(57)【要約】【課題】ＣＭＯＳセンサの特性がX線の照射によって劣化するのを抑制するととともに、撮影時にかかる重量によってイメージセンサが破損するのを防止する。【解決手段】放射線撮影装置７は、Ｘ線が照射される天板１３の内側に、低エネルギ吸収部材２０、センサパネル２５、シンチレータ２６を順に配置している。センサパネル２５は、単結晶Ｓｉからなる基板に信号出力回路が設けられた複数枚のＣＭＯＳセンサ３３からなる。低エネルギ吸収部材２０は、天板１３を透過したＸ線から、信号出力回路の特性劣化の原因となる低エネルギ成分を吸収するとともに、中央部分に収容した緩衝材２０ｂにより、天板１３に加わった衝撃や荷重によってＣＭＯＳセンサ３３が破損しないように保護している。【選択図】図２
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【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タと、
前記シンチレータで変換された光を電荷に変換する光電変換層と、前記光電変換層で変換された電荷に応じた信号を出力する信号出力回路とを含む画素部を複数有し、前記信号出力回路が単結晶の半導体基板に設けられているセンサパネルと、
前記シンチレータ及び前記センサパネルを収容する筐体本体と、前記シンチレータに対して放射線を入射させる入射面に配置された天板とを有する筐体と、
前記天板と前記センサパネルとの間に配置され、前記天板を透過した放射線の少なくとも低エネルギ成分を吸収する低エネルギ吸収部材と、
を備えたことを特徴とする放射線撮影装置。
【請求項２】
前記低エネルギ吸収部材に対し、前記センサパネル及び前記シンチレータが順に貼り合わされていることを特徴とする請求項１記載の放射線撮影装置。
【請求項３】
前記低エネルギ吸収部材は、放射線が照射される照射面の中央部よりも周縁部のほうが低エネルギ成分の吸収量が小さいことを特徴とする請求項２記載の放射線撮影装置。
【請求項４】
前記低エネルギ吸収部材は、前記照射面の中央部と周縁部との厚みが異なることを特徴とする請求項３記載の放射線撮影装置。
【請求項５】
前記低エネルギ吸収部材は、前記照射面の中央部分に凹部が設けられていることを特徴とする請求項４記載の放射線撮影装置。
【請求項６】
前記凹部内には、緩衝材が収容されていることを特徴とする請求項５記載の放射線撮影装置。
【請求項７】
前記凹部の深さは、前記照射面内の中央部から周縁部に向かって段階的に浅くなっていることを特徴とする請求項５または６記載の放射線撮影装置。
【請求項８】
前記凹部の深さは、前記照射面内の中央部から周縁部に向かって徐々に浅くなっていることを特徴とする請求項５または６記載の放射線撮影装置。
【請求項９】
前記低エネルギ吸収部材は、前記照射面の周縁部に、放射線の低エネルギ成分を吸収する放射線吸収層が設けられていることを特徴とする請求項３記載の放射線撮影装置。
【請求項１０】
前記低エネルギ吸収部材の低エネルギ成分の吸収分布に応じて放射線画像を補正する画像補正部を備えたことを特徴とする請求項２〜９いずれか記載の放射線撮影装置。
【請求項１１】
前記センサパネルは、ＣＭＯＳ型イメージセンサからなることを特徴とする請求項１〜１０いずれか記載の放射線撮影装置。
【請求項１２】
前記低エネルギ吸収部材は、放射線の照射方向に直交する面内のサイズが前記センサパネルよりも大きいことを特徴とする請求項１〜１１いずれか記載の放射線撮影装置。
【請求項１３】
前記低エネルギ吸収部材は、前記天板に貼り合わされていることを特徴とする請求項１〜１２いずれか記載の放射線撮影装置。
【請求項１４】
前記低エネルギ吸収部材の材料は、放射線発生装置から放射された放射線から少なくとも低エネルギ成分を吸収する線源フィルタと同じ材料が含まれていることを特徴とする請求項１〜１３いずれか記載の放射線撮影装置。
【請求項１５】
前記放射線の低エネルギ成分とは、放射線撮影に使用されないエネルギ成分であって、放射線発生装置から放射される放射線のエネルギ分布の１／２以下のエネルギ成分であることを特徴とする請求項１〜１４いずれか記載の放射線撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を検出して放射線画像の画像データを出力する放射線検出器を用いた放射線撮影装置に関し、更に詳しくは、放射線検出器に単結晶の半導体からなるイメージセンサを用いた放射線撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野において、画像診断を行うために、放射線、例えばＸ線を利用して被写体を撮影する放射線撮影システムが知られている。放射線撮影システムは、被写体に向けてＸ線を照射する放射線発生装置と、被写体を透過したＸ線の照射を受けて、被写体の放射線画像を撮影する放射線撮影装置とを有する。放射線撮影装置には、立位姿勢や臥位姿勢の被検者を撮影するための立位撮影台や臥位撮影台に組み込まれた据え置き型の他、偏平な形状の筐体を有する可搬型がある。可搬型の放射線撮影装置は、病室等でベッドに寝ている患者の下に挿入して撮影するような撮影方法にも用いることができる。
【０００３】
放射線撮影装置としては、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する画素部がマトリクス状に配列された検出面を有し、検出面において画素部毎に信号電荷を蓄積することで、被写体の画像情報を表す放射線画像を検出し、これをデジタルな画像データとして出力する放射線検出器を利用したものが実用化されている。
【０００４】
放射線検出器には、ＴＦＴ読出し直接型、ＴＦＴ読出し間接型、ＣＭＯＳ読出し間接型等がある。ＴＦＴ読出し直接型は、ａ−Ｓｅ（アモルファスセレン）等のＸ線を直接吸収して信号電荷に変換する材料からなる光電変換層でＸ線を受光し、ここで発生した信号電荷を、ＴＦＴスイッチを用いたＴＦＴパネルで順次選択的に読み出す方式である。また、ＴＦＴ読出し間接型は、シンチレータによりＸ線を可視光に変換した後、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）等の可視光を吸収して信号電荷に変換する材料からなる光電変換層で該可視光を受光し、この可視光によって光電変換層で発生した信号電荷を、ＴＦＴパネルで順次選択的に読み出す方式である。
【０００５】
ＣＭＯＳ読出し間接型は、シンチレータによりＸ線を可視光に変換した後、この可視光をＣＭＯＳ型のイメージセンサ（以下、ＣＭＯＳセンサという）によって光電変換して、可視光に応じた信号を読み出す方式である。シリコン等の単結晶半導体からなるＣＭＯＳセンサは、ａ−Ｓｉ等の多結晶半導体からなるＴＦＴパネルに比べて、キャリア移動度が３〜４桁以上速く、周辺回路も混載可能であり、製造時の特性（例えばＶｔｈ等）のばらつきが小さいため、高感度、高Ｓ／Ｎ、高速読み出しが必要な高画質撮影や動画撮影に適している。また、ＣＭＯＳセンサは、現在では１２インチウエハから一辺が約２００ｍｍ角のものが製造可能であるため、例えば医療用の放射線検出器のサイズとして一般的な１７インチ角の放射線検出器は、４枚のＣＭＯＳセンサを配列することにより構成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２４９６３９号公報
【特許文献２】特開２０１０−０７５５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般的にＣＭＯＳセンサの基板には単結晶Ｓｉが用いられるが、単結晶Ｓｉは脆く割れやすいため、可搬型の放射線撮影装置にＣＭＯＳセンサからなる放射線検出器を用いる場合には、患者の体重によってＣＭＯＳセンサが破損するのを防止するための保護構造が必要となり、放射線撮影装置が大型化してしまう。
【０００８】
また、単結晶ＳｉからなるＣＭＯＳセンサは、Ｘ線照射により、ＭＯＳトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈの変化や、暗電流が増加する等の特性劣化が発生することが知られている。これは、単結晶Ｓｉを用いたＭＯＳ構造では、吸収線量の増加によって半導体と酸化膜との境目の電荷（以下、界面電荷という）が増加するためである。また、放射線撮影装置に照射されるＸ線のうち、ＣＭＯＳセンサの特性劣化に影響するのは、放射線撮影に使用されないＸ線の低エネルギ成分と考えられる。すなわち、Ｘ線の高エネルギ成分は、ＣＭＯＳセンサを透過してしまうが、Ｘ線の低エネルギ成分は、ＣＭＯＳセンサを透過するだけのエネルギが無いため、ＣＭＯＳセンサに吸収されてしまい、界面電荷を増加させる可能性がある。
【０００９】
ＣＭＯＳセンサのＸ線照射による特性劣化は、被写体のサイズが放射線撮影装置の撮影範囲よりも小さい場合に、放射線検出器の検出面と被写体とが対面していない部分、いわゆる素抜け領域にＸ線が直接照射されるため、特に問題となる。
【００１０】
上記問題は、ＩＳＳ（Irradiation Side Sampling）方式、すなわち、シンチレータのＸ線が入射するＸ線入射面と放射線検出器の検出面とが対面するように、筐体内において、Ｘ線の入射側から、放射線検出器、シンチレータの順に配置される方式を採用した場合により顕著である。というのは、ＩＳＳ方式では、Ｘ線の入射側から、放射線検出器、シンチレータの順に配置されることになるため、シンチレータ、放射線検出器の順に配置され、シンチレータのＸ線入射面とは反対側の面で光を検出するＰＳＳ（Penetration Side Sampling）方式と比較して、放射線検出器に照射されるＸ線量が増えるからである。
【００１１】
特許文献１には、被写体と放射線撮影装置との間に、被写体によって散乱されたＸ線を吸収する散乱線吸収グリッドを配置するとともに、この散乱線吸収グリッドの外周に、素抜け領域に照射されたＸ線を吸収する吸収部を設けたものが開示されている。また、特許文献２には、放射線発生装置に、素抜け領域に照射されるＸ線の吸収量を増加させたフィルタを配置することが開示されている。しかし、特許文献１の吸収部及び特許文献２のフィルタともに、Ｘ線の低エネルギ成分を吸収するものではなく、撮影に必要な高エネルギ成分まで吸収してしまう。また、特許文献１、２には、ＣＭＯＳセンサの特性劣化の防止や、破損防止については開示がない。
【００１２】
本発明は、上記問題を解決するため、ＣＭＯＳセンサ等の単結晶半導体からなるイメージセンサの素抜け領域における特性劣化を抑制するととともに、撮影時にかかる重量によってイメージセンサが破損するのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の放射線撮影装置は、放射線を光に変換するシンチレータ、センサパネル、筐体及び低エネルギ吸収部材を備えている。センサパネルは、シンチレータで変換された光を電荷に変換する光電変換層と、光電変換層で変換された電荷に応じた信号を出力する信号出力回路とを含む画素部を複数有し、信号出力回路が単結晶の半導体基板に設けられている。筐体は、シンチレータ及びセンサパネルを収容する筐体本体と、シンチレータに対して放射線を入射させる入射面に配置された天板とを有している。低エネルギ吸収部材は、天板とセンサパネルとの間に配置されており、天板を透過した放射線の少なくとも低エネルギ成分を吸収する。
【００１４】
センサパネルを補強するため、低エネルギ吸収部材に対し、センサパネル及びシンチレータが順に貼り合わせてもよい。また、低エネルギ吸収部材は、放射線画像の画質維持と、信号出力回路の特性劣化の抑制とを両立するため、放射線が照射される照射面の中央部よりも周縁部の低エネルギ成分の吸収量が小さくなるように構成するのが好ましい。
【００１５】
低エネルギ吸収部材の低エネルギ成分の吸収量に面内分布を設けるため、低エネルギ吸収部材の照射面の中央部とその周縁部との厚みを異ならせてもよい。また、低エネルギ吸収部材の照射面の中央部分に、凹部を設けてもよい。低エネルギ吸収部材の凹部内には、センサパネルを保護するために緩衝材を収容してもよい。凹部の深さは、照射面内の中央部から周縁部に向かって段階的に浅くなるように構成してもよいし、照射面内の中央部から周縁部に向かって徐々に浅くなるように構成してもよい。
【００１６】
低エネルギ吸収部材の低エネルギ成分の吸収量に面内分布を設ける別の手法として、低エネルギ吸収部材の照射面の周縁部に、放射線の低エネルギ成分を吸収する放射線吸収層を設けてもよい。低エネルギ吸収部材の低エネルギ成分の吸収分布によって放射線画像が劣化するのを抑制するため、低エネルギ吸収部材の吸収分布に応じて放射線画像を補正してもよい。また、センサパネルには、例えばＣＭＯＳ型のイメージセンサを用いてもよい。低エネルギ成分が除去された放射線がセンサパネルに照射されるようにするため、低エネルギ吸収部材は、放射線の照射方向に直交する面内のサイズがセンサパネルよりも大きいことが望ましい。更に、装置全体の厚みを薄くするため、低エネルギ吸収部材は、天板に貼り合わされていることが好ましい。
【００１７】
低エネルギ吸収部材の材料は、放射線発生装置から放射された放射線から少なくとも低エネルギ成分を吸収する線源フィルタと同じ材料が含まれていることが好ましい。これによれば、線源フィルタを透過した放射線と、低エネルギ吸収部材を透過した放射線とのエネルギ分布が同じになるので、被写体を透過した放射線の低エネルギ成分が低エネルギ吸収部材によって吸収されるのを抑制することができる。
【００１８】
放射線の低エネルギ成分とは、放射線撮影に使用されないエネルギ成分であり、例えば、放射線発生装置から放射される放射線のエネルギ分布の１／２以下のエネルギ成分である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の放射線撮影装置によれば、低エネルギ吸収部材により、センサパネルに照射される放射線から少なくとも低エネルギ成分を吸収するので、単結晶の半導体基板に設けられた信号出力回路の特性劣化を抑制することができる。また、低エネルギ吸収部材にセンサパネルを貼り合わせているので、割れやすい単結晶の半導体基板を補強することができる。
【００２０】
また、低エネルギ吸収部材の放射線が照射される照射面内において、中央部の低エネルギ成分の吸収量を周縁部の吸収量よりも小さくしているので、放射線画像の画質を維持しながら、周縁部の信号出力回路に放射線が直接照射される場合の特性劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】放射線撮影システムの構成図である。
【図２】放射線撮影装置を一部破断して示す斜視図である。
【図３】放射線撮影装置の断面図である。
【図４】低エネルギ吸収部材に貼り合わされたセンサパネルを示す底面図である。
【図５】放射線検出器の構成を概略的に示す断面図である。
【図６】光電変換層の感度域及びシンチレータの発光領域を示すグラフである。
【図７】信号出力回路の構成を示す回路図である。
【図８】天板上に被写体の撮影部位が載置されている状態を示す斜視図である。
【図９】放射線撮影装置の電気系の要部構成を示すブロック図である。
【図１０】コンソール及び放射線発生装置の電気系の要部構成を示すブロック図である。
【図１１】凹部の深さを段階的に変化させた低エネルギ吸収部材の断面図である。
【図１２】凹部の深さを徐々に変化させた低エネルギ吸収部材の断面図である。
【図１３】周縁部にＸ線吸収層を設けた低エネルギ吸収部材の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に示すように、本発明を用いた放射線撮影システム５は、被写体ＨにＸ線を照射する放射線発生装置６と、被写体Ｈを透過したＸ線に基づいて放射線画像を撮影する放射線撮影装置７と、放射線発生装置６と放射線撮影装置７とを制御するコンソール８とから構成されている。
【００２３】
放射線発生装置６は、放射線源６ａと、線源フィルタ６ｂとを有する。放射線源６ａは、Ｘ線を放射するＸ線管６ｃとＸ線管６ｃが放射するＸ線の照射野を限定する照射野限定器（コリメータ）６ｄとを有している。Ｘ線管６ｃは、熱電子を放出するフィラメントからなる陰極と、陰極から放出された熱電子が衝突してＸ線を放射する陽極（ターゲット）とを有している。照射野限定器６ｄは、例えば、Ｘ線を遮蔽する複数枚の鉛板を井桁状に配置し、Ｘ線を透過させる照射開口が中央に形成されたものであり、鉛板の位置を移動することで照射開口の大きさを変化させて、照射野を限定する。
【００２４】
線源フィルタ６ｂは、放射線原６ａから放射されたＸ線から、被写体Ｈの透過時に散乱して放射線画像の劣化原因となりやすい低エネルギ成分を除去する。線源フィルタ６ｂには、放射線撮影に用いられるＸ線の高エネルギ成分を透過させ、低エネルギ成分のみを吸収する性質を有する材料が用いられる。このような材料としては、例えばアルミニウムが好適である。
【００２５】
なお、本実施形態におけるＸ線の高エネルギ成分及び低エネルギ成分とは、Ｘ線管６ｃから放射されるＸ線のエネルギ分布によって異なる。例えば、Ｘ線管６ｃの管電圧が７０ｋＶであり、Ｘ線管６ｃから放射されるＸ線の最大エネルギが７０ＫｅＶ程度であるときには、Ｘ線のエネルギ分布はおおよそ１５〜７０ＫｅＶとなる。本実施形態では、Ｘ線のエネルギ分布の１／２以下、例えば１５〜４０ＫｅＶを低エネルギ成分とし、それ以上を高エネルギ成分としている。
【００２６】
図２に示すように、本発明に係る放射線撮影装置７は、全体形状がおよそ箱形で、矩形状の上面が放射線の照射面１１とされた筐体１２を備えている。筐体１２は、照射面１１が設けられている天板１３と、天板１３以外の筐体本体１４とからなり、例えば筐体本体１４はＡＢＳ樹脂等から構成され、天板１３は例えばカーボン等から構成されている。これにより、天板１３による放射線の吸収を抑制しつつ、天板１３の強度が確保される。なお、筐体１２は、放射線により感光材料に画像を記録する構成を備えた旧来のカセッテと同サイズである。したがって、放射線撮影装置７は当該カセッテと同様に可搬性を有し、当該カセッテに代えて同様な放射線撮影を行なえるようになっている。
【００２７】
放射線撮影装置７の照射面１１には、複数個のＬＥＤからなり、放射線撮影装置７の動作モード(例えば「レディ状態」や「データ送信中」等)やバッテリの残容量等の動作状態を表示するための表示部１６が設けられている。なお、表示部１６は、ＬＥＤ以外の発光素子で構成してもよいし、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示手段で構成してもよい。また、表示部１６は、照射面１１以外の部位に設けてもよい。
【００２８】
放射線撮影装置７の筐体１２内には、照射面１１に対面するように、被写体Ｈを透過したＸ線を検出するパネル状の放射線検出器１９が配置されている。また、天板１３と放射線検出器１９との間には、天板１３を透過したＸ線の少なくとも低エネルギ成分を吸収するとともに、天板１３に加えられた荷重や衝撃等から放射線検出器１９を保護する低エネルギ吸収部材２０が配置されている。
【００２９】
筐体１２の内部には、照射面１１の短手方向に沿った一端側に、マイクロコンピュータを含む各種の電子回路や、充電可能かつ着脱可能なバッテリ(二次電池)を収容するケース２３が配置されている。放射線検出器１９を含む放射線撮影装置７の各種電子回路は、ケース２３内に収容されたバッテリから供給される電力によって作動する。筐体１２内のうちケース２３の照射面１１側には、ケース２３内に収容された各種電子回路がＸ線の照射に伴って損傷することを回避するため、鉛板等からなる放射線遮蔽部材が配設されている。
【００３０】
図３に示すように、低エネルギ吸収部材２０は、天板１３の内面に全面にわたって接着剤によって貼り合わされている。また、低エネルギ吸収部材２０の下面には、放射線検出器１９が接着剤によって貼り合わされている。このように、天板１３に低エネルギ吸収部材２０及び放射線検出器１９を貼り合わせることにより、放射線撮影装置７を薄型化し、かつ低エネルギ吸収部材２０により放射線検出器１９を補強することができる。なお、低エネルギ吸収部材２０は、放射線検出器１９が貼り合わせられるようにするため、放射線検出器１９と同等もしくはより大きな外形サイズを有することが好ましい。
【００３１】
放射線検出器１９は、放射線が照射される方向に沿って、照射面１１側からセンサパネル２５及びシンチレータ２６が積層された構成を有している。シンチレータ２６の下面には、シンチレータ２６の形成時に用いられる蒸着基板２７が配置されている。放射線検出器１９の外周には、シンチレータ２６を湿気等から保護するために封止剤２８が設けられている。筐体１２内の底面には、制御基板２９が配置されている。制御基板２９とセンサパネル２５とは、フレキシブルケーブル３０を介して電気的に接続されている。
【００３２】
シンチレータ２６は、被写体Ｈを透過して筐体１２の照射面１１に照射され、天板１３及びセンサパネル２５を透過して照射されたＸ線を吸収して光を放出する。シンチレータ２６としては、例えばＣｓＩ：Ｔｌ(タリウムを添加したヨウ化セシウム）)や、ＣｓＩ：Ｎａ(ナトリウム賦活ヨウ化セシウム)、ＧＯＳ(Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ)等の材料を用いることができる。本実施形態では、シンチレータ２６として、蒸着基板２７にＣｓＩ：Ｔｌを蒸着することにより、蒸着基板２７からセンサパネル２５に向かう光出射方向に沿って、複数の柱状結晶を形成している。柱状結晶は、その平均径が柱状結晶の長手方向に沿っておよそ均一である。
【００３３】
シンチレータ２６で発生した光は、柱状結晶のライトガイド効果によって柱状結晶内を進行し、センサパネル２５へ射出される。その際に、センサパネル２５側へ射出される光の拡散が抑制されるので、放射線撮影装置７によって検出される放射線画像のボケが抑制される。また、シンチレータ２６の深部に到達した光は、蒸着基板２７の内面に設けられ反射層によってセンサパネル２５側へ反射されるので、センサパネル２５に入射される光量（シンチレータ２６で発光された光の検出効率）が向上する。
【００３４】
なお、本実施形態では、シンチレータ２６の放射線照射面側にセンサパネル２５が配置されているが、シンチレータとセンサパネルとをこのような位置関係で配置する方式は、「表面読取方式（ＩＳＳ：Irradiation Side Sampling)」と称する。シンチレータは、Ｘ線入射側がより強く発光するので、シンチレータのＸ線入射側にセンサパネルを配置する表面読取方式（ＩＳＳ）は、シンチレータのＸ線入射側と反対側にセンサパネルを配置する「裏面読取方式(ＰＳＳ：Penetration Side Sampling)」よりもセンサパネルとシンチレータの発光位置とが接近することから、撮影によって得られる放射線画像の分解能が高く、またセンサパネルの受光量が増大することで、結果として放射線撮影装置の感度が向上する。
【００３５】
図４に示すように、センサパネル２５は、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素部がマトリクス状に配列されたＣＭＯＳ型イメージセンサ（以下、ＣＭＯＳセンサという）３３を、４枚並べて大面積化したものである。ＣＭＯＳセンサ３３は、例えば一辺の長さが２００ｍｍ程度の大きな矩形状を有し、医療用の放射線検出器のサイズとして一般的な１７インチ角の放射線検出器を４枚のＣＭＯＳセンサ３３によって構成することができる。
【００３６】
ＣＭＯＳセンサ３３の基板には、単結晶の半導体であるシリコンが用いられている。したがって、ａ−Ｓｉ等の多結晶半導体からなるＴＦＴパネルに比べ、キャリア移動度３〜４桁以上速く、周辺回路も混載可能であり、製造時の特性（例えばＶｔｈ等）のばらつきが小さいため、高感度、高Ｓ／Ｎ、高速読み出しが必要な高画質撮影や動画撮影に適している。
【００３７】
図５に示すように、ＣＭＯＳセンサ３３は、単結晶Ｓｉからなる基板及びこの基板上に形成された絶縁層からなる信号出力層３４と、信号出力層３４に複数の画素部毎に分離して形成された第１電極３５、第１電極３５の下に形成された複数の画素部で共通の一枚構成の光電変換層３６と、光電変換層３６の下に形成された複数の画素部で共通の一枚構成の第２電極３７とを備えている。シンチレータ２６は、第２電極３７の下面に接着剤により貼り合わされている。
【００３８】
画素部に含まれる第１電極３５と、この第１電極３５と平面視上重なる位置にある光電変換層３６及び第２電極３７とにより、光電変換素子３８（図７参照）が構成される。この光電変換素子３８では、第１電極３５及び第２電極３７間にバイアス電圧を印加することで、光電変換層３６で発生した信号電荷を第１電極３５まで移動させ、ここから該信号電荷を信号出力層３４に取り出すことができるようになっている。
【００３９】
第２電極３７には、その下方より、シンチレータ２６で変換された可視光が入射される。第２電極３７は、そこに入射された光（本実施形態では可視光）を光電変換層３６に入射させる必要があるため、入射光に対して透明な導電性材料（例えばＩＴＯ）で構成される。第２電極３７は、全画素部で共通の一枚構成であるが、画素部毎に分割してあってもよい。
【００４０】
光電変換層３６は、シンチレータ２６と組み合わせて用いることにより、Ｘ線に応じた信号電荷を発生することができるものである。光電変換層３６は、可視光を吸収して、吸収した光量に応じた信号電荷を発生する有機又は無機の光電変換材料で構成される。無機の光電変換材料としては、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）が挙げられる。また、有機の光電変換材料としては、例えばキナクリドンが挙げられる。図６に示すように、キナクリドンからなる有機光電変換材料（ＯＰＣ）の感度は、ＣｓＩ：Ｎａや、単結晶Ｓｉ（ｃ−Ｓｉ）等に比べて、ＣｓＩ：Ｔｌからなるシンチレータ２６が発生する可視光の波長域と近いため、高い検出効率を得ることができる。なお、高画質撮像及び動画撮像を可能にするためには、光電変換層３６の材料としてキャリア移動度が速く且つ製造バラつきの少ない有機の光電変換材料を用いることが好ましい。
【００４１】
信号出力層３４内には、信号出力回路４１が各光電変換素子３８に対応して設けられている。信号出力回路４１は、対応する光電変換素子の光電変換層３６で発生して第１電極３５に移動した信号電荷を、その信号電荷量に応じた電圧信号に変換し、信号出力線Ｓにより外部に出力するものであり、例えば公知のＣＭＯＳ回路が用いられている。信号出力回路４１と第１電極３５との間は、コンタクト配線４２によって電気的に接続されており、第１電極３５で捕集された信号電荷は、コンタクト配線４２を介して信号出力回路４１に移動される。
【００４２】
図７に示すように信号出力回路４１は、蓄積された信号電荷をリセットするためのＭＯＳトランジスタであるリセットトランジスタ４４と、蓄積された信号電荷を電圧信号に変換して出力するためのＭＯＳトランジスタである出力トランジスタ４５と、出力トランジスタ４５から出力される電圧信号を信号出力線Ｓに選択的に出力するためのＭＯＳトランジスタである行選択トランジスタ４６と、それらを駆動するためのリセット線Ｒ、行選択線Ｌ等を含む。
【００４３】
信号出力回路４１のうち、リセット線Ｒ、行選択線Ｌ、信号出力線Ｓは一般にアルミニウムで形成されるためＸ線の影響を受けないが、リセットトランジスタ４４、出力トランジスタ４５、及び行選択トランジスタ４６は、単結晶のシリコンで形成されるため、Ｘ線照射により、閾値電圧Ｖｔｈの変化や、暗電流が増加する等の特性劣化が発生する。これは、単結晶Ｓｉを用いたＭＯＳ構造では、吸収線量の増加によって半導体と酸化膜との境目の電荷（以下、界面電荷という）が増加するためである。このＸ線照射によるＭＯＳトランジスタの特性劣化を抑制するため、本実施形態では、センサパネル２５を覆うように低エネルギ吸収部材２０を配置している。
【００４４】
低エネルギ吸収部材２０は、天板１３を透過したＸ線から、少なくとも、ＭＯＳトランジスタの特性劣化に影響する低エネルギ成分を吸収する。Ｘ線の高エネルギ成分は、ＣＭＯＳセンサ３３を透過してしまうが、Ｘ線の低エネルギ成分は、ＣＭＯＳセンサ３３を透過するだけのエネルギが無く、ＣＭＯＳセンサ３３に吸収されてしまうため、ＭＯＳトランジスタの界面電荷を増加させる可能性がある。
【００４５】
低エネルギ吸収部材２０は、放射線撮影に用いられるＸ線の高エネルギ成分をあまり吸収せず、低エネルギ成分を多く吸収する性質を有する材料によって形成された板状体であり、例えばアルミニウムやガラスによって構成されている。なお、低エネルギ吸収部材２０の部材は、上述した線源フィルタ６ｂと同じ材料、または線源フィルタ６ｂと同じ材料が含まれている材料を用いるのが好ましい。線源フィルタ６ｂと低エネルギ吸収部材２０とに同じ材料を用いることにより、線源フィルタ６ｂを透過したＸ線と、低エネルギ吸収部材２０を透過したＸ線とのエネルギ分布が同じになるので、被写体Ｈを透過したＸ線の低エネルギ成分が低エネルギ吸収部材２０によって吸収されるのを抑制することができ、Ｘ線利用のロスが少なくなる。
【００４６】
図８に示すように、放射線撮影装置７を用いた放射線撮影では、被写体Ｈの撮影部位が放射線検出器１９の撮影範囲よりも小さい場合が多く、更にその被写体Ｈの撮影部位は放射線検出器１９の撮影範囲の中央に配置された状態で撮影されることがほとんどである。そのため、被写体Ｈの撮影部位が配置される中央部分の周縁部は、被写体Ｈを介さずにＸ線が直接照射される素抜け領域となり、ＣＭＯＳセンサ３３の特性劣化が発生しやすい。したがって、放射線検出器１９に照射されるＸ線は、放射線画像の画質に影響する中央部分はＸ線量の低下が少なく、素抜け領域にあたる周縁部は、ＣＭＯＳセンサ３３の特性が劣化しにくくなるように少なくともＸ線の低エネルギ成分が低下されていることが望まれる。
【００４７】
上記のような課題を解決するため、低エネルギ吸収部材２０は、図２及び図３に示すように、天板１３側の面の中央部分に凹部２０ａを設け、中央部とその周縁部との厚みを異ならせることにより、中央部のＸ線の吸収量を周縁部よりも少なくし、周縁部ではＣＭＯＳセンサ３３の特性が劣化しないように、少なくともＸ線の低エネルギ成分を吸収できるようにしている。これによれば、放射線画像の画質低下とＣＭＯＳセンサ３３の特性劣化とを同時に抑制することができる。
【００４８】
上述したように、天板１３上に被写体Ｈの撮影部位が載置された状態で撮影が行なわれる際には、天板１３に被写体Ｈの荷重が加わる。センサパネル２５を構成するＣＭＯＳセンサ３３の基板には、割れやすい材質である単結晶Ｓｉを使用しており、その厚みも数十μｍ程度であるため、天板１３に加わった被写体Ｈの荷重によって破損しないような保護構造を必要とする。特に、４枚のＣＭＯＳセンサ３３を使用するセンサパネル２５では、センサパネル２５の中央部に衝撃や荷重が加わると、４枚全てのＣＭＯＳセンサ３３が破損することがあり、修理コストが非常に大きくなる。
【００４９】
このような課題を解決するため、本実施形態では、天板１３とセンサパネル２５との間に配置した低エネルギ吸収部材２０によってセンサパネル２５を補強するとともに、低エネルギ吸収部材２０の凹部２０ａ内に緩衝材２０ｂを収容することにより、天板１３の中央部に加わった荷重や衝撃を吸収するようにしている。緩衝材としては、スポンジやゴム等を用いることができる。
【００５０】
図９は、放射線撮影装置７の構成を示すブロック図である。放射線撮影装置７は、上述した放射線検出器１９等の他、信号処理部５０、画像メモリ５１、制御部５２、無線通信部５３、電源部５４等を備えている。信号処理部５０は、センサパネル２５の各画素部から出力された電圧信号を増幅する増幅器、マルチプレクサ、Ａ／Ｄ(アナログ／デジタル)変換器等を備えており、センサパネル２５から出力された電圧信号をデジタルの画像データに変換する。
【００５１】
また、信号処理部５０は、低エネルギ吸収部材２０によるＸ線の低エネルギ成分の吸収分布に応じて放射線画像を補正する画像補正部５０ａを備えている。低エネルギ吸収部材２０は、中央部と周縁部とで厚みが異なることにより中央部と周縁部とで低エネルギ吸収量が異なるため、低エネルギ吸収部材２０を透過したＸ線に基づく放射線画像にもその影響が表れる。画像補正部５０ａは、低エネルギ吸収部材２０の低エネルギ成分の吸収分布に応じて画像データを補正することにより、画像データにより表される放射線画像から低エネルギ吸収部材２０の吸収分布による影響を取り除く。
【００５２】
信号処理部５０には画像メモリ５１が接続されており、信号処理部５０の画像補正部５０ａから出力された画像データは画像メモリ５１に順に記憶される。画像メモリ５１は複数フレーム分の画像データを記憶可能な記憶容量を有しており、放射線画像の撮影が行われる毎に、撮影によって得られた画像データが画像メモリ５１に順次記憶される。
【００５３】
画像メモリ５１は、放射線撮影装置７全体の動作を制御する制御部５２と接続されている。制御部５２は、マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵ５２ａ、ＲＯＭ及びＲＡＭを含むメモリ５２ｂ、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリ等からなる不揮発性の記憶部５２ｃを備えている。
【００５４】
また、制御部５２には無線通信部５３が接続されている。無線通信部５３は、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers)８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ等に代表される無線ＬＡＮ(Local Area Network)規格に対応しており、無線通信による外部機器との間での各種情報の伝送を制御する。制御部５２は、無線通信部５３を介してコンソール８(図１０参照)と無線通信が可能とされており、コンソール８との間で各種情報の送受信が可能とされている。
【００５５】
また、放射線撮影装置７には電源部５４が設けられており、上述した各種電子回路(信号処理部５０、画像メモリ５１、制御部５２、無線通信部５３等)は電源部５４と各々接続され(図示省略)、電源部５４から供給された電力によって作動する。電源部５４は、放射線撮影装置７の可搬性を損なわないように、前述のバッテリ(二次電池)を内蔵しており、充電されたバッテリから各種電子回路へ電力を供給する。信号処理部５０、画像メモリ５１、制御部５２、無線通信部５３は、上述したケース２３内、もしくは制御基板２９に設けられている。
【００５６】
図１０に示すように、コンソール８はコンピュータからなり、装置全体の動作を司るＣＰＵ５７、制御プログラムを含む各種プログラム等が予め記憶されたＲＯＭ５８、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ５９、及び、各種データを記憶するＨＤＤ６０を備え、これらはバスを介して互いに接続されている。またバスには、通信Ｉ／Ｆ部６１及び無線通信部６２が接続され、ディスプレイ６３がディスプレイドライバ６４を介して接続され、更に、操作パネル６５が操作入力検出部６６を介して接続されている。
【００５７】
通信Ｉ／Ｆ部６１は接続端子６１ａ、通信ケーブル６９及び放射線発生装置６の接続端子７０ａを介して、放射線発生装置６の通信Ｉ／Ｆ部７０と接続されている。コンソール８(のＣＰＵ５７)は、放射線発生装置６との間での曝射条件等の各種情報の送受信を通信Ｉ／Ｆ部６１経由で行う。無線通信部６２は放射線撮影装置７の無線通信部５３と無線通信を行う機能を備えており、コンソール８(のＣＰＵ５７)は放射線撮影装置７との間で、画像データ等の各種情報の送受信を無線通信部６２経由で行う。また、ディスプレイドライバ６４はディスプレイ６３への各種情報を表示させるための信号を生成・出力し、コンソール８(のＣＰＵ５７)はディスプレイドライバ６４を介して操作メニューや撮影された放射線画像等をディスプレイ６３に表示させる。また、操作パネル６５は複数のキーを含んで構成され、各種の情報や操作指示が入力される。操作入力検出部６６は操作パネル６５に対する操作を検出し、検出結果をＣＰＵ５７へ通知する。
【００５８】
放射線発生装置６は、放射線源６ａと、コンソール８との間で曝射条件等の各種情報の送受信を行う通信Ｉ／Ｆ部７０と、コンソール８から受信した曝射条件(この曝射条件には管電圧、管電流の情報が含まれている)に基づいて放射線源６ａを制御する線源制御部７２とを備えている。
【００５９】
次に本実施形態の作用を説明する。放射線撮影装置７を使用して放射線画像の撮影を行う場合、撮影者（例えば放射線技師等）は、被写体Ｈの撮影対象部位と撮影台との間に、照射面１１側を上方へ向けた放射線撮影装置７を挿入し、向きや位置等を調整する準備作業を行う。
【００６０】
図８に示すように、天板１３の上に被写体Ｈの撮影部位が直接載置される場合、天板１３には被写体Ｈの撮影部位を載置する際の衝撃や荷重が加わるが、この衝撃や荷重は低エネルギ吸収部材２０及び緩衝材２０ｂによって吸収されるので、センサパネル２５のＣＭＯＳセンサ３３が破損することはない。
【００６１】
撮影者は、準備作業が完了すると、操作パネル６５を操作して撮影開始を指示する。これにより、コンソール８では、曝射開始を指示する指示信号を放射線発生装置６へ送信し、放射線発生装置６は放射線源６ａから放射線を射出させる。放射線源６ａから射出されたＸ線は、線源フィルタ６ｂにより低エネルギ成分が吸収され、被写体Ｈの撮影部位を透過して放射線撮影装置７の照射面１１に照射され、天板１３、低エネルギ吸収部材２０及びセンサパネル２５を透過してシンチレータ２６に照射される。
【００６２】
天板１３を透過したＸ線は、低エネルギ吸収部材２０により低エネルギ成分が吸収されるので、Ｘ線の低エネルギ成分がセンサパネル２５に吸収されることによる各ＣＭＯＳセンサ３３の特性劣化を抑制することができる。特に、低エネルギ吸収部材２０は、中央部よりも周縁部の厚みが厚くされているため、周縁部の素抜け領域にＸ線が直接照射されることによる特性劣化を効果的に抑制することができる。また、低エネルギ吸収部材２０は、中央部の厚みが周縁部よりも薄くされているため、被写体Ｈの撮影部位を透過したＸ線が必要以上に吸収されることがなく、放射線画像の劣化を発生させない。
【００６３】
シンチレータ２６に照射されたＸ線は、シンチレータ２６のＸ線の入射面近傍、すなわちセンサパネル２５の近傍で大部分が光に変換され、センサパネル２５に向かう。また、シンチレータ２６で発生した光のうち、蒸着基板２７側に向かった光は、蒸着基板２７の反射層により反射されてセンサパネル２５に向かう。これにより、撮影によって得られる放射線画像の分解能が高く、またセンサパネル２５の受光量が増大することで、結果として放射線撮影装置７の感度が向上する。また、シンチレータ２６からセンサパネル２５に向かう光は、ＣｓＩ：Ｔｌからなるシンチレータ２６の柱状結晶によってガイドされるので、画像ボケが抑制される。
【００６４】
シンチレータ２６で変換された可視光は、第２電極３７を透過して光電変換層３６に入射し、ここで信号電荷に変換される。露光終了後、光電変換層３６で発生した信号電荷が信号出力回路４１によって電圧信号に変換され、この電圧信号が各画素から順次出力される。出力された電圧信号は、信号処理部５０により画像データに変換される。画像補正部５０ａは、低エネルギ吸収部材２０によるＸ線の低エネルギ成分の吸収分布に応じて画像データを補正し、補正後の画像データを画像メモリ５１に記憶させる。ＣＰＵ５２ａは、画像メモリ５１に記憶された画像データを無線通信部５３によってコンソール８へ送信する。コンソール８のＣＰＵ５７は、放射線撮影装置７から受信した画像データを、ＲＡＭ５９を介してＨＤＤ６０に記憶する。また、ＣＰＵ５７は、ディスプレイドライバ６４を介して、ＨＤＤ６０に記憶されている画像データからなる放射線画像をディスプレイ６３に表示させる。
【００６５】
上述したように、低エネルギ吸収部材２０により、センサパネル２５に照射されるＸ線から少なくとも低エネルギ成分が吸収されるので、ＣＭＯＳセンサ３３の特性劣化を抑制することができる。また、低エネルギ吸収部材２０の中央部と周縁部との低エネルギ成分の吸収量を異ならせているので、放射線画像の画質を維持しながら、素抜け領域におけるＣＭＯＳセンサ３３の特性劣化を抑制することができる。更に、低エネルギ吸収部材２０及び緩衝材２０ｂにより天板１３に加わる衝撃や荷重を受けることができるので、センサパネル２５の破損を防止することができる。これらの効果は、Ｘ線照射側にセンサパネル２５が配置されるＩＳＳタイプの放射線検出器１９において、特に顕著な効果を得ることができる。
【００６６】
上記実施形態では、低エネルギ吸収部材２０に、深さが一定の凹部２０ａを設けたが、図１１に示すように、周縁部に近づくにしたがって段階的に深さが浅くなる凹部２０ｄや、図１２に示すように、周縁部に近づくにしたがって徐々に深さが浅くなる凹部２０ｅを用いてもよい。また、図１３に示すように、低エネルギ吸収部材２０の一方の面に、周縁部を被覆するようにＸ線吸収層２０ｆを設けてもよい。Ｘ線吸収層２０ｆとしては、Ｘ線の低エネルギ成分の吸収に優れた金属層が好ましく、例えば原子番号が２０〜３１程度の金属が該当する。
【００６７】
また、低エネルギ吸収部材２０の凹部２０ａを天板１３側に設けたが、センサパネル２５側に設けてもよい。更に、低エネルギ吸収部材２０のＸ線吸収により放射線画像の画質が劣化しない場合には、低エネルギ吸収部材２０から凹部を省略してもよい。この場合、凹部内に収容される緩衝材も省略されることになるが、低エネルギ吸収部材２０だけでもセンサパネル２５の破損を防止することはできる。
【００６８】
また、低エネルギ成分吸収部材２０により、Ｘ線の低エネルギ成分を吸収したが、ＣＭＯＳセンサの特性劣化がＸ線の高エネルギ成分によっても生じる場合には、低エネルギ成分吸収部材２０によりＸ線の高エネルギ成分も吸収するようにしてもよい。
【００６９】
上記ＣＭＯＳセンサにフレキシブル性を付与するため、ＣＭＯＳセンサを、プラスチックフイルム上に形成された有機薄膜トランジスタによって構成してもよい。なお、有機薄膜トランジスタについては、「Tsuyoshi Sekitani、「Flexible organic transistors and circuits with extreme bending stability」、Nature Materials 9、平成２２年１１月７日、p.1015-1022」において詳細に説明されているので、詳しい説明は省略する。
【００７０】
また、上記ＣＭＯＳセンサにフレキシブル性を付与するため、フレキシブル性を有するプラスチック基板上に、単結晶Ｓｉによって形成されたフォトダイオード及びトランジスタを配置した構成を用いてもよい。プラスチック基板上へのフォトダイオード及びトランジスタの配置には、例えば、数十ミクロン程度の大きさのデバイスブロックを溶液中で散布し、任意の基板上の必要な位置に配置する技術であるFluidic Self-Assembly(FSA)法を用いることができる。なお、ＦＳＡ法については、「前澤宏一、「Fluidic Self-Assemblyのための共鳴トンネルデバイスブロック作製技術」、電子情報通信学会技術研究報告 ED,電子デバイス、社団法人電子情報通信学会、平成２０年６月６日、１０８巻、８７号、p.67-71」において詳細に説明されているので、詳しい説明は省略する。
【００７１】
上記実施形態では、ＣＭＯＳセンサを例に説明したが、本発明は、ＣＭＯＳセンサと同じく単結晶の半導体基板を使用しており、Ｘ線の照射によって特性劣化が発生するＣＣＤイメージセンサを用いる放射線撮影装置にも適用することができる。また、ＩＳＳタイプの放射線検出器を例に説明したが、本発明は、ＰＳＳタイプの放射線検出器にも適用可能である。更に、本発明は、光電変換層によってＸ線を電荷に変換する直接変換型の放射線検出器にも適用が可能である。
【００７２】
また、放射線検出器をカセッテサイズの筐体に組み込む例について説明したが、立位型、臥位型の撮影装置や、マンモグラフィ装置に組み込むことも可能である。また、放射線としてＸ線を例に説明したが、本発明は、γ線など、Ｘ線以外の放射線を使用するものでもよい。その他、上記の実施形態で説明した本発明に係る放射線撮影装置の構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７３】
５  放射線撮影システム
６  放射線発生装置
６ｂ  線源フィルタ
７  放射線撮影装置
１９  放射線検出器
２０  低エネルギ吸収部材
２０ａ  凹部
２０ｂ  緩衝材
２５  センサパネル
２６  シンチレータ
３３  ＣＭＯＳセンサ
４１  信号出力回路
３６  光電変換層
【図１】
2012247401.tif 000003
【図２】
2012247401.tif 000004
【図３】
2012247401.tif 000005
【図４】
2012247401.tif 000006
【図５】
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【図６】
2012247401.tif 000008
【図７】
2012247401.tif 000009
【図８】
2012247401.tif 000010
【図９】
2012247401.tif 000011
【図１０】
2012247401.tif 000012
【図１１】
2012247401.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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