JP4579894B2 - 放射線検出装置及び放射線検出システム - Google Patents
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Description
本発明は、放射線検出装置及び放射線検出システムに係り、特に、医療診断機器、非破壊検査機器等に用いられる放射線検出装置及び放射線検出システムに関する。
近年の液晶ディスプレイ用ＴＦＴ技術の進歩、情報インフラの整備が充実した現在では、さまざまなフラットパネル検出器（以下「ＦＰＤ」という。）が提案され、医療画像分野においても大面積、且つ、デジタル化が達成されている。
このようなＦＰＤは、放射線画像を瞬時に読み取り、瞬時にディスプレイ上に表示できる。また、デジタル情報として画像を直接取り出すことが可能である。そのため、データの保管、加工、転送等の取り扱いが便利であるという特徴がある。また、感度等の諸特性は、撮影条件に依存するが、従来のスクリーンフィルム系撮影法やコンピューティッドラジオグラフィ撮影法に比較して、同等かそれ以上であることが確認されている。
特許文献１には、長時間の使用における特性変動や、ダーク電流によるＳ／Ｎ低下を低減し、撮影サイクルを短くし、装置の使い勝手を向上させるために、光源を有する光電変換装置が開示されている。
特許文献２、３には、同様に光源を有するＸ線検出装置が開示されている。
特許文献４には、ＴＦＴ基板の裏面に導光板が透明な接着剤などによって取り付けられていることが開示されている。
特許文献５には、光照射手段の周囲を蔽う電磁シールドが開示されている。また、特許文献５には、光照射手段に発光体と点灯回路とが収められていることが開示されている。
特開２００２−４０１４４号公報
米国特許第５９０５７７２号
特開２００４−３３６５９号公報
特開２００４−１４６７６９号公報（段落番号００７９）
特開２００５−３０８４４０号公報（段落番号００３６、００４０）
しかしながら、特許文献１〜５には光源の実装位置及び実装方法等を最適化する方法は開示されていない。そのため、従来の技術では、画像信号の読み出しを行う読み出し回路及びその信号配線の近傍に光源及びその駆動回路が配置され、光源及びその駆動回路からの熱や駆動信号、振動等の影響によって画像信号にノイズが発生する恐れがある。従って、これに対する種々の対策が望まれていた。
本発明は上記の背景に鑑みてなされたものであり、変換素子からの信号を読み出す読み出し回路に発生するノイズを低減することを目的とする。
本発明の第１の側面は、放射線検出装置に係り、放射線を電荷に変換する変換素子を含む画素領域を第１面に有する基板と、前記電荷を読み出すための読み出し回路を含み、前記第１面の第１辺に接続された第１電気部品と、前記変換素子を駆動するための駆動回路を含み、前記第１面の辺のうち前記第１辺に隣り合う第２辺に接続された第２電気部品と、前記画素領域に光を照射するために、前記第１面とは反対側の第２面側に配置された光源と、を備え、前記光源は、前記第２面における前記第２電気部品が接続された部分に対向して配置されていることを特徴とする。
本発明の第２の側面は、放射線検出システムに係り、上記の放射線検出装置と、前記放射線検出装置からの信号を処理する信号処理手段と、前記信号処理手段からの信号を記録する記録手段と、前記信号処理手段からの信号を表示する表示手段と、前記信号処理手段からの信号を伝送する伝送処理手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、変換素子からの信号を読み出す読み出し回路に発生するノイズを低減することができる。
本発明の好適な実施の形態は、医療画像診断装置、非破壊検査装置、分析装置等に応用されるＸ線、α線、β線、γ線等の放射線を検出する放射線検出装置及び放射線検出システムに適用することができる。特に、非晶質シリコンを用いたＴＦＴ等のスイッチング素子により構成されたセンサアレイと、放射線を可視光等に変換する蛍光体とを組み合わせたＦＰＤに利用される放射線検出装置及び放射線検出システムに適用することができる。
[第１の実施形態]
本発明の好適な第１の実施形態に係る放射線検出装置について述べる。図１は、本実施形態に係る放射線検出装置を模式的に示す平面図である。説明の都合上、電気部品６ａ、６ｂを平面に配置した状態を示している。図２は、図１に示す放射線検出装置のＡ−Ａ’矢視断面図である。図１、図２は、電気部品６ａ、６ｂが支持基板としての基板１の端面に実装・配置された状態を示している。なお、図１に示すように電気部品６ａ、６ｂを折り曲げらないで基板１に配置し、その後、図２に示すように電気部品６ａ、６ｂを折り曲げてもよい。また、電気部品６ａ、６ｂを予め折り曲げた状態で基板１に配置してもよい。他の実施形態においても同様である。
本発明の好適な第１の実施形態に係る放射線検出装置について述べる。図１は、本実施形態に係る放射線検出装置を模式的に示す平面図である。説明の都合上、電気部品６ａ、６ｂを平面に配置した状態を示している。図２は、図１に示す放射線検出装置のＡ−Ａ’矢視断面図である。図１、図２は、電気部品６ａ、６ｂが支持基板としての基板１の端面に実装・配置された状態を示している。なお、図１に示すように電気部品６ａ、６ｂを折り曲げらないで基板１に配置し、その後、図２に示すように電気部品６ａ、６ｂを折り曲げてもよい。また、電気部品６ａ、６ｂを予め折り曲げた状態で基板１に配置してもよい。他の実施形態においても同様である。
図１、図２において、１は放射線を電荷に変換する変換素子やＴＦＴ等のスイッチング素子で構成される複数の画素を有するガラス等の絶縁性の基板（センサ基板、支持基板）である。２はアクリル等で構成される接着層である。４はＬＥＤや冷陰極管（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）等で構成される光源である。５は反射ドット、マイクロリフレクタ、ＰＥＴ、ポリカーボネートを含む反射シート、またはこれらを組み合わせた反射層である。６ａは、テ−プ・キャリア・パッケージ（以下「ＴＣＰ」という。）１０ａに読み出し回路が形成されたチップ９ａを搭載した電気部品である。チップ９ａの読み出し回路は、変換素子で発生してスイッチング素子で転送された信号を読み出すための回路である。６ｂは、ＴＣＰ１０ｂに駆動回路が形成されたチップ９ｂが搭載された電気部品である。チップ９ｂの駆動回路は、変換素子を駆動するための回路である。７は上記の画素が配置される画素領域である。８は、基板１の端面に形成された端面反射層である。一般的に、チップ９ｂの駆動回路は、チップ９ａの読み出し回路及びその信号配線が配置される辺と異なる辺に実装される。従って、電気部品６ａ、６ｂも基板１の異なる辺にそれぞれ配置される。
光源４は、変換素子のダーク電流を低減するために用いられるため、基板１の変換素子が配置された面とは反対の面（裏面）に対向して配置される。更に、本実施形態では、読み出し回路にノイズが発生することを抑えるために、電気部品６ａ及びその読み出し回路から離れた位置に光源４を配置する。このような配置としては、例えば、基板１表面の電気部品６ａが配置された領域に対向して光源４を配置しないことが好ましく、基板１表面の電気部品６ｂが配置された領域に対向して光源４を配置することが更に好ましい。これは、図２に示すように、光源４を電気部品６ｂの基板１側の露出面に取り付けるだけで実現可能であり、実装が容易であるという利点がある。このように、電気部品６ａと離れて光源４を配置することによって、光源４やその駆動回路で発生した熱等により、電気部品６ａの読み出し回路にノイズが発生することを抑えることができる。なお、基板１の角部及びその近傍は読み出し回路との距離が近いため、ノイズの発生が問題となる場合等には、その部分に光源４を配置することは必ずしも必要とされない。
変換素子としては、アモルファスシリコンを用いて形成されたｐｉｎ型フォトダイオードやＭＩＳ型センサなどの光電変換素子を適用することができる。変換素子として光電変換素子を用いる場合は、放射線を光電変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換するためのシンチレータとして蛍光体（ＣｓＩ、ＧＯＳ等）と組み合わせて用いられる。蛍光体は、基板１上に形成された変換素子やＴＦＴ等を覆うように積層される。また、他の変換素子としては、アモルファスセレンなどを用いた、放射線を直接電荷に変換可能な素子を用いることができる。
光源４としては、ＬＥＤ光源、冷陰極管、ＥＬ光源等、フラットパネルのバックライトに使用できる光源であれば、いずれを用いてもよい。また、光源４は、可視光に限定されず、赤外光、紫外光等の電磁波を用いることができる。しかしながら、コストが安く薄く形成することが可能なＬＥＤ光源が好ましい。ＬＥＤ光源としては、青色ＬＥＤ、青緑色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、橙色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤを用いることができる。また、これらのＬＥＤの他、各色を混合した白色ＬＥＤ等を用いてもよい。
光源４の実装方法としては、例えば、光源４を電気部品６ｂのＴＣＰ１０ｂ上に実装し、電気的に接続する方法が挙げられる。光源４を電気部品６ｂ上に実装することによって、新たなＰＣＢ基板等を追加することなく、光源４を容易に実装することができる。
電気部品６ｂは、不図示の異方性導電性接着剤（ＡＣＦ）により基板１上のパッド部に電気的に接続され、接着層２により基板１の端面に固定されている。基板１に電気部品６ｂを接着していない場合、センサパネルが振動した場合に光源部分も振動し、光量の経時変化や場所ムラが発生する。しかしながら、電気部品と基板を接着することにより光源の振動が抑えられ、光量の経時変化や場所ムラを減少させることができる。また、基板１は、ガラス等の絶縁性の基板の場合を一例として示したが、導光板として機能する材料がより好ましい。
反射層５は、例えば、反射ドットと反射シートから構成される。反射ドットは、例えば、チタン白（ＴｉＯ２）や沈降性バリウム（ＢａＳＯ４）など光学的に吸収が無く、反射率の高い顔料とバインダーを練り合わせた反射インクで構成される。反射シートは、反射ドットに当たった光の一部で基板１の背面に出てしまう成分を、反射して正面に向かわせもので、高い反射率を持つ素材が用いられることが好ましい。
反射層５の他の構成としては、マイクロリフレクタと反射シートがある。基板１内を伝播する内部伝播光はマイクロリフレクタに進行し、そのマイクロリフレクタ内部に入力される。マイクロリフレクタ内部に入力された光は、光路が折り曲げられ、基板１の出射面からほぼ正面方向に出射される。
次に、光源４の動作について説明する。光源４から出射された光は、基板１内を全反射しながら進んでいくうちに、反射ドット、またはマイクロリフレクタに当たって向きを変え、全反射角より小さくなった成分光が基板１の表面から出射する。基板１より出射した光は、蛍光体で反射し画素領域７に照射される。または、光の一部は画素間から直接、画素領域７に斜め方向から入射される。
端面反射層８に使用される端面反射シートは、基板１の平行面を反射する全反射光が反対面に抜けるのを防止し、光の利用効率を向上させる。
次に、蛍光体により放射線が光に変換され、画素領域７内の光電変換素子で吸収されずに画素間を通り抜けた光の動作について説明する。画素領域７内の光電変換素子で吸収されずに画素間を通り抜けた光は、基板１を通り抜け反射層５に到達する。反射層５は、拡散板の機能も兼ね備えており、反射層５での散乱反射により、基板１内の画素領域７に向けて散乱反射され、ノイズの原因となる光を抑えることができる。
以上のように、本実施形態によれば、読み出し回路から離れた位置に光源を配置するため、光源及びその駆動回路で発生した熱等により読み出し回路にノイズが発生することを抑えることができる。また、光源４の最適な実装位置・実装方法が可能となるため、より低コストで簡易な実装が可能となる。
[第２の実施形態]
本発明の好適な第２の実施形態に係る放射線検出装置について述べる。図３は第２の実施形態を模式的に示す平面図であり、説明の都合上、電気部品６ａ、６ｂを平面に配置した状態を示している。図４は、図３に示す放射線検出装置のＢ−Ｂ’矢視断面図である。図３、図４は、電気部品６ａ、６ｂが実際に支持基板端面に実装・配置された状態を示している。
本発明の好適な第２の実施形態に係る放射線検出装置について述べる。図３は第２の実施形態を模式的に示す平面図であり、説明の都合上、電気部品６ａ、６ｂを平面に配置した状態を示している。図４は、図３に示す放射線検出装置のＢ−Ｂ’矢視断面図である。図３、図４は、電気部品６ａ、６ｂが実際に支持基板端面に実装・配置された状態を示している。
第２の実施形態は、光電変換素子やＴＦＴ等で構成される複数の画素を有するガラス等の基板１の下方に導光板３を配置し、導光板背面に反射層５とその端面に反射層８を配置した点で第１の実施形態と相異する。光源４は、導光板３の端面より入射するように配置されている。
導光板３の材料としては、アクリルやガラス等の空気と異なる屈折率を持つ透明な材料が好ましい。このように、導光板３を配置することによって、光源４の数を大幅に減らすことができるため、光源４又はその駆動回路によって読み出し回路に発生するノイズを更に抑えることができる。
本発明は、上記実施形態に限られることではなく、下記のような構成を有することが可能である。
図５は、図４に示す第２の実施形態において説明した放射線検出装置のＣ-Ｃ’矢視断面図であり、光源４が線光源により構成されている。光源４としては、例えば、ＬＥＤ光源、冷陰極管、ＥＬ光源等を用いることができ、単体もしくは連続的に配置された光源で構成されるため、変換素子への均一な照射が可能になる。
図６は、図４に示す第２の実施形態において説明した放射線検出装置のＣ-Ｃ’矢視断面図であり、光源４が点光源により構成されている。光源４から照射された光は、導光板３により変換素子への均一に照射される。光源４として点光源を用いるため、光源４の数を最小限に抑えることができる。そのため、光源４又はその駆動回路によって読み出し回路に発生するノイズを更に抑えることができる。なお、図６では、光源４が１つの点光源で構成されているが、これは本発明の好適な実施の形態の一例に過ぎない。従って、本発明はこれに限定されず、光源４が複数の点光源で構成されてもよい。
また、図７で示されるように、光源４の駆動回路１１を読み出し回路から離れた電気部品６ｂ側に配置することが好適である。この構成により、光源４の駆動回路１１によって読み出し回路に発生するノイズを更に抑えることができる。
〔第３の実施形態〕
本発明の好適な第３の実施形態に係る放射線検出装置について述べる。第３の実施形態では、光源を駆動するための駆動用配線が、読み出し回路から離れて配置されている。具体的には、光源を駆動するための駆動用配線が、基板表面の読み出し回路を搭載した電気部品が配置された領域に対向して配置されていない。このような構成により、光源を駆動するための駆動用配線により読み出し回路に発生するノイズを抑えることができる。以下、図８を参照してこのような構成の一例を示す。
本発明の好適な第３の実施形態に係る放射線検出装置について述べる。第３の実施形態では、光源を駆動するための駆動用配線が、読み出し回路から離れて配置されている。具体的には、光源を駆動するための駆動用配線が、基板表面の読み出し回路を搭載した電気部品が配置された領域に対向して配置されていない。このような構成により、光源を駆動するための駆動用配線により読み出し回路に発生するノイズを抑えることができる。以下、図８を参照してこのような構成の一例を示す。
図８は、第３の実施形態に係る放射線検出装置の断面図である。光電変換素子やＴＦＴ等で構成される複数の画素を有するガラス等の基板１の下方に光源としてＥＬ（エレクトロルミネッセンス）シート１４を配置し、その下方にＥＬシート１４を支持する支持板１８を配置している。ＥＬシート１４は、マグネシウム合金などの金属を含むことが好ましい。ＥＬシート１４から伸びたＥＬ駆動用配線１５は支持板１８の切り欠き部である溝１９を通じてＴＦＴ駆動用ＰＣＢ及びＴＦＴ駆動用ＴＣＰと干渉しないように、その内側で引き回され、ＥＬ駆動用電源１６に接続されている。
ＥＬ駆動用配線１５とＥＬ駆動用電源１６の接続にはコネクター１７が用いられているため、故障時のメンテナンス作業が容易である。また、ＥＬシート１４とＥＬ駆動用電源１６を別々に実装することができるため、作業性が向上している。
以上、説明したように、ＥＬ駆動用配線１５を読み出し回路から離れて配置することによって、読み出し回路で発生するノイズを抑えることが可能となる。更に、ＥＬ駆動用配線１５と画素領域７との間に金属を含む支持板１８を配置することによって、ＥＬ駆動用配線１５からの電磁波が遮蔽され、画素で発生するノイズが低減されるとともに、読み出し回路で発生するノイズを更に抑えることが可能となる。
また、ＥＬ駆動用電源１６を読み出し回路から離れて配置することによって、読み出し回路で発生するノイズを抑えることが可能となる。更に、ＥＬ駆動用電源１６と画素領域７との間に金属を含む支持板１８を配置することによって、上述のように画素で発生するノイズが低減されるとともに、読み出し回路で発生するノイズを更に抑えることが可能となる。
なお、基板１の上部の波長変換体１３は、図８の上部から入射する画像情報を含んだ放射線を光電変換素子が検知可能な波長の光に変換する。
図９は本発明の好適な実施の形態に係る放射線検出装置を放射線検出システムに応用した例を示す図である。
[応用例]
本放射線検出システムの特徴は、以下の点である。すなわち、Ｘ線発生源としてのＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者あるいは被検体６０６１の胸部などの観察部分６０６２を透過し、イメージセンサ６０４０に入射する。この入射したＸ線６０６０には被検体６０６１の内部の情報が含まれている。Ｘ線６０６０の入射に対応してイメージセンサ６０４０は電気的情報を得る。この情報はデジタル信号に変換され、イメージプロセッサ６０７０により画像処理され制御室（コントロールルーム）にある表示手段部としてのディスプレイ６０８１で観察可能となる。
本放射線検出システムの特徴は、以下の点である。すなわち、Ｘ線発生源としてのＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者あるいは被検体６０６１の胸部などの観察部分６０６２を透過し、イメージセンサ６０４０に入射する。この入射したＸ線６０６０には被検体６０６１の内部の情報が含まれている。Ｘ線６０６０の入射に対応してイメージセンサ６０４０は電気的情報を得る。この情報はデジタル信号に変換され、イメージプロセッサ６０７０により画像処理され制御室（コントロールルーム）にある表示手段部としてのディスプレイ６０８１で観察可能となる。
画像処理された情報は、電話回線や無線６０９０等の伝送処理手段部により遠隔地などへ転送できる。そして、ディスプレイ６０８１に表示されたり、フィルムなどに出力されたりして、コントロールルームとは別の場所の遠隔地にいる医師が診断することも可能である。このようにして、ドクタールームで得られた情報は、フィルムプロセッサなどの記録手段部としての記録部６１００により光ディスク、光磁気ディスク、磁気ディスクなどの各種記録材料を用いた記録媒体に記録や保存することもできる。また、フィルム又は紙などの記録媒体６１１０に記録や保存することもできる。
第１、第２の実施形態に係る放射線検出装置は、図中６０４０のイメージセンサ内部に設けられており、Ａ／Ｄ変換されたデジタル出力はイメージプロセッサ６０７０で目的に応じた画像処理などが施される。
１ 基板
４ 光源
９ａ 読み出し回路が形成されたチップ
９ｂ 駆動回路が形成されたチップ
４ 光源
９ａ 読み出し回路が形成されたチップ
９ｂ 駆動回路が形成されたチップ
Claims (11)
- 放射線を電荷に変換する変換素子を含む画素領域を第１面に有する基板と、
前記電荷を読み出すための読み出し回路を含み、前記第１面の第１辺に接続された第１電気部品と、
前記変換素子を駆動するための駆動回路を含み、前記第１面の辺のうち前記第１辺に隣り合う第２辺に接続された第２電気部品と、
前記画素領域に光を照射するために、前記第１面とは反対側の第２面側に配置された光源と、
を備え、
前記光源は、前記第２面における前記第２電気部品が接続された部分に対向して配置されていることを特徴とする放射線検出装置。 - 前記光源からの光が前記画素領域に照射されるように前記光を導光するために、前記基板の前記第２面側に配置された導光板を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
- 前記導光板の前記基板側とは反対側に反射層を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の放射線検出装置。
- 前記光源は、前記第２電気部品に搭載されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
- 前記第２電気部品は、接着層により前記基板に固定されていることを特徴とする請求項４に記載の放射線検出装置。
- 前記第２電気部品は、前記光源の駆動回路を含むことを特徴とする請求項４に記載の放射線検出装置。
- 前記基板の端面のうち前記第２辺の反対側の端面に形成された端面反射層を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
- 前記光源を駆動するための駆動用配線を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
- 前記駆動用配線に接続された駆動用電源と、
前記光源の前記基板側とは反対側に配置された金属の支持板とを更に備え、
前記駆動用電源は、前記支持板の前記基板側とは反対側に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の放射線検出装置。 - 前記第２面側に配置された前記光源を支持する支持板を更に備え、
前記支持板は、金属で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。 - 請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の放射線検出装置と、
前記放射線検出装置からの信号を処理する信号処理手段と、
前記信号処理手段からの信号を記録する記録手段と、
前記信号処理手段からの信号を表示する表示手段と、
前記信号処理手段からの信号を伝送する伝送処理手段と、
を備えることを特徴とする放射線検出システム。
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