RU2745924C1 - Керамический сцинтиллятор на основе композиций кубического граната для позитронно-эмиссионной томографии (пэт) - Google Patents

Керамический сцинтиллятор на основе композиций кубического граната для позитронно-эмиссионной томографии (пэт) Download PDF

Info

Publication number
RU2745924C1
RU2745924C1 RU2020133725A RU2020133725A RU2745924C1 RU 2745924 C1 RU2745924 C1 RU 2745924C1 RU 2020133725 A RU2020133725 A RU 2020133725A RU 2020133725 A RU2020133725 A RU 2020133725A RU 2745924 C1 RU2745924 C1 RU 2745924C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
scintillator
group
pet
compound
formula
Prior art date
Application number
RU2020133725A
Other languages
English (en)
Inventor
Алок Мани СРИВАСТАВА
Сергей Иванович ДОЛИНСКИ
Original Assignee
Дженерал Электрик Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дженерал Электрик Компани filed Critical Дженерал Электрик Компани
Application granted granted Critical
Publication of RU2745924C1 publication Critical patent/RU2745924C1/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7766—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
    • C09K11/7774—Aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7701—Chalogenides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F17/00—Compounds of rare earth metals
    • C01F17/30—Compounds containing rare earth metals and at least one element other than a rare earth metal, oxygen or hydrogen, e.g. La4S3Br6
    • C01F17/32—Compounds containing rare earth metals and at least one element other than a rare earth metal, oxygen or hydrogen, e.g. La4S3Br6 oxide or hydroxide being the only anion, e.g. NaCeO2 or MgxCayEuO
    • C01F17/34—Aluminates, e.g. YAlO3 or Y3-xGdxAl5O12
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/44—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09B—ORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B35/00—Disazo and polyazo dyes of the type A<-D->B prepared by diazotising and coupling
    • C09B35/50—Tetrazo dyes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/161—Applications in the field of nuclear medicine, e.g. in vivo counting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/202—Measuring radiation intensity with scintillation detectors the detector being a crystal
    • G01T1/2023—Selection of materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2985—In depth localisation, e.g. using positron emitters; Tomographic imaging (longitudinal and transverse section imaging; apparatus for radiation diagnosis sequentially in different planes, steroscopic radiation diagnosis)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/30—Three-dimensional structures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/50—Solid solutions
    • C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
    • C01P2002/54—Solid solutions containing elements as dopants one element only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/84—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by UV- or VIS- data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/10—Solid density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/60—Optical properties, e.g. expressed in CIELAB-values
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3203—Lithium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3213—Strontium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3215—Barium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3293—Tin oxides, stannates or oxide forming salts thereof, e.g. indium tin oxide [ITO]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C04B2235/762—Cubic symmetry, e.g. beta-SiC
    • C04B2235/764—Garnet structure A3B2(CO4)3

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

Изобретение по существу относится к сцинтилляционным материалам для использования в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Сцинтиллятор для позитронно-эмиссионной томографии включает в себя соединение граната формулы A3B2C3O12 и активирующий ион, состоящий из церия. А3, представляет собой A2X. X состоит из по меньшей мере одного лантаноида. А2 выбран из группы, состоящей из (i), (ii), (iii) и любой их комбинации, причем (i) состоит из по меньшей мере одного лантаноида, (ii) состоит из по меньшей мере одного элемента группы I, выбранного из группы, состоящей из Na и K, и (iii) состоит из по меньшей мере одного элемента группы II, выбранного из группы, состоящей из Ca, Sr и Ba. В2 состоит из Sn, Ti, Hf, Zr и любой их комбинации. С3 состоит из Al, Ga, Li и любой их комбинации. Соединение граната легировано активирующим ионом. Технический результат – повышение эффективности ПЭТ системы визуализации. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Предпосылки создания изобретения
Область настоящего изобретения по существу относится к сцинтилляционным материалам для использования в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и более конкретно к сцинтилляционным материалам для ПЭТ на основе граната, которые излучают фотоны высокой интенсивности и обеспечивают меньшие производственные затраты.
Системы ПЭТ представляют собой широко используемые системы визуализации, предназначенные для диагностики рака и других областей применения. В ПЭТ неорганические сцинтилляционные кристаллы используют для регистрации γ-лучей, генерируемых при аннигиляции позитронов, излучаемых введенными субъекту индикаторами. Итоговые рабочие характеристики системы визуализации тесно связаны как с физическими, так и со сцинтилляционными свойствами кристаллов. Поэтому необходимы эффективные сцинтилляционные материалы, излучающие фотоны высокой интенсивности и обеспечивающие меньшие производственные затраты.
Краткое описание
В одном аспекте предложен сцинтиллятор для позитронно-эмиссионной томографии. Сцинтиллятор включает в себя соединение граната формулы A3B2C3O12 и активирующий ион, состоящий из церия. А3 представляет собой A2X. X состоит из по меньшей мере одного лантаноида. А2 выбран из группы, состоящей из (i), (ii), (iii) и любой их комбинации, причем (i) состоит из по меньшей мере одного лантаноида, (ii) состоит из по меньшей мере одного элемента группы I, выбранного из группы, состоящей из Na и K, и (iii) состоит из по меньшей мере одного элемента группы II, выбранного из группы, состоящей из Ca, Sr и Ba. В2 состоит из Ti, Sn, Hf, Zr и любой их комбинации. С3 состоит из Al, Ga, Li и любой их комбинации. Соединение граната легировано активирующим ионом.
В другом аспекте предложено соединение. Соединение включает в себя соединение граната формулы A3B2C3O12 и активирующий ион, состоящий из церия. А3 представляет собой A2X. X состоит из по меньшей мере одного лантаноида. А2 выбран из группы, состоящей из (i), (ii), (iii) и любой их комбинации, причем (i) состоит из по меньшей мере одного лантаноида, (ii) состоит из по меньшей мере одного элемента группы I, выбранного из группы, состоящей из Na и K, и (iii) состоит из по меньшей мере одного элемента группы II, выбранного из группы, состоящей из Ca, Sr и Ba. В2 состоит из Sn, Ti, Hf, Zr и любой их комбинации. С3 состоит из Al, Ga, Li и любой их комбинации. Соединение граната легировано активирующим ионом.
Графические материалы
На фиг. 1 представлен спектр излучения примера соединения.
На фиг. 2 представлена блок-схема ПЭТ системы визуализации, которая может быть реализована с использованием примера соединения.
Подробное описание
В настоящем документе описаны примеры осуществления соединений, используемых в качестве сцинтилляционных материалов для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Описанные в настоящем документе сцинтилляционные материалы основаны на гранате и выполнены с возможностью излучения фотонов высокой интенсивности. Спектр излучения сцинтилляционных материалов соответствует длине волны максимальной чувствительности фотоумножителя, что повышает эффективность ПЭТ системы визуализации, реализованной с использованием этих сцинтилляционных материалов. Дополнительно снижаются затраты на производство сцинтилляционных материалов по сравнению с по меньшей мере некоторыми известными сцинтилляционными материалами. Кроме того, для дополнительного увеличения интенсивности сигнала сцинтилляционные материалы, описанные в настоящем документе, могут быть легированы большим количеством активирующего иона.
Сцинтиллятор представляет собой материал, способный поглощать ионизирующее излучение, такое как рентгеновские или γ-лучи, и преобразовывать часть поглощенной энергии в видимые или ультрафиолетовые фотоны. Процесс преобразования обычно происходит в течение периода времени, измеряемого в наносекундах или микросекундах, таким образом, генерируя быстрый импульс фотонов, соответствующий каждому γ- или рентгеновскому излучению, которое взаимодействует со сцинтилляционным материалом. Световой импульс, интенсивность которого обычно пропорциональна энергии, накопленной в сцинтилляторе, воспринимается фотодетектором и преобразуется в электрический сигнал.
Сцинтилляторы могут быть жидкими или твердыми, органическими или неорганическими и кристаллическими или некристаллическими. Органические жидкие и пластиковые сцинтилляторы часто используют для обнаружения β-частиц и быстрых нейтронов. Для обнаружения рентгеновских и γ-лучей, таких как 511-килоэлектронвольтные (кЭв) γ-лучи, используемые в ПЭТ, часто применяют неорганические монокристаллические сцинтилляторы из-за их по существу более высокой плотности и атомного числа, что по существу приводит к повышению эффективности обнаружения.
Типичным сцинтиллятором является прозрачный монокристалл, в котором валентная зона и зона проводимости разделены запрещенной зоной величиной в 5 эВ или более. В кристалле, не содержащем дефектов или примесей, в этой запрещенной зоне не будет электронных энергетических уровней. Однако сцинтилляторы легированы активирующим ионом, который обеспечивает энергетические уровни в этой запрещенной зоне. После поглощения энергии γ-лучей массивным кристаллом часть энергии локализуется на активирующих ионах. Релаксация активирующих ионов приводит к излучению сцинтилляционных фотонов, как правило, с энергией около 3 эВ, что соответствует видимому синему свету.
Одним из широко применяемых сцинтилляционных материалов является германат висмута (Bi4Ge3O12 или BGO) в связи с его намного более высокой эффективностью в отношении обнаружения γ-лучей по сравнению с легированным таллием йодидом натрия (NaI[Tl]), который использовали в первые годы после появления ПЭТ. Другим широко применяемым материалом является монокристаллический легированный церием оксиортосиликат лютеция (Lu2SiO5[Ce] или LSO), который обеспечивает намного более высокую общую эффективность, чем BGO. Тем не менее один из недостатков материала LSO заключается в том, что способ производства монокристаллических сцинтилляторов на основе LSO является дорогостоящим, поскольку для него требуются высокие температуры (например, 2000°C) и иридиевые тигли. Таким образом, существует потребность в сцинтилляционных материалах относительно низкой стоимости с улучшенными или сопоставимыми характеристиками.
Описанные в настоящем документе сцинтилляционные материалы основаны на гранате. В примере осуществления они имеют формулу A3B2C3O12, где А3 представляет собой A2X, а X состоит из по меньшей мере одного лантаноида. Лантаноиды представляют собой химические элементы, включающие в себя 15 химических элементов с металлическими свойствами, имеющих атомные номера от 57 до 71, от лантана (La) до лютеция (Lu). Лантаноиды подходят для использования в качестве сцинтилляционного материала для ПЭТ из-за их высоких атомных чисел. В примере осуществления А2 выбран из группы, состоящей из (i), (ii), (iii) и любой их комбинации, причем: (i) состоит из по меньшей мере одного лантаноида, (ii) состоит из по меньшей мере одного элемента группы I, выбранного из группы, состоящей из Na и K, и (iii) состоит из по меньшей мере одного элемента группы II, выбранного из группы, состоящей из Ca, Sr и Ba. В примере осуществления В2 состоит из Sn, Ti, Hf, Zr и любой их комбинации, а С3 состоит из Al, Ga, Li и любой их комбинации. Сцинтилляционные материалы, описанные в настоящем документе, включают в себя данное соединение граната, легированное активирующим ионом, таким как церий. Церий может быть окислен до трехвалентного состояния (Ce3+).
В одном примере осуществления X представляет собой Lu. В некоторых вариантах осуществления сцинтилляционный материал включает в себя соединение, имеющее формулу A2LuB2C3O12, где А2 состоит из Ca, Sr, Ba и любой их комбинации. Например, один из сцинтилляционных материалов может представлять собой гранатоподобное соединение, представленное формулой Ca2LuHf2Al3O12. В некоторых вариантах осуществления сцинтилляционный материал включает в себя соединение, представленное формулой Lu3B2C3O12. Другим примером сцинтилляционного материала является гранатоподобное соединение, представленное формулой Lu3Hf2LiAl2O12. В некоторых вариантах осуществления сцинтилляционный материал включает в себя соединение, представленное формулой ALu2B2C3O12, где A состоит из Na и K. В другом примере сцинтилляционный материал представляет собой гранатоподобное соединение, представленное формулой NaLu2Hf2Al3O12.
В примере осуществления сцинтилляционный материал на основе граната образует кубическую кристаллическую структуру. Благодаря такой кубической структуре композиции могут быть изготовлены в виде прозрачных керамических сцинтилляторов с помощью способа горячей изостатической обработки (HIP). Способ HIP по существу является менее дорогостоящим, чем способ, используемый при производстве монокристаллоподобного LSO, поскольку для него не требуется настолько высокая температура или дорогостоящие иридиевые тигли. В некоторых вариантах осуществления для выяснения того, был ли в ходе производственного процесса образован требуемый кристалл, используют рентгеновскую дифракцию (XRD).
Вместо монокристалла, образующегося из сцинтилляционного материала на основе LSO, сцинтилляционный материал на основе граната, описанный в настоящем документе, образует керамику, которая представляет собой поликристаллический материал. По сравнению с монокристаллическим сцинтиллятором керамический сцинтиллятор позволяет получать более равномерный коэффициент распределения легирующего агента, такого как церий, и, таким образом, обеспечивает лучшее энергетическое разрешение детекторов. Кроме того, благодаря этому свойству в соединение граната может быть добавлено больше легирующего агента, такого как активирующие ионы, что дополнительно повышает интенсивность излучаемых фотонов. Для монокристаллического сцинтиллятора на основе LSO предел легирования соединения LSO для ПЭТ-сканеров может составлять от 1 мол.% до 2 мол.% церия. Для сравнения предел легирования соединения граната может составлять от 0,5 мол.% до 10 мол.% церия. В некоторых вариантах осуществления соединение граната легировано от 2 мол.% до 3 мол.% церия.
В ПЭТ-сканерах излучаемые фотоны сцинтилляционных кристаллов преобразуются в электрические сигналы фотоумножительными трубками (PMT) или кремниевыми фотоумножителями (SiPM). Для получения наибольшего сигнала сцинтилляционное излучение должно быть относительно интенсивным, а длина волны излучения должна соответствовать длине волны максимальной чувствительности фотоумножителя. Поскольку PMT и SiPM можно настраивать так, чтобы максимальная чувствительность находилась в диапазоне длин волн от 300 нанометров (нм) до 600 нм, преимуществом было бы, если бы сцинтиллятор имел максимум излучения в пределах этого диапазона длин волн.
На фиг. 1 показан спектр излучения примера соединения в виде зависимости интенсивности излучения (в произвольных единицах на фиг. 1) от длины волны. Это конкретное соединение представляет собой Ca2LuHf2Al3O12. Как показано на фиг. 1, пики спектра наблюдаются при приблизительно 500 нм, то есть в пределах диапазона длин волн от 300 нм до 600 нм.
Интенсивность сцинтилляционного излучения сильно влияет на число кристаллических элементов, которые могут быть соединены с одним фотодатчиком или, иными словами, на отношение сцинтилляционных элементов к электронным каналам. Чем сильнее сцинтилляционное излучение сцинтилляционного материала, тем меньше требуется электронных каналов для достижения желаемого соотношения сигнал/шум. Уменьшение числа электронных каналов может привести к значительному сокращению затрат. Благодаря наличию фотонов высокой интенсивности, излучаемых сцинтилляционными материалами, описанными в настоящем документе, может быть использовано меньшее количество каналов электронных устройств считывания. Кроме того, сцинтиллятор более высокой интенсивности улучшает временное разрешение ПЭТ-детекторов, что значительно повышает качество изображения и может быть использовано для уменьшения вводимой дозы или времени сканирования.
Также, как правило, желательно, чтобы сцинтилляционные материалы имели высокую плотность, что приводит к повышению эффективности обнаружения. Соединения, описанные в настоящем документе, имеют плотность, сопоставимую с плотностью сцинтилляционных материалов на основе LSO. Соединения Ca2LuHf2Al3O12 и Lu3Hf2LiAl2O12 имеют расчетную плотность от 5,9 грамма на кубический сантиметр (г/см3) до 6 г/см3. Кроме того, соединение NaLu2Hf2Al3O12 имеет расчетную плотность 7 г/см3. Все расчетные значения плотности, приведенные выше, сопоставимы с таковой у сцинтилляционного материала на основе LSO, имеющего плотность 7,4 г/см3 .
На фиг. 2 представлена блок-схема примера ПЭТ системы 100 визуализации. Система 100 включает в себя сцинтиллятор 102, PMT 104, блок 106 управления, блок 108 обнаружения и приема сигнала и блок 110 обработки сигнала и изображения. Сцинтиллятор 102 включает в себя сцинтилляционные материалы, которые преобразуют γ-лучи, излучаемые субъектом, в фотоны, такие как сцинтилляционные материалы, описанные в настоящем документе. PMT 104 преобразуют фотоны в электрические сигналы, которые блок 108 обнаружения и приема сигнала затем принимает, обрабатывает и преобразует в цифровые сигналы. Изображения субъекта генерируются на основании выводимых цифровых сигналов с использованием блока 110 обработки сигнала и изображения. Блок 106 управления управляет работой системы 100.
По меньшей мере один технический эффект описанных в настоящем документе соединений, систем и способов включает в себя (a) повышение интенсивности сигнала в ПЭТ-детекторе, (b) повышение эффективности ПЭТ системы, (c) снижение производственных затрат, связанных со сцинтилляционными материалами для ПЭТ, и (d) обеспечение возможности добавления больших количеств легирующего агента, такого как активирующие ионы, в сцинтилляционные материалы.
В свете вышеизложенного будет очевидно, что достигнуто несколько преимуществ настоящего описания, а также получены другие благоприятные результаты. Поскольку в вышеописанные способы и композиты можно вносить различные изменения без отступления от объема настоящего описания, предполагается, что все сведения, содержащиеся в приведенном выше описании и показанные на сопроводительных чертежах, будут интерпретированы как иллюстративные и не имеющие ограничительного характера.
В настоящем письменном описании используются примеры для раскрытия изобретения, в том числе наилучшего варианта осуществления, а также для того, чтобы любой специалист в данной области мог реализовать изобретение на практике, включая изготовление и применение любых соединений, устройств или систем и выполнение любых включенных способов. Патентуемый объем изобретения определяется пунктами формулы изобретения и может включать в себя другие примеры, очевидные специалистам в данной области. Такие другие примеры подразумеваются как входящие в рамки объема пунктов формулы изобретения, если они содержат конструктивные элементы, не отличающиеся от буквально описанных в пунктах формулы изобретения, или если они содержат эквивалентные конструктивные элементы с несущественными отличиями от буквально описанных в пунктах формулы изобретения.
При представлении элементов настоящего изобретения или различных его версий, вариантов осуществления или аспектов формы единственного и множественного числа и слово «указанный» предназначены для обозначения того, что существует один или более элементов. Следует также отметить, что термины «содержащий», «включающий в себя», «имеющий» или «вмещающий» должны рассматриваться как открытые и подразумевают возможность включения дополнительных элементов или стадий.

Claims (20)

1. Сцинтиллятор (102) для позитронно-эмиссионной томографии (100), содержащий:
соединение граната формулы A3B2C3O12,
где A3 представляет собой A2X,
причем X состоит из по меньшей мере одного лантаноида,
причем А2 выбран из группы, состоящей из (i), (ii), (iii) и любой их комбинации,
причем (i) состоит из по меньшей мере одного лантаноида,
причем (ii) состоит из по меньшей мере одного элемента группы I, выбранного из группы, состоящей из Na и K; и
при этом (iii) состоит из по меньшей мере одного элемента группы II, выбранного из группы, состоящей из Ca, Sr и Ba,
где В2 состоит из Sn, Ti, Hf, Zr и любой их комбинации, и
где С3 состоит из Al, Ga, Li и любой их комбинации; и
активирующий ион, состоящий из церия, причем соединение граната легировано указанным активирующим ионом.
2. Сцинтиллятор (102) по п. 1, в котором X представляет собой Lu.
3. Сцинтиллятор (102) по п. 2, в котором А3 представляет собой A2Lu, причем указанное соединение граната имеет формулу A2LuB2C3O12, и при этом А2 состоит из Ca, Sr, Ba и любой их комбинации.
4. Сцинтиллятор (102) по п. 3, в котором указанное соединение граната имеет формулу Ca2LuHf2Al3O12.
5. Сцинтиллятор (102) по п. 2, в котором указанное соединение граната имеет формулу Lu3B2C3O12.
6. Сцинтиллятор (102) по п. 5, в котором указанное соединение граната имеет формулу Lu3Hf2LiAl2O12.
7. Сцинтиллятор (102) по п. 2, в котором А3 представляет собой ALu2, причем указанное соединение граната имеет формулу ALu2B2C3O12, и при этом A состоит из Na и K.
8. Сцинтиллятор (102) по п. 7, в котором указанное соединение граната имеет формулу NaLu2Hf2Al3O12.
9. Сцинтиллятор (102) по п. 1, в котором указанное соединение граната легировано от приблизительно 0,5 мол.% до приблизительно 10 мол.% церия.
10. Сцинтиллятор (102) по п. 1, причем указанный сцинтиллятор является керамическим.
RU2020133725A 2019-10-30 2020-10-14 Керамический сцинтиллятор на основе композиций кубического граната для позитронно-эмиссионной томографии (пэт) RU2745924C1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/668,299 US11326099B2 (en) 2019-10-30 2019-10-30 Ceramic scintillator based on cubic garnet compositions for positron emission tomography (PET)
US16/668,299 2019-10-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2745924C1 true RU2745924C1 (ru) 2021-04-02

Family

ID=75353458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020133725A RU2745924C1 (ru) 2019-10-30 2020-10-14 Керамический сцинтиллятор на основе композиций кубического граната для позитронно-эмиссионной томографии (пэт)

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11326099B2 (ru)
CN (1) CN112745845A (ru)
RU (1) RU2745924C1 (ru)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11994646B2 (en) * 2021-03-12 2024-05-28 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Garnet scintillator compositions for downhole oil and gas explorations
CN115287068B (zh) * 2022-08-30 2023-06-02 广东省科学院资源利用与稀土开发研究所 一种钠钇镓锗石榴石基近红外光荧光粉及其制备方法
CN115466620B (zh) * 2022-08-30 2023-06-02 广东省科学院资源利用与稀土开发研究所 一种钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉及其制备方法
CN115368893B (zh) * 2022-08-30 2023-06-02 广东省科学院资源利用与稀土开发研究所 一种钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2157552C2 (ru) * 1998-01-12 2000-10-10 Таср Лимитед Сцинтилляционное вещество (варианты) и сцинтилляционный волноводный элемент
US20100059668A1 (en) * 2005-12-22 2010-03-11 Robert Joseph Lyons Scintillator material and radiation detectors containing same
US20170044433A1 (en) * 2014-05-01 2017-02-16 Tohoku Techno Arch Co., Ltd. Illuminant and radiation detector
JP2018179795A (ja) * 2017-04-14 2018-11-15 コニカミノルタ株式会社 Ｘ線位相コントラスト撮影装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4623403B2 (ja) 2000-04-06 2011-02-02 日立金属株式会社 セラミックス、セラミックス粉末の製造方法及びセラミックスの製造方法。
US10371831B2 (en) 2010-11-04 2019-08-06 Radiation Monitoring Devices, Inc. Mixed garnet oxide scintillators and corresponding systems and methods
JP5952746B2 (ja) 2011-01-31 2016-07-13 古河機械金属株式会社 シンチレータ用ガーネット型単結晶、及びこれを用いた放射線検出器
EP2730637B1 (en) * 2011-07-05 2017-06-14 Panasonic Corporation Rare-earth aluminum garnet type fluorescent substance and light-emitting device obtained using same
US9976080B2 (en) * 2013-03-08 2018-05-22 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Rare earth aluminum garnet-type inorganic oxide, phosphor and light-emitting device using same
CN105418063B (zh) 2014-09-22 2017-12-08 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种非化学计量比镥铝石榴石闪烁陶瓷及其制备方法
CN105567236B (zh) * 2014-10-15 2018-07-20 有研稀土新材料股份有限公司 石榴石型荧光粉和制备方法及包含该荧光粉的装置
CN106588012A (zh) 2015-10-15 2017-04-26 中国科学院上海硅酸盐研究所 低价态离子掺杂的多组分复合闪烁陶瓷及其制备方法
US10000698B2 (en) 2016-03-08 2018-06-19 Lawrence Livermore National Security, Llc Transparent ceramic garnet scintillator detector for positron emission tomography
CN106520119B (zh) * 2016-10-24 2018-12-07 兰州大学 一种可发出青色光的荧光粉及其制备方法
CN108893779A (zh) * 2018-07-16 2018-11-27 苏州四海常晶光电材料有限公司 一种钙镁离子与铈共掺钇铝石榴石闪烁晶体及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2157552C2 (ru) * 1998-01-12 2000-10-10 Таср Лимитед Сцинтилляционное вещество (варианты) и сцинтилляционный волноводный элемент
US20100059668A1 (en) * 2005-12-22 2010-03-11 Robert Joseph Lyons Scintillator material and radiation detectors containing same
US20170044433A1 (en) * 2014-05-01 2017-02-16 Tohoku Techno Arch Co., Ltd. Illuminant and radiation detector
JP2018179795A (ja) * 2017-04-14 2018-11-15 コニカミノルタ株式会社 Ｘ線位相コントラスト撮影装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20210130688A1 (en) 2021-05-06
CN112745845A (zh) 2021-05-04
US11326099B2 (en) 2022-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2745924C1 (ru) Керамический сцинтиллятор на основе композиций кубического граната для позитронно-эмиссионной томографии (пэт)
US7067815B2 (en) Scintillator crystal, method for making same use thereof
EP1043383B2 (en) Phosphors, and radiation detectors and x-ray ct unit made by using the same
US8431042B2 (en) Solid state scintillator material, solid state scintillator, radiation detector, and radiation inspection apparatus
US7755054B1 (en) Lutetium gadolinium halide scintillators
EP1279717B1 (en) Phosphor, radiation detector containing the same, and x-ray ct apparatus
US8907292B2 (en) Tungstate-based scintillating materials for detecting radiation
JP6776671B2 (ja) 蛍光材料、セラミックシンチレータおよび放射線検出器、並びに蛍光材料の製造方法
Nagarkar et al. New structured scintillators for neutron radiography
KR101094368B1 (ko) 방사선 센서용 섬광체, 및 그 제조 및 응용 방법
Glodo et al. Novel high-stopping power scintillators for medical applications
Liu et al. Development of medical scintillator
KR101677135B1 (ko) 섬광체
KR20110111646A (ko) 방사선 센서용 섬광체, 및 그 제조 및 응용 방법
EP3447107B1 (en) Scintillator and preparation method therefor
KR101223044B1 (ko) 방사선 센서용 섬광체, 및 그 제조 및 응용 방법
JP7459593B2 (ja) セラミック蛍光材料、シンチレータアレイ、放射線検出器および放射線コンピュータ断層撮影装置
KR100941692B1 (ko) 방사선 센서용 섬광체, 및 그 제조 및 응용 방법
Globus et al. Scintillation detectors for medical and biology applications: Materials, design and light collection conditions
GLOBUS et al. 2. Some features and regularities of light collection in scintillators
KR101204334B1 (ko) 방사선 센서용 섬광체, 및 그 제조 및 응용 방법
KR20090119033A (ko) 방사선 센서용 섬광체, 및 그 제조 및 응용 방법
KR20100105046A (ko) 방사선 센서용 섬광체, 및 그 제조 및 응용 방법
KR20090119036A (ko) 방사선 센서용 섬광체, 및 그 제조 및 응용 방법