JP2014182001A - 放射線画像検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コスト、耐衝撃性、分解能に優れ、かつ感度ばらつきを改善することを可能とする放射線画像検出装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線画像検出装置１０は、蛍光体層２０、光電変換パネル２１、グリッド２２を有する。蛍光体層２０は、Ｙ方向に平行な複数の溝部２４ａが形成された隔壁２４と、各溝部２４ａに充填され、Ｘ線ＸＲを可視光に変換する蛍光体２５とで構成されている。光電変換パネル２１は、各溝部２４ａに沿って所定の配列ピッチで複数配列された画素を有する。各画素は、光電変換を行うフォトダイオードを含む。グリッド２２は、Ｙ方向に直交するＸ方向に平行な複数の金属線により形成されている。各金属線は、Ｘ線吸収性を有し、蛍光体層２０より放射線ＸＲの入射側で、かつＹ方向に並ぶ画素の間に対応して配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、間接変換方式の放射線画像検出装置に関する。

医療分野などにおいて、体内を観察するための放射線画像撮影システムが普及している。この放射線画像撮影システムは、放射線源から被写体に向けてＸ線などの放射線を放射する放射線源と、被写体を透過した放射線を検出して電荷に変換し、この電荷を電圧に変換して、被写体の放射線画像を表す画像データを生成する放射線画像検出装置とを備えている。

放射線画像検出装置には、放射線を直接電荷に変換する直接変換方式と、放射線を一旦可視光に変換し、この可視光を電荷に変換する間接変換方式がある。間接変換方式の放射線画像検出装置は、放射線を可視光に変換する蛍光体層（シンチレータ）と、この蛍光体層により生成された可視光を電荷に変換する光電変換パネルとを有する。光電変換パネルには、フォトダイオードを含む画素が２次元マトリクス状に複数配列されており、この上に蛍光体層が積層されている。

蛍光体層には、ＧＯＳ（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ）等の粒子状の蛍光体材料（粒状結晶）を有する粒状タイプと、ＣｓＩ：Ｔｌなどの柱状の蛍光体材料（柱状結晶）を有する柱状タイプとが知られている。

粒状タイプの蛍光体層は、ＧＯＳ等の蛍光体粒子を樹脂などのバインダ（結合剤）に分散させて形成されるため、可撓性を有し、耐衝撃性に優れるといった利点がある。特に、ＧＯＳを有する蛍光体層は、ＧＯＳに含まれる重金属原子のＧｄが、ＣｓＩに含まれる重金属原子のＣｓより原子番号が大きいため、耐衝撃性に加えて、放射線の吸収率が高い。しかし、粒状タイプの蛍光体層では、蛍光体粒子から可視光が等方的に放射され、光ガイド効果を有さないため、画像の分解能が低い。放射線の変換効率を高めるには、蛍光体層の膜厚を大きくすればよいが、膜厚が大きいほど、可視光が光電変換パネルに到達するまでの間での拡散が大きく、分解能が低下する。

これに対して、柱状タイプの蛍光体層は、基板上に蛍光体材料を結晶成長させて柱状結晶としたものであり、各柱状結晶が光ガイド効果を有するため、画像の分解能が高い。しかし、柱状タイプの蛍光体層では、厚膜化を図ろうとすると、一部の柱状結晶が異常成長して突起が生じたり、隣接する柱状結晶同士が融着するといった欠陥が生じやすいため、厚膜化には限界がある。また、柱状タイプの蛍光体層は、柱状結晶を有することにより耐衝撃性が低い。さらに、柱状タイプの蛍光体層は、材料が高価であり、製造コストが嵩む。

そこで、粒状タイプの蛍光体層を有する放射線画像検出装置において、蛍光体層を各フォトダイオードに対応して分離する隔壁を設けることが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。この隔壁には、各フォトダイオードに対応して開口部が設けられている。蛍光体層は、バインダの溶液に蛍光体粒子を分散させてなる蛍光体塗布液を、隔壁上に塗布して、各開口部に蛍光体塗布液充填することにより形成される。各開口部内の蛍光体で発生した可視光は、隔壁により拡散が防止され、対応するフォトダイオードに効率よく導かれるため、分解能が向上する。このような隔壁を有する粒状タイプの蛍光体層は、製造コスト、耐衝撃性、かつ分解能に優れる。

特開２００２−０５５１６５号公報 特開２００４−１６３１６９号公報 特開２００２−１８１９４０号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載のように、正方格子状の隔壁の場合には、各開口部は孤立しているため、蛍光体塗布液を塗布する際に塗布ムラが生じると、蛍光体塗布液の充填量が十分でない開口部が生じ、開口部間で充填量にばらつきが生じるという問題がある。このように、開口部間で蛍光体の量がばらつくと、蛍光体の厚みが不均一となり、蛍光体の発光量がばらつくため、画素間に感度ばらつきが生じてしまう。

そこで、複数の平行な溝部を有するストライプ状の隔壁を用いることが考えられる。この場合、蛍光体塗布液を隔壁上に塗布すると、各溝部内で蛍光体塗布液が流動し、各溝部の蛍光体塗布液の充填量が一様となって、蛍光体の厚みが均一化するため、感度ばらつきが低減する。しかし、このようなストライプ状の隔壁では、溝部に平行な方向への可視光の拡散を抑制することができず、溝部に平行な方向への分解能が低下する。

本発明は、製造コスト、耐衝撃性、分解能に優れ、かつ感度ばらつきを改善することを可能とする放射線画像検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の放射線画像検出装置は、第１の方向に平行な複数の溝部が形成された隔壁と、各溝部に充填され、放射線を可視光に変換する蛍光体とを有する蛍光体層と、光電変換を行うフォトダイオードを含む画素が、各溝部に沿って所定の配列ピッチで複数配列された光電変換パネルと、放射線吸収性を有し、第１の方向と直交する第２の方向に平行な複数の金属線により形成され、各金属線が、蛍光体層より放射線の入射側で、かつ第１の方向に並ぶ画素の間に対応して配置されたグリッドと、を備える。

グリッド、光電変換パネル、蛍光体層は、この順番に配置されていることが好ましい。この場合、光電変換パネルのグリッド側の表面には、複数の凹部が形成されており、グリッドは、凹部内に設けられていることが好ましい。

蛍光体は、バインダと、このバインダに分散された蛍光体粒子とを含むことが好ましい。

第２の方向に隣接する２つの溝部の間の隔壁の幅は、第２の方向に隣接する２つのフォトダイオードの間隔より大きいことが好ましい。金属線の第１の方向への幅は、第１の方向に隣接する２つの２つのフォトダイオードの間隔より大きいことが好ましい。

隔壁は、前記蛍光体より屈折率が低いことが好ましい。

蛍光体層の光電変換パネルと反対側の表面に、可視光を反射する光反射層が形成されていることが好ましい。

蛍光体層は、蛍光体支持基板上に、光反射層を介して形成されており、蛍光体層の前記蛍光体支持基板とは反対側の表面は、粘着層を介して光電変換パネルに貼り合わされていることが好ましい。

隔壁には、放射線吸収材が混入されていることが好ましい。

各蛍光体は、溝部からフォトダイオードに向けて突出し、第２の方向への断面形状が半円状の凸部を有することが好ましい。

本発明の放射線画像検出装置によれば、放射線吸収性を有し、第１の方向と直交する第２の方向に平行な複数の金属線により形成され、各金属線が、蛍光体層より放射線の入射側で、かつ第１の方向に並ぶ画素の間に対応して配置されたグリッドを設けることにより、製造コスト、耐衝撃性、分解能に優れ、かつ感度ばらつきを改善することができる。

Ｘ線画像検出装置の一部破断斜視図である。 Ｘ線画像検出装置の断面図である。 隔壁、グリッド、及びフォトダイオードの平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿うＦＰＤの断面図である。 光電変換パネルの構成を示す回路図である。 Ｘ線画像検出装置の製造工程を示す図（その１）である。 Ｘ線画像検出装置の製造工程を示す図（その２）である。 撮影時のＸ線画像検出装置の配置例を説明する説明図である。 Ｘ線画像検出装置の第１変形例を説明する図である。 Ｘ線画像検出装置の第２変形例を説明する図である。 Ｘ線画像検出装置の第３変形例を説明する図である。 Ｘ線画像検出装置の第４変形例を説明する図である。 Ｘ線画像検出装置の第５変形例を説明する図である。 Ｘ線画像検出装置の第５変形例を説明する図である。 第５変形例の効果を説明する図である。 Ｘ線画像検出装置の第６変形例を説明する図である。 Ｘ線画像検出装置の第７変形例を説明する図である。 Ｘ線画像検出装置の第８変形例を説明する図である。 Ｘ線画像検出装置の第９変形例を説明する図である。 Ｘ線画像検出装置の第１０変形例を説明する図である。

図１において、Ｘ線画像検出装置１０は、フラットパネル検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）１１と、回路支持基板１２と、制御ユニット１３と、これらを収容する筐体１４により構成されている。筐体１４は、Ｘ線ＸＲの透過性が高く、軽量で耐久性の高い炭素繊維強化樹脂（カーボンファイバー）により一体形成されたモノコック構造である。Ｘ線画像検出装置１０は、可搬型の電子カセッテである。

筐体１４の１つの側面には、開口部（図示せず）と、この開口部を塞ぐ蓋部材（図示せず）とが設けられている。Ｘ線画像検出装置１０の製造時には、開口部からＦＰＤ１１や制御ユニット１３が筐体１４内に挿入される。

筐体１４には、撮影時にＸ線源８０（図８参照）から放射され、被写体（患者）８１（図８参照）を透過したＸ線ＸＲが照射される照射面１４ａが設けられている。この照射面１４ａには、被写体８１の撮像可能領域とその中心位置とを示すガイド線１５が形成されている。ガイド線１５の外枠が、撮影可能領域に対応し、ガイド線１５が十字状に交差する交点が撮影可能領域の中心位置に対応する。

筐体１４内には、照射面１４ａ側から順に、ＦＰＤ１１、回路支持基板１２が配置されている。回路支持基板１２は、回路基板３０（図２参照）を支持しており、筐体１４に固定されている。制御ユニット１３は、筐体１４内の短手方向に沿った一端側に配置されている。

制御ユニット１３は、マイクロコンピュータやバッテリ（いずれも図示せず）を収容している。このマイクロコンピュータは、有線または無線により、Ｘ線源８０に接続されたコンソール（図示せず）と通信して、ＦＰＤ１１の動作を制御する。

図２において、ＦＰＤ１１は、Ｘ線ＸＲを可視光に変換する蛍光体層（シンチレータ）２０と、この可視光を電荷に変換する光電変換パネル２１を有している。Ｘ線画像検出装置１０は、ＩＳＳ（Irradiation Side Sampling）型であり、光電変換パネル２１は、蛍光体層２０よりＸ線ＸＲの入射側に配置されている。蛍光体層２０は、光電変換パネル２１を透過したＸ線ＸＲを可視光に変換して放出する。光電変換パネル２１は、蛍光体層２０から放出された可視光を光電変換して電荷に変換する。

光電変換パネル２１の蛍光体層２０側の第１表面２１ａには、図３に示すように、光電変換を行うフォトダイオード（ＰＤ）４３が、ＸＹ方向に沿って２次元マトリクス状に形成されている。光電変換パネル２１の蛍光体層２０とは反対側の第２表面２１ｂには、凹部２１ｃが形成されており、この凹部２１ｃに、散乱線除去用のグリッド２２が設けられている。光電変換パネル２１の第２表面２１ｂは、筐体１４の照射面１４ａ側の内面に、エポキシ樹脂等からなる接着層２３を介して貼り付けられている。このように、光電変換パネル２１に設けた凹部２１ｃ内にグリッド２２を形成することにより、グリッド２２を設けることによるＦＰＤ１１の厚みの増大を防止することができる。

蛍光体層２０は、図３に示すようにＹ方向に平行な複数の溝部２４ａを有するストライプ状の隔壁２４と、各溝部２４ａ内に充填された蛍光体２５とで構成されている。各溝部２４ａは、光電変換パネル２１の各ＰＤ４３に対応して設けられている。隔壁２４は、ガラス微粒子とバインダとを主成分とするガラスペーストにより形成されている。隔壁２４は、蛍光体２５より屈折率が低く、蛍光体２５から隔壁２４に入射する可視光は、入射角が所定以上の場合に全反射する。また、隔壁２４に、ガラス微粒子以外に、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどのフィラー粒子を添加することにより、反射率を高めてもよい。

蛍光体層２０は、蛍光体支持基板２６により支持されており、蛍光体層２０と蛍光体支持基板２６との間には、光反射膜２７が形成されている。蛍光体支持基板２６は、ガラス等の透明な絶縁性材料で形成されている。光反射膜２７は、アルミニウム等の金属薄膜により形成されている。

蛍光体支持基板２６の蛍光体層２０を支持する側の表面２６ａには、蛍光体層２０及び光反射膜２７の形成領域外に、第１のアライメントマーク２８ａが形成されている。第１のアライメントマーク２８ａは、アルミニウムやニッケル等の金属薄膜で形成されており、その平面形状は十字状である。

蛍光体層２０は、光反射膜２７が形成された面とは反対側が、アクリル系接合剤等からなる粘着層２９を介して光電変換パネル２１の第１表面２１ａに貼り合わされている。光電変換パネル２１の第１表面２１ａには、第１のアライメントマーク２８ａに対向する位置に、第２のアライメントマーク２８ｂが形成されている。第２のアライメントマーク２８ｂは、アルミニウム等の金属薄膜により形成され、第１のアライメントマーク２８ａと同一形状でかつ同一サイズである。第１及び第２のアライメントマーク２８ａ，２８ｂは、蛍光体層２０を光電変換パネル２１に貼り合わせる際に、ＰＤ４３と隔壁２４とを位置合わせするために用いられる。

回路支持基板１２は、蛍光体支持基板２６のＸ線ＸＲの入射側とは反対側に配置されている。回路支持基板１２と蛍光体支持基板２６とは、空気層を介して対向している。回路支持基板１２は、筐体１４の側部１４ｂにビス等で固着されている。回路支持基板１２の蛍光体支持基板２６とは反対側の下面１２ａには、回路基板３０が接着剤等を介して固定されている。

回路基板３０と光電変換パネル２１とは、フレキシブルプリント基板３１を介して電気的に接続されている。フレキシブルプリント基板３１は、いわゆるＴＡＢ（Tape Automated Bonding）ボンディング法により、光電変換パネル２１の端部に設けられた外部端子２１ｄに接続されている。

フレキシブルプリント基板３１には、光電変換パネル２１を駆動するためのゲートドライバ３１ａや、光電変換パネル２１から出力された電荷を電圧信号に変換するチャージアンプ３１ｂが搭載されている。回路基板３０には、チャージアンプ３１ｂにより変換された電圧信号に基づいて画像データを生成する信号処理部３０ａや、画像データを記憶する画像メモリ３０ｂが搭載されている。信号処理部３０ａには、相関二重サンプリング回路、電圧アンプ、マルチプレクサ、Ａ／Ｄ変換器等が含まれている。ゲートドライバ３１ａ、チャージアンプ３１ｂ、信号処理部３０ａ、画像メモリ３０ｂは、それぞれ集積回路として構成されている。

回路支持基板１２は、Ｘ線ＸＲから回路基板３０、信号処理部３０ａ、及び画像メモリ３０ｂを保護するために、鉛等のＸ線吸収材を含むことが好ましい。

図３において、各ＰＤ４３の平面形状はほぼ正方形状（例えば、１００μｍ×１００μｍの正方形状）であり、Ｘ方向に間隔Ｄｘずつ離して配置されており、Ｙ方向に間隔Ｄｙずつ離して配置されている。間隔Ｄｘ，Ｄｙは、５〜１０μｍ程度である。隔壁２４の各溝部２４ａは、平面形状が短冊状であり、Ｙ方向に並ぶＰＤ４３上に配置されている。溝部２４ａは、Ｘ方向への配列ピッチが、ＰＤ４３のＸ方向への配列ピッチと同一である。また、溝部２４ａは、Ｘ方向に、ＰＤ４３の間隔Ｄｘより大きい間隔Ｗ１を空けて配列されている（すなわち、Ｘ方向に隣接する２つの溝部２４ａの間の隔壁２４の幅Ｗ１は、ＰＤ４３の間隔Ｄｘより大きい）。これにより、隔壁２４は、Ｘ方向に隣り合うＰＤ４３の間の領域上を覆っている。

グリッド２２は、Ｘ方向に平行な複数の金属線２２ａにより構成されている。各金属線２２ａは、光電変換パネル２１の第２表面２１ｂに設けられた前述の凹部２１ｃに、タンタル、鉛、モリブデン等のＸ線吸収材を充填することにより形成されている。金属線２２ａのＹ方向への配列ピッチは、ＰＤ４３のＹ方向への配列ピッチと同一である。各金属線２２ａは、Ｙ方向への幅Ｗ２が、ＰＤ４３のＹ方向への間隔Ｄｙより大きく、Ｙ方向に隣り合うＰＤ４３の間の領域上を覆っている。各金属線２２ａは、帯電を防止するために、アルミニウム等で形成された導電性ライン２２ｂを介して接地される。

図４において、蛍光体２５は、樹脂等からなるバインダ（結合剤）２５ａと、このバインダ２５ａに分散された複数の蛍光体粒子２５ｂとで構成されている。蛍光体粒子２５ｂは、ＧＯＳ（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ）等の粒状結晶であり、Ｘ線ＸＲを吸収して可視光を発生する。

光電変換パネル２１は、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板４０と、この第１面４０ａ上に配列された複数の画素４１とを有する。絶縁性基板４０は、Ｘ線ＸＲの透過性を向上させるために、厚みが０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

各画素４１は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４２と、このＴＦＴ４２に接続されたＰＤ４３とを有する。ＰＤ４３は、蛍光体層２０により生成された可視光を光電変換して電荷を発生し、これを蓄積する。ＴＦＴ４２は、ＰＤ４３に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチング素子である。

ＴＦＴ４２は、逆スタガ型であり、ゲート電極４２ｇ、ソース電極４２ｓ、ドレイン電極４２ｄ、及び活性層４２ａを有する。ゲート電極４２ｇは、絶縁性基板４０上に形成されている。また、絶縁性基板４０上には、各画素４１の電荷蓄積容量を増加させるために、電荷蓄積用電極４４が形成されている。さらに、絶縁性基板４０上に、前述の第２のアライメントマーク２８ｂが形成されている。第２のアライメントマーク２８ｂは、ゲート電極４２ｇ及び電荷蓄積用電極４４とともに、同一の製造工程で形成されることが好ましい。

絶縁性基板４０上には、ゲート電極４２ｇ及び電荷蓄積用電極４４を覆うように、窒化シリコン（ＳｉＮ_Ｘ）等からなる絶縁膜４５が形成されている。この絶縁膜４５上には、ゲート電極４２ｇに対向するように、活性層４２ａが配置されている。ソース電極４２ｓ及びドレイン電極４２ｄは、活性層４２ａ上に所定間隔だけ離して配置されている。ドレイン電極４２ｄは、その一部が絶縁膜４５上に延在し、絶縁膜４５を介して電荷蓄積用電極４４と対向して、キャパシタ４４ａを構成している。

ゲート電極４２ｇ、ソース電極４２ｓ、ドレイン電極４２ｄ、電荷蓄積用電極４４は、アルミニウムや銅で形成されている。活性層４２ａは、アモルファスシリコンで形成されている。そして、ソース電極４２ｓ、ドレイン電極４２ｄ、及び活性層４２ａを覆うように、絶縁膜４５上には、窒化シリコン（ＳｉＮ_Ｘ）等からなるＴＦＴ保護膜４６が形成されている。

このＴＦＴ保護膜４６上には、ＴＦＴ４２による凹凸構造をなくすように、表面が平坦な第１の平坦化膜４７が形成されている。この第１の平坦化膜４７は、低誘電率（比誘電率ε_ｒ＝２〜４）の感光性の有機材料（例えば、ポジ型感光性アクリル系樹脂：メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとの共重合体からなるベースポリマーに、ナフトキノンジアジド系ポジ型感光剤を混合した材料など）を塗布し、１〜４μｍの膜厚に形成したものである。

この第１の平坦化膜４７及びＴＦＴ保護膜４６には、ドレイン電極４２ｄを露出させるコンタクトホール４８が形成されている。ＰＤ４３は、コンタクトホール４８を介してＴＦＴ４２のドレイン電極４２ｄに接続している。ＰＤ４３は、下部電極４３ａ、半導体層４３ｂ、上部電極４３ｃにより形成されている。

下部電極４３ａは、コンタクトホール４８内を覆い、かつＴＦＴ４２上を覆うように、第１の平坦化膜４７上に形成されており、ドレイン電極４２ｄに接続されている。この下部電極４３ａは、アルミニウムや酸化スズインジウムで形成されている。半導体層４３ｂは、下部電極４３ａ上に積層されている。半導体層４３ｂは、ＰＩＮ型のアモルファスシリコンであり、下から順にｎ^＋層、ｉ層、ｐ^＋層が積層されたものである。上部電極４３ｃは、半導体層４３ｂ上に形成されている。この上部電極４３ｃは、酸化スズインジウムや酸化亜鉛インジウムなどの透光性の高い材料で形成されている。

このＰＤ４３及び第１の平坦化膜４７上には、ＰＤ４３による凹凸構造をなくすように、表面が平坦な第２の平坦化膜４９が形成されている。この第２の平坦化膜４９は、第１の平坦化膜４７と同様の感光性の有機材料を塗布し、１〜４μｍの膜厚に形成したものである。

第２の平坦化膜４９には、上部電極４３ｃを露呈させるコンタクトホール５０が形成されている。そして、このコンタクトホール５０を介して上部電極４３ｃに共通電極配線５１が接続されている。共通電極配線５１は、各ＰＤ４３の上部電極４３ｃに共通に接続されており、バイアス電圧を各上部電極４３ｃに印加するために用いられる。共通電極配線５１は、アルミニウムや銅で形成されている。

第２の平坦化膜４９及び共通電極配線５１上には、保護絶縁膜５２が形成されている。保護絶縁膜５２は、ＴＦＴ保護膜４６と同様に、窒化シリコン（ＳｉＮ_Ｘ）等で形成されている。この保護絶縁膜５２上に、粘着層２９を介して蛍光体層２０が貼り合わされている。

図５において、画素４１は、絶縁性基板４０上に２次元マトリクス状に配列されている。各画素４１には、前述のように、ＴＦＴ４２、ＰＤ４３、及びキャパシタ４４ａが含まれている。各画素４１は、ＴＦＴ４２を介してゲート配線６０とデータ配線６１とに接続されている。ゲート配線６０は、Ｘ方向に延在し、Ｙ方向に複数配列されている。データ配線６１は、Ｙ方向に延在し、ゲート配線６０と交わるように、Ｘ方向に複数配列されている。ゲート配線６０は、ＴＦＴ４２のゲート電極４２ｇに接続されている。データ配線６１は、ＴＦＴ４２のドレイン電極４２ｄに接続されている。

ゲート配線６０の一端は、ゲートドライバ３１ａに接続されている。データ配線６１の一端は、チャージアンプ３１ｂに接続されている。ゲートドライバ３１ａは、各ゲート配線６０に順にゲート駆動電圧を与え、各ゲート配線６０に接続されたＴＦＴ４２をオンさせる。ＴＦＴ４２がオンすると、ＰＤ４３及びキャパシタ４４ａに蓄積された電荷がデータ配線６１に出力される。

チャージアンプ３１ｂは、データ配線６１に出力された電荷を積算して電圧信号に変換する。信号処理部３０ａは、チャージアンプ３１ｂから出力された電圧信号にＡ／Ｄ変換やゲイン補正処理等を施して画像データを生成する。画像メモリ３０ｂは、フラッシュメモリなどからなり、信号処理部３０ａにより生成された画像データを記憶する。画像メモリ３０ｂに記憶された画像データは、有線や無線の通信部（図示せず）を介して外部に読み出し可能である。

次に、Ｘ線画像検出装置１０の製造方法を説明する。まず、図６（Ａ）に示すように、ガラス等で形成された蛍光体支持基板２６の表面２６ａ上に、周知のフォトリソグラフィやスクリーン印刷等の技術を用いて、アルミニウム等の金属薄膜からなる光反射膜２７及び第１のアライメントマーク２８ａを形成する。光反射膜２７と第１のアライメントマーク２８ａとは、それぞれ別の製造工程で形成してもよいが、工程数の削減のために、同一の製造工程で形成することも好ましい。

図６（Ｂ）に示すように、蛍光体支持基板２６の表面２６ａ上に、光反射膜２７及び第１のアライメントマーク２８ａを覆うように感光性ペースト７０を塗布し、これを乾燥した後、フォトマスク７１を介して感光性ペースト７０を露光する。

感光性ペースト７０としては、例えば、特開２００９−２３１２８０号公報に記載された無機微粒子と感光性有機成分を主成分とする材料を用いることができる。この無機微粒子としては、ガラス、セラミック（アルミナやコーディライト）などが好ましく、特に、ガラスが好ましい。前述のように、感光性ペースト７０には、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの粒子を添加することが好ましい。

フォトマスク７１には、前述の隔壁２４の平面形状に対応した開口部７１ａが形成されており、この開口部７１ａを通過した露光光ＥＬ（例えば、紫外線）が感光性ペースト７０に照射される。本実施形態では、感光性ペースト７０は、ネガ型である。この感光性ペースト７０を、現像することにより感光した部分が残存し、これを焼成することにより、図６（Ｃ）に示すように、隔壁２４が形成される。隔壁２４には、フォトマスク７１の開口部７１ａに対応する位置に溝部２４ａが形成される。露光時のフォトマスク７１の位置は、第１のアライメントマーク２８ａを用いて設定される。このため、隔壁２４は、第１のアライメントマーク２８ａに対して、高精度に形成される。

そして、バインダ２５ａの溶液（結合剤溶液）に、ＧＯＳ等で形成された蛍光体粒子２５ｂを分散させた蛍光体塗布液を隔壁２４上に塗布する。このとき、蛍光体塗布液は、各溝部２４ａ内に流入して流動し、各溝部２４ａ内に一様に充填される。これを乾燥させることにより、図６（Ｄ）に示すように、厚みが均一な蛍光体２５が形成される。

結合剤溶液は、例えば、ポリビニルブチラール樹脂、ウレタン樹脂脂および可塑剤の混合物を、トルエン、２−ブタノールおよびキシレンの混合溶剤に溶解して撹拌することにより作成される。蛍光体粒子２５ｂは、例えば、平均粒子径が約５μｍのＧＯＳ粒子であり、蛍光体塗布液に混合し、ボールミルで分散処理される。この結合剤溶液は、例えば、ドクターブレードを用いて塗布される。

以上の工程により、蛍光体層２０が完成する。この後、図７に示すように、蛍光体層２０上に、アクリル系接合剤等からなる粘着層２９を形成し、蛍光体層２０を、粘着層２９を介して光電変換パネル２１の第１表面２１ａに貼り合わせる。この貼り合わせは、例えば、光電変換パネル２１の第２表面２１ｂ側からローラ（図示）で光電変換パネル２１を蛍光体層２０に対して押圧することにより行う。

光電変換パネル２１は、絶縁性基板４０上に、周知の半導体プロセスにより画素４１等を形成することにより製造されたものである。絶縁性基板４０のＸ線入射側の面（第２表面２１ｂ）にはグリッド２２が形成されている。このグリッド２２を形成するには、まず、第２表面２１ｂに対して、フォトリソグラフィ法を用いてパターニング（例えば、ドライエッチング）を施すことにより、前述の複数の凹部２１ｃを形成する。そして、各凹部２１ｃに、鉛等のＸ線吸収材を蒸着して充填することにより、前述の各金属線２２ａが形成され、グリッド２２が完成する。

また、絶縁性基板４０のＸ線入射側とは反対側の面（第１表面２１ａ）には、ＴＦＴ４２のゲート電極４２ｇ及び電荷蓄積用電極４４とともに、同一の製造工程で第１のアライメントマーク２８ａが形成されている。各凹部２１ｃは、第１表面２１ａ側に画素４１等を形成した後、第１のアライメントマーク２８ａに基づいて形成することが好ましい。

蛍光体層２０と光電変換パネル２１との貼り合わせ時には、例えば、蛍光体支持基板２６の蛍光体層２０とは反対側から、カメラ７２を用いて、蛍光体支持基板２６を介して第１及び第２のアライメントマーク２８ａ，２８ｂを撮像し、第１及び第２のアライメントマーク２８ａ，２８ｂの重なり度合いが最も高い位置に蛍光体層２０と光電変換パネル２１とを位置決めした上で、両者を貼り合わせる。

以上の工程によりＦＰＤ１１が完成する。この後、ＦＰＤ１１を筐体１４内に接着層２３を介して取り付けるとともに、信号処理部３０ａや画像メモリ３０ｂを実装した回路支持基板１２、ゲートドライバ３１ａやチャージアンプ３１ｂを実装したフレキシブルプリント基板３１、制御ユニット１３を取り付けることにより、Ｘ線画像検出装置１０が完成する。

次に、Ｘ線画像検出装置１０の作用を説明する。Ｘ線画像検出装置１０を用いて撮影を行うには、図８に示すように、撮影者（医師や放射線技師）は、Ｘ線画像検出装置１０上に被写体８１を載置し、被写体８１に対向するようにＸ線源８０を配置する。

撮影者がコンソールを操作してＸ線源８０及びＸ線画像検出装置１０に撮影開始を指示すると、Ｘ線源８０からＸ線ＸＲが射出され、被写体８１を透過したＸ線ＸＲがＸ線画像検出装置１０の照射面１４ａに照射される。照射面１４ａに照射されたＸ線ＸＲは、筐体１４、接着層２３を順に通過して、グリッド２２に入射する。

グリッド２２では、Ｘ線ＸＲが被写体８１で散乱することにより生じた散乱線が除去される。具体的には、グリッド２２は、Ｘ方向に平行な複数の金属線２２ａにより構成されるので、散乱線のうちＹ方向へ向かう成分が除去される。グリッド２２を通過したＸ線ＸＲは、光電変換パネル２１及び粘着層２９を通過して蛍光体層２０に入射する。

蛍光体層２０では、蛍光体２５に含まれる複数の蛍光体粒子２５ｂが、入射したＸ線ＸＲを吸収して可視光を発生する。蛍光体粒子２５ｂにより発生された可視光は、隔壁２４の溝部２４ａ内を伝播する。具体的には、蛍光体粒子２５ｂでの発光は、等方的であり、ＰＤ４３の方向に伝播する可視光は、粘着層２９を透過して光電変換パネル２１に入射する。逆に、光反射膜２７の方向に伝播する可視光は、光反射膜２７で反射された後、ＰＤ４３の方向に伝播し、同様に光電変換パネル２１に入射する。また、Ｘ方向に伝播する可視光は、隔壁２４の表面で反射され、その反射方向に応じて光電変換パネル２１または光反射膜２７の方向へ伝播を行い、最終的に光電変換パネル２１に入射する。このように、各蛍光体２５で発生した可視光は、隔壁２４によりＸ方向への拡散が抑えられ、対応するＰＤ４３に効率よく入射する。

光電変換パネル２１に入射した可視光は、保護絶縁膜５２及び第２の平坦化膜４９を透過して、ＰＤ４３に入射する。可視光は、ＰＤ４３により電荷に変換され、変換された電荷は、ＰＤ４３及びキャパシタ４４ａに蓄積される。Ｘ線源８０からのＸ線照射が終了すると、ゲートドライバ３１ａにより、ゲート配線６０を介してＴＦＴ４２のゲート電極４２ｇに順にゲート駆動電圧が印加される。これにより、行方向に並んだＴＦＴ４２が列方向に順にオンとなり、オンとなったＴＦＴ４２を介して、ＰＤ４３及びキャパシタ４４ａに蓄積された電荷がデータ配線６１に出力される。

データ配線６１に出力された電荷は、チャージアンプ３１ｂにより電圧信号に変換されて信号処理部３０ａに入力される。信号処理部３０ａにより、全画素４１分の電圧信号に基づいて画像データが生成され、画像メモリ３０ｂに記憶される。

本実施形態では、グリッド２２によりＹ方向への散乱線成分が除去されたものが、蛍光体層２０に入射し、蛍光体層２０では、隔壁２４によりＸ方向に向かう光の拡散が抑えられるので、Ｘ方向及びＹ方向に分解能の低下が抑えられる。

また、本実施形態では、蛍光体２５は、Ｙ方向に延在する溝部２４ａに蛍光体塗布液を充填させることにより形成され、各溝部２４ａは、蛍光体塗布液が一様に充填され、蛍光体２５の厚さが均一化されるので、画素４１間の感度ばらつきが小さい。

なお、上記実施形態では、隔壁２４を、感光性ペーストを用いてフォトリソグラフィ（感光性ペースト法）により形成しているが、特開２００９−２３１２８０号公報に記載されているように、サンドブラスト法やスクリーン印刷法を用いて形成することも可能である。また、隔壁２４は、ガラスペーストに限られず、レジスト材等の他の材料で形成してもよい。また、隔壁２４の側面に、金属等で反射膜を形成してもよい。さらに、隔壁２４内に、タンタル、鉛、モリブデン等のＸ線吸収材を混入させることにより、隔壁２４に散乱線除去グリッドとしての機能を持たせてもよい。

また、上記実施形態では、図６（Ｄ）に示すように、隔壁２４の各溝部２４ａ内を蛍光体塗布液で満たすことにより、各溝部２４ａ内を蛍光体２５で完全に埋めているが、図９（Ａ）に示すように、隔壁２４の各溝部２４ａ内を蛍光体２５で完全には埋めずに、一部に空隙２４ｂを残しておき、図９（Ｂ）に示すように、この空隙２４ｂを、粘着層２９の一部で埋めてもよい。空隙２４ｂの深さは、例えば、１０〜２０μｍ程度である。これにより、粘着層２９と蛍光体層２０との密着性が向上し、蛍光体層２０を光電変換パネル２１に貼り合わせる際のズレ等が防止される。

また、図９（Ａ）に示すように空隙２４ｂを形成した後、図１０（Ａ）に示すように、空隙２４ｂを埋めるように樹脂層９０を形成することにより、蛍光体層２０の表面を平坦化し、図１０（Ｂ）に示すように、樹脂層９０の表面上に粘着層２９を形成してもよい。この樹脂層９０の材料としては、蛍光体２５より粘度が低い熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂を用いることが好ましい。また、蛍光体２５から光電変換パネル２１側への可視光の射出効率を高める（樹脂層９０の表面での反射を抑える）ために、樹脂層９０の屈折率は、蛍光体２５の屈折率に近く、かつ蛍光体２５の屈折率より低いことが好ましい。具体的には、蛍光体２５の屈折率は、バインダ２５ａの屈折率が支配的であるため、樹脂層９０の屈折率は、バインダ２５ａの屈折率に近く、かつバインダ２５ａの屈折率より低いことが好ましい。これにより、蛍光体２５から樹脂層９０への可視光の入射効率が向上する。

このように樹脂層９０を設ける場合には、粘着層２９を設けず、樹脂層９０を光電変換パネル２１に直接当接させてもよい。粘着層２９を設けない場合には、蛍光体層２０と光電変換パネル２１との間の接合力が弱いため、蛍光体支持基板２６と光電変換パネル２１との間に端部封止部（図示せず）を設け、この端部封止部を介して両者を接合することが好ましい。この端部封止部は、蛍光体層２０の外周を囲うように、アクリル樹脂等からなる紫外線硬化性樹脂で形成する。

また、図９（Ａ）に示すように空隙２４ｂを形成した後、図１１（Ａ）に示すように、蛍光体支持基板２６の表面２６ａからの高さが蛍光体層２０より高い壁部９１を、蛍光体層２０の外周を囲うように形成し、図１１（Ｂ）に示すように、壁部９１で囲われた蛍光体層２０上の空間を埋めるように、前述の樹脂層９０を形成してもよい。これにより、樹脂層９０の表面の平坦性が向上する。

この場合、樹脂層９０の表面上に粘着層２９を形成し、蛍光体層２０を、樹脂層９０及び粘着層２９を介して光電変換パネル２１に貼り合わせてもよいが、粘着層２９を設けず、樹脂層９０の表面を光電変換パネル２１に直接接触させてもよい。このように粘着層２９を設けない場合には、蛍光体支持基板２６と光電変換パネル２１との間に、前述の端部封止部を設けることが好ましい。

また、図１２（Ａ）に示すように、隔壁２４の溝部２４ａのうち、最も外側に位置する溝部２４ａに樹脂を充填することにより、蛍光体層２０の外周を囲う壁部９２を形成し、図１２（Ｂ）に示すように、壁部９２で囲われた蛍光体層２０上の空間を埋めるように、前述の樹脂層９０を形成してもよい。この場合も同様に、樹脂層９０の表面上に粘着層２９を形成してもよいし、粘着層２９を形成せずに、樹脂層９０を光電変換パネル２１に直接当接させてもよい。

また、図９（Ａ）に示すように空隙２４ｂを形成した後、図１３に示すように、熱により塑性変形するシート状の樹脂層９３を蛍光体層２０の表面に押し当て、熱を加えて樹脂層９３を変形させることにより、樹脂層９３の一部で空隙２４ｂを埋めてもよい。この場合も同様に、樹脂層９３の表面上に粘着層２９を形成してもよいし、粘着層２９を形成せずに、樹脂層９３を光電変換パネル２１に直接当接させてもよい。樹脂層９３は、樹脂層９０と同様に、その屈折率は、蛍光体２５の屈折率に近いことが好ましい。

また、図９〜図１３の例では、隔壁２４の各溝部２４ａ内を蛍光体２５で完全に埋めずに空隙２４ｂを形成しているが、図１４（Ａ）に示すように、蛍光体塗布液を塗布する際に、蛍光体塗布液を各溝部２４ａから溢れさせ、その表面張力により、溝部２４ａから突出した凸部２５ｃを蛍光体２５に形成することも好ましい。この場合、凸部２５ｃは、Ｘ方向への断面形状が、ほぼ半円状となる。図１４（Ｂ）に示すように、各凸部２５ｃを覆うように前述の粘着層２９を形成し、この粘着層２９を介して蛍光体層２０を光電変換パネル２１に貼り合わせればよい。なお、粘着層２９に代えて、樹脂層９０と同様な樹脂層（図示せず）で凸部２５ｃの表面を覆ってもよい。この場合には、樹脂層の表面上に粘着層２９を形成してもよいし、粘着層２９を形成せずに、樹脂層を光電変換パネル２１に直接当接させてもよい。

このように蛍光体２５に凸部２５ｃを設けた場合には、蛍光体２５から光電変換パネル２１側への可視光の射出効率が高まる（樹脂層９０の表面での反射が減少する）。これは、例えば、図１５（Ａ）に示すように、蛍光体２５の表面が平坦な場合に、その表面に、臨界角より大きな入射角θ１で入射する可視光ＬＴは反射されるが、図１５（Ｂ）に示すように、蛍光体２５に凸部２５ｃを設けた場合には、凸部２５ｃの表面に対する可視光ＬＴの入射角θ２が臨界角より低下し、可視光ＬＴは表面で反射されずに射出されるためである。

また、上記実施形態では、図２に示すように、光電変換パネル２１の第２表面２１ｂに凹部２１ｃを形成し、この凹部２１ｃにグリッド２２を設けているが、凹部２１ｃを設けずに第２表面２１ｂを平坦面とし、この平坦面上に蒸着や貼り合わせによりグリッド２２を形成してもよい。

また、上記実施形態では、図２に示すように、グリッド２２を、光電変換パネル２１の第２表面２１ｂ側に配置しているが、光電変換パネル２１の第１表面２１ａ側で、かつ光電変換パネル２１と蛍光体層２０との間に設けてもよい。例えば、図１６に示すように、蛍光体層２０の光電変換パネル２１側の表面上に、蒸着や貼り合わせによりグリッド２２を形成し、グリッド２２が形成された蛍光体層２０の表面を、粘着層２９を介して光電変換パネル２１に貼り合わせればよい。

また、上記実施形態では、図２に示すように、蛍光体支持基板２６上に光反射膜２７を介して形成した蛍光体層２０を、粘着層２９を介して光電変換パネル２１に貼り付けているが、図１７に示すように、蛍光体支持基板２６の蛍光体層２０とは反対側の表面を、粘着層２９を介して光電変換パネル２１に貼り合わせてもよい。この場合には、光反射膜２７は、蛍光体層２０の蛍光体支持基板２６とは反対側の表面に、蒸着法等で形成する。また、この場合には、グリッド２２を、蛍光体支持基板２６に設けてもよい。

また、上記実施形態では、図２に示すように、蛍光体層２０を、粘着層２９を介して光電変換パネル２１の第１表面２１ａに貼り合わせているが、図１８に示すように、光電変換パネル２１の第１表面２１ａに蛍光体層２０を直接形成してもよい。この場合には、蛍光体支持基板２６が不要となる。具体的には、光電変換パネル２１の第１表面２１ａ上に、フォトリソグラフィ法により複数の溝部２４ａを有する隔壁２４を形成し、この隔壁２４上に蛍光体塗布液を塗布して溝部２４ａ内に充填し、蛍光体塗布液を乾燥させて蛍光体２５を形成すればよい。この場合には、光反射膜２７は、蛍光体層２０の光電変換パネル２１とは反対側の表面に形成する。

また、このように光電変換パネル２１の第１表面２１ａに蛍光体層２０を直接形成する場合においても、グリッド２２を、光電変換パネル２１と蛍光体層２０との間に設けることが可能である。この場合には、図１９に示すように、光電変換パネル２１を、画素４１が絶縁性基板４０よりＸ線入射側となるように配置し、絶縁性基板４０と蛍光体層２０との間にグリッド２２を設けることが好ましい。この場合には、グリッド２２は、絶縁性基板４０の蛍光体層２０側の表面に設けた凹部内に形成することが好ましい。例えば、通常、絶縁性基板４０は、蛍光体層２０側の表面にブラスト処理等を行うことにより、薄膜化が行われるので、この薄膜化を行う過程において凹凸を形成し、この凹部にグリッド２２を形成した上で表面を平坦化する。また、絶縁性基板４０の蛍光体層２０側の表面に凹部を形成せずに、蒸着や貼り合わせによりグリッド２２を形成してもよい。

また、上記実施形態では、光電変換パネル２１は、蛍光体層２０のＸ線入射側に配置されているが、図２０に示すように、光電変換パネル２１を、蛍光体層２０のＸ線入射側とは反対側に配置してもよい。この場合には、蛍光体支持基板２６の蛍光体層２０の表面に凹部２６ｂを形成し、この凹部２６ｂ内にグリッド２２を形成し、このグリッド２２が形成された蛍光体層２０の表面を、接着層２３を介して筐体１４の照射面１４ａ側の内面に貼り付けることが好ましい。また、この場合においても、光電変換パネル２１の第１表面２１ａに蛍光体層２０を直接形成してもよい。

また、上記実施形態では、グリッド２２を構成する金属線２２ａのＹ方向への配列ピッチを、ＰＤ４３のＹ方向への配列ピッチと同一としているため、グリッド２２がモアレ縞として画像に映り込むことが防止されている。金属線２２ａのＹ方向への配列ピッチは、ＰＤ４３のＹ方向への配列ピッチと同一に限られず、整数倍であればよい。

また、上記実施形態では、ＦＰＤに対して固定された静止型のグリッド２２を用いているが、Ｘ線画像検出装置から取り外し可能なグリッドや、揺動型のグリッドを用いてもよい。

また、上記実施形態では、隔壁２４は、Ｘ方向への幅Ｗ１がＸＹ平面に直交する方向に均一であるが、光電変換パネル２１から離れる方向に幅Ｗ１が次第に増大するように、各溝部２４ａをテーパ状としてもよい。

また、上記実施形態では、蛍光体粒子２５ｂとしてＧＯＳ粒子を用いているが、蛍光体粒子２５ｂとして、Ａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｘ（ただし、Ａは、Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕのうちいずれか１つ、Ｘは、Ｅｕ，Ｔｂ，Ｐｒのうちのいずれか１つ）で表される粒子を用いることが可能である。また、蛍光体粒子２５ｂとして、Ａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｘに共付活剤としてセリウム（Ｃｅ）またはサマリウム（Ｓｍ）を含めたものを用いてもよい。

また、上記実施形態では、ＴＦＴ４２の活性層４２ａをアモルファスシリコンにより形成しているが、これに代えて、非晶質酸化物（例えば、Ｉｎ−Ｏ系）、有機半導体材料、カーボンナノチューブなどにより形成してもよい。

また、上記実施形態では、ＰＤ４３の半導体層４３ｂをアモルファスシリコンにより形成しているが、これに代えて、有機光電変換材料（例えば、キナクリドン系有機化合物やフタロシアニン系有機化合物）により形成してもよい。アモルファスシリコンは、幅広い吸収スペクトルを持つが、有機光電変換材料は、可視域にシャープな吸収スペクトルを持つため、蛍光体層２０で生成された可視光以外の電磁波を吸収することが殆どなく、ノイズを抑制することができる。

また、上記実施形態では、放射線としてＸ線を用いているが、γ線やα線等、Ｘ線以外の放射線を用いてもよい。さらに、上記実施形態では、可搬型の放射線画像検出装置である電子カセッテを例に挙げて本発明を説明しているが、本発明は、立位型や臥位型の放射線画像検出装置や、マンモグラフィ装置等にも適用可能である。

１０ Ｘ線画像検出装置
２０ 蛍光体層
２１ 光電変換パネル
２１ｃ 凹部
２２ グリッド
２２ａ 金属線
２２ｂ 導電性ライン
２３ 接着層
２４ 隔壁
２４ａ 溝部
２５ 蛍光体
２５ａ バインダ
２５ｂ 蛍光体粒子
２６ 蛍光体支持基板
２６ｂ 凹部
２７ 光反射膜
２９ 粘着層
４１ 画素
４３ フォトダイオード

Claims (11)

1. 第１の方向に平行な複数の溝部が形成された隔壁と、前記各溝部に充填され、放射線を可視光に変換する蛍光体とを有する蛍光体層と、
   光電変換を行うフォトダイオードを含む画素が、前記各溝部に沿って所定の配列ピッチで複数配列された光電変換パネルと、
   前記第１の方向と直交する第２の方向に平行な複数の金属線により形成され、前記各金属線が、前記蛍光体層より前記放射線の入射側で、かつ前記第１の方向に並ぶ画素の間に対応して配置されたグリッドと、
   を備えることを特徴とする放射線画像検出装置。
2. 前記グリッド、前記光電変換パネル、前記蛍光体層は、この順番に配置されてい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. 前記光電変換パネルの前記グリッド側の表面には、複数の凹部が形成されており、前記グリッドは、前記凹部内に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の放射線画像検出装置。
4. 前記蛍光体は、バインダと、このバインダに分散された蛍光体粒子とを含むことを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
5. 前記第２の方向に隣接する２つの前記溝部の間の前記隔壁の幅は、前記第２の方向に隣接する２つの前記フォトダイオードの間隔より大きいことを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
6. 前記金属線の前記第１の方向への幅は、前記第１の方向に隣接する２つの２つの前記フォトダイオードの間隔より大きいことを特徴とする請求項５に記載の放射線画像検出装置。
7. 前記隔壁は、前記蛍光体より屈折率が低いことを特徴とする請求項１から６いずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
8. 前記蛍光体層の前記光電変換パネルと反対側の表面に、前記可視光を反射する光反射層が形成されていることを特徴とする請求項１から７いずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
9. 前記蛍光体層は、蛍光体支持基板上に、前記光反射層を介して形成されており、
   前記蛍光体層の前記蛍光体支持基板とは反対側の表面は、粘着層を介して前記光電変換パネルに貼り合わされていることを特徴とする請求項８に記載の放射線画像検出装置。
10. 前記隔壁には、放射線吸収材が混入されていることを特徴とする請求項１から９いずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
11. 前記各蛍光体は、前記溝部から前記フォトダイオードに向けて突出し、前記第２の方向への断面形状が半円状の凸部を有することを特徴とする請求項１から１０いずれか１項に記載の放射線画像検出装置。

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