(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、該基材上に入射した放射線を波長変換する波長変換体層を有するシンチレータパネルであって、
前記波長変換体層は蒸着により形成され、前記基材は樹脂中に炭素繊維を含んだ構造を有しており、
前記炭素繊維が編み込まれており、
前記炭素繊維の織り目が等間隔にずらされた状態で積層され、炭素繊維の含有率が平均化されていることを特徴とするシンチレータパネル。
【請求項２】
前記基材中の前記炭素繊維の分布率が一様であることを特徴とする請求項１に記載のシンチレータパネル。
【請求項３】
前記炭素繊維の含有率の差が、２００μｍ角の領域間において１０％以内であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシンチレータパネル。
【請求項４】
前記基材に含まれる樹脂が、２００℃以上の耐熱性を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシンチレータパネル。
【請求項５】
前記樹脂はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、フッ素樹脂、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ビスマレイミド、耐熱性エポキシの中の少なくとも１つであることを特徴とする請求項４に記載のシンチレータパネル。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のシンチレータパネルと、該シンチレータパネルにおいて波長変換された後の光を検出するためのセンサーパネルとが積層されていることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項７】
前記炭素繊維または該炭素繊維が束になった繊維束の直径が前記センサーパネルの画素サイズより小さいことを特徴とする請求項６に記載の放射線撮像装置。
【請求項８】
前記センサーパネルの画素サイズ単位に対応する前記基材中の炭素繊維含有率の差が、隣接する画素間において１０％以内であることを特徴とする請求項６に記載の放射線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線を可視光に波長変換するためのシンチレータパネル及び該シンチレータパネルを用いた放射線撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、医療機業界のデジタル化が加速しており、レントゲン撮影の方式もコンベンショナルなフィルムスクリーン方式からＸ線デジタルラジオグラフィー方式へのパラダイムシフトが進んでいる。
【０００３】
例えば、図５は、特開2001-074845に記載されているＸ線デジタルラジオグラフィーの断面図である。図中、401は基板、402は光電変換素子部、403は配線部、404は電極取り出し部、405は第一の保護層、406は第二の保護層である。410は基材、411は反射層、412は波長変換体層で、413は保護層である。407は接着層、408は封止部である。前記401〜406でセンサーパネル400が、前記410〜413でシンチレータ409が構成される。このようにセンサーパネル400とシンチレータ409とを接着剤407を介して貼り合わせる構造は、センサーパネル400の素子構成やシンチレータ409の蛍光体材料の制約を受けることなく、さまざまなものを用途に応じて組み合わせることを可能としている。
【０００４】
波長変換体層としての蛍光体層は、放射線をセンサーパネルの受光領域の光へ変換する役割を持つ。例えば、CsI（ヨウ化セシウム）などが、高輝度・高解像度の特性を示すため好適に用いられる。
【０００５】
CsIを真空蒸着により基材上に形成する場合には、蒸着後アニールを行ない、そのCsIを活性化させ、CsIの発光量・解像度をコントロールする。アニール温度としては、200度以上とするのが好ましい。したがって、基材にはある程度の耐熱層を持たせるのが好ましい。あわせて、高い放射線透過率がより好ましい。これは基材がＸ線の入射に対して蛍光体層の前段に位置するためで、基材での吸収が高いと蛍光体層へ十分なＸ線が届かなくなり、その結果、蛍光体層の発光量が減り、放射線撮像装置に用いた場合に性能が低下する。その為、Ｘ線の吸収が顕著なフォトエネルギー30keV以上で90％以上のＸ線透過率が基材にとって必要である。
【０００６】
また現在実際に用いられている基材として、例えばガラスなどは耐熱性が高く、液晶用などで一般的に使用されており、価格も安価である。しかし、Ｘ線透過率が低く、特に60keV以下での透過率が急激に悪くなる。また、Alは耐熱性も高く、価格も安いが、ガラス同様にＸ線透過率が低い。これに対して、アモルファスカーボン（a-C）は耐熱性が高く、Ｘ線透過率も優れているため好ましいが、価格が高い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、a-Cよりも安価であり高性能を有する基材が期待されている。この一つの方法として、例えば炭素繊維を樹脂で固めたものを用いることが考えられるが、ただ単純に基材として炭素繊維を樹脂で固めたものを用いると、樹脂中に炭素繊維が存在する構成となるために、炭素繊維が画像として写り込んでしまうという問題点があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基材と、該基材上に入射した放射線を波長変換する波長変換体層を有するシンチレータパネルであって、前記波長変換体層は蒸着により形成され、前記基材は樹脂中に炭素繊維を含んだ構造を有しており、前記炭素繊維が編み込まれており、前記炭素繊維の織り目が等間隔にずらされた状態で積層され、炭素繊維の含有率が平均化されていることを特徴とするシンチレータパネルにより、上記課題を解決するものである。
【０００９】
更に、上記の課題は、上記のシンチレータパネルと、該シンチレータパネルにおいて波長変換された光を検出するためのセンサーパネルを有することを特徴とする放射線撮像装置においても解決される。
【００１０】
詳細は発明の実施の形態において述べることとする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
基材に炭素繊維を有する構造のものを用いた際の、炭素繊維の画像の写り込みは樹脂中に存在する炭素繊維の分布率が局所的に異なっているためであると考え、本発明では、基材中の炭素繊維の分布率が一様となるような構成としている。
【００１２】
炭素繊維を用いたCFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastics：炭素繊維強化樹脂）は、ポリアクリロニトリル（PAN）やピッチ等の原料を不活性雰囲気中で1000〜3000℃の高熱により炭素化した繊維材料である。その為、炭素繊維自体の耐熱性は高く、又炭素は原子量が１２、比重も1.7〜1.9程度である為、Ｘ線透過率も高い。炭素繊維は、その材料単体での使用より、むしろ複合材料として一般には用いられている。炭素繊維を複合材料にする際、まず多数本の炭素繊維を平行に引き揃えシート状や織物にする。その後、母材（マトリックス樹脂）に含浸させてプリプレグ（中間材料）を作り、オートクレーブ処理（加熱加圧処理）により複合材料に成形する。そのうち、母材に樹脂を用いるものは特にCFRPと言われている。また、価格は30年前には高価なものであったが、現在では、日常品に使われるなど安価な材料になっている。
【００１３】
しかし、上述したようにCsI等の蒸着用基材としてCFRPを選定するには炭素繊維含有率に注目する必要がある。
【００１４】
CsI用の基材として炭素繊維を用いる場合、炭素繊維含有率（体積含有率）のムラが重要になる。CFRPの炭素繊維の含有率は数〜数十％の様々なものがあるが、CsI用の基材として用いるには、含有率自身よりむしろムラが重要である。炭素繊維と母材のＸ線透過率差はそれほど極端な差が無い為、例えばGF（ガラスファイバー）等を用いた場合と比べ、Ｘ線画像へのムラは出にくい。しかし、炭素繊維はいわゆる繊維であるため、CFRPに均一に混ぜ込む（織り込む）のが困難である。そうするとやはり多少の炭素繊維の含有率にムラができてしまい、母材とのＸ線吸収量との差からＸ線画像にその模様が写りこんでしまう。
【００１５】
図６は、センサーパネルの画素とCFRPの炭素繊維体積含有率を示した模式図である。601がセンサーパネル一画素、602がCFRP（母材及び炭素繊維）、603が炭素繊維である。この図のように、センサーパネル一画素601に対して、各CFRP602それぞれの炭素繊維含有率604〜606を測定したところ、隣接画素との含有率差が10％以上あるときＸ線画像へ写り込むのが顕著となることがわかった。ただし、CFRPの厚さが0.1〜2.0mmの間にあり、かつ母材として耐熱性樹脂を用いた。また、炭素繊維を分散させる母材としての樹脂の耐熱性が重要であり、アニールによる蛍光体の特性を製品レベルとするためには、200℃以上が必要である。その為、母材の樹脂として以下の材料を用いるのが望ましい。
【００１６】
ポリフェニレンサルファイド（PPS）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、液晶ポリマー（LCP）、フッ素樹脂、ポリエーテルニトリル（PEN）、ポリサルホン（PSF）、ポリエーテルサルホン（PES）、ポリアリレート（PAR）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（PAI）、ポリエーテルイミド（PEI）、ビスマレイミド樹脂、耐熱性エポキシ等である。
【００１７】
次に、基材中の炭素繊維含有率を一様にする方法を説明する。CFRPを作製する方法の一つに、炭素繊維を織り、母材の樹脂を含浸させプリプレグを作り、それをオートクレーブにより加圧成形する方法がある。この方法の場合には、炭素繊維を織り込む為、必ず織り目が存在する。そして、その織り目では炭素含有率が他の部分に比べ低下する。したがって、炭素繊維の含有率をセンサーパネル一画素単位ごとに揃える必要がある。その手段を以下に示す。
【００１８】
（１）  織り目の谷をずらすこと
図１（ａ）、（ｂ）は、炭素含有率を揃える手段を示した図である。図１（ａ）の横縞及び縦縞が炭素繊維135で121が炭素繊維の織り目である。その下のグラフは上図の横縞・縦縞及び織り目の位置と対応したCFRPの炭素繊維含有率を示している。グラフから分かる通り、横縞・縦縞部では炭素繊維含有率が60％あるのに対し、織り目部分では40%まで低下している。
【００１９】
図１（ｂ）は、炭素繊維含有率を均一化する手段を示した炭素繊維（プリプレグ）の断面図である。136が１層目の炭素繊維に耐熱性樹脂を含浸させたプリプレグ、137〜141は、2〜6層目のプリプレグである。１層目〜6層目までの織り目の間隔が一定であるとすると、ある量だけずらして積層していけば炭素含有率が平均化する。このようにずらしたプリプレグをオートクレーブ処理にかけ積層することにより、炭素繊維含有率が平均化したCFRPができあがる。
【００２０】
（２）  炭素繊維の太さ
図２は、炭素繊維の含有率がセンサーパネルから見た場合に画素ごとに均一化する作用を示したものである。一般に炭素繊維の太さは、1μmから約50μmの間で作られ、それを複数本まとめ炭素繊維束にして織り込みを行う。それに対して、Ｘ線デジタルラジオグラフィー用のセンサーパネルの画素サイズは100μm〜200μm程度である。炭素繊維含有率はグラフの一画素当りすなわち、126の積分値の平均なので、センサーパネルの一画素以下の細かい織り目を作ることにより、各画素当りの、炭素繊維含有率を平均化することができ、Ｘ画像への炭素繊維の写りこみはなくなる。
【００２１】
（３）  織り目の幅
図３（ａ）、（ｂ）は、織り目の幅を小さくすることにより、センサーパネルから見た場合の炭素繊維含有率を一定にするものである。上述したようにセンサーパネルの隣接する画素どうしの炭素含有率が±10％以内にあればＸ線画像上織り目は判別出来ない。従って、炭素繊維の織り目を含んでも、他の織り目を含まない場所に比べ、炭素繊維含有率の平均が10％以内に入るように織り目幅を小さくすればよい。
【００２２】
図３（ｂ）において、例えば、織り目幅131が10μmで、炭素含有率0%、また他の場所の炭素含有率が40％で、画素サイズ133が180μmで、画素はそれを一辺とする正方形であるとき、織り目を外周部全てに含んだ最小の炭素含有率でも(180-20)2／1802×40=31.6％となり、４０−３１．６＝８．４％で、１０％以内に収まる為、Ｘ線画像には影響が出ない。
【００２３】
（４）  センサーパネルの配線部に織り目を合せること
図４にセンサーパネル固有の織り目の消し方を示す。センサーパネルには、主に光電変換部112と配線部111が画素ごとにあり、実際に光を検出するのは光電変換部のみで、配線部では光を検出しない。その為、炭素繊維の織り目134が配線部111に当るようアライメントし、貼り合せればＸ線画像に炭素繊維の織り込みの影響は出ない。
【００２４】
又、炭素繊維を織らないCFRPもある。炭素繊維をある一方向に引き揃え、それに母材樹脂を含浸させ一方向プリプレグにしたものであり、これを多層に積層させ基板にする。このようなCFRPは、織り目を持たないため、画像に繊維が現れることはない。このような、CFRPに金属反射層を形成するのだが、CFRPは炭素繊維に導電性があるため、CFRPと金属反射層の間に絶縁層を設け、金属反射層の腐食を防がなくてはならない。この絶縁層にも、耐熱性が必要で、ポリイミド（東レ：LP-62）等が用いられる。
【００２５】
また、CFRP／絶縁層／金属反射層上に金属反射層の保護層として、さらにポリイミド等の樹脂を形成してもよい。この積層した基材上に波長変換体層として、真空蒸着によりＣｓＩを形成するが、蒸着後、200℃以上に加熱し、活性化させる。
【００２６】
また、ＣｓＩは吸湿し、潮解してしまうため、基材を含め外周を保護層で覆う。保護層としては、ポリパラキシリレン樹脂（スリーボンド社製、商品名：パリレン）が好ましく、これら、波長変換体層を形成した基材をセンサーパネルに貼り合せ放射線撮像装置とする。
【００２７】
【実施例】
実施例１
図１（ａ）に、織り目における炭素繊維含有率の分布を示し、（ｂ）〜（ｆ）に、実施例１のシンチレータパネル及び該シンチレータパネルを用いた放射線撮像装置の断面図を示す。
【００２８】
図１（a）に示すように通常どおり、織り込んだ場合には、炭素繊維の織り目121の幅122が1mm有り、その部分の炭素含有率が40％であった。また、織り目以外の部分123が5mm有り、炭素繊維含有率が60％であった。また、１層のプリプレグの厚さ124が0.16mmであった。このプリプレグを１層ごと斜め４５度方向に1mmずらし、計6層にした。その際の断面を図１（ｂ）に示した。このように6層のプリプレグをずらしながら積層させ、オートクレーブ処理すると、炭素含有率が50％に平均化されたCFRP101が出来上がる。その際のCFRPの厚さ125は、0.16mm×6=0.96mmになった。また、この際の炭素繊維は、10μmのものを使用している。
【００２９】
このCFRPからなる基材１０１上に絶縁層としてポリイミド102を更にコーティングした。CFRP101／ポリイミド102上に反射層として反射率＞90％のAl103をスパッタにより形成した。CFRPは導電性であるため、反射層の腐食を防ぐ為に，絶縁層を設けていた。次に反射層の保護膜として再びポリイミド104をコーティングした。次に蛍光体層としてCsIの蒸着を行い、２００℃前後でアニールを行ない、その後CVDによりパリレンで基板全体を覆い保護層とした。これにより、CFRPを基材に用いたシンチレータパネル107が出来上がった。
【００３０】
接着剤117を介してこのシンチレータパネル107をセンサーパネル116に貼り合せ、パネル外周に封止剤118を設け、Ｘ線デジタルラジオグラフィーが完成した。
【００３１】
実施例２
図２は実施例２を説明するための図である。実施例２のCFRPは、単位画素と比較して、炭素繊維束の直径を小さくし織り目を細かくした。直径15μmの炭素繊維束を使用し、織り目の部分127の長さを10μm、他の部分128を10μmになるように格子編みを行ない、それぞれの炭素繊維含有率を織り目部において30％、その他の箇所においては60％となるように母材にポリエーテルエーテルケトン（耐熱＝260℃）を使用し含浸させた。又、センサーパネルの画素サイズ126が200μmである為、炭素繊維の含有率は45％となり、どの画素に対しても同じになった。また、その後の工程は実施例１と同様であった。完成後のＸ線検査（フォトンエネルギー30keV）では、画像中に炭素繊維模様は確認されなかった。
【００３２】
実施例３
図３（ａ）〜（ｃ）は実施例３を説明するための図である。実施例３では、センサーパネルの画素サイズ133の200μmに対して炭素繊維の織り目の幅131を２０分の１の10μmにして織り込みを行ない、また他の部分の幅132を1000μmにした。この際に、織り目部の炭素繊維含有量が0％となるようにし、他の場所で50％の炭素繊維含有率にしたので、炭素繊維含有率が最大で50％、最小で45％、５０−４５＝5％の差に収まった。母材には、ポリフェニレンサルファイド（PPS）を使用していた。完成後のＸ線検査（フォトンエネルギー30keV）では、炭素繊維模様は確認されなかった。
【００３３】
実施例４
図４は実施例４を説明するための図である。実施例４では、CFRPの炭素繊維の織り目134とセンサーパネルの配線部112を重ね合せて貼り、織り目134の影響を無くした。なお、CFRPの織り目及び配線部の幅は50μmであった。また、使用した母材は、耐熱性のエポキシ樹脂であった。また、その後の工程は実施例１と同様であった。完成後のＸ線検査（フォトンエネルギー30keV）では、炭素繊維模様は確認されなかった。
【００３４】
比較例１
比較のため、実施例１の炭素繊維の織り目をずらすことなく積層し、母材にポリイミドを使用し、CFRPを製作した。部分的に炭素繊維の織り目がＸ線画像上確認された。
【００３５】
比較例２
比較のため、炭素繊維の直径が3.0mmのものを使用し、他は実施例２と同様にしたところ、炭素繊維模様がＸ線画像で確認された。
【００３６】
比較例３
比較の為、織り目幅が300μmになるよう織り込み、その他は実施例３と同様にしたところ、炭素繊維模様がＸ線画像で確認された。
【００３７】
比較例４
比較のため、織り目と配線部を合せずにシンチレータとセンサーパネルを貼り合せたところ、Ｘ線画像で織り目の筋が確認された。
【００３８】
これらの結果を表１に示す。表１より基材中の炭素含有率を一様にすることにより、炭素繊維の画像への写り込みが低減することがわかった。
【００３９】
【表１】
0004136391.tif 000002
実施例５
図７は、実施例５の概要を示す図である。
【００４０】
実施例５のCFRPは、一方向プリプレグを用いている。
【００４１】
一方向プリプレグは、炭素繊維を一方向に揃え、母材に含浸させる為、織り目を持たない。その為、光センサー一画素当りの炭素繊維密度が均一化されるため、Ｘ線画像への写り込みがない。実施例５では、母材にポリイミド樹脂を用い、この一方向プリプレグ０°150と一方向プリプレグ９０°151を交互に各2回（計4層）積層させている。（同じプリプレグを９０°回転させて積層する。）また、その後の工程は実施例１と同様である。完成後のＸ線検査（フォトンエネルギー30keV）にでは、炭素繊維模様は確認されなかった。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、安価であり、炭素繊維によるＸ線画像に炭素繊維の写り込みが低減されたシンチレータパネル及びそれを用いた放射線撮像装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の概要を示す図である。
【図２】実施例２の概要を示す図である。
【図３】実施例３の概要を示す図である。
【図４】実施例４の概要を示す図である。
【図５】特開2001-074845に記載されているＸ線デジタルラジオグラフィーの断面図である。
【図６】センサーパネルの画素とCFRPの炭素繊維体積含有率を示した模式図である。
【図７】実施例５の概要を示す図である。
【符号の説明】
101  CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastics：炭素繊維強化樹脂）
102  ポリイミド樹脂（絶縁層）
103  アルミニウム（反射層）
104  ポリイミド樹脂（反射層保護膜）
105  CsI（ヨウ化セシウム）
106  パリレン（保護層）
107  シンチレータ
110  ガラス基板
111  光電変換素子
112  配線部
113  窒化シリコン等による第一の保護層
114  電極取り出し部
115  ポリイミド等よりなる第二の保護層
116  センサーパネル
117  熱硬化型アクリル系樹脂
118  封止材
121  炭素繊維の織り目
122  炭素繊維の織り目幅
123  炭素繊維の織り目幅以外の部分
124  プリプレグ1層の厚さ
125  CFRPの厚さ（プリプレグ6層の厚さ）
126  センサーパネル一画素の大きさ
127  炭素繊維の織り目
128  炭素繊維の織り目幅以外の部分
131  炭素繊維の織り目幅
132  炭素繊維の織り目幅以外の部分
133  センサーパネル一画素の大きさ
134  炭素繊維の織り目
400  センサーパネル
401  ガラス基板
402  光電変換素子
403  配線部
404  電極取り出し部
405  窒化シリコン等による第一の保護層
406  ポリイミド等よりなる第二の保護層
407  熱硬化型アクリル系樹脂
408  封止材
409  シンチレータ
410  アモルファスカーボンよりなる基材
411  Al薄膜等よりなる反射層
412  柱状の蛍光体よりなる蛍光体層
413  有機樹脂等よりなる保護層
【図１】
0004136391.tif 000003
【図２】
0004136391.tif 000004
【図３】
0004136391.tif 000005
【図４】
0004136391.tif 000006
【図５】
0004136391.tif 000007
【図６】
0004136391.tif 000008
【図７】
0004136391.tif 000009