JP2017200522A - 放射線撮像装置及び放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】放射線撮像装置において、２つの撮像パネルを用い、１回の放射線の照射でエネルギサブトラクション画像を取得するために有利な技術を提供する。【解決手段】行列状に複数配された放射線又は光に応じた信号を出力するための第１の画素を含む第１の画素アレイを備えた第１の撮像パネルと、行列状に複数配された放射線又は光に応じた信号を出力するための第２の画素を含む第２の画素アレイを備えた第２の撮像パネルと、を含み、第１の画素アレイ及び第２の画素アレイが互いに重なるように、放射線を照射するための入射面の側から、第１の撮像パネル、第２の撮像パネルの順に重ねて配された放射線撮像装置であって、第１の画素の開口率よりも第２の画素の開口率が小さい。【選択図】図１

Description

本発明は、放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関する。

医療画像診断や非破壊検査に放射線撮像装置が広く利用されている。この放射線撮像装置を用いて、被写体に対してエネルギ成分が異なる放射線の放射線画像を複数取得し、取得した放射線画像の差分から、特定の被写体部分を分離又は強調したエネルギサブトラクション画像を取得する方法が知られている。特許文献１〜３には、エネルギサブトラクション画像を取得するために、２つの撮像パネルを用いて、被写体に対して１回の放射線照射（ワンショット法）で２つの異なるエネルギ成分の放射線の放射線画像を記録する放射線撮像装置が提案されている。

特開平５−２０８０００号公報 特開２００１−２４９１８２号公報 特開２０００−２９８１９８号公報

２つの撮像パネルを重ねて用いる場合、それぞれの撮像パネルと放射線源との間の距離が異なるため、放射線は、放射線源から遠い側の撮像パネルにおいて、放射線源に近い側の撮像パネルよりも広がって検出される。同じ構成の撮像パネルを用いて、それぞれ同じ位置に配された画素から出力される信号の差分からエネルギサブトラクション画像を生成する場合、遠い側の撮像パネルの画素は、近い側の撮像パネルの同じ位置の画素よりも内側の画素を透過した放射線を検出しうる。放射線源から遠い側の撮像パネルの画素が、近い側の撮像パネルの同じ位置の画素以外を透過した放射線を検出することに起因するノイズによって、エネルギサブトラクション画像の画質が低下しうる。

本発明は、放射線撮像装置において、２つの撮像パネルを用い、１回の放射線の照射でエネルギサブトラクション画像を取得するために有利な技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る放射線撮像装置は、行列状に複数配された放射線又は光に応じた信号を出力するための第１の画素を含む第１の画素アレイを備えた第１の撮像パネルと、行列状に複数配された放射線又は光に応じた信号を出力するための第２の画素を含む第２の画素アレイを備えた第２の撮像パネルと、を含み、第１の画素アレイ及び第２の画素アレイが互いに重なるように、放射線を照射するための入射面の側から、第１の撮像パネル、第２の撮像パネルの順に重ねて配された放射線撮像装置であって、第１の画素の開口率よりも第２の画素の開口率が小さいことを特徴とする。

上記手段によって、放射線撮像装置において、２つの撮像パネルを用い、１回の放射線の照射でエネルギサブトラクション画像を取得するために有利な技術が提供される。

本発明の実施形態に係る放射線撮像装置の構成例を示す断面図。 図１の放射線撮像装置の断面の拡大図及び平面図。 図１の放射線撮像装置の断面の拡大図及び平面図。 図１の放射線撮像装置の変形例を示す断面図。 図１の放射線撮像装置に入射する放射線を示す断面図。 本発明に係る放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムの構成例を説明する図。

以下、本発明に係る放射線撮像装置の具体的な実施形態及び実施例を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明及び図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。なお、本発明における放射線には、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども含みうる。

＜実施形態＞
図１〜５を参照して、本発明の実施形態による放射線撮像装置の構造について説明する。図１は、本発明の実施形態における放射線撮像装置１００の構成例を示す断面図である。図１に示される放射線撮像装置１００は、１つの筐体１０８の中に放射線を検出するための撮像パネル１０１ａ、１０１ｂを含む。放射線撮像装置１００は、２つの撮像パネル１０１ａ、１０１ｂを備えることによって、被写体に対して１回の放射線の照射（ワンショット法）でエネルギサブトラクション画像の取得が可能な構成を有する。このため、筐体１０８の放射線１１０を照射するための入射面１１１に対する正射影において、撮像パネル１０１、１０２は互いに重なるように配される。また、本実施形態の各図に示す構成において、２つの撮像パネル１０１ａ、１０１ｂのうち、撮像パネル１０１ａの方が、撮像パネル１０１ｂよりも入射面１１１に近い放射線の入射する側に配される。

撮像パネル１０１ａ、１０１ｂは、それぞれ基板１０２ａ、１０２ｂ、基板１０２ａ、１０２ｂの上に配された画素アレイ１０３ａ、１０３ｂ、及び、画素アレイ１０３ａ、１０３ｂの上に配されたシンチレータ１０４ａ、１０４ｂを含む。また、撮像パネル１０１ａ、１０１ｂは、シンチレータ１０４ａ、１０４ｂの上に、保護層１０５ａ、１０５ｂを含む。２つの撮像パネル１０１ａ、１０１ｂは、結合層１０７によって、互いに固定されうる。

画素アレイ１０３ａ、１０３ｂには、画素が行列状に複数配される。それぞれの画素は、入射した放射線に応じた信号を出力するための変換部を有する。画素アレイ１０３ａに配された画素には変換部１０６ａが、画素アレイ１０３ｂに配された画素には変換部１０６ｂが、それぞれ配される。また、それぞれの画素は、変換部１０６ａ、１０６ｂで生成した信号を適切なタイミングで読み出すためのスイッチ素子を有しうる。

本実施形態において、撮像パネル１０１ａ、１０１ｂは、シンチレータ１０４ａ、１０４ｂで放射線から変換された光を、画素アレイ１０３ａ、１０３ｂに配されたそれぞれの画素の変換部１０６ａ、１０６ｂによって信号に変換する間接型の撮像パネルを用いる。例えば、基板１０２ａ、１０２ｂとしてガラス基板などの絶縁性基板を用い、その上に形成されたシリコンなどの半導体層に、変換部１０６ａ、１０６ｂやスイッチ素子をそれぞれ有する画素が配された画素アレイ１０３ａ、１０３ｂを形成する。変換部１０６ａ、１０６ｂは、半導体領域に形成されたｐｎ、ｐｉｎ、ＭＩＳ型などの光電変換素子でありうる。また、スイッチ素子は、半導体領域に形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などでありうる。変換部１０６ａ、１０６ｂ及びスイッチ素子の形成された画素アレイ１０３ａ、１０３ｂは、アレイ保護層や撮像パネル１０１ａ、１０１ｂの外部に信号を出力するための接続パッド（不図示）を更に含みうる。アレイ保護層は、変換部１０６ａ、１０６ｂをそれぞれ覆うように形成され、例えば、ＳｉＮ、ＴｉＯ_２、ＬｉＦ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯなどが用いられる。また、ポリフェニレンサルファイド樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、液晶ポリマー、ポリエーテルニトリル樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などを用いてもよい。ただし、アレイ保護層はシンチレータ１０４ａ、１０４ｂによって変換された光の波長について、高い透過率を有する材料で構成されうる。

本実施形態では、入射する放射線１１０をシンチレータ１０４ａ、１０４ｂで光に変換し、変換された光を検出する間接型の撮像パネル１０１ａ、１０１ｂを用いるが、これに限られることはない。撮像パネル１０１ａ、１０２ｂが、入射した放射線１１０を直接、電気信号に変換する変換素子を用いた直接型の撮像パネルであってもよい。この場合、画素アレイ１０３ａ、１０３ｂの変換部１０６ａ、１０６ｂにはアモルファスセレンなどの材料が用いられうる。

シンチレータ１０４ａ、１０４ｂに、柱状結晶構造を有するシンチレータが用いられてもよい。また、シンチレータ１０４ａ、１０４ｂに、粒子状のシンチレータと粒子状のシンチレータを固定するバインダとを含む構造が用いられてもよい。柱状結晶を形成するシンチレータの材料として、ハロゲン化アルカリを主成分とする材料が用いられうる。例えば、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ、ＣｓＢｒ：Ｔｌ、ＮａＩ：Ｔｌ、ＬｉＩ：Ｅｕ、ＫＩ：Ｔｌなどが、シンチレータ１０４ａ、１０４ｂとして用いられうる。例えば、ＣｓＩ：Ｔｌをシンチレータ１０４ａ、１０４ｂとして用いる場合、ＣｓＩとＴｌＩとを同時に蒸着することによってシンチレータ１０４ａ、１０４ｂを形成できる。柱状結晶構造を有するシンチレータは、シンチレータで放射線から変換された光が柱状結晶内を伝搬しやすいため、光散乱が抑制され、高い解像度を得ることができる。また、粒子状のシンチレータの材料を用いる場合、耐湿性、発光効率、熱プロセス耐性、残光性の観点から、一般式Ｍｅ_２Ｏ_２Ｓ：Ｒｅで示される金属酸硫化物が用いられうる。例えば、Ｍｅは、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄの何れかを１つ以上を含み、Ｒｅは、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｔｍの何れか１つ以上を含む。例えば、微量のテルビウムが添加された酸硫化ガドリニウムが、シンチレータ１０４ａ、１０４ｂに用いられうる。

シンチレータ１０４ａ、１０４ｂは、互いに同じ材料によって形成されてもよいし、それぞれに異なる材料を用いて形成してもよい。シンチレータ１０４ａ、１０４ｂに同じ材料を用いることによって、放射線撮像装置１００に用いる材料の種類を抑制し、放射線撮像装置１００の製造コストを抑制することができる。また、シンチレータ１０４ａ、１０４ｂに、それぞれ異なる材料を用いることによって、撮像パネル１０１ａ、１０１ｂのそれぞれに適した材料を使用することができる。

また、シンチレータ１０４ａ、１０４ｂを形成する方法として、画素アレイ１０３ａ、１０３ｂ上に直接、蒸着してもよいし、印刷形成してもよい。また、予め基台上に蒸着や印刷によってシンチレータ１０４ａ、１０４ｂを形成し、粘着剤などの結合部材を介して画素アレイ１０３ａ、１０３ｂと貼り合わせてもよく、シンチレータ１０４ａ、１０４ｂを形成する方法に特に制限はない。

保護層１０５ａ、１０５ｂは、シンチレータ１０４ａ、１０４ｂを大気中の水分などから保護しうる。また、保護層１０５ａ、１０５ｂは、シンチレータ１０４ａ、１０４ｂで生成された光のうち画素アレイ１０３ａ、１０３ｂと反対側に進む光を、画素アレイ１０３ａ、１０３ｂに反射する反射層としての機能を有していてもよい。画素アレイ１０３ａ、１０３ｂと反対側に進む光を反射することによって、保護層１０５ａ、１０５ｂは、放射線撮像装置１００の感度を向上させうる。また、保護層１０５ａ、１０５ｂは、シンチレータ１０４ａ、１０４ｂで発生する光以外の光、例えば外部光が、画素アレイ１０３ａ、１０３ｂに入射することを抑制する機能も備えうる。また、保護層１０５ａ、１０５ｂは、シンチレータ１０４ａで発生した光が画素アレイ１０３ｂで検出されること、シンチレータ１０４ｂで発生した光が画素アレイ１０３ａで検出されることを、それぞれ抑制しうる。さらに、保護層１０５ａ、１０５ｂは、シンチレータ１０４ａ、１０４ｂの保護だけでなく、電磁シールドとして機能してもよい。保護層１０５ａ、１０５ｂには、例えば金属箔や金属薄膜で構成されうる。金属箔や金属薄膜で構成される保護層１０５ａ、１０５ｂは、１μｍ以上かつ１００μｍ以下程度の厚さを有しうる。保護層１０５ａ、１０５ｂの厚さが１μｍよりも薄い場合、保護層１０５ａ、１０５ｂの形成時にピンホール欠陥が発生しやすく耐湿性が低下する場合や、また、遮光性に劣る場合がある。一方、保護層１０５ａ、１０５ｂの厚さが１００μｍよりも厚い場合、保護層１０５ａ、１０５ｂでの放射線の吸収量が大きくなり、得られる放射線画像の画質が劣化する可能性がある。保護層１０５ａ、１０５ｂの材料として、例えばアルミニウム、金、銀、銅などの金属材料やその合金が用いられうる。アルミニウムは、放射線透過性が高いため、保護層１０５ａ、１０５ｂの材料として用いられうる。

保護層１０５ａ、１０５ｂに金属箔や金属薄膜を用いた場合、金属箔や金属薄膜の耐擦傷性を向上させるためにポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの材料を用いた樹脂層を最外層に形成してもよい。また、図１に示す構成では、保護層１０５ａ、１０５ｂはシンチレータ１０４ａ、１０４ｂの上に配されているが、遮光性や電磁シールド性を向上するために、撮像パネル１０１ａ、１０１ｂ全体を覆っていてもよい。

次に、図２を用いて画素アレイ１０３ａ、１０３ｂに配された画素がそれぞれ有する変換部１０６ａ、１０６ｂの配置について説明する。図２（ａ）は、図１に示す放射線撮像装置１００のうち撮像パネル１０１ａ、１０１ｂの画素２０１ａ、２０１ｂの拡大図を示す。図２（ｂ）は、入射面１１１に対する正射影における、撮像パネル１０１ａ、１０１ｂのそれぞれの画素２０１ａ、２０１ｂに配された変換部１０６ａ、１０６ｂの配置を示す平面図である。

本実施形態において、撮像パネル１０１ａ、１０１ｂに配される各画素２０１ａ、２０１ｂの変換部１０６ａ、１０６ｂは、入射面に対する正射影において、互いに重なる位置に配される。また、放射線の入射する側から遠い撮像パネル１０１ｂの画素アレイ１０３ｂに配された画素２０１ｂが有する変換部１０６ｂは、放射線の入射する側の撮像パネル１０１ａの画素アレイ１０３ａに配された画素２０１ａが有する変換部１０６ａよりも面積が小さい。画素アレイ１０３ａの画素２０１ａに配された変換部１０６ａには、それぞれ相対する位置に画素アレイ１０３ｂの画素２０１ｂに配された変換部１０６ｂが存在する。このため、撮像パネル１０１ａの画素アレイ１０３ａに含まれる画素２０１ａ及び変換部１０６ａの数と、撮像パネル１０１ｂの画素アレイ１０３ｂに含まれる画素２０１ｂ及び変換部１０６ｂの数とが同じであってもよい。

２つの撮像パネルを重ねて用いる場合、それぞれの撮像パネルと放射線源との間の距離が異なる。このため、放射線源に近い側の撮像パネル１０１ａよりも放射線源から遠い側の撮像パネル１０１ｂで、撮像パネル１０１ａ、１０１ｂの中心から外縁側に向かって放射線が広がって検出される。換言すると、撮像パネル１０１ａ、１０１ｂの外周側では、放射線１１０は、撮像パネル１０１ａ、１０１ｂに対して斜めに入射しうる。図５（ａ）に示すように、撮像パネル１０１ａ、１０１ｂの画素アレイ１０３ａ、１０３ｂに同じ面積を有する変換部１０６ａ、１０６ｂを用いた場合を考える。この場合、画素アレイ１０３ｂの外周側に配された画素２０１ｂが有する変換部１０６ｂは、画素アレイ１０３ａの互いに重なる位置に配された画素２０１ａよりも中心側の画素２０１ａを透過した放射線を検出しうる。このため、それぞれ相対する位置に配された変換部１０６ａ、１０６ｂから出力される信号の差分からエネルギサブトラクション画像を生成する場合、互いに重なる位置の画素以外を透過した放射線を検出することに起因するノイズが発生しうる。このため、エネルギサブトラクション画像の画質が低下しうる。

一方、本実施形態において、放射線の入射する側から遠い撮像パネル１０１ｂの各画素２０１ｂに配される変換部１０６ｂは、放射線の入射する側の撮像パネル１０１ａの各画素２０１ａに配される変換部１０６ａよりも面積が小さい。このため、図５（ｂ）に示すように、放射線源から遠い撮像パネル１０１ｂの画素２０１ｂに配された変換部１０６ｂは、入射側の撮像パネル１０１ａの相対する画素２０１ａに近接する画素２０１ａの変換部１０６ａを通過した放射線を検出しにくくなる。換言すると、撮像パネル１０１ｂの画素２０１ｂに配された変換部１０６ｂは、入射側の撮像パネル１０１ａの相対する画素２０１ａの変換部１０６ａを通過した放射線のみを検出しやすくなる。これによって、撮像パネル１０１ａと撮像パネル１０１ｂとで、相対する互いに重なる位置の画素以外を透過した放射線を検出することに起因するノイズ軽減し、得られるエネルギサブトラクション画像の空間分解能を向上することが可能となる。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、撮像パネル１０１ａ、１０１ｂの全体に渡って、画素２０１ａが有する変換部１０６ａの中心と、相対して配された画素２０１ｂが有する変換部１０６ｂの中心とが、互いに重なる位置に配されてもよい。ここで、変換部１０６ａ、１０６ｂの中心とは、入射面１１１に対する正射影において、変換部１０６ａ、１０６ｂの形状の幾何学的重心の位置であってもよい。また、変換部１０６ａ、１０６ｂが矩形の場合、対角線の交点であってもよい。また、変換部１０６ａの中心と変換部１０６ｂの中心とが、それぞれの変換部１０６ａ、１０６ｂの並ぶピッチの長さの５％以下程度の長さ、ずれた位置にあってもよい。

また、変換部１０６ａ、１０６ｂの形状とは、例えば、変換部１０６ａ、１０６ｂがｐｎ、ｐｉｎ、ＭＩＳ型などの変換素子であった場合、入射面１１１に対する正射影における、それぞれの変換素子の形状であってもよい。また例えば、同じ大きさの変換素子を用いて、変換素子上に配された配線層や遮光層などを用いて、変換素子に対する光（放射線）の入射する開口率を変えることによって変換部１０６ａ、１０６ｂの面積を変化させてもよい。この場合、変換部１０６ａ、１０６ｂの形状とは、入射面１１１に対する正射影における、光（放射線）を変換素子に透過するための開口部の形状であってもよい。すなわち、画素の開口率は、入射面１１１に対する正射影において、画素の面積に対する放射線又は光を感知可能な領域の面積の占有比率である。

画素アレイ１０３ａ、１０３ｂに入射する放射線１１０は、画素アレイ１０３ａ、１０３ｂの中心側から外周側に進むに従って、より斜めに入射することが考えられる。そこで、図３に示すように、放射線源から遠い撮像パネル１０１ｂの画素アレイ１０３ｂに配された画素２０１ｂが有する変換部１０６ｂ’は、画素アレイ１０３ｂの外周側では変換部１０６ｂ’の中心が、画素２０１ｂの中心に対して外周側に偏っていてもよい。つまり、画素アレイ１０３ｂの中心から離れて配された画素２０１ｂが有する変換部１０６ｂ’の中心が、互いに相対する位置に配された画素２０１ａが有する変換部１０６ａの中心に対して画素アレイ１０３ａ、１０３ｂの外周側にずれて配される。この場合、図３（ｂ）に示すように、互いに相対する画素２０１ａ、２０１ｂに配された変換部１０６ａと変換部１０６ｂ’とは、入射面１１１に対する正射影において、互いに重なるように配されてもよい。つまり、変換部１０６ａと変換部１０６ｂ’との中心の位置は偏心するが、変換部１０６ｂ’の全体が、変換部１０６ａと重なる位置に配されてもよい。

図３（ａ）は、画素アレイ１０３ａ、１０３ｂの外周側において、相対する画素２０１ａ、２０１ｂがそれぞれ有する変換部１０６ａと変換部１０６ｂ’とが、偏心して配された場合の断面図を示す。このとき、画素アレイ１０３ｂの中心に近接して配される画素２０１ｂが有する変換部１０６ｂの中心は、図３（ｂ）の平面図に示すように、互いに相対する位置に配された画素２０１ａが有する変換部１０６ａの中心と重なる位置に配されうる。つまり、画素アレイ１０３ａ、１０３ｂの中心に近接して配される画素２０１ａ、２０１ｂの断面は図２（ａ）と同様の構成を有しうる。

図３（ｂ）に示す構成において、画素アレイ１０３ａ、１０３ｂの中心に近接し、互いの中心が重なる変換部１０６ａ、１０６ｂをそれぞれ有する画素２０１ａ、２０１ｂから、外周部に向かって徐々に変換部１０６ａ、１０６ｂ’の中心の位置が偏心してもよい。また例えば、中心から外周部に向かって、段階的に変換部１０６ａ、１０６ｂ’の中心の位置が偏心してもよい。また、画素アレイ１０３ｂの外周部における画素２０１ｂの変換部１０６ｂ’の偏りは、図３（ｂ）に示すように、行方向及び列方向の両方向に偏ってもよいし、行方向や列方向だけの偏りを有していてもよい。また、画素アレイ１０３ａに配されたそれぞれの画素２０１ａが有する変換部１０６ａの中心が、図２及び図３に示す構成において、一定のピッチで配されていてもよい。図２に示す構成では、画素アレイ１０３ｂに配されたそれぞれの画素２０１ｂが有する変換部１０６ｂの中心は、一定のピッチで配されうる。これに対して、図３に示す構成では、画素アレイ１０３ｂに配されたそれぞれの画素２０１ｂが有する変換部１０６ｂの中心は、一定のピッチで配されない部分を有する。

また、図２、３に示すように画素アレイ１０３ａに配された画素２０１ａの有する変換部１０６ａの面積が、画素アレイ１０３ａ内ですべて同じであってもよい。また、画素アレイ１０３ｂに配された画素２０１ｂの有する変換部１０６ｂの面積が、画素アレイ１０３ｂ内ですべて同じであってもよい。このとき、撮像パネル１０１ｂの各画素２０１ｂが有する変換部１０６ｂの面積が、相対して配された撮像パネル１０１ａの画素２０１ａが有する変換部１０６ａの面積の５０％以上かつ９０％以下であってもよい。更に、撮像パネル１０１ｂの各画素２０１ｂが有する変換部１０６ｂの面積が、相対して配された撮像パネル１０１ａの画素２０１ａが有する変換部１０６ａの面積の６０％以上かつ７０％以下であってもよい。ここで、変換部１０６ａ、１０６ｂの面積とは、例えば、変換部１０６ａ、１０６ｂがｐｎ、ｐｉｎ、ＭＩＳ型などの変換素子であった場合、入射面１１１に対する正射影における、それぞれの変換素子の面積であってもよい。また例えば、変換素子上に配された配線層や遮光層などを用いて、変換素子に入射する光（放射線）の量を変化させる場合、変換部１０６ａ、１０６ｂの面積とは、入射面１１１に対する正射影における、光を変換素子に透過するための開口部の面積であってもよい。

また、被写体を配さないで撮影した際、入射する放射線のうち低エネルギ側の放射線を検出する撮像パネル１０１ａの感度をＩａ、撮像パネル１０１ａを透過した高エネルギの放射線を検出する撮像パネル１０１ｂの感度をＩｂとする。画素アレイ１０３ａに配される各画素２０１ａの変換部１０６ａよりも画素アレイ１０３ｂに配される各画素２０１ｂの変換部１０６ｂの方が小さいため、同じ強度の放射線に対する信号の出力が、変換部１０６ａよりも変換部１０６ｂの方が小さくなりうる。変換部１０６ａ、１０６ｂの面積の違いによって発生する感度低下の影響を軽減するために、変換部１０６ａよりも変換部１０６ｂの方が、同じ強度の放射線に対して感度が高くてもよい。例えば、変換部１０６ａ、１０６ｂがＭＩＳ型の変換素子の場合、変換部１０６ａと変換部１０６ｂとで、変換素子の半導体領域や絶縁膜の厚さを変化させてもよい。また例えば、変換部１０６ａ、１０６ｂがｐｎ、ｐｉｎ型の変換素子の場合、変換部１０６ａと変換部１０６ｂとで、変換素子のそれぞれのｐ型、ｎ型、ｉ型の半導体領域の厚さを変化させてもよい。また例えば、シンチレータ１０４ａとシンチレータ１０４ｂとで膜厚や用いる材料を変化させてもよい。また例えば、それぞれの画素２０１ａ、２０１ｂから信号を読み出す読出回路のＩＣゲインを、画素アレイ１０３ａと画素アレイ１０３ｂとで変化させてもよい。

また、画素アレイ１０３ｂにおいて、各画素２０１ｂが有する変換部１０６ｂの面積を画素アレイ１０３の中心から外周側に進むに従って、変化させてもよい。例えば、画素アレイ１０３ｂの中心に近接する画素２０１ｂに対して、放射線１１０は垂直に近い角度で入射し、相対する画素２０１ａを透過した放射線は入射し難くなりうる。このため、画素アレイ１０３ｂの中心に近接する画素２０１ｂが有する変換部１０６ｂは、例えば、画素アレイ１０３ａに配される変換部１０６ａの９０％の面積を有してもよい。一方で、画素アレイ１０３ｂの外周に近接する画素２０１ｂに対して、放射線１１０は斜めに入射しうる。当該画素２０１ｂの変換部１０６ｂ’は、画素アレイ１０３ａの相対する位置に配された画素２０１ａ以外を透過した放射線を検出しないために、変換部１０６ａに対して外周側に偏心し、変換部１０６ａの５０％の面積を有していてもよい。つまり、画素アレイ１０３ｂの中心に近接する画素２０１ｂが有する変換部１０６ｂが、画素アレイ１０３ｂの外周部に近接する画素２０１ｂが有する変換部１０６ｂ’よりも大きくてもよい。画素アレイ１０３ｂ内で変換部１０６ｂの面積の違いによって発生する感度の変化は、それぞれの画素２０１ｂから信号を読み出す読出回路のＩＣゲインを変化させることで補正してもよい。

また、本実施形態において、図１に示すように撮像パネル１０１ａと撮像パネル１０１ｂとは、結合層１０７を介して互いにシンチレータ１０４ａ、１０４ｂが入射面１１１の方向を向くように重ねられる。しかしながら、撮像パネル１０１ａと撮像パネル１０１ｂとを重ねる構成は、これに限られるものではない。

例えば、図４（ａ）に示すように、撮像パネル１０１ａと撮像パネル１０１ｂとの間に、撮像パネル１０１ａを透過する放射線の一部を吸収する放射線吸収層４０１を配してもよい。撮像パネル１０１ａは低エネルギの放射線を検出し、撮像パネル１０１ｂは、撮像パネル１０１ａを透過した高いエネルギを有する放射線を検出しうる。しかしながら、撮像パネル１０１ａで、低エネルギ側のエネルギを全て吸収できるとは限らない。そこで、放射線吸収層４０１を、撮像パネル１０１ａと撮像パネル１０１ｂとの間に配することによって、撮像パネル１０１ａを透過した放射線のうち低エネルギの成分を吸収することによって、得られるエネルギサブトラクション画像の画質の向上が可能となる。放射線吸収層には、例えば金、銀、銅などの金属材料やその合金を用いてもよい。

また例えば、図４（ｂ）に示すように、撮像パネル１０１ａと撮像パネル１０１ｂとの基板１０２ａ、１０２ｂが結合層１０７を介して互いに隣接していてもよい。また例えば、図４（ｃ）に示すように、撮像パネル１０１ａと撮像パネル１０１ｂとのシンチレータ１０４ａ、１０４ｂが結合層１０７を介して互いに隣接していてもよい。これらの場合も、撮像パネル１０１ａと撮像パネル１０１ｂとの間に、上述の放射線吸収層４０１が配されていてもよい。

＜実施例＞
次いで、本実施形態の実施例について説明する。

第１の実施例
上述の図２に示す構造を有する放射線撮像装置１００を作製した。まず、５５０ｍｍ×４４５ｍｍ×ｔ０．７ｍｍの無アルカリガラスの基板の上に、アモルファスシリコン（非晶質シリコン）を用いた半導体層を形成した。次いで、半導体層に光を電気信号に変換するための変換部１０６ａ、１０６ｂとＴＦＴとで構成される画素などを含む画素アレイ１０３ａ、１０３ｂを、真空成膜やフォトエッチングプロセスなどを繰り返すことによって形成した。画素アレイ１０３ａ、１０３ｂは、それぞれ画素数２８１６×３４１６、画素ピッチ１２５μｍの構成を有する。画素アレイ１０３ａ、１０３ｂに配された画素のうち、外周部に配された各８画素は、画素アレイ１０３ａ、１０３ｂ作成時のドライエッチングなどのプロセスマージンを確保するために形成される所謂ダミー画素である。これらダミー画素は、有効画素領域の外周部に約１．２ｍｍの幅で形成した。また、画素アレイ１０３ａ、１０３ｂとに含まれるエネルギサブトラクション画像を生成するための画素は、それぞれに互いに相対する画素を有し、画素アレイ１０３ａに含まれる画素の数と画素アレイ１０３ｂに含まれる画素の数とは同じである。

変換部１０６ａは、入射面１１１に対する正射影において、それぞれの画素２０１ａの面積に対して８０％の面積となるように画素２０１ａの開口率が構成されている。また、変換部１０６ｂは、入射面１１１に対する正射影において、それぞれの画素２０１ｂの面積に対して５０％の面積となるように画素２０１ｂの開口率が構成されている。換言すると、撮像パネル１０１ｂの画素アレイ１０３ｂの各画素２０１ｂが有する変換部１０６ｂの面積を、相対して配された撮像パネル１０１ａの画素アレイ１０３ａの各画素２０１ａが有する変換部１０６ａの面積の６２．５％とした。

その後、画素アレイ１０３ａ、１０３ｂを保護する目的で、ＳｉＮ_ｘ層及びポリイミド樹脂層を形成し、画素アレイ１０３ａ、１０３ｂを得た。

次いで、画素アレイ１０３ａ、１０３ｂ形成されたに配線部を保護するためのマスキング処理を実施した後、蒸着チャンバ中に画素アレイ１０３ａ、１０３ｂの形成された基板１０２ａ、１０２ｂを設置した。チャンバ内を１０^−５Ｐａまで減圧後、画素アレイ１０３ａ、１０３ｂの形成された基板１０２ａ、１０２ｂを回転させながら、画素アレイ１０３ａ、１０３ｂの表面が１８０℃となるようにランプ加熱を行い、ＣｓＩの蒸着を行った。この際、発光中心となるＴｌも同時に蒸着した。このようにして、画素アレイ１０３ａ、１０３ｂの上に、膜厚４００μｍ、Ｔｌ濃度１ｍｏｌ％のシンチレータ１０４ａ、１０４ｂを形成した。

シンチレータ１０４ａ、１０４ｂの形成後、シンチレータ１０４ａ、１０４ｂの形成された画素アレイ１０３ａ、１０３ｂの形成された基板１０２ａ、１０２ｂを蒸着チャンバから取り出した。次いで、シンチレータ１０４ａ、１０４ｂの防湿保護と反射率確保のために、シンチレータ１０４ａ、１０４ｂを覆うように真空加熱ラミネーターにて保護層１０５ａ、１０５ｂを接着した。保護層１０５ａ、１０５ｂは、２０μｍ厚のＰＥＴと２０μｍ厚のＡｌとの積層シートを含み、接着目的で５０μｍ厚のホットメルト接着剤がコーティングされている。更に、周辺からの湿気混入を防ぐために、保護層１０５ａ、１０５ｂの周辺部を入念に加圧接着した。その後、気泡を抜くための加圧脱泡処理を行い、しかるべき電気実装と緩衝材の接着、および電気回路の接続、機構部分への実装などを行い、それぞれ画素が有する変換部１０６ａ、１０６ｂの面積が互いに異なる撮像パネル１０１ａ、１０１ｂを得た。

次いで、撮像パネル１０１ｂの保護層１０５ｂの形成された側に、結合層１０７として１０μｍ厚のアクリル粘着シートを転写し、離形フィルムを剥離した後、各画素の中心が撮像パネル１０１ａと撮像パネル１０１ｂとで重なるように基準で位置出しを行った。位置出しの後、結合層１０７を介して撮像パネル１０１ｂの保護層１０５ｂの形成された側を、撮像パネル１０１ａの基板１０２ａの側に貼り付けた。以上の工程を用いて、２つの撮像パネル１０１ａ、１０１ｂを積層し、１ショットでエネルギサブトラクションが可能な放射線撮像装置１００を得た。

この放射線撮像装置１００に、管電圧１５０ｋＶ、管電流２００ｍＡ、固定ろ過１．９ｍｍ厚Ａｌ、付加フィルター無しの条件で、ＳＩＤ（Ｓｏｕｒｃｅ Ｉｍａｇｅ ｒｅｃｅｐｔｏｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）１３０ｃｍの位置から放射線を***した。放射線の曝射によって、撮像パネル１０１ａ、１０１ｂのそれぞれで放射線画像を取得した。

撮像パネル１０１ａの保護層１０５ａの上にＭＴＦチャートを載せ、空間周波数２ｌｐ／ｍｍのＭＴＦの測定を行ったところ、撮像パネル１０１ａのＭＴＦは０．３５０、撮像パネル１０１ｂのＭＴＦは０．３２０であった。

第２の実施例
上述の図３に示す構造を有する放射線撮像装置１００を作製した。撮像パネル１０１ａは、上述の第１の実施例の撮像パネル１０１ａと同様の構成を有する。一方、本実施例の撮像パネル１０１ｂは、画素アレイ１０３ｂの中心から離れた位置に配された画素が有する変換部１０６ｂ’の中心は、相対する位置に配された画素が有する変換部１０６ａの中心に対して画素アレイ１０３ａ、１０３ｂの外周側にずれて配される。また、画素アレイ１０３ｂの中心に近接する画素において、相対する画素の変換部１０６ａの中心と重なる位置に変換部１０６ｂを有する。具体的には、画素アレイ１０３ａの相対する画素の変換部１０６ａの中心と重なる位置に変換部１０６ｂを有する画素を、画素アレイ１０３ｂに形成された２８１６×３４１６の画素のうち画素アレイ１０３ｂの中心側の１４０８×１７０８画素に配した。一方、それよりも画素アレイ１０３ｂの外周側に配された画素に、変換部１０６ｂ’の中心が画素アレイ１０３ａの相対する位置に配された画素の変換部１０６ａの中心に対して外周側へ偏心した位置に配された画素を配した。本実施例において、画素アレイ１０３ａにおいて画素２０１ａが配されるピッチの１５％分、変換部１０６ｂ’の中心を、画素アレイ１０３ａの相対する位置に配された画素の変換部１０６ａの中心に対して偏心させた。これら２つの撮像パネル１０１ａ、１０１ｂを上述の第１の実施例と同様の工程を用いて積層し、１ショットでエネルギサブトラクションが可能な放射線撮像装置１００を得た。

撮像パネル１０１ａの保護層１０５ａの上にＭＴＦチャートを載せ、空間周波数２ｌｐ／ｍｍのＭＴＦの測定を行ったところ、撮像パネル１０１ａのＭＴＦは０．３５０、撮像パネル１０１ｂのＭＴＦは０．３３０であった。放射線源から遠い側の撮像パネル１０１ｂの画素アレイ１０３ｂに配された画素の変換部１０６ｂのうち外周側に配された変換部１０６ｂ’を画素アレイ１０３ｂの外周側に偏心することによって、撮像パネル１０１ｂのＭＴＦを向上することが可能となった。これによって、エネルギサブトラクション画像のより高画質化が可能となる。

比較例
本実施形態に対する比較構造による比較例として、同じ面積の変換部１０６ａ、１０６ｂを有する画素２０１ａ、２０１ｂが配された画素アレイ１０３ａ、１０３ｂを備えた撮像パネル１０１ａ、１０１ｂを積層した放射線撮像装置を作製した。作製した放射線撮像装置は、変換部１０６ａ、１０６ｂの面積が互いに同じであること以外、上述の第１の実施例及び第２の実施例で作製した放射線撮像装置１００と同様の構成を有する。

撮像パネル１０１ａの保護層１０５ａの上にＭＴＦチャートを載せ、空間周波数２ｌｐ／ｍｍのＭＴＦの測定を行ったところ、撮像パネル１０１ａのＭＴＦは０．３５０、撮像パネル１０１ｂのＭＴＦは０．３００であった。放射線源から遠い側の撮像パネル１０１ｂに配された画素２０１ｂの変換部１０６ｂが大きく、相対する撮像パネル１０１ｂ画素２０１ａだけでなく近接する位置に配された画素２０１ａを透過した放射線を検出したため、ＭＴＦが低下したと考えられる。

１回の放射線の照射でエネルギサブトラクション画像を取得するための放射線撮像装置１００において、撮像パネル１０１ａと撮像パネル１０１ｂとで、各画素２０１ａ、２０１ｂに配される変換部１０６ａ、１０６ｂの面積を変える。具体的には、放射線源から遠い撮像パネル１０１ｂの画素２０１ｂに配される変換部１０６ｂを、放射線の入射する側の撮像パネル１０１ａの画素２０１ａに配される変換部１０６ａよりも小さくする。これによって、撮像パネル１０１ａと撮像パネル１０１ｂとで、互いに重なる位置の画素以外を透過した放射線を検出することに起因するノイズ軽減し、得られるエネルギサブトラクション画像の空間分解能を向上することが可能となった。また、放射線源から遠い撮像パネル１０１ｂの画素アレイ１０３ｂの画素２０１ｂが有する変換部１０６ｂを画素アレイ１０３ｂの外周側で、変換部１０６ｂの中心を偏心する。これによって、さらに得られるエネルギサブトラクション画像の空間分解能を向上できることが分かった。

以上、本発明に係る実施形態、実施例を示したが、本発明はこれらの実施形態、実施例に限定されないことはいうまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態、実施例は適宜変更、組み合わせが可能である。

＜放射線撮像システム＞
以下、図６を参照しながら本発明の放射線撮像装置１００が組み込まれた放射線撮像システム６００を例示的に説明する。放射線撮像システム６００は、例えば、放射線撮像装置１００と、イメージプロセッサなどを含む信号処理部６０３と、ディプレイなどを含む表示部６０４と、放射線を発生させるための放射線源６０１とを含む。放射線源６０１から発せられた放射線（例えばＸ線）は、被験者６０２を透過し、被験者６０２の体内の情報を含む放射線が、本実施形態の放射線撮像装置１００によって検出される。これによって得られた放射線画像を用いて、例えば、信号処理部６０３は、所定の信号処理を行い、画像データを生成する。この画像データは、表示部６０４に表示される。

１００：放射線撮像装置、１０１ａ、１０１ｂ：撮像パネル、１０３ａ、１０３ｂ：画素アレイ、１０６ａ、１０６ｂ：変換部、１１１：入射面、２０１ａ、２０１ｂ：画素

Claims (14)

1. 行列状に複数配された放射線又は光に応じた信号を出力するための第１の画素を含む第１の画素アレイを備えた第１の撮像パネルと、
   行列状に複数配された放射線又は光に応じた信号を出力するための第２の画素を含む第２の画素アレイを備えた第２の撮像パネルと、を含み、
   前記第１の画素アレイ及び前記第２の画素アレイが互いに重なるように、放射線を照射するための入射面の側から、前記第１の撮像パネル、前記第２の撮像パネルの順に重ねて配された放射線撮像装置であって、
   前記第１の画素の開口率よりも前記第２の画素の開口率が小さいことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記第１の画素アレイ及び前記第２の画素アレイに含まれるそれぞれの画素は、入射した放射線に応じた信号を出力するための変換部を有し、
   前記入射面に対する正射影において、前記第１の画素が有する前記変換部の面積よりも、前記第２の画素が有する前記変換部の面積が小さいことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記入射面に対する正射影において、前記第１の画素が有する前記変換部の中心と前記第２の画素が有する前記変換部の中心とが互いに重なるように、前記第１の画素が有する前記変換部と前記第２の画素が有する前記変換部とが互いに重なる位置に配されることを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記第１の画素アレイは、前記第１の画素アレイの中心に対して前記第１の画素よりも前記第１の画素アレイの外周側に配された第３の画素を更に含み、
   前記第２の画素アレイは、前記第２の画素アレイの中心に対して前記第２の画素よりも前記第２の画素アレイの外周側に配された第４の画素を更に含み、
   前記入射面に対する正射影において、前記第３の画素よりも前記第４の画素の方が、前記変換部の面積が小さく、前記第４の画素が有する前記変換部の中心が、前記第３の画素が有する前記変換部の中心よりも、前記第１の画素アレイの中心に対して前記第１の画素アレイの外周側にずれていることを特徴とする請求項２又は３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記入射面に対する正射影において、前記第３の画素が有する前記変換部と、前記第４の画素が有する前記変換部と、が互いに重なるように配されることを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
6. 前記入射面に対する正射影において、前記第１の画素が有する前記変換部の面積と前記第３の画素が有する前記変換部の面積とが同じであり、
   前記入射面に対する正射影において、前記第２の画素が有する前記変換部の面積と前記第４の画素が有する前記変換部の面積とが同じであることを特徴とする請求項４又は５に記載の放射線撮像装置。
7. 前記入射面に対する正射影において、前記第１の画素が有する前記変換部の面積と前記第３の画素が有する前記変換部の面積とが同じであり、
   前記入射面に対する正射影において、前記第２の画素が有する前記変換部の面積が、前記第４の画素が有する前記変換部の面積よりも大きいことを特徴とする請求項４又は５に記載の放射線撮像装置。
8. 前記第１の画素アレイに含まれるそれぞれの画素が有する前記変換部の中心が、一定のピッチで配されていることを特徴とする請求項２乃至７の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
9. 前記第１の画素アレイに含まれるそれぞれの画素が有する前記変換部よりも、前記第２の画素に含まれるそれぞれの画素が有する前記変換部の方が、同じ強度の放射線に対する感度が高いことを特徴とする請求項２乃至８の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
10. 前記入射面に対する正射影において、前記第２の画素が有する前記変換部の面積が、前記第１の画素が有する前記変換部の面積の５０％以上かつ９０％以下であることを特徴とする請求項２乃至９の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
11. 前記第１の撮像パネル及び前記第２の撮像パネルは、それぞれシンチレータを含み、
    前記変換部は、前記シンチレータで放射線から変換された光を検出することを特徴とする請求項２乃至１０の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
12. 前記第１の撮像パネルに配された画素アレイに含まれる画素の数と、前記第２の撮像パネルに配された画素アレイに含まれる画素の数と、が同じことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
13. 前記第１の撮像パネルと前記第２の撮像パネルとの間に、前記第１の撮像パネルを透過した放射線の一部を吸収するための放射線吸収層を含むことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
14. 請求項１乃至１３の何れか１項に記載の放射線撮像装置と、
    前記放射線撮像装置からの信号を処理する信号処理部と、を備えることを特徴とする放射線撮像システム。

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