(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を光に変換するシンチレーション材料を有する内側シンチレーションファイバ（１２０）と該内側シンチレーションファイバを包囲する外側放射線吸収クラッド（１４０）とを含む複数の放射線吸収ファイバ（１３０）を含んでなるシンチレータ（１１８）であって、
前記内側シンチレーションファイバ（１２０）が第一の放射線吸収効率を有していて、前記外側放射線吸収クラッド（１４０）が第二の放射線吸収効率を有しており、実効原子番号（Ｚ）が５０よりも大きい物質を含有する高密度ガラスであり、第二の放射線吸収効率が第一の放射線吸収効率よりも大きく、
前記内側シンチレーションファイバ（１２０）が前記高密度ガラスよりも低密度のガラス材料からなり、
前記内側シンチレーションファイバ（１２０）が前記外側放射線吸収クラッド（１４０）を介さずに前記放射線を受ける面を備え、
前記外側放射線吸収クラッド（１４０）が前記内側シンチレーションファイバ（１２０）を介さずに前記放射線を受ける面を備え、
内側シンチレーションファイバ（１２０）が、ガラスシンチレーションファイバコア（１２４）と該ガラスシンチレーションファイバコア（１２４）の屈折率よりも低い屈折率を有するガラスクラッド（１２６）とを備え、該ガラスクラッド（１２６）が、光の内部反射の臨界角を増大させる、
シンチレータ（１１８）。
【請求項２】
外側放射線吸収クラッド（１４０）が、光電効果により放射線を吸収し、内側シンチレーションファイバ（１２０）内で光に変換される複数の電子シャワー（Ｓ）を生じるように作用し得る、請求項１記載のシンチレータ（１８）。
【請求項３】
内側シンチレーションファイバ（１２０）がコンプトン散乱により放射線を吸収するように作用し得るものであり、外側放射線吸収クラッド（１４０）が内側シンチレーションファイバ（１２０）内でのコンプトン散乱に由来する放射線を吸収するように作用し得る、請求項１又は２記載のシンチレータ（１８）。
【請求項４】
外側放射線吸収クラッド（１４０）がさらに光吸収物質を含んでなる、請求項１乃至３のいずれかに記載のシンチレータ（１８）。
【請求項５】
内側シンチレーションファイバ（１２０）がシンチレーション材料をドープした低密度ガラス材料からなり、外側放射線吸収クラッド（１４０）がバリウム（Ｚ＝５６）、白金（Ｚ＝７８）、鉛（Ｚ＝８２）又はこれらの組合せを含有する高密度ガラス材料からなる、請求項１乃至４のいずれかに記載のシンチレータ（１８）。
【請求項６】
内側シンチレーションファイバ（１２０）が発光性テルビウム付活ガラス材料及び発光性ガドリニウム付活ガラス材料のうちの少なくとも１種からなり、外側放射線吸収クラッド（１４０）が酸化鉛ガラス材料からなる、請求項５記載のシンチレータ（１８）。
【請求項７】
基板（１２）と、感光性イメージングアレイ（１４）と、
感光性イメージングアレイ（１４）に隣接して配置された、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシンチレータ（１８、１１８）とを含んでなる放射線イメージャ（１０）。
【請求項８】
シンチレータ（１１８）の製造方法であって、当該方法が、
放射線を光に変換するシンチレーション材料を有する内側シンチレーションファイバ（１２０）と該内側シンチレーションファイバ（１２０）を包囲する外側放射線吸収クラッド（１４０）とを含む複数の放射線吸収ファイバ（１３０）を含むバンドルであって、シンチレーションファイバ（１２０）が第一の放射線吸収効率を有していて、外側放射線吸収クラッド（１４０）が第二の放射線吸収効率を有しており、実効原子番号（Ｚ）が５０よりも大きい物質を含有する高密度ガラスであり、第二の放射線吸収効率が第一の放射線吸収効率よりも大きいバンドルを用意し、
バンドルを引き延ばして複数の放射線吸収ファイバの断面積を縮小し、
引き延ばしたバンドルを複数のセクションに切断し、
複数のセクションを集合して多数の平行な放射線吸収ファイバ（１３０）を有するシンチレータ（１１８）を形成する
ことを含み、
前記内側シンチレーションファイバ（１２０）が前記高密度ガラスよりも低密度のガラス材料からなり、
前記内側シンチレーションファイバ（１２０）が前記外側放射線吸収クラッド（１４０）を介さずに前記放射線を受ける面を備え、
前記外側放射線吸収クラッド（１４０）が前記内側シンチレーションファイバ（１２０）を介さずに前記放射線を受ける面を備え、
内側シンチレーションファイバ（１２０）が、ガラスシンチレーションファイバコア（１２４）と該ガラスシンチレーションファイバコア（１２４）の屈折率よりも低い屈折率を有するガラスクラッド（１２６）とを備え、該ガラスクラッド（１２６）が、光の内部反射の臨界角を増大させる、方法。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシンチレータ（１１８）の製造方法であって、当該方法が、
放射線を光に変換するシンチレーション材料を有する内側シンチレーションファイバ（１２０）と該内側シンチレーションファイバ（１２０）を包囲する外側放射線吸収クラッド（１４０）とを含む複数の放射線吸収ファイバ（１３０）を含むバンドルを用意し、
バンドルを引き延ばして複数の放射線吸収ファイバの断面積を縮小し、
引き延ばしたバンドルを複数のセクションに切断し、
複数のセクションを集合して多数の平行な放射線吸収ファイバ（１３０）を有するシンチレータ（１１８）を形成する
ことを含んでなる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して放射線イメージングに関するものであり、さらに具体的には、放射線を可視光に変換して感光性イメージングアレイに当てることによる放射線イメージングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射線イメージャは通常、感光性イメージングアレイと結合したシンチレータを有している。光ファイバシンチレータのようなシンチレータに吸収された放射線は光子を放出し、光子は感光性イメージングアレイに入る。複数のフォトダイオードのような感光性イメージングアレイは入射光子束に対応する電気信号を発生する。各フォトダイオードは、フォトダイオードに集めた電荷を読みとることができるように回路に接続されている。
【０００３】
光ファイバシンチレータ又は光ファイバプレートシンチレータは、略平行に配列した多数のガラスシンチレーションファイバから形成される。各ガラスファイバのコアにはシンチレーション材料がドープされ、ガラスファイバはＸ線等の放射線で励起されると発光する。各ガラスファイバの表面は光学指数の低い非発光性ガラス材料で被覆される。
【０００４】
ガラスシンチレーションファイバのコアでの放射線吸収に応答してシンチレータで発生した光は等方的に放出される。ファイバの光学的臨界角未満の角度で放出された光は反射されて、ガラスファイバ内を伝送され、好ましくは光ファイバシンチレータの感光性イメージングアレイに向いた表面から出るようにされる。ファイバの光学的臨界角よりも大きな角度で放出された光はガラスファイバの側面から出て、他の感光性イメージングアレイに当たって検出されることがある。後者のような光、すなわちいわゆる「光学的クロストーク」は画像の質を損なう。
【０００５】
光ファイバシンチレータは一般に、例えば約５０〜約８０ＫｅＶのエネルギーをもつＸ線を用いた医学用イメージングに適しているが、高エネルギー、例えば約１００ＫｅＶ以上のＸ線を用いる部品の非破壊検査のような産業用イメージング用途に使用するには多数の欠点がある。
【０００６】
例えば、高エネルギーＸ線を阻止し吸収するためガラスシンチレーションファイバの密度を増すと、シンチレータの輝きすなわち輝度が低下してしまう。特に、シンチレーション材料をドープした高密度ガラスファイバは通常、低密度ガラスファイバと比べて吸収放射線の光子への変換効率に劣る。
【０００７】
さらに、高エネルギーＸ線を阻止し吸収するためシンチレータの厚さを増すと、光学的クロストークが増大し、その結果検出画像の質がやはり落ちてしまう。
【０００８】
光ファイバシンチレータの底面に光が到達する前に迷光を吸収するため、非発光性の黒色又は着色ガラスファイバ、いわゆるＥＭＡ(extramural absorber)ファイバが用いられており、例えば複数のガラスシンチレーションファイバの間に散在させている。しかし、ＥＭＡファイバは光学的クロストークを低減してシンチレータの解像度を改善するものの、光ファイバシンチレータの底の撮像面に達する光子数が減るので画像の輝きすなわち輝度も低下する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、医学用イメージング用及び高エネルギー放射線を用いる産業用イメージング用の高解像度・高輝度シンチレータが必要とされている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、放射線を光に変換するシンチレーション材料を含む第一の複数の放射線吸収エレメントと、該複数の発光エレメントの間に散在する第二の複数の放射線吸収エレメントとを有するシンチレータを提供する。第一の複数の放射線吸収エレメントは第一の放射線吸収効率を有しており、第二の複数の放射線吸収エレメントは、第一の放射線吸収効率よりも大きい第二の放射線吸収効率を有している。
【００１１】
本発明の別の態様では、感光性イメージングアレイとそれに隣接して配置した上記のシンチレータとを有する放射線イメージャが提供される。
【００１２】
本発明のさらに別の態様では、シンチレータの製造方法は、放射線を光に変換するシンチレーション材料を有する第一の複数の放射線吸収エレメントと、第一の複数の発光エレメントの間に散在する第二の複数の放射線吸収エレメントとを含むバンドルを用意し、バンドルを引き延ばして第一の複数の放射線吸収エレメントと第二の複数の放射線吸収エレメントの断面積を縮小し、引き延ばしたバンドルを複数のセクションに切断し、複数のセクションを集合して多数の平行な第一及び第二放射線吸収エレメントを有するシンチレータを形成することを含む。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の放射線イメージャの一例１０の一部分の断面図である。放射線イメージャ１０は、感光性イメージングアレイ１４が載置された基板１２と、感光性イメージングアレイ１４と光学的に結合した光ファイバシンチレータ１８とを含んでいる。望ましくは、感光性イメージングアレイ１４とシンチレータ１８との間には感光性イメージングアレイ１４を保護するバリヤー層１６が配置される。以下詳しく説明する通り、シンチレータ１８は、例えば医学用イメージング用及び望ましくは約１００ＫｅＶ以上のエネルギーを有するＸ線等の高エネルギー放射線を用いる産業用イメージング用の高解像度・高輝度のシンチレータを提供する。
【００１４】
感光性イメージングアレイ１４は、通常は基板１２上に縦横の列に配列した複数の感光エレメント又は感光性撮像領域を含んでいる。例えば、各感光性撮像領域は通常、底部接触パッドの上で上部導電層の下に配置されたフォトダイオードを含んでいる。この上部導電層は一般に、インジウム・スズ酸化物などのような透明な導電材料を含んでいる。適切な感光性イメージングアレイは米国特許第５４０１６６８号に詳細に開示されている。
【００１５】
光ファイバシンチレータ１８は入射放射線の吸収に応答して光子又は可視光を放出する。放出された可視光は次にバリヤー層１６を通して感光性イメージングアレイ１４に当たる。この光の衝突で生ずる電圧レベルを周期的に読み取り、デジタルデータに変換する。感光性イメージングアレイ１４は、例えば適切な外部電気回路、例えばデータラインや薄膜トランジスター（ＴＦＴ）によって動作させることができる。
【００１６】
図２及び図３に、第一の複数の放射線吸収エレメント２０とこれら第一の複数の放射線吸収エレメント２０の間に散在させた第二の複数の放射線吸収エレメント４０とを含む光ファイバシンチレータの一例１８を詳細に示す。この例のシンチレータでは、第一の複数の放射線吸収エレメント及び第二の複数の放射線吸収エレメントが列をなした複数の平行ファイバからなる。
【００１７】
例えば、複数の放射線吸収エレメント２０は第一の複数のシンチレーションファイバを含んでおり、各シンチレーションファイバは第一の屈折率をもつシンチレーションコア２４を含んでおり、このコアはクラッド２６で囲まれており、クラッドは第二の低い屈折率を有しているのが望ましい。コア２４はシンチレーション材料をドープした低密度ガラスからなるのが望ましい。例えば、シンチレーションファイバはテルビウム又はガドリニウム付活ケイ酸塩ガラスシンチレーションコアとケイ酸塩ガラスクラッドとを含み得る。有利なことに、低密度ガラスを用いることで、このシンチレーション材料では、吸収した放射線から光子への変換率が高密度ガラスを用いた場合よりも高くなる。
【００１８】
第二の複数の放射線吸収エレメント４０は、例えば、高密度ガラスからなる複数の非発光性ファイバを含む。この高密度ガラスも光を吸収する光吸収剤でドープされているのが望ましい。有利なことに、この高密度ガラスにより、複数のシンチレーションファイバと比較して放射線吸収効率が大きくなる。
【００１９】
適切な高密度ガラスには、フリントガラス又は酸化鉛を含有する鉛結晶が包含される。他の適切な高密度ガラスとしては、実効原子番号（Ｚ）が望ましくは５０よりも大きいガラス、例えばバリウム（Ｚ＝５６）、白金（Ｚ＝７８）、鉛（Ｚ＝８２）又はこれらの組合せを含有する高密度ガラスがある。ケイ酸塩ガラスとして、高密度ガラスは、ケイ酸塩ガラス約６０〜約８０％と、原子番号が５０よりも大きい１種以上の物質約２０〜約４０％とからなるのが望ましい。光を吸収するのに適した光吸収性物質として、例えば高密度ガラスに鉄やコバルトを配合したものがある。
【００２０】
シンチレーションファイバよりも放射線吸収率（例えば、単位体積当たりの測定材料に吸収されたＸ線）の大きい非発光性ファイバを設けることによって、従来技術のシンチレータよりも、シンチレータの放射線吸収を増し、シンチレータの照度を高め、シンチレータの解像度を増すことができる。
【００２１】
シンチレーションファイバ中で、撮像放射線の吸収は主としてコンプトン散乱相互作用による。すなわち、Ｘ線エネルギーの一部が電子に与えられ、結果としてエネルギーの低下したＸ線が生じる（すなわちコンプトンＸ線）。図３に最も明瞭にみられるように、Ｘ線Ａはシンチレータ１８の上面に入り、シンチレーションファイバのコア２４内の点Ｐで吸収され、コンプトンＸ線とエネルギーを受け取った電子とを生じ、この電子がシンチレーションファイバ中のシンチレーション材料と相互作用して光子、例えば光線Ｌ１及びＬ２を放出する。臨界角よりも大きな角度で放出された光線Ｌ１はコア２４内で内側に反射され、シンチレータ１８の底面から出ていく。臨界角よりも大きな角度で放出された光線Ｌ２はシンチレーションファイバを貫通し、高密度ガラスファイバによって吸収されるまで隣接するシンチレーションファイバを通り続ける。
【００２２】
複数の高密度ガラスファイバの別の機能は、高密度ガラスファイバに吸収されるまでシンチレーションファイバ中を移動するコンプトンＸ線（例えばコンプトンＸ線Ｒ）を吸収することである。これらのコンプトンＸ線、すなわち「コンプトンＸ線クロストーク」は、他の場合には、シンチレータ内での行程が非常に長く（例えば、多数のファイバ直径を横切り）、シンチレータの解像度を低下させる。望ましくは、高密度ガラスファイバと低密度シンチレーションファイバとの比は約１〜２である。
【００２３】
複数の高密度ガラスファイバのさらに別の機能は、シンチレータの放射線阻止能を増大することである。例えば、高密度ガラスファイバと相互作用するＸ線Ｂは高エネルギーの電子シャワーＳを生成し、これが隣接シンチレーションファイバ中で相互作用して光線、例えば光線Ｌ３を発生し、この光線がシンチレータの輝き又は輝度を増大する。高エネルギーＸ線、例えば１００ＫｅＶによる電子シャワーの電子範囲は約５０〜約１００ミクロンのオーダーである。したがって、ファイバのサイズが２０ミクロンのオーダーであると、ほとんどの電子が高密度ガラスファイバを逃れ、ガラスシンチレーションファイバ中で光を発生する。
【００２４】
図４及び図５に、複数の二重クラッド放射線吸収性ファイバ１３０を有する別の実施形態の光ファイバシンチレータ１１８を示す。各放射線吸収性ファイバ１３０は外側の放射線吸収性クラッド１４０に囲まれた内側のシンチレーションファイバ１２０をもっている。内側シンチレーションファイバ１２０は、光の内部反射の臨界角を増大させるように光学指数の低いガラスクラッド１２６を有するガラスシンチレーションファイバコア１２４からなるのが望ましい。外側の放射線吸収性クラッド１４０は既に詳細に述べたように高密度ガラスからなるのが望ましい。また同様に既に述べたように、高密度ガラスクラッドはシンチレーションファイバの臨界角の外側に放出された光を吸収するように光学吸収剤がドープされているのが望ましい。
【００２５】
二重クラッド放射線吸収性ファイバのシンチレータ１１８は２つの利点を有する。第一に、高密度ガラスがシンチレーションファイバにより近接しているので高エネルギーの電子シャワーが効率的にシンチレーションファイバと結合する。第二に、このシンチレータでは１種類のファイバのみを必要とするのでシンチレータの製造プロセス（以下に述べる）が簡単になる。
【００２６】
本発明のシンチレータの製造方法では、比較的少数のエレメントからバンドルを形成し、熱と機械的手段を用いて密なバンドルを形成し、次いでバンドルを引き延ばして直径を減少させ、そのファイババンドルを複数のセクションに切断し、それらのセクションを集合して多数のファイバとし、これを加熱溶融してスラブに切断する。
【００２７】
図４及び図５に示したシンチレータの場合、最初の二重クラッド放射線吸収性ファイバを形成するには、例えば、シンチレーションファイバを光学指数の低いガラスチューブの内側に挿入した後、その全体を高密度ガラスチューブ中に挿入する。次に、全体を、ファイババンドルに集合させる前か後のいずれかで加熱し引き延ばして直径を小さくする。
【００２８】
以上、本発明の様々な実施形態について例示し説明して来たが、当業者には本発明の思想と範囲から逸脱することなく多くの変更と修正ができることが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放射線イメージャの一例の一部分の断面側面図である。
【図２】図１に示したシンチレータの拡大上面図である。
【図３】図２の３−３線に沿うシンチレータの拡大断面図である。
【図４】本発明の別のシンチレータの上面図である。
【図５】図４に示したシンチレータを形成する繊維の一つの拡大断面側面図である。
【符号の説明】
１０  イメージャ
１４  イメージングアレイ
１８，１１８  シンチレータ
２０，１２０  発光エレメント
４０，１４０  放射線吸収エレメント
１３０  放射線吸収ファイバ
【図１】
0004686023.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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