JP2014048061A - 放射線撮像装置、その製造方法、及び放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】筐体から撮像領域までの距離の増大を抑えつつ、シンチレータ層で生じる光の分布を均一化する。
【解決手段】放射線撮像装置は、センサアレイを含むセンサパネルと、前記センサパネルの上に前記センサアレイを覆うように配されたシンチレータ層と、前記センサパネルの側面に対向する側壁を有し、前記センサパネルおよび前記シンチレータ層を収容した筐体と、を備え、前記シンチレータ層は、前記センサパネルのうちの少なくとも一辺において、当該一辺から前記側壁に向かって突出している。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線撮像装置、その製造方法、及び放射線撮像システムに関する。

図８を参照しながら、参考例の放射線撮像装置Ｄについて述べる。放射線撮像装置Ｄは、光電変換を行う複数のセンサ２１が基板１０の上にアレイ状に配されたセンサアレイ２０と、その上に配されたシンチレータ層３０と、これらを設置するための筐体４０と、を備えうる。

図８では、シンチレータ層３０における各センサ２１の直上の領域で生じた光を模式的に矢印で表している。シンチレータ層３０における各センサ２１の直上の領域で生じた光の量は均一であるが、各センサ２１に入射する光の量は、中央領域より端部領域の方が少ない。即ち、シンチレータ層３０の発光効率がその面内で均一であるのに対し、各センサ２１の受光光量が端部領域において低下するため、放射線撮像装置Ｄの放射線に対する感度はその面内で不均一である。

特開２００２−０４８８７０号公報 特開２００８−１５１７６８号公報

上記背景に対して、基板１０の端からセンサアレイ２０までの距離Ｌ１を十分に確保して、センサアレイ２０を十分に覆うようにシンチレータ層３０を形成する構造も考えられるが、筐体４０から撮像領域（センサアレイ２０）までの距離Ｌ２が増大してしまう。このことは、放射線撮像装置Ｄにおいてデッドスペースが生じ、例えば、マンモグラフィ用の装置においては、患者の胸部から撮像領域までの距離が大きくなるため、放射線撮像の有効な領域が小さくなってしまう。

本発明の目的は、シンチレータ層で生じる光の分布を均一化するのに有利な技術を提供することにある。

本発明の一つの側面は放射線撮像装置にかかり、前記放射線撮像装置は、センサアレイを含むセンサパネルと、前記センサパネルの上に前記センサアレイを覆うように配されたシンチレータ層と、前記センサパネルの側面に対向する側壁を有し、前記センサパネルおよび前記シンチレータ層を収容した筐体と、を備え、前記シンチレータ層は、前記センサパネルのうちの少なくとも一辺において、当該一辺から前記側壁に向かって突出していることを特徴とする。

本発明によれば、シンチレータ層で生じる光の分布を均一化することができる。

放射線撮像装置の構成例を説明する図。 放射線撮像装置の構成例を説明する拡大図。 放射線撮像装置の他の構成例を説明する図。 放射線撮像装置の他の構成例を説明する図。 放射線撮像装置の製造方法の例を説明する図。 大画面用の放射線撮像装置の構成例を説明する図。 撮像システムの構成例を説明する図。 放射線撮像装置の構成の参考例を説明する図。

図１乃至６を参照しながら、本発明の実施形態にかかる放射線撮像装置Ｉ_１を説明する。図１（ａ）は放射線撮像装置Ｉ_１の上面図を示し、図１（ｂ）はカットラインＡ−Ａ’の断面構造を模式的に示している。放射線撮像装置Ｉ_１は、センサパネル２５とシンチレータ層３０とを備える。センサパネル２５は、基板１０の上に配された複数のセンサを有するセンサアレイ２０を含む。シンチレータ層３０は、センサパネル２５の上にセンサアレイ２０を覆うように配されており、入射した放射線を光に変換する。これによってシンチレータ層３０において生じた光を検出する。基板１０は、例えば、ガラス、耐熱性プラスチック、シリコンウェハ等の絶縁性部材で構成される。センサアレイ２０は、アレイ状に配された各センサが、例えば、光電変換素子、スイッチ素子、及び電気信号を伝達するための配線等によって構成されることによって、撮像領域を形成している。センサパネル２５及びシンチレータ層３０は、筐体４０の中に設置されうる。光電変換素子は、例えば、アモルファスシリコン等を用いて形成され、例えば、ＭＩＳ型センサやＰＩＮ型センサを含みうる。また、センサアレイ２０の周辺には、センサアレイ２０の制御や画素信号の読み出しのための信号入出力部５０が配されうる。読み出された画素信号について所定の信号処理が為され、放射線画像が得られる。筐体４０は、センサパネル２５の側面に対向する側壁を有しており、センサパネル１５及びシンチレータ層３０を収容し得る。

センサパネル２５の上には、センサアレイ２０の表面を保護するためのセンサ保護層（不図示）が配されうる。センサ保護層には、ＳｉＮ、ＴｉＯ_２、ＬｉＦ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等の他、樹脂系の部材が用いられうる。樹脂系の部材は、フッ素樹脂、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂を含む。また、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂を含む。センサ保護層は、シンチレータ層３０において生じた光が透過するように材料を選択すればよい。また、シンチレータ層３０の上には、シンチレータ層３０の耐湿性のため、これを覆うようにシンチレータ保護層（不図示）が形成されうる。

図２は、センサパネル２５及びシンチレータ層３０の端部領域Ｋの拡大図を示している。シンチレータ層３０は、センサパネル２５の少なくとも一辺２５ａから筐体４０の側面の板部である側壁に向かって突出しており、シンチレータ層３０の外縁は、当該一辺２５ａにおいて、センサパネル２５の外縁よりも外側に位置する。このように、シンチレータ層３０は、外縁がセンサパネル２５の外縁よりも外側に突出した突出部６０を有する。突出部６０において生じた光は、図２の矢印によって模式的に示されるように、センサアレイ２０に向かって入射する。よって、放射線撮像装置Ｉ_１の放射線に対する感度は、その面内で均一化されているといえる。信号入出力部５０は、通常、センサパネル２５の端部に配されうるため、突出部６０は、信号入出力部５０が配されていない辺に形成されればよい。よって、本実施形態では、センサパネル２５の一辺２５ａに突出部６０が形成された場合を例示したが、二辺以上において突出部６０が形成されてもよい。なお、信号入出力部５０は、不図示のフレキシブルケーブル等を介して実装基板に実装されうる。

以上、放射線撮像装置Ｉ_１によると、シンチレータ層３０で生じる光の分布が均一化される。よって、筐体４０から撮像領域までの距離Ｌ２の増大を抑えつつ、放射線が一様に照射された場合において発生する光の分布が均一化されるため放射線画像の品質が向上しうる。筐体４０から撮像領域までの距離Ｌ２が小さいことは、例えば、マンモグラフィを製造するのに有利である。シンチレータ層３０の外縁からセンサパネル２５の外縁までの距離Ｌ_Ｏは、シンチレータ層３０の上面から底面までの距離Ｌ_Ｔとの比Ｌ_Ｏ／Ｌ_Ｔが、例えば、１／４倍乃至１倍の範囲内になるように形成するとよい。また、比Ｌ_Ｏ／Ｌ_Ｔを、１／３倍以上にすると前述の効果が効率的に得られ好ましく、１／２倍以上にすると更によい。

シンチレータ層３０は、柱状結晶を有するシンチレータを用いて形成されてもよいし、蛍光体粒子を用いて形成されてもよい。例えば、柱状結晶を有するシンチレータを用いる場合は、当該柱状結晶によりシンチレータ層３０で発生した光の散乱を低減することができ、放射線画像の解像度が向上しうる。その材料には、例えば、ハロゲン化アルカリを主成分とする材料が用いられ、具体的には、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ、ＣｓＢｒ：Ｔｌ、ＮａＩ：Ｔｌ、ＬｉＩ：Ｅｕ、ＫＩ：Ｔｌ等が用いられる。例えば、ＣｓＩ：Ｔｌの場合は、ＣｓＩとＴｌＩとを用いた蒸着法によって、シンチレータ層３０が形成されうる。

一方、蛍光体粒子を用いる場合は、粒子状結晶を樹脂バインダーに分散させた蛍光体ペーストをセンサパネル２５に塗布し、乾燥させることによって、シンチレータ層３０は容易に形成されうる。その材料には、例えば、ＣａＷＯ_４、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、ＢａＳＯ_４：Ｐｂ等の公知の部材を用いればよい。蛍光体粒子の粒径は、例えば、５〜１００μｍ程度にすればよく、特に、粒径５〜５０μｍのものが望ましい。バインダーには、公知の有機材料を混合すればよく、例えば、ニトロセルロース、酢酸セルロース、エチルセルロース、ポリビニルブチラール、ポリエステル、塩化ビニル、酢酸ビニル、アクリル樹脂、ポリウレタン等の公知の樹脂が用いればよい。また、有機溶剤には、例えば、エタノール、メチルエチルケトン、酢酸ブチル、酢酸エチル、キシレン、ブチルカルビトール、テルピネオール等の公知の部材を用いればよい。例えば、スクリーン印刷やスリットコート印刷等の一般的な形成手法によって、上述の蛍光体ペーストをセンサパネル２５の上に塗布し、乾燥させて、シンチレータ層３０が形成される。

図３（ａ）に例示されるように、シンチレータ層３０は、センサパネル２５の当該一辺２５ａにおいて、センサパネル２５の側面（面Ｘ）の少なくとも一部（部分Ｐ）を覆うように形成されてもよい。部分Ｐは、面Ｘにおけるシンチレータ層３０が配された側の部分であり、シンチレータ層３０を一体に形成することによってシンチレータ層３０がより安定して固定され、その形状が維持されうる。シンチレータ層３０が、センサパネル２５の側面の少なくとも一部を覆うように一体に形成されることにより、シンチレータ層３０がより安定して固定され、放射線撮像装置Ｉ_１の信頼性が向上する。

また、図３（ｂ）に例示されるように、突出部６０と部分Ｐとの間には、基板１０とシンチレータ層３０とを接着する接着層７０ないしシンチレータ下地層が配されてもよい。これにより、シンチレータ層３０は安定して基板１０に固定され、突出部６０の形状が維持され、例えば、熱等によって生じる応力によるシンチレータ層３０の剥離を防止するため放射線撮像装置Ｉ_１の信頼性が向上する。接着層７０には、シンチレータ形成工程における熱処理（例えば、柱状結晶構造のシンチレータを形成する場合は、約２００℃又はそれ以上の温度）に耐えうる材料を用いればよい。接着層７０には、例えば、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が用いられる。接着層７０は、シンチレータ層３０において生じた光が透過するように材料を選択すればよい。また、接着層７０を面Ｘの全体に設けてシンチレータ層３０を面Ｘの全体にわたって形成してもよい。また、接着層７０は、センサパネル２５の上面にも形成されうる。

また、図３（ｃ）に例示されるように、シンチレータ層３０を覆うように反射層７１が形成される。反射層７１は、シンチレータ層３０において生じた光をシンチレータ層３０の内部に向かって反射する。反射層７１は、シンチレータ層３０の突出部６０をも覆う。これによって、突出部６０において発生した光が外部に漏れることを防止し、当該光をセンサアレイ２０の側に向かって反射する。反射層７１には、アルミニウムのような金属等、公知の材料を用いればよい。また、反射層７１の他に、シンチレータ層３０を保護するための保護膜（不図示）を形成してもよいし、保護層としての機能を兼ねた反射層７１を形成してもよい。

その他、図４に例示されるように、遮光層７２ないし遮光性を有する部材（以下、単に「遮光層」という）が配されてもよい。例えば、遮光層７２は、図４（ａ）に例示されるように、突出部６０とセンサアレイ２０との間（例えば、面Ｘ）に配されうる。これにより、面Ｘの側からの光の入射を防ぐことができ、放射線画像の品質を向上させうる。遮光層７２は、図４（ｂ）に例示されるように、基板１０におけるセンサアレイ２０の外側の領域に形成されてもよい。また、図４（ｃ）に例示されるように、基板１０の上にセンサアレイ２０を形成する前に遮光層７２を形成し、遮光層７２の上にセンサアレイ２０が配されるようにセンサパネル２５を構成して、裏面側ないし側面側からの光の入射を防ぐようにしてもよい。また、図４（ｄ）に例示されるように、基板１０の裏面に遮光層７２を設けてもよいし、所望の波長の光を遮光する材料を基板１０に用いて基板１０そのものが遮光層として機能するように構成してもよい。

放射線撮像装置Ｉ_１は、主に３つの工程を経て形成される。第１工程では、基板１０の上にセンサアレイ２０を設け、センサパネル２５を準備する。第１工程の後においては、センサパネル２５の端部を、当該端部に最も近いセンサアレイ２０の一辺に沿って切断する等、その後に為される第２工程に備えてセンサパネル２５の形状を調整する工程を含んでもよい。具体的には、シンチレータ層３０を形成する第２工程において前述の突出部６０を形成するために、図５（ａ）に例示されるように、センサパネル２５の端部をセンサアレイ２０の辺に沿ったカットラインＢ−Ｂ’で切断する。ここでは、センサパネル２５において信号入出力部５０を有しない２辺の一方について切断するが、他方についても切断して、第２工程で、当該切断面から突出するようにシンチレータ層３０を形成してもよい。

第２工程では、センサパネル２５の上にシンチレータ層３０を形成する。ここで、シンチレータ層３０は、センサパネル２５の少なくとも一辺２５ａにおいて、当該一辺２５ａにおけるセンサパネル２５の側面（ここでは、面Ｘ）よりも外側に向かって突出するように形成される。図５（ｂ）は、蒸着法を行う際にセンサパネル２５を保持するためのホルダー８０の上面図を上側に示し、カットラインＣ−Ｃ’の断面図を下側に示している。例えば、柱状結晶を有するシンチレータを用いてシンチレータ層３０を形成する場合は、ホルダー８０が、センサパネル２５を保持するホルダー鍔８１を、突出部６０を形成すべき位置に有しないようにすればよい。その後、当該蒸着法を行うことにより、ホルダー鍔８１を有しない部分に対応する基板１０の側面においてもシンチレータ層３０が形成される（図５（ｃ））。ここでは、ホルダー８０がホルダー鍔８１を有しない辺が１つの場合を例示したが、ホルダー８０がセンサパネル２５を保持できればよく、ホルダー鍔８１を有しない辺は２つ以上でもよい。

シンチレータの柱状結晶が斜め方向に成長するように形成されることにより、シンチレータ層３０は一体に形成されうる。形成されるシンチレータ層３０の柱状結晶の角度や、シンチレータ層の厚さは、蒸着粒子の入射角度や蒸着工程を行う時間によって調整すればよい。一方、例えば、蛍光体粒子を用いてシンチレータ層３０を形成する場合は、蛍光体ペーストのチキソ性や塗布量を調整して突出部６０を形成すればよい。

その後、第３工程では、第２工程で得られたセンサパネル２５は、筐体４０の中に設置される。ここで、センサパネル２５は、突出部６０が筐体４０の側面の板部（側壁）に近接するように対向して設置される。

また、図６に例示されるような大画面用の放射線撮像装置を製造する場合は、前述の第１工程において、各々が複数のセンサを有する複数のセンサユニット２７を互いに隣接するように配列してセンサパネル２５を取得してもよい。ここでは、２つのセンサユニット２７が支持台９０の上に配列されることによって、大面積の撮像領域を形成する（図６（ａ））。図６（ｂ）は、カットラインＤ−Ｄ’の断面図を示し、図６（ｃ）は、カットラインＥ−Ｅ’の断面図を示す。その後、前述と同様にして、蒸着法によりシンチレータ層３０を形成すればよい。図６（ｄ）は、シンチレータ層３０を形成した後のカットラインＤ−Ｄ’の断面図を示し、図６（ｅ）は、シンチレータ層３０を形成した後のカットラインＥ−Ｅ’の断面図を示す。

本発明は以上の実施形態に限られるものではなく、目的、状態、用途及び機能その他の仕様に応じて、適宜、変更が可能であり、他の実施形態によっても為されうる。以下、本発明にかかる実施例とその効果を述べる。

（第１実施例）
各センサが１６０μｍピッチで配列されたセンサアレイ２０と、信号入出力部５０とを含むセンサパネル２５を、シンチレータ層３０の突出部６０が形成される側の基板１０の端から撮像領域までの距離Ｌ１が０．１ｍｍとなるように形成した（図１及び２参照）。シンチレータ層３０の材料にはＣｓＩ：Ｔｌを用い、厚さ（即ち距離Ｌ_Ｔ）が５００μｍのシンチレータ層３０を形成した。蒸着工程は、成膜速度が１０μｍ／ｍｉｎ、基板１０の側面への蒸着粒子の最大入射角度が３５度になるようにして為された。これにより、突出部６０、即ち当該側面におけるシンチレータ層３０の厚さ（距離Ｌ_Ｏ）は２５０μｍとなった。

その後、前述の保護層としての機能を兼ねた反射層７１を形成し、実装基板に実装し、筐体４０に設置することにより放射線撮像装置が得られた。当該放射線撮像装置は、筐体４０から撮像領域までの距離の増大を抑えつつ、放射線が一様に照射された場合において発生する光の分布を均一化し、放射線画像の品質を向上させた。

（第２実施例）
本実施例は、ガラスで構成された基板１０上のセンサアレイ２０が配された面と、基板１０のシンチレータを形成すべき側面とに、シンチレータ下地層としてポリイミド樹脂（厚さ３μｍ）を形成した点で第１実施例と異なる（図３参照）。その後、基板１０の側面への蒸着粒子の最大入射角度が４５度になるようにして、第１実施例と同様にして、蒸着工程が為され、厚さ（即ち、距離Ｌ_Ｔ）が５００μｍのシンチレータ層３０を形成した。距離Ｌ_Ｏは２００μｍとなった。その後、第１実施例と同様の手順で、放射線撮像装置が得られた。本実施例によると、第１実施例と同様の効果が得られ、また、突出部６０におけるシンチレータ層３０と当該側面との接着性が向上するため、突出部６０の形状が維持される。

（第３実施例）
本実施例は、シリコンで構成された基板１０上のセンサアレイ２０が配された面と、基板１０のシンチレータを形成すべき側面とに、シンチレータ下地層としてポリイミド樹脂（厚さ３μｍ）を形成した点で第１又は第２実施例と異なる（図３及び４参照）。その後、基板１０の側面への蒸着粒子の最大入射角度が４５度になるようにして、第１実施例と同様にして、蒸着工程が為され、厚さ（即ち、距離Ｌ_Ｔ）が７００μｍのシンチレータ層３０を形成した。距離Ｌ_Ｏは２５０μｍとなった。その後、各実施例と同様の手順で、放射線撮像装置が得られた。本実施例によると、第１及び第２実施例と同様の効果が得られ、また、シンチレータ層３０の発光波長の光は、ポリイミド樹脂を透過するが基板１０を透過しないため、基板１０の側面から入射した迷光は遮断され、よって、取得される画像の品質が向上する。

（第４実施例）
本実施例は、支持台９０の上に複数のセンサユニット２７を配列してセンサパネル２５を形成することによって大画面用の放射線撮像装置を取得した（図６参照）。各センサユニット２７は、シリコンで構成された基板１０上の各センサが配された面と、基板１０のシンチレータを形成すべき側面とに、シンチレータ下地層としてポリイミド樹脂（厚さ３μｍ）が形成されている。その後、各実施例と同様の手順で、大画面用の放射線撮像装置が得られた。本実施例によると、大画面用の放射線撮像装置においても第１乃至第３実施例と同様の効果が得られた。

（放射線撮像システムへの適用例）
放射線撮像装置は、図７に例示されるように、撮像システムに適用されうる。放射線は、Ｘ線、α線、β線、γ線等の電磁波を含み、ここでは、代表例としてＸ線を用いる場合を述べる。Ｘ線チューブ６１０（放射線源）で発生したＸ線６１１は、患者等の被検者６２０の胸部６２１を透過し、放射線撮像装置６３０に入射する。入射したＸ線には患者６２０の体の内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応してシンチレータが発光し、光電変換により電気的情報を得る。この情報はディジタル信号に変換され、イメージプロセッサ６４０（信号処理手段）により画像処理され、例えば、コントロールルームのディスプレイ６５０（表示手段）で観察できる。

また、この情報を、例えば、電話回線６６０（伝送処理手段）により遠隔地へ転送することができ、別の場所、例えば、ドクタールームに設置されたディスプレイ６５１（表示手段）に表示することもできる。また、この情報を、光ディスク等の記録手段に保存することもできる。このようにして、遠隔の地の医師が、上記被検者を診断することも可能である。また、例えば、フィルムプロセッサ６７０（記録手段）によってフィルム６７１（記録媒体）に記録することもできる。

Claims (11)

1. センサアレイを含むセンサパネルと、
   前記センサパネルの上に前記センサアレイを覆うように配されたシンチレータ層と、
   前記センサパネルの側面に対向する側壁を有し、前記センサパネルおよび前記シンチレータ層を収容した筐体と、を備え、
   前記シンチレータ層は、前記センサパネルのうちの少なくとも一辺において、当該一辺から前記側壁に向かって突出している、
   ことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記シンチレータ層は、前記少なくとも一辺において、前記センサパネルの側面の少なくとも一部を覆うように形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記センサパネルの前記側面の前記少なくとも一部と、前記シンチレータ層が当該少なくとも一部を覆う部分との間に、前記センサパネルと前記シンチレータ層とを接着する接着層をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記センサパネルの前記側面の前記少なくとも一部と、前記センサアレイとの間に配された遮光性を有する層をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記シンチレータ層の外縁から前記センサパネルの外縁までの距離は、前記シンチレータ層の上面から底面までの距離の１／３倍ないし１倍の範囲内である、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
6. 前記センサパネルの前記側面における前記少なくとも一部は当該側面のうちの前記シンチレータ層が配された側の部分であり、前記シンチレータ層は一体に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 前記シンチレータ層を覆うように形成され、前記シンチレータ層において生じた光を前記シンチレータ層の内部に向かって反射する反射層をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
   放射線を発生させるための放射線源と、
   を具備することを特徴とする放射線撮像システム。
9. センサパネルを準備する第１工程と、前記センサパネルの少なくとも一辺において、当該一辺における前記センサパネルの側面よりも外側に向かって突出するように、前記センサパネルの上にシンチレータ層を形成する第２工程と、前記センサパネルおよび前記シンチレータ層を筐体に収容する第３工程と、を有し、
   前記第３工程では、前記筐体の側壁と前記センサパネルの側面とが対向し、前記シンチレータ層が、前記センサパネルの前記少なくとも一辺から前記筐体の前記側壁に向かって突出するように形成される、
   ことを特徴とする放射線撮像装置の製造方法。
10. 前記第１工程は、基板の上にセンサアレイを設け、前記基板の端部を、当該端部に最も近い前記センサアレイの一辺に沿って切断する切断工程を有し、
    前記切断された一辺を前記少なくとも一辺として前記第２工程を行う、
    ことを特徴とする請求項９に記載の放射線撮像装置の製造方法。
11. 前記第１工程では、前記センサパネルは、各々が複数のセンサを有する複数のセンサユニットを互いに隣接するように配列することによって形成される、
    ことを特徴とする請求項９に記載の放射線撮像装置の製造方法。