JP2017058254A - 放射線撮像装置及び放射線撮像システム - Google Patents
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Abstract
【課題】センサと隔壁との位置ずれを抑制しつつ、隣接するシンチレータの発光の影響を低減する技術を提供する。
【解決手段】放射線を光に変換する複数のシンチレータと、基台と、基台の第1の面の上に配され光を検出する複数のセンサと、充填部と、を含み、基台は、複数のセンサにそれぞれ対応する位置に複数のシンチレータが配されるように、複数のシンチレータを区画する隔壁部を有し、隔壁部のうち第1の面の側には溝が配され、溝には、充填部が配され、充填部が、前記光を反射、又は、吸収する。
【選択図】図2
【解決手段】放射線を光に変換する複数のシンチレータと、基台と、基台の第1の面の上に配され光を検出する複数のセンサと、充填部と、を含み、基台は、複数のセンサにそれぞれ対応する位置に複数のシンチレータが配されるように、複数のシンチレータを区画する隔壁部を有し、隔壁部のうち第1の面の側には溝が配され、溝には、充填部が配され、充填部が、前記光を反射、又は、吸収する。
【選択図】図2
Description
本発明は、放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関する。
放射線を光に変換するシンチレータと、光を電気信号に変換するセンサが配されたセンサパネルとを含む放射線撮像装置が用いられている。撮像画像の解像度の向上のために、光を反射又は吸収する隔壁をセンサの配されるピッチで配し、シンチレータを隔壁で囲んだシンチレータパネルを、センサパネルに接着層などを介して実装する方法が知られている。しかしながら、シンチレータパネルとセンサパネルとを貼り合わせる際、高い位置合わせ精度が必要となり、センサと隔壁との位置がずれて実装された場合、モアレが発生し撮像画像の解像度が低下する可能性がある。特許文献1には、光を透過する基板を用い、センサを形成する面とは反対の面に凹部を形成し、凹部にシンチレータが埋め込まれる。この埋め込まれたシンチレータと、基板を挟んで対向する位置にセンサを配する構造が示されている。
しかしながら、特許文献1の構造では、光を透過する基板を用いるため、それぞれのセンサが、隣接するセンサに対向して配されたシンチレータからの発光の影響を受け、撮像画像の解像度が低下する可能性がある。
本発明は、センサと隔壁との位置ずれを抑制しつつ、隣接するシンチレータの発光の影響を低減する技術を提供することを目的とする。
上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る放射線撮像装置は、放射線を光に変換する複数のシンチレータと、基台と、基台の第1の面の上に配され光を検出する複数のセンサと、充填部と、を含み、基台は、複数のセンサにそれぞれ対応する位置に複数のシンチレータが配されるように、複数のシンチレータを区画する隔壁部を有し、隔壁部のうち第1の面の側には溝が配され、溝には、充填部が配され、充填部が、前記光を反射、又は、吸収することを特徴とする。
上記手段により、センサと隔壁との位置ずれを抑制しつつ、隣接するシンチレータの発光の影響を低減する技術が提供される。
以下、本発明に係る放射線撮像装置の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明及び図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。本発明における放射線には、放射線崩壊によって放出される粒子(光子を含む)の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギを有するビーム、例えばX線や粒子線、宇宙線なども含みうる。
図1〜5を参照して、本発明の実施形態による放射線撮像装置を説明する。図1は、本実施形態における放射線撮像装置100の概略構成例を示す。放射線撮像装置100は、シンチレータ130、反射層140、及び、シンチレータ130で放射線から変換された光を検出する複数のセンサを含むセンサパネル110によって構成されうる。図1において、説明のためにセンサパネル110とシンチレータ130と反射層140とは、互いに離れて描かれている。しかしながら、後述するように実際には、センサパネル110の放射線200が入射する面と反対の面に形成された凹部に、シンチレータ130は埋め込まれる。また、反射層140がシンチレータ130の充填された凹部を蓋のように覆うことによって、シンチレータ130が凹部に封入されうる。
被検体に曝射された放射線200は、被検体によって減衰を受けた後、図1の矢印の方向から放射線撮像装置100に入射する。放射線撮像装置100に入射した放射線200は、シンチレータ130でセンサパネル110に配された各センサで検出可能な波長の光(例えば可視光)に変換される。シンチレータ130には、例えばGOSやCsIが用いられうる。また、反射層140は、シンチレータ130で放射線200から変換された光のうち、センサパネル110とは反対の方向に進む光をセンサの方向に反射する。反射層140によって、シンチレータ130で変換された光の利用効率が向上できる。反射層140は、例えばアルミニウムなどの金属が用いられうる。変換された光は、センサパネル110の各センサに配された光電変換素子に入射し、電気信号に変換される。この電気信号に基づいて、放射線撮像装置100に接続された信号処理部(不図示)が、ディスプレイなどの表示部(不図示)に撮像画像を表示させるための画像データを生成しうる。放射線撮像装置100による撮像及び信号処理部による画像データの生成の各動作を繰り返すことによって、動画像を生成してもよい。また、本実施形態において、放射線200は、放射線撮像装置100のセンサパネル110の側から入射するが、これに限られるものではなく、シンチレータ130の側から入射してもよい。
図2(a)は、本実施形態の放射線撮像装置100の平面図を示す。センサパネル110には、光を検出し、電気信号に変換する光電変換素子を含む複数のセンサが、例えば2次元アレイ状に配されうる。また、センサパネル110には、各センサから出力される信号を、センサパネル110から信号処理部(不図示)に転送するための配線基板150が配される。配線基板には、フレキシブル配線板(FPC)やリジッド配線板などを用いることができる。図2(a)に示すように1枚のセンサパネル110によって、1つの放射線撮像装置100が構成されていてもよい。しかしながら、1つの放射線撮像装置100を構成するセンサパネル110の数はこれに限られるものではなく、例えば2枚以上のセンサパネル110によって、1つの放射線撮像装置100が構成されていてもよい。この場合、例えば、複数のセンサパネル110を、ガラス、石英、アクリルなどの樹脂、セラミック、金属などの材料を用いた基板上に、接着剤などの結合層を介して貼り合わせて用いてもよい。基板上に複数のセンサパネル110を配置する際、センサパネル110同士が接触したときの電気的、機械的な影響を低減するために、例えば、互いに隣接するセンサパネル110は、間隔を開けて配置されてもよい。
図2(b)は、図2(a)の点線で示すA−A’間の断面図、図2(c)は、図2(a)の点線で囲まれた部分Bの拡大図を、それぞれ示す。放射線撮像装置100は、基台111、基台111上に形成された複数のセンサ115、金属層112と充填部材114とを含む充填部121、平坦化層122、複数のシンチレータ130を含む。また、基台111のセンサ115の配される上面と反対側の下面には、上述のように反射層140が配される。本明細書において、各構成要素のセンサ115が配される側の面を上面、反射層140の配される側の面を下面と呼ぶ。センサ115上には、センサ115を覆うように保護層116が配される。
次に放射線撮像装置100の各構成要素について説明する。センサ115のそれぞれは、光電変換素子115aと、信号を出力する光電変換素子115aを選択するためのスイッチ素子115bとを含む。本実施形態において、スイッチ素子115bの上に光電変換素子115aが配された積層型のセンサを用いるが、スイッチ素子115bと光電変換素子115aとが同一面上に配された平面型のセンサであってもよい。
光電変換素子115aとして、例えば非晶質シリコンを用いたPIN型、MIS型、NIP型の光電変換素子や、結晶シリコンを用いたSOI型、CMOS型、CCD型などの光電変換素子が用いられうる。本実施形態において、基台111の上面の上に設けられたスイッチ素子115bの上に、層間絶縁膜を介して非晶質シリコンを用いた光電変換素子115aが配される。スイッチ素子115bとして、例えば薄膜トランジスタ(TFT)が用いられうる。センサ115の光電変換素子115aの基台111側の電極は、シンチレータ130からの光を透過するために、透明導電膜が用いられる。透明導電膜として、例えばITO、ZnO、SnO2、CdSnO4、In2O3などの材料を用いてもよい。光電変換素子115aの基台111側の電極は、コンタクトプラグ118を介してスイッチ素子115bに接続される。光電変換素子115aの基台111と反対側の電極は、バイアス線120と接続され、光電変換素子115aを駆動するための電位が供給される。また、スイッチ素子115bのゲート電極は行ごとに共通の制御線117によって接続され、制御線117の電位によって選択されたセンサ115の信号は列ごとに共通の信号線119によって転送される。
センサ115の上に設けられる保護層116は、各センサ115を外部からの衝撃などから保護する。また、保護層116は、例えば不透明なエポキシ樹脂などを用いることによって、センサ115を覆い放射線撮像装置100の外部から入射する光を遮る遮光層として機能してもよい。
次いで、基台111について説明する。基台111の下面は、基台111の上に形成されるセンサ115の光電変換素子115aにそれぞれ対応する位置にシンチレータ130が配されるように、複数のシンチレータ130のそれぞれを区画する隔壁部111aを有する。隔壁部111aによって区画された基台111の凹部のそれぞれに、シンチレータ130が埋め込まれる。
基台111は、シンチレータ130によって放射線から変換された光を透過するとよい。例えば、基台111は、シンチレータ130の配される隔壁部111aによって区画された部分において、基台111の上面と交差する基台111の厚み方向に、シンチレータ130の発光するピーク波長の光を50%以上透過するとよい。光の透過率は、例えばJIS規格 R 3106に準拠して測定されうる。基台111として、例えばガラスや、放射線撮像装置100の製造工程における熱処理などに耐えうる耐熱性透明有機樹脂などを用いてもよい。また例えば、結晶シリコンを用いてもよい。
基台111の隔壁部111aのうち上面側には、溝が形成される。溝には、充填部121が配される。充填部121は、図2(b)に示すように、溝を埋め込んでいてもよいし、また空間を含んでいてもよい。本実施形態において、充填部121は、充填部材114と、隔壁部111aに接するように配された金属層112とを含む。金属層112には、例えばアルミニウムなどの金属を用いてもよい。基台111の上面には、基台111と充填部121との段差を抑制するために、基台111及び充填部121を覆う平坦化層122を設けてもよい。充填部121のうち少なくとも一部と、平坦化層122とは、同一の材料で連続的に形成されてもよい。本実施形態において、充填部121のうち充填部材114と、平坦化層122とは、例えばポリイミドなどの樹脂を用いて一体的に形成される。平坦化層122は、シンチレータ130からの光をセンサ115の光電変換素子115aに透過するために、例えば25μm以下の膜厚となるように形成されうる。
基台111の隔壁部111aは、各センサ115と対向した位置に配されるシンチレータ130の周囲に配されることから、互いに隣接するセンサ115同士の間の部分と対向する位置に配される。このため、溝も互いに隣接するセンサ115同士の間の部分と対向する位置に配される。この溝に配される充填部121は、シンチレータ130で発光した光を反射する。
ここで、本実施形態の効果について説明する。基台111は、上述のようにシンチレータ130から発せられた光を透過する。このため、それぞれのセンサ115が、隣接するセンサ115に対応して配されたシンチレータ130からの発光の影響を受け、撮像画像の解像度が低下する可能性がある。本実施形態において、互いに隣接するセンサ115同士の間と対向する位置に配された充填部121は、隣接するセンサ115に対応して配されたシンチレータ130からの光を反射する。これによって、それぞれのセンサ115において、隣接するセンサ115に対向して配されたシンチレータ130からの光の影響が低減されうる。これによって、撮像画像の解像度の低下が抑制される。
本実施形態において、充填部121において光を反射するための構成として、充填部121は、隔壁部111aと接するように金属層112を含む。また、金属層112は、センサ115の配線層として機能してもよい。例えば、信号を出力する光電変換素子115aを選択するためにスイッチ素子115bのゲート電極に接続された制御線117として機能してもよい。この場合、金属層112には、例えばクロムなどが用いられてもよい。
それぞれのセンサ115において、隣接するセンサ115に対応して配されたシンチレータ130の発光の影響を抑制する構成は、充填部121においてシンチレータ130からの光を反射するだけでなく吸収する構成としてもよい。例えば、図4(a)に示すように、充填部121の充填部材114として、シンチレータ130で発光した光を吸収する有色の部材を埋め込み、充填部121で光を吸収する構成としてもよい。有色の部材は、充填部121の厚さ方向に、例えばシンチレータ130の発光するピーク波長の光を50%以上、吸収してもよい。更に、有色の部材は、充填部121の厚さ方向に、例えばシンチレータ130の発光するピーク波長の光を90%以上、吸収してもよい。この場合、充填部材114と平坦化層122とは、それぞれ異なる材料を用いて形成してもよい。また例えば、図4(b)に示すように、充填部121でセンサ115を形成するための基台111の上面の平坦性が得られる場合、平坦化層122を設けず、充填部121だけの構成であってもよい。有色の部材として、例えば有色の顔料を混ぜ込んだ樹脂などを用いてもよい。また例えば、図4(a)、(b)の構成において、金属や金属の酸化物などの顔料を混ぜ込んだ樹脂を充填部材114として用い、充填部121で光を反射する構成としてもよい。また、上述の各構成を組み合わせて用いてもよい。それぞれのセンサ115の光電変換素子115aにおいて、隣接するセンサ115に対応して配されたシンチレータ130の発光の影響を抑制できる構成であればよい。
ここで、図2(b)、(c)に示す構成では、センサ115とシンチレータ130とが、1対1の関係で対応する位置に配されているが、互いに対向して配されるセンサ115とシンチレータ130との数は、これに限定されるものではない。互いに対向して配されるセンサ115とシンチレータ130との数は、1:複数でもよいし、複数:1であってもよい。例えば、互いに隣接するシンチレータ130の配されるピッチが、互いに隣接するセンサ115の配されるピッチの自然数倍、又は、自然数分の1倍であってよい。
次に、図3を用いて、放射線撮像装置100の製造工程を説明する。まず、図3(a)に示すように、基台111を用意する。次いで、図3(b)に示すように、基台111の下面に複数の凹部301を区画する隔壁部111aを形成する。隔壁部111aの形成は、例えばリソグラフィー工程とエッチング工程とを用いることによって形成しうる。このとき凹部301の幅350と深さ351とのアスペクト比は、1:1程度であってもよい。また、基台111として結晶シリコンを用いる場合、光を透過させるために、アスペクト比を向上させ凹部301の底部の厚さを10μm程度まで薄くする必要がある。続いて、凹部301にシンチレータ130を充填し(図3(c))、その後、基台111の下面を覆う反射層140を形成する。反射層140は、アルミニウムなどの金属を、例えばスパッタ法や蒸着法などによって成膜してもよいし、また例えば接着剤などを用いて金属板を基台111の下面に貼り合わせてもよい。これによって、図3(d)に示すような、基台111にシンチレータ130が封入された構造となる。反射層140は、図3(d)に示すように基台111の下面全体を覆っていてもよいし、シンチレータ130ごとに分割し、基台111の下面のうちシンチレータ130とシンチレータ130の周辺部とを覆っていてもよい。
次いで、基台111の上面の形成を行う。まず、図3(e)に示すように、基台111の隔壁部111aの上面側に溝302を形成する。溝302は、例えばリソグラフィー工程とエッチング工程とを用いることによって形成しうる。溝302の幅352と溝302の深さ353とのアスペクト比は、1:1程度であってもよい。また、互いに隣接するシンチレータ130からの迷光を抑制するために、アスペクト比を向上させ、溝302の幅352よりも溝302の深さ353を大きくしてもよい。エッチング工程でのエッチングの条件を適宜選択してアスペクト比を向上させてもよい。また、ブラスト処理などを用いてアスペクト比を向上させてもよい。この場合、溝302の表面に細かな凹凸が形成されてもよい。溝302の形成後、図3(f)に示すように、例えばスパッタ法や蒸着法などを用いて金属膜112aを成膜する。成膜された金属膜112aのうちシンチレータと対向する部分113の金属膜112aは除去され、図3(g)に示すように、溝302に金属層112が形成される。このとき、金属層112は、基台111の上に形成される各センサ115の配線層として用いられるように形成してもよい。金属層112の形成後、充填部材114及び平坦化層122を形成する。本実施形態において、充填部材114と平坦化層122とは、図3(h)に示すように、例えばスピンコート法や塗布法などによって光を透過する樹脂を用いて、同一の材料で一体的に形成される。以上の工程によって、溝302には、金属層112と充填部材114とを含む充填部121が埋め込まれる。
充填部121の構成は、上述のように、この構成に限られるわけではなく、それぞれの構成に応じて形成方法も適宜選択すればよい。例えば、図4(a)の構成のように、有色の部材を充填部121の充填部材114として用いる場合、まず、例えば顔料を混ぜ込んだ有色の樹脂などを基台111上に形成し、次いでシンチレータと対向する部分113の有色の樹脂を除去する。その後、光を透過する樹脂を、平坦化層122として形成してもよい。
ここで、基台111に形成されるシンチレータ130及び充填部121は、図2(h)に示すように、基台111の深さ方向に向かって狭くなるテーパー構造を有していてもよい。また、シンチレータ130及び充填部121は、基台111の深さ方向に向かって広くなるテーパー構造を有していてもよい。シンチレータ130又は充填部121のどちらか一方がテーパー構造を有していてもよいし、シンチレータ130と充填部121との両方がテーパー構造を有していてもよい。テーパー構造は、凹部301や溝302を形成する際の、例えばエッチング条件を適宜選択することによって形成してもよい。また、シンチレータ130及び充填部121がテーパー構造を有することによって、シンチレータ130と充填部121とのそれぞれの外縁が、基台111の上面に対する正射影において、重なっていてもよい。
平坦化層122の形成後、基台111の上に図3(i)に示すように、スイッチ素子115bと光電変換素子115aとを含むセンサ115を形成する。このとき、シンチレータ130と対向する位置にセンサ115が配置され、溝302を埋めた充填部121と対向する位置に互いに隣接するセンサ115の間の部分が配される。センサ115の形成後、センサ115を覆うように、遮光層としても機能しうる保護層116が形成され、図2(b)に示す放射線撮像装置100が形成される。
本実施形態において、基台111のうち、センサ115と対応する位置にそれぞれ配されたシンチレータ130同士の間の部分に、光を反射、又は、吸収する充填部121を配する。この構造によって、それぞれのセンサ115の光電変換素子115aにおいて、隣接するセンサ115に対応して配されたシンチレータ130の発光の影響を低減し、解像度の低下の抑制された放射線撮像装置100が実現されうる。また、シンチレータ130の配された基台111上に直接、センサ115を形成する。このため、予め作製した、センサパネルと光を反射又は吸収する隔壁の形成されたシンチレータパネルとを貼り合わせる、高い位置合わせ精度が必要な工程が不要となり、放射線撮像装置の生産性や歩留まりが向上しうる。
以下、図5を参照しながら本発明の放射線撮像装置100が組み込まれた放射線撮像システムを例示的に説明する。放射線源であるX線チューブ6050で発生したX線6060は、患者又は被験者6061の胸部6062を透過し、本発明の放射線撮像装置100に入射する。この入射したX線に患者又は被験者6061の体内部の情報が含まれる。放射線撮像装置100において、X線6060の入射に対応してシンチレータ130が発光し、これが光電変換素子115aで光電変換され、電気的情報を得る。この情報は、デジタルに変換され信号処理部としてのイメージプロセッサ6070によって画像処理され、制御室の表示部としてのディスプレイ6080で観察できる。また、この情報は、電話、LAN、インターネットなどのネットワーク6090などの伝送処理部によって遠隔地へ転送できる。これによって別の場所のドクタールームなどの表示部であるディスプレイ6081に表示し、遠隔地の医師が診断することも可能である。また、この情報は、光ディスクなどの記録媒体に記録することができ、またフィルムプロセッサ6100によって記録媒体となるフィルム6110に記録することもできる。
100:放射線撮像装置、111:基台、111a:隔壁部、115:センサ、121:充填部、130:シンチレータ、302:溝
Claims (16)
- 基台と、放射線を光に変換する複数のシンチレータと、前記基台の第1の面の上に配され前記光を検出する複数のセンサと、充填部と、を含み、
前記基台は、前記複数のセンサにそれぞれ対応する位置に前記複数のシンチレータが配されるように、前記複数のシンチレータを区画する隔壁部を有し、
前記隔壁部のうち前記第1の面の側には溝が配され、
前記溝には、前記充填部が配され、
前記充填部が、前記光を反射、又は、吸収することを特徴とする放射線撮像装置。 - 前記複数のシンチレータが、前記基台の前記第1の面と反対の面に配されていることを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。
- 前記充填部は、前記隔壁部と接するように金属層を含み、前記光を反射す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。
- 前記金属層が、前記複数のセンサの配線層として機能することを特徴とする請求項3に記載の放射線撮像装置。
- 前記放射線撮像装置は、前記基台の前記第1の面を覆う平坦化層を更に含み、
前記平坦化層の上に、前記複数のセンサが配されることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の放射線撮像装置。 - 前記充填部のうち少なくとも一部と前記平坦化層とが、同一の材料で連続的に形成されることを特徴とする請求項5に記載の放射線撮像装置。
- 前記放射線撮像装置は、前記基台の前記第1の面と反対の面を覆い、前記光を反射する反射層を更に含むことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
- 前記複数のセンサが、前記放射線撮像装置の外部からの光を遮るための遮光層で覆われていることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
- 前記充填部と前記複数のシンチレータとの少なくとも一方がテーパー構造を有することを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
- 前記テーパー構造が、前記基台の深さ方向に向かって狭くなることを特徴とする請求項9に記載の放射線撮像装置。
- 前記第1の面に対する正射影において、前記充填部の外縁と前記複数のシンチレータの外縁とが重なることを特徴とする請求項9又は10に記載の放射線撮像装置。
- 前記溝の深さが、前記溝の幅よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
- 前記第1の面の側から放射線が入射することを特徴とする請求項1乃至12の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
- 前記複数のシンチレータの配されるピッチが、前記複数のセンサの配されるピッチの自然数倍、又は、自然数分の1倍であることを特徴とする請求項1乃至13の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
- 前記基台は、前記隔壁部によって区画された部分において、前記光を前記第1の面に交差する方向に50%以上透過することを特徴とする請求項1乃至14の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
- 請求項1乃至15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からの信号を処理する信号処理部と、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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JP (1) | JP2017058254A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2021145260A1 (ja) * | 2020-01-15 | 2021-07-22 | 株式会社小糸製作所 | シンチレータおよびシンチレータの製造方法 |
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2015
- 2015-09-16 JP JP2015183242A patent/JP2017058254A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021145260A1 (ja) * | 2020-01-15 | 2021-07-22 | 株式会社小糸製作所 | シンチレータおよびシンチレータの製造方法 |
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