(57)【要約】【課題】放射線撮像パネルの空間分解能の向上に有利な技術を提供する。【解決手段】基板と、基板の第１の面に配された複数の画素と、第１の面を覆うように配された第１のシンチレータを含む第１の波長変換部と、基板の第１の面とは反対側の第２の面を覆うように配された第２のシンチレータを含む第２の波長変換部と、を含み、第１の面に対する正射影において、基板は、複数の画素が配された画素領域を含む中央領域と、中央領域の外縁と基板の外縁との間の周辺領域とを含み、中央領域が周辺領域よりも基板の厚さが薄くなるように、第２の面は凹部を備え、第２の波長変換部が、凹部に配される。【選択図】図１
2019148509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の第１の面に配された複数の画素と、前記第１の面を覆うように配された第１のシンチレータを含む第１の波長変換部と、前記基板の前記第１の面とは反対側の第２の面を覆うように配された第２のシンチレータを含む第２の波長変換部と、を含む放射線撮像パネルであって、
前記第１の面に対する正射影において、前記基板は、前記複数の画素が配された画素領域を含む中央領域と、前記中央領域の外縁と前記基板の外縁との間の周辺領域とを含み、
前記中央領域が前記周辺領域よりも前記基板の厚さが薄くなるように、前記第２の面は凹部を備え、
前記第２の波長変換部が、前記凹部に配されることを特徴とする放射線撮像パネル。
【請求項２】
前記基板のうち前記中央領域の厚さをｔ１［μｍ］、前記基板のうち前記周辺領域の厚さをｔ２［μｍ］、前記第２の波長変換部の厚さをｔ３［μｍ］としたとき、
ｔ３≦ｔ２−ｔ１
であることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像パネル。
【請求項３】
前記複数の画素は、複数の遮光画素を含み、
前記第１のシンチレータと前記複数の遮光画素のそれぞれとの間に、前記第１のシンチレータで放射線から変換された光が前記複数の遮光画素のそれぞれに入射することを抑制する遮光層、または、前記第２のシンチレータと前記複数の遮光画素のそれぞれとの間に、前記第２のシンチレータで放射線から変換された光が前記複数の遮光画素のそれぞれに入射することを抑制する遮光層が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮像パネル。
【請求項４】
前記複数の遮光画素の数が、前記複数の画素の全体の１／２以下であることを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像パネル。
【請求項５】
前記複数の画素は、複数の第１の画素と複数の第２の画素とを含み、
前記第２のシンチレータと前記複数の第１の画素のそれぞれとの間に、前記第２のシンチレータで放射線から変換された光が前記複数の第１の画素のそれぞれに入射することを抑制する遮光層、および、前記第１のシンチレータと前記複数の第２の画素のそれぞれとの間に、前記第１のシンチレータで放射線から変換された光が前記複数の第２の画素のそれぞれに入射することを抑制する遮光層が、それぞれ設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮像パネル。
【請求項６】
前記第１のシンチレータの発光についてのＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）と、前記第２のシンチレータの発光についてのＭＴＦと、の差が、空間周波数２ｌｐ／ｍｍの条件において０．２以下であることを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
【請求項７】
前記基板のうち前記中央領域の厚さが、５０μｍ以上かつ３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
【請求項８】
前記基板のうち前記中央領域の厚さが、２５０μｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の放射線撮像パネル。
【請求項９】
前記第１の面が、前記中央領域と前記周辺領域との間で段差を有さないことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
【請求項１０】
前記第１の面に対する正射影において、前記画素領域の外縁が、前記中央領域の外縁の内側に配されることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
【請求項１１】
前記凹部と前記基板の端部との距離が５．０ｍｍ以上かつ５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の放射線撮像パネル。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の放射線撮像パネルと、
前記放射線撮像パネルを制御するための制御部と、
前記放射線撮像パネルから出力される信号を処理するための信号処理部と、
を含む放射線撮像装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の放射線撮像装置と、
前記放射線撮像装置に放射線を照射するための放射線源と、
を含む放射線撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線撮像パネル、放射線撮像装置および放射線撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療画像診断や非破壊検査において、放射線撮像パネル（フラットパネルディテクタ：ＦＰＤ）を用いた放射線撮像装置が広く使用されている。特許文献１には、画素が配された基板の両面にシンチレータを配することによって、放射線から変換される光量を増加させ、感度を向上させた放射線検出装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３３８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の放射線検出装置において、一方のシンチレータで変換された光は基板を介して画素に到達するため、他方のシンチレータで変換され基板を介さずに画素に到達する光と比較して光路長が長くなる。光路長が長くなると、散乱などの影響によって空間分解能が低下しうる。
【０００５】
本発明は、放射線撮像パネルの空間分解能の向上に有利な技術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】
【０００６】
上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る放射線撮像パネルは、基板と、基板の第１の面に配された複数の画素と、第１の面を覆うように配された第１のシンチレータを含む第１の波長変換部と、基板の第１の面とは反対側の第２の面を覆うように配された第２のシンチレータを含む第２の波長変換部と、を含む放射線撮像パネルであって、第１の面に対する正射影において、基板は、複数の画素が配された画素領域を含む中央領域と、中央領域の外縁と基板の外縁との間の周辺領域とを含み、中央領域が周辺領域よりも基板の厚さが薄くなるように、第２の面は凹部を備え、第２の波長変換部が、凹部に配されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記手段によって、放射線撮像パネルの空間分解能の向上に有利な技術を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る放射線撮像パネルの構成例を示す平面図および断面図。
【図２】図１の放射線撮像パネルの製造方法を示す図。
【図３】図１の放射線撮像パネルの画素の配置を示す平面図および断面図。
【図４】図１の放射線撮像パネルの基板の厚さとＭＴＦとの関係を示す図。
【図５】図１の放射線撮像パネルおよび比較例の放射線撮像パネルによって得られた放射線画像を示す図。
【図６】図１の放射線撮像パネルを用いた放射線撮像装置および放射線撮像システムの構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る放射線撮像システムの具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。以下の説明及び図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。また、本発明における放射線には、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線などの他に、同程度以上のエネルギを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども含みうる。
【００１０】
第１の実施形態
図１（ａ）〜２（ｃ）を参照して、本発明の実施形態による放射線撮像パネル１００の構成について説明する。図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態における放射線撮像パネル１００の構成例を示す断面図、図１（ｂ）は、放射線撮像パネル１００の構成例を示す平面図である。
【００１１】
放射線撮像パネル１００は、基板１０１と、基板１０１の第１の面（以下、表面１０９と呼ぶ場合がある。）に配された複数の画素を含む画素領域１０２と、を含む。また、放射線撮像パネル１００は、基板１０１の表面１０９を覆うように配されたシンチレータ１０４（第１のシンチレータ）を含む波長変換部１１３（第１の波長変換部）と、基板１０１の表面１０９とは反対側の第２の面（以下、裏面１１０と呼ぶ場合がある。）を覆うように配されたシンチレータ１０６（第２のシンチレータ）を含む波長変換部１１４（第２の波長変換部）と、を含む。
【００１２】
画素領域１０２には、シンチレータ１０４、１０６で放射線から変換された光に応じた信号を生成する光電変換素子をそれぞれ含む複数の画素が、２次元アレイ状に配される。例えば、５５０ｍｍ×４４５ｍｍの基板１０１に対して、３３００×２８００の画素が配される。本実施形態において、３３００×２８００画素のうち外周に配された１０画素はダミー画素とし、内側に配される３２８０×２７８０画素によって画素領域１０２が構成される。基板１０１に配される画素の数や、画素領域１０２に配される画素の数は、基板の大きさや撮像対象などに応じて、適宜設定すればよい。
【００１３】
画素領域１０２には、さらにそれぞれの画素で生成される信号を取り出すための列信号線や、画素領域１０２に配される画素を含むそれぞれの素子を駆動するための行信号線などが配される。列信号線や行信号線は、それぞれ読出回路基板や駆動回路基板とフレキシブル配線基板などを介して電気的に接続されうる。列信号線および行信号線と、読出回路基板および駆動回路基板と、の接続を行うために、基板１０１には、接続端子部１０３が設けられる。接続端子部１０３を介して、画素領域１０２のそれぞれの画素で生成された信号が、放射線撮像パネル１００から出力される。ここでは、読出回路および駆動回路が、放射線撮像パネル１００の外部に配される例を示すが、読出回路および駆動回路が放射線撮像パネル１００に配されていてもよい。この場合であっても、基板１０１には接続端子部１０３が配され、画素領域１０２のそれぞれの画素で生成された信号は、接続端子部１０３を介して放射線撮像パネル１００から出力されうる。
【００１４】
波長変換部１１３、１１４は、放射線を画素が電気信号に変換可能な光に変換するシンチレータ１０４、１０６と、反射層１０５、１０７を含む。反射層１０５、１０７は、シンチレータ１０４、１０６で生じた光のうち画素領域１０２に向かう方向とは異なる方向に進む光を反射するように配される。これによって、シンチレータ１０４、１０６で生じた光を効率的に利用することが可能となり、放射線撮像パネル１００の感度が向上する。
【００１５】
基板１０１には、シンチレータ１０６で生じた光が画素領域１０２まで透過するように、シンチレータ１０６で生じた光に対して透明な材料が用いられる。例えば、基板１０１には、ガラスやプラスティックなどの透明な基板が用いられうる。図１（ｂ）に示されるように、基板１０１の表面１０９に対する正射影において、基板１０１は、複数の画素が配された画素領域１０２を含む中央領域１０８と、中央領域１０８の外縁と基板１０１の外縁との間の周辺領域１１２とを含む。図１（ｂ）に示される構成では、基板１０１の表面１０９に対する正射影において、画素領域１０２の外縁が、中央領域１０８の外縁の内側に配される。また、図１（ａ）に示されるように、中央領域１０８が周辺領域１１２よりも基板１０１の厚さが薄くなるように、裏面１１０は凹部１１５を備える。裏面１１０のうち凹部１１５が配される領域が、中央領域１０８と呼ばれうる。基板１０１の中央領域１０８は、一様の厚さを有しうる。波長変換部１１４は、この凹部１１５に配される。一方、基板１０１の表面１０９には凹部は設けられず、表面１０９が、中央領域１０８と周辺領域１１２との間で段差を有さなくてもよい。つまり、基板１０１の表面１０９は平坦であってもよい。ここで、基板１０１のうち中央領域１０８の厚さを厚さｔ１、周辺領域１１２の厚さを厚さｔ２とする。また、基板１０１の厚さとは、基板１０１の表面１０９および裏面１１０と直交する方向の基板の大きさを意味しうる。
【００１６】
基板１０１の表面１０９の側を覆うシンチレータ１０４と比較して基板１０１の裏面１１０の側を覆うシンチレータ１０６は、基板１０１の表面１０９の側に配された画素領域１０２までの距離が長い。シンチレータ１０６から画素領域１０２までの光路長が長くなると、シンチレータ１０６で生じた光は基板１０１中での散乱などの影響によって空間分解能が低下してしまう可能性がある。そこで、本実施形態において、基板１０１のうち裏面１１０の画素領域１０２が配された中央領域１０８に凹部１１５を設けることによって、基板１０１のうち中央領域１０８の厚さを薄くする。これによって、空間分解能の低下を抑制できる。一方、基板１０１の周辺領域１１２の厚さは、中央領域１０８よりも厚い。基板１０１の周辺領域１１２が適当な厚さを備えることによって一種の梁構造が実現でき、放射線撮像パネル１００の製造中および完成後の基板１０１の反りを抑制することが可能となる。
【００１７】
次に、基板１０１の裏面１１０に凹部１１５を備える放射線撮像パネル１００の製造方法について、図２（ａ）〜２（ｃ）を用いて本実施形態の実施例を説明する。
【００１８】
まず、５５０ｍｍ×４４５ｍｍ、厚み５００μｍの無アルカリガラスを基板１０１として準備した。次いで、準備した基板１０１の表面１０９に、成膜工程、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程など既知の製造プロセスを用いて画素領域１０２を形成した。また、既知の製造プロセスを用いて接続端子部１０３を形成した。
【００１９】
画素領域１０２および接続端子部１０３を形成した後、画素領域１０２に形成された画素の動作をチェックするためのアレイ検査を実施した。アレイ検査で動作が良好であることを確認した後、画素領域１０２の全体を覆うようにセンサ保護層（不図示）を形成した。このセンサ保護層には、例えば、無機系のアモルファス膜や樹脂フィルム膜などの種々の材料を用いることができる。ただし、センサ保護層の材料は、後のシンチレータ１０４、１０６を形成する工程の温度に耐えうる耐熱特性を有する材料を用いる必要がある。本実施例では、ポリイミド樹脂をスリットコート法によって塗布し、乾燥させることによって、センサ保護層を形成した。センサ保護膜の形成後、再びアレイ検査を実施し、センサ保護層を形成する工程によって欠損した画素が無いことを確認した。
【００２０】
次に、基板１０１の裏面１１０に凹部１１５を形成する工程について説明する。まず凹部１１５を形成しない基板１０１の表面１０９に、凹部１１５を形成するためのフッ酸によるエッチングからの保護を目的として微粘着の樹脂フィルム２０１を転写した。次いで、基板１０１の裏面１１０に凹部１１５を形成するためのマスクパターンを形成した。具体的には、まず、基板１０１の裏面１１０を上側にして、スピンコータにセットし、フォトレジストを塗布した。本実施例では、スピンコータを用いてフォトレジストを塗布したが、例えば、ドライフィルムレジストを転写してもよい。フォトレジストを塗布した後、フォトレジストによって覆われた基板１０１をＵＶ露光台に載置し、所定のフォトマスクを用いて露光した。フォトマスクは、基板１０１の表面１０９に対する正射影において、基板１０１の画素領域１０２よりも広い領域が開口している。これによって、基板１０１の表面１０９に対する正射影において、後述する凹部１１５に形成されるシンチレータ１０６が、確実に画素領域１０２を覆うことが可能となる。露光後、炭酸ナトリウム水溶液に基板１０１を浸漬することによってフォトレジストの現像を行い、純水リンス洗浄後乾燥を行った。以上の工程によって、図２（ａ）に示されるマスクパターン２０２が形成された。
【００２１】
本実施例において、マスクパターン２０２は、フォトリソグラフィ工程を用いて形成したが、マスクパターン２０２の形成はこれに限られるものではない。凹部１１５を形成するためのパターンは、基板１０１の裏面１１０のうち図１（ｂ）の周辺領域１１２となる部分を覆う単純な形状である。このため、例えば、フィルムを転写し、所望の部分のみを剥離することでも形成可能であり、この場合、フォトレジストの塗布、露光、現像を行うリソグラフィ工程は不要となる。
【００２２】
次いで、基板１０１をフッ酸溶液に浸漬した。予め算出した基板１０１のエッチングレートよって浸漬時間を計算し、基板１０１の裏面１１０のマスクパターン２０２に覆われていない部分を、所望の厚さまでエッチングする。エッチングを行った後、純水を用いて基板１０１をリンスした後、基板１０１をレジスト剥離液に浸漬させてマスクパターン２０２を剥離した。マスクパターン２０２の剥離を行った後、純水を用いてリンスを行い、エアーナイフにて水分を除去した。さらに基板１０１の表面１０９に貼り付けられた樹脂フィルム２０１を剥離した。
【００２３】
上述の方法によって、図２（ｂ）に示されるように、基板１０１の裏面１１０に、画素領域１０２よりも広い面積の範囲を備える凹部１１５が形成された。本実施例において、基板１０１のうち中央領域の厚さｔ１は２００μｍとした。また、基板１０１のうち周辺領域１１２の厚さｔ２は、準備した基板１０１の厚さである５００μｍとした。また、周辺領域１１２の幅、つまり凹部１１５と基板１０１の端部との距離は、基板１０１の短辺側で４６．５ｍｍ、長辺側で６１．０ｍｍとした。周辺領域１１２の幅が狭い場合、上述の梁構造を実現できず、基板１０１が撓んでしまう可能性がある。一方、周辺領域１１２の幅が広い場合、複数の画素が配される画素領域１０２が狭くなってしまう。したがって、放射線撮像パネル１００を形成する際の凹部１１５と基板１０１の端部との距離は、例えば４０ｍｍ以上かつ１００ｍｍ以下の範囲としてもよい。また、本実施例においてウエットエッチングによって凹部１１５を形成したが、凹部１１５の形成方法は、これに限られることはなく、例えば研磨などを用いて凹部１１５を形成してもよい。
【００２４】
凹部１１５を形成した後、波長変換部１１４を形成した。まず、基板１０１の凹部１１５内にシンチレータ１０６が形成されるように、シンチレータ１０６を形成する領域を除く周辺部分を覆う蒸着マスクをセットした後、凹部１１５が蒸着面となるように基板１０１を蒸着装置に載置した。次いで、タリウム添加ヨウ化セシウム（ＣｓＩ：Ｔｌ）を蒸着し、図２（ｃ）に示すように、膜厚２５０μｍのシンチレータ１０６を形成した。基板１０１の表面１０９に対する正射影において、シンチレータ１０６の外縁は、画素領域１０２の外縁よりも外側に配されうる。
【００２５】
シンチレータ１０６を形成した後、蒸着装置から基板１０１を取り出す。取り出した基板１０１の表面１０９の画素領域１０２が覆われる範囲にシンチレータ１０４が形成されるように、シンチレータ１０４を形成する領域を除く周辺部分を覆う蒸着マスクをセットした。その後、蒸着マスクがセットされた表面１０９が蒸着面となるように基板１０１を再び蒸着装置に載置した。この状態でＣｓＩ：Ｔｌを蒸着し、図２（ｃ）に示すように、膜厚３５０μｍのシンチレータ１０４を形成した。基板１０１の表面１０９に対する正射影において、シンチレータ１０４の外縁は、画素領域１０２の外縁よりも外側に配されうる。
【００２６】
続いて、基板１０１を蒸着装置から取り出し、速やかに基板１０１の裏面１１０が上向きになるように転写装置にセットした。転写装置において、３０μｍ厚のホットメルト樹脂がコーティングされている２０μｍ厚のアルミニウム薄膜をシンチレータ１０６の上に熱転写することによって、反射層１０７を形成した。このとき、シンチレータ１０６と反射層１０７とによって構成される波長変換部１１４の厚さを厚さｔ３とすると、厚さｔ３は３００μｍとなった。
【００２７】
厚さｔ３が、凹部１１５の深さよりも厚くなった場合、裏面１１０を下にして基板１０１を置いた場合、波長変換部１１４が突出し、基板１０１の周辺領域１１２が浮いてしまう。周辺領域１１２が浮いた状態で、後述する接続端子部１０３に配線を接続する工程を行った場合、配線を接続する工程の間、基板１０１が不安定となって歩留まりが低下するなどの問題が発生する可能性がある。また、周辺領域１１２が浮いた状態の基板１０１を安定させるためには、冶具などが必要となり、製造コストが上昇してしまう可能性がある。
【００２８】
このため、波長変換部１１４の厚さｔ３は、凹部１１５の深さ、換言すると基板１０１の周辺領域の厚さｔ２から中央領域１０８の厚さｔ１を減じた厚さ以下である必要がある。つまり、基板１０１のうち中央領域１０８の厚さをｔ１［μｍ］、基板１０１のうち周辺領域１１２の厚さをｔ２［μｍ］、波長変換部１１４の厚さをｔ３［μｍ］としたとき、
ｔ３≦ｔ２−ｔ１  …  （１）
である必要がある。本実施例において、厚さｔ１＝５００［μｍ］、厚さｔ２＝２００［μｍ］、厚さｔ３＝３００［μｍ］であるため、上述の（１）式を満たす。また、本実施例において、波長変換部１１４と基板１０１の裏面１１０の周辺領域１１２との間には殆ど段差がない状態となった。
【００２９】
次に、基板１０１の表面１０９が上向きになるように転写装置にセットし、反射層１０７と同じ材料を熱転写することによって反射層１０５を形成した。これら反射層１０５、１０７は、シンチレータ１０４、１０６で生じた光を効果的に画素領域１０２に向かわせる効果のみだけでなく、シンチレータ１０４、１０６として用いるＣｓＩ：Ｔｌの防湿層としての機能も備えうる。
【００３０】
本実施例において、シンチレータ１０４、１０６にＣｓＩ：Ｔｌを用いたが、これに限られることはない。例えば、テルビウム添加酸硫化ガドリニウム（ＧＯＳ：Ｔｂ）などの粒子状のシンチレータの厚膜シートを転写することによってシンチレータ１０６を形成してもよい。
【００３１】
波長変換部１１３、１１４の形成後、基板１０１の不必要な領域を、例えば、スクライブ装置など用いて除去し、面取りを実施した後、実装装置にセットした。本実施例において、スクライブ装置による基板１０１の不必要な領域の除去および面取りの後の、凹部１１５と基板１０１の端部との距離は、６．２ｍｍとした。凹部１１５と基板１０１の端部との距離は、十分に実装の工程に耐えられる強度を保つためには少なくとも５．０ｍｍ以上が必要である。また、基板１０１の端部から画素領域１０２までの距離を鑑みると、凹部１１５と基板１０１の端部の距離は、５０ｍｍ以下であってもよい。つまり、放射線撮像装置に実装された放射線撮像パネル１００の基板の凹部１１５と基板１０１の端部との距離が、５．０ｍｍ以上かつ５０ｍｍ以下の範囲であってもよい。その後、実装装置において、列信号線、行信号線のそれぞれを放射線撮像パネル１００の外部と接続させるために、接続端子部１０３にフレキシブル配線基板を接続する外周配線接続（ＯＬＢ：Ｏｕｔｅｒ Ｌｅａｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）を行った。
【００３２】
このとき、接続端子部１０３は、十分な強度を担保できており、基板１０１が割れるなどのトラブルは発生しなかった。一方、比較例として基板の裏面に凹部を備えず、厚さが２６０μｍの同じ無アルカリガラスを基板として用い同様の試作を行った。比較例では、反射層１０７の形成時とＯＬＢの工程とにおいて、それぞれ基板が割れるなどの破損が発生した。また、基板の全体が２６０μｍと薄いため、通常の把持方法では基板に大きい反り、撓みが発生し、アレイ検査によって一部の画素など素子の破壊が確認された。一方、本実施例の基板１０１は、周辺領域１１２が厚いため、基板１０１の反りが抑制され、基板１０１の変形に起因する素子の破壊は確認されなかった。
【００３３】
上述の工程によって、図１（ａ）に示される放射線撮像パネル１００が得られた。この放射線撮像パネル１００を、フレキシブル配線基板を介して回路基板に接続し、筐体の中に配置組み立てることによって、本実施例の放射線撮像装置が得られた。回路基板は、放射線撮像パネル１００を制御するための制御部と、放射線撮像パネル１００から出力される信号を処理するための信号処理部と、を含む。
【００３４】
得られた放射線撮像装置をＲＱＡ５の線質条件で駆動し、検出量子効率（ＤＱＥ：Ｄｅｔｅｃｔｉｖｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）と光学伝達係数（ＭＴＦ：Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を測定した。図１（ａ）に示すように、放射線１１１は、基板１０１の表面１０９の側から放射線撮像パネル１００に入射させた。空間周波数２ｌｐ／ｍｍの条件において、ＤＱＥは０．７０、ＭＴＦは０．４０であった。
【００３５】
比較例として波長変換部１１３を備え、波長変換部１１４を備えていない放射線撮像パネルを含む放射線撮像装置について同様の測定を行った。比較例の放射線撮像装置のＤＱＥは０．６１０、ＭＴＦは０．４０であった。
【００３６】
このように、本実施例の放射線撮像パネル１００は、基板１０１の表面１０９および裏面１１０の両方に配されたシンチレータ１０４、１０６で放射線から変換される光を画素領域１０２に入射させることによって、高いＤＱＥを示すことが確認できた。また、基板１０１の裏面１１０の側に配されるシンチレータ１０６からの光は、基板１０１を介して画素領域１０２に入射するが、基板１０１の裏面１１０に凹部１１５を形成し、凹部１１５にシンチレータ１０６を配することによって、光路長の増加を抑制した。これによって、ＭＴＦの劣化が抑制され、本実施例の放射線撮像パネル１００を含む放射線撮像装置において、比較例の放射線撮像パネルを含む放射線撮像装置と同等のＭＴＦが実現できた。
【００３７】
第２の実施形態
図３（ａ）〜５（ｂ）を参照して、本発明の実施形態による放射線撮像パネル１００の構成について説明する。本実施形態において、上述の放射線撮像パネル１００を用いてエネルギサブトラクション画像を取得する。エネルギサブトラクションとは、高エネルギと低エネルギとの異なるエネルギの放射線を用いた放射線画像（高エネルギ画像および低エネルギ画像と呼ぶ場合がある。）を取得し、これらの差分などから、エネルギ吸収率の異なる物質を分離し、表示する方法である。例えば、骨と骨以外の組織との分離などを行うことが可能であり、診断能の向上が期待されている。高エネルギ画像および低エネルギ画像は、２回の放射線の照射によって容易に取得することが可能である。しかしながら、本実施形態の放射線撮像パネル１００は、後述するように１回の放射線照射によってエネルギサブトラクション画像が取得可能である。つまり、被曝線量を抑制可能な放射線撮像パネル１００が実現できる。
【００３８】
図３（ａ）〜３（ｃ）は、本発明の第２の実施形態による放射線撮像パネル１００の画素領域１０２の２種類の画素３００、３０１の配置を示す平面図および断面図である。画素３００には、上述の第１の実施形態と同様に、基板１０１の表面１０９の側に配されたシンチレータ１０４で生じた光と、基板１０１の裏面１１０の側に配されたシンチレータ１０６で生じた光との両方の光が入射する。一方、画素３０１には、図３（ｂ）に示されるように、シンチレータ１０４と画素３０１との間に、シンチレータ１０４で放射線から変換された光が画素３０１の光電変換素子に入射することを抑制する遮光層３０２が設けられる。つまり、画素３０１には、シンチレータ１０６で生じた光は入射するが、シンチレータ１０４で生じた光は遮光層３０２によって遮光されるため、シンチレータ１０４で生じた光の一部が入射する。シンチレータ１０４で生じた光のすべてが遮光層３０２によって遮光され、画素３０１には、シンチレータ１０６で生じた光だけが入射してもよい。このため、画素３０１は、遮光画素とも呼ばれうる。本実施形態において、遮光層３０２は、シンチレータ１０４と画素３０１との間に、シンチレータ１０４で放射線から変換された光が画素３０１に入射することを抑制するように設けられるが、これに限られることはない。遮光層３０２は、シンチレータ１０６と画素３０１との間に、シンチレータ１０６で放射線から変換された光が画素３０１に入射することを抑制するように設けられてもよい。本実施形態の放射線撮像パネル１００は、この遮光層３０２が一部の画素に設けられることが上述の第１の実施形態と異なる。これ以外の放射線撮像パネル１００の構成は、上述の第１の実施形態と同様であってもよい。
【００３９】
図１（ａ）に示されるように、放射線１１１が、放射線撮像パネル１００の基板１０１の表面１０９の側から入射する場合、シンチレータ１０６には、シンチレータ１０４よりも高エネルギの放射線が入射する。つまり、シンチレータ１０４では低エネルギの放射線が光に変換され、シンチレータ１０６では高エネルギの放射線が光に変換される。画素３００は、シンチレータ１０４およびシンチレータ１０６で放射線から変換された光、つまり高エネルギおよび低エネルギの両方の放射線に起因する信号を取得できる。また、画素３０１は、シンチレータ１０６で放射線から変換された光、つまり高エネルギの放射線に起因する信号を取得できる。これによって、本実施形態の放射線撮像パネル１００は、ワンショットで高エネルギと低エネルギとの２種類にエネルギの放射線画像を取得し、エネルギサブトラクション画像を取得することができる。本実施形態では、放射線撮像パネル１００の基板１０１の表面１０９の側から放射線が入射する場合を説明するが、放射線は基板１０１の裏面１１０の側から入射させてもよい。
【００４０】
遮光画素である画素３０１の配置パターンは、図３（ａ）に示される限りではなく、適宜設定すればよい。しかしながら、画素３０１の比率が高くなると、画素３００の画素ピッチが広がってしまい、得られる放射線画像の画質の低下を招いてしまう可能性がある。画素３０１は、周辺の画素と著しく異なる信号を出力する欠陥画素と同様に、画像補てん技術によって補うことができるが、画素３０１の比率が高くなった場合、補てん後の画質の低下が大きくなりうる。そこで、例えば、複数の画素３０１の数が、複数の画素の全体（画素３００と画素３０１との合計）の１／２以下となるように画素３００と画素３０１との配置を調整してもよい。また、画素３０１の数が、例えば、画素全体の１／３以下になるようにしてもよいし、１／４以下になるようにしてもよいし、１／５以下になるようにしてもよい。
【００４１】
また、本実施形態では、画素領域１０２に配される画素のうち一部の画素３０１に遮光層３０２が配されるが、これに限られることはない。例えば、図３（ｃ）に示されるように、画素領域１０２に配される複数の画素が画素３１０と画素３１１との２種類の遮光画素を含んでいてもよい。画素３１０において、シンチレータ１０６と画素３１０との間に、シンチレータ１０６で放射線から変換された光が画素３１０に入射することを抑制する遮光層３０２ａが配される。また、画素３１１において、シンチレータ１０４と画素３１１との間に、シンチレータ１０４で放射線から変換された光が画素３１１に入射することを抑制する遮光層３０２ｂが配される。この構成によって、放射線が基板１０１の表面１０９の側から入射する場合、ワンショットで、画素３１０は低エネルギ、画素３１１は高エネルギのそれぞれ放射線画像を生成するための信号を取得し、エネルギサブトラクション画像を取得することができる。
【００４２】
次に、本実施形態の遮光画素（画素３０１）を含む放射線撮像パネル１００の製造方法について、本実施形態の実施例を説明する。
【００４３】
まず、上述の第１の実施形態の実施例と同様に、基板１０１に、画素領域１０２および接続端子部１０３を形成した。次いで、遮光層３０２を基板１０１に形成した。本実施例では、予めフォトレジストを塗布し、パターニングすることによって、画素３０１の上に開口を有するマスクパターンを形成した。次いで、スピンコートによって低反射率クロム分散液を塗布し、現像することによって、画素３０１を覆うように遮光層３０２を形成した。本実施例において、遮光層３０２の膜厚は約１．２μｍ、可視光透過率は約１．０％であった。
【００４４】
その後、上述の第１の実施例と同様に、図２（ａ）〜（ｃ）に示されるそれぞれの工程を行うことによって、放射線撮像パネル１００を作製した。この放射線撮像パネル１００を、フレキシブル配線基板を介して回路基板に接続し、筐体の中に配置組み立てることによって、本実施例の放射線撮像装置が得られた。ただし、本実施例において、基板１０１の中央領域１０８の厚さｔ１は２５０μｍ、周辺領域１１２の厚さｔ２は５００μｍ、シンチレータ１０４の厚さは４００μｍ、シンチレータ１０６の厚さは２００μｍ、反射層１０５、１０７の厚さは５０μｍとした。したがって、上述の波長変換部１１４の厚さｔ３は２５０μｍであり、上述の（１）式を満たしている。また、本実施例においても、上述の第１の実施形態の実施例と同様に、基板１０１であるガラスの破損、撓み、反りなどの問題は発生しなかった。また、比較例として、基板の厚さが５００μｍで、凹部１１５を有さないこと以外、本実施例と同様の放射線撮像パネルを作製し、この放射線撮像パネルを搭載した比較例の放射線撮像装置を得た。
【００４５】
ここで、複数の成分を含む物質を放射線が透過した際のそれぞれの画素から出力される信号値は以下の式（２）で表される。
【００４６】
【数１】
2019148509.tif 000003
ここでＥは放射線のエネルギ、μｉは成分ｉの線減弱定数、ｔｉは成分ｉの厚み、Ｎ（Ｅ）は照射した放射線のエネルギ分布である。
【００４７】
式（２）に高エネルギおよび低エネルギのそれぞれ観測された信号値を用い、積分方程式を解くことによって、各成分の厚みｔｉを計算することができる。本実施例において、高エネルギおよび低エネルギのそれぞれの信号値は以下の通りに求めた。
高エネルギの信号値＝画素３０１で観測された信号値
低エネルギの信号値＝（画素３０１を取り囲む周辺８つの画素３００の信号値のメジアン平均値）−（画素３０１で観測された信号値）
【００４８】
図３は、シンチレータ１０４の厚さが４００μｍ、シンチレータ１０６の厚さが２００μｍの場合の、中央領域１０８の基板１０１の厚さｔ１とシンチレータ１０６の発光についての空間周波数２ｌｐ／ｍｍの条件でのＭＴＦとの関係を示す。図１（ａ）に示されるように、放射線１１１が、波長変換部１１３の側から入射し、波長変換部１１４のシンチレータ１０６で光に変換され、この光が基板１０１を透過し、画素領域１０２に届くまでのＭＴＦである。このとき、シンチレータ１０４の発光についてのＭＴＦ（放射線１１１が、波長変換部１１３の側から入射し、波長変換部１１３のシンチレータ１０４で光に変換され、この光が画素領域１０２に届くまでのＭＴＦ。）は、基板１０１の厚さｔ１が０μｍの場合と同じ値、つまり、０．３５となる。
【００４９】
高エネルギ画像と低エネルギ画像とのＭＴＦの差が広がると、エネルギサブトラクション処理を行った際に、特に高周波の成分が強調され、結果として不必要にエッジが強調された違和感のある画像となってしまう場合がある。図４に示されるように、基板１０１の厚さｔ１が５００μｍ以上となると、計算上、ＭＴＦがほぼ０になる。このため、シンチレータ１０４の発光に対するＭＴＦとの差が広がり、エネルギサブトラクション画像の画像品位が著しく低下することが予想される。また、図４から、基板１０１のうち中央領域１０８の厚さｔ１が２５０μｍである本実施例の放射線撮像装置において、ＭＴＦの差は０．２以下であることがわかる。一方、比較例の基板の厚さが５００μｍで凹部を有さない放射線撮像装置において、ＭＴＦの差は約０．３５であることがわかる。
【００５０】
図５（ａ）に、放射線源の管電圧８０ｋＶをとして撮影された手ファントムの透過画像を用い、上述の式（２）を用いて取得した本実施例の放射線撮像パネル１００を備える放射線撮像装置の骨分離画像を示す。図５（ｂ）は、同様の条件で比較例の放射線撮像パネルを備える放射線撮像装置を用いて取得した骨分離画像である。図５（ａ）から、シンチレータ１０４の発光についてのＭＴＦとシンチレータ１０６の発光についてのＭＴＦとの差が０．２以下である本実施例の放射線撮像装置において、十分に高品位な骨分離画像が得られていることがわかる。一方、ＭＴＦの差が０．３５である比較例の放射線撮像装置では、エッジが強調され違和感が強い骨分離画像であることがわかる。
【００５１】
以上より、良好なエネルギサブトラクション画像を得るためには、シンチレータ１０４の発光に応じて得られるＭＴＦとシンチレータ１０６の発光に応じて得られるＭＴＦとの差を０．２以下にすることが必要であることがわかった。また、ＭＴＦの差を０．２以下にするために、図４から、基板１０１の中央領域１０８の厚さｔ１を３００μｍ以下にする必要がある。また、よりエネルギサブトラクション画像の画質を向上するために、例えば、本実施例のように基板１０１の中央領域１０８の厚さが、２５０μｍ以下であってもよい。さらに、例えば、基板１０１の中央領域１０８の厚さが、２００μｍ以下であってもよい。ただし、基板１０１の中央領域１０８の厚さｔ１が薄くなりすぎると、基板１０１の強度が保てなくなる可能性がある。このため、例えば、基板１０１の中央領域１０８の厚さは、５０μｍ以上であってもよい。
【００５２】
以下、上述の各実施形態および各実施例の放射線撮像パネル１００が組み込まれた放射線撮像装置の応用例として、放射線撮像パネル１００が組み込まれた放射線撮像装置を用いた放射線撮像システム６００について図６を用いて説明する。
【００５３】
放射線撮像システム６００は、放射線で形成される光学像を電気的に撮像し、電気的な放射線画像（すなわち、放射線画像データ）を得るように構成される。放射線撮像システム６００は、例えば、放射線撮像装置６０１、曝射制御部６０２、放射線源６０３、コンピュータ６０４を含む。
【００５４】
放射線撮像装置６０１に放射線を照射するための放射線源６０３は、曝射制御部６０２からの曝射指令に従って放射線の照射を開始する。放射線源６０３から放射された放射線は、不図示の被険体を通って放射線撮像装置６０１に照射される。放射線源６０３は、曝射制御部６０２からの停止指令に従って放射線の放射を停止する。
【００５５】
放射線撮像装置６０１は、上述の放射線撮像パネル１００と、放射線撮像パネル１００を制御するための制御部６０５と、放射線撮像パネル１００から出力される信号を処理するための信号処理部６０６と、を含む。信号処理部６０６は、例えば、放射線撮像パネル１００から出力される信号のＡ／Ｄ変換し、コンピュータ６０４に放射線画像データとして出力してもよい。また、信号処理部６０６は、例えば、放射線撮像パネル１００から出力される信号に基づいて、放射線源６０３からの放射線の照射を停止させるための停止信号を生成してもよい。停止信号は、コンピュータ６０４を介して曝射制御部６０２に供給され、曝射制御部６０２は、停止信号に応答して放射線源６０３に対して停止指令を送る。
【００５６】
制御部６０５は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅの略。）、または、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、または、プログラムが組み込まれた汎用コンピュータ、または、これらの全部または１部の組み合わせによって構成されうる。
【００５７】
また、本実施形態において、信号処理部６０６は、制御部６０５の中に配される、または制御部６０５の一部の機能であるように示されているが、これに限られるものではない。制御部６０５と信号処理部６０６とは、それぞれ別の構成であってもよい。
【００５８】
コンピュータ６０４は、放射線撮像装置６０１および曝射制御部６０２の制御や、放射線撮像装置６０１から放射線画像データを受信し、放射線画像として表示するための処理を行いうる。また、コンピュータ６０４は、ユーザが放射線画像の撮像を行う条件を入力するための入力部として機能しうる。
【００５９】
一例として、曝射制御部６０２は、曝射スイッチを有し、ユーザによって曝射スイッチがオンされると、曝射指令を放射線源６０３に送るほか、放射線の放射の開始を示す開始通知をコンピュータ６０４に送る。開始通知を受けたコンピュータ６０４は、開始通知に応答して、放射線の照射の開始を放射線撮像装置６０１の制御部６０５に通知する。これに応じて、制御部６０５は、放射線撮像パネル１００において、入射する放射線に応じた信号を生成させる。
【００６０】
以上、本発明に係る実施形態および実施例を示したが、本発明はこれらの実施形態および実施例に限定されないことはいうまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態および実施例は適宜変更、組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１００：放射線撮像パネル、１０１：基板、１０２：画素領域、１０４，１０６：シンチレータ、１０８：中央領域、１１２：周辺領域、１１３，１１４：波長変換部、１１５：凹部
【図１】
2019148509.tif 000004
【図２】
2019148509.tif 000005
【図３】
2019148509.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2019148509.tif 000009