JP2014106201A - 放射線撮像装置、及び放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】基台に固定された複数の撮像基板上にシンチレータが形成された放射線検出装置において、複数の基板間から侵入し得る水分に対して耐性の高い放射線検出装置を提供する。
【解決手段】放射線撮像装置１００は、光電変換素子１３２，１３３を含む複数の撮像基板１３０が基台１４０に固定された撮像パネル１２０と、アルカリハライド系柱状結晶のシンチレータ層１１１を含み、撮像パネル１２０に重ねて設けられるシンチレータ部１１０と、少なくとも複数の撮像基板１３０の間において、基台１４０とシンチレータ層１１１との間に設けられる防湿層１７０とを有し、防湿層１７０の水蒸気透過度が１０ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）以下である。
【選択図】図３

Description

本発明は、放射線を検出する放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関する。特に、医療画像診断装置や分析装置等に用いられる放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関する。

近年、４０ｃｍ×４０ｃｍ程度の大面積の放射線撮像装置が開発されている。このような大面積の放射線撮像装置を実現するために、特許文献１及び特許文献２には、光電変換素子を有する複数の撮像基板が並べられて１つの撮像面を形成する構成が開示されている。また、これらの文献には、複数の撮像基板上と複数の撮像基板間にポリイミド膜が形成され、ポリイミド膜上にアルカリハライド系の柱状結晶のシンチレータが蒸着形成される構成が開示されている。

特開２００２−０４８８７２号公報 特開２０００−１３１４４４号公報

特許文献１及び特許文献２に記載の放射線撮像装置においては、複数の撮像基板は接続部材を介して基台上に固定されており、複数の撮像基板上と複数の基板間に平坦化層としてポリイミド膜が配置されている。このような構成であると、接続部材を介して撮像基板と基台の間から水分が侵入した場合には、その水分が撮像基板間にも侵入することがある。ポリイミド膜では水分の侵入を十分低減できないため、水分によるシンチレータの潮解や特性劣化が発生する。そこで、本発明は、基台に固定された複数の撮像基板上にシンチレータが形成された放射線検出装置において、複数の撮像基板の間から侵入し得る水分に対して耐性を高くすることを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明は、光電変換素子を含む複数の撮像基板が基台に固定された撮像パネルと、アルカリハライド系柱状結晶のシンチレータ層を含み、前記撮像パネルに重ねて設けられるシンチレータ部と、少なくとも前記複数の撮像基板の間において、前記基台と前記シンチレータ層との間に設けられる防湿層と、を有し、前記防湿層の水蒸気透過度が１０ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）以下であることを特徴とする。

本発明によれば、複数の撮像基板の間から侵入し得る水分に対して耐性の高い放射線検出装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る放射線撮像装置の概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る撮像基板間の平面図である。 本発明の第１実施形態に係る撮像基板間の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る放射線撮像装置の端部の断面図である。 防湿層としての材料評価結果を示す表である。 本発明の第１実施形態に係る撮像基板間の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る撮像基板間の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る撮像基板間の断面図である。 本発明の放射線撮像装置の放射線撮像システムの構成の一例を模式的に示す概略構成図である。

添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態について以下に説明する。各実施形態を通じて共通する構成には、同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。以下では、本発明の各実施形態が、医療画像診断装置、分析装置等に用いられる放射線撮像装置に適用される例を用いて説明する。本発明において、光は可視光及び赤外線を含み、放射線はＸ線、α線、β線及びγ線を含む。

（第1実施形態）
図１を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る放射線撮像装置１００の概略構成例を説明する。図１は、第１実施形態にかかる放射線撮像装置１００の概略構成を示す分解斜視図である。図中の矢印Ｘは、放射線撮像装置１００に入射する放射線を模式的に示す。説明の便宜上、放射線Ｘが入射する側を、放射線撮像装置１００の上側（上層側）とする。放射線撮像装置１００は、シンチレータ部１１０と撮像パネル１２０とを備える。図１において、説明のためにシンチレータ部１１０と撮像パネル１２０とを離して描いているが、実際には後述するようにシンチレータ部１１０と撮像パネル１２０とは重なって配置される。

撮像パネル１２０は、基台１４０と複数の撮像基板１３０とを有している。複数の撮像基板１３０は、全体で１つの撮像面を形成するように並べて配置される。そして、複数の撮像基板１３０は、後述する接続部材１６０（図１では省略）を介してそれぞれ基台１４０に固定される。

撮像基板１３０は、マトリクス状に配置された複数の光電変換素子１３２，１３３を有し、光電変換素子１３２，１３３によって光を検出して電気信号に変換する。光電変換素子１３２，１３３としては、例えば、結晶シリコンを用いたＣＭＯＳセンサ、非晶質シリコンを用いたＰＩＮ型センサやＭＩＳ型センサを用いることができる。なお、撮像基板１３０は、光を検出して電気信号に変換できる既存の構成を用いればよく、公知の各種撮像基板が適用される。したがって、撮像基板１３０の詳細な説明は省略する。

外部の放射線源から被検体に向けて曝射された放射線Ｘは、被検体を透過して減衰した後、シンチレータ部１１０に入射する。シンチレータ部１１０は、この放射線Ｘを、光電変換素子１３２，１３３により検出可能な波長の光（例えば可視光）に変換する。シンチレータ部１１０で変換された光は、撮像基板１３０に入射する。撮像基板１３０の光電変換素子１３２，１３３は、入射した光を電気信号に変換する。これにより、この電気信号に基づいた画像が生成される。また、放射線撮像装置１００は、この動作を繰り返すことで、動画像を得ることもできる。

続いて、図２の平面図を参照しつつ、放射線撮像装置１００の撮像基板１３０の画素１３１の配置例を説明する。図２は、画素１３１の配置例を模式的に示す平面図である。図２に示すように、それぞれの撮像基板１３０は、複数の画素１３１を有する。なお、図２では、説明のために画素１３１の輪郭を実線で示しているが、実際の装置においては、この輪郭は人間の肉眼では見えないことがある。そして、それぞれの画素１３１は、光電変換素子１３２，１３３を有する。図２では、撮像基板１３０の外周部分に位置する画素１３１、すなわち撮像基板１３０の縁に接する画素１３１の光電変換素子に符号「１３２」を付して示し、それ以外の画素１３１の光電変換素子に符号「１３３」を付して示す。図２に示すように、隣接する撮像基板１３０の間には隙間が生じる。このため、撮像基板１３０の縁に設けられる画素１３１の光電変換素子１３２の面積を、その他の光電変換素子１３３の面積よりも小さくする。このような構成によれば、複数の撮像基板１３０を並べて配置して１つの撮像面を形成する場合に、撮像面全体で画素ピッチＰを等しくできる。したがって、放射線撮像装置１００により取得される画像の歪み等を軽減することが可能となる。

続いて、図３と図４の断面図を参照しつつ、放射線撮像装置１００の詳細な構造例を説明する。図３は、放射線撮像装置１００のうち、隣り合う撮像基板１３０の境界近傍の構造を抜き出して模式的に示した断面図である。図４は、放射線撮像装置１００の端部の構造を模式的に示す断面図である。

図３と図４に示すように、複数の撮像基板１３０は、粘着剤または接着剤などの接続部材１６０によって基台１４０に固定される。また、撮像基板１３０上及び撮像基板１３０間には、防湿層１７０が形成される。防湿層１７０は、水蒸気透過度が１０ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）以下の構成が適用される。そして、防湿層１７０により、複数の撮像基板１３０の表面が平坦化されている。

防湿層１７０の上層にはシンチレータ層１１１が設けられ、さらにシンチレータ層１１１の上層には、シンチレータ保護層１１２が形成される。このように、放射線撮像装置１００には、シンチレータ層１１１とシンチレータ保護層１１２とからなるシンチレータ部１１０が形成される。シンチレータ層１１１は、アルカリハライド系柱状結晶により形成される。具体的にはたとえば、シンチレータ層１１１は、Ｔｌ（タリウム）をドープした柱状のＣｓＩ（ヨウ化セシウム）であり、蒸着によって形成される。

なお、図４に示すように、シンチレータ保護層１１２は、放射線撮像装置１００の端部において、シンチレータ層１１１の上層から基台１４０の上面に跨るように形成される。すなわち、シンチレータ層１１１は、防湿層１７０とシンチレータ保護層１１２とにより覆われている。このように、シンチレータ保護層１１２は、放射線撮像装置１００の端部からの水分侵入を防止している。

ここで、防湿層１７０の実施例について説明する。前述のとおり、防湿層１７０は、水蒸気透過度が１０ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）以下である。ＪＩＳのＫ７１２９＿１に規定される厚さ１００μｍあたりの水蒸気透過度が１０ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）以下の材料としては、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ウレタン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等が挙げられる。更に、防湿層１７０は、ＪＩＳのＫ７１２９＿１に規定される厚さ１００μｍあたりの水蒸気透過度が１ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）以下であってもよい。このような材料の具体例としては、たとえば、ポリパラキシレン樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、アラミド樹脂、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等が挙げられる。防湿層１７０の水蒸気透過度は、（ＪＩＳのＫ７１２９＿１に規定される厚さ１００μｍあたりの水蒸気透過度）×（１００μｍ／防湿層１７０の膜厚（μｍ））で得られる。

防湿層１７０として好適な防湿材料を選定するため、シンチレータ層１１１を各種の防湿材料にて保護し、温度６０℃、湿度９５％の環境に、１２０時間放置した後、シンチレータ層１１１の潮解を目視評価した。この結果を図５に示す。

表中の各防湿材料の水蒸気透過度は、膜厚が１００μｍ、温度が４０℃、湿度が９０％、計測時間が２４時間の条件で評価した代表値である。また、膜厚は評価サンプル毎に異なるため、撮像基板１３０どうしの間のスペースを２０μｍと仮定し、膜厚を、接続部材１６０からシンチレータ層１１１への水分の侵入方向の寸法として換算した値である。また、評価サンプル（防湿層）の水蒸気透過度は、先に説明した方法で得られた値である。表中の評価結果において、シンチレータ層１１１の潮解が発生した場合は×を、発生しなかった場合は○を記している。図５に示すように、防湿層１７０が、エポキシにより形成され膜厚が１２０μｍである構成においては、水蒸気透過度は８．３ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）であり、シンチレータ層１１１の潮解は生じなかった。また、ウレタンにより形成され膜厚が１２０μｍである防湿層においては、水蒸気透過度は４．２ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）であり、シンチレータ層１１１の潮解は生じなかった。また、ポリ塩化ビニリデンおよびポリパラキシレンにより形成され、膜厚が１０μｍである防湿層においては、水蒸気透過度は１０ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）であり、シンチレータ層１１１の潮解は生じなかった。これに対して、防湿層１７０が、シリコーンにより形成され、膜厚が１２０μｍである構成においては、水蒸気透過度は６６．７ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）であり、シンチレータ層１１１の潮解が生じた。また、防湿層１７０が、ポリイミドにより形成され、膜厚が１０μｍである構成においては、水蒸気透過度は７００ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）であり、シンチレータ層１１１の潮解が生じた。

本実施形態において、撮像基板１３０が１２０μｍ以上の厚さを有するため、撮像基板１３０間に形成された防湿層１７０の厚さは１２０μｍ以上となる。よって、図５に示す実験結果から、厚さ１００μｍあたりの水蒸気透過度が１０ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）以下の材料であれば適用可能である。

上述のように、複数の撮像基板１３０間において少なくとも接続部材１６０とシンチレータ層１１１との間に、水蒸気透過度が１０ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）以下の防湿層１７０が設けられる。このような構成であれば、撮像基板１３０と基台１４０の間に設けられた接続部材１６０を通じて水分が侵入した場合でも、シンチレータ層１１１に水分が到達することを防止または抑制できる。したがって、シンチレータ層１１１が水分によって潮解することを防止できる。即ち、複数の撮像基板１３０どうしの間から侵入し得る水分などに対して、高い耐性を有する放射線検出装置を提供することができる。

また、防湿層１７０を用いて撮像パネル１２０の表面を平坦化することが困難な場合には、図６のように、防湿層１７０を撮像基板１３０に沿って形成する構成が適用できる。撮像基板１３０とシンチレータ層１１１の距離が大きくなると、シンチレータ層１１１で発光した光は、撮像基板１３０へ到達する間に散乱し、鮮鋭度が低下する場合がある。よって、防湿層１７０は薄いことが望ましく、具体的には２０μｍ以下であれば鮮鋭度の低下は発生し難い。このことから、撮像基板１３０どうしの間に設けられる防湿層１７０も、厚さが２０μｍ以下であることが望ましい。この場合は、図５に示す実験結果から、厚さ１００μｍあたりの水蒸気透過度が１ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）以下の材料により防湿層１７０が形成される構成であることが好ましい。この場合の防湿層１７０として好適な材料例としては、ポリパラキシレン樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、アラミド樹脂、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等が挙げられる。

以上のように、複数の撮像基板１３０の表面と複数の撮像基板１３０どうしの間とで、同等の膜厚の防湿層１７０が設けられる構成である場合には、防湿層１７０の厚さ１００μｍあたりの水蒸気透過度は１ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）以下であることが好ましい。このような構成によれば、上述と同様の効果が得られる。

（第２実施形態）
続いて、図７を参照しつつ、本発明の第２実施形態に係る放射線撮像装置１００の構成例を説明する。図７は、本発明の第２実施形態にかかる放射線撮像装置１００の構成を模式的に示す断面図である。なお、本実施形態における放射線撮像装置１００の動作原理や、撮像基板１３０、光電変換素子１３２，１３３等の構成は、第１実施形態と同様である。このため、説明を省略する。

本実施形態において、撮像基板１３０は、撮像基板１３０より小さい粘着剤または接着剤などの接続部材１６０によって基台１４０に固定される。すなわち、平面視において、接続部材１６０の外形線（輪郭線）は、撮像基板１３０の外形線よりも内側に位置する。このため、互いに隣接する撮像基板１３０を接着するための接続部材１６０どうしの間には、隙間が形成される。そして、接続部材１６０どうしの間および撮像基板１３０どうしの間には、防湿層１７０が設けられる。ここで、接続部材１６０は１２０μｍ以上の厚さを有するため、防湿層１７０も１２０μｍ以上の厚さとなる。

このように、第１実施形態と同様に、複数の撮像基板１３０間において少なくとも接続部材１６０とシンチレータ層１１１との間に、水蒸気透過度が１０ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）以下の防湿層１７０が設けられる。このような構成によれば、撮像基板１３０と基台１４０の間に配置された接続部材１６０を介して水分が侵入した場合でも、シンチレータ層１１１に水分が到達することが防止または抑制され、シンチレータ層１１１の水分による潮解を防止できる。即ち、複数の撮像基板１３０どうしの間から侵入する水分などに対して高い耐性を有する放射線検出装置を提供することができる。

防湿層１７０の形成方法としては、たとえば、接続部材１６０どうしの間に、予め液状の防湿層１７０を形成しておき、その後、撮像基板１３０を配置する方法が適用できる。また、接続部材１６０によって撮像基板１３０を基台１４０に接着した後、撮像基板１３０間に液状の防湿層１７０を注入する方法であってもよい。接続部材１６０が１２０μｍ以上であれば、前記手法により、防湿層１７０の厚さを１２０μｍ以上にすることができる。

さらに、図８のように、複数の撮像基板１３０と基台１４０との間において、接続部材１６０どうしの間に、言い換えると、接続部材１６０とシンチレータ層１１１との間に、シート状の防湿層１７０を設ける構成であってもよい。図８は、シート状の防湿層１７０が設けられる構成を模式的に示す断面図である。この場合、防湿層１７０の端部からある撮像基板１３０にあって他の撮像基板１３０と隣接する端部までの距離Ｌを１２０μｍ以上とすることにより、水分の侵入経路に対する防湿層１７０の厚さを１２０μｍ以上にできる。したがって、防湿層１７０の水蒸気透過度が１０ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）以下であれば、上述と同様の効果が得られる。

（第３実施形態）
次に、本発明の実施形態にかかる放射線撮像システムとしてのＸ線診断システム９００について、図９を参照して説明する。図９は、放射線撮像システムとしてのＸ線診断システム９００の構成の例を模式的に示す図である。このＸ線診断システム９００には、前述の本発明の実施形態にかかる放射線撮像装置１００が適用される。

図９に示すように、Ｘ線診断システム９００は、放射線源としてのＸ線チューブ２１０と、本発明の実施形態にかかる放射線撮像装置１００と、信号処理手段としてのイメージプロセッサ２３０と、表示手段としてのディスプレイ２４０とを有する。放射線源としてのＸ線チューブ２１０および放射線撮像装置１００は、Ｘ線ルーム（撮影室）に設けられる。信号処理手段としてのイメージプロセッサ２３０と、表示手段としてのディスプレイ２４０とは、コントロールルーム９２０に設けられる。

放射線源としてのＸ線チューブ２１０が発生させた放射線としてのＸ線は、被検者Ｐの検査対象部位２２１を透過し、シンチレータ部１１０を有する放射線撮像装置１００に入射する。放射線撮像装置１００に入射したＸ線には、被検者Ｐの検査対象部位の情報が含まれている。放射線撮像装置１００にＸ線が入射すると、シンチレータ層１１１はＸ線の入射に応じて発光する。そして、撮像基板１３０に設けられる光電変換素子１３２，１３３がシンチレータ層１１１の発する光を電気信号に変換する。これにより、被検者Ｐの検査対象部位のＸ線画像を電気信号（Ｘ線画像信号）として取得することができる。この電気信号はデジタル信号に変換され、信号処理手段となるイメージプロセッサ２３０に送信される。イメージプロセッサ２３０は、電気信号（Ｘ線画像信号）を画像処理し、コントロールルーム９２０の表示手段としてのディスプレイ２４０に出力される。ディスプレイ２４０は、出力された電気信号（Ｘ線画像信号）の画像表示を行う。

なお、Ｘ線チューブ２１０は、公知の各種放射線源が適用できる。ディスプレイ２４０も、液晶ディスプレイなどの公知の各種表示装置が適用できる。信号処理手段としてのイメージプロセッサ２３０には、画像処理を含む信号処理を行うためのコンピュータプログラムを実行できるコンピュータ、またはこのようなコンピュータを含む装置が適用できる。すなわち、コンピュータは、ＣＰＵとＲＡＭとＲＯＭを含む。さらにコンピュータは、電気信号を格納できる記録デバイスを有する。ＣＰＵがＲＯＭまたは記録デバイスにあらかじめ格納されるコンピュータプログラムを読み出し、ＲＡＭを作業領域として実行することによって、信号処理手段として機能する。これにより、イメージプロセッサ２３０は、電気信号（Ｘ線画像信号）に対して画像処理を行うことができる。

また、Ｘ線診断システム９００は、Ｘ線撮像ルーム９１０およびコントロールルーム９２０から遠隔地のドクタールーム９３０などに設けられるディスプレイ２４１やフィルムプロセッサ２６０やプリンタ２６１等をさらに備えていてもよい。この場合には、イメージプロセッサ２３０と、ディスプレイ２４１とフィルムプロセッサ２６０とプリンタ２６１は、電話回線２５０等によって信号を送受信可能に接続される構成が適用できる。そして、イメージプロセッサ２３０が処理した電気信号（Ｘ線画像）は、伝送手段としての電話回線２５０等を介して、ドクタールーム９３０などのディスプレイ２４１やフィルムプロセッサ２６０に送信される。ディスプレイ２４１は、送信されてきた電気信号（Ｘ線画像）を表示できる。フィルムプロセッサ２６０は、送信されてきた電気信号（Ｘ線画像）を、記録媒体としてのフィルムに記録することができる。また、プリンタ２６１は、送信されてきた電気信号（Ｘ線画像）を、記録媒体としての印刷用紙に印刷することができる。

１００：放射線撮像装置、１１０：シンチレータ部、１１１：シンチレータ層、１１２：シンチレータ保護膜、１２０：撮像パネル、１３０：撮像基板、１３１：画素、１３２，１３３：光電変換素子、１４０：基台、１５０：放射線、１６０：接続部材、１７０：防湿層、２１０：Ｘ線チューブ、２３０：イメージプロセッサ（信号処理手段）、２４０，２４１：ディスプレイ（表示手段）、２５０：電話回線（伝送手段）、２６０：フィルムプロセッサ（記録手段）、２６１：プリンタ

Claims (6)

1. 光電変換素子を含む複数の撮像基板が基台に固定された撮像パネルと、
   アルカリハライド系柱状結晶のシンチレータ層を含み、前記撮像パネルに重ねて設けられるシンチレータ部と、
   少なくとも前記複数の撮像基板の間において、前記基台と前記シンチレータ層との間に設けられる防湿層と、
   を有し、
   前記防湿層の水蒸気透過度が１０ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）以下であることを特徴とする放射線撮像装置。
2. 複数の撮像基板を前記基台に固定する接続部材を更に含み、
   前記防湿層は、前記複数の撮像基板と前記基台との間において、前記接続部材と前記シンチレータ層との間に設けられおり、前記複数の撮像基板のうちのある撮像基板にあって他の撮像基板と隣接する端部までの水蒸気透過度が１０ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）以下であることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記防湿層は、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ウレタン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリパラキシレン樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、アラミド樹脂、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜の何れにより形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記防湿層は、厚さ１００μｍあたりの水蒸気透過度が１ｇ／（ｍ²・ｄａｙ）以下であり、１０μｍ以上の厚さに形成されることを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記防湿層は、ポリパラキシレン樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、アラミド樹脂、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜の何れかにより形成され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. 請求項１から５の何れか１項に記載の放射線撮像装置と、前記放射線撮像装置によって得られた信号を処理する信号処理手段とを備えることを特徴とする放射線撮像システム。

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