JP2006058168A - 放射線撮像素子および放射線撮像方法 - Google Patents

放射線撮像素子および放射線撮像方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 撮像エリアの面積を確保したまま、さらに装置全体を小型化・薄型化することを可能とした放射線撮像装置とこれを用いた放射線撮像方法を提供する。
【解決手段】 放射線入射により所定波長の光を発するシンチレータフィルム２は、イメージセンサ１と回路基板３とに挟まれてケース５内に収容されている。イメージセンサ１は、その受光部１１がシンチレータフィルム２に密接するとともに、その電極部１２はシンチレータフィルム２から外側に迫り出して露出して配置されており、電極部１２は、回路基板３の電極部３２にワイヤ６によって電気的に接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放射線画像を画像信号として取得する放射線撮像装置およびこの装置を用いた放射線撮像方法に関し、特に、口腔内に挿入して歯牙の放射線画像を取得するような用途に適した小型・薄型化を可能とした放射線撮像装置とこれを用いた放射線撮像方法に関する。
医療用のＸ線診断装置としてＸ線感光フィルムに代えてＣＣＤを用いた放射線イメージングシステムが普及してきている。このような放射線イメージングシステムにおいては、複数の画素を有する放射線撮像装置を用いて放射線による２次元画像データを電気信号として取得し、この信号を処理装置により処理して、モニタ上に表示している。
歯科用等の口腔内に挿入して用いる放射線撮像装置としては、特許文献１に開示されているようなタイプの放射線撮像装置が知られている。この放射線検出器は、セラミックやガラス、エポキシ製の配線基板上にＣＣＤ等の固体撮像素子からなるイメージセンサを配置し、このイメージセンサの受光面に放射線を可視光等のイメージセンサで検出可能な光に変換するシンチレータを配置したものである。
特開２００１−３３０６７８号公報
このように口腔内に挿入するタイプの放射線撮像装置については、できる限り小型化、薄型化することが要求されている。逆に、撮像面積についてはできるかぎり大型化することが望まれている。このため、撮像面と同一面における本体の投影面積をイメージセンサの面積にできるかぎり近づけることが必要となっている。
特許文献１に開示されている放射線撮像素子は、従来の撮像素子に比べると小型化、薄型化されているが、イメージセンサを載置する基台はイメージセンサより横に広がっており、撮像エリアの面積を維持したまま、さらに小型化・薄型化するのは難しい。
そこで本発明は、撮像エリアの面積を確保したまま、さらに装置全体を小型化・薄型化することを可能とした放射線撮像装置とこれを用いた放射線撮像方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明にかかる放射線撮像装置は、（１）入射Ｘ線に応じて所定波長の光を発生する平板状のシンチレータ層と、（２）基板の一方の面上にシンチレータ層が発する所定波長の光を検出する光検出部と電極部とを備え、光検出部がシンチレータ層の一方の面に密接するとともに、電極部がシンチレータ層の外側に露出するよう配置されているイメージセンサと、（３）シンチレータ層の他方の面上に配置され、その電極部とイメージセンサの電極部とが電気的に接続されている回路基板と、を備えていることを特徴とする。
この放射線撮像装置においては、シンチレータ層をイメージセンサと、回路基板とで挟み込んだ構成を採用している。そして、シンチレータ層より外側にはみ出したイメージセンサの電極部をシンチレータ層を挟んで反対側にある回路基板の電極にワイヤー等により電気的に接続する構成をとっている。
シンチレータ層、イメージセンサ、回路基板の全てを収容し、少なくともその放射線入射面が放射線透過性であるケースをさらに備えていることが好ましい。このケースは全体が放射線透過性であってもよいし、放射線入射面と反対の面は不透過性であってもよい。ケースは防湿構造を採用していることが好ましい。
本発明にかかる放射線撮像方法は、本発明にかかる放射線撮像装置を用いて放射線画像を画像信号として取得する放射線撮像方法であって、（１）放射線画像をイメージセンサの光検出部形成面と反対の面から入射させてイメージセンサを透過させ、（２）シンチレータ層に到達した放射線によりシンチレータ層で放射線画像を所定波長の光による光画像に変換し、（３）発生した光画像をイメージセンサの光検出部で検出し、（４）検出した画像信号をイメージセンサの電極部から回路基板へと伝送して、回路基板を通じて取得する工程を備えていることを特徴とする。
本発明によれば、撮像装置のうち、シンチレータ層より外側に張り出した領域に存在する構成部分をイメージセンサの電極部のみに限定することができる。このため、受光エリアの外側に張り出す領域を小さくすることができ、装置全体の小型化が可能となる。また、回路基板をシンチレータ層上に形成することで、薄型の回路基板を用いることができ、装置全体の薄型化を達成することができる。さらに、このような配置とすることで、イメージセンサの電極部と、回路基板の電極部との配線作業も容易になる。
放射線入射面を放射線透過性としたケース内に収容することで、装置の耐湿性、耐久性が向上し、また、装置の取り扱いも容易となる。特に、口腔内に挿入するタイプの放射線撮像装置としては、外側に凹凸のない形状とすることにより、被験者の負担が軽くなり、撮影時の自由度が増す。
放射線をイメージセンサの裏側から入射させることで、ノイズの要因となる低エネルギー放射線を遮断することができる。このため、シンチレータ層へと到達する放射線画像を鮮明なものとすることができ、これにより発生する光画像もノイズの少ないものとなるから、イメージセンサでも鮮明な画像を検出することができる。
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
図１は、本発明にかかる放射線撮像装置１００の縦断面図であり、図２は、図１のケース５の内部に収容された撮像部２００の縦断面図である。この放射線撮像装置１００は、樹脂製のケース５内に撮像部２００が収容されたものであって、撮像部２００は、保護用のゴムシート４上に載置されている。この放射線撮像装置１００は、被験者の口腔内に挿入して、その歯牙等の放射線画像を取得するものであり、ゴムシート４側のケース表面が入射面５ａとなる。
撮像部２００は、イメージセンサ１上に、シンチレータフィルム２、回路基板３を積層した構成をとる。イメージセンサ１は、長方形の平板状であるシリコン基板１０上にＣＣＤ（電荷結合素子：Charge Coupled Device）を形成して受光部１１としたものであり、その短辺の一方に沿って信号読み出しおよびセンサ制御用の電極部（ボンディングパット）１２が形成されている。
シンチレータフィルム２は、図３に示されるように、３層の積層構造をなし、サポート基板２０上に、シンチレータ２１が堆積され、その表面を保護膜２２で覆っている。サポート基板２０としては、例えば、プラスチックが使用されるが、セラミックやガラス、光反射性を有する金属基板、例えば、アルミを用いてもよい。シンチレータ２１の材料としては、ＴｂドープのＧｄ２Ｏ２ＳやＴｌドープのＣｓＩ等を利用することができる。保護膜２２としては、透明な有機膜あるいは無機膜を用いるとよく、水分不透過性であることが好ましい。例えば、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、パリレン系樹脂を用いることができ、ポリパラキシリレン樹脂（スリーボンド社製、商品名パリレン）のうち、ポリパラクロロキシリレン（同社製、商品名パリレンＣ）等が好適である。
回路基板３は、電子部品を実装したＦＰＣ（Flexible Printed Circuit：フレキシブル印刷回路）、ＰＣＢ（Printed Circuit Board：印刷回路基板）またはセラミック基板からなる基板３０と、その上に実装された回路部品３１、電極部３２からなる。イメージセンサ１の電極部１２と、対応する回路基板３の電極部３２とはワイヤ６により電気的に接続されている。回路基板３の所定の回路部品３１に設けられた出力端子３３には出力ケーブル３４が接続され、ケース５を貫通してケース外へと引き出され、図示していない処理装置や表示装置へと接続される。
次に、この放射線撮像装置の製造方法について具体的に説明する。最初に、図４、図５に示されるようなイメージセンサ１を準備する。このイメージセンサ１は、シリコンウェハ上に通常の半導体製造プロセスを用いて、受光画素を二次元に配列した受光部１１と、これに電気的に接続された電極部１２とを形成し、これをダイシングによってチップ状に分割することで得られる。受光部１１の有効受光領域は３０ｍｍ×２０ｍｍ程度であり、基板１０の面積は３２ｍｍ×２２ｍｍ程度である。受光部１１は、長方形の基板１０の一方の短辺側に偏って配置されており、他方の短辺側に沿って電極部１２が配置される。基板１０の厚さは、半導体製造プロセス終了時点では６００〜７００μｍ程度であるが、受光部１１の反対面（入射面）１０ａを研磨することにより、その厚さを３００μｍ程度まで薄くしておくと、装置のより一層の薄型化が可能となるため好ましい。
次に、このイメージセンサ１の受光部１１より縦横とも若干大きめ（３１ｍｍ×２１ｍｍ）のシンチレータフィルム２（厚さ３００μｍ程度）を用意し、受光部１１を覆うようにして、その保護膜２２を受光部１１側へと向けて接着剤、樹脂等により貼り付ける（図６、図７参照）。シンチレータフィルム２のサポート基板２０、シンチレータ２１、保護膜２２のそれぞれの厚みは、例えば、１５０μｍ、１５０μｍ、１０μｍである。この接着剤、樹脂は、固化時にシンチレータ２１が発する光を透過する特性を有しているものを選択する。そして、電極部１２に接着剤、樹脂等がつかず、電極部１２を確実に露出させるため、貼り付け時（イメージセンサ１側に接着剤、樹脂を塗布する場合には塗布時）には電極部１２とその周囲をマスキングして覆っておくとよい。
次に、シンチレータフィルム２上に部品実装済みの回路基板３を接着する（図８、図９参照）。なお、先にシンチレータフィルム２の基板２０上に回路基板３を接着しておいて、これをイメージセンサ１へと貼り付けてもよい。ここで、回路基板３の電極部３２がイメージセンサ１の電極部１２側に配置され、対応する電極同士が対向するように配置する。そして、ワイヤ６により、対応する電極同士を接続する。このとき、ワイヤ６が電極部１２から外側へはみ出さないように注意して配線を行う。
これにより、図２に示される撮像部２００が得られる。部品が実装された回路基板３の厚みは５００μｍ程度であるため、撮像部２００全体の厚みは１．１ｍｍ程度ときわめて薄くできる。また、撮像部２００において有効受光領域より外側にはみ出している領域を小さくすることができ、また、ワイヤ６がイメージセンサ１より外側にはみ出すことがないため、撮像部２００が小型化される。
こうして製造された撮像部２００をケース５内のゴムシート４に載置し、出力端子３３にケーブル３４を接続し、ケース５をケーブル３４が貫通した状態で、ケース５を密閉する。これにより、図１に示される本発明にかかる放射線撮像装置１００が得られる。
ゴムシート４の厚さは２００μｍ程度で十分であり、ケース５の外皮の厚さは０．５ｍｍ程度とすればよいため、放射線撮像装置１００全体の厚さは３ｍｍ以下とすることができ、十分に薄型化・小型化が可能となる。
次に、図１０を参照して、この放射線撮像装置を用いた放射線撮像方法を説明する。被験者７の口腔内に放射線撮像装置１００を配置し、放射線源８から放射線撮像装置１００に向けて放射線を投射する。このとき、放射線源８側へ入射面５ａ側が配置される。放射線撮像装置１００が小型・薄型であるため、被験者７の口腔内に挿入する際に被験者７が感ずる異物感を緩和することができ、また、口腔内に配置する際の自由度も向上するという利点がある。
放射線源８から発せられた放射線は被験者７の口腔内へと入射する際に、歯牙、歯茎等に吸収され、それらに応じた放射線画像情報を有した状態で放射線撮像装置１００へと入射する。入射面５ａから入射した放射線はケース５、ゴムシート４を通過して、撮像部２００のイメージセンサ１の入射面１０ａへと入射する。イメージセンサ１を通過する際に、低エネルギーの放射線は吸収されて、高エネルギーの放射線がシンチレータフィルム２へと入射する。
シンチレータフィルム２へと入射した放射線は、その保護膜２２を通過し、シンチレータ２１で吸収されて、そのエネルギー量に応じた所定波長の光（本実施形態では波長５５０ｎｍを中心とした光）が発生する。発生した光は、直接、あるいは、サポート基板２０により反射されて、イメージセンサ１の受光部１１へと入射し、各画素において電気信号へと変換される。受光部１１へと到達した光は元の放射線画像情報を含む光画像であり、この光に対応して各画素で得られる電気信号は元の放射線画像に対応したものとなる。
変換された電気信号は、各画素および図示していない転送ラインを通じて電極部１２へと転送され、さらに、ワイヤ６、電極部３２を介して回路基板３へと転送され、所定の信号処理を行った後に、出力端子３３に接続された出力ケーブル３４によって、外部の処理装置９０に転送される。処理装置９０においては、転送された画像情報の外部記憶装置への蓄積・保存や、画像情報を基に放射線画像のモニタ９１への表示等を行う。
本発明にかかる放射線撮像装置１００によれば、低エネルギーの放射線をイメージセンサ１の基板で遮蔽することで、ノイズ成分を減らして、鮮明な放射線画像を得ることができる。また、シンチレータフィルム２のシンチレータ２１で発生した光のうち、イメージセンサ１と逆方向へ進行する光を基板２０で反射してイメージセンサ１へと導くことで、シンチレータ２１で発生した光を効率よくイメージセンサ１へと導くことができるので、光出力を増大させて鮮明でコントラストの高い画像を得ることもできる。このため、放射線量が少なくてすみ、被験者や操作者の被爆量を低減する効果もある。
以上の説明では、シンチレータフィルム２を用いたが、シンチレータ材料を直接、イメージセンサの受光部１１上に堆積させてもよい。この場合、シンチレータ上に保護膜を形成するとよく、保護膜を多層構造として間に反射膜を形成すると好ましい。なお、ケースによって十分な耐湿性・気密性が確保できる場合には、必ずしも保護膜は必要としない。
以上の説明では、撮像素子としてＣＣＤを用いた場合を例に説明してきたが、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補型金属酸化膜半導体）やその他の固体撮像素子を用いてもよい。シンチレータが放射線入射により発する光は可視光に限られず、イメージセンサで検出可能な波長範囲の光であれば、赤外光や紫外光であってもよい。
本発明にかかる放射線撮像装置１００の縦断面図である。 図１の装置のケース５の内部に収容された撮像部２００の縦断面図である。 図１の装置のシンチレータフィルム２の構成を示す縦断面図である。 図１の装置で用いられるイメージセンサ１の平面図である。 図４の縦断面図である。 図４のイメージセンサ１にシンチレータフィルム２を貼り付けた状態を示す平面図である。 図６の縦断面図である。 図６のシンチレータフィルム２上に回路基板３を搭載した状態を示す平面図である。 図８の縦断面図である。 図１の装置の使用方法を説明する図である。
符号の説明
１…イメージセンサ、２…シンチレータフィルム、３…回路基板、４…ゴムシート、５…ケース、５ａ…入射面、６…ワイヤ、７…被験者、８…放射線源、１０…シリコン基板、１０ａ…入射面、１１…受光部、１２…電極部、２０…サポート基板、２１…シンチレータ、２２…保護膜、３０…基板、３１…回路部品、３２…電極部、３３…出力端子、３４…出力ケーブル、９０…処理装置、９１…モニタ、１００…放射線撮像装置、２００…撮像部。

Claims (3)

  1. 入射Ｘ線に応じて所定波長の光を発生する平板状のシンチレータ層と、
    基板の一方の面上に前記シンチレータ層が発する所定波長の光を検出する光検出部と電極部とを備え、該光検出部が前記シンチレータ層の一方の面に密接するとともに、該電極部が前記シンチレータ層の外側に露出するよう配置されているイメージセンサと、
    前記シンチレータ層の他方の面上に配置され、その電極部と前記イメージセンサの電極部とが電気的に接続されている回路基板と、
    を備えていることを特徴とする放射線撮像装置。
  2. 前記シンチレータ層、イメージセンサ、回路基板の全てを収容し、少なくともその放射線入射面が放射線透過性であるケースをさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の放射線撮像装置。
  3. 請求項１または２に記載の放射線撮像装置を用いて放射線画像を画像信号として取得する放射線撮像方法であって、
    放射線画像を前記イメージセンサの光検出部形成面と反対の面から入射させて前記イメージセンサを透過させ、
    前記シンチレータ層に到達した放射線によりシンチレータ層で放射線画像を所定波長の光による光画像に変換し、
    発生した光画像を前記イメージセンサの光検出部で検出し、
    検出した画像信号を前記イメージセンサの電極部から前記回路基板へと伝送して、前記回路基板を通じて取得する
    工程を備えていることを特徴とする放射線撮像方法。
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