JP2020079767A - 放射線撮像装置及びその製造方法、並びに、放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】基板に形成された凹部にシンチレータを配置する放射線撮像装置において、機械的強度の向上を実現する仕組みを提供する。【解決手段】放射線４０１が入射する側に位置する第１の面１０２に、光を電気信号に変換する画素が複数設けられており、第１の面１０２とは反対側に位置する第２の面１０３に凹部１０４が設けられたセンサ基板１０１と、凹部１０４に設けられ、放射線４０１を光に変換するシンチレータ１１１と、センサ基板１０１の第２の面１０３及びシンチレータ１１１に対して、接着層１１２を介して接着された基板１１３を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、放射線撮像装置及びその製造方法、並びに、放射線撮像システムに関するものである。

医療画像診断や非破壊検査において、放射線撮像パネルとしてフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）を用いた放射線撮像装置が広く使用されている。この放射線撮像装置は、主に、入射した放射線を直接電気信号に変換する直接変換型と、入射した放射線をシンチレータで光に変換した後にこの光を電気信号に変換する間接変換型と、に分類することができる。間接変換型の放射線撮像装置では、シンチレータとして針状結晶を形成するタリウム賦活ヨウ化セシウム蛍光体を用いることが、高い空間分解能を得る上で有利である。なお、タリウム賦活ヨウ化セシウム蛍光体を形成する方法としては、予め別の支持体上に形成し防湿保護処理されたものをセンサ基板に貼りつける間接型形成方法と、センサ基板上に直接蒸着形成する直接型形成方法が知られている。高い空間分解能を得る上では、直接型形成方法が有利である。

例えば、特許文献１では、放射線の入射側に光電変換素子が形成され、基板の入射側とは反対側の面に凹部を形成して基板の厚みを薄くし、この凹部にシンチレータを形成することにより、基板による放射線の吸収を抑えて感度を向上させる技術が提案されている。

特許第５６０４３２３号公報

具体的に、特許文献１には、収容基板において放射線が入射する側とは反対側の面に形成された凹部にシンチレータを配置し、当該凹部の開口を閉塞すべく収容基板の厚板部に対して接着部を介して支持基板等を接着させた放射線画像検出装置が提案されている。しかしながら、特許文献１に記載の放射線画像検出装置では、この接着に関する装置の機械的強度が不十分であるため、例えば外部応力が加わった際に機械的な破壊を招く恐れがあった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、基板に形成された凹部にシンチレータを配置する放射線撮像装置において、機械的強度の向上を実現する仕組みを提供することを目的とする。

本発明の放射線撮像装置は、放射線が入射する側に位置する第１の面に、光を電気信号に変換する画素が複数設けられており、前記第１の面とは反対側に位置する第２の面に凹部が設けられたセンサ基板と、前記凹部に設けられ、前記放射線を前記光に変換するシンチレータと、前記第２の面および前記シンチレータに対して、接着層を介して接着された基板と、を有する。
また、本発明は、上述した放射線撮像装置の製造方法を含む。

本発明によれば、基板に形成された凹部にシンチレータを配置する放射線撮像装置において、機械的強度の向上を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像装置を含む放射線撮像システムの概略構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像装置の放射線撮像パネルにおける概略構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置の放射線撮像パネルにおける概略構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像パネルにおいて、空間周波数によるＤＱＥの変化を示す測定結果の図である。 本発明の第３の実施形態に係る放射線撮像装置の放射線撮像パネルにおける概略構成の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る放射線撮像装置で得られる骨分離画像の一例を示す図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。この際、以下の説明及び図面においては、複数の図面に渡って共通する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。また、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ーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども含みうる。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像装置１００を含む放射線撮像システム１０の概略構成の一例を示す図である。この放射線撮像システム１０は、放射線４０１で形成される検査対象Ｔの光学像を電気的に撮像し、電気的な放射線画像（即ち、放射線画像データ）を得るように構成されている。具体的に、放射線撮像システム１０は、図１に示すように、放射線撮像装置１００、コンピュータ２００、曝射制御装置３００、及び、放射線源４００を有して構成されている。

放射線源４００は、曝射制御装置３００からの曝射指令に従って、放射線４０１の照射を開始する。放射線源４００から放射された放射線４０１は、検査対象Ｔを透過して放射線撮像装置１００に入射する。また、放射線源４００は、曝射制御装置３００からの停止指令に従って、放射線４０１の照射を停止する。

放射線撮像装置１００は、放射線４０１を用いて検査対象Ｔの放射線画像を撮像する装置である。この放射線撮像装置１００は、図１に示すように、放射線撮像パネル１１０、放射線撮像パネル１１０を制御するための制御部１２０、及び、放射線撮像パネル１１０から出力される信号を処理するための信号処理部１２１を有して構成されている。この際、図１に示す例では、信号処理部１２１が制御部１２０の内部に設けられている場合を例示しているが、本実施形態においてはこの態様に限定されるものではない。例えば、信号処理部１２１が制御部１２０の外部に別構成として設けられている態様も、本実施形態に適用可能である。

放射線撮像パネル１１０は、入射した放射線４０１（検査対象Ｔを透過した放射線４０１を含む）に応じた画像信号を生成する。この画像信号に基づき、上述した放射線画像が取得される。

制御部１２０は、放射線撮像装置１００の動作を制御するとともに、各種の処理を行う。この制御部１２０は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）や、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、プログラムが組み込まれた汎用コンピュータ、または、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。

信号処理部１２１は、例えば、放射線撮像パネル１１０から出力された画像信号をＡ／Ｄ変換し、これをコンピュータ２００に放射線画像データとして出力しうる。また、信号処理部１２１は、例えば、放射線撮像パネル１１０から出力された画像信号に基づいて、放射線源４００からの放射線４０１の照射停止を行うための停止信号を生成してもよい。この場合、停止信号は、コンピュータ２００を介して曝射制御装置３００に供給され、曝射制御装置３００は、この停止信号に応答して放射線源４００に対して停止指令を送る。

コンピュータ２００は、放射線撮像システム１０の動作を統括的に制御するとともに、各種の処理を行う。コンピュータ２００は、例えば、放射線撮像装置１００及び曝射制御装置３００の制御や、放射線撮像装置１００から放射線画像データを受信し、放射線画像として表示するための処理を行いうる。また、コンピュータ２００は、例えば、ユーザが放射線画像の撮像条件を入力するための入力部としての機能も備える。

曝射制御装置３００は、曝射スイッチを有して構成されている。曝射制御装置３００は、ユーザがこの曝射スイッチをオンにすると、曝射指令を放射線源４００に送信するとともに、放射線４０１の放射開始を示す開始通知をコンピュータ２００に送信する。この開始通知を受信したコンピュータ２００は、開始通知に応答して、放射線４０１の照射開始を放射線撮像装置１００の制御部１２０に通知する。放射線撮像装置１００の制御部１２０は、この通知に応じて、放射線撮像パネル１１０に対して入射する放射線４０１に応じた画像信号の生成を行わせる。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像装置１００の放射線撮像パネル１１０における概略構成の一例を示す図である。具体的に、図２では、図１に示す放射線４０１の入射方向における放射線撮像パネル１１０の断面図を示している。以降の説明においては、この図２に示す第１の実施形態に係る放射線撮像パネル１１０を「放射線撮像パネル１１０−１」として説明する。また、図２では、図１に示す放射線４０１として、例えばＸ線を適用しうる。

放射線撮像パネル１１０−１は、図２に示すように、センサ基板１０１、シンチレータ１１１、接着層１１２、補強基板１１３、及び、接続端子部１１４を有して構成されている。また、図２では、センサ基板１０１において、放射線４０１が入射する側に位置する第１の面１０２と、放射線４０１が入射する側とは反対側に位置する第２の面１０３を図示している。

センサ基板１０１は、第１の面１０２に、有効画素領域１０５及びダミー画素領域１０６が設けられており、第１の面１０２とは反対側に位置する第２の面１０３に凹部１０４が設けられている第１の基板である。有効画素領域１０５には、シンチレータ１１１で放射線４０１から変換された光に応じた電気信号を生成する光電変換素子をそれぞれ含む複数の画素が、２次元アレイ状（例えば、行列状）に配置されている。本実施形態では、例えば、大きさが５５０ｍｍ×４４５ｍｍ程度のセンサ基板１０１に対して、有効画素領域１０５及びダミー画素領域１０６として３３００画素×２８００画素の画素が設けられている。具体的に、本実施形態では、この３３００画素×２８００画素のうち、外周に配置された１０画素の領域をダミー画素領域１０６とし、その内側に配置された３２８０画素×２７８０画素の領域を有効画素領域１０５として構成しうる。なお、本実施形態においては、センサ基板１０１に設ける画素の数や有効画素領域１０５に設ける画素の数は、センサ基板１０１の大きさや検査対象Ｔなどに応じて、適宜設定しうる。

また、有効画素領域１０５には、さらにそれぞれの画素で生成される電気信号を取り出すための列信号線や、有効画素領域１０５のそれぞれの画素に含まれる各素子を駆動するための行信号線などが設けられている。また、これらの列信号線や行信号線は、それぞれ、読出回路基板や駆動回路基板とフレキシブル配線基板などを介して、電気的に接続されうる。また、本実施形態では、列信号線及び行信号線と、読出回路基板及び駆動回路基板との接続を行うために、センサ基板１０１の第１の面１０２上には、接続端子部１１４が設けられている。本実施形態では、この接続端子部１１４を介して、有効画素領域１０５のそれぞれの画素で生成された電気信号が、画像信号として放射線撮像パネル１１０から出力される。

上述した例では、読出回路基板及び駆動回路基板が放射線撮像パネル１１０の外部に配置される例を説明したが、読出回路基板及び駆動回路基板が放射線撮像パネル１１０の一構成として配置される形態であってもよい。この形態の場合であっても、センサ基板１０１には接続端子部１１４が設けられ、有効画素領域１０５のそれぞれの画素で生成された電気信号は、接続端子部１１４を介して放射線撮像パネル１１０から出力されうる。例えば、本実施形態では、有効画素領域１０５及びダミー画素領域１０６を含む複数の画素の動作は、図１に示す制御部１２０によって行われる。また、例えば、本実施形態では、有効画素領域１０５及びダミー画素領域１０６を含む複数の画素から出力される電気信号は、図１に示す信号処理部１２１によって処理される。

放射線撮像パネル１１０−１では、上述したように、センサ基板１０１の第２の面１０３に、凹部１０４が形成されている。図２では、この凹部１０４を構成する具体的な部分として、凹部の頂部１０４１、凹部の側部１０４２及び凹部の底部１０４３を図示している。この際、凹部の頂部１０４１は、「センサ基板１０１の第２の面１０３における凹部１０４を除く頂部」と定義することもできる。そして、図２に示す例では、放射線撮像パネル１１０−１は、凹部１０４の形状に沿って凹部１０４を埋め込むように、凹部の底部１０４３及び凹部の側部１０４２にシンチレータ１１１が形成されている。

シンチレータ１１１は、上述したようにセンサ基板１０１の第２の面１０３に形成された凹部１０４に設けられ、入射した放射線４０１を光に変換する蛍光体である。

補強基板１１３は、センサ基板１０１の第２の面１０３（具体的には、凹部の頂部１０４１の少なくとも一部）及びシンチレータ１１１に対して、接着層１１２を介して接着された第２の基板である。この補強基板１１３は、凹部１０４にシンチレータ１１１を設けたセンサ基板１０１を含む放射線撮像パネル１１０−１を支持し補強するための基板である。本実施形態においては、センサ基板１０１の第２の面１０３のみならずシンチレータ１１１に対しても、接着層１１２を介して補強基板１１３を接着させる形態を採る。この形態を採ることにより、例えばセンサ基板１０１の第２の面１０３のみに対して接着層１１２を介して補強基板１１３を接着させる場合と比較して、放射線撮像パネル１１０−１の機械的強度の向上を実現することができる。

次に、第１の実施形態に係る放射線撮像パネル１１０−１の製造方法について説明する。

まず、放射線撮像パネル１１０−１の製造では、例えば、センサ基板１０１の母材として、大きさが５５０ｍｍ×４４５ｍｍ程度で厚みが５００μｍ程度の無アルカリガラス基板を用意する。次いで、このガラス基板の一方の面に、成膜工程、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を繰り返し行うことにより、可視光を電荷（電気信号）に変換する光変換素子と、当該電気信号を出力するスイッチング素子と、を含む画素が行列状に複数設けられた画素領域（有効画素領域１０５及びダミー画素領域１０６）を形成してセンサ基板１０１を形成するとともに、センサ基板１０１の第１の面１０２にそれぞれの画素で生成された電気信号を外部に出力するための複数の接続端子部１１４を形成する。

このようにして、センサ基板１０１及び接続端子部１１４を形成した後、有効画素領域１０５に形成された画素の動作をチェックするためのアレイ検査を実施する。

このアレイ検査において、画素の動作が良好であって欠損した画素が無いことが確認されると、まず、接続端子部１１４を保護する目的でセンサ基板１０１の周辺部分をマスキングフィルムでマスキングする。次いで、センサ基板１０１の第１の面１０２に、有効画素領域１０５のフッ酸エッチングからの保護を目的として、微粘着の樹脂フィルムを転写する。

続いて、センサ基板１０１の第２の面１０３に、凹部の底部１０４３を形成するためのマスクパターンを形成する。具体的に、本実施形態では、まず、センサ基板１０１の第２の面１０３を上側にしてスピンコータにセットし、フォトレジストを塗布する。次いで、フォトレジストによって覆われたセンサ基板１０１をＵＶ露光台に載置し、所定のフォトマスクを用いて露光する。ここで、フォトマスクは、センサ基板１０１の第２の面１０３に対する正射影において、センサ基板１０１の有効画素領域１０５よりも広い領域が開口されたものである。これによって、後工程において凹部の底部１０４３を含む領域に形成されるシンチレータ１１１が、確実に有効画素領域１０５を覆うように形成することが可能となる。露光後、炭酸ナトリウム水溶液にセンサ基板１０１を浸漬することによってフォトレジストの現像を行い、次いで、純水リンス洗浄後に乾燥を行う。なお、本実施形態において、マスクパターンの形成はこの態様に限定されるものではない。例えば、レジストフィルムを用いてフォトリソグラフィを行う方法で形成する態様でもよく、また、パターンが単純であるため、保護フィルムを転写して所望の領域を切断剥離する方法で形成する態様でもよい。この態様の場合、フォトレジスト工程は不要となるため、大幅にコストを下げることが可能である。

続いて、マスクパターンが形成されたセンサ基板１０１を１０％のフッ酸溶液に浸漬する。例えば、この際の浸漬時間は予め算出したエッチングレートよって決定し、所望の厚さまでエッチングを行う。例えば、本実施形態では４００μｍのエッチングを行うため、センサ基板１０１の第１の面１０２と凹部の底部１０４３との厚みは１００μｍ程度である。次いで、エッチング後、純水を用いてセンサ基板１０１を十分にリンスし、更にレジスト剥離液に浸漬させてマスクパターンを剥離する。

続いて、センサ基板１０１の第１の面１０２に貼り付けた樹脂フィルム剥離し、凹部１０４を有するセンサ基板１０１を形成する。このようにして、センサ基板１０１を準備する。

続いて、凹部１０４の形状に沿って凹部１０４を埋め込むように、凹部の底部１０４３及び凹部の側部１０４２にシンチレータ１１１を形成する。具体的に、本実施形態では、まず、センサ基板１０１に周辺部分を覆う蒸着マスクをセットした後、凹部１０４が蒸着面となるようにセンサ基板１０１を蒸着装置に載置する。次いで、Ｔｌ濃度がＣｓＩに対して１ｍｏｌ％程度となるようにヨウ化セシウム（ＣｓＩ）とヨウ化タリウム（ＴｌＩ）を共蒸着し、膜厚３５０μｍ程度のシンチレータ１１１を形成する。この際、蒸着の性質上、原材料の粒子は拡散しながら対象物に付着するため、蒸着マスクの外部にも蛍光体材料が付着し、その結果、凹部の底部１０４３のみならず凹部の側部１０４２にもシンチレータ１１１が形成される。また、本実施形態においては、シンチレータ１１１の外縁は、有効画素領域１０５の外縁よりも外側に位置する。

このままの状態では、センサ基板１０１の凹部の底部１０４３にシンチレータ１１１の全重量がかかり破損する恐れがあるため、放射線撮像パネル１１０−１の補強のために、補強基板１１３を配置する。具体的に、本実施形態では、まず、補強基板１１３として、センサ基板１０１と同じ材質で厚みが０．５ｍｍの無アルカリガラス基板を用意する。次いで、補強基板１１３として用意した無アルカリガラス基板を熱転写装置に載置し、この補強基板１１３上に、例えば接着層１１２として厚みが３０μｍ程度のホットメルト樹脂の層を熱転写し、接着層１１２が付着した補強基板１１３を用意する。

ここでは、接着層１１２として一種類の接着層（ホットメルト樹脂の層）を用いる例を説明したが、本実施形態においてはこれに限定されるものではなく、例えばシンチレータ１１１と凹部の頂部１０４１の各々に適した複数の接着層を用いてもよい。また、本実施形態においては、接着層１１２を着色する形態も採りうる。本実施形態においては、例えば接着層１１２を白色の層として着色する形態を採ることが好適である。例えば、接着層１１２を酸化チタンやアルミナ等により白色に着色した場合、シンチレータ１１１で生じた光のうち、有効画素領域１０５に向かう方向とは異なる方向に進む光を反射することにより、シンチレータ１１１で生じた光を効率的に利用することができる。これにより、放射線撮像パネル１１０−１の感度を向上させることができる。また、本実施形態においては、補強基板１１３は、シンチレータ１１１の蛍光体を水分から保護する防湿保護層としての機能も兼ね備えているものとする。この場合、接着層１１２の厚みは、１００μｍ以下であることが好ましい。

続いて、シンチレータ１１１が凹部１０４に形成されたセンサ基板１０１を熱転写装置に載置する。次いで、接着層１１２がセンサ基板１０１の第２の面１０３における凹部の頂部１０４１及びシンチレータ１１１と接するように熱転写することにより、センサ基板１０１及びシンチレータ１１１に対して補強基板１１３を貼り合わせて接着する。これにより、センサ基板１０１の凹部１０４における補強を行うことができる。この際、本実施形態においては、接着層１１２は、図２に示すセンサ基板１０１の凹部の頂部１０４１及びシンチレータ１１１のみならず、センサ基板１０１の凹部の側部１０４２における一部の領域にも接着されていてもよい。

その後、接続端子部１１４に異方性導電フィルムを介して配線材や駆動基板類を接続することによって、本実施形態における放射線撮像パネル１１０−１を形成する。

そして、本実施形態における放射線撮像パネル１１０−１に駆動系をセットし、ＲＱＡ５の線質条件でＭＴＦとＤＱＥの測定を行ったところ、２ｌｐ／ｍｍでのＭＴＦは０．３５、ＤＱＥは０．４２であった。このことから、本実施形態における放射線撮像パネル１１０−１では、高いＭＴＦ及びＤＱＥが得られる結果、十分に信頼性の高い高性能な放射線撮像パネルを実現することが可能である。

上述したように、本実施形態における放射線撮像パネル１１０−１では、接着層１１２を介して補強基板１１３を、センサ基板１０１の第２の面１０３及びシンチレータ１１１に対して接着するようにしている。
かかる構成によれば、例えばセンサ基板１０１の第２の面１０３のみに対して接着層１１２を介して補強基板１１３を接着させる場合と比較して、放射線撮像パネル１１０の機械的強度の向上を実現することができる。これにより、十分に信頼性の高い高性能な放射線撮像パネル１１０を実現することが可能である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下に記載する第２の実施形態の説明では、上述した第１の実施形態と共通する事項については説明を省略し、上述した第１の実施形態と異なる事項について説明を行う。

第２の実施形態に係る放射線撮像システムの概略構成は、上述した図１に示す第１の実施形態に係る放射線撮像システム１０の概略構成と同様である。このため、第２の実施形態に係る放射線撮像装置の概略構成は、上述した図１に示す第１の実施形態に係る放射線撮像装置１００の概略構成と同様となる。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置１００の放射線撮像パネル１１０における概略構成の一例を示す図である。この図３では、図２と同様に、図１に示す放射線４０１の入射方向における放射線撮像パネル１１０の断面図を示している。以降の説明においては、この図３に示す第２の実施形態に係る放射線撮像パネル１１０を「放射線撮像パネル１１０−２」として説明する。また、図３では、図１に示す放射線４０１として、例えばＸ線を適用しうる。

放射線撮像パネル１１０−２は、図３に示すように、センサ基板１０１、シンチレータ１１１、接着層１１２、補強基板１１３、接続端子部１１４、シンチレータ１１５、及び、反射層１１６を有して構成されている。また、図３では、センサ基板１０１において、放射線４０１が入射する側に位置する第１の面１０２と、放射線４０１が入射する側とは反対側に位置する第２の面１０３と、第２の面１０３に形成された凹部１０４を図示している。さらに、図３では、凹部１０４を構成する具体的な部分として、凹部の頂部１０４１、凹部の側部１０４２及び凹部の底部１０４３を図示している。この図３において、図２と同様の構成については同じ符号を付しているため、その詳細な説明は省略する。

この図３に示すように、第２の実施形態における放射線撮像パネル１１０−２は、図２に示す第１の実施形態における放射線撮像パネル１１０−１の構成に加えて、センサ基板１０１の第１の面１０２の上（より詳細には、有効画素領域１０５及びダミー画素領域１０６の上）に、シンチレータ１１５及び反射層１１６を順次形成した構造となっている。シンチレータ１１５は、シンチレータ１１１とは別のシンチレータである。また、以降の説明においては、シンチレータ１１１を「第１のシンチレータ１１１」として説明し、シンチレータ１１５を「第２のシンチレータ１１５」として説明する。

本実施形態におけるセンサ基板１０１の有効画素領域１０５の各画素は、第１のシンチレータ１１１で放射線４０１から変換された光と第２のシンチレータ１１５で放射線４０１から変換された光とに応じた電気信号を生成する形態を採る。

第２のシンチレータ１１５は、反射層１１６を介して入射した放射線４０１を光に変換する蛍光体である。

反射層１１６は、第２のシンチレータ１１５を覆うように設けられ、第２のシンチレータ１１５で発生した光のうち、有効画素領域１０５に向かう方向とは異なる方向に進む光を反射（当該光を有効画素領域１０５に導くべく反射）する層である。この反射層１１６によって、第２のシンチレータ１１５で発生した光を効率的に利用することが可能となり、放射線撮像パネル１１０−２の感度を向上させることができる。また、この反射層１１６は、防湿保護層としての機能を具備させることがより好適である。

その他のセンサ基板１０１、第１のシンチレータ１１１、接着層１１２、及び、補強基板１１３、接続端子部１１４については、図２に示す第１の実施形態の各構成と同様であるため、その説明は省略する。

次に、第２の実施形態に係る放射線撮像パネル１１０−２の製造方法について説明する。

まず、放射線撮像パネル１１０−２の製造では、センサ基板１０１の第１の面１０２が上になるように載置し、凹部１０４以外の部分に第２のシンチレータ１１５が形成されることのないようにマスキングを行う。次いで、センサ基板１０１の第１の面１０２が下側になるようにセンサ基板１０１を蒸着装置に載置する。次いで、Ｔｌ濃度がＣｓＩに対して１ｍｏｌ％程度となるようにヨウ化セシウム（ＣｓＩ）とヨウ化タリウム（ＴｌＩ）を共蒸着し、膜厚３５０μｍ程度の第２のシンチレータ１１５を形成する。

続いて、第２のシンチレータ１１５が第１の面１０２に形成されたセンサ基板１０１を熱転写装置に載置し、上述した第１の実施形態と同様にして、センサ基板１０１の第２の面１０３における凹部１０４に第１のシンチレータ１１１を形成する。次いで、上述した第１の実施形態と同様にして、センサ基板１０１及びシンチレータ１１１に対して接着層１１２を介して補強基板１１３を貼り合わせて接着する。この際、本実施形態では、接着層１１２としては、反射層としての機能を持たせるために、酸化チタンを含有させたホットメルト樹脂を用いる。

続いて、第２のシンチレータ１１５を覆うように、反射層１１６を形成する。具体的に、本実施形態では、まず、センサ基板１０１の第１の面１０２が上になるようにしてセンサ基板１０１を熱転写装置に載置する。次いで、約３０μｍ厚のホットメルト樹脂がコーティングされている約２０μｍ厚のアルミニウム薄膜を、第２のシンチレータ１１５を完全に被覆するように熱転写することによって、反射層１１６を形成する。

その後、接続端子部１１４に異方性導電フィルムを介して駆動基板類を接続することによって、本実施形態における放射線撮像パネル１１０−２を形成する。なお、本実施形態においては、補強基板１１３及び反射層１１６は、防湿保護層としての機能も兼ね備えているものとする。

本実施形態における放射線撮像パネル１１０−２に駆動系をセットし、ＲＱＡ５の線質条件で、放射線４０１としてＸ線を図３の矢印の方向に入射させてＭＴＦとＤＱＥの測定を行ったところ、２ｌｐ／ｍｍでのＭＴＦについては０．３５であった。また、ＤＱＥについては、図４を用いて以下に説明する。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像パネル１１０−２において、空間周波数によるＤＱＥの変化を示す測定結果の図である。この図４では、比較として測定結果２１０が第１の実施形態に係る放射線撮像パネル１１０−１のＤＱＥの変化を示す測定結果であり、測定結果２２０が第２の実施形態に係る放射線撮像パネル１１０−２のＤＱＥの変化を示す測定結果である。

この図４に示す測定結果から、第２の実施形態に係る放射線撮像パネル１１０−２のＤＱＥは、第１の実施形態に係る放射線撮像パネル１１０−１のＤＱＥと比べて、３ｌｐ／ｍｍ以下の低周波数域で高い値を示していることがわかる。このことから、本実施形態における放射線撮像パネル１１０−２では、十分に実用に耐えうる信頼性のより高い高性能な放射線撮像パネルを実現することが可能である。

上述したように、本実施形態における放射線撮像パネル１１０−２では、第１の実施形態と同様に、接着層１１２を介して補強基板１１３を、センサ基板１０１の第２の面１０３及びシンチレータ１１１に対して接着するようにしている。
かかる構成によれば、例えばセンサ基板１０１の第２の面１０３のみに対して接着層１１２を介して補強基板１１３を接着させる場合と比較して、放射線撮像パネル１１０の機械的強度の向上を実現することができる。この観点からも、第２の実施形態によれば、十分に信頼性の高い高性能な放射線撮像パネル１１０を実現することが可能である。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、以下に記載する第３の実施形態の説明では、上述した第１及び第２の実施形態と共通する事項については説明を省略し、上述した第１及び第２の実施形態と異なる事項について説明を行う。

第３の実施形態に係る放射線撮像システムの概略構成は、上述した図１に示す第１の実施形態に係る放射線撮像システム１０の概略構成と同様である。このため、第３の実施形態に係る放射線撮像装置の概略構成は、上述した図１に示す第１の実施形態に係る放射線撮像装置１００の概略構成と同様となる。

第３の実施形態に係る放射線撮像パネル１１０は、第２の実施形態に係る放射線撮像パネル１１０−２と基本的には同様の構造であるが、有効画素領域１０５（更にはダミー画素領域１０６も同様としてもよい）に形成する画素として２種類の画素を形成する。

図５は、本発明の第３の実施形態に係る放射線撮像装置１００の放射線撮像パネル１１０における概略構成の一例を示す図である。以降の説明においては、この図５に示す第３の実施形態に係る放射線撮像パネル１１０を「放射線撮像パネル１１０−３」として説明する。また、この図５では、第３の実施形態に係る放射線撮像パネル１１０−３の構成のうち、例えば図３に示す有効画素領域１０５に相当する領域のみを放射線４０１の入射方向から見た図を示しているが、他の構成については図３に示す各構成を備えているものとする。また、図５では、図１に示す放射線４０１として、例えばＸ線を適用しうる。

この図５に示すように、第３の実施形態に係る放射線撮像パネル１１０−３では、有効画素領域１０５に、通常の画素（第１の画素）３０１及び遮光層が設けられた画素（第２の画素）３０２の２種類の画素が設けられている。

通常の画素３０１には、第２の実施形態における有効画素領域１０５の各画素と同様に、第１のシンチレータ１１１で放射線４０１から変換された光と第２のシンチレータ１１５で放射線４０１から変換された光との両方の光が入射する。そして、通常の画素３０１は、これらの光に応じた電気信号を生成する。

遮光層が設けられた画素３０２は、具体的に本実施形態では、第２のシンチレータ１１５と有効画素領域１０５との間の位置に、第２のシンチレータ１１５で放射線４０１から変換された光が当該画素３０２の光電変換素子に入射することを抑制する遮光層が設けられている。このため、遮光層が設けられた画素３０２には、第２のシンチレータ１１５で発生した光は入射せずに、第１のシンチレータ１１１で発生した光の一部のみが入射することになる。そして、遮光層が設けられた画素３０２は、第１のシンチレータ１１１で発生し入射した光に応じた電気信号を生成する。

第３の実施形態に係る放射線撮像パネル１１０−３では、放射線（Ｘ線）４０１が入射した場合、遮光層が設けられた画素３０２は、第３の実施形態に係る第２のシンチレータ１１５においてビームハードニングされた高エネルギー成分の放射線（Ｘ線）４０１に基づく光を捉えることになる。また、通常の画素３０１は、ビームハードニングされていない低エネルギー成分を含む放射線（Ｘ線）４０１に基づく光と第２のシンチレータ１１５においてビームハードニングされた高エネルギー成分の放射線（Ｘ線）４０１に基づく光との両方を捉えることになる。

ここで、通常の画素３０１で生成される電気信号の信号値をＡとし、遮光層が設けられた画素３０２で生成される電気信号の信号値をＢとすると、
Ａ−Ｂ＝低エネルギー画像
Ｂ ＝高エネルギー画像
となる。即ち、例えば信号処理部１２１で適当な補間処理を行うことにより、高低２つのエネルギーに係る放射線画像を取得することが可能となる。そして、例えば、信号処理部１２１は、ここで得られた高エネルギー画像と低エネルギー画像とを用いてエネルギーサブトラクション処理を行うことができる。ここで、エネルギーサブトラクションとは、高エネルギーと低エネルギーとの異なるエネルギーの放射線を用いた放射線画像（高エネルギー画像及び低エネルギー画像と呼ぶ場合がある。）を取得し、これらの差分などから、エネルギー吸収率の異なる物質を分離し、表示等する方法である。例えば、骨と骨以外の組織との分離などを行うことが可能であり、診断能の著しい向上が期待できる。

通常、高低のエネルギー画像は、２回の放射線４０１の曝射により容易に取得することが可能である。しかしながら、本実施形態では、１回の放射線４０１の照射によってエネルギーサブトラクション画像の取得が可能である。即ち、本実施形態では、放射線４０１の被曝線量を抑制することが可能である。

本実施形態においては、遮光層が設けられた画素３０２の配置パターンは、図５に示した態様に限定されるものではなく、適宜変更可能である。この際、有効画素領域１０５において遮光層が設けられた画素３０２の比率が高くなると、通常の画素３０１の画素ピッチが広がってしまい、得られる放射線画像の画質低下を招いてしまう可能性がある。通常の画素３０１は、周辺の画素と著しく異なる電気信号を出力する欠陥画素と同様に、画像補てん技術によって補うことができるが、遮光層が設けられた画素３０２の比率が高くなった場合、補てん後の画質低下が大きくなりうる。

そこで、例えば、遮光層が設けられた画素３０２の数が、有効画素領域１０５の全画素数（通常の画素３０１の数と遮光層が設けられた画素３０２の数との合計）の１／２以下となるように、通常の画素３０１と遮光層が設けられた画素３０２を調整してもよい。なお、本実施形態においては、この態様に限定されるものではなく、例えば、遮光層が設けられた画素３０２の数が、有効画素領域１０５の全画素数の１／３以下，１／４以下，または、１／５以下になるようにしてもよい。

次に、第３の実施形態に係る放射線撮像パネル１１０−３の製造方法について説明する。具体的に、以下には、放射線撮像パネル１１０−３の製造方法のうち、有効画素領域１０５（より詳細には、遮光層が設けられた画素３０２）の製造方法のみを説明し、他の構成の製造方法は上述した第２の実施形態と同様であるため説明を省略する。

本実施形態では、センサ基板１０１の母材に予めフォトレジストを塗布し、パターニングすることによって、通常の画素３０１上に開口を有するマスクパターンを形成する。

続いて、スピンコートによって低反射率クロム分散液を塗布し、現像することによって、遮光層が設けられた画素３０２を形成する。本実施形態では、遮光層が設けられた画素３０２は、例えば、その膜厚が約１．２μｍであり、可視光透過率が約１．０％であって十分に遮光が可能である。なお、遮光層の形成に関しては、上述した方法以外にも、例えば、カーボンブラックによる方法や背面電極の開口を調整する方法などもあり、本実施形態においては十分な遮光が得られれば如何なる方法も適用可能である。

また、本実施形態の上述した処理で得られた高低のエネルギー画像は、以下に示す方法によって、２物質のそれぞれの厚みｔにより画像分離を行った。ここで、複数の成分を含む物質を放射線４０１が透過した際に、それぞれの画素から出力される信号値は、以下の（１）式で表される。

この（１）式において、Ｅは放射線４０１のエネルギーを示し、μ_iは成分ｉの線減弱定数を示し、ｔ_iは成分ｉの厚みを示し、Ｎ（Ｅ）は照射した放射線４０１のエネルギー分布を示す。この（１）式に、高低のエネルギー画像のそれぞれ観測された信号値を用いて、積分方程式を解くことによって各成分の厚みｔ_iを計算することができる。この際、本実施形態では、高エネルギーの信号値及び低エネルギーの信号値は、それぞれ、以下のようにして求めた。
・高エネルギーの信号値＝画素３０２で観測された信号値
・低エネルギーの信号値＝（画素３０２を取り囲む周辺８つの画素３０１の信号値のメジアン平均値）−（画素３０２で観測された信号値）

図６は、本発明の第３の実施形態に係る放射線撮像装置１００で得られる骨分離画像の一例を示す図である。具体的に、図６は、管電圧を８０ｋＶとした放射線源４００によって、検査対象Ｔとして適用した手ファントムの放射線撮影を行い、当該撮影によって得られた透過画像を用いて、上述した（１）式の処理によって取得した骨分離画像を示している。この図６から、本実施形態に係る放射線撮像装置１００では、十分に高品位な骨分離画像が得られることがわかる。

また、本実施形態における放射線撮像パネル１１０−３に駆動系をセットし、ＲＱＡ５の線質条件で、放射線４０１としてＸ線を図１の矢印の方向に入射させてＭＴＦとＤＱＥの測定を行ったところ、２ｌｐ／ｍｍでのＭＴＦ及びＤＱＥの挙動は、上述した第２の実施形態と同様であった。即ち、本実施形態も、第２の実施形態と同様に、高いＭＴＦと、３ｌｐ／ｍｍ以下の低周波数域で高いＤＱＥが得られる。

以上のことから、本実施形態における放射線撮像パネル１１０−３によれば、第１及び第２の実施形態における放射線撮像パネル１１０の効果に加えて、十分に実用に耐えうる１回曝射でのエネルギーサブトラクションが可能で、且つ信頼性を有した高性能な放射線撮像パネル１１０を実現することが可能である。

なお、本実施形態では、遮光層が設けられた画素３０２は、第２のシンチレータ１１５と有効画素領域１０５との間の位置に遮光層が設けられている形態を示したが、本発明のおいてはこの形態に限定されるものではない。例えば、遮光層が設けられた画素３０２は、第１のシンチレータ１１１と有効画素領域１０５との間の位置に遮光層が設けられ、第１のシンチレータ１１１で発生した光は入射せずに、第２のシンチレータ１１５で発生した光が入射する形態も、本発明に適用可能である。

なお、上述した本発明の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１０：放射線撮像システム、１００：放射線撮像装置、１０１：センサ基板、１０２：センサ基板の第１の面、１０３：センサ基板の第２の面、１０４：凹部、１０４１：凹部の頂部（センサ基板の第２の面１０３における凹部１０４を除く頂部）、１０４２：凹部の側部、１０４３：凹部の底部、１０５：有効画素領域、１０６：ダミー画素領域、１１０：放射線撮像パネル、１１１：第１のシンチレータ、１１２：接着層、１１３：補強基板、１１４：接続端子部、１１５：第２のシンチレータ、１１６：反射層、１２０：制御部、１２１：信号処理部、２００：コンピュータ、３００：曝射制御装置、４００：放射線源、４０１：放射線、Ｔ：検査対象

Claims (10)

1. 放射線が入射する側に位置する第１の面に、光を電気信号に変換する画素が複数設けられており、前記第１の面とは反対側に位置する第２の面に凹部が設けられたセンサ基板と、
   前記凹部に設けられ、前記放射線を前記光に変換するシンチレータと、
   前記第２の面および前記シンチレータに対して、接着層を介して接着された基板と、
   を有することを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記シンチレータは、前記凹部の底部および側部に設けられており、
   前記基板は、前記接着層を介して、前記第２の面における前記凹部を除く頂部の少なくとも一部および前記シンチレータに接着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。
3. 前記センサ基板において前記第１の面の側に設けられ、前記放射線を前記光に変換する前記シンチレータとは別のシンチレータを更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮像装置。
4. 複数の前記画素は、
   前記シンチレータで変換された光および前記別のシンチレータで変換された光を前記電気信号に変換する第１の画素と、
   前記シンチレータで変換された光を前記電気信号に変換する第２の画素と、
   を含むことを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記第２の画素は、前記別のシンチレータとの間に、当該別のシンチレータで変換された光を遮光する遮光層を備え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. 前記接着層は、ホットメルト樹脂の層であ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. 前記接着層は、白色の層であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
8. 複数の前記画素の動作を制御する制御部と、
   複数の前記画素から出力される前記電気信号を処理する信号処理部と、
   を更に有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
   前記放射線を照射する放射線源と、
   を有することを特徴とする放射線撮像システム。
10. 入射した放射線を電気信号として取得する放射線撮像装置の製造方法であって、
    前記放射線が入射する側に位置する第１の面に、光を前記電気信号に変換する画素が複数設けられており、前記第１の面とは反対側に位置する第２の面に凹部が設けられたセンサ基板を準備する工程と、
    前記凹部に、前記放射線を前記光に変換するシンチレータを形成する工程と、
    前記第２の面および前記シンチレータに対して、接着層を介して基板を接着する工程と、
    を有することを特徴とする放射線撮像装置の製造方法。