JP2017146235A - シンチレータ部材の製造方法、放射線撮像装置の製造方法、シンチレータ部材、放射線撮像装置、及び放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】隔壁を破損することなく、隔壁の壁面に沿って高い充填率でシンチレータを形成し、隔壁材料の選択範囲が広く、様々な隔壁材料への適用が可能なシンチレータ部材を得る。【解決手段】隔壁１０１をシンチレータが溶解した溶液２０２中に浸漬し、シンチレータを隔壁１０１の壁面１０２に析出させて、隔壁１０１の壁面１０２に沿って結晶化してなる層状のシンチレータ１０４を備えたシンチレータ部材１００を形成する。【選択図】図２

Description

本発明は、シンチレータ部材の製造方法、放射線撮像装置の製造方法、シンチレータ部材、放射線撮像装置、及び放射線撮像システムに関する。

近年、医療の様々な分野においてデジタル化が進んでおり、Ｘ線診断の分野においては大面積の放射線撮像装置が開発されている。代表的な放射線撮像装置は、入射する放射線をシンチレータ（蛍光体）で可視光に変換し、撮像基板に配置された光電変換素子等の変換素子により可視光を電気信号に変換し、画像データを取得するものである。

医療分野においては、患者の身体情報をより正確に検出するため、鮮鋭度の高い放射線撮像装置が望まれている。鮮鋭度の評価基準となるＭＴＦ(Modulation Transfer Function)を向上する手法として、シンチレータを画素毎に分割したシンチレータ部材が提案されている。画素毎に蛍光体を分割することにより、画素直上の光のみが検出され、ＭＴＦが向上する。例えば、隔壁を用いたシンチレータ部材の課題の一つである感度低下を改善するために、タリウムドープヨウ化セシウム等の感度の高い蛍光体を隔壁間に充填する手法が案出されている（特許文献１，２を参照）。

特開２００２−２００３７３号公報 米国特許第６７４４０５２号明細書

特許文献１では、隔壁表面に蛍光体を真空蒸着することで隔壁内部にシンチレータを充填する手法が記載されている。特許文献２では、融解させたシンチレータを隔壁間の内部に流し込むことでシンチレータを充填する方法が記載されている。

しかしながら、本発明者らが実際に特許文献１に記載の充填方法を用いて隔壁の充填を行ったところ、隔壁の上面部分にシンチレータが形成され、隔壁間の内部にはシンチレータは充填されないことが判明した。また、特許文献２に記載の充填方法では、融解したシンチレータの温度が高く、隔壁自体を融解してしまう虞がある。このため、隔壁に用いることができる材料は耐熱性に優れた材料に限定されてしまう。

本発明は、隔壁を破損することなく、隔壁の壁面に沿って高い充填率でシンチレータを形成し、隔壁材料の選択範囲が広く、様々な隔壁材料への適用が可能なシンチレータ部材の製造方法及び放射線撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、隔壁材料の選択範囲が広く、隔壁に破損がなく、隔壁の壁面に沿った高い充填率のシンチレータを有する信頼性の高いシンチレータ部材及びこれを備えた放射線撮像装置及び放射線撮像システムを提供することを目的とする。

本発明のシンチレータ部材の製造方法は、隔壁をシンチレータが溶解した溶液中に浸漬し、前記シンチレータを前記隔壁の壁面に析出させる。

本発明の放射線撮像装置の製造方法は、上記の製造方法により製造されたシンチレータ部材と、前記シンチレータ部材で変換された光を検出する撮像基板とを積層する。

本発明のシンチレータ部材は、隔壁と、前記隔壁の壁面に沿って結晶化してなる層状のシンチレータとを備える。

本発明の放射線撮像装置は、上記のシンチレータ部材と、前記シンチレータ部材で変換された光を検出する撮像基板とを備える。

本発明の放射線撮像システムは、放射線を発生する放射線源と、上記の放射線撮像装置とを備える。

本発明によれば、隔壁の壁面に沿って高い充填率でシンチレータを形成し、隔壁材料の選択範囲が広く、様々な隔壁材料への適用が可能なシンチレータ部材の製造方法及び放射線撮像装置の製造方法が実現する。

本発明によれば、隔壁材料の選択範囲が広く、隔壁に破損がなく、隔壁の壁面に沿った高い充填率のシンチレータを有する信頼性の高いシンチレータ部材及びこれを備えた放射線撮像装置及び放射線撮像システムが実現する。

第１の実施形態によるシンチレータ部材を示す模式図である。 第１の実施形態によるシンチレータ部材の製造方法を工程順に示す模式図である。 隔壁部材を示す概略断面図である。 第１の実施形態による放射線撮像装置を製造する様子を示す概略斜視図である。 シンチレータ部材の隔壁と撮像基板との重畳状態を模式的に示す概略平面図である。 第２の実施形態によるシンチレータ部材の製造方法を工程順に示す模式図である。 第３の実施形態による放射線撮像システムの概略構成を示す模式図である。

以下、本発明の例示的な諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態では、シンチレータ部材及びその製造方法、並びに放射線撮像装置及びその製造方法を開示する。撮像対象の放射線の代表的な例としてＸ線が挙げられるが、放射線はＸ線の他、α線、β線、γ線等も含み得る。

図１は、本実施形態によるシンチレータ部材を示す模式図であり、（ａ）が概略平面図、（ｂ）が（ａ）の破線Ｉ−Ｉ'に沿った概略断面図である。シンチレータ部材１００は、隔壁１０１を備えており、隔壁１０１の壁面１０２に沿って形成された反射膜１０３と、反射膜１０３を介して壁面１０２に沿って形成されたシンチレータ１０４とを有して構成されている。

隔壁１０１は、シリコン又はガラスペースト等を材料として、例えば格子状に形成されたものである。反射膜１０３は、Ａｇ，Ａｌ等の金属材料や、ＴｉＯ₂等の無機材料等を用いて形成される。シンチレータ１０４は、例えばタリウム（Ｔｌ）ドープヨウ化セシウム（ＣｓＩ）（以下、ＣｓＩ:Ｔｌと記す）を含有しており、隔壁１０１の壁面１０２に沿って結晶化して数μｍ程度の厚みに層状に充填形成されている。隔壁１０１間の内部１０５を埋め込むように、シンチレータ１０４を多層に形成しても良い。

シンチレータ部材において、例えばＣｓＩのシンチレータを真空蒸着法等により形成すると、ＣｓＩの柱状結晶が形成される。柱状結晶は充填率が低く、シンチレータとして十分な信頼性を確保することは困難である。これに対して、本実施形態によるシンチレータ部材では、シンチレータ１０４は、隔壁１０１の壁面１０２に沿って結晶化して層状に充填形成されている。シンチレータ１０４は層状に結晶であるために充填率が高く（シンチレータ１０４の層内に例えばＣｓＩ:Ｔｌが高い充填率で充填されている）、シンチレータ部材として十分な信頼性を確保することができる。

以下、本実施形態によるシンチレータ部材の製造方法について説明する。図２は、シンチレータ部材の製造方法を工程順に示す模式図である。先ず、図３に示すような隔壁部材２００を用意する。隔壁部材２００は、隔壁１０１を備えており、隔壁１０１の壁面１０２に沿って形成された反射膜１０３を有してなるものである。図２（ａ）に示すように、容器２０１内に収容された、ＣｓＩ:Ｔｌを溶解したシンチレータ水溶液２０２中に隔壁部材２００を浸漬する。

本実施形態においては、シンチレータ水溶液２０２のシンチレータとしてＣｓＩ:Ｔｌを用いたが、シンチレータはＣｓＩ:Ｔｌ以外のものでも良い。また、溶媒はシンチレータを溶解可能な溶液であれば、水以外を用いても良い。また、複数枚の隔壁部材２００を同時にシンチレータ水溶液２０２に浸漬するようにしても良い。複数枚の隔壁部材２００を同時に処理することにより、製造コストを低廉に抑えることができる。また、隔壁部材２００をシンチレータ水溶液２０２に浸漬した際に、シンチレータ水溶液２０２が隔壁１０１間の内部１０５に十分に浸透せず、気泡が発生する場合が想定される。このような場合には、隔壁部材２００に対して超音波振動等の外力を加えて、シンチレータ水溶液２０２の脱泡を行うことが好ましい。

続いて、図２（ｂ）に示すように、シンチレータ水溶液２０２の溶媒を蒸発させる蒸発工程を行う。本実施形態では、蒸発工程として、隔壁部材２００をシンチレータ水溶液２０２に浸漬した状態で、常温で所定時間、放置することでシンチレータ水溶液２０２の溶媒を蒸発させた。常温放置を行う代わりに、シンチレータ水溶液２０２を所定の加熱手段を用いて加熱処理することにより、溶媒をより蒸発し易くしても良い。

図２（ｃ）に示すように、蒸発工程でシンチレータ水溶液２０２の溶媒が蒸発することにより、シンチレータ水溶液２０２における溶解可能なＣｓＩ:Ｔｌの総量が減少する。その結果、飽和したＣｓＩ:Ｔｌが隔壁部材２００の隔壁１０１の壁面に沿って結晶化して析出する。これにより、隔壁１０１の壁面１０２に沿って反射膜１０３を介して層状のシンチレータ１０４が充填形成される。

シンチレータ部材によっては、シンチレータ水溶液２０２への一回の浸漬によりシンチレータ１０４が充填形成された状態で良い場合がある。そのときには、上記した図２（ｂ），（ｃ）の蒸発工程に続いて後述する図２（ｅ），（ｆ）の工程を実行する。隔壁部材２００をシンチレータ水溶液２０２に約一週間浸漬し、シンチレータ水溶液２０２から隔壁部材２００を取り出して電子顕微鏡で断面の観察を行った。断面観察の結果、隔壁部材２００の隔壁１０１の壁面１０２に沿って、厚み数μｍ程度のＣｓＩ:Ｔｌが層状に析出している様子を確認することができた。

シンチレータ１０４を多層（二層以上）に形成する場合には、図２（ｄ）に示すように、析出により減少したＣｓＩ:Ｔｌを補充するために、再度シンチレータ水溶液２０２を容器２０１内に付加する補充工程を行う。隔壁部材２００の隔壁１０１間の内部１０５に十分な量のシンチレータ１０４が充填形成されるまで、図２（ｄ）の補充工程の後に図２（ｂ）の蒸発工程を行う一連工程を複数回実行する。本実施形態では、隔壁１０１の壁面１０２に沿って層状のシンチレータ１０４が多層形成されて、隔壁１０１間の内部１０５がシンチレータ１０４で埋め込まれるまで、当該一連工程を実行する場合を例示する。

続いて、図２（ｅ）に示すように、シンチレータ部材１００をシンチレータ水溶液２０２から取り出し、ブレード２０３等を用いて、隔壁１０１の上面部分に再結晶化した余剰シンチレータ１０４ａを除去する。余剰シンチレータ１０４ａの除去方法としては、例えば乾式のバックグラインド法等が用いられる。

続いて、図２（ｆ）に示すように、シンチレータ１０４の表面を保護するため、保護膜２０４を形成する。保護膜２０４としては、ポリパラキシレン等の有機保護膜に限らず、無機保護膜等を用いることができる。以上により、本実施形態によるシンチレータ部材１００が形成される。

本実施形態により製造されたシンチレータ部材１００を用いて、放射線撮像装置を製造する。図４は、本実施形態による放射線撮像装置４００を製造する様子を示す概略斜視図である。図５は、シンチレータ部材１００の隔壁１０１と撮像基板との重畳状態を模式的に示す概略平面図である。撮像基板４０２は、固定材４０３を介して基台４０４に固定される。撮像基板４０２は、図５に示すように、図４の矢印Ａで示す放射線によってシンチレータ部材１００で発生した可視光を電気信号に変換する光電変換素子５００を二次元マトリクス状に備えている。撮像基板４０２の種類として、例えば結晶シリコンを用いたＣＭＯＳセンサ、非結晶シリコンを用いたｐｉｎ型センサやＭＩＳ型センサを用いることができる。また、撮像基板４０２を複数枚並べても良いし、１枚の撮像基板４０２を用いるようにしても良い。

シンチレータ部材１００は、粘着材４０１を介して撮像基板４０２に貼り合わされて積層されている。貼り合わせの際には、図５のように、シンチレータ部材１００の隔壁１０１で区分けされた各セルが、撮像基板４０２の各光電変換素子５００と１対１で対応するように貼り合わせることが望ましい。この場合、光電変換素子５００のピッチとセルのピッチとは共にＰで一致する。このように貼り合わせることで、モアレの発生が抑制された画像を得ることができる。光電変換素子５００のピッチとセルのピッチとを、１：ｎ（ｎ：２以上の自然数)となるようにしても良い。

シンチレータ部材を製造する際に、例えばＣｓＩのシンチレータを真空蒸着法等により形成すると、ＣｓＩの柱状結晶が形成される。柱状結晶は充填率が低く、シンチレータとして十分な信頼性を確保することは困難である。また、シンチレータ部材を製造する際に、融解させたシンチレータを隔壁間の内部に流し込むことでシンチレータを充填すれば、隔壁自体を融解してしまう虞がある。これに対して、本実施形態によるシンチレータ部材の製造方法では、シンチレータ１０４を隔壁１０１の壁面１０２に沿って結晶化して層状に充填形成する。そのため、シンチレータ１０４の充填率が高く（シンチレータ１０４の層内に例えばＣｓＩ:Ｔｌが高い充填率で充填されている）、シンチレータ部材として十分な信頼性を確保することができる。また、隔壁１０１を破損する懸念がないため、隔壁１０１の材料の選択範囲が広く、シンチレータ水溶液の溶媒（本実施形態では水）に溶解しない材料であれば、例えばガラス等を用いることもできる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態と異なるシンチレータ部材の製造方法について説明する。なお、第１の実施形態のシンチレータ部材と同一の構成要素等については、同符号を付し、詳しい説明を省略する。

図６は、シンチレータ部材の製造方法を工程順に示す模式図である。先ず、図６（ａ）に示すように、容器２０１内に収容された、ＣｓＩ:Ｔｌを溶解したシンチレータ水溶液２０２中に隔壁部材２００を浸漬する。

本実施形態においては、シンチレータ水溶液２０２のシンチレータとしてＣｓＩ:Ｔｌを用いたが、シンチレータはＣｓＩ:Ｔｌ以外のものでも良い。また、溶媒はシンチレータを溶解可能な溶液であれば、水以外を用いても良い。また、複数枚の隔壁部材２００を同時にシンチレータ水溶液２０２に浸漬するようにしても良い。複数枚の隔壁部材２００を同時に処理することにより、製造コストを低廉に抑えることができる。また、隔壁部材２００をシンチレータ水溶液２０２に浸漬した際に、シンチレータ水溶液２０２が隔壁１０１間の内部１０５に十分に浸透せずに気泡が発生する場合が想定される。このような場合には、隔壁部材２００に対して超音波振動等の外力を加えて、シンチレータ水溶液２０２の脱泡を行うことが好ましい。

続いて、図６（ｂ）に示すように、シンチレータ水溶液２０２の温度を低下させる液温低下工程を行う。シンチレータ水溶液２０２の温度を低下させることにより、シンチレータ水溶液２０２の溶解度が低下する。シンチレータ水溶液２０２の溶解度が低下すると、飽和したＣｓＩ:Ｔｌが隔壁部材２００の隔壁１０１の壁面に沿って結晶化して析出する。これにより、隔壁１０１の壁面１０２に沿って反射膜１０３を介して層状のシンチレータ１０４が充填形成される。

続いて、図６（ｃ）に示すように、隔壁部材２００をシンチレータ水溶液２０２から取り出す。シンチレータ部材によっては、シンチレータ水溶液２０２への一回の浸漬によりシンチレータ１０４が充填形成された状態で良い場合がある。そのときには、上記した図６（ｃ）で隔壁部材２００をシンチレータ水溶液２０２から取り出した後、図６（ｅ），（ｆ）の工程を実行する。

シンチレータ１０４を多層（複数層）に形成する場合には、図６（ｄ）に示すように、シンチレータ水溶液２０２の温度を上昇させた後、析出により減少したＣｓＩ:Ｔｌを補充すべく、再度シンチレータ水溶液２０２を容器２０１内に付加する補充工程を行う。ＣｓＩ:Ｔｌがシンチレータ水溶液２０２に溶解したことを確認した後、隔壁部材２００を再び容器２０２中に戻してシンチレータ水溶液２０２に浸漬する。隔壁部材２００の隔壁１０１間の内部１０５に十分な量のシンチレータ１０４が充填形成されるまで、図６（ｄ）の補充工程の後に図６（ｂ）の液温低下工程を行う一連工程を複数回実行する。本実施形態では、隔壁１０１の壁面１０２に沿って層状のシンチレータ１０４が多層形成されて、隔壁１０１間の内部１０５がシンチレータ１０４で埋め込まれるまで、当該一連工程を実行する場合を例示する。

続いて、図６（ｅ）に示すように、シンチレータ部材１００をシンチレータ水溶液２０２から取り出し、ブレード２０３等を用いて、隔壁１０１の上面部分に再結晶化した余剰シンチレータ１０４ａを除去する。余剰シンチレータ１０４ａの除去方法としては、例えば乾式のバックグラインド法等が用いられる。

続いて、図６（ｆ）に示すように、シンチレータ１０４の表面を保護するため、保護膜２０４を形成する。保護膜２０４としては、ポリパラキシレン等の有機保護膜に限らず、無機保護膜等を用いることができる。以上により、本実施形態によるシンチレータ部材１００が形成される。

本実施形態によるシンチレータ部材の製造方法では、シンチレータ１０４を隔壁１０１の壁面１０２に沿って結晶化して層状に充填形成する。そのため、シンチレータ１０４の充填率が高く（シンチレータ１０４の層内に例えばＣｓＩ:Ｔｌが高い充填率で充填されている）、シンチレータ部材として十分な信頼性を確保することができる。また、隔壁１０１を破損する懸念がないため、隔壁１０１の材料の選択範囲が広く、シンチレータ水溶液の溶媒（本実施形態では水）に溶解しない材料であれば、例えばガラス等を用いることもできる。

（第３の実施形態）
本実施形態では、第１又は第２の実施形態によるシンチレータ部材を用いた放射線撮像装置を適用した、放射線検査装置等に代表される放射線撮像システムについて例示する。図７は、第３の実施形態による放射線撮像システムの概略構成を示す模式図である。

放射線撮像システムは、Ｘ線ルーム７０１内に配置される。放射線撮像システムは、放射線を発生させるための放射線源であるＸ線チューブ６０１と、放射線撮像装置４００と、イメージプロセッサ６０５を含む信号処理部と、ディスプレイ６０４を含む表示部とを備えて構成される。放射線撮像装置４００は、第１及び第２の実施形態から選ばれた１種の放射線撮像装置である。

Ｘ線チューブ６０１で発生したＸ線６０２は、患者等の被検者６００の胸部６０３を透過し、放射線撮像装置４００に入射する。この入射したＸ線には被検者６００の体内部の情報が含まれている。放射線撮像装置４００では、入射したＸ線６０２に応じた電気的情報が得られる。その後、この電気的情報はデジタル変換され、イメージプロセッサ６０５により画像処理され、ディスプレイ６０４により表示される。

上記の電気的情報は、電話、ＬＡＮ、インターネット等のネットワーク６０６により遠隔地へ転送される。これにより、ドクタールーム７０２等の別の場所におけるディスプレイ６０７に表示して、遠隔地の医師が診断することが可能である。また、上記の電気的情報は、例えば、光ディスク等に保存することもできるし、フィルムプロセッサ６０８によってフィルム６０９等の記録部に記録することもできる。

１００：シンチレータ部材 １０１：隔壁 １０２：壁面 １０３：反射膜 １０４：シンチレータ １０４ａ：余剰シンチレータ １０５：内部 ２００：隔壁部材 ２０１：容器 ２０２：シンチレータ水溶液 ２０３：ブレード ４００：放射線撮像装置 ４０１：粘着材 ４０２：撮像基板 ４０３：固定材 ４０４：基台 ５００：光電変換素子

Claims (17)

1. 隔壁をシンチレータが溶解した溶液中に浸漬し、前記シンチレータを前記隔壁の壁面に析出させることを特徴とするシンチレータ部材の製造方法。
2. 前記隔壁が前記溶液中に浸漬した状態において、前記溶液の溶媒を蒸発させる蒸発工程を有することを特徴とする請求項１に記載のシンチレータ部材の製造方法。
3. 前記蒸発工程は、前記溶液の加熱処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のシンチレータ部材の製造方法。
4. 前記蒸発工程の後に、前記溶液を補充する補充工程を有することを特徴とする請求項２又は３に記載のシンチレータ部材の製造方法。
5. 前記補充工程の後に前記蒸発工程を行う一連工程を複数回実行することを特徴とする請求項４に記載のシンチレータ部材の製造方法。
6. 前記隔壁が前記溶液中に浸漬した状態において、前記溶液の温度を低下させる液温低下工程を有することを特徴とする請求項１に記載のシンチレータ部材の製造方法。
7. 前記隔壁を前記溶液中から取り出し、前記溶液の温度を上昇させた後に、前記溶液を補充して、前記隔壁を前記溶液中に浸漬する補充工程を有することを特徴とする請求項６に記載のシンチレータ部材の製造方法。
8. 前記補充工程の後に前記液温低下工程を行う一連工程を複数回実行することを特徴とする請求項７に記載のシンチレータ部材の製造方法。
9. 複数の前記隔壁を同時に処理することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のシンチレータ部材の製造方法。
10. 前記隔壁は反射膜が形成されており、前記反射膜の表面に前記シンチレータを析出させることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のシンチレータ部材の製造方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の製造方法により製造されたシンチレータ部材と、前記シンチレータ部材で変換された光を検出する撮像基板とを積層することを特徴とする放射線撮像装置の製造方法。
12. 隔壁と、
    前記隔壁の壁面に沿って結晶化してなる層状のシンチレータと
    を備えることを特徴とするシンチレータ部材。
13. 前記シンチレータが多層に形成されていることを特徴とする請求項１２に記載のシンチレータ部材。
14. 前記シンチレータは、ヨウ化セシウムを含有することを特徴とする請求項１２又は１３に記載のシンチレータ部材。
15. 前記隔壁は反射膜が形成されており、前記反射膜の表面に前記シンチレータが形成されていることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のシンチレータ部材。
16. 請求項１２〜１５のいずれか１項に記載のシンチレータ部材と、
    前記シンチレータ部材で変換された光を検出する撮像基板と
    を備えることを特徴とする放射線撮像装置。
17. 放射線を発生する放射線源と、
    請求項１６に記載の放射線撮像装置と
    を備えることを特徴とする放射線撮像システム。