JP2014066562A - 放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筐体の強度を高める
【解決手段】放射線検出装置３０は、筐体２２と放射線検出パネル２１と支持板２０と回路基板２３とを備える。筐体２２は、実質的に直方体で、入射面カバー２４と入射面カバー２４に垂直な側面を覆うサイドカバー２７およびコーナーカバーとを持つ。放射線検出パネル２１と支持板２０と回路基板２３とは、筐体２２に収納される。サイドカバー２７およびコーナーカバーには、入射面カバー２４に平行に突出した固定部２５が一体として設けられている。放射線検出パネル２１は、平板状で、入射面カバー２４を通して入射する放射線を検出する。支持板２０は、固定部２５でサイドカバー２７あるいはコーナーカバーに固定され、放射線検出パネル２１を支持する。回路基板２３は、放射線検出パネル２１の駆動回路が搭載される。
【選択図】図４

Description

実施形態は、概して、放射線検出装置に関する。

従来、放射線、特にＸ線を検出する診断用検出器としてアクティブマトリックスを用いたＸ線画像検出器が大きな注目を集めている。平面状の検出器にＸ線を当てることで、Ｘ線撮影像又はリアルタイムのＸ線画像がデジタル信号として出力される。固体検出器であることから、画質性能や安定性の面でも極めて期待が大きい。このため、多くの大学やメーカーが研究開発に取り組んできた。

実用化の初期は、比較的大きな線量で静止画像を収集する胸部・一般撮影用に開発され、近年商品化されている。より高い技術的なハードルをクリアして、透視線量下で秒３０コマ以上のリアルタイム動画を実現させる必要のある循環器、消化器分野への応用に対しても商品化が進んでいる。また今後は、検査システムとして設置された場所を限定される従来のＸ線画像検出器だけでなく、Ｘ線画像検出器を持ち運び、必要とする場所でＸ線画像診断を行えるＸ線画像検出器や、固定された検査システムにおけるＸ線画像検出器の補助的な撮影を行える製品が重要な開発項目となっている。

放射線、特にＸ線を検出する放射線検出装置は、工業用の非破壊検査や医療診断、構造解析などの化学研究用など広い分野で利用されている。

放射線検出装置の中でも、高感度で高精細な装置として、光検出器上に、放射線を光に変換する蛍光体層が直接形成された放射線検出パネルを備えた放射線検出装置が知られている。この光検出器は、ガラス基板上に複数のフォトセンサおよびスイッチング素子であるＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）が２次元的に配置された光電変換素子部を有する。各画素のスイッチング素子は行を表すゲート線と列を表す信号線に接続されている。ゲート線と信号線は格子状に配置され、格子状に配置している各画素に接続されている。

平面型光検出器上にＸ線を可視光に変換する蛍光体を積層することにより、外部から入射したＸ線は蛍光体内部にて可視光に変換され、発生した可視光は平面型光検出器に入射する。この際、平面型光検出器内部のフォトダイオードにて入射した可視光はフォトダイオードにて電荷に変換される。この電荷は、フォトダイオード内部もしくは並列接続されている容量素子内部に蓄積される。

電荷に変換されたＸ線画像情報は、フォトダイオードに接続されているスイッチング素子（ＴＦＴ）を通して基板外部へと伝達される。ゲート線の電位が変化することで、電位の変化したゲート線に接続されたＴＦＴは導通状態となる。導通状態となったＴＦＴに接続されているフォトダイオードもしくは容量素子内部に蓄積された電荷は、ＴＦＴを通して外部に出力される。外部に出力された電荷は、ＴＦＴに接続している信号線を通してガラス基板外部へと出力される。

ガラス基板外部に出力された電荷信号は、各信号線に接続された積分増幅器へと入力される。積分増幅器に入力された電荷情報は増幅され、電位信号に変換されて出力される。積分増幅器から出力された電位信号は、アナログ・デジタル変換器にてデジタル値に変換され、最終的には画像信号として編集されてＸ線画像検出器の外部へと出力される。放射線検出パネルは、板状の支持板の一面に支持され、支持板の他面に放射線検出パネルを駆動する回路基板が支持される。これらの放射線検出パネルおよび回路基板は、フレキシブル回路基板にて電気的に接続されている。

放射線検出パネルを支持する支持板や、放射線検出パネルに接続されている回路基板を外部から保護し、一体となるよう金属や樹脂部品を組合せることで放射線検出装置の筐体が構成される。特に持ち運びが可能となるＸ線画像検出器においては、薄型・軽量を達成し、従来のカセッテに組み込みＸ線画像撮影していたフィルム媒体と置き換えられる。

特開２０００−２５８５４１号公報 特開２０１０−１４５３４９号公報

アクティブマトリックスを用いた放射線検出装置は、様々な外力を受ける。放射線検出装置の持ち運び性を考慮し、あるいは放射線検出装置をフィルムカセッテの置き換えとする場合、薄型・軽量な筐体が求められる。一方、放射線検出装置の筐体には、側面への落下衝撃などの外力に対して十分な強度が求められる。筐体の構造部品は、それぞれに適した機能を考えるといくつかの部品に分かれ、それら部品同士を固定する固定構造により筐体強度が大きく異なる。

そこで、実施形態は、放射線検出装置の筐体の強度を高めることを目的とする。

上述の目的を達成するため、実施形態による放射線検出装置は、入射面カバーとその入射面カバーに垂直な側面を覆う側面部とを持つ実質的に直方体の筐体と、前記筐体の内部に収納されて前記入射面カバーを通して入射する放射線を検出する平板状の放射線検出パネルと、前記筐体の内部に収納され前記側面部に固定されて前記放射線検出パネルを前記放射線の入射面とは反対側の裏面で支持する支持板と、前記筐体の内部に収納されて前記放射線検出パネルを駆動する駆動回路の少なくとも一部が搭載されて前記支持板に対して前記放射線検出パネルの反対側に配置された回路基板と、を具備することを特徴とする。

第１実施形態による放射線検出装置のブロック図である。 第１実施形態による放射線検出パネルの模式的斜視図である。 第１実施形態による画像検出部の回路図である。 第１実施形態による放射線検出装置の縦断面図である。 第１実施形態による放射線検出装置の一部拡大横断面図である。

以下、一実施形態による放射線検出装置を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、一実施形態による放射線検出装置のブロック図である。図２は、本実施形態による放射線検出パネルの模式的斜視図である。図３は、本実施形態による画像検出部の回路図である。

放射線検出装置３０は、放射線検出パネル２１を有している。放射線検出パネル２１は、入射したＸ線を電気信号に変換する。

放射線検出パネル２１には、複数の積分アンプ３３および複数のゲートドライバー３２が接続されている。ゲートドライバー３２には、行選択回路３５が接続されている。積分アンプ３３には、Ａ／Ｄ変換器３４が接続されている。Ａ／Ｄ変換器３４には、画像合成回路３６に接続されている。

ゲートドライバー３２は、行選択回路３５から信号を受信すると、放射線検出パネル２１に接続されている多数のゲート線の電圧を順番に変更していく。積分アンプ３３は、放射線検出パネル２１から出力される極めて微小な電荷信号を増幅し出力する。ゲートドライバー３２には、行選択回路３５が接続され、Ｘ線画像の走査方向に従って対応するゲートドライバー３２へと信号を送る。

放射線検出パネル２１は、蛍光変換膜３８と画像検出部１２とを備えている。蛍光変換膜３８へと入射する入射Ｘ線３７は、蛍光変換膜３８内部にて蛍光に変換される。蛍光変換膜３８で発生した蛍光は、画像検出部１２表面へと到達する。

画像検出部１２は、主にガラス基板により構成されている保持基板１１を有している。保持基板１１上には、ＴＦＴ回路層１０およびフォトダイオード１６が層状に形成されている。外部から入射した可視光像は、画像検出部１２にて電気信号による画像情報へと変換される。

画像検出部１２の表面には、微細な画素が格子状に形成されている。それぞれの画素は、薄膜トランジスタ１４、コンデンサー１５およびフォトダイオード１６を有している。それぞれの画素には、ゲート線１３および信号線１７が接続されている。

次に、放射線検出パネル２１の動作を説明する。

初期状態においてコンデンサー１５には検出された電荷が蓄えられており、並列接続されているフォトダイオード１６には逆バイアス状態の電圧が加えられている。このときの電圧は信号線１７に加えられている電圧と同じである。

フォトダイオード１６はダイオードの一種なので、逆バイアスの電圧が加えられても電流はほとんど流れることは無い。そのためコンデンサー１５に蓄えられた電荷は減少することなく保持されることになる。

この状況において入射Ｘ線３７が蛍光変換膜３８に入射すると、蛍光変換膜３８の内部で高エネルギーのＸ線が低エネルギーの多数の可視光に変換される。蛍光変換膜３８の内部で発生した蛍光の一部は、画像検出部１２表面に配置されているフォトダイオード１６へと到達する。

フォトダイオード１６に入射した蛍光は、フォトダイオード１６の内部で電子とホールからなる電荷に変換され、コンデンサー１５にて印加されている電界方向に沿ってフォトダイオード１６の持つ両端子へと到達することで、フォトダイオード１６内部を流れる電流として観測される。

蛍光の入射により発生したフォトダイオード１６内部を流れる電流は、並列接続されているコンデンサー１５へと流れ込み、コンデンサー１５内部に蓄えられている電荷を打ち消す作用を及ぼす。その結果、コンデンサー１５に蓄えられていた電荷は減少し、コンデンサー１５の端子間に発生していた電位差も初期状態と比べて減少する。

ゲート線１３は、特定のゲートドライバー３２に接続される。ゲートドライバー３２は、多数のゲート線１３を順番に電位を変化させる。ある特定の時間においてはゲートドライバー３２において電位の変化しているゲート線１３は１本のみである。電位の変化したゲート線１３に接続されている薄膜トランジスタ１４のソース・ドレイン端子間は絶縁状態から導通状態へと変化する。

各信号線１７には特定の電圧がかけられている。この電圧は、電位の変化したゲート線１３に接続されている薄膜トランジスタ１４のソース端子およびドレイン端子を通じて接続されているコンデンサー１５に印加されることになる。

初期状態においてコンデンサー１５は信号線１７と同じ電位状態になっているため、コンデンサー１５の電荷量が初期状態から変化していない場合、コンデンサー１５には信号線１７からの電荷の移動は発生しない。しかし、外部からの入射Ｘ線３７により蛍光膜３８の内部で発生した蛍光が入射したフォトダイオード１６と並列接続しているコンデンサー１５では、内部に蓄えられている電荷が減少しており、初期状態の電位とは変化している。そのため、導通状態となった薄膜トランジスタ１４を通じて信号線１７より電荷が移動し、コンデンサー１５内部に蓄えられた電荷量は初期状態に戻る。移動した電荷量は、信号線１７を流れる信号となり外部へと伝わっていく。

信号線１７は、積分アンプ３３へと接続されている。信号線１７はそれぞれに対応した積分アンプ３３に１対１に接続されている。信号線１７を流れる電流は、対応する積分アンプ３３へと入力される。積分アンプ３３では一定時間内に流れる電流を積分し、その積分値に対応した電圧を外部へと出力する。

この動作をおこなうことで、ある一定時間内に信号線１７を流れる電荷量を電圧値に変換することが可能となる。この結果、入力Ｘ線３７によって蛍光変換膜３８の内部で発生した蛍光の強弱分布に対応したフォトダイオード１６内部にて発生する電荷信号は、積分アンプ３３によって電位情報へと変換される。

積分アンプ３３で発生した電位は、Ａ／Ｄ変換器３４にて順次デジタル信号へと変換される。デジタル値となった信号は、画像合成回路３６の内部で画像検出部１２の内部に配列された画素の行と列にしたがって順次整理され、画像信号として外部へと出力される。

これらの動作を連続して行うことにより、外部から入射したＸ線画像情報は電気信号による画像情報へと変換され、外部へと出力される。外部へと出力された電気信号による画像情報は通常のディスプレイ装置によって容易に画像化が可能であり、その画像によりＸ線画像を可視光による画像として観察することが可能となる。

図４は、本実施形態による放射線検出装置の縦断面図である。図５は、本実施形態による放射線検出装置の一部拡大横断面図である。

放射線検出装置３０は、放射線検出パネル２１と、支持板２０と、回路基板２３と、フレキシブル回路基板１８と、筐体２２とを有している。放射線検出パネル２１は、筐体２２の内部に収められている。筐体２２は、放射線検出パネル２１に平行な２面を有し、それらの２面間の距離が放射線検出パネル２１の辺の長さよりも短い直方体の箱である。

筐体２２は、入射面カバー２４とバックカバー２６とコーナーカバー２８とサイドカバー２７とを有する。入射面カバー２４は、放射線検出パネル２１に離間して対向する平板である。Ｘ線３７は、入射面カバー２４を透過して放射線検出パネル２１に入射する。バックカバー２６は、放射線検出パネル２１の背面側、すなわち入射面カバー２４とは反対側に、入射面カバー２４に平行に配置された平板である。

コーナーカバー２８およびサイドカバー２７は、筐体２２の入射面カバー２４に垂直な側面を形成している。コーナーカバー２８は、筐体２２の４つのコーナーの稜線部に配置されている。サイドカバー２７は、筐体２２の４つの側面部に配置されている。入射面カバー２４、バックカバー２６およびサイドカバー２７は、コーナーカバー２８に嵌合している。コーナーカバー２８およびサイドカバー２７を一体として成型してもよい。コーナーカバー２８およびサイドカバー２７には、入射面カバー２４およびバックカバー２６に平行に突出した固定部２５が設けられている。

サイドカバー２７およびコーナーカバー２８は、軽量化や成形性などを考慮して、ＡＢＳやＰＣ、ＰＰＳなどの樹脂材で成形されることが望ましい。サイドカバー２７およびコーナーカバー２８は、異なる材質で形成されていても、同一の材料で形成されていてもよい。サイドカバー２７およびコーナーカバー２８は、一体として形成されてもよい。

支持板２０は、たとえばＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）製の平板である。支持板２０は、入射面カバー２４に平行に固定部２５に固定されている。放射線検出パネル２１および回路基板２３は、支持板２０に固定されている。

固定部２５は、たとえば支持板２０のそれぞれの辺に対してそれぞれ複数設けられている。コーナーカバー２８およびサイドカバー２７は、一体構造として固定部２５を有する。この固定部２５を介して支持板２０と複数箇所固定する事により、支持板２０と連結され強度補強がなされる。固定部２５は、必要な強度でサイドカバー２７およびコーナーカバー２８と支持板２０とを固定できるように、位置および数を設定する。

放射線検出パネル２１と回路基板２３とは、フレキシブル回路基板１８で電気的に接続されている。フレキシブル回路基板１８は、たとえば複数であって、固定部２５に干渉しないように配置されている。固定部２５と支持板２０との結合位置は、結合強度の確保のため、支持板２０の外縁からある程度内側に入った位置であることが好ましい。一方、回路基板２３は、搭載する回路によっては大きくする必要がある。そこで、回路基板２３を大きくする場合には、固定部２５と支持板２０との結合部を避けるように回路基板２３を切り欠いておくとよい。

また、筐体２２に外力が加わって変形した際に回路基板２３と筐体２２との間に必要な空間を保持するために、空間保持支柱２９が設けられている。空間保持支柱２９は、支持板２０もしくはバックカバー２６のどちらか、もしくは両方に固定されている。空間保持支柱２９が回路基板２３あるいは筐体２２のバックカバー２６などと一体となっていても、必要な空間を確保できればよい。

支持板２０は、パネルを支持するために、ある程度の剛性および強度を有していなければならない。コーナーカバー２８およびサイドカバー２７を支持板２０に直接固定することにより、コーナーカバー２８およびサイドカバー２７が支持板２０と一体となって全体として高い剛性および強度を持つこととなる。またこのような構造では、支持板２０の材質により筐体２２の全体としての強度が大きく左右されるため、比重が小さく、強度が得られる材料を採用することで、薄型・軽量の筐体２２を実現することができる。

また、固定部２５のコーナーカバー２８あるいはサイドカバー２７との固定部、すなわち側面側の端部には、入射面カバー２４に垂直なリブを設けている。これにより、固定部２５の強度が向上し、筐体２２の全体としての強度が向上する。

このように本実施形態によれば、放射線検出装置３０の使用時に想定される外力に対して、外形サイズの制約の範囲内で、筐体２２内部に内包する放射線検出パネル２１および回路基板２３を保護することができる。つまり、堅牢さと軽量、薄型の筐体２２を実現することができる。

特に、本実施形態では持ち運びが可能な放射線検出装置３０の強度確保において有効である。持ち運びが可能な放射線検出装置３０においては、既存のフィルム媒体で診断していたカセッテとの置き換えられる外形サイズを満足する必要があり、放射線検出パネル２１のサイズから必要となる支持板２０の支持面積を考慮し、他部材との不要な干渉を無くすと、筐体２２の側面の部材に与えられる寸法は肉厚の薄い部材と成らざるを得ない。しかし、本実施形態の固定構造を採用することにより、放射線検出パネル２１および回路基板２３を保護することができる筐体２２を実現できる。

本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…ＴＦＴ回路層、１１…保持基板、１２…画像検出部、１３…ゲート線、１４…薄膜トランジスタ、１５…コンデンサー、１６…フォトダイオード、１７…信号線、１８…フレキシブル回路基板、２０…支持板、２１…放射線検出パネル、２２…筐体、２３…回路基板、２４…入射面カバー、２５…固定部、２６…バックカバー、２７…サイドカバー、２８…コーナーカバー、２９…空間保持支柱、３０…放射線検出装置、３２…ゲートドライバー、３３…積分アンプ、３４…Ａ／Ｄ変換器、３５…行選択回路、３６…画像合成回路、３７…入射Ｘ線、３８…蛍光変換膜

Claims (4)

1. 入射面カバーとその入射面カバーに垂直な側面を覆う側面部とを持つ実質的に直方体の筐体と、
   前記筐体の内部に収納されて前記入射面カバーを通して入射する放射線を検出する平板状の放射線検出パネルと、
   前記筐体の内部に収納され前記側面部に固定されて前記放射線検出パネルを前記放射線の入射面とは反対側の裏面で支持する支持板と、
   前記筐体の内部に収納されて前記放射線検出パネルを駆動する駆動回路の少なくとも一部が搭載されて前記支持板に対して前記放射線検出パネルの反対側に配置された回路基板と、
   を具備することを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記側面部は内側に向かって前記入射面カバーに平行に突出した固定部を有し、
   前記支持板は前記固定部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記固定部の前記側面の結合部には前記入射面カバーに垂直なリブが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の放射線検出装置。
4. 前記放射線検出パネルと前記回路基板とを電気的に接続する複数のフレキシブル回路基板をさらに具備し、
   前記固定部は前記フレキシブル回路基板に干渉しない位置に複数設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
   
   

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