JP2011257339A - 放射線画像検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受光素子で十分な光量を得るとともに製造コストを低減することが可能な放射線画像検出装置を得る。
【解決手段】隔壁部材により所定のピッチｄ１で複数の区画に分割され、前記区画にシンチレータが配置されているシンチレータ層と、
前記区画に対応して複数の受光素子を所定の画素ピッチｄ２で基板上に配置されている受光素子層と、を有し、
前記ピッチｄ１と前記画素ピッチｄ２とが、
ｄ１＝ｄ２×ｍ（但し、ｍは２以上の整数）
の関係式を満たすことを特徴とする放射線画像検出装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、医療用や工業用の放射線画像撮影等に用いられる放射線画像検出装置に関する。

従来、Ｘ線画像のような放射線画像撮影装置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−Ｘ線フィルムによる放射線画像撮影装置は、長い歴史の中で高感度化と高画質化が図られた結果、世界中の医療現場で用いられている。

近年では、フラットパネル型放射線ディテクタ（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）等に代表されるデジタル方式の放射線画像検出装置も登場しており、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行い、画像情報を直ちに電送することが可能となっている。

放射線画像検出装置は、放射線を蛍光に変換する、所謂「シンチレータパネル」を有している。シンチレータパネルは被写体を通過した放射線を受けて、その放射線量に対応した強度で蛍光体（シンチレータ）による蛍光を瞬時に発光するものであり、基板上に蛍光体層を備えた構成を有する。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、厚みが厚くなるほど蛍光体層の内部での散乱光が発生し、鮮鋭性が低下する。

診断性の向上を図るためには、鮮鋭性の高い画像を得ることが好ましい。これまで蛍光体粒子を塗布した塗布型のシンチレータパネルや柱状の蛍光体結晶を基板上で蒸着させた蒸着型シンチレータパネルが存在したが、いずれにおいても蛍光体層の内部で生じる散乱光により十分な鮮鋭性が得られていない。

このような問題に対して特許文献１では基板上に凹凸をつけてその上に柱状結晶を形成することで柱状結晶間に空間を設け、鮮鋭性の向上を図っているがその効果は十分ではない。

また特許文献２では、受光部に対応して隔壁構造体を形成してその隔壁間に蛍光体層を形成することで光の横方向への光の広がりを抑え鮮鋭性の向上を図っている。

特開平５−９３７８０号公報 特開平５−１８８１４８号公報

しかし、特許文献２のように受光部の画素それぞれに対応して隔壁構造体を形成した場合には、隔壁構造体は画素のピッチに合わせた微細構造となり、このよう隔壁構造体の隙間に蛍光体を充填することは非常に難しく、また製造コストが高くなる。また隔壁構造体により蛍光体の充填率が低下しそのために受光素子での受光する光量が低下するという問題が生じる。

本願発明はこのような問題に鑑み、受光素子で十分な光量を得るとともに製造コストを低減することが可能な放射線画像検出装置を得ることを目的とする。

上記の目的は、下記に記載する発明により達成される。

１．隔壁部材により所定のピッチｄ１で複数の区画に分割され、前記区画にシンチレータが配置されているシンチレータ層と、
前記区画に対応して複数の受光素子が所定の画素ピッチｄ２で基板上に配置されている受光素子層と、を有し、
前記ピッチｄ１と前記画素ピッチｄ２とが、
ｄ１＝ｄ２×ｍ（但し、ｍは２以上の整数）
の関係式を満たすことを特徴とする放射線画像検出装置。

２．前記ｍは２又は、３であることを特徴とする前記１に記載の放射線画像検出装置。

３．前記シンチレータ層は、ｘ方向とこれに直交するｙ方向の両方向で同一の前記ピッチｄ１で格子状の区画に分割されており、
前記受光素子層は、前記区画の前記ｘ方向、前記ｙ方向に対応して同一の前記画素ピッチｄ２で受光素子が配置されていることを特徴とする前記１又は２に記載の放射線画像検出装置。

本願発明によれば、隔壁部材により複数の区画に分割されたシンチレータを用い、区画のピッチｄ１と受光素子の画素ピッチｄ２とが、ｄ１＝ｄ２×ｍ（但し、ｍは２以上の整数）の関係式を満たすように構成されている放射線画像検出装置を用いることにより、受光素子で十分な光量を得るとともに製造コストを低減することが可能となる。

本実施形態に係る放射線画像検出装置１の断面図である。 図１の拡大断面図である。 シンチレータ層１２１の上断面図である。 受光素子層１３の上断面図である。 比較例として従来の放射線画像検出装置の拡大断面図である。 変形例に係る放射線画像検出装置１の拡大断面図である。 シンチレータ層１２１の上断面図である。

本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。

図１は、本実施形態に係る放射線画像検出装置１の断面図である。放射線画像検出装置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素子１３ｓ（図２参照）が２次元状に配置された受光素子層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、シンチレータ層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、受光素子層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。

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層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。

保護フィルム１２５は、シンチレータ層１２１を防湿しシンチレータ層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。

受光素子層１３は、２次元状に配置された複数の受光素子１３ｓ（図２参照）を備えている。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１３ｓ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層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。

図２は、シンチレータ層１２１と受光素子層１３を示す断面図である。シンチレータ層１２１は、シンチレータ１２１ｓと隔壁部材１２１ｗから構成される。同図に示すように放射線画像形成装置１においては、受光素子層１３を構成する受光素子１３ｓとシンチレータ１２１ｓが形成された面が相対して向き合っており、シンチレータパネル１２側からの放射線７（図１参照）をシンチレータ１２１ｓが可視光に変換し、変換した可視光を受光素子１３ｓで検出する。シンチレータ１２１ｓは隔壁部材１２１ｗにより複数の区画に仕切られている。そして隔壁部材１２１ｗは可視光を反射するあるいは吸収するように構成されている。このような構成としているのでシンチレータ内で発生した可視光が横方向に広がって隣接する受光素子１３ｓで検出されることを防ぐことができる。これにより鮮鋭性が向上する。

［シンチレータ］
本発明に適用可能なシンチレータ１２１ｓの材料としては、公知のいかなるものでも構わないが、シンチレータ１２１ｓへの要求特性に合わせて任意に選択できる。具体的には、ＣｓＩ、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ、Ｌｕ_２Ｏ_２Ｓ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ、ＬａＣｌ_３、ＬａＢｒ_３、ＬａＩ_３、ＣｅＢｒ_３、ＣｅＩ_３、ＬｕＳｉＯ_５、Ｂａ（Ｂｒ、Ｆ、Ｉ）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

本発明に適用可能な賦活剤原料としては、公知のいかなるものでも構わないが、発光波長等の要求特性に合わせて任意に選択できる。具体的には、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｌｉ、Ｋ、Ｒｂ、Ｎａ、Ｅｕ、Ｃｕ、Ｃｅ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｐｒ等の化合物が挙げられる。特にＣｓＩ：ＴｌやＬａＢｒ_３：Ｃｅ、ＣｅＢｒ_３、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅ、ＦがＸ線吸収と発光輝度の観点から好適に用いることができる。

シンチレータ１２１ｓの作製には既存のいかなる方法を用いても構わない。蒸着法や引き上げ法などにより単結晶としたり、粉末を加圧や焼結により隙間を減らしたり、粉末の間にシンチレータ１２１ｓに近い屈折率を持つ材料を充填することで、透明性を高めることができる。特に、発光輝度向上のために、シンチレータ１２１ｓの可視光（３６０〜８３０ｎｍの波長範囲内の光）平均透過率が８０％以上であることが好ましい態様である。また、シンチレータ層１２１の厚さは、感度等の観点から、１００〜３０００μｍの範囲が好ましい。

隔壁部材１２１ｗの基板材料としては、ガラス基板、カーボン基板、ガラスペースト基板、石膏基板などを用いることができる。

隔壁構造を備えるシンチレータ層１２１の作成方法としては、以下の方法から選択できる。先に隔壁構造の隔壁部材１２１ｗを形成してその後に、各隔壁部材の隙間にシンチレータ１２１ｓを充填してもよく、先にシンチレータ１２１ｓの層を形成し、その後に溝を形成して隔壁部材１２１ｗを埋め込んでもよい。

前者の方法による隔壁構造の形成方法としては転写法、サンドブラスト法、レーザ加工法、マシニング加工法、フォトレジスト法、ケミカルエッチング法、ＬＩＧＡ法等がある。隔壁構造の隙間へのシンチレータ１２１ｓの形成方法としては、粉末充填法、溶融充填法、蒸着法、厚密法などが挙げられる。

後者の方法におけるシンチレータ１２１ｓへの溝の形成方法としては、転写法、サンドブラスト法、マシニング加工法、フォトレジスト法、ケミカルエッチング法、ＬＩＧＡ法、そーワイヤー法、ダイシング法などが挙げられる。

［シンチレータ及び受光素子のピッチ］
図３は、シンチレータ層１２１の上断面図であり、図２のＡ−Ａ断面図に相当する。図４は受光素子層１３の上断面図であり、図２のＢ−Ｂ断面図に相当する。

図３に示すようにシンチレータ層１２１は、格子状の隔壁部材１２１ｗにより複数の区画に分割されている。それぞれの区画には、シンチレータ１２１ｓが配置（若しくは充填）されている。各区画はｘ方向、及びこれと直交するｙ方向ともに所定ピッチｄ１で配置されている。ここでピッチｄ１とは隣接する関係にあるシンチレータ１２１ｓ同士の中心間の距離のことである。なおピッチｄ１の値としてシンチレータ層１２１の全領域における所定方向での平均距離の値を用いてもよい。

図４に示すように受光素子層１３は、２次元配置した複数の受光素子１３ｓにより構成されている。各受光素子１３ｓはｘ方向、ｙ方向ともに所定の画素ピッチｄ２で基板上に配置されている。

本実施形態においては、画素ピッチｄ２に応じて、ピッチｄ１を以下の関係式（１）を満たすように設定している。
ｄ１＝ｄ２×ｍ（但し、ｍは２以上の整数） （１）
そして図２から図４に示す本実施形態においては、ｘ方向、ｙ方向ともにｍを２に設定しており、画素ピッチｄ２に対してピッチｄ１を２倍に設定している。また図２に示すようにシンチレータ層１２１と受光素子層１３との位相を合わせている。位相合わせはシンチレータ層１２１の下面と受光素子層１３とを貼り合わせる際に、ＣＣＤカメラで拡大して受光素子１３ｓの各々にシンチレータ１２１ｓが対応するように位置あわせを行った後、端部を接着して固定さることにより行う。

図２から図４に示す例においては、１個（１区画）のシンチレータ１２１ｓに対してｘ方向、ｙ方向それぞれ２個ずつの合計４個の受光素子１３ｓが対応することになる。なお図２から図４に示す実施形態においてはｘ方向、ｙ方向ともにｍの値が２の例を示したが、これに限られず、ｘ方向のｍが２で、ｙ方向のｍが３の様に、ｍの値を方向により異ならせるようにしてもよい。

図５は、比較例として従来の放射線画像検出装置の拡大断面図である。従来の放射線画像検出装置においては、シンチレータ１２１ｓと受光素子１３ｓは一体一に対応しており、両者のピッチは同一である。

照射された放射線７によりシンチレータ１２１ｓが発光し、その発光が隔壁部材１２１ｗに囲まれたシンチレータ１２１ｓ内を反射しながら受光素子１３ｓに入射していく。同図に示す比較例では、実施例（図２〜図４参照）に比較して、隣接する隔壁部材１２１ｗの壁同士が近く反射回数が多くなり、それにより受光素子１３ｓに入射する光量が少なくなる。またシンチレータ層１２１において隔壁部材１２１ｗが占める割合が多くなりその分、シンチレータ１２１ｓの充填率が減少することになり、発光する光量の減少に伴い受光素子１３ｓへ入射する光量が減少することになる。また、鮮鋭性に関しては比較例と実施例においてはほぼ同等であり実用的には問題ない。

［変形例］
図６、図７に基づいて変形例に係る放射線画像検出装置１について説明する。図６は、変形例に係る放射線画像検出装置１の拡大断面図である。図７はシンチレータ層１２１の上断面図であり、図６のＣ−Ｃ断面図に相当する。なお、受光素子層１３の構成は図４と同じである。

同図に示す変形例においては、関係式（１）においてｍが３の例であり、画素ピッチｄ２に対してピッチｄ１を３倍に設定している。

図６、図７に示す実施形態においても、比較例と比較して、受光素子１３ｓへ入射する光量が多くすることができる。また、鮮鋭性に関しては比較例と実施例においてはほぼ同等であり実用的には問題ない。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、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試料１から６の６種類のシンチレータ層１２１を形成し、それぞれのシンチレータ層１２１を用いて放射線画像検出装置１を作製した。

（受光素子層１３）
受光素子層１３としては、ＣＭＯＳフラットパネル（ラドアイコン社製Ｘ線ＣＭＯＳカメラシステムＳｈａｄｏｗ＿Ｂｏｘ ４ＫＥＶ）を使用した。画素ピッチｄ２は４８μｍである。受光素子層１３は、試料１から６で共通である。

（試料１）
１００ｍｍ□のカーボン基板を用いて、サンドブラスト法の処理によりピッチｄ１が４８μｍとなる隔壁部材１２１ｗを形成した。形成後、めっきにより銀反射層を隔壁部材１２１ｗの表面に形成し、その後、銀反射膜の保護層としてその表面に透明アクリル膜を約２μｍの厚みで形成した。その後、平均粒径２μｍのＣｓＩ：ＴｌＩ蛍光体粉末を隔壁部材１２１ｗの隙間に高圧充填してシンチレータ層１２１を形成した。また最後に表面を研磨処理した。そして形成したシンチレータ層１２１を用いてシンチレータパネル１２を作成し、これを図５に示すように位置合わせしてシンチレータ層１２１と受光素子層１３とを貼り合わせ放射線画像検出装置１を作製した。

（試料２）
試料１と同様のカーボン基板を用いてピッチｄ１が９６μｍの隔壁部材１２１ｗを形成した。その他は、試料１と同様の処理を行ってシンチレータ層１２１を作製し、これを図２に示すように位置合わせしてシンチレータ層１２１と受光素子層１３とを貼り合わせて放射線画像検出装置１を作製した。

（試料３）
試料１と同様のカーボン基板を用いてピッチｄ１が１４４μｍの隔壁部材１２１ｗを形成した。その他は、試料１と同様の処理を行ってシンチレータ層１２１並びにこれを用いた放射線画像検出装置１を作製した。

（試料４）
試料１と同様のカーボン基板を用いてピッチｄ１が１９２μｍの隔壁部材１２１ｗを形成した。その他は、試料１と同様の処理を行ってシンチレータ層１２１並びにこれを用いた放射線画像検出装置１を作製した。

（試料５）
試料１と同様のカーボン基板を用いてピッチｄ１が２４０μｍの隔壁部材１２１ｗを形成した。その他は、試料１と同様の処理を行ってシンチレータ層１２１並びにこれを用いた放射線画像検出装置１を作製した。

（試料６）
試料１と同様のカーボン基板を用いてピッチｄ１が１２０μｍの隔壁部材１２１ｗを形成した。その他は、試料１と同様の処理を行ってシンチレータ層１２１並びにこれを用いた放射線画像検出装置１を作製した。なおシンチレータ層１２１と受光素子層１３との位置合わせの際には、２４０μｍ毎にシンチレータ１２１ｓと受光素子１３ｓとの位置が対応するように位置合わせを行った。

（発光輝度の測定）
上記鮮鋭性の測定の際に得られた画像データの中で、ＭＴＦチャートの鉛で遮蔽されていない部分の輝度を測定した。５０箇所の平均値を輝度値として用い、試料１の輝度値を基準（１００％）として相対値を相対輝度として表１に示した。

（モアレの評価）
モアレ評価用の画像データをディスプレイに表示させ、表示画像に対して目視による官能評価を行った。モアレが顕在化しなかった場合を○、モアレが顕在化した場合に×と評価した。評価結果を表１に示した。

（鮮鋭性の評価）
鉛製のＭＴＦチャートを通して管電圧８０ｋＶｐのＸ線を各実施例の放射線画像検出装置１の裏面（図１の矢印７方向）から照射し、画像データを受光素子１２１ｓで検出して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パソコン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））を算出した。ＭＴＦチャートは空間周波数１ｃｙｃｌｅ／ｍｍ及び５ｃｙｃｌｅ／ｍｍの２種類のものを用いた。ＭＴＦは５０回測定し、その平均値を算出結果として用いた。結果を表１に示す。なお、表１中の結果において、ＭＴＦ（％）が高いほど解像力に優れている。

表１から明らかなように、比較例の試料１に比べて、実施例の試料２から５では、相対輝度が高いことが分かる。また試料１では、蛍光体粉末を隔壁部材の隙間に充填するのに時間がかかる若しくは歩留まりが悪くなるので製造コストが向上する。そのため表１に示すように試料１に関しては製造コストの評価を×としている。試料２から６では試料１よりも製造コストが低いために製造コストの評価を○としている。

また試料６では、モアレが発生している。これはｍが整数でないために、周期的に受光素子１３ｓとシンチレータ１２１ｓとの位置が一致しない場合が生じ、相対的な位置関係の違いにより受光素子１３ｓで受ける光量が異なり周期的な輝度ムラが生じるためである。

なお、試料２、３、４、５の順でｍの値が大きくなり、それに伴い１区画のサイズが大きくなる。これに対応してＭＴＦの値は低下してくる。このことからｍとして好ましい値は２又は３であり、より好ましくは２である。ｍが２又は３であれば試料１と同等で実用的には問題ないレベルの鮮鋭性を確保することができる。

１ 放射線画像検出装置
１２ シンチレータパネル
１２１ シンチレータ層
１２１ｓ シンチレータ
１２１ｗ 隔壁部材
１２２ 基板
１２３ クッション層
１２５ 保護フィルム
１３ 受光素子層
１３ｓ 受光素子

Claims (3)

1. 隔壁部材により所定のピッチｄ１で複数の区画に分割され、前記区画にシンチレータが配置されているシンチレータ層と、
   前記区画に対応して複数の受光素子が所定の画素ピッチｄ２で基板上に配置されている受光素子層と、を有し、
   前記ピッチｄ１と前記画素ピッチｄ２とが、
   ｄ１＝ｄ２×ｍ（但し、ｍは２以上の整数）
   の関係式を満たすことを特徴とする放射線画像検出装置。
2. 前記ｍは２又は、３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装置。
3. 前記シンチレータ層は、ｘ方向とこれに直交するｙ方向の両方向で同一の前記ピッチｄ１で格子状の区画に分割されており、
   前記受光素子層は、前記区画の前記ｘ方向、前記ｙ方向に対応して同一の前記画素ピッチｄ２で受光素子が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線画像検出装置。

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