JP2014037984A - 放射線撮像装置、その製造方法、及び放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】放射線画像の高品質化に有利な技術を提供する。
【解決手段】放射線撮像装置は、光電変換を行う複数のセンサがアレイ状に配されたセンサアレイ及び前記センサアレイの上に配されたシンチレータ層を含むセンサパネルと、前記センサパネルが出力した前記センサアレイからの信号に基づいて信号処理を行うユニットと、を備え、前記センサアレイは、周辺領域と、その内側に配された中央領域とを有し、前記シンチレータは、センサアレイに対して一様な発光効率を有するように、前記周辺領域及び前記中央領域を覆って配置されており、前記シンチレータ層は、前記センサアレイに対して一様な発光効率を有するように、前記周辺領域及び前記中央領域にわって配置されており、前記ユニットは、前記センサパネルが出力した前記複数のセンサの各々の信号のうち、前記中央領域に配されたセンサの各々からの信号のみを用いて前記信号処理を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射線撮像装置、その製造方法、及び放射線撮像システムに関する。

放射線撮像は、放射線を光に変換するシンチレータ層と、光電変換を行う複数のセンサを有するセンサアレイとを有する装置によって為されうる。特許文献１には、柱状結晶のシンチレータ層において当該結晶の柱直径が不均一であることによる発光効率の不均一な分布を相殺するように賦活剤を添加する技術が開示されている。特許文献１によると、発光効率の分布が一様なシンチレータ層を形成することが可能である。

特開２００３−２６２６７３号公報

図１を参照しながら、参考例の放射線撮像装置Ｄについて述べる。放射線撮像装置Ｄは、図１（ａ）に例示されるように、光電変換を行う複数のセンサ２１が基板１０の上にアレイ状に配されたセンサアレイ２０と、その上に配されたシンチレータ層３０とを備えうる。図１（ａ）では、シンチレータ層３０における各センサ２１の直上の領域で生じた光を模式的に矢印で表している。図１（ｂ）は、放射線撮像装置Ｄに一様な放射線を照射したときの各センサ２１の受光光量の分布を示している。横軸ｘは、センサアレイ２０の端部を原点とし、センサアレイ２０の中心方向に向かって軸を採っている。縦軸ｙは、横軸ｘに対応するセンサ２１の受光光量を示している。シンチレータ層３０における各センサ２１の直上の領域で生じた光の量は一様であるが、端部の各センサ２１については入射する光の量が少ない。即ち、シンチレータ層３０の発光効率が一様であるのに対し、各センサ２１の受光光量は不均一であり、放射線撮像装置Ｄの放射線に対する感度は不均一であることが見出された。

本発明は、発明者による上記課題の認識を契機として為されたものであり、放射線画像の高品質化に有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の一つの側面は放射線撮像装置にかかり、前記放射線撮像装置は、光電変換を行う複数のセンサがアレイ状に配されたセンサアレイ及び前記センサアレイの上に配されたシンチレータ層を含むセンサパネルと、前記センサパネルが出力した前記センサアレイからの信号に基づいて信号処理を行うユニットと、を備え、前記センサアレイは、周辺領域と、その内側に配された中央領域とを有し、前記シンチレータ層は、前記センサアレイに対して一様な発光効率を有するように、前記周辺領域及び前記中央領域にわって配置されており、前記ユニットは、前記センサパネルが出力した前記複数のセンサの各々の信号のうち、前記中央領域に配されたセンサの各々からの信号のみを用いて前記信号処理を行う、ことを特徴とする。

本発明によれば、高品質な放射線画像を取得することができる。

比較例の放射線撮像装置を説明する図。 第１実施形態の放射線撮像装置の構成例を説明する図。 第１実施形態の放射線撮像装置の製造方法の一部を説明する図。 第１実施形態の放射線撮像装置の製造方法の一部を説明する図。 第２実施形態の放射線撮像装置の構成例を説明する図。 第２実施形態の放射線撮像装置の製造方法の一部を説明する図。 第２実施形態の放射線撮像装置の製造方法の一部を説明する図。 他の実施形態の構成例を説明する図。 放射線撮像システムの構成例を説明する図。

（第１実施形態）
図２乃至４を参照しながら、第１実施形態の放射線撮像装置Ｉ_１を説明する。図２（ａ）は、放射線撮像装置Ｉ_１の上面図を模式的に示し、図２（ｂ）は、カットラインＸ−Ｘ’における断面構造を模式的に示している。放射線撮像装置Ｉ_１は、センサアレイ２０及びシンチレータ層３０を含むセンサパネル４０と、センサパネル４０が出力したセンサアレイ２０の信号に基づいて信号処理を行うユニットＵとを備える。センサアレイ２０は、光電変換を行う複数のセンサ２１が基板１０の上にアレイ状に配されて構成されうる。シンチレータ層３０は、放射線を光に変換する機能を有し、センサアレイ２０の上に配されうる。センサアレイ２０は周辺領域Ｒ_Ｓ及び中央領域Ｒ_Ｃを有し、中央領域Ｒ_Ｃは周辺領域Ｒ_Ｓの内側の領域である。センサパネル４０は、センサアレイ２０を駆動し、各センサ２１の信号を読み出すためのＩＯインターフェース５０を有する。シンチレータ層３０は、センサアレイ２０の上に一様に形成されうる。ここで、シンチレータ層３０がセンサアレイ２０の上に一様に形成される、とは、センサアレイ２０に対して一様な発光効率を有して形成されることを意図する。そのため、シンチレータ層３０の発光効率が一様であるとは、放射線に対するシンチレータ層３０の発光量のバラつきが±２０％以内であるものとする。シンチレータ層３０の上には、アルミニウム等の金属で構成されたシールド層６０がシンチレータ層３０を覆うように配されうる。

ユニットＵは、センサパネル４０が出力した信号のうち、中央領域Ｒ_Ｃの各センサ２１からの信号のみを用いて信号処理を行い、放射線画像を生成しうる。この信号処理は、例えば、ユニットＵによって、センサアレイ２０からの信号の中から、中央領域Ｒ_Ｃの各センサ２１からの信号を選択又は抽出する方式で為されてもよいし、周辺領域Ｒ_Ｓの各センサ２１からの信号を廃棄する方式で為されてもよい。このように、特性が一様な中央領域Ｒ_Ｃの各センサ２１の信号のみを用いることにより、放射線撮像装置Ｉ_１により取得される放射線画像の品質が向上しうる。

本実施形態では、周辺領域Ｒ_Ｓには４列分（又は４行分）のセンサ２１が示されているが、周辺領域Ｒ_Ｓと中央領域Ｒ_Ｃとの境界は、仕様に応じて適宜変更されてもよいし、固定的に定められてもよい。周辺領域Ｒ_Ｓの各センサ２１からの信号は、ユニットＵの信号処理において使用されないため、周辺領域Ｒ_Ｓの各センサ２１はいわゆるダミー用のセンサとして存在しうる。ユニットＵは、センサパネル４０が周辺領域Ｒ_Ｓの各センサ２１の信号を出力しないように、センサパネル４０を制御してもよく、当該制御は、例えば、ユニットＵに属するコントローラ（不図示）によって為されうる。

また、シンチレータ層３０は、センサアレイ２０に対して一様な発光効率を有するように、周辺領域Ｒ_Ｓ及び中央領域Ｒ_Ｃを覆って形成されうる。また、また、シンチレータ層３０は、センサアレイ２０の上に、周辺領域Ｒ_Ｓ及び中央領域Ｒ_Ｃにわたって厚さが一様に形成されうる。ここで、シンチレータ層３０の厚さが一様とは、シンチレータ層３０の厚さのばらつきが±１０％以内であるものである。このことは、各センサ２１の特性を効果的に均一化し、センサアレイ２０の端部のセンサ２１の特性と、中央領域Ｒ_Ｃのセンサ２１の特性との差分を小さくしうる。即ち、周辺領域Ｒ_Ｓの幅を小さくし、放射線画像の生成に有効な中央領域Ｒ_Ｃを大きくすることができる。

図３（ａ）及び３（ｂ）は、シンチレータ層３０の製造方法を説明する図である。例えば、シンチレータ層３０の蒸着法による形成を行う前に、図３（ａ）に例示されるように、センサパネル４０の外縁に沿って剥離テープ７０を配置しておく。次に、剥離テープ７０を含むセンサパネル４０の上の全体にわたって、シンチレータ層３０が蒸着法により形成される。シンチレータ層３０は、周辺領域Ｒ_Ｓ及び中央領域Ｒ_Ｃにわたって、その厚さが一様になるように形成される。この工程は、代表的には、主剤ＣｓＩに賦活剤ＴｌＩをドープしたものを用いて為されうる。その後、図３（ｂ）に例示されるように、周辺領域Ｒ_Ｓよりも外側（端部）のシンチレータ層３０の厚さが不均一な部分３０ａを除去する。具体的には、部分３０ａは剥離テープ７０を剥離することによって除去されうる。これにより、シンチレータ層３０がセンサアレイ２０の上に直接蒸着によって形成されうる。

また、シンチレータ層３０は直接塗布法によっても形成されうる。図４は、シンチレータ層３０を直接塗布法によって形成する場合の製造方法を説明する図である。例えば、数μｍ乃至数十μｍ程度の径の粒状ＧＯＳをバインダー及び溶剤で液状にしたものをスリットコート法や印刷法によってシンチレータ層３０を形成した後、加熱して溶剤を揮発させる。ここで、シンチレータ層３０の端部と中央部とは揮発速度が異なるため、図４（ａ）に例示するように、当該端部において厚さが不均一な部分３０ｂが生じうる。そこで、図４（ｂ）に例示するように、剥離テープ７０を用いた上述と同様の方法によって、この部分３０ｂを除去すればよい。これにより、シンチレータ層３０がセンサアレイ２０の上に直接塗布によって形成されうる。シンチレータ層３０をセンサアレイ２０の上に直接形成する場合には、シンチレータ層３０の発光効率を一様に形成することは容易ではないが、上記方法により、好適にシンチレータ層３０を配置することができる。

また、シールド層６０は、センサアレイ２０上の各センサ２１との距離が一様になるように配されている。よって、センサアレイ２０の端部のセンサ２１に生じる寄生容量と、中央領域Ｒ_Ｃの各センサ２１に生じる寄生容量との差分が低減されうる。即ち、センサアレイ２０の端部のセンサ２１と、中央領域Ｒ_Ｃの各センサ２１との電気特性（応答速度等）の差が低減されるため、周辺領域Ｒ_Ｓの幅を小さくし、放射線画像の生成に有効な中央領域Ｒ_Ｃを大きくすることができる。また、周辺領域Ｒ_Ｓの各センサ２１と、中央領域Ｒ_Ｃの各センサ２１とは同一の構造を有するとよい。例えば、各センサ２１には、該センサ２１に制御信号を供給するための制御線や、その信号を伝搬するための信号線が対応して配されうるが、これらの各配線パターンは、各センサ２１において同様のレイアウトで配置され、即ち、並進対象性を有するとよい。これにより、上述と同様にして、周辺領域Ｒ_Ｓの幅を小さくし、放射線画像の生成に有効な中央領域Ｒ_Ｃを大きくすることができる。

以上、本実施形態によると、特性が一様な中央領域Ｒ_Ｃの各センサ２１の信号のみを用いることにより、放射線撮像装置Ｉ_１により取得される放射線画像の品質が向上しうる。また、センサアレイ２０の端部においても中央領域Ｒ_Ｃと同様の構造を形成することにより、周辺領域Ｒ_Ｓの幅を小さくし、放射線画像の生成に有効な中央領域Ｒ_Ｃを大きくすることができ、放射線撮像装置Ｉ_１により取得される放射線画像の品質が向上しうる。また、このことは、センサアレイ２０とシンチレータ層３０との接着性を均一化し、センサパネル４０に生じた応力によってシンチレータ層３０が局所的に剥離することも防止されうるため、放射線撮像装置Ｉ_１の信頼性が向上しうる。

（第２実施形態）
図５乃至７を参照しながら、第２実施形態の放射線撮像装置Ｉ_２を説明する。図５（ａ）に例示される放射線撮像装置Ｉ_２は、例えば、マンモグラフィとして用いられうる。図５（ａ）に記された符号のうち、第１実施形態で用いたものと同じものについては説明を省略する。放射線撮像装置Ｉ_２は、例えば、圧迫板８０によって圧迫した被験者の乳房９０に放射線を照射して、放射線画像を生成しうる。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示された領域Ｋの拡大図である。本実施形態においても、センサアレイ２０の端部のセンサ２１の特性と、中央領域Ｒ_Ｃの各センサ２１の特性とは異なるため、第１実施形態と同様にして、中央領域Ｒ_Ｃの各センサ２１からの信号のみを用いて信号処理を為しうる。シールド層６０は、第１実施形態の形状とは異なり、シンチレータ層３０からの光の漏れを防止し、電磁波を遮断するため、基板１０の側面まで配されている。しかし、周辺領域Ｒ_Ｓと中央領域Ｒ_Ｃとの境界をどのように設定するかは、第１実施形態と同様にして、ユニットＵによって、仕様に応じて適宜変更されてもよいし、固定的に定められてもよい。

センサパネル４０は、図６に例示されるように、基板１０に予めセンサアレイ２０が配されない予備領域Ｒ_Ｐを設けておいて、シンチレータ層３０を形成した後に、破線Ｐ−Ｐ’の位置で切断することによって得られうる。他の方法として、センサパネル４０は、大型のセンサパネルを形成して、分割することによっても得られる。具体的には、図７に例示されるように、予め大きいサイズの基板１０を用意し、その上に複数のセンサアレイ２０を形成する。次に、その上に、シンチレータ層３０を形成し、その後、破線Ｑ−Ｑ’の位置で切断してセンサアレイ２０ごとに分割する。後者の方法によると、効率的にセンサパネル４０を取得することが可能である。以上、本実施形態によっても、第１実施形態と同様にして、放射線撮像装置Ｉ_２により取得される放射線画像の品質が向上し、又、放射線撮像装置Ｉ_２の信頼性が向上しうる。

以上、２つの実施形態を述べたが、本発明はこれらに限られるものではなく、目的、状態、用途及び機能その他の仕様に応じて、適宜、変更が可能であり、他の実施形態によっても為されうる。例えば、第１実施形態では、４列分（又は４行分）のセンサ２１の領域を周辺領域Ｒ_Ｓに充てたが、図８に例示されるように、４列分（又は４行分）のサイズのセンサ２１’を配置してもよい。これによって、周辺領域Ｒ_Ｓを固定的に設定してもよく、この形態によっても同様の効果が得られる。

上述の放射線撮像装置Ｉ_１及びＩ_２は、図９に例示されるように、放射線撮像システム１００に適用されうる。放射線撮像システム１００は、例えば、放射線撮像装置Ｉ_１と、イメージプロセッサ等を含む信号処理部１１０と、ディスプレイ等を含む表示部１２０と、放射線を発生させるための放射線源１３０とを備える。放射線源１３０から発せられた放射線（Ｘ線、α線、β線、γ線等の電磁波を含む。）は被験者１４０を透過し、被験者１４０の体内の情報を含む放射線が、放射線撮像装置Ｉ_１により検出される。放射線撮像装置Ｉ_１は、検出した放射線の情報から、放射線画像を生成し、例えば、情報処理部（不図示）によって所定の情報処理が為され、画像データが生成される。この画像データは、表示部に表示される。また、各実施形態で述べたユニットＵは、信号処理部１１０に配されてもよいし、前記の情報処理部に配置されてもよい。

Claims (8)

1. 光電変換を行う複数のセンサがアレイ状に配されたセンサアレイ及び前記センサアレイの上に配されたシンチレータ層を含むセンサパネルと、
   前記センサパネルが出力した前記センサアレイからの信号に基づいて信号処理を行うユニットと、を備え、
   前記センサアレイは、周辺領域と、その内側に配された中央領域とを有し、
   前記シンチレータ層は、前記センサアレイに対して一様な発光効率を有するように、前記周辺領域及び前記中央領域にわって配置されており、
   前記ユニットは、前記センサパネルが出力した前記複数のセンサの各々の信号のうち、前記中央領域に配されたセンサの各々からの信号のみを用いて前記信号処理を行う、
   ことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記ユニットは、前記センサパネルが出力した信号のうち、前記周辺領域に配されたセンサの各々からの信号を使用しない、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記ユニットは、前記周辺領域に配されたセンサの各々の信号を前記センサパネルが出力しないように、前記センサパネルを制御するコントローラを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
4. 前記シンチレータ層は、前記センサアレイの上に直接蒸着又は直接塗布することによって、前記センサアレイの上に配される
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
5. 前記シンチレータ層は、前記センサアレイの上に、前記周辺領域及び前記中央領域にわたって厚さが一様になるように形成されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
6. 前記周辺領域に配されたセンサの各々と、前記中央領域に配されたセンサの各々とは同一の構造を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
   放射線を発生させるための放射線源と、
   を具備することを特徴とする放射線撮像システム。
8. 光電変換を行う複数のセンサがアレイ状に配されたセンサアレイと、前記センサアレイの上に配されたシンチレータ層とを含むセンサパネルを備える放射線撮像装置の駆動方法であって、
   前記センサアレイは、周辺領域と、その内側に配された中央領域とを有し、
   前記シンチレータ層は、前記センサアレイに対して一様な発光効率を有するように、前記周辺領域及び前記中央領域にわって配置されており、
   前記放射線撮像装置の駆動方法は、
   前記複数のセンサの各々から信号を読み出す第１工程と、
   前記第１工程で読み出した信号のうち、前記中央領域に配されたセンサの各々からの信号のみを用いて信号処理を行い、放射線画像を取得する第２工程と、を含む、
   ことを特徴とする放射線撮像装置の製造方法。

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