JP6502731B2 - 放射線撮像装置及び放射線撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関する。

放射線撮像装置の大型化に伴い、放射線撮像装置の外部からの放射ノイズが変換素子やＴＦＴに与える影響を無視できなくなってきている。このような放射ノイズを低減するために、特許文献１は、放射線撮像装置内のアクティブマトリクス基板の周囲の領域を、導電性を有する電磁シールドで覆う放射線撮像装置を提案する。

特許第３８１８２７１号公報

特許文献１の電磁シールドは筐体に直接固定されている。そのため、放射線撮像装置に外部から衝撃が与えられた場合に、電磁シールドが破断する恐れがある。本発明は、放射ノイズを低減するための導電部材の耐衝撃性を向上する技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、放射線の入射面を有する筐体と、前記筐体に格納された撮像パネルであって、前記入射面を通じて入射した放射線を検出する有効領域を有する撮像パネルと、前記入射面と前記撮像パネルとの間にある面形状の緩衝部材と、前記緩衝部材の前記撮像パネル側の周辺部に固定された枠形状の導電部材と、を備え、前記入射面に対する平面視において、前記導電部材の外縁は前記有効領域の外縁よりも外側に位置し、前記導電部材の内縁は前記撮像パネルの外縁よりも内側に位置することを特徴とする放射線撮像装置が提供される。

上記手段により、放射ノイズを低減するための導電部材の耐衝撃性を向上する技術が提供される。

一部の実施形態の放射線撮像装置の透視図。 図１の放射線撮像装置の断面図及び平面図。 一部の実施形態の放射線撮像装置の断面図及び平面図。 一部の実施形態の放射線撮像装置の断面図及び平面図。 一部の実施形態の放射線撮像装置の断面図。 一部の実施形態の放射線撮像システムを説明する図。

添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。以下の説明において、放射線は、α線、β線、γ線、Ｘ線、粒子線及び宇宙線を含む。

図１は、一部の実施形態に係る放射線撮像装置１００の外観を示す斜視図である。図１（ａ）では放射線を入射する面（以下、単に入射面１００ａ）が上になるように放射線撮像装置１００を示し、図１（ｂ）では入射面１００ａとは反対側の面（以下、単に裏面１００ｂ）が上になるように放射線撮像装置１００を示す。図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線による放射線撮像装置１００の断面図であり、図２（ｂ）は放射線撮像装置１００の平面図である。ただし、図２（ｂ）では、各要素の位置関係を明確にするために一部の構成要素のみを示す。

放射線撮像装置１００は図２（ａ）に示す各構成要素を有する。放射線撮像装置１００の内部にあるセンサ基板２０１、シンチレータ２０２、緩衝部材２１０、導電部材２１１などの構成要素は、筐体１０４に格納されている。筐体１０４は外装とも呼ばれうる。筐体１０４は、透過板１０１と、枠部材１０２と、裏面部材１０３とによって構成される。枠部材１０２及び裏面部材１０３は、透過板１０１よりも剛性が高い材料、例えば金属によって形成される。枠部材１０２は開口を有し、この開口に透過板１０１が嵌め込まれている。透過板１０１は、枠部材１０２よりも放射線の透過率が高い材料、例えば樹脂で形成される。枠部材１０２と裏面部材１０３とは放射線撮像装置１００の側面において互いに結合する。枠部材１０２の外周部分と裏面部材１０３の外周部分とによって筐体１０４の側壁が構成される。透過板１０１は放射線撮像装置１００の入射面１００ａを構成し、裏面部材１０３のうち内側部分は放射線撮像装置１００の裏面１００ｂを構成する。

センサ基板２０１は、光を電気信号に変換する複数の画素が行列状に配された画素アレイを有する。各画素は、例えば光電変換素子と、この光電変換素子で発生した電荷を転送するためのトランジスタ、例えばＴＦＴとを含む。センサ基板２０１のうち、センサ基板２０１の外部からの光を検出して電気信号に変換する領域を有効領域２０１ａと呼ぶ。センサ基板２０１として既存のセンサ基板を用いてもよいので、その詳細な説明を省略する。

センサ基板２０１の有効領域２０１ａは、シンチレータ２０２によって覆われている。シンチレータ２０２は、放射線撮像装置１００に入射した放射線を、センサ基板２０１が検出可能な波長帯の光に変換する。シンチレータ２０２の表面は、シンチレータ保護膜２０３で覆われている。シンチレータ保護膜２０３は例えばホットメルト樹脂などの耐湿性を有する材料で形成され、シンチレータ２０２が潮解するのを抑制する。

センサ基板２０１と、シンチレータ２０２と、シンチレータ保護膜２０３とによって、撮像パネル２０４が構成される。撮像パネル２０４のうち、放射線撮像装置１００に入射した放射線を電気信号に変換する領域を有効領域と呼ぶ。放射線撮像装置１００の入射面１００ａに対する平面視において、撮像パネル２０４の有効領域はセンサ基板２０１の有効領域２０１ａに一致する。撮像パネル２０４は、いわゆる間接変換方式の撮像パネルである。これにかえて、シンチレータを含まず、放射線を直接電気信号に変換する直接変換方式の撮像パネルが用いられてもよい。

撮像パネル２０４、より具体的にセンサ基板２０１は、基台２０５に例えば粘着剤によって固定されており、基台２０５によって支持されている。基台２０５は、支柱２０６によって筐体１０４の裏面部材１０３に固定されている。基台２０５は、例えばアルミ合金やマグネシウム合金、繊維強化樹脂などで形成される。基台２０５を挟んで撮像パネル２０４の反対側に、回路基板２０７と充電池２０９とが配される。回路基板２０７にはセンサ基板２０１を制御するための回路が形成される。例えば、回路基板２０７には、各画素のトランジスタを駆動するための回路や、各画素からの信号を読み出すための回路、読み出した信号を処理する回路が形成される。センサ基板２０１と回路基板２０７とはフレキシブル基板２０８によって接続される。充電池２０９は、センサ基板２０１や回路基板２０７に電力を供給する。放射線撮像装置１００は、充電池２０９のかわりに、外部から供給された電力を各回路に供給する電源回路を有してもよい。以下の説明において、回路基板２０７及び充電池２０９をまとめて電気部品と呼ぶ。

撮像パネル２０４と透過板１０１との間には、緩衝部材２１０及び導電部材２１１が配される。導電部材２１１は、緩衝部材２１０と撮像パネル２０４との間に位置する。導電部材２１１は、緩衝部材２１０のうち撮像パネル２０４側の面に例えば粘着剤で固定されている。導電部材２１１は、その外縁付近のみで緩衝部材２１０に固定されてもよいし、その内側のみで緩衝部材２１０に固定されてもよいし、その全面で緩衝部材２１０に固定されてもよい。緩衝部材２１０は、例えば発泡材などの弾性を有する材料で形成される。導電部材２１１は、アルミや銅などで形成された金属箔である。導電部材２１１は、例えば０．２ｍｍ以下の均一な厚さを有する。導電部材２１１は導電線２１２によって筐体１０４のうち導電性を有する部分に接続される。図１で、導電部材２１１は導電線２１２によって枠部材１０２に接続される。これにかえて導電部材２１１は背面部材１０３に接続されてもよいし、基台２０５が導電性を有する場合に基台２０５に接続されてもよい。放射線撮像装置１００は導電線２１２を有していなくてもよい。

導電部材２１１が緩衝部材２１０に固定されているので、導電部材２１１が振動することによる静電容量の変化を軽減できる。また、放射線撮像装置１００への外力が緩衝部材２１０を介して導電部材２１１に及ぶので、このような外力によって導電部材２１１が破断することを抑制でき、耐衝撃性が向上する。また、導電部材２１１は、筐体１０４から間隔を置いて配されている。そのため、筐体１０４の変形によって生じる力が導電部材２１１に及ぶことが抑制される。

放射線発生装置（図１、図２では不図示）から照射された放射線は、被写体（図１、図２では不図示）を透過した後、透過板１０１を通り放射線撮像装置１００内に入射する。入射した放射線はシンチレータ２０２によって光に変換され、この光はセンサ基板２０１の光電変換素子によって電気信号に変換される。この電気信号は回路基板２０７によって読み出され、放射線撮像装置１００の外部に転送される。

続いて、図２（ｂ）を参照して、放射線撮像装置１００の入射面１００ａに対する平面視における筐体１０４の側壁と、センサ基板２０１と、基台２０５と、導電部材２１１との位置関係について説明する。入射面１００ａに対する平面視において緩衝部材２１０の外縁と導電部材２１１の外縁とは互いに一致する。入射面１００ａに対する平面視において導電部材２１１の外縁は、センサ基板２０１の有効領域２０１ａの外縁を囲む。すなわち、導電部材２１１の外縁の各辺は、センサ基板２０１の有効領域２０１ａの外側にある。さらに、入射面１００ａに対する平面視において導電部材２１１の外縁は、センサ基板２０１の外縁及び基台２０５の外縁も囲む。センサ基板２０１の外縁が撮像パネル２０４の外縁を規定するので、入射面１００ａに対する平面視において導電部材２１１の外縁は、撮像パネル２０４の外縁を囲む。

放射線撮像装置１００の外部からの放射ノイズ、特に放射線入射方向からの放射ノイズによって導電部材２１１に渦電流が発生する。この渦電流によって、撮像パネル２０４に到達する放射ノイズを低減することができる。渦電流により構成される閉回路が大きいほど、放射ノイズを低減する効果が高い。導電部材２１１は、導電部材２１１の外縁がセンサ基板２０１の有効領域２０１ａの外縁を囲み、さらには撮像パネル２０４の外縁を囲む大きさを有するので、放射ノイズを十分に低減できる。

放射線撮像装置１００の各構成要素の位置関係は図２（ｂ）に示したものに限られない。例えば、導電部材２１１の外縁の一部又はすべての辺が、センサ基板２０１の有効領域２０１ａの外縁とセンサ基板２０１の外縁との間に位置していてもよい。

続いて、図３を参照して、他の一部の実施形態に係る放射線撮像装置３００について説明する。図３（ａ）は図２（ａ）に対応する位置における放射線撮像装置３００の断面図であり、図３（ｂ）は放射線撮像装置３００の平面図である。ただし、図３（ｂ）では、各要素の位置関係を明確にするために一部の構成要素のみを示す。

放射線撮像装置３００は、導電部材２１１の代わりに導電部材３１１を有する点で放射線撮像装置１００とは異なり、他の点は同様であってもよい。導電部材３１１は、緩衝部材２１０のうち撮像パネル２０４側の面に例えば粘着剤で固定されている。導電部材３１１は、枠形状の外側部分３１１ａと、外側部分３１１ａの内側にある内側部分３１１ｂとを含む。外側部分３１１ａの厚さは内側部分３１１ｂの厚さよりも厚い。例えば、外側部分３１１ａの厚さは０．２ｍｍであり、内側部分３１１ｂの厚さは０．１ｍｍである。導電部材３１１は、外側部分３１１ａのみで緩衝部材２１０に固定されてもよいし、内側部分３１１ｂのみで緩衝部材２１０に固定されてもよいし、その全面で緩衝部材２１０に固定されてもよい。

続いて、図３（ｂ）を参照して、放射線撮像装置３００の入射面１００ａに対する平面視における筐体１０４の側壁と、センサ基板２０１と、基台２０５と、導電部材３１１との位置関係について説明する。導電部材３１１の外縁の位置についての説明は、導電部材２１１の外縁の位置についての説明と同様のため、省略する。図３（ｂ）で、導電部材３１１の外側部分３１１ａと内側部分３１１ｂとの境界３１１ｃを破線で示す。入射面１００ａに対する平面視において導電部材３１１の境界３１１ｃは、センサ基板２０１の有効領域２０１ａの外縁を囲む。さらに、入射面１００ａに対する平面視において導電部材３１１の境界３１１ｃは、センサ基板２０１の外縁及び基台２０５の外縁によって囲まれる。センサ基板２０１の外縁が撮像パネル２０４の外縁を規定するので、入射面１００ａに対する平面視において導電部材３１１の境界３１１ｃは、撮像パネル２０４の外縁によって囲まれる。

放射線撮像装置３００の各構成要素の位置関係は図３（ｂ）に示したものに限られない。例えば、導電部材３１１の境界３１１ｃの一部又はすべての辺が、センサ基板２０１の外縁の外側に位置してもよく、更には基台２０５の外縁の外側に位置してもよい。

上述のように、渦電流により構成される閉回路が大きいほど放射ノイズを低減する効果が高い。そのため、導電部材３１１の内側部分３１１ｂよりも外側部分３１１ａを厚くして抵抗値を低減することによって放射ノイズを効率的に低減するとともに、放射線撮像装置３００を軽量化できる。

続いて、図４を参照して、他の一部の実施形態に係る放射線撮像装置４００について説明する。図４（ａ）は図３（ａ）に対応する位置における放射線撮像装置４００の断面図であり、図４（ｂ）は放射線撮像装置４００の平面図である。ただし、図４（ｂ）では、各要素の位置関係を明確にするために一部の構成要素のみを示す。

放射線撮像装置４００は、導電部材３１１の代わりに導電部材４１１を有する点で放射線撮像装置３００とは異なり、他の点は同様であってもよい。導電部材４１１は、内側部分３１１ｂの代わりに開口を有する点で導電部材３１１とは異なり、他の点は同様であってもよい。すなわち、導電部材４１１は、開口を有する枠形状の部材である。導電部材４１１は、緩衝部材２１０のうち撮像パネル２０４側の面に例えば粘着剤で固定されている。例えば、導電部材４１１の厚さは０．２ｍｍである。図４（ａ）に示すように、導電部材４１１の開口において、緩衝部材２１０と撮像パネル２０４とが互いに接していてもよい。これに代えて、緩衝部材２１０と撮像パネル２０４とが間隔を置いて配されてもよい。

続いて、図４（ｂ）を参照して、放射線撮像装置４００の入射面１００ａに対する平面視における筐体１０４の側壁と、センサ基板２０１と、基台２０５と、導電部材４１１との位置関係について説明する。導電部材４１１の外縁の位置についての説明は、導電部材３１１の外縁の位置についての説明と同様のため、省略する。導電部材４１１の開口の外縁４１１ａの位置についての説明は、導電部材３１１の境界３１１ｃの位置についての説明と同様のため、省略する。放射線撮像装置４００は、放射ノイズを効率的に低減するとともに、放射線撮像装置３００よりもさらに軽量化されている。

続いて、図５を参照して、他の一部の実施形態に係る放射線撮像装置５００、５５０について説明する。図５（ａ）は図４（ａ）に対応する位置における放射線撮像装置５００の断面図であり、図５（ｂ）は図４（ａ）に対応する位置における放射線撮像装置５５０の断面図である。

放射線撮像装置５００は、導電部材５０１を更に有する点で放射線撮像装置４００とは異なり、他の点は同様であってもよい。放射線撮像装置４００のかわりに、放射線撮像装置１００又は放射線撮像装置３００に導電部材５０１を追加してもよい。導電部材５０１は、撮像パネル２０４と基台２０５との間に配される。導電部材５０１は、導電部材２１１のように均一は厚さであってもよいし、導電部材３１１のように内側部分が外側部分よりも薄い形状であってもよいし、導電部材４１１のように開口を有していてもよい。導電部材５０１は、導電部材４１１と同様に、アルミや銅などで形成された厚さが０．２ｍｍの金属箔であってもよいし、放射線を遮蔽する効果の高い重金属、例えば鉛、タングステン、鉄、銅、モリブデン、金などで構成されてもよい。これにより、放射線の遮蔽効果と外部からの放射ノイズの低減効果とを同一の導電部材４１１で実現できるので、放射線撮像装置５００を軽量化できる。

導電部材４１１と導電部材５０１とに挟まれた空間では、放射線の入射方向からの放射ノイズが弱まる。これは、導電部材４１１に流れる渦電流と、導電部材５０１に流れる渦電流とが重畳して効果を発揮することに加えて、これらの導電部材に挟まれた空間の特に外縁付近で渦電流どうしが逆向きの磁界を形成して打ち消しあうためである。放射線撮像装置５００は、撮像パネル２０４の側方に、導電部材４１１と導電部材５０１とを互いに接続する導電部材を有しない。そのため、撮像パネル２０４を全体的に導電部材で覆う場合と比較して、放射線撮像装置を軽量化できる。

図５（ａ）において、導電部材５０１は、撮像パネル２０４と基台２０５との間に配される。これにかえて、導電部材５０１は、回路基板２０７と裏面部材１０３との間に配されてもよい。この位置に配した場合に、回路基板２０７への放射ノイズを軽減できる。一方、導電部材５０１を撮像パネル２０４の近くに配した場合に、撮像パネル２０４への放射ノイズを大きく軽減できる。

導電部材５０１が撮像パネル２０４を支持できる程度の剛性を有する場合に、導電部材５０１が基台２０５を兼ねてもよい。すなわち、放射線撮像装置５００から基台２０５を省略し、導電部材５０１を支柱２０６で裏面部材１０３に固定してもよい。

放射線撮像装置５５０は、導電部材５５１、５５２、５５３を更に有する点で放射線撮像装置４００とは異なり、他の点は同様であってもよい。放射線撮像装置４００のかわりに、放射線撮像装置１００又は放射線撮像装置３００に導電部材５５１、５５２、５５３を追加してもよい。導電部材５５１についての説明は、導電部材５０１についての説明と同様のため省略する。図５（ｃ）の透視図に導電部材４４１、５５１、５５２、５５３の構造を示す。導電部材５５２は、導電部材４１１の１辺と導電部材５５１の１辺とを接続する。導電部材５５３は、導電部材４１１の他の１辺と導電部材５５１の他の１辺とを接続する。導電部材５５２と導電部材５５３とは対向する１組の２辺に位置する。他の対向する２辺には導電部材は配されない。導電部材５５２、５５３の材料・厚さは導電部材４４１の材料・厚さと同じであってもよい。このように導電部材５５２、５５３を配することによって、撮像パネル２０４の側方からの放射ノイズを軽減できる。

上述の説明において、導電部材２１１、３１１、４１１は何れも、緩衝部材２１０のうち撮像パネル側の面に固定される。これに代えて、導電部材２１１、３１１、４１１を、緩衝部材２１０のうち入射面１００ａ側の面に固定してもよい。さらに、導電部材２１１、３１１、４１１を緩衝部材２１０で包み、緩衝部材２１０の内部に固定してもよい。導電部材２１１、３１１、４１１を撮像パネル２０４の近くに配するほど、撮像パネル２０４への放射ノイズを軽減できる。

図６は上述の放射線撮像装置のＸ線診断システム（放射線撮像システム）への応用例を示した図である。Ｘ線チューブ６０５０（放射線源）で発生した放射線としてのＸ線６０６０は、被験者又は患者６０６１の胸部６０６２を透過し、検出装置６０４０に入射する。ここで、検出装置６０４０は、上述の放射線撮像装置１００、３００、４００、５００、５５０の何れであってもよい。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応してシンチレータは発光し、これを光電変換して、電気的情報を得る。この情報はデジタル信号に変換され信号処理部となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され制御室の表示部となるディスプレイ６０８０で観察できる。なお、放射線撮像システムは、放射線撮像装置と、放射線撮像装置からの信号を処理する信号処理部とを少なくとも有する。

また、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理部により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなど表示部となるディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等の記録部に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録部となるフィルムプロセッサ６１００により記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。

１００ 放射線撮像装置、２０４ 撮像パネル、２１０ 緩衝部材、２１１ 導電部材

Claims (6)

1. 放射線の入射面を有する筐体と、
   前記筐体に格納された撮像パネルであって、前記入射面を通じて入射した放射線を検出する有効領域を有する撮像パネルと、
   前記入射面と前記撮像パネルとの間にある面形状の緩衝部材と、
   前記緩衝部材の前記撮像パネル側の周辺部に固定された枠形状の導電部材と、を備え、
   前記入射面に対する平面視において、前記導電部材の外縁は前記有効領域の外縁よりも外側に位置し、前記導電部材の内縁は前記撮像パネルの外縁よりも内側に位置することを特徴とする放射線撮像装置。
2. 放射線の入射面を有する筐体と、
   前記筐体に格納された撮像パネルであって、前記入射面を通じて入射した放射線を検出する有効領域を有する撮像パネルと、
   前記入射面と前記撮像パネルとの間にある緩衝部材と、
   前記緩衝部材に固定された第１導電部材と、
   前記筐体の前記入射面とは反対側の面と前記撮像パネルとの間にある第２導電部材と、
   前記撮像パネルの第１側方にあり、前記第１導電部材と前記第２導電部材とを互いに接続する第３導電部材と、
   前記撮像パネルの前記第１側方とは反対側の第２側方にあり、前記第１導電部材と前記第２導電部材とを互いに接続する第４導電部材と、を備え、
   前記入射面に対する平面視において前記第１導電部材の外縁が前記有効領域の外縁を囲み、
   前記第１側方及び前記第２側方とは異なる前記撮像パネルの側方に、前記第１導電部材と前記第２導電部材とを互いに接続する導電部材を有しないことを特徴とする放射線撮像装置。
3. 前記入射面に対する平面視において、前記導電部材の内縁が前記有効領域の外縁を囲むことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
4. 前記導電部材の枠内の開口部分において前記撮像パネルと前記緩衝部材とが互いに接することを特徴とする請求項１又は３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記導電部材と前記筐体とを電気的に接続する導電線を更に有することを特徴とする請求項１又は３に記載の放射線撮像装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の放射線撮像装置と、
   前記放射線撮像装置によって得られた信号を処理する信号処理手段と
   を備えることを特徴とする放射線撮像システム。