JP2008051814A - Ｘ線変換素子 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な機械的安定性において質の良いＸ線撮影を生じさせる、特にラジオグラフィ用のコスト的に手頃に製作可能なＸ線変換素子を提供する。
【解決手段】Ｘ線変換素子は、Ｘ線透過性および湿気不透過性の基板（１）と、基板（１）に結合されているＸ線透過性の担持体（２）と、基板（１）上に設けられているシンチレータ（３）と、シンチレータ（３）を覆う光透過性および湿気不透過性の保護膜（４）とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明はＸ線変換素子に関する。

この種のＸ線変換素子は、公知のラジオグラフィのためのディジタル検出器の構成部分である（例えば、非特許文献１、特にその図５参照）。

シンチレータを有するＸ線変換素子は、公知の事例においては、ＣＣＤカメラと組み合わされて使用される（ＣＣＤ＝ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ、電荷結合素子）。Ｘ線はシンチレータ（発光スクリーン）内で大部分吸収され、可視光に変換される。結像光学系（例えば光学レンズ、ミラー、プリズムなど）により光像がＣＣＤカメラ上に投射され、ＣＣＤカメラが光像を電気信号に変換する。電気信号が継続処理されてディジタル画像として出力される。

この検出器システムは、比較的簡単にかつコスト的に手頃に入手可能な構成要素のみを含み、したがってコストに手頃に製作可能でもある利点を有する。それゆえ、このような検出器システムは、ディジタル検出器システムの公知の利点（フィルムなし、画像処理など）を有するコスト的に手頃な解決策である。

線量要求は、この種の検出器システムの場合、古典的なフィルムシートシステムの線量要求と同等である。したがって、いわゆる平面型画像検出器（フラットパネル検出器）により可能であるような線量節約は、この検出器システムでは達成できない（平面型画像検出器ついては、例えば特許文献２参照）。

ラジオグラフィにおける比較的高い線量要求の理由はいわゆる「２次量子低下」の発生にある。

理想的なＸ線検出器（無視できる電子ノイズ、構造的ノイズなし）の信号雑音比は吸収されるＸ線量子の個数によって定められ、「１次量子減弱」と呼ばれる。

平面型画像検出器においては、１個の吸収されたＸ線量子が例えば１０００個の電子に変換される。したがって、付加的な統計的電子ノイズは、電子数が比較的大きいことから無視することができる。

しかし、１個のＸ線量子当たりに１０個よりも少ない電子が発生する場合に、この付加的なノイズはもはや無視できず、画質を悪化させるか、もしくは線量要求を高める。これは「２次量子減弱」と呼ばれる（この事情は例えば非特許文献３参照）。

シンチレータに対する基本的な要求は、シンチレータに入射する各Ｘ線量子がシンチレータ内にできるだけ多くの光量子を発生するべきであり、光量子がここでもできるだけ損失なく電子に変換されなければならないことである。

シンチレータに対する他の要求はシンチレータの機械的安定性である。シンチレータは組込み時に外側の縁でのみ固定される。比較的大きなＸ線変換素子（例えば４４ｃｍ×４４ｃｍ）は、ドラムの皮のように振動することがある。動作中に、しかしそればかりか輸送中に、例えばトラック輸送または鉄道輸送の際に、Ｘ線検出器は部分的に著しい衝撃および振動にさらされる

このような振動によってシンチレータが損傷されないことを保証するために、アルミニウムからなる１ｍｍの厚みの担持体またはアモルファス炭素からなる２ｍｍの厚みの担持体の上に、ＣｓＩ：Ｔｌからなるシンチレータが設けられている変換器層を使用することは公知である（例えば、非特許文献４参照）。十分な機械的安定性を達成するためには、これらの層厚を下回ってはならない。

しかしながら、担持体がビーム経路内においてシンチレータの前に配置されているために、担持体はビームフィルタとして作用する。したがって、担持体内で吸収されたエネルギーは、もはやシンチレータ内での光発生には使用できない。

２ｍｍのアモルファス炭素におけるＸ線の透過は、透過が僅かに減少する３０ｋｅＶよりも小さいＸ線エネルギーについてのみ良好である。アモルファス炭素を使用する場合の欠点は高い価格にある。

これに対して、アルミニウムは低価格な材料である。しかしながら、１ｍｍのアルミニウムを使用する場合の欠点は、Ｘ線エネルギーが４０ｋｅＶよりも小さいと透過率が比較的少ない点にある。
Ｒ．Ｆ．Ｓｃｈｕｌｚ，"Ｄｉｇｉｔａｌｅ Ｄｅｔｅｋｔｏｒｓｙｓｔｅｍｅ ｆｕｅｒ ｄｉｅ Ｐｒｊｅｋｔｉｏｎｓｒａｄｉｏｇｒａｐｈｉｅ"，"Ｆｏｒｓｃｈｒ．Ｒｏｅｎｔｇｅｎｓｔｒ．（２００１）１７３"，１１３７−１１４６ Ｍ．Ｓｐａｈｎ ｅｔ ａｌ．，"Ｆｌａｃｈｂｉｌｄｄｅｔｅｋｔｏｒ ｉｎ ｄｅｒ Ｒｏｅｎｔｇｅｎｄｉａｇｎｏｓｔｉｋ"，"Ｄｅｒ Ｒａｄｉｏｌｏｇｅ ４３（２００３）"，３４０−３５０ Ｒ．Ｍ．Ｇａｎｇｅ ｅｔ ａｌ．，"Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ：ｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ ｉｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ"，"Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．４３２０（２００１）"，１５６−１６２ ＵＲＬ ｈｔｔｐ：／／ｓａｌｅｓ．ｈａｍａｍａｔｓｕ．ｃｏｍ／ａｓｓｅｔｓ／ｐｄｆ／ｐａｒｔｓ＿Ｊ／ＡＬＳ＿ＡＣＳ＿ＦＯＳ．ｐｄｆ

したがって、本発明の課題は、良好な機械的安定性において質の良いＸ線撮影を生じさせる、特にラジオグラフィ用のコスト的に手頃に製作可能なＸ線変換素子を提供することにある。

この課題は本発明によれば請求項１によるＸ線変換素子によって解決される。本発明によるＸ線変換素子の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。

請求項１によるＸ線変換素子は、Ｘ線透過性および湿気不透過性の基板と、基板に結合されているＸ線透過性の担持体と、基板上に設けられているシンチレータと、シンチレータを覆う光透過性および湿気不透過性の保護膜とを有する。

シンチレータのための基板としても役立つ唯一の担持体の代わりに、本発明によれば、基板とこの基板に結合された担持体とが設けられている。本発明による解決策、すなわち基板と担持体とからなる複合体によって、Ｘ線変換素子の製作時に極めて大きなフレキシビリティが得られる。担持体は、入射するＸ線の僅かな吸収と、同時に良好な機械的安定性とを考慮して選ばれる。担持体に結合すべき基板においては、同様にできるだけ僅かな吸収に加えて、同時にシンチレータ製作プロセスに対する適性を顧慮することができる。

請求項１によるＸ線変換素子の場合には、一般的に、第１の製作ステップにおいてシンチレータがＸ線透過性および湿気不透過性の基板上に設けられる。引続いてシンチレータが光透過性および湿気不透過性の保護膜を備えられる。この製作ステップは高温でかつ真空中で行なわれる。真空プロセスの終了後に、基板とシンチレータと保護膜とからなる複合体が基板側をＸ線透過性の担持体に結合される。

有利な実施態様によれば、Ｘ線変換素子のＸ線透過性および湿気不透過性の基板がアルミニウムからなる。この基板が２０μｍ〜６００μｍ、好ましくは３００μｍの層厚を有すると有利である。

他の有利な実施態様によれば、Ｘ線透過性の担持体が炭素繊維強化プラスチックからなり、有利な層厚は５００μｍ〜２５００μｍ、好ましくは１０００μｍである。炭素繊維強化プラスチックからなる板は価格的に手頃であり、かつあらゆるサイズで使用可能である。

担持体と基板との結合は、好ましくは１０μｍ〜２００μｍの層厚を有するＸ線透過性の接着剤によって実現されていると好ましい。非常に均質でなければならずかつ気泡を含んではならない接着剤は、例えば接着フィルムによって実現されているとよい。代替として、接着剤はスクリーン印刷法によって設けられてもよい。接着剤材料の選択時には、入射するＸ線によって接着剤材料が脆くなって本来の特性を失うことがないように留意すべきである。

Ｘ線変換素子のシンチレータは、本発明において、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ、ＮａＩ：Ｔｌまたは少なくともアルカリハロゲン化物を含む類似材料からなるとよい。この場合にシンチレータの層厚は５００μｍであると好ましい。それにより、ラジオグラフィの場合には、４５〜１５０ｋＶｐ（Ｘ線管における最大電圧）の範囲に対して高い吸収が得られる。

光透過性および湿気不透過性の保護膜は、例えば２００６年５月１１日付の独国特許出願第１０２００６０２２１３８．９号明細書による層構造を有するとよい。２００６年５月２４日付の独国特許出願第１０２００６０２４８９３．７号明細書に応じた構成がこの保護膜のために選ばれるのもよい。

以下において、本発明による実施例を図面に基づいて詳細に説明するが、しかし本発明をこれに限定するものではない。
図１はＸ線変換素子の第１の実施例を概略断面図で示し、
図２はＸ線変換素子の第２の実施例を概略断面図で示し、
図３はＸ線エネルギーに依存した種々の基板、担持体もしくはこれの組み合わせの透過特性曲線ならびに一般的なラジオグラフィのＸ線スペクトルの特性曲線を示す。

図１および図２に示されたＸ線変換素子においては、１でＸ線透過性および湿気不透過性の基板が示され、基板１はアルミニウムからなり、好ましくは３００μｍの層厚を有する。

本発明によれば、基板１はＸ線透過性の担持体２に結合され、担持体２は炭素繊維強化プラスチックからなり、好ましくは１０００μｍの厚みを有する。

基板１上にはシンチレータ３が設けられ、シンチレータ３はＣｓＩ：Ｔｌ（タリウムをドーピングされたヨウ化セシウム）からなり、好ましくは５００μｍの層厚を有する。

シンチレータ３は光透過性および湿気不透過性の保護膜４によって保護されている。

基板１は、図１および図２に示された実施例においてはそれぞれ１つのＸ線透過性の接着層５により担持体２に結合されている。

本発明において基板１は担持体２よりも小さいか（図１参照）、または担持体２とちょうど同じ大きさである（図２参照）。したがって、図１による実施例の場合、ねじまたは締め付けによるＸ線変換素子の固定時に基板１に力が作用しない。

図１および図２に示されたＸ線は、先ずＸ線透過性の担持体２を透過した後、接着層５とＸ線透過性および湿気不透過性の基板１とを通り抜けてシンチレータ３内に可視光を発生する。シンチレータ３内に発生した可視光は、光透過性および湿気不透過性の保護膜４を通して出射する。このようにして作成された光像が結像光学系によりＣＣＤカメラ上に投射される。ＣＣＤカメラは光像を電気信号に変換する。ひき続いて電気信号が継続処理され、ディジタル画像として出力される。

図３にはＸ線エネルギーに依存した種々の透過率が示されている。符号２００で１０００μｍの層厚を有するアルミニウムの透過特性曲線が示されている。アモルファス炭素からなる２０００μｍの厚みの層の透過特性曲線が符号３００で示されている。３００μｍのアルミニウムと１０００μｍの炭素繊維強化プラスチックとからなる複合体の透過特性曲線が符号４００で示されている。

更に、種々の基板、担持体もしくは組み合わせの透過特性評価のために、Ｘ線の人体通過後における一般的なラジオグラフィの典型的なＸ線スペクトルの特性曲線１００が示されている。この場合に、人体は３ｍｍのアルミニウムと１５ｃｍのＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル、商品名「Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ（プレキシガラス）」）とによって模擬された。

多くのＸ線量子が４０ｋｅＶよりも大きいエネルギーを有する。これらのＸ線エネルギーに対しては、３００μｍのアルミニウムと１０００μｍの炭素繊維強化プラスチックとからなる複合体の透過率（特性曲線４００）が２０００μｍのアモルファス炭素の透過率（特性曲線３００）よりも僅かに高い。

３０ｋｅＶと４０ｋｅＶとの間の範囲においてはＸ線スペクトルに対する格別の寄与が存在する（特性曲線１００）。したがって、このＸ線エネルギー間隔内での透過特性は重要である。このＸ線エネルギー間隔内において３００μｍのアルミニウムと１０００μｍの炭素繊維強化プラスチックとからなる複合体の透過率（特性曲線４００）が１０００μｍのアルミニウム（特性曲線２００）の透過率よりも明らかに良好であり、２０００μｍのアモルファス炭素の透過率（特性曲線３００）と同等である。

Ｘ線エネルギーの僅かな成分が３０ｋｅＶよりも低い範囲に存在する。しかし、この範囲内の透過エネルギー特性は重要でない。この範囲では、３００μｍのアルミニウムと１０００μｍの炭素繊維強化プラスチックとからなる複合体（特性曲線４００）の代わりに２０００μｍのアモルファス炭素（特性曲線３００）を使用することは僅かに高い透過値をもたらす。しかしながら、画質にとっての実際の値は小さい。

担持体２および基板１からなる本発明による複合体は主として３つの要求を満たす。本発明による複合体は、理想的には、シンチレータを積層するプロセス（高められた温度および真空状態）に適した基板であり、同時に十分な機械的安定性を提供し、入射するＸ線をＸ線エネルギーの重要範囲においてはほんの少ししか弱めない（図３参照）。

これに対して、従来技術による解決策は基板および担持体として、３つの要求の全てを満たさなければならない唯一の物体が使用する。これを特別に満足させることは、既に説明したように、うまくいかない。

Ｘ線変換素子の第１の実施例を示す概略断面図 Ｘ線変換素子の第２の実施例を示す概略断面図 Ｘ線エネルギーに依存した種々の基板、担持体もしくは組み合わせの透過特性曲線ならびに一般的なラジオグラフィのＸ線スペクトルの特性曲線を示すダイアグラム

符号の説明

１ 基板
２ 担持体
３ シンチレータ
４ 保護層
５ 接着剤
６ Ｘ線放射
１００ 一般的なラジオグラフィのＸ線スペクトル特性曲線
２００ １０００μｍの層厚を有するアルミニウムの透過特性曲線
３００ ２０００μｍの層厚を有するアモルファス炭素の透過特性曲線
４００ ３００μｍのアルミニウムと１０００μｍの炭素繊維強化プラスチックとからなる複合体の透過特性曲線

Claims (9)

1. Ｘ線透過性および湿気不透過性の基板（１）と、基板（１）に結合されているＸ線透過性の担持体（２）と、基板（１）上に設けられているシンチレータ（３）と、シンチレータ（３）を覆う光透過性および湿気不透過性の保護膜（４）とを有することを特徴とするＸ線変換素子。
2. 基板（１）がアルミニウムからなることを特徴とする請求項１記載のＸ線変換素子。
3. 基板（１）が２０μｍ〜６００μｍの層厚を有することを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線変換素子。
4. 担持体（２）が炭素繊維強化プラスチックからなることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のＸ線変換素子。
5. 担持体（２）が５００μｍ〜２５００μｍの層厚を有することを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載のＸ線変換素子。
6. 基板（１）と担持体（２）とがＸ線透過性の接着剤（５）によって結合されていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のＸ線変換素子。
7. 接着剤（５）が１０μｍ〜２００μｍの層厚を有することを特徴とする請求項６記載のＸ線変換素子。
8. シンチレータ（３）が、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ、ＮａＩ：Ｔｌまたは少なくともアルカリハロゲン化物を含む類似材料からなることを特徴とする請求項１記載のＸ線変換素子。
9. シンチレータ（３）が５００μｍの層厚を有することを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載のＸ線変換素子。

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