CsBr 蛍光体を用いた蒸着型 CR プレートの開発
Development of Vapor Deposition Type CR Plate Using CsBr Phosphor

本田

哲＊

Honda, Satoshi

柳多

貴

文＊

Yanagita, Takafumi

要旨
臭化セシウム（以下CsBr）蛍光体を用いた蒸着型のCR（Computed Radiography）プレートを開発した。

笠井惠

民＊

Kasai, Shigetami

中野

寧＊Nakano, Yasushi

１ はじめにＸ線による透過像撮影は簡便な診断，解析方法として輝尽性蛍光体としてCsBrを新たに採用し，それを耐熱各種医療用途，および非破壊解析分野などで広く用いら性基板上に真空蒸着法にて均一に成膜させ，さらに表面れている。1983年，富士写真フィルムによるCRシステム１）に保護層を設けることにより17インチサイズのCRプレーの市場展開以降，コダック，アグファ，そしてコニカミトとして形成した（Fig.１）。

ノルタ（当時コニカ）などの感材フィルムメーカーは相CsBr蛍光体プレートは，Ｘ線吸収特性に優れ，また柱次いでCR方式のデジタル画像システムを上市し，Ｘ線画状構造をとるように形成させたことから，従来の塗布型像のデジタル化が飛躍的に進んだ。デジタルの持つ画像蛍光体プレートに比べて画像鮮鋭性，および画像粒状性保存，画像処理，データ伝送，等多くのメリットは市場に優れる特性を示した。の支持を得て浸透しており，現在，普及期に入っている。

これらの特性に基づき，検出量子効率（DQE：Detec-

このCRシステムにおいては，登場当初から従来の増感tive Quantum Efficiency）を求めた結果，CsBr蛍光体プ紙/フィルム方式に比べて画像粒状性，鮮鋭性の改善が課レートでは塗布型プレートの２倍以上であることが確認

題として挙げられ，各CRメーカーでは画像性能の向上にされた。

向けた取り組みを進めてきた。コニカミノルタにおいても，CRプレート，カセッテ，読み取り装置,画像処理等にAbstract（乳房）よる性能改良を検討しており２，３），その中でもマンモ

CR (computed radiography) plate of a vapor deposition
type using CsBr phosphor has been developed.
A 17-inch size CR plate was formed by newly employ-

撮影用のPCM（Phase Contrast Mammography）システ
ムではＸ線源，および撮影方式を工夫することで被写体の描出能を大幅に向上することに成功している４，５）。

ing CsBr as a photostimulable phosphor, which was uni-

画質向上のためには限られたＸ線情報を有効活用し，

formly deposited on a heat-resistant substrate via a vapor

画像情報として効率的に変換することは重要であり，そdeposition method, and by further providing a protectiveのため，Ｘ線情報のメモリー材料であるCRプレートの改layer on its surface.

良を検討した。

The CsBr phosphor plate showed excellent characteristics of X-ray absorption, image sharpness and image
granularity, compared with a coated plate, since the CsBr
phosphor plate was formed as a pillar structure.
DQE (Detective Quantum Efficiency) was calculated
based on these evaluation results to confirm that the performance of the CsBr phosphor plate was equal to or morethan double that of a coated plate.

Fig.1 CsBr phosphor plate of a 17-inch size

２ CsBr 蛍光体の基本特性
CRシステムに求められる蛍光体プレートの主な特性は＊コニカミノルタエムジー㈱ 開発センター MI システム開発室

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次頁の項目である。

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）

２．２①Ｘ線吸収特性に優れる②輝尽励起，発光スペクトルと読み取りシステムとの輝尽発光特性

Fig.３にCsBr蛍光体，ヨウ化フッ化バリウム（以下BaFI）
蛍光体の輝尽発光スペクトル，および輝尽励起スペクトマッチングに優れる。
③吸収したＸ線情報の検出効率が高い

ルを示す。CRシステムではＸ線情報の読み取りにLaser④繰り返し利用のための消去性能に優れる。

Diode（以下LD）が使用されるが，CsBr蛍光体の輝尽励⑤Ｘ線照射から読み出しまでの情報消失（フェーディ起スペクトルがLDの波長に適合し，また輝尽発光スペクトルが受光系感度に適合しているため，BaFI蛍光体同様ング）が少ない。に効率の良い情報の読み取りが可能である。輝尽発光の⑥繰り返し耐久性，信頼性に優れる。

増加は画像粒状性のうち，光量子ノイズの低減に寄与す２．１

Ｘ線吸収特性る。

Ｘ線画像の粒状性は画像形成因子に関連するノイズのうち，Ｘ線量子ノイズが支配的であるため，Ｘ線吸収の高い材料を蛍光体として選択することは画像粒状性向上

２．３

柱状構造

BaFX（Xはハロゲンイオン）系の蛍光体を用いたCRプ
レートではそれら蛍光体粒子を樹脂バインダーに分散のために重要なポイントである。
Fig.２に各種蛍光体材料のＸ線吸収特性を示す。Seltzer

し，塗布成膜する方式が用いられてきた。塗布型プレーand Hubbellの方法６）により，化合物の質量減弱係数を求トでは蛍光体粒子，および樹脂界面での光散乱が発生めた。輝尽発光を示す材料は限られており，現在までにし，読み取り時にLD光の散乱により画像の鮮鋭性が低下

臭化ルビジウム（以下RbBr），ハロゲン化フッ化バリウムする。また蛍光体層の下層で捉えたＸ線情報による輝尽（以下BaFX（Xはハロゲンイオン））などが実用化されて発光は，散乱のため表層側にある受光部で検出する際にいる。セシウム（Cs）は原子番号が55と大きく，また臭ロスを生じ易い。蒸着型プレートで蛍光体を柱状に形成素（Br）は低電圧域での質量減弱係数がヨウ素（Ｉ）にすることは，そのライトガイド効果で，読み取りのLD光比べて高い特徴があるため，CsBrは比較的広い領域でＸの層内散乱を抑えるとともに，輝尽発光を効率的に受光線吸収率が高く，蛍光体材料として優れているといえ部に導くことが可能となる点でCRプレートの高画質化をる。さらにCsBrは蒸着法での成膜が可能であり，それに図る有効な技術ポイントである（Fig.４）。

伴う充填率の向上が見込まれるため，これら材料の中でCsBr蛍光体は従来の蛍光体に比べＸ線吸収特性，輝尽発光特性に優れ，真空蒸着法により柱状構造を形成可能は最も有利である。

である点で有望である。

Fig.2 X-ray absorption coefficient of phosphoric materials
Fig.4 Light guide effects of a pillar structure

３ 蒸着型プレートの作製
３．１

蛍光体成膜

蛍光体の成膜は，真空蒸着法を用いて蛍光体が柱状の結晶構造を形成するように，真空度，基板温度などの蒸着条件を調整することで行なった。
大型の真空チャンバー内に耐熱性を有する17×17inchサイズの平滑な基板を設置し，基板温度，チャンバー内のFig.3 Emission and stimulation spectra

真空度を制御しながら，蒸着材料を加熱蒸発させること

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で蒸着領域内の均一化を図った。蛍光体層の膜厚はプ

４．２

画像評価

レート画像性能の鮮鋭性，粒状性を調整しながら決定

CsBr蒸着型プレートのＸ線画像性能はRegius370を用いし，BaFI蛍光体からなる塗布型プレートのおよそ1.5倍とて87.5µmの読み取りピッチで行なった。比較にはBaFI蛍なるようにした。

光体からなる塗布型プレートを用いた。鮮鋭性は藤田らの方法８）に従い，80kVp，10mAsのＸ線を用いて鉛ス

３．２

保護層の形成リット法にて変調伝達関数（以下MTF ：Modulation

成膜されたCsBr蛍光体は表層にガスバリア性の高い保T r a n s f e r F u n c t i o n ）として求めた。画像粒状性は護層を形成し，外界からの環境変化に対しても安定な特80kVp，1mAs（0.13mR：3.35×10E−08C/kg ）のＸ線を性を示すようにした。また，蛍光体層と保護層の間には照射した際のウィナースペクトル（以下WS：Wiener

低屈折率層を設け，保護層による画像性能の低下のないSpectrum）を算出することで求めた。

ようにした７）。

CRプレートの画像視認性に関しては，人体ファントームをＸ線撮影することで行い，模擬骨，模擬血管の描写性，画像粒状性等を評価した。

４ プレートの評価
４．１

４．２．１

結晶形状

鮮鋭性，画像粒状性

Fig.７にプリサンプリングMTF曲線，Fig.８にWSを示成膜されたCsBrの結晶形状は蛍光体層の断面を走査型

す。蒸着型プレートでは蛍光体層が厚いにもかかわら電子顕微鏡（S800型；日立製作所製）を用いて観察するず，塗布型プレートに比べ，測定した全周波数領域に渡ことで行なった。その結果，Fig.５に示すようにCsBr蛍光り高い鮮鋭性を示しており，また，画像粒状性について体は柱状構造を形成していることが確認された。

もＸ線量子ノイズ，光量子ノイズの低減された良好な結果を得た。これらの結果は，蛍光体層によるＸ線吸収率の増加と厚膜化した際の鮮鋭性の低下が柱状構造により抑えられたことに起因するものと推測している。

Fig.5 Sectional scanning electron micrographview of CsBr phosphor

Fig.7 MTF curve of CR plate
Vapor Deposition Plate
Coated Platea) Vapor deposition plateb) Coated plateFig.6 Transmittance images of phosphor layer

また，蛍光体層を基板から分離し，裏面側からスポット光を照射し，表側から観察したところ，蒸着型プレートでは塗布型プレートに比べて明瞭な像となることが確認された（Fig.６）。蒸着成膜したCsBr蛍光体層のライトガイド性が高いことが推測される。

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Fig.8 Wiener spectrum of CR plate
Vapor Deposition Plate
Coated Plate

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４．２．２ DQE

寄与し，また消去時間に振り分けた場合サイクルタイム

MTF，WS等の画像性能の評価結果を用いて蒸着型プが短くなり，安定した連続撮影が可能となるなどシステレートのDQEを算出した。DQEは画像性能の指標としてム上のメリットとなる。Ｘ線エネルギーを照射した際の用いられる評価値である。

残存信号量の消去エネルギー依存性をFig.９に示す。蒸着DQEは所定のＸ線フォトン数に対するMTF，WSなど型プレートでは同じ桁数までの消去に対して，塗布型プの画像性能への変換効率を示した特性値であり，数値がレートの約1/3のエネルギーで良いことが確認された。

大きいほど，入力の信号/ノイズ比（以下S/N比）に対す４．２．４

る出力のS/N比の低下が少ないことになる。すなわち，DQEが高いほど出力画像のS/N比が高く，視認性の高い画像視認性

蒸着型プレートを用いて，胸部ファントームを撮影し，模擬人体構造の画像視認性を評価した。
Fig.10に胸部肋骨部の拡大写真を示す。

画像となる。
空間周波数uにおけるDQE（u）
は式1で表される９）。
22/WS（u）｝/q ……
DQE（u）＝｛γ ・MTF（u）

1

蒸着型プレートではその画像性能に応じて，画像の鮮鋭性，粒状性も大幅に向上し，塗布型プレートに比べてｑ＝入射Ｘ線フォトン数

胸部肋骨の骨稜，および肺野部組織陰影の視認性に優れγ＝画像コントラストる結果が得られた。

式1によって求められた蒸着型プレートのDQEは塗布型プレートに比べ，２倍以上であることが算出された。
この結果より，蒸着型プレートではＸ線情報の画像性能への変換効率が高いことが確認された。
４．２．３

５ まとめ
CsBr蛍光体を用いた蒸着型CRプレートの開発により以消去特性下の結果を得た。

CRプレートは画像読み取り後，白色光などでＸ線の残・蒸着型CRプレートは，従来の塗布型プレートに比べ画存情報を消去することにより再利用が可能となる。この

像鮮鋭性と粒状性に優れ，画像性能の指標であるDQE消去に必要なエネルギーは少ない方が消費電力の低減には２倍以上に向上した。
・ファントームを用いた画像視認性評価の結果，塗布型のプレートに比べ胸部肋骨の骨稜，および肺野部組織陰影の画像視認性が向上した。
・システムの消去特性は塗布型プレートに比べて良好であることが確認された。
●参考文献
１）M.Sonoda, M.Takano, J.Miyahara, and H.Kato, Radiology, 148,833（1983）.
２）米川久 , 根木渉 , 手塚英剛 , 渡辺和彦 , Konica Tech. Rep., Vol. 16,
121（2003）.
３）柳多貴文 , 若松秀明 , 中野寧 , 本田哲 , Konica Tech. Rep., Vol. 16,

Fig.9 Erasability of a CR plate
Vapor Deposition Plate
Coated Plate

129（2003）.
４）大原弘 , 本田凡 , 石坂哲 , 島田文生 , KONICA MINOLTA Tech.
Rep., Vol. 1, 131（2004）.
５）山下裕史 , 萩原清志 , 若松英明 , 本田哲 , KONICA MINOLTA
Tech. Rep., Vol. 2, 41（2005）.
６）S.H.Seltzer and J.H.Hubbell, “光子減弱係数データブック”, 日本
放射線技術学会（1995）.
７）M.Nakazawa, O.Morikawa, M.Nitta, H.Tsutino, and F.Shimada,
Medical Imaging IV:Image Formation, SPIE 1231, 350（1990）.
８）H. Fujita, Du-Yih Tsai, Takumi Itoh, Kunio Doi, Junji Morishita,
Katsuhiko Ueda, and Akiyoshi Ohtsuka, IEEE Trans. Med. Imaging, 11（1）, 34（1992）.
９）W.Hillen, U.Schiebel, and T.Zaengel, Med.Phys., 14（5）, 744（1987）.

a) Vapor deposition plateb) Coated plate

Fig.10 Chest phanthom X-ray images ofa) Vapor deposition plateb) Coated plate

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