JP2012132987A - 電子カセッテ - Google Patents

Abstract

【課題】制御回路等を設置するための剛性板を削減することにより、電子カセッテを薄型化すると同時に、シンチレータの反りを防止した電子カセッテを提供する。
【解決手段】支持体４８と、支持体４８上に形成された蛍光体４７とを有し、照射されたＸ線を蛍光体４７によって光に変換するシンチレータ４１と、シンチレータ４１から放射された光を電気信号に変換する光電変換手段であり、Ｘ線の放射方向においてシンチレータ４１の前方に配置されるとともに、光電変換を行うフォトダイオード等が設けられた光検出面を前記シンチレータに向けて配設されるＴＦＴ基板４２と、ＴＦＴ基板４２が出力する電気信号を処理する信号処理手段であり、蛍光体４２が設けられた表面に対向する支持体４８の背面に配設される回路基板３６〜３９と、を備えることを特徴とする電子カセッテ。
【選択図】図５

Description

本発明は、シンチレータに対して放射線の入射側に光検出素子を配置して放射線を検出する方式の放射線検出パネルを用いて放射線画像を取得する電子カセッテに関するものである。

放射線撮影の分野においては、放射線検出パネルとして、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）アクティブマトリクス基板（以下、ＴＦＴ基板という）上にＸ線感応層（シンチレータ）を配置し、入射したＸ線をデジタルデータに変換する平面検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）が実用化されている。また、被検者を透過して照射されたＸ線により表されるＸ線画像をＦＰＤを用いて生成するとともに、生成したＸ線画像を記憶する可搬型のＸ線（放射線）画像検出装置（以下、「電子カセッテ」という）が実用化されている。

ＦＰＤとしては、シンチレータやＴＦＴ基板の配置順序によって、ＰＳＳ（Penetration Side Sampling）方式のＦＰＤと、ＩＳＳ（Irradiation Side Sampling）方式のＦＰＤが知られている。ＰＳＳ方式は、Ｘ線の入射側から、シンチレータ、ＴＦＴ基板の順に配置する方式であり、Ｘ線の入射によりシンチレータで発生する光を、シンチレータの背面（Ｘ線の入射するメントは反対側の面）側で検出する。一方、ＩＳＳ方式は、Ｘ線の入射側から、ＴＦＴ基板、シンチレータの順に配置する方式であり、Ｘ線入射によりシンチレータで発生する光を、シンチレータの前面（Ｘ線が入射する側の面）側から検出する。シンチレータの膜厚方向の発光量はＸ線の入射側で大きく、出射側で小さいことから、ＩＳＳ方式は高解像度化に有利であることが知られている。

上述のようにシンチレータを用いることによりＸ線を光に変換してから検出する間接変換型のＦＰＤは、ＰＳＳ方式，ＩＳＳ方式のどちらであっても、シンチレータで発生した光をＴＦＴ基板で光電変換することにより、信号電荷に変換する。信号電荷の読み出し等を行う制御回路等は、Ｘ線からの遮蔽や電子カセッテの小型化のために、ＴＦＴ基板とは別に設けられており、ＴＦＴ基板とフレキシブルプリント基板（以下、フレキシブル基板という）を介して接続される。制御回路等は、シンチレータを形成する基板とは別の剛性板上に設けられ、ＴＦＴ基板やシンチレータの背面に配置される（特許文献１）。

上記放射線検出パネルに関連し、特許文献２には、従来のＩＳＳ方式のＦＰＤにおいて、シンチレータの支持体をＸ線の遮蔽性を有する材料で形成することにより、制御回路等をＸ線から遮蔽する構成が開示されている。特許文献３には、ＴＦＴ基板が制御回路等の熱による影響を受けるのを防止するため、ＦＰＤと制御回路等との間に断熱材料を用いる構成が開示されている。また、特許文献４は、ＰＳＳ方式のＦＰＤに関するものであるが、シンチレータの支持体に反射膜を設け、シンチレータが発生した光をＴＦＴ基板に向けて反射するようにした構成が開示されている。

特開２０１０−１０１８０５号公報 特開２００１−３３０６７７号公報 特開２０１０−２３７５４３号公報 特開２００３−１７７１８０号公報

電子カセッテは、取り扱いを容易にしたり、可搬性を向上させるために、小型・薄型・軽量化することが求められている。しかし、特許文献１等に記載されているように、制御回路等を設置する剛性板を、ＴＦＴ基板やシンチレータとは別に設けると、この制御回路等を設置する剛性板の分だけ電子カセッテが厚く重くなり、薄型・軽量化の妨げになっていた。

また、従来の放射線検出パネルには、例えばアルミニウムからなる支持板上にヨウ化セシウム（ＣｓＩ）を蒸着したシンチレータを、ガラス製のＴＦＴ基板に貼り付けたものがある。しかし、アルミニウムとガラスとは熱膨張率が異なるため、ＴＦＴ基板の発熱により放射線検出パネルに反りが発生し、あるいはシンチレータがＴＦＴ基板から剥離することもあった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、電子カセッテを薄型化すると同時に、シンチレータの反りを防止した電子カセッテを提供することを目的とする。

本発明の電子カセッテは、支持体と、前記支持体上に形成された蛍光体とを有し、照射された放射線を前記蛍光体によって光に変換するシンチレータと、前記シンチレータから放射された光を電気信号に変換する光電変換手段であり、前記放射線の放射方向において前記シンチレータの前方に配置されるとともに、前記光電変換を行う光電変換素子が設けられた光検出面を前記シンチレータに向けて配設される光電変換手段と、前記光電変換手段が出力する前記電気信号を処理する信号処理手段であり、前記蛍光体が設けられた表面に対向する前記支持体の背面に配設される信号処理手段と、を備えることを特徴とする。

前記信号処理手段は回路基板に設けられ、前記回路基板は、取付手段を介して支持体に取り付けられていることが好ましい。

前記取付手段は導電性を有し、前記信号処理手段と前記支持体を電気的に接続することが好ましい。

前記信号処理手段は、当該信号処理手段を形成する回路素子を前記支持体の表面に取り付けることにより、前記支持体の表面に形成されていることが好ましい。

前記支持体は、断熱性を有することが好ましい。

前記支持体は、少なくとも前記信号処理手段との間に断熱材を有することが好ましい。

前記支持体は、ベークライト、樹脂材料、真空断熱シートのいずれかからなることが好ましい。

前記支持体は、前記放射線を遮蔽する材料からなることが好ましい。

前記支持体は、銅、鉛、タングステンのいずれかからなることが好ましい。

前記支持体と前記蛍光体の間に、前記放射線の照射によって前記蛍光体が発する光を反射する反射手段が設けられていることが好ましい。

前記反射手段は、前記支持体の表面に形成された反射膜であることが好ましい。

前記支持体は金属材料からなり、前記反射手段は、前記支持体の表面を鏡面に仕上げた反射面であることが好ましい。

本発明によれば、制御回路等を設置するための剛性板を削減することにより電子カセッテを薄型化すると同時に、シンチレータの反りを防止した電子カセッテを提供することができる。

Ｘ線撮影システムの構成を示す概略図である。 電子カセッテの分解斜視図である。 電子カセッテの断面図である。 支持体の表面に回路素子を直接配置した電子カセッテの断面図である。 支持体の表面に反射膜を形成した電子カセッテの断面図である。 支持体の表面に断熱材を形成した電子カセッテの断面図である。

図１に示すように、Ｘ線撮影システム１０は、Ｘ線発生器１１、臥位撮影台１２、電子カセッテ１３、コンソール１４、モニタ１５を備えている。電子カセッテ１３は、コンソール１４の制御に基づいて、Ｘ線発生器１１から被検者Ｈに照射されて透過したＸ線を検出し、Ｘ線画像を生成する。コンソール１４は、電子カセッテ１３から送信されたＸ線画像に各種画像処理を施し、モニタ１５に表示させる。トレイ２１は、電子カセッテ１３が着脱自在に取り付けられる取付部である。

Ｘ線撮影システム１０による撮影は、臥位撮影台１２に載せられている被検者Ｈに向けてＸ線発生器１１により上方からＸ線を照射し、そのＸ線が被検者Ｈを透過して得られるＸ線像を電子カセッテ１３で検出する。また、四肢や肘等の撮影では、臥位撮影台１２の上に電子カセッテ１３を載置して撮影することもある。

電子カセッテ１３は、ほぼ直方体形状をしており、例えば、半切サイズ（３８３．５ｍｍ×４５９．５ｍｍ）のフィルム用またはＩＰ用のカセッテと同様の国際規格ＩＳＯ４０９０：２００１に準拠した外形サイズを有している。電子カセッテ１３の外形サイズは、前述した半切サイズの他、四切サイズ、六切サイズ等があり、撮影部位に応じて適宜選択される。

図２及び図３に示すように、電子カセッテ１３は、筐体３１と、筐体３１に収容されるＸ線検出パネル３２、回路基板３６〜３９等からなる。

筐体３１は、前面部３１ａと背面部３１ｂとからなる中空の直方体形状に形成され、内部にＸ線検出パネル３２等、電子カセッテ１３の各部を収容する。筐体３１は、例えばステンレス等のＸ線の透過率が低い金属で形成されている。前面部３１ａは、Ｘ線を入射させる前面側からＸ線検出パネル３２を覆うとともに、カーボン板によって形成されるＸ線透過窓３３が設けられている。

Ｘ線検出パネル３２は、入射したＸ線を蛍光に変換するシンチレータ４１と、シンチレータ４１で発生した光を光電変換することにより、Ｘ線の入射線量に応じた信号電荷を蓄積するＴＦＴ基板４２とからなる。

シンチレータ４１は、Ｘ線を蛍光に変換する素子であり、蛍光体４７と支持体４８とを有する。蛍光体４７は、支持体４８上に蒸着や塗布によって形成され、例えばヨウ化セシウム（ＣｓＩ）やガドリウムオキシサルファイド（ＧＯＳ）等からなる。シンチレータ４１は、Ｘ線が入射されると、Ｘ線を吸収することにより、蛍光体によって入射線量に応じた発光量の蛍光を発光する。

支持体４８は、例えばアルミニウム板であり、その背面（背面部３１ｂ側の表面）には、他の剛性板等を介さずに、各回路基板３６〜３９が直接取り付けられている。

ＴＦＴ基板４２は、ガラス基板４３上に検出素子アレイ４４が形成された基板であり、Ｘ線が入射することによってシンチレータ４１で発生した光を検出して電荷に変換する。検出素子アレイ４４は、フォトダイオードとＴＦＴからなる検出素子をマトリクス状に配列して形成される。ＴＦＴ基板４２は、検出素子アレイ４４によって光を検出するので、検出素子アレイ４４が設けられた表面が光検出面である。

フォトダイオードは、蛍光に感応する光導電層を有し、シンチレータ４１から入射する光を光電変換することにより、入射光量に応じた信号電荷を発生する。フォトダイオードを形成する光導電層は、例えばアモルファスシリコン（ａ‐Ｓｉ）からなる。ＴＦＴは、信号電荷の蓄積と読み出しとを切り替えるスイッチング素子であり、各フォトダイオードにそれぞれ設けられている。

電子カセッテ１３は、ＩＳＳ方式のＦＰＤである。このため、Ｘ線検出パネル３２は、Ｘ線が入射される前面部３１ａ側からＴＦＴ基板４２、シンチレータ４１の順となるように配置される。このとき、検出素子アレイ４４が設けられたＴＦＴ基板４２の光検出面は、シンチレータ４１側に向けて配置される。シンチレータ４１は、蛍光体４７がＴＦＴ基板４２の光検出面に接着されている。ＴＦＴ基板４２の前面（前面部３１ａ側の表面）は前面部３１ａの内面に接着されている。シンチレータ４１の発光量はＸ線が入射する入射面となる前面で最も多くなるので、シンチレータ４１の前面とＴＦＴ基板４２の光検出面を対向させることで、Ｘ線検出パネル３２は高い検出効率が得られる。

回路基板３６は、検出素子アレイ４４のＴＦＴを駆動する駆動回路が形成された駆動用回路基板である。回路基板３７はＡ／Ｄ変換回路が形成されたＡ／Ｄ変換回路基板である。Ａ／Ｄ変換回路は、後述するＩＣチップが出力するアナログ信号をデジタル信号に変換する。

回路基板３８は、制御回路が形成された制御基板である。制御回路は、Ｘ線検出パネル３２の各部を制御するとともに、コンソール１４との通信を制御する。回路基板３９は、電源回路が形成された電源回路基板である。電源回路は、交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータや、直流電圧を各回路の動作に必要な電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータなどの回路素子からなり、各部に電力を供給する。

回路基板３６〜３９は、各回路が設けられた面と反対側の面に取り付けられた金属製のブラケット３６ａ〜３９ａにより、シンチレータ４１の支持体４８に取り付けられている。ブラケット３６ａ〜３９ａの支持体４８への取り付けは、例えば、溶接、かしめ、ネジ止め、両面テープや接着剤による接着等を用いることができる。回路基板３６〜３９は、、ブラケット３６ａ〜３９ａを介して支持体４８に取り付けることにより、支持体４８との間に空間が生じるので、回路基板３６〜３９の放熱性を確保することができる。

回路基板３６〜３９の支持体４８への取り付けでは、ブラケット３６ａ〜３９ａを介して両者の導電性を確保することが好ましい。これは、回路基板３９〜３９と支持体４８の導電性を確保することにより、各回路基板３６〜３９が接地されるので、各回路基板３６〜３９が帯電によって誤動作したり、故障したりすることを防止することができるからである。そのため、回路基板３６〜３９を両面テープや接着剤によって支持体４８に取り付ける場合には、導電性を有する両面テープや、銀ペーストによる接着等を用いるのが好ましい。

駆動用回路基板３６とＡ／Ｄ変換回路基板３７は、それぞれフレキシブル基板４６によってＸ線検出パネル３２（ＴＦＴ基板４２）と接続される。フレキシブル基板４６には、ＴＣＰ（テープキャリアパッケージ）型のＩＣチップ５３，５４が実装されている。

ＩＣチップ５３は、回路基板３６に形成された回路素子とともに駆動回路を構成するシフトレジスタであり、ＩＣチップ５４は、Ｘ線検出パネル３２から読み出した信号電荷を電圧信号に変換するチャージアンプと、検出素子アレイ４４の列を順次切り替えて１列ずつ電圧信号を出力するためのマルチプレクサとからなる読み出し回路を構成するＡＳＩＣである。読み出し回路とＡ／Ｄ変換回路は、Ｘ線検出パネル３２が出力する信号を処理する信号処理回路である。各回路基板３６〜３９に実装される回路素子５６やフレキシブル基板４６に実装されるＩＣチップ５３，５４は、Ｘ線検出パネル３２を機能させるための電気部品である。

上述のように、電子カセッテ１３は、シンチレータ４１を構成する支持体４８の背面に、回路基板３６〜３９が取り付けられているので、各回路基板３６〜３９を配設するための剛性板を設ける必要がなく、電子カセッテ１３を薄型・軽量化することができる。また、シンチレータ４１の支持体４８の背面に回路基板３６〜３９を直接配設することによって、支持体４８の剛性が増す。これにより、支持体４８とガラス基板４３との熱膨張率の違いによって、Ｘ線検出パネル３２が反ることを防止することができる。

なお、回路基板３６〜３９は、支持体４８に蛍光体４７形成した後から、支持体４８の背面に取り付けるのが好ましい。これは、蛍光体４７の形成時に発生する熱で、回路基板３６〜３９及び回路基板３６〜３９を形成する回路素子５６が損傷することを防ぐためである。

支持体４８の厚さは、従来の電子カセッテでは０．３ｍｍ程度の薄さに形成されるが、支持体４８をネジ止めによって筐体３１に固定する場合には、少なくとも１ｍｍ以上の厚さであることが好ましい。支持体４８の厚さを１ｍｍ以上の厚さにすることによって、支持体４８自体の剛性を確保し、さらに回路基板３６〜３９を設けることによる前述の効果がより顕著にあらわれる。

上述の実施形態では、支持体４８の背面に回路基板３６〜３９を配設する例を説明したが、図４に示すように、支持体４８の背面に、各回路基板３６〜３９を構成する回路素子５６を配設し、支持体４８の背面に各回路基板３６〜３９と同様の回路網を直接形成しても良い。このように支持体４８の背面に回路基板３６〜３９と同等の回路網を直接形成すると、上述の実施形態では回路基板３６〜３９として別体に設けられていた基板の分だけ、電子カセッテ１３をさらに薄型及び軽量化することができる。

なお、上述の実施形態で説明した態様は、ＩＳＳ型のＸ線検出パネル３２に特に有効な態様である。これは、ＩＳＳ型のＸ線検出パネル３２の場合、回路基板３６〜３９とＴＦＴ基板４２の間に蛍光体４７（シンチレータ４１）が介在し、蛍光体４７自体が断熱効果を有するので、ＴＦＴ基板４２で発生する熱と回路基板３６〜３９で発生する熱が相互に伝わり難く、熱や熱ムラによる誤動作が起き難いからである。一方、ＰＳＳ型のＸ線検出パネルの場合、剛性板や空気層等を介さずにＸ線検出パネルと一体に回路基板３６〜３９を配設すると、回路基板３６〜３９と検出素子アレイ４４の熱が相互に伝わり易く、熱による誤動作や回路素子５６，検出素子アレイ４４の破損を生じ易い。

なお、上述の実施形態では、支持体４８の前面（前面部３１ａ側の表面）に蛍光体４７を形成する例を説明したが、これに限らない。例えば、図５に示すように、支持体４８上に反射膜７１を設けても良い。反射膜７１は、Ｘ線の入射によって蛍光体４７で励起発光される蛍光を少なくとも反射するものであり、例えば、金属薄膜や誘電体多層膜等で形成される。このように、蛍光体４７と支持体４８の間に反射膜７１を設けると、蛍光体４７で発生した蛍光のうち、反射膜７１側に進行する蛍光を反射して、ＴＦＴ基板４２への入射光量を向上させることができ、光検出率が向上する。これにより、低エネルギーのＸ線によっても鮮明なＸ線画像を撮影することができるようになる。

また、図６に示すように、支持体４８上に断熱材７２を設け、その上に蛍光体４７を形成しても良い。この場合、回路基板３６〜３９の熱が、支持体４８を通じてＴＦＴ基板４２に伝わるのを防ぐことができる。これにより、ＴＦＴ基板４２の検出感度に、回路基板３６〜３９の熱によってムラが生じるのを防止できる。図６では、支持体４８の前面（蛍光体４７が形成される表面）に断熱材７２を設ける例を説明したが、回路基板３６〜３９の熱がＴＦＴ基板４２に伝わらない、あるいは伝わり難い態様であれば、これに限らない。例えば、支持体４８の背面（回路基板３６〜３９が配設される表面）に断熱材７２を設けても良いし、支持体４８の両面に断熱材７２を設けても良い。また、支持体４８と蛍光体４７の全体を覆うように断熱材７２を設けても良い。このように、支持体４８上に断熱材７２を一体に設けると、Ｘ線検出パネル３２に含まれる支持体４８（及び断熱材７２が一体になった物）が断熱材として機能させることができる。これにより、特許文献３に記載の電子カセッテのようにＸ線検出パネルとは別に断熱部材を設ける必要がなく、電子カセッテ１３を薄型化することができる。

さらに、蛍光体４７は温度によってＸ線を蛍光に変換する変換効率が変化し、蛍光体４７に熱ムラがあると、Ｘ線画像の画質が低下することがあることが知られているが、回路基板３６〜３９と支持体４８との間を断熱すると、回路基板３６〜３９で発生する熱が蛍光体４７に伝わり難くなるので、回路基板３６〜３９を支持体４８に直接配設したことによる画質の低下を防止することができる。

図５及び図６では、支持体４８上に、反射膜７１や断熱材７２を個々に設ける例を説明したが、反射膜７１と断熱材７２をともに設けることが好ましい。この場合、蛍光体４７側から、反射膜７１、断熱材７２、支持体４８の順になるように積層する。こうすると、反射膜７１による光検出率の向上効果と、断熱材７２による断熱効果が同時に得られる。

さらに、図５及び図６では、支持体４８上に反射膜７１、断熱膜７２を設ける例を説明したが、支持体４８の材料によってはこの例に限らない。例えば、上述の実施形態では支持体４８はアルミニウム板によって形成されている。このため、反射膜７１を設ける替わりに、支持体４８の前面を鏡面に仕上げることによって、支持体４８の前面を反射面としても良い。また、支持体４８自体を断熱効果のある材料、例えば、ポリパラキシリレン等の樹脂やベークライト等で形成したり、内部に中空部分を設け、この中空部分を真空にすることにより断熱する断熱板（真空断熱シート）等で形成しても良い。あるいは、ハニカム構造体をアルミ板で挟んだハニカムプレートを用い、断熱性とともに剛性向上を図っても良い。

なお、上述の実施形態では、支持体４８をアルミニウムで形成する例を説明したが、これに限らない。支持体４８の背面には、Ｘ線によって損傷するおそれのある回路基板３６〜３９が配設されるので、支持体４８はＸ線を吸収する等して遮蔽する材料からなることが好ましい。例えば、支持体４８は、銅、鉛、タングステン等から形成されることが好ましい。また、金属や樹脂材料の表面に、こうしたＸ線を遮蔽する材料をコーティングした板状部材を支持体４８として用いても良い。

なお、上述の実施形態では、放射線の一例としてＸ線を用いる例を説明したが、他の放射線を用いても良い。

１０ Ｘ線撮影システム
１１ Ｘ線発生器
１２ 臥位撮影台
１３ 電子カセッテ
１４ コンソール
１５ モニタ
１７ 撮影台本体
３１ 筐体
３１ａ 前面部
３１ｂ 背面部
３２ Ｘ線検出パネル
３３ Ｘ線透過窓
３６〜３９ 回路基板
３６ａ〜３９ａ ブラケット
４１ シンチレータ
４２ ＴＦＴ基板
４３ ガラス基板
４４ 検出素子アレイ
４６ フレキシブル基板
４７ 蛍光体
４８ 支持体
５３，５４ ＩＣチップ
５６ 回路素子
７１ 反射膜
７２ 断熱材

Claims (12)

1. 支持体と、前記支持体上に形成された蛍光体とを有し、照射された放射線を前記蛍光体によって光に変換するシンチレータと、
   前記シンチレータから放射された光を電気信号に変換する光電変換手段であり、前記放射線の放射方向において前記シンチレータの前方に配置されるとともに、前記光電変換を行う光電変換素子が設けられた光検出面を前記シンチレータに向けて配設される光電変換手段と、
   前記光電変換手段が出力する前記電気信号を処理する信号処理手段であり、前記蛍光体が設けられた表面に対向する前記支持体の背面に配設される信号処理手段と、
   を備えることを特徴とする電子カセッテ。
2. 前記信号処理手段は回路基板に設けられ、
   前記回路基板は、取付手段を介して支持体に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の電子カセッテ。
3. 前記取付手段は導電性を有し、前記信号処理手段と前記支持体を電気的に接続することを特徴とする請求項２記載の電子カセッテ。
4. 前記信号処理手段は、当該信号処理手段を形成する回路素子を前記支持体の表面に取り付けることにより、前記支持体の表面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子カセッテ。
5. 前記支持体は、断熱性を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子カセッテ。
6. 前記支持体は、少なくとも前記信号処理手段との間に断熱材を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子カセッテ。
7. 前記支持体は、ベークライト、樹脂材料、真空断熱シートのいずれかからなることを特徴とする請求項５記載の電子カセッテ。
8. 前記支持体は、前記放射線を遮蔽する材料からなることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載の電子カセッテ。
9. 前記支持体は、銅、鉛、タングステンのいずれかからなることを特徴とする請求項８記載の電子カセッテ。
10. 前記支持体と前記蛍光体の間に、前記放射線の照射によって前記蛍光体が発する光を反射する反射手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電子カセッテ。
11. 前記反射手段は、前記支持体の表面に形成された反射膜であることを特徴とする請求項１０記載の電子カセッテ。
12. 前記支持体は金属材料からなり、
    前記反射手段は、前記支持体の表面を鏡面に仕上げた反射面であることを特徴とする請求項１０記載の電子カセッテ。

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