JP2008096344A - 放射線検出装置、及びシンチレータパネル - Google Patents

Abstract

【課題】像形成に影響を与えることなく光反射層から反射した光を制限し反射光量に面内分布を持たせ、シンチレータ層である蛍光体層に起因するMTFの面内分布を改善する。
【解決手段】放射線を光に変換するシンチレータ層２と、シンチレータ層２からの光を反射する反射層４と、光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する光検出器センサ基板１からなる放射線検出装置において、反射層４から反射した光を制限し、反射光量に面内分布を持たせる反射光制限手段としての光吸収層５を設けた。反射光制限手段としての光吸収層５は、シンチレータ層に光照射強度に面内分布を持つ光源により表面処理されて形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、医療画像診断装置、非破壊検査装置、分析装置等に応用されているＸ線、α線、β線、γ線等の放射線を検出する放射線検出装置に関する。放射線検出装置は、非晶質シリコン（以下、ａ−Ｓｉと略記）を用いたTFT素子により構成されたセンサアレイと、放射線を可視光等に変換する蛍光体とを組み合わせたフラットパネル検出器（以下、FPDと略記）に利用される。

近年の液晶ディスプレイ用TFT技術の進歩により情報インフラの整備が充実した現在では、さまざまなフラットパネル検出器が提案され、医療画像分野においても大面積、且つ、デジタル化が達成されている。

このFPDは、放射線画像を瞬時に読み取り、瞬時にディスプレイ上に表示できるものであり、また、画像は、デジタル情報として直接取り出すことが可能であるため、データの保管、或いは、加工、転送等取り扱いが便利であると言った特徴がある。また、感度等の諸特性は、撮影条件に依存するが、従来のスクリーンフィルム系撮影法、コンピューティッドラジオグラフィ撮影法に比較して、同等又はそれ以上であることが確認されている。

放射線を可視光等に変換する蛍光体として、結晶が柱状に成長するヨウ化セシウム（以下、CsI）からなる蛍光体層とFPDを組み合わせたものがある。FPDの感度を上げるために、CsI中にタリウム（Tl）やナトリウム（Na）等の付活剤を添加する。

蛍光体（CsI: Tl）の形成は、主剤（CsI）と付活剤（TlI）の共蒸着により行う。蒸着用のボートは別々に用意する必要がある。主剤（CsI）と付活剤（TlI）の真空チャンバー内での配置により、膜厚分布を均一にすることができる。しかしながら、原料ボートと基板の位置関係によりCsI蒸着粒子の入射方向が基板中心と周辺で異なり、MTF特性(Modulation Transfer Function)に分布を生じる結果となる。すなわち、CsI蒸着粒子の入射方向が同一な基板中心よりも、入射方向が異なる基板周辺のMTFが低下する。

更に、MTFを低下させる要因として反射層で反射した光がある。反射層で反射し蛍光体へ戻る光は、蛍光体層の上部で散乱され、特に蛍光体上部で散乱された光は、蛍光体下部で散乱された光よりもMTFを低下させる要因となる。MTFを向上させるため、反射光が蛍光体層内に戻らないように吸収層等を設けることも考えられるが、蛍光体層自身がもつMTF分布は改善できない。

また、GOS等の粒子状蛍光体を印刷法で形成する場合、シート端部で膜厚が薄く形成され、シート周辺のMTFがシート中央部より高くなり、MTF特性に分布を生じる結果となる。すなわち、シート端部のMTFが高く、シート中央のMTFが低くなる。この対策として、膜厚の薄い周辺部をカットして使用する方法もあるが、材料費、カット工数などがかかりコストアップする問題がある。

一方、解像度特性の劣化を防止した放射線検出装置が提案されている。

蛍光体層の保護膜による解像度特性の劣化を防止したＸ線検出器（放射線検出装置）が特許文献１に開示されている。

図１０は、特許文献１に記載されたＸ線検出器を示す図である。

光電変換基板４１上に入射するＸ線を蛍光に変換する柱状構造を有するシンチレータ層（蛍光体層）４２と、その表面上に保護膜４３を配設する。

保護膜４３内に、シンチレータ層４２により変換した蛍光を反射させる光反射材粒子としての無機物４４を分散させる。これにより、保護膜４３に光反射膜としての機能を与え、保護膜４３での光の拡散を防止して解像度特性を向上できる。

また、特許文献２には、蛍光体層の蒸着時に蛍光体基板の中央を頂点とした凸形状の膜厚分布となり、それによって生じる面内での輝度、鮮鋭度（MTF）のばらつきを少なくした安価な放射線検出装置が開示されている。

図１１は、特許文献２の放射線検出装置を示す図である。

光検出器５１に、接着層５２を介して蛍光体層５３、光反射層５４、および蛍光体層支持基板５５からなるシンチレータ５６を接合している。蛍光体層５３上の光反射層５４の反射率を、中心部で小さく、中心部から周辺に向かって反射率が大きくなるようにシンチレータの面内で分布を形成する。光反射層２４の膜厚をシンチレータ面内で分布を持たせ、或いは光反射層５４の表面粗さをシンチレータ面内で分布を持たせることにより光反射層５４に反射率分布を形成する。これにより、蛍光体層５３は中央部で厚くなり輝度は高く鮮鋭度は小さく、周辺では逆になるという輝度、鮮鋭度の面内分布を緩和することができる。具体的には、光反射層５４の反射率分布は、その膜厚に面内分布を持たせるか、表面粗さに面内分布を持たせることにより達成する。
特開２００５−２８３４８３号公報（東芝） 特開２００４−７７４４４号公報（キヤノン）

上記特許文献１の放射線検出装置では、解像度特性を向上させるため、蛍光体層の表面に設けられた保護膜内に、光反射材粒子を分散させている。しかし、蛍光体層自身に解像度特性の低下の原因があるという前提ではない。また、保護膜内での光反射材粒子の面内分布についての記載はない。

また、上記特許文献２の放射線検出装置では、蛍光体層の凸形状の膜厚分布によって生じる輝度、鮮鋭度の特性分布を相殺するため光反射層に反射率に分布を持たせている。しかし、光反射層の材料は、通常アルミニウム、金、銀、クロム、ニッケル等の光反射性の金属、又はこれらの合金である。光反射層２４の膜厚に面内分布を持たせると、透過する放射線が不均一となり、また、光反射層２４の表面粗さに面内分布を持たせると、散乱光が発生し、いずれも像形成に影響を与える。

そこで、本発明の目的は、像形成に影響を与えることなく光反射層から反射した光を制限し、反射光量に面内分布を持たせ、シンチレータ層である蛍光体層に起因するMTFの面内分布を改善した放射線検出装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の放射線検出装置は、放射線を光に変換するシンチレータ層と、前記シンチレータ層からの光を反射する反射層と、光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する光検出器からなる放射線検出装置において、前記反射層から反射した光を制限し、反射光量に面内分布を持たせる反射光制限手段を設けたことを特徴とする。

［作用］
反射光制限手段によりシンチレータ層に起因するMTFの面内分布を緩和する。

本発明によれば、反射層からの反射光量に面内分布を持たせた反射光制限手段により、像形成に影響を与えることなく蛍光体層に起因するMTFの面内分布を改善することができる。

［実施形態１］
本発明の実施形態１の放射線検出装置について述べる。本実施形態は、センサ基板上の蛍光体層を直接蒸着する直接タイプについての例である。

図１は、実施形態１における放射線検出装置の模式的断面図である。

TFT等のスイッチ素子と、光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する光電変換部からなるセンサ基板１_１は、光検出器である。センサ基板１_１上に、CsI: Tl、CsI: Na等からなるシンチレータ層である蛍光体層２_１、反射光制限手段としての光吸収層５、接着剤（エポキシ樹脂等）・粘着剤・ホットメルト等からなる接着層３_１、反射層４_１を積層形成する。この反射層４_１は、金属（Al、ステンレス、酸化チタン、銅合金等）であり、蛍光体の防湿保護層も兼ねる。X線は、反射層４_１の上部より入射し、蛍光体層２_１内で吸収され可視光に変換される。

反射光制限手段としての光吸収層５は、紫外光（UV）や可視光を蛍光体表面に照射し、その光照射強度が、基板中心で弱く、基板周辺が強くなるように照射されることにより形成される。CsI: Tlは、紫外光（UV）や可視光を照射されると表面が茶褐色に変色し、光吸収層となる。紫外光（UV）や可視光は、蛍光体表面で吸収されるため、光吸収層は表面の近傍にのみ形成され、蛍光体内部には形成されない。

次に、本発明の実施形態１で示した放射線検出装置の蛍光体の製造方法について説明する。

図２は、実施形態１の放射線検出装置の蛍光体製造方法を示す模式的断面図である。

なお、この蛍光体製造方法は、実施形態２，３の場合も同様である。

蛍光体（CsI: Tl）の蒸着は主剤（CsI）と付活剤（TlI）の、共蒸着により行う。センサ基板１_１は、受光面を下向きの状態で基板ホルダー３１にセットされる。蒸着装置の真空チャンバー３０内を真空排気した後、センサ基板１_１の中心を軸として回転軸３２にて基板を回転させながら蒸着する。

原材料であるCsIとTlIは、センサ基板１_１と対向する位置にあるそれぞれ別々のボートに入れ、蒸着開始まで蒸着加熱源３３により所定の温度まで予備加熱する。予備加熱中は、蒸着材料が基板に到達しないように図示しないシャッター等を用いる。蒸着開始と同時にシャッターを開け、蒸着中にCsIボート３４とTlIボート３５に加えるパワーをそれぞれ一定とする。

CsIボート３４と基板１の位置関係により、CsI蒸着粒子の基板への入射方向が異なる。すなわち、基板中心（回転中心）付近は、CsIの入射方向は一定となり、基板周辺は入射方向が異なる。そのため、蛍光体自身のMTFは、基板中心が高く、基板周辺が低くなる。

このような構成にすると、基板周辺での反射光を光吸収層５により減ずることができ、周辺部でのMTFがアップする。蛍光体層２_１自身は、周辺部のMTFが低いため、結果としてMTF分布が改善される。

図３は、本発明と従来例を比較した場合の基板位置によるMTFの変化を示す図である。

本発明により、MTFが周辺部の改善され、基板全体で均一化される。

［実施形態２］
本発明の実施形態２の放射線検出装置について述べる。

図４は、実施形態２における放射線検出装置の模式的断面図である。

TFT等のスイッチ素子と光電変換部からなるセンサ基板１_２は、光検出器である。センサ基板１_２上に、CsI: Tl、CsI: Na等からなるシンチレータ層である蛍光体層２_２、接着剤（エポキシ樹脂等）・粘着剤・ホットメルト等からなる接着層３_２、反射光制限手段としての反射防止膜６、反射層４_２を積層形成する。この反射層４_２は、金属（Al、ステンレス、酸化チタン、銅合金等）であり、蛍光体の防湿保護層も兼ねる。Ｘ線は、反射層４_２の上部より入射し、蛍光体層２内で吸収され可視光に変換される。

このような構成にすると、基板周辺での反射光を反射防止膜６により減ずることができ、周辺部でのMTFがアップする。蛍光体層２_２自身は、周辺部のMTFが低いため、結果としてMTF分布が改善される。

また、本実施形態は、センサ基板上の蛍光体層を直接蒸着する直接タイプについての例について示したが、支持基板上に蛍光体層を蒸着した後、センサ基板に接着層を介して貼り合わせる間接タイプにも適用可能である。

図５は、本実施形態における間接タイプの放射線検出装置の模式的断面図である。

支持基板１１上に順次反射層１２、反射防止膜１５、シンチレータ層である蛍光体層１３、保護層１４を積層形成してシンチレータパネル１６を作製する。シンチレータパネル１６は、独立した部品として扱われる。このシンチレータパネル１６を、センサ基板１７に接着層１８により貼り合わせて放射線検出装置とする。

［実施形態３］
本発明の実施形態３の放射線検出装置について述べる。

図６は、実施形態３における放射線検出装置の模式的断面図である。

TFT等のスイッチ素子と光電変換部からなるセンサ基板１_３は、光検出器である。センサ基板１_３上に、CsI: Tl、CsI: Na等からなるシンチレータ層である蛍光体層２_３、接着剤（エポキシ樹脂等）・粘着剤・ホットメルト等からなる接着層３_３、反射層４_３を積層形成する。この反射層４_３は、金属（Al、ステンレス、酸化チタン、銅合金等）であり、蛍光体の防湿保護層も兼ねる。Ｘ線は、反射層４_３の上部より入射し、蛍光体層２_３内で吸収され可視光に変換される。

接着層６_３の膜厚は、基板中央で薄く、基板周辺で厚くなるように構成されており、基板周辺部での反射光の光透過率を減少させることができ、反射光制限手段となる。

このような構成にすると、基板周辺での反射光を吸収により減ずることができ、周辺部でのMTFがアップする。蛍光体層２_３自身は、周辺部のMTFが低いため、結果としてMTF分布が改善される。

基板周辺部で接着層の膜厚を厚くする以外に、接着層に色素等を混ぜ、その濃度を基板周辺部で高くする等の方法もある。

［実施形態４］
本発明の実施形態４の放射線検出装置について述べる。本実施形態は、実施形態１〜３と逆に蛍光体層のMTFは、基板中心が低く、周辺が高い場合である。

図７は、実施形態４における放射線検出装置の模式的断面図である。

TFT等のスイッチ素子と光電変換部からなるセンサ基板２１_１は、光検出器である。センサ基板２１_１上に、接着剤（エポキシ樹脂等）・粘着剤等からなる接着層２２_１、GOS：Tb等からなるシンチレータ層である蛍光体層２３_１を積層形成する。蛍光体層２３_１上に、接着剤（エポキシ樹脂等）・粘着剤・ホットメルト等からなる接着層２４_１、反射光制限手段としての反射防止膜２６、反射層２５_１を積層形成する。この反射層２５_１は、金属（Al、ステンレス、酸化チタン、銅合金等）であり、蛍光体の防湿保護層も兼ねる。Ｘ線は、反射層２５_１の上部より入射し、蛍光体層２３_１内で吸収され可視光に変換される。

このような構成にすると、基板中心での反射光を反射防止膜２６により減ずることができ、中心部でのMTFがアップする。蛍光体層２３_１自身は、中心部のMTFが低いため、結果としてMTF分布が改善される。

［実施形態５］
本発明の実施形態５の放射線検出装置について述べる。本実施形態は、実施形態４と同様に、基板中心が低く、周辺が高い場合である。

図８は、実施形態５における放射線検出装置の模式的断面図である。

TFT等のスイッチ素子と光電変換部からなるセンサ基板２１_２は、光検出器である。センサ基板２１_２上に、接着剤（エポキシ樹脂等）・粘着剤等からなる接着層２２_２、GOS：Tb等からなるシンチレータ層である蛍光体層２３_２を積層形成する。蛍光体層２３_２上に、接着剤（エポキシ樹脂等）・粘着剤・ホットメルト等からなる接着層２４_２、反射層２５_２積層形成する。この反射層２５_２は、金属（Al、ステンレス、酸化チタン、銅合金等）であり、蛍光体の防湿保護層も兼ねる。Ｘ線は、反射層２５_２の上部より入射し、蛍光体層２３_２内で吸収され可視光に変換される。

接着層２４_２の膜厚は、基板周辺で薄く、基板中心で厚くなるように構成されており、基板中心部での反射光の光透過率を減少させることができ、反射光制限手段となる。

このような構成にすると、基板中心での反射光を吸収により減ずることができ、中心部でのMTFがアップする。蛍光体層蛍光体層２３_２自身は、中心部のMTFが低いため、結果としてMTF分布が改善される。

基板中心部で接着層の膜厚を厚くする以外に、接着層に色素等を混ぜ、その濃度を基板中心部で高くする等の方法もある。

図９は、本発明の放射線検出装置を放射線検出システムとして応用した例を示す図である。

放射線検出装置は、上記の各実施形態の放射線検出装置である。

Ｘ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者或いは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、放射線画像を撮影する放射線検出装置６０４０に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応して放射線検出装置６０４０のシンチレータ層は発光し、これを光電変換して電気的情報を得る。この情報は、ディジタルに変換されイメージプロセッサ６０７０により画像処理されコントロールルームに有る表示手段としてのディスプレイ６０８０で観察できる。

また、この情報は電話回線６０９０等の伝送手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールーム等でディスプレイ６０８１に表示するか又は光ディスク等の保存手段に保存することができる。これにより、遠隔地の医師が診断することも可能である。またフィルムプロセッサ６１００によりフィルム６１１０に記録することもできる。

実施形態１における放射線検出装置の模式的断面図 実施形態１における放射線検出装置の蛍光体製造方法を示す模式的断面図 本発明と従来例を比較した場合の基板位置によるMTFの変化を示す図 実施形態２における放射線検出装置の模式的断面図 実施形態２における間接タイプの放射線検出装置の模式的断面図 実施形態３における放射線検出装置の模式的断面図 実施形態４における放射線検出装置の模式的断面図 実施形態５における放射線検出装置の模式的断面図 本発明の放射線検出装置を放射線検出システムとして応用した例を示す図 特許文献１に記載された従来のＸ線検出器を示す図 特許文献２に記載された従来の放射線検出装置を示す図

符号の説明

１_１，１_２，１_３…センサ基板
２_１，２_２，２_３…蛍光体層
３_１，３_２，３_３…接着層
４_１，４_２，４_３…反射層（Al）
５…光吸収層
６…反射防止膜
１１…支持基板
１２…反射層（Al）
１３…蛍光体層
１４…保護層
１５…反射防止膜
１６…シンチレータパネル
１７…センサ基板
１８…接着層
２１_１，２１_２…センサ基板
２２_１，２２_２…接着層
２３_１，２３_２…蛍光体層
２４_１，２４_２…接着層
２５_１，２５_２…反射層（Al）
２６…反射防止膜

Claims (10)

1. 放射線を光に変換するシンチレータ層と、前記シンチレータ層からの光を反射する反射層と、光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する光検出器からなる放射線検出装置において、前記反射層から反射した光を制限し、反射光量に面内分布を持たせる反射光制限手段を設けたことを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記反射光制限手段は、前記シンチレータ層に光照射強度に面内分布を持つ光源により表面処理して形成された光吸収層であることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記反射光制限手段は、前記反射層と前記シンチレータ層の間の一部に配設された反射防止膜であることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
4. 前記反射光制限手段は、前記反射層と前記シンチレータ層の間に配設され、膜厚に面内分布を持たせた接着層であることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
5. 前記シンチレータ層は、柱状結晶のCsIからなり、前記反射光制限手段によ制限された反射光量は、中央部より周辺部で減じた面内分布としたことを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の放射線検出装置。
6. 前記シンチレータ層は、粒子状のGOSからなり、前記反射光制限手段によ制限された反射光量は、周辺部より中央部で減じた面内分布としたことを特徴とする請求項３又は４に記載の放射線検出装置。
7. 請求項１から５のいずれか１項に記載の放射線検出装置を真空蒸着により製造する方法であって、蒸着装置内で、前記光検出器の中心を回転自在に支持し、前記シンチレータ層の原材料の主剤と付活剤を前記光検出器と対向する位置の別々のボートに入れ、前記シンチレータ層を形成する工程を有することを特徴とする放射線検出装置の製造方法。
8. 支持基板と、光を反射する反射層と、放射線を光に変換するシンチレータ層からなるシンチレータパネルにおいて、前記反射層から反射した光を制限し、反射光量に面内分布を持たせた反射光制限手段を設けたことを特徴とするシンチレータパネル。
9. 請求項８に記載のシンチレータパネルと、光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する光検出器を貼り合わせた放射線検出装置。
10. 請求項１から６のいずれか１項、又は請求項９に記載の放射線検出装置と、
    前記放射線検出装置からの信号を処理する信号処理手段と、
    前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、
    前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
    前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、
    前記放射線を発生させるための放射線源とを具備することを特徴とする放射線検出システム。

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