JP6877289B2 - 放射線検出装置、放射線検出システム、及び放射線出装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線を検出する放射線検出装置、その放射線検出装置を使用した放射線検出システム、及びその放射線検出装置の製造方法に関する。

間接型の放射線検出装置は、光電変換素子がマトリクス状に配置された検出基板と、放射線を光電変換素子が感知可能な光に変換するシンチレータとを備える。特許文献１には、シンチレータに対して、複数の検出基板に跨るように連続した接着層により複数の検出基板を接着した放射線検出装置が開示されている。

特開２０１２−２７００２

放射線検出装置の各部材は使用中の温度変動や振動などにより伸縮するため接着層が剥がれたり変形することがあり得る。このために検出基板の間に位置する接着層の形状が変化し得る。この形状の変化のためにシンチレータから検出基板への光の伝搬状況が影響を受け、検出基板から取得された画像信号にアーチファクトが生じ得る。本発明は、アーチファクトの発生が抑制された放射線検出装置を提供することを目的とする。

本発明の放射線検出装置は、光電変換素子が配置された複数の検出基板と、前記複数の検出基板を支持する基板と、シンチレータと、前記複数の検出基板と前記シンチレータとを結合する複数の結合部材と、を備え、前記複数の結合部材の各々は、前記シンチレータと一の検出基板とを結合し、前記複数の検出基板は、前記基板と前記シンチレータとの間に配置されており、前記複数の結合部材の各々は、前記複数の検出基板と前記シンチレータとの間に配置されており、前記複数の結合部材は、前記複数の結合部材のそれぞれの外縁が隣接する検出基板の間に位置しないように、互いに分離されていることを特徴とする。

本発明により、アーチファクトの発生が抑制された放射線検出装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る放射線検出装置の斜視図。 本発明の実施形態に係る放射線検出装置の断面図。 本発明の放射線検出装置を用いた放射検出システムの概念図。

以下に、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。様々な実施形態を通じて、同様の要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。本発明において、光は可視光、及び赤外線を含み、放射線はＸ線、α線、β線およびγ線を含む。

（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係る放射線検出装置１００の概略を図１により説明する。本実施形態の放射線検出装置１００は、固定基板１１０と、固定基板１１０により支持される複数の検出基板１３０と、シンチレータ１５０と、シンチレータ１５０の保護基板１６０とを有する。固定基板１１０には例えばガラス板材などが用いられる。検出基板には光電変換素子を含む画素がマトリクス状に配置されている。検出基板１３０に配置される画素の間隔（以下、「画素ピッチ」）は１００μｍ〜２００μｍ程度である。複数の検出基板１３０は固定基板１１０により支持されている。

放射線はシンチレータ１５０により光電変換素子が検知可能な波長の光に変換される。シンチレータ１５０は、例えばタリウムが添加されたヨウ化セシウム等で形成された柱状結晶構造を有する。シンチレータ１５０は例えば保護基板１６０に蒸着により形成される。保護基板１６０には、ガラス、アモルファスカーボン、ＣＦＲＰ、アルミニウム、チタニウムなどを用いることができる。また、シンチレータ１５０と複数の検出基板１３０とは、複数の結合部材１４０を介して結合されている。

検出基板１３０の光電変換素子はシンチレータ１５０で発生した光を電気信号に変換する。光電変換素子としては、例えば結晶シリコンを用いたＣＭＯＳセンサ、非晶質シリコンを用いたＰＩＮ型センサやＭＩＳ型センサを用いることができる。その他にも光電変換素子には光を検出して電気信号に変換できる既存の構成を用いることができる。本実施形態では複数の検出基板１３０を並べて配置することにより大画面での撮像を可能にしている。

図１では説明のためにシンチレータ１５０と検出基板１３０とを分離して描いているが、実際には図２に示されるように各部材は重ねて配置されている。また、図１では電極やシンチレータ１５０を湿度から保護するための保護膜等の本願の説明に不要な部分は省略して描かれている。説明のために図１には検出基板１３０が４枚しか図示されていないが、検出基板１３０の数はこの限りではない。

本実施形態の放射線検出装置は次のように動作する。矢印２００の方向から被検体に向けて曝射された放射線は、被検体（不図示）により減衰を受けた後、シンチレータ１５０に入射する。シンチレータ１５０は、この放射線を光電変換素子が検出可能な波長の光（例えば可視光）に変換する。シンチレータ１５０で発生した放射線に基づく光は、検出基板１３０に入射し、光電変換素子により電気信号に変換される。この電気信号を画像処理することにより画像が生成される。放射線検出装置１００がこの動作を繰り返すことで動画像を得ることもできる。

次に、放射線検出装置１００について図２の断面図を参照しつつ、説明する。図２は、放射線検出装置１００の図１中Ａ−Ａ’の断面図である。複数の検出基板１３０は、放射線を検出する面を形成するように並べて配置され、固定部材１２０を介して固定基板１１０に結合されている。固定基板１１０には、例えばガラス、アモルファスカーボン、ＣＦＲＰ、アルミニウム、チタニウムなどを用いることができる。固定部材１２０には、例えば空隙を有する発泡体の上下に接着層を配置したシート状の接着材料を用いることができる。この種のシート状の接着材料は、発泡体内の空隙により、伸縮性を有するため、複数の検出基板１３０の高さのばらつきを吸収し、撮像面を平坦にする効果がある。その他、固定部材にはシリコン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ホットメルト樹脂などを含むシート状、またはゲル状や液状の接着材料を用いることができる。

複数の検出基板１３０のそれぞれに対応するように複数の結合部材１４０が配置されている。複数の検出基板１３０の一面とシンチレータ１５０の一面との間の部分に複数の結合部材１４０が挟まれており、各検出基板１３０とシンチレータ１５０とを結合している。複数の結合部材１４０は互いに分離されており、複数の検出基板１３０の間に複数の結合部材１４０のそれぞれの外縁が位置しないように配置される。結合部材１４０には、固定部材１２０と同様に、例えばシリコン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ホットメルト樹脂などを含むシート状、またはゲル状や液状の接着材料を用いることができる。光に対する透過性が高い材料を結合部材１４０に用いることが、シンチレータ１５０で発生した光を効率よく検出基板１３０に届けるために有利である。結合部材１４０の厚さが厚くなるほど画像の明瞭性が低下するため、結合部材１４０の厚さは２００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下が望ましい。しかし、検出基板１３０とシンチレータ１５０とを結合する力を保持するために結合部材１４０にはある程度の厚さが必要になる。そのためには結合部材１４０の厚さは１μｍ以上５０μｍ以下とするのがよい。

図２に示すように、結合部材１４０は複数の検出基板１３０の周辺端部には配置されないことが好ましい。製造時には位置決め精度を考慮して、検出基板１３０から結合部材１４０がはみ出さないように、検出基板１３０の周辺端部から一定の距離を離して結合部材１４０となる接着材を配置するのがよい。検出基板１３０とシンチレータ１５０とを結合部材１４０により結合する場合、検出基板１３０とシンチレータ１５０とに挟まれた部分は結合部材１４０により十分な強度で結合が行われる。しかし、検出基板１３０とシンチレータ１５０とに挟まれた部分でも結合部材１４０の外縁部分では強度が弱くなり結合部材１４０の剥がれ、または変形が起きやすい。そこで強度の観点からも検出基板１３０とシンチレータ１５０とに挟まれ、両者を結合している結合部材１４０の占める領域の外縁は、検出基板１３０の周辺部分の端部から所定の距離だけ内側に離れるようにする。言い換えれば、結合部材１４０が占める領域は検出基板１３０の占める領域の中に納まるように配置される。よって、検出基板１３０とシンチレータ１５０との間に介在する結合部材１４０の占める面積は検出基板１３０の一面の面積よりも小さい。

結合部材１４０の配置を検出基板１３０の周辺端部から内側にすることにより温度変化や振動が生じた場合でも、検出基板１３０の周辺部分において、結合部材１４０の剥がれ、または変形が抑制される。この結果、画像アーチファクトの発生が抑制される。検出基板１３０の周辺端部から結合部材１４０の外縁までの距離は少なくともシンチレータ１５０と検出基板１３０との間に介在する結合部材１４０の厚さ以上とするとよい。

一方、検出基板１３０の周辺端部から結合部材１４０の外縁までの距離が長いと、検出基板１３０とシンチレータ１５０とが剥がれやすくなる。また、隣接する結合部材１４０の間の隙間が大きいと画素に入る光にも影響する。そこで隣接する結合部材１４０の対向する外縁間の距離は画素ピッチを考慮して、画素ピッチ以下とするのが望ましく、１００μｍ以下にするとよい。

また、隣接する検出基板１３０同士の間隔は、画像信号の取得を有利におこなうためには短い方が望ましい。間隔が広いと画像に欠落が生じる恐れがある。検出基板１３０の画素ピッチを考慮して、この間隔は画素ピッチ以下とするのが望ましく、１００μｍ以下にするとよい。

次に、本発明の実施形態に係る放射線検出装置１００の製造方法の例を説明する。まず、固定基板１１０により支持された複数の検出基板１３０を準備する。これは例えば以下のようにする。固定基板１１０に、固定部材１２０となる接着材を接着する。接着材がシート状の接着材料の場合には、固定基板１１０にシート状の接着材を当てて、ローラーにより加圧して貼ることが望ましい。これにより、固定基板１１０と接着材との間への気泡の混入を防止できる。続いて、接着材の所定の位置に、複数の検出基板１３０を順次配置し、固定基板１１０と検出基板１３０とを接着により結合する。

一方で、保護基板１６０上に形成されたシンチレータ１５０の上に、結合部材１４０となる接着材を接着する。接着材は、シンチレータ１５０上で検出基板１３０が配置される予定の位置に配置される。接着材がシート状の接着材料の場合には、接着材をローラーにより加圧しながらシンチレータ１５０に貼り合せることが望ましい。これにより、シンチレータ１５０と接着材との間への気泡の混入を防止しつつ、シンチレータ１５０の表面の凹凸に接着材を隙間なく配置することが可能となる。このため、接着材は、検出基板１３０との接着の前にシンチレータ１５０に接着しておくことが望ましい。接着材は、放射線検出装置１００の感度低下、及び解像度低下を抑制するため、透明かつ薄い材料であることが望まれる。

接着材をシンチレータ１５０に接着する工程では、異物の混入に注意が必要である。シート状の接着材は複数の部材に分離した構成とし、曲げやすくしたものでもよい。分離されたシート状の部材を使用することにより、シンチレータ１５０に接着材を貼るときにシンチレータの形状に合わせて貼ることができるので、接着材とシンチレータ１５０との密着性が向上する。

異物の混入を低減するには次の方法もある。１枚の薄い透明シートを用意する。この透明シートは、複数のシート状の接着材を支持するための支持シートとして使用する。支持シートの上に複数のシート状の接着材を配置する。このとき複数の接着材は複数の検出基板１３０が配置される位置に対応する支持シート上の位置に配置する。支持シートの接着材が配置された面と反対側の面をシンチレータ１５０に貼りあわせる。これにより、複数のシート状の接着材を一枚ずつシンチレータ１５０に配置するよりも、接着材をシンチレータ１５０に配置するのにかかる時間を短縮でき得る。この結果シンチレータ１５０と固定部材１４０との間への異物の混入が低減され得る。

最後に、固定基板１１０に支持された複数の検出基板１３０と、シンチレータ１５０とを接着材により貼り合わせる。複数の接着材のそれぞれは複数の検出基板１３０のそれぞれの一面とシンチレータ１５０とを結合する結合部材１４０となる。

上記製造方法は一例であり、本放射線検出装置の製造方法はこれに限るものではない。接着材の性質に応じて、適切な製造方法を選択することが望ましい。例えば、予め複数の検出基板１３０の一面に個別に接着材を配置しておき、検出基板１３０を固定基板１１０により支持した後で検出基板１３０をシンチレータ１５０と接着して結合してもよい。また固定基板１１０により支持された検出基板を準備しておき、個々の検出基板１３０に接着材を配置してから、検出基板１３０とシンチレータ１５０とを接着材により結合してもよい。

本実施形態においては、複数の検出基板１３０が、複数の結合部材１４０によりシンチレータ１５０と個別に結合される。このとき結合部材１４０が検出基板１３０からはみ出ないようにするために、結合部材１４０となる接着材を検出基板１３０の周辺端部に配置しない。複数の検出基板１３０と検出基板１３０との間の隙間の部分には、結合部材１４０が存在しないように接着材の面積や貼る位置を調整する。言い換えれば、結合部材１４０は、検出基板１３０とシンチレータ１５０との両者が重なる領域の内側にだけ配置されて、両者を結合している。結合部材１４０は、検出基板１３０とシンチレータ１５０との間に挟まれているので、結合部材１４０の剥離や変形が生じにくい。

以上のように、本発明は、複数の検出基板１３０の周辺部分付近において生じ得る結合部材１４０の変形によるアーチファクトが抑制された放射線検出装置１００を提供することが可能となる。

（実施形態２）
図３は本発明に係る放射線検出装置を用いたＸ線診断システム（放射線撮像システム）の概念図である。Ｘ線チューブ２１０（放射線源）で発生した放射線としてのＸ線２１１は、患者または被験者２２０の胸部２２１を透過し、シンチレータ１５０を含む本発明の放射線撮像装置１００に入射する。この入射したＸ線には患者２２０の体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１５０が発光し、これを光電変換して、電気信号を得る。この電気信号はデジタル信号に変換され信号処理部として動作するイメージプロセッサ２３０により画像処理され、コントロールルームの表示手段であるディスプレイ２４０で観察できる。なお、放射線撮像システムは、放射線検出装置と、放射線検出装置からの信号を処理する信号処理部とを少なくとも有する。

また、この情報は電話回線２５０等の伝送処理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など表示手段となるディスプレイ２４１に表示、もしくは光ディスク等の記録手段に保存することができる。これにより遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録手段となるフィルムプロセッサ２６０により記録媒体となるフィルム２６１に記録することもできる。

１００：放射線撮像装置、１１０：固定基板、１２０固定部材、１３０：検出基板、１４０：結合部材、１５０：シンチレータ、１６０：保護基板

Claims (11)

1. 光電変換素子が配置された複数の検出基板と、前記複数の検出基板を支持する基板と、シンチレータと、前記複数の検出基板と前記シンチレータとを結合する複数の結合部材と、を備え、
   前記複数の結合部材の各々は、前記シンチレータと一の検出基板とを結合し、
   前記複数の検出基板は、前記基板と前記シンチレータとの間に配置されており、
   前記複数の結合部材の各々は、前記複数の検出基板と前記シンチレータとの間に配置されており、
   前記複数の結合部材は、前記複数の結合部材のそれぞれの外縁が隣接する検出基板の間に位置しないように、互いに分離されていることを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記複数の結合部材の各々の外縁は、前記複数の検出基板の各々の周辺端部からその内側に離れてい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. 前記複数の結合部材の各々の外縁と前記複数の検出基板の前記周辺端部との距離は前記結合部材の厚さ以上であることを特徴とする請求項２に記載の放射線検出装置。
4. 前記複数の結合部材のうち隣接して配置されている前記複数の結合部材間に隙間をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
5. 前記複数の結合部材はシート状の部材であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
6. 前記シート状の前記結合部材はそれぞれが互いに分離している複数の部材により構成されていることを特徴とする請求項５に記載の放射線検出装置。
7. 前記隣接する検出基板の間の距離は、前記複数の検出基板に配置されている画素の画素ピッチ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
8. 前記複数の結合部材の各々が前記複数の検出基板の各々と結合される領域は、前記複数の結合部材のうちの対応する検出基板の領域内に含まれることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線検出装置と、
   前記放射線検出装置によって得られた信号を処理する信号処理部と、を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
10. 基板によって支持された複数の検出基板を準備する工程と、
    前記複数の検出基板を互いに分離された複数の結合部材によりシンチレータと結合する工程と、を有し、
    前記結合する工程では、前記複数の検出基板は前記基板と前記シンチレータとの間に挟まれており、
    前記複数の検出基板の各々と前記シンチレータとを結合したときに、前記複数の結合部材の各々は前記シンチレータと一の検出基板との間に挟まれており、
    前記複数の結合部材は、前記複数の結合部材のそれぞれの外縁が隣接する検出基板の間に位置しないように、互いに分離されていることを特徴とする放射線検出装置の製造方法。
11. 前記複数の結合部材はシート状であることを特徴とする請求項１０に記載の放射線検出装置の製造方法。

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