JP5863123B2 - 銀含有七ホウ酸リチウム輝尽蛍光体およびその製造方法、ならびに当該輝尽蛍光体を用いた積層体 - Google Patents

銀含有七ホウ酸リチウム輝尽蛍光体およびその製造方法、ならびに当該輝尽蛍光体を用いた積層体 Download PDF

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Description

本発明は銀含有七ホウ酸リチウム輝尽蛍光体およびその製造方法に関する。
現在、がんの放射線治療は各種照射法をめぐって急速に発展しており、これに伴い三次元吸収線量の測定の重要性が増している。生体の放射線吸収を評価するためには、生体組織の実効原子番号と同じ実効原子番号を持つ線量計センサーを用いる必要がある。実効原子番号が異なるセンサーによって測定された線量は、生体組織が吸収した線量を正確に測定できない。
現在、二次元線量分布の取得はガフクロミックフィルムやイメージングプレート(IP)感光体で行われている。しかし、ガフクロミックフィルムは一回しか使用できないため面内感度係数の取得ができず感光体の塗りムラを原因とする画像の乱れを補正することができない。よって定量性に問題がある。さらにガフクロミックフィルムはダイナミックレンジも小さいので使用に際して多くの制限がある。またIPは生体組織等価性を持たないので三次元測定に適用することは事実上不可能である。生体組織等価性を有する蛍光体物質をポリマーゲル中に分散させた成形体を用いて三次元線量分布を測定する方法も検討されているが、設備および労力の点での負担が大きく実用的ではない。
放射線量測定に使用できる蛍光体として、放射線を照射した後に加熱すると発光する熱蛍光体(例えば非特許文献1)と、放射線を照射した後に光を照射すると発光する輝尽蛍光体が知られている。特許文献1には、フッ化リチウム系熱蛍光体とバインダを混合して、金型内で加熱プレスして得たシート状二次元線量計が開示されている。フッ化リチウムを高い温度に晒すと熱蛍光性が失われるので、従来、フッ化リチウム系熱蛍光体をバインダと混合し、加熱してシートに加工すると熱蛍光性が低下するという問題があった。この点に関し、特許文献1に記載の発明では、四フッ化エチレン−エチレン共重合体をバインダとして用い、比較的低い260℃で加熱してバインダを硬化させるので、前記課題を解決したとされる。しかしながら、フッ化リチウム熱蛍光体の実効原子番号は8.2であり、光電効果に対する生体組織の実効原子番号7.4との乖離は大きい。バインダとして用いるフッ素樹脂を含めたシートの総合実効原子番号はさらに大きくなるので、当該シートの生体組織等価性は満足の行くレベルではなかった。
一方、輝尽蛍光体を用いた線量計は迅速性に優れることから、取扱性、生体組織等価性、および精度に優れた二次元および三次元線量計を与える輝尽蛍光体が望まれている。非特許文献2には、酸化リチウムと酸化ホウ素3:1混合成分相において、七ホウ酸リチウムと四ホウ酸リチウム+液体相の相転移温度は856±2℃であることが記載されている。しかしながら、当該文献には、銀含有七ホウ酸リチウム輝尽蛍光体に関する記載はない。
特開2004−317136号公報
Zeynep Ozdemir,Jemir,Gulhan Ozbayo▲g▼lu,and Aysen Yilmaz,J.Mater Sci (2007) 42,8501−8508 B.S.R.Sastry and F.A.Hummel,Journal of the American Ceramic Sociey,Vol 41,7−17(1958)
前記のとおり、取扱性、生体組織等価性および精度に優れた、生体組織が吸収した線量を測定するための二次元および三次元線量計を与える輝尽蛍光体が望まれているが、未だ満足のゆくものはなかった。以上を鑑み、本発明は、取扱性、生体組織等価性および精度に優れた、生体組織が吸収した線量を測定するための二次元および三次元線量計を与える輝尽蛍光体ならびに当該輝尽蛍光体を用いた積層体を提供することを課題とする。
発明者らは検討の結果、特定の製造方法で銀含有七ホウ酸リチウムを製造することで、前記課題が解決できることを見出し、本発明を完成した。すなわち、前記課題は以下の本発明により解決される。
四ホウ酸リチウムと酸化ホウ素と酸化銀とを混合する工程A、および前記混合物を820〜860℃で焼成して、母体としての七ホウ酸リチウムと当該母体内に存在する発光中心としての銀とを含む輝尽蛍光体を得る工程B、を含み、前記工程Aにおける四ホウ酸リチウムと酸化ホウ素のモル比が、X:1(ただしX>1)であり、酸化銀の量が四ホウ酸リチウムと酸化ホウ素との合計質量に対して0.06〜1.0質量%である、前記輝尽蛍光体の製造方法。
紙または生体組織等価性プラスチックシート、および、当該紙またはシートの上に積層された、母体としての七ホウ酸リチウムと当該母体内に存在する発光中心としての銀とを含む輝尽蛍光体シートを含む、薄膜体。
生体組織等価性プラスチック板、および当該板の上に積層された(2)に記載の薄膜体を含む、積層体。
本発明により、取扱性、生体等価性、および精度に優れた二次元および三次元線量計を与える輝尽蛍光体ならびに当該輝尽蛍光体を用いた積層体を提供できる。
銀含有七ホウ酸リチウムの発光スペクトルを示す図 照射X線の線量と発光量の関係を示す図 フェイディング特性を示す図 紫外線発光の強度減衰を示す図 紫外線発光の強度減衰を示す図 実施例で得た銀含有七ホウ酸リチウムの発光強度を示す図 実施例で得た銀含有七ホウ酸リチウムの発光強度を示す図 X線回折スペクトル 酸化銀濃度の影響を示す図 酸化銀濃度の影響を示す図 薄膜体の概要を示す図 積層体の概要を示す図 積層体の概要を示す図 光励起蛍光像撮影装置の概要図 薄膜体の紫外線蛍光像 X線線量に対する検量線 X線照射後の光励起(刺戟)蛍光像 X線に対する軸外線量比を示す図 X線を照射した薄膜体の光励起(刺戟)蛍光像 薄膜体および水ファントムの深部線量比を示す図 薄膜体の電子線に対する感度曲線 電子線を照射した薄膜体の光励起(刺戟)蛍光像 電子線に対する軸外線量比を示す図 電子線照射後の光励起(刺戟)蛍光像 薄膜体の深部線量比を示す図 タフウォータ板と薄膜体の積層体による線量分布 フェイディング特性を示す図
以下、本発明を詳細に説明する。本明細書において「〜」はその両端の値を含む。
1.輝尽蛍光体の製造方法
本発明の製造方法は、四ホウ酸リチウムと酸化ホウ素と酸化銀とを混合する工程A、および前記混合物を820〜860℃で焼成して、母体としての七ホウ酸リチウムと当該母体内に存在する発光中心としての銀とを含む輝尽蛍光体を得る工程Bを含む。ただし、前記工程Aにおける四ホウ酸リチウムと酸化ホウ素のモル比はX:1(ただしX>1)であり、酸化銀の量は四ホウ酸リチウムと酸化ホウ素との合計質量に対して0.06〜1.0質量%である。
母体としての七ホウ酸リチウムと当該母体内に存在する発光中心としての銀とを含む輝尽蛍光体を以下、「銀含有七ホウ酸リチウム」または「Li12:Ag」ともいう。輝尽蛍光体とは、光を照射することで発光する物質である。
(1)工程A
本工程では、四ホウ酸リチウム(Li)と酸化ホウ素(B)と酸化銀(AgO)とを混合する。四ホウ酸リチウムとしては一般に市販されているものを使用できるが、平均粒径が10μm以下であることが好ましい。酸化ホウ素としては一般に市販されているものを使用できるが、平均粒径が20μm以下であることが好ましい。酸化銀としては一般に市販されているものを使用できるが、平均粒径が1μm以下であることが好ましい。
本工程において四ホウ酸リチウムと酸化ホウ素のモル比はX:1(ただしX>1)であり、四ホウ酸リチウムが過剰である。両者のモル比は、四ホウ酸リチウム:酸化ホウ素=(2〜4):1が好ましく、(2.5〜3.5):1がより好ましい。両者のモル比がこの範囲であると、高い発光強度を有する輝尽蛍光体が得られる。
酸化銀は、四ホウ酸リチウムと酸化ホウ素との合計質量に対して0.06〜1.0質量%であり、0.06〜0.8質量%が好ましい。酸化銀は、母体としての七ホウ酸リチウムにおける発光中心となる。よって、酸化銀の量が前記範囲にあると高い発光強度を有する輝尽蛍光体が得られる。
また、酸化銀の量は実効原子番号に影響する。酸化銀の量が0.06質量%、0.08質量%、および0.10質量%の実効原子番号は、それぞれ7.50、7.72、および7.90である。一方、人体筋肉組織の実効原子番号は7.56である。よって、実効原子番号を人体の実効原子番号に近づけて生体組織等価性を高める観点からも、酸化銀の量は0.06〜0.8質量%が好ましい。これらの成分の混合は、例えばボールミル等の公知の手段を用いて行ってよい。
実効原子番号は、例えば、「吸収線量の標準測定法」日本医学物理学会編、p166に記載されている方法から算出できる。
(2)工程B
本工程では、工程Aで得た混合物を820〜860℃で焼成する。この温度で焼成することで高い発光強度を有する輝尽蛍光体が得られる。焼成温度は840〜860℃が好ましい。焼成時間は4時間以上が好ましく6時間以上がより好ましい。ただし焼成時間が過度に長いと焼成物が劣化する恐れがあるので、焼成時間は16時間以下が好ましい。
非特許文献2に記載のとおり、七ホウ酸リチウムと四ホウ酸リチウム+液体相の相転移温度は856±2℃である。よって、本工程における焼結温度が820〜860℃であると七ホウ酸リチウムへの転移が促進され、高い発光強度を有する輝尽蛍光体が得られる。
本工程では原料を焼成するが原料は完全に溶融しない。よって、得られる焼成物は焼成に用いた容器に固着しにいので、薄い白金板等の上に原料を載せて焼成できる。このため作業性が良好である。焼成は、不活性雰囲気下で行なうことが好ましい。
本発明の製造方法で用いる原料は通常入手できる材料であるため、本発明により、優れた特性を有する輝尽蛍光体を安価に提供できる。
2.銀含有七ホウ酸リチウム(Li12:Ag)
本発明の銀含有七ホウ酸リチウム輝尽蛍光体は、七ホウ酸リチウムを母材とし発光中心としての銀を含み、放射線を照射した後にさらに青色光等の光を照射して励起する(刺戟する)ことで発光する。本発明の銀含有七ホウ酸リチウム輝尽蛍光体は、好ましくは前記製造方法で製造される。
(1)一般特性
本発明の銀含有七ホウ酸リチウム輝尽蛍光体は、無色微結晶で水に可溶、有機溶媒に不溶である。潮解性および風解性はなく、安定な物質である。
(2)実効原子番号
本発明の銀含有七ホウ酸リチウムの実効原子番号は、銀含有量が0.08質量%の場合、7.68であり、人体筋肉組織の実効原子番号である7.56に極めて近い。よって、本発明の銀含有七ホウ酸リチウムは精度の高い放射線線量計素子を与えうる。
(3)蛍光特性
本発明の銀含有七ホウ酸リチウムは、放射線を照射した後、光で励起すると蛍光を発する。蛍光は、電子冷却式CCDカメラ等の公知の手段で観測できる。本発明の銀含有七ホウ酸リチウムを青色光で励起すると紫外線発光を示す。紫外線発光スペクトルは、300〜310nmに極大値を持つ単峰性のスペクトルであることが好ましい。図1は銀含有七ホウ酸リチウムを種々の光で励起したときの発光スペクトルを示す。具体的に、図1は波長470nmの青色ダイオード光で励起すると、305nmに極大値を持つ単峰性のスペクトルが観測されることを示す。525nmの緑色ダイオード光を用いて励起するとわずかな発光が可能であるが、635nmの赤色ダイオード光による励起では発光は起こらない。
以上から、本発明での銀含有七ホウ酸リチウムは青色光で励起することが好ましい。その波長は420〜480nmが好ましい。
図1には示していないが、青色光で放射線照射後の当該銀含有七ホウ酸リチウムを励起すると、赤橙色(620および520nmに極大値)のラジオフォトルミネッセンスが観察される。このラジオフォトルミネッセンスは紫外線透過のショートパスフィルタ(例えばHOYA株式会社製U−340等)を使用することによりカットできるので、紫外線発光のみを測定することは容易である。
図2は、照射X線の線量と発光量の関係を示す。両者には明瞭な関係性があり、検量線を作成することにより、X線線量計素子として使用できる。
図3は、本発明の銀含有七ホウ酸リチウムにX線を照射した後、室温(15℃)で暗所に保存した場合の光励起発光量の減少(フェイディング特性)を示す。保管開始から1時間後には発光量はやや(7%程度)上昇するが、その後は保管時間とともになだらかに発光量が減少する。その減少の程度は24時間で7%程度であり、さほど大きくない。従って、本発明の銀含有七ホウ酸リチウムは、フェイディング特性にも優れる。
青色光での励起により得られた紫外線発光は半減期の異なる二成分からなる。図4および図5は、CCDカメラを用いて紫外線発光の強度減衰を測定した結果を示す。図5に示すとおり、青色光での励起により得られた紫外線発光は、第1成分(細破線)と第2成分(太破線)が存在し、第2成分の初期強度は第1成分の20分の1であり、さらに第2成分の半減期は第1成分の12倍である。よって、半減期の短い第1成分を測定すれば、より迅速な線量計測も可能となる。
3.用途
本発明の銀含有七ホウ酸リチウムは、二次元および三次元線量計における素子として有用である。特に、本発明の銀含有七ホウ酸リチウムは、安定な粉末であり、ポリマー等に混合することによって板状に成形できる。このため、輝尽蛍光体シート、当該輝尽蛍光体シートと紙等の薄い材料からなる薄膜体、および当該薄膜体を用いた積層体は、線量計測用材料として有用である。
さらに、既にイメージングプレート(IP)を使用するために市販されている装置において、光源部分とフィルター部分にわずかな変更を加えれば、イメージングプレート(IP)の代わりに本発明で得た輝尽蛍光体を含む積層体を使用することも可能である。
以下、輝尽蛍光体の板、輝尽蛍光体シート、薄膜体、および積層体について詳しく説明する。
3−1.輝尽蛍光体の板および輝尽蛍光体シート
(1)輝尽蛍光体の板および輝尽蛍光体シート
板とは平板状の部材である。本発明においては、厚さが1mmを超える輝尽蛍光体の平板状の部材を輝尽蛍光体の板と、厚さが1mm以下の輝尽蛍光体の平板状の部材を輝尽蛍光体シートという。
前記平板状の部材が厚すぎると光で励起する際に、励起光が届かない部分が生じることがあり、薄すぎると強度が低下するという問題が起こりうる。以上から、本発明においては輝尽蛍光体シートを用いることが好ましい。特にその厚みは0.05〜1mmが好ましく、0.1〜0.5mmがより好ましい。以下、輝尽蛍光体シートについて詳しく説明するが、この説明は輝尽蛍光体の板にも当てはまる。
輝尽蛍光体シートの形状は、特に限定されず円形または四角形等の多角形であってよい。線量計測用材料としたときの取扱容易性から、輝尽蛍光体シートが円形である場合の直径は200〜260mmが好ましく、四角形である場合、長辺の長さは260〜400mm、短辺の長さは180〜400mmが好ましい。長辺と短辺の長さは同じであってもよい。
輝尽蛍光体シートは、本発明の輝尽蛍光体とバインダとを含み、輝尽蛍光体の粉末がバインダ中に分散していることが好ましい。粉末の平均粒径は2〜20μmが好ましい。粒径は、篩を使って、または顕微鏡観察によって測定できる。
バインダは、分散した輝尽蛍光体粉末を保持し、輝尽蛍光体シートにおけるマトリックスとなる機能を担う。バインダは、熱可塑性樹脂や硬化した熱硬化性樹脂等の高分子化合物が好ましい。熱可塑性樹脂の例には、熱可塑性ポリエチレン、熱可塑性ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリ酢酸ビニル、フェノキシ樹脂等の接着性に優れる樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂の例には、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の接着性に優れる樹脂が挙げられる。取扱容易性から、バインダは、硬化した熱硬化性樹脂が好ましく、硬化したエポキシ樹脂が特に好ましい。
輝尽蛍光体粉末とバインダの質量比は、100:(20〜700)が好ましく、100:(30〜300)がより好ましく、100:(40〜100)がさらに好ましく、100:(60〜80)がよりさらに好ましい。質量比がこの範囲であると、輝尽蛍光体シートの密度が約1g/cm程度となり、人体の密度と近くなる。よって、より精度の高い線量測定が可能となる。
(2)輝尽蛍光体シートの製造方法
(2−1)第1の輝尽蛍光体シートの製造方法
輝尽蛍光体シートは、
輝尽蛍光体の粉末を準備する工程c
基板上に流動性バインダ層を形成する工程d、
当該流動性バインダ層表面に、輝尽蛍光体粉末を載置して、当該粉末を前記流動性バインダ層に保持する工程e、
前記流動性バインダ層を固化する工程f、ならびに
前記基板を除去する工程g、を経て製造されることが好ましい(以下「第1の輝尽蛍光体シートの製造方法」という)。
輝尽蛍光体の粉末は、輝尽蛍光体を公知の手段(粉砕機、乳鉢等)を用いて粉砕することで準備できる。粉末の粒径は前述のとおりである。
基板とは板状またはシート状の部材であり、その材料は特に限定されないが、表面にシリコーン樹脂等を被覆した離型紙や、フッ素系樹脂のシート、表面を離型剤で被覆したガラス板等が挙げられる。
流動性バインダとは、固化して前記バインダとなる前記バインダの前駆体であり、載置された輝尽蛍光体粉末を埋包できるほどの流動性を有する。具体的に、流動性バインダは、熱硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂を有機溶剤に溶解してなるワニスが好ましい。本明細書において熱硬化性樹脂とは未硬化の樹脂をいう。熱硬化性樹脂は、公知の硬化剤や硬化促進剤を含んでいてよいが、輝尽蛍光体の劣化を防ぐため、50〜100℃で硬化できるものが好ましい。中でも、硬化性、機械的強度、および接着性に優れるエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂を用いることが好ましい。
エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、またはこれらの水素添加樹脂が挙げられる。水素添加樹脂は紫外線を吸収しにくいので、輝尽蛍光体シートを線量計素子として用いる際に、発光を感度良く検知できるという利点がある。ウレタン樹脂およびアクリル樹脂としても公知のものを使用できるが、紫外線を吸収しにくいことから、芳香環を含まない脂肪族ウレタン樹脂および脂肪族アクリル樹脂が好ましい。
熱可塑性樹脂を有機溶剤に溶解してなるワニスとしては、紫外線吸収の少ない熱可塑性樹脂をエタノール等のアルコールやアセトン等のケトン溶媒に溶解させて得たワニスが挙げられる。紫外線吸収の少ない熱可塑性樹脂としては、ポリビニルブチラール等のポリビニルアセタールやポリビニルアルコールが挙げられる。
取扱容易性を考慮すると、流動性バインダとして、熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。
流動性バインダ層とは、流動性バインダからなる層であり、その厚みは得ようとする輝尽蛍光体シートの厚みによって適宜調整される。流動性バインダ層は、流動性バインダを基板上に塗布または展開して形成できる。塗布は、バーコーターまたはスピンコーター等の公知の手段を用いて実施できる。展開は、基板上に流動性バインダを注いで流延させることで実施できる。
次いで、流動性バインダ層の表面に輝尽蛍光体粉末を載置する。載置とは流動性バインダ層の表面に輝尽蛍光体粉末を置くことである。例えば当該粉末を流動性バインダ層の上方から散布することにより、当該粉末を載置できる。この際、篩を用いて散布することが好ましい。篩のサイズは適宜選択される。流動性バインダ層は流動性を有しているので、載置された輝尽蛍光体粉末の一部または全部が流動性バインダ層中に侵入して埋包され、保持される。この後に、保持されなかった輝尽蛍光体粉末を除去する工程を設けてもよい。具体的には、輝尽蛍光体が散布された流動性バインダ層が下になるようにして基板を震盪させる等により、保持されなかった輝尽蛍光体粉末を落下させて除去できる。輝尽蛍光体粉末の量は、最終的に輝尽蛍光体シートにした際に、輝尽蛍光体粉末とバインダとの質量比が前記範囲となるように調整される。
続いて、前記流動性バインダ層を固化する。固化の方法は、流動性バインダとして熱硬化性樹脂を用いた場合は、室温でまたは加熱して熱硬化性樹脂を硬化することで実施できる。加熱温度は50〜100℃が好ましい。加熱時間は適宜調製できるが、1〜24時間が好ましい。流動性バインダとして前記ワニスを用いた場合は、加熱または減圧等によりワニスから有機溶剤を除去することで流動性バインダ層を固化できる。この際の加熱温度は50〜100℃が好ましく、加熱時間も1〜24時間が好ましい。
この際、流動性バインダ層を半分程度固化させた段階で、当該層の表面を圧迫して輝尽蛍光体粉末とバインダとの密着性をより高め、その後、完全に固化することが好ましい。半分程度固化させた段階とは、熱硬化性樹脂を用いた場合は、いわゆるBステージと呼ばれる段階である。Bステージとは、熱硬化性樹脂の硬化における中間段階であって、材料が完全には溶融または溶解しなくなる段階である。また、ワニスを用いた場合における半分程度固化させた段階とは、有機溶剤が除去されて材料が完全には流動しなくなる段階である。
そして、前記基板を除去することで、輝尽蛍光体の板を調製できる。基板の除去は任意の方法で行なってよい。例えば基板を剥離する、基板を有機溶剤等で溶解する等により行なうことができる。
(2−2)第2の輝尽蛍光体シートの製造方法
この他に輝尽蛍光体シートは、
輝尽蛍光体粉末と流動性バインダを混合して混合物を調製する工程h、
当該混合物の層を基板上に形成する工程i、
前記混合物層を固化する工程j、ならびに
前記基板を除去する工程k、を経て製造されることが好ましい(以下「第2の輝尽蛍光体シートの製造方法」という)。
輝尽蛍光体粉末と流動性バインダを混合する工程hは、例えば、ミキサーやロール等の公知の混練機を用いて実施できる。混合比は前述のとおりである。混合物の層を基板上に形成する工程iは、第1の輝尽蛍光体シートの製造方法のd工程と同様に、混合物を基板上に塗布または流延して実施すればよい。また、混合物が熱可塑性樹脂と有機溶媒のワニスと、輝尽蛍光体粉末からなる場合は、当該混合物を基板上にスプレー塗工することによっても工程iを実施できる。
前記混合物層を固化する工程j、ならびに基板を除去する工程kも、第1の輝尽蛍光体シートの製造方法の工程fおよびgと同様に実施すればよい。
(2−3)第3の輝尽蛍光体シートの製造方法
この他に輝尽蛍光体シートは、
輝尽蛍光体粉末と熱可塑性樹脂からなるバインダを加熱混合して混合物を調製する工程1、
当該混合物を基板上に載置する工程m、
前記混合物を加熱して基板上に層を形成し、かつ密着させる工程n、ならびに
前記基板を除去する工程o、を経て製造されることが好ましい(以下「第3の輝尽蛍光体シートの製造方法」という)。
輝尽蛍光体粉末と熱可塑性樹脂からなるバインダを加熱混合する工程1は、例えば、加熱手段を備えたミキサーやロール等の公知の混練機を用いて実施できる。熱可塑性樹脂としては前述のものを使用できるが、接着性に優れることから、ポリビニルアセタール樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂がより好ましい。混合する際の温度は熱可塑性樹脂が溶融する温度であればよいが、ポリビニルアセタール樹脂やポリ酢酸ビニル樹脂を用いた場合は、120〜180℃が好ましい。
工程mでは、混合物を粉砕する等して粉末または塊とし、これを基板上に載置する。次いで、工程nにおいて当該粉末または塊を加熱して溶融し、層を形成し、当該層を基板上に密着させる。この際の加熱温度は、バインダが溶融して層と基板が密着する温度であればよいが、ポリビニルアセタール樹脂やポリ酢酸ビニル樹脂を用いた場合は、120〜180℃が好ましい。
また、工程1で得た混合物が流動性を有しているうちに、基板上に塗布または流延すれば、工程mとnとを同時に実施できる。塗布、流延の具体的方法、層の厚み等は前述のとおりである。
基板を除去する工程oは、第1の輝尽蛍光体シートの製造方法の工程gと同様に実施すればよい。工程oの前に、混合物層を冷却して、混合物層を固化する工程を設けることが好ましい。
(2−4)第4の輝尽蛍光体シートの製造方法
輝尽蛍光体シートは、
輝尽蛍光体の粉末を準備する工程c
基板上にバインダ層を形成する工程d1、
当該バインダ層表面に、輝尽蛍光体粉末を載置して、当該粉末を圧迫してバインダ層に保持する工程e1、ならびに
前記基板を除去する工程g、を経て製造されることが好ましい(以下「第4の輝尽蛍光体シートの製造方法」という)。
基板上にバインダ層を形成する工程d1は、例えば、前記工程dで説明したように流動性バインダ層を基板上に形成した後、工程fで説明したように流動性バインダ層を固化すし、非流動性バインダ層とすることで実施できる。
工程e1において、輝尽蛍光体粉末をバインダ層に圧迫して保持する。圧迫により輝尽蛍光体粉末がバインダ層を開裂しながら当該層内に侵入し埋包される。圧迫は、人力で行なってもよいしプレス機等を用いて行なってもよい。バインダ層が硬すぎると、輝尽蛍光体粉末が破損される場合があるので、本方法においては、バインダ層は例えばアクリルゲル等であることが好ましい。本方法における他の工程は、既に説明したとおりである。
3−2.輝尽蛍光体の薄膜体
(1)輝尽蛍光体の薄膜体
輝尽蛍光体の薄膜体とは、輝尽蛍光体シートおよび当該シートの上に積層された厚みが0.1〜5mmの紙または生体組織等価性プラスチックシートを含む、薄い板状の部材をいう。積層とは、ある部材からなる層の上に、別の部材からなる層を形成することであり、層同士が接着されている場合、層同士が接着されていない場合を含む。特に両者を区別する場合は、前者を「接着積層する」と、後者を「非接着積層する」ということがある。
図11は、薄膜体を示す。図11中、1は薄膜体、10は輝尽蛍光体シート、20は紙である。紙20の代わりに生体組織等価性プラスチックシートを用いてもよい。ここでの紙とは、セルロースを主成分とする紙をいう。また、ここでの生体組織等価性プラスチックシートとは、(メタ)アクリル酸およびその誘導体を重合して得られるアクリル樹脂の板や、組織等価ファントムとして市販されている高分子化合物のシートである。この薄膜体の生体組織等価性プラスチックシート側から励起光を照射して発光像を観測するときは、光透過性の生体組織等価性プラスチックシートを用いる必要がある。
薄膜体は軽いので持ち運ぶ際の労力が小さいという利点がある。また、薄膜体は単独で二次元線量計素子として使用でき、後述するように他の材料と組み合わせて三次元線量計素子として使用できる。
薄膜体は、カッター等で容易に裁断できるという利点もある。裁断加工性を高める観点から、紙20または生体組織等価性プラスチックシートと、輝尽蛍光体シート10とは接着積層されていることが好ましい。
(2)薄膜体の製造方法
(2−1)第1の薄膜体の製造方法
薄膜体は、
輝尽蛍光体の粉末を準備する工程C、
紙または生体組織等価性プラスチックシートの上に、流動性バインダ層を形成する工程D、
工程Dで得た流動性バインダ層表面に、工程Cで得た粉末を載置して、当該粉末を前記流動性バインダ層に保持する工程E、ならびに
前記流動性バインダ層を固化する工程F、を含む方法で製造されることが好ましい(以下「第1の薄膜体の製造方法」という)。
工程Dは、第1の輝尽蛍光体シートの製造方法の工程dで説明したとおりに実施できる。ただし、基板として紙または生体組織等価性プラスチックシートを用い、流動性バインダ層の厚みは、最終的に0.05〜1mmとなるように調整される。特に生体組織等価性プラスチックシートを用いる場合、当該シートと相性のよい流動性バインダ(例えば、当該シートの原料に用いられているモノマー)等を用いると、より親和性が向上する。
工程Cは、「1.輝尽蛍光体の製造方法」で得た輝尽蛍光体、あるいは「2.銀含有七ホウ酸リチウム」で述べたとおりの輝尽蛍光体を準備し、公知の手段でこれを粉砕することで実施できる。
工程Eおよび工程Fは、第1の板の製造方法の工程eおよびfで説明したとおりに実施できる。
(2−2)第2の薄膜体の製造方法
また薄膜体は、
輝尽蛍光体粉末と流動性バインダを混合して混合物を調製する工程H、
当該混合物の層を紙または生体組織等価性プラスチック板の上に形成する工程1、ならびに
前記混合物層を固化する工程J、を含む方法で製造されることが好ましい(以下「第2の薄膜体の製造方法」という)。
工程Hは、第1の輝尽蛍光体シートの製造方法の工程hと同様に実施すればよい。混合物の層を基板上に形成する工程Iは、第1の薄膜体の製造方法のd工程と同様に実施すればよい。前記混合物層を固化する工程Jは、第1の薄膜体の製造方法の工程Fと同様に実施すればよい。
(2−3)第3の薄膜体の製造方法
この他に薄膜体は、
輝尽蛍光体粉末と熱可塑性樹脂からなるバインダを混合して混合物を調製する工程L、
当該混合物を紙または生体組織等価性プラスチック板の上に載置する工程M、ならびに
前記混合物を加熱して基板上に層を形成し、かつ密着させる工程Nを含む方法で製造されることが好ましい(以下「第3の薄膜体の製造方法」という)。
工程L〜Nは、第3の輝尽蛍光体シートの製造方法の工程l〜nと同様に実施すればよい。
(2−4)第4の薄膜体の製造方法
薄膜体は、
輝尽蛍光体の粉末を準備する工程C、
紙または生体組織等価性プラスチックシートの上に、バインダ層を形成する工程D1、ならびに
当該バインダ層表面に、工程Cで得た粉末を載置して、当該粉末を圧迫してバインダ層に保持する工程E1、を含む方法で製造されることが好ましい(以下「第4の薄膜体の製造方法」という)。
工程D1およびE1は、第4の輝尽蛍光体シートの製造方法の工程d1およびe1と同様に実施すればよい。
(2−5)第5の薄膜体の製造方法
さらにこの他に薄膜体は、
前述の輝尽蛍光体シートを準備する工程P、および
前記輝尽蛍光体シートの上に、紙または生体組織等価性プラスチックシートを接着する工程Q、を含む方法で製造されることが好ましい(以下「第5の薄膜体の製造方法」という)。
工程Pにおいて、輝尽蛍光体シートは、前述の第1〜4の輝尽蛍光体シートの製造方法に記載のとおりに準備できる。
工程Qは、輝尽蛍光体シートの上に公知の接着剤を用いて紙または生体組織等価性プラスチックシートを貼り合せることにより実施できる。接着剤は限定されないが、輝尽蛍光体シートにおけるバインダと、紙または生体組織等価性プラスチックシートとの親和性を有する接着剤が好ましい。好ましい接着剤としては、エポキシ樹脂が挙げられる。
3−3.積層体
(1)輝尽蛍光体の積層体
輝尽蛍光体の積層体とは、前記薄膜体と生体組織等価性プラスチック板を含む積層体である。取扱性から、生体組織等価性プラスチック板は、厚みが2mmを超える生体組織等価性プラスチック板(以下「生体組織等価性プラスチック厚板」ともいう)が好ましい。当該厚板は20mm以下が好ましく、5mm以下がより好ましい。
図12は積層体を示す。図12中、1は薄膜体、30は生体組織等価性プラスチック厚板である。積層体は強度が高いので取扱が容易であるという利点がある。また、積層体は厚いので三次元線量計素子として有用である。この場合、薄膜体1を5〜25層、生体組織等価性プラスチック厚板30を5〜25層有することが好ましく、その全体の厚みは100〜500mmが好ましい。三次元線量分布は、放射線に暴露した積層体を各層に分解し、各層について光励起による発光を測定し、各層のデータを総合して求められる。このため薄膜体1と生体組織等価性プラスチック厚板30とは容易に剥離できることが好ましい。すなわち、各層は非接着積層されていることが好ましい。
また、図13に示すように、図12に示す積層体において薄膜体1を輝尽蛍光体シート10で置換してもよい。
(2)積層体の製造方法
積層体は、生体組織等価性プラスチック厚板30と、前述のように準備した積層体1または輝尽蛍光体シート10とを積層することで製造できる。積層は、両者を積み重ねることで行なえる。前述のとおり、積層体は放射線に暴露された後に各部材に分解される。よって各層は非接着積層されることが好ましい。一時的に各層を固定する必要があるときは、粘着テープ等を用いてこれらを固定することが好ましい。
[実施例1]
四ホウ酸リチウム(ナカライテスク株式会社製)と酸化ホウ素(小宗化学薬品株式会社製)とをモル比=3:1で混合し、さらにこの混合物に対して0.1質量%の酸化銀(シグマアルドリッチジャパン株式会社製)を添加して混合した。
前記混合物を白金板の上に載せ、電気炉中860℃で6時間焼成した。
こうして得た銀含有七ホウ酸リチウムにX線(CuKα線)を20Gy照射した後、470nmの青色LED光を照射して励起し、発光強度を測定した。発光強度は、紫外線透過フィルター(HOYA株式会社製)を備えた電子冷却CCDカメラ(Finger Lakes Instrumentation社製)を用いて測定した。結果を図6に示す。本例の結果を図6中、(B)と表記した。
[比較例1]
四ホウ酸リチウムと酸化ホウ素のモル比を1:0および1:1に変更した以外は、実施例1と同様にして物質を得た。生成物は、銀含有四ホウ酸リチウムおよび銀含有三ホウ酸リチウムであった。結果を図6に示す。本例の結果を図6中、それぞれ(A)および(C)と表記した。
図6から、実施例1で得た銀含有七ホウ酸リチウムは、高い発光強度を有することが明らかである。
[実施例2−1]
焼成条件を840℃で6時間とした以外は実施例1と同様にして銀含有七ホウ酸リチウムを得て評価した。結果を図7に示す。48230という高い相対発光強度が得られた。
[実施例2−2]
焼成条件を860℃で6時間とした以外は実施例1と同様にして銀含有七ホウ酸リチウムを得て評価した。結果を図7(脚注)に示す。51820という高い相対発光強度が得られた。
[比較例2−1]
焼成温度を720℃とした以外は実施例2−1と同様にして物質を得て、評価した。
[比較例2−2]
焼成温度を760℃とした以外は実施例2−1と同様にして物質を得て、評価した。
[比較例2−3]
焼成温度を800℃とした以外は実施例2−1と同様にして物質を得て、評価した。
[比較例2−4]
焼成温度を880℃とした以外は実施例2−1と同様にして物質を得て、評価した。これらの比較例の結果を図7に示す。
図7から、焼成温度を840〜860℃とした実施例2で得た銀含有七ホウ酸リチウムは極めて高い発光強度を有することが明らかである。
[参考例1]
図8に比較例2−1(720℃焼成物)、実施例2−2(860℃焼成物)および比較例2−4(880℃焼成物)で得た生成物のX線回折スペクトルを示した。720℃焼成物と880℃焼成物の回折パターンは同じであり、四ホウ酸リチウムの回折パターンと一致した(JCPDS−ICDD Card No.18−717,CPDS−ICDD Card No.18−717)。860℃焼成物は七ホウ酸リチウムの回折パターンと一致しており(JCPDS−ICDD Card No.32−549,JCPDS−ICDD Card No.77−077)、酸化銀の回折線は見られない。この結果から、輝尽蛍光物質として機能するのは、微量の銀または銀イオンが発光中心として存在する七ホウ酸リチウム結晶であることが明確である。
[実施例3]
酸化銀の濃度を、それぞれ0.06質量%、0.08質量%、0.1質量%、0.2質量%、0.4質量%、0.6質量%、0.8質量%、および1.0質量%とした以外は、実施例1と同様にして銀含有七ホウ酸リチウムを得て評価した。結果を図9および図10に示す。図9は低濃度の場合の結果を、図10は高濃度の場合の結果を示す。
[比較例3]
酸化銀の濃度を、それぞれ0.0質量%、0.02質量%、0.04質量%、2.0質量%、および4.0質量%とした以外は、実施例1と同様にして生成物を得て評価した。結果を図9および図10に示す。
図9および図10から、酸化銀濃度が0.2質量%のときに発光強度は最高値を示し、酸化銀濃度が0.06〜1.00質量%の間で最高値のほぼ50%以上の発光強度を示すことがわかる。ただし、前述のとおり、酸化銀濃度0.06質量%、0.08質量%、0.10質量%の実効原子番号計算値が、それぞれ7.50、7.72、および7.90であることを考慮すると、酸化銀濃度は0.06〜0.08質量%がより好ましい範囲といえる。
[実施例4]薄膜体の調製
270×260mmの薄い紙(厚さ0.02mm 質量0.80g、大塚刷毛製造株式会社製、美吉野紙)に、2液混合熱硬化性エポキシ樹脂(有限会社ブレニー技研製、9005)の2液混合物3.8gを0.2mmの厚さで均一に塗布し、流動性バインダ層を形成した。流動性バインダ層の上に、実施例1で得た銀含有七ホウ酸リチウムの粉末20gを、篩(50メッシュ:目開き300μm)を用いて散布した。次いで、流動性バインダ層を80℃で5分間加熱して安定化させた後、紙全体に細かな振動を与えて流動性バインダ層に粉末をよくなじませた後、紙を傾けて余分な粉末を除去した。これにより、9.6gの粉末を流動性バインダ層に保持した。
次いで、当該層を70℃で1時間加熱してエポキシ樹脂を部分的に硬化し(Bステージ化し)、表面を圧迫して粉末をより安定的に当該層へ保持し、再び70℃で6時間加熱して完全に硬化した。このようにして薄膜体(厚さ0.2mm、密度1.0g/cm)を得た。表面の輝尽蛍光体粉末はごく薄いピンク色を呈していた。
当該薄膜体は、空気中で安定であり、吸湿性も認められなかった。手で感触を評価したところ、破れるほどには硬すぎず、はさみやナイフで容易に裁断加工が可能であった。直射日光下に置いたところ、数分間で着色が認められた。
本例で得た薄膜体の実験式は Li0.2611.822.102.303.18Ag0.0006 となり、実効原子番号は7.50と計算できる(吸収線量の標準測定法 日本医学物理学会編、p166)。実効原子番号は筋肉組織で7.42であり、本例で得た薄膜体の値はこれに近いので生体組織等価性を有していた。なお、生体組織等価性プラスチックシートを用いる場合でも、輝尽蛍光薄膜体は実効的な厚さは0.2mm程度であるため、総合密度は1.0/cmから大きくは外れないと考えられる。
[実施例5]積層体
実施例4で得た薄膜体を180×240mmにカットし、上部に厚さ20mmの、下部に厚さ100mmの生体組織等価プラスチック板であるタフウォータ板(京都科学株式会社製、タフウォータファントムWE−3040)を配置して挟み、積層体を調製した。
リニアック装置(エレクタ株式会社製、Elekta Synergy)を用いて、0.1Gy、0.5Gy、1.0Gy、2.0Gy、5.0Gyに相当するX線(6MeV)を、位置をずらしながらそれぞれ照射した。照射野は50×50mmとした。照射後、積層体を解体して薄膜体を取り出した。
図14に示すような光励起蛍光像撮影装置を準備した。図14中、1は薄膜体、100は冷却CCDカメラ(Finger Lake Instruments社製、Microline型)、102は紫外線カメラレンズ、104は可視光カット紫外線透過フィルター(田中光化学工業株式会社製 U372−80)、106は紫外線および熱線カット板(株式会社さくら樹脂製、UVcut型アクリル板、および五鈴精工硝子株式会社製、ISK171型熱線カットガラス)、108は青色LEDランプアレイ(1WのLEDランプを108個並べたアレイ(SEUL SEMICONDUCTOR社製、B42180型青色LED))、110は開平扉である。
当該装置を用いて、合計消費電力108Wの青色LED光(中心470nm)を、薄膜体1に対して30秒間照射し、発生する紫外線像(中心305nm)を冷却CCDカメラ100で撮影記録した。予め線量1Gyとなるように全面を照射した時の像から面内位置感度係数を得ておき、この係数で像強度を補正した線量像を得た。その結果を図15および図16に示す。6MeVのX線に対して発光量はほぼ直線関係を示しており、輝尽蛍光体の薄膜体が線量計として機能することが確認された。
[実施例6]積層体
実施例4で得た薄膜体を、180×240mmにカットし、上部に厚さ20mmの、下部に厚さ200mmの前記タフウォータ板を配置して挟み、積層体を調製した。積層体の上部から、実施例5で使用した装置を用いて照射野100×100mmでX線(6MeV)を照射(薄膜体部で2Gy)した。当該薄膜体の蛍光像と強度分布を測定した。結果を図17および図18に示す。図18は軸外線量比(OCR)を示す。図18の縦軸は図17の照射野の中心から上下5cmにわたる部分における平均強度である。また、図18には、水ファントムの軸外線量比(OCR)を併せて示した。当該データは、本実施例で用いたものと同等の照射装置(Elekta社製、SYNERGY型リニアック)と、周知の線量計である電離箱(PRO Radiation Products Design 社製、PTW31010 Semiflex)と水ファントム(PTW社製、MP3型)とを用いて取得したデータである。この結果から、薄膜体における軸外線量比(OCR)は標準である水ファントムのOCRとほぼ一致していることが認められた。
[実施例7]積層体
実施例4で得た薄膜体を厚さ100mmの2枚のタフウォータ板の間に挟み、積層面が鉛直となるように設置した。このように設置した積層体の鉛直上部から、実施例5で使用した装置を用いて照射野100×100mmでX線(6MeV)を照射(上部から20mm点で2Gy)した。実施例5と同様にして積層体から薄膜体を取り出し、蛍光像と強度分布を測定した。結果を図19および図20に示す。図19においては紙面左が積層体の鉛直上部である。この結果から、本発明の積層体の深部線量比(PDD)は、標準である水ファントムのPPDとほぼ一致することが確認できた。
[実施例8]積層体
実施例5と同様にして得た積層体に、X線の代わりに電子線(9MeV)を照射した以外は、実施例5と同様にして当該積層体を評価した。結果を図21〜23に示す。線量と発光強度にはほぼ直線関係が認められた。また、軸外線量比のデータから、当該積層体は十分な分解能を有することも認められた。
[実施例9]積層体
X線の代わりに電子線(9MeV)を照射した以外は、実施例7と同様にして当該積層体を評価した。結果を図24および図25に示す。図25は薄膜体の深部線量比(PDD)を示すが、「吸収線量の標準測定法」日本医学物理学会編、p177〜183によれば、標準である水ファントムのPPDも図25とほぼ同じ曲線となる。よって、電子線に対しても、本発明の積層体の深部線量比(PDD)は、水ファントムのPPDとほぼ一致することが確認できた。
[実施例10]積層体
実施例4で得た薄膜体(180×240mm)、合計18枚を2枚のタフウォータ板に挟んで積層体とした。上部からタフウォータの最大線量が2Gyとなるように照射野10×10cmの電子線(9MeV)を照射した。照射後に積層体を分解して薄膜体を取り出し、各薄膜体の発光像を撮影記録した。各発光像を標準値で規格化した後にすべての像を集合し、三次元線量分布を得た(図26)。本発明の積層体は、電子線照射においても三次元線量分布測定システムとして十分に機能することが確認された。
[実施例11]薄膜体
ウレタンゲル前駆体(株式会社ポリシス、商品名:ハプラプリンゲルNO.1)を汎用のトレーシングペーパーに厚さ0.1mm程度に薄く塗布した。実施例1で得た銀含有七ホウ酸リチウムの粉末を、篩(200メッシュ:目開き40μm)を用いて散布した後、圧迫してウレタンゲル前駆体中に固定した。その後、ウレタンゲル前駆体を室温で5時間かけて完全に硬化した。このようにして薄膜体を得た。薄膜体の各成分の質量比は、紙:ウレタンゲル:蛍光体=2.09:0.50:1.80(合計4.39g)であった。薄膜体中の銀含有七ホウ酸リチウムの粉末の量は、41.0質量%であった。
当該薄膜体を暗所で保管し、一定期間経過後に実施例1に準じて発光強度を測定して、発光強度の経時変化を測定した。その結果、1か月間の期間において発光強度の変化はなかった(図27)。図27は、初期(0時間)の発光強度を100としたときの、発光強度の経時変化を示す。図27よりフェイディングが生じないことが明らかとなった。
[実施例12]薄膜体
あらかじめアクリルゲルが基材に塗布されたシート(株式会社ホースケアプロダクツ製、商品名:両面粘着シートHCP、シート厚さ0.16mm)を準備した。実施例1で得た銀含有七ホウ酸リチウムの粉末を、篩(200メッシュ:目開き40μm)を用いて散布した後、圧迫してアクリルゲル中に固定した。薄膜体の各成分の質量比は、紙:アクリルゲル:蛍光体=2.30:5.90:1.00g(合計9.20g)であった。実施例11と同様にして薄膜体を評価した。その結果、1か月間の期間においてフェイディングが生じないことが明らかとなった。
1 薄膜体
10 輝尽蛍光体シート
20 紙
30 生体組織等価性プラスチック厚板
100 冷却CCDカメラ
102 紫外線カメラレンズ
104 可視光カット紫外線透過フィルター
106 紫外線および熱線カット板
108 青色LEDランプアレイ
110 開平扉

Claims (12)

  1. 四ホウ酸リチウムと酸化ホウ素と酸化銀とを混合する工程A、および
    前記混合物を820〜860℃で焼成して、母体としての七ホウ酸リチウムと当該母体内に存在する発光中心としての銀とを含む輝尽蛍光体を得る工程B、を含み、
    前記工程Aにおける四ホウ酸リチウムと酸化ホウ素のモル比が、X:1(ただしX>1)であり、
    酸化銀の量が四ホウ酸リチウムと酸化ホウ素との合計質量に対して0.06〜1.0質量%である、
    前記輝尽蛍光体の製造方法。
  2. 前記Xが2〜4である、請求項1に記載の製造方法。
  3. 前記焼成温度が840〜860℃であり、焼成時間が6時間以上である、請求項1または2に記載の製造方法。
  4. 前記酸化銀の量が0.06〜0.08質量%である、請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。
  5. 単峰性の発光スペクトルを有する、母体としての七ホウ酸リチウムと当該母体内に存在する発光中心としての銀とを含む輝尽蛍光体。
  6. 300〜310nmの範囲に極大値が存在する単峰性の発光スペクトルを有する、請求項5に記載の輝尽蛍光体。
  7. 請求項5に記載の輝尽蛍光体を含む板。
  8. 請求項5に記載の輝尽蛍光体を含み、厚みが0.05〜1mmである、輝尽蛍光体シート。
  9. 厚みが0.1〜5mmの紙または生体組織等価性プラスチックシートおよび当該紙またはシートの上に積層された請求項8に記載の輝尽蛍光体シートを含む、薄膜体。
  10. 請求項5または6に記載の輝尽蛍光体の粉末を準備する工程C、
    前記紙または生体組織等価性プラスチックシートの上に、流動性バインダ層を形成する工程D、
    工程Dで得た流動性バインダ層表面に、工程Cで得た粉末を載置して、当該粉末を前記流動性バインダ層に保持する工程E、ならびに
    前記流動性バインダ層を固化する工程F、
    を含む、請求項9に記載の薄膜体の製造方法。
  11. 工程Dにおける前記流動性バインダが熱硬化性樹脂であり、工程Fにおいて当該熱硬化性樹脂を硬化する、
    請求項10に記載の製造方法。
  12. 生体組織等価性プラスチック板、および当該板の上に積層された請求項8に記載の輝尽蛍光体シートまたは請求項9に記載の薄膜体を含む、積層体。
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