画像を得るための放射線の量は、静止画を撮影する場合の１／１０〜１／１０００程度、好ましくは１／１００程度である。そのため、動画撮影時に光源から発光される光によるノイズの影響は、静止画撮影時に比べて相対的に大きくなる。本発明によれば、特に動画撮影時に相対的に大きくなるノイズの影響を低減することができた。

本発明に係る実施例１の放射線検出装置を示す断面図である。 本発明に係る実施例１の他の形態を示す断面図である。 本発明に係る実施例２の放射線検出装置を示す断面図である。 本発明に係る実施例３の放射線検出装置を示す断面図である。 本発明に係る実施例４の放射線検出装置を示す断面図である。 本発明に係る実施例５の放射線検出装置を示す断面図である。

符号の説明

１００ Ｘ線フラットパネル検出器
１０１ 透光性基板
１０２ 光電変換素子
１０３ ＴＦＴ素子
１０５ 波長変換体層
２００、２５０ 液晶素子
３００、５００ 光発生器
３０１ 導光板
３０４、４００、５０１ 光源
６０１ 基板兼導光板

Claims (13)

1. 光電変換素子と基板とを備えた放射線検出パネルと、照明手段とを有する放射線検出装置において、
   前記光電変換素子と前記照明手段との間の光路に、前記照明手段からの光の透過率を切り替える透過率切替パネルを有すること
   を特徴とする放射線検出装置。
2. 前記透過率切替パネルが、前記光電変換素子を覆うように前記放射線検出パネルの裏面に配置されること
   を特徴とする請求項１記載の放射線検出装置。
3. 前記放射線検出パネルの裏面に導光手段を有し、
   前記透過率切替パネルが、前記導光手段の側面に配置されること
   を特徴とする請求項１記載の放射線検出装置。
4. 前記照明手段が前記透過率切替パネルの側面に配置されること
   を特徴とする請求項３記載の放射線検出装置。
5. 前記透過率切替パネル及び前記照明手段が前記基板の側面に配置されること
   を特徴とする請求項１記載の放射線検出装置。
6. 前記透過率切替パネルが前記基板に接して配置され、
   前記透過率切替パネルの屈折率と前記基板の屈折率との差は、空気の屈折率と前記基板の屈折率との差よりも小さいこと
   を特徴とする請求項２記載の放射線検出装置。
7. 前記導光手段が前記基板に接して配置され、
   前記導光手段の屈折率と前記基板の屈折率との差は、空気の屈折率と前記基板の屈折率との差よりも小さいこと
   を特徴とする請求項３記載の放射線検出装置。
8. 前記導光手段と前記基板の間に、拡散層が前記基板に接して配置され、
   前記拡散層の屈折率と前記基板の屈折率との差は、空気の屈折率と前記基板の屈折率との差よりも小さいこと
   を特徴とする請求項３記載の放射線検出装置。
9. 前記透過率切替パネルは、放射線照射時に、前記照明手段からの光の透過を抑制すること
   を特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の放射線検出装置。
10. 前記放射線検出装置に繰り返し放射線が照射されること
    を特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の放射線検出装置。
11. 繰り返し照射される第１の放射線照射時と第２の放射線照射時との間の放射線非照射時に前記照明手段からの光を前記光電変換素子に照射すること
    を特徴とする請求項１０記載の放射線検出装置。
12. 前記放射線検出装置は、波長変換体層を有すること
    を特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の放射線検出装置。
13. 前記透過率切替手段は、液晶素子、エレクトロクロミック素子及び機械的シャッターからなる群から選択された少なくとも一つの透過率切替手段であること
    を特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の放射線検出装置。
    

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