JP6514206B2 - 軽量x−線シールドをもつ放射線透過撮影用フラットパネル検出器およびその製法 - Google Patents
軽量x−線シールドをもつ放射線透過撮影用フラットパネル検出器およびその製法 Download PDFInfo
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Description
クト(artefacts)を回避するためのX−線シールドを必要とする。
従って、単一の画像化アレイをもつ放射線透過撮影用フラットパネル検出器(radiography flat panel detector)中のX−線シールドの高い重量の寄与に対する解決策を与え、そして同時に、経済効率のよい方法でX−線シールドを生産する解決策を与えることが、本発明の目的である。その目的は、請求項1に規定される通りの放射線透過撮影用フラットパネル検出器により達成された。X−線シールドは請求項1に規定される通りの第2の支持体とX−線吸収層との組み合わせ物である。
本発明は、シンチレーターまたは光導電層、第1の支持体上の単一の画像化アレイ並びに、支持体(第2の支持体)上に被覆された、結合剤および、20以上の原子番号をもつ一つの金属元素および一つ以上の非金属元素を有する化合物、を含んでなるX−線吸収層をもつX−線シールド、を含んでなる放射線透過撮影用フラットパネル検出器(RFPD)に関する。
X−線シールドは、結合剤並びに、20以上の原子番号をもつ一つの金属元素および一つ以上の非金属元素をもつ一つ以上の化合物を含んでなる層の使用によってのみ、金属よりなるX−線シールドと同様なX−線停止力をもつが、それよりかなり軽量を伴って製造することができることが発見された。これらの化合物は好適には、20以上の原子番号をもつ金属の酸化物または、ハロゲン化物、オキシスルフィド、亜硫酸化物、炭酸化物のような塩である。本発明の範囲内に使用することができる、20より高い原子番号をもつ適切な金属元素の例は、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)、セリウム(Ce)、セシウム(Cs)、ガドリニウム(Gd)、ランタン(La)、ルテチウム(Lu)、パラジウム(Pd)、錫(Sn)、ストロンチウム(Sr)、テルル(Te)、イットリウム(Y)および亜鉛(Zn)のような金属である。本発明の更なる利点は、これらの化合物が比較的安価であり、低毒性を特徴とする点である。
X−線吸収層中の結合剤の量は、1重量%〜50重量%、好適には1重量%〜25重量%、より好適には1重量%〜10重量%、もっとも好適には1重量%〜3重量%の範囲内でばらつくことができる。
ング剤および/またはエラストマー、を含むことができる。
and Sons Ltd Londonにより1998年に刊行されたSurface Coatings Technology(表面コーティング技術)におけるWiley/SITA Seriesの第III巻、J.V.Crivello等の「フリーラジカル、カチオン&アニオン光重合のための光開始剤、第2版」、ページ276〜294に開示されている。適切な光開始剤の例は、RahnからのDarocureTM 1173およびNuvopolTM PI−3000であることができる。適切な静電気防止剤の例はAcrisからのCyastatTM SN50およびLangerからのLancoTM STAT K 100Nであることができる。
本発明に従うX−線シールドのX−線吸収層のための支持体は、以後第2の支持体と呼ばれるが、硬いかまたは柔軟のいずれか、例えばアルミニウムプレート、アルミニウムフォイル、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)
ポリイミド(PI)、ポリエーテルスルホン(PES)の膜、金属フォイル、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)シート、ガラス、柔軟なガラス、トリアセテートおよびそれらの組み合わせ物またはそれらの積層物であることができる。本発明の第2の支持体に好適な材料は、それらの軽量、それらの低コストおよびそれらの入手性のために、PET、ガラスおよびアルミニウムである。
本発明に従う間接変換直接放射線透過撮影用のRFPDにおいて、シンチレーターは場合により支持体を含んでなり、そしてその上に、Gd2O2S:Tb、Gd2O2S:Eu、Gd2O3:Eu、La2O2S:Tb、La2O2S、Y2O2S:Tb、CsI:Tl、CsI:Eu、CsI:Na、CsBr:Tl、NaI:Tl、CaWO4、CaWO4:Tb、BaFBr:Eu、BaFCI:Eu、BaSO4:Eu、BaSrSO4、BaPbSO4、BaAI12O19:Mn、BaMgAl10O17:Eu、Zn2Si04:Mn、(Zn、Cd)S:Ag、LaOBr、LaOBr:Tm、Lu2O2S:Eu、Lu2O2S:Tb、LuTa04、HfO2:Ti、HfGe04:Ti、YTa04、YTa04:Gd、YTa04:Nb、Y2O3:Eu、YBO3:Eu、YBO3:Tbまたは(Y,Gd)BO3:Euまたはそれらの組み合わせ物のようなシンチレーチョン燐を提供される。結晶質のシンチレーチョン燐以外に、閃光発生ガラスまたは有機シンチレーターも使用することができる。
シンチレーチョン燐は当該技術分野で知られている。例えば、ALN Stevels等の,“Vapor Deposited CsI:Na Layers:Screens
for Application in X−Ray Imaging Devices(蒸着CsI:Na層:X−線画像化装置に適用のためのスクリーン),”Philips Research Reports 29:353−362(1974);およびT.Jing等の“Enhanced Columnar Structure in CsI Layer by Substrate Patterning(支持体のデザインによるCsI層中に高められた柱状構造)”,IEEE Trans.Nucl.Sci.39:1195−1198(1992)を参照されたい。より好適には、シンチレーチョン燐層はドープCsIを含む。
本発明に従う直接変換直接放射線透過撮影のためのRFPDにおいて、HgI2、PbO、PbI2、TlBr、CdTeおよびガドリニウム化合物のような他の光導電体を使用することができるが、光導電層は通常、非晶質セレンである。光導電層は優先的に蒸着により画像化アレイ上にメッキされるが、またあらゆる適切な被覆法を使用して被覆されることができる。
間接変換直接放射線透過撮影のために本発明に使用される単一の画像化アレイは、X−線を光に変換し、その後、それが電荷に変換される幾つかの物理的構成部品を使用する、間接変換法に基づく。第1の構成部品は、X−線を光(光子)に変換するシンチレーチョン燐である。光は更に、非晶質ケイ素の光ダイオード層の方向に誘導され、それが光を電子に変換し、そして電荷が形成される。電荷は集電されて、保存コンデンサーにより保存される。非晶質ケイ素に隣接する薄膜トランジスター(TFT)アレイが電荷を読みだし、画像が形成される。適切な画像アレイの例は、米国特許第5262649号明細書中にそして、Samei E.et al.,“General guidelines for purchasing and acceptance testing of PACS equipment(PACS装置の購入および許容試験のための一般的指針)”,Radiographics,24,313−334により開示されている。好適には、米国特許第2013/0048866号明細書の段落[90−125]および米国
特許第2013/221230号明細書の段落[53−71]と[81−104]中に記載された通りの画像化アレイを使用することができる。
acceptance testing of PACS equipment(PACS装置の購入および許容試験のための一般的市指針)”,Radiographics,24,313−334により開示されている。
X−線吸収層の下方に配置される下方の電子機器は、画像化アレイからの電気信号を処理しそして/または画像化アレイのドライバーを制御するための電子部品を備え、そして画像化アレイに電気的に接続している回路盤を含んでなる。
X−線シールドの製法
本発明のX−線シールドは、ナイフコーティング、ドクターブレードコーティング、スピン被覆、浸漬被覆、噴霧被覆、スクリーン印刷および張り合わせのようなあらゆる知られた方法により、20以上の原子番号をもつ一つの金属元素および一つ以上の非金属元素を有する少なくとも一つの化合物および結合剤を含んでなる被覆溶液を支持体(第2の支持体)上に適用することにより得ることができる。もっとも好適な方法はドクターブレードコーティングである。
lity)を改善する。
本発明に従う間接変換直接放射線透過撮影用RFPDは、上記に説明されている異なる構成部品を集成することにより製造される。好適な方法が次に説明される。
μmの厚さをもつ、ポリエチレン、ポリエステル、ポリビニルクロリドまたはアクリル基剤のフォイルである。他の好適な方法は、粘着性の接着剤またはホットメルトを使用することである。ライニングをもつホットメルトは支持体(第2の支持体)またはX−線シールドのX−線吸収層のいずれかの上に配置される。次にX−線シールドを、好適には前記の温度のオーブン中で加熱される。冷却後、ライニングを外し、粘着材のない面に溶融ホットメルトを解放する(releases)。X−線シールドは、積層物の第1の支持体をホットメルトの粘着面と接触させ、そして高温で高圧をかけることにより画像化アレイに結合される。張り付けされる構成材の全領域にわたり良好な接着を達成するために、0.6〜20バールの範囲の圧力を適用しなければならず、そして10〜1000秒間、80〜220℃の範囲の温度値が必要である。
本発明に従う直接変換直接放射線透過撮影のためのFPDは、前記の異なる構成部品を集成することにより製造される。
1.1 X−線シールドのX−線遮蔽能
本発明に従う(INV)X−線シールドおよび市販の金属基材のX−線シールド(COMP)のX−線遮蔽能を、X−線暴露および現像後に、シンチレーターとX−線シールド間に配置された放射線透過撮影フィルムの光学密度の測定値に基づいて測定した。放射線透過撮影フィルムはAgfa Healthcare(AGFAHDRC1824)から市販され、放射線感光性の一面をもつ緑色感光性フィルムである。X−線暴露はPhilips Optimus 80 X線源を使用して実施された。X−線シールドは通常、以下の構造:シンチレーター―放射線透過撮影フィルム―X−線シールド―印刷回路盤(PCB)、鉛ストリップおよびPMMAブロックを含んでなる散乱素子、に配置されている。この構造はRFPDの標準構造と呼ばれる。使用された規定の(default)シンチレーチョン燐は市販のGOSシンチレーター(CAWOからのCAWO Superfine 115 SW)であった。シンチレーチョン燐層は放射線透過撮影フィルムの放射線感光面と接して配置された。RFPDの下方の電子機器は個別の構成部品、鉛のストリップおよびポリ(メチルメタクリレート)のブロックをもつPCBによりシミュレートされた。ポリ(メチルメタクリレート)はその非常に高い散乱性のために使用される。
に真空により封入した。X−線シールドの支持体は、別記されない限り常に、放射線透過撮影フィルムの放射線非感光面と接触される。このように準備されたパッケージは基礎RFPDと呼ばれる。
本発明に従って調製されたX−線シールド(INV)および対照のX−線シールド(COMP)を0.01gの分析限界(resolution)を伴って、実験室の重量計(Mettler Toledo PG5002−S)を使用して秤量した。
X−線シールドのX−線吸収率は30cc容量のセルをもつTriad線量計と一緒のPhilips Optimus 80装置を使用して測定された。測定セルはX−線シールドのすぐ後方に、X−線源から1.5mの距離に配置された。X−線シールドは双方の場合に、その支持体をX−線源の方向に向けて配置された。各スクリーンにつきデータを複数回、収集し、標準偏差と一緒に平均値を計算した。
以下の実施例中に使用された材料は、別記されない限り、ALDRICH CHEMICAL Co.(ベルギー)、ACROS(ベルギー)およびBASF(ベルギー)のような標準の製造元から容易に入手可能であった。すべての材料は別記されない限り、更に精製せずに使用された。
・ ガドリニウム・オキシスルフィド(Gd2O2S)もしくはGOS:(CAS 12339−07−0)粉末はNichiaから得た、平均粒度:3.3μm。
・ CaWO4粉末はNichiaから得た、平均粒度:7.0μm。
・ YTaO4粉末はNichiaから得た、平均粒度:4.4μm。
・ 白色PET支持体:0.19mmの厚さをもち、Mitsubishi,から得られた、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、商品名Hostaphan WO・ 黒色PET支持体:0.188mmの厚さをもち、Torayから得られたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、商品名Lumirror X30。
・ Disperse AydTM 9100(Disperse AydTM W−22): アニオン界面活性剤/脂肪酸エステル分散剤(Daniel Produkts Companyから)。
・ KratonTM FG1901X(新規名=KratonTM FG1901 GT): Shell Chemicalsからの、30%のポリスチレン含量をもつ、スチレンおよびエチレン/ブチレンに基づく、透明な直線状の3ブロック コポリマー。
・ 基準(Default)GOSシンチレーター、CAWO Superfine 115 SW、CAWOから。
・ ヨウ化セシウム(CsI):Rockwood Lithiumからの(CAS 7789−17−5)粉末、99.999%。
・ Aluminium 318G:0.3mmの厚さをもつAlanodからのプレート。
・ 画像化アレイ:0.7mmの厚さをもつ、Corning LotusTM Glass上のTFT(米国特許第2013/0048866号明細書、段落[90−125]および米国特許第2013/221230号明細書、段落[53−71]と[81−104])に従う)。
・ 放射線透過撮影フィルム:Agfa HealthcareからのAGFAHDRC1824。
・ PMMA:ポリ(メチルメタクリレート)、7cmの厚さ、30x30cm、ISO
9236−1標準に準ずる。
・ 鉛ストリップ:13cm×2.5cm、0.3cmの厚さ。
・ PCB:13cm×4.5cm
3.1 X−線吸収層の被覆のための溶液の調製:
4.5gの結合剤(KratonTM FG1901X)を、18gの、トルエンとMEKの溶媒混合物(比率75:25(重量/重量))に溶解し、1900r.p.m.の速度で15分間撹拌した。その後、200gの量の粉末としての、20以上の原子番号をもつ一つの金属元素および一つ以上の非金属元素を有する化合物を添加し、混合物を1900r.p.m.の速度で更に30分間撹拌した。
§1.1中で得られた通りの被覆溶液を、幾つかのPET支持体(白色および黒色)上に4m/分の被覆速度でドクターブレードを使用して被覆して、100〜450μmの、異なる、乾燥した層の厚さを得て、X−線シールドSD−01〜SD−20を得た(表1参照)。その後、X−線シールドを30分間、室温で乾燥した。揮発性溶媒をできるだけ除去するために、被覆したX−線シールドを乾燥オーブン中で、60℃で30分間、再度90℃で20〜30分間乾燥した。各層を乾燥後に、X−線吸収層の全厚さを、湿った層の厚さおよび/または相互の上に被覆される層の数を調整することにより制御した。湿った層の厚さは220μm〜1500μm間の値をもつ。得られたシールドのサイズは18cm×24cmであった。
WFはX−線シールド(第2の支持体+X−線吸収層)の重量であり、
WSはX−線シールドの支持体(第2の支持体)の重量であり、
ASは支持体(第2の支持体)の表面積であり、
P%はX−線吸収層中の20以上の原子番号をもつ一つの金属元素および一つ以上の非金属元素を有する化合物の重量%の量である。
モリブデンのプレートよりなるX−線シールドを、市場で販売されているRFPDの一つから得た。モリブデンプレートの厚さは0.3mmであり、サイズは18cm×24cmであった。モリブデンプレートは支持体を含まなかった。プレートの組成は99.85(重量)%のMoおよび0.05%(重量)未満のNa、K、Ca、Ni、CuおよびBiであった。
GOSに基づき、X−線吸収層の被覆溶液中に分散剤を含んで、または含まないで調製されたX−線シールド間の相異を示すために、2種のX−線シールドを§3.1.に記載の方法に従って調製した。双方の場合に、白色PET支持体が使用された。GOSの被膜量は双方のシールドに対して172mg/cm2であった。シールドSD−00.1は被覆溶液中に分散剤を含まずに調製され、SD−00.2は被覆溶液に分散剤(Disperse AydTM 9100)を添加されて調製された。最初に、0.5gの分散剤を、75:25(重量/重量)の比率をもつ、11.21gの、トルエンおよびメチル−エチル−ケトン(MEK)溶媒混合物中に溶解し、§3.1で調製されたように結合剤溶液と混合された。更なる調製工程は§3.1および§3.2と同様であった。双方のシールドのX−線吸収率を、RQA5 X−線ビーム特性および6.3mAsの負荷を使用して測定法3に従って決定した。結果は表2示される。
従って、本発明のX−線シールドSD−17およびSD−18のX−線遮蔽能を、RFPDの標準構造における測定方法1.1に従って対照のMoプレートのX−線シールド(SD−21)と比較して測定した。本発明のX−線シールドSD−19およびSD−20のX−線遮蔽能を、散乱素子が鉛ストリップおよびPMMAブロックよりなる構造において、測定方法1.1に従って、対照のMoプレートのX−線シールド(SD−21)と比較して測定した。同一表面をもつX−線シールドを測定方法1.2に従って秤量した。結果は表3に示される。
間接変換直接放射線透過撮影のためのRFPDsを、シンチレーターをガラス支持体(Corning LotusTM Glass)上の前記の画像化アレイと接触させることにより調製した。次にこのパッケージを異なるX−線シールドSD−01〜SD−18およびモリブデン金属プレートSD−21と接触させた。
a)DRGOS−01〜DRGOS−18:GOSシンチレーター+GOS X−線シールドSD−01〜SD−18、
b)DRCSI−01〜DRCSI−18:CsIシンチレーター+GOS X−線シールドSD−01〜SD−18、
c)DRGOS−19:GOSシンチレーター+Mo X−線シールドSD−21、
d)DRCSI−19:CsIシンチレーター+Mo X−線シールドSD−21。
本実施例は、異なる散乱素子を含むRFPDの標準構造における、異なる被膜量および異なる支持体(第2の支持体)をもつX−線シールドのX−線遮蔽能を示す。従って、§3.1〜3.3に従って調製され、そして測定法1.1に記載の通りに、標準RFPD構造に集成された、幾つかのX−線シールドの後方散乱を減少させる、本発明のX−線シールドの能力が示される。標準RFPD構造における暴露された放射線透過撮影フィルムの光学密度が、散乱素子を伴わないRFPD構造で暴露された放射線透過撮影フィルムの光学密度に比較される。試験は測定法1に記載の通りのRQA X−線ビームの特性およびRQA3−12.5mAs、RQA5−6.3mAs、RQA7−5.6mAsおよびRQA9−3mAsに対する負荷を使用して実施された。表4は測定されたX−線遮蔽能を示す。
Claims (6)
- 与えられた順の層構造、
a)シンチレーターまたは光導電層(1)、
b)単一の画像化アレイ(2)、
c)第1の支持体(3)
d)第2の支持体(4)および、第2の支持体の1つの面上のX−線吸収層(5)、を含んでなるX−線シールド、
e)画像アレイ(6)に接続している下方の電子機器、
を含んでなる、放射線透過撮影用フラットパネル検出器であって、
ここで、吸収層(5)が、結合剤(binder)並びに、20以上の原子番号をもつ一つの金属元素および一つ以上の非金属元素を有する化合物、を含んでなり、X−線吸収層が、ナイフコーティング、ドクターブレードコーティング、スピン被覆、浸漬被覆、噴霧被覆、スクリーン印刷および張り合わせの群から選択される方法によって第2の支持体上に適用される、
ことを特徴とする、
放射線透過撮影用フラットパネル検出器であって、
層構造が、
a)シンチレーターまたは光導電層(1)、
b)画像化アレイ(2)、
c)第1の支持体(3)
d)第2の支持体(4)
e)X−線吸収層(5)、
f)画像アレイ(6)に接続している下方の電子機器、
で与えられた順である、
放射線透過撮影用フラットパネル検出器。 - 第2の支持体(4)が本質的に、アルミニウム、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリエーテルスルホン、炭素繊維強化プラスチック、ガラス、セルローストリアセテートよりなる群から選択される物質およびそれらの組み合わせ物またはそれらの積層物より成る、請求項1に従う放射線透過撮影用フラットパネル検出器。
- 第2の支持体が柔軟なシートである、請求項1または2に従う放射線透過撮影用フラットパネル検出器。
- 化合物がCsI、Gd2O2S、BaFBr、CaWO4、BaTiO3、Gd2O3、BaCl2、BaF2、BaO、Ce2O3、CeO2、CsNO3、GdF2、PdI2、TeO2、SnI2、SnO、BaS、BaCO3、BaI、BaFX、RFXn、RFyOz、RFy(SO4)z、RFySz、RFy(WO4)z、CsBr、CsCl、CsF、Cs2SO4、ハロゲン化オスミウム、酸化オスミウム、硫化オスミウム、ハロゲン化レニウム、酸化レニウムおよび硫化レニウムまたはそれらの混合物よりなる群から選択され、そこで
− XがF、Cl、BrおよびIの群から選択されるハロゲンであり、そして
− RFがLa、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuから選択されるランタニドであり、そして
− n、y、zが独立して1を超える整数である、
請求項1〜3のいずれかに従う放射線透過撮影用フラットパネル検出器。 - 結合剤が、セルロースアセテートブチレート、ポリアルキル(メト)アクリレート、ポリビニル−n−ブチラール、ポリ(ビニルアセテート−コ−ビニルクロリド)、ポリ(アクリロニトリル−コ−ブタジエン−コ−スチレン)、ポリ(ビニルクロリド−コ−ビニルアセテート−コ−ビニルアルコール)、ポリ(ブチルアクリレート)、ポリ(エチルアクリレート)、ポリ(メタクリル酸)、ポリ(ビニルブチラール)、トリメリット酸、ブテンジオン酸無水物、フタル酸無水物、ポリイソプレンおよびそれらの混合物の群から選択される、請求項1〜4のいずれかに従う放射線透過撮影用フラットパネル検出器。
- X−線吸収層中の結合剤の量が10重量%以下である、請求項1〜5のいずれかに従う放射線透過撮影用フラットパネル検出器。
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