JP5206410B2 - シンチレータパネル - Google Patents

Description

本発明はシンチレータパネルに関し、詳しくは放射線−光変換効率の高いシンチレータパネルに関する。

Ｘ線画像のような放射線画像は、医療現場において病状の診断に広く用いられている。近年では、放射線検出器を用いた放射線イメージングシステムが普及して来ている。このシステムは、放射線検出器による２次元の放射線による画像データを電気信号として取得し、この信号を処理することでモニター上へ表示させる。

シンチレータパネルは、基板側から入射した放射線を光に変換する役割を果たす。１９９０年代に放射線画像の撮影装置として開発されたＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）は、シンチレータパネルと撮像素子を組み合わせた放射線検出器である。このシンチレータの材料としては、沃化セシウム（ＣｓＩ）がよく用いられる。これは、ＣｓＩがＸ線から可視光への変換率が比較的高く、蒸着によって容易に柱状結晶構造を形成できるため、光ガイド効果により発光光の散乱を抑えることができる（例えば特許文献１参照）。

このような放射線検出器の作製方法としては、撮像素子上に、直接、蒸着型のＣｓＩを形成する方法が一般的であり（例えば特許文献２、３参照）、その他に、シンチレータパネルと撮像素子を貼り合せる方法が考えられる（例えば特許文献４参照）。

しかしながら、何れの場合においても、シンチレータによって変換された光信号を効率的に伝搬する蛍光体層の設計は、現在までに為されていない。
特開平５−９３７８０号公報 特開平５−３１２９６１号公報 特開平６−３３１７４９号公報 特開２００３−６６１９６号公報

本発明の目的は、変換された光信号を効率的に伝搬するシンチレータパネルを提供することにある。このシンチレータパネルは、放射線−光変換効率の高いＦＰＤを実現するのに好適である。

上記目的は以下の構成により達成される。
１．シンチレータパネルと撮像素子を組み合わせた放射線検出器に用いられる基板上に形成された蛍光体層が柱状結晶の沃化セシウムであるシンチレータパネルにおいて、
前記蛍光体層が、気相堆積法のうちの蒸着法によって作製されており、
前記撮像素子に対向する側の該柱状結晶の先端角度を制御して４０〜８０度とすることにより、放射線−光変換効率が８０％以上とされていることを特徴とするシンチレータパネル。

本発明のシンチレータパネルによれば、変換された光信号を効率的に伝搬することができ、放射線−光変換効率の高いＦＰＤの実現が可能となる。

異なる先端角度を有するＣｓＩ柱状結晶蛍光体へのＸ線照射を示す模式図 本発明に用いたＣｓＩ蒸着装置の断面図 本発明のシンチレータパネルにおける放射線−光変換効率（％）−ＣｓＩ柱状結晶先端角度（°）関係を示すグラフ

符号の説明

１ 抵抗加熱坩堝
２ 基板
３ 支持体
４ 蒸気流
Ｐ ポンプ

以下、本発明をより具体的に説明する。

図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）、図１（ｄ）は、様々な先端角度を有する柱状結晶のＣｓＩを示す模式図である。ＣｓＩ下側からＸ線が照射されると、これにより発光した光は、ＣｓＩのライトガイド効果によって効率的にＣｓＩ結晶の先端側へ伝搬される。結晶先端に到達した光は結晶の外へ取り出されるが、例えば結晶の先端角度が３０°、９０°、１５０°（何れも本発明の範囲外）の場合、結晶先端に到達した光の向きによって結晶内で全反射を起こし、この結果、結晶先端より取り出す光の量は減少する。このように柱状結晶先端角度を制御することで、光の取出し効率は大きく変化する。

この結晶先端角度は２次電子走査顕微鏡で観察して測定できる。

ＣｓＩを気相成長（気相堆積法）させ、柱状結晶に成長させる方法としては、蒸着法、スパッタ法及びＣＶＤ法などが用いられるが、中でも蒸着法が好ましい。

蒸着法は支持体を蒸着装置内に設置した後、装置内を排気して１．０×１０^-4Ｐａ程度の真空とし、次いで、蛍光体素材の少なくとも一つを抵抗加熱法、エレクトロンビーム法などの方法で加熱蒸発させて支持体表面に蛍光体を所望の厚みに斜め堆積させる。この結果、結着剤を含有しない蛍光体層が形成されるが、前記蒸着工程では複数回に分けて蛍光体層を形成することも可能である。又、前記蒸着工程では、複数の抵抗加熱器あるいはエレクトロンビームを用いて蒸着を行うことも可能である。又、蒸着法においては、蛍光体原料を複数の抵抗加熱器あるいはエレクトロンビームを用いて蒸着し、支持体上で目的とする蛍光体を合成すると同時に蛍光体層を形成することも可能である。更に蒸着法においては、蒸着時に必要に応じて被蒸着物を冷却あるいは加熱してもよい。蒸着終了後、蛍光体層を加熱処理してもよい。

図２にＣｓＩ蒸着装置の一例の断面図を示す。ＣｓＩを抵抗加熱坩堝１に充填し、基板２を回転する支持体３に設置して、支持体と抵抗加熱坩堝との間隔ｄを調節する。続いて蒸着装置内をポンプＰで排気した後、不活性ガスを導入して真空度を調整する。次いで、支持体３を回転しながら、支持体の温度を調整する。その後、抵抗加熱坩堝１を加熱してＣｓＩ蒸気流４を基板２上に蒸着せしめ（蛍光体層）、この蛍光体層が所望の膜厚となったところで蒸着を終了させる。

坩堝はＭｏ製が好ましく、基板としてはポリイミド樹脂などが好ましい。支持体としてはアルミニウム薄板などが好ましく、その加熱温度は常温〜３５０℃が適用できるが、１００〜２５０℃が好ましい。真空度としては０．００１〜１０Ｐａが適当であり、アルゴンや窒素等の不活性ガスの導入により調整する。

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明の態様はこれに限定されない。

図２の蒸着装置を用い、１０ｃｍ角で厚さが０．２ｍｍのポリイミド基板上に、以下の手順でＣｓＩ蛍光体層を蒸着した。

支持体として１ｍｍ厚のＡｌ板を用い、支持体と抵抗加熱Ｍｏ坩堝との間隔を４０ｃｍに調整した。蒸着装置内をポンプＰで排気した後、Ａｒガスを導入して真空度を０．５Ｐａに調整した。次いで、支持体を１０ｒｐｍの速度で回転しながら、支持体の温度を常温〜３５０℃の各条件に保持した各試料を作製した。その後、抵抗加熱坩堝を加熱して蛍光体（ＣｓＩ）を蒸着し、蛍光体層が５００μｍとなったところで蒸着を終了させた。

ポリイミド基板上に蒸着された蛍光体層（柱状結晶のＣｓＩ）を、ガラス基板上に格子状に設けられたフォトダイオード（光電変換素子）表面に貼り付け、シンチレータパネルを得た。

この様にして得られたシンチレータパネルについて、Ｘ線（管電圧８０ｅｋＶｐ）を照射した際に発光した光強度を測定して、最も高い発光光強度のサンプルとの比を放射線−光変換効率として算出した。その後、２次電子走査顕微鏡（ＨＩＴＡＣＨＩ社製Ｓ−８００，倍率２，０００倍）を用いて蛍光体層のＣｓＩ柱状結晶の先端角度を観察した。

放射線−光変換効率（％）とＣｓＩ柱状結晶先端角度（°）との関係を図３に示す。

常温から３５０℃に支持体の温度を制御して、蛍光体層を作製した結果、蒸着時の支持体温度が１５０℃の時に放射線−光変換効率が最も高く、この時の柱状結晶先端角度は６０°であった。又、ＣｓＩ柱状結晶の先端角度が４０〜８０°の時に放射線−光変換効率は８０％以上と大きく、又５０〜７５°の時に放射線−光変換効率は９０％以上と更に大きく、放射線−光変換効率の高いことが確認された。

Claims (1)

1. シンチレータパネルと撮像素子を組み合わせた放射線検出器に用いられる基板上に形成された蛍光体層が柱状結晶の沃化セシウムであるシンチレータパネルにおいて、
   前記蛍光体層が、気相堆積法のうちの蒸着法によって作製されており、
   前記撮像素子に対向する側の該柱状結晶の先端角度を制御して４０〜８０度とすることにより、放射線−光変換効率が８０％以上とされていることを特徴とするシンチレータパネル。