WO2012165155A1

WO2012165155A1 - 放射線画像撮影装置

Info

Publication number: WO2012165155A1
Application number: PCT/JP2012/062623
Authority: WO
Inventors: 俊孝阿賀野; 美広岡田; 中津川　晴康
Original assignee: 富士フイルム株式会社
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2012-12-06
Also published as: JP2012247401A

Abstract

　放射線画像撮影装置（７）は、Ｘ線が照射される天板（１３）の内側に、低エネルギ吸収部材（２０）、センサパネル（２５）、シンチレータ（２６）がこの順番に配置されている。センサパネル（２５）は、単結晶Ｓｉからなる基板に信号出力回路（４１）が形成された複数枚のＣＭＯＳセンサ（３３）で構成されている。低エネルギ吸収部材（２０）は、天板（１３）を透過したＸ線から、信号出力回路（４１）の特性劣化の原因となる低エネルギ成分を吸収する。また、低エネルギ吸収部材（２０）は、中央部に凹部（２０ａ）を有する。凹部（２０ａ）には、緩衝材（２０ｂ）が取り付けられている。

Description

放射線画像撮影装置

　本発明は、放射線画像を撮影する放射線画像撮影装置に関する。

　医療分野において、画像診断を行うために、放射線（例えば、Ｘ線）を利用して被写体（患者の撮影部位）を撮影する放射線画像撮影システムが知られている。放射線画像撮影システムは、放射線を照射する放射線発生装置と、撮影部位の放射線画像を撮影する放射線画像撮影装置とを有する。放射線画像撮影装置には、立位撮影台や臥位撮影台に組み込まれた据え置き型のものや、持ち運び可能な可搬型のもの（いわゆる電子カセッテ）がある。可搬型の放射線画像撮影装置は、病室等でベッドに寝ている患者の下に挿入して撮影することができる。

　放射線画像撮影装置には、放射線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する画素がマトリクス状に配列された検出面を有するＦＰＤ（flat panel detector）を利用したものが実用化されている。ＦＰＤでは、検出面において画素毎に信号電荷を蓄積することで、放射線画像を検出し、これをデジタルの画像データとして出力する。

　ＦＰＤには、アモルファスセレン（ａ－Ｓｅ）等からなる変換層で放射線を直接信号電荷に変換する直接変換型ＦＰＤと、放射線を一旦可視光に変換し、可視光を信号電荷に変換する間接変換型ＦＰＤが知られている。間接型ＦＰＤは、放射線を可視光に変換するシンチレータと、このシンチレータに対向して配置された検出パネルと、電気制御回路とで構成されている。検出パネルは、ガラス基板などの絶縁基板上に、光電変換により信号電荷を発生する光電変換部を画素ごとに形成した検出面を有しており、シンチレータからの可視光を信号電荷に変換して蓄積する。

　検出パネルとしては、ガラス基板上にＴＦＴ（thin-film transistor）と光電変換部とをマトリクス状に配列したＴＦＴパネルや、ＣＭＯＳ型イメージセンサ（以下、ＣＭＯＳセンサという）が用いられる。ＴＦＴは、アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）等の非晶質半導体により形成されている。ＣＭＯＳセンサは、シリコン（Ｓｉ）の単結晶半導体基板に、半導体プロセスにより光電変換部とＭＯＳトランジスタとがマトリクス状に形成されている。

　ＣＭＯＳセンサのＭＯＳトランジスタは、単結晶半導体により形成されているため、非晶質半導体で形成されたＴＦＴパネルに比べて、キャリア移動度が３～４桁以上高く、信号電荷の高速読み出しが可能である。また、ＣＭＯＳセンサは、光電変換部やＭＯＳトランジスタの製造時の特性（例えば、ＭＯＳトランジスタの閾値電圧等）のばらつきが小さいため、高Ｓ／Ｎの画像を得ることが可能である。このように、ＣＭＯＳセンサは、動画撮影や高画質撮影に適している。

　ＣＭＯＳセンサは、現在では１２インチウエハを用いて、四角形の一辺が約２００ｍｍのサイズを有するものが製造可能である。このため、例えば、医療用として一般的な一辺が１７インチのＦＰＤは、４枚のＣＭＯＳセンサを用いて構成することができる。

　一般的に、単結晶半導体基板は脆く割れやすいため、可搬型の放射線画像撮影装置にＣＭＯＳセンサを有するＦＰＤを用いる場合には、患者の下に放射線画像撮影装置をセットした場合の破損を防止するための保護構造が必要となり、放射線画像撮影装置が大型化してしまう。

　また、単結晶半導体基板では、放射線照射により、ＭＯＳトランジスタの閾値電圧の変化や、暗電流の増加等の特性劣化が発生することが知られている。これは、単結晶半導体基板を用いたＭＯＳ構造では、放射線の吸収によって単結晶半導体基板と酸化膜との界面に電荷（以下、界面電荷という）が生じて蓄積されるためである。放射線照射による単結晶半導体の特性劣化は、被写体のサイズがＦＰＤの検出面よりも小さい場合には、被写体を通過しない放射線が入射する領域（素抜け領域）で界面電荷が大きくなるため、特に問題となる。

　特開２００５－２４９６３９号公報には、被写体と放射線画像撮影装置との間に、被写体によって散乱されたＸ線を吸収する散乱Ｘ線吸収グリッドを配置し、この散乱Ｘ線吸収グリッドの外周に、素抜け領域に照射されたＸ線を吸収する吸収部を設けたものが開示されている。また、特開２０１０－０７５５５３号公報には、放射線発生装置に、素抜け領域に照射されるＸ線の吸収量を増加させたフィルタを配置することが開示されている。しかし、特開２００５－２４９６３９号公報に記載の吸収部と、特開２０１０－０７５５５３号公報に記載のフィルタとは、いずれも撮影に必要なＸ線成分を吸収してしまい、放射線画像の画質劣化をもたらす。また、特開２００５－２４９６３９号公報と特開２０１０－０７５５５３号公報とには、いずれもＣＭＯＳセンサの特性劣化の防止や、破損防止については記載がない。

　本発明は、放射線によるセンサパネルの特性劣化を抑制するととともに、被写体からの荷重や衝撃によるセンサパネルの破損を防止する放射線画像撮影装置を提供することを目的とする。

　本発明の放射線画像撮影装置は、シンチレータ、センサパネル、筐体、低エネルギ吸収部材を備えている。シンチレータは、放射線を光に変換する。センサパネルは、シンチレータで変換された光を電荷に変換して蓄積する光電変換層と、蓄積された電荷に応じた信号を画素単位で出力する複数の信号出力回路とで構成されている。信号出力回路は、単結晶半導体基板に形成されている。筐体は、シンチレータ及びセンサパネルを収容する箱状の筐体本体と、筐体本体の開口部を封止するとともに、放射線が照射される天板とを有する。低エネルギ吸収部材は、天板とセンサパネルとの間に配置され、天板を透過した放射線の低エネルギ成分を吸収する。

　放射線の入射方向に沿って、天板、低エネルギ吸収部材、センサパネル、シンチレータの順に配置されていることが好ましい。

　低エネルギ吸収部材は、中央部よりも周縁部のほうが低エネルギ成分の吸収量が大きいことが好ましい。この場合、低エネルギ吸収部材は、中央部と周縁部とで厚みが異なることが好ましい。具体的には、低エネルギ吸収部材は、中央部に凹部を有する。さらに、この凹部に収容された緩衝材を備えている。凹部は、中央部から周縁部に向かって深さが段階的に浅くなる形状であってもよい。または、凹部は、中央部から周縁部に向かって深さが連続的に浅くなる形状であってもよい。さらに、低エネルギ吸収部材は、周縁部に、放射線の低エネルギ成分を吸収する放射線吸収層を有するものであってもよい。

　低エネルギ吸収部材の低エネルギ成分の吸収量の領域差に応じて、センサパネルにより生成される画像データを補正する画像補正部を備えることが好ましい。

　センサパネルは、ＣＭＯＳ型イメージセンサにより構成されていることが好ましい。また、センサパネルは、複数のＣＭＯＳ型イメージセンサを、全体形状が矩形状となるように配列したものであることが好ましい。さらに、ＣＭＯＳ型イメージセンサは、光電変換層、単結晶半導体基板、絶縁層、第１電極、第２電極を有することが好ましい。絶縁層は、単結晶半導体基板の表面上に形成されている。第１電極は、絶縁層の表面上に画素単位で個別に形成されている。光電変換層は、第１電極の表面上に各画素に共通に設けられている。第２電極は、光電変換層の表面上に各画素に共通に設けられている。

　低エネルギ吸収部材は、センサパネルよりもサイズが大きいことが好ましい。低エネルギ吸収部材は、天板に貼り合わされていることが好ましい。放射線の低エネルギ成分は、放射線のエネルギ分布の１／２以下のエネルギ成分であることが好ましい。

　低エネルギ吸収部材は、アルミニウムまたはガラスにより形成されていることが好ましい。シンチレータは、柱状結晶構造であることが好ましい。特に、シンチレータは、ＣｓＩ：ＴｌまたはＣｓＩ：Ｎａにより形成されていることが好ましい。また、シンチレータは、支持基板に蒸着されたものであり、支持基板は、シンチレータに対してセンサパネルとは反対側に配置されていることが好ましい。

　本発明の放射線画像撮影装置によれば、低エネルギ吸収部材により、センサパネルに照射される放射線から低エネルギ成分を吸収するので、単結晶半導体基板に設けられた信号出力回路の特性劣化を抑制することができる。また、低エネルギ吸収部材により単結晶半導体基板を保護し、破損を防止することができる。

　また、低エネルギ吸収部材は、中央部の低エネルギ成分の吸収量が周縁部の吸収量よりも小さいので、放射線画像の画質を劣化させずに、周縁部の信号出力回路の特性劣化を抑制することができる。

放射線画像撮影システムの構成図である。放射線画像撮影装置を一部破断して示す斜視図である。放射線画像撮影装置の断面図である。センサパネルの構成を示す平面図である。ＦＰＤの構成を示す断面図である。光電変換層の感度域及びシンチレータの発光領域を示すグラフである。画素の構成を示す回路図である。天板上に被写体が載置された状態を示す斜視図である。放射線画像撮影装置の電気的構成を示すブロック図である。コンソール及び放射線発生装置の電気的構成を示すブロック図である。低エネルギ吸収部材の第１の変形例を示す断面図である。低エネルギ吸収部材の第２の変形例を示す断面図である。低エネルギ吸収部材の第３の変形例を示す断面図である。

　図１において、放射線画像撮影システム５は、被写体（患者）Ｈの撮影部位に放射線としてＸ線を照射する放射線発生装置６と、被写体Ｈの放射線画像を撮影する放射線画像撮影装置７と、放射線発生装置６と放射線画像撮影装置７とを制御するコンソール８とを備える。

　放射線発生装置６は、放射線源６ａと、線源フィルタ６ｂとを有する。放射線源６ａは、Ｘ線を放射するＸ線管６ｃと、Ｘ線管６ｃが放射するＸ線の照射野を限定する照射野限定器（コリメータ）６ｄとを有している。

　Ｘ線管６ｃは、熱電子を放出するフィラメントからなる陰極と、陰極から放出された熱電子が衝突してＸ線を放射する陽極（ターゲット）とを有している。照射野限定器６ｄは、例えば、Ｘ線を遮蔽する複数枚の鉛板を四角形の各辺に配置し、Ｘ線を透過させる照射開口を中央に形成したものであり、鉛板の位置を移動することで照射開口の大きさを変化させて、照射野を限定する。

　線源フィルタ６ｂは、放射線源６ａから放射されたＸ線から、撮影部位を透過する際に散乱して放射線画像を劣化させる原因となる低エネルギ成分を除去する。線源フィルタ６ｂには、Ｘ線の低エネルギ成分のみを吸収する性質を有する材料が用いられる。このような材料としては、例えばアルミニウムが好適である。線源フィルタ６ｂを透過したＸ線の高エネルギ成分が被写体Ｈの撮影に用いられる。

　Ｘ線管６ｃから放射されるＸ線のエネルギ分布は、例えば、Ｘ線管６ｃの管電圧が７０ｋＶであり、Ｘ線管６ｃから放射されるＸ線の最大エネルギが７０ＫｅＶ程度であるときには、おおよそ１５～７０ＫｅＶである。本実施形態では、このＸ線のエネルギ分布の約１／２以下（１５～４０ＫｅＶ）を低エネルギ成分とし、１／２以上（４０～７０ＫｅＶ）を高エネルギ成分とする。線源フィルタ６ｂは、１５～４０ＫｅＶの低エネルギ成分を吸収する。

　図２において、放射線画像撮影装置７は、ＦＰＤ１９と、低エネルギ吸収部材２０と、電気回路部２３と、これらを収容する可搬型の筐体１２とで構成されている。筐体１２は、天板１３と、扁平な箱形状の筐体本体１４とを有する。天板１３は、筐体本体１４の上部の開口部１４ａを封止している。天板１３の上面は、放射線発生装置６から射出されたＸ線が照射される照射面１１である。このため、天板１３は、Ｘ線の透過性が高いカーボン等で形成されている。カーボンは高強度であるため、被写体Ｈの体重がかかる天板１３の材料として好適である。筐体本体１４はＡＢＳ樹脂等で形成されている。

　筐体１２は、放射線画像を感光材料に記録する従来の放射線フィルムカセッテと同じサイズ（例えば、１７インチ角）である。放射線画像撮影装置７は、放射線フィルムカセッテと同様に可搬性を有し、放射線フィルムカセッテに代えて用いることが可能である。

　放射線画像撮影装置７の天板１３には、複数個のＬＥＤにより構成された表示部１６が設けられている。表示部１６には、放射線画像撮影装置７の動作モード（例えば「レディ状態」や「データ送信中」等）やバッテリ５４の残容量等の動作状態が表示される。なお、表示部１６を、ＬＥＤ以外の発光素子や、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等で構成してもよい。また、表示部１６を、筐体本体１４に設けてもよい。

　放射線画像撮影装置７の筐体１２内には、天板１３側から順に低エネルギ吸収部材２０とＦＰＤ１９とが積層されている。低エネルギ吸収部材２０は、天板１３に対面しており、天板１３を透過したＸ線の低エネルギ成分を吸収するとともに、天板１３に加えられる荷重や衝撃等からＦＰＤ１９を保護する。

　電気回路部２３は、信号処理部５０、画像メモリ５１、制御部５２、無線通信部５３、バッテリ５４等（いずれも図９参照）を収容している。電気回路部２３は、筐体１２の内部の短手方向に沿った一端側に配置されている。ＦＰＤ１９は、バッテリ５４から供給される電力によって作動する。電気回路部２３の天板１３側には、電気回路部２３がＸ線により損傷することを防止するため、鉛板等の放射線遮蔽部材（図示せず）が設けられている。

　図３において、低エネルギ吸収部材２０は、天板１３の内面のほぼ全面にわたって、接着剤（図示せず）で貼り合わされている。ＦＰＤ１９は、低エネルギ吸収部材２０の下面に接着剤（図示せず）で貼り合わされている。このように、天板１３に低エネルギ吸収部材２０及びＦＰＤ１９を順に貼り合わせることにより、放射線画像撮影装置７が薄型化され、かつ低エネルギ吸収部材２０によりＦＰＤ１９が補強される。なお、低エネルギ吸収部材２０は、ＦＰＤ１９が完全に貼り合わせられるように、ＦＰＤ１９のサイズ以上の大きさであることが好ましい。

　ＦＰＤ１９は、センサパネル２５とシンチレータ２６とを有し、天板１３側から、センサパネル２５とシンチレータ２６とが順に積層されている。シンチレータ２６の下面には、シンチレータ２を支持する支持基板２７が設けられている。ＦＰＤ１９の外周には、シンチレータ２６を湿気等から保護するために封止剤２８が設けられている。筐体１２内の底面には、ＦＰＤ１９の駆動回路基板２９が配置されている。駆動回路基板２９とセンサパネル２５とは、フレキシブルケーブル３０を介して電気的に接続されている。

　シンチレータ２６は、被写体Ｈを透過して筐体１２の照射面１１に照射され、天板１３、低エネルギ吸収部材２０、センサパネル２５を透過して入射したＸ線を吸収して可視光を発生する。シンチレータ２６としては、ＣｓＩ：Ｔｌ（タリウムを添加したヨウ化セシウム）や、ＣｓＩ：Ｎａ（ナトリウムを添加したヨウ化セシウム）、ＧＯＳ（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ）等が用いられる。本実施形態では、シンチレータ２６として、ＣｓＩ：Ｔｌを用いる。シンチレータ２６は、ＣｓＩ：Ｔｌを支持基板２７に蒸着することにより形成される。このシンチレータ２６は、柱状結晶構造であり、支持基板２７からセンサパネル２５に向かう方向に沿って、複数の柱状結晶（図示せず）を有している。柱状結晶は、その平径が柱状結晶の長手方向に沿ってほぼ均一である。

　シンチレータ２６で発生した光は、柱状結晶のライトガイド効果によって柱状結晶内を伝搬し、柱状結晶の先端部からセンサパネル２５に向かって射出される。このように、シンチレータ２６を柱状結晶構造とすることにより、シンチレータ２６からセンサパネル２５側へ射出される可視光の拡散が抑制されるので、放射線画像撮影装置７によって撮影される放射線画像の鮮鋭度が向上する。

　支持基板２７のシンチレータ２６側の表面には、反射層（図示せず）が設けられている。シンチレータ２６で発光し、支持基板２７側に伝搬した可視光は、反射層によりシンチレータ２６を再度経由してセンサパネル２５側へ反射されるので、センサパネル２５への入射光量（シンチレータ２６で発光した光の検出効率）が向上する。

　Ｘ線入射によるシンチレータ２６での発光は、主にシンチレータ２６の表面側（Ｘ線入射側）で生じるため、本実施形態のように、シンチレータ２６のＸ線入射側にセンサパネル２５を配置した場合には、シンチレータ２６での発光位置とセンサパネル２５との距離が近いため、光検出の分解能及び受光量が高い。このように、シンチレータ２６のＸ線入射側にセンサパネル２５を配置する構成は、ＩＳＳ（Irradiation Side Sampling）方式と称される。逆に、シンチレータのＸ線入射側とは反対側にセンサパネルを配置する構成は、ＰＳＳ（Penetration Side Sampling）方式と称される。ＩＳＳ方式では、ＰＳＳ方式より放射線画像の鮮鋭度及び感度が向上する。

　図４において、センサパネル２５は、４枚のＣＭＯＳ型イメージセンサ（以下、ＣＭＯＳセンサという）３３により構成されている。各ＣＭＯＳセンサ３３は、マトリクス状に配置された複数の画素３３ａ（図７参照）を有する。各ＣＭＯＳセンサ３３は、一辺の長さが２００ｍｍ程度の矩形状である。４枚のＣＭＯＳセンサ３３は、上下左右に互いに隣接するように並べられ、およそ一辺が１７インチの四角形を形成する。

　ＣＭＯＳセンサ３３は、米国公開２００９／０２２４１６２号公報に開示されたものと同様の構成である。具体的には、図５に示すように、ＣＭＯＳセンサ３３は、単結晶半導体基板３４と、絶縁層３５と、第１電極３６と、光電変換層３７と、第２電極３８とにより構成されている。

　単結晶半導体基板３４は、単結晶Ｓｉで作られている。絶縁層３５は、単結晶半導体基板３４の表面上に酸化シリコン等で形成されている。第１電極３６は、絶縁層３５の表面上に、画素３３ａ毎に個別に形成されている。光電変換層３７は、各第１電極３６の表面上に、各画素３３ａに共通に設けられている。第２電極３８は、光電変換層３７の表面上に、各画素３３ａに共通に設けられている。第２電極３８の表面上には、前述のシンチレータ２６が接着剤（図示せず）により貼り合わされている。

　第２電極３８は、シンチレータ２６で発生した可視光を光電変換層３７に入射させるように、可視光に対して透明な導電性材料（例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ））で形成されている。なお、本実施形態では、第２電極３８を各画素３３ａに共通に設けているが、画素３３ａ毎に個別に設けてもよい。

　光電変換層３７は、シンチレータ２６との組み合わせにより、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を発生する。光電変換層３７は、シンチレータ２６により発生された可視光を吸収して、その光量に応じた信号電荷を発生するものであり、有機又は無機の光電変換材料で形成されている。無機の光電変換材料としては、例えば、アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）がある。有機の光電変換材料としては、例えば、キナクリドンがある。

　図６に示すように、キナクリドンからなる有機光電変換材料（ＯＰＣ）の感度は、ＣｓＩ：Ｎａや、単結晶Ｓｉ（ｃ－Ｓｉ）よりも、ＣｓＩ：Ｔｌが発生する可視光の波長域に近い。このため、シンチレータ２６としてＣｓＩ：Ｔｌを用いた本実施形態では、光電変換層３７をキナクリドンで形成することが好ましく、高い検出効率を得ることができる。なお、画質の向上や、動画撮影の向上を図るには、光電変換層３７の材料としてキャリア移動度が高く、かつ製造ばらつきの少ない有機光電変換材料を用いることが好ましい。

　単結晶半導体基板３４には、画素３３ａ毎に信号出力回路４１が設けられている。信号出力回路４１は、ＣＭＯＳ回路により形成されている。信号出力回路４１と第１電極３６との間は、コンタクト配線４２によって電気的に接続されている。第２電極３８には、バイアス電圧が印加されており（図７参照）、光電変換層３７により発生された信号電荷を各画素３３ａの第１電極３６により収集する。信号出力回路４１は、第１電極３６により収集された信号電荷を、その信号電荷量に応じた電圧信号に変換して出力する。

　図７において、信号出力回路４１は、出力トランジスタＴ１、行選択トランジスタＴ２、リセットトランジスタＴ３、行選択線Ｌ１、信号出力線Ｌ２、リセット線Ｌ３により構成されている。出力トランジスタＴ１、行選択トランジスタＴ２、リセットトランジスタＴ３は、それぞれＭＯＳトランジスタである。行選択線Ｌ１、信号出力線Ｌ２、リセット線Ｌ３は、前述の絶縁層３５内にアルミニウム等の金属で形成されている。

　出力トランジスタＴ１は、第１電極３６に接続されており、第１電極３６により収集された信号電荷に応じた電圧がゲートに印加される。行選択トランジスタＴ２は、行選択線Ｌ１に印加される選択信号よりオンとなり、出力トランジスタＴ１のゲート電圧に応じて制御された電圧信号が信号出力線Ｌ２に印加される。リセットトランジスタＴ３は、リセット線Ｌ３に印加される選択信号よりオンとなり、第１電極３６により収集された信号電荷を電源配線Ｖｄｄに廃棄する。

　以上のように、ＣＭＯＳセンサ３３の単結晶半導体基板３４には、シリコンが用いられているため、各トランジスタＴ１～Ｔ３のキャリア移動度は、ａ－Ｓｉ等の非晶質半導体からなるＴＦＴに比べて、３～４桁以上高く、高速読み出しが可能である。また、単結晶半導体基板３４には、ＦＰＤ１９の制御部等の周辺回路を混載することも可能である。

　信号出力回路４１のうち、行選択線Ｌ１、信号出力線Ｌ２、リセット線Ｌ３は、アルミニウム等の金属で形成されているためＸ線による劣化は少ないが、出力トランジスタＴ１、行選択トランジスタＴ２、リセットトランジスタＴ３は、単結晶Ｓｉで形成されているため、Ｘ線により特性が劣化（閾値電圧の変化や暗電流の増加）する恐れがある。これは、単結晶Ｓｉを用いたＭＯＳ構造では、Ｘ線の吸収によって単結晶半導体基板３４と絶縁層３５との界面に電荷（以下、界面電荷という）が生じて蓄積されるためである。

　Ｘ線の高エネルギ成分は、ＣＭＯＳセンサ３３を透過するが、Ｘ線の低エネルギ成分は、ＣＭＯＳセンサ３３を透過するだけのエネルギが無く、ＣＭＯＳセンサ３３に吸収されてしまうため、各トランジスタＴ１～Ｔ３の界面電荷を増加させる可能性がある。そこで、天板１３の下に配置した低エネルギ吸収部材２０によって、ＭＯＳトランジスタの特性劣化に影響する低エネルギ成分を吸収している。

　低エネルギ吸収部材２０は、放射線撮影に寄与するＸ線の高エネルギ成分をあまり吸収せず、低エネルギ成分を多く吸収する性質を有する材料（例えば、アルミニウムやガラス）によって作成された板状体である。なお、低エネルギ吸収部材２０の部材は、上述した線源フィルタ６ｂと同じ材料、または、線源フィルタ６ｂと同じ材料を含む材料を用いるのが好ましい。線源フィルタ６ｂと低エネルギ吸収部材２０とに同じ材料を用いた場合には、双方のＸ線吸収特性が等しいため、線源フィルタ６ｂを透過したＸ線の高エネルギ成分を低エネルギ吸収部材２０で吸収することが防止され、放射線撮影に用いられるＸ線の損失が少なくなる。

　図８に示すように、撮影部位が手の場合には、手はＦＰＤ１９の撮影範囲よりも小さい。また、このような場合には、手はＦＰＤ１９の撮影範囲の中央に配置された状態で撮影されることがほとんどである。このため、手が置かれる中央部以外の周縁部は、撮影部位を介さずにＸ線が直接照射される素抜け領域となり、ＣＭＯＳセンサ３３において特性劣化が発生しやすい。したがって、ＦＰＤ１９に入射するＸ線は、放射線画像の画質に影響する中央部では低エネルギ吸収部材２０によるＸ線の吸収量が少なく、一方の素抜け領域にあたる周縁部では低エネルギ吸収部材２０によるＸ線の吸収量が多いことが好ましい。

　低エネルギ吸収部材２０は、図２及び図３に示すように、天板１３側の面の中央部に凹部２０ａを有し、中央部の厚みが周辺領域の厚みより薄い。このため、低エネルギ吸収部材２０は、周辺領域のＸ線の吸収量が中央部よりも多く、素抜け領域にあたる周辺領域でのＣＭＯＳセンサ３３の特性劣化が防止される。これにより、放射線画像の画質低下とＣＭＯＳセンサ３３の特性劣化とを同時に抑制することができる。

　上述したように、放射線撮影を行う際には、天板１３の上に被写体Ｈが乗るため、その荷重が加わる。ＣＭＯＳセンサ３３の単結晶半導体基板３４は、材質的に割れやすく、かつ厚みが数十μｍ程度と薄いため、天板１３に加わった被写体Ｈからの荷重による破損を防止する保護構造を有することが好ましい。特に、４枚のＣＭＯＳセンサ３３で構成されたセンサパネル２５では、センサパネル２５の中央部に衝撃や荷重が加わると、４枚全てのＣＭＯＳセンサ３３が破損することがあり、修理コストが非常に大きい。

　本実施形態では、天板１３とセンサパネル２５との間に配置した低エネルギ吸収部材２０によってセンサパネル２５を補強されるとともに、低エネルギ吸収部材２０の凹部２０ａ内に緩衝材２０ｂが収容されている。この緩衝材２０ｂにより、天板１３の中央部に加わった荷重や衝撃が吸収される。緩衝材２０ｂとしては、スポンジやゴム等が用いられる。

　図９において、放射線画像撮影装置７は、ＦＰＤ１９、信号処理部５０、画像メモリ５１、制御部５２、無線通信部５３、バッテリ５４等を備えている。信号処理部５０は、センサパネル２５の各画素３３ａから出力された電圧信号を増幅するアンプや、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器等を備えており、センサパネル２５から出力された電圧信号をデジタルの画像データに変換する。

　また、信号処理部５０は、低エネルギ吸収部材２０によるＸ線の低エネルギ成分の吸収分布に応じて放射線画像を補正する画像補正部５０ａを備えている。低エネルギ吸収部材２０は、中央部と周縁部とで厚みが異なり、Ｘ吸収量が異なるため、低エネルギ吸収部材２０を透過したＸ線に基づく放射線画像に影響（濃度差）が生じる。画像補正部５０ａは、低エネルギ吸収部材２０のＸ線吸収量に応じて画像データを補正することにより、低エネルギ吸収部材２０のＸ線吸収量の領域差による影響を取り除く。

　信号処理部５０には画像メモリ５１が接続されており、信号処理部５０の画像補正部５０ａから出力された画像データは画像メモリ５１に記憶される。画像メモリ５１は複数フレーム分の画像データを記憶可能な記憶容量を有している。放射線画像の撮影が行われる毎に、撮影によって得られた画像データが画像メモリ５１に順次記憶される。

　制御部５２は、ＣＰＵ５２ａ、ＲＡＭ５２ｂ、ＲＯＭ５２ｃを有し、放射線画像撮影装置７の全体の動作を制御する。ＲＡＭ５２ｂは、ＤＲＡＭ等からなる一時記憶メモリである。ＲＯＭ５２は、フラッシュメモリ等からなる不揮発性メモリである。

　無線通信部５３は、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics
Engineers）８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ等に代表される無線ＬＡＮ（Local Area Network）規格に対応しており、外部機器との間での各種情報の無線通信を可能とする。制御部５２は、無線通信部５３を介してコンソール８と無線通信を行い、コンソール８との間で各種情報の送受信を行う。

　バッテリ５４は、放射線画像撮影装置７内の各部に電力を供給する。バッテリ５４は、充電可能な二次電池であり、また、放射線画像撮影装置７から着脱可能である。なお、信号処理部５０、画像メモリ５１、制御部５２、無線通信部５３を、駆動回路基板２９内に設けることも可能である。これらはバスを介して互いに接続されている。

　図１０において、コンソール８は、ＣＰＵ５７、ＲＯＭ５８、ＲＡＭ５９、ＨＤＤ６０を有しており、これらはバス６７を介して互いに接続されている。ＣＰＵ５７は、コンソール８の各部を制御する。ＲＯＭ５８は、制御プログラムを含む各種プログラムを記憶している。ＲＡＭ５９は、各種データを一時的に記憶する。ＨＤＤ６０は、各種データを記憶する。

　また、バス６７には、通信Ｉ／Ｆ６１、無線通信部６２、ディスプレイドライバ６４、操作入力検出部６６が接続されている。ディスプレイドライバ６４には、ディスプレイ６３が接続されている。操作入力検出部６６には、操作パネル６５が接続されている。

　通信Ｉ／Ｆ６１は、接続端子６１ａ、通信ケーブル６９及び放射線発生装置６の接続端子７０ａを介して、放射線発生装置６の通信Ｉ／Ｆ７０と接続されている。コンソール８のＣＰＵ５７は、放射線発生装置６との間での曝射条件等の各種情報の送受信を通信Ｉ／Ｆ６１経由で行う。無線通信部６２は、放射線画像撮影装置７の無線通信部５３と無線通信を行う機能を備えている。コンソール８のＣＰＵ５７は、放射線画像撮影装置７との間で、画像データ等の各種情報の送受信を、無線通信部６２を介して行う。

　ディスプレイドライバ６４は、ディスプレイ６３への各種情報を表示させるための信号を生成して出力する。コンソール８のＣＰＵ５７は、操作メニューや撮影された放射線画像等を、ディスプレイドライバ６４を介してディスプレイ６３に表示させる。また、操作パネル６５は、複数のキーを有しており、各種の情報や操作指示を入力可能とする。操作入力検出部６６は、操作パネル６５に対してなされた操作を検出し、検出結果をＣＰＵ５７に送信する。

　放射線発生装置６は、放射線源６ａと、通信Ｉ／Ｆ７０と、線源制御部７２とで構成されている。通信Ｉ／Ｆ７０は、コンソール８との間で曝射条件等の各種情報の送受信を行う。線源制御部７２は、コンソール８から受信した曝射条件（管電圧、管電流の情報を含む）に基づいて放射線源６ａを制御する。

　次に、放射線画像撮影システム５の作用を説明する。まず、撮影者（例えば放射線技師等）は、被写体Ｈの撮影部位と撮影台との間に、照射面１１側を上方へ向けた放射線画像撮影装置７を挿入し、向きや位置等を調整する準備作業を行う。

　図８に示すように、天板１３の上に撮影部位が直接載置される場合には、天板１３には撮影部位を載置する際の衝撃や荷重が加わるが、この衝撃や荷重は、低エネルギ吸収部材２０及び緩衝材２０ｂによって吸収される。本実施形態の放射線画像撮影装置７は、ＩＳＳ方式であり、センサパネル２５がシンチレータ２６の天板１３側に配置されているため、センサパネル２５の破損が効果的に防止される。

　撮影者は、準備作業が完了すると、操作パネル６５を操作して撮影開始を指示する。これにより、コンソール８では、曝射開始を指示する指示信号を放射線発生装置６へ送信し、放射線発生装置６は放射線源６ａからＸ線を射出させる。放射線源６ａから射出されたＸ線は、線源フィルタ６ｂにより低エネルギ成分が吸収され、被写体Ｈの撮影部位を透過して放射線画像撮影装置７の照射面１１に照射される。そして、Ｘ線は、天板１３、低エネルギ吸収部材２０及びセンサパネル２５を透過して、シンチレータ２６に入射する。

　天板１３を透過したＸ線は、低エネルギ吸収部材２０により低エネルギ成分が吸収されるので、センサパネル２５がＸ線を吸収することによる各ＣＭＯＳセンサ３３の特性劣化が抑制される。特に、低エネルギ吸収部材２０は、中央部よりも周縁部の厚みが厚いため、周縁部（素抜け領域）にＸ線が直接照射されることによる特性劣化が効果的に抑制される。また、低エネルギ吸収部材２０は、中央部の厚みが周縁部よりも薄いため、撮影部位を透過したＸ線が必要以上に吸収されることがなく、放射線画像の画質を大きく劣化させることはない。

　シンチレータ２６に入射したＸ線は、シンチレータ２６のＸ線の入射面近傍、すなわちセンサパネル２５側で大部分が可視光に変換される。シンチレータ２６で発生した可視光のうち、センサパネル２５側に向かって伝搬する可視光は、センサパネル２５に入射する。また、シンチレータ２６で発生した可視光のうち、支持基板２７側に向かって伝搬した可視光は、支持基板２７上の反射層により反射された後、再びシンチレータ２６を通ってセンサパネル２５に向かい、センサパネル２５に入射する。シンチレータ２６で発光した可視光は、ＣｓＩ：Ｔｌからなる柱状結晶によってガイドされるので、画像ボケが抑制される。

　シンチレータ２６に入射した可視光は、第２電極３８を透過して光電変換層３７に入射し、光電変換層３７で信号電荷に変換される。Ｘ線の曝射終了後、光電変換層３７で発生した信号電荷は、第１電極３６により収集され、Ｘ線の曝射終了後、信号出力回路４１から電圧信号として取り出される。この電圧信号は、各画素３３ａから順次出力される。出力された電圧信号は、Ａ／Ｄ変換器及びマルチプレクサを有する信号処理部５０により画像データに変換される。

　画像データは、画像補正部５０ａにより、低エネルギ吸収部材２０のＸ線吸収量の領域差に応じて補正される。補正後の画像データは、画像メモリ５１に記憶される。ＣＰＵ５２ａは、画像メモリ５１に記憶された画像データを、無線通信部５３を介してコンソール８に送信する。コンソール８のＣＰＵ５７は、放射線画像撮影装置７から受信した画像データを、ＲＡＭ５９を介してＨＤＤ６０に記憶する。また、ＣＰＵ５７は、ディスプレイドライバ６４を介して、ＨＤＤ６０に記憶されている画像データに基づく放射線画像を、ディスプレイ６３に表示させる。

　上述したように、低エネルギ吸収部材２０により、センサパネル２５に入射するＸ線から低エネルギ成分が吸収されるので、ＣＭＯＳセンサ３３の特性劣化が抑制される。また、低エネルギ吸収部材２０の中央部と周縁部とでＸ線吸収量を異ならせているので、放射線画像の画質を劣化させることなく、素抜け領域におけるＣＭＯＳセンサ３３の特性劣化が抑制される。これらの効果は、センサパネル２５がシンチレータ２６の天板１３側に配置され、Ｘ線入射量の大きいＩＳＳ方式において、特に顕著な効果が得られる。

（その他の実施形態）
　上記実施形態では、低エネルギ吸収部材２０に、深さが一定の凹部２０ａを設けているが、凹部の形状は適宜変形してもよい。例えば、図１１に示すように、周縁部付近では、周縁部に近づくにしたがって深さが段階的に浅くなる形状の凹部２０ｄや、図１２に示すように、周縁部に近づくにしたがって深さが連続的に浅くなる形状の凹部２０ｅを用いてもよい。また、図１３に示すように、低エネルギ吸収部材２０の一方の面に、周縁部を被覆するようにＸ線吸収層２０ｆを設けてもよい。このＸ線吸収層２０ｆとしては、Ｘ線の低エネルギ成分の吸収に優れた金属層が好ましく、例えば原子番号が２０～３１程度の金属（例えば、銅）を含む金属層を用いればよい。

　また、上記実施形態では、低エネルギ吸収部材２０の凹部２０ａを天板１３側に設けているが、凹部２０ａをセンサパネル２５側に設けてもよい。更に、低エネルギ吸収部材２０のＸ線吸収による放射線画像の画質劣化が問題とならない場合には、凹部２０ａを設けず、平板状の低エネルギ吸収部材を用いてもよい。この場合、緩衝材は設けられないが、低エネルギ吸収部材だけでもセンサパネル２５を保護する効果がある。

　また、上記実施形態では、低エネルギ吸収部材２０により、Ｘ線の低エネルギ成分を吸収しているが、ＣＭＯＳセンサ３３の特性劣化がＸ線の高エネルギ成分によっても生じる場合には、Ｘ線の高エネルギ成分もＣＭＯＳセンサ３３に入射する前に吸収してもよい。

　また、ＣＭＯＳセンサにフレキシブル性を付与するように、ＣＭＯＳセンサを、プラスチックフイルム上に形成された有機薄膜トランジスタによって構成してもよい。有機薄膜トランジスタについては、「Tsuyoshi Sekitani、Flexible organic
transistors and circuits with extreme bending stability、Nature Materials 9、平成２２年１１月７日、p.1015-1022」において詳細に説明されているので、詳しい説明は省略する。

　また、ＣＭＯＳセンサにフレキシブル性を付与するには、フレキシブル性を有するプラスチック基板上に、単結晶Ｓｉによって形成されたフォトダイオード及びトランジスタを配置すればよい。プラスチック基板上へのフォトダイオード及びトランジスタの配置には、例えば、数十ミクロン程度の大きさのデバイスブロックを溶液中で散布し、基板上の必要な位置に配置する技術であるＦＡＳ（Fluidic Self-Assembly）法を用いることができる。なお、ＦＳＡ法については、「前澤宏一、「Fluidic Self-Assemblyのための共鳴トンネルデバイスブロック作製技術」、電子情報通信学会技術研究報告 ED,電子デバイス、社団法人電子情報通信学会、平成２０年６月６日、１０８巻、８７号、p.67-71」において詳細に説明されているので、詳しい説明は省略する。

　また、上記実施形態では、センサパネルをＣＭＯＳセンサで構成しているが、本発明は、単結晶半導体基板により形成されたＣＣＤイメージセンサでセンサパネルを構成した放射線画像撮影装置にも適用可能である。また、本発明は、ＩＳＳ方式に限られず、ＰＳＳ方式の放射線画像撮影装置にも適用可能である。

　また、上記実施形態では、ＦＰＤをカセッテサイズの筐体に組み込む例について説明したが、立位型、臥位型の撮影装置や、マンモグラフィ装置に組み込むことも可能である。また、本発明は、γ線など、Ｘ線以外の放射線を使用する放射線画像撮影装置にも適用可能である。上記実施形態で説明した本発明に係る放射線画像撮影装置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適宜変更可能であることは言うまでもない。

Claims

　放射線を光に変換するシンチレータと、
　前記シンチレータで変換された光を電荷に変換する光電変換層と、この光電変換層で画素単位で変換された電荷の電荷量に応じた信号を個別に出力する複数の信号出力回路とを有し、前記信号出力回路が単結晶半導体基板に形成されたセンサパネルと、
　前記シンチレータ及び前記センサパネルを収容する筐体であって、開口部が形成された箱状の筐体本体と、前記開口部を封止するとともに、前記放射線が照射される天板とを有する筐体と、
　前記天板と前記センサパネルとの間に配置され、前記天板を透過した放射線の低エネルギ成分を吸収する低エネルギ吸収部材と、
　を備えたことを特徴とする放射線画像撮影装置。
　前記放射線の入射方向に沿って、前記天板、前記低エネルギ吸収部材、前記センサパネル、前記シンチレータがこの順に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の放射線画像撮影装置。
　前記低エネルギ吸収部材は、中央部よりも周縁部のほうが前記低エネルギ成分の吸収量が大きいことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の放射線画像撮影装置。
　前記低エネルギ吸収部材は、前記中央部と前記周縁部とで厚みが異なることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の放射線画像撮影装置。
　前記低エネルギ吸収部材は、前記中央部に凹部を有することを特徴とする請求の範囲第４項に記載の放射線画像撮影装置。
　前記凹部に収容された緩衝材を備えることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の放射線画像撮影装置。
　前記凹部は、前記中央部から前記周縁部に向かって深さが段階的に浅くなる形状であることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の放射線画像撮影装置。
　前記凹部は、前記中央部から前記周縁部に向かって深さが連続的に浅くなる形状であることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の放射線画像撮影装置。
　前記低エネルギ吸収部材は、前記周縁部に、前記放射線の低エネルギ成分を吸収する放射線吸収層を有することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の放射線画像撮影装置。
　前記低エネルギ吸収部材の低エネルギ成分の吸収量に応じて、前記センサパネルにより生成される画像データを補正する画像補正部を備えることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の放射線画像撮影装置。
　前記センサパネルは、ＣＭＯＳ型イメージセンサにより構成されていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の放射線画像撮影装置。
　前記センサパネルは、複数のＣＭＯＳ型イメージセンサを、全体形状が矩形状となるように配列したものであることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の放射線画像撮影装置。
　前記ＣＭＯＳ型イメージセンサは、前記光電変換層、前記単結晶半導体基板、絶縁層、第１電極、第２電極を有し、
　前記絶縁層は、前記単結晶半導体基板の表面上に形成され、
　前記第１電極は、前記絶縁層の表面上に画素単位で個別に形成され、
　前記光電変換層は、前記第１電極の表面上に各画素に共通に設けられ、
　前記第２電極は、前記光電変換層の表面上に各画素に共通に設けられている
　ことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の放射線画像撮影装置。
　前記低エネルギ吸収部材は、前記センサパネルよりもサイズが大きいことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の放射線画像撮影装置。
　前記低エネルギ吸収部材は、前記天板に貼り合わされていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の放射線画像撮影装置。
　前記放射線の低エネルギ成分は、前記放射線のエネルギ分布の１／２以下のエネルギ成分であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の放射線画像撮影装置。
　前記低エネルギ吸収部材は、アルミニウムまたはガラスにより形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の放射線画像撮影装置。
　前記シンチレータは、柱状結晶構造であることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の放射線画像撮影装置。
　前記シンチレータは、ＣｓＩ：ＴｌまたはＣｓＩ：Ｎａにより形成されていることを特徴とする請求の範囲第１８項に記載の放射線画像撮影装置。
　前記シンチレータは、支持基板に蒸着されたものであり、前記支持基板は、前記シンチレータに対して前記センサパネルとは反対側に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の放射線画像撮影装置。