(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密性を改善した固体Ｘ線システム１０であって、
ガラス基材パネル５２と、
該ガラス基材パネル５２に結合されているアモルファス・シリコン・アレイ５０と、
該アモルファス・シリコン・アレイ５０に結合されているシンチレータ５４と、
該シンチレータ５４に結合されているオプティクラッド層５６であって、該オプティクラッド層５６は、第１の金属層及び酸化チタン層を備えたプラスチックの支持シートを備えており、前記第１の金属層を備えた前記プラスチックの支持シートを備え、前記酸化チタン層を含まない外側部分７０を有し、前記シンチレータ５４を前記外側部分７０及び前記ガラス基材パネル５２の内部に封止するように、第一のシーラントを用いて前記ガラス基材パネル５２に固着されている、オプティクラッド層５６と、
該オプティクラッド層５６に結合されているカバー５８であって、前記オプティクラッド層５６を当該カバー５８及び前記ガラス基材パネル５２の内部に封止するように、エポキシ・シーラント５９を用いて前記ガラス基材パネル５２に固着されているカバー５８と
を備え、
前記第一のシーラントは、前記ガラス基材パネル５２に結合されている絶縁層７６と、前記オプティクラッド層５６の外側部分７０と前記絶縁層７６との間において該絶縁層７６に結合されている第２の金属層とを含んでいる、固体Ｘ線システム１０。
【請求項２】
前記第一のシーラントはエポキシ・シーラント７４を含んでいる請求項１に記載のＸ線システム。
【請求項３】
前記第２の金属層が前記オプティクラッド層５６の外側部分７０と前記絶縁層７６との間にレーザ溶接されている請求項１に記載のＸ線システム。
【請求項４】
前記絶縁材７６はポリイミド材料を含んでおり、前記第２の金属層の金属はニッケル及び金から成る群から選択される請求項３に記載の固体Ｘ線システム。
【請求項５】
気密性を改善した固体Ｘ線システム１０であって、
ガラス基材パネル５２と、
該ガラス基材パネル５２に結合されているアモルファス・シリコン・アレイ５０と、
該アモルファス・シリコン・アレイ５０に結合されているシンチレータ５４と、
該シンチレータ５４に結合され、第１の金属層及び酸化チタン層を備えたプラスチックの支持シートを備えているオプティクラッド層５６と、
該オプティクラッド層５６に結合され、アルミニウム内側面６５を備えているカバー５８と、
金属フレーム９０であって、前記シンチレータ５６を前記カバー５８、当該金属フレーム９０及び前記ガラス基材パネル５２の内部に封止するように、前記カバー５８に固着されていると共に前記ガラス基材パネル５２に溶接又は半田付けにより固着されている金属フレーム９０とを備えた固体Ｘ線システム１０。
【請求項６】
前記金属フレームは、第一のシーラントにより前記ガラス基材パネル５２に固着されており、前記第一のシーラントは、前記ガラス基材パネル５２に結合されている絶縁層９４と、該絶縁層９４に結合されている金属９６層であって、前記金属フレーム９０と前記絶縁層との間にレーザ溶接されている金属９６層とを含んでいる請求項５に記載のＸ線システム。
【請求項７】
前記金属フレーム９０は、ニッケル及び金を含む群から選択される金属９３を用いて前記カバーのアルミニウム内側面６５に溶接されている請求項６に記載のＸ線システム。
【請求項８】
前記金属フレーム９０は、ニッケル及び金を含む群から選択される金属９３を用いて前記カバー５８のアルミニウム内側面６５に半田付けされている請求項６に記載のＸ線システム。
【請求項９】
前記金属フレーム９０に用いられる金属の組成は、当該金属フレーム９０が前記ガラス基材パネル５２に固着された際の熱応力を最小限にするために前記ガラス基材パネル５２に近い線膨張率を有する請求項５に記載のＸ線システム。
【請求項１０】
ガラス基材パネル５２とカバー５８とを有する固体Ｘ線検出器１０のシンチレータ５４に対する湿分損傷を減少させる又は解消する方法であって、
前記カバー５８及び前記ガラス基材パネル５２の内部に前記シンチレータ５４を封入するのに用いられる封止の気密性を高める工程を備え、
前記気密性を高める工程は、前記シンチレータ５４を当該オプティクラッド層５６及び前記ガラス基材パネル５２の内部に封入するように、前記ガラス基材パネル５２にオプティクラッド層５６の外側部分７０を封止接着する工程を含んでおり、
該オプティクラッド層５６は、第１の金属層及び酸化チタン層を備えたプラスチックの支持シートを備えており、
前記外側部分７０は前記第１の金属層を備えた前記プラスチックの支持シートを備え、前記酸化チタン層を含まず、
前記ガラス基材パネル５２にオプティクラッド層５６の外側部分７０を封止接着する工程は、前記ガラス基材パネル５２に絶縁材７６層を付着させる工程と、該絶縁材７６に第２の金属層を付着させる工程と、前記オプティクラッド層５６の外側部分に前記第２の金属層をレーザ溶接する工程とを含んでおり、前記シンチレータ５４を前記オプティクラッド層５６及び前記ガラス基材パネル５２の内部に封入する、方法。
【請求項１１】
前記ガラス基材パネル５２にオプティクラッド層５６の外側部分７０を封止接着する工程は、前記シンチレータ５４を当該オプティクラッド層５６及び前記ガラス基材パネル５２の内部に封入するように、エポキシ・シーラント７４により前記ガラス基材パネル５２にオプティクラッド層５６の外側部分７０を固着する工程を含んでいる請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ガラス基材パネル５２とカバー５８とを有する固体Ｘ線検出器１０のシンチレータ５４に対する湿分損傷を減少させる又は解消する方法であって、
前記カバー５８及び前記ガラス基材パネル５２の内部に前記シンチレータ５４を封入するのに用いられる封止の気密性を高める工程を備え、
前記気密性を高める工程は、
金属フレーム９０を設ける工程と、
前記カバー５８のアルミニウム内側面６５に前記金属フレーム９０を溶接又は半田付けにより固着する工程と、
前記シンチレータ５４を前記カバー５８、前記金属フレーム９０及び前記ガラス基材パネル５２の内部に封入するように、前記ガラス基材パネル５２に前記金属フレーム９０を固着する工程とを含んでいる、
方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的には、固体Ｘ線検出器に関し、さらに具体的には、固体Ｘ線検出器用の改良型シンチレータ封止（sealing）に関する。
【０００２】
【発明の背景】
Ｘ線検出器は、医療診断撮像、治療、様々な医学的試験及び材料分析の業界で不可欠のものとなっている。Ｘ線検出器の一範疇では、エネルギ検出工程の一部として、シンチレータ物質を用いてＸ線フォトンを可視光スペクトルのフォトンへ変換する。これらのシンチレータ物質はＣｓＩ等のイオン塩であり、吸湿性である。ＣｓＩは針状結晶の結晶物質である。この結晶は隣接したガラス基材パネルの平面に対して垂直に配向しており、短い光ファイバとして作用して、結晶から発する光フォトンが、ＣｓＩ層の内部で伝播するのではなく、結晶の終端から放出されて隣接する光検出器に確実に入射するようにしている。検出器は封止されており、湿分がシンチレータに吸収されないようにしている。湿分は、シンチレータの結晶構造に悪影響を及ぼして、画像検出器の画質を劣化させる可能性がある。加えて、可視光スペクトルのフォトンを電気信号へ変換する画像検出器の固体電子回路もまた、腐蝕及び結果的な性能低下を防止するために湿分から保護しなければならない。
【０００３】
事実上ゼロの湿分拡散を可能にする完全気密性封止（ハーメチック・シール）は一般的には、湿分に対するバリアとして作用する金属又はガラス等の無機物質を必要とする。有機物質、例えばエポキシ接着剤及びシーラントは完全気密性を提供するのではなく、寧ろ湿分の拡散速度を小さくするものであって、拡散速度は、有機物質の形成法、湿分が透過して拡散に到るのに必要な経路長、及び当該有機物質が封止している表面に対する有機物質の接着品質に依存する。エポキシ・シーラント及び接着剤を半気密性封止と呼ぶ。
【０００４】
半気密性封止を形成するのに用いられる現在の方法では、エポキシ・シーラントを用いて画像検出器の最上層にカバーを取り付けている。カバーは、エポキシ母材を含ませたグラファイト・ファイバ・クロスの片面又は両面にアルミニウムの薄層を付着させて製造される複合材構造板から成っている。アルミニウム層は、検出器に隣接して配置されて、検出器の表面積の全体にわたって気密性バリアを形成する。このカバーはエポキシ封止によってガラス製検出器基材に結合されて、カバーの各辺に半気密性バリアを形成する。このように、Ｘ線画像検出器は平坦なパネルから成っており、その一方の面はガラスによって封止され、一方の面はアルミニウムによって封止され、各辺はエポキシによって封止されている。カバー及び検出器層の内部には、シンチレータ及びOpticlad層（オプティクラッド層）が収容されている。Opticlad層は、金属（典型的には銀又は金）層及び酸化チタン（ＴｉＯ）層を備えたプラスチックの支持シートから成っており、この層が存在しなければ無駄になっていたであろうような可視光スペクトルを、該可視光スペクトルを検出する検出器のダイオード層に反射し返す作用をする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
シンチレータ層の厚みが増すにつれて、エポキシが半気密層を提供すべき面積も正比例して増大する。エポキシ・シールは完全気密性ではないので、面積の増大により、十分量の湿分が透過して検出器を損傷する確率が高まる。また、相対的に厚いシンチレータ層に必要とされるエポキシ・シーラントの塗工には時間がかかる。
【０００６】
従って、カバーと基材との間で固体Ｘ線検出器用のシンチレータを封止する方法を改善できると極めて望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固体Ｘ線画像検出器用のシンチレータの気密性封止を改善する幾つかの異なる方法を提案する。
【０００８】
一実施形態では、Opticlad層のＴｉＯコーティングが存在していない部分を拡張する。Opticlad層のこの部分の金属外側層をガラス基材パネルに向けて撓曲させてエポキシ・シーラントでガラス基材パネルに結合し、これにより、シンチレータと外部湿分との間に第二の半気密性封止を形成する。
【０００９】
もう一つの実施形態では、パネル上の封止に用いられる区域に絶縁層を付着させる。この絶縁層の上に、レーザ溶接時に再流動化し得る金属層を付着させる。次いで、ガラス・パネルの上面の金属層にOpticlad層の金属層をレーザ溶接し、これにより、シンチレータと外部湿分との間に第二の気密性封止を形成する。
【００１０】
第三の実施形態では、金属フレームを作製して、グラファイト・カバーの内側アルミニウム面に封止接着する。金属フレームは好ましくはKovar（商標）等の合金であり、所要の封止の長さ及び幅を有しており、シンチレータの断面と近似的に等しい矩形断面を有する。金属フレームがエポキシ封止の体積の殆どと置き換わるので、湿分が透過拡散するエポキシの断面積が相対的に小さくなる。
【００１１】
第四の実施形態もまた金属フレームを用いるものであり、溶接の容易なニッケル又は金等の金属をグラファイト複合材カバーのアルミニウムに付着させる。次いで、付着した金属層に直接金属フレームを溶接又は半田付けして、上述の第三の実施形態のエポキシ封止と対比的に、金属フレームを取り付けたカバー層を形成する。これにより、第三の実施形態で用いられているエポキシの約二分の一が不要となるので、この実施形態でもやはり、湿分が透過拡散するエポキシの露出断面積が減少する。
【００１２】
第五の実施形態は、第三の実施形態及び第四の実施形態の原理を基礎として、金属フレームとガラス基材パネルとの間に、溶接又は半田付けすることのできる絶縁層及び金属層をさらに加えたものである。この方法では、エポキシ封止は完全に不要となり、従って、湿分拡散の問題も解消する。
【００１３】
本発明のその他の目的及び利点は、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲、並びに添付図面を参照すると明らかとなろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１について説明する。イメージング・システム１０、例えばＸ線イメージング・システムが、光検出器アレイ１２とＸ線源１４とを含んでいるものとして示されている。Ｘ線源１４は、患者２０の区域１８を透過する区域型Ｘ線ビーム１６を形成するようにコリメートされている。ビーム１６は、患者２０の内部構造（図示されていない）によって減弱されて、Ｘ線ビーム１６の軸に垂直な平面の一定区域にわたって全体的に延在する検出器アレイ１２によって受光される。
【００１５】
検出器アレイ１２は好ましくは、列又は行を成して配列されている複数の検出器素子又はピクセル（図１には示されていない）を有する固体パネル構成で作製されている。当業者には理解されるように、列及び行の配向は任意である。但し、説明を簡単にするために、行が水平に延在し、列が垂直に延在するものとする。各々のピクセルは、フォトダイオードのような光センサを含んでおり、光センサは、切り換えトランジスタ（電界効果トランジスタすなわちＦＥＴ）を介して二つの別個のアドレス線、一つの走査線、及び一つのデータ線に結合されている（図１には示されていない）。シンチレータ物質（図４〜図８の参照番号５４に示す）及びピクセル光センサに入射した放射線は、フォトダイオードに跨がる電荷の変化によって、Ｘ線とシンチレータとの相互作用による発光の量を測定値として与える。結果として、各々のピクセルが、入射したＸ線ビーム１６の患者２０による減弱後の強度を表わす電気信号を発生する。
【００１６】
システム１０はまた、Ｘ線源１４及び検出器アレイ１２に電気的に接続されている取得制御及び画像処理回路３０を含んでいる。さらに明確に述べると、回路３０はＸ線源１４を制御してＸ線源をオン及びオフにすると共に、管電流、従ってビーム１６におけるＸ線のフルエンス、及び／又は管電圧を制御し、これにより、ビーム１６におけるＸ線のエネルギを変化させる。一実施形態では、取得制御及び画像処理回路３０はデータ取得システム（ＤＡＳ）３２を含んでおり、ＤＡＳは、検出器アレイ１２からのデータをサンプリングすると共に後続の処理のためにデータ信号を伝送する１以上のＤＡＳモジュールすなわち回路（図１には示されていない）を有している。各々のＤＡＳモジュールが複数のドライバ・チャネル又は複数の読み出しチャネルを含んでいてよい。取得制御及び画像処理回路３０は、ＤＡＳからサンプリングされたＸ線データを受け取って、各々のピクセルのデータに基づいて画像を形成し、モニタすなわち陰極線管Ｘ線表示器３６に画像を表示する。
【００１７】
図２に示すように、光検出器アレイ１２は、ガラス基材パネル５２に結合されているアモルファス・シリコン・アレイ５０から成る。アモルファス・シリコン・アレイ５０は、光センサ及び切り換えトランジスタを含む一連のピクセルすなわち検出器素子で構成されている。ピクセルは、入射したＸ線の減弱後の強度を表わす電気信号を発生する。
【００１８】
シンチレータ５４及びOpticlad層（図３の参照番号５６に示す）が、アモルファスシリコン・アレイ５０の上面に積層されて、カバー（図３の参照番号５８に示す）内に収容されている。シンチレータ５４物質はヨウ化セシウム（ＣｓＩ）等のイオン塩であり、吸湿性である。ＣｓＩは針状結晶の結晶物質である。この結晶はガラス基材パネル５２の平面に対して垂直に配向しており、短い光ファイバとして作用して、結晶から発する光フォトンが、ＣｓＩ層の内部で伝播するのではなく、結晶の終端から放出されてアモルファス・シリコン・アレイ５０に確実に入射するようにしている。シンチレータ５４が吸湿すると、ＣｓＩの結晶構造が損なわれて、画像検出器の画質が劣化する。
【００１９】
Opticlad層５６は、金属（典型的には銀又は金）層及び酸化チタン（ＴｉＯ）層を備えたプラスチックの支持シートから成っており、この層が存在しなければ無駄になっていたであろうような可視光スペクトルを、該可視光スペクトルを検出するアモルファス・シリコン・アレイ５０のダイオード層に反射し返す作用をする。
【００２０】
カバー５８は、エポキシ母材を含ませたグラファイト・ファイバ・クロスの片面（図６の参照番号６５に示す内側層）又は両面にアルミニウムの薄層を付着させて製造される複合材構造板から成っている。
【００２１】
図３は、カバー５８をガラス基材パネル５２に結合する従来技術による封止機構を示す。カバー５８は、ポリマー・シーラント、好ましくはエポキシ・シーラント５９を用いてガラス基材５２に封止接着される。カバー５８のアルミニウム層及びエポキシ・シーラント５９が協働して、カバー５８及びガラス基材５２の内部に収容されているシンチレータ５４物質を保護する湿分バリアを形成する。しかしながら、エポキシ・シーラント５９は半気密性であるため、一定量の湿分が経時的にエポキシ・シーラントを透過して拡散し、シンチレータ５４物質の結晶構造を損なう可能性がある。シーラントを透過する湿分の拡散量は多くの要因に依存しており、これらの要因としては、シーラントに用いられるポリマー材の種類、及びシーラントの断面積等があるがこれらに限定されない。エポキシ・シーラント５９は拡散速度が小さいため好適である。
【００２２】
図４〜図８は、本発明の五つの好適実施形態を示しており、これらの実施形態では、カバー５８とガラス基材パネル５２との間の気密性封止が改善されて、これにより、シンチレータ５４を損なうカバー５８の内部の湿分の拡散を最小限にし又は防止している。
【００２３】
図４に示す好適実施形態では、Opticlad層５６のＴｉＯコーティングが存在しない部分７０を撓曲させて、エポキシ・シーラント７４を用いてガラス基材パネル５２の表面に結合し、これにより、シンチレータ５４と外部湿分との間に第二の半気密性封止を形成する。
【００２４】
もう一つの実施形態では、図５に示すように、ガラス基材パネル５２上の封止に用いられる区域に絶縁層７６を付着させる。次いで、この絶縁層の上に、レーザ溶接時に再流動化し得る金属層７８を付着させる。次いで、ガラス・パネル５２の上面の金属層７８にOpticlad層５６の部分７０をレーザ溶接し、これにより、シンチレータ５４と外部湿分との間に第二の気密性封止を形成する。
【００２５】
第三の実施形態では、図６に示すように、所要の封止の長さ及び幅を有しており、シンチレータの断面と近似的に等しい矩形断面を有する金属フレーム９０を作製して、エポキシ・シーラント９２を用いてカバー５８の内側アルミニウム面６５及びガラス基材に封止接着する。すると、金属フレーム９０がエポキシ封止の体積の殆どと置き換わるので、湿分が透過拡散するエポキシ・シーラント９２の断面積が相対的に小さくなる。
【００２６】
図７に示すように、第四の実施形態もまた金属フレーム９０を用いるものであり、溶接又は半田付けの可能なニッケル又は金等の金属９３をカバー５８の内側アルミニウム面６５に付着させる。次いで、付着した金属層９３に直接金属フレーム９０を溶接又は半田付けして、上述の図６のエポキシ封止と対比的に、金属フレーム９０を取り付けたカバー層を形成する。これにより、第三の実施形態で用いられているエポキシの約二分の一が不要となるので、湿分が透過拡散するエポキシの露出断面積が減少する。
【００２７】
第五の実施形態は、図８に示すように、第三の実施形態及び第四の実施形態の原理を基礎として、ガラス基材パネル５２に溶接又は半田付けすることのできる絶縁層９４及び金属層９６をさらに加えたものである。この方法では、エポキシ封止は完全に不要となり、従って、エポキシ封止を透過する湿分拡散の問題も解消する。
【００２８】
図６〜図８の金属フレーム９０に用いられる金属は、ガラスに付着した際の熱応力を減少させるためにガラス（３．８５ｐｐｍ／Ｃ）と類似した熱膨張率を有するものでなければならない。金属はまた、溶接及び半田付けが可能なものでなければならない。この種の用途には合金が好ましい。一つの好適な合金は、Carpenter Technology Corporationによって製造されているKovar（商標、５．８６ｐｐｍ／Ｃ）である。Kovar（商標）は真空形成された鉄−ニッケル−コバルトから成る低膨張合金物質である。言うまでもなく、類似した物理的属性及び熱属性を有する当技術分野で想到されるその他の合金をKovar（商標）の代わりに金属フレーム９０に用いてよい。
【００２９】
図４〜図８に開示した設計手法のいずれかを用いることにより、検出器アレイ内の封止の気密性が大幅に改善される。これらの設計によれば、封止機構を透過する湿分拡散が最小限になるか又は解消し、これにより、シンチレータ５４を湿分損傷から保護する。図４〜図８に提案した方法は、簡単で廉価な解決法を提供するものであり、公知の検出器設計に容易に組み入れることができる。
【００３０】
本発明の特定の実施形態を図示及び記載したが、当業者には多くの変形及び代替的な実施形態が想到されよう。従って、本発明は、特許請求の範囲によってのみ限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一好適実施形態によるイメージング・システムの遠近図である。
【図２】図１の一部の拡大図である。
【図３】従来技術によるＸ線検出器の封止機構の拡大図である。
【図４】本発明の一好適実施形態によるＸ線検出器の封止機構の拡大図である。
【図５】本発明のもう一つの好適実施形態によるＸ線検出器の封止機構の拡大図である。
【図６】本発明のもう一つの好適実施形態によるＸ線検出器の封止機構の拡大図である。
【図７】本発明のもう一つの好適実施形態によるＸ線検出器の封止機構の拡大図である。
【図８】本発明のもう一つの好適実施形態によるＸ線検出器の封止機構の拡大図である。
【符号の説明】
１０  イメージング・システム
１２  光検出器アレイ
１４  Ｘ線源
１６  Ｘ線ビーム
１８  患者の区域
２０  患者
３６  モニタ
５０  アモルファス・シリコン・アレイ
５２  ガラス基材パネル
５４  シンチレータ
５６  Opticlad層
５８  カバー
５９、７４、９２  エポキシ・シーラント
６５  内側アルミニウム面
７０  Opticlad層のＴｉＯコーティングの存在しない部分
７６、９４  絶縁層
７８、９６  金属層
９０  金属フレーム
９３  金属
【図１】
0004325978.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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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