JP2020169892A - 放射線撮影装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ところが、シンチレーターに含まれる発光物質の中には、潮解性を有しているものがある。こうした潮解性を有する発光物質をシンチレーターとして用いる際には、湿気を遮断する防湿層でシンチレーターを被覆することが行われている。
樹脂で形成された基板は、従来の硬質基板と比べて空気や水分の透過性が高いという性質がある。一方、一般的な光検出素子は、有機材料で形成されていて、水分や酸素の影響を受けやすいという性質を有している。このため、基板に樹脂を用いることで、基板に形成された光検出素子が水分や酸素の影響を受け、放射線画像の画質が低下してしまうという問題が新たに生じるようになった。
そこで、例えば特許文献1に記載されたような、樹脂で形成された基板とシンチレーターを重ね合わせたものの周囲を金属膜で被覆し、基板及びシンチレーターを共に外気から遮断する技術が提案されている。
ところが、特許文献1に記載されたような従来の放射線撮影装置は、使用に伴って基板が撓んだ場合に、防湿層、シンチレーター及び基板のうちの少なくともいずれかに皺が生じたり、防湿層とシンチレーターとの間、防湿層と基板との間、シンチレーターと基板との間のうちの少なくともいずれかの間が剥離したりしてしまう可能性がある。
皺は放射線画像に写りこんでしまう可能性があるし、剥離は内部へ水分や空気の侵入させることになり、結果として放射線画像の画質低下につながってしまう。
受けた放射線の線量に応じた強度で発光し、可撓性を有する板状のシンチレーター基板と、可撓性を有する支持基板の表面に二次元状に分布するように形成され、受けた光の強度に応じた量の電荷を発生させる複数の光検出素子を有し、前記光検出素子が形成された素子形成面が前記シンチレーター基板の方を向くように配置された可撓性を有する光電変換パネルと、
湿気を通過させない性質を有する材料で形成され、前記シンチレーター基板における前記光検出素子と対向する面とは反対側の面、前記シンチレーター基板の側面、及び前記光電変換パネルにおける前記素子形成面とは反対側の面をそれぞれ被覆する防湿層と、を備えることを特徴とする。
以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しながら説明する。しかし、本発明は、図面に図示されたものに限定されるものではない。
まず、放射線撮影装置100の概略構成について説明する。図1は放射線撮影装置100の斜視図、図2は図1のII−II断面図、図3は放射線撮影装置100が備える一部構成の平面図、図4は図3のIV−IV断面図である。
なお、図1には、パネル状をした可搬型の放射線撮影装置100を例示したが、本発明は、他の形態をした放射線撮影装置(例えば撮影台等と一体的に形成された据え付け型のもの等)に対しても適用可能である。
また、筐体1が有する複数の面のうちの一つが放射線入射面15となっている。
可撓性材料の具体例としては、例えばポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリエーテルイミド、アラミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、又はこれらの複合材料が挙げられる。
特に、上記材料のうち、ポリイミド、ポリアミド、ポリエーテルイミド、PTFE、又はこれらの複合材料とするのが、耐熱性を向上させる観点から好ましい。
また、本実施形態に係る支持層21は、矩形に形成されている。
本発明において蛍光体とは、α線、γ線、X線等の電離放射線が照射されたときに原子が励起されることにより発光する蛍光体をいう。すなわち、放射線を紫外・可視光に変換して放出する蛍光体を指す。蛍光体は外部から入射されたX線などの放射線エネルギーを効率よく光に変換可能な材料である限り特に制限されない。例えば、本発明に係る蛍光体としては、X線などの放射線を可視光などの異なる波長に変換することが可能な物質を適宜使用することが出来る。具体的には、「蛍光体ハンドブック」(蛍光体同学会編・オーム社・1987年)の284頁から299頁に至る箇所に記載されたシンチレーター及び蛍光体や、米国LawrenceBerkeley National LaboratoryのWebホームページ「Scintillation Properties(http://scintillator.lbl.gov/)」に記載の物質などが考えられるが、ここに指摘されていない物質でも、「X線などの放射線を可視光などの異なる波長に変換することが可能な物質」であれば、蛍光体として用いることが出来る。更に残光低減を実現するため、CsCl:Pbなどの単結晶シンチレーターにCsPbCl3などの半導体ナノ粒子を含有させたシンチレーターや、アルキルアミンなどの有機化合物とPbBr2などの無機化合物で形成された有機無機ペロブスカイト型化合物を用いてもよい。また、高感度化を実現するため、鉛ハライドなどの無機ペロブスカイトナノ結晶を用いてもよい。本発明において、シンチレーター層は、通常、蛍光体母体化合物と賦活剤とからなる。また、シンチレーター層は、気相堆積法により形成された蛍光体柱状結晶で構成されても、蛍光体粒子分散液を塗布して粒子を堆積させた層であってもよい。
また、本実施形態に係る蛍光体層22は、支持層21が撓んだときに共に撓む(弾性変形する)ことが可能な厚さとなっている。
また、蛍光体層22は、周縁部を含めた全体の厚さが均一になっている。具体的には、蛍光体層22の複数個所から得られた複数の厚さから算出される変動係数が30%以下となっている。
このため、本実施形態に係る蛍光体層22は、周縁部も中央部と同様の発光性能を有することとなるため、この周縁部と対向する光検出素子が生成した電荷に基づく信号値も正確なものとなる。このため、有効画像領域を広くとることができる。
また、シンチレーター基板2は、図2に示したように、支持層21が筐体1の放射線入射面15と蛍光体層22との間に位置するように配置されている。
また、本実施形態に係るシンチレーター基板2は、筐体1の放射線入射面15と平行に広がるように配置されている。
また、本実施形態に係る光電変換パネル3は、図示しない複数の走査線と、複数の信号線と、複数のスイッチ素子と、複数のバイアス線と、有している。
なお、支持基板31を、熱膨張率及び熱収縮率が上記支持層21と同じで、且つ上記支持層21とは異なる材料で形成するようにしてもよい。
また、本実施形態に係る支持基板31は、図3に示したように、シンチレーター基板2の平面視形状よりも一回り大きい矩形に形成されている。
また、複数の光検出素子32は、図3に示したように、支持基板31の表面に二次元状に分布するように形成されている。
以下、支持基板31における光検出素子32が形成されている面を素子形成面31aと称する。
また、各矩形領域内には、図示しないスイッチ素子がそれぞれ設けられている。スイッチ素子は、例えばTFTで構成されており、各スイッチ素子のゲートは走査線に、ソースは信号線に、ドレインは光検出素子に、それぞれ接続されている。
以下、素子形成面31aにおける複数の光検出素子32が形成されている領域を素子形成領域31bと称する。
また、本実施形態に係る光電変換パネル3は、シンチレーター基板2と平行に広がるように配置されている。
また、本実施形態に係る光電変換パネル3は、図3に示したように、素子形成領域31bがシンチレーター基板2と対向している。上述したように、本実施形態に係る光電変換パネル3は、シンチレーター基板2の平面視形状よりも一回り大きい矩形となっているため、素子形成面31aの周縁部は、シンチレーター基板と対向していない。
また、本体41は、図示しないフィルム状の絶縁層と、絶縁層の表面に実装された各種電子部品(図示しないゲートドライバーや、読み出し回路、電源回路、これらを制御するCPU等)と、を有している。
具体的には、光電変換パネル3の各走査線の端部(端子)とゲートドライバー、各信号線の端部(端子)と読み出し回路、各バイアス線の端部(端子)と電源回路、をそれぞれ接続している。
本実施形態においては、図3に示したように、素子形成面31aの周縁部の一部に、配線42の一端が接続されている。
湿気を通過させない性質を有する材料の具体例としては、例えば金属(Al,Ag,Cr,Cu,Ni,Ti,Mg,Rh,Pb,Pt,Au等)と、金属の酸化物と、無機材料(Al2O3,SiO2,ITO(Indium Tin Oxide),SiN等)、有機材料(フッ素樹脂,PVA,PVDC,PMAN,PAN,PLGA,パリレン等)のうちの少なくともいずれかが挙げられる。
なお、防湿層5を、上記材料のうち金属やITO等の導電性を有する材料で形成されるとともに、接地されたものとすれば、防湿層5が帯電するのを防ぐ観点から好ましい。
なお、例えば図5に示すように、第一防湿層51が、素子形成面31a及び光電変換パネル3の側面3b(支持基板31と光検出素子32の積層方向と直交する方向を向く面)を更に被覆するようにしてもよい。
その場合には、防湿層5のうち少なくとも素子形成領域31bを被覆する部位を、上記材料のうちAl2O3,SiO2,フッ素樹脂,PVA,PVDC,PMAN,PAN,PLGA,パリレン等の透明材料で形成されたものとするのが、シンチレーター基板2の光を遮らないようにする観点から好ましい。
また、本実施形態に係る第二防湿層52は、素子形成面31aの周縁部における配線と接触していない部分を更に被覆している。
また、素子形成面31a全体を防湿層5で被覆するようにすれば、シンチレーター基板2と光電変換パネル3との間の空気の行き来が遮断されるため、蛍光体層22や光検出素子32の劣化をより一層防ぐことができる。
また、本実施形態に係る放射線撮影装置100は、シンチレーター基板2の側面、素子形成面31aの周縁部、及び防湿層5によって囲まれる領域が空隙9になっている。
このため、シンチレーター基板2や光電変換パネル3が撓んだときに、防湿層5が撓みに応じて変形することができるため、防湿層5が剥離しにくくなる。
また、本実施形態に係る空隙9の体積は、シンチレーター基板2の体積の0.5〜3%の範囲内となっている。
空隙9の体積を0.1%以上とすることで、防湿層5をなだらかに配置することができ、防湿層5の破損を防ぐことができる。また、空隙9の体積を1%以下とすることで、筐体1内部のスペースが節約され、筐体1のサイズが大きくなってしまうのを防ぐことができる。
素子保護層33は、有機材料で形成されたものとするのが好ましい。
素子保護層33を形成する有機材料としては、例えばポリメタクリル酸メチル(PMMA)、フッ素樹脂、ポリビニルアルコール(PVA),ポリ塩化ビニリデン(PVDC),ポリメタクリロニトリル(PMAN),ポリアクリロニトリル(PAN),ポリ乳酸・グリコール酸共重合体(PLGA)等が挙げられる。
また、この場合には、第二防湿層52の端部が、第一防湿層51と素子保護層33とに跨るようにして光電変換パネル3と接着された状態とするのが好ましい。
第二防湿層52と素子保護層33とを接着する接着剤には、アクリル系、ウレタン系、その他ポリマーを主成分とするものが主に用いられる。この場合、上述したような有機材料で形成される素子保護層33は、接着剤と類似の表面自由エネルギーを持つこととなり、濡れ性が高まり、両者の接着力が向上することになるためである。
また、接着剤及び素子保護層33が有機材料同士の場合、素材表面のヒドロキシ基同士の結合や水素結合等も作用するため、一方が有機材料ではない場合に比べて接着力がより向上するものと考えられる。
光学接着層6は、光電変換パネル3とシンチレーター基板2との間においてこれらを接着させる光学接着剤である。
光学接着剤としては、例えばオレフィン系、アミド系、エステル系、スチレン系、アクリル系、ウレタン系、ビニル系、ポリカーボネート、もしくはABS樹脂(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂)を主成分とする熱可塑性樹脂等が挙げられる。
光学接着層6は、上述したような材料で形成されることにより、素子保護層33より高くシンチレーター基板2よりも低い屈折率を有することになる。このため、放射線画像の輝度やMTF(Modulated Transfer Function)を向上させることができる。
シンチレーター基板2の蛍光体層22は、表面に欠陥(高さ又は深さ10μm程度の凹凸)を有している場合があり、こうした欠陥が存在すると生成される放射線画像に影響する。しかし、本実施形態に係る光学接着層6は、このような厚さを有していることにより、こうした欠陥を覆い隠し、生成される放射線画像が欠陥の影響を受けないようにすることができる。
また、光学接着層6が厚くなりすぎると、生成される放射線画像の鮮鋭性が大きく低下してしまう。しかし、厚さの上限を100μmとすることにより、これを防ぐことができる。
これにより、本実施形態に係る光学接着層6は、−20〜60℃の範囲内における熱膨張率が0.2%以下となる。
放射線撮影装置100の各部は、撮影を進めるうちに温度が上昇し膨張してくる。このとき、光学接着層6が光電変換パネル3よりも相対的に大きくなると生成される放射線画像に網目状のムラが生じてしまう。しかし、本実施形態に係る光学接着層6は、このように熱膨張率が低くなっているため、生成される放射線画像にムラが生じるのを防ぐことができる。
接着材7は、防湿層5と少なくとも光電変換パネル3との間において有機材料からなる接着剤である。
接着材7を構成する有機材料としては、アクリル系、ウレタン系、ポリエステル系、スチレン・イソプレン・スチレン・ブロック共重合体、天然ゴム、ブチルゴム、エポキシ等が挙げられる。
接着材7は、上述したような材料で形成されることにより、伸縮性を有することになる。具体的には、下記式(1)満たすせん断弾性率を有する。
せん断弾性率<防湿層5とシンチレーター基板2(又は光電変換パネル3)との接着力(せん断応力)/400・・(1)
これにより、光電変換パネル3が撓んだときに防湿層5とシンチレーター基板2又は光電変換パネル3とが剥離しにくくなる。
また、接着材7は、開口部7aを有しているのが好ましい。具体的には、例えば図7に示すように、格子状又は網状に形成されたものとする。こうすることで、接着材7が変形しやすくなるため、光電変換パネル3が撓んだときに防湿層5とシンチレーター基板2又は光電変換パネル3とが剥離しにくくなる。
閉塞材8は、伸縮性及び湿気を通過させない性質を有する樹脂とするのが好ましい。
閉塞材8を形成する樹脂としては、例えば接着材7を構成する樹脂と同じものが挙げられる。
これにより、シンチレーター基板2及び光電変換パネル3がより確実に外気から遮断されるため、蛍光体層22や光検出素子32が劣化してしまうのをより一層防ぐことができる。
次に、上記放射線撮影装置100の製造方法について説明する。
シンチレーター基板2は、支持層21の表面に蛍光体を所定厚さとなるまで真空蒸着することで製造される。蛍光体が所定厚さ蒸着されると蛍光体層22となる。
光電変換パネル3は、支持基板31の表面に複数の光検出素子32を形成することで製造される。光電変換パネル3を製造する際、必要に応じて、素子形成領域31bを素子保護層33で被覆するようにしてもよい。
なお、防湿層5は、後述する組み立て時の取り扱い性を向上させるため、予め樹脂フィルムにラミネートしておいてもよい。
まず、光電変換パネル3を第一防湿層51で被覆する。被覆する範囲は、図4に示したように光電変換パネル3における前記素子形成面とは反対側の面3aだけとしてもよいし、図5に示したようにシンチレーター基板2における光検出素子32と対向する面とは反対側の面2a及びシンチレーター基板2の側面2bを更に含めてもよい。
第一防湿層51における素子形成面31aを被覆する部位の形成は、塗布(バーコート、スピンコート等)、スパッタ、真空蒸着等のドライ成膜法を用いて行うのが好ましい。一方、第一防湿層51における素子形成面31a以外の面を被覆する部位の形成は、シート状の第一防湿層51をラミネートすることにより行う方法でも良い。
なお、第一防湿層51として、素子形成領域31bを被覆しない(開口が形成されている)ものを用い、第一防湿層51で被覆した後に、素子形成領域31bに素子保護層33を形成してもよい。
圧着は、各部の周囲(装置内)を減圧しながら行う。その際の圧力は約1000hPaとし、温度は60〜120℃とするのが好ましい。こうすることで、防湿層5と、光電変換パネル3及びシンチレーター基板2のうちの少なくとも一方と、に囲まれる領域内の気圧が、大気圧よりも低くなる。
このとき、光学接着剤の厚さを15〜100μmの範囲内とすれば、蛍光体層22の蒸着欠陥(深さ10μm程度)を覆い隠すことができるとともに、貼り合わせる際にシンチレーター基板2又は光電変換パネル3との間に空気が残留するのを防ぐことができる。
各部を圧着した後は、各部の積層体に制御基板4を取り付け、それを筐体1に格納する。
こうして上記放射線撮影装置100が製造される。
次に、本発明の第二実施形態について説明する。なお、本実施形態においては、上記第一実施形態と同様の構成に同一の符号を付し、その説明を省略する。
また、光電変換パネル3を、素子保護層33を有するものとしてもよい。
また、上記放射線撮影装置100Aに、光学接着層6、接着材7及び閉塞材8のうちの少なくともいずれかを備えるようにしてもよい。
1 筐体
11 電源スイッチ
12 操作スイッチ
13 インジケーター
14 コネクター
15 放射線入射面 2 シンチレーター基板
2a シンチレーター基板における光検出素子と対向する面とは反対側の面
2b シンチレーター基板の側面
21 支持層
22 蛍光体層
3 光電変換パネル
3a 光電変換パネルにおける素子形成面とは反対側の面
3b 光電変換パネルの側面
31 支持基板
31a 素子形成面
31b 素子形成領域
32 光検出素子
33 素子保護層
4 制御基板
41 本体
42 配線
5 防湿層
51 第一防湿層
52 第二防湿層
5A 防湿層
5a 光電変換パネルからはみ出した部位
6 光学接着層
7 接着材
7a 開口部
8 閉塞材
9 空隙
Claims (19)
- 受けた放射線の線量に応じた強度で発光し、可撓性を有する板状のシンチレーター基板と、
可撓性を有する支持基板の表面に二次元状に分布するように形成され、受けた光の強度に応じた量の電荷を発生させる複数の光検出素子を有し、前記光検出素子が形成された素子形成面が前記シンチレーター基板の方を向くように配置された可撓性を有する光電変換パネルと、
湿気を通過させない性質を有する材料で形成され、前記シンチレーター基板における前記光検出素子と対向する面とは反対側の面、前記シンチレーター基板の側面、及び前記光電変換パネルにおける前記素子形成面とは反対側の面をそれぞれ被覆する防湿層と、を備えることを特徴とする放射線撮影装置。 - 前記素子形成面の周縁部は、前記シンチレーター基板と対向しておらず、
前記素子形成面の周縁部の一部に、複数の前記光検出素子と電子部品とを接続する配線の一端が接続されており、
前記防湿層は、前記素子形成面の周縁部における前記配線と接触していない部分を更に被覆していることを特徴とする請求項1に記載の放射線撮影装置。 - 前記防湿層は、前記素子形成面及び前記光電変換パネルの側面を更に被覆していることを特徴とする請求項2に記載の放射線撮影装置。
- 前記防湿層と少なくとも前記光電変換パネルとを接着させる接着材を備え、
前記光電変換パネルは、
複数の前記光検出素子が前記素子形成面の中央部に形成され、
前記素子形成面の中央部を被覆する素子保護層を有しており、
前記防湿層は、
少なくとも前記素子形成面の周縁部を被覆する第一防湿層と、
前記シンチレーター基板における前記光検出素子と対向する面とは反対側の面、及び前記シンチレーター基板の側面を被覆する第二防湿層と、で構成され、
前記第二防湿層の端部は、前記第一防湿層と前記素子保護層とに跨るようにして前記光電変換パネルと接着されていることを特徴とする請求項2に記載の放射線撮影装置。 - 前記接着材は、表面に凹凸を有するシート状に形成されていることを特徴とする請求項4に記載の放射線撮影装置。
- 前記接着材は、伸縮性を有していることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の放射線撮影装置。
- 前記接着材は、開口部を有していることを特徴とする請求項4から請求項6のいずれか一項に記載の放射線撮影装置。
- 前記防湿層と、前記光電変換パネル及び前記シンチレーター基板のうちの少なくとも一方と、に囲まれる領域内の気圧が、大気圧よりも低くなっていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の放射線撮影装置。
- 前記防湿層は、導電性を有する材料で形成されるとともに、接地されていることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の放射線撮影装置。
- 伸縮性及び湿気を通過させない性質を有する樹脂からなり、前記防湿層の端部と前記光電変換パネルの表面との間を閉塞する閉塞材を備えることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の放射線撮影装置。
- 前記シンチレーター基板の側面、前記素子形成面の周縁部、及び前記防湿層によって囲まれる領域が空隙になっていることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の放射線撮影装置。
- 前記空隙の体積は、前記シンチレーター基板の体積の0.5〜3%の範囲内となっていることを特徴とする請求項11に記載の放射線撮影装置。
- 前記素子保護層より高く前記シンチレーター基板よりも低い屈折率を有するとともに、前記光電変換パネルと前記シンチレーター基板とを接着する光学接着層を備えることを特徴とする請求項4から請求項7のいずれか一項に記載の放射線撮影装置。
- 前記光学接着層の厚さは、15μm以上となっていることを特徴とする請求項13に記載の放射線撮影装置。
- 前記光学接着層は、−20〜60℃の範囲内における熱膨張率が0.2%以下となっていることを特徴とする請求項13又は請求項14に記載の放射線撮影装置。
- 前記シンチレーター基板は、
板状の支持層と、
前記支持層の表面に形成され、受けた放射線の線量に応じた強度で発光する蛍光体層と、を有し、
前記支持層の熱膨張率及び熱収縮率は、前記支持基板の熱膨張率及び熱収縮率と等しくなっていることを特徴とする請求項1から請求項15のいずれか一項に記載の放射線撮影装置。 - 前記光電変換パネル及び前記シンチレーター基板は矩形に形成されており、
前記シンチレーター基板における前記光検出素子と対向する面とは反対側の面、前記シンチレーター基板の四つの側面のうちの少なくとも一面、及び前記光電変換パネルにおける前記素子形成面とは反対側の面が、一枚の前記防湿層で被覆されていることを特徴とする請求項1から請求項16のいずれか一項に記載の放射線撮影装置。 - 前記シンチレーター基板における前記光検出素子と対向する面とは反対側の面、前記シンチレーター基板の四つの側面のうちの少なくとも二面、及び前記光電変換パネルにおける前記素子形成面とは反対側の面が、一枚の前記防湿層で被覆されていることを特徴とする請求項17に記載の放射線撮影装置。
- 前記蛍光体層22は、全体の厚さが均一になっていることを特徴とする請求項16に記載の放射線撮影装置。
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