JP2005114518A - 放射線検出装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 蛍光体層の膜厚分布に起因する鮮鋭度の面内分布を均一化し、またシンチレータと光検出器の貼り合わせの不具合を防止する。
【解決手段】 放射線を光に変換する蛍光体層７を支持基板９上に支持したシンチレータ１１、及び光を電気信号に変換する複数の光電変換素子２からなる光検出器５とから構成されている放射線検出装置において、前記蛍光体層７を支持する基板９の蛍光体層７と接する面が凹面である。基板９の凹面形状は、その底部が概略基板９の中央部と一致し、蛍光体層７の膜厚分布を相殺する形状であり、蛍光体層は、ＣｓＩの微細な柱状結晶の集合体からなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放射線検出装置とその製造方法、及び放射線検出システムに関し、特に、Ｘ線撮影などに用いられる放射線検出装置とその製造方法に関する。なお、本明細書では、Ｘ線、γ線等の電磁波も、放射線に含まれるものとして説明する。

従来、Ｘ線を光に変換する蛍光体層を有する放射線増感紙と感光層を有する放射線フィルムからなる放射線検出装置が一般的にＸ線写真撮影に使用されてきた。

しかし、最近、蛍光体層からなるシンチレータと光電変換素子からなる２次元光検出器とを有するフラットパネル放射線検出装置が開発されている。このディジタル放射線検出装置は、得られるデータがディジタルデータであるため画像処理が容易であり、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の共有化が図れ、画像ディジタルデータを光磁気ディスク等に保存すればフィルムを保存する場合に比べ保存スペースを著しく減少でき、過去の画像の検索が容易にできる利点がある。この際に患者の被爆線量を低減させるためには、高感度で高鮮鋭な特性を有するディジタル放射線検出装置が必要とされる。

例えば、下記特許文献１においては、平行平板の基板上に真空蒸着法により形成された沃化セシウム（以下、ＣｓＩ）の微細な柱状結晶の集合体からなる蛍光体層を形成したシンチレータと光検出器を接合した放射線検出装置が開示されている。この放射線検出装置は従来の粒子状結晶の蛍光体微粉末を集合させた蛍光体層に比べ、感度と鮮鋭度を飛躍的に改善することができた。
特許３１２６７１５号公報

しかしながら、以上説明した従来技術によると、次の不具合が発生する。すなわち、平行平板基板上に真空蒸着により作製されたＣｓＩ蛍光体層は、その膜厚分布が基板の中央部を中心に凸形状をなす。そのため平行平板である光検出器を上記シンチレータを例えば接着層を介して接合すると光検出器中央部の接着層の膜厚は薄くなり周辺部は厚く形成される。シンチレータと光検出器との距離は中央から周辺部に行くに従い大きくなる。シンチレータと光検出器との間に距離が生じると放射線検出装置としての鮮鋭度は上記距離と負の相関があり上記距離が大きくなれば鮮鋭度は小さくなる。そのため上記放射線検出装置の鮮鋭度は中央部から周辺部に行くに従い鮮鋭度の低下が生じるという問題があった。

また、上記シンチレータを接着層を介して光検出器の平面に沿うように湾曲させて接合すると、シンチレータの剛性により戻ろうとする応力が生じ、接着層の硬化するまでに光検出器の周辺部に気泡が進入する不具合もしくは長期保存試験等で接着層の周辺部で層間剥離等の不具合が発生する。

そこで、本発明は、基板上に真空蒸着により作製された蛍光体層の膜厚分布を相殺するように基板を平面でなく凹面形状とし、シンチレータの光検出器との接合面を平担にすることにより、蛍光体層の膜厚分布に起因する鮮鋭度の面内分布を均一化し、また、シンチレータと光検出器の貼り合わせの不具合を防止することを目的としている。

上述の課題を解決するため、本発明の放射線検出装置は、放射線を光に変換する蛍光体層を支持基板上に支持したシンチレータ、及び光を電気信号に変換する複数の光電変換素子からなる光検出器とから構成されている放射線検出装置において、前記支持基板の蛍光体層と接する面が凹面であることを特徴とする。

特に、蛍光体層は、ＣｓＩの微細な柱状結晶の集合体からなることを特徴とする。

また、前記支持基板の凹面形状の底部が概略支持基板の中央部と一致することを特徴とする。

また、前記支持基板の凹面形状が前記蛍光体層の膜厚分布を相殺する形状であることを特徴とする。

また、前記支持基板は凹面周囲に垂直部を有する形状であることを特徴とする。

さらに、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蛍光体層を支持基板上に支持してシンチレータを構成し、前記シンチレータを光を電気信号に変換する複数の光電変換素子からなる光検出器に接着する放射線検出装置の製造方法において、前記支持基板の蛍光体層と接する面を予め凹面に形成し、前記蛍光体層を真空蒸着により形成することを特徴とする。

本発明によれば、蛍光体層に凸形状の膜厚分布が生じてもその基板が凹面形状をなしているためシンチレータと光検出器の接合面の面内距離を均一にすることができ、放射線検出装置の鮮鋭度の分布を小さくすることができる。またシンチレータと光検出器の接合工程においてシンチレータに応力が残らずに接合することができるため、放射線検出装置のシンチレータと光検出器の接合部での気泡の発生と層間剥離等の不具合も発生することのない放射線検出装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における放射線検出装置の断面図である。

図１において、１〜４からなる光検出器５と７〜１０からなるシンチレータ１１は接着層６を介して接合されている。

図１において、１はガラス基板などの絶縁性を有する光検出器用基板、２は例えばアモルファスシリコンよりなる半導体薄膜を用いた光電変換素子であり、この光電変換素子間隙３には光電変換素子からの電荷の読み出しを制御するＴＦＴ等の半導体素子及び配線が配置され、４は光検出器内部の半導体素子を保護する光検出器保護層であり、これらによって光検出器５を構成している。

この際、光電変換素子２は、それぞれ１００〜２００μｍ角の大きさで２０〜６０μｍ程度の間隙で配置している。

また、７は放射線を光に変換する蛍光体層であり、８は必要に応じて設けられ、高感度が必要な場合には光反射層、高解像度が必要な場合には光吸収層である。９は光反射層８を介して蛍光体層７を支持する支持基板であり、１０は蛍光体の保護層である。これらによってシンチレータ１１を構成している。

図２は、本発明の実施形態１におけるシンチレータの蛍光体支持基板の断面を模式的に示した図である。

蛍光体支持基板９は、凹面形状の底部が概略中央部と一致している。

図３は、本発明の実施形態１におけるシンチレータの断面を模式的に示した図である。

図３において、図２で示される蛍光体支持基板９上に光反射層８を形成し、さらにその上に蛍光体層７を形成している。このシンチレータ上には必要に応じて保護層を形成することができる。高感度かつ高鮮鋭度であるＣｓＩからなる蛍光体層７を蒸着により形成するとその膜厚は中央部が厚く周辺部に行くに従い薄くなる。そのため図２に示す凹状の断面形状を持つ蛍光体支持基板を用いることにより、図３に示される蛍光体の膜厚分布を相殺した平坦なシンチレータを得ることができる。

本発明の放射線検出装置は、その上に接着層を介してシンチレータを光検出器に接合することで形成され、上記接着層は均一な膜厚分布を得ることができるため、得られた放射線検出装置の鮮鋭度の面内分布を小さく抑えることができる。

上記凹形状の基板の底部と上部との距離は、蒸着膜厚の分布により設定されるが、通常は、２０〜１００μｍ程度の距離である。

柱状構造をなす蛍光体の材料としては、沃化セシウム、臭化セシウム等があげられる。また、これらの蛍光体の付活剤としては、ナトリウム、タリウムが挙げられる。付活剤の添加量は、材料により異なるが、０〜０．５ｍｏｌ％の範囲である。

蛍光体層７の厚みは、蛍光体の材料により異なるが、放射線を効率よく吸収するために概略５０〜７００μｍが設定されている。

蛍光体支持基板９としては、従来用いられている、Ｘ線透過性の高く、耐熱性の高く、剛性の高い性質の材料が使用でき、また、光反射層としても、従来用いられている、耐熱性の高く、蛍光体支持基板との密着性の高く、光反射性の高い性質の材料が使用できる。

また、接着剤６としては、公知の透明接着剤が使用できるが、特にホットメルト型接着剤または粘着剤を用いることで製造工程が簡略化でき好ましい。

本発明の断面が凹形状の蛍光体支持基板９は、プレス成形による方法、平行平板を研削、研磨、サンドブラスト等により機械的に削除し凹形状に形成する方法により作成される。

蛍光体層の形成方法は従来知られている真空蒸着法により形成でき、上記蛍光体材料を、蒸着装置の蒸着源として蒸着ポートに配置し、光反射層を形成した断面が凹形状の蛍光体支持基板を基板ホルダに配置し蒸着を行えば本発明のシンチレータが作製できる。

このようにして得られたシンチレータに、１００℃〜４００℃の熱を０．５〜５時間付与することで付活剤を活性化する工程を経て、接着層７を介して光検出器５に貼り合わせることにより本発明の放射線検出装置が作製できる。

以下、本発明の放射線検出装置の作製方法を述べる。

厚さ１．０ｍｍ、大きさ５００ｍｍ角の光検出器用基板１である無アルカリガラス基板上に、アモルファスシリコン光電変換素子２とＴＦＴ等の電気素子からなる光電変換間隙３を形成し、その上にＳｉＮｘよりなる光検出器保護層４を形成して光検出器５を作製した。

厚さ１．０ｍｍ、大きさ５００ｍｍのアモルファスカーボンからなる蛍光体支持基板９を、研削によりその断面が凹状になるように加工し、さらにその曲面を研磨し所定の表面粗さに仕上げ、図２に示すような連続的な凹状曲面を持つ蛍光体支持基板９を作製した。上記凹形状の基板の底部と上部との距離は５０μｍとした。

上記蛍光体支持基板９上に、光反射層８としてスパッタ方法によりアルミニウム薄膜を１５００Å形成した。

図６は、本発明の実施形態１における放射線検出装置の製造に用いる蒸着装置を模式的に示した図である。

この蒸着装置は、後述の実施形態２の場合と共通である。

次に、上記光反射層８付き蛍光体支持基板９を、放射線検出装置の製造に用いる図６に示すような蒸着装置の基板ホルダに配置した。蒸着源２４の３カ所のポートにＣｓＩを、蒸着源２５に沃化タリウムを配置し真空蒸着を行った。蒸着されたＣｓＩの厚さは、基板中央部で厚さ５００μｍ、周辺部で４５０μｍであり、基板の凹部を補完して平面になるような形状の蛍光体層７が形成できた。蒸着後、シンチレータの全面均一に２５０℃、２時間加熱して付活剤の活性化を行い図３に示されるシンチレータ１１を作製した。

次に、エチレン−アクリル酸共重合体からなるホットメルト型接着剤を用いて、上記光検出器５とシンチレータ１１をロールラミネータにより熱ラミネートして放射線検出装置を作製した。

（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２の放射線検出装置の作製方法を述べる。

厚さ１．０ｍｍの光検出器用基板１である無アルカリガラス基板上に、アモルファスシリコン光電変換素子２とＴＦＴ等の電気素子からなる光電変換間隙３を形成し、その上にＳｉＮｘよりなる光検出器保護層４を形成して光検出器５を作製した。

図４は、本発明の実施形態２におけるシンチレータの蛍光体支持基板の断面を模式的に示した図である。

厚さ１．０ｍｍ、大きさ５００ｍｍのアモルファスカーボンからなる蛍光体支持基板を研削により、その断面が周囲に垂直部を有する凹状になるように加工し、さらにその凹状曲面を研磨し所定の表面粗さに仕上げ図４に示すような周囲に垂直部を有する凹状曲面の形状を持つ蛍光体支持基板９を作製した。上記凹形状の基板の底部と上部との距離は５０μｍとした。

図５は、本発明の実施形態２におけるシンチレータの断面を模式的に示した図である。

上記蛍光体支持基板９上に、光反射層としてスパッタ方法によりアルミニウム薄膜を１５００Å形成した。

次に、上記光反射層付き蛍光体支持基板９を、図６に示すように蒸着装置の基板ホルダに配置した。蒸着源２４の３カ所のポートにＣｓＩを、蒸着源２５に沃化タリウムを配置し真空蒸着を行った。蒸着されたＣｓＩの厚さは、基板中央部で厚さ５００μｍ、周辺部で４５０μｍであり、基板の凹部を補完して平面になるような形状の蛍光体層７が形成できた。蒸着後、シンチレータ１１の全面均一に２５０℃、２時間加熱して付活剤の活性化を行い図５に示されるシンチレータ１１を作製した。

このような形状の蛍光体支持基板９は、その垂直部により蛍光体層７を封止するように保護することができる。

次に、エチレン−アクリル酸共重合体からなるホットメルト型接着剤、上記光検出器５とシンチレータ１１をロールラミネータにより熱ラミネートして放射線検出装置を作製した。

（比較例）
光検出器５は実施形態１と同様に作製した。
厚さ１．０ｍｍ、大きさ５００ｍｍのアモルファスカーボンからなる平行平面基板をそのまま蛍光体支持基板とした。

上記蛍光体支持基板９上に、光反射層８としてスパッタ方法によりアルミニウム薄膜を１５００Å形成した。

シンチレータの作製は、従来の方法で作製した。

次に、上記光検出器５とシンチレータ１１をロールラミネータにより、熱ラミネートして放射線検出装置を作製した。

以上のように作製した放射線検出装置の鮮鋭度として外周部と中心部の２ｌｐ／ｍｍでのＭＴＦを測定した結果を表１に示す。水ファントム１０ｃｍを通し、管電圧８０ｋｖｐのＸ線で撮影した。比較例の中心部の鮮鋭度を１００として実施形態１，２と比較例を比較した。

（実施形態３）
図７は、本発明の実施形態３において放射線検出装置を放射線検出システムとして応用した例を示す図である。

放射線検出装置は、上記の実施形態１，２における放射線検出装置である。

Ｘ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者或いは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、放射線画像を撮影する放射線検出装置６０４０に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応して放射線検出装置６０４０のシンチレータ（蛍光体層）は発光し、これを光電変換して電気的情報を得る。この情報は、ディジタルに変換されイメージプロセッサ６０７０により画像処理されコントロールルームに有る表示手段としてのディスプレイ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等でディスプレイ６０８１に表示するか又は光ディスク等の保存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。またフィルムプロセッサ６１００によりフィルム６１１０に記録することもできる。

本発明の実施形態１における放射線検出装置の断面図 同じくシンチレータの蛍光体支持基板の断面を模式的に示した図 同じくシンチレータの断面を模式的に示した図 本発明の実施形態２におけるシンチレータの蛍光体支持基板の断面を模式的に示した図 同じくシンチレータの断面を模式的に示した図 本発明の実施形態１，２における放射線検出装置の製造に用いる蒸着装置を模式的に示した図 本発明の実施形態３において放射線検出装置を放射線検出システムとして応用した例を示す図

符号の説明

１ 光検出器用基板
２ 光電変換素子
３ 光電変換素子間隙
４ 光検出器保護層
５ 光検出器
６ 接着層
７ 蛍光体層
８ 光反射層
９ 蛍光体層支持基板
１０ 蛍光体保護層
１１ シンチレータ
２０ 真空蒸着装置の真空槽
２１ ＣｓＩの飛散方向
２２ 沃化タリウムの飛散方向
２３ 沃化タリウムの蒸着ポート
２４ ＣｓＩの蒸着ポート
２５ 蒸着加熱源

Claims (7)

1. 放射線を光に変換する蛍光体層を支持基板上に支持したシンチレータ、及び光を電気信号に変換する複数の光電変換素子からなる光検出器とから構成されている放射線検出装置において、前記支持基板の蛍光体層と接する面が凹面であることを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記蛍光体層は、ＣｓＩの微細な柱状結晶の集合体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. 前記支持基板の凹面形状の底部が概略支持基板の中央部と一致することを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
4. 前記支持基板の凹面形状が前記蛍光体層の膜厚分布を相殺する形状であることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
5. 前記支持基板は凹面の周囲に垂直部を有する形状であることを特徴とする請求項１〜４に記載の放射線検出装置。
6. 放射線を光に変換する蛍光体層を支持基板上に支持してシンチレータを構成し、前記シンチレータを光を電気信号に変換する複数の光電変換素子からなる光検出器に接着する放射線検出装置の製造方法において、前記支持基板の蛍光体層と接する面を予め凹面に形成し、前記蛍光体層を真空蒸着により形成することを特徴とする放射線検出装置の製造方法。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載の放射線検出装置と、前記放射線検出装置からの信号を画像として処理する信号処理手段と、前記処理手段からの信号を記録する記録手段と、前記処理手段からの信号を表示するための表示手段と、前記処理手段からの信号を伝送するための伝送手段と、前記放射線を発生するための放射線源とを有することを特徴とする放射線検出システム。

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