JP4401771B2 - 放射線イメージングシステム - Google Patents
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Description
本発明は、一般に電離放射線イメージングシステムに関し、より具体的には、シンチレータを光撮像装置に結合するシステム及び方法に関する。
一般的な１つのイメージングシステム構成において、Ｘ線源はＸ線ビームを投射し、該Ｘ線ビームは、航空機エンジン部品のような撮像する対象物を透過する。ビームは、対象物により減衰した後、検出器素子アレイを有する検出器に入射する。検出器で受信された放射線ビーム強度は、対象物によるＸ線ビームの減衰に依存する。アレイの各検出器素子は、該検出器位置におけるビームの減衰を表す電気信号を個別に発生する。全ての検出器からの減衰測定値が個別に収集されて画像を形成する。例えば、連続する回転によって同一の対象物の複数の画像を取得し、この画像セットを処理して該対象物のＸ線減衰の断面画像を形成することができる。
放射線イメージングシステムは、一般にシンチレータに結合された光撮像装置（例えば、光センサアレイ）を含む。光センサアレイは、複数のピクセルを含み、各ピクセルは光ダイオードのような感光素子を有し、これらのピクセルは、例えば約１０００個の行列といった、複数の行と幾つかの列からなるマトリックスで構成される。シンチレータは、撮像装置アレイの上に位置付けられたシンチレーション材料を含む。以下で説明するように、シンチレータは、低エネルギー（約１００ｋｅＶより低い放射線）検出で使用する場合には、撮像装置アレイと一体とすることができ、高エネルギー放射線（約１００ｋｅＶを超える放射線）検出で使用する場合には、シンチレータは撮像装置アレイ上に配置された別個のプレートとすることができる。接触パッドが、撮像装置アレイの周縁部に隣接して該撮像装置アレイに結合されるか、又は撮像装置アレイ上に形成され、撮像装置アレイ内のそれぞれの行及び列と関連付けられる。具体的には、接触パッドは、外部回路に対する電気的接触を可能にすることにより、感光素子アレイの各行列からの情報にアクセスすることが容易になる。
上述のシステムは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムと呼ばれる場合もある。本発明は、ＣＴシステムの状況において説明される場合もあるが、本発明はＣＴシステムと関係する用途に限定されるものではなく、放射線画像Ｘ線システムのような他の放射線ベースのイメージングシステムで利用することができる。
スキャン中、Ｘ線がＸ線源から検出器の方向へ放出され、シンチレータと相互作用する各Ｘ線は、シンチレータのゲインに基づいて可視フォトンに変換される。例えば、ゲイン１０００を有するシンチレータは、Ｘ線源からの各Ｘ線を、平均して１０００のフォトンに変換する。これらのフォトンは、光センサによって検出され、該光センサは、検知されたフォトンに対応する電気信号（例えば、光ダイオード上における電荷蓄積）を発生する。アレイ内の光センサに蓄積されたこの電気信号は、接触パッドを介してアクセスされ、読み出し用電子装置により放射線事象の推定位置を提供するのに使用される。追加のデジタル処理は、光センサアレイの全ての素子からの信号、及び１回より多いスキャンが行われる場合には複数画像からの信号を統合して、収集された画像を形成するのに使用される。
低エネルギー放射線において、光撮像装置上に直接配置されたシンチレータを使用することができる。高エネルギー放射線（即ち、約１００ｋｅＶを超える放射線）においては、実際的な堆積厚さ限度（１ｍｍ程度）に起因して、シンチレータは通常、その表面がイメージングプレートと隣接するように該イメージングプレートに結合された別個のプレートである。
小形電離放射線撮像装置においては、一般に別個のシンチレータプレートを利用すると満足な結果が得られる。しかしながら、別個のシンチレータプレートを使用する結果、より大きな２次元の、すなわち大面積の電離放射線撮像装置において画像品質の低下を招く。例えば、大きな（例えば、１００ｃｍ2より大きな）シンチレータを大きな（例えば、１００ｃｍ2より大きな）シンチレータに直接結合した場合には、光撮像装置はシンチレータと光撮像装置間のエアギャップの変化に起因する応答変動を受ける。更に、光撮像装置に結合されたシンチレータを利用するイメージングシステムは過飽和を生じる可能性が高い。例えば、Ｘ線源が画像を生成するために約３００，０００のＸ線を放出した場合、シンチレータは、約３００，０００，０００のフォトンを発生する。このフォトンレベルは、感光素子の読取り時間及び荷電容量に依存する（すなわち共通の電圧バイアス及び各素子の面積に依存する）光撮像装置回路の容量を超過する恐れがある。典型的な共通バイアスは、約１０ボルト（Ｖ）であり、典型的な素子サイズは、約０．０１乃至１．０ｍｍ2である。過飽和を回避する１つの方法は、多重読出しを行うことである。しかしながら、多重読出しを行う結果、撮像する部分に対する全読出し時間が過度に長くなり、単一画像当たりのノイズが増大する。これまでのところ、過飽和を防止するために、Ｘ線束又は各入射Ｘ線に対してシンチレータ内で発生するフォトンの数を低減している。しかしながら、Ｘ線束を減らすことは、システムの信号対ノイズ比を低下させ、これは望ましいものではない。
大形の撮像装置を備えた高エネルギーイメージングシステムにおいて、改善された光学品質を提供することが望ましい。光学品質は、２つの定量測定値を用いて評価することができる。第１の定量測定値は、光の拡散度を表す変調伝達関数（ＭＴＦ）である。第２の定量測定値は、ＭＴＦとノイズ項の両方を含む検出量子効率であり、従って検出量子効率は、画像検出能の信号対ノイズ比を反映するものである。信号対ノイズ比を大きく低減することなく、又は読出し時間を増大させることなく、システムの過飽和の可能性を低減することはまた、望ましいことであろう。更に、そのような改善された検出器を製造する簡単な方法を提供することも望ましいことであろう。
シンチレータと、撮像装置アレイと、ラミネーション層とを含む放射線イメージングシステムが提供される。ラミネーション層は、シンチレータを撮像装置アレイに接合し光学的に結合する。ラミネーション層は、実質的に空隙のないラミネーション材料から構成される。
ラミネーション層を光撮像装置とシンチレータとの間に配置して部分組立体を形成する段階を含む、放射線イメージングシステムの製造方法が提供される。光撮像装置は、撮像装置アレイとイメージングプレート面と複数の接触パッドとを含む。追加の段階は、部分組立体を真空に曝す段階と、部分組立体を接合温度まで加熱する段階と、接合力を部分組立体に加える段階と、光撮像装置がシンチレータに接合され、ラミネーション層が実質的に空隙のないラミネーション材料から構成されるまで、真空と接合温度と接合力とを維持する段階とを含む。
図１の放射線イメージングシステム２０は、図１のシンチレータ２６と、図１の撮像装置アレイ３０と、図１のラミネーション層２２とを含む。ラミネーション層２２は、シンチレータ２６を撮像装置アレイ３０に接合し且つ光学的に結合する。ラミネーション層２２は、実質的に空隙のないラミネーション材料を含む。
図１の光撮像装置２４は、撮像装置基板２８と、図１のイメージングプレート面３４と、撮像装置アレイ３０と、図１の複数の接触パッド３２（フィンガとも呼ばれ、図１には、限定ではなく例示のために接触パッド３２が２つだけ示されている）。接触パッド３２は、イメージングプレート面３４の周縁部３８に形成される（撮像装置アレイ３０の光センサの横列及び縦列に対する接触パッド３２の電気接続線は図示せず）。撮像装置アレイ３０は、イメージングプレート面３４の中央部分３６（図１の）上に形成され、行と列とに配列された、例えば非結晶シリコン型光ダイオードである光センサ素子のマトリックスを含む。中間イメージングプレート面３５は、接触パッド３２と撮像装置アレイ３０との間のイメージングプレート面３４から構成される。
本発明の別の実施形態において、撮像装置アレイ３０は更にパッシベーション層を含む。ラミネーション層２２は、パッシベーション層（図１には示されていない）と密着して配置される。パッシベーション層は、典型的には、限定ではなく例示のためであるが、窒化シリコン又は酸化シリコンのいずれかである。
本発明の別の実施形態において、光撮像装置２４はシリコン基板上に形成される。シリコン基板型光撮像装置の特定の実施例には、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）カメラ又は電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラが含まれる。
本発明の一実施形態において、シンチレータ２６は、プレート（限定ではなく例示のためであるが、約５００ミクロン乃至約２５０００ミクロン範囲の厚さを有する）を備え、該プレートは図１のシンチレータの第１の側面４０と図１のシンチレータの第２の面４２とを含む。別の実施形態においては、シンチレータ２６は、シンチレータの第１の側面４０に垂直に配置された光ファイバガラスシンチレータ柱で形成された光ファイバ型シンチレータ（ＦＯＳ）を含む。ＦＯＳは、シンチレータ２６内における光の横方向への散乱を低減するために、通常は光ファイバ柱の周りに配置された内部吸光物質を更に含む。或いは、シンチレータ２６は、ガドリニウム硫酸化物などのシンチレータ材料の連続シートを含む。ガドリニウム硫酸化物のシンチレータ材料の連続シートを含むシンチレータは、例えばコネチカット州キャンベル所在のＣｏｌｌｉｍａｔｅｄ Ｈｏｌｅｓ，Ｉｎｃから商業的に入手可能である。
シンチレータの第２の面４２は、典型的には実質的に光反射性（シンチレータ２６内で発生したフォトンを撮像装置アレイ３０へ戻るように反射する）である。シンチレータの第２の面４２の反射率が約９０％より大きい場合、シンチレータ２６は実質的に光反射性であると見なされる。
本発明の別の実施形態においては、シンチレータ２６は、実質的に柱状構造を有する。
ラミネーション層２２は、撮像装置アレイ３０とシンチレータの第１の側面４０とを接合し且つ光学的に結合させる。ラミネーション層２２は、典型的には約５ミクロン乃至約２５ミクロンの範囲の厚さを有する。ラミネーション層が薄い程、光学的クロストークが減少する。しかしながら、実質的に空隙のないラミネーション層を形成することは、それが薄くなるほど難しくなる。ここで使用されるラミネーション層構成とは、シンチレータの第１の側面４０と撮像装置アレイ３０の上表面との間の、ラミネーション材料で充填された容積をいう。
本発明の一実施形態においては、ラミネーション層２２は、該ラミネーション層が少なくとも約９０％のラミネーション材料から構成されている場合に、実質的に空隙がないと考えられる（即ち、ラミネーション層２２中に約１０％を超える空隙がない）。
本発明の別の実施形態において、ラミネーション層２２は、該ラミネーション層が少なくとも約９５％のラミネーション材料から構成されている場合に、実質的に空隙がないと考えられる（即ち、ラミネーション層２２中に約５％を超える空隙はない）。
本発明の別の実施形態においては、ラミネーション層２２は、該ラミネーション層が少なくとも約９９％のラミネーション材料から構成されている場合に、実質的に空隙がないと考えられる（即ち、ラミネーション層２２中に約１％を超える空隙はない）。
本発明の別の実施形態においては、ラミネーション層２２は撮像装置アレイ３０上に配置され、シンチレータ２６は、該シンチレータ２６が撮像装置アレイ３０の上で整列するようにラミネーション層２２上に配置される。
ラミネーション層２２内のラミネーション材料は、指定された接合温度まで加熱された時に撮像装置アレイ３０とシンチレータの第１の側面４０の両方に接合するように接着剤を含む。図５、図６、及び図９に示すような部分組立体１５０は、シンチレータ２６とラミネーション層２２と光撮像装置２４とから構成される。図２は、部分組立体１５０を支持する接合取付具５００の側面図である。
図１のカバープレート４４は、シンチレータの第２の面４２の近傍に配置され（約２５ミクロン乃至約５０ミクロン）、或いはシンチレータの第２の面４２に接して配置される。カバープレート４４は、図１の接着リング４６により中間イメージングプレート面３５に結合され、該接着リング４６は典型的にはエポキシで作られ、図１の気密シール８０を形成する。気密シール８０は、シンチレータ、ラミネーション層、及び撮像装置アレイを周囲湿度から保護するために配置される。カバープレート４４は、例えば炭素を基材とした複合材料又はアルミニウムを含む。接着リング４６は、一般に約１００℃より低い温度で硬化する熱硬化性エポキシを含む。接着リング４６に使用されるエポキシは、典型的には不透明である。
接合後に残るラミネーション層２２内の過度な空隙は、放射線イメージングシステムの性能に悪影響を及ぼすことになる。シンチレータ２６、ラミネーション層２２、及び撮像装置アレイ３０の組み立て中における空隙の形成を低減するための接合温度、圧力、及び持続時間の要件が、図３で与えられる表の欄４で指定されており、これにより本明細書に概説されているような所望のラミネーション層特性が得られるようにする。
非結晶シリコン型光撮像装置の場合、非結晶シリコン感光素子の性能低下を回避するため、典型的な接合温度は約２５０℃に制限される。
ラミネーション層２２の製造に好適な材料は、図３で与えられる表の欄１で規定される。この表は、ベンゾシクロブタン（ＢＣＢ）熱硬化性ポリマー類、約１８０℃より低いガラス転移温度（Ｔg）を有する可塑化されたポリエーテルイミド熱可塑性ポリマー類（即ち、ポリエーテルイミドとペンタエリスリトールテトラベンゾエートの配合物）、光画定可能なＢＣＢ熱硬化性ポリマー類、潜熱触媒を含む熱硬化性ポリマーエポキシ類、熱可塑性ポリエステルポリマー類、及び熱可塑性アクリルポリマー類から成る群から選択されたラミネーション材料を規定している。
本発明の一実施形態において、及び図３に与えられる表の欄１を特に参照すると、図１のラミネーション層２２は、溶剤としてメシチレンを使用した熱硬化性ポリマーベンゾシクロブタン（ＢＣＢ）から作ることができる。次に熱硬化性ポリマーベンゾシクロブタン（ＢＣＢ）ラミネーション材料は、図３に与えられる表の欄３に規定した温度及び持続時間に従ってソフトベークされ、溶剤が除去される。溶剤としてメシチレンを使用した熱硬化性ポリマーベンゾシクロブタン（ＢＣＢ）をラミネーション材料として利用する場合には、溶剤を除去する温度と時間は、それぞれ約１５０℃及び約３０分である。
本発明の別の実施形態においては、ラミネーション層２２は、約１８０℃より低いＴgを有する可塑化ポリエーテルイミドで作られたフィルムとすることができる。約１８０℃より低いＴgを有する可塑化ポリエーテルイミドの好適な一実施例は、Ｂｅｎｚｏｆｌｅｘ Ｓ−５５２とＵｌｔｅｍ（商標） １０００の配合物（Ｕｌｔｅｍ（商標）／Ｂｅｎｚｏｆｌｅｘ Ｓ−５５２）である。
Ｕｌｔｅｍ（商標）／Ｂｅｎｚｏｆｌｅｘ Ｓ−５５２は、約５重量％乃至約４０重量％の範囲のペンタエリスリトールテトラベンゾエート（Ｂｅｎｚｏｆｌｅｘ Ｓ−５５２としても知られている）と、約６０重量％乃至約９５重量％の範囲のポリエーテルイミド（Ｕｌｔｅｍ（商標） １０００）とを含む可塑化ポリエーテルイミド配合物である。Ｂｅｎｚｏｆｌｅｘ Ｓ−５５２（イリノイ州ロズモント所在のＶｅｌｓｉｃｏｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより販売されている）は、Ｕｌｔｅｍ（商標） １０００のための可塑剤である。Ｕｌｔｅｍ（商標） １０００は、マサチュセッツ州ピッツフィールド所在のＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙから商業的に入手可能である。Ｂｅｎｚｏｆｌｅｘ Ｓ−５５２をＵｌｔｅｍ（商標） １０００に配合すると、Ｕｌｔｅｍ（商標） １０００のＴgは、約２２０℃からＵｌｔｅｍ（商標）／Ｂｅｎｚｏｆｌｅｘ Ｓ−５５２における約１８０℃まで低下する。更に溶融粘性及び接合温度は、Ｕｌｔｅｍ（商標） １０００における約３００℃からＵｌｔｅｍ（商標）／Ｂｅｎｚｏｆｌｅｘ Ｓ−５５２における約２５０℃まで低下する。Ｕｌｔｅｍ（商標）／Ｂｅｎｚｏｆｌｅｘ Ｓ−５５２配合物は、非結晶シリコン型感光素子の性能低下を回避するため、約２５０℃の接合限界温度に適合させるのに使用された。
更に、別の実施形態において、ラミネーション材料は、溶液として例えばコーティングにより塗布される。このような溶液の１つは、アニソール中に約１５重量％乃至約２０重量％のＵｌｔｅｍ（商標）／Ｂｅｎｚｏｆｌｅｘ Ｓ−５５２を配合した物である（図３）。コーティング後、図３の表の欄３に示されるように約１５０℃で約３０分間ソフトベークすることにより溶剤が除去される。
本発明の別の実施形態は、光画定可能なラミネーション材料を使用するものである。このような材料の１つは、図３の表に示した光画定可能なＢＣＢ熱可塑性ポリマーである。この場合、ラミネーション材料は撮像され選択的に除去されるから、プラズマエッチング又はエキシマーレーザーアブレーション工程の必要性が排除される。
本発明の別の実施形態は、ラミネーション材料として熱硬化性ポリマーエポキシを利用する。熱硬化性ポリマーエポキシは、熱硬化性接着剤配合物を形成するために、約同量のシロキサンポリイミド（ＳＰＩ）及びシクロアリファチックエポキシと約１％のオニウム塩触媒の配合物とすることができる。熱硬化性ポリマーエポキシは、シリコン基板上に形成された図１の光撮像装置２４に塗布され、約１５０℃乃至約２００℃の範囲でオニウム塩触媒による触媒作用で熱硬化反応が生じる。接合温度が低いことにより、シンチレータ２６と光撮像装置２４間の熱膨張係数の不一致に起因する放射線イメージングシステム２０内の機械的応力が低減されることから、このプロセスは、非結晶シリコン型光撮像装置を組み立てる場合に特に有用である。更に、接合の前に熱硬化性ポリマーエポキシをソフトベークする必要がない。
本発明の別の実施形態は、図３の表に示すようにラミネーション材料としてポリエステル熱可塑性ポリマーを使用するものである。図５のシンチレータ２６を超えて延びるポリエステル熱可塑性ポリマーのラミネーション材料の部分は、後でエキシマーレーザー又は酸素（Ｏ2）プラズマを利用して除去される。
本発明の別の実施形態は、図３の表に示すようにラミネーション材料としてアクリル熱可塑性ポリマーを使用するものである。図５のシンチレータ２６を超えて延びるアクリル熱可塑性ポリマーのラミネーション材料の部分は、後でエキシマーレーザー又はＯ2プラズマを利用して除去される。
図３に示す表の欄２には、欄１に記載されたそれぞれのラミネーション材料に対して利用される溶剤が示されている。図３に示す表の欄３には溶剤除去の温度及び時間が規定されている。図３に示す表の欄４には接合温度及び時間が規定されている。図３に示す表の欄５には可能なエッチング方法を明らかにしている。図３に示す表の欄６には一般的な注釈が与えられている。
表の欄６は、それぞれのラミネーション材料に関する一般的な注釈が与えられている。例えば、ＢＣＢは熱硬化性ポリマー材料であって、１℃当たり約５０ｐｐｍ（ｐｐｍ／Ｃ）の熱膨張係数（ＴＣＥ）を有する。図１の光撮像装置２４及びシンチレータ２６は、典型的には１０ｐｐｍ／℃よりも低いＴＣＥを有するので、低いＴＣＥを有するラミネーション材料が望ましい。シンチレータ材料のＴＣＥとラミネーション材料のＴＣＥとをより近接して組み合わせることにより、最終的に組み立てられる放射線イメージングシステム２０内の応力が低減される。
本発明の別の実施形態において、ラミネーション層２２は更に、シンチレータの光強度及びラミネーション層２２を通過するシンチレータ光の横方向拡散を低減するための吸光物質を含む。この吸光物質の添加は、光センサアレイの過飽和の可能性を低減する。この実施形態において、ラミネーション層２２は、典型的には約５ミクロン乃至約１２．５ミクロンの範囲の厚さを有する。吸光物質は、シンチレータ２６からの透過光を典型的には約１０％乃至約９０％だけ減少させる。吸光物質は、典型的にはジアミノアントラキノン（ＤＡＡ）又は１−メチルアミノ−４−ジヒドロキシアントラキノン（ＤＨＡ）といったアントラキノン系染料を含む。吸光物質の最大吸光率は、シンチレータ２６の出力を乗算した撮像装置アレイ３０の光センサ素子のピーク感度に適度に一致するように、例えば非結晶シリコン光ダイオードにおける波長が約０．６ミクロンとなるように選択される。例えば、ラミネーション層２２の厚さが約１２．５ミクロンの場合には、ラミネーション層２２内のラミネーション材料中に含まれる約０．５重量％乃至約５重量％の染料により、吸光率を約１０％から約９０％へと変化させる。
更に、ラミネーション層２２を吸光性のアントラキノン系染料と関連付けて上述したが、ラミネーション層２２は、サブミクロンの炭素粉末及びアゾ系染料類といった他の吸光物質を含むことができる。更に、幾つかの実施形態においては、ラミネーション層２２は吸光物質を含まない。
図２の接合取付具５００は、図５の部分組立体１５０の接合を容易にするように設計されている。図２の接合取付具５００は、図２の下部基台２２５上に配置された図２のヒータ２２０を有し、図２のヒータの第１側面２２１が下部基台２２５に接するようにする。図２の真空トレイ２１０がヒータ２２０上に配置され、図２の真空トレイの第１側面２１１が、図２のヒータの第２側面２２２上に配置されるようにする。真空トレイ２１０は、図２の少なくとも１つの下部真空連結器２３０を備えるように構成される。真空トレイ２１０は、図２の真空トレイの第２側面２１２に機械工作された図２の複数の真空トレイ通気スリット２０８を有するように構成される。真空トレイ２１０は、下部真空連結器２３０を真空トレイ通気スリット２０８に接続する内部通路を有するように構成される。約５０ミクロン（２ミル）厚の図２のガスケット２０５が、真空トレイの第２側面２１２上に配置される。ガスケット２０５は、真空トレイの第２側面２１２を覆う。ガスケット２０５は、真空トレイ２１０内に機械工作された真空トレイ通気スリット２０８と連通する、図２の複数のガスケット通気スリット２０９を有する。図２の固定具カバー２００は、２つの連結器を有するように構成される。第１の連結器は、図２の通気連結器２６０であり、第２の連結器は、図２の上部真空連結器２５０及び図２の不活性ガス連結器２４０用の連結器として共同で使用される。利用される典型的な不活性ガスは、窒素又はアルゴンのいずれかである。
接合取付具５００の図２の下部チャンバ４００内で圧力が確立された時の図２の周縁部シール２９０からの漏洩の低減を支援するため、図２のブラダ２０６とガスケット２０５の両方の材料としてポリイミドフィルムが利用される。ガスケット２０５に使用されるポリイミドフィルムはまた、部分組立体１５０が接合の間に真空トレイの第２側面２１２に付着するのを防止するのに役立つ。図５の部分組立体１５０が接合され、安全な取り扱い温度まで冷却され、次いで図２の真空トレイ２１０から取り除かれた後、ガスケット２０５が部分組立体１５０から除去される。
本発明の一実施形態において、ブラダ２０６及びガスケット２０５の両方の材料として、Ｋａｐｔｏｎ（商標）ポリイミドフィルム（１９８９８ デラウエア州ウイルミントン、マーケットストリート １００７所在のＥ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙの商標）が利用される。
本発明の一実施形態において、図１の放射線イメージングシステム２０の製造は、部分組立体１５０を形成するために光撮像装置２４とシンチレータ２６との間に図５のラミネーション層２２を配置する段階を含む。光撮像装置２４は、撮像装置アレイ３０とイメージングプレート面３４と接触パッド３２とを含む。次の段階において、部分組立体１５０を真空に曝した後、該部分組立体１５０を接合温度まで加熱する。続いて、部分組立体１５０に接合力を加える。真空、接合温度、及び接合力は、光撮像装置２４がシンチレータ２６に接合され、ラミネーション層２２が実質的に空隙のないラミネーション材料から構成されるようになるまで維持される。
図４、５、６、及び７は、図１の放射線イメージングシステム２０を形成する一連の段階を詳細に示している。本発明の一実施形態において、ラミネーション層２２は、アニソール中に約１５重量％乃至２０重量％の量のＵｌｔｅｍ（商標）／Ｂｅｎｚｏｆｌｅｘ Ｓ−５５２のような溶液から形成される。
図４を参照すると、ラミネーション層２２は、撮像装置アレイ３０と、イメージングプレート面３４の中間イメージングプレート面３５と、接触パッド３２とを含む光撮像装置２４上に配置される。中間イメージングプレート面３５は、撮像装置アレイ３０と接触パッド３２との間のイメージングプレート面３４から構成される。一般にラミネーション層２２は、例えばスピンコーティング、スプレーコーティング、又はメニスカスコーティング等の方法によって光撮像装置２４に処理される。ラミネーション層２２を所望の厚さにするために、必要であれば複数の被膜が処理される。
次に、必要に応じて光撮像装置２４及びラミネーション層２２をソフトベークして、ラミネーション層２２から余分な溶剤を除去する。ソフトベーク処理は、図３の表の欄１のそれぞれのラミネーション材料に対して欄３で指定した溶剤除去の温度及び時間に従って実行される。このソフトベーク処理段階は、シンチレータ２６をラミネーション層２２上に配置する前に完了される。
図５を参照すると、シンチレータ２６は、該シンチレータの第１の側面４０がラミネーション層２２の上に配置されるようにラミネーション層２２上に配置される。シンチレータ２６は又、撮像装置アレイ３０を覆うように位置付けられて図５に示す部分組立体１５０を形成する。
図６を参照すると、本発明の別の実施形態において、部分組立体１５０は、中間イメージングプレート面３５及び接触パッド３２からラミネーション層２２を除去することによって形成される。例えば、酸素（又はその他の適当なガス）中でのプラズマエッチング法により中間イメージングプレート面３５及び接触パッド３２からのラミネーション層２２の除去を達成することができる。若しくは、ラミネーション層２２は、シンチレータ２６をエッチングマスクとして使用してエキシマーレーザーアブレーションにより、中間イメージングプレート面３５及び接触パッド３２から取り除かれる。図３の表の欄５には、それぞれのラミネーション材料に対する指定のエッチング方法が示されている。
本発明の一実施形態において、中間イメージングプレート面３５及び接触パッド３２からの図５のラミネーション層２２の除去は、部分組立体１５０を接合する前に達成することができる。
本発明の別の実施形態において、中間イメージングプレート面３５及び接触パッド３２からのラミネーション層２２の除去は、部分組立体１５０を接合した後に達成することができる。
ガスケット２０５の図２のガスケット通気スリット２０９は、真空トレイ通気スリット２０８と連通するように真空トレイ２１０上に配置される。
本発明の一実施形態によれば、部分組立体１５０の第１の側面９０は、図２のガスケット２０５上に配置され、ガスケット通気スリット２０９及び真空トレイ通気スリット２０８を覆うようにする。
本発明の別の実施形態によれば、部分組立体１５０の図２の第１の側面９０は、ガスケット２０５上に配置され、部分組立体１５０がガスケット通気スリット２０９及び真空トレイ通気スリット２０８を覆うようにする。
約５０ミクロン（２ミル）厚のブラダ２０６は、図２に示すように部分組立体１５０を覆うように配置される。ブラダ２０６はまた、真空トレイ周縁部２１３にてガスケット２０５覆い、該ブラダ２０６と真空トレイ２１０との間に下部チャンバ４００を形成する。固定具カバーの第１の側面２０１が真空トレイ周縁部２１３においてブラダ２０６と接するように固定具カバー２００を位置付けて、該固定具カバーの第１の側面２０１とブラダ２０６との間に上部チャンバ１００を形成する。
上部基台２１５が、固定具カバーの第２の側面２０２と接して配置される。固定具カバーの第１の側面２０１、ブラダ２０６、ガスケット２０５、及び固定具カバーの第２の側面２０２は、周縁部シール２９０を含む。
上部基台２１５が、固定具カバーの第２の側面２０２と接して配置される。固定具カバーの第１の側面２０１、ブラダ２０６、ガスケット２０５、及び固定具カバーの第２の側面２０２は、周縁部シール２９０を含む。
次に、約１３ｋＰａ（１００ｍｍＨｇ）より大きくない下部チャンバの絶対圧力が、下部真空連結器２３０を介して下部チャンバ４００内で確立され維持される。下部チャンバの絶対圧力が確立された後、ヒータ２２０は、部分組立体１５０を接合温度まで加熱する。ヒータ２２０からの熱は、真空トレイ２１０及びガスケット２０５を通じて部分組立体１５０に伝達される。
部分組立体１５０が、図３の表の欄１のそれぞれのラミネーション材料に対する欄４の接合温度に達すると、不活性ガスが、図２の不活性ガス連結器２４０を介して導入され、上部チャンバ１００内で約１７０ｋＰａ（１０ｐｓｉｇ）と約３７７ｋＰａ（４０ｐｓｉｇ）の間の絶対圧力範囲に加圧及び維持される。上部チャンバ１００内の圧力は接合力をもたらす。次に、図５の光撮像装置２４がシンチレータ２６に接合されるまで、及び、ラミネーション層２２が実質的に空隙のないラミネーション材料から構成されるようになるまで、下部チャンバの圧力状態、上部チャンバの圧力状態（接合力）、及び接合温度状態が維持される。図３の表の欄４には、各ラミネーション材料に対する接合持続時間が指定されている。
図２の上部チャンバ１００内の圧力は、ほぼ大気圧条件まで戻され、下部チャンバ４００内の圧力は、ほぼ大気圧まで戻される。
本発明の一実施形態において、図５の部分組立体１５０を接合した後、続いて部分組立体１５０、図２のガスケット２０５（光撮像装置２４の図５の第１の側面９０に取り付けられる）、図２の固定具カバー２００、及びブラダ２０６は、約０℃乃至約６０℃の安全な取り扱い温度まで冷却される。固定具カバー２００及びブラダ２０６が除去される。次に、図５の部分組立体１５０及び図２のガスケット２０５が真空トレイ２１０から除去される。次いでガスケット２０５が光撮像装置２４の図５の第１の側面９０から除去される。
本発明の別の実施形態においては、図６の部分組立体１５０を接合した後、部分組立体１５０、図２のガスケット２０５（光撮像装置２４の図６の第１の側面９０に取り付けられる、図２の固定具カバー２００、及びブラダ２０６は、約０℃乃至６０℃の安全な取り扱い温度まで冷却される。固定具カバー２００及びブラダ２０６が除去される。次に、図５の部分組立体１５０及び図２のガスケット２０５が真空トレイ２１０から除去される。次いで、ガスケット２０５が光撮像装置２４の図６の第１の側面９０から除去される。
本発明の一実施形態において、図５に示す部分組立体１５０は、中間イメージングプレート面３５及び接触パッド３２をまた覆うラミネーション層２２を示す。中間イメージングプレート面３５及び接触パッド３２を覆うラミネーション層２２は、酸素（又は他の適当なガス）内でのプラズマエッチングにより除去される。若しくは、中間イメージングプレート面３５及び接触パッド３２を覆うラミネーション層２２は、シンチレータ２６をエッチングマスクとして使用することにより、エキシマーレーザーアブレーションによって除去される。図３の表の欄５には、それぞれのラミネーション材料に対する指定のエッチング方法が示されている。中間イメージングプレート面３５及び接触パッド３２を覆うラミネーション層２２を除去した後に得られる部分組立体１５０を図６に示す。
図７を参照すると、典型的にはエポキシのビーズが、中間イメージングプレート面３５上に配置された接着リング４６を形成する。カバープレート４４は、接着リング４６により中間イメージングプレート面３５に結合され、該カバープレート４４がシンチレータの第２の面４２に近接（約２５ミクロン乃至約５０ミクロン）するか、又は接触するようにする。
図１の気密シール８０は、シンチレータ２６、ラミネーション層２２、及び撮像装置アレイ３０に対して周囲湿度からの保護をもたらす。
図８、９、及び１０は、図１の放射線イメージングシステム２０を形成するための別の実施形態による一連の段階を示す。本発明の一実施形態において、図８のラミネーション層２２は、アニソール中に約１５重量％乃至２０重量％の量のＵｌｔｅｍ（商標）／Ｂｅｎｚｏｆｌｅｘ Ｓ−５５２のような溶液から形成される。
図８を参照すると、ラミネーション層２２は、例えばスピンコーティング、スプレーコーティング、又はメニスカスコーティングによりシンチレータ２６上に配置され、該ラミネーション層がシンチレータの第１の側面４０を覆うようにする。
次に、必要に応じてシンチレータ２６及びラミネーション層２２をソフトベークして、ラミネーション層２２から余分な溶剤を除去する。ソフトベーク処理は、図３の表の欄１のそれぞれのラミネーション材料に対して欄３で指定した溶剤除去の温度及び時間に従って実行される。このソフトベーク処理段階は、シンチレータ２６及びラミネーション層２２を光撮像装置２４上に配置する前に完了される。
図９を参照すると、ラミネーション層２２は、該シンチレータ２６が撮像装置アレイ３０を覆うように光撮像装置上に配置される。図９に示すように、部分組立体１５０は、シンチレータ２６とラミネーション層２２と光撮像装置２４とを含む。
部分組立体１５０の接合及び光撮像装置２４の第１の側面９０からのガスケット２０５の除去は、上述のように行われる。
本発明のこの実施形態は、中間イメージングプレート面３５及び接触パッド３２を覆うラミネーション層２２の除去を必要としない。これにより、中間イメージングプレート面３５及び接触パッド３２からラミネーション層２２を除去する段階を行うことなく、カバープレート４４を中間イメージングプレート面３５に結合することが可能になる。
図１０を参照すると、典型的にはエポキシのビーズが、中間イメージングプレート面３５上に配置された接着リング４６を形成する。カバープレート４４は、接着リング４６により中間イメージングプレート面３５に結合され、該カバープレート４４がシンチレータの第２の面４２に近接（約２５ミクロン乃至約５０ミクロン）するか、又は接触するようにする。
図１の気密シール８０は、シンチレータ２６、ラミネーション層２２、及び撮像装置アレイ３０に対して周囲湿度からの保護をもたらす。
更に別の実施形態によれば、ラミネーション層２２は、図１１の第１のラミネーション層部分６１と図１１の第２のラミネーション層部分６２とを含む。第２のラミネーション層部分６２は、例えばスピンコーティング、スプレーコーティング、又はメニスカスコーティングによりシンチレータ２６上に配置され、第２のラミネーション層部分６２が約５ミクロンの厚さでシンチレータの第１の側面４０を覆うようする。第１のラミネーション層部分６１は、例えばスピンコーティング、スプレーコーティング、又はメニスカスコーティングにより光撮像装置２４の撮像装置アレイ３０上に配置され、第１のラミネーション層部分６１が約５ミクロンの厚さになるようにする。第２のラミネーション層部分６２と一体となったシンチレータ２６と第２のラミネーション層部分６２と一体となった光撮像装置２４の両方は、次いで必要に応じてソフトベークされ、図３の表の欄３に規定された溶剤除去の温度及び時間に従って余分な溶剤が除去される。次に、図１１の第２のラミネーション層部分６２は、図１１の第１の境界面７５において第１のラミネーション層部分６１上に配置されて、ラミネーション層２２を形成し、シンチレータ２６が撮像装置アレイ３０を覆うようにする。ラミネーション層２２は、シンチレータの第１の面４０と撮像装置アレイ３０との間に配置される。シンチレータ２６、ラミネーション層２２、及び光撮像装置２４は、部分組立体１５０を構成する。
本発明の一実施形態において、第１のラミネーション層部分６１は、上述のように光撮像装置２４上に配置され、第１のラミネーション層部分６１が強制的に撮像装置アレイ３０上にだけ配置されるようにする。
図１１を参照すると、典型的にはエポキシのビーズが、中間イメージングプレート面３５上に配置された接着リング４６を形成する。カバープレート４４は、接着リング４６により中間イメージングプレート面３５に結合され、カバープレート４４がシンチレータの第２の面４２に近接（約２５ミクロン乃至約５０ミクロン）するか、又は接触するようにする。
図１の気密シール８０は、シンチレータ２６、ラミネーション層２２、及び撮像装置アレイ３０に対して周囲湿度からの保護をもたらす。
本発明の別の実施形態において、ヒータ２２０が部分組立体１５０を接合温度まで加熱する前に、下部チャンバ４００が真空状態にある時、上部真空連結器２５０を介して図２の上部チャンバ１００を真空状態にすることができる。次に約１３ｋＰａ（１００ｍｍＨｇ）より大きくない絶対圧力が、上部真空連結器２５０及び下部真空連結器２３０をそれぞれ介して上部チャンバ１００内及び下部チャンバ４００内の両方に確立される。下部チャンバ４００内の真空が約１３ｋＰａ（１００ｍｍＨｇ）より大きくない絶対圧力に到達すると、ヒータ２２０は、部分組立体１５０を加熱する。部分組立体１５０が接合温度に達すると、上部チャンバ１００は、不活性ガス連結器２４０を介して約１７０ｋＰａ（１０ｐｓｉｇ）と約３７７ｋＰａ（４０ｐｓｉｇ）の間の絶対圧力範囲に加圧される。上部チャンバ１００及び下部チャンバ４００内の接合圧力及び部分組立体１５０の接合温度は、図３の表の欄４に指定された持続時間の間維持される。
図１の放射線イメージングシステム２０を製造するための上述の方法及び材料は、大形撮像装置、すなわち約１００ｃｍ2より大きい撮像装置のために改善された光学品質をもたらすと考えられる。この光学品質の改善の一領域は、シンチレータ２６と撮像装置アレイ３０との間の光学結合の改善である。更に、ラミネーション層２２内における吸光物質の存在は、シンチレータ２６からの信号を飽和状態よりも小さくし、信号対ノイズ比を改善する。これに加えて、ラミネーション層２２は、光の横方向への拡散を低減し、これが画像の品質を更に改善する。
大形撮像装置の改善された光学品質は、２つの定量的な測定値を用いて求められる。第１の定量測定値は、光の拡散度を表す変調伝達関数（ＭＴＦ）を決定する。第２の定量測定値は、ＭＴＦとノイズ項の両方を含む検出量子効率であり、従って該検出量子効率は、画像検出能の信号対ノイズ比を反映したものである。放射線イメージングシステム２０は、信号対ノイズ比を低減することなく、及び例えばシンチレータ２６がより低いシンチレーション効率を有することを必要とすることなく、システムが過度飽和状態になる可能性を低減すると考えられる。
本発明のラミネーション層２２は、低エネルギーと高エネルギーの両方の放射線イメージングシステムでの使用に容易に適合させることができる。本発明の放射線イメージングシステム２０はまた、高エネルギーＸ線撮影システム、又はコンピュータ断層イメージングシステムのいずれかで使用するのに好適である。
本発明の別の利点は、作動中にシンチレータ２６及び撮像装置アレイ３０を外部で固定することを必要としないことから、機械的な堅牢さが向上することである。
本発明の様々な実施形態に関する以上の説明から、本発明の各目的が達成されたことは明らかである。本発明を詳細に説明し図示してきたが、これは例証及び実施例として意図するものであり、本発明を限定するためと解釈すべきではないことは明確に理解されるべきである。従って、本発明の精神及び範囲は、添付請求項によってのみ限定されるべきである。
２０ 放射線イメージングシステム
２２ ラミネーション層
２４ 光撮像装置
２６ シンチレータ
２８ 撮像装置基板
３０ 撮像装置アレイ
３２ 接触パッド
４４ カバープレート
４６ 接着リング
８０ 気密シール
１００ 上部チャンバ
１５０ 部分組立体
２００ 固定具カバー
２０５ ガスケット
２０６ ブラダ
２０８ 真空トレイ通気スリット
２０９ ガスケット通気スリット
２１０ 真空トレイ
２１５ 上部基台
２２０ ヒータ
２２５ 下部基台
２３０ 下部真空連結器
２４０ 不活性ガス連結器
２５０ 上部真空連結器
２６０ 通気連結器
２９０ 周縁部シール
４００ 下部チャンバ
５００ 接合取付具
２２ ラミネーション層
２４ 光撮像装置
２６ シンチレータ
２８ 撮像装置基板
３０ 撮像装置アレイ
３２ 接触パッド
４４ カバープレート
４６ 接着リング
８０ 気密シール
１００ 上部チャンバ
１５０ 部分組立体
２００ 固定具カバー
２０５ ガスケット
２０６ ブラダ
２０８ 真空トレイ通気スリット
２０９ ガスケット通気スリット
２１０ 真空トレイ
２１５ 上部基台
２２０ ヒータ
２２５ 下部基台
２３０ 下部真空連結器
２４０ 不活性ガス連結器
２５０ 上部真空連結器
２６０ 通気連結器
２９０ 周縁部シール
４００ 下部チャンバ
５００ 接合取付具
Claims (9)
- シンチレータ（２６）と、
撮像装置アレイ（３０）と、
接合及び光学結合を形成するために前記シンチレータ（２６）と前記撮像装置アレイ（３０）との間に配置され、吸光物質を含む５ミクロン乃至２５ミクロンの範囲の厚さを有するラミネーション材料を含むラミネーション層（２２）と、
を備え、
前記吸光物質は前記ラミネーション材料中に添加され、
前記ラミネーション材料は、所定の接合温度まで加熱された時に前記撮像装置アレイ（３０）と前記シンチレータの第１の面（４０）の両方に接合する接着剤を含み、
前記ラミネーション層（２２）が、１８０℃より低いガラス転移温度（Ｔg）を有する可塑化されたポリエーテルイミド熱可塑性ポリマー類から成り、
前記可塑化されたポリエーテルイミド熱可塑性ポリマー類が、ポリエーテルイミドとペンタエリスリトールテトラベンゾエートとの混合物を更に含み、該混合物が、６０重量％乃至９５重量％の範囲のポリエーテルイミドと５重量％乃至４０重量％の範囲のペンタエリスリトールテトラベンゾエートを有することを特徴とする、放射線イメージングシステム（２０）。 - 前記ラミネーション層（２２）が更に前記ラミネーション材料を少なくとも９０％含むことを特徴とする請求項１に記載の放射線イメージングシステム（２０）。
- 前記シンチレータ（２６）、前記ラミネーション層（２２）、及び前記撮像装置アレイ（３０）に対して周囲湿度からの保護をもたらすために配置された気密シール（８０）を更に含む請求項１又は２に記載の放射線イメージングシステム（２０）。
- 前記シンチレータ（２６）が、実質的に光学反射性であるシンチレータの第２の面（４２）を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放射線イメージングシステム（２０）。
- 前記ラミネーション層（２２）が、ジアミノアントラキノン（ＤＡＡ）と１−メチルアミノ−４−ジヒドロキシアントラキノン（ＤＨＡ）とから成る群から選ばれるアントラキノン系染料、サブミクロンの炭素粉末及びアゾ系染料類から成る群から選択された吸光物質を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の放射線イメージングシステム（２０）。
- 前記ラミネーション層（２２）が、前記ラミネーション材料中に０．５重量％乃至５重量％の吸光物質を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の放射線イメージングシステム（２０）。
- 前記シンチレータ（２６）が、５００ミクロンと２５０００ミクロンの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の放射線イメージングシステム（２０）。
- 前記シンチレータ（２６）が、実質的に柱状構造を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の放射線イメージングシステム（２０）。
- 前記シンチレータ（２６）が、光ファイバ型シンチレータ（ＦＯＳ）であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の放射線イメージングシステム（２０）。
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