JP5744570B2 - 放射線検出装置、放射線検出装置の製造方法及び放射線検出システム - Google Patents

Description

本発明は、放射線検出装置およびそれを含む放射線検出システムに関する。

シンチレータによって放射線を光に変換し、その光が形成する像を複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイによって検出する放射線検出装置が知られている。このような放射線検出装置の製造方法として、特許文献１には、蛍光板（シンチレータ）と光センサ（センサアレイ）とを接着剤を用いて貼り合わせる方法が記載されている。

特開２００３−０６６１９６号公報

特許文献１に記載された方法では、シンチレータと光センサとをそれぞれ作製した後に、それらをシンチレータおよび光センサとは別に用意された接着剤を用いて貼り合わせる。よって、接着剤の塗布のための工程が不可欠であり、製造工程の複雑さを招く。また、接着剤を用いる場合に、接着剤とそれに接する部材との間の屈折率差を小さくしなければ、接着剤とそれに接する部材との界面において反射が起こり、感度および解像度が低下しうる。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、製造工程の単純化、および／または、感度および解像度の向上に有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、放射線検出装置に係り、前記放射線検出装置は、放射線を光に変換するシンチレータ層と前記シンチレータ層を保護するシンチレータ保護層とを含むシンチレータパネルと、前記シンチレータ層からの光を検出する複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイと前記センサアレイを保護するセンサ保護層とを含むセンサパネルと、を備え、前記シンチレータ保護層を接着剤として前記シンチレータ層と前記センサ保護層とを接着することにより、前記シンチレータパネルと前記センサパネルとが結合されていて、前記シンチレータ保護層の主成分が前記センサ保護層の主成分と同一である。

本発明によれば、製造工程の単純化、および／または、感度および解像度の向上に有利な技術が提供される。

本発明の第１実施形態の放射線検出装置の構成を模式的に示す断面図。 本発明の第２実施形態の放射線検出装置の構成を模式的に示す断面図。 本発明の第３実施形態の放射線検出装置の構成を模式的に示す断面図。 本発明の第４実施形態の放射線検出装置の構成を模式的に示す断面図。 本発明の第５実施形態の放射線検出装置の構成を模式的に示す断面図。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

図１を参照しながら本発明の第１実施形態の放射線検出装置ＲＤについて説明する。まず、放射線検出装置ＲＤの動作を説明する。不図示の放射線源から被検体に向けて放射された放射線（例えばＸ線）Ｒは、被検体を減衰しながら透過し、シンチレータパネル２００のシンチレータ層２１に入射する。シンチレータ層２１は、入射した放射線を光（例えば可視光）に変換する。シンチレータ層２１によって変換された光は、センサパネル１００のセンサアレイ１０に入射し、センサアレイ１０の光電変換素子によって電荷に変換され、これが電気信号として不図示の周辺回路ユニットによって外部に読み出される。

次に、放射線検出装置ＲＤの構成を説明する。放射線検出装置ＲＤは、シンチレータパネル２００と、センサパネル１００とを含む。シンチレータパネル２００は、放射線を光に変換するシンチレータ層２１と、シンチレータ層２１を保護するシンチレータ保護層２２とを含む。シンチレータ層２１は、例えば、ＣｓＩ：Ｔｌの柱状結晶の集合体で構成されうる。シンチレータパネル２００は、更に、シンチレータ層２１を支持する支持基板２０を含みうる。センサパネル１００は、シンチレータ層２１からの光を検出する複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイ１０と、センサアレイ１０を保護するセンサ保護層１２とを含む。センサパネル１００は、更に、センサアレイ１０を支持する支持基板２０を含みうる。シンチレータパネル２００とセンサパネル１００との結合体は、基台９０によって支持されうる。該結合体と基台９０とは、接着材料３００によって結合されうる。

シンチレータパネル２００とセンサパネル１００とは、シンチレータ保護層２２を接着剤として用いてシンチレータ層２１とセンサ保護層１２とを接着することにより結合される。シンチレータ保護層２２を接着剤として用いることにより、シンチレータパネル２００とセンサパネル１００とを結合する際に、シンチレータパネル２００にもセンサパネル１００にも接着剤を塗布する必要がないので、製造工程が単純化される。

シンチレータ保護層２２の主成分は、センサ保護層１２の主成分と同一である。これにより、シンチレータ保護層２２の屈折率とセンサ保護層１２の屈折率とを互いに近い値にすることができるので、シンチレータ保護層２２とセンサ保護層１２との界面における光の反射を低減し、感度および解像度を向上させうる。ここで、主成分とは、部材を構成する複数の成分のうち当該部材の全体重量に占める成分の重量が最も大きい成分を意味する。

シンチレータ保護層２２を構成する材料およびセンサ保護層１２を構成する材料は、熱可塑性の有機材料であるホットメルト樹脂でありうる。ホットメルト樹脂は、例えば、シート状に成型して使用されうる。シート状のホットメルト樹脂は、例えば、ＰＥＴ等のフィルムシート上に溶融したホットメルト樹脂を押し出しコート法により射出することにより製造されうる。シート状のホットメルト樹脂を支持基板２０上に形成されたシンチレータ層２１を覆うように配置し、シンチレータ層２１を加熱ラミネートまたは真空加熱ラミネートすることでシンチレータパネル２００が製造されうる。同様に、シート状のホットメルト樹脂を支持基板１５上に形成されたセンサアレイ１０を覆うように配置し、センサアレイ１０を加熱ラミネートまたは真空加熱ラミネートすることでセンサパネル１００が製造されうる。

ホットメルト樹脂は、水や溶剤を含まない、室温で固体であり、１００％不揮発性の熱可塑性材料からなる接着性樹脂と定義されるものである（Ｔｈｏｍａｓ． Ｐ． Ｆｌａｎａｇａｎ， Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ａｇｅ， ９， Ｎｏ３， ２８（１９６６））。ホットメルト樹脂は、温度が上昇すると溶融し、温度が低下すると固化する。また、ホットメルト樹脂は、加熱溶融状態では、他の有機材料、および無機材料に接着性をもち、常温では、固体状態となり接着性を持たないものである。ホットメルト樹脂は、極性溶媒、溶剤および水を含んでいないので、シンチレータ層（例えば、ハロゲン化アルカリからなる柱状結晶構造）２１に接触してもシンチレータ層２１を溶解させないため、シンチレータ保護層２２の材料として好ましい。ホットメルト樹脂は、熱可塑性樹脂を溶剤に溶かし、溶媒塗布法によって形成された溶剤揮発硬化型の接着性樹脂とは異なる。また、ホットメルト樹脂は、エポキシ等に代表される化学反応によって形成される化学反応型の接着性樹脂とも異なる。ホットメルト樹脂材料は、主成分であるベースポリマー（ベース材料）の種類によって分類され、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリアミド系等を用いることができる。

図２を参照しながら本発明の第２実施形態の放射線検出装置ＲＤについて説明する。ここで言及しない事項は第１実施形態に従いうる。第２実施形態では、シンチレータ層２１を保護するシンチレータ保護層２３を構成する材料が熱可塑・熱硬化性のポリイミド樹脂であり、センサアレイ１０を保護するセンサ保護層１１を構成する材料が熱硬化性のポリイミド樹脂である。よって、第２実施形態においても、シンチレータ保護層２３の主成分がセンサ保護層１１の主成分と同一である。これにより、シンチレータ保護層２３の屈折率とセンサ保護層１１の屈折率とを互いに近い値にすることができるので、シンチレータ保護層２３とセンサ保護層１１との界面における光の反射を低減し、感度および解像度を向上させうる。シンチレータ保護層２３を構成する熱可塑・熱硬化性のポリイミド樹脂の屈折率は、１．６〜１．７であり、センサ保護層１１を構成する熱硬化性のポリイミド樹脂の屈折率は、１．７である。

熱可塑・熱硬化性のポリイミド樹脂は、有機溶剤可溶性ポリイミド、エポキシ化合物および潜在性硬化剤を含有し、前記エポキシ化合物が固形エポキシ化合物と液状エポキシ化合物を含有するものであり、前記有機溶剤可溶性ポリイミドを主成分とする樹脂である。該熱可塑・熱硬化性のポリイミド樹脂は、温度を上昇させたときに、第１温度（例えば３０℃）を超えると粘性の低下を開始し、第１温度より高い第２温度（例えば４０℃）を超えると接着性が発現する。該熱可塑・熱硬化性のポリイミド樹脂は、更に、該第２温度より高い第３温度（例えば１１０℃）を超えると粘性の上昇（硬化）を開始し、該第３温度より高い第４温度（１６０℃）を超えると接着性を失う。ここで、一例において、該熱可塑・熱硬化性のポリイミド樹脂は、該第２温度以上かつ該第３温度未満の間では、恒温状態で放置しても５分以上接着性の維持が可能であるが、第３の温度以上では５分未満で接着性を喪失する。

以下、第２実施形態の放射線検出装置ＲＤの製造方法を説明する。該製造方法は、第１工程と、第２工程とを含む。第１工程では、シンチレータ層２１を保護するようにシンチレータ層２１にシンチレータ保護層２３を貼り付けてシンチレータパネル２００を作製する。より具体的には、第１工程では、シンチレータ保護層２３を加熱することでその粘性を低下させた後にシンチレータ保護層２３を冷却することでその粘性を上昇させることによって、シンチレータ層２１にシンチレータ保護層２３を貼り付ける。第２工程では、センサアレイ１０およびセンサ保護層１１を含むセンサパネル１００とシンチレータパネル２００とを結合する。より具体的には、第２工程では、シンチレータ保護層２３を加熱することでその粘性を低下させた後にシンチレータ保護層２３を更に加熱することでその粘性を上昇させることによって、シンチレータパネル２００とセンサパネル１００とを結合する。

熱可塑・熱硬化性のポリイミド樹脂は、例えば、シート状に成型して使用されうる。熱可塑・熱硬化性のポリイミド樹脂をシート状に成型するには、ポリイミド樹脂を構成する成分を均一に混合した後に該ポリイミド樹脂をプラスチックなどで挟んで圧延（例えばロール圧延）すればよい。また、熱可塑性のポリイミドを溶媒中で混合してワニス状としたものをプラスチックフィルム上に塗布し、脱溶媒させてシート状に加工することもできる。

第１工程では、シート状の熱可塑・熱硬化性のポリイミド樹脂を支持基板２０上に形成されたシンチレータ層２１を覆うように配置し、シンチレータ層２１に該ポリイミド樹脂を加熱プレスする。これにより、シンチレータ層２１にシンチレータ保護層２３が貼り合わせられる。

シンチレータ層２１に対するシンチレータ保護層２３としての熱可塑・熱硬化性のポリイミド樹脂の貼り合わせは、例えば、該ポリイミド樹脂の粘性が低下する４０℃〜１５０℃の範囲内の温度で、加熱ラミネートまたは真空加熱ラミネートによりなされうる。この状態では、シンチレータ保護層２３としての熱可塑・熱硬化性のポリイミド樹脂は、熱可塑性の材料としての機能を有する。その後、シンチレータ保護層２３としての熱可塑・熱硬化性のポリイミド樹脂を冷却（強制冷却または自然冷却）することでその粘性が上昇し、該ポリイミド樹脂がシンチレータ層２１に貼り付けられる。

第２工程では、基台９０に搭載されたセンサアレイ１０に対してシンチレータパネル２００を加熱加圧することによってセンサパネル１００とシンチレータパネル２００とを結合する。この加熱加圧は、例えば、１００℃以上の温度および０．１ＭＰａ以上の圧力でなされうる。第２工程は、好ましくは、１２０℃以上３００℃以下の範囲内の温度で、加熱ラミネートまたは真空加熱ラミネートによってなされうる。それにより、シンチレータ保護層２３がセンサパネル１００のセンサ保護層１３に密着した状態で熱硬化し、シンチレータパネル２００とセンサパネル１００とが結合される。

図３を参照しながら本発明の第３実施形態の放射線検出装置ＲＤについて説明する。ここで言及しない事項は、第２実施形態に従いうる。第３実施形態の放射線検出装置ＲＤにおいて、シンチレータパネル２００は、第２実施形態のシンチレータパネル２００と同じであるが、センサパネル１００については、第２実施形態のセンサ保護層１１がセンサ保護層１３によって置き換えられている。センサ保護層１３は、第２実施形態におけるシンチレータ保護層２３と同様の熱可塑・熱硬化性のポリイミド樹脂で構成されている。センサアレイ１０に対するセンサ保護層１３としての熱可塑・熱硬化性のポリイミド樹脂の貼り合わせは、第１実施形態におけるシンチレータ層２１に対するシンチレータ保護層２３としての熱可塑・熱硬化性のポリイミド樹脂の貼り合わせと同様に行うことができる。この構成によれば、シンチレータ保護層２３の屈折率とセンサ保護層１３の屈折率とを互いに近い値にすることができるので、シンチレータ保護層２３とセンサ保護層１３との界面における光の反射を低減し、感度および解像度を向上させうる。

図４を参照しながら本発明の第４実施形態の放射線検出装置ＲＤについて説明する。ここで言及しない事項は、第１、第２実施形態に従いうる。第４実施形態におけるセンサパネル１００は、第２実施形態のセンサパネル１００と同じである。第４実施形態におけるシンチレータパネル２００は、第３実施形態におけるシンチレータパネル２００のシンチレータ層２１とシンチレータ保護層２３との間に追加のシンチレータ保護層２４が配置されている。追加のシンチレータ保護層２４は、例えば、パリレンで構成されうる。パリレンは、真空装置によるプラズマ重合法での形成が可能な有機材料であり、微細な凹凸部分への付着が良好である。特に、シンチレータ層２１の材料として柱状結晶構造が形成できるＣＳＩ：Ｔｌ等を用いる場合、形成後のシンチレータ層２１は湿度による特性劣化が顕著であるため大気中での作業や保管が困難である。パリレンは、真空における除湿状態で保護層が形成できる。

パリレンからなるシンチレータ保護層２４は、高真空状態でシンチレータ層２１を形成した後に、高真空状態を維持したままで形成される。パリレンからなるシンチレータ保護層２４の厚さは、大気中での高い耐湿性を確保できる厚さ、例えば、数μｍ〜数十μｍの範囲の厚さにされうる。その後、シート状の熱可塑・熱硬化性のポリイミド樹脂によってシンチレータ保護層２３が形成されうる。このような構造は、蛍光体特性を劣化させずに高い耐湿性を得るために有利である。ここでは、２つのシンチレータ保護層２３、２４を設ける例を説明したが、３以上の複数のシンチレータ保護層を設けてもよい。

シンチレータ保護層２４を構成するパリレンの屈折率は１．６５であり、シンチレータ保護層２３を構成する熱可塑・熱硬化性のポリイミド樹脂の屈折率は、１．６〜１．７であり、センサ保護層１１を構成する熱硬化性のポリイミド樹脂の屈折率は、１．７である。よって、これらの層の間の界面での反射が小さく、感度および解像度の低下が抑えられる。

図５を参照しながら第１〜第４実施形態に代表される放射線検出装置ＲＤが組み込まれた放射線検出システムの例を説明する。Ｘ線チューブ（放射線源）６０５０で発生したＸ線６０６０は患者あるいは被検体（被験者）６０６１の胸部６０６２を透過して放射線検出装置ＲＤに入射する。この入射したＸ線には被検体６０６１の体内部分の情報が含まれている。放射線検出装置ＲＤは、入射したＸ線をシンチレータ層によって光に変換し、これをセンサアレイによって検出する。これにより、被検体６０６１の体内部分の情報を含む画像が得られる。この画像は、イメージプロセッサ（処理部）６０７０により処理され制御室のディスプレイ６０８０に表示されうる。また、この画像は、電話回線６０９０等の伝送処理部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に表示され、または記録部としての光ディスク等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、記録部としてのフィルムプロセッサ６１００により記録媒体としてのフィルム６１１０に記録することもできる。また、記録部としてのレーザプリンタによって紙に印刷することもできる。

Claims (7)

1. 放射線を光に変換するシンチレータ層と前記シンチレータ層を保護するシンチレータ保護層とを含むシンチレータパネルと、
   前記シンチレータ層からの光を検出する複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイと前記センサアレイを保護するセンサ保護層とを含むセンサパネルと、を備え、
   前記シンチレータ保護層を接着剤として前記シンチレータ層と前記センサ保護層とを接着することにより、前記シンチレータパネルと前記センサパネルとが結合されていて、
   前記シンチレータ保護層の主成分が前記センサ保護層の主成分と同一である、
   ことを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記シンチレータ保護層および前記センサ保護層を構成する材料がホットメルト樹脂である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記シンチレータ保護層を構成する材料は、温度を上昇させたときに、第１温度を超えると粘性の低下を開始し、前記第１温度より高い第２温度を超えると接着性を発現し、前記第２温度より高い第３温度を超えると粘性の上昇を開始し、前記第３温度より高い第４温度を超えると接着性を失う材料であり、
   前記センサ保護層を構成する材料がポリイミド樹脂である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
4. 前記シンチレータ保護層および前記センサ保護層を構成する材料が、温度を上昇させたときに、第１温度を超えると粘性の低下を開始し、前記第１温度より高い第２温度を超えると接着性を発現し、前記第２温度より高い第３温度を超えると粘性の上昇を開始し、前記第３温度より高い第４温度を超えると接着性を失う材料である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
5. 放射線検出装置の製造方法であって、
   放射線を光に変換するシンチレータ層を保護するように前記シンチレータ層にシンチレータ保護層を貼り付けてシンチレータパネルを作製する第１工程と、
   前記シンチレータ層からの光を検出する複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイと前記センサアレイを保護するセンサ保護層とを含むセンサパネルと前記シンチレータパネルとを結合する第２工程と、を含み、
   前記シンチレータ保護層の主成分が前記センサ保護層の主成分と同一であり、
   前記第２工程では、前記シンチレータ保護層を接着剤として前記シンチレータ層と前記センサ保護層とを接着することにより、前記シンチレータパネルと前記センサパネルとを結合する
   ことを特徴とする放射線検出装置の製造方法。
6. 前記第１工程は、前記シンチレータ保護層を加熱することでその粘性を低下させた後に前記シンチレータ保護層を冷却することでその粘性を上昇させることによって前記シンチレータ層にシンチレータ保護層を貼り付け、
   前記第２工程では、前記シンチレータ保護層を加熱することでその粘性を低下させた後に前記シンチレータ保護層を更に加熱することでその粘性を上昇させることによって前記シンチレータパネルと前記センサパネルとを結合する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の放射線検出装置の製造方法。
7. 放射線源と、
   前記放射線源から放射され被検体を透過して放射線を検出するように構成された請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線検出装置と、
   を備えることを特徴とする放射線検出システム。