(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ２ＬｎＸ７又はＡＬｎＸ５（式中、Ａはバリウム、ストロンチウム、カルシウム又はこれらの組合せを含むアルカリ土類金属であり、Ｌｎはランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、ルテチウム、スカンジウム、イッテルビウム及びそれらの組合せから選択されるイオンであり、Ｘは臭素、塩素、ヨウ素又はこれらの組合せから選択される１種以上のハロゲン化イオンである。）で表されるマトリクス材と、
前記マトリクス材用の活性化イオンであって、セリウムである活性化イオンと
を含むシンチレータ組成物であって、前記シンチレータ組成物が、それに衝突する放射線に応答して可視光子を生成するものであり、前記放射線がＸ線、ベータ線又はガンマ線である、シンチレータ組成物。
【請求項２】
Ｌｎが、ランタン、イットリウム、ガドリニウム、ルテチウム、スカンジウム又はこれらの組合せを含む、請求項１記載のシンチレータ組成物。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のシンチレータ組成物からなり、入射放射線（１４）を光子に変換するように構成されるシンチレータ材と、
前記シンチレータ材に光学的に結合され、前記光子を電気信号に変換するように構成された光子検出器（２４）と
を含む検出器要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、撮像システムの分野に関し、より詳細には、高エネルギー放射線検出器で使用されるシンチレータ組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）など、高エネルギー放射線ベースの撮像システムは一般に、典型的には環状配列に配置された複数のピクセルを有するシンチレータ検出器を利用する。そのような各ピクセルは、光電子増倍管（フォトマルチプライアチューブ）に結合されたシンチレータセルを含む。ＰＥＴでは、特定の臓器に対して所望の生物活性または親和性を有する化学的トレーサ化合物が、陽電子を放出することによって崩壊する放射性同位体を用いて標識化される。その後、放出された陽電子は、電子と相互作用を行い、２つの５１１ＫｅＶの光子（ガンマ線）を放出する。２つの光子は、同時に放出され、ほぼ正反対の方向に進行し、周囲の組織を通り抜け、患者の体を出て、検出器に吸収され、記録される。検出器の２地点で２つの光子の到達時間の僅かな差を測定することによって、ターゲット内での陽電子の位置が計算され得る。この時間差測定の限界は、阻止能、光出力、およびシンチレータ材の崩壊時間に大きく依存する。
【０００３】
そのようなシンチレータの別の適用例は、検層ツールに見られる。この適用例におけるシンチレータ検出器は、周囲の地質構造からの放射線を捕捉し、それを光に変換することによって機能する。発生された光は、その後、光電子増倍管に送られる。光インパルスは、電気的インパルスに変換される。検層ツールのシンチレーション要素は、非常な高温でも、激しい衝撃および振動条件下でも機能し得ることが望ましい。したがって、例えば、高い光出力およびエネルギー分解能、ならびに速い崩壊時間など、先に説明された多くの特性の組合せを有するシンチレータ材が得られることが望ましい。
【特許文献１】米国特許第６，７０６，２１２号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／０１９３０４０号
【特許文献３】米国特許出願第１０／６８９，３６１号
【特許文献４】米国特許出願第１１／０７３，１１０号
【特許文献５】米国特許出願第１１／０９５，２３３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、上で説明された１つまたは複数の問題に対処し得る改良シンチレータ材が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、本発明の技法は、シンチレータ組成物を含む。シンチレータ組成物は、マトリクス材を含み、マトリクス材は、アルカリ土類金属と、ランタニドハロゲン化物（ランタニドハリド（lanthanide halide））とを含む。シンチレータ組成物はさらに、活性化イオンを含み、活性化イオンは、３価イオンである。
【０００６】
別の実施形態では、本発明の技法は、Ａ２ＬｎＸ７によって表されるマトリクス材を有するシンチレータ組成物を提供し、ここで、Ａはアルカリ土類金属を含み、Ｌｎはランタニドイオンを含み、Ｘはハロゲン化イオンを含む。さらに、シンチレータ組成物は、活性化イオンを含み、活性化イオンは、セリウム、ビスマス、プラセオジム、またはそれらの組合せを含む。
【０００７】
また別の実施形態では、本発明の技法は、ＡＬｎＸ５によって表されるマトリクス材を有するシンチレータ組成物を提供し、ここで、Ａはアルカリ土類金属を含み、Ｌｎはランタニドイオンを含み、Ｘはハロゲン化イオンを含む。さらに、シンチレータ組成物は、活性化イオンを含み、活性化イオンは、セリウム、ビスマス、プラセオジム、またはそれらの組合せを含む。
【０００８】
さらなる実施形態では、本発明の技法は、本発明の技法のシンチレータ組成物を有する撮像システムの検出器要素を提供する。さらに、検出器要素は、シンチレータ組成物に光学的に結合され、光子を電気信号に変換するように構成される光子検出器を有する。
【０００９】
別の実施形態では、本発明の技法は、検出器要素の動作方法を提供する。この方法は、物体を貫通して放射線を送出する段階と、放射線をシンチレータ材によって受け取り、放射線の特徴を示す光子を生成する段階と、シンチレータ材に光学的に結合され、光子を電気信号に変換するように構成される光子検出器によって光子を検出する段階とを含む。シンチレータ材は、本発明の技法のシンチレータ組成物を含む。
【００１０】
本発明の上記およびその他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照しながら読むことでより良く理解され、図面において同様の文字は同様の部分を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の技法のある実施形態による、陽電子放射断層撮影（ポジトロン・エミッション・トモグラフィ）で利用される核撮像検出器など、例示的な放射線ベースの撮像システムを示す。図示された実施形態では、撮像システム１０は、放射線源１２から放出された放射線１４の大部分が、動物、人、荷物、または内部的特徴もしくは内容物を有する任意のターゲットなどのターゲット１６を貫通するように配置される放射線源１２を含む。ある実施形態では、放射線１４は、Ｘ線、ベータ線、またはガンマ線などの電磁放射線を含むことができる。一般に減衰放射線１８と呼ばれる放射線１４の一部分は、ターゲット１６を貫通する。より具体的には、ターゲット１６の内部的特徴が、放射線１４の強度を少なくとも部分的に低減させる。例えば、ターゲット１６の１つの内部的特徴は、別の内部的特徴よりも少ないまたは多い放射線を通過させる。
【００１２】
その後、減衰放射線１８は、シンチレータ２２を含む１つまたは複数の放射線検出器２０に衝突し、シンチレータは、その表面に衝突する減衰放射線に反応して可視光子を生成する。ある実施形態では、シンチレータ２２の組成物は、マトリクス材と、活性化イオンとを含む。いくつかの実施形態では、マトリクス材は、アルカリ土類金属と、ランタニドハロゲン化物とを含む。これらの実施形態では、アルカリ土類金属は、バリウム、ストロンチウム、カルシウム、マグネシウム、またはそれらの組合せを含むことができる。さらに、ランタニドハロゲン化物は、少なくとも１つのランタニドイオンおよび少なくとも１つのハロゲン化イオンとを含むことができる。これらの実施形態では、ランタニドイオンは、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、ルテチウム、スカンジウム、イッテルビウム、またはそれらの組合せなどの希土類元素を含むことができる。例示的な一実施形態では、ランタニドイオンは、ランタン、イットリウム、ガドリニウム、ルテチウム、スカンジウム、またはそれらの組合せを含むことができる。
【００１３】
様々な適用例に応じて、これらの実施形態では、ハロゲン化イオンは、フッ素、臭素、塩素、ヨウ素、またはそれらの組合せを含むことができる。例えば、シンチレータで高光出力特性を得るためには、ヨウ素を有することが望ましい。加えて、いくつかの実施形態では、２以上のハロゲン化物が、マトリクス材に存在することができる。これらの実施形態では、マトリクス材は、２以上のランタニドハロゲン化物の固溶液の形態をとることができる。本明細書で使用される「固溶液」という用語は、単一相または複数相を含み得る固体結晶形態のハロゲン化物の混合を指す。理解されるように、結晶形成の後、例えば、焼結または高密度化などの後続処理工程の後、結晶内で相転移が生じ得る。例示的な一実施形態では、ランタニドハロゲン化物は、塩化ルテチウムもしくは臭化ルテチウム、塩化イットリウムもしくは臭化イットリウム、塩化ガドリニウムもしくは臭化ガドリニウム、塩化プラセオジムもしくは臭化プラセオジム、またはそれらの組合せを含むことができる。
【００１４】
さらに、ある実施形態では、マトリクス材の中のアルカリ土類金属とランタニドハロゲン化物の相対比は、約２．２：１から約１．８：１まで変化し得る。理解されるように、これらの比は、原子価、原子量、化学結合、配位数などの化学量論的要件に依存する。
【００１５】
理解されるように、シンチレータ組成物の発光に酸素が有害な影響を与えることがある。したがって、酸素または酸素含有化合物を実質的に含まないマトリクス材のランタニドハロゲン化物を有することが望ましい。本明細書で使用される「実質的に含まない」という表現は、約０．１モルパーセントより少量の酸素、好ましくは約０．０１モルパーセントより少量の酸素を含有する化合物を指示する。
【００１６】
さらに、シンチレータ組成物は、活性化イオンを含み、活性化イオンは、３価イオンである。理解されるように、活性化イオンは、電子を吸収し、その励起エネルギーを所望の波長の光子として解放することによって発光するホストマトリクスの発光中心である。したがって、互いに相性の良い活性化イオンとシンチレータ組成物の組合せを有することが望ましい。ある実施形態では、活性化イオンは、セリウム、ビスマス、プラセオジムなどの３価イオン、またはそれらの組合せを含むことができる。また、シンチレータ組成物のシンチレーションを促進する量の活性化イオンを有することが望ましいであろう。理解されるように、シンチレータ組成物の中の活性化イオンの量は、マトリクス材、放出特性、崩壊時間などの要因に依存し、シンチレータが利用される検出装置のタイプにも依存する。いくつかの実施形態では、マトリクス材の中での活性化イオンのモルパーセントは、約０．１モルパーセントから約２０モルパーセント、約０．１モルパーセントから約１０モルパーセント、または約１モルパーセントから約１０モルパーセントの範囲をとることができる。
【００１７】
ある実施形態では、本発明の技法のシンチレータ組成物は、化学式Ａ２ＬｎＸ７によって表されることができ、ここで、Ａはアルカリ土類金属を含み、Ｌｎはランタニドイオンを含み、Ｘはハロゲン化イオンを含む。理解されるように、これらの実施形態では、Ａ、Ｌｎ、またはＸは、２以上の異なるイオンの組合せとすることができる。さらに、これらの実施形態では、各アルカリ土類金属は、＋２の原子価状態を有し、各ランタニドは通常、＋３の原子価状態を有し、各ハロゲンは−１の原子価状態を有して、化学量論的平衡を保持する。これらの実施形態では、Ａは、バリウム、ストロンチウム、カルシウム、マグネシウム、またはそれらの組合せを含むことができる。加えて、これらの実施形態では、Ｌｎは、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、ルテチウム、スカンジウム、イッテルビウム、またはそれらの組合せを含むことができる。最後に、これらの実施形態では、Ｘは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、またはそれらの組合せを含むことができる。
【００１８】
さらに、いくつかの実施形態では、Ｌｎは、イットリウム、ガドリニウム、ルテチウム、ランタン、またはそれらの組合せを含むことができる。これらの実施形態では、Ｘは、塩素、臭素、ヨウ素、またはそれらの組合せを含むことができる。セリウムを活性化イオンとして用いるこれらの実施形態のいくつかでは、シンチレータ組成物は、化学式Ａ２Ｌｎ１−ｍＣｅｍＸ７によって表されることができる。これらの実施形態では、ｍは、約０．０２から約１までの範囲をとる。さらに、例示的な一実施形態では、ｍは、約０．１から約１までの範囲をとる。例示的な一実施形態では、セリウムを活性化イオンとして有するシンチレータ組成物Ｂａ２Ｙ１−ｍＣｅｍＣｌ７は、Ｂａ２Ｙ０．９８Ｃｅ０．０２Ｃｌ７、およびＢａ２Ｙ０．９５Ｃｅ０．０５Ｃｌ７を含むことができる。同様に、その他の実施形態では、Ｃｅを活性化イオンとして有するシンチレータ組成物Ｂａ２Ｇｄ１−ｍＣｅｍＣｌ７は、Ｂａ２Ｇｄ０．９８Ｃｅ０．０２Ｃｌ７、Ｂａ２Ｇｄ０．９８Ｃｅ０．０２Ｃｌ６．９４Ｂｒ０．０６、およびＢａ２Ｇｄ０．９５Ｃｅ０．０５Ｃｌ７を含むことができる。さらなる実施形態では、シンチレータ組成物は、アルカリ土類金属の組合せを含むことができる。これらの実施形態では、シンチレータ組成物は、Ｂａ２−ＸＡＸＬｎ１−ｍＣｅｍＸ７によって表されることができ、Ａは、ストロンチウム、カルシウム、またはマグネシウムとすることができる。これらの実施形態では、Ａの比率は、シンチレータ組成物の結晶構造が保持されるような比率である。セリウムの場合のように、例示的な一実施形態では、ビスマスなどのその他の活性化イオンは、シンチレータ組成物の中の約０．１モルパーセントから約１０モルパーセントのＬｎを置換することができる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、シンチレータ組成物は、化学式ＡＬｎＸ５によって表されることができ、ここで、Ａはアルカリ土類金属を含み、Ｌｎはランタニドイオンを含み、Ｘはハロゲン化イオンを含む。シンチレータ組成物Ａ２ＬｎＸ７に関して上で説明されたように、各アルカリ土類金属は、＋２の原子価状態を有し、各ランタニドは通常、＋３の原子価状態を有し、各ハロゲンは−１の原子価状態を有して、化学量論的平衡を維持する。これらの実施形態では、Ａは、バリウム、ストロンチウム、カルシウム、マグネシウム、またはそれらの組合せを含むことができる。加えて、これらの実施形態では、Ｌｎは、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、ルテチウム、スカンジウム、イッテルビウム、またはそれらの組合せを含むことができる。最後に、これらの実施形態では、Ｘは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、またはそれらの組合せを含むことができる。
【００２０】
さらに、いくつかの実施形態では、Ｌｎは、イットリウム、ガドリニウム、ルテチウム、ランタン、またはそれらの組合せを含むことができる。これらの実施形態では、Ｘは、塩素、臭素、ヨウ素、またはそれらの組合せを含むことができる。これらの実施形態のいくつかでは、シンチレータ組成物は、化学式ＡＬｎ１−ｎＣｅｎＸ５によって表されることができる。これらの実施形態では、ｎは、約０．０２から約１までの範囲をとる。さらに、例示的な一実施形態では、ｎは、約０．０２から約０．２までの範囲をとる。例示的な別の実施形態では、ｎは、約０．０２から約０．１までの範囲をとる。例示的な一実施形態では、活性化イオンを共に有するシンチレータ組成物は、ＢａＹ０．９８Ｃｅ０．０２Ｃｌ５、またはＢａＧｄ０．９８Ｃｅ０．０２Ｃｌ５によって表されることができる。さらなる実施形態では、シンチレータ組成物は、アルカリ土類金属の組合せを含むことができる。これらの実施形態では、シンチレータ組成物は、Ｂａ１−ＸＡＸＬｎ１−ｍＣｅｍＸ５によって表されることができ、Ａは、ストロンチウム、カルシウム、またはマグネシウムとすることができる。さらに、これらの実施形態では、Ａの比率は、母材の結晶構造が維持されるような比率である。セリウムの場合のように、例示的な一実施形態では、ビスマスなどのその他の活性化イオンは、シンチレータ組成物の中の約０．１モルパーセントから約１０モルパーセントのＬｎを置換することができる。
【００２１】
ある実施形態では、シンチレータ組成物は、実質的に単結晶の形態を含むことができる。理解されるように、単結晶のシンチレータ結晶は、より高い透過性傾向を有し、したがって、例えば、ガンマ線用に使用される高エネルギー放射線検出器にとって特に有用である。しかし、シンチレータ組成物は、最終的用途に応じて、粉末の形態など他の形態で使用されることもできる。また、理解されるように、シンチレータ組成物は、少量の不純物を含むことができる。これらの不純物は通常、出発原料に由来し、約０．０１重量パーセントより僅かな組成物の部分を構成する。さらに、シンチレータ組成物は、約１容量パーセントより僅かな量の添加物も含むことができる。通常、添加物は、以下で詳細に説明されるように、圧縮時にシンチレータの焼結密度がより高くなり易いように添加される。さらに、添加物は、シンチレーション効率を高めるために結晶場環境の最適化を促進し、シンチレータ組成物の立ち上がり時間および崩壊時間を短縮することができ、それによって、単位時間当たりの光子生成を効率化する。したがって、密度がより高いシンチレータは、シンチレータによる入射光子の吸収を増やすという結果を引き起こす。また、密度がより高いシンチレータは、シンチレータによって生成される光子の散乱を小さくするという結果を引き起こし、したがって、シンチレータによって生成される信号を増強する。さらに、シンチレータ組成物の特定の機能を増強するために、僅かな量のその他の物質が、シンチレータ組成物の中に目的をもって含まれることができる。
【００２２】
再び図１を参照すると、シンチレータ２２が光子を生成すると、光子は、光子検出器またはカウンタ２４を利用して検出される。いくつかの実施形態では、光子カウンタ２４は、光子をそれぞれの電子信号に変換するように構成される光ダイオードを含む。これらの実施形態のいくつかでは、光子カウンタ２４は、光子カウンタ２４によって生成される信号を比例的に増強する光電子増倍管に結合される。その後、撮像システム１０は、このデータを処理して、ターゲット１６の内部的特徴の像を構成する。図示されてはいないが、放射線検出器２０は、放射線検出器２０に向けられたビームの照準を合わせるコリメータを利用することができ、それによって、放射線検出器２０に入射する光の吸収比率を高めることができる。加えて、図１の撮像システム１０は、様々な制御回路および装置を含むことができる。例えば、図示されたように、放射線検出器２０は、放射線検出器２０によって発生された信号の捕捉を制御する検出器捕捉回路２６に結合される。ある実施形態では、撮像システム１０は、放射線源１２および／または検出器２０の動作を円滑にするモータサブシステム（図示されず）を含む。これらの実施形態では、プロトコルの検査を実行し、検出器捕捉回路２６からの捕捉像データを処理するために、像処理回路２８が利用される。上記およびその他の様々な制御機構は、本発明の技法のある実施形態による撮像システム１０に組み込まれることができる。
【００２３】
システムパラメータを出力し、検査を要求し、像を見るためなどに、撮像システム１０のインターフェースとして、１つまたは複数の操作者ワークステーション３０が含まれることができる。操作者ワークステーション３０は、操作者が１つまたは複数の入力装置（キーボード、マウス、タッチパッドなど）を介して撮像システム１０の１つまたは複数の構成要素を制御できるように構成される。図示された操作者ワークステーション３０は、ディスプレイまたはプリンタなどの出力装置３２に結合されて、撮像システム１０の動作中に生成された像を出力する。一般に、ディスプレイ、プリンタ、操作者ワークステーション、および類似装置は、撮像システム１０の近くまたはそれから離れた場所にあることができる。例えば、これらのインターフェース装置は、研究所もしくは病院内の１つまたは複数の場所、またはまったく異なる所在地に配置されることができる。したがって、インターフェース装置は、インターネット、仮想私設ネットワークなど、１つまたは複数の構成可能なネットワークを介して、撮像システム１０に結合されることができる。上記およびその他の入力／出力装置またはインターフェースは、本発明の技法の実施形態による撮像システム１０に組み込まれることができる。
【００２４】
図２は、本発明の技法のある実施形態による例示的な陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）撮像システム３４を示す。図示された実施形態では、ＰＥＴ撮像システム３４は、ターゲット内部に配置された放射性物質３６を含む。例示的な一実施形態では、ターゲットは、放射性同位体の注入を受けた人体とすることができる。典型的には、放射性同位体は、グルコース、アンモニア、水などの自然な身体構成物と一緒に、標識することによって人体内部の所望の位置に投与される。一般に、適用量の放射性同位体がターゲット内部に投与された後、放射性物質は、その寿命の間、放射線検出器４０（シンチレータ４２および光子検出器４４）によって検出される放射線３８を放出する。ターゲット（例えば、人体）内部に入ると、放射性物質３６は、放射能を生物活性領域またはその他の検出対象領域に局所化する。例示的な一実施形態では、ターゲットが人または動物である場合、生物活性領域は、脳または心臓プロフュージョン（profusion）、アルツハイマ、パーキンソン、癲癇、冬眠心筋、癌または腫瘍を含むことができる。一般に、適用量の放射性物質３６は、陽電子を放出し、特定機能または特定組織向けの方法でターゲット内部に配置される放射性同位体を含む。当業者によって理解されるように、また以下で詳細に説明されるように、放射性同位体から放出される陽電子は、電子との反応によって消滅し、各々が５１１ＫｅＶのエネルギーを有する２つの光子または２つのガンマ線を生成する。その後、これらの光子は、ターゲットの外に出て、放射線検出器４０、すなわちＰＥＴスキャナによって検出される。
【００２５】
図示の実施形態では、放射線検出器またはＰＥＴスキャナ４０は、図１を参照して上で説明されたようなシンチレータ組成物を有するシンチレータ４２を含む。さらに、放射線検出器４０は、光ダイオードなどの光子検出器４４を含む。さらに、ＰＥＴ撮像システム３４は、図１の撮像システム１０を参照して説明されたような、検出器捕捉回路２６と、像処理回路２８と、操作者ワークステーション３０と、出力装置３２とを含むことができる。
【００２６】
当業者によって理解されるように、人または動物などの生物ターゲットの場合、放射性同位体の悪影響を回避するため、最小量の放射性物質３６をターゲット内部に投与することが望ましい。この最小量の放射性物質３６によって生成される光子の量は、相対的により高い感受性、より高い密度、およびより高い発光効率を有するシンチレータによって最も良く検出される。また、短い崩壊時間は、好都合なことに、入力放射線の強度を決定する間の積分時間を短縮し、その結果、像および／または投影を生成するための撮像速度（イメージレート）が、著しく向上され得る。結果として、影像（シャドウイメージ）などのアーチファクトの発生が減少する。さらに、より多くの単一像がより短い時間で測定され得るので、患者にとって検査時間が短縮される。また、高密度のシンチレータ４２は、シンチレータでの散乱の結果として光子を失うことなく、相対的により多数の光子の吸収を促進するので、効率的な阻止能を有するシンチレータ４２を有することが望ましい。上で詳細に説明されたシンチレータ組成物は、好都合なことに、これらの特性の一部または全部を有する。
【００２７】
図３は、本発明の技法のある実施形態によるＰＥＴ撮像システム３４（図２参照）で利用される放射線検出器４０の横断面図である。図示の実施形態では、放射線検出器４０は、検出器要素４６がターゲット物体を取り巻くように、円環の横断面を有する円筒配列に配置された複数の検出器要素４６を利用する。この円環または円筒配列では、ターゲットを出た２つの光子は、シンチレータリング４８上に配置された２つの対面する検出器要素４６のどれかに到達することができる。いくつかの実施形態では、シンチレータリング４８は、シンチレータ４２の１つまたは複数のレイヤを含むことができ、それは光子検出器４４（図示されず）を含むレイヤ上に配置される。他の実施形態では、シンチレータ４２は、ピクセルの配列の形態をとることができ、各個々のピクセルは、光子検出器（図示されず）のピクセルに結合される。言い換えると、シンチレータ４２のピクセルによって形成される配列を有する１つまたは複数のレイヤは、光子検出器４４のピクセルによって形成される配列によって形成される別のレイヤ上に配置される。
【００２８】
図示の実施形態では、生物活性領域５０に局所化された放射性同位体を有するターゲットは、放射線検出器４０のシンチレータリング４８の内側に配置される。上で説明されたように、放射性同位体は、崩壊時に陽電子を放出する。ある実施形態では、崩壊はベータ崩壊である。放出された陽電子は、非常な高速で進行し、通常は１つまたは複数の近隣原子との衝突によって速度を落とされる。陽電子は速度を落とされると、陽電子と近隣原子の１つの外殻電子との間で消滅反応が起こる。当業者によって理解されるように、消滅反応は、２つの５１１ＫｅＶの光子またはガンマ線を生成し、これらは、エネルギーおよび運動量の保存のため、矢印５４および５６によって示されるほぼ正反対の方向に進行する。より具体的には、２つの検出地点と生物活性領域５０内の光子の発生地点５２は、直線を形成する。言い換えると、生物活性領域５０内の発生地点５２は、２つの検出器要素６２および６４を結ぶ直線上に生じる。例えば、図示の実施形態では、矢印５４および５６によって示される方向に進行する２つの光子は、地点５２、６２、および６４が同一の直線上に存在するように、それぞれ検出器要素６２および６４に到達する。したがって、シンチレータリング４８の２つの地点での光子の検出は、人ターゲットの生物活性領域など所望の場所における放射性同位体の存在を示す。
【００２９】
図４は、ツール筐体７０に結合された検出器組立品６８を利用する例示的な検層ツール６６の横断面図である。図示の実施形態では、検出器組立品６８は、光インターフェース７６によって光学的に結合されたシンチレータ結晶７２と光感知装置７４（例えば、光電子増倍管）とを利用する。理解されるように、光感知装置７４は、結晶７２から放出された光子を、以下で説明される関連する電子装置によって形成および計数化された電気パルスに変換する。ある実施形態では、シンチレータ結晶７２は、上で詳細に説明されたような本発明の技法のシンチレータ組成物を利用することができる。検出器組立品６８は、周囲の地質構造からの放射線を捕捉し、それを光に変換することによって機能する。発生された光は、その後、光感知装置７４に送られる。光インパルスは、電気的インパルスに変換される。図示の実施形態では、結晶７２、光感知装置７４、および光インターフェース７６は、検出器筐体７８の内部に密閉される。さらに、光インターフェース７６は、検出器筐体７８に密閉された窓８０を含む。一般に、窓８０は、放射線誘起シンチレーション光が、光感知装置７４による測定のために検出器筐体７８から出て行き易くする。理解されるように、光学的窓８０は、シンチレータ結晶７２によって放出されるシンチレーション光が透過する材料から作られる。加えて、ある実施形態では、検出器筐体７８は、ステンレス鋼またはアルミニウムから作られることができる。図示の実施形態では、検出器ケーブル８２が、検出器組立品６８を電源８４およびデータ処理回路８６に接続する。光電子増倍管７４からのインパルスに基づいたデータは、データ処理回路８６のような「穴の上（up-hole）」にある分析機器に送られることができる。代替として、データは、穴の下（downhole）の現場で保存されることもできる。さらに、図示の実施形態では、データ処理ユニット８６は、操作者ワークステーション８８に電気的に結合されることができ、操作者ワークステーションは、出力装置９０に結合される。
【００３０】
時には、データは、いわゆる「掘削中測定（ＭＷＤ）」により、掘削中に取得され、送られることができる。理解されるように、検層ツールのシンチレーション要素は、非常な高温でも、激しい衝撃および振動条件下でも機能するように構成される。したがって、シンチレータ材は、先に説明された多くの特性、例えば、高い光出力およびエネルギー分解能、ならびに速い崩壊時間などを有する。また、図４に図示された実施形態では、シンチレータは一般に、非常に制限された空間に適したパッケージ内に封入され得るほど小さい。掘削が非常に深い場所で企てられると、許容可能な特性の閾値は著しく上昇させられる。例えば、高分解能の強い光出力を生成する従来のシンチレータの能力は、掘削深度が増すに連れて、深刻な危険にさらされ得る。したがって、上で詳細に説明されたシンチレータ材は、図４に示された検層ツール６６にとって特に有利である。
【００３１】
図５は、Ａ２ＬｎＸ７によって表され、活性化イオンとしてセリウムを有するシンチレータ組成物に関する、Ｘ線励起下における例示的な放射スペクトル９２のグラフである。示された図では、横座標９４は、波長を表し、縦座標９６は、放射強度を表す。図示の実施形態では、放射スペクトル９２は、ピーク９８によって表されるように、約３５０ｎｍの波長でピークになる。同様に、図６は、ＡＬｎＸ５によって表され、活性化イオンとしてセリウムを有するシンチレータ組成物に関する、Ｘ線励起下における例示的な放射スペクトル１００のグラフである。図示の実施形態では、放射スペクトル１００は、ピーク１０２によって示されるように、約３５０ｎｍでピークになる。
【００３２】
ある実施形態では、シンチレータ組成物は、様々な技法によって調合されることができる。理解されるように、シンチレータ組成物は、これらの技法の様々な反応生成物も含むことができる。一般に、シンチレータ組成物は、種々の前駆体粉末を所定の比率で混合した後、焼成、ダイフォーミング、焼結、および／またはホットアイソスタティック成形などの操作を行うことによって調合される。いくつかの実施形態では、前駆体は、塩、酸化物、ハロゲン化物、オキサレート、カーボネート、ナイトレート、またはそれらの組合せを含むことができる。他の実施形態では、ランタニドハロゲン化物が、単一の反応物として提供されることができ、例えば、塩化ランタンなどのランタニドハロゲン化物は、市販されている。ある実施形態では、１つまたは複数のランタニドハロゲン化物は、１つまたは複数のアルカリ金属ハロゲン化物と所望の比率で化合させることができる。さらに、活性化イオンの前駆体は、この混合物と混合されることができる。
【００３３】
反応物の混合は、完全かつ均一な混合を保証する任意の適切な技法によって実行されることができる。例えば、混合は、めのう乳鉢および乳棒で実行されることができる。代替として、混合は、ボール（ｂａｌｌ）ミル、ボウル（ｂｏｗｌ）ミル、ハンマミル、またはジェットミルなどの混合および粉砕装置によって達成されることができる。いくつかの実施形態では、混合物は、フラックス化合物および結合剤などの様々な添加物を含むことができる。融和性および／または溶解性に応じて、時には様々な液体、例えば、ヘプタン、またはエチルアルコールなどのアルコールが、混練時の基材として使用されることができる。理解されるように、不純物は光放出能力などのシンチレータ特性に悪影響をおよぼすので、適切な混練基材は、シンチレータ組成物を許容できないほど不純化することのない物質を含む。
【００３４】
混合された後、前駆体混合物は、混合物を固溶液に変質させるのに十分な温度および時間条件下で焼成されることができる。理解されるように、これらの条件は、部分的には、使用される特定のタイプのマトリクス材および活性化物質に依存する。ある実施形態では、焼成は、炉を用いて約５００℃から約１０００℃の範囲の温度で実行されることができる。これらの実施形態では、焼成時間は、約１５分から約１０時間の範囲とすることができる。理解されるように、酸素および湿気のない雰囲気内で焼成を実行するのが望ましい。例示的な一実施形態では、焼成は、真空中、または窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、およびキセノンなどの不活性ガス雰囲気内で実行されることができる。焼成が完了すると、得られた物質は、粉末形態にするために粉砕される。さらに、粉末を放射線検出器要素に加工するために、様々な技法が利用されることができる。
【００３５】
図７は、検出器要素、例えば、放射線検出器２０（図１参照）または放射線検出器４０（図２参照）の動作の例示的なプロセス１０４または方法を示すフローチャートである。図示されるように、プロセス１０４は、放射線が物体を通って送出されるときに開始する（ブロック１０６）。図１を参照して説明されたように、ある実施形態では、放射線を送出する動作は、人などのターゲット内に放射性元素を配置することを含むことができる。その後、送出された放射線は、シンチレータ材によって受け取られ、シンチレータ材は、放射線を可視光子に変換する（ブロック１０８）。ある実施形態では、シンチレータ材は、上で詳細に説明された本発明の技法のシンチレータ組成物を含むことができる。これらの実施形態では、シンチレータは、ピクセルの形態をとることができ、各シンチレータは、光子検出器２４（図１参照）または光子検出器４４（図２参照）などの光子検出器に結合される。その後、光子検出器は、可視放射線を検出し、それを電気信号に変換する（ブロック１１０）。ある実施形態では、光子検出器は、光電子増倍管または光ダイオードを含むことができる。
【００３６】
ＰＥＴおよび検層ツールなどの核撮像検出器のように、シンチレータを利用するその他の装置の構成も、シンチレータ特性に大きく依存し、シンチレータ特性は、シンチレータ組成に直接関係する。一般に、ガンマ線およびＸ線などの高エネルギー放射線に反応するシンチレータの場合、高い光出力（ＬＯ）、短い崩壊時間、短縮された残光、高い「阻止能」、および許容可能なエネルギー分解能を有することが望ましい。したがって、本発明の技法のシンチレータ組成物は、主にＰＥＴ撮像システムおよび検層ツールを参照して説明されたが、同様の特性が望ましいその他の適用例でも利用されることができる。
【００３７】
本明細書では本発明の一部の特徴だけが例示され、説明されたが、当業者には、多くの修正および変更が思いつくであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の主旨内に含まれるそのようなすべての修正および変更を包含するよう意図していることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の技法のある実施形態によるシンチレータ組成物を利用する例示的な放射線ベースの撮像システムの概略図である。
【図２】本発明の技法のある実施形態によるシンチレータ組成物を利用する例示的な陽電子放射断層撮影撮像システムの概略図である。
【図３】本発明の技法のある実施形態による陽電子放射断層撮影撮像システムの放射線検出器で使用されるシンチレータリングの正面図である。
【図４】本発明の技法のある実施形態による検層ツールで利用される例示的な検出器要素の横断面図である。
【図５】Ａ２ＬｎＸ７によって表され、セリウム活性化イオンを有するシンチレータ組成物に関する、Ｘ線励起下における例示的な放射スペクトルのグラフである。
【図６】ＡＬｎＸ５によって表され、セリウム活性化イオンを有するシンチレータ組成物に関する、Ｘ線励起下における例示的な放射スペクトルのグラフである。
【図７】本発明の技法のある実施形態による撮像システムの検出器要素の例示的な動作方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３９】
１０  撮像システム
１２  放射線源
１４  放射線
１６  ターゲット
１８  減衰放射線
２０  放射線検出器
２２  シンチレータ
２４  光子検出器
２６  検出器捕捉回路
２８  像処理回路
３０  操作者ワークステーション
３２  出力装置
３４  ＰＥＴ撮像システム
３６  放射性同位体が内部に配置されたターゲット
３８  光子
４０  放射線検出器
４２  シンチレータ
４４  光子検出器
４６  検出器要素
４８  シンチレータリング
５０  生物活性領域
５２  陽電子の発生
５４  矢印
５６  矢印
５８  ターゲット上の第１の地点
６０  ターゲット上の第２の地点
６２  第１の検出器要素
６４  第２の検出器要素
６６  検層ツール
６８  検出器組立品
７０  筐体
７２  シンチレータ結晶
７４  光感知装置
７６  光インターフェース
７８  検出器筐体
８０  窓
８２  検出器ケーブル
８４  電源
８６  データ処理ユニット
８８  操作者ワークステーション
９０  出力装置
９２  放射スペクトルグラフ
９４  横座標
９６  縦座標
９８  ピーク
１００  放射スペクトルグラフ
１０２  ピーク
１０４  動作方法のフローチャート
１０６〜１１０  フローチャート１０４に含まれる段階
【図１】
0005705394.tif 000002
【図２】
0005705394.tif 000003
【図３】
0005705394.tif 000004
【図４】
0005705394.tif 000005
【図５】
0005705394.tif 000006
【図６】
0005705394.tif 000007
【図７】
0005705394.tif 000008