JP6100045B2 - 放射線検出装置、放射線検出システム及び放射線検出装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、医療診断機器、非破壊検査機器等に用いられる放射線検出装置及び放射線検出システムに関する。

近年、Ｘ線を可視光に変換する波長変換体としての蛍光体層と、光電変換素子を２次元に配列して構成された２次元光検出器とを有するデジタル放射線検出装置の研究開発が盛んに行われている。デジタル放射線検出装置は、画像特性が良好であること、また、データーがデジタルデーターであるためネットワーク化したコンピュータシステムに取り込むことによってデーターの共有化が図られる利点がある。

特許文献１には、蛍光体の上部及び側部を有機材料の保護膜で覆い、光電変換パネルの外周部において、パッシベーション膜の表面と、保護膜の表面に接するように樹脂枠を配した放射線検出装置が記載されている。

また、特許文献２には、蛍光体層形成領域を規定するとともに蛍光体保護層として機能する枠体を設け、枠体内に設けられた柱状結晶構造を有する蛍光体層と枠体との上に、蛍光体保護層を設けた放射線検出装置が記載されている。

特開２０００−２８４０５３号公報 特開２００６−５２９８６号公報

特許文献１，２では、蛍光体周辺の樹脂製の枠体により蛍光体に対する防湿性を向上させ、蛍光体の剥がれ防止を図っている。しかし、光電変換パネルの受光部上に柱状結晶の蛍光体が形成される放射線検出装置では、蛍光体は高温真空下での蒸着技術で形成され、形成後は常温下で蒸着釜より取り出されることになる。そのため、特に光電変換パネルの周辺近傍での熱応力が大きくかかるため、周辺近傍での蛍光体の剥がれが発生する可能性がある。

また、特に医療診断機器分野では、狭額縁化、即ち光電変換パネルの端部から放射線の検出部までの距離を短くすることが要求されている。特に、***撮影用の放射線検出装置においては、胸壁から検出部までの距離として例えば２ｍｍ以下といった短い距離が求められている。

そこで、本発明は、周辺近傍での蛍光体の剥がれを防止し、狭額縁化が可能な放射線検出装置を提供することを目的とする。

本発明の放射線検出装置は、放射線を光に変換するシンチレーターと、該シンチレーターからの光を電気信号に変換する光電変換部を有する光電変換パネルとを備えた放射線検出装置において、
前記光電変換パネルは、前記光電変換部の外側に、前記光電変換パネルの少なくとも一辺の少なくとも一部に沿った枠部材を備え、該枠部材は光電変換部側へ向かって下降する傾斜面を有し、
前記シンチレーターは、前記枠部材の前記傾斜面の表面と前記光電変換部の表面とに連続して蒸着法により形成された非柱状結晶構造を有する第１のシンチレーターと、該第１のシンチレーターの上に蒸着法により連続して形成された柱状結晶構造を有する第２のシンチレーターとを備えることを特徴とする。

また、本発明の放射線検出システムは、放射線を発生させるための放射線源と、上記放射線検出装置を備えることを特徴とする。
また、本発明の放射線検出装置の製造方法は、放射線を光に変換するシンチレーターと、該シンチレーターからの光を電気信号に変換する光電変換部を有する光電変換パネルとを備えた放射線検出装置の製造方法であって、
前記光電変換パネルの前記光電変換部の外側に、前記光電変換パネルの少なくとも一辺の少なくとも一部に沿って、前記光電変換部側へ向かって下降する傾斜面を有する枠部材を形成する第１の工程と、
非柱状結晶構造を有する第１のシンチレーターを前記枠部材の前記傾斜面の表面と前記光電変換部の表面とに連続して蒸着法により形成する第２の工程と、
柱状結晶構造を有する第２のシンチレーターを前記第１のシンチレーターの上に蒸着法により連続して形成する第３の工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明の放射線検出装置は、シンチレーターの密着性に優れ、熱応力によるシンチレーター周辺近傍でのシンチレーターの剥離を防止することができる。更には、狭額化を図ることが可能であり、***撮影用の放射線検出装置として好適である。

第１実施形態の放射線検出装置を示す断面図である。 図１の放射線検出装置の光電変換パネルの平面図である。 図１の放射線検出装置を用いた***撮影の概要図である。 第１実施形態の放射線検出装置の枠部材近傍を拡大した断面図である。 第１実施形態の放射線検出装置の製造方法を説明する図である。 第２実施形態の放射線検出装置の枠部材近傍を拡大した断面図である。 第３実施形態の放射線検出装置の枠部材近傍を拡大した断面図である。 本発明の放射線検出装置を用いた放射線検出システムの概要図である。

以下、図面を参照して、本発明の放射線検出装置及び放射線検出システムについて説明する。なお、本発明において、放射線には、Ｘ線、α線、β線、γ線などの電磁波が含まれる。

≪放射線検出装置≫
＜第１実施形態＞
図１は本実施形態の放射線検出装置を示す断面図である。図１において、１は光電変換パネル、２はシンチレーター、３は光電変換部、４は枠部材、５はシンチレーター保護層、６は読み出しＩＣ、７は外カバーである。図２は、図１の放射線検出装置の光電変換パネル１の平面図であり、８は駆動ＩＣである。尚、図２ではシンチレーター保護層５を省略している。

光電変換パネル１は、ガラス、耐熱性プラスチック等の絶縁基板、単結晶Ｓｉ等の単結晶半導体基板等の基板上に、光電変換素子が２次元アレイ状に配列された光電変換部（有効領域）３を備える。光電変換素子は、光電変換部３の外側に形成された駆動ＩＣ８により駆動される。光電変換素子は、シンチレーター２によって放射線から変換された光を電気信号に変換するものであり、例えば、アモルファスシリコンなどの材料を用いることが可能である。光電変換素子の構成は特に限定されず、ＭＩＳ型センサー、ＰＩＮ型センサー、ＴＦＴ型センサー等適宜用いることができる。光電変換パネル１の光電変換部３の外側であって読み出しＩＣ６等の引き出し配線が無い部分には、光電変換パネル３の一辺の少なくとも一部に沿った枠部材４が形成されている。枠部材４は長手方向に直交する面での断面形状が半円であり、光電変換部３側へ向かって下降する傾斜面を有している。シンチレーター２は、少なくとも光電変換部３上に設けられ、放射線を、光電変換部３の光電変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換するものである。

図３は、図１の放射線検出装置を用いた***撮影の概要図であり、図３において、９は圧迫板、１０は被検者の***である。図３に示す様に、放射線検出装置を枠部材４のある辺が胸壁側となる様に配置し、圧迫板９との間で被検者の***１０を挟み込み、Ｘ線を照射する。Ｘ線はシンチレーター２で光に変換され、その光を光電変換部３で電気信号に変え、光電変換部３の外側に形成された読み出しＩＣ６から不図示の処理回路を経て、画像として取得される。

図４は、本実施形態の放射線検出装置の枠部材４近傍を拡大した断面図である。図４において、２１は第１のシンチレーター、２２は第２のシンチレーター、３１は基台、３２は周辺封止材である。

枠部材４は、光電変換パネル１の光電変換部３の外側に、光電変換パネル１の少なくとも一辺の少なくとも一部に沿って配置されている。枠部材４はシンチレーター２の端部に接し、シンチレーター２の保護層として機能する。

枠部材４は光電変換部３側へ向かって下降する傾斜面を有していればよく、傾斜面の傾斜角度は特に限定されない。また、長手方向に直交する面での断面形状としては、例えば半円、半楕円等が挙げられるが、特に限定されるものではない。

枠部材４の材料としては、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂などの一般的な有機封止材料を用いることができる。これらのうちでも、特に水分透過率の低い樹脂でシンチレーター形成工程での熱プロセス（柱状結晶構造を有するシンチレーターの場合、例えば２００℃以上）に耐える材料が望ましい。また、***撮影用のカセッテタイプの放射線検出装置として使用する場合には、図３に示す様に、枠部材４のある辺が胸壁側となる。そのため、光電変換パネル１の枠部材４が形成された側面から光電変換部３の枠部材４側の端部までの距離Ｌが２ｍｍ以下であることが好ましい。この様な距離Ｌの範囲で本発明の枠部材を形成するためには、高粘度／高チクソ性である材料、具体的には粘度３０Ｐａ・ｓ以上かつチクソ比２以上の樹脂材料を用いることが好ましい。ここで、粘度は、２５℃、２．５ｒｐｍで樹脂材料を攪拌する際の抵抗で示し、チクソ比は、２５℃、２．５ｒｐｍで攪拌した時の粘度と、２５℃、０．５ｒｐｍで攪拌した時の粘度の比（２．５ｒｐｍでの粘度／０．５ｒｐｍでの粘度）で示した。

枠部材形成時の形状保持性を評価した。具体的には、枠部材の樹脂材料ペーストを塗布して硬化させた結果、所望の形状（長手方向に直交する面での断面形状が直径１ｍｍの半円）を達成できたものを○、達成しにくかったものを△、達成できなかったものを×とした。エポキシ樹脂のペーストを用いた場合の結果を表１に、ポリウレタン樹脂のペーストを用いた場合の結果を表２に示す。

シンチレーター２は、放射線を光電変換素子が感知可能な光に変換するものであり、非柱状結晶構造を有する第１のシンチレーター２１と、柱状結晶構造を有する第２のシンチレーター２２とを有する。

柱状結晶構造を有する第２のシンチレーター２２は、シンチレーターで発生した光が柱状結晶内を伝搬するので光散乱が少なく、効率よく光を光電変換部３に到達させることができ、解像度を向上させることができる。しかし、柱状結晶構造を有する第２のシンチレーター２２は、柱状結晶同士がそれぞれ分離された集合体であるため、密着強度が低く、剥がれが生じやすい。そこで、非柱状結晶構造を有する第１のシンチレーター２１を、枠部材４の光電変換部側３へ向かって下降する傾斜面の表面と光電変換部３の表面とに連続して形成し、その上に、柱状結晶構造を有する第２のシンチレーター２２を形成する。非柱状結晶構造を有する第１のシンチレーター２１は、光電変換部３の表面と枠部材４の傾斜面の表面に面密着され、その上に形成された第２のシンチレーター２２を支持する。これにより、シンチレーター２の熱応力による剥離を防止することが可能となる。また、枠部材４の傾斜面を利用してシンチレーター２の密着性を向上させるため、狭額縁化を図ることが可能である。第１のシンチレーター２１の膜厚は、シンチレーター２の剥離防止の観点からは厚いほど好ましいが、第１のシンチレーター２１は非柱状結晶構造を有するため、光が散乱光となり鮮鋭度を低下させる可能性がある。そのため、第１のシンチレーター２１の厚さは、シンチレーター２の厚さの１０％以下であることが好ましい。シンチレーター２の厚さは撮影目的により適宜設定されるが、一般的には１００μｍ〜１０００μｍであるため、第１のシンチレーターの厚さは１０μｍ〜１００μｍであること好ましい。

シンチレーター２の材料としては、ハロゲン化アルカリを主成分とする材料が好適に用いられる。例えば、ＣｓＩ：Ｔｌ（タリウム活性化ヨウ化セシウム）、ＣｓＩ：Ｎａ、ＣｓＢｒ：Ｔｌ、ＮａＩ：Ｔｌ、ＬｉＩ：Ｅｕ、ＫＩ：Ｔｌ等が挙げられ、ＣｓＩ：Ｔｌが好適に用いられる。シンチレーター２は、例えばＣｓＩ：Ｔｌでは、ＣｓＩ（ヨウ化セシウム）とＴｌＩ（ヨウ化タリウム）を同時に蒸着することで形成できる。第１のシンチレーター２１と第２のシンチレーター２２は、同一材料からなることが好ましく、第１のシンチレーター２１と第２のシンチレーター２２共に、ＣｓＩ：Ｔｌからなることが好ましい。

シンチレーター保護層５は、シンチレーター２に対して、外気からの水分の侵入を防止する防湿保護機能及び衝撃により構造破壊を防止する衝撃保護機能を有することが好ましい。特に、ＣｓＩ：Ｔｌは水分による潮解性が大きいため、防湿保護機能が要求される。シンチレーター保護層５は、図４に示す様に、シンチレーター２上及び枠部材４上に形成されていることが好ましい。これにより、枠部材４の傾斜面を利用してシンチレーター２に対する防湿性を向上させるため、狭額縁化を図ることが可能である。シンチレーター保護層５の厚さは２０〜２００μｍが好ましい。２０μｍ未満では、シンチレーター２表面の凹凸、及びスプラッシュ欠陥を完全に被覆することが困難で、防湿保護機能が低下する恐れがある。一方、２００μｍを超えると、シンチレーター２で発生した光のシンチレーター保護層５内での散乱が増加し、取得される画像の解像度及びＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が低下する恐れがある。シンチレーター保護層１３の材料としては、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリ塩化ビニリデンなどの一般的な有機封止材料や、またポリエステル系、ポリオレフィン系、ポリアミド系等のホットメルト樹脂などを用いることができる。これらのうちでも、特に水分透過率の低い樹脂が望ましい。

基台３１は、枠体４とシンチレーター保護層５上に配置され、基台３１と枠体４の間は周辺封止材３２で封止されている。基台３１としては、Ｘ線の吸収の少ないアモルファスカーボンなどが好適である。また、周辺封止材３２としては、吸湿性の少ないエポキシ材、アクリル材、ウレタン材などが好適である。

図５は、本実施形態の放射線検出装置の製造方法を説明する図であり、図４と同様に枠部材４近傍を拡大した断面図である。図５において、４１はホルダーである。

図５（ａ）に示す様に、長手方向に直交する面での断面形状が半円である枠部材４を、光電変換パネル１の光電変換部３の外側であって引き出し配線が無い部分に、光電変換パネル１の一辺に沿うように、ディスペンス装置やスクリーン印刷装置等により形成する。

そして、光電変換パネル１の枠部材４側の端部をホルダー４１で保持し、例えばＣｓＩを主剤とし、ＴｌＩを賦活剤とした、高温真空下の蒸着法で、ＣｓＩ：Ｔｌからなる第１のシンチレーター２１を形成する。第１のシンチレーター２１は、ホルダー４１でマスキングされていない枠部材４の傾斜面の表面と光電変換部３の表面とに連続して形成される。蒸着初期は柱状結晶化されないため、第１のシンチレーター２１は、非柱状結晶構造を有する薄い膜として形成される。

第１のシンチレーター２１形成後も蒸着を継続すると、図５（ｂ）に示す様に、蒸着初期に形成された第１のシンチレーター２１を起点にして数ミクロン径の柱状結晶が成長し、ＣｓＩ：Ｔｌからなり、柱状結晶構造を有する第２のシンチレーター２２が形成される。

次いで、図５（ｃ）に示す様に、ホルダー４１をはずして、シンチレーター２上にシンチレーター保護層５を形成する。このとき、シンチレーター保護層５はシンチレーター２の表面と密着すると共に、枠部材４の表面に接するよう形成され、シンチレーター２は枠部材４とシンチレーター保護層５で覆われる。

次いで、図５（ｄ）に示す様に、基台３１を枠体４とシンチレーター保護層５上に配置し、基台３１と枠体４の間を、周辺封止材３２で封止し、放射線検出装置を得る。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態の放射線検出装置を示す図であり、図４と同様に枠部材４近傍を拡大した断面図である。本実施形態では、枠部材４上に防湿保護膜３３を配し、その上にシンチレーター２を形成しており、他の点は第１実施形態と同様である。

本実施形態によれば、シンチレーター２端部での防湿性を更に向上させることが可能となり、より品質の高い放射線検出装置を提供できる。また、枠部材４の傾斜面を利用してシンチレーター２に対する防湿性を向上させるため、狭額縁化を図ることが可能である。防湿保護膜３３は、図６（ａ）に示す様に枠部材４上の一部に形成してもよいが、図６（ｂ）に示す様に枠部材４のほぼ全表面に形成することにより、更に耐湿性を向上することが可能である。

また、図６に示す様に、防湿保護膜３３とシンチレーター保護層５を接触させることにより、シンチレーター２端部の高い耐湿性を確保することが可能である。この際、防湿保護膜３３とシンチレーター保護層５を同一材料で形成することにより、両者の密着性を向上することができる。防湿保護膜の材料としては、シンチレーター保護層５で説明した材料と同様のものを用いることができ、塗布性の観点からポリ塩化ビニリデンが好適である。

＜第３実施形態＞
図７は、本発明の第３実施形態の放射線検出装置を示す図であり、図４と同様に枠部材４近傍を拡大した断面図である。本実施形態では、シンチレーター２上のシンチレーター保護層５の上面に光吸収層３４を設けており、他の点は第１実施形態と同様である。***の撮影では、脂肪や乳腺などコントラストのつきにくい部位が検査対象であり、その中の０．１〜１ｍｍ程度の微小石灰化粒の有無を判断するため、高い鮮鋭度が要求される。シンチレーター２で発した光の一部は、基台３１側で反射して光電変換部３に入るが、この反射光は鮮鋭度を下げる性質があるため、これを光吸収層３４で吸収することにより、更に高い鮮鋭度を達成することができる。光吸収層３４には、従来より知られている材料が使用できる。

≪放射線検出システム≫
図８は、本発明の放射線検出装置を用いた放射線検出システムの概要図である。

Ｘ線ルームにおいて、放射線源であるＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、本発明の放射線検出装置を有する放射線撮像装置６０４０に含まれる各光電変換素子に入射する。この入射したＸ線６０６０には患者あるいは被験者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線６０６０の入射に対応して放射線撮像装置６０４０の光電変換部でＸ線６０６０を電荷に変換して、電気的情報を得る。この情報はデジタルデータに変換され信号処理手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され、制御室の表示手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。

また、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなどの表示手段となるディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等の記録手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録手段となるフィルムプロセッサ６１００により記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。

１：光電変換パネル、２：シンチレーター、３：光電変換部、４：枠部材、５：シンチレーター保護層、２１：第１のシンチレーター、２２：第２のシンチレーター、３３：防湿保護膜、６０４０：放射線撮像装置（放射線検出装置）６０５０：Ｘ線チューブ（放射線源）６０７０：イメージプロセッサ（信号処理手段）、６０８０、６０８１：ディスプレイ（表示手段）、６０９０：電話回線（伝送処理手段）、６１００：フィルムプロセッサ（記録手段）

Claims (20)

1. 放射線を光に変換するシンチレーターと、該シンチレーターからの光を電気信号に変換する光電変換部を有する光電変換パネルとを備えた放射線検出装置において、
   前記光電変換パネルは、前記光電変換部の外側に、前記光電変換パネルの少なくとも一辺の少なくとも一部に沿った枠部材を備え、該枠部材は光電変換部側へ向かって下降する傾斜面を有し、
   前記シンチレーターは、前記枠部材の前記傾斜面の表面と前記光電変換部の表面とに連続して蒸着法により形成された非柱状結晶構造を有する第１のシンチレーターと、該第１のシンチレーターの上に蒸着法により連続して形成された柱状結晶構造を有する第２のシンチレーターとを備えることを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記第１のシンチレーターと前記第２のシンチレーターは、同一材料からな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. 前記第１のシンチレーターと前記第２のシンチレーターは、ヨウ化セシウムを主剤とし、ヨウ化タリウムを賦活剤とした蒸着法により形成され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. 前記枠部材と前記第１のシンチレーターの間に防湿保護膜を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の放射線検出装置。
5. 前記防湿保護膜を、前記枠部材の全表面に有することを特徴とする請求項４に記載の放射線検出装置。
6. 前記第２のシンチレーターの表面にシンチレーター保護層を有し、該シンチレーター保護層と前記防湿保護膜が、前記枠部材の上で接触していることを特徴とする請求項４または５に記載の放射線検出装置。
7. 前記防湿保護膜と前記シンチレーター保護層は、同一材料からなることを特徴とする請求項６に記載の放射線検出装置。
8. 前記枠部材を、前記光電変換パネルの引き出し配線が無い部分に有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の放射線検出装置。
9. 前記枠部材の長手方向に直交する面での断面形状が半円または半楕円であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の放射線検出装置。
10. 前記枠部材は、粘度３０Ｐａ・ｓ以上かつチクソ比２以上の樹脂材料を用いて形成されたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の放射線検出装置。
11. 放射線を発生させるための放射線源と、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の放射線検出装置を備えることを特徴とする放射線検出システム。
12. 前記放射線検出装置からの信号を処理する信号処理手段と、
    前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、
    前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
    前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、
    を具備することを特徴とする請求項１１に記載の放射線検出システム。
13. 放射線を光に変換するシンチレーターと、該シンチレーターからの光を電気信号に変換する光電変換部を有する光電変換パネルとを備えた放射線検出装置の製造方法であって、
    前記光電変換パネルの前記光電変換部の外側に、前記光電変換パネルの少なくとも一辺の少なくとも一部に沿って、前記光電変換部側へ向かって下降する傾斜面を有する枠部材を形成する第１の工程と、
    非柱状結晶構造を有する第１のシンチレーターを前記枠部材の前記傾斜面の表面と前記光電変換部の表面とに連続して蒸着法により形成する第２の工程と、
    柱状結晶構造を有する第２のシンチレーターを前記第１のシンチレーターの上に蒸着法により連続して形成する第３の工程と、
    を含むことを特徴とする放射線検出装置の製造方法。
14. 前記第１のシンチレーターと前記第２のシンチレーターを、同一材料で形成することを特徴とする請求項１３に記載の放射線検出装置の製造方法。
15. 前記第１のシンチレーターと前記第２のシンチレーターを、ヨウ化セシウムを主剤とし、ヨウ化タリウムを賦活剤とした蒸着法により形成することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の放射線検出装置の製造方法。
16. 前記第２の工程は、前記枠部材の少なくとも前記傾斜面の表面に防湿保護膜を形成し、非柱状結晶構造を有する第１のシンチレーターを前記防湿保護膜の表面と前記光電変換部の表面とに連続して蒸着法により形成する工程であることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の放射線検出装置の製造方法。
17. 前記第２のシンチレーターの表面に、前記枠部材の上で前記防湿保護膜と接触するように、前記防湿保護膜と同一材料でシンチレーター保護層を形成する第４の工程を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の放射線検出装置の製造方法。
18. 前記枠部材を、前記光電変換パネルの引き出し配線が無い部分に形成することを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか一項に記載の放射線検出装置の製造方法。
19. 前記枠部材の長手方向に直交する面での断面形状が半円または半楕円となるように前記枠部材を形成することを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれか一項に記載の放射線検出装置の製造方法。
20. 前記枠部材を、粘度３０Ｐａ・ｓ以上かつチクソ比２以上の樹脂材料を用いて形成することを特徴とする請求項１３乃至１９のいずれか一項に記載の放射線検出装置の製造方法。

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