JP4921180B2 - 放射線検出装置及び放射線撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、医療診断機器、非破壊検査機器等に用いられるシンチレータパネル、放射線検出装置及び放射線撮像システムに関し、特に、Ｘ線撮影等に用いられるシンチレータパネル、放射線検出装置及び放射線撮像システムに関する。

従来、Ｘ線蛍光体層が内部に備えられた蛍光スクリーンと両面塗布剤とを有するＸ線フィルムシステムが一般的にＸ線写真撮影に使用されてきた。しかし、最近のＸ線蛍光体層と２次元光検出器とを有するデジタル放射線検出装置については、次のような利点があり盛んに研究開発が行われ、種々の特許出願もされている。すなわち、画像特性が良好であること、また、データがデジタルデータであるためネットワーク化したコンピュータシステムに取り込むことによってデータの共有化が図られるということである。

これらデジタル放射線検出装置の中でも、高感度で高鮮鋭な装置として、下記特許文献１に開示されている装置が知られている。同装置において、光検出器上に、放射線を検出可能な光に変換するためのシンチレータ層を形成している。光検出器は、複数のフォトセンサ及びスイッチ素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の電気素子が２次元に配置されている光電変換素子部からなる。

受光部上には、入射した放射線を可視光に変換する波長変換体であり、アルカリハライドよりなる柱状結晶化した蛍光体層からなる柱状構造のシンチレータが形成されている。シンチレータ上には、保護膜を形成している。

ところで、光電変換素子部において、長期間の使用における特性変動や、ダーク電流によるＳ／Ｎ比の低下を低減し、更に撮影サイクルを短くし、装置の使い勝手を向上させることが課題となっている。

そこで、放射線撮影前に光を照射してダーク電流を小さくすれば、長い時間を待つことなくＳ／Ｎ比の高いＸ線画像が得られる。このように光源により光電変換素子部への光の照射を光リセット、バイアス光照射、あるいは光キャリブレーションと呼んでいる。

一方、特許文献２に開示される従来の放射線検出装置は、放射線を直接電荷に変換するものであるが、Ｘ線フラットパネル検出器に光を照射するための光源を設け、検出器の感度低下を抑制した装置である。
特開２０００−２８４０５３号公報 特開２００４−３３６５９号公報

しかしながら、上記の光源を付加した波長変換体を有する放射線検出装置においては、放射線検出装置が厚くなり大型化してしまう。
また、光源が追加されたことによるコスト高を招いている。
本発明は、キャリブレーション光を発光する光源を追加しても、コンパクトなサイズにすることができ、コストが低い放射線検出装置を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の放射線検出装置は、基板上に複数の光電変換素子を有する光電変換部を有するセンサパネルと、前記センサパネルの前記光電変換部上に配された、放射線を前記光電変換素子が感知可能な光に変換する波長変換体と、基材と、前記波長変換体と前記基材との間に配された金属層と、を有し、前記波長変換体を覆うように配された保護部材と、前記光電変換部に光を照射する光源と、を有する放射線検出装置であって、前記光源は、交流電圧を印加するための電極間に配された発光層を有して前記波長変換体と前記保護部材との間に配されたエレクトロルミネセンス光源であり、前記電極の一方は前記波長変換体と前記発光層との間に配された光透過性の電極であり、前記電極の他方は前記基材と前記発光層との間に配された前記金属層であり、前記金属層は前記波長変換体で変換された光を光電変換素子に向かって反射させ且つ前記発光層に前記光電変換素子に向かって光を放出させることを特徴とする。

本発明により、保護層と光源の構成要素の一部を兼用することができる。
よって、小型で低コストの放射線検出装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態の放射線検出装置を示す模式的全体平面図、図２は、図１のＡ−Ａ’における部分断面図である。

図２中、１０１は絶縁基板であるガラス基板、１０２は非晶質（アモルファス）シリコンを用いた半導体フォトセンサーとＴＦＴからなる光電変換素子部である。１０３は配線、１０４は接続リード、１０５は窒化シリコン等よりなる第一の保護層、１１１は樹脂膜等より形成された光電変換素子の剛性保護層を兼ねた蛍光体下地層である。これら１０１〜１１１によってセンサーパネル１００が構成される。１１２は波長変換体であり、柱状の蛍光体よりなる蛍光体層である。１１６は、蛍光体層１１２を覆う保護層である保護シートである。１３０は樹脂層であり、有機樹脂等よりなる接着層である。また、１１４は反射層、１１５は保護基材である。１５０は波長変換体が発した光を吸収するための光吸収層であり、着色されたＰＥＴ等のフィルム状のシートを不図示の接着材や粘着材で貼り合せ形成している。

本発明で使用されるセンサーパネルの保護層１０５としては、ＳｉＮやＴｉＯ_２、ＬｉＦ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等の他、ポリフェニレンサルファイド樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、液晶ポリマー、ポリエーテルニトリル樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。特に保護層は、放射線照射時に蛍光体によって変換された光が通過することから、蛍光体が放出する光の波長において高い透過率を示すものが望ましい。

蛍光体下地層１１１としては、柱状結晶構造の蛍光体による蛍光体層形成工程での熱プロセス（２００℃以上）に耐える材料であればいずれの材料でもよい。例えば、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。

蛍光体層１１２としては、アルカリハライド付活剤が好適に用いられ、ＣｓＩ：Ｔｌの他に、ＣｓＩ：Ｎａ，ＮａＩ：Ｔｌ，ＬｉＩ：Ｅｕ，ＫＩ：Ｔｌ等を用いることができる。また、蛍光体層１１２は、ＣａＷＯ_４、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、ＢａＳＯ_４：Ｐｂ等の蛍光体材料からなる蛍光体粒子に透明樹脂、溶剤及び必要に応じて分散剤、消泡剤等の添加剤を加え混合し、センサパネル１００上に塗布して形成することができる。そして、塗布によって形成される蛍光体層は、樹脂等からなる支持体、面状発光体などの表面上へ形成した後、センサパネル１００上に接着層などにより固定して放射線検出装置を構成することもできる。

３０は、蛍光体層１１２と保護シート１１６の間に配置された面状発光体であり、光電変換素子部１０２に効率よくキャリブレーション光を照射する。

面状発光体３０は、光源としてＥＬ光源等の面状発光光源があり、フラットパネルのバックライトに使用できる面状発光光源であればいずれの光源でもよい。ここでは、薄型でシート状の構成が可能なＥＬ光源等の面状発光光源が好適に用いられる。光源の発光領域は、全体的に発光していれば、幾つかに分割されていても良い。図示していないが、面状発光体３０は、面状発光体の側面の保護部材を設けてもよい。保護部材によって発光層は、外部からの衝撃及び水分などの不純物混入による不具合を低減することができる。

接着層１３０は、面状発光体３０と保護シート１１６をセンサパネル上に固定する目的で設けられており、且つ、保護シート１１６の周辺端部における防湿保護の目的で設けらるものであって該目的にかなうものであればいずれの材料でもよい。例えば、シリコーン、アクリル、エポキシ、ポリエステル、ポリオレフィン等の有機樹脂の一般的封止材料を用いることができるが、特に水分透過率の低い樹脂が望ましい。

保護シート１１６を構成する反射層１１４の材料としては、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｒｈ、Ｐｔ及びＡｕ等の反射率の高い金属が望ましい。また、保護基材１１５は、予め反射層１１４を形成するための基材であり、且つ、好適にはＰＥＴ等の有機材料からなる。保護シート１１６は、センサパネル１００上に形成された光電変換素子部や蛍光体層１１２の防湿保護の機能を有し水分透過率の低い材料を少なくとも１層構成することが望ましい。

光吸収層１５０は、蛍光体層１１２が発し、センサパネルの絶縁基板１０１に入射した光を吸収するための層である。光吸収層１５０がセンサパネルの基板内に入射した光を吸収して光電変換素子側への反射・散乱光を低減するため、放射検出装置の解像度を向上することが出来る。

光吸収層１５０は、着色されたフィルム状のシートを不図示のアクリル等の接着材や粘着材で貼り合せ形成している。また、フィルム状のシート材料としてはＰＥＴ、アクリル、ウレタン、ポリエチレン、シリコン、ポリオレフィン、アクリロニトリルブタジエン、クロロプレン、エチレン・プロピレン等がある。更に前述の材料中に気泡を有するフォーム材料を用いることができる。また、着色されたアクリル等の樹脂材料をセンサパネルに直接塗布し形成することもできる。着色する色は蛍光体の発する波長を吸収する色であればよい。

また、以上説明したのは、２次元光検出器であるセンサパネルとして、ガラス基板上にアモルファスシリコンを用いたフォトセンサーとＴＦＴからなる光電変換素子部を形成した場合である。他方、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等を２次元状に配置した撮像素子を形成した半導体単結晶基板上に下地層、蛍光体層を配置することで同様の放射線検出装置を構成することができる。
次に、本発明の放射線検出装置について、具体的実施例を説明する。

［実施例］
図１，２を用いて本実施例を説明する。

図２に示すように絶縁基板であるガラス基板１０１上に非晶質シリコンから成る半導体薄膜フォトセンサとＴＦＴからなる光電変換素子部（光検出素子（画素））１０２及び配線部１０３を形成する。その上にＳｉＮｘよりなる保護膜（第一の保護層）１０５と、さらにポリイミド樹脂を硬化した蛍光体下地層１１１を形成してセンサパネル１００を構成している。

センサパネル１００上には、アルカリハライドよりなる柱状結晶化した蛍光体（例えば、ＣｓＩ：Ｔｌ、タリウム活性化沃化セシウム）よりなる蛍光体層１１２を二次元に配置されている光電変換素子部１０２の上面を覆うよう蛍光体下地層１１１上に蛍光体形成蒸着装置によって形成している。

蛍光体層１１２及び光電変換素子部の耐湿防止を担う保護シート１１６は、予め厚さ２５μｍのＰＥＴからなる保護基材１１５に反射層１１４としてＡｌ膜が形成されたフィルム状のシートである。保護シート１１６は、蛍光体層１１２、センサパネル１００に形成された光電変換素子部及び面状発光体３０を覆うように配置し、保護シート周辺部においてセンサパネルと接着層１３０で接着固定されている。

接着層１３０は、ポリオレフィン樹脂からなるホットメルタイプの有機樹脂からなり比較的低温・短時間での加熱圧着で接着固定を可能にしている。

光吸収層１５０は、センサパネル１００の蛍光体層１１２が形成される側とは反対側に配置されていることが好ましい。光吸収層が蛍光体層からの光を吸収することで解像度が向上するからである。光吸収層１５０がない場合は、センサパネルに入射した光は基板内を反射・散乱してからセンサパネル１００上に形成された光電変換素子１０２に入射し、放射検出装置の解像度を悪化させ画像品位が低下するという問題点がある。

さらに、光吸収層１５０は、予めアクリル等の予めアクリル等の粘着材が貼られた厚さ１００μｍで黒色のＰＥＴシートが好ましい。そして、光吸収層である黒色のＰＥＴシートは、ローラー加圧装置でセンサパネル１００に貼り合せて固定された構成が好ましい。このような構成により工程が簡略化され、低コスト化が達成できる。

本実施例では、蛍光体層１１２と保護シート１１６の間に配置されている面状発光体３０にＥＬ（エレクトロルミネセンス）光源を用いている。本実施例の薄型の面状発光光源を用いた構成によって、蛍光体層と反射層とが近くに配置されるため、解像度の向上が達成できる。

面状発光体３０のＥＬ光源は、高誘電率バインダ中に分散した蛍光体からなる発光層１１の両面に交流電圧を印加するための電極を備える構成である。本実施例においては保護シートのＡＬからなる反射層１１４を一方の電極（上部電極）として兼用し、反射層１１４に接して発光層１１、更にＩＴＯからなる透明な発光層下部電極１２により構成される。

本実施例の保護シート１１６を構成する反射層１１４は、面状発光体の光源の発光層の上部電極、蛍光体層及び光電変換素子の耐湿保護、更に蛍光体で波長変換された発光を光電変換素子面に戻すための反射機能を有している。

本実施例のような構成においては、光源の上部電極を新たに設ける必要がなく、放射線検出装置の構成部品点数を削減できる。よって、小型で低コストの放射線検出装置が提供可能である。

次に、本発明の放射線検出装置の応用例について説明する。

図３は、本発明による放射線検出装置を放射線撮像システムとしてのＸ線診断システムへの応用例を示したものである。

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、シンチレータ（蛍光体）を上部に実装した放射線検出装置６０４０に入射する。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シンチレータは発光し、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信号処理手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され、コントロールルームに有る表示手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。

また、この情報は、電話回線６０９０等の伝送処理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表示手段となるディスプレイ６０８１に表示又は光ディスク等の記録手段に保存することができる。これにより、遠隔地の医師が診断することも可能である。また、記録手段となるフィルムプロセッサ６１００により記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。

以上説明したように、本発明は、医療用のＸ線センサ等に応用することが可能であるが、非破壊検査等のそれ以外の用途に応用した場合にも有効である。

本発明の実施形態の放射線検出装置を示す模式的平面図 図１のＡ−Ａ’における模式的断面図 本発明の応用例に係る放射線撮影システムの構成を示す概念図

符号の説明

１０ 光源
３０ 面状発光体
２１ 導光板
２２ 導光反射シート
１００ センサパネル
１０１ ガラス基板
１０２ 光電変換素子部
１０３ 配線部
１０４ 接続リード
１０５ 第一の保護層
１１６ 保護シート
１１１ 蛍光体下地層
１１２ 蛍光体層
１３０ 接着層
１１４ 反射層
１１５ 保護基材
１５０ 光吸収層

Claims (5)

1. 基板上に複数の光電変換素子を有する光電変換部を有するセンサパネルと、
   前記センサパネルの前記光電変換部上に配された、放射線を前記光電変換素子が感知可能な光に変換する波長変換体と、
   基材と、前記波長変換体と前記基材との間に配された金属層と、を有し、前記波長変換体を覆うように配された保護部材と、
   前記光電変換部に光を照射する光源と、を有する放射線検出装置であって、
   前記光源は、交流電圧を印加するための電極間に配された発光層を有して前記波長変換体と前記基材との間に配されたエレクトロルミネセンス光源であり、前記電極の一方は前記波長変換体と前記発光層との間に配された光透過性の電極であり、前記電極の他方は前記基材と前記発光層との間に配された前記金属層であり、前記金属層は前記波長変換体で変換された光を光電変換素子に向かって反射させ且つ前記発光層に前記光電変換素子に向かって光を放出させることを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記エレクトロルミネセンス光源と前記保護部材とを樹脂層により前記センサパネル上に固定することを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記樹脂層は接着層であり、前記光透過性の電極と前記波長変換体とを固定することを特徴とする請求項２に記載の放射線検出装置。
4. 前記センサパネルの前記波長変換体が配置される面とは反対の面に光吸収層を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか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ための記録手段と、
   前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
   前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、
   前記放射線を発生させるための放射線源とを具備することを特徴とする放射線撮像システム。

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