JP2008107133A - 放射線画像検出器及び放射線画像検出器の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受光素子の画素サイズＬと、シンチレータパネルの柱状結晶先端から受光素子までの距離Ｈとの関係を適正化し、鮮鋭性の高い放射線画像を得ることのできる放射線画像検出器及び放射線画像検出器の作製方法を提供する。
【解決手段】受光画素の画素サイズＬと、シンチレータパネルの柱状結晶先端から受光素子までの距離Ｈとの関係が、０．０５Ｌ＜Ｈ＜１．０Ｌである。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射線画像検出器及び放射線画像検出器の作製方法に関する。

従来から、Ｘ線画像に代表される放射線画像は、医療現場において病状の診断に広く用いられている。近年では、フラットパネル型放射線ディテクタ（ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｅｒ））等に代表されるデジタル方式の放射線画像検出器も登場しており、放射線画像をデジタル情報として取得して自由に画像処理をおこなったり、瞬時に画像情報を伝送したりすることが可能となっている。

ＦＰＤでは、被写体を透過した放射線を受けてその線量に対応した強度で蛍光を瞬時に発光するシンチレータパネルが用いられる。シンチレータパネルの発光効率は蛍光体層の厚みが厚いほど高くなるが、厚くなりすぎると蛍光体層内で散乱光が発生し、鮮鋭性が低下する。診断性の向上のためには、鮮鋭性の高い画像を得る必要がある。

ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）等の柱状結晶構造の蛍光体を用いる場合には、光ガイド効果により結晶内での散乱光の発生が少なく、蛍光体層の厚みを厚くして鮮鋭性を維持した状態で発光効率を高めることが可能である。さらに、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）に賦活剤としてタリウム（Ｔｌ）等を添加することにより、発光効率を向上させることが可能である（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、シンチレータパネルの蛍光体層を覆う有機保護膜と受光素子とを貼り付けることにより、シンチレータパネルと受光素子とを光学的にカップリングさせている。
特開２００２−１１６２５８号公報

光学的カップリングにおいて、受光素子の画素サイズによっては、鮮鋭性の高い画像が得られないことが判明した。

本出願人は、鋭意検討した結果、蛍光体層の柱状結晶からの発光光の拡散が影響しているものと考え、受光素子の画素サイズＬと、シンチレータパネルの柱状結晶先端から受光素子までの距離Ｈと、の関係を適正化することにより、鮮鋭性の高い放射線画像が取得できることを見出した。

本発明は、受光素子の画素サイズＬと、シンチレータパネルの柱状結晶先端から受光素子までの距離Ｈと、の関係を適正化し、鮮鋭性の高い放射線画像を得ることのできる放射線画像検出器及び放射線画像検出器の作製方法を提供することを目的としている。

本発明の放射線画像検出器は、柱状結晶構造からなる蛍光体層が形成された基板を有するシンチレータパネルと、シンチレータパネルからの光を光電変換する２次元状に複数の受光画素が配置された受光素子と、を備える放射線画像検出器において、受光画素の画素サイズＬと、シンチレータパネルの柱状結晶先端から受光素子までの距離Ｈとの関係が、０．０５Ｌ＜Ｈ＜１．０Ｌであることを特徴としている。

本発明の放射線画像検出器の作製方法は、２次元状に複数の受光画素が配置された受光素子に対して、柱状結晶構造からなる蛍光体層が形成された基板を有するシンチレータパネルを重ね合わせることにより、放射線画像検出器を作製する放射線画像検出器の作製方法において、柱状結晶構造からなる蛍光体層が形成された基板を保護フィルムにて囲繞し封止する工程を有し、当該工程において、受光画素の画素サイズＬに対応して、保護フィルムとして厚みｈが０．０５Ｌ＜ｈ＜１．０Ｌのものを用いることを特徴としている。

本発明によれば、さまざまな画素サイズＬの受光素子に対して、それぞれ適切なシンチレータパネルの柱状結晶先端から受光素子までの距離Ｈを設定することができる。このため、どのような画素サイズＬの受光素子においても、シンチレータパネルの柱状結晶先端からの発光光が許容以上に拡散しないうちに受光素子に入射するようになり、鮮鋭性の高い放射線画像を得ることができる。

以下、添付図面を参照しつつ本実施形態について説明するが、一例であり、本実施形態に限定するものではない。

（放射線画像検出器の構成）
図１は、本実施形態に係る放射線画像検出器１の構成図である。放射線画像検出器１は、筐体１１内に、被写体を透過した放射線を受けてその線量に対応した強度で蛍光を瞬時に発光するシンチレータパネル１２、シンチレータパネル１２に対して圧接して設けられシンチレータパネル１２からの光を光電変換する複数の受光画素が２次元状に配置された受光素子１３、及びシンチレータパネル１２を保護する保護カバー１４を備えている。

シンチレータパネル１２は、蛍光体層１２１が形成された基板１２２の裏面にクッション層１２３が配置され、これらの基板１２２及びクッション層１２３が第１保護フィルム１２４及び第２保護フィルム１２５により封止された構成となっている。

基板１２２は、放射線を透過させる材質から構成される。基板１２２は、受光素子１３の表面に均一にシンチレータパネル１２を接触させることができるよう、可撓性を有することが好ましい。例えば、１２５μｍ厚の可撓性を有するポリイミドフィルムを用いることができる。ポリイミドフィルムの他には、セルロースアセテートフィルム、ポリエステルフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリアミドフィルム、トリアセテートフィルム、ポリカーボネートフィルム等を用いることができる。厚みとしては、５０〜５００μｍが好ましい。

蛍光体層１２１は、光ガイド効果を有し発光効率の高い柱状結晶構造の蛍光体層から構成される。例えば、賦活剤としてタリウム（Ｔｌ）を添加したヨウ化セシウム（ＣｓＩ）を蛍光体材料として真空蒸着することにより、基板１２２上に柱状結晶構造の蛍光体層を形成することができる。ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）の他には、臭化セシウム（ＣｓＢｒ）等を用いることができる。賦活材としては、タリウム（Ｔｌ）の他に、ユーロピウム、インジウム、リチウム、カリウム、ルビジウム、ナトリウム、銅、セリウム、亜鉛、チタン、ガドリニウム、テルビウム等を用いることができる。

クッション層１２３は、シンチレータパネル１２を適度な圧力で受光素子１３に圧接させるためのものある。例えば、Ｘ線の吸収が少ないシリコン系又はウレタン系の発泡材を用いることができる。

第１保護フィルム１２４及び第２保護フィルム１２５は、蛍光体層１２１を防湿し蛍光体層１２１の劣化を抑制するためのもので、透湿度の低いフィルムから構成される。例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）を用いることができる。ＰＥＴの他には、ポリエステルフィルム、ポリメタクリレートフィルム、ニトロセルロースフィルム、セルロースアセテートフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム等を用いることができる。

また、第１保護フィルム１２４及び第２保護フィルム１２５の互いに対向する面には、互いを融着して封止するための融着層が形成されている。例えば、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）の層が形成されている。蛍光体層１２１が形成された基板１２２の裏面にクッション層１２３を配置し、これらの基板１２２及びクッション層１２３を第１保護フィルム１２４と第２保護フィルム１２５とで挟み、減圧雰囲気中で第１保護フィルム１２４と第２保護フィルム１２５とが接触する端部を融着することにより封止することができる。

受光素子１３は、２次元状に配置された複数の受光画素から構成されている。例えば、フォトダイオード＋薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）により構成することができる。フォトダイオードにより光電変換した信号電荷をＴＦＴを用いて読み出す。受光素子１３としては他に、ＣＭＯＳ、ＣＣＤ等を用いることができる。

保護カバー１４は、シンチレータパネル１２を外部の衝撃等から保護するとともに、クッション層１２３を圧縮してシンチレータパネル１２を適度な圧力で受光素子１３に圧接する役割も果たしている。例えば、Ｘ線の吸収の少ないカーボン板により構成される。保護カバー１４としては他に、アルミ板を用いることができる。

（受光素子の画素サイズＬと、シンチレータパネルの柱状結晶先端から受光素子までの距離Ｈとの関係）
図２は、シンチレータパネル１２と受光素子１３との界面近傍の拡大模式図である。蛍光体層１２１を構成する柱状結晶Ｃの先端部は、略円錐状に尖った形状をしている。このため、柱状結晶Ｃの先端からの発光光は、図２に示すように拡散しながら進み、距離が離れるにつれて拡散は大きくなっていく。つまり、シンチレータパネルの柱状結晶先端から受光素子までの距離Ｈが大きいほど、発光光は、拡散した状態で受光素子１３に入射する。

一方、受光素子１３には、画素Ｐが二次元状に配置されている。画素Ｐの画素サイズ（画素の長さ）をＬとして示している。

柱状結晶Ｃからの発光光が拡散した状態で受光素子１３に入射すると、鮮鋭性が低下することになるが、画素サイズＬの小さい受光素子１３の場合、拡散光が隣の画素にまで入射する確率が高くなり、鮮鋭性の低下がより顕著に現れるようになる。このため、画素サイズＬの小さい高解像度の受光素子１３を用いる場合には、シンチレータパネルの柱状結晶先端から受光素子までの距離Ｈを短くし、発光光があまり拡散しない状態で受光素子１３に入射させる必要がある。

逆に言えば、画素サイズＬの大きい受光素子１３を用いる場合には、発光光の拡散が鮮鋭性の低下に与える影響が小さいので、シンチレータパネルの柱状結晶先端から受光素子までの距離Ｈをある程度長くすることが可能となる。

シンチレータパネル１２の柱状結晶Ｃ先端から受光素子１３までの距離Ｈは、後述の実施例に示すように、０．０５Ｌ＜Ｈ＜１．０Ｌであると、鮮鋭性の高い放射線画像が得られる。１．０Ｌよりも大きいと、発光光の拡散が大きくなり鮮鋭性の低下を許容できなくなる。距離Ｈが小さければ小さいほど鮮鋭性は高く、基本的に下限に制限はないが、２次元状に配置された画素間距離に対応して受光素子１３面上に存在する凹凸の凸部と保護膜の接触点で保護膜（本実施形態では、第１の保護フィルム１２４）が破損し、シンチレータパネルの耐久性が劣化する。画素間距離Ｌが大きくなるほど、面積あたりの接触点数が減少し、各接触点に作用する応力が増大する為、厚みの限界等があり、０．０５Ｌよりも小さくすることは現実的に困難となる。

本実施形態では、第１保護フィルム１２４及び第２保護フィルム１２５を用いて蛍光体層１２１の形成された基板１２２を封止することによりシンチレータパネルを作製している。そして、受光素子１３に当該シンチレータパネルを重ね合わせることにより、放射線画像検出器が構成される。シンチレータパネルを作製する際、受光素子１３の画素サイズＬに対応して、第１保護フィルム１２４として厚みｈが０．０５Ｌ＜ｈ＜１．０Ｌの保護フィルム１２４を選択すれば、シンチレータパネルの柱状結晶先端から受光素子までの距離Ｈを容易に０．０５Ｌ＜Ｈ＜１．０Ｌに調整することができる。これにより、シンチレータパネルの柱状結晶先端から受光素子までの距離Ｈが適正化された鮮鋭性の高い放射線画像検出器を容易に作製することができる。

以上のように、本実施形態によれば、さまざまな画素サイズＬの受光素子１３に対して、それぞれ適切なシンチレータパネル１２の柱状結晶Ｃ先端から受光素子１３までの距離Ｈを設定することができる。このため、どのような画素サイズＬの受光素子１３においても、シンチレータパネルの柱状結晶Ｃ先端からの発光光が許容以上に拡散しないうちに受光素子１３に入射するようになり、鮮鋭性の高い放射線画像を得ることができる。

本実施形態では、シンチレータパネルの柱状結晶と受光素子との間に介在する保護フィルム１２４の厚みによりシンチレータパネルの柱状結晶先端から受光素子までの距離Ｈを調整しているが、これは好ましい形態であり、必ずしも保護フィルムを用いることは必須でない。保護フィルムを用いないシンチレータパネルにも適用することは可能であり、例えば、当該シンチレータパネルと受光素子をそれぞれ位置決めすることで、シンチレータパネルの柱状結晶先端から受光素子までの距離Ｈを調整してもよい。

本実施形態では、クッション層１２３は、第１保護フィルム１２４及び第２保護フィルム１２５により封止されたシンチレータパネル１２の内部に設けたが、第２保護フィルム１２５の外側で、第２保護フィルム１２５と保護カバー１４との間に設けるようにしてもよい。

本実施形態では、第１保護フィルム１２４及び第２保護フィルム１２５の２枚の保護フィルムを用いているが、１枚の保護フィルムを折り曲げた間に蛍光体層１２１の形成された基板１２２を挟み、封止するようにしてもよい。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。

（シンチレータパネルの作製）
＜蛍光体層の形成＞
図３に示す蒸着装置７１を使用して、準備した基板２６に蛍光体（ＣｓＩ：Ｔｌ）を蒸着させ蛍光体層２７を形成し、シンチレータパネルを作製した。

蛍光体原料（ＣｓＩ：Ｔｌ）を抵抗加熱ルツボ７３に充填し、支持体ホルダ７９に厚さ０．１２５ｍｍのポリイミドフイルム基板２６を設置し、抵抗加熱ルツボ７３と基板２６との間隔を４００ｍｍに調節した。続いて蒸着装置内を一旦排気し、Ａｒガスを導入して０．５Ｐａに真空度を調整した後、１０ｒｐｍの速度で基板２６を回転しながら基板２６の温度を１５０℃に保持した。次いで、抵抗加熱ルツボ７３を加熱して蛍光体を蒸着し蛍光体層２７の膜厚が５００μｍとなったところで蒸着を終了した。

＜保護フィルムの準備＞
蛍光体面側の保護フィルムとして、表１に示す様に厚さを変えたのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用意した。（シンチレータパネル１２の基板側の保護フイルム１２５は、蛍光体面側の保護フィルム１２４と同じものを使用した。）
シンチレータパネルの封止は、減圧下で準備した保護フィルムを使用し、図１のシンチレータパネル１２に示す形態に封止した。

＜受光素子の準備＞
受光素子１３として、ＰａｘＳｃａｎ２５２０（Ｖａｒｉａｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）、Ｓｈａｄ−ｏ−Ｂｏｘ４Ｋ（Ｒａｄ−ｉｃｏｎ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｃｏｒｐ）、ＣＣＤ受光素子１３（自作品）を準備した。画素サイズＬは、それぞれ１２７μｍ、４８μｍ、１０μｍであった。

（鮮鋭性の評価）
各種の厚みのＰＥＴ保護フィルムで封止されたシンチレータパネル１２を上記、受光素子１３に図１に示した形状でセットした。

鉛製のＭＴＦチャートを通して管電圧４０ｋＶｐのＸ線を照射し、画像データをシンチレータパネル１２に密着した受光素子１３で検出し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（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ））を調査した。その調査結果（空間周波数１サイクル／ｍｍにおけるＭＴＦ値（％））を下記表１に示す。表中のＭＴＦ（％）は５０回の測定の平均値である。ＭＴＦ値が高いほど鮮鋭性が優れていることを示している。

表中の「＊」印が付加されているものが、本発明の実施例である。本発明の実施例のものは、ＭＴＦ値が高く鮮鋭性に優れていることが確認された。

尚、測定において保護フイルムに破損（破れ）が発生したものは「＃」印で示した。

本実施形態に係る放射線画像検出器の構成図である。 シンチレータパネル１２と受光素子１３との界面近傍の拡大模式図である。 シンチレータパネル１２の作製に用いる蒸着装置の構成図である。

符号の説明

１ 放射線画像検出器
１２ シンチレータパネル
１２１ 蛍光体層
１２２ 基板
１２３ クッション層
１２４ 第１保護フィルム
１２５ 第２保護フィルム
１３ 受光素子

Claims (3)

1. 柱状結晶構造からなる蛍光体層が形成された基板を有するシンチレータパネルと、シンチレータパネルからの光を光電変換する２次元状に複数の受光画素が配置された受光素子と、を備える放射線画像検出器において、
   受光画素の画素サイズＬと、シンチレータパネルの柱状結晶先端から受光素子までの距離Ｈとの関係が、０．０５Ｌ＜Ｈ＜１．０Ｌであることを特徴とする放射線画像検出器。
2. 前記シンチレータパネルは、柱状結晶構造からなる蛍光体層が形成された基板を囲繞し封止する保護フィルムを有し、
   保護フィルムの厚みｈが０．０５Ｌ＜ｈ＜１．０Ｌであることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像検出器。
3. ２次元状に複数の受光画素が配置された受光素子に対して、柱状結晶構造からなる蛍光体層が形成された基板を有するシンチレータパネルを重ね合わせることにより、放射線画像検出器を作製する放射線画像検出器の作製方法において、
   柱状結晶構造からなる蛍光体層が形成された基板を保護フィルムにて囲繞し封止する工程を有し、
   当該工程において、受光画素の画素サイズＬに対応して、保護フィルムとして厚みｈが０．０５Ｌ＜ｈ＜１．０Ｌのものを用いることを特徴とする放射線画像検出器の作製方法。

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