JP2009300147A - シンチレータプレートの回復方法及びシンチレータプレート - Google Patents

Abstract

【課題】放射線照射により劣化したシンチレータプレートの輝度、鮮鋭性などのシンチレータ性能を回復させる手段を提供することにある。
【解決手段】基板上に蒸着結晶からなるシンチレータ層を有するシンチレータプレートにおいて、該シンチレータプレートが放射線照射によって劣化した後に、加熱処理を行うことを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は被写体の放射線画像を形成する際に用いられる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、いまなお、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、近年発展を続けているデジタル画像情報のような、自由な画像処理や瞬時の電送ができない。

そして、近年ではコンピューテッドラジオグラフィ（ＣＲ）やフラットパネル型の放射線ディテクタ（ＦＰＤ）等に代表されるデジタル方式の放射線画像検出装置が登場している。これらは、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ので、必ずしも写真フィルム上への画像形成が必要なものではない。その結果、これらのデジタル方式のＸ線画像検出装置は、銀塩写真方式による画像形成の必要性を低減させ、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。

Ｘ線画像のデジタル技術の一つとしてコンピューテッド・ラジオグラフィ（ＣＲ）が現在医療現場で受け入れられている。しかしながら鮮鋭性が十分でなく空間分解能も不充分であり、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。そして、さらに新たなデジタルＸ線画像技術として、例えば雑誌Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｔｏｄａｙ，１９９７年１１月号２４頁のジョン・ローランズ論文“Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｕｓｈｅｒ ｉｎ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｘ−ｒａｙ Ｉｍａｇｉｎｇ”や、雑誌ＳＰＩＥの１９９７年３２巻２頁のエル・イー・アントヌクの論文”Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ，Ｆｌａｔ−Ｐａｎｅｌ Ｉｍａｇｅｒ ｗｉｔｈ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒ”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）が開発されている。

平板Ｘ線検出装置（ＦＰＤ）はＣＲより装置が小型化し、高線量での画質が優れているという特徴がある。しかし、一方ではＴＦＴや回路自体のもつ電気ノイズのため、低線量の撮影においてＳＮ比が低下し十分な画質レベルには至っていない。

放射線を可視光に変換する為に放射線により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が使用されるが、低線量の撮影においてＳＮ比を向上するためには、発光効率の高いシンチレータプレートを使用することが必要になってくる。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、蛍光体層の厚さは厚くすればするほど、蛍光体層内での発光光の散乱が発生し、鮮鋭性は低下する。そのため、画質に必要な鮮鋭性を決めると、膜厚が決定する。

その中でも、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）はＸ線から可視光に対する変更率が比較的高く、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（特許文献１参照）
また、発光効率を向上させるため、タリウム、ナトリウム、ルビジウムなどの賦活剤と呼ばれる元素をヨウ化セシウムに含有させることが知られている。これらの賦活剤は、Ｘ線を受けてエネルギー移動を行ううちに、結晶構造を不安定化させ、発光に寄与する原子が減少する。その結果、撮影頻度が多くなると輝度が低下する。
特開昭６３−２１５９８７号公報

本発明の目的は、上記問題に鑑みてなされたものであり、放射線照射により劣化したシンチレータ性能を回復させる手段を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
１．基板上に、蒸着結晶からなるシンチレータ層を有するシンチレータプレートにおいて、該シンチレータプレートが放射線照射によって劣化した後に、加熱処理を行うことを特徴とするシンチレータプレートの回復方法。
２．前記シンチレータ層がヨウ化セシウムと賦活剤を含有する蒸着結晶からなることを特徴とする前記１記載の回復方法を施されたことを特徴とするシンチレータプレート。

本発明の上記手段により、放射線照射により劣化した輝度、鮮鋭性などのシンチレータ性能を回復させる手段を提供することにある。

本発明は、基板上に蒸着結晶からなるシンチレータ層を有するシンチレータプレートにおいて、該シンチレータプレートが放射線照射によって劣化した後に、加熱処理を行うことを特徴とする。加熱処理は２１０℃以下、１７０℃以上が好ましく、２１０℃以下、１９０℃以上がより好ましい。加熱処理時間は１．０〜３．０時間が好ましく、１．５〜２．０時間がより好ましい。その結果、放射線照射により劣化したシンチレータ性能を回復させる手段を提供できる。

本発明のシンチレータプレートは、基板上に、シンチレータ層を有する。

本発明に係るシンチレータ層は、Ｘ線等の入射され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）を発光する蛍光体（シンチレータ）を含有する層であり、ヨウ化セシウムと賦活剤を含有する蒸着結晶からなる。

（基板）
本発明に係る基板は、シンチレータ層を担持可能な板状、フィルム体であり、Ｘ線等の放射線を入射線量に対し１０％以上を透過させることが可能なものである。

基板としては、各種のガラス、高分子材料、金属等を用いることができる。

基板としては、例えば、石英、ホウ珪酸ガラス、化学的強化ガラスなどの板ガラス、サファイア、チッ化珪素、炭化珪素などのセラミック基板、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム燐、ガリウム窒素など半導体基板、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、ポリアミドフィルム、ポリイミドフィルム、トリアセテートフィルム、ポリカーボネートフィルム、炭素繊維強化樹脂シート等の高分子フィルム（プラスチックフィルム）、アルミニウムシート、鉄シート、銅シート等の金属シートおよび該金属酸化物の被覆層を有する金属シートなどが挙げられる。

基板としては、厚さ５０〜５００μｍの可とう性を有する高分子フィルムであることが好ましい。

ここで、「可とう性を有する基板」とは、１２０℃での弾性率（Ｅ１２０）が１０００〜６０００Ｎ／ｍｍ^２である基板をいい、かかる基板としてポリイミド又はポリエチレンナフタレートを含有する高分子フィルムが好ましい。

なお、「弾性率」とは、引張試験機を用い、ＪＩＳ−Ｃ２３１８に準拠したサンプルの標線が示すひずみと、それに対応する応力が直線的な関係を示す領域において、ひずみ量に対する応力の傾きを求めたものである。これがヤング率と呼ばれる値であり、本発明では、かかるヤング率を弾性率と定義する。

本発明に用いられる基板は、上記のように１２０℃での弾性率（Ｅ１２０）が１０００Ｎ／ｍｍ^２〜６０００Ｎ／ｍｍ^２であることが好ましい。より好ましくは１２００Ｎ／ｍｍ^２〜５０００Ｎ／ｍｍ^２である。

具体的には、ポリエチレンナフタレート（Ｅ１２０＝４１００Ｎ／ｍｍ^２）、ポリエチレンテレフタレート（Ｅ１２０＝１５００Ｎ／ｍｍ^２）、ポリブチレンナフタレート（Ｅ１２０＝１６００Ｎ／ｍｍ^２）、ポリカーボネート（Ｅ１２０＝１７００Ｎ／ｍｍ^２）、シンジオタクチックポリスチレン（Ｅ１２０＝２２００Ｎ／ｍｍ^２）、ポリエーテルイミド（Ｅ１２０＝１９００Ｎ／ｍｍ^２）、ポリアリレート（Ｅ１２０＝１７００Ｎ／ｍｍ^２）、ポリスルホン（Ｅ１２０＝１８００Ｎ／ｍｍ^２）、ポリエーテルスルホン（Ｅ１２０＝１７００Ｎ／ｍｍ^２）等からなる高分子フィルムが挙げられる。

これらは単独で用いてもよく積層あるいは混合して用いてもよい。中でも、特に好ましい高分子フィルムとしては、上述のように、ポリイミド又はポリエチレンナフタレートを含有する高分子フィルムが好ましい。

（シンチレータ層）
本発明に係るシンチレータ層は、放射線の照射により、蛍光を発する放射線蛍光体を含有する層であり、ヨウ化セシウムと賦活剤を含有する蒸着結晶からなる。

本発明に係る賦活剤とは、ヨウ化セシウム中に含有されることで、発光効率を上昇し得る元素である。賦活剤としては、タリウム、ナトリウム、ルビジウム等が挙げられるが、特にタリウムが好ましく用いられる。ヨウ化セシウム中に含有させるには、例えば、ヨウ化セシウムとタリウム化合物を含む蒸着原を加熱し、上記基板上に蒸着する方法により行うことができる。

本発明に係る蒸着結晶とは、ヨウ化セシウムと、賦活剤を含む化合物とを、含有する蒸着原を加熱し、基板上に蒸着して形成された結晶である。蒸着結晶としては、柱状結晶であることが好ましい。

（反射層）
本発明においては、基板とシンチレータ層との間に反射層を有してもよい。

反射層は、シンチレータ層で発せられた蛍光の基板方向に放射進行する電磁波を反射しうる層である。

反射層としては、金属薄膜が好ましく用いられる。金属薄膜としては、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｒｈ、Ｐｔ及びＡｕからなる群の中の物質を含む材料からなる膜が好ましく用いられる。更に、Ｃｒ膜上にＡｕ膜を形成する等、金属薄膜を２層以上形成してもよい。

反射層としては、上記のなかでも特にアルミニウムを含有する膜を用いる態様が好ましい態様である。

（中間層）
本発明においては、反射層とシンチレータ層の間に、中間層を有してもよい。

中間層としては、例えばポリエステル樹脂、ポリアクリル酸共重合体、ポリアクリルアミド又はこれらの誘導体及び部分加水分解物、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸エステル等のビニル重合体及びその共重合体、ロジン、シェラック等の天然物及びその誘導体などの樹脂を含有する層が挙げられる。

（シンチレータプレート）
本発明に係るシンチレータプレートについて図１を参照して説明する。

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上にシンチレータ層２を備えるものであり、シンチレータ層２に放射線が照射されると、シンチレータ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。

以下、基板１上にシンチレータ層２を形成させる方法について説明する。

シンチレータ層２は、蒸着法により形成される。蒸着法は基板１を公知の蒸着装置内に設置するとともに、蒸着源にヨウ化セシウムおよび賦活剤を含むシンチレータ層２の原材料を充填したのち、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１．３３３Ｐａ〜１．３３×１０^−３Ｐａ程度の真空とし、次いで、原材料を抵抗加熱法、エレクトロンビーム法などの方法で加熱蒸発させて基板１表面にヨウ化セシウムの蒸着結晶を堆積し、基板１上にシンチレータ層２が形成される。

次に、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。

上記方法にて作成したシンチレータプレートは放射線の総照射量が２００万レントゲン以上になるまで照射することにより、そのシンチレータ性能である輝度、鮮鋭性などが劣化してくる。

そこで、本発明である回復方法をとることで、そのシンチレータ性能を回復させることが可能になる。

即ち、放射線の総照射量が２０００万レントゲンになるまで照射したシンチレータプレートを、真空加熱乾燥機を用い、減圧下、２００℃で１．５時間加熱することにより、前記シンチレータ層内の原子に熱エネルギーを与えられ、結晶構造、発光に寄与する賦活剤原子の再配置を行うことが出来る。その結果、輝度、鮮鋭性の減少を回復させることが出来ることを見出した。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明の実施態様はこれに限定されるものではない。下記の方法に従って実施例と比較例の放射線用シンチレータプレートを作製した。

（シンチレータプレートの作製）
ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）に添加剤としてＴｌを混合し、蒸着材料を得た。ＴｌはＣｓＩに対して０．３ｍｏｌ％の蒸着材料を作製した。蒸着材料を抵抗加熱ルツボに充填し、また回転する支持体ホルダに、厚さ１２５μｍのポリイミド樹脂基板を設置し、基板と２個の蒸発源との間隔を４００ｍｍに調節した。

続いて蒸着装置内を一旦排気した後に、Ａｒガスを導入して０．１Ｐａに真空度を調整した後、１０ｒｐｍの速度で基板ホルダ２５を回転しながら基板１の温度を２００℃に保持した。次いで、蒸着材料が入っている抵抗加熱ルツボを加熱してシンチレータ用蛍光体を蒸着する。シンチレータ（蛍光体層）の膜厚が５００μｍになったところで、蒸着を終了させシンチレータプレートを得た。得られたシンチレータプレートを用いて本発明の放射線照射前の輝度を測定した。

（放射線劣化）
上記方法にて作成したシンチレータプレートを放射線の総照射量が２００万レントゲンになるまで照射し比較例１の輝度を測定した。

（加熱処理）
放射線の総照射量が２００万レントゲンになるまで照射したシンチレータプレートを、真空加熱乾燥機を用いて減圧下の状態にする。その後、２００℃で１．５時間加熱する。その後に本発明の実施例１の輝度を測定した。同様にして、２１０℃及び１９０℃で１．５時間の加熱処理を行い実施例２及び３の輝度を測定した。更に、１５０℃と２２０℃で１．５時間の加熱処理を行った以外は実施例１と同様にして、実施例４及び５の輝度を測定した。

比較例として加熱処理を行わない比較例１の輝度を測定した。

（評価方法）
シンチレータパネルを、ＰａｘＳｃａｎ２５２０（Ｖａｒｉａｎ社製ＦＰＤ）にセットし発光輝度を、以下に示す方法で評価した。

「輝度の評価」
電圧８０ｋＶｐのＸ線を試料の裏面（シンチレータ層が形成されていない面）から照射し、画像データをシンチレータを配置したＦＰＤで検出し、画像の平均シグナル値を発光輝度とした。但し、表１の輝度は本発明の放射線照射前の輝度を１としたときの相対値である。

表１のように、シンチレータプレートが放射線照射によって劣化した後に、加熱処理を行うことによって、シンチレータ性能を初期状態の輝度に回復させることができることが分かる。特に、実施例１，２及び３ではシンチレータ性能を初期状態の輝度に回復させる効果がより高いことが分かる。

シンチレータプレートの断面図 蒸着装置の概略構成図

符号の説明

１ 基板
２ シンチレータ層（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 (2)

1. 基板上に蒸着結晶からなるシンチレータ層を有するシンチレータプレートにおいて、該シンチレータプレートが放射線照射によって劣化した後に、加熱処理を行うことを特徴とするシンチレータプレートの回復方法。
2. 前記シンチレータ層がヨウ化セシウムと賦活剤を含有する蒸着結晶からなることを特徴とする請求項１記載の回復方法を施されたことを特徴とするシンチレータプレート。

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