JPH04289483A - 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Info
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B29/16—Oxides
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【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。
―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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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Ｉ
０ 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。
（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Ｉ
０ 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。
、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。
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。
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。
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。
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―（Ｃｚｏｃｈｒａｌ
ｓｋｉ）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。
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―（Ｃｚｏｃｈｒａｌ
ｓｋｉ）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。
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―（Ｃｚｏｃ
ｈｒａｌｓｋｉ）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。ＣｓＩ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。ＣｄＷＯ４ 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。ＣｄＷＯ４ 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。
―）が望まれる場合には、チョクラルスキ―（Ｃｚｏｃ
ｈｒａｌｓｋｉ）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。ＣｓＩ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。ＣｄＷＯ４ 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。ＣｄＷＯ４ 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。
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。
―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。
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３
００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。
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３
００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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 Ｇａ３ 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 Ａｌ
３ 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 Ｏ
１２）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、Ｇｄ３Ｇａ５ Ｏ１
２をＧＧＧ、Ｇｄ３ Ｓｃ２ Ｇａ３ Ｏ１２をＧＳＧ
Ｇ、Ｇｄ３ Ｓｃ２Ａｌ３ Ｏ１２をＧＳＡＧ、そして
Ｙ３ Ａｌ５ Ｏ１２をＹＡＧということにする。
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 Ｇａ３ 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 Ａｌ
３ 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 Ｏ
１２）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、Ｇｄ３Ｇａ５ Ｏ１
２をＧＧＧ、Ｇｄ３ Ｓｃ２ Ｇａ３ Ｏ１２をＧＳＧ
Ｇ、Ｇｄ３ Ｓｃ２Ａｌ３ Ｏ１２をＧＳＡＧ、そして
Ｙ３ Ａｌ５ Ｏ１２をＹＡＧということにする。
【００３８】
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。
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。
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―（Ｃｚｏｃ
ｈｒａｌｓｋｉ）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。
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―（Ｃｚｏｃ
ｈｒａｌｓｋｉ）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。
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。
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１ｍ
ｍ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―４
０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。
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１ｍ
ｍ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―４
０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。
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。
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。
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。
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。
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。
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２００％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。
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２００％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 Ａｌ
３ ）Ｏ１２）（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。
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 Ａｌ
３ ）Ｏ１２）（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。
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 Ｏ
１２）である。 実施例 この母材もまたチョクラルスキ―（Ｃｚｏｃｈｒａ
ｌｓｋｉ）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４０％は、発光スペクトルの４００〜６３
０ｎｍ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５３０
ｎｍ付近であった。
トリウム・アルミニウムガ―ネット（Ｙ３ Ａｌ５ Ｏ
１２）である。 実施例 この母材もまたチョクラルスキ―（Ｃｚｏｃｈｒａ
ｌｓｋｉ）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４０％は、発光スペクトルの４００〜６３
０ｎｍ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５３０
ｎｍ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。
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 Ｐｏｌｙｃ
ｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｇａｒｎｅｔｓ）」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−Ｃｏｍ
ｐｅｎｓａｔｅｄ Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ Ｍａｔ
ｅｒｉａｌ）」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ＧＧＧがシンチレ―タ―とし
て有効であることが立証されている。
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 Ｐｏｌｙｃ
ｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｇａｒｎｅｔｓ）」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−Ｃｏｍ
ｐｅｎｓａｔｅｄ Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ Ｍａｔ
ｅｒｉａｌ）」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ＧＧＧ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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ルのグラフである。
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。
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。
Claims (26)
- 【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―。 - 【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―。 - 【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―。 - 【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―。 - 【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―。 - 【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―。 - 【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―。 - 【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―。 - 【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―。 - 【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―。 - 【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―。 - 【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―。 - 【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―。 - 【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―。 - 【請求項１５】 前記クロム濃度が０．０５〜０．２
２重量％である、請求項１４記載のシンチレ―タ―。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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
１８記載のシンチレ―ション素子。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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
２３記載のシンチレ―ション素子。 - 【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 Ｏ
１２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
。 - 【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。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/547,007 US5057692A (en) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | High speed, radiation tolerant, CT scintillator system employing garnet structure scintillators |
| US547,007 | 1990-06-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04289483A true JPH04289483A (ja) | 1992-10-14 |
| JPH067165B2 JPH067165B2 (ja) | 1994-01-26 |
Family
ID=24182966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3183988A Expired - Fee Related JPH067165B2 (ja) | 1990-06-29 | 1991-06-28 | 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 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5057692A (ja) |
| EP (1) | EP0471926A3 (ja) |
| JP (1) | JPH067165B2 (ja) |
| CN (1) | CN1034101C (ja) |
| CA (1) | CA2042231A1 (ja) |
| IL (1) | IL98510A (ja) |
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| JPWO2020241119A1 (ja) * | 2019-05-27 | 2020-12-03 |
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|---|---|---|---|---|
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