JPWO2008117589A1 - 放射線用シンチレータパネル及び放射線画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、金属反射膜の腐食を防止するとともに、絶縁膜による干渉現象の発生、絶縁膜を設けたことによる多重反射により発生する入射光のロスのない放射線用シンチレータパネルを提供する。そのために放射線用シンチレータパネルは、Ｘ線透過性基板２５と、Ｘ線透過性基板２５に放射線が照射されることにより光を発する蛍光体層２７と、Ｘ線透過性基板２５と蛍光体層２７との間に形成され蛍光体層２７からの光を反射する反射金属層２５Ａと、金属反射層２５Ａと蛍光体層２７との間に形成された透明絶縁膜２６とを有し、透明絶縁膜２６の光反射率が、蛍光体層２７の発光波長でピークを有する。

Description

本発明は、放射線を受けて蛍光を発する放射線用シンチレータパネル、及びシンチレータパネルを有する放射線画像撮影装置に関する。

従来から、Ｘ線画像のような放射線画像撮影装置は医療現場において病状の診断に広く用いられている。特に、増感紙−Ｘ線フィルムによる放射線画像撮影装置は、長い歴史の中で高感度化と高画質化が図られた結果、世界中の医療現場で用いられている。

近年では、フラットパネル型放射線ディテクタ（ＦＰＤ）等に代表されるデジタル方式の放射線画像検出手段も登場しており、放射線画像をデジタル情報として取得して自由に画像処理を行い、画像情報を直ちに電送することが可能となっている。

放射線画像検出手段は放射線を蛍光に変換する所謂「シンチレータパネル」を有している。シンチレータパネルは、被写体を通過した放射線を受けて、その放射線量に対応した強度で蛍光体層による蛍光を瞬時に発光するものであり、基板上に蛍光体層を形成した構成を有する。

図１０は、特許文献１のシンチレータパネルの断面構成図である。

特許文献１に記載のシンチレータパネルは、放射線透過性の基板と、該基板の一方の表面上に形成された金属反射膜と、該金属反射膜を覆うとともに基板の少なくとも側壁まで覆っている保護膜と、金属反射膜上の保護膜上に蒸着によって多数の針状結晶として形成されたアルカリハライド系（例えば、ＣｓＩ系）の蛍光体層と、該蛍光体層を覆う防湿有機層と、を備えたものである。
特開２００３−２６２６７１号公報

特許文献１に示す放射線画像検出手段のシンチレータパネルでは、金属反射膜と蛍光体層とが基板に対して同じ側に配置されている。基板と金属反射膜とは保護膜により覆われているが、これは以下のような問題を解決するためである。

蛍光体がアルカリハライド系であればハロゲン元素（ＣｓＩであればＩ）が保護膜の経時劣化で水分が進入することで、金属反射膜側に拡散し、金属とハロゲン元素が反応することで、腐食が発生する。この腐食発生によって、金属層からの反射がその部分だけ弱くなり、画像強度が低下するため、正確な画像の検出が妨げられ、診断性能が損なわれるという課題がある。特許文献１では上記の理由のために、透明絶縁膜（保護膜）を金属反射膜と蛍光体層との間に介在させている。

本発明では、また、金属反射膜の腐食を防止するために、絶縁膜（保護膜）を金属反射膜と蛍光体層との間に介在させるようにしても、絶縁膜の膜厚を規定しないと、干渉現象が発生し反射率がロスしてしまうという課題を解決する。具体的には、蛍光体の発光中心の波長が５５０ｎｍにあるとすると、絶縁膜を設けたことによる多重反射により光の干渉により反射光強度が弱まることで、反射光のロスが発生するという問題がある。

１． 放射線透過性基板と、前記放射線透過性基板を透過して放射線が照射されることにより光を発する蛍光体層と、前記放射線透過性基板と前記蛍光体層との間に形成され前記蛍光体層からの光を反射する金属反射層と、前記金属反射層と前記蛍光体層との間に形成された透明絶縁膜とを有し、前記透明絶縁膜の光反射率が、前記蛍光体層の発光波長でピークを有することを特徴とする放射線用シンチレータパネル。

２． 前記蛍光体層の前記透明絶縁膜と反対側面に、光電変換手段を貼り合わせ、前記１に記載の放射線用シンチレータパネルを、前記光電変換手段と共に筐体内に収容した放射線検出手段を有することを特徴とする放射線画像撮影装置。

本発明のシンチレータパネルにより以下の効果が得られる。

１． 金属反射層と蛍光体層との間に透明絶縁膜を形成し、この透明絶縁膜の光反射率が蛍光体層の発光波長でピークを有することにより、透明絶縁膜の透過スペクトルのピークを、蛍光体層のメインの発光波長に合わせることによって放射線画像の鮮鋭度が向上することができる。

２． 金属反射層と蛍光体層との間に透明絶縁膜を形成し、この透明絶縁膜の膜厚を蛍光体層の発光波長より充分長い２．２μｍ以上の膜厚とすることによって、干渉効果を解消して、放射線放射線画像の鮮鋭度が向上することができる。

本発明の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の概略図。 図１の部分拡大断面図。 従来の放射線検出手段の模式断面図。 本発明の第１の実施の形態による放射線検出手段の模式断面図。 本発明の第３の実施の形態による放射線検出手段の模式断面図。 図３に示す従来のシンチレータパネルに配置された基板の光反射率特性図。 ＣｓＩシンチレータの発光波長スペクトル。 ＳｉＯ_２／Ａｌ構造を有する本発明の透明絶縁膜の反射率特性図。 ポリエステル／Ａｌ構造を有する本発明の透明絶縁膜の反射率特性図。 特許文献１のシンチレータパネルの断面構成図。

符号の説明

１ 放射線画像撮影装置
１０ 本体
２０ 放射線検出手段
２１ ハウジング
２２ 前面板
２３ 緩衝材
２４Ａ、２４Ｂ 耐湿性保護膜（保護膜）
２５ Ｘ線透過性基板（放射線透過基板）
２５Ａ 金属反射層２５Ａ
２６ 透明絶縁膜
２７ 蛍光体層
２８ 透明絶縁膜
２９ 光電変換手段
２００ シンチレータパネル
３０ 画像処理手段
４０ 画像表示手段
５０ 放射線源
６０ 被写体
ｎ 屈折率
λ 波長

以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は該実施の形態に限定されるものではない
図１は、本発明の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１の概略図である。

放射線画像撮影装置１は、本体１０、放射線検出手段２０、画像処理手段３０、画像表示手段４０を備えている。本体１０は、その内部に、放射線検出手段２０や他各種機器を搭載するものであり、放射線室内の所定の位置に固定されている。

放射線画像撮影は、放射線源５０から照射され被写体６０、及び放射線検出手段２０の前面板２２を透過させた放射線を放射線検出手段２０で検出して行う。

図２は、図１の部分拡大断面図である。

放射線検出手段２０は、ハウジング２１の内部に、前面板２２、緩衝材２３、シンチレータパネル２００、光電変換手段２９を備えている。

シンチレータパネル２００は、Ｘ線透過性基板（放射線透過基板）２５の面上に蛍光体層２７を備えるものであり、蛍光体層２７に放射線が照射されると、蛍光体層２７は入射した放射線のエネルギを吸収して、波長が３００μｍから８００μｍの電磁波、即ち、可視光線を中心に紫外光から赤外光にわたる電磁波（光）を発光する。

シンチレータパネル２００は、Ｘ線透過性基板２５、透明絶縁膜２６、蛍光体層２７、及びこれらの部材を包囲して密封する耐湿性保護膜（以下、保護膜と称す）２４Ａ、２４Ｂから構成されている。

本体１０は、その内部に搭載した各種機器を保護できるように剛性の高い材料、例えば炭素繊維強化樹脂で作製される。

放射線検出手段２０の前面板２２は、放射線透過率が高い材料で作製される。なお、この前面板２２の厚さは、０．３〜０．５ｍｍで、放射線透過性を確保しつつ、強度を維持する。放射線透過率が高く、且つ剛性の高い材料としては、アルミニウム合金、炭素繊維強化樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、これらの樹脂とアルミニウム合金との複合材などがある。

前面板２２は、緩衝材２３を介してシンチレータパネル２００を押圧して、シンチレータパネル２００を光電変換手段２９に密接させる。

シンチレータパネル２００の内部に配置されたＸ線透過性基板２５は、診療用のＸ線を透過するため、通常原子番号ないしは実効原子番号２０以下の物質で形成される。ここで、「実効原子番号」とは、合金を構成する各金属の原子番号をモル比に基づいて平均化したときの原子番号を意味する。例えば、Ｃｏ（原子番号２７）とＣｕ（原子番号２９）のモル比が１：１で構成された合金の場合、実効原子番号は２８となる。

Ｘ線透過性基板２５としてＡｌを用いた場合を考える。Ａｌを用いているのは、蛍光体層２７からの光を光電変換手段２９側に反射し、蛍光体層２７からの発光を全体として増やす役割をしている。また、蛍光体層２７としては、一般的にＣｓ（セシウム）をベースとして結晶が形成されたものが用いられる。例えばＣｓＩ（ヨウ化セシウム）にＴｌを０．１ｍｏｌ％程度含ませたＣｓＩ：Ｔｌ等が用いられる。この他にも、ＣｓＢｒやＣｓＣｌ、ＮａＩなどがあげられる。また、Ｃｓをベースとする蛍光体層２７を構成する複数の原料を任意の混合比率で用いて結晶体を形成し、この結晶体をベースとしてもよい。

透明絶縁膜２６はＡｌからなるＸ線透過性基板２５と蛍光体２７の腐食反応を防ぐために設けられたものである。蛍光体からの発光を吸収しないために、２６は透明な膜でなければならず、また腐食反応はハロゲンイオンの移動を伴うため電池反応と考えられ、絶縁膜を使うことで、電気が流れることを防止し、イオンの移動を抑えることで、腐食反応を抑制できる。上記の理由から、２６は透明絶縁膜が選ばれる。従来の発明では、２６は腐食を防止する観点でのみ設けられた膜であり、その屈折率と膜厚を積極的に制御して、蛍光体からの反射光を最大にするという発明はこれまでなかった。本発明では、透明絶縁膜の屈折率と膜厚を積極的に制御して、蛍光体からの反射光を最大にする。

今、光が屈折率ｎ、膜厚ｈの板に垂直に入射したときの空気から板への入射光の振幅反射率をｒとし、波長λ、振幅ａ₀の光が板に入射したとすると、繰り返し反射干渉が起こり、相隣れる光束の間の位相差δは、
δ＝４πｎｈ／λ………（１）
干渉光の強度Ｉｔは
Ｉｔ＝ａｏ^２／（１＋４Ｒｓｉｎ^２（δ／２））／（１−Ｒ^２）……（２）
となる。（村田和美著、光学、サイエンス社、Ｓ５４年、ｐ．６４）ここで境界面の強度反射率Ｒ＝ｒ^２を用いた。上の（２）式はδが２ｍπ（ｍ＝１，２，３……）のときに極大となる。すなわち反射率を最大にするためには、δ＝２ｍπを（１）に代入して、
ｈ＝ｍλ／（２ｎ）……（３）
となるように透明絶縁膜の膜厚を選べばよいことになる。

保護膜２４Ａ、２４Ｂは、Ｘ線透過性基板２５、透明絶縁膜２６、蛍光体層２７を内包したのち接着されて袋状に形成される。

蛍光体層２７としては、Ｃｓ（セシウム）をベースとして結晶が形成されたものであり、例えばＣｓＩ（ヨウ化セシウム）の他に、ＣｓＢｒやＣｓＣｌなどがあげられる。また、Ｃｓをベースとする蛍光体層２７を構成する複数の原料を任意の混合比率で用いて結晶体を形成し、この結晶体をベースとしてもよい。

図３は従来例の放射線検出手段２０の模式断面図である。

シンチレータパネル２００の層構成は、保護膜２４Ａ、Ｘ線透過性基板２５、金属反射層２５Ａ，透明絶縁膜２６、蛍光体層２７、保護膜２４Ｂの順である。

図３に示すシンチレータパネル２００では、金属反射層２５Ａ，透明絶縁膜２６と蛍光体層２７とがＸ線透過性基板２５に対して同じ側に配置されている。Ｘ線透過性基板２５、金属反射層２５Ａ，透明絶縁膜２６と蛍光体層２７は保護膜２４Ａ、２４Ｂにより覆われている。

この構成で透明絶縁膜の膜厚を特に制御しなかった場合の光の反射率を波長に対してシュミレーションした結果を図６に示す。図６の例では透明絶縁膜の屈折率がｎ＝１．４６のＳｉＯ_２：１３０ｎｍが金属反射層Ａｌ：９０ｎｍの上にある場合である。ＣｓＩの発光波長は図７のようになっており、５５０ｎｍで光の最大強度を示す。ＳｉＯ_２ではｎ＝１．４６、λは５５０ｎｍであるのでλ／（２ｎ）は１８８．５ｎｍであり、本発明であればＳｉＯ_２の膜厚は、式（３）より１８８．５ｎｍの倍数にしなければならない。１３０ｎｍのＳｉＯ_２は本発明には該当せず、実際に５５０ｎｍのところに基板からの光反射率のピークはなく５５０ｎｍでの反射率は８６％であった。

［第１の実施形態］
図４は本発明の第１の実施形態による放射線検出手段２０の模式断面図である。

シンチレータパネル２００の層構成は、保護層２４Ａ、Ｘ線透過性基板２５、金属反射層２５Ａ、透明絶縁膜２６、蛍光体層２７、保護膜２４Ｂの順である。Ｘ線透過性基板としては１２５ｍｍ厚さのポリイミド基板、反射金属層としては１００ｎｍのＡｌ膜が蒸着されている。保護膜２４Ａ，２４Ｂとしては合計５０μｍの厚さのＰＥＴ２０μｍ／アルミナ蒸着０．２μｍ／ポリプロピレン３０μｍ積層膜を用いた。２４Ａと２４Ｂは端部で熱圧着を行い接着する。

即ち、Ｘ線透過性基板２６と蛍光体層２７の間に金属反射層２５Ａ、透明絶縁膜２６が存在する構成とする。蛍光体層２７としては６００μｍ厚のＴｌを０．０３ｍｏｌ％ドープしたＣｓＩ結晶を蒸着法にて成膜する。透明絶縁膜としてはＳｉＯ_２膜を例えばＣＶＤ法により、１８８．５ｎｍになるように成膜する。この膜厚は、ＳｉＯ_２膜の屈折率は１．４６、ＣｓＩの発光中心波長５５０ｎｍであるので、λ／（２ｎ）＝１８８．５ｎｍであり、この膜厚で透明絶縁膜２６は蛍光体の発光波長の中心で最大の反射率を示すことになる。この反射率を計算した結果を図８に示す。この図より、反射率は５５０ｎｍの波長で９３％にまで向上する。従来例では例えば図６より反射率は８６％であり、蛍光体の光の１／２が後方に進むとすれば、本発明の９３％の反射率での光強度は１／２＋１／２×０．９３＝０．９６５に対し、従来技術では例えば、反射率は８６％であったとして、光強度は１／２＋１／２×０．８６＝０．９３であり、本発明により４％明るい画像を得ることができる。これによりコントラスト等がつけやすくなり、画像診断能が向上するという利点がある。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態として、透明絶縁膜２６として、ＳｉＯ_２のかわりにポリエステルを用いる場合を考える。この場合も反射率は、膜厚ｈがｈ＝ｍλ／（２ｎ）……（３）のとき最大になる。ポリエステル膜の屈折率は１．６０であるので、ｎ＝１．６０、λ＝５５０ｎｍを（３）に代入すると、ｍ＝１のとき、ｈ＝１７１．９ｎｍ、ｍ＝３のとき、ｈ＝３４３．８ｎｍであるから１７１．９の整数倍とすれば５５０ｎｍでの反射率は最大にできる。
ｈ＝１７１．９ｎｍの場合の反射率を計算した特性図を図９に示す。５５０ｎｍでの光の反射率は９３％になり、蛍光体層２７からの発光を最大限に利用でき、明るい画像を得ることができる。これによりコントラスト等がつけやすくなり、シンチレータパネルの画像診断能が向上するという利点がある。

［第３の実施の形態］
図５は本発明の第３の実施形態による放射線検出手段２０の模式断面図である。

シンチレータパネル２００の層構成は、保護層２４Ａ、Ｘ線透過性基板２５、金属反射層２５Ａ、透明絶縁膜２６、蛍光体層２７、保護膜２４Ｂの順である。

Ｘ線透過性基板としては１２５ｍｍ厚さのポリイミド基板、金属反射層２５Ａとしては１００ｎｍのＡｌ膜が蒸着されている。保護膜２４Ａ，２４Ｂとしては合計５０μｍの厚さのＰＥＴ２０μｍ／アルミナ蒸着０．２μｍ／ポリプロピレン３０μｍ積層膜を用いた。２４Ａと２４Ｂは端部で熱圧着を行い接着する。

即ち、Ｘ線透過性基板２５と蛍光体層２７の間に金属反射層２５Ａ、透明絶縁膜２６が存在する構成とする。蛍光体層２７としては６００μｍ厚のＴｌを０．０３ｍｏｌ％ドープしたＣｓＩ結晶を蒸着法にて成膜する。透明絶縁膜としては発光波長に対して十分厚く形成した、例えば２．２μｍのポリエステルを用いる。ポリエステル膜は塗布法により次の条件で形成する。

バイロン６３０（東洋紡社製：高分子ポリエステル樹脂） ３００質量部
メチルエチルケトン（ＭＥＫ） ２００質量部
トルエン ４００質量部
上記処方を混合し、ビーズミルにて１５時間分散し、下引き塗設用の塗布液を得た。この塗布液を上記基板ＡのＡｌ合金面に乾燥膜厚が２．２μｍになるようにバーコーターで塗布した後、１００℃で８時間乾燥することで透明絶縁膜を作製する。

本実施例では、基板が変形しやすいときに、塗布膜を用いると膜の塗りむらが発生し、その場所ごとに膜厚がことなることで反射率が変化し、画像にむらができることを防ぐ。これを防ぐには、光の干渉効果がでないように、透明絶縁膜を発光波長に比べて厚くすればよい。ここでは発光波長（発光が最大となる波長）の４倍を目安としている。透明絶縁膜の厚さを０．７μｍ、２．２μｍ、２．６μｍの三つのシンチレータを作成し、１ｃｙ／ｍｍでのＤＱＥ値を比較した。ＤＱＥ値はそれぞれ、５０％、５５％、５６％と２．２μｍ以上のほうがよい結果が得られた。ここから本発明の優位性は明らかである。

例えば、基板１０１としては１２５μｍ厚のポリイミドフィルム、蛍光体層１０１ｂとしては６００μｍ厚のＴｌを０．０３ｍｏｌ％ドープしたＣｓＩ結晶を蒸着法にて成膜した。保護フィルム１０２ａ，１０２ｂは合計５０μｍの厚さのＰＥＴ２０μｍ／アルミナ蒸着０．２μｍ／ポリプロピレン３０μｍ積層膜を用いる。１０３ｂ、１０３ｄは３ｍｍ幅で１４０℃の熱圧着を行い形成した。また、前面板としては０．３ｍｍ厚さのＡｌ板を用い、緩衝材４０２には１ｃｍ程度の厚さのスポンジを用いた。ハウジング４０４にはＡＢＳ樹脂またはカーボン板を用い、蛍光体層が周辺回路３０２の上まで延びて、１０２ａが接した構造（図６）と接していない本発明の構造（図４）を作製した。この二つの構造で３５℃、７５％湿度の環境下で一定時間連続動作を行った。その後、ＭＴＦ（モジュレーショントランスファーファンクション）をエッジ法で測定したところ、本発明（図４）の構造では１ラインのＭＴＦの低下はほぼ０であったが、従来例（図６）の構造では１ラインのＭＴＦの低下は０．０５程度存在した。ここから本発明の優位性は明らかである。

Claims (4)

1. 放射線透過性基板と、
   前記放射線透過性基板を透過した放射線が照射されることにより光を発する蛍光体層と、
   前記放射線透過性基板と前記蛍光体層との間に形成され前記蛍光体層からの光を反射する金属反射層と、
   前記金属反射層と前記蛍光体層との間に形成された透明絶縁膜とを有し、
   前記透明絶縁膜の光反射率が、前記蛍光体層の発光波長でピークを有することを特徴とする放射線用シンチレータパネル。
2. 前記蛍光体層の発光波長をλ、前記透明絶縁膜の屈折率をｎ、とすると、前記透明絶縁膜の膜厚がλ／（２ｎ）の整数倍であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の放射線用シンチレータパネル。
3. 放射線透過性基板と、
   前記放射線透過性基板を透過した放射線が照射されることにより光を発する蛍光体層と、
   前記放射線透過性基板と前記蛍光体層との間に形成され前記蛍光体層からの光を反射する金属反射層と、
   前記金属反射層と前記蛍光体層との間に形成された透明絶縁膜とを有し、
   前記透明絶縁膜の膜厚が、２．２μｍ以上であることを特徴とする放射線用シンチレータパネル。
4. 前記蛍光体層の前記透明絶縁膜と反対側面に、光電変換手段を貼り合わせ、請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１項に記載の放射線用シンチレータパネルを、前記光電変換手段と共に筐体内に収容した放射線検出手段を有することを特徴とする放射線画像撮影装置。