JP5136661B2 - 放射線画像検出器 - Google Patents

Description

本発明は、放射線画像検出器に関する。

従来から、Ｘ線画像に代表される放射線画像は、医療現場において病状の診断に広く用いられている。近年では、フラットパネル型放射線ディテクタ（ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｅｒ））等に代表されるデジタル方式の放射線画像検出器も登場しており、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おこなったり、瞬時に画像情報を伝送したりすることが可能となっている。

ＦＰＤでは、被写体を透過した放射線を受けてその線量に対応した強度で蛍光を瞬時に発光するシンチレータパネルが用いられる。シンチレータパネルの発光効率は蛍光体層の厚みが厚いほど高くなるが、厚くなりすぎると蛍光体層内で散乱光が発生し、コントラストが低下する。診断性の向上のためには、コントラストの高い画像を得る必要がある。

ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）等の柱状結晶構造の蛍光体を用いる場合には、光ガイド効果により結晶内での散乱光の発生が少なく、蛍光体層の厚みを厚くしてコントラストを維持した状態で発光効率を高めることが可能である。さらに、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）に賦活剤としてタリウム（Ｔｌ）等を添加することにより、発光効率を向上させることが可能である（例えば、特許文献１参照）。

通常、シンチレータパネルの放射線入射側には、シンチレータパネルを外部の衝撃等から保護する保護カバーが設けられている。また、シンチレータパネルを介して保護カバーと反対側には、シンチレータパネルからの発光光を受光する受光素子が設けられている。さらに、シンチレータパネルを平面受光素子に適度に圧接させるために、保護カバーとシンチレータパネルとの間にはクッション部材が設けられ、保護カバーを取り付けた際に圧縮されたクッション部材の圧力によりシンチレータパネルが受光素子に対して適度な圧力で圧接されるようになっている。

放射線画像検出器を組み立てる際には、筐体内に配置した受光素子上にシンチレータパネル及びクッション部材を順次載置し、その後保護カバーを筐体にネジ等で固定することにより組み立てる。

この際、クッション部材の圧力が強すぎると、柱状結晶構造の蛍光体結晶の先端部がつぶれ放射線画像のコントラストが低下する。逆にクッション部材の圧力が弱い場合も、ＦＰＤを下方向に向けた場合にシンチレータパネルと平面受光素子の密着が不完全となり放射線画像のコントラストが低下する。またＦＰＤ装置の移動や振動によるシンチレータパネルと平面受光素子間の摩擦によって、平面受光素子や蛍光体層に欠陥が発生しやすくなる。

一般に粒状性の高い放射線画像を得るためには蛍光体層としては４００μｍ以上の厚みが必要であるが、膜厚の増大によるシンチレータパネルの質量の増加やシンチレータパネルサイズの増大はこの問題をより深刻にする。

このような問題を解決する為に、シンチレータパネルと平面受光素子を接着剤で固定する方法（例えば、特許文献２参照）やマッチングオイルにより張り合わせる方法（例えば、特許文献３参照）などが提案させているが、接着剤やマッチングオイルのムラの発生や作業工数の増大などの問題がある。

特開２００２−１１６２５８号公報 特開２００６−１８９３７７号公報 特開２０００−９８４５号公報

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、放射線画像検出器の組み立てが容易で、粒状性やコントラストに優れた放射線画像検出器を提供することを目的としている。

本発明の上記目的は、以下の構成により達成することができる。

１．放射線透過性基板と気相法により柱状に形成されたＣｓＩ蛍光体層を有するシンチレータパネルと、
該放射線透過性基板を介して蛍光体層と反対側であって該シンチレータパネルの放射線入射側に配置された保護カバーと、
該シンチレータパネルを介して該保護カバーと反対側に設けられシンチレータパネルからの光を光電変換する２次元状に複数の受光画素が配置された平面受光素子と、
を備える放射線画像検出器において、
該放射線透過性基板は厚みが５０〜５００μｍであり、ポリイミドフィルム、セルロースアセテートフィルム、ポリエステルフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリアミドフィルム、トリアセテートフィルム、ポリカーボネートフィルムから選ばれる可撓性を有する樹脂フィルムであり、かつ、該放射線透過性基板の面積Ｓ（ｃｍ²）に対し、該シンチレータパネルの質量Ｗ（ｇ）が下記式（１）の関係を満たしており、
さらに前記保護カバーのシンチレータパネル側の面から前記シンチレータパネルまでの間に配置されたクッション部材又は空気圧を利用した緩衝機構により、シンチレータパネルが平面受光素子に１ｋＰａ以上、２０ｋＰａ以下の圧力で圧接されていることを特徴とする放射線画像検出器。
式（１） Ｗ（ｇ）＜０．３１（ｇ／ｃｍ²）×Ｓ（ｃｍ²）

２．前記蛍光体層の膜厚が４００〜１０００μｍであることを特徴とする前記１に記載の放射線画像検出器。

３．前記クッション部材が、シリコン系又ウレタン系の発泡材からなることを特徴とする前記１または２に記載の放射線画像検出器。

４．前記保護カバーは、アルミニウム又カーボンを含む材料からなることを特徴とする前記１〜３の何れか一項に記載の放射線画像検出器。

本発明によれば、シンチレータパネル質量とクッション部材による圧力が最適化されており、ＦＰＤの放射線入射面の向きによらず高い鮮鋭性がえられる。またシンチレータパネルと平面受光素子を接着する為の接着剤やオイルを必要としない為、放射線画像検出器を組み立てる際に受光素子上にシンチレータパネルとクッション部材のみを載置して保護カバーを取り付ければよいので、精度良く容易に組み立てることができる。

放射線画像検出器の構成図である。 フィルムを保護層とした場合の構成図である。 蒸着装置の概略構成を示す図である。

以下、添付図面を参照しつつ本実施形態について説明するが、一例であり、本実施形態に限定するものではない。

図１は、本実施形態に係る放射線画像検出器１の構成図である。放射線画像検出器１は、筐体１１内に、被写体を透過した放射線を受けてその線量に対応した強度で蛍光を瞬時に発光するシンチレータパネル１２、シンチレータパネル１２に対して圧接して設けられシンチレータパネル１２からの光を光電変換する複数の受光画素が２次元状に配置された平面受光素子１３、及びシンチレータパネル１２を保護する保護カバー１４を備えている。

シンチレータパネル１２は、蛍光体層１２１が形成された基板１２２ともに保護フィルム１２４により被覆された構成となっている。シンチレータパネルの蛍光体層と反対側にはクッション部材としてのクッション層１５が配置されシンチレータパネルと平面受光素子が圧接されている。

基板１２２は、放射線を透過させる材質から構成される。基板１２２には、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｐｔ、Ａｕからなる群の中から選択される少なくとも一種の物質を含む金属反射層及び蛍光体と基板の膜付きを向上するための下引き層が形成さていことが好ましい。また基板１２２は、質量や受光素子１３の表面に均一にシンチレータパネル１２を接触させることができるよう、可撓性を有する樹脂フィルムである。可撓性を有する樹脂フィルムは、ポリイミドフィルム、セルロースアセテートフィルム、ポリエステルフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリアミドフィルム、トリアセテートフィルム、ポリカーボネートフィルムから選ばれるいずれかである。厚みとしては、５０〜５００μｍである。

蛍光体層１２１は、光ガイド効果を有し発光効率の高い柱状結晶構造の蛍光体層から構成される。例えば、賦活剤としてタリウム（Ｔｌ）を添加したヨウ化セシウム（ＣｓＩ）を蛍光体材料として真空蒸着することにより、基板１２２上に柱状結晶構造の蛍光体層を形成することができる。ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）の他には、臭化セシウム（ＣｓＢｒ）等を用いることができる。賦活材としては、タリウム（Ｔｌ）の他に、ユーロピウム、インジウム、リチウム、カリウム、ルビジウム、ナトリウム、銅、セリウム、亜鉛、チタン、ガドリニウム、テルビウム等を用いることができる。

クッション層１５は、シンチレータパネル１２を適度な圧力で受光素子１３に圧接させるためのものある。Ｘ線の吸収が少ない、かつ緩衝作用を有する素材なら如何なるものも使用できる。例えば、市販されている、シリコン系、ウレタン系の発泡材、ラテックススポンジ、ポリエチレンスポンジ、ゴム系スポンジ、空気圧を利用したエアーバック等を挙げることができる。特にシリコン系又はウレタン系の発泡材がシンチレータパネル１２を適度な圧力で受光素子１３に圧接できるので好ましい。

保護フィルム１２４は、蛍光体層１２１を防湿し蛍光体層１２１の劣化を抑制するためのもので、透湿度の低い樹脂やフィルムから構成される。例えば、ＣＶＤ法（気相化学成長法）によりシンチレータ１２の隙間及び表面にポリパラキシリレン膜１２４を成膜する。またフイルムとしてはポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）を用いることができる。ＰＥＴの他には、ポリエステルフィルム、ポリメタクリレートフィルム、ニトロセルロースフィルム、セルロースアセテートフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム等を用いることができる。

図２はフィルムを保護層とした場合の構成図である。第１保護フィルム１２４１及び第２保護フィルム１２４２の互いに対向する面には、互いを融着して封止するための融着層が形成されている。例えば、キャスティングポリプロピレン（ＣＰＰ）の層が形成されている。基板１２２及び蛍光体層１２１を第１保護フィルム１２４１と第２保護フィルム１２４２とで挟み、減圧雰囲気中で第１保護フィルム１２４と第２保護フィルム１２５とが接触する端部を融着することにより封止することができる。

受光素子１３は、２次元状に配置された複数の受光画素から構成されている。例えば、フォトダイオード＋薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）により構成することができる。フォトダイオードにより光電変換した信号電荷をＴＦＴを用いて読み出す。受光素子１３としては他に、ＣＭＯＳ、ＣＣＤ等を用いることができる。

保護カバー１４は、シンチレータパネル１２を外部の衝撃等から保護するとともに、クッション層１５を圧縮してシンチレータパネル１２を適度な圧力で受光素子１３に圧接する役割も果たしている。保護カバー１４としては、放射線透過性が高く、放射線の散乱が低く、更に物理的に或る程度の衝撃に耐えることのできる素材が好ましい。具体的にはカーボン板、アルミ板、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等を挙げることができる。本発明の保護カバー１４としては、特にカーボン板又はアルミ板が好ましい。

尚、クッション層１５を設けないこと可能であるが、クッション層１５が存在しないと、シンチレータパネル１２を受光素子１３に適度な圧力で圧接することができなくなる。このため、シンチレータパネル１２と受光素子１３との密着性が悪くなり、鮮鋭性が低下することになる。

本発明に関する蛍光体層１２１としては、Ｃｓをベースとして結晶が形成されたものであり、ＣｓＩが好適である。蛍光体層１２１には賦活剤を添加することが好ましい。この賦活剤は、ベースとなるＣｓＩに対し、０．０１ｍｏｌ％以上含んでいればよい。ここで、ＣｓＩに対し、添加剤が０．０１ｍｏｌ％未満であると、ＣｓＩ単独使用で得られる発光輝度と大差なく、目的とする発光輝度を得ることができない。なお、前述のように規定された賦活剤の含有割合は、蛍光体層１２１を形成する際の材料における割合を指している。本発明においては、蛍光体層１２１は、蒸着により形成されるため、蛍光体層１２１を形成する際の材料とは、蒸着する際の供給源（蒸着源）となる原材料を指している。

以下、基板１２２上に蛍光体層１２１を形成させる方法について説明する。

蛍光体層１２１は、蒸着法により形成される。

蒸着法は基板１２２を概知の蒸着装置内に設置するとともに、蒸着源に前述のように規定された賦活剤を含む蛍光体層の原材料と金又は金化合物をそれぞれ別のボートに充填したのち、装置内を排気すると同時に窒素等の不活性なガスを導入口から導入して１．３３Ｐａ〜１．３３×１０^−３Ｐａ程度の真空とし、次いで、賦活剤を含む蛍光体が充填されたボートを抵抗加熱法などの方法で加熱蒸発させて基板１２２表面に蛍光体を所望の厚みに堆積させ、基板１２２上に蛍光体層１２１が形成される。なお、この蒸着工程を複数回に分けて行い、蛍光体層１２１を形成することも可能である。

例えば、同一構成の蒸着源を複数用意し、一つの蒸着源による蒸着が終了したら、次の蒸着源による蒸着を開始し、所望の厚さの蛍光体層１２１になるまで、これを繰り返し行う。なお、蒸着時は、必要に応じて基板１２２を冷却或いは加熱してもよい。また、蒸着終了後、基板１２２ごと蛍光体層１２１を加熱処理してもよい。

ここで、図３を参照して、蒸着法を行う際に使用する蒸着装置の一例として、蒸着装置６１について説明する。

蒸着装置６１には、真空ポンプ６６と、真空ポンプ６６の作動により内部が真空となる真空容器６２とが備えられている。真空容器６２の内部には、蒸着源として抵抗加熱ルツボ６３が備えられており、この抵抗加熱ルツボ６３の上方には回転機構６５により回転可能に構成された基板１２２が基板ホルダ６４を介して設置されている。また、抵抗加熱ルツボ６３と、基板１２２との間には、必要に応じて抵抗加熱ルツボ６３から蒸発する蛍光体の蒸気流を調節するためのスリットが設けられている。なお、基板１２２は、蒸着装置６１を使用する際に基板ホルダ６４に設置して使用するようになっている。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の実施態様はこれに限定されるものではない。

実施例１
（放射線透過性基板の作製）
下記の放射線透過性基板（以下単に基板ともいう）１〜４（表１、２の基板種類欄にも記載）を用意し、１、２、４に関しては蒸着面側にアルミをスパッタして反射層を形成した。基板のサイズはそれぞれ、１３ｃｍ×１３ｃｍ、２５ｃｍ×２０ｃｍ、４０ｃｍ×３０ｃｍの３種類とした。

１：厚さ１２５μｍのポリイミドフィルム
２：厚さ５００μｍアモルファスカーボン板
３：厚さ５００μｍアルミ板
４：厚さ１０００μｍアモルファスカーボン板
（下引層の作製）
バイロン２０ＳＳ（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 ３００質量部
シクロヘキサノン １５０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１〜４の蒸着面側に乾燥膜厚が１．０μｍになるようにスピンコーターで塗布したのち１００℃で８時間乾燥することで下引き層を作製した。

（シンチレータ層の形成）
基板の下引き層側にシンチレータ蛍光体（ＣｓＩ：０．０３Ｔｌｍｏｌ％）を、図３に示した蒸着装置を使用して蒸着させ基板の全面に蛍光体層を形成した。

すなわち、まず、上記蛍光体原料を蒸着材料として抵抗加熱ルツボに充填し、また回転する支持体ホルダに基板を設置し、基板と蒸発源との間隔を４００ｍｍに調節した。

続いて蒸着装置内を一旦排気し、Ａｒガスを導入して０．５Ｐａに真空度を調整した後、１０ｒｐｍの速度で基板を回転しながら基板の温度を２００℃に保持した。次いで、抵抗加熱ルツボを加熱して蛍光体を蒸着し蛍光体層の膜厚が表１及び表２に示した値になったところで蒸着を終了させ基板上に蛍光体層を形成した。

（保護層の形成）
蛍光体層が形成された基板をＣＶＤ装置の蒸着室に入れ、ポリパラキシリレンの原料が昇華した蒸気中に露出させておくことにより、蛍光体層が形成された基板の全面表面を２０μｍの厚さのポリパラキシリレン膜で被服することでシンチレータパネルを得た。

（評価）
得られたシンチレータパネルを、ＰａｘＳｃａｎ（Ｖａｒｉａｎ社製ＦＰＤ：１３１３、２５２０、４０３０）にセットし、ＦＰＤの放射線入射面を上向きにした場合の鮮鋭性と放射線入射面を下向きにした場合のシンチレータパネル中央部の鮮鋭性を、以下に示す方法で評価した。結果を表１及び表２に示す。

尚、平面受光素子面とシンチレータパネルの圧接の圧力は、放射線入射窓のカーボン板とシンチレータパネルの放射線入射側（蛍光体のない側）にウレタン性の発泡シートを配置し、この発泡シートの厚みを変化させることで調節した。

〈鮮鋭性の評価方法〉
鉛製のＭＴＦチャートを通して管電圧８０ｋＶｐのＸ線をＦＰＤの放射線入射面側に照射し、画像データを検出しハードディスクに記録した。その後、ハードディスク上の記録をコンピュータで分析して当該ハードディスクに記録されたＸ線像の変調伝達関数ＭＴＦ（空間周波数１サイクル／ｍｍにおけるＭＴＦ値）を鮮鋭性の指標とした。表中、ＭＴＦ値が高いほど鮮鋭性に優れていることを示す。ＭＴＦはＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎの略号を示す。

上記評価結果を表１に示す。

表１及び表２に示した結果から明らかなように、本発明に係る実施例は比較例に比べ鮮鋭性が優れていることが分かる。

１ 放射線画像検出器
１１ 筐体
１２ シンチレータパネル
１３ 平面受光素子
１４ 保護カバー
１５ クッション層
１２１ 蛍光体層
１２２ 基板
１２４ 保護フィルム
１２４１ 第１保護フィルム
１２４２ 第２保護フィルム
６１ 蒸着装置
６２ 真空容器
６３ ボート（被充填部材）
６４ ホルダ
６５ 回転機構
６６ 真空ポンプ

Claims (4)

1. 放射線透過性基板と気相法により柱状に形成されたＣｓＩ蛍光体層を有するシンチレータパネルと、
   該放射線透過性基板を介して蛍光体層と反対側であって該シンチレータパネルの放射線入射側に配置された保護カバーと、
   該シンチレータパネルを介して該保護カバーと反対側に設けられシンチレータパネルからの光を光電変換する２次元状に複数の受光画素が配置された平面受光素子と、
   を備える放射線画像検出器において、
   該放射線透過性基板は厚みが５０〜５００μｍであり、ポリイミドフィルム、セルロースアセテートフィルム、ポリエステルフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリアミドフィルム、トリアセテートフィルム、ポリカーボネートフィルムから選ばれる可撓性を有する樹脂フィルムであり、かつ、該放射線透過性基板の面積Ｓ（ｃｍ²）に対し、該シンチレータパネルの質量Ｗ（ｇ）が下記式（１）の関係を満たしており、
   さらに前記保護カバーのシンチレータパネル側の面から前記シンチレータパネルまでの間に配置されたクッション部材又は空気圧を利用した緩衝機構により、シンチレータパネルが平面受光素子に１ｋＰａ以上、２０ｋＰａ以下の圧力で圧接されていることを特徴とする放射線画像検出器。
   式（１） Ｗ（ｇ）＜０．３１（ｇ／ｃｍ²）×Ｓ（ｃｍ²）
2. 前記蛍光体層の膜厚が４００〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像検出器。
3. 前記クッション部材が、シリコン系又ウレタン系の発泡材からなることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線画像検出器。
4. 前記保護カバーは、アルミニウム又カーボンを含む材料からなることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の放射線画像検出器。

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