JPH067165B2 - ガ―ネット構造のシンチレ―タ―を用いた高速の放射線耐性ｃｔシンチレ―タ―装置 - Google Patents

ガ―ネット構造のシンチレ―タ―を用いた高速の放射線耐性ｃｔシンチレ―タ―装置

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JPH067165B2
JPH067165B2 JP3183988A JP18398891A JPH067165B2 JP H067165 B2 JPH067165 B2 JP H067165B2 JP 3183988 A JP3183988 A JP 3183988A JP 18398891 A JP18398891 A JP 18398891A JP H067165 B2 JPH067165 B2 JP H067165B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体の発光シンチレ―タ
―の分野に係り、特に高速コンピュ―タ―断層撮影（Ｃ
Ｔ）スキャニング装置、とりわけ医療用ＣＴ装置に使用
するのに適したＸ線感受性の固体発光シンチレ―タ―の
分野に係る。
【０００２】
【従来の技術】発光（ルミネッセンス）物質は電磁スペ
クトルのある領域のエネルギ―を吸収し、電磁スペクト
ルの別の領域のエネルギ―を放出する。粉末形態の発光
物質は通常「蛍光体」といわれ、透明な固体形態の発光
物質は普通「シンチレ―タ―」といわれる。
【０００３】最も有用な蛍光体は、電磁スペクトルの可
視領域の外側にある放射線の吸収に応答して電磁スペク
トルの可視領域の放射線を放出する。すなわち、この蛍
光体は、人間の目に感じない電磁放射線を人間の目に感
じる電磁放射線に変換する機能を果たす。ほとんどの蛍
光体は電磁スペクトルの可視領域より高いエネルギ―の
領域に応答する。たとえば、紫外線（蛍光ランプの場合
など）、電子（陰極線管の場合など）、およびＸ線（ラ
ジオグラフィ―の場合など）に応答する粉末蛍光体があ
る。
【０００４】広く分けて２種類の発光物質が知られてい
る。すなわち、自己賦活発光物質と不純物賦活発光物質
である。
【０００５】自己賦活発光物質は、純粋な結晶性母材
（ホスト材料）が高エネルギ―の光子を吸収して電子を
励起状態に遷移させ、その電子が光子を放出することに
よって低い方のエネルギ―状態に戻るようなものであ
る。自己賦活発光物質は通常広いスペクトルの発光パタ
―ンをもっている。それは、励起状態または低エネルギ
―状態で電子がとり得るエネルギ―の範囲が比較的広い
ためであり、その結果として、励起された所与の電子
は、その励起状態から低エネルギ―状態へ遷移する間
に、その発光遷移の前後にもつ特定のエネルギ―に応じ
てかなり広い範囲のエネルギ―を放出し得る。
【０００６】不純物賦活発光物質は、通常、非発光性の
母材が、その母材中に比較的低濃度（たとえば、約２０
０〜約１，０００ppm の範囲）で存在する賦活剤化学種
を含ませることによって変化させられているものであ
る。しかし、蛍光体の中には、最適な光出力を得るため
に数モル％の賦活剤イオンを必要とするものもある。不
純物によって賦活化される発光物質の場合、母体（ホス
ト）結晶が入射光子を吸収し、この吸収されたエネルギ
―は、賦活剤イオンによって受取られるかまたは結晶格
子により賦活剤イオンに伝えられる。賦活剤イオンの１
個以上の電子がより高い励起状態に移る。これらの電子
は、より低い励起状態に戻る際にルミネッセンス光の光
子を放出する。一般的に使われている不純物賦活化発光
物質の多くにおいて、ルミネッセンス光を放出する電子
はｄ殻またはｆ殻の電子である。ｄ殻の電子は周囲の結
晶場から受ける影響が大きいが、ｆ殻の電子はあまり影
響を受けない。賦活剤イオンが局部的な結晶場から受け
る影響があまり大きくないような状況では、放出される
ルミネッセンス光は実際上、母材よりはむしろ賦活剤イ
オンに特徴的であり、発光スペクトルは比較的狭い発光
ピ―クを１個以上含んでいる。これは、自己賦活発光物
質が示すずっと広い範囲の発光スペクトルと対照的であ
る。賦活剤イオンの電子エネルギ―が結晶構造の影響を
大きく受けるような状況における発光スペクトルは、通
常、自己賦活発光物質の発光スペクトルと同様にかなり
広いものとなる。不純物賦活化発光物質の母材は、一般
に、賦活化用の化学種が存在しない他の多くの用途をも
っている。そのような用途の中には、母材がその性質を
改変するための他の化学種を含んでいることがあった
り、さらには発光賦活化剤と考えられる成分を含んでい
ることがあったりするがこれはその組成物に発光とは別
の特性を付与するためのものである。
【０００７】それぞれがタ―ンオン遅延、効率、一次減
衰時間、残光、ヒステリシス、発光スペクトル、放射線
損傷などの性質を固有に組合せて有する公知の蛍光体が
数多く存在する。発光物質のタ―ンオン遅延とは、刺激
放射線の強度が一定の場合刺激放射線が最初に発光物質
に入射してから発光出力がその最大値に達するまでの時
間である。発光物質の効率とは、吸収した刺激放射線の
エネルギ―のうちルミネッセンス光として放出されるも
のの割合（％）である。刺激放射線の照射が停止したと
き、シンチレ―タ―からの発光出力は以下の二段階で落
ちていく。そのような段階の第一段階では、最大の発光
出力から、低いが通常ゼロではない値まで急速に減衰す
る。この値に達すると、減衰の傾きはそれまでよりかな
り低い減衰速度に変化する。この低強度で、通常は減衰
時間が長い発光は残光といわれており、通常、最大の強
度値の２％未満の強度値をもっている。この初期の急速
な減衰は一次減衰または一次速度といわれており、刺激
放射線が止まった時から発光出力がその最大強度値の１
／ｅに落ちた時までで測定される。
【０００８】ある量の入射刺激放射線に対してルミネッ
センス光出力の大きさがその発光物質によってその前に
吸収されていた刺激放射線の量に依存する場合、発光物
質はヒステリシスを示す。発光物質の発光スペクトルは
その物質が放出するルミネッセンス光のスペクトル特性
である。
【０００９】放射線損傷は発光物質に特有であり、所与
の強度の刺激放射線に応答して発光物質が放出する光の
量が、その物質が高い放射線量に暴露された後に変化す
る現象である。放射線損傷を測定するには、まず最初に
強度が既知の標準または基準の放射線で発光物質を刺激
する。この基準強度の入射刺激放射線に応答する光検出
器の初期出力（Ｉ0 ）を測定し、記録または記憶する。
次に発光物質を高い線量の放射線に暴露する。最後の手
順として、その後ただちに、発光物質を基準強度の刺激
放射線にふたたび暴露し、この基準強度の刺激放射線に
応答するその光検出器の最終的な出力（Ｉf ）を測定
し、記憶または記録する。放射線損傷（ＲＤ）は次式で
表わすことができる。
【００１０】 ＲＤ＝（Ｉf −Ｉ0 ）／Ｉ0 （１） 放射線損傷はできるだけ小さいのが理想的である。ほと
んどの発光物質では、Ｉf がＩ0 より小さいのが普通で
あるのでこれは負の数である。しかし、残光強度がＸ線
照射停止後〜１００ミリ秒で≧０．１％であると、信じ
られないような正の放射線損傷の値が得られることがあ
る。
【００１１】蛍光体をラジオグラフィ―に使用する場
合、以上の特性の多くは装置全体の性能に悪影響を与え
ることなく広い範囲にわたって変化することができる。
他の用途では、最大または実用的な性能を得るために上
記の特性の各々を厳密に規定しなければならない。
【００１２】コンピュ―タ―断層撮影（ＣＴ）スキャニ
ング装置の場合、Ｘ線源とＸ線検出器アレイは被検体を
挟んで反対側に配置されており、互いに固定された関係
を保って被検体の回りを回転する。初期のＣＴスキャニ
ング装置はそのＸ線検出媒体としてキセノンガスを使用
していた。これらの装置では、入射したＸ線がキセノン
ガスをイオン化し、その結果生成したイオンがセルの端
にある荷電プレ―トに引きつけられる。シンチレ―タ―
出力は電荷または電流である。最近になって、固体シン
チレ―タ―をもったＣＴスキャナが登場した。固体のシ
ンチレ―タ―装置の場合、セルすなわち素子のシンチレ
―タ―材料はそのセルに入射するＸ線を吸収して光を放
出する。この光はそのセルの光検出器によって集められ
る。デ―タ収集の間検出器アレイの各セルすなわち素子
は、そのアレイの当該セルにおけるその時点での光強度
を示す出力信号を与える。この出力信号を、ＣＴスキャ
ナ技術者にはよく知られているやり方で処理して被検体
の像を作成する。ＣＴスキャナの発光物質は、光出力が
対応する刺激放射線の強度に線形的に直接変換され得る
ように、光出力が吸収した刺激放射線の量の線形関数と
なる線形特性をもっているのが望ましい。
【００１３】ＣＴスキャナのような装置の発光物質は、
すでに述べた蛍光体を使用する装置の多くでは必要とさ
れない多くの規定された特性を備えていなければならな
い。まず第一に、Ｘ線を使用するＣＴ装置の場合、コン
ピュ―タ―断層撮影画像を得るのに患者が暴露されるこ
とになるＸ線の線量を最小限に抑えるために、発光物質
中に入射したＸ線のほとんどすべてを吸収するのが望ま
しい。入射Ｘ線のほとんど全部を集めるためには、発光
物質が、Ｘ線の進行方向の厚みとして、実質的にすべて
のＸ線を阻止するのに充分な厚みをもっていなければな
らない。この厚みはＸ線のエネルギ―と発光物質のＸ線
阻止能との両方に依存する。次に、装置全体の効率、信
号／雑音（ＳＮ）比および入射刺激放射線の量の測定精
度を最大限にするために、ルミネッセンス光のほとんど
すべてが感光検出器によって集められることが重要であ
る。ＣＴスキャナの発光物質で発生したルミネッセンス
光のほとんど全部を抽出するためには、この発光物質が
ルミネッセンス光に対して透明であるべきである。そう
でないと、ルミネッセンス光の多くは、発光物質内にお
ける散乱と吸収のために感光検出器に到達しない。した
がって、発光物質は、ルミネッセンス光に対して実質的
に透明であり、しかもＸ線進行方向において入射Ｘ線の
ほとんどすべてを吸収するのに充分な厚みをもった固体
の棒（バ―）状で提供される。このために、ＣＴスキャ
ニングに使用する発光物質の選択とその製造が両方とも
複雑になっている。それは、発光することが知られてお
り粉末蛍光体として使用されているかまたは試験されて
いる多くの材料は必要な透明性を有する固体のバ―状で
提供することができないからである。
【００１４】さまざまな化合物の融点、沸点、密度、そ
の他の物理的特性がすでにまとめられているが、物質の
ルミネッセンス特性はそれほどにはまとめられておら
ず、ハンドブックにも載っていない。ルミネッセンスデ
―タのほとんどは、それぞれの著者がそれぞれの理由で
測定対象に選んだ特定の材料に関して別々の論文に載っ
ている。また、発光物質の特性決定はほとんどが、刺激
用放射線として紫外（ＵＶ）光を用いて行なわれてい
る。これは、紫外光がＸ線より発生させるのが容易であ
り、かつ一般により害が少ないと考えられているからで
ある。残念なことに、多くの物質は紫外光刺激に対して
は発光するが、Ｘ線刺激に対しては発光しない。したが
って、多くの物質に対して、利用できるルミネッセンス
デ―タがあっても、その物質がＸ線刺激に応答して発光
するかどうかは確かではないのである。さらにまた、最
新式のＣＴスキャニング装置で使用するシンチレ―タ―
では厳密に制御しなければならないパラメ―タ―の多く
が、蛍光体の応用分野の多くにおいては重要ではないの
で測定も記録もされていない。したがって、最新式のＣ
Ｔスキャニング装置で使用するのに適したシンチレ―タ
―材料に関する検索の指針を現存する発光物質のデ―タ
から得るのは、もしできるにしてもわずかなのである。
デ―タを広く利用することができないようなパラメ―タ
―の中には、Ｘ線刺激に対する放射線損傷、残光、単結
晶形態の製造可能性、ヒステリシス現象、機械的特性が
あり、さらに多くの場合、Ｘ線で発光するか否かに関す
るデ―タもない。所与の材料が最新式のＣＴスキャナで
適切に使用できるために厳格な規定を満たさなければな
らない数多くのパラメ―タ―（たとえば透明なシンチレ
―タ―体の形態で材料を供給できるかどうか）のゆえ
に、適切なシンチレ―タ―材料を見極める過程は、基本
的にまったく無の状態から始めなければならないし、乾
草の中で針を捜すようなものである。そのような材料を
見極めることの困難性は、タリウムとタングステン酸カ
ドミウムによって賦活化されたヨウ化セシウムは各々が
最新式のＣＴスキャナシンチレ―タ―としては望ましく
ないと考えられるいくつかの特性（後述）をもっている
という事実にもかかわらず、現在上市されているＣＴス
キャニング用の機械ではこれらの物質が使用されている
ことによって例示される。
【００１５】放射線損傷ができるだけ小さいと望ましい
というのにはいくつかの理由がある。放射線損傷が高い
ときのひとつの欠点は、放射線損傷が蓄積すると、放射
線の所与の刺激線量に対してシンチレ―タ―材料が発す
る光の量が次第に小さくなるのでその装置の感度が落ち
ることである。もうひとつの欠点は、放射線損傷が高過
ぎると、そのシンチレ―ション検出器は放射線損傷の影
響が累積されるため最終的には取替えなければならない
ということである。その結果、シンチレ―ション検出装
置の取替えにかなりのコストがかかることになる。放射
線損傷が高いことによるさらに厄介で、おそらくさらに
高価になる影響は、勤務時間中その装置をしばしば較正
し直さなければならず、可能性としては患者毎にという
くらい頻繁に較正しなければならない必要性があること
である。このような再較正は時間がかかり、しかもシン
チレ―タ―材料を余分な放射線に暴露することになり、
したがって損傷がさらに進むことになる。ＣＴスキャニ
ング装置で使用するシンチレ―タ―材料の放射線損傷が
充分に小さくなって、各勤務日の始めにその装置を較正
すればその日一日を通じて確実に正確な結果が得られる
のが望ましいと考えられる。
【００１６】透明なバ―形態の発光物質を得るひとつの
手段は、自身のルミネッセンス放射線に対して透明な単
結晶発光物質を使用することである。単結晶を成長させ
る一般的な方法はチョクラルスキ―(Czochralski）法で
あり、イリジウム（Ｉｒ）製のことが多い高温のるつぼ
に適当な原料を入れ、るつぼとその中身を目的とする単
結晶物質の融点より高い温度に加熱する。得られる溶融
材料はメルトといわれる。成長の間、このメルトの温度
は、メルトの上部が、メルトと接触させた種結晶上に単
結晶物質が成長するのに充分なくらい冷却されるが自発
的に核を形成することはないような値の温度に保つ。目
的とする物質の種結晶（すなわち、目的とする物質が単
結晶として成長する際の基盤となるもの）を下げてメル
トの頂部と接触させる。目的とする結晶物質はこの種結
晶の上に成長するので、単結晶物質の成長するボウルが
所望の直径に維持されるような速度で種結晶を引出す
（引き上げる）。通常この種結晶は、成長の間成長する
結晶の均一性を高めるために回転させる。最初にるつぼ
に入れる原料は任意の適当な形態とすることができる
が、通常は適当な量の原料の混合物であり、これらが一
緒になって成長させるべき単結晶物質にとって望ましい
化学量論を有し不純物が制御されたメルトを与える。
【００１７】純粋な結晶を対応するメルトから成長させ
る場合、チョクラルスキ―(Czochralski）法によると、
通常、所望の組成を有する高品質で均一組成の単結晶が
得られる。純粋な結晶性物質の原子のいくらかが置換さ
れた結晶を製造したい場合、成長動力学はさらに複雑で
あり、結晶構造中の置換がどのようになされるのか、し
たがってメルトとボウル中における時間の関数としての
その濃度は多くの特性に依存する。これらの特性の影響
のひとつは偏析係数といわれる。正常な状態で置換が原
料メルト中で存在する比と同じ割合で固体ボウル中にも
存在すれば偏析係数の値は１である。正常な状態で置換
が原料メルト中に存在する濃度より大きい濃度で固体の
ボウル中に存在すれば偏析係数は１より大きくなり、正
常な状態で置換がメルト中に存在する濃度より低い濃度
で固体ボウル中に存在する場合、偏析係数は１より小さ
い。これらの違いに関してはいくつもの異なる根本的理
由があるが、偏析係数は結果を表わすのに有効な手段で
ある。
【００１８】単結晶材料の平板（スラブ）または棒（バ
―）が望まれる場合には、チョクラルスキ―(Czochrals
ki）で成長させた単結晶ボウルをスライスしてウェハ―
とした後所望形状の棒にする。商業的ＣＴスキャニング
装置に使用されていることが知られている単結晶発光材
料は、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）とタングステン酸カド
ミウム（ＣｄＷＯ4 ）の２つだけである。ヨウ化セシウ
ムはタリウム（Ｔｌ）で賦活化され、一方タングステン
酸カドミウムは純粋な自己賦活化発光物質である。Ｃｓ
Ｉは約５５０nmに発光ピ―クを有するルミネッセンス出
力を生じ、著しいヒステリシスと放射線損傷を示す。Ｃ
ｄＷＯ4 は約５４０nmにピ―クを有するルミネッセンス
出力を生じ、高い放射線損傷を示すがその程度はＣｓＩ
より少ない。ＣｓＩの放射線損傷はひどいので、患者毎
に装置を再較正するのが望まれることが多い。ＣｄＷＯ
4 における放射線損傷はそれより弱いが、１日に１回よ
り多くの再較正が望ましいと考えられる。これらの放射
線損傷特性の結果、シンチレ―ション材料としてこれら
の材料のいずれかを使用する装置は放射線損傷が蓄積さ
れると共に感度が低下し、最終的にはシンチレ―タ―装
置を交換しなければならない。
【００１９】ＣＴスキャニング装置の場合、シンチレ―
タ―バ―の決定的な特性のひとつはそのＺ軸応答曲線で
ある。個々のシンチレ―タ―バ―は、通常分解能を最大
にするために細く、適切なＸ線阻止能が得られるように
幅より奥行きがあり、そして効果を出すのに充分なＸ線
を集めるためにＸ線ビ―ム／シンチレ―タ―装置の平面
に垂直な方向が比較的長い。Ｚ軸特性は、一定強度の狭
いＸ線刺激ビ―ムをシンチレ―タ―バ―のＺ軸方向の一
端から他端まで走査する際にこのビ―ムに応答して出さ
れる光検出器出力である。この特性はシンチレ―タ―バ
―の長手方向の中心に関して対称であり、各々の端から
中心まで単調に増大するのが理想的である。このバ―の
端付近における出力の増加はビ―ムのＺ軸方向の厚み全
体がシンチレ―タ―バ―上に配置されると完全であるの
が好ましく、この出力はバ―の介在部分に沿ってはほぼ
均一である。
【００２０】これらのＺ軸要件を満たすためにシンチレ
―タ―バ―は、その長さ全体にわたってほとんど均一な
光学的性質、ルミネッセンス特性、および励起用放射線
吸収特性をもたなければならない。単結晶の不純物賦活
化シンチレ―タ―バ―の場合、これには、半径方向と長
手方向のどちらでも均一な発光賦活剤濃度を有する原料
ボウルを成長させる能力が必要とされる。すなわち、発
光出力は賦活剤イオンの局所的濃度に依存するからであ
る。したがって、ＣＴスキャナ用にあるシンチレ―タ―
物質を選択する際のプロセスは、その物質の他の重要な
特性のすべてを決定することに加えて、許容できるＺ軸
特性をもったシンチレ―タ―バ―を製造できる可能性を
確立することも含んでいなければならない。
【００２１】ＣＴスキャナでは、シンチレ―タ―バ―の
光検出器ダイオ―ドが配列されている表面以外の表面の
すべてに反射面を設けるのが好ましい。したがって、典
型的な固体シンチレ―ション検出器装置は、各シンチレ
―タ―バ―のルミネッセンス光を対応する電気信号に変
換するためにそれぞれのシンチレ―タ―バ―に接続され
た個々の光検出器ダイオ―ドと並んで配置されている個
別のシンチレ―タ―バ―を複数個含んでいる。そのよう
な装置では、すべてのシンチレ―タ―バ―が類似の全体
変換効率（すなわち、個々の入射Ｘ線放射線に対して実
質的に同一の電気出力信号）をもっていることが重要で
ある。このため、シンチレ―タ―材料の選択に関しても
うひとつの制約が生じる。すなわち、類似の特性を有す
るシンチレ―タ―バ―を、１，０００個以上ものたくさ
んの素子を有するシンチレ―ション検出器を組立てるの
に充分な量で製造することが可能でなければならない。
【００２２】一次減衰時間は、ＣＴスキャナがいかに速
く患者を走査することができるかどうかを決定する。な
ぜならば、そのスキャナのある部分におけるルミネッセ
ンス出力を正確に測定することができるようになるに
は、そのスキャナの他の部分に入射した放射線に応答す
るルミネッセンス出力が消滅する必要があるからであ
る。現状では５００マイクロ秒未満の一次減衰時間が好
ましく、シンチレ―タ―材料の最大の光出力、放射線損
傷およびヒステリシスなどのような他の特性に望ましく
ない影響を及ぼすことなく達成することができるのであ
れば上記よりさらに低い値が望ましい。また、最大の残
光レベルが極めて低く、かつ残光が比較的速く減衰する
ことも望ましい。現代のＣＴスキャナの残光は、刺激用
放射線が停止した後１００〜１５０ミリ秒で、そして再
度３００ミリ秒で測定してシンチレ―タ―材料を特徴付
けることができる。０．１％未満の残光が極めて望まし
いと考えられる。というのは、光検出器は、前の刺激の
残光の結果であるルミネッセンス光と、今の刺激の結果
であるルミネッセンス光とを区別することができないか
らである。このように、残光はＣＴスキャナ装置の強度
分解能を制限し得る。
【００２３】シンチレ―タ―材料としてのいろいろな候
補の効率を比較する目的には光出力を規格化するのが便
利である。候補材料からなる標準サイズのシンチレ―タ
―バ―を確立された基準強度のＸ線で刺激した際に応答
した光検出器ダイオ―ドからの出力信号の大きさを、同
じ刺激に応答する同じ形状のタングステン酸カドミウム
によって発生する出力と比較する。タングステン酸カド
ミウムは便利な標準品である。なぜならば、そのルミネ
ッセンスの自己賦活性のために、その光出力は賦活化剤
の濃度に依存しないので、ひどい放射線損傷を受けてい
ない限り、所与の強度の刺激放射線に対してほぼ固定さ
れた光出力が得られるからである。こうして、異なる時
間に異なる対象について得られた光出力デ―タは、異な
る試験毎に最初に較正をする必要なく直接比較すること
ができる。
【００２４】あるコンピュ―タ―断層撮影スキャナによ
って各勤務日に検査することができる患者の数を最大に
するために、そして一回の走査にかかる時間が短ければ
短い程その走査の間患者を静止させておくのがより容易
になるのであるから、コンピュ―タ―断層撮影スキャニ
ング装置はできるだけ速く作動するのが望ましい。さら
に、内部臓器の動きも最小限になる。
【００２５】ＣＴ装置の走査速度が速くなるにつれて、
固定されたＸ線の線量に対する信号の振幅は小さくな
る。したがって、ノイズが低下するように装置パラメ―
タ―を調節しない限り、シグナル対ノイズの比、コント
ラスト、したがって有用な強度分解能が低下する。ノイ
ズを低減させるには、シンチレ―タ―の一次減衰時間
を、ノイズがその装置に関係しなくなるような値まで下
げなければならない。また、残光があると光検出器の出
力に対するノイズの寄与部分であるバックグラウンドの
ルミネッセンス強度が生じるので、残光もできるだけ下
げなければならない。光検出器のピ―ク感度の付近にそ
のピ―ク出力を有するシンチレ―タ―材料を選択する
と、信号の振幅を増大することによってノイズを低減さ
せる効果がある。その他の修正もシグナル対ノイズ比を
維持するのに役立つことがある。
【００２６】ＣＴスキャナの分野が成熟するにつれて、
エレクトロニクスのスピ―ドが増大し、したがってより
短い時間でデ―タ走査ができるようにより速いシンチレ
―タ―が望ましくなった。今や、ＣＴスキャニング装置
は、たった５年程前に必要とされていたよりずっと速い
シンチレ―タ―を必要とするスピ―ドで作動するのが望
ましい。したがって、高速エレクトロニクスをさらに速
いスピ―ドのシンチレ―ション材料によって適合させな
ければならない最新式のＣＴスキャニング装置で使用す
るのに適したシンチレ―タ―材料を選択し製造するため
に必要とされると思われる公知の固体発光物質に関する
デ―タは大きく欠如している。
【００２７】個々の候補材料のこれらの特性をすべて決
定する問題とは別に、シンチレ―ションスキャナに用い
る物質は透明な固体の形態でなければならないという問
題がある。粉末形態で提供することができる発光物質の
多くは、単結晶形態で提供することができず、したがっ
て透明な物体として入手することができない。この特定
の発光物質を単結晶物質として製造することができない
ということの原因として考えられるのは、結晶構造の非
適合性、チョクラルスキ―(Czochralski）成長温度での
不安定性、結晶構造またはメルトに対する発光物質のい
くつかの成分の低い溶解度、添加物および／または置換
物のボウル内における不均一分布を導くことになる偏析
係数、その他である。したがって、ある特定の発光性組
成物がコンピュ―タ―断層撮影用機械のシンチレ―ショ
ン検出器に使用するのに望ましい特性を見掛け上有する
ことが認められたとしても、そのようなシンチレ―ショ
ン検出器の生産は簡単ではない。多くの場合、所望の組
成物は単結晶材料として製造することができない。
【００２８】シンチレ―ションカウンタ―は、物理学の
研究において高エネルギ―粒子の計数に使用されてい
る。これらのシンチレ―ションカウンタ―は通常、固体
の透明な本体を含んでおり（プラスチックとそれに分散
された発光物質からなることが多い）、これは単一の粒
子の吸収によって発生する非常に弱いルミネッセンスを
検出するために光電子増倍管につながれている。そのよ
うなシンチレ―ションカウンタ―に使用する物質は、所
望の計数が行なわれるように個別の、しかし時間的に極
めて密接した事象を互いに識別するために、非常に短い
一次減衰時間（１００ナノ秒よりずっと短いのが好まし
い）をもっていなければならない。ある物質をＣＴスキ
ャニング装置におけるシンチレ―タ―として使用する際
に重要な他の特性は、残光が充分に低くて新たな主要シ
ンチレ―ションをそれより前の事象の名残であるバック
グラウンド残光から区別することができる限りにおい
て、シンチレ―ションカウンタ―分野ではほとんど取る
に足らないことである。これらのシンチレ―ションカウ
ンタ―は、ＣＴスキャニング分野では問題となるような
残光を示す発光物質でも使用することができる。したが
って、シンチレ―ション計数分野で使用するシンチレ―
ション物質に関する研究がなされて来ているにもかかわ
らず、そのような研究はＣＴスキャニング装置に使用す
るシンチレ―ション物質の研究にとっては周辺的な関連
しかない。
【００２９】フラックス成長法によって小さい単結晶と
して製造することができるが、高温では不安定であり成
分物質に分解するので大きな単結晶として製造すること
ができない発光物質がたくさんある。また、非晶質また
は多結晶質のフィルムにおける散乱による光の損失を最
小にするために投写受像管用の蛍光体を開発しようとし
て他の発光物質が薄膜として製造されて来ている。その
ような物質は、それがＣＴスキャニング装置中で使用さ
れるＸ線を阻止するのに有効であるくらいに充分な厚さ
（一般に少なくとも１mmの厚み）を有する透明な物体を
提供することができないのでＣＴスキャナのシンチレ―
タ―には使用できない。さらに、これらの物質に対して
なされた開発研究の報告は、ある物質がＣＴスキャニン
グ装置に使用するのに適しているかどうかを決定するの
に重要な多くの特性に関するデ―タを示していない。
【００３０】単結晶シンチレ―タ―材料であるヨウ化セ
シウムやタングステン酸カドミウムに替わる多結晶質物
質が米国特許第４，４２１，６７１号、第４，４６６，
９２９号、第４，４６６，９３０号、第４，４７３，４
１３号、第４，５１８，５４５号、第４，５１８，５４
６号、第４，５２５，６２８号、第４，５７１，３１２
号、第４，７４７，９７３号および第４，７８３，５９
６号に開示されている。これらの特許に開示されている
シンチレ―タ―組成物は、所望の発光特性を有するシン
チレ―タ―物質を提供するために各種希土類元素を添加
（ド―プ）した立方晶系の酸化イットリウム・ガドリニ
ウムである。これらの物質は必要な構成成分のすべてが
望みどおり均一に分布した結晶を成長させるのが困難な
ため単結晶形態で製造されてはいない。さらに上記特許
に開示されているように、このド―プされた酸化イット
リウム・ガドリニウムシンチレ―タ―物質を、優れたシ
ンチレ―タ―物質となるのに充分な透明性をもつ多結晶
質セラミック形態で提供するための方法も開発された。
この物質はヨウ化セシウムやタングステン酸カドミウム
と比べて、放射線損傷とヒステリシスがほとんどなく、
高品質のＣＴスキャニング装置に対する要件を満たすく
らい充分に低い残光をもつという大きな利点がある。残
念ながら、この物質は一次減衰時間が１，０００マイク
ロ秒程度であり、したがって最新式のＣＴスキャニング
装置に組込むのに望ましい速さではない。
【００３１】ドイツ特許公開ＤＥ第３７０４８１３Ａ１
号には、まず原料の硫酸塩溶液を噴霧乾燥して乾燥した
硫酸塩をか焼するかまたは酸化物を混合し、いずれにし
てもその後プレスし、焼結し、融解させ、そして高真空
中で単結晶を引き上げることによって製造した単結晶の
Ｇｄ3-x Ｃｅx Ａｌ5-y Ｓｃy Ｏ12シンチレ―タ―が記
載されている。この物質からのルミネッセンス出力のス
ペクトルも提示されており、そのピ―クは５６０nm付近
にある。
【００３２】速く、残光が少なく、ヒステリシスをもた
ず、出力に非線形性がなく、Ｘ線阻止能が高く、所与の
刺激用Ｘ線入射に対する光出力が高く、光検出器ダイオ
―ドの感度が特に良い周波数の光を放出するシンチレ―
タ―があれば望ましいであろう。
【００３３】
【発明の目的】したがって、本発明の主たる目的は、速
く、残光が低く、しかもＸ線刺激に応答して許容できる
程度のヒステリシス、放射線損傷および非線形性を示す
シンチレ―タ―を有するＣＴシンチレ―タ―検出装置を
提供することである。
【００３４】本発明のもうひとつ別の目的は、単結晶シ
ンチレ―タ―物質を含むＣＴシンチレ―タ―検出器を提
供することである。
【００３５】本発明のさらに別の目的は、放射線損傷や
その他の望ましくない特性を示すことなく現存の装置よ
り高速で作動させることができる長寿命の多結晶質ＣＴ
シンチレ―タ―検出器装置を提供することである。
【００３６】本発明の別の目的は、ヒステリシス、非線
形性および放射線損傷感受性という望ましくない性質は
低い値でありながら高速、高出力、高Ｘ線阻止能および
低残光という望ましい性質を有する多結晶質ＣＴシンチ
レ―ション検出器を提供することである。
【００３７】
【発明の概要】そこで、以上の目的および図面を含めた
明細書全体から明らかになるその他の目的は、賦活化さ
れたガ―ネットをシンチレ―タ―物質として含むシンチ
レ―ション検出器を提供することによって達成される。
特に、各々約０．０７〜０．６重量％のＣｒ2 Ｏ3 濃度
のクロム３＋イオンで賦活化されたガドリニウム・ガリ
ウムガ―ネット（Ｇｄ3 Ｇａ5 Ｏ12）、ガドリニウム・
スカンジウム・ガリウムガ―ネット（Ｇｄ3 Ｓｃ2 Ｇａ
3 Ｏ12）、ガドリニウム・スカンジウム・アルミニウム
ガ―ネット（Ｇｄ3 Ｓｃ2 Ａｌ3 Ｏ12）、約０．３３重
量％のＣｅ2 Ｏ3 濃度のセリウム３＋イオンまたは約
０．８５重量％のＮｄ2 Ｏ3 濃度のネオジム３＋イオン
で賦活化されたイットリウム・アルミニウムガ―ネット
（Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12）は、高速、高出力、低残光、高Ｘ線
阻止能、光検出器ダイオ―ドの特性の感度領域の光の放
出および許容できるヒステリシス、非線形性ならびに最
小の放射線損傷の利益を提供するシンチレ―タ―組成物
の特定例である。その他のガ―ネット母体組成物および
他の賦活化剤も使用できる。簡単にするために、Ｇｄ3
Ｇａ5 Ｏ12をＧＧＧ、Ｇｄ3 Ｓｃ2 Ｇａ3 Ｏ12をＧＳＧ
Ｇ、Ｇｄ3 Ｓｃ2Ａｌ3 Ｏ12をＧＳＡＧ、そしてＹ3 Ａ
ｌ5 Ｏ12をＹＡＧということにする。
【００３８】
【詳細な説明】本発明の主題は、本明細書中の特許請求
の範囲に明記して定義してある。しかしながら、本発明
の構成および実施方法ならびにさらに別の目的および利
点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読
めば最も良く理解できるであろう。
【００３９】コンピュ―タ―断層撮影（ＣＴ）スキャニ
ング装置１００の概略を図１に示す。このＣＴスキャニ
ング装置１００は、走査される患者または被検体を入れ
る円筒形の囲壁１１０を含んでいる。フレ―ム１１２が
シリンダ―１１０を包囲しており、シリンダ―の軸の回
りで回転するように形成されている。このフレ―ム１１
２は、そのフレ―ム上の電子機器を装置の残りの部分に
接続するのに使用する装置に応じて、完全に一回転した
後元に戻るように設計してもよいし、または連続的に回
転するように設計してもよい。フレ―ム上の電子機器に
はＸ線源１１４が含まれ、これは、シリンダ―１１０の
反対側のフレ―ム上に取付けられたシンチレ―ション検
出器装置１１６の全体に広がるような扇形のＸ線ビ―ム
を発生するものが好ましい。このＸ線源の扇形パタ―ン
は、Ｘ線源とシンチレ―ション検出器装置１１６によっ
て決まる平面内に配置される。シンチレ―ション検出器
装置１１６は扇形のＸ線ビ―ムの平面に垂直な方向には
極めて狭いかまたは細い。シンチレ―ション検出器装置
の各セル１１８はシンチレ―タ―材料の固体の透明なバ
―とこのシンチレ―タ―バ―に光学的に接続された光検
出器ダイオ―ドを含んでいる。各光検出器ダイオ―ドか
らの出力はフレ―ムに取付けられた演算増幅器に接続さ
れる。各演算増幅器からの出力は個々の導線１２０また
はその他の電子機器によって主制御装置１５０に接続さ
れる。図示した具体例では、Ｘ線源用の動力とシンチレ
―ション検出器からの信号はケ―ブル１３０によって主
制御装置１５０に送られる。このケ―ブル１３０を使用
すると、通常、フレ―ムは一回フル回転した後その元の
位置に戻るという態様に制限される。代わりに、フレ―
ムの連続的な回転が望まれる場合には、スリップリング
または光もしくは無線伝送を使用してフレ―ムの電子機
器を主制御装置１５０に接続してもよい。このタイプの
ＣＴスキャニング装置の場合、シンチレ―タ―材料を使
用して入射Ｘ線をルミネッセンス光に変換し、この光を
光検出器ダイオ―ドで検出することにより、入射Ｘ線を
電気信号（これは画像抽出用その他の目的用に処理でき
る）に変換するための手段としての電気信号に変換す
る。現在のところ、このような装置の能力に関する制約
のひとつは、キセノンガスにしろ固体のシンチレ―タ―
材料のバ―にしろシンチレ―タ―組成物の特性である。
【００４０】本発明者らは、図１に示したタイプの高速
Ｘ線ＣＴスキャニング装置でシンチレ―タ―として使用
するのに適した一群の発行物質を見出した。特に、それ
らの物質は、Ｘ線刺激に応答して発光し、５００マイク
ロ秒未満の一次減衰時間を有し、Ｘ線刺激放射線の照射
停止後１００〜３００ミリ秒で０．２％未満の残光レベ
ルを有し、５００〜１，０００ラドのＸ線に暴露した後
５％未満の大きさの放射線損傷を示し、ヒステリシスを
ほとんどまったく示さず、チョクラルスキ―(Czochrals
ki）法により単結晶として成長させたときに自身のルミ
ネッセンス光に対して充分に透明であり、また、一般に
その光出力は市販のＸ線全身用スキャナに使用されてい
る材料であるタングステン酸カドミウム単結晶で得られ
る光出力の約１００〜約３５０％の範囲である。
【００４１】この一群のシンチレ―タ―材料は立方晶系
ガ―ネット結晶の賦活化された発光に基づいている。ガ
―ネットは結晶化学式Ａ3 Ｂ5 Ｏ12を有する一群の物質
であり、式中のＡカチオンは酸素によって八配位され、
Ｂカチオンは酸素によって八面体（六）配位されるかま
たは四面体（四）配位される。その結晶構造は８つの化
学式単位を含む単位格子当たり１６０個のイオンをもつ
立方晶系である。本発明において、Ａカチオンは希土類
またはイットリウムイオン単独か、もしくはその組合せ
か、および／または賦活剤による置換を含んでいる。Ｂ
カチオンも希土類イオンもしくはその他のイオン単独
か、または組合せでもよいし、および／または置換を含
んでいてもよい。特に、本発明者らは、八配位または六
配位部位で置換された賦活剤イオンがあると、それらの
ガ―ネットがＸ線刺激に応答して発光するということを
見出した。この母材内でＸ線に対して発光する本発明者
らが発見した特に重要な賦活剤イオンは、六配位部位に
位置するクロム３＋イオンである。
【００４２】この広範な一群のシンチレ―タ―材料のひ
とつの具体例によると、ガドリニウム・ガリウムガ―ネ
ット（ＧＧＧ）結晶に、クロム（Ｃｒ3+）イオンを、ガ
ドリニウム・ガリウムガ―ネット（Ｇｄ3 Ｇａ5 Ｏ12）
またはＧＧＧの組成全体の約０．０５重量％未満から
０．２２重量％以上の酸化クロム（Ｃｒ2 Ｏ3 ）の範囲
の濃度でド―プする。純粋なＧＧＧは無色であるが、こ
の材料はややグリ―ンがかっている。
【００４３】
【実施例の記載】実施例 このクロムをド―プしたＧＧＧのボウルをチョクラル
スキ―(Czochralski）法によって成長させた。直径がほ
ぼ４cmで長さが８cmであった。このボウルはほぼ六角形
の断面をもち、クロムのド―ピングの結果グリ―ンの色
をしていた。このボウルを４０個のウェハ―にスライス
した。各ウェハ―は厚みがほぼ１mmであった。これらの
スライスすなわちウェハ―に成長したボウル頂部の１か
らボウル底部の４０まで単調に増加する番号をつけた。
平均クロム濃度はボウル頂部のウェハ―１におけるＣｒ
2 Ｏ3 ０．２２重量％からボウル底部のウェハ―４０に
おけるＣｒ2 Ｏ3 ０．０７重量％までの範囲であった。
このウェハ―の位置の関数としてプロットした濃度を図
２のグラフに示す。この濃度の差はＧＧＧにおいて３か
ら４までの範囲の偏析係数を有するクロムイオンの結果
である。図３のグラフに示してあるように、ボウルのウ
ェハ―１ではＸ線刺激（１４０ＫｖｐのＸ線）に応答す
る光の出力はタングステン酸カドミウムによって生ずる
光の出力のほぼ３．４倍であり、ボウル底部のウェハ―
４０ではタングステン酸カドミウムの場合の約１．５２
倍であった。（Ｘ線刺激停止後の）一次減衰時間はボウ
ル頂部のウェハ―でほぼ１４０〜１６０マイクロ秒、ボ
ウル底部のウェハ―４０で約２８マイクロ秒であった。
ウェハ―の位置の関数としての一次減衰のパタ―ンを図
４のグラフに示す。
【００４４】この材料の残光特性（Ｘ線刺激）を図５の
グラフに示す。図から分かるように、ウェハ―２の残光
は約０．６％であり、ボウルに沿って下がるにつれて増
大していき、ボウル中央部で残光が急激に低下し、その
後残光はボウルの底に至るまで増大していた。
【００４５】このボウルのＸ線による放射線損傷はボウ
ルの頂部と底部の両端でかなり高く、約０．２％を越え
る残光によって生ずる大きな発光のために信頼性よく測
定するのは困難であった。しかしボウルの中央では放射
線損傷が比較的低く、約１〜約３％の大きさの範囲であ
った。
【００４６】この材料の発光スペクトルを図６に示す。
このスペクトルの形はボウルから取ったウェハ―のすべ
てで共通であった。発光ピ―クの最大は約７２０nmに中
心をもち、その放出したエネルギ―の９０％より多くが
６５０〜８００nmの範囲にあった。
【００４７】個々のウェハ―内のクロム濃度はそのウェ
ハ―全体に渡って均一ではなかった。これは、クロムの
偏析係数と、ボウルの成長面が平面ではないという事実
との結果である。しかし、この材料の高品質特性はボウ
ルのいくつかの部分に存在しており、真に秀れた特性は
ボウルの中央から下部にかけて、すなわちほぼ２４番目
のウェハ―からほぼ４０番目のウェハ―で見られる。
【００４８】このボウルから得たいくつかのウェハ―を
スライスして複数のシンチレ―タ―バ―とし、その特
性、特にＺ軸特性を測定した。このＺ軸特性を測定する
には、図７に概略を示した試験設備２００を使用した。
すなわち、Ｘ線源２２０からの扇形のＸ線ビ―ム２１０
をバ―２４０の長さ方向に走査しながら、フォトダイオ
―ド２５０からの出力を測定・記録した。ボウルのウェ
ハ―１１に由来する典型的なシンチレ―タ―バ―のＺ軸
特性を図８に示す。図８で明らかなように、３３mmの長
さのバ―は、典型的な場合、バ―の両側の端からちょっ
と内側のところが、そのバ―の残りの中央部分より光出
力が高かった。これは、このバ―を切出した元のウェハ
―の周辺部分のクロム濃度が高かったためである。ほぼ
平坦な出力を有するシンチレ―タ―バ―を作成するに
は、このバ―の両端を約７mm切り落してそのバ―を短く
すればよい。これより長くて平坦な光出力特性をもった
バ―が欲しいときは、バ―の両端を除いても３３mmの長
さのバ―の長さ方向に沿って実質的に均一なクロム濃度
が得られるようにより大きい直径のボウルを成長させる
ことができる。バ―内で均一なクロム濃度を与えるため
の別の方法は、スライスした後にバ―をアニ―リングし
てクロムの拡散を起こさせることである。たとえば、純
粋なガドリニウム・ガリウムガ―ネットを成長させてそ
のボウルをシンチレ―タ―バ―にスライスした後に拡散
によってガドリニウム・ガリウムガ―ネット中にクロム
を導入するか、またはバ―中にイオンを注入して低濃度
領域で濃度を増大させた後アニ―リングしてクロムを拡
散させると共にイオン注入によって生じた応力と格子転
位を緩和する。
【００４９】また、メルトにクロムを添加してボウル内
でのその消費分を補ったり、または成長プロセスを別の
やり方で修正したりすることによって、ボウル内でのク
ロム分布を制御してもよい。
【００５０】本発明の第二の具体例においては、母材が
Ｃｒ3+で賦活化されたガドリニウム・スカンジウム・ガ
リウムガ―ネット（Ｇｄ3 Ｓｃ2 Ｇａ3 Ｏ12）である。実施例 チョクラルスキ―(Czochralski）法で成長させたこの
材料のボウルはクロム濃度が均一であった。これは、こ
の母材中ではクロムがほぼ１の偏析係数を有するからで
ある。この材料のクロム濃度は０．１８重量％のＣｒ2
Ｏ3 であり、光出力はタングステン酸カドミウムの約２
００％であった。残光は約２％であり、放射線損傷の大
きさは１２％であった。この材料をレ―ザ―用途に用い
る試験（本発明者らの試験ではない）では、一次減衰時
間が約１２０マイクロ秒と測定されている。この材料の
残光は、酸化性雰囲気（アルゴン中Ｏ2 約１％）中１，
３００〜１，５００℃の温度でシンチレ―タ―バ―をア
ニ―リングすることによってかなり改良される。アニ―
リング後の光出力は基本的に変化せず、残光は約１％に
低下した。
【００５１】本発明のもうひとつの具体例によると、母
材はＣｒ3+で賦活化されたガドリニウム・スカンジウム
・アルミニウムガ―ネット（Ｇｄ3 （Ｓｃ2 Ａｌ3 ）Ｏ
12）（ＧＳＡＧ）である。実施例 ０．０８重量％の酸化クロムをド―プしたこの材料の
ボウルをチョクラルスキ―(Czochralski）法によって成
長させた。このボウルはほぼ均一なクロム分布をもって
おり、光の出力はタングステン酸カドミウムの場合の
１．５倍であり、残光が３．５〜４％であり、放射線損
傷値は高い残光の干渉のために明確でなく、一次減衰時
間は１６０マイクロ秒であった。
【００５２】これらの母材ＧＧＧ、ＧＳＧＧおよびＧＳ
ＡＧはいずれも、そのガドリニウム含量のために高いＸ
線阻止能が得られるのでＸ線装置におけるシンチレ―タ
―として使用するのに有利である。クロム賦活剤は、図
６に示したように６００〜８００ナノメ―タ―領域にそ
の発光ピ―クをもつ高い光出力が得られるので望ましい
ものである。これらの材料の放出光は近赤外に近いので
裸眼に対してはほとんど発光して見えない。しかし、図
９に示したダイオ―ド光検出器の感度曲線から分かるよ
うに、このピ―ク出力はダイオ―ド光検出器のピ―ク感
度に近いのでその出力信号は最大になる。
【００５３】さらに別の母材はＹＡＧともいわれるイッ
トリウム・アルミニウムガ―ネット（Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12）
である。実施例 この母材もまたチョクラルスキ―(Czochralski）法に
よって成長させ、０．８５重量％の酸化ネオジムで賦活
化した。この材料の光出力はタングステン酸カドミウム
で得られたものとほぼ等しく、一次減衰時間は約３００
マイクロ秒であり、放射線損傷は０．３〜０．７％、残
光は０．１〜０．２％であった。このシンチレ―タ―材
料からの主要な発光はスペクトルの赤外領域で１０６０
ナノメ―タ―にある。これは図９に示した特性をもつ光
検出器の最大応答領域を越えて外れている。しかし、図
１０に示してあるように、放出されるエネルギ―の約４
０％は、発光スペクトルの４００〜６３０nm領域にある
より弱いいくつかのピ―クに現われることがよく知られ
ている。実施例 ０．３３重量％の酸化セリウムで賦活化されたイット
リウム・アルミニウムガ―ネットのボウルをチョクラル
スキ―(Czochralski）法で成長させた。このボウルの光
出力はタングステン酸カドミウムのほぼ１５３％であ
り、一次減衰時間は６０〜７０ナノ秒の範囲であり、放
射線損傷は５〜８％の範囲で、残光は約０．０１％であ
った。このシンチレ―タ―材料の出力は、図１１に示し
てあるように、４８０nmから７００nmまでに亘る広い発
光バンドをもち、そのピ―クは５３０nm付近であった。
【００５４】本明細書中に記載した実施例のシンチレ―
タ―材料はいずれも単結晶であるが、この材料のルミネ
ッセンス特性はこの材料自身に特有であり、したがって
これらのシンチレ―タ―材料はいずれも、ルミネッセン
ス光の抽出に必要な透明性が存在すれば単結晶以外の他
の形態でＣＴスキャニング機のシンチレ―タ―として使
用するのに適した材料であると考えられる。したがっ
て、これらの材料のセラミック形態および透明な母材に
埋め込んだこれらの材料もＣＴスキャニング機のシンチ
レ―タ―として使用するのに適している。
【００５５】これらの材料を多結晶質の透明な物体とし
て製造することは、関連する出願である、「透明な多結
晶質ガ―ネット(Transparent Polycrystalline Garnet
s）」と題する米国出願第５４７，００６号ならびに
「正孔‐トラップ補償型シンチレ―タ―材料(Hole-Trap
-Compensated Scintillator Material）」と題する米国
出願第５４６，８２４号に開示されている。そこには、
０．６重量％までの濃度の酸化クロムで賦活化されたＧ
ＧＧがシンチレ―タ―として有効であることが立証され
ている。
【００５６】特定のガ―ネット材料および特定の賦活剤
に関して説明して来たが、本発明は一般のガ―ネット材
料、特にガドリニウム、ルテチウム（Ｌｕ）またはイッ
テルビウム（Ｙｂ）を含有するガ―ネット（これらは高
いＸ線阻止能をもつため）を、クロム、セリウム、ネオ
ジムまたは他の適当な賦活化イオンによって賦活化され
たシンチレ―タ―用の母材として使用して、電磁スペク
トルの可視から近赤外領域で大きなシンチレ―タ―出力
を得ることも包含するものと考えられたい。本発明によ
れば、その適切な範囲から逸脱することなく多くのシン
チレ―タ―材料を製造することができる。
【００５７】こうして、本発明者らは、格子構造の八配
位または六配位の格子点においてクロム、セリウムまた
はネオジムにより賦活化されたある種の立方晶系イット
リウムまたは希土類ガ―ネット材料が、ＣＴスキャニン
グ装置で使用するのに優れたＸ線シンチレ―タ―特性を
もっていることを示したのである。これらの材料の特性
は置換、熱処理などによって修正できるものと考えられ
たい。特に、２つの異なる結晶格子点における３種の異
なる賦活剤によるＸ線ルミネッセンス賦活化が立証され
たのであるから、この母材自体がＣＴスキャニング機に
使用するタイプのシンチレ―ション検出器で使用するの
に良好な特性をもっていることは明らかである。
【００５８】したがって、本発明によるシンチレ―タ―
材料は、図１に概略的に示したようなＣＴスキャニング
装置に利用すると、そのような装置のスピ―ドと分解能
を大きく改良することが可能であり、その結果ＣＴスキ
ャニング装置分野における大きな進歩が可能になる。
【００５９】いくつかの好ましい具体例に関して本発明
を詳細に説明して来たが、当業者は多くの修正と変更を
なすことができる。したがって、特許請求の範囲は、本
発明の思想と範囲内に入るそのようなすべての修正と変
更を包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＴ装置の概略説明図である。
【図２】クロムをド―プしたＧＧＧの単結晶ボウルに沿
う位置の関数としてプロットしたクロム濃度のグラフで
ある。
【図３】クロムをド―プしたＧＧＧのボウルに沿う位置
の関数としてプロットした光の出力のグラフである。
【図４】クロムをド―プしたＧＧＧのボウルに沿う位置
の関数としてプロットした一次減衰時間のグラフであ
る。
【図５】クロムをド―プしたＧＧＧのボウルに沿う位置
の関数としてプロットした残光のグラフである。
【図６】クロムをド―プしたＧＧＧの発光スペクトルの
グラフである。
【図７】シンチレ―タ―バ―のＺ軸特性を測定するため
に設定した試験設備の概略図である。
【図８】特定のシンチレ―タ―バ―のＺ軸特性のグラフ
である。
【図９】典型的なシリコンＰＩＮ光検出器の量子検出効
率（スペクトル応答）のグラフである。
【図１０】ネオジムをド―プしたＹＡＧの発光スペクト
ルのグラフである。
【図１１】セリウムをド―プしたＹＡＧの発光スペクト
ルのグラフである。
【符号の説明】
１００ コンピュ―タ―断層撮影（ＣＴ）スキャニング
装置、 １１４ Ｘ線源、 １１６ シンチレ―ション検出器装置、 １５０ 主制御装置 ２００ Ｚ軸特性試験設備、 ２１０ Ｘ線ビ―ム、 ２２０ Ｘ線源、 ２４０ シンチレ―タ―バ―、 ２５０ フォトダイオ―ド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョセフ・ポール・チェアノッチ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スコテ ィア、ウォータース・ロード、アール・デ ィー・４（番地なし) (72)発明者 デビット・ミッシェル・ホフマン アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ニュ ー・バーリン、ウエスト・サニービュー・ ドライブ 1311番 (72)発明者 ロバート・ジョセフ・リードナー アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ワゥ ケシャ、カッパースミス・スクエア、ダブ リュ226・エス4370（番地なし) (56)参考文献 特開 昭62−170870（ＪＰ，Ａ)

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガ―ネット母材の透明なバ―からなるＸ
    線シンチレ―タ―であって、前記ガ―ネット母材が母体
    構造中に分配された賦活剤を有しており、前記シンチレ
    ―タ―がそれぞれクロムによって賦活化されるガドリニ
    ウム・ガリウムガ―ネット、ガドリニウム・スカンジウ
    ム・ガリウムガ―ネットおよびガドリニウム・スカンジ
    ウム・アルミニウムガ―ネット、ならびにセリウムまた
    はネオジムによって賦活化されるイットリウム・アルミ
    ニウムガ―ネットより成る群の中から選択されるシンチ
    レ―タ―。
  2. 【請求項２】 前記ガ―ネット母材が単結晶である、請
    求項１記載のシンチレ―タ―。
  3. 【請求項３】 前記ガ―ネット母材がガドリニウム・ガ
    リウムガ―ネットであり、前記賦活剤がクロムである、
    請求項１記載のシンチレ―タ―。
  4. 【請求項４】 前記クロムが酸化クロム０．０５〜０．
    ６重量％の濃度でシンチレ―タ―組成物全体中に存在し
    ている、請求項３記載のシンチレ―タ―。
  5. 【請求項５】 前記ガ―ネット母材がガドリニウム・ス
    カンジウム・ガリウムガ―ネットであり、前記賦活剤が
    クロムである、請求項１記載のシンチレ―タ―。
  6. 【請求項６】 前記ガ―ネット母材がガドリニウム・ス
    カンジウム・アルミニウムガ―ネットであり、前記賦活
    剤がクロムである、請求項１記載のシンチレ―タ―。
  7. 【請求項７】 前記ガ―ネット母材がイットリウム・ア
    ルミニウムガ―ネットであり、前記賦活剤がセリウムで
    ある、請求項１記載のシンチレ―タ―。
  8. 【請求項８】 前記ガ―ネット母材がイットリウム・ア
    ルミニウムガ―ネットであり、前記賦活剤がネオジムで
    ある、請求項１記載のシンチレ―タ―。
  9. 【請求項９】 前記シンチレ―タ―が、Ｘ線刺激に応答
    する５００ミリ秒未満の一次減衰時間、およびＸ線刺激
    停止後１００ミリ秒で０．２％未満の残光を有してい
    る、請求項１記載のシンチレ―タ―。
  10. 【請求項１０】 シンチレ―タ―の主スペクトルピ―ク
    が６５０〜８００nmである、請求項９記載のシンチレ―
    タ―。
  11. 【請求項１１】 そのルミネッセンス光のエネルギ―の
    少なくとも７０％がスペクトルの６５０〜８５０nmの領
    域にある、請求項１０記載のシンチレ―タ―。
  12. 【請求項１２】 シンチレ―タ―の主スペクトルピ―ク
    が６５０〜８００nmである、請求項１記載のシンチレ―
    タ―。
  13. 【請求項１３】 そのルミネッセンス光のエネルギ―の
    少なくとも７０％がスペクトルの６５０〜８００nmの領
    域にある、請求項１２記載のシンチレ―タ―。
  14. 【請求項１４】 前記賦活剤がクロムであり、前記クロ
    ムが酸化クロム０．０５〜０．６重量％の濃度でシンチ
    レ―タ―組成物全体中に存在している、請求項１記載の
    シンチレ―タ―。
  15. 【請求項１５】 前記クロム濃度が０．０５〜０．２２
    重量％である、請求項１４記載のシンチレ―タ―。
  16. 【請求項１６】 ガドリニウムガ―ネット、イッテルビ
    ウムガ―ネットおよびルテチウムガ―ネットの中から選
    択されるガ―ネット母材からなり、クロムおよびネオジ
    ムの中から選択される賦活剤を含んで、Ｘ線刺激に応答
    してルミネッセンス光を発する固体透明本体と、前記本
    体からのルミネッセンス光を受容するように配置された
    光検出器と、ルミネッセンス光を前記ダイオ―ド検出器
    の方へ向けて反射する手段とからなるＸ線シンチレ―シ
    ョン検出器素子。
  17. 【請求項１７】 前記発光材料のルミネッセンス出力の
    エネルギ―の５０％より多くが７００nmより長い波長で
    ある、請求項１６記載のシンチレ―ション検出器素子。
  18. 【請求項１８】 前記母材がガドリニウムガ―ネットで
    あり、前記賦活剤がクロムである、請求項１６記載のシ
    ンチレ―ション検出器素子。
  19. 【請求項１９】 前記母材がガドリニウム・ガリウムガ
    ―ネット、ガドリニウム・スカンジウム・ガリウムガ―
    ネットおよびガドリニウム・スカンジウム・アルミニウ
    ムガ―ネットより成る群の中から選択される、請求項１
    ８記載のシンチレ―ション素子。
  20. 【請求項２０】 複数のシンチレ―タ―検出素子からな
    り極めて均一な応答が得られるシンチレ―ション検出装
    置であって、前記シンチレ―ション検出器素子は各々、
    ルミネッセンス光を電気信号に変換するための光応答性
    検出器を含んでおり、前記シンチレ―ション検出素子は
    各々、ガドリニウムガ―ネット、イッテルビウムガ―ネ
    ットまたはルテチウムガ―ネット母材からなり、前記母
    材がこのガ―ネット母体構造全体に分配されたクロムま
    たはネオジムのルミネッセンス賦活剤を含んでいるシン
    チレ―ション検出装置。
  21. 【請求項２１】 前記シンチレ―ション検出素子が実質
    的に直線状に配列されている、請求項２０記載のシンチ
    レ―ション検出器装置。
  22. 【請求項２２】 前記発光材料のルミネッセンス出力の
    エネルギ―の５０％より多くが７００nmより長い波長で
    ある、請求項２０記載のシンチレ―ション検出器装置。
  23. 【請求項２３】 前記母材がガドリニウムガ―ネットで
    あり、前記賦活剤がクロムである、請求項２０記載のシ
    ンチレ―ション検出器素子。
  24. 【請求項２４】 前記母材がガドリニウム・ガリウムガ
    ―ネット、ガドリニウム・スカンジウム・ガリウムガ―
    ネットおよびガドリニウム・スカンジウム・アルミニウ
    ムガ―ネットより成る群の中から選択される、請求項２
    ３記載のシンチレ―ション素子。
  25. 【請求項２５】 入射Ｘ線を可視領域または近可視領域
    の光に変換するためにＸ線発光材料を使用する型式の装
    置において、前記Ｘ線発光材料が一般式Ａ3Ｂ5 Ｏ12を
    もったガーネットであり、いかなる組成物においてもＡ
    またはＢまたはその両方が１つより多くの元素からなる
    ことができ、前記ガ―ネットは６配位のＢカチオン部位
    に位置するクロム3+イオンおよび８配位のＡカチオン部
    位に位置するネオジム3+イオンより成る群の中から選択
    される賦活剤によって賦活化されている装置。
  26. 【請求項２６】 前記ガ―ネットが、Ａカチオンまたは
    その一部が希土類イオンである希土類ガ―ネットであ
    る、請求項２５記載の装置。
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