JP2008151768A - 放射線用シンチレータパネル、放射線用シンチレータパネルの製造方法、及び放射線画像撮影装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】シンチレータパネルの有効画像領域を効率化して、放射線検出手段の有効画像領域を拡大し、周辺部まで検知可能にする。
【解決手段】放射線透過性の基板２５と、基板２５に放射線が照射されることにより光を発する蛍光体層２７と、を有する放射線用シンチレータパネル２００において、基板２５の側辺のうち少なくとも一側辺と、基板２５に表面上に設けられた蛍光体層２７の側辺とのうち少なくとも一側辺とを、幾何学的に同一平面上に配置した放射線用シンチレータパネル。
【選択図】図５
【解決手段】放射線透過性の基板２５と、基板２５に放射線が照射されることにより光を発する蛍光体層２７と、を有する放射線用シンチレータパネル２００において、基板２５の側辺のうち少なくとも一側辺と、基板２５に表面上に設けられた蛍光体層２７の側辺とのうち少なくとも一側辺とを、幾何学的に同一平面上に配置した放射線用シンチレータパネル。
【選択図】図５
Description
本発明は、医療用や工業用の放射線画像撮影等に用いられる放射線用シンチレータパネル、放射線用シンチレータパネルの製造方法、及び放射線画像撮影装置に関する。
従来から、Ｘ線画像のような放射線画像撮影装置は医療現場において病状の診断に広く用いられている。特に、増感紙−Ｘ線フィルムによる放射線画像撮影装置は、長い歴史の中で高感度化と高画質化が図られた結果、世界中の医療現場で用いられている。
近年では、フラットパネル型放射線ディテクタ（ＦＰＤ）等に代表されるデジタル方式の放射線画像検出手段も登場しており、放射線画像をデジタル情報として取得して自由に画像処理を行い、画像情報を直ちに電送することが可能となっている。
放射線画像検出手段は放射線を蛍光に変換する所謂「シンチレータパネル」を有している。シンチレータパネルは、被写体を通過した放射線を受けて、その放射線量に対応した強度で蛍光体層による蛍光を瞬時に発光するものであり、基板上に蛍光体層を形成した構成を有する。
図６は、特許文献１に示されたシンチレータパネルを製造する蒸着装置の模式断面図である。
シンチレータパネル１０９は、蛍光体層１０７を支持する基板１０１、絶縁層１０２、蛍光体層で変換された光をセンサパネル側に反射させる反射層１０３から構成されている。１０４は基板ホルダ、１０５は反射層１０３のアルミニウムをスパッタする際のマスキングエリアである。
特開２００３−７５５４２号公報
特許文献１に記載のシンチレータパネル、及びシンチレータパネルの製造方法では、図６のシンチレータパネルの断面図に示されるように、蒸着装置により基板１０１上に蛍光体層１０７を形成するとき、基板１０１の周辺部を基板ホルダ１０４に装着するため、基板１０１の周辺部に蛍光体層１０７が形成されない非画像形成領域が表れる。
マンモグラフィ等の画像撮影においては、非画像形成領域の形成を除去して放射線検出手段の有効画像領域を拡大することが望まれており、このためには基板１０１の周辺部まで蛍光体層１０７が形成されていることが望まれる。
本発明は、周辺部まで均一な蛍光体層を有し、放射線検出手段の有効画像領域の拡大可能な放射線用シンチレータパネル、及びその製造方法、及び該放射線用シンチレータパネルを用いた放射線画像撮影装置を提供することを目的としている。
上記の課題は、下記の本発明により達成される。
１． 放射線透過性の基板と、前記基板に放射線が照射されることにより光を発する蛍光体層と、を有する放射線用シンチレータパネルにおいて、前記基板の側辺のうち少なくとも一側辺と、前記基板の表面上に設けられた前記蛍光体層の側辺のうち少なくとも一側辺とを、幾何学的に同一平面上に配置したことを特徴とする放射線用シンチレータパネル。
２． 放射線透過性の基板と、前記基板に放射線が照射されることにより光を発する蛍光体層と、を有する放射線用シンチレータパネルの製造方法であって、前記基板の側辺のうち少なくとも一側辺と、前記基板の表面上に設けられた前記蛍光体層の周辺のうち少なくとも一側辺とが、幾何学的に同一平面上に配置されるように、前記基板及び前記基板の表面上に設けられた前記蛍光体層を加工手段により形成することを特徴とする放射線用シンチレータパネルの製造方法。
３． 前記１または２に記載の放射線用シンチレータパネルと、前記放射線用シンチレータパネルに貼り合わせた光電変換手段と、を有する放射線検出手段を備えたことを特徴とする放射線画像撮影装置。
本発明の放射線用シンチレータパネル、放射線用シンチレータパネルの製造方法、及び放射線画像撮影装置により以下の効果が得られる。
１． シンチレータパネルの有効画像領域を効率的に使用して、放射線検出手段の有効画像領域を拡大する放射線用シンチレータパネルが提供される。
２． 蒸着時の蛍光体層の回り込みによる蛍光体層の不均一化を解消し、シンチレータパネルの周辺部まで均一な蛍光体層を形成する。
３． 放射線画像撮影装置の放射線検出が周辺部まで可能となる。
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は該実施の形態に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１の概略図である。
放射線画像撮影装置１は、本体１０、放射線検出手段２０、画像処理手段３０、画像表示手段４０を備えている。本体１０は、その内部に、放射線検出手段２０や各種機器を搭載するものであり、放射線室内の所定の位置に固定されている。
放射線画像撮影は、放射線源５０から照射され被写体６０、及び放射線検出手段２０の前面板２２を透過させた放射線を放射線検出手段２０で検出して行う。
図２は、図１の部分拡大断面図である。
放射線検出手段２０は、ハウジング２１の内部に、前面板２２、緩衝材２３、シンチレータパネル２００、蛍光体層（シンチレータ層）２７を備えている。
シンチレータパネル２００は、基板２５の面上に反射層２６、反射層２６の面上に蛍光体層２７を備えるものであり、蛍光体層２７に放射線が照射されると、蛍光体層２７は入射した放射線のエネルギーを吸収して、波長が３００μｍから８００μｍの電磁波、即ち、可視光線を中心に紫外光から赤外光にわたる電磁波（光）を発光する。
シンチレータパネル２００は、基板２５、反射層２６、蛍光体層２７、及びこれらの部材を包囲して密封する耐湿性保護膜（以下、保護膜と称す）２４Ａ、２４Ｂから構成されている。
本体１０は、その内部に搭載した各種機器を保護できるように剛性の高い材料、例えば炭素繊維強化樹脂で作製される。
放射線検出手段２０の前面板２２は、放射線透過率が高い材料で作製される。なお、この前面板２２の厚さは、０．３〜０．５ｍｍで、放射線透過性を確保しつつ、強度を維持する。放射線透過率が高く、且つ剛性の高い材料としては、アルミニウム合金、炭素繊維強化樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、これらの樹脂とアルミニウム合金との複合材などがある。
前面板２２は、緩衝材２３を介してシンチレータパネル２００を押圧して、シンチレータパネル２００を光電変換手段（受光素子）２８に密接させる。
保護膜２４Ａ、２４Ｂは、基板２５、反射層２６、蛍光体層２７を内包したのち接着されて袋状に形成される。保護膜２４Ａ、２４Ｂの水分透過率が１日当たり５０ｇ／ｍ2以下である。
基板２５は、反射層２６を担持可能な板状、フィルム体であり、Ｘ線等の放射線を入射線量に対し１０％以上を透過させることが可能なものである。
基板２５としては、各種のガラス、高分子材料、金属等を用いることができる。例えば、石英、ホウ珪酸ガラス、化学的強化ガラスなどの板ガラス、サファイア、チッ化珪素、炭化珪素などのセラミック基板、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム燐、ガリウム窒素など半導体基板、セルロースアセテートフィルム、ポリエステルフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリアミドフィルム、ポリイミドフィルム、トリアセテートフィルム、ポリカーボネートフィルム、炭素繊維強化樹脂シート等の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或いは金属酸化物の被覆層を有する金属シートなどを用いることができる。また基板２５の厚さは０．０５ｍｍ〜３ｍｍであることが好ましい。
これらの中でも、耐久性や軽量化といった観点から、アルミニウムシートや炭素繊維強化樹脂シート、ポリイミドフィルムが好ましく用いられる。
反射層２６は、シンチレータパネル２００に対し、基板２５方向か蛍光体層２７側に向けて放射線が入射されると、蛍光体層２７に入射された放射線は、蛍光体層２７中の蛍光体に放射線エネルギーが吸収され、蛍光体層２７から、入射された放射線の強度に応じて、蛍光体から電磁波（光）が発光される。
蛍光体から発光された電磁波は、蛍光体層２７の放射線が入射された面と反対の面（放射面）に至るものも有るが、基板２５側の方向に放射進行する光もある。
本発明に係る反射層２６は、この基板２５側の方向に放射進行する電磁波を反射しうる層である。
反射層２６としては、金属薄膜が好ましく用いられる。金属薄膜としては、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｒｈ、Ｐｔ及びＡｕからなる群の中の物質を含む材料からなる膜が好ましく用いられる。更に、Ｃｒ膜上にＡｕ膜を形成する等、金属薄膜を２層以上形成してもよい。
本発明においては、反射層２６として、上記のなかでも特にアルミニウムを含有する膜を用いる態様が好ましい態様である。
蛍光体層２７としては、放射線の照射により、蛍光を発する放射線蛍光体を含有する層である。
本発明に用いることができる放射線蛍光体としては、放射線から可視光に対する変更率が比較的高く、蒸着によって容易に蛍光体を柱状結晶構造に形成出来るため、光ガイド効果により結晶内での発光光の散乱が抑えられ、蛍光体層２７の厚さを厚くすることが可能であることからヨウ化セシウム（ＣｓＩ）が好ましい。
但しＣｓＩのみでは発光効率が低いために、各種の賦活剤が添加される。例えば、特公昭５４−３５０６０号の如く、ＣｓＩとヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）を任意のモル比で混合したものが挙げられる。
又最近では、例えば特開２００１−５９８９９号公報に示されたように、ＣｓＩを蒸着で、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）、リチウム（Ｌｉ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、ナトリウム（Ｎａ）などの賦活物質をスパッタで形成するＸ線蛍光体製作方法なども考案されている。
また、ベースとなる蛍光体であるＣｓＩの代わりに、ＣｓＢｒやＣｓＣｌ等を用いる構成としてもよい。また、蛍光体層２７は、前述のＣｓＩ、ＣｓＢｒ、ＣｓＣｌのうち、２種類以上の蛍光体が任意の混合比率で形成された混晶体をベースとして結晶が形成されたものであっても構わない。
蛍光体層２７の形成は、従来公知の方法により形成することが可能であるが、本発明においては気相堆積法により形成された蛍光体層であることが好ましい。
図３は、蛍光体層２７を形成する蒸着装置の概略構成図である。
蒸着装置７１は箱状の真空容器７２を有し、真空容器７２の内部には蒸着用のボート７３が配置されている。ボート７３は蒸着源の被重点部材であり、ボート７３内には抵抗加熱体（ヒータ）が接続されている。抵抗加熱体に電流が流れると、抵抗加熱体がジュール熱により発熱する。ボート７３として、抵抗加熱体を巻回したアルミナ製のルツボが使用される。
真空容器７２の内部であってボート７３の直上には、基板２５を保持するホルダ７４が配置されている。ホルダ７４にはホルダ７４を回転させる回転機構７５が配置されている。回転機構７５は、ホルダ７４に接続された回転軸７６とその駆動源となるモータ７７から構成されている。モータ７７の駆動により回転軸７６が回転してホルダ７４をボート７３に対向させた状態で回転させる。７９は把持部材を表す。
真空容器７２には真空ポンプ７８が接続されている。真空ポンプ７８は、真空容器７２の内部の排気と、真空容器７２の内部への不活性ガスの導入とを行う。
以下に実施例をあげて本発明を説明する。
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
（反射層の作製）
厚さ１２５μｍのポリイミドフィルム（宇部興産製ＵＰＩＬＥＸ−１２５Ｓ）にアルミニウムをスパッタして反射層２６（０．０１μｍ）を形成した。
厚さ１２５μｍのポリイミドフィルム（宇部興産製ＵＰＩＬＥＸ−１２５Ｓ）にアルミニウムをスパッタして反射層２６（０．０１μｍ）を形成した。
（蛍光体層の形成）
初めに、把持部材７９により、ホルダ７４に基板２５を取り付けるとともに、ボート７３に蛍光体原料（ＣｓＩ：０．００３Ｔｌ）を充填する。次に、真空ポンプ７８を作動させて、真空容器７２の内部を一旦排気したのち、真空容器７２の内部に不活性ガスを導入しながら、真空容器７２の内部を０．５Ｐａの真空度にする。
初めに、把持部材７９により、ホルダ７４に基板２５を取り付けるとともに、ボート７３に蛍光体原料（ＣｓＩ：０．００３Ｔｌ）を充填する。次に、真空ポンプ７８を作動させて、真空容器７２の内部を一旦排気したのち、真空容器７２の内部に不活性ガスを導入しながら、真空容器７２の内部を０．５Ｐａの真空度にする。
真空雰囲気の形成と同時に、ホルダ７４のヒータと回転機構７５のモータ７７とを駆動し、ホルダ７４に取り付けられた基板２５をボート７３に対向させた状態で加熱しながら回転させる。この時のホルダ７４は１０ｒｐｍの速度回転した、ホルダ７４とボート７３との間隔を４００ｍｍに調節した。
さらに蒸着装置内にある加熱装置（図示せず）を用い、基板２５の温度を２００℃に保持した。次いで、抵抗加熱ルツボを加熱して蛍光体を蒸着し蛍光体層の膜厚が５００μｍとなったところで蒸着を終了させ、基板２５上に所望の蛍光体層２７を形成し、シンチレータパネルを得た。
蒸着装置７１により基板２５の表面側に無数の柱状結晶体からなる蛍光体層２７を形成するとき、厚さｔが０．４ｍｍ以下の薄い板圧の基板２５は輻射熱により変形して、蛍光体層２７の周辺の高さに不均一を発生する。
図４（ａ）は、シンチレータパネル２００の基板２５、蛍光体層２７と、光電変換手段（受光素子）２８から成る従来の放射線検出手段２０の模式断面図である。
図４（ｂ）は、比較例１による放射線検出手段２０の部分拡大断面図である。
図４（ｃ）は、比較例２による放射線検出手段２０の部分拡大断面図である。図６において述べたように、基板２５の周辺部に基板ホルダ１０４による非画像領域が形成され、有効画像領域が縮小する。
図４（ｄ）は、本発明１及び本発明２による放射線検出手段２０の部分拡大断面図である。図４（ｅ）は、本発明３及び本発明４による放射線検出手段２０の部分拡大断面図である。図５は放射線検出手段２０の斜視図である。
本発明の放射線検出手段２０は、基板２５の周辺のうち少なくとも一側辺と、蛍光体層２７の周辺とのうち少なくとも一側辺と、光電変換手段２８の周辺のうち少なくとも一側辺とを、同一の幾何学的平面Ｐ上に配置されるように構成した。
したがって、光電変換手段２８の側壁面２８ａの幾何学的平面Ｐの延長面上に、基板２５の側壁面２５ａと、蛍光体層２７の側壁面２７ａとが配置される。
図４（ｄ）、図４（ｅ）に示す放射線検出手段２０は、比較例１、２に示す放射線検出手段２０に対して、図示しない断裁手段により基板２５及び光電変換手段２８の各周辺部を断裁して切り揃え、基板２５、蛍光体層２７及び光電変換手段２８の各垂直側壁面を幾何学的に同一平面上に配置させたものである。断裁手段としては、高周波加工手段、レーザ加工手段、ダイアモンド加工手段等が挙げられる。
図４（ｄ）に示す本発明１、２は、蛍光体層２７の周辺部の周辺部先端が、基板２５及び光電変換手段２８の各周辺部に幾何学的に同一平面上に配置され、蛍光体層２７の周辺部の側壁が傾斜状に残存する形状である。
図４（ｅ）に示す本発明３、４は、蛍光体層２７の周辺部の側壁が、基板２５及び光電変換手段２８の各周辺部の断裁後側壁に幾何学的に同一平面上に配置された形状である。
［評価方法］
得られた放射線用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−Ｂｏｘ４ＫＥＶ）にセットし、放射線画像撮影装置を得た。放射線用シンチレータパネル側から管電圧７０ｋＶｐのＸ線を放射線撮影装置に曝射し、画像を取得する。取得した画像について、画像全体の平均信号強度の８０％以上である範囲における画像の面積を算出する。この面積を有効画像領域とした。それぞれの実施例について前記算出方法により有効画像領域を算出し、比較例１の場合の行こう画像領域を１．０として、比較例２及び本発明１〜本発明４の有効画像領域を規格化した。それぞれの実施例での有効画像領域を以下の段階付けにて評価を行った。
Ａ：有効画像領域が１．０７よりも大きく、１．１０未満
Ｂ：有効画像領域が１．０４よりも大きく、１．０７未満
Ｃ：有効画像領域が１．０２よりも大きく、１．０４未満
Ｄ：有効画像領域が１．０１よりも大きく、１．０２未満
Ｅ：有効画像領域が１．００よりも大きく、１．０１未満
Ｆ：有効画像領域が１．００以下
［評価方法］
得られた放射線用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−Ｂｏｘ４ＫＥＶ）にセットし、放射線画像撮影装置を得た。放射線用シンチレータパネル側から管電圧７０ｋＶｐのＸ線を放射線撮影装置に曝射し、画像を取得する。取得した画像について、画像全体の平均信号強度の８０％以上である範囲における画像の面積を算出する。この面積を有効画像領域とした。それぞれの実施例について前記算出方法により有効画像領域を算出し、比較例１の場合の行こう画像領域を１．０として、比較例２及び本発明１〜本発明４の有効画像領域を規格化した。それぞれの実施例での有効画像領域を以下の段階付けにて評価を行った。
Ａ：有効画像領域が１．０７よりも大きく、１．１０未満
Ｂ：有効画像領域が１．０４よりも大きく、１．０７未満
Ｃ：有効画像領域が１．０２よりも大きく、１．０４未満
Ｄ：有効画像領域が１．０１よりも大きく、１．０２未満
Ｅ：有効画像領域が１．００よりも大きく、１．０１未満
Ｆ：有効画像領域が１．００以下
表１は、基板２５と蛍光体層２７の側壁、蛍光体層２７の側面形状による有効画像領域の評価を示す。
比較例１、２では、有効画像領域が少なく、周辺画像が低下する。本発明１、２では有効画像領域が比較例１、２より増大する。本発明３では有効画像領域が本発明１、２より更に増大する。本発明４では側壁面数を１から４に増して基板２５、蛍光体層２７、光電変換手段２８の各側壁面を合致させることにより、有効画像領域が本発明３より更に増大する。
１ 放射線画像撮影装置
１０ 本体
２０ 放射線検出手段
２１ ハウジング
２２ 前面板
２３ 緩衝材
２４Ａ、２４Ｂ 耐湿性保護膜（保護膜）
２５ 基板
２５ａ 側壁面
２６ 反射層
２７ 蛍光体層（シンチレータ層）
２７ａ 側壁面
２８ 光電変換手段（受光素子）
２８ａ 側壁面
１０９ シンチレータパネル
１０１ 基板
１０２ 絶縁層
１０３ 反射層
１０４ 基板ホルダ
１０５ マスキングエリア
１０７ 蛍光体層
２００ シンチレータパネル
３０ 画像処理手段
４０ 画像表示手段
５０ 放射線源
６０ 被写体
７１ 蒸着装置
７２ 真空容器
７３ ボート
７４ ホルダ
７５ 回転機構
７６ 回転軸
７７ モータ
７８ 真空ポンプ
７９ 把持部材
Ｐ 幾何学的平面
ｔ 基板の厚さ
１０ 本体
２０ 放射線検出手段
２１ ハウジング
２２ 前面板
２３ 緩衝材
２４Ａ、２４Ｂ 耐湿性保護膜（保護膜）
２５ 基板
２５ａ 側壁面
２６ 反射層
２７ 蛍光体層（シンチレータ層）
２７ａ 側壁面
２８ 光電変換手段（受光素子）
２８ａ 側壁面
１０９ シンチレータパネル
１０１ 基板
１０２ 絶縁層
１０３ 反射層
１０４ 基板ホルダ
１０５ マスキングエリア
１０７ 蛍光体層
２００ シンチレータパネル
３０ 画像処理手段
４０ 画像表示手段
５０ 放射線源
６０ 被写体
７１ 蒸着装置
７２ 真空容器
７３ ボート
７４ ホルダ
７５ 回転機構
７６ 回転軸
７７ モータ
７８ 真空ポンプ
７９ 把持部材
Ｐ 幾何学的平面
ｔ 基板の厚さ
Claims (6)
- 放射線透過性の基板と、前記基板に放射線が照射されることにより光を発する蛍光体層と、を有する放射線用シンチレータパネルにおいて、
前記基板の側辺のうち少なくとも一側辺と、前記基板の表面上に設けられた前記蛍光体層の側辺のうち少なくとも一側辺とを、幾何学的に同一平面上に配置したことを特徴とする放射線用シンチレータパネル。 - 前記基板の一側辺と幾何学的に同一平面上に配置された前記蛍光体層の一側辺とは、前記基板の表面に直交する側壁面を有することを特徴とする請求項１に記載の放射線用シンチレータパネル。
- 放射線透過性の基板と、前記基板に放射線が照射されることにより光を発する蛍光体層と、を有する放射線用シンチレータパネルの製造方法であって、
前記基板の側辺のうち少なくとも一側辺と、前記基板の表面上に設けられた前記蛍光体層の周辺のうち少なくとも一側辺とが、幾何学的に同一平面上に配置されるように、前記基板及び前記基板の表面上に設けられた前記蛍光体層を加工手段により形成することを特徴とする放射線用シンチレータパネルの製造方法。 - 前記加工手段が、断裁手段であることを特徴とする請求項３に記載の放射線用シンチレータパネルの製造方法。
- 請求項１または２に記載の放射線用シンチレータパネルと、前記放射線用シンチレータパネルに貼り合わせた光電変換手段と、を有する放射線検出手段を備えたことを特徴とする放射線画像撮影装置。
- 前記放射線用シンチレータパネルの側辺のうち少なくとも一側辺が、前記光電変換手段の有効画像領域の側辺のうち少なくとも一側辺に合致するように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の放射線画像撮影装置。
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