JP5680943B2 - シンチレータ、放射線検出装置および放射線撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、シンチレータ、放射線検出装置および放射線撮影装置に関する。

特許文献１は、***を挟み込んでＸ線撮影を行うマンモグラフィーに関するもので、同文献には、複数のフォトダイオードを二次元状に配置した光感応部と、該光感応部の上に配置されたシンチレータ層とを備える放射線イメージセンサが記載されている。シンチレータ層は、タリウム（Ｔｌ）がドープされたヨウ化セシウム（ＣｓＩ）の柱状結晶構造を有する。

特開２００５−２１４８００号公報

マンモグラフィーでは、軟部組織である***の中の病巣を識別するために、組織間における吸収差が大きい低エネルギーのＸ線が使用される。特に、モリブデンＸ線管にモリブデンフィルターを組み合わせることによって、特性Ｘ線を含む単色に近いＸ線を発生することができ、このようなＸ線を使用することによってコントラストの良い画像を得ることができる。

マンモグラフィーでは、***を放射線イメージセンサが組み込まれた撮影台に乗せ、***を圧迫板で上方から圧迫した状態で***に上方からＸ線を照射する。***ではＸ線が吸収されるが、***外ではＸ線が吸収されずにシンチレータに入射する。シンチレータに入射したＸ線は、シンチレータによって光に変換されて、その下に配置された光検出器によって光電変換される。光検出器の出力は、***の領域では低く、***外の領域では高くなる。そのために、ハレーションが発生し、出力の低い***の領域がハレーションの影響を受け、白くボケたり、コントラストが損なわれたりして、的確な画像診断ができなくなる可能性がある。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、マンモグラフィーにおける画質の向上に有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、放射線を光に変換するシンチレータ層を含むシンチレータに係り、前記シンチレータ層は、前記シンチレータ層の輪郭の一部を構成する第１端部と、前記輪郭の他の一部を構成する第２端部とを含み、前記第１端部と前記第２端部とは、前記シンチレータ層の中心から見て互いに反対側に位置し、前記シンチレータ層は、更に、前記シンチレータ層の前記輪郭における前記第１端部と前記第２端部とを接続する部分を構成する第３端部を含み、放射線を光に変換する効率が、前記第１端部から前記第２端部に向かって連続的に低くなっており、且つ、前記第１端部から前記第３端部に向かって連続的に低くなっている。

本発明によれば、マンモグラフィーにおける画質の向上に有利な技術を提供することができる。

本発明の好適な実施形態の放射線撮影装置の基本構成を示す図。 本発明の第１実施例の放射線検出装置の構成を示す図。 本発明の第１実施例の放射線検出装置の構成を示す図。 本発明の第１実施例の放射線検出装置のシンチレータ層を形成するために好適な蒸着装置の構成を模式的に示す図。 本発明の第１実施例の放射線検出装置のシンチレータ層を形成するために好適な蒸着装置の構成を模式的に示す図。 本発明の第２実施例の放射線検出装置の構成を示す図。 本発明の第２実施例の放射線検出装置の構成を示す図。 本発明の第２実施例の放射線検出装置のシンチレータ層を形成するために好適な蒸着装置の構成を模式的に示す図。 本発明の第３実施例の放射線検出装置の構成を示す図。 シンチレータ層の構成を模式的に示す図。

図１を参照しながら本発明の好適な実施形態の放射線撮影装置ＭＧの基本構成および放射線撮影装置ＭＧによる***２０の撮影方法を説明する。放射線撮影装置ＭＧは、撮影台（匡体）２５と、圧迫板２６と、放射線源１０とを備える。撮影台２５の上に被験者２７の***２０を載せて、***２０をその上方から圧迫板２６によって圧迫し、圧迫板２６を通して放射線源１０によって***２０に放射線（Ｘ線）を照射する。***２０を透過した放射線は撮影台２５に入射する。撮影台２５には、放射線検出装置１００が組み込まれている。放射線検出装置１００は、放射線を光に変換するシンチレータ層２３と、シンチレータ層２３によって変換された光を検出する光電変換素子アレイ２２とを含む。

光電変換素子アレイ２２は、例えば、ガラス基板等の基板２１の上に形成されうる。シンチレータ層２３は、図１０に模式的に示すように、光電変換素子アレイ２２の上に絶縁層２９を介して形成されうる。シンチレータ層２３は、保護層２４で覆われうる。シンチレータ層２３は、多数の柱状結晶体９０の集合からなる柱状結晶構造を有しうる。シンチレータ層２３は、例えば、主剤であるヨウ化セシウム（ＣｓＩ）と付活剤を含むヨウ化タリウム（ＴｌＩ）とを同時に蒸発させることにより形成することができる。シンチレータ層２３は、シンチレータ層２３の輪郭の一部を構成する第１端部Ｅ１と、シンチレータ層２３の当該輪郭の他の一部を構成する第２端部Ｅ２とを含む。なお、シンチレータ層２３の輪郭とは、シンチレータ層２３の面のうち最も大きい面（基板２１の主面ＭＳに平行な面）における輪郭を意味する。第１端部Ｅ１と第２端部Ｅ２とは、シンチレータ層２３の中心から見て互いに反対側に位置する。第１端部Ｅ１は、被験者２７の側の端部である。

放射線を光に変換する効率は、第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって低くなっている。ここで、放射線を光に変換する効率が高いことは、シンチレータ層２３に一定エネルギーの放射線が入射したときにシンチレータ層２３で発生する光のエネルギーが大きいことを意味する。放射線を光に変換する効率が低いことは、シンチレータ層２３に一定エネルギーの放射線が入射したときにシンチレータ層２３で発生する光のエネルギーが小さいことを意味する。放射線を光に変換する効率が第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって低くなった構成によれば、***を透過しないで放射線検出装置１００に入射する放射線によるハレーションの発生を抑制することができ、これによりコントラストの高い画像を得ることができる。放射線を光に変換する効率が第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって低くなる構成は、例えば、該効率が緩やかな変化を有する構成でありうる。放射線を光に変換する効率が第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって低くなる構成は、あるいは、第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２の間を例えば５から１０程度の複数の領域に分割したときに領域間で平均効率が異なる構成でありうる。

図２、図３を参照しながら本発明の第１実施例の放射線検出装置１００の構成を説明する。ここで、図２に示す放射線検出装置１００におけるシンチレータ層２３に付されたグラデーションにおいて、濃い色は厚さが厚いことを示し、薄い色は厚さが薄いことを示している。図３は、図２に示す放射線検出装置１００をＢ−Ｂ’線で切断した断面図である。シンチレータ層２３は、例えば、主剤であるヨウ化セシウム（ＣｓＩ）と付活剤を含むヨウ化タリウム（ＴｌＩ）とを同時に蒸発させることにより形成することができ。第１実施例では、シンチレータ層２３の厚さは、第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって（矢印Ａ１に示す方向に向かって）小さくなっていて、これにより、放射線を光に変換する効率が第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって低くなった構成が実現されている。シンチレータ層２３の厚さは、図２、図３に模式的に示されるように第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって連続的に小さくなっていてもよいし、図示されていないが、第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって段階的に小さくなっていてもよい。シンチレータ層２３の厚さを段階的に変化させる方法としては、例えば、シンチレータ層２３の形成処理の期間の一部の期間においてシンチレータ層２３を形成すべき領域を遮蔽板によって遮蔽する方法を挙げることができる。

シンチレータ層２３は、シンチレータ層２３の輪郭における第１端部Ｅ１と第２端部Ｅ２とを接続する部分を構成する第３端部Ｅ３を更に含みうる。放射線を光に変換する効率は、第１端部Ｅ１から第３端部Ｅ３に向かって（矢印Ａ２に示す方向に向かって）低くなっていることが好ましい。

図４は、本発明の第１実施例の放射線検出装置１００のシンチレータ層２３を形成するために好適な蒸着装置３１の構成を模式的に示している。蒸着装置３１は、主剤であるヨウ化セシウム（ＣｓＩ）を支持するボート３２と、付活剤を含むヨウ化タリウム（ＴｌＩ）を支持するボート３３と、光電変換素子アレイ２２が形成された１又は複数の基板２１を保持する保持部３４とを含みうる。図５は、保持部３４によって保持される基板２１を模式的に示している。保持部３４は、基板２１を保持した状態で回転軸ＡＸの周りで回転する。基板２１は、第１端部Ｅ１を形成すべき位置が回転軸ＡＸに近い位置となり、第２端部Ｅ２を形成すべき位置が回転軸ＡＸから遠い位置となるように保持部３４によって保持されて、保持部３４の回転に伴って公転する。ボート３２、３３は回転軸ＡＸの近くに配置されうる。基板２１を公転させながらボート３２、３３を加熱することによって、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）およびヨウ化タリウム（ＴｌＩ）が蒸発して飛散し、これらが基板２１に蒸着されてシンチレータ層２３が形成される。これによって、第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって厚さが連続的に小さくなったシンチレータ層２３が形成される。また、シンチレータ層２３の厚さは、第１端部Ｅ１から第３端部Ｅ３に向かっても連続的に小さくなりうる。

シンチレータ層２３は、蒸着装置３１によって形成されるシンチレータ層２３の柱状結晶構造における柱状結晶体の径ｄは、第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって小さくなりうる。第１端部Ｅ１より第２端部Ｅ２に向かって単位面積あたりの柱状結晶体の密度が小さいということも言える。このような構成は、蒸着時の温度を第１端部Ｅ１より第２端部Ｅ２に向かって低くすることなどで可能となる。このような構成は、放射線を光に変換する効率が第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって低くなる特性に寄与する。

蒸着装置３１によって形成されるシンチレータ層２３の柱状結晶構造における柱状結晶体の軸方向ｓａｘと基板２１の主面ＭＳの法線ｎとがなす角度αは（図１０参照）、第２端部Ｅ２から第１端部Ｅ１に向かって大きくなりうる。これは、柱状結晶体の成長方向（つまり、柱状結晶体の軸方向ｓａｘ）と基板２１の主面ＭＳの法線ｎとがなす角度は、第２端部Ｅ２から第１端部Ｅ１に向かって大きくなるからである。この構成は、放射線源のカソードから空間的に広がりを持って放射線が出射される場合に特に有効である。この角度は、放射線源１０から出射した放射線の方向とシンチレータ層２３の柱状結晶体の軸方向が平行に近くなり、ある部分の放射線が他の柱状結晶体に入射する確率が小さくなるため、良好な解像度特性に寄与する。

図６、図７を参照しながら本発明の第２実施例の放射線検出装置１００の構成を説明する。図７は、図６に示す放射線検出装置１００をＢ−Ｂ’線で切断した断面図である。ここで、図７に示す放射線検出装置１００におけるシンチレータ層２３に付されたグラデーションにおいて、濃い色は付活剤（タリウム）を添加したヨウ化セシウムに対する付活剤（タリウム）の比率が大きいことを示し、薄い色は該比率が小さいことを示している。シンチレータ層２３に付されたグラデーションは、シンチレータ層の付活剤の濃度の大小関係とも言える。第２実施例では、付活剤（タリウム）を添加したヨウ化セシウムに対する付活剤の比率が第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって（矢印Ａ１に示す方向に向かって）大きくなっている。ここで、付活剤の比率の範囲は、該比率が大きくなることによって放射線を光に変換する効率が低くなる範囲とされている。例えば、付活剤の濃度が１．５ｍｏｌ％以上３．０ｍｏｌ％以下の範囲であれば、付活剤の濃度が大きいほど放射線を光に変換する効率が低くなる。これにより、放射線を光に変換する効率が第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって低くなった構成が実現されている。付活剤（タリウム）を添加したヨウ化セシウムに対する付活剤の比率は、例えば、図７に模式的に示されるように第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって連続的に大きくなりうる。付活剤（タリウム）を添加したヨウ化セシウムに対する付活剤の比率は、あるいは、図示されていないが、第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって段階的に大きくなりうる。主剤に対する付活剤の比率を段階的に変化させる方法としては、例えば、シンチレータ層２３の形成処理の期間の一部の期間においてシンチレータ層２３を形成すべき領域を遮蔽板によって遮蔽する方法を挙げることができる。

ここで、主剤であるヨウ化セシウム（ＣｓＩ）と付活剤を含むヨウ化タリウム（ＴｌＩ）とを光電変換素子アレイ２２が形成された基板２１に蒸着した後にアニールが実施されうる。このアニールにおいて、第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって低くなる温度分布を形成することが、放射線を光に変換する効率が第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって低くなる構成を形成するために有利である。

放射線を光に変換する効率は、第１端部Ｅ１から第３端部Ｅ３に向かって（矢印Ａ２に示す方向に向かって）低くなっていることが好ましい。これは、主剤に対する付活剤の比率が第１端部Ｅ１から第３端部Ｅ３に向かって（矢印Ａ２に示す方向に向かって）大きくなることによって実現されうる。

図８は、第２実施例の放射線検出装置１００のシンチレータ層２３を形成するために好適な蒸着装置３５の構成を模式的に示している。蒸着装置３５は、付活剤（タリウム）を添加したヨウ化セシウム（ＣｓＩ）を支持する複数のボート３２、付活剤を含むヨウ化タリウム（ＴｌＩ）を支持するボート３３、光電変換素子アレイ２２が形成された１又は複数の基板２１を保持する保持部３４を含みうる。図５は、保持部３４によって保持される基板２１を模式的に示している。ここで、複数のボート３２は、これによって加熱され蒸発した主剤であるヨウ化セシウム（ＣｓＩ）が基板２１に対して均一な膜厚で蒸着されるように配置されうる。ボート３３は、シンチレータ層に対する付活剤の比率が第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって大きくなるシンチレータ層２３が形成するように配置されうる。ボート３３は、例えば、回転軸ＡＸから離れた位置、好ましくは、公転する基板２１よりも外側に配置されうる。

本実施例においては、シンチレータ層に対する付活剤の比率が第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって大きくなるシンチレータ層２３を説明したが、第１端部Ｅ１から第２端部Ｅ２に向かって小さくなるシンチレータ層２３も可能である。この場合、付活剤の濃度が１．５ｍｏｌ％より小さい範囲が好ましく、この範囲であれば付活剤の濃度が小さいほど放射線を光に変換する効率が小さくなる。

第１実施例および第２実施例では、基板２１に形成された光電変換素子アレイ２２の上に絶縁層を介してシンチレータ層２３を成長させている。しかしながら、本発明は、これに限定されず、シンチレータ層２３を含むシンチレータと光電変換素子アレイ２２を含むセンサパネルとを別個に製造した後にこれらを結合してもよい。放射線検出装置１００は、図９（ａ）に例示するシンチレータ（或いは、シンチレータパネルとも呼ばれうる。）５０と図９（ｂ）に例示するセンサパネル６０とを別個に製造した後に、シンチレータ５０とセンサパネル６０とを結合することによって製造されてもよい。図９（ｃ）には、シンチレータ５０とセンサパネル６０とを結合することによって製造された放射線検出装置１００が例示されている。

シンチレータ５０は、例えば、シンチレータ層２３と、シンチレータ層２３を支持する基板４１と、少なくともシンチレータ層２３を覆う保護層４３とを含みうる。シンチレータ５０は、更に、光を反射する反射層４２を含みうる。シンチレータ層２３の構成は、本発明の構成、例えば、第１実施例または第２実施例の構成に従いうる。反射層４２は、例えば、基板４１とシンチレータ層２３との間に配置されて、シンチレータ層２３への光の入射を防止する。センサパネル６０は、例えば、基板２１と、基板２１に形成された光電変換素子アレイ２２と、光電変換素子アレイ２２を覆う絶縁層２９とを含みうる。

Claims (7)

1. 放射線を光に変換するシンチレータ層を含むシンチレータであって、
   前記シンチレータ層は、前記シンチレータ層の輪郭の一部を構成する第１端部と、前記輪郭の他の一部を構成する第２端部とを含み、前記第１端部と前記第２端部とは、前記シンチレータ層の中心から見て互いに反対側に位置し、前記シンチレータ層は、更に、前記シンチレータ層の前記輪郭における前記第１端部と前記第２端部とを接続する部分を構成する第３端部を含み、
   放射線を光に変換する効率が、前記第１端部から前記第２端部に向かって連続的に低くなっており、且つ、前記第１端部から前記第３端部に向かって連続的に低くなっている、
   ことを特徴とするシンチレータ。
2. 前記シンチレータ層の厚さが前記第１端部から前記第２端部に向かって小さくなっている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のシンチレータ。
3. 前記シンチレータ層は、主剤と付活剤とを含み、前記主剤に対する前記付活剤の比率が前記第１端部から前記第２端部に向かって大きくなっている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のシンチレータ。
4. 前記シンチレータ層は、柱状結晶構造を有し、前記柱状結晶構造における柱状結晶の径が前記第１端部から前記第２端部に向かって小さくなっている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のシンチレータ。
5. 放射線を光に変換する効率が、前記第１端部の中心から前記第２端部及び前記第３端部に向かって連続的に低くなっている、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシンチレータ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシンチレータと、
   前記シンチレータに放射線が入射することによって前記シンチレータの前記シンチレータ層が発生する光を検出する光電変換素子アレイを含むセンサパネルと、
   を備えることを特徴とする放射線検出装置。
7. 請求項６の放射線検出装置と、
   放射線源と、
   を備えることを特徴とする放射線撮影装置。