JP2011158291A - 放射線像変換パネル - Google Patents

Abstract

【課題】光出力及び解像度を向上させることができる放射線像変換パネルを提供する。
【解決手段】放射線像変換パネル１は、複数の光ファイバが束ねられて構成されたＦＯＰ２と、ＦＯＰ２の表面２ａに形成されシンチレーション光に対して透明な耐熱性樹脂層３と、耐熱性樹脂層３においてＦＯＰ２と反対側の表面３ａに蒸着形成され柱状結晶からなるシンチレータ４と、を備えている。このように放射線像変換パネル１では、耐熱性樹脂層３にシンチレータ４が蒸着形成されることから、該シンチレータ４が好適に蒸着されるため、シンチレータ４の根元部の結晶性を良好なものにできる。その結果、この根元部でのシンチレーション光の通過性悪化及び散乱を抑制することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線像変換パネルに関する。

従来の放射線像変換パネルの１種であるシンチレータパネルとしては、例えば特許文献１に記載されたように、ファイバオプティクプレート（Fiber Optic Plate：以下、「ＦＯＰ」ともいう）と、該ＦＯＰ上に蒸着形成され柱状結晶からなるシンチレータ（蛍光体）と、を備えたものが知られている。このシンチレータパネルは、フイルムで被覆されて固定支持されている。

特公平５−３９５５８号公報

ここで、上述したシンチレータパネルでは、蒸着形成されたシンチレータのＦＯＰ側端部（つまり、根元部）にて結晶性が悪化し、かかる根元部にてシンチレーション光の通過性悪化及び散乱が生じてしまうおそれがある。その結果、上述したシンチレータパネルでは、光出力及び解像度が低下する場合がある。

そこで、本発明は、光出力及び解像度を向上させることができる放射線像変換パネルを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、耐熱性樹脂層に蛍光体を蒸着形成すると、蛍光体が好適に蒸着され、蛍光体の根元部の結晶性を良好なものにできるという知見を得た。そこで、かかる知見に基づくことにより放射線像変換パネルの光出力及び解像度を向上できることに想到し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る放射線像変換パネルは、複数の光ファイバが束ねられて構成されたファイバオプティクプレートと、柱状結晶からなる蛍光体と、を具備する放射線像変換パネルであって、ファイバオプティクプレートの主面上に形成され、蛍光体から出力される出力光に対して透明な耐熱性樹脂層を備え、蛍光体は、耐熱性樹脂層においてファイバオプティクプレートと反対側の主面に蒸着形成されていることを特徴とする。

この放射線像変換パネルでは、蛍光体から出力される出力光（例えば輝尽性発光、シンチレーション光）に対して透明な耐熱性樹脂層がＦＯＰ上に形成され、この耐熱性樹脂層の主面に蛍光体が蒸着形成されている。よって、上述した理由から、柱状結晶からなる蛍光体の根元部の結晶性を良好なものにすることができ、根元部での出力光の通過性悪化及び散乱を抑制することが可能となる。従って、放射線像変換パネルの光出力及び解像度を向上させることができる。

このとき、耐熱性樹脂層は、シリコーン樹脂で形成されている場合がある。また、耐熱性樹脂層は、段階的な硬化工程を経るステップキュア樹脂で形成されている場合がある。

また、耐熱性樹脂層の硬化条件は、蛍光体の結晶性に応じて設定されていることが好ましい。この場合、例えば耐熱性樹脂層の硬化条件を適宜設定することで、蛍光体の結晶性を良好なものにし、放射線像変換パネルの光出力及び解像度を向上させることが可能となる。

また、本発明に係る放射線像変換パネルは、複数の光ファイバが束ねられて構成されたファイバオプティクプレートと、ファイバオプティクプレートの主面上に形成された耐熱性樹脂層と、耐熱性樹脂層においてファイバオプティクプレートと反対側の主面に蒸着形成され、柱状結晶からなる蛍光体と、を備え、蛍光体は、そのファイバオプティクプレート側の柱状結晶が柱形状となるように構成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る放射線像変換パネルは、複数の光ファイバが束ねられて構成されたファイバオプティクプレートと、ファイバオプティクプレートの主面上に形成された耐熱性樹脂層と、耐熱性樹脂層においてファイバオプティクプレートと反対側の主面に蒸着形成され、柱状結晶からなる蛍光体と、を備え、蛍光体においてファイバオプティクプレート側の柱状結晶は、その反対側の柱状結晶と略等しい柱形状を呈していることを特徴とする。

このような本発明でも、蛍光体の根元部の結晶性が良好なものとなることから、蛍光体から出力される出力光の通過性悪化及び散乱を抑制することが可能となり、放射線像変換パネルの光出力及び解像度を向上させることができる。

本発明によれば、放射線像変換パネルにおける光出力及び解像度を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るシンチレータパネルを示す概略側断面図である。 柱状結晶性のシンチレータの根元部を示す拡大図である。 耐熱性樹脂層の表面エネルギとシンチレータの結晶性との相関を示す実験結果である。 耐熱樹脂層の硬化条件とシンチレータの結晶性との相関を示すシンチレータの拡大図である。 シンチレータパネルの光出力及び解像度の傾向を示す図表である。 シンチレータパネルの光出力及び解像度の傾向を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

放射線像変換パネルであるシンチレータパネルについて、以下に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るシンチレータパネルを示す概略側断面図である。図１に示すように、本実施形態のシンチレータパネル（放射線像変換パネル）１は、入射したＸ線等の放射線Ｒをシンチレーション光に変換し検出するためのものであり、基板としてＦＯＰを用いたＦＯＳタイプ（Fiber Optic plate with x-ray Scintillator）とされている。シンチレータパネル１は、例えばマンモグラフィー装置、胸部検査装置、ＣＴ装置、及び歯科口内撮影装置等に用いられる。

このシンチレータパネル１は、ＦＯＰ２と、ＦＯＰ２の表面（主面）２ａ上に設けられた耐熱性樹脂層３と、耐熱性樹脂層３においてＦＯＰ２と反対側の表面（主面）３ａに蒸着形成されたシンチレータ（蛍光体）４と、ＦＯＰ２、耐熱性樹脂層３及びシンチレータ４を被覆するように設けられた保護層５と、を備えている。

ＦＯＰ２は、例えば数ミクロンの光ファイバが束ねられて構成された光学デバイスであり、矩形板形状を呈している。このＦＯＰ２には、撮像素子等の光電変換素子（不図示）が光学的にカップリングされており、これにより、シンチレーション光が高効率及び低歪みで光電変換素子に伝達される。

耐熱性樹脂層３は、シンチレーション光に対して透明な樹脂層（いわゆる、クリア樹脂層）であり、ＦＯＰ２の表面２ａに塗布され形成されている。また、耐熱性樹脂層３は、シンチレータ４の蒸着の際における加熱に少なくとも耐え得るような所定の耐熱性を有している。

なお、ここでの「透明」とは、ＦＯＰ２に対し光学的にカップリングされた光電変換素子が感度を有する光を透過させる性質をもつことを意味している。よって、例えば可視光中の特定の波長帯に感度を有する光電変換素子を利用する場合は、その感度域外の可視光に対しては不透明であってもよく、可視光ではなく赤外線や紫外線等に感度を有する光電変換素子を利用する場合には、感度を有する光を透過すれば可視光に対しては不透明であってもよい。よって、耐熱性樹脂層３の色は、例えば透明色にされる場合だけでなく、光出力調整のために半透明グレー等にされる場合もある。

シンチレータ４は、入射した放射線Ｒをシンチレーション光に変換する蛍光体層であり、入射した放射線Ｒの線量に応じて発光する。このシンチレータ４は、林立した複数の柱状結晶（針状結晶、柱径数μｍ）であるＴｌ（タリウム）ドープのＣｓＩ（ヨウ化セシウム）が、耐熱性樹脂層３の表面３ａに真空蒸着されて形成されている。

保護層５は、ＦＯＰ２、耐熱性樹脂層３及びシンチレータ４を湿気等から保護するためのものであり、これらを被覆するようにＣＶＤ（化学的蒸着）法によって形成されている。保護層５としては、ポリパラキシリレン等の有機膜や無機膜が用いられている。

ここで、本実施形態の耐熱性樹脂層３は、シリコーン樹脂により形成されている。換言すると、耐熱性樹脂層３は、シリコーン樹脂を主成分とするシリコーン系樹脂層とされている。また、耐熱性樹脂層３は、樹脂を塗布後、常温を含む熱、あるいは光照射により硬化することで形成される。また、この樹脂は、段階的な硬化工程を経て完全硬化に至るステップキュア樹脂でもよい。

また、耐熱性樹脂層３の少なくとも表面３ａの表面エネルギは、好ましいとして、２０［ｍＮ／ｍ］以上３５［ｍＮ／ｍ］未満とされており、より好ましいとして、２４．８［ｍＮ／ｍ］以上３２．７［ｍＮ／ｍ］未満とされている。なお、一般的なシリコーン樹脂の表面エネルギは２０［ｍＮ／ｍ］程度となっている。

本実施形態の表面エネルギは、試験液の接触角を室温で測定し、拡張Ｆｏｗｋｅｓ式を用いた固体表面張力の成分分解（３成分）を行なうことで計測している。具体的には、試験液の滴下箇所を替えて接触角を５回測定して平均化し、これに拡張Ｆｏｗｋｅｓ式を用いて分散成分、極性成分及び水素結合成分を算出する。そして、これら各成分の和を表面エネルギとして求めている。接触角測定としては、例えば静滴法が用いられ、計測対象の表面上に滴下した液滴を水平方向からＣＣＤカメラで撮影し、その液滴画像の画像処理を行うことで測定されている。試験液としては複数種類の液体（ここでは、水、ホルムアミド、ジヨードメタン、エチレングリコールの４種類）が用いられている。

なお、この耐熱性樹脂層３は、本実施形態のようにシリコーン樹脂で形成されたものに限定されず、他の耐熱性樹脂で形成された耐熱性樹脂層としてもよい。

以上のように構成されたシンチレータパネル１０では、シンチレータ４におけるＦＯＰ２の表面２ａ側（図示上側、光入力面側）から放射線Ｒ（放射線像）が入射される（すなわちシンチレータ４の先端側から放射線Ｒが入射する）。この放射線Ｒは、保護層５を透過してシンチレータ４に入射されて吸収され、放射線Ｒの光量に比例した所定波長のシンチレーション光（可視光像）に変換される。そして、変換されたシンチレーション光は、耐熱性樹脂層３を透過してＦＯＰ２に到達し、このＦＯＰ２は可視光像をＦＯＰ２の光出力面に伝達する。

ここで、このようなシンチレータパネル１０は、例えば次に例示する方法によって製造することができる。すなわち、まず、ＦＯＰ２を洗浄水で洗浄した後、ＦＯＰ２の表面２ａに耐熱性樹脂層３を塗布し、耐熱性樹脂層３を熱硬化させる。

また、ここでの耐熱性樹脂層３は、上述したようにステップキュア樹脂であり、Ｂステージが好適である。
［Ａステージ］耐熱性樹脂層３の塗布直後（焼成なし）
［Ｂステージ］耐熱性樹脂層３の塗布後に焼成し、硬化反応の途中段階
［Ｃステージ］耐熱性樹脂層３の塗布後に完全効果させた段階

続いて、ＦＯＰ２を例えば１００℃で加熱した後、斜方蒸着によってＣｓＩを耐熱性樹脂層３の表面３ａに成膜してシンチレータ４を形成する。そしてその後、ＦＯＰ２と耐熱性樹脂層３とシンチレータ４とを覆うように保護層５を形成する。これにより、シンチレータパネル１を得ることができる。

図２は、シンチレータの根元部を示す拡大図である。図２（ａ）が本実施形態のシンチレータパネルにおけるシンチレータの根元部を示す拡大図であり、図２（ｂ）が従来のシンチレータパネルにおけるシンチレータの根元部を示す拡大図である。この従来のシンチレータパネル（以下、「従来品」ともいう）は、ＦＯＰ２とシンチレータ４との間に耐熱性樹脂層３を形成せずにシンチレータ４をＦＯＰ２の表面２ａに蒸着形成したものである（以下、同じ）。

図２（ｂ）に示すように、従来品では、蒸着形成されたシンチレータ４においてＦＯＰ２側の端部４ｘ（つまり、蒸着開始側の根元部４ｘ）で結晶性が特に悪化し、例えば、結晶形状（柱形状）が崩れて塊状となると共に、結晶形状にバラツキが多く生じている。そのため、従来品では、根元部４ｘでシンチレーション光の通過性悪化及び散乱が生じてしまうことが懸念される。なお、根元部４ｘは、ＦＯＰ２の表面２ａから３０μｍ程度までの結晶部分を意図している（以下の根元部４ｘについて同様である）。

この点、図２（ａ）に示すように、本実施形態では、シンチレータ４の根元部４ｘの結晶性が改善されて良好なものとなっている。具体的には、根元部４ｘの柱状結晶では、その柱形状が維持されて綺麗に真っ直ぐ延びている共に、柱状結晶のバラツキが少なくなっている。換言すると、シンチレータ４において根元部４ｘ（ＦＯＰ２側）の柱状結晶は、先端側（ＦＯＰ２と反対側）の柱状結晶と略等しい柱形状を呈している。これにより、発光（出力）の抜け方が大きく改善されて光出力が向上されると共に、シンチレーション光の散乱が抑えられ、解像度が向上されることとなる。

これは、耐熱性樹脂層３にシンチレータ４を蒸着形成すると、シンチレータ４が好適に蒸着されるためである。なぜならば、耐熱性樹脂層３では、その表面３ａの表面エネルギが低くなる（撥水性が付加される）ことから、ＣｓＩの蒸気流（気体）が付着する際、ＣｓＩ微粒子が収縮しやすくなり、蒸着初期から柱状結晶が形成され易くなることによると考えられる。

ちなみに、上述したように、本実施形態では、シンチレータパネル１を製造する際、ＦＯＰ２を加熱していることから、シンチレータ４の根元部４ｘの柱状結晶が太くなっている。

図３は、耐熱性樹脂層の表面エネルギとシンチレータの結晶性との相関を示す実験結果である。図中において、「○」は根元部４ｘの結晶性が良好であることを意味し、「×」は根元部４ｘの結晶性が悪化していることを意味する。また、試料Ａ，Ｂは、耐熱性樹脂層３がシリコーン樹脂で形成されたシンチレータパネルであり、耐熱性樹脂層３の硬化条件が、試料ＡでＡステージとされ、試料ＢでＣステージとされている。試料Ｄは、耐熱性樹脂層３がポリパラキシレンで形成されたシンチレータパネルである。

図３に示すように、表面３ａの表面エネルギが３２．７［ｍＮ／ｍ］の試料Ａと、表面３ａの表面エネルギが２４．８［ｍＮ／ｍ］の試料Ｂとでは、根元部４ｘの結晶性が良好となっている。一方、表面３ａの表面エネルギが４１．８［ｍＮ／ｍ］の試料Ｄでは、根元部４ｘの結晶性が悪化してしまうことがわかる。

よって、本実施形態では、上述したように、耐熱性樹脂層３の表面３ａの表面エネルギが、２０［ｍＮ／ｍ］以上３５［ｍＮ／ｍ］未満とされており、より好ましいとして、２４．８［ｍＮ／ｍ］以上３２．７［ｍＮ／ｍ］未満とされている。従って、本実施形態によれば、根元部４ｘの結晶性を良好にし、かかる根元部４ｘでのシンチレーション光の通過性悪化及び散乱を抑制することができ、シンチレータパネルの光出力及び解像度を向上させることが可能となる。

図４は、耐熱樹脂層の硬化条件とシンチレータの結晶性との相関を示すシンチレータの拡大図である。図中の耐熱性樹脂層３はシリコーン樹脂で形成されており、その硬化条件は、図４（ａ）ではＡステージ、図４（ｂ）ではＢステージ、図４（ｃ）ではＣステージとされている。

図４に示すように、硬化条件がＡ〜Ｃステージでの根元部４ｘそれぞれにおいて、結晶性が改善していることがわかる。特に、Ｂ，Ｃステージの根元部４ｘの柱状結晶（図４（ｂ），（ｃ））は、Ａステージの根元部４ｘの柱結晶（図４（ａ））よりも、柱形状が維持され長い一本のままの状態となり易い。また、Ｂステージの根元部４ｘは、Ｃステージの根元部４ｘよりも結晶性がより改善している。

よって、本実施形態では、上述したように、耐熱性樹脂層３の硬化条件が、好ましいとしてＡ〜Ｃステージの何れかとされ、一層好ましいとしてＢステージ又はＣステージとされ、より一層好ましいとしてＢステージとされており、これにより、根元部４ｘでのシンチレーション光の通過性悪化及び散乱を抑制し、シンチレータパネル１の光出力及び解像度を向上させることが可能となる。

図５，６は、シンチレータパネルの光出力及び解像度の傾向を示す図表，グラフである。図中において、横軸は解像度の相対値を示し、ＣＦＴチャートを用いて１０［Ｌｐ／ｍｍ］を測定している。また、縦軸は光出力の相対値を示している。放射線Ｒの照射条件は、管電圧３０ｋＶ，管電流１．５ｍＡとしている。

図５，６に示す結果により、光出力及び解像度を向上させるという上記作用効果を確認することができる。また、図５に示すように、本実施形態では、従来品と比べて、光出力及び解像度の双方において１０％以上の向上が見られる。また、図６に示すように、グラフ上では本実施形態のデータが従来品のデータの右上に位置するような結果となり、このことから、光出力及び解像度の両方がともに向上することがわかる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係るシンチレータパネルは、実施形態に係る上記シンチレータパネル１に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、硬化条件は、上述したＡ〜Ｃステージに限定されるものではなく、シンチレータ４の根元部４ｘの結晶性を良好なものにできれば、様々な硬化条件を採用してもよい。また、上記において「略等しい柱形状」とは、互いにほとんど同じ柱形状、同じような（同様な）柱形状、近似する柱形状等を含む広義のものを意味している。

なお、上記実施形態の耐熱性樹脂層３は、例えば以下に例示するように、シンチレータ４の根元部４ｘの柱状結晶が柱形状となるように構成されている場合もある。これは、根元部４ｘの柱状結晶の結晶性が、耐熱性樹脂層３の弾性、熱膨張率、収縮性、表面状態及び格子定数の少なくとも１つと相関関係を有すると考えられるためである。

すなわち、耐熱性樹脂層３の弾性が所定弾性域とされ、及び／又は、熱膨張率が所定弾性域とされることで、根元部４ｘの柱状結晶が柱形状となるように構成されている場合もある。また、耐熱性樹脂層３の収縮性が所定収縮性を有することで、根元部４ｘの柱状結晶が柱形状となるように構成されている場合もある。また、耐熱性樹脂層３の表面状態が適宜設定されることで、根元部４ｘの柱状結晶が柱形状となるように構成されている場合もある。さらにまた、耐熱性樹脂層３の格子定数が適宜マッチングされることで、根元部４ｘの柱状結晶が柱形状となるように構成されている場合もある。

また、表面エネルギは、樹脂の種類や硬化方法で調整する他に、紫外線や電子線を照射することにより調整してもよい。また、上記実施形態では、シンチレータ４としてＣｓＩ（Ｔｌ）が用いているが、これに限定されず、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＬｉＩ（Ｅｕ）、ＫＩ（Ｔｌ）等を用いてもよい。また、上記説明では、放射線像変換パネルとして、蛍光体にシンチレータを用いたシンチレータパネルで説明したが、ＣｓＢｒ（Ｅｕ）等の柱状結晶からなる輝尽性蛍光体を用いた放射線像変換パネルにも適用できる。

１…シンチレータパネル（放射線像変換パネル）、２…ファイバオプティクプレート、２ａ…ファイバオプティクプレートの表面（主面）、３…耐熱性樹脂層、３ａ…耐熱性樹脂層の表面（主面）、４…シンチレータ（蛍光体）。

Claims (6)

1. 複数の光ファイバが束ねられて構成されたファイバオプティクプレートと、柱状結晶からなる蛍光体と、を具備する放射線像変換パネルであって、
   前記ファイバオプティクプレートの主面上に形成され、前記蛍光体から出力される出力光に対して透明な耐熱性樹脂層を備え、
   前記蛍光体は、前記耐熱性樹脂層において前記ファイバオプティクプレートと反対側の主面に蒸着形成されていることを特徴とする放射線像変換パネル。
2. 前記耐熱性樹脂層は、シリコーン樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１記載の放射線像変換パネル。
3. 前記耐熱性樹脂層は、段階的な硬化工程を経るステップキュア樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の放射線像変換パネル。
4. 前記耐熱性樹脂層の硬化条件は、前記蛍光体の結晶性に応じて設定されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の放射線像変換パネル。
5. 複数の光ファイバが束ねられて構成されたファイバオプティクプレートと、
   前記ファイバオプティクプレートの主面上に形成された耐熱性樹脂層と、
   前記耐熱性樹脂層において前記ファイバオプティクプレートと反対側の主面に蒸着形成され、柱状結晶からなる蛍光体と、を備え、
   前記蛍光体は、その前記ファイバオプティクプレート側の柱状結晶が柱形状となるように構成されていることを特徴とする放射線像変換パネル。
6. 複数の光ファイバが束ねられて構成されたファイバオプティクプレートと、
   前記ファイバオプティクプレートの主面上に形成された耐熱性樹脂層と、
   前記耐熱性樹脂層において前記ファイバオプティクプレートと反対側の主面に蒸着形成され、柱状結晶からなる蛍光体と、を備え、
   前記蛍光体において前記ファイバオプティクプレート側の柱状結晶は、その反対側の柱状結晶と略等しい柱形状を呈していることを特徴とする放射線像変換パネル。

Images