JP2013127371A - 放射線検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高解像度の放射線画像を取得するために有利であり、かつ安定した製造が可能な放射線検出装置を提供する。
【解決手段】放射線検出装置は、基板の上に複数の光電変換部が配されたセンサ部を備えるセンサパネルと、前記センサパネルの上に配された第1シンチレータ層と、前記第1シンチレータ層の上に配された第2シンチレータ層と、を含み、前記第1シンチレータ層と前記第2シンチレータ層とは、それぞれ異なる波長の光を発し、前記センサ部は、前記第1シンチレータ層が発した光を検知するための第1光電変換部、及び前記第2シンチレータ層が発した光を検知するための第2光電変換部を備えることによって、前記互いに異なる波長の光のそれぞれを個別に電気信号に変換する。
【選択図】図1
【解決手段】放射線検出装置は、基板の上に複数の光電変換部が配されたセンサ部を備えるセンサパネルと、前記センサパネルの上に配された第1シンチレータ層と、前記第1シンチレータ層の上に配された第2シンチレータ層と、を含み、前記第1シンチレータ層と前記第2シンチレータ層とは、それぞれ異なる波長の光を発し、前記センサ部は、前記第1シンチレータ層が発した光を検知するための第1光電変換部、及び前記第2シンチレータ層が発した光を検知するための第2光電変換部を備えることによって、前記互いに異なる波長の光のそれぞれを個別に電気信号に変換する。
【選択図】図1
Description
本発明は、放射線検出装置に関する。
放射線曝射による撮影方式の一つにエネルギーサブトラクション方式がある。これは、エネルギー分布の異なる放射線を用いて取得した2つの放射線画像の差分情報に基づいて所望の画像を取得するという方式である。
例えば、特許文献1には、2つの異なる蛍光材料を混合したシンチレータを用いた放射線検出装置が開示されている。この構造によると、1回の放射線曝射で2つの放射線画像情報を取得でき、エネルギーサブトラクション方式が達成されうる。しかしながら、異なる蛍光材料を均一に混合することは製造ばらつき等の理由から容易ではなく、高解像度の放射線画像を取得することは難しい。
本発明の目的は、高解像度の放射線画像を取得するために有利であり、かつ安定した製造が可能な放射線検出装置を提供することにある。
本発明の一つの側面は放射線検出装置にかかり、前記放射線検出装置は、基板の上に複数の光電変換部が配されたセンサ部を備えるセンサパネルと、前記センサパネルの上に配された第1シンチレータ層と、前記第1シンチレータ層の上に配された第2シンチレータ層と、を含み、前記第1シンチレータ層と前記第2シンチレータ層とは、それぞれ異なる波長の光を発し、前記センサ部は、前記第1シンチレータ層が発した光を検知するための第1光電変換部、及び前記第2シンチレータ層が発した光を検知するための第2光電変換部を備えることによって、前記互いに異なる波長の光のそれぞれを個別に電気信号に変換する、ことを特徴とする。
本発明によれば、高解像度の放射線画像を取得するために有利であり、かつ安定した製造が可能な放射線検出装置を提供することができる。
<第1実施形態>
図1乃至6を参照しながら、第1実施形態の放射線検出装置1を説明する。図1は、放射線検出装置1を説明する図である。図1(a)は、放射線検出装置1の断面構造の模式図を示す。図1(b)は、放射線検出装置1の平面レイアウトの模式図を示す。
図1乃至6を参照しながら、第1実施形態の放射線検出装置1を説明する。図1は、放射線検出装置1を説明する図である。図1(a)は、放射線検出装置1の断面構造の模式図を示す。図1(b)は、放射線検出装置1の平面レイアウトの模式図を示す。
放射線検出装置1は、センサパネル10、第1シンチレータ層301、及び第2シンチレータ層302を含みうる。センサパネル10は、基板11の上に複数の光電変換部21が2次元状に配されたセンサ部20を備えうる。第1シンチレータ層301は、センサパネル10の上に配されている。第2シンチレータ層302は、第1シンチレータ層301の上に配されている。第1及び第2シンチレータ層301及び302は、放射線(X線、α線、β線、γ線等の電磁波を含む。)を光に変換する。第1及び第2シンチレータ層301及び302は、光散乱の抑制や解像度の向上を目的として、一般的には柱状構造で構成されることが多い。ここで、第1シンチレータ層301と第2シンチレータ層302とは、それぞれ異なる材料を含みうる。また、放射線検出装置1は、第2シンチレータ層302の上にシンチレータ保護層40を含みうる。
ここでは、エネルギー分布の異なる放射線が、シンチレータ保護層40の上面Aから入射する場合を考える。低エネルギーの放射線は、主に、放射線が入射する上面Aに近い第2シンチレータ層302において光に変換されうる。一方で、高エネルギーの放射線は、主に、第1シンチレータ層301において光に変換されうる。このように、入射した放射線のうち一部は、第2シンチレータ層302において光に変換され、第2シンチレータ層302を透過した放射線は、第1シンチレータ層301において光に変換されうる。
このとき、第1シンチレータ層301と第2シンチレータ層302とは、それぞれ異なる材料を含んでいるため、それぞれ異なる波長の光を発しうる。これらの光の波長は、第1シンチレータ層301が発する光の波長をλ1と、第2シンチレータ層302が発する光の波長をλ2としたとき、λ1<λ2の関係が成り立つと、より好適である。これにより、第2シンチレータ層302が発する光が第1シンチレータ層301において吸収され又は消失する量を低減しうる。第1シンチレータ層301には、例えば、CsI:Naを用いることができる。第2シンチレータ層302には、例えば、CsI:Tl、CsI:Inを用いることができる。図2は、第1シンチレータ層301にCsI:Naを用い、第2シンチレータ層302にCsI:Tlを用いた場合の発光光の波長特性を示す。また、放射線が入射する面が反対側(図1(a)の下面B)となる場合は、これらは逆の順になると、より好適である。
第1及び第2シンチレータ層301及び302は、例えば、真空蒸着法、印刷法等によって形成されたCsI、NaI等を用いることが可能である。例えば、真空蒸着法によりCsIの層を形成している間に、Na、Tl等をドープすることで、第1及び第2シンチレータ層301及び302がそれぞれ形成されうる。真空蒸着法によりCsIの層を形成する時は、例えば、基板温度が200度以上の条件で行われるとよい。
ここで、第1及び第2シンチレータ層301及び302のそれぞれの厚さは、低エネルギーの放射線曝射による画像情報と高エネルギーの放射線曝射による画像情報との差分が明確になるように設けられるとよい。例えば、第1及び第2シンチレータ層301及び302のそれぞれの厚さは、高エネルギーの放射線透過率が低エネルギーの放射線透過率の約2倍となるように設けられうる。図3は、公知のX線放射装置から発生するX線のエネルギーが30keVと80keVの場合における、X線透過率のシンチレータ層(CsI)の厚さ依存性を示す。図3から分かるように、シンチレータ層の厚さを300〜400μmとすると、X線透過率の比は0.48〜0.58となり、鮮明なサブトラクション画像が得られる。
シンチレータ保護層40には、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリイミド(PI)、ポリパラキシリレン(パリレン)、ポリ尿素等の有機樹脂材料が用いられうる。また、シンチレータ保護層40には、例えば、ホットメルト樹脂等の接着性有機樹脂材料、又はアルミニウム等の金属材料も用いられうる。また、シンチレータ保護層40には、これらの材料を積層した構造(例えば、PET、アルミニウム、ホットメルト樹脂を積層した構造)が用いられてもよい。
光電変換部21は、図4に例示されるように、第1及び第2シンチレータ層301及び302において生じた波長の異なる光のそれぞれを個別に検知できるものであればよく、例えば、NPNのトリプルウエル構造を有する光電変換部21を用いることができる。図5を参照しながら、光電変換部21の断面構造を説明する。基板11(P型半導体)の上に配されたP型半導体領域12は、光電変換部21と基板11とを電気的に分離するため、及び、互いに隣接する各光電変換部21を電気的に分離するために設けられうる。P型半導体領域12は接地されうる。光電変換部21は、図5に例示されるように、P型半導体領域12の中に、N型拡散層21a、N型拡散層21aの内側に配されたP型拡散層21b、及びP型拡散層21bの内側に配されたN型拡散層21cを順に備えうる。このようにして、この光電変換部21は、基板11の表面からそれぞれ異なる深さの位置に配された2つのフォトダイオードを備えている。これにより、この光電変換部21は、第1シンチレータ層301において生じた光、及び第2シンチレータ層302において生じた光のそれぞれを個別に検知し、これらに応じた電気信号をそれぞれ出力しうる。上記の拡散層21a、21b、及び21cのそれぞれを備えた半導体領域の上には、パッシベーション層22が設けられうる。パッシベーション層22は、透光性の高い部材であり、第1及び第2シンチレータ層301及び302のそれぞれからの光を透過しうる。パッシベーション層22には、例えば、SiN、SiON、SiO、SiO2、シロキサン、紫外線吸収剤を含まない(又は、紫外線吸収剤が少ない)アクリル等の樹脂のうち少なくとも1つを含む部材が用いられうる。
N型拡散層21a及びP型拡散層21bのPN接合Dbaは、第2シンチレータ層302が発する波長λ2の光を効率的に検知する深さに設けられればよい。また、P型拡散層21b及びN型拡散層21cのPN接合Dbcは、第1シンチレータ層301が発する波長λ1の光を効率的に検知する深さに設けられればよい。N型拡散層21a及びP型拡散層21bのPN接合Dbaにおいては、受光によって電子と正孔の対が発生し電流Ibaが流れうる。一方、P型拡散層21b及びN型拡散層21cのPN接合Dbcにおいては、同様にして、電流Ibcが流れうる。このようにして、第1光電変換部(Dbc)及び第2光電変換部(Dba)が、基板の表面からそれぞれ異なる深さの位置に配されることにより、センサ部20は、異なる波長の光のそれぞれを個別に検知しうる。これら2つのPN接合は、例えば、半導体の基板11に注入強度の異なるイオン注入を行って設けてもよい。また、これら2つのPN接合は、半導体の基板11の上部に1つめのPN接合を設け、その後に半導体層をエピタキシャル成長させて、2つめのPN接合を設けるという手順によってなされてもよい。
PN接合Dbaにおいて発生した電流Ibaは、図6に例示されるように、増幅トランジスタSFba及び選択トランジスタSELbaを介して読み出されうる。同様にして、PN接合Dbcにおいて発生した電流Ibcは、増幅トランジスタSFbc及び選択トランジスタSELbcを介して読み出されうる。読み出された信号は、それぞれ信号SIGba及びSIGbcとして、列信号線にそれぞれ出力されうる。また、これらの読み出し回路は、図6に例示されるように、増幅トランジスタSFba及びSFbcのゲートの電位をそれぞれ所定の値にリセットするためのリセットトランジスタRESba及びRESbcをそれぞれ含みうる。このように、放射線検出装置1は、第1及び第2シンチレータ層301及び302において生じた光のそれぞれを効率的に検出するため、DQE(検出量子効率)が向上しうる。
以上、放射線検出装置1は、エネルギー分布の異なる放射線を第1及び第2シンチレータ層301及び302においてそれぞれ異なる波長の光に変換し、センサ部20で個別に検知して得られた電気信号を処理しうる。これにより、放射線検出装置1は、高解像度の放射線画像を取得するために有利であり、かつ安定した製造が可能である。
<第2実施形態>
図7乃至10を参照しながら、第2実施形態の放射線検出装置2を説明する。放射線検出装置2のセンサパネル10’は、図7(a)に例示されるように、ガラス等の絶縁性の基板60、TFTスイッチ70、層間絶縁層80、コンタクトホール90、及びセンサ部20’を備えうる。センサ部20’には、アモルファスシリコンを用いて、複数の光電変換部100が2次元状に配されている。TFTスイッチ70は、絶縁性の基板60の上に配されうる。層間絶縁層80は、絶縁性の基板60及びTFTスイッチ70を覆うように配されうる。コンタクトホール90は、TFTスイッチ70の上の領域の層間絶縁層80に形成されうる。光電変換部100は、コンタクトホール90と接続されうる。また、層間絶縁層80及び光電変換部100を覆うように、パッシベーション層110が配されうる。また、パッシベーション層110の上に平坦化層111が配されうる。
図7乃至10を参照しながら、第2実施形態の放射線検出装置2を説明する。放射線検出装置2のセンサパネル10’は、図7(a)に例示されるように、ガラス等の絶縁性の基板60、TFTスイッチ70、層間絶縁層80、コンタクトホール90、及びセンサ部20’を備えうる。センサ部20’には、アモルファスシリコンを用いて、複数の光電変換部100が2次元状に配されている。TFTスイッチ70は、絶縁性の基板60の上に配されうる。層間絶縁層80は、絶縁性の基板60及びTFTスイッチ70を覆うように配されうる。コンタクトホール90は、TFTスイッチ70の上の領域の層間絶縁層80に形成されうる。光電変換部100は、コンタクトホール90と接続されうる。また、層間絶縁層80及び光電変換部100を覆うように、パッシベーション層110が配されうる。また、パッシベーション層110の上に平坦化層111が配されうる。
本実施形態では、放射線検出装置2のセンサパネル10’はカラーフィルタ層120を含みうる。カラーフィルタ層120は、平坦化層111の上に配されうる。図7(b)に例示されるように、平坦化層111を含まない構造としてもよい。
カラーフィルタ層120は、目的・用途に応じて、図8(a)乃至(h)に例示されるようなパターンを採用することができる。ここでは、カラーフィルタ層120に、例として、青色フィルタ121B、緑色フィルタ121Gを用いた。例えば、図8(a)は、青色フィルタ121Bが1画素置きに配されたパターンである。例えば、図8(b)は、青色フィルタ121Bと緑色フィルタ121Gとが1画素ごとに交互に配されたパターンである。また、カラーフィルタ層120のパターンは、図8(c)及び(d)に例示されるように、2×2画素ごとに配されてもよいし、適宜、変更が可能である。また、カラーフィルタ層120のパターンは、図8(e)乃至(h)に例示されるように、縦方向又は横方向に1ラインごとに配されてもよいし、複数のラインごとに配されてもよい。
図9(a)は、カラーフィルタ層120に緑色フィルタ121Gを図8(a)に例示されるパターンで用いた場合の放射線検出装置2の模式的断面構造図である。第1シンチレータ層301にはCsI:Na(発光光のピーク波長λ1=430nm付近)を用いた。また、第2のシンチレータ層302にはCsI:Tl(発光光のピーク波長λ2=580nm付近)を用いた。緑色フィルタ121Gを備えた画素においては、第1シンチレータ層301において生じた光は、緑色フィルタ121Gにより吸収されうる。そのため、光電変換部100は、第1シンチレータ層301と第2シンチレータ層302のうち第2シンチレータ層302において生じた光を検知しうる。一方で、緑色フィルタ121Gを備えていない画素においては、光電変換部100は、第1及び第2シンチレータ層301及び302において生じた光のそれぞれを検知しうる。
また、図9(b)は、カラーフィルタ層120に青色フィルタ121Bを図8(a)に例示されるパターンで用いた場合の放射線検出装置2の模式的断面構造図である。青色フィルタ121Bを備えた画素においては、第2シンチレータ層302において生じた光は、青色フィルタ121Bにより吸収されうる。そのため、光電変換部100は、第1シンチレータ層301と第2シンチレータ層302のうち第1シンチレータ層301において生じた光を検知しうる。一方で、青色フィルタ121Bを備えていない画素においては、光電変換部100は、第1及び第2シンチレータ層301及び302において生じた光のそれぞれを検知しうる。
図9(c)は、カラーフィルタ層120に青色フィルタ121B及び緑色フィルタ121Gを図8(b)に例示されるパターンで用いた場合の放射線検出装置2の模式的断面構造図である。青色フィルタ121Bを備えた画素においては、第2シンチレータ層302において生じた光は、青色フィルタ121Bにより吸収されうる。そのため、光電変換部100は、第1シンチレータ層301と第2シンチレータ層302のうち第1シンチレータ層301において生じた光を検知しうる。一方で、緑色フィルタ121Gを備えた画素においては、第1シンチレータ層301において生じた光は、緑色フィルタ121Gにより吸収されうる。そのため、光電変換部100は、第1シンチレータ層301と第2シンチレータ層302のうち第2シンチレータ層302において生じた光を検知しうる。放射線検出装置2は、図8(b)に示されるカラーフィルタ層120のパターンを採る場合は、図10に示されるように、センサ部20’が検知しうる光の波長の分布が重ならないようにすることができる。
以上のように、放射線検出装置2は、第1光吸収部材及び第2光吸収部材(本実施形態では、それぞれ、緑色フィルタ121G及び青色フィルタ121B)の少なくともいずれか一方を含むカラーフィルタ層120を備えている。カラーフィルタ層120のパターンは、光電変換部100のそれぞれが異なる波長の光のそれぞれを個別に検知できるように、仕様に応じて決めればよい。このようにして、放射線検出装置2は、複数の放射線が含む情報をそれぞれ個別に取得することが可能である。したがって、放射線検出装置2は、高解像度の放射線画像を取得するために有利であり、かつ安定した製造が可能である。
以上の2つの実施形態を述べたが、本発明はこれらに限られるものではなく、目的、状態、用途、機能、およびその他の仕様の変更が適宜可能であり、他の実施形態によっても実施されうることは言うまでもない。例えば、以上の各実施形態では、2つのシンチレータ層を用いて、2つの放射線画像を取得したが、用途に応じて設計を変更することも可能であり、3つ以上のシンチレータ層を設けてもよい。また、例えば、第2実施形態においては、絶縁性の基板の上にアモルファスシリコンを用いた光電変換部を設けたセンサパネルを用意したが、半導体基板の上にシングルウエルのPN接合の光電変換部を設けたセンサパネルを用意してもよい。
また、上記実施形態の放射線検出装置1及び2は、図11に例示されるように、放射線撮像システムに適用されうる。例えば、放射線検出装置1は、ケース200に取り付けられうる。放射線源210から発せられたエネルギー分布の異なる放射線(代表例としては、X線)は被験者220を透過し、被験者220の体内の情報を含む放射線が、放射線検出装置1により検知されうる。これにより得られた2つの放射線画像を用いて、例えば、信号処理部230により所定のサブトラクション処理を行い、例えば、体内の軟部組織及び骨部組織を抽出した画像が取得され、表示部240に表示されうる。
Claims (5)
- 基板の上に複数の光電変換部が配されたセンサ部を備えるセンサパネルと、
前記センサパネルの上に配された第1シンチレータ層と、
前記第1シンチレータ層の上に配された第2シンチレータ層と、を含み、
前記第1シンチレータ層と前記第2シンチレータ層とは、それぞれ異なる波長の光を発し、
前記センサ部は、前記第1シンチレータ層が発した光を検知するための第1光電変換部、及び前記第2シンチレータ層が発した光を検知するための第2光電変換部を備えることによって、前記互いに異なる波長の光のそれぞれを個別に電気信号に変換する、
ことを特徴とする放射線検出装置。 - 前記第1光電変換部及び前記第2光電変換部は、基板の表面からそれぞれ異なる深さの位置に配される、
ことを特徴とする請求項1に記載の放射線検出装置。 - 前記センサパネルと前記第1シンチレータ層との間に配されたカラーフィルタ層を更に含み、
前記第1光電変換部及び前記第2光電変換部は、それぞれ、前記基板の上面に沿って配され、
前記カラーフィルタ層は、前記第1光電変換部の上に配された第1光吸収部材、及び前記第2光電変換部の上に配された第2光吸収部材の少なくともいずれか一方を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の放射線検出装置。 - 前記第1シンチレータ層はCsI:Naを含み、
前記第2シンチレータ層はCsI:Tlを含む、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の放射線検出装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の放射線検出装置と、
前記放射線検出装置からの信号を処理する信号処理部と、
前記信号処理部からの信号を表示するための表示部と、
前記放射線を発生させるための放射線源と、
を具備することを特徴とする放射線撮像システム。
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