JP7167322B2 - 放射線検出器及び放射線画像撮影装置 - Google Patents
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Description
本開示は、放射線検出器及び放射線画像撮影装置に関する。
従来、医療診断を目的とした放射線撮影を行う放射線画像撮影装置が知られている。このような放射線画像撮影装置には、被写体を透過した放射線を検出し放射線画像を生成するための放射線検出器が用いられている。
放射線検出器としては、放射線を光に変換するシンチレータ等の変換層と、変換層で変換された光に応じて発生した電荷を蓄積する複数の画素が基材の画素領域に設けられたセンサ基板と、を備えたものがある。このような放射線検出器のセンサ基板の基材として、可撓性の基材を用いたものが知られている（例えば、特開２０１３－２１７７６９号公報参照）。可撓性の基材を用いることにより、例えば、放射線画像撮影装置（放射線検出器）を軽量化でき、また、被写体の撮影が容易となる場合がある。
センサ基板に変換層が積層された積層体等に、微細な凹凸が生じる場合がある。放射線画像の撮影において放射線画像撮影装置に荷重や衝撃が加わった場合、上記積層体に生じた凹凸が、可撓性の基材に伝播することがあり、放射線検出器により生成される放射線画像の画質が低下する場合があった。
本開示は、放射線画像の画質を向上することができる放射線検出器及び放射線画像撮影装置を提供する。
本開示の第１の態様の放射線画像撮影装置は、放射線から変換された光に応じて発生した電荷を蓄積する複数の画素が可撓性の基材の画素領域に形成されたセンサ基板と、基材の画素領域が設けられた面に設けられ、かつ放射線を光に変換する変換層と、センサ基板と変換層とが積層された積層体の放射線が照射される側と反対側に設けられ、かつ変換層に生じる凹凸のセンサ基板への影響を吸収する吸収層と、吸収層の積層体に対向する側と反対側に設けられ、センサ基板よりも剛性が高い剛性板と、を備えた放射線検出器が、放射線が照射される側から積層体、吸収層、及び剛性板の順に収納された筐体と、吸収層と積層体の間に設けられ、吸収層に係る圧縮力を吸収層の面内方向に分散させる補強基板と、を備える。
本開示の第２の態様の放射線画像撮影装置は、第１の態様の放射線画像撮影装置において、吸収層のデュロメータ硬度は、積層体全体のデュロメータ硬度よりも小さい。
本開示の第３の態様の放射線画像撮影装置は、第１の態様または第２の態様の放射線画像撮影装置において、吸収層は、表面抵抗値が１０１３Ω以下である。
本開示の第４の態様の放射線画像撮影装置は、第１の態様から第３の態様のいずれか１態様の放射線画像撮影装置において、補強基板は、曲げ弾性率が１５０ＭＰａ以上、２５００ＭＰａ以下である。
本開示の第５の態様の放射線画像撮影装置、第１の態様から第４の態様のいずれか１態様の放射線画像撮影装置において、補強基板は、曲げ剛性が５４０Ｐａｃｍ４以上、１４００００Ｐａｃｍ４以下である。
本開示の第６の態様の放射線画像撮影装置は、第１の態様から第５の態様のいずれか１態様の放射線画像撮影装置において、吸収層と、剛性板との間に、放射線を遮蔽する放射線遮蔽層をさらに備える。
本開示の第７の態様の放射線画像撮影装置は、第１の態様から第６の態様のいずれか１態様の放射線画像撮影装置において、剛性板は、カーボンを材料とした板である。
本開示の第８の態様の放射線画像撮影装置は、第１の態様から第７の態様のいずれか１態様の放射線画像撮影装置において、積層体の、放射線が入射される側に、緩衝材をさらに備える。
本開示の第９の態様の放射線画像撮影装置は、第１の態様から第８の態様のいずれか１態様の放射線画像撮影装置において、変換層は、ＣｓＩの柱状結晶を含む。
本開示の第１０の態様の放射線画像撮影装置は、第１の態様から第９の態様のいずれか１態様の放射線画像撮影装置において、複数の画素に蓄積された電荷を読み出すための制御信号を出力する制御部と、制御信号に応じて複数の画素から電荷を読み出させる駆動部と、複数の画素から読み出された電荷に応じた電気信号が入力され、入力された電気信号に応じた画像データを生成して制御部に出力する信号処理部と、をさらに備える。
また、本開示の第１１の態様の放射線画像撮影装置は、放射線から変換された光に応じて発生した電荷を蓄積する複数の画素が可撓性の基材の画素領域に形成されたセンサ基板と、基材の画素領域が設けられた面に設けられ、かつ放射線を光に変換する変換層と、センサ基板と変換層とが積層された積層体の放射線が照射される側と反対側に設けられた吸収層と、吸収層の積層体に対向する側と反対側に設けられ、センサ基板よりも剛性が高い剛性板と、を備えた放射線検出器が、放射線が照射される側から積層体、吸収層、及び剛性板の順に収納された筐体と、吸収層と積層体の間に設けられた補強基板と、を備える。
また、本開示の第１１の態様の放射線画像撮影装置は、放射線から変換された光に応じて発生した電荷を蓄積する複数の画素が可撓性の基材の画素領域に形成されたセンサ基板と、基材の画素領域が設けられた面に設けられ、かつ放射線を光に変換する変換層と、センサ基板と変換層とが積層された積層体の放射線が照射される側と反対側に設けられた吸収層と、吸収層の積層体に対向する側と反対側に設けられ、センサ基板よりも剛性が高い剛性板と、を備えた放射線検出器が、放射線が照射される側から積層体、吸収層、及び剛性板の順に収納された筐体と、吸収層と積層体の間に設けられた補強基板と、を備える。
本開示によれば、放射線画像の画質を向上することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態は本発明を限定するものではない。
本実施形態の放射線検出器は、被写体を透過した放射線を検出して被写体の放射線画像を表す画像情報を出力する機能を有する。本実施形態の放射線検出器は、センサ基板と、放射線を光に変換する変換層と、を備えている（図４、放射線検出器１０のセンサ基板１２及び変換層１４参照）。
まず、図１を参照して本実施形態の放射線検出器におけるセンサ基板１２の構成の一例について説明する。なお、本実施形態のセンサ基板１２は、基材１１の画素領域３５に、複数の画素３０が形成された基板である。
基材１１は、樹脂製、かつ、可撓性を有する。基材１１は、例えば、ポリイミド等のプラスチックを含む樹脂シート等である。基材１１の厚みは、材質の硬度、及びセンサ基板１２の大きさ等に応じて、所望の可撓性が得られる厚みであればよい、例えば、基材１１が樹脂シートの場合、厚みが５μｍ～１２５μｍのものであればよく、厚みが２０μｍ～５０μｍのものであればより好ましい。
なお、基材１１は、詳細を後述する画素３０の製造に耐え得る特性を有しており、本実施形態では、アモルファスシリコンＴＦＴ（ａ－Ｓｉ Thin Film Transistor）の製造に耐え得る特性を有している。このような、基材１１が有する特性としては、３００℃～４００℃における熱膨張率が、アモルファスシリコン（Ｓｉ）ウェハと同程度（例えば、±５ｐｐｍ／Ｋ）であることが好ましく、具体的には、２０ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましい。また、基材１１の熱収縮率としては、厚みが２５μｍの状態において４００℃におけるＭＤ（Machine Direction）方向の熱収縮率が０．５％以下であることが好ましい。また、基材１１の弾性率は、３００℃～４００℃間の温度領域において、一般的なポリイミドが有する転移点を有さず、５００℃における弾性率が１ＧＰａ以上であることが好ましい。
また、本実施形態の基材１１は、図２に示したように、変換層１４が設けられる側と反対側の面に、自身による後方散乱線を抑制するために、平均粒子径が０．０５μｍ以上、２．５μｍ以下の、後方散乱線を吸収する無機の微粒子１１Ｐを含む微粒子層１１Ｌを有することが好ましい。なおこのような無機の微粒子１１Ｐとしては、樹脂性の基材１１の場合、基材１１である有機物を構成する原子よりも原子番号が大きく、かつ原子番号が３０以下である無機物を用いることが好ましい。このような微粒子１１Ｐの具体例としては、原子番号が１４のＳｉの酸化物であるＳｉＯ２、原子番号が１２のＭｇの酸化物であるＭｇＯ、原子番号が１３のＡｌの酸化物であるＡｌ２Ｏ３、及び原子番号が２２のＴｉの酸化物であるＴｉＯ２等が挙げられる。このような特性を有する樹脂シートの具体例としては、ＸＥＮＯＭＡＸ（登録商標）が挙げられる。
なお、本実施形態における上記の厚みについては、マイクロメーターを用いて測定した。熱膨張率については、ＪＩＳ Ｋ７１９７：１９９１に則して測定した。なお測定は、基材１１の主面から、１５度ずつ角度を変えて試験片を切り出し、切り出した各試験片について熱膨張率を測定し、最も高い値を基材１１の熱膨張率とした。熱膨張率の測定は、ＭＤ（Machine Direction）方向およびＴＤ（Transverse Direction）方向のそれぞれについて、－５０℃～４５０℃において１０℃間隔で行い、（ｐｐｍ／℃）を（ｐｐｍ／Ｋ）に換算した。熱膨張率の測定には、ＭＡＣサイエンス社製 ＴＭＡ４０００Ｓ装置を用い、サンプル長さを１０ｍｍ、サンプル幅を２ｍｍ、初荷重を３４．５ｇ／ｍｍ２、昇温速度を５℃／ｍｉｎ、及び雰囲気をアルゴンとした。弾性率については、ＪＩＳ Ｋ ７１７１：２０１６に則して測定した。なお測定は、基材１１の主面から、１５度ずつ角度を変えて試験片を切り出し、切り出した各試験片について引っ張り試験を行い、最も高い値を基材１１の弾性率とした。
画素３０の各々は、変換層が変換した光に応じて電荷を発生して蓄積するセンサ部３４及びセンサ部３４にて蓄積された電荷を読み出すスイッチング素子３２を含む。本実施形態では、一例として、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング素子３２として用いている。そのため、以下では、スイッチング素子３２を「ＴＦＴ３２」という。
複数の画素３０は、センサ基板１２の画素領域３５に、一方向（図１の横方向に対応する走査配線方向、以下「行方向」ともいう）及び行方向に対する交差方向（図１の縦方向に対応する信号配線方向、以下「列方向」ともいう）に二次元状に配置されている。図１では、画素３０の配列を簡略化して示しているが、例えば、画素３０は行方向及び列方向に１０２４個×１０２４個配置される。
また、放射線検出器１０には、ＴＦＴ３２のスイッチング状態（オン及びオフ）を制御するための複数の走査配線３８と、画素３０の列毎に備えられた、センサ部３４に蓄積された電荷が読み出される複数の信号配線３６と、が互いに交差して設けられている。複数の走査配線３８の各々は、それぞれセンサ基板１２に設けられたパッド（図示省略）を介して、放射線検出器１０の外部の駆動部１０３（図５参照）に接続されることにより、駆動部１０３から出力される、ＴＦＴ３２のスイッチング状態を制御する制御信号が流れる。また、複数の信号配線３６の各々が、それぞれセンサ基板１２に設けられたパッド（図示省略）を介して、放射線検出器１０の外部の信号処理部１０４（図５参照）に接続されることにより、各画素３０から読み出された電荷が、信号処理部１０４に出力される。
また、各画素３０のセンサ部３４には、各画素３０にバイアス電圧を印加するために、共通配線３９が信号配線３６の配線方向に設けられている。共通配線３９が、センサ基板１２に設けられたパッド（図示省略）を介して、放射線検出器１０の外部のバイアス電源に接続されることにより、バイアス電源から各画素３０にバイアス電圧が印加される。
本実施形態の放射線検出器１０を含む放射線画像撮影装置１について、図３～図５を参照してさらに詳細に説明する。本実施形態の放射線検出器１０は、センサ基板１２上には、変換層１４が形成された積層体１９を備えており、センサ基板１２側から放射線Ｒが照射されるＩＳＳ（Irradiation Side Sampling)方式の放射線検出器である。図３は、本実施形態の放射線検出器１０を含む放射線画像撮影装置１の一例を、センサ基板１２が形成された側からみた平面図である。換言すると、図３は、放射線画像撮影装置１（放射線検出器１０）を放射線Ｒが照射される側からみた平面図である。また、図４は、図３における放射線検出器１０の一例のＡ－Ａ線断面図である。さらに、図５は、図３及び図４の放射線検出器１０を筐体１２０内に収納した状態の放射線画像撮影装置１の一例の断面図である。
以下では、放射線検出器１０の構造において「上」という場合、図４におけるセンサ基板１２側を基準とした位置関係において上であることを表している。例えば、変換層１４は、センサ基板１２の上に設けられている。
図３～図５に示すように、本実施形態の放射線画像撮影装置１は、保護層６２、帯電防止層６０、センサ基板１２、変換層１４、補強基板５０、吸収層５２、放射線遮蔽層５４、及び剛性板５６を備える。また、図５に示すように、放射線画像撮影装置１は、放射線Ｒが照射される側から順に、保護層６２、帯電防止層６０、センサ基板１２、変換層１４、補強基板５０、吸収層５２、放射線遮蔽層５４、及び剛性板５６とされた状態で筐体１２０内に収納されている。
図３～図５に示すように、本実施形態の変換層１４は、センサ基板１２における基材１１の第１の面１１Ａにおける画素領域３５を含む一部の領域上に設けられている。このように、本実施形態の変換層１４は、基材１１の第１の面１１Ａの外周部の領域上には設けられていない。
本実施形態では、変換層１４の一例としてＣｓＩ（ヨウ化セシウム）を含むシンチレータを用いている。このようなシンチレータとしては、例えば、Ｘ線照射時の発光スペクトルが４００ｎｍ～７００ｎｍであるＣｓＩ：Ｔｌ（タリウムが添加されたヨウ化セシウム）やＣｓＩ：Ｎａ（ナトリウムが添加されたヨウ化セシウム）を含むことが好ましい。なお、ＣｓＩ：Ｔｌの可視光域における発光ピーク波長は５６５ｎｍである。
本実施形態の放射線検出器１０では、図４に示した一例のように、変換層１４は、センサ基板１２上に直接、真空蒸着法、スパッタリング法、及びＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の気相堆積法によって短冊状の柱状結晶（図示省略）として形成される。変換層１４の形成方法としては、例えば、変換層１４としてＣｓＩ：Ｔｌを用いた場合、真空度０．０１Ｐａ～１０Ｐａの環境下、ＣｓＩ：Ｔｌを抵抗加熱式のるつぼ等の加熱手段により加熱して気化させ、センサ基板１２の温度を室温（２０℃）～３００℃としてＣｓＩ：Ｔｌをセンサ基板１２上に堆積させる真空蒸着法が挙げられる。変換層１４の厚さとしては、１００μｍ～８００μｍが好ましい。
なお、本実施形態では、変換層１４の柱状結晶の、成長方向の基点側（本実施形態ではセンサ基板１２側）の端部を「根元」といい、成長方向における根元と反対側の尖った端部を「先端」という。なお、センサ基板１２と変換層１４との間には緩衝層（図示省略）が設けられていることが好ましい。この場合の緩衝層としては、ＰＩ（PolyImide：ポリイミド）膜や、パリレン（登録商標）膜が用いられる。
また、本実施形態の放射線検出器１０は、図３及び図４に示すように、粘着層４０と、反射層４２と、接着層４４と、保護層４６と、を備えている。なお、以下では、センサ基板１２及び変換層１４が並ぶ方向（図４における上下方向）を積層方向（図４、積層方向Ｐ参照）という。
本実施形態では、一例として図４に示すように、粘着層４０及び反射層４２が、変換層１４上の全体に設けられている。また、粘着層４０及び反射層４２は、センサ基板１２の上に直接設けられてはいない。
本実施形態の粘着層４０は、光透過性の層であり、粘着層４０の材料としては、アクリル系粘着剤、ホットメルト系粘着剤、及びシリコーン系接着剤等が挙げられる。アクリル系粘着剤としては、例えば、ウレタンアクリレート、アクリル樹脂アクリレート、及びエポキシアクリレート等が挙げられる。ホットメルト系粘着剤としては、例えば、ＥＶＡ（エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂）、ＥＡＡ（エチレンとアクリル酸の共重合樹脂）、ＥＥＡ（エチレン－エチルアクリレート共重合樹脂）、及びＥＭＭＡ（エチレン－メタクリル酸メチル共重合体）等の熱可塑性プラスチックが挙げられる。
粘着層４０の厚さが厚くなるほど、すなわち、変換層１４と反射層４２との間隔が広がるほど、変換層１４により変換された光が粘着層４０内でぼけてしまうため、結果として、放射線検出器１０により得られる放射線画像がぼやけた画像となる。そのため、粘着層４０の厚さが厚くなるほど、ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）及びＤＱＥ（Detective Quantum Efficiency）が低下し、かつその低下度合も大きくなる。
一方、粘着層４０を設けない場合も含み、粘着層４０の厚さを薄くしすぎた場合、変換層１４と反射層４２との間に、微小な空気層が形成される場合がある。この場合、空気層と変換層１４との間、及び空気層と反射層４２との間で、変換層１４から反射層４２に向かった光の多重反射が生じる。多重反射によって光が減衰してしまうと、放射線検出器１０の感度が低下する。粘着層４０の厚さが７μｍを越えると、ＤＱＥの低下度合がより大きくなり、粘着層４０の厚さが０μｍの場合よりも低下してしまう。すなわち、粘着層４０の厚さが７μｍを越えると、粘着層４０を設けない場合よりもＤＱＥが低下してしまう。また、粘着層４０の厚さが２μｍ未満の場合、放射線検出器１０の感度が低下する。そこで、本実施形態では、粘着層４０の厚さを２μｍ以上、７μｍ以下としている。なお、材料によっても異なるが粘着層４０の屈折率は、概ね１．５程度である。
なお、粘着層４０は、反射層４２を変換層１４に固定する機能を有するが、粘着層４０の厚さが２μｍ以上であれば、反射層４２が変換層１４に対して面内方向（厚さ方向と交差する方向）においてずれてしまうことを抑制する十分な効果が得られる。
一方、反射層４２は、一例として図４に示すように、粘着層４０上に設けられており、粘着層４０そのものの上面全体を覆っている。反射層４２は、変換層１４で変換された光を反射する機能を有する。
反射層４２の材料としては、有機系の材料を用いたものが好ましく、例えば、白ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、発泡白ＰＥＴ、ポリエステル系高反射シート、及び鏡面反射アルミ等の少なくとも１つを材料として用いたものが好ましい。特に、反射率の観点から、白ＰＥＴを材料として用いたものが好ましい。
なお白ＰＥＴとは、ＰＥＴに、ＴｉＯ２や硫酸バリウム等の白色顔料を添加したものである。また、ポリエステル系高反射シートとは、薄いポリエステルのシートを複数重ねた多層構造を有するシート（フィルム）である。また、発泡白ＰＥＴとは、表面が多孔質になっている白ＰＥＴである。
本実施形態では、反射層４２の厚さは、１０μｍ以上、４０μｍ以下としている。反射層４２の厚さが厚くなると、反射層４２の外周部の上面と変換層１４の上面との間の段差が大きくなり、接着層４４及び保護層４６の少なくとも一方が浮き上がってしまう場合がある。また、反射層４２の厚さが厚くなると、いわばコシがある状態になるため、変換層１４の周縁部の傾斜に沿って曲がり難くなる場合があり、加工し難くなる。そのため、これらの観点から、本実施形態の放射線検出器１０では、反射層４２の材料として白ＰＥＴを用いた場合、上述のように反射層４２の厚さを４０μｍ以下としている。
一方、反射層４２の厚さが薄くなるほど、反射率が低下する。反射率が低下すると、放射線検出器１０により得られる放射線画像の画質も低下する傾向がある。そのため、放射線検出器１０により得られる放射線画像の画質の観点から、所望の反射率（例えば、８０％）を考慮して反射層４２の厚さの下限を定めることが好ましい。本実施形態の放射線検出器１０では、反射層４２の材料として白ＰＥＴを用いた場合、上述のように反射層４２の厚さを１０μｍ以上としている。
一方、接着層４４は、一例として図４に示すように、センサ基板１２における変換層１４の外周部近傍の領域上から反射層４２端部を覆う領域まで設けられている。換言すると、本実施形態の放射線検出器１０では、粘着層４０及び反射層４２が設けられた変換層１４全体を覆う接着層４４が、センサ基板１２の表面に直接固定（接着）されている。接着層４４は、反射層４２を、センサ基板１２及び変換層１４に対して固定する機能を有する。また、接着層４４は、保護層４６を固定する機能を有する。接着層４４の材料としては、例えば、粘着層４０と同様の材料が挙げられる。なお、本実施形態では、接着層４４が有する接着力は、粘着層４０が有する接着力よりも強い。
さらに、保護層４６は、一例として図４に示すように、接着層４４上に設けられており、本実施形態の保護層４６は、粘着層４０及び反射層４２に上面が覆われた状態の変換層１４を覆う接着層４４の上面全体を覆っている。保護層４６は、変換層１４を湿気等の水分から保護する機能を有する。また、保護層４６は、接着層４４と共に、反射層４２を、センサ基板１２及び変換層１４に対して固定する機能を有する。保護層４６の材料としては、例えば、有機膜が挙げられ、例えば、ＰＥＴ、ＰＰＳ（PolyPhenylene Sulfide：ポリフェニレンサルファイド）、ＯＰＰ（Oriented PolyPropylene：二軸延伸ポリプロピレンフィルム）、ＰＥＮ（PolyEthylene Naphthalate：ポリエチレンナフタレート）、ＰＩ等が挙げられる。また、保護層４６としては、ポリエチレンテレフタレート等の絶縁性のシート（フィルム）に、アルミ箔を接着させる等してアルミを積層したアルペット（登録商標）のシートを用いてもよい。
また、積層体１９の放射線Ｒが照射される側、換言すると、センサ基板１２における基材１１の第２の面１１Ｂ側には、帯電防止層６０及び保護層６２が設けられている。図４に示すように、帯電防止層６０は、基材１１の第２の面１１Ｂに設けられており、センサ基板１２が帯電するのを防止する機能を有している。一例として、本実施形態の帯電防止層６０は、帯電防止塗料「コルコート」（商品名：コルコート社製）を用いた膜を帯電防止層６０として用いている。
保護層６２は、帯電防止層６０の基材１１と接する側と反対側に設けられており、帯電防止層６０と同様に、センサ基板１２が帯電するのを防止する機能を有している。一例として本実施形態の保護層６２は、絶縁性のシート（フィルム）に、アルミ箔を接着させる等してアルミを積層したアルペット（登録商標）のシートを保護層６２として用いている。また、保護層６２は、図５に示すように、帯電防止層６０及び保護層６２に滞留する電荷を排出するためのグランドに接続されている。本実施形態ではグランドの一例として、筐体１２０をグランドとして保護層６２に接続する、いわゆるフレームグランドを用いているが、保護層６２を接続するグランドは本実施形態に限定されず、定電位を供給する部位であればよい。また、グランドに代えてアースを適用してもよい。また、図５に示すように、本実施形態の放射線画像撮影装置１では、保護層６２と筐体１２０における放射線Ｒが照射される照射面を有する天板１２０Ａとの間には、緩衝材１５０が設けられている。緩衝材１５０は、筐体１２０の天板１２０Ａに加わる、被検体の荷重等による衝撃を吸収し、天板１２０Ａの撓みによる影響を吸収する機能を有する。また、本実施形態の緩衝材１５０は、筐体１２０Ａに生じた凹凸を吸収する機能を有する。緩衝材１５０としては、例えば、後述する吸収層５２と同様の、デュロメータ硬度であるショアＥ硬度を有する材料が挙げられる。
なお、保護層６２は、帯電防止機能を有する層に限定されず、画素領域３５に対する防湿機能及び帯電防止機能の少なくとも一方を有しておればよく、本実施形態のアルペット（登録商標）のシートの他、パリレン（登録商標）膜、及びＰＥＴ等の絶縁性のシート等を保護層として用いることができる。
さらに、積層体１９の放射線Ｒが照射される側と反対側、換言すると、変換層１４のセンサ基板１２と接する側と反対側には、補強基板５０、吸収層５２、放射線遮蔽層５４、及び剛性板５６が設けられている。補強基板５０、吸収層５２、放射線遮蔽層５４、及び剛性板５６は、この順に変換層１４上に積層されている。
吸収層５２は、放射線検出器１０の積層体１９や筐体１２０等の凹凸に起因して積層体１９の変換層１４に生じる凹凸を吸収することで、センサ基板１２に、上記凹凸が伝播するのを抑制する機能を有する。
積層体１９自身や筐体１２０等の凹凸に起因して、積層体１９に生じる凹凸について、まず、図１１を参照して説明する。図１１は、本実施形態の放射線検出器１０と異なり、補強基板５０及び吸収層５２が設けられていない状態の放射線検出器１０Ｘ（放射線画像撮影装置１Ｘ）について示している。
図１１の領域Ａは、変換層１４に起因する凹凸９６Ａを含む領域の一例である。上述したように、変換層１４は、センサ基板１２上に柱状結晶１４Ａとして形成される。この場合、変換層１４の放射線遮蔽層５４側が柱状結晶１４Ａの先端となる。しかしながら、センサ基板１２の基材１１が上述したように比較的、柔らかく撓みやすいため、図１１の領域Ａに示すように、センサ基板１２側に柱状結晶１４Ａの先端の凹凸が伝播され、変換層１４の先端側ではなく、根元側のセンサ基板１２に凹凸９６Ａが生じる場合がある。いわば、変換層１４の柱状結晶１４Ａの凹凸が、根元側のセンサ基板１２に転写される場合がある。
また、図１１の領域Ｂは、放射線遮蔽層５４に生じた気泡９０に起因する凹凸９６Ｂを含む領域の一例である。放射線遮蔽層５４に生じた気泡９０により、放射線遮蔽層５４と剛性板５６との間に凹凸が生じる場合がある。主に、図１１の領域Ｂに示すように、変換層１４側に放射線遮蔽層５４が入りこみ、変換層１４に凹凸が生じる場合がある。この場合、放射線遮蔽層５４により生じた凹凸の影響が伝播することで、センサ基板１２に凹凸９６Ｂが生じる場合がある。
また、図１１の領域Ｃは、剛性板５６の凹凸９２に起因する凹凸９６Ｃを含む領域の一例である。剛性板５６の表面に微細な凹凸が生じる場合があり、例えば、図１１の領域Ｃの凹凸９２は、剛性板５６の凹みによる凹凸であり、剛性板５６の凹凸９２により積層体１９に凹凸が生じた状態の一例を示している。図１１の領域Ｃに示すように、剛性板５６の凹凸９２により放射線遮蔽層５４に凹凸が生じ、さらに剛性板５６により生じた凹凸の影響が伝播することで、センサ基板１２に凹凸９６Ｃが生じる場合がある。
このように図１１に示すように、センサ基板１２の基材１１が比較的撓み易いため、放射線検出器１０Ｘを形成する他の層（部材）よりも柔らかい場合等では、積層体１９や筐体１２０等の放射線画像撮影装置１Ｘに起因する凹凸の影響が伝播され、センサ基板１２に凹凸が生じる場合がある。特に、筐体１２０の天板１２０Ａに被検者の荷重がかかる等、圧力や衝撃等が加わった場合、上記凹凸の影響が、センサ基板１２に伝播し易くなり、センサ基板１２に凹凸が生じ易くなる。センサ基板１２に生じた凹凸は、放射線検出器１０Ｘにより得られた放射線画像に画像むらとして現れる場合がある。
これに対して、本実施形態の吸収層５２は、積層体１９における放射線Ｒが照射される側と反対側、本実施形態の放射線検出器１０では、図３～図５に示すように変換層１４の上に設けられている。吸収層５２は、上記のように積層体１９や筐体１２０等に起因する凹凸の影響を吸収し、凹凸の影響がセンサ基板１２に伝播されるのを抑制する機能を有する。
吸収層５２は、上記凹凸の影響を吸収するための柔らかい材質の層であり、デュロメータ硬度が、積層体１９全体のデュロメータ硬度よりも小さい。なお、本実施形態における硬度の測定方法は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠したタイプＥデュロメータに試料をセットし、押針の接触から１５秒後に測定することで得られる。
吸収層５２の具体的な材料としては、ウレタンフォーム、ポリエチレン、ゴムスポンジ、シリコンフォーム等の発泡体、及びウレタンゲル等が挙げられる。
本実施形態の放射線画像撮影装置１（放射線検出器１０）では、図６に示すように、吸収層５２を設けることにより、変換層１４の柱状結晶１４Ａの凹凸を含む領域Ａであっても、柱状結晶１４Ａの凹凸に応じて吸収層５２が変形することにより、上記凹凸がセンサ基板１２に伝播されることがない。
また、図６に示すように、吸収層５２を設けることにより、放射線遮蔽層５４により気泡９０が生じている領域Ｂであっても、気泡９０に応じて吸収層５２が変形することにより、気泡９０による凹凸がセンサ基板１２に伝播されることがない。
さらに、図６に示すように、吸収層５２を設けることにより、剛性板５６の凹凸９２が生じている領域Ｃであっても、凹凸９２に応じて吸収層５２が変形することにより、凹凸９２に起因した凹凸がセンサ基板１２に伝播されることがない。
このように、本実施形態の放射線検出器１０によれば、吸収層５２が、放射線検出器１０の積層体１９や筐体１２０等の凹凸に起因して積層体１９の変換層１４に生じる凹凸に応じた形状となるため、センサ基板１２に、上記凹凸が伝播するのを抑制することができる。
図３～図５に示すように、本実施形態の吸収層５２は、センサ基板１２における基材１１の第１の面１１Ａ側と同等の大きさ（面積）を有している。吸収層５２の大きさは、図３～図５に示した形態に限定されないが、センサ基板１２よりも大きいことが好ましく、少なくとも変換層１４よりも大きい面積を有することが好ましい。
吸収層５２の厚み（積層方向Ｐの厚み）は、積層体１９や筐体１２０に起因する凹凸、例えば、上記図５に示した気泡９０や凹凸９２の大きさとして想定される大きさに応じて定められる。吸収層５２は、少なくとも気泡９０や凹凸９２の大きさよりも大きな厚みを有することが好ましい。
なお、吸収層５２は、センサ基板１２が帯電するのを防止するための帯電防止機能、または導電性をさらに有することが好ましく、表面抵抗値が、１０１３Ω以下であることが好ましい。導電性を有する吸収層５２としては、例えば、ポリエチレン樹脂に導電性のカーボンを練り込んだ材料を適用することができる。
また、補強基板５０は、吸収層５２にかかる圧縮力を、吸収層５２の面内方向に分散する機能を有し、吸収層５２にかかる圧縮力を分散することで、吸収層５２を均一に圧縮させる。
補強基板５０は、曲げ弾性率が１５０ＭＰａ以上、２５００ＭＰａ以下の素材を用いることが好ましい。曲げ弾性率の測定方法は、例えばＪＩＳ Ｋ ７１７１：２０１６準拠に基づく。補強基板５０は、吸収層５２にかかる圧縮力を吸収層５２の面内方向に分散させる観点からは、基材１１よりも曲げ剛性が高いことが好ましい。なお、曲げ弾性率が低くなると曲げ剛性も低くなり、所望の曲げ剛性を得るためには、補強基板５０の厚みを厚くしなくてはならず、放射線検出器１０全体の厚みが増大してしまう。補強基板５０の材料を考慮すると、１４００００Ｐａｃｍ４を越える曲げ剛性を得ようとする場合、補強基板５０の厚みが、比較的厚くなってしまう傾向がある。そのため、適切な剛性が得られ、かつ放射線検出器１０全体の厚みを考慮すると、補強基板５０に用いる素材は、曲げ弾性率が１５０ＭＰａ以上、２５００ＭＰａ以下であることがより好ましい。また、補強基板５０の曲げ剛性は、５４０Ｐａｃｍ４以上、１４００００Ｐａｃｍ４以下であることが好ましい。
本実施形態の補強基板５０は、プラスチックを材料とした基板である。補強基板５０の材料となるプラスチックは、熱可塑性の樹脂であることが好ましく、ＰＣ（Polycarbonate：ポリカーボネート）、ＰＥＴ、スチロール、アクリル、ポリアセターゼ、ナイロン、ポリプロピレン、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）、エンプラ、ＰＥＴ、及びポリフェニレンエーテルの少なくとも一つが挙げられる。なお、補強基板５０は、これらのうち、ポリプロピレン、ＡＢＳ、エンプラ、ＰＥＴ、及びポリフェニレンエーテルの少なくとも一つであることが好ましく、スチロール、アクリル、ポリアセターゼ、及びナイロンの少なくとも一つであることがより好ましく、ＰＣ及びＰＥＴの少なくとも一つであることがより好ましい。
また、補強基板５０の上に設けられた放射線遮蔽層５４は、積層体１９を透過した放射線Ｒを遮蔽し、筐体１２０の外部へ透過する放射線Ｒを抑制する機能を有する。放射線遮蔽層５４としては、例えば、鉛等の板が挙げられる。
さらに、放射線遮蔽層５４の上に設けられた剛性板５６は、放射線検出器１０を支持する。剛性板５６は、センサ基板１２よりも剛性が高く、例えば、カーボン等が用いられる。
本実施形態の放射線検出器１０を収納する、図５に示した筐体１２０は、軽量であり、放射線Ｒ、特にＸ線の吸収率が低く、且つ高剛性であることが好ましく、弾性率が十分に高い材料により構成されることが好ましい。筐体１２０の材料として、曲げ弾性率が１００００ＭＰａ以上である材料を用いることが好ましい。筐体１２０の材料として、２００００～６００００ＭＰａ程度の曲げ弾性率を有するカーボンまたはＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）を好適に用いることができる。
放射線画像撮影装置１による放射線画像の撮影においては、筐体１２０の天板１２０Ａに被写体からの荷重が印加される。筐体１２０の剛性が不足する場合、被写体からの荷重によりセンサ基板１２に撓みが生じ、画素３０が損傷する等の不具合が発生するおそれがある。１００００ＭＰａ以上の曲げ弾性率を有する材料からなる筐体１２０内部に、放射線検出器１０が収容されることで、被写体からの荷重によるセンサ基板１２の撓みを抑制することが可能となる。
図５に示すように、筐体１２０内には、放射線検出器１０、電源部１０８、及び制御基板１１０が放射線Ｒの入射方向と交差する方向に並んで設けられている。
制御基板１１０は、センサ基板１２の画素３０から読み出された電荷に応じた画像データを記憶する画像メモリ３８０や画素３０からの電荷の読み出し等を制御する制御部３８２等が形成された基板であり、複数の信号配線を含むフレキシブルケーブル１１２によりセンサ基板１２の画素３０と電気的に接続されている。なお、図５に示した放射線画像撮影装置１では、制御部３８２の制御により画素３０のＴＦＴ３２のスイッチング状態を制御する駆動部１０３、及び画素３０から読み出された電荷に応じた画像データを生成して出力する信号処理部１０４がフレキシブルケーブル１１２上に設けられた、いわゆる、ＣＯＦ（Chip on Film）としているが、駆動部１０３及び信号処理部１０４の少なくとも一方が制御基板１１０に形成されていてもよい。
また、制御基板１１０は、電源線１１４により、制御基板１１０に形成された画像メモリ３８０や制御部３８２等に電源を供給する電源部１０８と接続されている。
なお、図５に示した例のように、電源部１０８及び制御基板１１０の各々の方が、放射線検出器１０よりも厚みを有している場合が多い。このような場合、図７に示す例のように、電源部１０８及び制御基板１１０の各々が設けられている筐体１２０の部分の厚みよりも、放射線検出器１０が設けられている筐体１２０の部分の厚みの方が薄くてもよい。なお、このように、電源部１０８及び制御基板１１０の各々が設けられている筐体１２０の部分と、放射線検出器１０が設けられている筐体１２０の部分とで、厚みを異ならせる場合、両部分の境界部に段差が生じていると境界部１２０Ｂに接触した被検者に違和感等を与える懸念があるため、境界部１２０Ｂの形態は傾斜を有する状態とすることが好ましい。
これにより、放射線検出器１０の厚さに応じた極薄型の可搬型電子カセッテを構成することが可能となる。
また例えば、この場合、電源部１０８及び制御基板１１０の各々が設けられている筐体１２０の部分と、放射線検出器１０が設けられている筐体１２０の部分とで、筐体１２０の材質が異なっていてもよい。さらに、例えば、電源部１０８及び制御基板１１０の各々が設けられている筐体１２０の部分と、放射線検出器１０が設けられている筐体１２０の部分とが、別体として構成されていてもよい。
また、放射線画像撮影装置１は、図８に示した例のように、放射線Ｒが照射される天板１２０Ａ側から順に、放射線検出器１０と、制御基板１１０及び電源部１０８とが、並んだ状態で筐体１２０内に収納されていてもよい。
以上説明したように、本実施形態の放射線検出器１０は、放射線Ｒから変換された光に応じて発生した電荷を蓄積する複数の画素３０が可撓性の基材１１の画素領域３５に形成されたセンサ基板１２と、基材１１の画素領域３５が設けられた第１の面１１Ａに設けられ、かつ放射線Ｒを光に変換する変換層１４と、センサ基板１２と変換層１４とが積層された積層体１９の放射線Ｒが照射される側と反対側に設けられ、かつ変換層１４に生じる凹凸のセンサ基板１２への影響を吸収する吸収層５２と、吸収層５２の積層体１９に対向する側と反対側に設けられ、センサ基板１２よりも剛性が高い剛性板５６と、を備える。
上述したように、本実施形態の放射線検出器１０によれば、吸収層５２が、放射線検出器１０の積層体１９や筐体１２０等の凹凸に起因して積層体１９の変換層１４に生じる凹凸に応じた形状となるため、センサ基板１２に、上記凹凸が影響するのを抑制することができる。従って、センサ基板１２に凹凸が生じるのを抑制することにより、本実施形態の放射線検出器１０によれば、センサ基板１２の凹凸に起因して生じる放射線画像の画像むら等を抑制し、放射線画像の画質を向上することができる。
なお、補強基板５０を設ける位置は、本実施形態（図４参照）に示した位置に限定されず、図９に示すように、積層体１９の反対側、具体的には、帯電防止層６０及び保護層６２の側の位置に設けてもよい。この場合、図９に示した例に限定されず、例えば、帯電防止層６０とセンサ基板１２との間に補強基板５０を設ける形態としてもよい。
また、上記では、ＩＳＳ方式の放射線検出器１０（放射線画像撮影装置１）について説明したが、図１０に示すように、放射線検出器１０（放射線画像撮影装置１）は、変換層１４側から放射線Ｒが照射されるＰＳＳ（Penetration Side Sampling）方式の放射線検出器１０（放射線画像撮影装置１）であってもよい。図１０に示した放射線検出器１０においても、変換層１４に生じる凹凸のセンサ基板１２への影響を吸収する吸収層５２が、センサ基板１２と変換層１４とが積層された積層体１９の放射線Ｒが照射される側と反対側に設けられる。また、吸収層５２の積層体１９に対向する側と反対側に設けられ、センサ基板１２よりも剛性が高い剛性板５６と、を備える。
従って、図１０に示した放射線検出器１０においても、吸収層５２が、放射線検出器１０の積層体１９や筐体１２０等の凹凸に起因して積層体１９の変換層１４に生じる凹凸に応じた形状となるため、センサ基板１２に、上記凹凸が影響するのを抑制することができる。従って、センサ基板１２に凹凸が生じるのを抑制することにより、本実施形態の放射線検出器１０によれば、センサ基板１２の凹凸に起因して生じる放射線画像の画像むら等を抑制し、放射線画像の画質を向上することができる。
また、上記実施形態では、図１に示したように画素３０がマトリクス上に２次元配列されている態様について説明したがこれに限らず、例えば、１次元配列であってもよいし、ハニカム配列であってもよい。また、画素の形状も限定されず、矩形であってもよいし、六角形等の多角形であってもよい。さらに、画素領域３５の形状も限定されないことはいうまでもない。
また、変換層１４の形状等も上記実施形態に限定されない。上記実施形態では、変換層１４の形状が画素領域３５の形状と同様に矩形状である態様について説明したが、変換層１４の形状は、画素領域３５と同様の形状でなくてもよい。また、画素領域３５の形状が、矩形状ではなく、例えば、その他の多角形であってもよいし、円形であってもよい。
なお、上記実施形態では、一例として、放射線検出器１０の変換層１４がＣｓＩを含むシンチレータである形態について説明したが、変換層１４は、ＧＯＳ（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ）等が樹脂等のバインダに分散されたシンチレータであってもよい。ＧＯＳを用いた変換層１４は、例えば、センサ基板１２や剥離層等の上に、ＧＯＳが分散されたバインダを直接塗布した後、乾燥させて固化させることにより形成される。変換層１４の形成方法としては、例えば、塗布膜の厚みを制御しながら変換層１４を形成する領域に塗布液を塗布するギーザ法を採用してもよい。なお、この場合、ＧＯＳが分散されたバインダを塗布する前に、画素領域３５の表面を活性化するための表面処理を行ってもよい。また、画素領域３５の表面に層間絶縁膜は表面保護膜を設けてもよい。
その他、上記実施形態で説明した放射線画像撮影装置１及び放射線検出器１０等の構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更可能であることはいうまでもない。
２０１９年４月２６日出願の日本国特許出願２０１９－０８６５９６号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
１、１Ｘ 放射線画像撮影装置
１０、１０Ｘ 放射線検出器
１１ 基材、１１Ａ 第１の面、１１Ｂ 第２の面、１１Ｐ 微粒子、１１Ｌ 微粒子層
１２ センサ基板
１４ 変換層、１４Ａ 柱状結晶
１９ 積層体
３０ 画素
３２ スイッチング素子（ＴＦＴ）
３４ センサ部
３５ 画素領域
３６ 信号配線
３８ 走査配線
３９ 共通配線
４０ 粘着層
４２ 反射層
４４ 接着層
４６ 保護層
５０ 補強基板
５２ 吸収層
５４ 放射線遮蔽層
５６ 剛性板
６０ 帯電防止層
６２ 保護層
９０ 気泡
９２、９６Ａ、９６Ｂ、９６Ｃ 凹凸
１０３ 駆動部
１０４ 信号処理部
１０８ 電源部
１１０ 制御基板
１１２ フレキシブルケーブル
１１４ 電源線
１１７ 保護層
１２０ 筐体、１２０Ａ 天板、１２０Ｂ 境界部
１５０ 緩衝材
３８０ 画像メモリ
３８２ 制御部
Ａ、Ｂ、Ｃ 領域
Ｐ 積層方向
Ｒ 放射線
１０、１０Ｘ 放射線検出器
１１ 基材、１１Ａ 第１の面、１１Ｂ 第２の面、１１Ｐ 微粒子、１１Ｌ 微粒子層
１２ センサ基板
１４ 変換層、１４Ａ 柱状結晶
１９ 積層体
３０ 画素
３２ スイッチング素子（ＴＦＴ）
３４ センサ部
３５ 画素領域
３６ 信号配線
３８ 走査配線
３９ 共通配線
４０ 粘着層
４２ 反射層
４４ 接着層
４６ 保護層
５０ 補強基板
５２ 吸収層
５４ 放射線遮蔽層
５６ 剛性板
６０ 帯電防止層
６２ 保護層
９０ 気泡
９２、９６Ａ、９６Ｂ、９６Ｃ 凹凸
１０３ 駆動部
１０４ 信号処理部
１０８ 電源部
１１０ 制御基板
１１２ フレキシブルケーブル
１１４ 電源線
１１７ 保護層
１２０ 筐体、１２０Ａ 天板、１２０Ｂ 境界部
１５０ 緩衝材
３８０ 画像メモリ
３８２ 制御部
Ａ、Ｂ、Ｃ 領域
Ｐ 積層方向
Ｒ 放射線
Claims (11)
- 放射線から変換された光に応じて発生した電荷を蓄積する複数の画素が可撓性の基材の画素領域に形成されたセンサ基板と、
前記基材の前記画素領域が設けられた面に設けられ、かつ前記放射線を光に変換する変換層と、
前記センサ基板と前記変換層とが積層された積層体の前記放射線が照射される側と反対側に設けられ、かつ前記変換層に生じる凹凸の前記センサ基板への影響を吸収する吸収層と、
前記吸収層の前記積層体に対向する側と反対側に設けられ、前記センサ基板よりも剛性が高い剛性板と、
を備えた放射線検出器が、
放射線が照射される側から前記積層体、前記吸収層、及び前記剛性板の順に収納された筐体と、
前記吸収層と前記積層体の間に設けられ、前記吸収層に係る圧縮力を前記吸収層の面内方向に分散させる補強基板と、
を備えた、
放射線画像撮影装置。 - 前記吸収層のデュロメータ硬度は、前記積層体全体のデュロメータ硬度よりも小さい、
請求項１に記載の放射線画像撮影装置。 - 前記吸収層は、表面抵抗値が１０１３Ω以下である、
請求項１または請求項２に記載の放射線画像撮影装置。 - 前記補強基板は、曲げ弾性率が１５０ＭＰａ以上、２５００ＭＰａ以下である、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の放射線画像撮影装置。 - 前記補強基板は、曲げ剛性が５４０Ｐａｃｍ４以上、１４００００Ｐａｃｍ４以下である、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の放射線画像撮影装置。 - 前記吸収層と、前記剛性板との間に、前記放射線を遮蔽する放射線遮蔽層をさらに備えた、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の放射線画像撮影装置。 - 前記剛性板は、カーボンを材料とした板である、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の放射線画像撮影装置。 - 前記積層体の、前記放射線が入射される側に、緩衝材をさらに備える、
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の放射線画像撮影装置。 - 前記変換層は、ＣｓＩの柱状結晶を含む、
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の放射線画像撮影装置。 - 前記複数の画素に蓄積された電荷を読み出すための制御信号を出力する制御部と、
前記制御信号に応じて前記複数の画素から電荷を読み出させる駆動部と、
前記複数の画素から読み出された電荷に応じた電気信号が入力され、入力された電気信号に応じた画像データを生成して前記制御部に出力する信号処理部と、
をさらに備えた、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の放射線画像撮影装置。 - 放射線から変換された光に応じて発生した電荷を蓄積する複数の画素が可撓性の基材の画素領域に形成されたセンサ基板と、
前記基材の前記画素領域が設けられた面に設けられ、かつ前記放射線を光に変換する変換層と、
前記センサ基板と前記変換層とが積層された積層体の前記放射線が照射される側と反対側に設けられた吸収層と、
前記吸収層の前記積層体に対向する側と反対側に設けられ、前記センサ基板よりも剛性が高い剛性板と、
を備えた放射線検出器が、
放射線が照射される側から前記積層体、前記吸収層、及び前記剛性板の順に収納された筐体と、
前記吸収層と前記積層体の間に設けられた補強基板と、
を備えた、
放射線画像撮影装置。
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2021
- 2021-10-11 US US17/497,991 patent/US11747490B2/en active Active
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