JP2011027469A

JP2011027469A - Ｘ線検出器

Info

Publication number: JP2011027469A
Application number: JP2009171341A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Wakamatsu; 俊輔若松
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】散乱Ｘ線除去用グリッドを設置しなくても、コントラストが改善されたＸ線画像を取得できるＸ線検出器を提供する。
【解決手段】蛍光を電気信号に変換する複数の光電変換素子２１を有する基板１２と、複数の光電変換素子２１上に形成され、放射線を前記蛍光に変換するシンチレータ層１３と、シンチレータ層１３を覆うように頂上面３０を有するハット状に設けられ、Ｘ線吸収材料による仕切りによりＸ線透過材料からなる複数の区画部がマトリックス状に整列された保護・グリッド層１５と、を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線が被写体を透過する際に発生する散乱Ｘ線を除去し、コントラストが良好な画像を出力できるＸ線検出器に関する。

新世代のＸ線診断用検出器として、アクティブマトリクスを用いた平面型のＸ線検出器が開発されている。このＸ線検出器に照射されたＸ線を検出することにより、Ｘ線撮影像若しくはリアルタイムのＸ線画像がデジタル信号として出力される。このＸ線検出器では、Ｘ線をシンチレータ層により可視光すなわち蛍光に変換させ、この蛍光をアモルファスシリコン(ａ−Ｓｉ)フォトダイオード、又はＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの光電変換素子で信号電荷に変換することで画像を取得する。或いは、Ｘ線をａ−Ｓｅ等の光導電膜により直接電荷に変換させ、この電荷を信号電荷として読み出すことで画像を取得する。

しかし、上記Ｘ線検出器では、Ｘ線が被写体を透過する時に発生する散乱Ｘ線の影響で、取得されるＸ線画像はコントラストが悪いものとなってしまう。そこで、Ｘ線画像を取得する際、Ｘ線が被写体を透過する時に発生する散乱Ｘ線を除去し、Ｘ線画像のコントラストを改善するために、Ｘ線検出器の上方に散乱Ｘ線除去用グリッドを設置することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１２９８５７号公報（図６、図７、図８）

しかしながら、散乱Ｘ線除去用グリッドをＸ線検出器の上方に設けるのは手間が掛かる上、散乱Ｘ線除去用グリッド自体が衝撃に弱いため取扱を慎重に行う必要があった。

本発明は、このような課題に鑑みたもので、散乱Ｘ線除去用グリッドを設置しなくても、コントラストが改善されたＸ線画像を取得できるＸ線検出器を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明のＸ線検出器は、蛍光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する基板と、前記複数の光電変換素子上に形成され、放射線を前記蛍光に変換するシンチレータ層と、所定の厚さを有するシートで前記シンチレータ層を覆うように頂上面を有するハット状に設けられ、かつ前記頂上面がＸ線透過材料とＸ線吸収材料の２種類の材料で形成され、前記Ｘ線吸収材料による前記厚さ方向の仕切りにより、前記Ｘ線透過材料からなる複数の区画部が前記シートの面方向にマトリックス状に整列された保護・グリッド層と、を備えることを特徴とする。

また、本発明のＸ線検出器は、蛍光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する基板と、前記複数の光電変換素子上に形成され、放射線を前記蛍光に変換するシンチレータ層と、所定の厚さを有するシートで前記シンチレータ層を覆うように頂上面を有するハット状に設けられた保護層と、前記保護層の上に、Ｘ線透過材料とＸ線吸収材料の２種類の材料で形成され、前記Ｘ線吸収材料による厚さ方向の仕切りにより、前記Ｘ線透過材料からなる複数の区画部が前記シートの面方向にマトリックス状に整列されたグリッド層と、を備えることを特徴とする。

更に、本発明のＸ線検出器は、画素単位の電極素子が配列してなる電極基板と、前記電極基板の前記電極素子上に設けられ、入射するＸ線を電気信号に変換するＸ線変換層と、前記Ｘ線変換層上の画素電極に対向した位置に設けられた上部電極と、所定の厚さを有するシートで前記Ｘ線変換層及び前記上部電極を覆うように頂上面を有するハット状に設けられ、かつ前記頂上面がＸ線透過材料とＸ線吸収材料の２種類の材料で形成され、前記Ｘ線吸収材料による前記厚さ方向の仕切りにより、前記Ｘ線透過材料からなる複数の区画部が前記シートの面方向にマトリックス状に整列された保護・グリッド層と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、散乱Ｘ線除去用グリッドを設置しなくても、コントラストが改善されたＸ線画像を取得することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るＸ線検出器を示す斜視図。図１のＸ線検出器の断面図。図１のＸ線検出器の保護・グリッド層の拡大断面図。第１の実施の形態に係るＸ線検出器の作用を説明する概略図。本発明の第２の実施の形態に係るＸ線検出器の断面図。図５のＸ線検出器のグリッド層の拡大断面図。本発明の第３の実施の形態に係るＸ線検出器の保護・グリッド層の拡大断面図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図。本発明の第４の実施の形態に係るＸ線検出器の保護・グリッド層の拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
（Ｘ線検出器の全体構造）
図１は第１の実施の形態に係るＸ線検出器の斜視図、図２はそのＸ線検出器の断面図を示すものである。

Ｘ線検出器１１は、放射線像であるＸ線像を検出するＸ線平面センサであり、例えば、一般医療用途などに用いられている。

このＸ線検出器１１は、図１及び図２に示すように、蛍光を電気信号に変換する光電変換部としてのアレイ基板１２、このアレイ基板１２の一主面である表面上に設けられ入射するＸ線を蛍光に変換するＸ線変換部であるシンチレータ層１３、このシンチレータ層１３上に設けられシンチレータ層１３からの蛍光をアレイ基板１２側へ反射させる反射膜１４、シンチレータ層１３および反射膜１４上に設けられ外気や湿度から保護するとともにグリッド作用を有する保護・グリッド層１５を備えている。

（アレイ基板１２）
アレイ基板１２は、シンチレータ層１３によりＸ線から可視光に変換された蛍光を電気信号に変換するもので、ガラス基板１６、このガラス基板１６上にマトリクス状に形成された画素１７、行方向に沿って配設された複数の制御ライン（又はゲートライン）１８、列方向に沿って配設された複数のデータライン（又はシグナルライン）１９、各制御ライン１８が電気的に接続された図示しない制御回路と、各データライン１９が電気的に接続された図示しない増幅／変換部を備えている。

また、各画素１７内には、それぞれ光電変換素子としてのフォトダイオード２１が配設されている。これらフォトダイオード２１はシンチレータ層１３の下部に配設されている。

更に、各画素１７は、フォトダイオード２１に電気的に接続されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２２、フォトダイオード２１にて変換した信号電荷を蓄積する電荷蓄積部としての図示しない蓄積キャパシタを具備している。但し、蓄積キャパシタは、フォトダイオード２１の容量が兼ねる場合もあり、必ずしも必要ではない。

各薄膜トランジスタ２２は、フォトダイオード２１への蛍光の入射にて発生した電荷を蓄積および放出させるスイッチング機能を担う。薄膜トランジスタ２２は、非晶質半導体としてのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、あるいは多結晶半導体であるポリシリコン（Ｐ−Ｓｉ）などの半導体材料にて少なくとも一部が構成されている。

また、薄膜トランジスタ２２は、図２に示すように、ゲート電極２３、ソース電極２４およびドレイン電極２５のそれぞれを有している。このドレイン電極２５は、光電変換素子（フォトダイオード）２１および蓄積キャパシタに電気的に接続されている。

蓄積キャパシタは、矩形平板状に形成され、各フォトダイオード２１の下部に対向して設けられている。

図１に示す制御ライン１８は、各画素１７間に行方向に沿って配設され、図２に示すように、同じ行の薄膜トランジスタ２２のゲート電極２３に電気的に接続されている。

図１に示すデータライン（シグナルライン）１９は、各画素１７間に列方向に沿って配設され、図２に示すように、同じ列の薄膜トランジスタ２２のソース電極２４に電気的に接続されている。

制御回路は、各薄膜トランジスタ２２の動作状態、即ちオンおよびオフを制御するもので、ガラス基板１６の表面における行方向に沿った側縁に実装されている。

増幅／変換部は、例えば各データライン１９に対応してそれぞれ配設された複数の電荷増幅器、これら電荷増幅器が電気的に接続された並列／直列変換器、この並列／直列変換器が電気的に接続されたアナログ−デジタル変換器を有している。

アレイ基板１２の最上部には、光電変換素子（フォトダイオード）２１及び薄膜トランジスタ２２等を保護するため、図２に示すように、樹脂製の保護層２６が形成される。

（シンチレータ層１３）
シンチレータ層１３は、入射するＸ線を可視光すなわち蛍光に変換するもので、例えばヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：タリウム（Ｔｌ）、若しくはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）：タリウム（Ｔｌ）等により真空蒸着法で柱状構造に形成したもの、又は酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ）蛍光体粒子をバインダ材と混合し、アレイ基板１２上に塗布して焼成および硬化し、ダイサによりダイシングするなどで溝部を形成して四角状に形成したものなどがある。

これら柱間には、大気、あるいは酸化防止用の窒素（Ｎ₂）などの不活性ガスを封入し、あるいは真空状態とすることも可能である。

例えば、シンチレータ層１３にＣｓＩ：Ｔｌの蒸着膜を用い、膜厚は約６００μｍ、ＣｓＩ：Ｔｌの柱状構造結晶の柱（ピラー）の太さが最表面で８〜１２μｍ程度のものを用いることができる。

（反射層１４）
シンチレータ層１３上に形成される反射層１４は、フォトダイオードと反対側に発せられた蛍光を反射して、フォトダイオードに到達する蛍光光量を増大させるものである。

反射層１４としては、銀合金やアルミニウムなど蛍光反射率の高い金属をシンチレータ層１３上に成膜したもの、アルミなどの金属表面を持つ反射板をシンチレータ層１３に密着させたもの、ＴｉＯ_２などの光散乱性物質とバインダ樹脂とから成る拡散反射性の反射層を塗布形成したものなどがある。

反射層１４は、放射線検出器１１に求められる解像度、輝度などの特性により、必ずしも必要ではない。

（保護・グリッド層１５）
保護・グリッド層１５は、シンチレータ層１３や反射層１４を外部雰囲気から保護して、湿度などによる特性劣化を抑えるとともに、Ｘ線が被写体を透過する際に発生する散乱Ｘ線を除去するグリッドの役割を果たすものである。図２に示すように、保護・グリッド層１５は、頂上面３０を有するハット状に形成される。

また、保護・グリッド層１５は、図３に示すように、Ｘ線透過材料からなる区画部２７とＸ線吸収材料からなる仕切り２８とが交互に配列され、仕切り２８により、複数の区画部２７がマトリックス状に整列された構造を有している。また、厚み方向において区画部２７と仕切り２８が共に、Ｘ線入射方向と平行になるように配列されている。

区画部２７は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金（Ａ１Ｎ３０−Ｏ材）で形成し、幅Ｗ１を０．１ｍｍ〜０．２５ｍｍとすることが好ましい。また、区画部２７としてアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いることにより、ハット状に加工する場合の加工性に優れている。一方、仕切り２８は、例えば、鉛等で形成し、幅Ｗ２を２０μｍ〜５０μｍとすることが好ましい。

また、保護・グリッド層１５の厚みは、層の加工性及び強度を考慮して０．１〜２ｍｍとすることが好ましい。

保護・グリッド層１５は、先ず、Ｘ線透過材料からなるシートとＸ線吸収材料からなるシートとを所定の間隔で貼り合わせて切断することにより、区画部２７と仕切り２８とを所望の配置とした１枚のシート体に形成する。ここで、Ｘ線透過材料からなるシート上にＸ線吸収材料を蒸着やスパッタリングによって形成して、切断、貼り合わせによって区画部２７と仕切り２８とを所望の配置とした１枚のシート体に形成することもできる。その後、このシート体を周辺部に５ｍｍ幅の鍔部３３を持つ構造にプレス成型してハット状に形成する。次に、保護・グリッド層１５の鍔部３３にディスペンサーにより接着剤を塗布して接着層３５を形成し、シンチレータ層１３および反射膜１４の形成されたアレイ基板１２と張り合わせる（図２参照）。

なお、接着剤は、一般に市販されている加熱硬化型または紫外線硬化型のエポキシ系の接着材を用いることができる。

更に、保護・グリッド層１５のアレイ基板１２への接着を減圧雰囲気にて行う事で、飛行機輸送を想定した減圧下での機械的強度に優れた防湿構造を形成できる。

アレイ基板１２上に保護・グリッド層１５を形成して、Ｘ線検出器１１のパネルが完成する。更に制御ライン、信号ラインの各電極パッド部にＴＡＢ接続により配線を繋いで、アンプ以降の回路に接続し、更に筐体構造に組み込んでＸ線検出器１１が完成する。

（本実施の形態に係るＸ線検出器１１の作用・効果）
図４のように、入射Ｘ線３６を被写体３７に照射してＸ線画像を取得する際、Ｘ線が被写体３７を透過する時に透過Ｘ線３８だけでなく散乱Ｘ線３９が発生する。この散乱Ｘ線３９がそのままＸ線検出器１１に入射してしまうと、取得されるＸ線画像は、コントラストが悪くなってしまう。しかし、保護・グリッド層１５の仕切り２８により散乱Ｘ線３９が吸収され、Ｘ線検出器１１のシンチレータ層１３には散乱Ｘ線３９が入射せずに、透過Ｘ線３８のみが区画部２７を介して入射する。このため、取得されるＸ線画像はコントラストが良好なものとなる。

以上、本実施の形態の構成によれば、Ｘ線検出器１１にてＸ線画像を取得する際、散乱Ｘ線除去用グリッドを設置しなくても、コントラストが改善されたＸ線画像を取得できる。

また、保護・グリッド層１５が保護層とグリッド層との役割を兼ねているため、従来の散乱Ｘ線除去用グリッドを用いたＸ線検出器と比較して厚みを低減することが可能となる。

［第２の実施の形態］
図５は第２の実施の形態に係るＸ線検出器の断面図を示すものである。

このＸ線検出器３１では、アレイ基板１２、シンチレータ層１３、反射膜１４が第１の実施の形態に係るＸ線検出器１１と同様に形成されている。

しかし、Ｘ線検出器３１では、シンチレータ層１３および反射膜１４上に、これらを外気や湿度から保護する防湿層３２が形成され、更にその上にグリッド層３４が設けられている点が第１の実施の形態に係るＸ線検出器１１とは異なっている。

防湿層３２は、例えば、厚み０．１ｍｍのアルミニウム合金箔（Ａ１Ｎ３０−Ｏ材）を、周辺部に５ｍｍ幅の鍔部３３を持つ構造にプレス成型して図５に示すようにハット状に形成される。次に、防湿層３２の鍔部３３にディスペンサーにより接着剤を塗布して接着層３５を形成し、シンチレータ層１３および反射膜１４の形成されたアレイ基板１２と張り合わせる（図５参照）。

なお、接着剤は、第１の実施の形態と同様に、一般に市販されている加熱硬化型または紫外線硬化型のエポキシ系の接着材を用いることができる。

グリッド層３４は、図６に示すように、Ｘ線透過材料からなる区画部４１とＸ線吸収材料からなる仕切り４３とが交互に配列され、仕切り４３により、複数の区画部４１がマトリックス状に整列された構造を有している。区画部４１は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金（Ａ１Ｎ３０−Ｏ材）で形成し、幅Ｗ１を０．１ｍｍ〜０．２５ｍｍとすることが好ましい。一方、仕切り４３は、例えば、鉛等で形成し、幅Ｗ２を２０μｍ〜５０μｍとすることが好ましい。

また、グリッド層３４の厚みは、０．１〜２ｍｍとすることが好ましい。

Ｘ線検出器３１では、防湿層３２上にグリッド層３４を形成しているので、グリッド層３４に形成されている仕切り４３により、散乱Ｘ線が吸収され、Ｘ線検出器３１のシンチレータ層１３には、散乱Ｘ線が入射せずに、透過Ｘ線のみが区画部４１を介して入射する。これらの作用にて、取得されるＸ線画像はコントラストが良好なものとなる。

よって、本実施の形態の構成によれば、第１の実施の形態と同様に、Ｘ線検出器３１にてＸ線画像を取得する際、散乱Ｘ線除去用グリッドを設置しなくても、コントラストが改善されたＸ線画像を取得できる。

また、グリッド層３４は保護層としての役割も果たすため、防湿層３２の厚さを従来よりも薄くすることができる。

［第３の実施の形態］
図７（ａ）、（ｂ）に、本発明の第３の実施の形態に係るＸ線検出器の保護・グリッド層を示す。

この保護・グリッド層１５’は、図３と同様にＸ線透過材料からなる区画部とＸ線吸収材料からなる仕切りとが交互に配列された構造を有しているが、第１区画部２７ａと第１仕切り２８ａとが交互に配列された第１層１５ａと、第２区画部２７ｂと第２仕切り２８ｂとが交互に配列された第２層１５ｂと２層構造からなっている。また、図７（ｂ）に示すように、第１仕切り２８ａの延在方向と第２仕切り２８ｂの延在方向とは直交している。

このような構造を有する保護・グリッド層１５’を備えたＸ線検出器においては、図３の左右方向に広がった散乱Ｘ線３９は、第１層１５ａの第１仕切り２８ａで吸収除去され、同図の紙面手前と奥方向に広がった散乱Ｘ線は第２仕切り２８ｂで吸収除去することができる。

従って、この実施の形態の構成によれば、よりコントラストが改善されたＸ線画像を取得できる。

なお、上記例では、第１区画部２７ａと第２区画部２７ｂ、第１仕切り２８ａと第２仕切り２８ｂを異なる層に形成したが、これらを全て同一層に形成することもできる。

［第４の実施の形態］
図８に、第４の実施の形態に係るＸ線検出器の保護・グリッド層の断面図を示す。

この保護・グリッド層２０は、Ｘ線透過材料からなる区画部４５とＸ線吸収材料からなる仕切り４７とが交互に配列された構造を有している点は第１の実施の形態と同様であるが、保護・グリッド層２０の厚み方向において、仕切り４７がＸ線源から放射状に延びる入射Ｘ線の方向と平行になるように形成されている点が異なっている。

ここで、区画部４５の幅Ｗ３を０．１ｍｍ〜０．２５ｍｍとすることが好ましい。また、仕切り４７の幅Ｗ４を２０μｍ〜５０μｍとすることが好ましい。

図８に示すように、Ｘ線はＸ線源から放射状に出力するため、入射Ｘ線は中心部分だと保護・グリッド層２０に垂直に入射するが、横に広がるほど、斜めに入射する。従って、この斜めに入射した入射Ｘ線と平行に仕切り４７を形成することにより、放射状に広がったＸ線を効率良く吸収することができる。

なお、上記例では、保護・グリッド層２０を区画部４５と仕切り４７とからなる１層構造に形成したが、第３の実施の形態のように、第１区画部及び第１仕切りを交互に配列した第１層と、第２区画部及び第２仕切りを交互に配列した第２層との２層構造に分けて、第１仕切りの延在方向と第２仕切りの延在方向とを直交させることもできる。また、これらの第１区画部、第１仕切り、第２区画部と第２仕切りを全て同一層に形成することもできる。

［その他の実施の形態］
上記実施の形態においては、シンチレータ層によりＸ線を受けて一旦可視光に変換し、可視光をフォトダイオード等により信号電荷に変換する間接方式に、保護・グリッド層やグリッド層を適用した例を示したが、Ｘ線をａ−Ｓｅ等の光導電膜により直接電荷信号に変換し、電荷蓄積用のキャパシタに導く直接方式にもこれらの保護・グリッド層やグリッド層が適用できることは明らかである。

この直接方式に適用する場合には、Ｘ線を蛍光に変換するシンチレータ層１３及び蛍光を反射させる反射層１４は不要である。また、湿度等の外部雰囲気に弱いシンチレータ層が不要なため、保護・グリッド層における保護膜機能を省略することも可能である。

１１：Ｘ線検出器、１２：アレイ基板、１３：シンチレータ層、１４：反射膜、１５、１５’：保護・グリッド層、１７：画素、２０：保護・グリッド層、２７：区画部、２７ａ：第１区画部、２７ｂ：第２区画部、２８：仕切り、２８ａ：第１仕切り、２８ｂ：第２仕切り、３０：頂上面、３１：Ｘ線検出器、３２：防湿層、３３：鍔部、３４：グリッド層、３５：接着層、３６：照射Ｘ線、３７：被写体、３８：透過Ｘ線、３９：散乱Ｘ線、４１：区画部、４３：仕切り、４５：区画部、４７：仕切り

Claims

蛍光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する基板と、
前記複数の光電変換素子上に形成され、放射線を前記蛍光に変換するシンチレータ層と、
所定の厚さを有するシートで前記シンチレータ層を覆うように頂上面を有するハット状に設けられ、かつ前記頂上面がＸ線透過材料とＸ線吸収材料の２種類の材料で形成され、前記Ｘ線吸収材料による前記厚さ方向の仕切りにより、前記Ｘ線透過材料からなる複数の区画部が前記シートの面方向にマトリックス状に整列された保護・グリッド層と、
を備えることを特徴とするＸ線検出器。
蛍光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する基板と、
前記複数の光電変換素子上に形成され、放射線を前記蛍光に変換するシンチレータ層と、
所定の厚さを有するシートで前記シンチレータ層を覆うように頂上面を有するハット状に設けられた保護層と、
前記保護層の上に、Ｘ線透過材料とＸ線吸収材料の２種類の材料で形成され、前記Ｘ線吸収材料による厚さ方向の仕切りにより、前記Ｘ線透過材料からなる複数の区画部が前記シートの面方向にマトリックス状に整列されたグリッド層と、
を備えることを特徴とするＸ線検出器。
前記仕切りは、前記シート面の所定方向に一定間隔置きに帯状に延在して形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線検出器。
前記仕切りは、更に、前記所定方向と直交する方向にも一定間隔置きに帯状に延在して形成されていることを特徴とする請求項３記載のＸ線検出器。
前記仕切りは、前記厚さ方向において、Ｘ線源から放射状に延びる入射Ｘ線の方向と平行になるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線検出器。
前記仕切りは鉛からなり、前記区画部はアルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のＸ線検出器。
前記シンチレータ層と前記保護・グリッド層又は保護層との間に、反射層を設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のＸ線検出器。
画素単位の電極素子が配列してなる電極基板と、
前記電極基板の前記電極素子上に設けられ、入射するＸ線を電気信号に変換するＸ線変換層と、
前記Ｘ線変換層上の画素電極に対向した位置に設けられた上部電極と、
所定の厚さを有するシートで前記Ｘ線変換層及び前記上部電極を覆うように頂上面を有するハット状に設けられ、かつ前記頂上面がＸ線透過材料とＸ線吸収材料の２種類の材料で形成され、前記Ｘ線吸収材料による前記厚さ方向の仕切りにより、前記Ｘ線透過材料からなる複数の区画部が前記シートの面方向にマトリックス状に整列された保護・グリッド層と、
を備えることを特徴とするＸ線検出器。