(57)【要約】  【課題】画像分解能を向上させ、高画質化できる放射線シンチレータを提供する。  【解決手段】柱状結晶31のシンチレータ層13を有する放射線シンチレータである。シンチレータ層13の膜厚が５００μｍ以上で、かつシンチレータ層13における柱状結晶31の充填率が７０〜８５％である。シンチレータ層13における柱状結晶31の充填率を７０〜８５％に低下させることで、画像分解能を向上させる。シンチレータ層13の膜厚を５００μｍ以上にすることで、充填率の低下に伴うＸ線吸収率の低下を補う。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも柱状結晶のシンチレータ層を有し、
このシンチレータ層の膜厚が５００μｍ以上で、かつシンチレータ層における柱状結晶の充填率が７０〜８５％である
ことを特徴とする放射線シンチレータ。
【請求項２】
放射線を可視光に変換する請求項１記載の放射線シンチレータを有する入力手段と、
前記放射線シンチレータで変換される可視光に基づいて画像情報を出力する出力手段と
を具備していることを特徴とする放射線画像検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を可視光に変換する放射線シンチレータ、およびこの放射線シンチレータを用いた放射線画像検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放射線画像検出器は、医療用や工業用非破壊検査などに用いられ、Ｘ線像やガンマ線像などの放射線像を電気的な画像信号として取り出す平面放射線画像検出器（以下、ＦＰＤという）や放射線像を可視像として取り出すＸ線イメージ管などがある（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
ＦＰＤには、例えばＸ線が入射するときに光導電膜で発生した電子−正孔対（ｅ−ｈペア）を電場で収集して、電荷信号として読み出す直接方式と、Ｘ線イメージ管と同様に、放射線シンチレータでＸ線を可視光に変換し、フォトダイオードで読み出す間接方式との２つの方式がある。
【０００４】
図３に示すように、間接方式のＦＰＤは、Ｘ線が透過する基板11上に、反射膜12、蛍光体として沃化セシウム（ＣｓＩ）の柱状結晶によって構成されるＣｓＩ層であるシンチレータ層13を少なくとも有する放射線シンチレータ14、および防湿膜15を順次積層させた入力手段としての放射線シンチレータパネル16と、ガラス基板17上にマトリクス状に配置されるスイッチング素子としての図示しない複数のＴＦＴ（Thin-Film Transistor）および各ＴＦＴに接続されるフォトダイオードを積層した出力手段としての検出器パネル18とを貼り合せて構成されている。防湿膜15と検出器パネル18との界面には必要により光学結合材を注入される。
【０００５】
そして、間接方式のＦＰＤが医療用に用いられる場合、人体21を透過したＸ線像22が、基板11を透過した後、発光点23で可視光24に変換され、検出器パネル18のフォトダイオード上の領域に到達し、電気信号に変換される。フォトダイオードで得られた電荷はＴＦＴのスイッチング動作で順次読み出され、増幅と画像処理を経て、画像信号として図示しないモニタに表示されたり記憶媒体に格納される。
【０００６】
このような間接方式のＦＰＤでは、センサとして固体素子を使用していることからノイズの問題が最も大きな課題としてあり、このノイズを減らすにはシンチレータ層13でのＸ線吸収率を向上させること、および輝度を高めることが重要であり、また、画質を向上させるには、Ｘ線イメージ管と同様に画像分解能特性が重要である。
【０００７】
そのため、放射線シンチレータ14において、高画質化を考慮すると、画像分解能、Ｘ線吸収率、輝度の３つのそれぞれの均一性が最も重要な指標である。画像分解能の指標には、画像空間方向に周期的に広がった入力信号量（入射線量）の濃淡が、出力信号としてどのように変調するかを数値化した矩形波の場合のＣＴＦの値が最も一般的に使用されている。
【０００８】
ここで均一性を除いた３つの指標について考え、同一プロセスで膜厚のみを変更すると、互いにトレードオフの関係にある。すなわち、シンチレータ層13の膜厚もしくは単位面積あたりの質量をパラメータにとると、そのパラメータが増大するにつれ、Ｘ線吸収率および輝度が増大し、ノイズを低減した画質が得られやすくなるが、その反面、画像分解能特性は低下する。なぜならば、図３に示すように、発光点23からの可視光24が拡がりをもった経路を経てフォトダイオード上に到達することがあるから、膜厚が厚いほどその経路は長くなり、結果的に可視光24の拡がりも大きくなるからである。これは、Ｘ線イメージ管の場合でも光電陰極をフォトダイオードに見立てた場合と同様である。また、逆に、パラメータを減少させるにつれ、画像分解能特性は向上するが、その反面、Ｘ線吸収率および輝度が低下する。
【０００９】
また、間接方式のＦＰＤでは、蛍光体材料として、Ｘ線イメージ管と同様に、沃化セシウム（ＣｓＩ）が最も多く用いられている。このＣｓＩが最も有用な材料とされる理由は３つある。まず、第１に、ＣｓＩが真空蒸着法で柱状結晶構造になりやすい性質を持っており、結果的に高い画像分解能が得られ、かつ成膜条件にもよるが、シンチレータ層13における柱状結晶の充填率（実際の質量を、理論密度と見かけの体積で割った値）が８５％〜９２％という比較的高い膜が得られることであり、しかも、真空蒸着法は大面積に対して均一な膜を安価に成膜可能である。第２に、ＣｓＩがＫ吸収端を３３．２ｋｅＶ、３６．０ｋｅＶに持っているため、８５〜９２％の充填率で４００〜６００μｍ程度の製造上それほど困難を要しない膜厚で、通常医療用に用いる３０〜９０ｋｅＶのＸ線エネルギー領域で高いＸ線吸収率特性を持つことである。第３に、ＣｓＩは現在知られている放射線シンチレータ14の中で約６００００フォトン／ＭｅＶという硫酸化ガドリニウム（ＧＯＳ）と並び、最も高い発光量を得られることである。このような３つの製造上、物性上の理由により、ＣｓＩは画像分解能、Ｘ線吸収能、輝度、コストを全て両立した放射線シンチレータ14を得るのに最も適した材料といえる。
【００１０】
そして、ＣｓＩの柱状結晶を主体とした放射線シンチレータ14において、高画質化を図るうえで必要とする目標仕様値として以下の(1)〜(3)の３点が挙げられる。(1)画像分解能（ＣＴＦ）値が２Ｌｐ／ｍｍにおいて、４０％以上であること。(2)加速電圧８０ｋＶｐ、厚み２０ｍｍのＡｌフィルタで、Ｘ線吸収率が８０％以上であること。(3)加速電圧８０ｋＶｐ、厚み２０ｍｍのＡｌフィルタで、ＦＰＤに適用するときの輝度が、従来の膜厚２００μｍ（約０．１ｇ／ｃｍ2）のテルビウム付活硫酸化ガドリニウム（ＧＯＳ）増感紙の１．７倍以上あること。(2)のＸ線吸収率は、ＣｓＩの単位面積あたりの質量のみで決まり、計算から求めることができ、図４に示すように、０．１７ｇ／ｃｍ2程度が必要であると判る。また、ＣｓＩの単位面積あたりの質量が０．１７ｇ／ｃｍ2以上なら、加速電圧８０ｋＶｐ、厚み２０ｍｍのＡｌフィルタによって作られるＸ線スペクトル内の３０ｋｅＶ、５０ｋｅＶ、７０ｋｅＶのいずれのエネルギーのＸ線も６０％以上吸収し、色々な用途に対して高い画質が確保される。
【特許文献１】特公平７−７３０３１号公報（第３頁、第１図）
【特許文献２】特許３１２６７１５号公報（第３−４頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、従来の放射線シンチレータ14では、膜厚をパラメータにとったときのトレードオフの関係を考慮すると、画像分解能、Ｘ線吸収率、輝度の３つの指標について、(1)〜(3)の目標仕様値を同時に満たすのが困難で、十分な高画質化が得られない問題がある。
【００１２】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、Ｘ線透過率を損なうことなく、画像分解能を向上させ、高画質化できる放射線シンチレータ、およびこの放射線シンチレータを用いた放射線画像検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、少なくとも柱状結晶のシンチレータ層を有し、このシンチレータ層の膜厚が５００μｍ以上で、かつシンチレータ層における柱状結晶の充填率が７０〜８５％であるものである。
【００１４】
そして、シンチレータ層における柱状結晶の充填率を７０〜８５％に低下させることで画像分解能を向上させるとともに、シンチレータ層の膜厚を５００μｍ以上にすることで充填率の低下に伴うＸ線吸収率の低下を補う。したがって、シンチレータ層の膜厚を５００μｍ以上で、かつシンチレータ層における柱状結晶の充填率を７０〜８５％にすることで、Ｘ線透過率を損なうことなく、画像分解能が向上し、高画質化が可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、シンチレータ層における柱状結晶の充填率を７０〜８５％に低下させることで画像分解能を向上させるとともに、シンチレータ層の膜厚を５００μｍ以上にすることで充填率の低下に伴うＸ線吸収率の低下を補うことができ、したがって、シンチレータ層の膜厚を５００μｍ以上で、かつシンチレータ層における柱状結晶の充填率を７０〜８５％にすることで、Ｘ線透過率を損なうことなく、画像分解能を向上させ、高画質化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
なお、背景技術で説明した構成と同じ構成については同一符号を用いて説明する。
【００１８】
図３に示すように、放射線画像検出器としての間接方式の平面放射線画像検出器（以下、ＦＰＤという）は、Ｘ線やガンマ線などの放射線が透過する基板11上に、反射膜12、少なくとも柱状結晶のシンチレータ層13を有する放射線シンチレータ14、および防湿膜15を順次積層させた入力手段としての放射線シンチレータパネル16と、ガラス基板17上にマトリクス状に配置されるスイッチング素子としての図示しない複数のＴＦＴおよび各ＴＦＴに接続されるフォトダイオードを積層した出力手段としての検出器パネル18とを貼り合せて構成されている。検出器パネル18と防湿膜15との界面には必要により光学結合材を注入することもできる。
【００１９】
基板11の材料には、ガラス、グラファイト、軽金属（ベリリウム、チタン、アルミニウム）もしくはそれらの合金、セラミックス（アルミナ、ジルコニア、ベリリア）、高分子材料（ポリカーバネート、ポリイミド）などが用いられる。
【００２０】
反射膜12の材料には、銀合金、銀、アルミニウム、金、銅、バラジウム、白金、クロム、ニッケル、酸化チタン、酸化マグネシウムなどが用いられる。
【００２１】
シンチレータ層13は、基板11に対して交差方向に成長させた沃化セシウム（ＣｓＩ）の柱状結晶によって構成されるＣｓＩ層を有している。図１は放射線シンチレータを表面から撮影した顕微鏡写真（ＳＥＭ写真）であり、31は柱状結晶、32は隙間で、シンチレータ層13における柱状結晶31の充填率（実際の質量を、理論密度と見かけの体積で割った値）は７０〜８５％である。また、輝度の向上を目的として、柱状結晶31の先端部相互間の隙間を埋めるように沃化セシウム（ＣｓＩ）の連続層状の蛍光体層を形成してもよい。
【００２２】
防湿膜15の材料には、ポリバラキシリレン、ポリイミド、ポリ尿素、ポリアミド、ポリウレタン、ポリアゾメチン、ニトロセルロース、酢酸セルロース、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリ塩化ビニリデン、ナイロン、塩化ビニリデン−塩化ビニル共重合体、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体、ポリオレフイン、エポキシ系樹脂、ポリアクリレートといった高分子材料、もしくはそれらと酸化珪素、酸窒化珪素、酸化インジウム、窒化珪素、炭化珪素、アルミナといった薄膜で可視光に対して透明な無機膜との多層膜などが用いられる。
【００２３】
そして、間接方式のＦＰＤが医療用に用いられる場合、人体21を透過したＸ線像22が、基板11を透過した後、シンチレータ層13の発光点23で可視光24に変換され、検出器パネル18のフォトダイオード上の領域に到達し、電気信号に変換される。フォトダイオードで得られた電荷はＴＦＴのスイッチング動作で順次読み出され、増幅と画像処理を経て、画像信号として図示しないモニタに表示されたり記憶媒体に格納される。
【００２４】
また、放射線シンチレータパネル16は、ＦＰＤに適用する場合、次の手順で製造される。反射膜12が形成された基板11を真空蒸着装置の真空槽内にセットし、基板11と対向する方向にＣｓＩを収納した蒸発源を配置する。そして、真空槽内の加熱圧力調整手段で、真空槽内の基板11の温度を所望の柱状結晶および充填率が得られるような条件に調整する。次に、蒸発源を加熱してＣｓＩを沸騰させ、ＣｓＩの蒸気を基板11上に送り込み、基板11に対して交差方向に成長させたＣｓＩの柱状結晶31を成膜させる。ＣｓＩの柱状結晶31の膜厚もしくは単位面積辺りの質量が所定の値になったところで、蒸発源の加熱をやめ成膜を終了する。次に、基板11の温度が常温になったところで、基板11を真空蒸着装置の真空槽から取り出す。
【００２５】
シンチレータ層13が形成された基板11は、次に、防湿処理を経た後、上述した(1)〜(3)の目標仕様値が検査され、検出器パネル18との組立工程へと進む。
【００２６】
すなわち、(1)〜(3)の目標仕様値は、(1)画像分解能（ＣＴＦ）値が２Ｌｐ／ｍｍにおいて、４０％以上であること、(2)加速電圧８０ｋＶｐ、厚み２０ｍｍのＡｌフィルタで、Ｘ線吸収率が８０％以上であること、(3)加速電圧８０ｋＶｐ、厚み２０ｍｍのＡｌフィルタで、ＦＰＤに適用するときの輝度が、従来の膜厚２００μｍ（約０．１ｇ／ｃｍ2）のテルビウム付活硫酸化ガドリニウム（ＧＯＳ）増感紙の１．７倍以上あること、である。
【００２７】
次に、シンチレータ層13の膜厚とシンチレータ層13における柱状結晶31の充填率との関係について各サンプル１〜１１の評価試験を実施し、その結果を図２に示す。この評価試験では、基板11に厚さ０．５ｍｍのガラス板を使用し、この基板11上に銀合金の反射膜12およびこの反射膜12を保護する酸化マグネシウムの保護膜を積層させた後、タリウムドープ沃化セシウム（ＣｓＩ／ＴＩ）をシンチレータ層13として真空蒸着し、防湿膜15としてポリバラキシリレンをＣＶＤ法で厚さ５μｍ成膜した後、目標仕様値を満たしたかどうかの評価試験をした。
【００２８】
サンプル１〜４では、充填率８５〜９２％を狙って、結果的に充填率８７．７％、８８．４％、８８．１％、８８．７％になり、いずれも充填率８５％より高くなった。図５には、充填率が８８％程度の顕微鏡写真（ＳＥＭ写真）を示す。
【００２９】
サンプル５〜１１では、充填率７０〜８５％を狙って、結果的に充填率８２．２％、８０．９％、８１．１％、７３．２％、７２．５％、７３．４％、７３．３％になり、いずれも充填率７０〜８５％の範囲に入った。
【００３０】
図２に示す評価試験の結果から、充填率が８５％より高いサンプル１〜４は、膜厚にかかわらず、画像分解能ＣＴＦとＸ線吸収率とのいずれかが(1)(2)の目標仕様値を満たさなかった。
【００３１】
充填率７０〜８５％にあるサンプル５〜１１のうち、膜厚が５００μｍより薄いサンプル５、６、８、９は、Ｘ線吸収率が(2)の目標仕様値を満たさなかった。
【００３２】
充填率７０〜８５％にあるサンプル５〜１１のうち、膜厚が５００μｍ以上のサンプル７、１０、１１は、(1)〜(3)の目標仕様値のすべて満たした。
【００３３】
このように、Ｘ線吸収率が低下することを犠牲にして、あえてシンチレータ層13における柱状結晶31の充填率を７０〜８５％に低下させることで、画像分解能を向上させることができ、また、シンチレータ層13の膜厚を５００μｍ以上に厚くすることで、充填率の低下に伴うＸ線吸収率の低下を補うことができた。したがって、シンチレータ層13の膜厚を５００μｍ以上で、かつシンチレータ層13における柱状結晶31の充填率を７０〜８５％にすることで、Ｘ線透過率を損なうことなく、画像分解能を向上させ、高画質化できた。
【００３４】
充填率が７０％より小さい場合には、シンチレータ層13の膜厚を５００μｍ以上に厚くしても、Ｘ線吸収率の低下を十分に補うことができず、また、充填率が８５％より大きい場合には、従来のようにＸ線吸収率が増加するものの画像分解能が低下し、また、膜厚が５００μｍより小さい場合にはＸ線吸収率の低下を十分に補うことができない。
【００３５】
そして、このような放射線シンチレータをＦＰＤに適用することにより、画像分解能、Ｘ線吸収率、輝度の３つのそれぞれの均一性が向上し、高画質化できる。
【００３６】
また、このような放射線シンチレータをＸ線イメージ管に適用する場合、シンチレータ層13に用いる蛍光体の添加剤がヨウ化ナトリウムであることから発光波長が異なり、輝度の目標仕様値は特に設定されないが、シンチレータ層13の膜厚を５００μｍ以上で、かつシンチレータ層13における柱状結晶31の充填率を７０〜８５％にすることで、目標仕様値を満足できる。Ｘ線イメージ管の場合、Ｘ線像を電子像に変換する入力面、およびこの入力面で変換された電子像を可視像に変換する出力面などを真空外囲器内に配置した構造であり、入力面が入力手段16、出力面が出力手段18である。
【００３７】
したがって、ＣｓＩの柱状結晶31を有する放射線シンチレータは、ＦＰＤおよびＸ線イメージ管のいずれの放射線画像検出器に応用する場合でも、シンチレータ層13の膜厚を５００μｍ以上で、かつシンチレータ層13における柱状結晶31の充填率を７０〜８５％にすることで、目標仕様値を満足できる。
【００３８】
なお、ＦＰＤに適用する放射線シンチレータを製造する場合、ガラス基板17上にＴＦＴアレイとフォトダイオードが形成された検出器パネル18を真空蒸着装置にセットし、この検出器パネル18上にシンチレータ層13を形成してもよい。
【００３９】
また、販社膜12を保護する保護膜としては、酸化マグネシウムのほかに、酸化珪素、酸化チタン、弗化カルシウム、弗化マグネシウムもしくは、防湿膜15の材料を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態を示す放射線シンチレータを表面から撮影した顕微鏡写真（ＳＥＭ写真）である。
【図２】放射線シンチレータの膜厚とシンチレータ層における柱状結晶の充填率との関係について各サンプルの評価試験の結果を示す説明図である。
【図３】放射線画像検出器の断面図である。
【図４】ＣｓＩの単位面積辺りの質量に対するＸ線吸収率を示すグラフである。
【図５】従来の放射線シンチレータを表面から撮影した顕微鏡写真（ＳＥＭ写真）である。
【符号の説明】
【００４１】
13    シンチレータ層
14    放射線シンチレータ
16    入力手段としての放射線シンチレータパネル
18    出力手段としての検出器パネル
31    柱状結晶
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図５】
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