JP2011022142A - Ｘ線検出器およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】シンチレータから光検出器への光伝達特性が良い低コストのＸ線検出器、および、そのようなＸ線検出器の製造方法を実現する。
【解決手段】Ｘ線を検出するＸ線検出器は、光検出器(52b)と、前記光検出器の受光面に塗布されたＸ線を光に変換する蛍光物質からなるシンチレータ層と(52a)を具備する。前記蛍光物質は、希土類酸硫化物である。前記希土類酸硫化物は、酸硫化ガドリニウム(Gd2O2S:Tb)である。前記光検出器は、受光面にフォトダイオードアレイを有する。前記フォトダイオードアレイは、２次元アレイである。
【選択図】図６
【解決手段】Ｘ線を検出するＸ線検出器は、光検出器(52b)と、前記光検出器の受光面に塗布されたＸ線を光に変換する蛍光物質からなるシンチレータ層と(52a)を具備する。前記蛍光物質は、希土類酸硫化物である。前記希土類酸硫化物は、酸硫化ガドリニウム(Gd2O2S:Tb)である。前記光検出器は、受光面にフォトダイオードアレイを有する。前記フォトダイオードアレイは、２次元アレイである。
【選択図】図６
Description
本発明は、Ｘ線検出器およびその製造方法に関し、特に、Ｘ線をシンチレータ(scintillator)で光に変換して光検出器で検出するＸ線検出器、および、そのようなＸ線検出器の製造方法に関する。
Ｘ線検出器の一種に、Ｘ線をシンチレータで光に変換して光検出器で検出するようにしたものがある。Ｘ線撮影装置用のこの種のＸ線検出器は、Ｘ線の２次元分布が検出可能なように、パネル(panel)型のＸ線検出器となっており、フラットパネルディテクタ(flat panel detector : FPD)とも呼ばれる。
FPDは、シンチレーション用の蛍光体の層と、光検出用のフォトダイオードアレイ(photo diode array)の層を有する。蛍光体としては、ヨウ化セシウム(CsI)や酸硫化ガドリニウム(Gd2O2S:Tb)等が用いられる。
ヨウ化セシウムを用いる場合は、ヨウ化セシウムの針状結晶構造をフォトダイオードアレイ上で成長させることにより、シンチレーション層が形成される（例えば、特許文献１参照）。
酸硫化ガドリニウムを用いる場合は、シンチレーション層は、酸硫化ガドリニウムのセラミックス(ceramics)として構成され、この層に電極層および中間層を介してフォトダイオードアレイ層が貼合わされる（例えば、特許文献２参照）。
酸硫化ガドリニウムは、Ｘ線フィルムの増感紙用の蛍光体としても利用される。その場合、シンチレーション層は、台紙となるプラスチックシート(plastic sheet)に酸硫化ガドリニウムを塗布することにより形成される（例えば、特許文献３参照）。
ヨウ化セシウムの針結晶構造を得るには、厳密な条件管理の下で、長時間にわたって結晶を成長させる必要があるので、Ｘ線検出器の製造コスト(cost)が嵩む。これに対して、酸硫化ガドリニウムのセラミックス(ceramics)層とフォトダイオードアレイの層を貼合わせたＸ線検出器は、比較的に低コストであるが、層間への空隙、気泡、狭雑物等の混入を阻止することが極めて困難なので、散乱光によるクロストーク(cross talk)により、空間分解能の低下や不均一が生じやすい。加えて、中間層が介在することにより、光の伝達効率が低下する。フォトダイオードアレイに増感紙を貼合わせて製作したＸ線検出器においても、同様な問題がある。
そこで、本発明の課題は、シンチレータから光検出器への光伝達特性が良い低コストのＸ線検出器、および、そのようなＸ線検出器の製造方法を実現することである。
課題を解決するための発明は、第１の観点では、Ｘ線を検出するＸ線検出器であって、光検出器と、前記光検出器の受光面に塗布されたＸ線を光に変換する蛍光物質からなるシンチレータ層とを具備することを特徴とするＸ線検出器である。
課題を解決するための発明は、第２の観点では、前記蛍光物質は、希土類酸硫化物であることを特徴とする第１の観点に記載のＸ線検出器である。
課題を解決するための発明は、第３の観点では、前記希土類酸硫化物は、酸硫化ガドリニウム(Gd2O2S:Tb)であることを特徴とする第２の観点に記載のＸ線検出器である。
課題を解決するための発明は、第４の観点では、前記光検出器は、受光面が予め表面処理されていることを特徴とする第１の観点に記載のＸ線検出器である。
課題を解決するための発明は、第５の観点では、前記光検出器は、受光面に予め透明な絶縁物質が塗布されていることを特徴とする第１の観点に記載のＸ線検出器である。
課題を解決するための発明は、第６の観点では、前記光検出器は、受光面にフォトダイオードアレイを有することを特徴とする第１の観点に記載のＸ線検出器である。
課題を解決するための発明は、第７の観点では、前記フォトダイオードアレイは、２次元アレイであることを特徴とする第６の観点に記載のＸ線検出器である。
課題を解決するための発明は、第８の観点では、前記２次元アレイは、半導体薄膜で構成されることを特徴とする第７の観点に記載のＸ線検出器である。
課題を解決するための発明は、第９の観点では、前記半導体薄膜は、アモルファスシリコンであることを特徴とする第８の観点に記載のＸ線検出器である。
課題を解決するための発明は、第１０の観点では、前記蛍光物質は、前記光検出器とは反対側の面にＸ線透過性の保護膜を有することを特徴とする第１の観点に記載のＸ線検出器である。
課題を解決するための発明は、第１１の観点では、Ｘ線を検出するＸ線検出器を製造する方法であって、光検出器の受光面に蛍光物質を塗布してシンチレーション層を形成する工程を有することを特徴とするＸ線検出器の製造方法である。
課題を解決するための発明は、第１２の観点では、前記蛍光物質は、希土類酸硫化物であることを特徴とする第１１の観点に記載のＸ線検出器の製造方法である。
課題を解決するための発明は、第１３の観点では、前記希土類酸硫化物は、酸硫化ガドリニウム(Gd2O2S:Tb)であることを特徴とする第１２の観点に記載のＸ線検出器の製造方法である。
課題を解決するための発明は、第１４の観点では、前記シンチレーション層を形成する工程の前に、前記光検出器の受光面を表面処理する工程を有することを特徴とする第１１の観点に記載のＸ線検出器の製造方法である。
課題を解決するための発明は、第１５の観点では、前記シンチレーション層を形成する工程の前に、前記光検出器の受光面に透明な絶縁物質を塗布することを特徴とする第１１の観点に記載のＸ線検出器の製造方法である。
課題を解決するための発明は、第１６の観点では、前記光検出器は、受光面にフォトダイオードアレイを有することを特徴とする第１１の観点に記載のＸ線検出器の製造方法である。
課題を解決するための発明は、第１７の観点では、前記フォトダイオードアレイは、２次元アレイであることを特徴とする第１６の観点に記載のＸ線検出器の製造方法である。
課題を解決するための発明は、第１８の観点では、前記２次元アレイは、半導体薄膜で構成されることを特徴とする第１７の観点に記載のＸ線検出器の製造方法である。
課題を解決するための発明は、第１９の観点では、前記半導体薄膜は、アモルファスシリコンであることを特徴とする第１８の観点に記載のＸ線検出器の製造方法である。
課題を解決するための発明は、第２０の観点では、前記蛍光物質の前記光検出器とは反対側の面に、Ｘ線透過性の保護膜を設ける工程を有することを特徴とする第１１の観点に記載のＸ線検出器の製造方法である。
本発明によれば、第１の観点では、Ｘ線を検出するＸ線検出器は、光検出器と、前記シンチレーション層を形成する工程の前に、前記光検出器の受光面に塗布されたＸ線を光に変換する蛍光物質からなるシンチレータ層とを具備するので、シンチレータから光検出器への光伝達特性が良い低コストのＸ線検出器を実現することができる。
本発明によれば、第１１の観点では、Ｘ線を検出するＸ線検出器を製造する方法において、光検出器の受光面に蛍光物質を塗布してシンチレーション層を形成する工程を有するので、シンチレータから光検出器への光伝達特性が良い低コストのＸ線検出器の製造方法を実現することができる。
本発明によれば、第２または第１２の観点では、前記蛍光物質は、希土類酸硫化物であるので、シンチレーション層の形成が容易である。
本発明によれば、第３または第１３の観点では、前記希土類酸硫化物は、酸硫化ガドリニウム(Gd2O2S:Tb)であるので、シンチレーションの安定性が良い。
本発明によれば、第４または第１４の観点では、前記光検出器は、受光面が予め表面処理されているので、蛍光物質との結合性が良い。
本発明によれば、第５または第１５の観点では、前記光検出器は、受光面に予め透明な絶縁物質が塗布されているので、蛍光物質との絶縁性が良い。
本発明によれば、第６または第１６の観点では、前記光検出器は、受光面にフォトダイオードアレイを有するので、蛍光の分布を検出することができる。
本発明によれば、第７または第１７の観点では、前記フォトダイオードアレイは、２次元アレイであるので、蛍光の２次元分布を検出することができる。
本発明によれば、第８または第１８の観点では、前記２次元アレイは、半導体薄膜で構成されるので、高速かつ低消費電力である。
本発明によれば、第９または第１９の観点では、前記半導体薄膜は、アモルファスシリコンであるので、薄膜化が容易である。
本発明によれば、第１０または第２０の観点では、前記蛍光物質は、前記光検出器とは反対側の面にＸ線透過性の保護膜を有するので、耐環境性が良い。
以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。
図１に、Ｘ線撮影装置の外観を示す。図１に示すように、本装置は、システムコンソール(system console)１００を有する。システムコンソール１００は、概ね直方体状の箱型の構造物であり、内部に撮影制御用の電子回路を収容している。
システムコンソール１００は、下部に移動用のキャスター(caster)１０２を有し、上部に手押し用のハンドル(handle)１０４を有する。これによって、本装置は、図２に示すように、自由に移動させることが可能な移動型のＸ線撮影装置となる。
システムコンソール１００の上面は操作パネル(panel)１０６となっており、例えば、グラフィックディスプレー(graphic display)やキーボード(keyboard)等のマン・マシンコミュニケーション(man-machine communication)機器を備えている。
システムコンソール１００の背後には垂直なコラム(column)１１０が設けられ、コラム１１０から水平に伸びるアーム(arm)１２０の先端にＸ線照射器１３０が取り付けられている。Ｘ線照射器１３０は、ケーブル１３２を通じてシステムコンソール１００から供給される高電圧によってＸ線を発生する。
Ｘ線照射器１３０は、アーム１２０の先端において向きが変更可能となっている。アーム１２０はコラム１１０に沿って上下移動可能であり、コラム１１０は長手方向の軸を中心としてスピン(spin)可能となっている。
本装置は、ディテクタパネル(detector panel)２００を有する。ディテクタパネル２００は、概ね矩形の板状の構造物であり、システムコンソール１００とは別体に構成され、持ち運び可能となっている。ディテクタパネル２００は、非撮影時にはシステムコンソール１００の正面の収納部１０８に収納され、撮影時に収納部１０８から取出して使用される。ディテクタパネル２００は、いわゆるFPDである。
図３に、本装置の使用中の情景を示す。図３に示すように、本装置は病室で使用される。Ｘ線撮影は、ディテクタパネル２００を例えば患者の後側にあてがい、Ｘ線照射器１３０で前側からＸ線を照射することによって行う。ディテクタパネル２００が検出したＸ線信号は、ワイヤレスにシステムコンソール１００に伝達される
図４に、ディテクタパネル２００の基本構成を示す。図４に示すように、ディテクタパネル２００は、筐状のケース(case)５５に、矩形の板状のＸ線検出器アセンブリ(assembly)５１を収容したものとなっている。ケース５５は、Ｘ線検出器アセンブリ５１のＸ線検出面に対向する上部がＸ線透過性の材料で構成され、一端部に取手５５２を有する。
図４に、ディテクタパネル２００の基本構成を示す。図４に示すように、ディテクタパネル２００は、筐状のケース(case)５５に、矩形の板状のＸ線検出器アセンブリ(assembly)５１を収容したものとなっている。ケース５５は、Ｘ線検出器アセンブリ５１のＸ線検出面に対向する上部がＸ線透過性の材料で構成され、一端部に取手５５２を有する。
図５に、ディテクタパネル２００の内部構成の一例を模式的に示す。図５は、ディテクタパネル２００の垂直断面図である。図５に示すように、Ｘ線検出器アセンブリ５１は、Ｘ線検出器５２と支持基板５３と電気回路基板５４で構成される。Ｘ線検出器５２は支持基板５３の表面に設けられ、電気回路基板５４は支持基板５３の裏面に設けられ、両者はフレキシブル(flexible)回路基板５６で電気的に接続される。
Ｘ線検出器５２は、シンチレータ層５２ａと光電変換層５２ｂとガラスサブストレート(glass substrate)５２ｃの積層体となっており、シンチレータ層５２ａでＸ線を光に変換し、光電変換層５２ｂで光を電気信号に変換する。変換された電気信号は、フレキシブル回路基板５６を通じて電気回路基板５４に入力される。光電変換層５２ｂは、本発明における光検出器の一例である。
電気回路基板５４には電気回路が搭載されている。電気回路は、システムコンソール１００に対するインターフェース(interface)であって、入力信号をディジタルデータ(digital data)に変換して、ワイヤレスにシステムコンソール１００に伝送する。
支持基板５３の裏面には、角部に４本のスペーサ(spacer)が形成されている。スペーサ５７ｂは、支持基板５３と一体構造となっている。支持基板５３はスペーサ５７ｂによって、ケース５５の内底壁の上に自立している。スペーサ５７ｂの下端は、ケース５５の内底壁に、接着あるいはねじ止め等により固定される。
図６に、Ｘ線検出器５２の構成を模式的に示す。Ｘ線検出器５２は、発明を実施するため最良の形態の一例である。Ｘ線検出器５２の構成によって、Ｘ線検出器に関する発明を実施するため最良の形態の一例が示される。
図６に示すように、Ｘ線検出器５２においては、ガラスサブストレート５２ｃ上に光電変換層５２ｂが形成され、光電変換層５２ｂ上にシンチレータ層５２ａが形成され、シンチレータ層５２ａ上に保護層５２ａ’が形成されている。
光電変換層５２ｂは、光電変換素子の２次元アレイで構成される。光電変換素子の２次元アレイは、周知のアクティブマトリクス(active matrix)となっている。アクティブマトリクスは、薄膜半導体で構成される。薄膜半導体としては、例えば、アモルファスシリコン(amorphous silicon)等が利用される。
アクティブマトリクスは、光電変換用のフォトダイオードと、その出力電流を蓄積するキャパシタ(capacitor)と、その電荷を出力するTFT(thin film transistor)を１単位とする。アクティブマトリクスの１単位は、Ｘ線画像の１ピクセル(pixel)に相当する。
シンチレータ層５２ａは、例えば、酸硫化ガドリニウム(Gd2O2S:Tb)を蛍光体として構成される。なお、蛍光体は、酸硫化ガドリニウムに限らず、例えば、イットリウム(Y)やランタン(La)等、適宜の希土類元素の酸硫化物であって良い。
保護層５２ａ’は、シンチレータ層５２ａを外部環境から保護するためのものである。保護層５２ａ’の材料としては、Ｘ線透過性が良く、機械的強度、静電破壊(ESD)耐性、電磁波障害(EMI/EMC)耐性等に優れたプラスチック等が利用される。
図７に、Ｘ線検出器５２の製造工程の主要部を示す。本行程は、発明を実施するため最良の形態の一例である。本行程によって、Ｘ線検出器の製造方法に関する発明を実施するため最良の形態の一例が示される。
図７に示すように、工程Ｐ１で、表面処理を行う。表面処理は、図８に示すように、ガラスサブストレート５２ｃ上に形成された光電変換層５２ｂについて行われる。なお、ガラスサブストレート５２ｃにおける光電変換層５２ｂの形成は、本工程の前工程で完成している。
表面処理は、光電変換層５２ｂの表面を活性化し、次工程で塗布される蛍光体との結合を強固にするために行われる。なお、光電変換層５２ｂの表面が既に十分に活性であるときは、表面処理は省略しても良い。
工程Ｐ２で、蛍光体塗布を行う。蛍光体塗布は、適宜の有機バインダ(binder)中に分散させた例えば酸硫化ガドリニウム等の蛍光体の微粒子を、光電変換層５２ｂの表面に塗布することによって行われる。塗布された蛍光体は、乾燥によって固形化される。
このような塗布工程Ｐ２は、増感紙の製造工程において、台紙に蛍光体を塗布する工程と同様な工程となる。したがって、同様の設備およびプロセス(process)を使用して、光電変換層５２ｂへの蛍光体の塗布を行うことができる。
これによって、図９に示すように、光電変換層５２ｂの上に、シンチレータ層５２ａが形成される。シンチレータ層５２ａは、光電変換層５２ｂと直結状態となる。シンチレータ層５２ａの形成を、蛍光物質の塗布によって行うので、層間への空隙、気泡、狭雑物等の混入を阻止することは容易である。
蛍光体の塗布に先立って、光電変換層５２ｂの表面に絶縁皮膜を形成するようにしても良い。絶縁皮膜の形成は、透明な絶縁物質を極薄く光電変換層５２ｂの表面に塗布すること等により行われる。絶縁皮膜の形成を、絶縁物質の塗布によって行うので、層間への空隙、気泡、狭雑物等の混入を阻止することは容易である。
これによって、光電変換層５２ｂとシンチレータ層５２ａの間の電気的な絶縁性が向上する。なお、このとき、シンチレータ層５２ａは光電変換層５２ｂと直結状態ではなくなるが、絶縁皮膜が極薄くかつ透明なので、光学的には直結状態とみなして差し支えない。
工程Ｐ３で、保護層形成を行う。保護層形成は、適宜の物質をシンチレータ層５２ａの表面に塗布すること等によって行われる。保護層形成も、増感紙の製造工程における保護層形成と同様にして行うことができる。
これによって、図１０に示すように、ガラスサブストレート５２ｃ上に、光電変換層５２ｂ、シンチレータ層５２ａおよび保護層５２ａ’が順次に積層されたＸ線検出器５２が得られる。
このようなＸ線検出器５２では、シンチレータ層５２ａと光電変換層５２ｂが直結しているので、シンチレータ層５２ａから光電変換層５２ｂへの光伝達を、極めて効率良く行うことができる。これによってＸ線検出器５２の感度が向上するので、撮影時の患者のＸ線被曝量を低減することができる。
また、シンチレータ層５２ａと光電変換層５２ｂが直結していることにより、シンチレータ層５２ａから光電変換層５２ｂへの光伝達は、Ｘ線検出器５２の全面にわたって均一になる。
また、シンチレータ層５２ａと光電変換層５２ｂの間に空隙、気泡、狭雑物等が存在しないので、散乱光によるクロストークが大幅に減少し、空間分解能(MTF)が向上するとともにその均一性が向上する。
例えば、シンチレータ層５２ａの厚みが１００μｍであるとすると、散乱光によるクロストークの範囲ｄは２００μｍとなる。これは、ピクセル換算で２ピクセルであり、クロストークの範囲は２ピクセル以内となる。
このような高空間分解能とその均一性、および、シンチレータ層５２ａから光電変換層５２ｂへの光伝達の均一性により、Ｘ線検出器５２は、高品質のＸ線画像が撮影可能なＸ線検出器となる。
また、シンチレータ層５２ａと光電変換層５２ｂの間に、両者を貼り合わせるためのボンディング層や中間層等がないので、それらの熱膨張係数(CTE)等に由来する信頼性の低下が発生することもなく、かつ、製造コストが低廉である。
５１ ： Ｘ線検出器アセンブリ
５２ ： Ｘ線検出器
５２ａ ： シンチレータ層
５２ａ’ ： 保護層
５２ｂ ： 光電変換層
５２ｃ ： ガラスサブストレート
５３ ： 支持基板
５４ ： 電気回路基板
５５ ： ケース
５６ ： フレキシブル回路基板
５７ｂ ： スペーサ
１００ ： システムコンソール
１０８ ： 収納部
１１０ ： コラム
１２０ ： アーム
１３０ ： Ｘ線照射器
１３２ ： ケーブル
２００ ： ディテクタパネル
５２ ： Ｘ線検出器
５２ａ ： シンチレータ層
５２ａ’ ： 保護層
５２ｂ ： 光電変換層
５２ｃ ： ガラスサブストレート
５３ ： 支持基板
５４ ： 電気回路基板
５５ ： ケース
５６ ： フレキシブル回路基板
５７ｂ ： スペーサ
１００ ： システムコンソール
１０８ ： 収納部
１１０ ： コラム
１２０ ： アーム
１３０ ： Ｘ線照射器
１３２ ： ケーブル
２００ ： ディテクタパネル
Claims (20)
- Ｘ線を検出するＸ線検出器であって、
光検出器と、
前記光検出器の受光面に塗布されたＸ線を光に変換する蛍光物質からなるシンチレータ層と
を具備することを特徴とするＸ線検出器。 - 前記蛍光物質は、希土類酸硫化物である
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。 - 前記希土類酸硫化物は、酸硫化ガドリニウム(Gd2O2S:Tb)である
ことを特徴とする請求項２に記載のＸ線検出器。 - 前記光検出器は、受光面が予め表面処理されている
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。 - 前記光検出器は、受光面に予め透明な絶縁物質が塗布されている
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。 - 前記光検出器は、受光面にフォトダイオードアレイを有する
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。 - 前記フォトダイオードアレイは、２次元アレイである
ことを特徴とする請求項６に記載のＸ線検出器。 - 前記２次元アレイは、半導体薄膜で構成される
ことを特徴とする請求項７に記載のＸ線検出器。 - 前記半導体薄膜は、アモルファスシリコンである
ことを特徴とする請求項８に記載のＸ線検出器。 - 前記蛍光物質は、前記光検出器とは反対側の面にＸ線透過性の保護膜を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。 - Ｘ線を検出するＸ線検出器を製造する方法であって、
光検出器の受光面に蛍光物質を塗布してシンチレーション層を形成する工程を有する
ことを特徴とするＸ線検出器の製造方法。 - 前記蛍光物質は、希土類酸硫化物である
ことを特徴とする請求項１１に記載のＸ線検出器の製造方法。 - 前記希土類酸硫化物は、酸硫化ガドリニウム(Gd2O2S:Tb)である
ことを特徴とする請求項１２に記載のＸ線検出器の製造方法。 - 前記シンチレーション層を形成する工程の前に、前記光検出器の受光面を表面処理する工程を有する
ことを特徴とする請求項１１に記載のＸ線検出器の製造方法。 - 前記シンチレーション層を形成する工程の前に、前記光検出器の受光面に透明な絶縁物質を塗布する
ことを特徴とする請求項１１に記載のＸ線検出器の製造方法。 - 前記光検出器は、受光面にフォトダイオードアレイを有する
ことを特徴とする請求項１１に記載のＸ線検出器の製造方法。 - 前記フォトダイオードアレイは、２次元アレイである
ことを特徴とする請求項１６に記載のＸ線検出器の製造方法。 - 前記２次元アレイは、半導体薄膜で構成される
ことを特徴とする請求項１７に記載のＸ線検出器の製造方法。 - 前記半導体薄膜は、アモルファスシリコンである
ことを特徴とする請求項１８に記載のＸ線検出器の製造方法。 - 前記蛍光物質の前記光検出器とは反対側の面に、Ｘ線透過性の保護膜を設ける工程を有する
ことを特徴とする請求項１１に記載のＸ線検出器の製造方法。
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