JPH07502806A - 電子トラッピングマテリアルを使用する乳房造影法のための結像システム - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 回連Ｕ左出願 これは、１９８９年７月２４日に出願され、現在、米国特許第５．０２８．７９ ３号である、名称”電気泳動用途への結像スクリーン”である米国特許出願第０ ７／３８３，５３４号の一部継続であり、その出願は、１９８８年６月７日に出 願され、現在、米国特許第４．９８３．８３４号である、名称”広域粒子検知器 ”である米国特許出願第０７／２０３．３２４号の一部継続であり、その出願は 、１９８７年８月１４日に出願され、現在、米国特許第４．８１２゜６６０号で ある、”黄緑光線を出力するフォトルミネッセントマテリアルズである米国特許 出願第０７１０８５．４６５号およびの１８８７年３月３０に出願され、現在、 米国特許第４，８２２，５２０号である、′青緑光線を出力するフォトルミネッ セントマテリアルズである米国特許出願第０７１０３４．３３３号の一部継続で ある。

上記関連出願のそれぞれの記述は、参考記述として、ここに組み込まれるもので ある。

光期Ω背景 １、発明久分立上 本発明は、乳房造影法のための結像スクリーンおよび読取りシステムに関し、そ して、さらに詳しくは、電子トラッピング蛍光体を使用した乳房造影性結像シス テム　に関するものである。

２、父浬技街Ω記江： 診断乳房造影法は、乳房における前癌特徴を早期に検知する強力なツールである 。歴史的には、Ｘ線を用いる乳房スクリーニングは、増感スクリーンなしに、放 射線写真フィルムを用いて行われていた。この方法は、乳房の特徴を極めて高度 な空間的分析を提供したが、フィルム露光に、患者へ極めて高い放射線投与が要 求された。放射線フィルムの活性層は、極めて薄い（例えば、２０マイクロメー タ）から、高品質の影像を得るためには、十分な数のＸ線光子をフィルムに吸収 させるために高い放射線露出時間が必要であった。しかしながら、現在では、高 解像度増感蛍光スクリーンが開発され、これは、乳房に対する放射線露光を大幅 に減少させている。この試みと共に、放射線フィルムは、増感スクリーンのトッ プに配置され、それは、Ｘ線源から最も離れている。患者を通過するＸ線は、ま ず最初、フィルムに一部が吸収され、そして、残りのＸ線は、増感スクリー７に 、更に一層強力に吸収される。増感スクリーンに吸収されたＸ線は、該スクリー ンを蛍光発光させ、そしてさらにフィルムを露光する。この方法で、患者への露 光は、大幅に減少された。実際に、増感スクリーン／フィルムのコンビネーン日 ンに必要な放射線露光は、高品質影像を得るのに必要な最低の露光に接近してい る。即ち、Ｘ線量子の数には、本質的に、統計的バリエージロンがあるから、特 定のミニマムの数が患者を通過し、結像媒体により吸収され、最低のノイズの影 像を得る必要がある。それがために、結像媒体における増感した感度は、必ずし も、投射減少に移行するものではな（、これは、重要な特徴が検知できな（なる プアーな影像を作ることになってしまう。

それが故に、露光感度は、放射線露光が現行のプラクティスに較べて増加しない 程度の論点にしか過ぎない。その代わりに、結像媒体が高いコントラスト感度と 高い空間解像度を示し、乳房における小さな前癌特徴の検知ができることが重要 である。これらは、通常、小さな石灰性物質の沈着、組織マスの変化、または、 血流における変化であり、検知されなければならないすべての低いコントラスト の特徴である。残念なことに、スクリーン／フィルムシステムは、リニアのコン トラスト変化に対し、対数的に応答するから、前記した特徴は、常に容易に検知 されるものではない。フィルムの対数的挙動は、基本的には、Ｘ線パターンにお ける広いコントラストがフィルムに小さなコントラストのみを作ることを意味す る。それが故に、リニアの結像媒体がさらに望ましい。結像媒体における他の重 要な特徴は、Ｘ線影像をデジタルに捕らえ、記録する能力である。影像をデジタ ルに得ることができれば、Ｘ線影像の記録ニーズを大幅に単純化するもので、こ れは、それらを電子的に貯蔵できるからである。さらに、デジタル影像は、アナ ログフィルム影像では検知が難しい特徴を増すように処理することができる。

翌１と【杓 本発明は、乳房造影放射線への最適な感度のために、適当にドープされた新規な 電子トラッピングマテリアルでコートされた結像スクリーンを利用するシステム を提供することで上記の目標を達成したものである。該スクリーンに放射線写真 乳房造影影像が露光され、その結果、電子トラッピングマテリアルにＸ線影像の フラックスとパターンに対応するエネルギーがチャージされる。ついで、該スク リーンは、第１の波長の光線でスキャンニングされ、電子トラッピングマテリア ルを刺激し、貯蔵されたエネルギーを第２の波長の光線の形態でリリーズする。

ついで電子トラッピングマテリアルから釈放された光線は、検知され、乳房造影 影像のフラックスとパターンを表す電子信号に変換される。

電子トラッピングマテリアルは、セリウム化合物とサマリウムでドープされたス トロンチウム硫化物をベースとしたマテリアル（ＳｒＳ：Ｃｅ、Ｓｍ）が好まし い。第２の実施例においては、該マテリアルは、放射線写真影像の最適な検知の ために、セリウム化合物に加え、セシウムハロゲン化物を含む。

本発明は、フィルムの沢山の欠点を克服する。まず、結像媒体として、本発明に 使用されているＳｒＳ：Ｃｅ＋　Ｓｍ光刺激性貯蔵蛍光体は、放射線露光にリニ アに応答する。さらに、Ｘ線影像は、情報を損失することなしに、新しい媒体か らデジタルに得ることができる。なた、発明に使用のＳｒＳ：Ｃｅ、Ｓｍ光刺激 性貯蔵蛍光体は、再使用可能であり、その結果、フィルムに関連した高いコスト を節減できる。しかしながら、本発明の鍵となる点は、Ｓ　ｒ　Ｓ　：　Ｃｅ　 ＋Ｓｍ光刺激性貯蔵蛍光体を：１）高い空間的解像度が達成でき、スクリーン／ フィルムコンビネーションよりもペターなものに匹敵する、そして、２）′Ｉｘ 光高光度感度時に達成でき、患者への放射線露光をミニマムにすることができる というように作ることがききる。

バリウム・フッ化ハロゲン化物蛍光体マテリアルをベースとするストレージ蛍光 体スクリーンは、現在、放射線学のために商業的に入手できることに注目すべき である。し力化ながら、これらのシステムで達成できる解像度は、わずか約８　 ｔｐ／ｍｍであって、乳房造影法には不向きであり、それは、１５１１）／ｍｍ よりペターのものを要求する。また、デジタル蛍光透視法システムのような他の 放射線結像システムは、それらの低解像度能力と高い放射線露光要求の理由で、 適当でない。

区面塁面里ム記述 本発明の上記および他の特徴と利点は、添付図面と関連しながら以下の記述を読 むと、明らかになるもので、図面において：図１は、発明に利用されている電子 トラッピング蛍光体の発光と赤外線感度んスペクトルを示す。

図２は、５２ｋＶｐにおけるＸ１ａ露光関数としてのＳｒＳ：Ｃｅ、ＳｍＷ子ト シトラッピング蛍光体スポンスを示す。

図３は、ＩＲパルスに対するＳｒＳ：Ｃｅ、Ｓｍ電子トラッピング蛍光体の　応 答時間を示す。

図４は、本発明に使用されているレーザースキャナーと光学検知システムのベー ノノクな形と配列を示す。

−・　い−の奇、′ｔ−９ス Ｌｕｇ！ニラ−ビン　マテリアル 発明の詳細を記述する前に、放射線露光および後続の近赤外線刺激の間、ＳｒＳ ：Ｃｅ、５ｍ電子トラッピングシステムにおいて発生するフィジカルプロセスを リビューイングする価値がある。ＳｒＳは、ワイド−バンドギャップ半導体であ り、ＳｍとＣｅイオンに適応するもので、両者は、初期には、原子価が３４の形 態である。これらの形態においいて、Ｓｍ”は、電子捕捉センターであり、Ｃｅ ”は、発光センターである。ＳｒＳ：Ｃｅ、Ｓｍマテリアルがまずイオン化放射 線に露光されると、バインドされた電子ホールベアー（励起子）が作られる：Ｃ ｅ”の５ｄレベルの間で、ホストクリスタルへの力、プリングにより、励起子が 、これらのサイトにおいて、好ましくはりコンバインする。ついで、これは、つ いで、Ｃｅ３４基底状態電子を５ｄ状態に励起するエネルギーの釈放を結果する 。５ｄ状態になると、電子は、”Ｆ７／□と２Ｆ５７□の二つの基底状態のいず れかへ移り戻ることができ、この結果、刺激蛍光を発するか、またはＮ　Ｓｍ” へコンバートし、Ｃｅ４＋の後順位とする近くのＳｍ、”へトンネルすることが できる。この電荷交換プロセスはＮ　Ｓｍ”’″において電子を捕捉する結果と なり、これは、長くライブの状態にある；即ち、電子は、長い期間、Ｓｍ２＋サ イトで捕捉されたままである。さらに、Ｓｍ２１基底状態と、その励起された状 態との間でのエネルギーの差は、約１　ｅＶであり、その結果、該マテリアルを 等価のエネルギー光子（例えば、１ｍ波長）に露光させることで、Ｓ　ｍ”基底 状態にある電子を励起状態に励起することができる。一度この状態になると、そ れは、近くのＣｅ”へトンネルバックでき、５ｄ励起状態にある電子をもつＣｅ ”へ変換される。５ｄレベルから二つの基底状態へ続いて緩和されることで、ピ ークが４８５ａｍの発光帯域が発せられる。図１は、発光波長帯域および刺激波 長スペクトルを示し、約１μｍにおけるピーク刺激波長を示す。

捕捉された電子の数は、Ｘ線露光に比例するから、発光アウトプットもまたＸ線 露光に比例することが分かる。さらに、該マテリアルからの発光アウトプットは 、放射線露光ではリニアとなり、Ｘ線結像用途に理想的なものとする。また、放 出波長帯域と近赤外線刺激波長とは、スペクトル的には、よく分離されているの で、光学検知装置をＢａＦＢｒ：Ｅｕ蛍光体読み取りに使用されているものより も効率が良いものにすることができ、それは、エミッン日ンおよびスチミュレー ンタン波長を互いに接近させて示すものである。

高品質の影像を得るための一つの鍵の要件は、与えられたＸ線スクリーンが十分 な数のＸ線光子を吸収することである。Ｘ線光子を吸収するために、充分に厚い 蛍光体層を使用することは、常に可能であるが、高い空間解像度を達成するため にスクリー７の厚さを充分に薄くしなければならないという逆の要件が存在する 。本発明においては、両者の目的を実際に達成することができる：高い空間解像 度と適正なＸ線吸収を示す、充分に薄い蛍光体層を作ることができる一般的にい って、良好な光子統計を保証するには、入射Ｘ線光子の４０から５０％を吸収す ることを要する。計算によって、厚さが異なるＳｒＳ：Ｃｅｌ　Ｓｍスクリーン におけるＸ線吸収量を決定した。これは、ＳｒＳに対するエネルギー吸収係数を 定めてなされ、Ｘ線吸収量がＡ＝　１−ｅｘｐ（−ｘｊ＃ｌ）により計算され、 該式においては、μ／ρは、Ｘ線吸収係数、Ｘは、蛍光体マス厚さである。

μ／ρは、発表されたデータから得られた１８ｋｅｙ　）（線エネルギーにおい ての値であり；１８　ｋｅＶ　エネルギーは、診断乳房造影法に用いられている エネルギーであることから選ばれた。この分析の結果、厚さが５０マイクロメー ターのＳｒＳ：Ｃｅ、Ｓｍ蛍光体層は、入射１８ｋｅｖ　Ｘ線の約４８％を吸収 し、１００マイクロメーターの厚さの層は、入射放射線エネルギーの約７０％を 吸収する。

これらの値は、良好なＸ線光子統計を維持するに必要な範囲内にあるものである 。つぎのステップは、５０または１００マイクロメータの蛍光体層の厚さが充分 な空間解像度をまた示すことを確認することである。これは、各種の厚さを持つ スクリーンを作り、それらの空間解像度を測定して行われた。比較のため、解像 度を１０％モノユレーシ日ンが測定できる空間周波数（Ｌｐ／ｍｍ）として定義 した。実験の結果、１００マイクロメータの厚さの蛍光体層が約２２Ｌｐ／ｍｍ 空間解像度（１０％モジュレー７０ン）を示すことが示された。比較すると、ス クリーン／フィルムシステムは、約１５Ｌｐ／ｍｍの解像度を示し、ＢａＦＢｒ 蛍光体スクリーンは、約８Ｌｐ／ｍｍの制限された解像度を示す。

放射線吸収と空間解像度特性に加え、本発明の他のパラメーターが測定された。

例えば、蛍光体スクリーンの直線性とダイナミックレンジが、光学検知システム により実際に検知された光子の数をＸ線露光関数として測定して（図２参照）決 定された。測定は、Ｘ線露光に対するリニア蛍光体リスポンスを示す３ｍＲと５ ５０ｍＲとの間の露光に対し示される。Ｘ線露光リスポンスとＳ／Ｎ測定から、 ミニマムの露光感度もまた決定された。ミニマムの蛍光体露光感度は、約Ｉ　Ｒ である。ＢａＦＢｒ：Ｅｕシステムに対する発表された結果は、１０から１００ μＲのミニマム感度を示し、その結果、本発明のスクリーンは、少なくとも１０ 倍の感度のファクターである。測定は、またＳｒＳ：Ｃｅｌ　Ｓｍ蛍光体システ ムのダイナミックレンジが約１０°であることを示す。これらの結果は、スクリ ーン／フィルムシステムとＢａＦＢｒ蛍光体システムよりも明らかに優れている ものである。さらに、Ｓ　ｒ　Ｓ　：　Ｃｅ＋　Ｓｍスクリーンのリニアリスポ ンスとワイドなダイナミックレンジとはＸ線露光が蛍光体のリニア感度レンジ内 にある限り、影像のグレイレベルをスケールできるので、露光オーバーまたは露 光不足が生じないことを示す。

本発明の付随する改良された特性は、赤外線パルスに対するＳｒＳ：Ｃｅｌ　Ｓ ｍの蛍光体の応答時間である。図３は、赤外線パルスの後の発光フォールタイム は、約１５０ナノセコンド（１／　ｅ　）を示し；同様の測定は、また、１５０ ｎｓのライジングタイムを示す。これは、１μｓの応答時間を示すＢａＦＢｒ： Ｅｕシステムよりも早い。ＳｒＳ：Ｃｅｌ　Ｓｍ蛍光体の早い応答時間は、赤外 線レーザーが影像スクリーンをより早くスキャンニングできることを意味し、そ の結果、貯蔵された影像をＢａＦＢＩＥｕスクリーンよりも迅速に読み取れるこ とができる。

１、′　スフミーン１゜ 本発明において使用される好ましい電子トラッピングマテリアルは、米国特許第 ４，８２２，５２０号および第４．８５５．Ｅ３５３号に詳しく記載されており 、それらの記載は、ここに参考記載として採用される。米国特許第４゜８５５． ６０３号に記載されたマテリアルは、米国特許第４，８２２．５２０号に記載の マテリアルと、それが混合物（ＳｒＳ：Ｃｅ、Ｓｍ＋　Ｃｓ）にセシウムハロゲ ン化物を含む点で相違する。しかしながら、これら電子トラッピングマテリアル の両者は、乳房造影法で使用されるような低エネルギーのＸ線に対し感度が高い 。説明を単純にするために、これらのマテリアルの両者を以下まとめてＳｒｓ： ｃｅ＋　Ｓｍ貯蔵蛍光体という。

所望の特性を示すＳｒＳ：Ｃｅｌ　Ｓｍ貯蔵蛍光体スクリーンを作るのに、いく つかの方法を用いることができる。ＳｒＳ：Ｃｅ、Ｓｍ貯蔵蛍光体マテリアルは 、まず、バルクインゴットの形態で準備する。多結晶体インゴットが準備される と、粉末を得るために挽く。これは、ボールミル、ジェットミル、または、他の 既知の手段で達成できる。さらに、挽がれた粉末は、焼もどされて、挽きによる 機械的ダメージを補修し、発光出力を増すようにされる。代表的には、スクリー ン製造に使用された粒径は、１から１０マイクロメーターの間であり；この粒径 の範囲は、解像度要求を満たすために必要なものである。

微粒子で良好な解像度と発光出力を得るために、本発明の一つの製造方法は、テ ープキャスティングプロセスを使用することである。この技術は、１〜１０マイ クロメーターの粒子がよく分散された均質の混合体を作るための最初にボールミ ルされた蛍光体粒子を含むスラリーの準備を含む。混合が適正に行われると、ス ラリーをアルミナのような適当な基体に施し、不活性雰囲気で乾燥させる。基体 の上の電子トラッピングマテリアルのコーティングの厚さは、最適な吸収と解像 要件に合う５０〜１５０μｍの間である。キャスト層は、ついで、該粒子を互い に、そして、基体に対し焼結するために、および　グラインド操作の間に入った 機械的ダメージを除くために、昇温湿度で処理される。代表的には、スクリーン は、機械的ダメージに応じて、５００６Ｃから９００＠Ｃの間で焼結できる。ま た、グラインドされた粉末は、機械的ダメージを補修し、発光度を高めるために 焼結される。粉末には、適当な有機バインダーを混合でき（８０％以上のバイン ダーが加えられた粉末が望ましい）、さらに熱処理を加えることなく、マイラー のような薄くてセミフレキシブルな基体に施される。理想的には、該基体は、赤 外線ビームを吸収し、散乱させないマテリアルから形成される。コーティングさ れた基体は、機械的ならびに環境的保護のために透明なオーバーコーテイングで 覆われることが好ましい。

３、光学名Ｕ仁萄元ム 蛍光体スクリーンから記録された影像を読取るために、レーザースキャンテープ ステムが用いられる。スキャンニングシステムのための一つの可能な態様が図４ に示されている。スキャンナーンステムは、１．０６４ｍ　波長を放出する５０ ｍＷダイオードがポンプされたＮｄ　：ＹＡＧレーザ−２からなる。スキャンニ ングミラ−４，６を用いて赤外線ビームをステップし、焦点を合わせる光学体８ ．１０を用いて、蛍光体スクリーンに４５μｍ（１／ｑ”）サイズのビームを当 てる。赤外線刺激の間、蛍光体スクリーンから放出された可視発光は、集められ 、増倍型光電管１６（ＰＭＴ）に伝ばされる。スクリーン１２の全体がこのよう な方法でスキャンニングされると、記録されたデータが処理され、ＣＲＴ上に画 像として表示され、そこで、各スリーン画素からのＰＭＴシグナルのマグニチュ ードは、表示のために適当なグレイレベルにコンバートされる。図示のスキャン ニングシステムは、固定のスクリーンに対するビームの二次元スキャンを含むが 、単軸ビームラスターおよび直角方向のスクリーンの移行のような他の方法によ ってスクリーンをスキャンニングすることもできる。

蛍光体スクリーンは、非常に強い赤外線光線をスクリーンに溢れさせ、トラップ からすべての電子を釈放することで、消すことができる。

上記したシステムは、例として示したもので、多くのモディフィケーションが可 能である。例えば、赤外光線を供給するために、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーに代えて 、レーザーダイオードが使用できる。同様に、マテリアルからの可視光線放出を 検知するためにＰＭＴに代えて、シリコン光検出器を使用できる。

４、圭上及 ＳｒＳ：Ｃｅｌ　Ｓｍ電子トラッピング蛍光体は、乳房造影性用途のすぐれたＸ 線スクリーンを提供する。電子トラッピングＸ線記録蛍光体は、スクリーン／フ ィルムシステムに較べ、優れた露光感度とダイナミックなレンジを示し、患者へ の被曝も少ない。さらに、電子トラッピング蛍光体は、現在市場にある記録蛍光 体（ＢａＦＢｒ：Ｅｕ）システムに較べ、応答が早く、空間解像度が改善されて いる。

本発明は、好ましい実施例に関して記載したが、発明の請求の範囲を逸脱せずに 他の多くの変形とモディフィケーションが当業者に明らかとなる。したがって、 本発明は、ここの特定の記述に限定されるものではなく、請求の範囲によっての み限定される。

ヨ５ＮＯｄＳヨｄ　ヨΔ１１■］ヨ８ ＮｏｌＳ’；ｌ四ヨ　ＮヨヨピクＳ　ヨΔ１１■］ヨｄヨクＮヨクＳヨＮ１へｎ ］　ヨΔ１１■］ヨ日←○ＱＱ）ＯＬ：）ｌ−山ユ フロントページの続き （７２）発明者　リントマイヤー、ジョセフアメリカ合衆国　２０８５４　メリ ーランド州ポトマック　リバーウッド　コート　１

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．下記を含む乳房造影法： 放射線写真影像を該影像のフラックスおよびパターンに相当するエネルギーとし て、前記影像をリリーズ可能に記録する電子トラッピング蛍光体がコーティング された影像スクリーンを備える放射線写真影像の検知と記録手段、前記電子トラ ッピング蛍光体は、以下のものを備える：アルカリ土類金属硫化物のグループか ら選ばれたベースマテリアル； サマリウムの第１ドーパント；および セリウム化合物の第２ドーパント； 第１の波長の光学エネルギーで前記影像スリーンをスキャンニングし、スクリー ンのコートされた前記電子トラッピング蛍光体から前記影像のフラックスとパタ ーンに相当する第２の波長の光学エネルギーをリリーズする手段；および 前記第２の波長の前記リリーズされた光学エネルギーを検知し、前記リリーズさ れた光学エネルギーを前記影像の前記フラックスとパターンを表す電子信号にコ ンバートする手段。
2. ２．第１の波長の前記光学エネルギーは、赤外線放射線からなる請求の範囲１の システム。
3. ３．前記赤外線放射線は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーによって発生される請求の範囲 ２のシステム。
4. ４．第２の波長の前記光学エネルギーは、可視光線からなる請求の範囲１のシス テム。
5. ５．前記可視光線を検知する前記手段は、増倍型光電管からなる請求の範囲４の システム。
6. ６．前記電子トラッピング蛍光体は、さらに、セシウムハロゲン化物の第３のド ーパントを含む請求の範囲１のシステム。
7. ７．前記アルカリ土類金属硫化物は、ストロンチウムサルファイドからなる請求 の範囲１の装置。
8. ８．前記電子トラッピング蛍光体は、さらに、可融性塩を含む請求の範囲８の装 置。
9. ９．下記を含む乳房造影法のための影像スクリーン：放射線影像を検知し、記録 するために電子トラッピング蛍光体でコーティングされた基体で、前記電子トラ ッピング蛍光体は、第１の波長の光学エネルギーを受けたとき、前記記録された 放射線写真影像に相当するパターンにおける第２の波長の光学エネルギーをリリ ーズするもので、前記電子トラッピング蛍光体は、以下のものからなる： アルカリ土類金属硫化物のグループから選ばれたベースマテリアル； サマリウムの第１ドーパント；および セリウム化合物の第２ドーパント；
10. １０．以下のステップからなる乳房造影法：電子トラッピング蛍光体をコーティ ングされた影像スクリーンを乳房造影放射線に露光し、該放射線のフラックスと パターンに相当するエネルギーを検知し、記録するステップで、前記電子トラッ ピング蛍光体は、以下のものを備える： アルカリ土類金属硫化物のグループから選ばれたベースマテリアル； サマリウムの第１ドーパント；および セリウム化合物の第２ドーパント； 前記電子トラッピング蛍光体を第１の波長の光学エネルギーに加え、前記電子ト ラッピング蛍光体から前記影像のフラックスとパターンに相当する第２の波長の 光学エネルギーをリリーズするステップ；および前記第２の波長の前記リリーズ された光学エネルギーを検知し、前記リリーズされた光学エネルギーを前記影像 の前記フラックスとパターンを表す電子信号にコンバートするステップ。
11. １１．消去する光学エネルギーを前記電子トラッピング蛍光体に付与し、そこに ストアーされた乳房造影法イメージを消去するステップをさらに含む請求の範囲 １０の方法。