JP7289768B2 - 放射線撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮影装置に関するものである。

近年、絶縁基板上に薄膜半導体材料によって形成されたフラットパネルセンサ（ＦＰＤ）を用いた放射線撮影装置が普及している。特許文献１には、迅速かつ広範囲な部位の撮影を可能にするため、薄型で軽量な可搬型の放射線撮影装置が開示されている。

特開２００５－１９５６４３号公報

放射線撮影装置をＪＩＳ Ｚ ４９０５（ＩＳＯ４０９０）で定められた規格に収まるように設計しようとすると撮影領域の周囲に余白が少ないために、ＦＰＤの放射線入射方向から見た後側に各部材を配置することになる。すなわち、放射線撮影装置の厚み方向にＦＰＤや各部材を積層させる必要がある。この場合には、各層の部材同士を粘着剤等で接合する。
しかしながら、各層の部材の材質や線膨張係数が異なっているために環境温度が変化すると面外方向に反りが生じてしまう。したがって、層間で剥離が生じて物理的な破損が発生してしまい放射線画像の画質が低下してしまう虞がある。

本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、環境温度の変化による反りを抑制させることを目的とする。

本発明は、複数の画素を二次元状に配置したセンサと、前記センサの放射線入射方向から見た後側に配置される第１板材と、前記第１板材の放射線入射方向から見た後側に配置される第２板材と、前記センサと第１板材との間で前記センサと第１板材とを接合する第１粘着材と、前記第１板材と第２板材との間で前記第１板材と前記第２板材とを接合する第２粘着材と、を有する放射線撮影装置であって、前記センサ、前記第１板材、前記第２板材の線膨張係数をそれぞれＡｓ、Ａ１、Ａ２とすると、｜Ａｓ－Ａ１｜＜｜Ａ１－Ａ２｜であり、前記第１粘着材、前記第２粘着材の厚みをそれぞれｔ１、ｔ２とすると、ｔ１＜ｔ２であることを特徴とする。

本発明によれば、環境温度の変化による反りを抑制させることができる。

放射線撮影装置の構成の一例を示す図である。 第１実施形態に係る放射線撮影装置の構成の一例を示す断面図である。 第２実施形態に係る放射線撮影装置の構成の一例を示す断面図である。

本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。なお、各実施形態に示す寸法や構造の詳細は、本文および図中に示す限りではない。また、以下で述べる放射線とは、Ｘ線に限られず、α線、β線、γ線、粒子線、宇宙線等も含まれるものとする。

（第１実施形態）
図１は、放射線撮影装置１００の構成の一例を示す図である。図１（ａ）は放射線入射方向（放射線入射側）から見た放射線撮影装置１００の斜視図であり、図１（ｂ）は放射線入射方向の反対側から見た放射線撮影装置１００の斜視図である。
放射線撮影装置１００は、可搬型であって、外装としての筐体１０１を備える。筐体１０１は、放射線撮影装置１００の内部の構成部材を保護する。筐体１０１は、天板１０１ａと、側板１０１ｂと、底板１０１ｃとを有する。

天板１０１ａは、被写体を透過した放射線を入射させる。天板１０１ａは、略板状であって、放射線入射側（前側）から放射線撮影装置１００の構成部材を覆う。天板１０１ａは、放射線を透過しやすい材質であって、軽量かつ剛性の高いＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）が適用できる。

側板１０１ｂは、放射線入射方向に対して直交する方向、すなわち側方から放射線撮影装置１００の構成部材を覆う。側板１０１ｂは、放射線入射方向に沿って開口しており、前端に天板１０１ａが結合され、後端に底板１０１ｃが結合されることで開口が閉塞される。側板１０１ｂは、軽量で剛性の高いアルミニウム合金やマグネシウム合金、またはＣＦＲＰ等が適用できる。なお、側板１０１ｂにＣＦＲＰを用いる場合は、開口を設けず天板１０１ａと一体で構成することができる。

底板１０１ｃは、略板状であって、放射線入射側の反対側（後側）から放射線撮影装置１００の構成部材を覆う。底板１０１ｃは、軽量で剛性の高いアルミニウム合金やマグネシウム合金、またはＣＦＲＰ等が適用できる。
また、底板１０１ｃには開口が形成され、バッテリホルダ１０２が設けられる。バッテリホルダ１０２はバッテリ１０３を保持する。バッテリホルダ１０２およびバッテリ１０３については図２を参照して後述する。

図２は、放射線撮影装置１００の内部構成の一例を示す図である。図２は、図１（ａ）のＩ－Ｉ線に沿って放射線入射方向に切断して矢印方向から見た断面図である。
放射線撮影装置１００は、筐体１０１内に収容される各種の構成部材を有する。具体的に、放射線撮影装置１００は、天板１０１ａ側から、センサ１０４、第１板材１０５、第２板材１０６が積層して構成される。センサ１０４、第１板材１０５および第２板材１０６によって撮影部が構成される。

センサ１０４は、被写体を透過した放射線を検出する。センサ１０４は、複数の画素が二次元状に配置して構成される。センサ１０４は、フラットパネルディテクタが適用できる。センサ１０４をフラットパネルディテクタにした場合には、センサ１０４は一般的にガラス基板を有する。センサ１０４は、ガラス基板の表面に二次元状に配列される複数の光電変換素子（画素）と、光電変換素子に積層して設けられるシンチレータ層（蛍光体の層）とを有する。放射線が入射するとシンチレータ層が光を発し、光電変換素子はシンチレータ層が発する光を検出して電気信号に変換することで、放射線画像のデータを取得できる。なお、センサ１０４に積層される蛍光体の層の材質としては、ＣｓＩもしくはＧＯＳ（Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ）が適用できる。

第１板材１０５は、放射線入射方向から見てセンサ１０４の後側に配置される。放射線撮影する場合、被写体を透過して筐体１０１に入射した放射線、および被写体を透過せずに直接、筐体１０１に入射された放射線が筐体１０１の内側面で散乱して、散乱線としてセンサ１０４に後側から再び入射される。第１板材１０５は、センサ１０４に入射される散乱線を遮蔽する。第１板材１０５を配置することで、散乱線による影響を抑制して信頼度の高い放射線画像を取得できる。したがって、第１板材１０５は、センサ１０４の全域を後側から覆うことができる大きさに構成され、センサ１０４との間で重なり合わない領域がないように配置される。第１板材１０５の材質として、鉛（Ｐｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の放射線の遮蔽性の高い金属板材が適用できる。また、第１板材１０５の材質として、金属系の粉末（金属粉末）を含有するシート材（例えばゴムシート）等が適用できる。

第２板材１０６は、放射線入射方向から見て第１板材１０５の後側に配置される。第２板材１０６は、センサ１０４および第１板材１０５の剛性を向上させる。第２板材１０６の材質としては、強度および軽量性を考慮して、アルミニウム（Ａｌ）、ＳＵＳ、マグネシウム（Ｍｇ）等の合金板材や、ＦＲＰ等の強化樹脂等が適用できる。第２板材１０６に、樹脂系の板材を適用する場合にはノイズに対する耐性、およびグランディングを考慮して、第２板材１０６の内部に導電性シート材を一層配置したり、第２板材１０６の外側の全面を導電性シート材で覆うように構成したりすることが好ましい。

また、第２板材１０６は、第１板材１０５側の面とは反対側の面に電気基板１０７やハーネス類が取り付けられる。電気基板１０７は、フレキシブルケーブル１０８を介してセンサ１０４に接続される。また、電気基板１０７は、バッテリ１０３から電力が供給される。電気基板１０７は、センサ１０４で変換された電気信号を、フレキシブルケーブル１０８を介して読み出して画像データを生成する。生成された画像データは、外部の表示システムとの間で通信されることで表示される。通信の方法としては、有線接続、無線接続の何れであってもよく、無線の場合には２．４ＧＨｚや５ＧＨｚ帯を主として用いる。これらの通信方法により、例えばタブレットやＰＣ等に転送されることで放射線画像を確認することができる。

バッテリホルダ１０２は底板１０１ｃに取り付けられ、バッテリ１０３を着脱可能に保持する。したがって、バッテリ１０３は筐体１０１の後側から着脱可能である。バッテリホルダ１０２にバッテリ１０３が装着されると、バッテリ１０３の電力がセンサ１０４、電気基板１０７等に供給される。センサ１０４、電気基板１０７等は、バッテリ１０３から供給される電力によって動作する。バッテリ１０３は２次電池が適用できる。
なお、電源はバッテリ１０３に限られず、キャパシタであってもよい。また、バッテリホルダ１０２は、底板１０１ｃに取り付けられる場合に限られず、第２板材１０６に取り付けられる構成であってもよい。この場合、底板１０１ｃの開口を通してバッテリ１０３をバッテリホルダ１０２に対して着脱させることができる。

センサ１０４と第１板材１０５とは、センサ１０４と第１板材１０５との間に配置した第１粘着材１０９により接合される。また、第１板材１０５と第２板材１０６とは、第１板材１０５と第２板材１０６との間に配置した第２粘着材１１０により接合される。第１粘着材１０９および第２粘着材１１０は、両面テープまたは接着剤等が適用できる。第１粘着材１０９および第２粘着材１１０を両面テープにした場合には粘性により接合され、接着剤にした場合には化学反応により接合される。

ここで、第１粘着材１０９および第２粘着材１１０により接合することで、センサ１０４、第１板材１０５および第２板材１０６が一体化され、堅牢性を向上できると共に、面内方向に変位することが抑制される。一方、環境温度が変化した場合に、センサ１０４、第１板材１０５および第２板材１０６の線膨張係数がそれぞれ異なることで、面外方向に反りが生じる。このとき、反りを抑制するために、第１粘着材１０９および第２粘着材１１０を、ポリエチレンフォームやアクリルフォーム等の発泡系の基材で構成される粘着材にすることで、粘着材が変形して反りの変形を吸収することができる。なお、第１粘着材１０９および第２粘着材１１０は、反りの変形を吸収できるように弾性率が１０ＭＰａ以下であり０ＭＰａよりも大きいことが好ましい。また、粘着材の厚みは、厚みを増やすほど粘着材の変形により反りを吸収できる一方、放射線撮影装置１００全体の厚み（筐体１０１の厚み）が増えてしまうと共に、厚みが増えることで重量が増加してしまう。このように、被着材であるセンサ１０４、第１板材１０５および第２板材１０６の線膨張係数の関係、および軽量性を考慮した粘着材の厚みの設定が必要である。

本実施形態では、センサ１０４、第１板材１０５および第２板材１０６の線膨張係数をそれぞれＡｓ、Ａ１、Ａ２とし、第１粘着材１０９および第２粘着材１１０の厚みをそれぞれｔ１、ｔ２とする。このとき、線膨張係数の差が相対的に大きい部材間に配置される粘着材の厚みが、線膨張係数の差が相対的に小さい部材間に配置される粘着材の厚みよりも大きくなるように構成することが好ましい。
すなわち、本実施形態では、
｜Ａｓ－Ａ１｜＜｜Ａ１－Ａ２｜、ｔ１＜ｔ２・・・式（１）
の関係を満たしていることを要件とする。
ここで、センサ１０４、第１板材１０５および第２板材１０６の線膨張係数の一例について表１を参照して説明する。

表１に示すように、センサ１０４として、例えばガラス（ガラス基板）を適用した場合には、線膨張係数「Ａｓ」は略３．８ｐｐｍ／℃である。また、第１板材１０５として例えば、モリブデン（Ｍｏ）を適用した場合には、線膨張係数「Ａ１」は略５ｐｐｍ／℃である。また、第２板材１０６としてアルミニウム合金（Ａ５０５２）を適用した場合には、線膨張係数「Ａ２」は略２３．８ｐｐｍ／℃である。すなわち、上述した式（１）のうち、｜Ａｓ－Ａ１｜＜｜Ａ１－Ａ２｜の条件を満たしている。したがって、上述した式（１）のうち、ｔ１＜ｔ２の条件を満たすように、第２粘着材１１０の厚み「ｔ２」を、第１粘着材１０９の厚み「ｔ１」よりも厚くすることで、上述した式（１）の条件を満たすことができる。

このように、線膨張係数の差が大きい部材間に配置される粘着材の厚みを大きくすることで粘着材が変形して反りの変形を吸収でき、環境温度の変化による反りを抑制させることができる。また、線膨張係数の差が小さい部材間に配置される粘着材の厚みを小さくすることで放射線撮影装置１００の厚みが増えたり、重量が増加したりすることを抑制することができる。

なお、第１粘着材１０９については、センサ１０４に接する粘着材であることから、センサ１０４への意図しない光の入射による放射線画像の影響を抑制するために、遮光性を有する材質であることが好ましい。
また、第２粘着材１１０については、第１板材１０５および第２板材１０６が導電性部材の場合には、電気的に浮いた層構成となることから放射線画像へのノイズ影響が懸念される。したがって、導電性を有する材質にすることで第１板材１０５と第２板材１０６との導通を確保するように構成してもよい。または、別の導電部材を介して、第１板材１０５と第２板材１０６とを電気的に接続するように構成してもよい。

また、センサ１０４、第１板材１０５、第２板材１０６が積層して構成される場合について説明したが、上述した導電性シート材のような他の層を単数あるいは複数、積層させる構成であってもよい。
また、上述した式（１）の条件を満たすのであれば、各部材は表１に示す材質に限られない。

（第２の実施形態）
次に、第２実施形態の放射線撮影装置２００について説明する。第１実施形態では、センサ１０４、第１板材１０５、第２板材１０６、第１粘着材１０９および第２粘着材１１０が、式（１）の条件を満たす場合について説明したが、異なる条件であっても、環境温度の変化による反りを抑制させることができる。

図３は、放射線撮影装置２００の内部構成の一例を示す図である。なお、第１実施形態の放射線撮影装置１００と同様の構成は、同一符号を付して説明を省略する。
放射線撮影装置２００は、筐体１０１内に収容される各種の構成部材を有する。具体的に、放射線撮影装置２００は、天板１０１ａ側から、センサ２０４、第１板材２０５、第２板材２０６が積層して構成される。センサ２０４、第１板材２０５および第２板材２０６によって撮影部が構成される。

本実施形態のセンサ２０４は、ＰＥＴ等の樹脂系シート材を基材とし、基材表面に二次元状に配列される複数の光電変換素子（画素）と、光電変換素子に積層して設けられるシンチレータ層（蛍光体の層）とを有する。放射線が入射するとシンチレータ層が光を発し、光電変換素子はシンチレータ層が発する光を検出して電気信号に変換することで、放射線画像のデータを取得できる。シンチレータ層はシート材の表面に直接蒸着した構成であってもよく、異なる部材に蒸着して、蒸着した部材をシート材の表面に貼り合わせた構成であってもよい。

第１板材２０５は、放射線入射方向から見てセンサ２０４の後側に配置される。第１板材２０５は、第１実施形態の第１板材１０５と同様な機能である。
第２板材２０６は、放射線入射方向から見て第１板材２０５の後側に配置される。第２板材２０６は、第１実施形態の第２板材１０６と同様な機能である。
センサ２０４と第１板材２０５とは、センサ２０４と第１板材２０５との間に配置した第１粘着材２０９により接合される。また、第１板材２０５と第２板材２０６とは、第１板材２０５と第２板材２０６との間に配置した第２粘着材２１０により接合される。第１粘着材２０９および第２粘着材２１０はそれぞれ、第１実施形態の第１粘着材１０９および第２粘着材１１０と同様の材質が適用できる。

本実施形態では、センサ２０４、第１板材２０５および第２板材２０６の線膨張係数をそれぞれＡｓ、Ａ１、Ａ２とし、第１粘着材２０９および第２粘着材２１０の各厚みをそれぞれｔ１、ｔ２とする。このとき、線膨張係数の差が相対的に大きい部材間に配置される粘着材の厚みが、線膨張係数の差が相対的に小さい部材間に配置される粘着材の厚みよりも大きくなるように構成することが好ましい。
本実施形態では、第１の実施形態の式（１）の大小を逆にして、
｜Ａｓ－Ａ１｜＞｜Ａ１－Ａ２｜、ｔ１＞ｔ２・・・式（２）
の関係を満たしていることを要件とする。

表１に示すように、センサ２０４として、例えば樹脂系シート材の一例であるポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）を適用した場合には、線膨張係数「Ａｓ」は略５４～６５ｐｐｍ／℃である。また、第１板材２０５として例えば、モリブデン（Ｍｏ）を適用した場合には、線膨張係数「Ａ１」は略５ｐｐｍ／℃である。また、第２板材２０６として炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）を適用した場合には、線膨張係数「Ａ２」は略０ｐｐｍ／℃である。すなわち、上述した式（２）のうち、｜Ａｓ－Ａ１｜＞｜Ａ１－Ａ２｜の条件を満たしている。したがって、上述した式（２）のうち、ｔ１＞ｔ２の条件を満たすように、第１粘着材２０９の厚み「ｔ１」を、第２粘着材２１０の厚み「ｔ２」よりも厚くすることで、上述した式（２）の条件を満たすことができる。

このようにセンサの材質が、線膨張係数の大きい材質であっても、線膨張係数の差が大きい部材間に配置される粘着材の厚みを大きくすることで粘着材が変形して反りの変形を吸収でき、環境温度の変化による反りを抑制させることができる。また、線膨張係数の差が小さい部材間に配置される粘着材の厚みを小さくすることで放射線撮影装置２００の厚みが増えたり、重量が増加したりすることを抑制することができる。
なお、上述した式（２）の条件を満たすのであれば、各部材は表１に示す材質に限られない。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能であり、上述した実施形態を適時組み合わせてもよい。
なお、上述した各実施形態において、第１粘着材および第２粘着材は同じ材質である場合に限られず異なる材質であってもよい。

１００、２００：放射線撮影装置 １０１：筐体 １０４、２０４：センサ １０５、２０５：第１板材 １０６、２０６：第２板材 １０９、２０９：第１粘着材 １１０、２１０：第２粘着材

Claims (7)

1. 複数の画素を二次元状に配置したセンサと、
   前記センサの放射線入射方向から見た後側に配置される第１板材と、
   前記第１板材の放射線入射方向から見た後側に配置される第２板材と、
   前記センサと第１板材との間で前記センサと第１板材とを接合する第１粘着材と、
   前記第１板材と第２板材との間で前記第１板材と前記第２板材とを接合する第２粘着材と、を有する放射線撮影装置であって、
   前記センサ、前記第１板材、前記第２板材の線膨張係数をそれぞれＡｓ、Ａ１、Ａ２とすると、
   ｜Ａｓ－Ａ１｜＜｜Ａ１－Ａ２｜であり、
   前記第１粘着材、前記第２粘着材の厚みをそれぞれｔ１、ｔ２とすると、
   ｔ１＜ｔ２であることを特徴とする放射線撮影装置。
2. 複数の画素を二次元状に配置したセンサと、
   前記センサの放射線入射方向から見た後側に配置される第１板材と、
   前記第１板材の放射線入射方向から見た後側に配置される第２板材と、
   前記センサと第１板材との間で前記センサと第１板材とを接合する第１粘着材と、
   前記第１板材と第２板材との間で前記第１板材と前記第２板材とを接合する第２粘着材と、を有する放射線撮影装置であって、
   前記センサ、前記第１板材、前記第２板材の線膨張係数をそれぞれＡｓ、Ａ１、Ａ２とすると、
   ｜Ａｓ－Ａ１｜＞｜Ａ１－Ａ２｜であり、
   前記第１粘着材、前記第２粘着材の厚みをそれぞれｔ１、ｔ２とすると、
   ｔ１＞ｔ２であることを特徴とする放射線撮影装置。
3. 前記第１粘着材および前記第２粘着材は、何れも１０ＭＰａ以下の弾性率であることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮影装置。
4. 前記第１粘着材および前記第２粘着材の少なくとも何れか一方は、発泡系の基材で構成される両面テープであることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の放射線撮影装置。
5. 前記第１板材は、金属板材、または金属粉末を含有するシート材であることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の放射線撮影装置。
6. 前記センサは、ガラス基板を有し、
   前記第２板材は、合金板材であることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
7. 前記センサは、樹脂系シートを有し、
   前記第２板材は、炭素繊維強化樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の放射線撮影装置。

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