JP7069737B2 - シンチレータパネル - Google Patents
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Description
しかしながら、上記方法では、入手できるシリコンウェハのサイズやエッチング装置の制約等により大面積化が困難であり、撮影対象は小さな部位に限定される。また、エッチングによってシリコンウェハに深い凹部を形成するのは容易でない上に、凹部の奥まで金属を均一に充填することも難しいため、X線を充分遮蔽するだけの厚みを有する格子は作製困難である。このため、特に高圧撮影条件ではX線が格子を透過してしまい良好な画像を得ることが出来ない。
たとえば、Applied Physics Letter 98, 171107(2011)の「Structured scintillator for x-ray grating interferometry」(Paul Scherrer Institute(PSI))」には、シリコンウェハをエッチングして作製した格子の溝に蛍光体(CsI)を充填した格子形状のシンチレータが開示されている。
たとえば、隔壁に区切られたセル内に充填されたシンチレータ層を有する区画化シンチレータとして、WO2014/080941号(特許文献1)には、隔壁が、低融点ガラスを主成分とする材料により構成し、前記シンチレータ層が、蛍光体およびバインダー樹脂から構成し、シンチレータ層に含まれるバインダー樹脂を蛍光体の周りに充填することで、蛍光体の表面による光の散乱を抑制することができ、隔壁表面による光の散乱も抑制することが提案されている。
[1]シンチレータ層と非シンチレータ層が、放射線の入射方向に対して略平行方向に繰り返し設置された構造を有する積層型シンチレータを備え、
シンチレータ層は少なくとも蛍光体とバインダー樹脂、空隙を含有し、かつ非シンチレータ層が透明であり、
シンチレータ層のバインダー樹脂と空隙の平均屈折率n1、非シンチレータ層の屈折率n2が、式(A)
0.9 ≦ (n2/n1)
の関係を満たすことを特徴とするシンチレータパネル。
[2]非シンチレータ層が透明性樹脂を含む[1]のシンチレータパネル。
[3]非シンチレータ層が透明性樹脂とともに、透明性微粒子を0.5~10質量%の範囲で含む[1]または[2]のシンチレータパネル。
[4]さらに下記式(B)を満足することを特徴とする[1]~[3]のシンチレータパネル。
0.9 ≦ (n2/n1) ≦1.2
[5]シンチレータパネルが、さらに光電変換センサーを備え、
光電変換センサーに形成された光検出画素(ディテクター画素ともいう、P1)と、一対のシンチレータ層と非シンチレータ層の入射方向に対して垂直方向の厚さ(積層ピッチ、P2)とが、P1>P2であることを特徴とする[1]~[4]のシンチレータパネル。
[6]前記積層型シンチレータと前記光電変換センサーとの間に光透過性樹脂材料からなる材料からなる層が配置されていることを特徴とする[1]~[5]のシンチレータパネル。
従来、軟骨の画像診断では、MRIが主流であり、大がかりな機材を使うため撮影コストが高く、撮影時間も長いという欠点もあった。これに対し、本発明によれば、より低コストでスピーディーなX線画像で、軟骨、筋腱、靭帯などの軟部組織や、内臓組織を写すことができる。このため、関節リュウマチ、変形性膝関節症等の整形外科疾患や、乳がんをはじめ、柔らかい組織の画像診断などへ、広く応用が期待できる。
本発明にかかるシンチレータパネルは、図1に示されるように、X線を受けて発光される機能を有するシンチレータ層と、非シンチレータ層が、放射線の入射方向に対して略平行方向に繰り返し積層された構造を有する積層型シンチレータを備える。シンチレータ層における放射線による発光を、検出器を介して電気信号に変換し、デジタル画像を取得することが出来る。
一対のシンチレータ層と非シンチレータ層の入射方向に対して垂直方向の厚さ、すなわち積層方向の厚さ(以下、積層ピッチ)は、およびシンチレータ層と非シンチレータ層の積層方向の厚さの比率(以下、duty比)はタルボ干渉条件より導かれるが、一般的には、積層ピッチは0.5~50μm、duty比は30/70~70/30であることが好ましい。積層ピッチの繰り返し積層数は、充分な面積の診断画像を得るために1,000~500,000層であることが好ましい。
本発明におけるシンチレータ層とはシンチレータを主成分として含有する層であり、少シンチレータとして機能する蛍光体粒子と、バインダー樹脂および空隙とを含有する。
基本組成式(I):MIX・aMIIX'2・bMIIIX''3:zA
で表わされる金属ハロゲン化物系蛍光体が挙げられる。
Aは、Y、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Na、Mg、Cu、Ag(銀)、TlおよびBi(ビスマス)からなる群より選択される少なくとも1種の元素を表す。
また、
基本組成式(II):MIIFX:zLnで表わされる希土類付活金属フッ化ハロゲン化物系蛍光体も挙げられる。
基本組成式(III):Ln2O2S:zA
で表される希土類酸硫化物系蛍光体も挙げられる。
基本組成式(IV):MIIS:zA
で表される金属硫化物系蛍光体も挙げられる。
基本組成式(V):MIIa(AG)b:zA
で表される金属オキソ酸塩系蛍光体も挙げられる。
また、
基本組成式(VI):MaOb:zA
で表わされる金属酸化物系蛍光体が挙げられる。
Aは、Y、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Na、Mg、Cu、Ag(銀)、TlおよびBi(ビスマス)からなる群より選択される少なくとも1種の元素を、それぞれ表す。
また他に、
基本組成式(VII):LnOX:zA
で表わされる金属酸ハロゲン化物系蛍光体が挙げられる。
積層体の面積が一定であれば、空隙率は、積層体の実測厚さと、積層体の理論厚さ(重量÷密度÷面積)を用いて次式より算出される。
シンチレータ層の空隙率は0より多く30vol%以下の範囲にあることが好ましい。上記範囲を超えるとシンチレータの充填率が低下し輝度が低下することがある。
本発明における非シンチレータ層とは、シンチレータを主成分として含まない層であり、非シンチレータ層中のシンチレータの含有量は10vol%未満、好ましくは1vol%未満であるが、0vol%であることが最も好ましい。
シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム燐、ガリウム窒素等の半導体;
ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリエチレンナフタレーと(PEN)を始めとするポリエステル、ナイロンを始めとする脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミド(アラミド)、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、トリアセテート、セルロースアセテート、エポキシ、ビスマレイミド、ポリ乳酸、ポリフェニレンサルファイドやポリエーテルスルホンを始めとする含硫黄ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタンなどポリマー;
炭素繊維やガラス繊維など(特に、これら繊維を含む繊維強化樹脂シート)
アルミニウム、鉄、銅等の金属箔、キトサンやセルロースなどを含むバイオナノファイバーなどを使用できる。
本発明では、非シンチレータ内を通して光検出センサーなどに光を導くために、非シンチレータ層が透明な材料から構成され、特に透明性樹脂から構成されるものが好ましい。
さらに、非シンチレータ層には、透明性樹脂とともに、透明性粒子が含まれていることが好ましい。透明性粒子としては、非シンチレータ層が後述するような屈折率を満足するものであれば特に制限されないが、通常、透明性微粒子としては、例えば、メタクリル酸メチル重合体、メタクリル酸メチル-アクリル酸メチル共重合体、メタクリル酸メチル-スチレン共重合体、スチレン重合体などの熱可塑性樹脂からなる有機樹脂粒子が挙げられる。また、タルク、ガラスビーズ、シリコーン粒子、無機酸化物や無機窒化物、炭酸塩や硫酸塩、塩化物などの金属塩粒子などの無機微粒子も使用可能である。なお、材料自体の屈折率が高くとも、平均粒子径によって層全体の屈折率は調整できるため、透明性微粒子の材質自体が透明である必要はない。
0.9 ≦ (n2/n1) ・・・・(A)
このため、シンチレータ層のバインダー樹脂と空隙の平均屈折率n1、非シンチレータ層の屈折率n2が、さらに、式(B)で表される関係を満足することが好ましい。
0.9 ≦ (n2/n1) ≦ 1.2 ・・・・(B)
シンチレータ層を形成するための組成物のコート手段としては、特に制約はないが、通常のコート手段、例えば、ドクターブレード、ロールコーター、ナイフコーター、押し出しコーター、ダイコーター、グラビアコーター、リップコーター、キャピラリー式コーター、バーコーターなどを用いることができる。
シンチレータ層と非シンチレータ層を繰り返し積層する方法としては特に制約は無いが、個別に形成しておいたシンチレータ層および非シンチレータ層をそれぞれ複数枚のシートに分割した上で、交互に繰り返し積層しても良い。
シンチレータ層と非シンチレータ層からなる部分積層体の形成方法には特に制約は無いが、非シンチレータ層としてポリマーフィルムを選択し、その片面に、蛍光体粒子とバインダー樹脂を含有する組成物をコートすることでシンチレータ層を形成して良い。また、ポリマーフィルムの両面に、蛍光体粒子とバインダー樹脂とを含有する組成物をコートしても良い。
複数のシンチレータ層と非シンチレータ層の繰り返し積層体を所望の寸法になるように加圧する方法には特に制約は無いが、積層体が所望の寸法以上に圧縮されないように、予め、金属等のスペーサを設けた状態で加圧することが好ましい。その際の圧力としては1MPa~10GPaが好ましい。圧力が前記範囲の下限値よりも低いと、積層体に含まれる樹脂成分を所定の寸法に変形させることが出来ない恐れがある。圧力が前記範囲の上限値よりも高いと、スペーサが変形してしまう場合があり、積層体を所望の寸法以上に圧縮してしまう恐れがある。前記積層体を加圧した状態で加熱することで接合をより強固なものとすることができる。
ポリカーボネートフィルム等の高分子フィルム(プラスチックフィルム)、アルミニウムシート、鉄シート、銅シート等の金属シート、あるいは該金属酸化物の被覆層を有する金属シート、炭素繊維強化樹脂(CFRP)シート、アモルファスカーボンシートなどを用いることができる。支持体の厚みは50μm~2,000μmであることが好ましく、50~1,000μmであることがより好ましい。
本発明に係るシンチレータパネルの一実施態様には、さらに光電変換センサーを備える。
光電変換センサーは、シンチレータ層で発生した発光光を吸収して、電荷の形に変換することで電気信号に変換して、発光光に含まれる情報を電気信号として放射線検出器の外部に出力する機能を有している。光電変換センサーは、その機能を果たせるものであれば特に制限されず、従来公知のものとすることができる。
光透過性材料層は、有機樹脂から構成される。光透過性材料層は、多層構成のものでも、空気層及び接着機能層等を含むものであってもよい。
光透過性材料層の厚さは、積層型シンチレータからの発光を拡散させないためには薄くする必要があり、好ましくは50μm以下が好適であるが、より好ましくは30μm以下である。
熱硬化樹脂としては、例えば、アクリル系やエポキシ系、シリコーン系等を主成分とする樹脂が挙げられる。なかでもアクリル系及びシリコン系等を主成分とする樹脂が低温熱硬化の観点より好ましい。市販品では、例えば、東レダウコーニング(株)製 メチルシリコーン系 JCR6122等が挙げられる。
ホットメルトシートの場合、積層型シンチレータと光電変換素子の間にホットメルトシートを挿入し、減圧下で、加熱することによって、光透過性材料層が形成される。
さらに、光透過性材料層はファイバオプティクスプレート(FOP)から構成されていてもよい、FOPは数μmの光ファイバを束にした光学デバイスであり、入射された光を高効率、低歪みで光電変換素子に伝搬する事が可能である。また、FOPは放射線遮蔽効果が高く、放射線画像変換器に使用される光検出器を構成する各種素子への放射線ダメージを防ぐことも可能である。
1.0 < (n3/n2) ・・・・(C)
以下、本発明を実施例により説明するが本発明はかかる実施例に何ら制限されるものではない。
[実施例1]
平均粒径2μmのGd2O2S:Tb粒子とバインダー樹脂(ポリウレタン樹脂:屈折率1.4)を固形分比率(体積分率)が(50:50)となるようにMEK溶媒中で混合し、シンチレータ層形成用の組成物を得た。この組成物を、理論膜厚が2.7μm(重量より算出)の屈折率1.6のポリエチレンテレフタレートからなる透明樹脂フィルム(非シンチレータ層)上に、理論膜厚が2.6μm(重量より算出)になるようにコートすることで、シンチレータ層と非シンチレータ層からなる部分積層体を作製した。
上記積層ブロックの片側(120mm×120mmの面)を旋盤加工により平坦化した後、エポキシ接着剤を塗布し、0.5mm厚のCFRP板に貼り合せた。その後、上記積層ブロックの厚さを 0.3mmになるまで旋盤加工により切削することで積層型シンチレータパネル(120mm×120mm×0.3mm)を得た。
実施例1において、バインダー樹脂としてポリスチレン樹脂(屈折率1.6)を使用し、非シンチレータ層として屈折率1.4の低屈折アクリレートからなる透明樹脂フィルムに変更した以外は実施例1と同様にして積層型シンチレータパネルを作製した。
実施例1において、バインダー樹脂としてフッ素樹脂(屈折率1.3)を使用し、非シンチレータ層として屈折率1.7の透明ポリイミドからなる透明樹脂フィルムに変更した以外は実施例1と同様にして積層型シンチレータパネルを作製した。
実施例1において、バインダー樹脂として高屈折アクリレート(屈折率1.7)を使用し、非シンチレータ層として屈折率1.3のフッ素樹脂からなる透明樹脂フィルムに変更した以外は実施例1と同様にして積層型シンチレータパネルを作製した。
作製した積層型シンチレータパネルをCMOSフラットパネル(ラドアイコン社製X線CMOSカメラシステムShad-o-Box6KHS)にセットし、積層型シンチレータパネルとX線管球との距離を172cmに設定した上で、管電圧60KvpのX線を照射した。得られたX線画像データから、X線画像全面の平均シグナル値を求めてシンチレータパネルの輝度とし、比較例2を1としたときの相対値を相対輝度として算出した。
次に、フォトダイオードとTFTによって構成された画素サイズ100μm×100μmの光電変換素子を、センサー形成用のガラス基板(0.5mm厚の無アルカリガラス)上にマトリックス状に配置したセンサーパネルを準備し、前記積層型シンチレータとセンサーパネルの光電変換素子が対向するように位置合わせし、ホットメルト樹脂からなる厚(5.3)μmの接着剤層を介して接合することでX線検出器を作製した。
Claims (3)
- シンチレータ層と非シンチレータ層が、放射線の入射方向に対して、放射線の入射方向と層の延びる方向が互いに平行であるように繰り返し設置された構造を有する積層型シンチレータを備え、
シンチレータ層は少なくとも蛍光体と、ポリウレタン樹脂またはポリスチレン樹脂からなるバインダー樹脂と、空隙とを含有し、かつ非シンチレータ層が透明であり、非シンチレータ層が透明性樹脂とともに、透明性微粒子を0.5~10質量%の範囲で含み、
シンチレータ層のバインダー樹脂と空隙の平均屈折率n1、非シンチレータ層の屈折率n2が、式(A) 0.9 ≦ (n2/n1) ≦1.2
の関係を満たすことを特徴とするシンチレータパネル。 - シンチレータパネルが、さらに光電変換センサーを備え、
光電変換センサーに形成された光検出画素(ディテクター画素ともいう、P1)と、一対のシンチレータ層と非シンチレータ層の入射方向に対して垂直方向の厚さ(積層ピッチ、P2)とが、P1>P2であることを特徴とする請求項1に記載のシンチレータパネル。 - 前記積層型シンチレータと前記光電変換センサーとの間に光透過性樹脂材料からなる材料からなる層が配置されていることを特徴とする請求項2に記載のシンチレータパネル。
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