JP2007278792A - 放射線検出装置及び放射線検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】放射線検出装置において、光源による装置の大型化を避けることを目的とする。
【解決手段】放射線を電気信号に変換する変換素子を含む画素が複数配置された基板２と、変換素子に光を照射するための光源７と、光源７からの光を変換素子に伝播するための導光板６と、を有する放射線検出装置において、光源７は導光板６の内部に配置されている。基板２及び導光板６は、多角形であり、光源７は多角形の少なくとも一辺に沿って設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、医療画像診断装置、非破壊検査装置、分析装置等に応用されているＸ線、α線、β線、γ線等の放射線を検出する放射線検出装置及び放射線検出システムに関する。特に、放射線を電気信号に変換する変換素子と、非晶質シリコンなどの非単結晶半導体を用いたスイッチ素子とを含む画素が絶縁基板上に２次元に配置されたセンサアレイを有する放射線検出装置及び放射線検出システムに関するものである。

従来、病院における患者のＸ線直接撮影は、患者にＸ線を照射させてその透過Ｘ線を、可視変換シンチレータを介して感光フィルムに転写させる、いわゆるフィルム方式が主流となっている。

このフィルム方式は、撮影から現像までに時間がかかるという不具合や、膨大な撮影フィルムの保管、検索が必要であるなど、病院内の管理、運営の面で不具合が残っている。

ところで、このフィルムの代わりに輝尽性シンチレータを用い、いったん患者のＸ線像をこの輝尽性シンチレータに蓄像し、その後レーザ光でスキャンさせ、Ｘ線像をデジタル値として読み取る方式がある。

画像をデジタル化すれば、種々の媒体に記録できるため、画像の保管、検索、転送が容易に行われ、病院内の管理、運営の面で効率がよくなる。

又、画像情報をデジタル値として得ることは、コンピュータによって高度な画像処理を高速で行うことができるため、診断の向上が期待される。

しかし、この輝尽性シンチレータを用いる方式も、フィルム方式と同様に、撮影から現像にいたるまでに時間がかかっている。

一方、ＣＣＤやアモルファスシリコン半導体のような固体撮像素子を用いたＸ線撮像装置が提案されている。

これは、フィルム方式と同様に、Ｘ線そして可視変換シンチレータを介し、患者のＸ線像を、多数個の２次元アレイ上に配列された撮像素子で直接デジタル化して読み取る方式である。

ほぼリアルタイムでデジタル画像が得られるため、上記したフィルム方式や輝尽性シンチレータを用いる方式に比べて、大きなメリットがある。

特に、アモルファスシリコンは大面積で作成できるため、そのようなものを用いたＸ線撮像装置では、胸部撮影のような大きな部位が等倍で撮像される。

したがって、光の利用効率も良く、高Ｓ／Ｎ比が期待されている。

また、可視変換シンチレータを介さずに直接Ｘ線を電気信号に変換するアモルファス・セレン等の放射線検出素子を有する大面積のＸ線撮像装置も提案されている。

以下、特に光学的リセット動作又は光学的キャリブレーション動作を行うための光源を備えた従来技術について二つのものを示す。

特許文献１には、アモルファスシリコン半導体と可視変換シンチレータを搭載したＸ線撮像装置の例が示されている。

図１７は、その例を示す断面図である。

図１７において、ｐ１、ｐ２、ｐ３は支持体４０の表面に配された光電変換素子、１００５はＸ線を可視光に変換するシンチレータ、１００６は各光電変換素子の背面に配された光源である。また、１００８はある波長の光を透過し他の波長の光を反射するような誘電体膜からなる二色性層、１００９は光電変換素子ｐ１、ｐ２、ｐ３で検出されずに支持体１０４０を透過した光を吸収し、光源１００６の光を透過する着色層である。

図１７において、光源１００５は、光源１００５からの光を光電変換素子ｐ１、ｐ２、ｐ３に入射させることによって、光学的リセット動作又は光学的キャリブレーション動作を行い、特に値の低い電気信号の伝送効率を向上させる目的で配置されている。

次に、特許文献２には、可視変換シンチレータを介さずに直接Ｘ線を電気信号に変換するアモルファス・セレン等の放射線検出素子を有する大面積のＸ線撮像装置が開示されている。

図１８は、この例を示す断面図である。

図１８において、１０１５はＸ線フラットパネル検出器であり、これは、Ｘ線変換層１０２５、検出アレイ１０２７、表面電極１０３１によって構成されている。

１０１７は光源であり、これは、導光板１０４１と導光板１０４１の外部に配置された光源１０４３と光反射板１０４５と光拡散板１０４７によって構成されている。

光源の配置目的は特許文献１に開示される技術の場合と同様である。
特開平１０−２０６５５２号公報 特開２００４−３３６５９号公報

ところで、上記の従来技術のうち特許文献１に開示される技術では、光源１００６と光電変換素子ｐ１〜ｐ３の間に支持体１０４０、誘電体膜１００８、着色層１００９が配置されており、厚さ方向にその空間が必要になる。

また、特許文献１には光源として発光ダイオード（以下ＬＥＤと記す）の記載があり、ＬＥＤを２次元に配置し、ＬＥＤを駆動するための電気基板が必要になるため、さらに厚くなることになる。

このような構成では、厚さ方向に充分な空間が必要になり、装置全体を大型化するばかりでなく、重量の重い装置となってしまう。

特に、病室等の回診医療分野では可搬性の要求が強まっており、小型軽量化を達成できないという欠点を有している。

また、特許文献２では、光源１０１７の光源１０４３が導光板１０４１の外部に配置されているため、Ｘ線フラットパネル検出器の大きさよりも外側に光源１０４３が配置されており、その分装置全体が大きくなることになる。

大面積のＸ線撮像装置の需要でその特徴をもっとも発揮できるのが胸部の等倍撮影である。その撮影では装置の上部に顎を載せる空間が必要であり、胸部及び食道部さらには咽頭部を最適に撮影するためには顎位置と光電変換素子領域周辺との距離をできるだけ狭めたいという要求がある。そのため、特許文献２の光源１０４３は上部には配置できないという制約がある。

複数の光源配置が必要な場合は、光源の位置はさらに規制されることになる。

たとえ、光源を装置の測部に配置した場合でも、測部は患者が両腕を回す部位に位置するため、両サイドの腕回しのバランス状態を保つためには、両サイドに光源の大きさの分だけ装置が大きくなることになる。

さらに、可搬性の装置では光源部の大きさ、厚さで装置の大きさが決定されることになり、その分大型化することは避けられないという欠点を有している。

そこで、本発明は、放射線検出装置において、光源による装置の大型化を避けることを目的とする。

上記の課題を解決するため、放射線を電気信号に変換する変換素子を含む画素が複数配置された基板と、前記変換素子に光を照射するための光源と、該光源からの前記光を前記変換素子に伝播するための導光板と、を有する放射線検出装置において、前記光源は前記導光板の内部に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、光源を、その光を伝播・伝達させる導光板の内部に配置することにより、放射線検出装置の縦・横・厚さを光源の大きさに左右されることなく設計することが可能となる。

これにより、光源による出っ張った部位による撮影の制限は解消され、最適な撮影環境を提供できる装置を達成できる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。

（実施形態１）
以下、本発明の第1の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態としての放射線検出装置を用いたシステムの概略ブロック図である。

図１において、１０１は放射線発生装置としてのＸ線発生装置、１０２は被検者、１０３は放射線検出装置、１０４はコントローラ及び表示機である。

まず、被検者を放射線検出装置１０３の前面に位置させ、Ｘ線発生装置１０１からＸ線を照射する。Ｘ線は被検者の体内を透過し、透過率に応じた強度分布をもって放射線検出装置１０３に入射する。

放射線検出装置１０３内にはＸ線を光に変換するシンチレータと、そこから発する光を電気信号に変化する２次元に配置された光電変換素子アレイが配置されている。

光電変換された電気信号がコントローラ１０４によって読み出され、付属の表示機にデジタル画像として表示されることになる。

図２は、本発明の一実施形態としての放射線検出装置の断面図である。

図２において、１は光電変換素子アレイ、２は支持基板、３はシンチレータ、４は電磁シールド及び遮光層、５は光拡散板、６は導光板、７は光源、８は光反射層、９は光反射部位である。

放射線検出装置に入射したＸ線は、アルミ等の金属シートの電磁シールド層４を透過し、シンチレータ３によって光に変換される。

その光は支持基板２上に２次元に配置された光電変換素子アレイ１で光の強度に応じた電気信号に変換されて画像として読み出される。

一方、支持基板２の裏面（Ｘ線入射面とは反対面）に配された光拡散板５、導光板６、光源７、光反射層８、光反射部位９は、光学的キャリブレーション（又は光学的スイッチとも称す）に用いるために配置したものである。

これらは、Ｘ線を照射する前段階で光源から光を発生させ、その光を導光板６と光反射層８、光反射部位９及び光拡散板５によって効率よく光電変換素子アレイに照射する。このことにより、各光電変換素子の電荷伝送効率の向上をはかる。

本実施形態は、光源と導光板の構造にかかわるもののため、光学的キャリブレーションの駆動方法、制御についての詳細な説明は省略する。

図３は、図２の放射線検出装置の断面図の拡大図であり、光源で発生した光が導光板６を伝播し、光反射部位９で上方に反射した光は光拡散板５で多方向に拡散され光電変換素子アレイに照射される様子を示した図である。

図３において、矢印が光の進行方向である。

光反射層８は、導光板６を伝播し光反射部位９で反射せずに光反射層８側に透過した光を再び導光板６側に反射させ、光拡散板５への入射量を高めるために配置したものである。

なお、光反射部位９は、導光板表面につけた凹凸形状や印刷によって形成された反射パターンである。

また、光拡散板５は、アクリルやポリカーボネートの樹脂の表面に不規則な凹凸を形成したシートである。

ここで、導光板６は光伝播の効率の良い透明度の高い樹脂素材、例えばアクリル樹脂等が望ましい。

また、光源７は、ＬＥＤ、冷陰極管や半導体レーザ等の高出力光源が望ましい。

図４は、図２の放射線検出装置を光反射層８側から見た平面図である。

光源７は、図２、図３から明らかなように、その厚さは導光板６の厚さと同等であり、また、図４から明らかなように、導光板の面内に配置されている。すなわち、光源７は導光板６の内部に配置している。

矢印は、光源７からの光の導光板６内での伝播を平面的に表現した場合の方向を示している。

なお、目的を達成するためには、導光板の厚さをｔ１、光源の厚さをｔ２とするとき、
ｔ１≧ｔ２
であれば問題ない。

なお、平面方向の光源の大きさは導光板の面内におさまる大きさであることは言うまでもない。

（実施形態２）
図５は、本発明の第２の実施形態の放射線検出装置を光反射層８側から見た平面図である。

本実施形態の特徴は、実施形態１と比較し、光量のアップと光電変換素子への照射光量分布の均一化を目的に、導光板６内に光源７を二つ配置したことにある。

図５において、１は光電変換素子アレイ、６は導光板、７−１及び７−２は光源である。

図５では隣り合う２辺に光源７−１と７−２を配置した図を示したが、不図示の対向する２辺に配置しても良い。

（実施形態３）
図６は、本発明の第３の実施形態の放射線検出装置を光反射層８側から見た平面図である。

本実施の形態は、実施形態２と同様に、さらに光量のアップと光電変換素子への照射光量分布の均一化を目的に、導光板６内の各辺近傍に光源７を配置したもので、光源を計四つ配置している。

図６において、１は光電変換素子アレイ、６は導光板、７−１及び７−２〜４は光源である。

この場合、光量が向上するばかりでなく、導光板６の周辺から中心方向に光は伝播することから、光電変換素子アレイへの照射光量の分布は中心に対して同心円状に均一な分布が得られる。

（実施形態４）
図７は、本発明の第４の実施形態の放射線検出装置を光反射層８側から見た平面図である。

例えば、光源７が冷陰極管である場合、冷陰極管は管の軸中心に３６０度方向に光が発生する。

また、ＬＥＤ又は半導体レーザは前後２方向に発光可能である。

それらの特性を考慮した実施形態が本実施形態である。

図７で明らかなように、光源１２を導光板の辺に平行な中心に直線上に配置することにより、一つの光源で図中２方向の矢印方向に発光させることができる。また、実施形態１と比較して導光板６の半分の領域で光伝播が可能であり、光電変換素子アレイへの照射光量を向上させることが可能である。光源からの光を効率よく使用することができることになる。

（実施形態５）
図８は、本発明の第５の実施形態の放射線検出装置を光反射層８側から見た平面図である。

本実施の形態は実施形態４を変形させたもので、導光板６の向かい合う２辺に対して光源１３を斜めに配置している。

その際、光源１３からの光電変換素子アレイへの照射光量が、光源１３に対して導光板の左右で等しくなるように又は光源１３に対して左右の導光板の面積が等しくなるように、導光板６内に光源１３を配置させている。

（実施形態６）
図９は、本発明の第６の実施形態の放射線検出装置を光反射層８側から見た平面図である。

図９において、光源１４は導光板６の一組の対角を結ぶ線上に配置されており、本実施形態と、実施形態５との違いは、光源１４を導光板内に最長の条件で配置したことにある。

これにより、光電変換素子アレイへの照射光量は、一つの光源では最大限にすることが可能となる。

（実施形態７）
図１０は、本発明の第７の実施形態の放射線検出装置を光反射層８側から見た平面図である。

本実施形態は、図１０で明らかなように、光源１４−１、１４−２、１４−３をおのおのの対角を結ぶ２組の対角線上に配置したことにある。

これにより、第６の実施形態より、より光電変換アレイへの照射光量を向上させることができるとともに、光電変換素子アレイへの照射光の分布もより均一化させることが可能となる。

（実施形態８）
図１１は、本発明の第８の実施形態の放射線検出装置を光反射層８側から見た平面図である。

本実施形態の特徴は、図１１で明らかなように、導光板６の中心を、中心とする円環状の光源１５を配置したことにある。

上記の実施形態との違いは、円環状の光源１５を配置することにより、光電変換素子アレイへの照射光の分布は、光電変換素子アレイの中心に対して同心円状に分布の等しい光を照射することが可能となる。また、導光板６の中心と光源１５の距離を最適化することにより、光電変換素子アレイへの照射光分布を略均一化することが可能となる。

（実施形態９）
図１２は、本発明の第９の実施形態の放射線検出装置を光反射層８側から見た平面図である。

本実施の形態では、導光板６の周囲の側面に反射層２０を配置した。

これにより光源で発生し、導光板６を伝播した光は、反射層２０で反射し、伝播方向をかえて更に伝播するため、さらなる光の有効利用と均一化を可能とする。

図１２は実施形態６の場合に反射層２０を配した例で示したが、実施形態１〜５及び実施形態７〜９に適用した場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。

（実施形態１０）
図１３は、本発明の第１０の実施形態の拡大断面図である。

これまで、導光板と光源の関係は、図４に示したように、光源が導光板の平面内の溝又は隙間に配置され、光源の厚さは導光板の厚さ以下であることを示してきた。

これに対して、本実施の形態では、導光板に対する光源の配置の方法を変えた例である。以下の実施形態１１及び１２の場合も同様である。

図１３では、光源１１を導光板６の内部の光拡散板５側に配置している。

これにより光源は外部雰囲気とは隔離されるため、外部からの湿度等の影響を受けにくくなる。

（実施形態１１）
図１４は、本発明の第１１の実施形態の拡大断面図である。

図１４は、導光板６の側面に配した溝に光源を配している。

図１３に比べて外部からの影響を受けやすい構造ではあるが、反面、導光板を配置した後に導光板の測部から光源を配置可能であり、組立・製造が容易となる。

（実施形態１２）
図１５は、本発明の第１２の実施形態の拡大断面図である。

図１５は、導光板作製時に導光板内部に光源を配置し一括製造したものを示す図である。製造はキャステイングで行うことが可能である。

また、光源の配置は、上記の全ての実施形態の配置形態で配置可能である。

これにより、外部からの影響を防ぐことができ、また導光板内に固定されるため、振動での光源の位置ずれはなくなる。

以上、光源については、実施形態１の場合のみで記載したが、他の実施形態の場合においても可能である。実施形態１同様、光源は冷陰極管又はＬＥＤ、半導体であっても何ら問題ない。

（実施形態１３）
図１６は、本発明の第１３の実施形態の拡大断面図である。

本実施の形態は、光源に面発光のＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）１６を搭載した例である。

ＥＬは面内で均一な発光分布が得られるため、さらに有利な光源として提供することが可能となる。

なお、ＥＬ１６は、導光板６に溝を施し配置することも可能であるが、導光板６と一体成型した方が、空気層による光の損失が少なく、また外部からの影響も少なくとともに、製造上の取扱い性に関しても有利である。

本明細書では、放射線としてＸ線を使用した例を示したが、放射線として、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線なども含まれる。また、それ以外には、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えば、粒子線、宇宙線なども、放射線に含まれるものとする。

本発明は、医療診断機器、非破壊検査機器等の分野で使用される放射線検出装置に用いられるものである。

本発明の一実施形態としての放射線検出装置を用いたシステムの概略ブロック図である。 本発明の一実施形態としての放射線検出装置の断面図である。 図２の放射線検出装置の断面図の拡大図である。 図２の放射線検出装置を光反射層８側から見た平面図である。 本発明の第２の実施形態の放射線検出装置を光反射層８側から見た平面図である。 本発明の第３の実施形態の放射線検出装置を光反射層８側から見た平面図である。 本発明の第４の実施形態の放射線検出装置を光反射層８側から見た平面図である。 本発明の第５の実施形態の放射線検出装置を光反射層８側から見た平面図である。 本発明の第６の実施形態の放射線検出装置を光反射層８側から見た平面図である。 本発明の第７の実施形態の放射線検出装置を光反射層８側から見た平面図である。 本発明の第８の実施形態の放射線検出装置を光反射層８側から見た平面図である。 本発明の第９の実施形態の放射線検出装置を光反射層８側から見た平面図である。 本発明の第１０の実施形態の拡大断面図である。 本発明の第１１の実施形態の拡大断面図である。 本発明の第１２の実施形態の拡大断面図である。 本発明の第１３の実施形態の拡大断面図である。 従来技術の一例を示す断面図である。 従来技術の一例を示す断面図である。

符号の説明

１ 光電変換素子アレイ
２ 支持基板
３ シンチレータ
４ 電磁シールド及び遮光層
５ 光拡散板
６ 導光板
７ 光源
８ 光反射層
９ 光反射部位
１６ ＥＬ

Claims (15)

1. 放射線を電気信号に変換する変換素子を含む画素が複数配置された基板と、前記変換素子に光を照射するための光源と、該光源からの前記光を前記変換素子に伝播するための導光板と、を有する放射線検出装置において、
   前記光源は前記導光板の内部に配置されていることを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記基板及び前記導光板は、多角形であり、前記光源は前記多角形の少なくとも一辺に沿って設けられることを特徴とする請求項１記載の放射線検出装置。
3. 前記光源は、前記多角形の複数の辺に沿って設けられることを特徴とする請求項２記載の放射線検出装置。
4. 前記多角形は矩形であることを特徴とする請求項３記載の放射線検出装置。
5. 前記光源は、４辺に沿って設けられることを特徴とする請求項４記載の放射線検出装置。
6. 前記基板及び前記導光板は、矩形であり、前記光源は前記導光板の辺に平行に、かつ前記矩形のほぼ中心に配置されることを特徴とする請求項１記載の放射線検出装置。
7. 前記基板及び前記導光板は、矩形であり、前記光源は前記導光板の中心線に関して対称になるように配置されることを特徴とする請求項１記載の放射線検出装置。
8. 前記基板及び前記導光板は、矩形であり、前記光源は前記導光板の対角線上に配置されることを特徴とする請求項１記載の放射線検出装置。
9. 前記基板及び前記導光板は、正方形であり、前記光源は円環状であり、前記円環状の光源の中心は前記正方形の中心と同じ位置にあることを特徴とする請求項１記載の放射線検出装置。
10. 前記導光板の周囲の側面に反射層が設けられることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の放射線検出装置。
11. 前記光源は、前記基板側に配置されたことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載の放射線検出装置。
12. 前記導光板の端部には溝が設けられ、前記光源は該溝内に設けられることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載の放射線検出装置。
13. 前記導光板と前記光源は、一体的に製造されたことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載の放射線検出装置。
14. 前記光源は前記導光板と同じ形状の面状に形成されることを特徴とする請求項１記載の放射線検出装置。
15. 放射線発生装置と、
    請求項１から１４のいずれか１項記載の放射線検出装置と、
    前記変換素子によって変換された電気信号を読み出すためのコントローラと、を含むことを特徴とする放射線検出システム。