JP2022125517A - Radiation imaging apparatus and radiation imaging system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射線を用いた撮像を行う放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関するものである。放射線撮像装置としては、例えば、医療画像診断装置や分析装置等に用いて好適なものである。 The present invention relates to a radiation imaging apparatus and a radiation imaging system that perform imaging using radiation. As a radiation imaging apparatus, for example, it is suitable for use in a medical image diagnosis apparatus, an analysis apparatus, and the like.
放射線撮像装置の一例として、被写体である患者を透過したX線等の放射線を放射線画像に係る電気信号に変換し、必要に応じてディスプレイ等に表示するための装置であるDR(Digital Radiography)がある。このようなDRにおいて、特に間接型と呼ばれるDRでは、入射した放射線は、蛍光板であるシンチレータパネルで可視光に変換され、この可視光が光電変換素子で電気信号に変換される。また、光電変換素子を2次元アレイ状に形成したものはセンサパネルと呼ばれ、アモルファスシリコンや結晶シリコンを用いるタイプがある。この際、センサパネルの一例である結晶シリコンタイプのセンサは、フレームレートが早いことから、特に動画用途で広く用いられる。一方で、シリコンウェハのサイズ以上の結晶シリコンタイプのセンサを作製することはできず、大面積サイズのセンサパネルを作製する場合には、複数の結晶シリコンタイプのセンサ(センサチップ)をセンサ基台上に並べて、受光面を形成する。 As an example of a radiation imaging apparatus, there is a DR (Digital Radiography), which is an apparatus for converting radiation such as X-rays transmitted through a patient, who is an object, into an electric signal relating to a radiographic image and displaying it on a display or the like as necessary. be. In such DR, particularly in so-called indirect DR, incident radiation is converted into visible light by a scintillator panel, which is a fluorescent screen, and this visible light is converted into an electrical signal by a photoelectric conversion element. A two-dimensional array of photoelectric conversion elements is called a sensor panel, and there are types using amorphous silicon or crystalline silicon. In this case, a crystalline silicon type sensor, which is an example of the sensor panel, is widely used especially for moving images because of its fast frame rate. On the other hand, it is not possible to fabricate a crystalline silicon type sensor larger than the size of a silicon wafer, and when fabricating a sensor panel with a large area size, multiple crystalline silicon type sensors (sensor chips) must be used as a sensor base. Arranged on top to form a light receiving surface.
シンチレータパネルは、例えば、蛍光体層であるシンチレータ層及びシンチレータ層を形成する際の土台となるシンチレータ基台を含み構成される。ここで、シンチレータ層は、放射線を受けて可視光を発する材料で形成されており、例えば、CsIやGOS等が広く用いられる。また、シンチレータ基台は、様々な材料で形成されうる。中でも炭素繊維強化プラスチック(Carbon Fiber Reinforced Plastics:CFRP)は、高い剛性及び高い放射線透過率(X線透過率)を有し、比較的安価であるため、シンチレータ基台に広く用いられる。 The scintillator panel includes, for example, a scintillator layer that is a phosphor layer and a scintillator base that serves as a base for forming the scintillator layer. Here, the scintillator layer is made of a material that receives radiation and emits visible light, and for example, CsI, GOS, etc. are widely used. Also, the scintillator base can be formed of various materials. Among them, carbon fiber reinforced plastics (CFRP) are widely used for scintillator bases because they have high rigidity and high radiation transmittance (X-ray transmittance) and are relatively inexpensive.
例えば、特許文献1には、炭素繊維を一方向に並べた複数層からなる上述したCFRPをシンチレータ基台として用いたシンチレータパネルと、センサチップとを組み合わせた放射線検出器が記載されている。
For example,
上述した特許文献1に記載の放射線検出器において、例えば大面積サイズのセンサパネルを作製するために複数のセンサチップをセンサ基台に配置する場合、センサチップ同士の境界で時間とともにアーチファクトが生じるおそれがある。これは、例えば、シンチレータ基台に異方性の熱膨張率特性を有するCFRP等を用いた場合、シンチレータパネルとセンサパネルを貼り合わせた際を鑑みる。その際、等方性の熱膨張率特性を有するセンサ基台と異方性の熱膨張率特性を有するシンチレータ基台との熱膨張率差に起因する残留応力が原因であると考えられる。
In the radiation detector described in
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、異方性の熱膨張率特性を有するシンチレータ基台を用いるとともに、複数のセンサチップをセンサ基台に配置する場合においても、アーチファクトを低減できる仕組みを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems. It is an object of the present invention to provide a mechanism capable of reducing artifacts.
本発明の放射線撮像装置は、入射した放射線を可視光に変換するシンチレータ層と、前記シンチレータ層を支持する基台であって異方性の熱膨張率特性を有するシンチレータ基台と、を含むシンチレータパネルと、前記可視光を放射線画像に係る電気信号に変換する複数のセンサチップと、前記複数のセンサチップを支持する基台であって等方性の熱膨張率特性を有するセンサ基台と、を含むセンサパネルと、を有し、前記シンチレータ基台の熱膨張率が最小となる方向と、前記センサチップの外形を構成する辺とが、垂直ではない。また、本発明は、上述した放射線撮像装置を有する放射線撮像システムを含む。 A radiation imaging apparatus of the present invention comprises a scintillator layer that converts incident radiation into visible light, and a scintillator base that supports the scintillator layer and has anisotropic thermal expansion characteristics. a panel, a plurality of sensor chips that convert the visible light into electrical signals related to a radiographic image, a sensor base that supports the plurality of sensor chips and has an isotropic coefficient of thermal expansion characteristic, and a direction in which the coefficient of thermal expansion of the scintillator base is minimized is not perpendicular to the sides forming the outer shape of the sensor chip. The present invention also includes a radiation imaging system having the radiation imaging device described above.
本発明によれば、異方性の熱膨張率特性を有するシンチレータ基台を用いるとともに、複数のセンサチップをセンサ基台に配置する場合においても、アーチファクトを低減することができる。 According to the present invention, artifacts can be reduced even when a scintillator base having anisotropic thermal expansion coefficient characteristics is used and a plurality of sensor chips are arranged on the sensor base.
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。なお、以下に記載する本発明の各実施形態の説明においては、同じ構成要素には同一の参照符号を付して重複した説明は省略する。また、本発明においては、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線を含むものとする。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form (embodiment) for implementing this invention is demonstrated, referring drawings. In addition, in the description of each embodiment of the present invention described below, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted. In the present invention, light includes visible light and infrared rays, and radiation includes X-rays, α-rays, β-rays and γ-rays.
まず、本発明の各実施形態の説明を行う前に、本発明の各実施形態における比較例として一般的な技術について説明する。 First, before describing each embodiment of the present invention, general technology will be described as a comparative example for each embodiment of the present invention.
図1は、一般的な技術を示し、シンチレータ基台110として炭素繊維強化プラスチック(CFRP)を用いた一例を示す図である。シンチレータ基台110として用いるCFRPは、1方向に並んだ複数本の炭素繊維111(図1(a)参照)と、炭素繊維111間を埋める樹脂112とを含む層113(図1(b)参照)が、複数積層されて構成されている(図1(c)参照)。具体的に、図1(c)には、1層目にX方向に並んだ複数本の炭素繊維111を含む層113-1があり、2層目にY方向に並んだ複数本の炭素繊維111を含む層113-2がある。そして、3層目にX方向に並んだ複数本の炭素繊維111を含む層113-3があり、図1(c)には、Z方向に積層された3層構造のシンチレータ基台110が示されている。ここで、図1(c)には、X方向とY方向とが直交し、X方向及びY方向と直交する方向をZ方向とした、XYZ座標系を示している。
FIG. 1 shows a general technique and shows an example using carbon fiber reinforced plastic (CFRP) as a
図1(c)に示すシンチレータ基台110として用いるCFRPにおいては、炭素繊維111の敷設方向と、炭素繊維111の敷設方向に対して垂直の方向とでは、熱膨張率が異なる。具体的に、炭素繊維111の敷設方向に対して垂直の方向の方が、炭素繊維111の敷設方向よりも、熱膨張率が大きい(伸びやすい)。そのため、特に積層数が少ないCFRPからなるシンチレータ基台110は、異方性の熱膨張率特性を有することになる。
In the CFRP used as the
図2は、一般的な技術を示し、図1(c)に示すシンチレータ基台110を含むシンチレータパネルと貼り合わされるセンサパネル300の概略構成の一例と、図1(c)に示すシンチレータ基台110の各層113-1~113-3の一例を示す図である。
FIG. 2 shows a general technique, an example of a schematic configuration of a
具体的に、図2(a)に示すセンサパネル300は、複数のセンサチップ310をチップ固定材320を介してセンサ基台330に配置した様子を示している。ここで、複数のセンサチップ310におけるセンサチップ間(センサチップ同士の境界)には、若干の隙間が生じている。また、図2(a)には、図1に示すXYZ座標系に対応するXYZ座標系を図示している。
Specifically, a
図2(a)に示すように、センサパネル300は、複数のセンサチップ310、チップ固定材320、センサ基台330、及び、複数のセンサチップ310のそれぞれに接続されたフレキシブル基板340を有して構成されている。ここで、センサ基台330は、等方性の熱膨張率特性を有する材料で構成されているものとする。また、図2(a)では、センサチップ310において、センサチップ310の外形を構成する長辺310A及び短辺310Bを図示している。複数のセンサチップ310の各々は、各々が光電変換素子を含む複数の画素が複数行及び複数列を構成するようにアレイ状に配列されている。放射線の照射に応じて複数の画素で得られた放射線画像に係る電気信号がフレキシブル基板340を介してセンサチップ310から出力される。
As shown in FIG. 2A, the
図2(b)は、図2(a)に示すセンサパネル300に対して、例えば+Z方向に配置される図1(c)に示すシンチレータ基台110の各層113-1~113-3の模式図である。この図2(b)には、図1及び図2(a)に示すXYZ座標系に対応するXYZ座標系を図示している。ここで、図2(b)では、図2(a)に示すセンサパネル300の側から順に、第1の層113-1、第2の層113-2、第3の層113-3が配置されており、各層113-1~113-3における炭素繊維111の敷設方向を図示している。また、図2(b)では、各層113-1~113-3における下辺(X方向に平行な辺)と炭素繊維111の敷設方向とのなす角度θが、第1の層113-1が0°、第2の層113-2が90°、第3の層113-3が0°となっていることを図示している。
FIG. 2(b) is a schematic diagram of each layer 113-1 to 113-3 of the
図2(c)は、図2(b)に示す第1の層113-1~第3の層113-3の3層構造を有するシンチレータ基台110の熱膨張方向と熱膨張率の大きさを矢印で示している。この際、図2(c)は、図2(b)に示すXYZ座標系と同様の座標系で示されているものとする。具体的に、図2(c)では、矢印の向きで熱膨張方向を示し、矢印の太さで熱膨張率の大きさ(矢印が太いほど熱膨張率が大きい)を示している。より詳細に、矢印114は、シンチレータ基台110の熱膨張率が最小となる方向を示し、また、矢印115は、シンチレータ基台110の熱膨張率が矢印114よりも大きい方向(例えば、シンチレータ基台110の熱膨張率が最大となる方向)を示している。これは、上述したように、炭素繊維111の敷設方向よりも、炭素繊維111の敷設方向に対して垂直の方向の方が、熱膨張率が大きいためである。
FIG. 2(c) shows the direction of thermal expansion and the magnitude of the coefficient of thermal expansion of the
図2に示す一般的な技術に係る放射線撮像装置では、図2(a)及び図2(c)に示すように、センサチップ310の長辺310Aの方向(Y方向)と、矢印114で示すシンチレータ基台110の熱膨張率が最小となる方向(X方向)とは、垂直となっている。
2A and 2C, the direction (Y direction) of the
図3は、一般的な技術に係る放射線撮像装置において、図2(a)に示すセンサパネル300と図1(c)に示すシンチレータ基台110を含むシンチレータパネル100とを粘着材200を介して貼り合わせた際の一例を示す図である。
FIG. 3 shows a radiation imaging apparatus according to a general technique in which a
具体的に、図3(a)は、図2(a)に示すセンサパネル300に対して+Z方向からシンチレータパネル100を貼り合わせた際の一例を示す図である。この図3(a)には、図1及び図2に示すXYZ座標系に対応するXYZ座標系を図示している。
Specifically, FIG. 3(a) is a diagram showing an example when the
図3(b)は、一般的な技術に係る放射線撮像装置において、図3(a)に示すA-A'断面における内部構成の一例を示す図である。この図3(b)には、図3(a)に示すXYZ座標系に対応するXYZ座標系を図示している。また、図3(b)では、一般的な技術に係る放射線撮像装置に対して、+Z方向から放射線Rが入射する例が示されている。 FIG. 3(b) is a diagram showing an example of the internal configuration of a radiation imaging apparatus according to a general technique, taken along line AA' shown in FIG. 3(a). FIG. 3(b) shows an XYZ coordinate system corresponding to the XYZ coordinate system shown in FIG. 3(a). Also, FIG. 3B shows an example in which radiation R is incident from the +Z direction on a radiation imaging apparatus according to a general technique.
図3(b)に示すように、シンチレータパネル100は、放射線Rの入射方向から順に、反射層121、シンチレータ基台110、反射層122、及び、入射した放射線Rを可視光に変換するシンチレータ層130が配置されて構成されている。また、図3(b)に示すように、シンチレータパネル100と粘着材200を介して貼り合わせられるセンサパネル300は、放射線Rの入射方向から順に、複数のセンサチップ310、チップ固定材320、及び、センサ基台330が配置されて構成されている。ここで、それぞれのセンサチップ310は、シンチレータ層130で発生した可視光を放射線画像に係る電気信号に変換するセンサである。
As shown in FIG. 3B, the
また、図3(b)において、矢印116は、シンチレータ基台110の熱膨張方向と熱膨張率の大きさを示し、矢印331は、センサ基台330の熱膨張方向と熱膨張率の大きさを示している。この際、矢印116及び矢印331において、矢印の向きで熱膨張方向を示し、矢印の太さで熱膨張率の大きさ(矢印が太いほど熱膨張率が大きい)を示している。図3(b)において矢印116で示すシンチレータ基台110の熱膨張率の大きさは、例えば、図2(c)において矢印114で示すシンチレータ基台110の熱膨張率の大きさに相当する。この図3(b)からわかるように、矢印116で示す異方性の熱膨張率特性を有するシンチレータ基台110の熱膨張率の大きさと、矢印331で示す等方性の熱膨張率特性を有するセンサ基台330の熱膨張率の大きさとは、大きく異なる。このため、粘着材200を介してセンサパネル300とシンチレータパネル100とを貼り合わせた時の加熱等により、放射線撮像装置の内部には残留応力が発生する。特に、図3(b)で示すような両者の熱膨張率差が大きい方向、即ちシンチレータ基台110の熱膨張率が最小となる方向(X方向)で、残留応力が発生しやすい。このような残留応力により、上述したように、複数のセンサチップ310におけるセンサチップ同士の境界で時間とともにアーチファクトが生じうる。
In FIG. 3B,
そこで、本願の発明者は、複数のセンサチップ310におけるセンサチップ同士の境界で生じうるアーチファクトを低減するために、以下に記載する本発明の各実施形態を想到した。
Accordingly, the inventors of the present application have conceived of the following embodiments of the present invention in order to reduce artifacts that may occur at the boundaries between the
(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。
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described.
図4は、本発明の第1の実施形態に係る放射線撮像装置10の概略構成の一例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the
具体的に、図4(a)は、第1の実施形態に係る放射線撮像装置10において、図3(a)に示すA-A'断面における内部構成の一例を示す図である。この図4(a)には、図3に示すXYZ座標系に対応するXYZ座標系を図示している。また、図4(a)では、第1の実施形態に係る放射線撮像装置10に対して、+Z方向から放射線R(被写体を透過した放射線Rを含む)が入射する例が示されている。第1の実施形態に係る放射線撮像装置10は、図3(a)に示す構成を有しているとともに、図4(a)に示すように、センサパネル300とシンチレータパネル100とを粘着材200を介して貼り合わせた構成を有している。
Specifically, FIG. 4(a) is a diagram showing an example of the internal configuration of the
シンチレータパネル100は、図4(a)に示すように、放射線Rの入射方向から順に、反射層121、シンチレータ基台110、反射層122、及び、シンチレータ層130が配置されて構成されている。
As shown in FIG. 4A, the
シンチレータ層130は、入射した放射線Rを可視光に変換する材料で構成されている蛍光体層である。本実施形態においては、シンチレータ層130は、CsI:Tlの材料を用いて構成されているものとする。なお、本発明においては、このCsI:Tlの材料を用いて構成されているシンチレータ層130に限定されるものではない。例えば、テルビウム(Tb)が微量添加された酸硫化ガドリニウム(Gd2O2S:Tb)や、CsI:Tl、CsI:Na、CsBr:Tl、NaI:Tl、LiI:Eu、KI:Tl等の蒸着などによって形成されるシンチレータ層130であってもよい。特に鮮鋭度の観点からは、柱状蛍光体であるCsI:Tl、CsI:Na、CsBr:Tl、NaI:Tl、LiI:Eu、KI:Tl等によって形成されるシンチレータ層130が好ましい。
The
反射層121及び122は、シンチレータ層130で発せられた可視光を反射し、センサチップ310における検出感度を上げるために設けられている。図4(a)に示す例では、反射層121及び122として反射性を有する金属層をシンチレータ基台110に貼り合わせて形成しているが、その他の形成方法でも反射層121及び122を形成することができる。例えば、TiO2等の反射性微粒子を混ぜ込んだペーストを塗布することによって反射層121及び122を形成する場合や、アルミ等の金属を蒸着することによって反射層121及び122を形成することが可能である。また、図4(a)には図示していないが、反射層122とシンチレータ層130との間には、腐食を防ぐためにパラキシレン等の有機層を設けている。
The
シンチレータ基台110は、シンチレータ層130を形成する際の土台となり、シンチレータ層130を支持する基台であって、異方性の熱膨張率特性を有する炭素繊維強化プラスチック(CFRP)で形成された基台である。図4(b)は、図4(a)に示すシンチレータ基台110の各層113-1~113-3の模式図である。この図4(b)には、図4(a)に示すXYZ座標系に対応するXYZ座標系を図示している。シンチレータ基台110は、図4(b)に示すように、センサパネル300の側から順に、第1の層113-1、第2の層113-2及び第3の層113-3の3層が積層されて構成されている。また、図4(b)では、各層113-1~113-3における炭素繊維111の敷設方向を図示している。具体的に、図4(b)では、各層113-1~113-3における下辺(X方向に平行な辺)と炭素繊維111の敷設方向とのなす角度θが、第1の層113-1が45°となっている。また、第2の層113-2が135°、第3の層113-3が45°となっていることを、図4(b)では図示している。なお、図4(b)に示す例では、第1の層113-1及び第3の層113-3における角度θを45°としたが、センサチップ310の並べ方に応じて角度θを変更してもよい。
The
センサパネル300は、図4(a)に示すように、放射線Rの入射方向から順に、複数のセンサチップ310、チップ固定材320、及び、センサ基台330が配置されて構成されている。
As shown in FIG. 4A, the
センサチップ310は、シンチレータ層130で発せられた可視光を放射線画像に係る電気信号に変換するためのセンサである。このセンサチップ310に適用可能なセンサとしては、結晶シリコンタイプではCMOSセンサが挙げられ、非結晶シリコンタイプではPINセンサやMISセンサ等が挙げられる。本実施形態では、複数のセンサチップ310をX方向及びY方向に等間隔に並べたセンサパネル300を想定している(センサチップ310を並べる工程はタイリングと呼ばれる)。このような構成は、特に、センサチップ310として結晶シリコンタイプのセンサを用いた場合に使用される。この際、結晶シリコンタイプのセンサは、ウェハサイズによってセンサチップ310の大きさが制限されているため、タイリングにより大面積化を行う。
The
チップ固定材320は、複数のセンサチップ310とセンサ基台330とを結合するための粘着材である。本実施形態では、チップ固定材320の材料として、アクリル系の1層構成の粘着材を想定しているが、この材料に限定されるものではなく、例えば、シリコン系やウレタン系等も使用することができる。また、チップ固定材320は、上述した1層構成に限定されるものではなく、例えば粘着材と粘着材との間にクッション材となる材料を挟んだ3層構成としてもよい。チップ固定材320をこのような構成とすることで、シンチレータパネル100とセンサパネル300を貼り合わせる際に、クッション性により段差が吸収できるため、気泡が発生しにくい。また、上述したクッション材の材料としては、例えばポリオレフィン系の材料を用いることができる。
The
センサ基台330は、複数のセンサチップ310を並べるときの土台となり、複数のセンサチップ310を支持する基台であって、等方性の熱膨張率特性を有する基台である。このセンサ基台330は、その上方に、それぞれのセンサチップ310を数μm~数十μmの等間隔で並べるため、高い平面度が求められる。本実施形態では、センサ基台330は、安価で平面度が高い青板ガラスで構成されているものとするが、これに限定されるものではなく、例えばアルミ等の金属を用いて構成するようにしてもよい。
The
粘着材200は、シンチレータパネル100とセンサパネル300とを結合させるための材料で形成されている。この粘着材200の厚みが厚すぎると、シンチレータ層130から発せられた可視光が拡散してしまい、鮮鋭度が低下してしまう。また、この粘着材200の厚みが薄すぎると、シンチレータ層130の表面のスプラッシュ等の凸部を吸収できずに、気泡となるばかりかセンサチップ310の表面を傷つけてしまう。これらの事情を鑑みて、粘着材200の厚みとしては、10μm~100μm程度が好適である。また、粘着材200の材料は、透明度が高い方が好ましい。その理由としては、シンチレータ層130から発せられた可視光をできるだけ透過し、センサチップ310で補足される光量を減らさないためである。このような条件を満たす粘着材200の材料としては、例えば、アクリル系材料を用いたOCA(Optical Clear Adhesive)や、オレフィン系のホットメルト等が挙げられる。本実施形態においては、粘着材200の材料は、オレフィン系のホットメルトを使用するものとする。
The
図5は、本発明の第1の実施形態に係る放射線撮像装置10において、センサパネル300の概略構成の一例と、図4に示すシンチレータ基台110の各層113-1~113-3の一例を示す図である。
FIG. 5 shows an example of the schematic configuration of the
具体的に、図5(a)に示すセンサパネル300は、複数のセンサチップ310をチップ固定材320を介してセンサ基台330に配置した様子を示している。ここで、複数のセンサチップ310におけるセンサチップ間(センサチップ同士の境界)には、若干の隙間が生じている。また、図5(a)には、図4に示すXYZ座標系に対応するXYZ座標系を図示している。
Specifically, a
図5(a)に示すように、第1の実施形態におけるセンサパネル300は、複数のセンサチップ310、チップ固定材320、センサ基台330、及び、複数のセンサチップ310のそれぞれに接続されたフレキシブル基板340を有して構成されている。また、図5(a)では、センサチップ310において、センサチップ310の外形を構成する長辺310A及び短辺310Bを図示している。
As shown in FIG. 5A, the
図5(b)は、図4(b)と同様に、第1の実施形態におけるシンチレータ基台110の各層113-1~113-3の模式図を示しており、この図5(b)には、図4(b)に示すXYZ座標系に対応するXYZ座標系を図示している。
FIG. 5(b), like FIG. 4(b), shows a schematic diagram of each layer 113-1 to 113-3 of the
図5(c)は、図5(b)に示す第1の層113-1~第3の層113-3の3層構造を有するシンチレータ基台110の熱膨張方向と熱膨張率の大きさを矢印で示している。この際、図5(c)は、図5(b)に示すXYZ座標系と同様の座標系で示されているものとする。具体的に、図5(c)では、矢印の向きで熱膨張方向を示し、矢印の太さで熱膨張率の大きさ(矢印が太いほど熱膨張率が大きい)を示している。より詳細に、矢印114は、シンチレータ基台110の熱膨張率が最小となる方向を示し、また、矢印115は、シンチレータ基台110の熱膨張率が矢印114よりも大きい方向(例えば、シンチレータ基台110の熱膨張率が最大となる方向)を示している。これは、上述したように、炭素繊維111の敷設方向よりも、炭素繊維111の敷設方向に対して垂直の方向の方が、熱膨張率が大きいためである。
FIG. 5(c) shows the direction of thermal expansion and the magnitude of the coefficient of thermal expansion of the
図5(a)に示すセンサチップ310の長辺310Aの方向(Y方向)及び短辺310Bの方向(X方向)のいずれの方向も、図5(c)において矢印114で示すシンチレータ基台110の熱膨張率が最小となる方向に対して垂直でない構成となっている。この点で、図5に示す第1の実施形態に係る放射線撮像装置10では、上述した図2に示す比較例としての一般的な技術に係る放射線撮像装置とは異なる。このような構成とすることで、図3(b)を用いて説明した、センサパネル300とシンチレータパネル100を貼り合わせた時に生じる残留応力を緩和することができ、その結果、センサチップ同士の境界で生じうるアーチファクトを低減することが可能となる。以下に、図6を用いて、ここで説明した残留応力の緩和のメカニズムについて説明する。
Both the direction of the
図6は、本発明の第1の実施形態に係る放射線撮像装置10において、残留応力の緩和のメカニズムを説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the mechanism of residual stress relaxation in the
図6(a)は、図5(a)に示す1つのセンサチップ310と1つのフレキシブル基板340を示す図である。図6(a)には、図5(a)に示すXYZ座標系に対応するXYZ座標系を図示している。また、図6(a)では、1つのセンサチップ310において、このセンサチップ310の外形を構成する長辺310A及び短辺310Bを図示している。
FIG. 6(a) is a diagram showing one
図6(b)は、図3(b)を用いて説明した熱膨張率差によって生じる残留応力Fの一例を示す図である。この残留応力Fは、矢印114で示すシンチレータ基台110の熱膨張率が最小となる方向と平行である。このため、本実施形態の場合、図5(c)及び図6(b)から、センサチップ310の短辺310Bの方向(X方向)に対して反時計回りに45°回転した方向となる(上述した角度θ=45°となる)。また、図6(b)では、この残留応力Fを、センサチップ310の長辺310Aの方向成分F310Aと、センサチップ310の短辺310Bの方向成分F310Bと、に分離した様子も図示している。
FIG. 6(b) is a diagram showing an example of the residual stress F caused by the thermal expansion coefficient difference described with reference to FIG. 3(b). This residual stress F is parallel to the direction indicated by
一方、図2に示す比較例としての一般的な技術に係る放射線撮像装置では、残留応力Fは、図2(c)において矢印114で示す方向と平行であることから、センサチップ310の長辺310Aの方向(Y方向)に対して垂直となる。このため、図2に示す比較例としての一般的な技術に係る放射線撮像装置の場合、残留応力Fは、センサチップ310の長辺310Aの方向成分F310A=0、センサチップ310の短辺310Bの方向成分F310B=Fのように分離される。即ち、図2に示す比較例としての一般的な技術に係る放射線撮像装置の場合、センサチップ310は、短辺310Bの方向に、残留応力Fに起因する強い引張や圧縮を受けることになる。その結果、センサチップ310に接触して設けられている粘着材200の厚みは薄いため、粘着材200が破損するおそれがある。特に、複数のセンサチップ310において若干の隙間が生じているセンサチップ間(センサチップ同士の境界)の部分の粘着材200が破損するおそれがある。そして、粘着材200が破損することによってアーチファクトが生じることになる。
On the other hand, in the radiation imaging apparatus according to the general technology as the comparative example shown in FIG. 2, the residual stress F is parallel to the direction indicated by the
これに対して、第1の実施形態に係る放射線撮像装置10では、図6に示すように、センサチップ310の各辺(長辺310A及び短辺310B)と残留応力Fの方向とが、垂直ではないため、残留応力Fを長辺310Aの方向と短辺310Bの方向に分散できる。このため、本実施形態では、比較例としての一般的な技術に係る放射線撮像装置において生じていた粘着材200の破損が起き難く、アーチファクトの発生を低減することができる。
On the other hand, in the
以下に、複数のセンサチップ310におけるセンサチップ同士の境界で生じうるアーチファクトを低減するために、本願の発明者が考えた好適な条件について説明する。
Preferred conditions considered by the inventors of the present application for reducing artifacts that may occur at the boundaries between the
図7は、本発明の第1の実施形態に係る放射線撮像装置10において、複数のセンサチップ310におけるセンサチップ同士の境界で生じうるアーチファクトを低減させる条件を説明するための図である。図7(a)及び図7(b)には、図5及び図6に示すXYZ座標系に対応するXYZ座標系を図示している。
FIG. 7 is a diagram for explaining conditions for reducing artifacts that may occur at boundaries between sensor chips in the plurality of
具体的に、図7(a)は、隣接するセンサチップ310の長辺310A同士の境界で生じうるアーチファクト、即ち縦方向であるY方向に生じうるアーチファクトを低減させる条件を説明するための図である。
Specifically, FIG. 7A is a diagram for explaining conditions for reducing artifacts that may occur at the boundary between the
図7(a)に示すように、センサチップ310の短辺310Bの長さをl1とし、複数のセンサチップ310におけるセンサチップ間の距離をdとする。そして、センサチップ310の長辺310Aの方向(Y方向)と矢印114で示すシンチレータ基台110の熱膨張率が最小となる方向とがなす角度をθ1とする。この場合、角度θ1は、例えば図6(b)の角度θとの関係では、θ1=90°-θで表される角度である。そして、隣接するセンサチップ310の長辺310A同士の境界で生じうるアーチファクト(縦方向であるY方向に生じうるアーチファクト)を低減させる条件としては、以下の(1)式を満たすことが好適である。
θ1<90°-arctan(d/l1) ・・・(1)
なお、(1)式の「arctan(d/l1)」を「θc1」とすると、θc1は、図7(a)に示す角度に相当する。
As shown in FIG. 7A, the length of the short side 310B of the
θ 1 <90°-arctan (d/l 1 ) (1)
If "arctan(d/l 1 )" in equation (1) is set to "θ c1 ", then θ c1 corresponds to the angle shown in FIG. 7(a).
また、図7(b)は、隣接するセンサチップ310の短辺310B同士の境界で生じうるアーチファクト、即ち横方向であるX方向に生じうるアーチファクトを低減させる条件を説明するための図である。
FIG. 7B is a diagram for explaining conditions for reducing artifacts that may occur at the boundary between the
図7(b)に示すように、センサチップ310の長辺310Aの長さをl2とし、複数のセンサチップ310におけるセンサチップ間の距離をdとする。そして、センサチップ310の短辺310Bの方向(X方向)と矢印114で示すシンチレータ基台110の熱膨張率が最小となる方向とがなす角度をθ2とする。この場合、角度θ2は、例えば図6(b)の角度θとの関係では、θ2=θで表される角度である。そして、隣接するセンサチップ310の短辺310B同士の境界で生じうるアーチファクト(横方向であるX方向に生じうるアーチファクト)を低減させる条件としては、以下の(2)式を満たすことが好適である。
θ2<90°-arctan(d/l2) ・・・(2)
なお、(2)式の「arctan(d/l2)」を「θc2」とすると、θc2は、図7(b)に示す角度に相当する。
As shown in FIG. 7B, the length of the
θ 2 <90°-arctan (d/l 2 ) (2)
If "arctan(d/l 2 )" in equation (2) is set to "θ c2 ", then θ c2 corresponds to the angle shown in FIG. 7(b).
以上説明したように、第1の実施形態に係る放射線撮像装置10では、シンチレータ基台110の熱膨張率が最小となる方向(図5(c)の矢印114)と、センサチップ310の外形を構成する辺(310A及び310B)とが、垂直ではない構成としている。
かかる構成によれば、異方性の熱膨張率特性を有するシンチレータ基台110を用いるとともに、複数のセンサチップ310をセンサ基台330に配置する場合においても、アーチファクトを低減することができる。
As described above, in the
According to such a configuration, artifacts can be reduced even when the
なお、シンチレータ基台110とセンサ基台330の熱膨張を合わせこみ、且つ熱膨張率を小さくすることで、上述したアーチファクトを低減させることも考えられる。しかしながら、この場合には、シンチレータ基台110を構成する層の積層数を増やし、センサ基台330を低熱膨張率の部材に変更する必要があり、放射線撮像装置のコストアップとなってしまう。この点、第1の実施形態に係る放射線撮像装置10では、上述した構成を採用しているため、放射線撮像装置のコストアップを回避することもできる。
It is also conceivable to reduce the artifact described above by matching the thermal expansion of the
(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。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the invention will be described. In the following description of the second embodiment, the description of matters common to the first embodiment is omitted, and the matters different from the first embodiment are described.
第2の実施形態に係る放射線撮像装置の概略構成は、図4(a)に示す第1の実施形態に係る放射線撮像装置10の概略構成と同様である。
The schematic configuration of the radiation imaging apparatus according to the second embodiment is similar to the schematic configuration of the
図8は、本発明の第2の実施形態に係る放射線撮像装置10において、センサパネル300の概略構成の一例と、図4(a)に示すシンチレータ基台110の各層113-1~113-3の一例を示す図である。
FIG. 8 shows an example of the schematic configuration of the
具体的に、図8(a)に示すセンサパネル300は、図5(a)に示すセンサパネル300と同様に、複数のセンサチップ310をチップ固定材320を介してセンサ基台330に配置した様子を示している。また、図8(a)には、図4(a)及び図5(a)に示すXYZ座標系に対応するXYZ座標系を図示している。
Specifically, in the
図8(b)は、第2の実施形態におけるシンチレータ基台110の各層113-1~113-3の模式図を示しており、この図8(b)には、図5(b)に示すXYZ座標系に対応するXYZ座標系を図示している。第2の実施形態におけるシンチレータ基台110は、センサパネル300の側から順に、第1の層113-1、第2の層113-2及び第3の層113-3の3層が積層されて構成されている。また、図8(b)では、各層113-1~113-3における炭素繊維111の敷設方向を図示している。具体的に、図8(b)では、各層113-1~113-3における下辺(X方向に平行な辺)と炭素繊維111の敷設方向とのなす角度θが、第1の層113-1が55°、第2の層113-2が145°、第3の層113-3が55°であることを図示している。
FIG. 8(b) shows a schematic diagram of each layer 113-1 to 113-3 of the
図8(c)は、図8(b)に示す第1の層113-1~第3の層113-3の3層構造を有するシンチレータ基台110の熱膨張方向と熱膨張率の大きさを矢印で示している。この際、図8(c)は、図8(b)に示すXYZ座標系と同様の座標系で示されているものとする。具体的に、図8(c)では、矢印の向きで熱膨張方向を示し、矢印の太さで熱膨張率の大きさ(矢印が太いほど熱膨張率が大きい)を示している。より詳細に、矢印114は、シンチレータ基台110の熱膨張率が最小となる方向を示し、また、矢印115は、シンチレータ基台110の熱膨張率が矢印114よりも大きい方向(例えば、シンチレータ基台110の熱膨張率が最大となる方向)を示している。これは、上述したように、炭素繊維111の敷設方向よりも、炭素繊維111の敷設方向に対して垂直の方向の方が、熱膨張率が大きいためである。
FIG. 8(c) shows the direction of thermal expansion and the magnitude of the coefficient of thermal expansion of the
図8(a)に示すセンサパネル300では、複数のセンサチップ310における各センサチップ間に形成される隙間の数が、センサチップ310の長辺310A同士の間の方が多い(図8(a)では、長辺310A同士の間:6,短辺310B同士の間:1)。このようなセンサパネル300の構造の場合、隣接するセンサチップ310の長辺310A同士の境界で生じうるアーチファクトを抑制する方が好ましい。このため、図8(a)に示す第2の実施形態におけるシンチレータ基台110では、図5(a)に示す第1の実施形態におけるシンチレータ基台110と比べて、炭素繊維111の敷設方向に基づく角度θをさらに10°増加させている。このような構成とすることで、図6(b)に示す残留応力Fにおけるセンサチップ310の短辺310Bの方向成分F310Bをさらに小さくできるため、センサチップ310の長辺310A同士の境界で生じうるアーチファクトを抑制することができる。
In the
なお、図8(b)に示す例では、第1の層113-1及び第3の層113-3における角度θを55°としたが、本実施形態においてはこれに限定されるものではなく、例えば角度θを45°よりも大きく90°よりも小さな範囲で自由に選択可能である。 In the example shown in FIG. 8B, the angle θ between the first layer 113-1 and the third layer 113-3 is 55°, but the present embodiment is not limited to this. , for example, the angle θ can be freely selected within a range larger than 45° and smaller than 90°.
第2の実施形態に係る放射線撮像装置10においても、シンチレータ基台110の熱膨張率が最小となる方向(図8(c)の矢印114)と、センサチップ310の外形を構成する辺(310A及び310B)とが、垂直ではない構成としている。
かかる構成によれば、異方性の熱膨張率特性を有するシンチレータ基台110を用いるとともに、複数のセンサチップ310をセンサ基台330に配置する場合においても、アーチファクトを低減することができる。
Also in the
According to such a configuration, artifacts can be reduced even when the
(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。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the invention will be described. In addition, in the description of the third embodiment described below, the description of matters common to the first and second embodiments described above is omitted, and the matters different from those of the first and second embodiments described above are omitted. Give an explanation.
第3の実施形態に係る放射線撮像装置の概略構成は、図4(a)に示す第1の実施形態に係る放射線撮像装置10の概略構成と同様である。
The schematic configuration of the radiation imaging apparatus according to the third embodiment is similar to the schematic configuration of the
図9は、本発明の第3の実施形態に係る放射線撮像装置10において、センサパネル300の概略構成の一例と、図4(a)に示すシンチレータ基台110の各層113-1~113-2の一例を示す図である。
FIG. 9 shows an example of the schematic configuration of the
具体的に、図9(a)に示すセンサパネル300は、図5(a)に示すセンサパネル300と同様に、複数のセンサチップ310をチップ固定材320を介してセンサ基台330に配置した様子を示している。また、図9(a)には、図4(a)及び図5(a)に示すXYZ座標系に対応するXYZ座標系を図示している。
Specifically, in the
図9(b)は、第3の実施形態におけるシンチレータ基台110の各層113-1~113-2の模式図を示しており、この図9(b)には、図5(b)に示すXYZ座標系に対応するXYZ座標系を図示している。第3の実施形態におけるシンチレータ基台110は、センサパネル300の側から順に、第1の層113-1及び第2の層113-2の2層が積層されて構成されている。また、図9(b)では、各層113-1~113-2における炭素繊維111の敷設方向を図示している。具体的に、図9(b)では、各層113-1~113-2における下辺(X方向に平行な辺)と炭素繊維111の敷設方向とのなす角度θが、第1の層113-1が135°、第2の層113-2が135°となっていることを図示している。
FIG. 9(b) shows a schematic diagram of each layer 113-1 to 113-2 of the
図9(c)は、図9(b)に示す第1の層113-1及び第2の層113-2の2層構造を有するシンチレータ基台110の熱膨張方向と熱膨張率の大きさを矢印で示している。この際、図9(c)は、図9(b)に示すXYZ座標系と同様の座標系で示されているものとする。具体的に、図9(c)では、矢印の向きで熱膨張方向を示し、矢印の太さで熱膨張率の大きさ(矢印が太いほど熱膨張率が大きい)を示している。より詳細に、矢印114は、シンチレータ基台110の熱膨張率が最小となる方向を示し、また、矢印115は、シンチレータ基台110の熱膨張率が矢印114よりも大きい方向(例えば、シンチレータ基台110の熱膨張率が最大となる方向)を示している。これは、上述したように、炭素繊維111の敷設方向よりも、炭素繊維111の敷設方向に対して垂直の方向の方が、熱膨張率が大きいためである。
FIG. 9(c) shows the thermal expansion direction and thermal expansion coefficient of the
図9(b)に示すように、第2の実施形態におけるシンチレータ基台110では、2層構造のCFRPを使用しており、且つ、第1の層113-1及び第2の層113-2の炭素繊維111の敷設方向に基づく角度θがともに135°という構成になっている。
As shown in FIG. 9B, the
上述した第1及び第2の実施形態では、シンチレータ基台110を3層構造で形成していたが、本実施形態のようにシンチレータ基台110を2層構造で形成して積層数を減らし、放射線撮像装置10のコストダウンを図るようにしてもよい。
In the first and second embodiments described above, the
第3の実施形態に係る放射線撮像装置10においても、シンチレータ基台110の熱膨張率が最小となる方向(図9(c)の矢印114)と、センサチップ310の外形を構成する辺(310A及び310B)とが、垂直ではない構成としている。
かかる構成によれば、異方性の熱膨張率特性を有するシンチレータ基台110を用いるとともに、複数のセンサチップ310をセンサ基台330に配置する場合においても、アーチファクトを低減することができる。
Also in the
According to such a configuration, artifacts can be reduced even when the
なお、本実施形態に例示するように、シンチレータ基台110の積層数を3から2に減らすことで異方性熱膨張率は発生しやすくなる。しかしながら、シンチレータ基台110の熱膨張率が最小となる方向(図9(c)の矢印114)と、センサチップ310の外形を構成する辺(310A及び310B)とが、垂直ではない構成とする。このことで、アーチファクトの抑制とコストダウンとを両立することが可能となる。
As illustrated in this embodiment, the anisotropic thermal expansion coefficient is likely to occur by reducing the number of layers of the
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。なお、以下に記載する第4の実施形態の説明では、上述した第1~第3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~第3の実施形態と異なる事項について説明を行う。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the invention will be described. It should be noted that in the description of the fourth embodiment described below, descriptions of items common to the first to third embodiments described above are omitted, and items different from those of the first to third embodiments described above are omitted. Give an explanation.
本発明の第4の実施形態は、上述した第1~第3の実施形態のいずれかの実施形態に係る放射線撮像装置10を含む放射線撮像システムに関する実施形態である。
A fourth embodiment of the present invention relates to a radiation imaging system including the
図10は、本発明の第4の実施形態に係る放射線撮像システムの概略構成の一例を示す図である。具体的に、図10に示す放射線撮像システムは、放射線RとしてX線を適用したX線撮像システムである。この場合、図10に示す、第1~第3の実施形態のいずれかの実施形態に係る放射線撮像装置10は、X線撮像装置である。
FIG. 10 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a radiation imaging system according to the fourth embodiment of the invention. Specifically, the radiation imaging system shown in FIG. 10 is an X-ray imaging system using X-rays as the radiation R. As shown in FIG. In this case, the
図10において、X線チューブ20から出たX線21は、被写体である患者901の胸部902を通過し、その後、放射線撮像装置10の内部で放射線画像に係る電気信号に変換される。この放射線撮像装置10で得られた放射線画像に係る電気信号は、デジタル信号に変換された後、信号処理装置であるイメージプロセッサ30によって画像処理され、コントロールルームの表示装置であるディスプレイ40に放射線画像として表示されて観察できる。
In FIG. 10 ,
また、イメージプロセッサ30によって画像処理された放射線画像は、電話回線等の伝送処理手段50によって遠隔地へ転送できる。例えば、イメージプロセッサ30によって画像処理された放射線画像が、別の場所にあるドクタールームに転送されて、表示装置であるディスプレイ60に表示もしくは光ディスク等の記録装置に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また、ドクタールームに転送された放射線画像は、記録装置であるフィルムプロセッサ80によって記録媒体であるフィルム70に記録することもできる。
Moreover, the radiographic image processed by the
なお、上述した本発明の各実施形態は、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。 It should be noted that the above-described embodiments of the present invention are merely examples of specific implementations of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed to be limited by these. It is. That is, the present invention can be embodied in various forms without departing from its technical concept or main features.
10:放射線撮像装置、110:シンチレータ基台、111:炭素繊維、112:樹脂、113-1~113-3:層、121,122:反射層、130:シンチレータ層、200:粘着材、300:センサパネル、310:センサチップ、310A:センサチップの長辺、310B:センサチップの短辺、320:チップ固定材、330:センサ基台、340:フレキシブル基板、R:放射線
10: radiation imaging device, 110: scintillator base, 111: carbon fiber, 112: resin, 113-1 to 113-3: layers, 121, 122: reflective layer, 130: scintillator layer, 200: adhesive material, 300: Sensor panel 310:
Claims (6)
前記可視光を放射線画像に係る電気信号に変換する複数のセンサチップと、前記複数のセンサチップを支持する基台であって等方性の熱膨張率特性を有するセンサ基台と、を含むセンサパネルと、
を有し、
前記シンチレータ基台の熱膨張率が最小となる方向と、前記センサチップの外形を構成する辺とが、垂直ではないことを特徴とする放射線撮像装置。 A scintillator panel including a scintillator layer that converts incident radiation into visible light, and a scintillator base that supports the scintillator layer and has anisotropic thermal expansion coefficient characteristics;
A sensor comprising: a plurality of sensor chips for converting the visible light into electrical signals relating to a radiographic image; and a sensor base supporting the plurality of sensor chips and having an isotropic coefficient of thermal expansion characteristic. a panel;
has
A radiation imaging apparatus, wherein a direction in which the coefficient of thermal expansion of the scintillator base is minimized is not perpendicular to sides forming an outer shape of the sensor chip.
前記センサチップの前記短辺の長さをl1、前記複数のセンサチップにおけるセンサチップ間の距離をd、前記センサチップの前記長辺の方向と前記シンチレータ基台の熱膨張率が最小となる方向とがなす角度をθ1としたとき、
θ1<90°-arctan(d/l1)
を満たすことを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。 The sensor chip has an outer shape including a short side and a long side longer than the short side,
The length of the short side of the sensor chip is l 1 , the distance between the sensor chips in the plurality of sensor chips is d, and the coefficient of thermal expansion of the direction of the long side of the sensor chip and the scintillator base is the minimum. When the angle between the direction and the direction is θ 1 ,
θ 1 <90°-arctan (d/l 1 )
2. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein:
前記センサチップの前記長辺の長さをl2、前記複数のセンサチップにおけるセンサチップ間の距離をd、前記センサチップの前記短辺の方向と前記シンチレータ基台の熱膨張率が最小となる方向とがなす角度をθ2としたとき、
θ2<90°-arctan(d/l2)
を満たす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。 The sensor chip has an outer shape including a short side and a long side longer than the short side,
The length of the long side of the sensor chip is l 2 , the distance between the sensor chips in the plurality of sensor chips is d, the direction of the short side of the sensor chip and the coefficient of thermal expansion of the scintillator base are minimized. When the angle between the direction and the direction is θ 2 ,
θ 2 <90°-arctan (d/l 2 )
3. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein:
前記電気信号を処理する信号処理装置と、
を有することを特徴とする放射線撮像システム。 a radiation imaging apparatus according to any one of claims 1 to 5;
a signal processing device that processes the electrical signal;
A radiation imaging system comprising:
Priority Applications (1)
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