JP4789372B2 - 放射線検出装置、システム及びそれらに備えられるシンチレータパネル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線検出装置、システム及びそれらに備えられるシンチレータパネルに関し、特に、医療用診断装置、非破損検査装置などに用いられる放射線検出装置、システム及びそれらに備えられるシンチレータパネルに関する。
【０００２】
なお、本明細書においては、放射線の範疇に、Ｘ線、α線、β線、γ線などの電磁波も含むものとして説明する。
【０００３】
【従来の技術】
近年、医療機業界のデジタル化が加速しており、レントゲン撮影の方式もコンベンショナルなフィルムスクリーン方式からＸ線デジタルラジオグラフィー方式へのパラダイムシフトが進んでいる。
【０００４】
Ｘ線デジタルラジオグラフィー方式のレントゲン撮影用のＸ線検出装置には、アモルファスシリコンなどを用いたフォトセンサー及びＴＦＴを有する光電変換素子部を備えたセンサパネルと、柱状の蛍光体よりなる蛍光体層及び蛍光体層で発光した可視光をセンサパネル側へ反射させる金属薄膜などの反射膜を備えたシンチレータとを、透明な接着剤よりなる接着層によって接着したものがある。
【０００５】
このようなＸ線検出装置は、センサパネルの素子構成やシンチレータの蛍光体材料の制約を受けることなく、さまざまなものを用途に応じて組み合わせることが可能である。
【０００６】
ところで、シンチレータパネルとセンサパネルとを、接着層によって接着するには、いくつかの手法があるが、その１つに、シンチレータパネルとセンサパネルとの間に接着剤を塗布し、これらを対向させた状態でシンチレータパネル上に押し当てたローラを回転させることによって接着することがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術は、ローラを押し当てることによって、蛍光体に荷重がかかり、この一部が破損する場合があった。特に、ローラ荷重が同じであっても、シンチレータパネルの周辺部では、荷重の分散が端面で途切れるため、蛍光体の端面近傍は必然的に中心部よりも大きな圧力がかかる。
【０００８】
蛍光体が破損すると、蛍光体中で光が分散し、撮像した画像がボケるので、これを防止することが必要である。
【０００９】
そこで、本発明は、製造段階で蛍光体が破損しないようにすることを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、柱状の蛍光体の側面が互いに接続されてなる蛍光体層で放射線に基づく光を発生し、当該光を光電変換素子部で電荷に変換し、当該電荷に基づいて放射線を検出する放射線検出装置において、前記蛍光体層の中心から周辺に向けて蛍光体の柱径を太くすることを特徴とする。
【００１１】
すなわち、本発明は、蛍光体層を備えるシンチレータパネルと、光電変換素子部を備えるセンサパネルとを、ローラを用いて貼り合わせる際に、蛍光体層の周辺部の蛍光体に強度をもたせて破損しないようにしている。
【００１２】
なお、蛍光体の柱径を太くすると、解像力が落ちる傾向にあるので、解像力が要求される分野に用いる際には、周辺部の蛍光体の丈を短くすればよい。
【００１３】
また、本発明の放射線検出システムは、放射線検出装置を備えることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明のシンチレータパネルは、放射線検出装置に用いられる蛍光体層を備えることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１６】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１の放射線検出装置の模式的な断面図である。図１において、１３０はシンチレータで、ＣｓＩからなる柱状結晶化した蛍光体の側面が互いに接続されており放射線に基づく光を発生するアルカリハライド蛍光体層１０４と、アルカリハライド蛍光体層１０４を支持するためのアモルファスカーボン等よりなる基材１０１と、アルカリハライド蛍光体層１０４で変換された光を後述するセンサパネル１００側へ反射するアルミニウム薄膜よりなる反射層１０３と、基材１０１と反射層１０３との間に形成されたポリイミドなどからなる絶縁保護層１０２と、アルカリハライド蛍光体層１０４等を外気から保護する有機樹脂よりなる保護層１０５とを備えている。
【００１７】
また、図１において、１１０はセンサパネルであり、ガラス基板１１１と、アモルファスシリコンを用いたフォトセンサー及びＴＦＴからなる光電変換素子部１１２と、光電変換素子部１１２で変換された電気信号を伝送する配線部１１３と、配線部１１３を伝送された電気信号を外部に取り出す電極取り出し部１１４と、窒化シリコン等よりなる第一の保護層１１５と、ポリイミド等よりなる第二の保護層１１６とを備えている。
【００１８】
センサパネル１００とシンチレータ１１０とは、接着剤１２１により貼り合わされ、その周囲を封止材１２２によって封止されている。
【００１９】
なお、光電変換素子部１１２は、アルカリハライド蛍光体層１０４からの可視光を検知できるものであればよく、センサーとしてはアモルファスシリコンなどからなるＭＩＳ型のものやＰＩＮ型のもの、スイッチとしては、ＴＦＴやＰＩＮ型ダイオードスイッチのものでもよい。更にはＣＭＯＳセンサーやＣＣＤ撮像素子を用いてもかまわない。この場合、ガラス基板１１１に代えてクリスタルシリコンを用いることになる。
【００２０】
なお、図１に示す放射線検出装置を用途に応じて複数枚タイリングしてもよい。さらに、シンチレータパネル１３０は、図１の上から、基材１０１、絶縁層１０２、反射層１０３、アルカリハライド蛍光体層１０４の順になるように積層している場合を例に図示しているが、反射層１０３、絶縁層１０２、基材１０１、アルカリハライド蛍光体層１０４の順になるように積層してもよい。図２は、図１のシンチレータ１３０をセンサパネル１１０に貼り合わせている時の断面図である。図２には、シンチレータパネル１３０とセンサパネル１１０との間に接着剤１２１を塗布し、これらを対向させた状態でシンチレータパネル１３０上に押し当てたローラ１３１を回転させることによって接着する様子を示している。
【００２１】
ここで、本実施形態では、図１，図２に示すように、柱状結晶化したアルカリハライド蛍光体層１０４の蛍光体は、中心から周辺に向けて太く結晶化している。
【００２２】
これは、シンチレータパネル１３０上でローラ１３１を回転させたときに、アルカリハライド蛍光体層１０４では、中心よりも周辺で大きな圧力がかかるので、この圧力によってアルカリハライド蛍光体層１０４の周辺の蛍光体が破損されるのを防止するためである。
【００２３】
さらに、アルカリハライド蛍光体層１０４は、中心から周辺に向けて蛍光体の丈を短くし、上面が例えばドーム状になるようにしている。このことについて以下説明する。
【００２４】
図５は、蛍光体の柱径と解像力（contrast transfer function：ＣＴＦ）との関係を示す図である。図５では、横軸に柱径、縦軸に解像力を示している。図５に示す通り、蛍光体の柱径が太くなるほど解像力は低下する。
【００２５】
ここで、柱径とは、後述するレーザー顕微鏡の表面形状測定モードでの測定によって得られた蛍光体層１０４の上面からの画像に仮想的な直線を描いて、その直線と各蛍光体の側面との交点を出し、隣あう交点の距離の平均としている。
【００２６】
また、蛍光体の柱径が同じ場合には、蛍光体の丈が長いほど解像力が向上する。
【００２７】
図６は、蛍光体の丈と輝度との関係を示す図である。図６では、横軸に柱の丈、縦軸に輝度を示している。図６に示す通り、蛍光体の丈が長くなるほど輝度は高まる。
【００２８】
また、蛍光体の丈が同じ場合には、蛍光体の柱径が太いほど輝度が向上する。
【００２９】
なお、輝度は、蛍光体の丈がほぼ６００μｍで飽和するので、それ以上の高さでは逆に輝度は減少していくと考えられる。
【００３０】
このような事情を考慮すると、蛍光体は、柱径が３μｍ〜１５μｍ、丈が３００μｍ〜６００μｍで、光電変換素子部の大きさや基材１０１の大きさ等に応じて決定するとよい。
【００３１】
ちなみに、図５，図６に示すデータは、アルカリハライド蛍光体蒸着後レーザー顕微鏡（キーエンス製ＶＫ−８５００）で表面上に生じた段差を測定し、柱の境界形状を確認する方法で行った。丈の測定は段差部を設け、レーザー顕微鏡（キーエンス製）で測定することで行った。
【００３２】
つぎに、アルカリハライド蛍光体層１０４を形成する手法について説明する。
【００３３】
図７は、アルカリハライド蛍光体層１０４を形成するための蒸着装置の模式的な断面図である。図７において、４０１は真空チャンバー、４０２は基材１０１を加熱するためのヒーターで、複数が束になっている。更にこのヒーター４０２の束は、外側ほど密になっている。４０３は熱反射板で、ヒーター４０２からの熱を基材１０１側に反射させるためのものである。４０４は基材１０１を支えるためのホルダー、４０５は回転軸、４０６はモーターで基材１０１等を回転させるものである。
【００３４】
また、４０７はアルカリハライド蛍光体原料、４０８はアルカリハライド蛍光体原料４０７を加熱蒸発させるための加熱ボートで上下横方向にシフトが可能になっている。４０９は排気管で図示しないポンプにつながっており、真空チャンバー４０１の内部全体を真空にしているものである。
【００３５】
加熱ボート４０８を加熱していくと、加熱ボート４０８内のアルカリハライド蛍光体原料４０７は溶けて蒸発を始め、基材１０１に蒸着されていく。
【００３６】
さらに、Ｔｌなどをドーピングする場合はハロゲン化した材料を図示しない別の加熱ボートに入れて、独立で蒸発をさせればよい。アルカリハライド蛍光体、特にＣｓＩは、基材１０１の温度が高くなるほど柱径が大きくなる傾向にある。また、材料は蒸発源、つまり加熱ボート４０８から空間に３次元的に蒸発していくため、蒸発源から近いほど厚くなる。
【００３７】
ここでは、ヒーター４０２が外側に密集しており、基材１０１は外側ほど熱くなる傾向にあるため、蒸着を行えば、外側に向かって柱径が太くなる。
【００３８】
さらに、ヒーター４０２を複数のブロックに分けて独立制御すれば柱径の微妙なコントロールも可能となる。加熱ボート４０８は基本的に基材１０１の中心部にセットされるため、蒸着すれば基材１０１の中心に蒸着されるアルカリハライド蛍光体は厚くなる。
【００３９】
さらに、加熱ボート４０８を上下及び基材１０１の中心部から外側にシフトさせれば、基材１０１を回転させたときに、膜厚分布を微妙にコントロールすることも可能となる。
【００４０】
ここでいう、アルカリハライド蛍光体は、Ｔｌ、ＮａをドープしたＣｓＩ、ＮａＩ、ＣｓＢｒなどをいう。
【００４１】
ちなみに、基材１０１等は、アルカリハライド蛍光体層１０４の上面の形状に沿って湾曲するようになるが、基材１０１の大きさを、□４５０としたときに、アルカリハライド蛍光体層１０４の柱径は中心でほぼ６μｍ、端部でほぼ９μｍ、アルカリハライド蛍光体層１０４の中心の丈をほぼ５５０μｍ、端部の丈を５００μｍとなるようにドーム状にすれば、輝度の分布はほぼフラット、解像力は１．５ｌｐで１０％以内に抑えることができる。
【００４２】
（実施形態２）
図３は、本発明の実施形態２の放射線検出装置の模式的な断面図である。なお、図３において、図１で示した部分と同様の部分には同一符号を付している。
【００４３】
図３に示す放射線検出装置は、図１の基材１０１の下面形状をアルカリハライド蛍光体層１０４の上面形状に合わせて、ローラ１３１の回転面である基材１０１の上面が、フラットになるようにしている。なお、基材１０１にはアルミニウムを用いている。
【００４４】
このように、ローラ１３１の回転面がフラットであれば、アルカリハライド蛍光体層１０４の柱径や高さは、実施形態１で説明したような数値に限定されず、ローラ１３１の回転の際にシンチレータパネル１３０側にかかる応力等に応じたものとすることができる。
【００４５】
（実施形態３）
図４は、本発明の実施形態３の放射線検出装置の構成図である。図４において、１０６は反射層１０３を水分から保護するための保護用のフィルム、１２３は保護用フィルム１０６を反射層１０３と接着する接着層である。なお、図４において、図１で示した部分と同様の部分には同一符号を付している。
【００４６】
本実施形態では、アルカリハライド蛍光体層１０４を、直接センサパネル１１０に蒸着しており、センサパネル１１０との光学カップリングの際のストレスをかけないようにしている。
【００４７】
ところで、保護フィルム１０６は、例えば図２のように、ローラ１３１を用いて反射層１０３に接着している。この場合にも、アルカリハライド蛍光体層１０４を、図１等に示すようにすることで、破損防止をしている。
【００４８】
（実施形態４）
図８は、本発明の実施形態４の放射線検出システムの模式的な構成図である。Ｘ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、実施形態１〜３のいずれかで説明した放射線検出装置６０４０に入射する。
【００４９】
この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応して蛍光体は発光し、これを光電変換して電気的情報を得る。この情報は、ディジタル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のディスプレイ６０８０で観察できる。
【００５０】
また、この情報は電話回線６０９０等の伝送手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなどディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等の保存手段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。またフィルムプロセッサ６１００によりフィルム６１１０に記録することもできる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、蛍光体に強度をもたせたので、製造段階で蛍光体が破損しないようになり、ボケのない画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の放射線検出装置の模式的な断面図である。
【図２】図１のシンチレータ１３０をセンサパネル１１０に貼り合わせている時の断面図である。
【図３】本発明の実施形態２の放射線検出装置の模式的な断面図である。
【図４】本発明の実施形態３の放射線検出装置の構成図である
【図５】蛍光体の柱径と解像力（contrast transfer function：ＣＴＦ）との関係を示す図である。
【図６】蛍光体の丈と輝度との関係を示す図である。
【図７】アルカリハライド蛍光体層１０４を形成するための蒸着装置の模式的な断面図である。
【図８】本発明の実施形態４の放射線検出システムの模式的な構成図である。
【符号の説明】
１０１ 基材
１０２ 絶縁保護層
１０３ 反射層
１０４ アルカリハライド蛍光体層
１０５ 保護層
１０６ フィルム
１１１ ガラス基板
１１２ 光電変換素子部
１１３ 配線部
１１４ 電極取り出し部
１１５ 第一の保護層
１１６ 第二の保護層
１２１ 接着層
１２２ 封止部
１１０ センサパネル
１３０ シンチレータ
４０１ 真空チャンバー
４０２ ヒーター
４０３ 熱反射板
４０４ ホルダー
４０５ 回転軸
４０６ モーター
４０７ アルカリハライド蛍光体原料
４０８ 加熱ボート
４０９ 排気管

Claims (11)

1. 基板上に複数の光電変換素子部を有するセンサーパネルと、前記センサーパネル上に配置された、入射した放射線に基づく光を発生する蛍光体層と、を有する放射線検出装置であって、
   前記蛍光体層は、複数の蛍光体の柱状結晶を有し、
   前記蛍光体層の中心部より周辺部の方が柱状結晶の柱径が太いことを特徴とする放射線検出装置。
2. 基板上に複数の光電変換素子部を有するセンサーパネルと、前記センサーパネル上に配置された、入射した放射線に基づく光を発生するシンチレータパネルと、を有する放射線検出装置であって、
   前記シンチレータパネルは、蛍光体層と、前記蛍光体層を支持するために前記蛍光体層の放射線入射側に配置された基材と、を有し、
   前記蛍光体層は、複数の蛍光体の柱状結晶を有し、前記蛍光体層の中心部より周辺部の方が柱状結晶の柱径が太いことを特徴とする放射線検出装置。
3. さらに、前記蛍光体層の中心部より周辺部の方が柱状結晶の高さが低いことを特徴とする請求項１又は２記載の放射線検出装置。
4. 前記蛍光体層と前記光電変換素子部とは、これらの間に接着剤を塗布し、いずれか一方の側に押し当てたローラを回転させることによって加圧接着されていることを特徴とする請求項２記載の放射線検出装置。
5. 前記蛍光層は、蒸着によって直接前記センサーパネル上に設けられていることを特徴とする請求項２記載の放射線検出装置。
6. 前記基材は、前記基材の放射線入射側の面においては平坦であり、かつ前記基材の蛍光体層側の面においては前記蛍光体の高さに応じて中央部より周辺部が厚い形状をなしていることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
7. 前記蛍光体層のセンサーパネル側の面が平らであることを特徴とする請求項６記載の放射線検出装置。
8. 前記蛍光体は、アルカリハライド蛍光体であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の放射線検出装置と、
   入射した放射線に応じて前記放射線検出装置によって得られた電気的情報を処理するイメージプロセッサと、
   を備えることを特徴とする放射線検出システム。
10. 入射した放射線に基づく光を発生するシンチレータパネルであって、
    前記シンチレータパネルは、蛍光体層と、前記蛍光体層を支持するために前記蛍光体層の放射線入射側に配置された基材と、を有し、
    前記蛍光体層は、複数の蛍光体の柱状結晶を有し、
    前記蛍光体層の中心部より周辺部の方が柱状結晶の柱径が太いことを特徴とするシンチレータパネル。
11. さらに、前記蛍光体層の中心部より周辺部の方が柱状結晶の高さが低いことを特徴とする請求項１０記載のシンチレータパネル。

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