JP2005049338A

JP2005049338A - 直接ｘ線検出のための希土類活性化ルテチウムオキシオルトシリケート燐光体

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Publication number: JP2005049338A
Application number: JP2004190815A
Authority: JP
Inventors: Den Bergh Rudy Van; ルディ・ヴァン・デン・ベルグ; Paul Leblans; ポール・ルブラン
Original assignee: Agfa Gevaert NV
Current assignee: Agfa Gevaert NV
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2005-02-24
Also published as: US20050002490A1; JP2005049337A

Abstract

【課題】電子検出器が感受性のある赤色光へＸ線エネルギーを変換し、さらに低い残光レベルを示す能力を示す。シンチレータパネルを提供する。
【解決手段】Ｘ線での露光で赤色光を発光するシンチレータパネルであって、前記パネル中のシンチレータ層が式Ｌｕ_２Ｏ_５Ｓｉ：ｘＭ（式中、ＭはＥｕ，Ｐｒ及びＳｍからなる希土類元素の群から選択され、ｘは０．０００１〜０．２である）によるルミネセント希土類活性化ルテチウムオキシオルトシリケート燐光体を含む層であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は特に直接放射線写真（ＤＲ）のための検出器に使用されるシンチレータとして使用するために好適な赤色光を発光するルミネセント燐光体に関する。

希土類オキシサルファイドは高価なルミネセント材料として業界で長い間認識されている。これらの燐光体は希土類オキシサルファイド化合物のマトリックスを有する固体溶液の形であり、少量の活性化剤又はドーパントがマトリックス全体に分散されている。活性化剤はまた、通常希土類元素である。

かかる希土類活性化希土類オキシサルファイドは一般式Ｍ_２−ｘＯ_２Ｓ：ｘ′Ｔｂ（式中、ｘ′は０．００１〜０．２である）を有する青緑色発光テルビウム活性化希土類オキシサルファイドである。

マトリックス希土類金属元素はこれらの燐光体の式中、Ｍによって表され、これは典型的にはランタン、ガドリニウム、イットリウム、スカンジウム、ルテチウム、又はこれらの元素の混合物である。

基本特許としてＵＳ−Ａ３７２５７０４は、約０．００５−８％のホスト金属イオンが３価テルビウムイオンによって置換される、ランタンオキシサルファイド、ガドリニウムオキシサルファイド及びルテチウムオキシサルファイドからなる群から選択される少なくとも一つのオキシサルファイドから本質的になる燐光体を使用するＸ線変換スクリーンを記載する。その発明の燐光体の一つを利用する変換スクリーンは、Ｘ線ビームに置かれるとき、Ｘ線光子を可視スペクトルの青及び緑部分、主に約５００−６００ｎｍの緑部分の放射線に変換する。

ＵＳ−Ａ３８７２３０９ではイットリウム、ランタン、ガドリニウム又はルテチウムオキシサルファイド又はオキシハライドからなる改良された放射線写真スクリーンは希土類金属Ｄｙ，Ｅｒ，Ｅｕ，Ｈｏ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｔｍ又はＹｂで活性化され、Ａｇ，Ｓｎ，Ｔｅ，Ｔｌ，Ｗ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｈｇ，Ｔａ又はＰｂを含有する金属支持体上に被覆された。しかしながら、活性化剤と称されるものの大多数は低い発光強度の燐光体を生成する。Ｔｍだけが通常の写真フィルム上に記録するために好適な青色発光を生成するが、この活性化剤についてのエネルギー変換効率は比較的低い。他の活性化剤と称するものは緑から赤外の範囲の発光を生成し、それらの全てはスペクトル増感フィルムを要求する。最も効率的なオキシサルファイドはテルビウムで活性化されたものである。しかしながら、これらの燐光体は最適な結果のために特別に緑増感された写真フィルムの使用を必要とする緑発光を有する。残りのオキシサルファイドは典型的には緑から赤外の範囲の発光を生成する低発光強度の燐光体である。最も効率的なオキシハライドはテルビウム活性化ガドリニウムであり、それは主に緑領域で発光し、大気湿分の存在で不安定であるという欠点を被り、結果としてエネルギー変換効率の顕著な低下を起こす。

０．０５〜２．０ｍｏｌ％の範囲内で赤色発光成分として使用される希土類オキシサルファイド蛍光材料のための活性化剤としてのユウロピウムの含有が不均一な色再現なしで極めて明るくかつ低コストの電子ビーム励起ディスプレイ管を与える、カラー陰極線管としてのディスプレイ装置に有用な電子ビーム励起ディスプレイ管がＵＳ−Ａ４８１４６６６に記載されている。

Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂタイプの最も好ましい燐光体は放射線像変換タイプのスクリーン／フィルムシステムにおけるＸ線増感スクリーンの分野において極めて有用であることが知られ、そこではＸ線フィルムのスペクトル感度と燐光体の発光を正確に合わせることがそのスクリーン／フィルム組合わせのための最高スピードを達成するための主要な目的である。

例えば胸部放射線写真及びマンモグラフィにおける使用は今まで極めてうまくなされてきたが、最近、病院では患者のＸ線露光直後にコンピュータモニター上にＸ線像を得る傾向が増加している。

そのデジタル化情報を記憶及び送信することによって、診断のスピード及び効率は増強される。従って放射線写真装置における適応された検出パネルの露光後直接デジタル診断Ｘ線像を与える“直接放射線写真”は、上述の従来のスクリーン／フィルムシステムの代わりに好ましくなる。Ｘ線量子はそのとき“像ピックアップ”要素としてソリッドステート平面検出器を利用することによって電気信号に変換される。かかるフラット検出器は一般に“フラットパネル検出器”と称され、二次元に配置される。かくして得られた電荷は微細領域単位で二次元に配置された読み出し要素によって電気信号として読み出される。

さらに間接タイプのフラットパネル検出器が知られ、そこではＸ線エネルギーはシンチレータによって光に変換され、変換された光は光電気変換要素によって電荷に変換される。非晶質セレン（ａ−Ｓｅ）の如き検出手段として光導電材料をそこで使用し、電子の負電荷及び正孔の正電荷をＸ線エネルギーによって発生させ、前記Ｘ線エネルギーをそれらの分離された電荷に直接変換する。ａ−Ｓｅ薄膜トランジスタパネルに基づいた検出器はＸ線光子をアナログ電圧に変換し、それは次いでアナログ−デジタル変換器によってデジタル信号に変換される。検出器は自己走査するので、デジタルＸ線像はａ−ＳｉのようなＣＲに使用されるようなタイプの読み出し器の必要性なしで生成されうる。他の検出器は微細領域単位で二次元に配置されたａ−Ｓｉに基づく。電荷は微細領域単位で二次元に配置された光電気変換読み出し要素によって電気信号として再び読み出される。この場合において燐光体スクリーンはＸ線像を明るい像に変換するために必要とされる。

像は検出器から互換性のあるワークステーションへ直接送られ、そこでそれらは像管理ネットワーク内で経路を定められることができる。

さらに直接放射線写真検出器が知られ、そこではＸ線エネルギーはシンチレータによって光に変換され、変換された光はレンズ又は光ファイバーの如き変換体を通して同じ平面内でマトリックスに従って配置された一以上のＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ上に投射される。ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサの内側では、光電気変換、及び電荷電圧変換によって、各画素ごとに電気信号が得られる。それゆえ、このタイプの検出器はソリッドステート平面検出器としても規定される。

直接放射線写真の分野のこれらの電子センサ又は構成要素、ａ−Ｓｉ；ＣＭＯＳ又はＣＣＤは長い波長範囲で、特に赤色の波長範囲でより感受性があるので、燐光体発光を電子検出器のスペクトル感度に合わせるために燐光体発光の赤色発光信号を調整及び増強する能力を持つことが望ましいだろう。

電子読み出し順序はＸ線露光直後に開始され、数秒の時間内に像データはビデオモニター上の表示、データ記憶装置、データ伝送及びハードコピー生成のために利用可能である。ＤＲはすぐのデジタル像捕獲及び変換を与える。これらの処理は像受容器内で行われ、それはデジタルアレーと称される。数秒以内に、像はネットワークを介してワークステーション又は表示又はハードコピー出力のためのレーザプリンタに送られることができる。

全てのＤＲ像はフィルム生成のための伝送前にすぐのプレビューのために利用可能であるので、これは技術、動き又は位置決めのエラーによるリピートフィルムのコストを減らすことができる。技術者は患者がまだＸ線テーブル上にいる間に像位置決めを容易に修正することができ、露出過度又は露出不足の像はフィルム廃棄物を生じずに自動的に調整される。

リピートフィルムを減らすことは技術がＸ線装置を有効に使用することを可能にしながら、より良好な患者のケア及び部屋の利用のために患者処理量を速める。

診断サイト上で、ＤＲは生成した像をいずれかの場所に、例えば同じ施設内にワークステーション、レーザプリンタ、ファイルの保管を備える健康管理施設、隣の街の施設、又はこの利点を提供する世界の別の部分の施設に送られることによって効率性を向上する。

胸部Ｘ線像形成の臨床的にかつ技術的に要求する性質によって、例えばマンモグラフィは現代の医療用像形成における数少ない本質的にフィルムベースの放射線像形成技術の一つになお残っている。

実際的でかつ経済的な直接デジタル像形成技術が日常の臨床実施に導入されることができるなら、そのために使用されるシンチレータがセンサー又は検出器が感受性のある所望の波長範囲において即発放射線エネルギーであるときだけでなく、同じシンチレータが残光を全く示さないか又は低い残光を示すときも利用可能な範囲の利益が存在する。

本発明の目的はＸ線エネルギーを長い波長の光に変換する能力を示すシンチレータを提供することである。

より好ましくは本発明の目的は電子検出器が感受性のある赤色光ヘＸ線エネルギーを変換し、さらに低い残光レベルを示す能力を示すシンチレータを提供することである。

上述の有利な効果は請求項１に記載の特徴を有する燐光体で被覆された燐光体スクリーンを提供することによって実現される。本発明の好ましい例のための特徴は従属請求項に述べられている。

本発明のさらなる利点及び具体例は以下の記述から明らかになるだろう。

ドーパント又は活性化剤としてＥｕ，Ｐｒ及びＳｍからなる希土類元素の群から選択された希土類活性化又はドープ化ルテチウムオキシオルトシリケートシンチレータを存在させることが有利であり、前記シンチレータが上述の目的を達成するために優れていることを予期せぬことに見い出した。より好ましくはユウロピウムをドープされたルテチウムオキシオルトシリケート燐光体が有利に適用される。

Ｘ線での露光で赤色光を発光する本発明によるシンチレータパネルは一つの例では、前記パネル中の前記シンチレータ層が式Ｌｕ_２Ｏ_５Ｓｉ：ｘＭ（式中、ＭはＥｕ，Ｐｒ及びＳｍからなる希土類元素の群から選択され、ｘは０．０００１〜０．２である）による希土類活性化ルテチウムオキシオルトシリケート燐光体を与えられることを特徴とする。より好ましい例ではｘは０．００１〜０．０１の量である。最も好ましい例ではＬｕ_２Ｏ_２Ｓ：Ｍ燐光体に使用されるドーパント又は活性化剤の前記量は約０．００２の範囲である。

Ｘ線励起下で生成される発光スペクトルの相対強度、赤色波長範囲におけるピーク波長及びその残光特性に照らして、最も望ましいシンチレータとしてＬｕ_２Ｏ_５Ｓｉ：ｘＥｕが与えられるべきである。Ｅｕ^３＋以外の希土類イオンをそこに少量存在させることは除外されない。

本発明によれば、前記シンチレータパネルは６００〜７５０ｎｍの波長範囲においてその主な発光を有する。

ルテチウム燐光体の残光強度は対応する例えばガドリニウム又はイットリウム燐光体の残光強度より好ましいことがさらに見い出された。この効果は特により短い時間の後でより顕著になることが示された：１：３（３０秒後）から約１：１．２５（６０秒後）で変化する両者の比は低い残光レベルを示し、それはシンチレーティングエネルギーの放出後の短時間に既に達成された。

例えばユウロピウムとして唯一の活性化剤がドーパントとして存在すること及び燐光体がその場合においてサマリウムを含有しないことが好ましい。

好ましい粒子サイズとして、Ｌｕ_２Ｏ_５Ｓｉ：ｘＥｕ燐光体の分布における燐光体粒子は２μｍ〜１０μｍの範囲であり、好ましい例では４μｍ〜７μｍの平均粒子サイズが推奨されるべきである。

Ｌｕ_２Ｏ_５Ｓｉ：ｘＭ燐光体が被覆されるスクリーン又はパネルにおける燐光体層は層構造の結合を与えるための一以上の結合剤を通常含む。一般に、有用な結合剤は業界でこの目的のために通常使用されるものである。それらはＸ線透過性の様々な種類の公知の有機ポリマーから選択されることができる。この目的のために一般に使用される結合剤材料は限定されないが、蛋白質（例えばゼラチン）、ポリサッカライド（例えばデキストラン）、ポリ（ビニルアセテート）、エチルセルロース、塩化ビニリデンポリマー、セルロースアセテートブチレート、ポリビニルアルコール、ポリ（ビニルアルコール）のナトリウム−ｏ−スルホベンズアルデヒドアセタール、クロロスルホン化ポリ（エチレン）、巨大分子ビスフェノールポリ（カーボネート）の混合物、及びビスフェノールカーボネート及びポリ（アルキレンオキサイド）を含むコポリマー、水性エタノール可溶性ナイロン、ポリ（アルキルアクリレート及びメタクリレート）及びポリ（アルキルアクリレート及びメタクリレート及びアクリル酸又はメタアクリル酸）のコポリマー及びポリ（ビニルブチラール）、ポリ（ウレタン）及びエラストマーゴムを含む。望むなら結合剤の混合物を使用することができる。これら及び他の有用な結合剤材料はＵＳ−Ａ２５０２５２９；２８８７３７９；３６１７２８５；３３００３１０；３３００３１１；３７４３８３３；４５７４１９５；５５６９５３０及びＲｅｓｅａｒｃｈＤｉｓｃｌｏｓｕｒｅＶｏｌ．１５４、１９７７年２月、ｉｔｅｍ１５４４４及びＶｏｌ．１８２、１９７９年６月に記載されている。特に有用な結合剤はＳＨＥＬＬ、オランダから商業的に入手可能なものの如きＫＲＡＴＯＮ（登録商標）ゴムである。その場合において結合媒体は飽和エラストマー中央ブロック及び熱可塑性スチレン末端ブロックを有する一以上のブロックコポリマーから本質的になり、少なくとも０．５重量％の結合極性官能価を有する。結合剤に対する燐光体のいかなる従来の比もこの発明のパネルに使用されることができるが、結合剤に対する燐光体の高い重量比が使用されるときに薄い燐光体層及びシャープな像が得られる。燐光体粒子の前記層は少なくとも１０μｍの全乾燥厚さ、より好ましくは５０〜１０００μｍ、最も好ましくは約１００μｍ〜約４００μｍの範囲の厚さを有することが好ましい。好ましくは結合媒体に対する燐光体の体積比は９２：８又はそれより小さい。好ましい例では結合媒体に対する燐光体の体積比は７０／３０より大きく、さらに好ましくは結合媒体に対する燐光体の体積比は少なくとも８５／１５である。しかしながら、もし特定の用途に対して望むなら、より多い又はより少ない結合剤を使用することができる。

一以上の燐光体層は様々な目的のために一般に使用される他の添加剤を含むことができる。それらの添加剤としては限定されないが、還元剤（例えばオキシサルファー還元剤）、黄変を防止するホスファイト及びオルガノチン化合物、光吸収のための染料及び顔料、可塑剤、分散助剤、界面活性剤、及び帯電防止剤が全て通常の量で使用される。

本発明のシンチレータスクリーン又はパネルは一以上の燐光体層上に配置された保護オーバーコート層を含むことが好ましい。この層は実質的にクリアで燐光体によって発光された光に対して透過性であり、摩耗及びスクラッチ抵抗性及び耐久性を与える。オーバーコート層は燐光体の性能を劣化するかもしれない水又は水蒸気に対するバリアーを与えることが望ましい。さらに、貯蔵パネルの黄変を防止する成分をオーバーコート層中に混入することが望ましい。

保護オーバーコート層は所望の特性を与える一以上のフィルム形成結合剤材料から主に構成される。一般に、これらは燐光体層における結合剤として使用されるものと同じ材料である。しかしながら、それらは同様に異なる材料であることができる。多くのかかる材料が公知であるが、それらの材料としては限定されないが、ポリ（エチレンテレフタレート）の如きポリエステル、ポリエチレン、ポリアミド、ポリ（ビニルブチラール）、ポリ（ビニルホルマル）、ポリカーボネート、塩化ビニルポリマー、ポリ（メチルメタクリレート）及びポリ（エチルメタクリレート）の如きアクリルポリマー、及びポリアクリレートとフッ化ビニリデンポリマーのブレンドの如きフッ化ポリマーと非フッ化ポリマーの種々のポリマーブレンドを含む。もし望むなら材料の混合物を使用することができる。他の有用なオーバーコート材料はＵＳ−Ａ４５７４１９５；５４０１９７１；５２２７２５３及び５４７５２２９に記載されている。好ましい材料はポリ（ビニリデンフルオライド−コ−テトラフルオロエチレン）、ポリ（ビニリデンフルオライド−コ−クロロトリフルオロエチレン）、ポリ（ビニリデンフルオライド−コ−テトラフルオロエチレン）とポリ［（Ｃ_１−２アルキル）メタクリレート］のブレンド及びポリパラキシリレンである。

保護オーバーコートはＵＳ−Ａ５１４９５９２に記載されているもののような放射線硬化性組成物の使用によって形成されてもよく、ＥＰ−Ａ０９６７６２０に開示されているような白色顔料を含有してもよい。

フィルム形成ポリマーに加えて、オーバーコートはその有用性を増強するように設計された様々な薬剤を含有してもよい。かかる薬剤はＵＳ−Ａ４０５９７６８に記載されたような固体粒状材料及びＵＳ−Ａ４６６６７７４及び５５６９４８５及びＥＰ−Ａ０７５２７１１に記載されたような帯電防止剤を含む。保護オーバーコートは一般に少なくとも３μｍ、好ましくは約５μｍ〜約１０μｍの全乾燥厚さを有する。

本発明によれば、上述のようなシンチレータパネル及び光導電素子の組合せを含む装置において、前記パネルと前記要素ができるだけ近くで接触して配置されることを特徴とする。

本発明によれば、前述のような装置を含む直接Ｘ線検出のための放射線写真像形成システムがさらに提供される。本発明による前記放射線写真像形成システムでは前記光導電素子は前記シンチレータパネルによって発光される光を吸収するための光導電材料層を含み、さらに光導電材料層に指間接触構造を含み、前記接触構造がパターン化された複数の電極を含み、それらの電極の一つが記憶コンデンサに結合され、記憶コンデンサが光導電材料層から充電するようになっており、光導電材料層が非晶質シリコン又は結晶シリコンをさらに含む。

本発明によれば、下記工程を含む、前述の本発明による前記放射線写真像形成システムによって像形成されるべき対象物を透過したＸ線放射線を検出する方法がさらに提供される：
− 前記像形成されるべき対象物を本発明のシンチレータパネルと接触する；
− Ｘ線によって像形成される前記対象物を露光する；
− 前記光導電素子によって前記シンチレータパネルによって発光される光を画素に従って捕獲する；
− 像データを生成し、ビデオモニターで直接見るため、データ記憶のため、データ伝送のため及びハードコピー生成のためにそれらを利用可能にする。

前述の本発明の方法によれば、前記Ｘ線は（柔らかい組織の検査に関して）２０−２５ｋｅＶの範囲のエネルギーを有する。

本発明の方法による別の例では、前記Ｘ線は（骨の検査に関して）４０−１２０ｋｅＶの範囲のエネルギーを有する。

本発明の方法によるさらに別の例では、前記Ｘ線は３００ｋｅＶまで、さらに２０ＭｅＶまでのエネルギーを有する。

本発明の好ましい例を記載したが、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱せずに多数の変形をそこでなしうることが当業者には明らかであるだろう。

Claims

Ｘ線での露光で赤色光を発光するシンチレータパネルにおいて、前記パネル中のシンチレータ層が式Ｌｕ_２Ｏ_５Ｓｉ：ｘＭ（式中、ＭはＥｕ，Ｐｒ及びＳｍからなる希土類元素の群から選択され、ｘは０．０００１〜０．２である）によるルミネセント希土類活性化ルテチウムオキシオルトシリケート燐光体を含む層であることを特徴とするシンチレータパネル。
Ｌｕ_２Ｏ_５Ｓｉ：ｘＭ燐光体の式においてｘが０．００１〜０．０１の範囲である請求項１に記載のシンチレータパネル。
Ｌｕ_２Ｏ_５Ｓｉ：ｘＭ燐光体の式において、Ｍがユウロピウムであり、ｘが約０．００２の範囲である請求項１に記載のシンチレータパネル。
前記パネルが６００〜７５０ｎｍの波長範囲においてその主要な発光を有する請求項１〜３のいずれかに記載のシンチレータパネル。
請求項１〜４のいずれかに記載のシンチレータパネル、及び光導電素子の組合わせを含む装置において、前記パネルと前記素子ができるだけ近くで接触して配置されることを特徴とする装置。