(57)【要約】  ＣＴアプリケーションにおいて用いられるＧｄ２Ｏ２Ｓ物質。本発明は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｎｄ蛍光物質及び適切な物質中の発光体としてのＮｄ３＋の使用に関する。
2011529111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｎｄ蛍光物質。
【請求項２】
Ｎｄ３＋濃度が、１０ｗｔ．ｐｐｍ以上２０００ｗｔ．ｐｐｍ以下である、請求項１に記載のＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｎｄ蛍光物質。
【請求項３】
前記Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｎｄ物質は、セラミック物質である、請求項１又は２に記載のＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｎｄ蛍光物質。
【請求項４】
Ｇｄ２Ｏ２Ｓ、（Ｙ，Ｇｄ）２Ｏ３、ＬＵ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌｕ３Ｇａ５Ｏ１２の１又は複数における発光体としてのＮｄの使用。
【請求項５】
Ｎｄ３＋濃度が、１０ｗｔ．ｐｐｍ以上２０００ｗｔ．ｐｐｍ以下である、請求項４に記載のＮｄの使用。
【請求項６】
ホスト物質がセラミック物質である、請求項４又は５に記載のＮｄの使用。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蛍光物質を含む、イオン化放射線を検出する検出器であって、前記検出器は、好適にはＸ線検出器、ＣＴ検出器又は電子ポータルイメージング検出器である、検出器。
【請求項８】
医用イメージング用に適応された装置における請求項７に記載の検出器の使用であって、前記検出器は、好適にはＸ線検出器、ＣＴ検出器又は電子ポータルイメージング検出器である、使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にＣＴ及び／又はＸ線アプリケーションにおいて用いられる蛍光ガドリニウムを含有する粉体に関する。
【０００２】
本発明は、更に、一軸ホットプレスを使用して蛍光セラミックを製造する方法に関する。
【０００３】
本発明は、更に、イオン化放射線を検出する検出器に関する。
【０００４】
本発明は、更に、イオン化放射線を検出する前記検出器の使用に関する。
【背景技術】
【０００５】
高エネルギー放射線を検出するための蛍光部材は、放射線を吸収し、それを可視光に変換することが可能な蛍光体を含む。それによって生成されるルミネッセンス発光は、例えばフォトダイオード又は光電子増倍管のような光感受性システムの助けを借りて、電子的に取得され、評価される。このような蛍光部材は、例えばドープされたハロゲン化アルカリのような、単結晶物質から製造されることができる。非単結晶物質が、粉末状の蛍光体として又はそれから製造されるセラミック部材の形で、用いられることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高エネルギー放射線を検出するために用いられる一般的な蛍光セラミック物質は、ＰｒドープＧｄ２Ｏ２Ｓである。別の物質は、Ｅｕドープ（Ｙ，Ｇｄ）２Ｏ３である。
【０００７】
現在の最先端の技術において使用される物質は、それらの利点を有するが、ＣＴ及び／又はＸ線アプリケーションにおける蛍光物質として有用である他の代替物質の絶えず続くニーズがなおある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の目的は、ＣＴ及び／又はＸ線アプリケーションにおいて使用されるシンチレーション物質を提供することである。
【０００９】
この目的は、本発明の請求項１に記載の蛍光物質によって達成される。従って、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｎｄ蛍光物質が提供される。
【００１０】
この目的は更に、以下の物質の１又は複数における発光体としてＮｄを使用することによって達成される：Ｇｄ２Ｏ２Ｓ、（Ｙ，Ｇｄ）２Ｏ３、ＬＵ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌｕ３Ｇａ５Ｏ１２。
【００１１】
本発明の意味において「発光体」という語は、特に、ＮｄがＸ線放射線の入射の際に４００−１２００ｎｍの波長レンジの光を放出することができることを意味し及び／又は含む。
【００１２】
本願発明者は、驚くべきことに、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ及び／又は（Ｙ，Ｇｄ）２Ｏ３、ＬＵ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌｕ３Ｇａ５Ｏ１２物質へのＮｄの混入は、良好な発光特性もつ蛍光物質をもたらすことを見いだした。特に、１つの利点は、本発明のほとんどのアプリケーションにおいて「アフターグロー」がなく又はほとんどないことである。
【００１３】
本発明の物質は、他の希土類イオンを添加されてもよいことに注意すべきである。一般的な例は、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｓｍ、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｙｂである。これらのイオンの濃度は、好適には非常に低く保たれるべきであり、好適には０．５モルｐｐｍ未満である。
【００１４】
本発明の好適な実施形態によれば、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｎｄ蛍光物質、及び／又はＮｄが発光体として使用される物質のホスト物質が、セラミック物質として提供される。
【００１５】
本発明の意味において「セラミック物質」という語は、特に、制御された量の孔を有し又は孔を有さない結晶質又は多結晶の成形物質又は複合物質を含むことを意味し及び／又は含む。
【００１６】
本発明の意味において「多結晶物質」という語は、特に、単結晶ドメインの８０パーセント以上を含み、９０パーセントより多い主成分のボリューム密度を有する物質を意味し及び／又は含み、各ドメインは、０．５μｍより大きい直径を有し、異なる結晶方向を有することができる。単結晶ドメインは、アモルファス又はガラス質の物質によって又は付加の結晶質の成分によって、相互接続することができる。
【００１７】
Ｎｄイオンの導入は、ＮｄＣｌ３、ＮｄＢｒ３、ＮｄＩ３、Ｎｄ（ＮＯ３）３、Ｎｄ２（ＳＯ４）３等の対応する塩の水溶液を使用して実施されることができる。代替として、ドーパントイオンの導入は、例えばＧｄ２Ｏ２Ｓのようなガドリニウム含有粉体の機械的混合物を準備する間に、実施されることができ、不溶性組成物は、例えばＮｄ２Ｏ３のような酸化物のようなドーパントを含む。
【００１８】
更に代替として、例えばＧｄ２Ｏ２Ｓ粉体のようなガドリニウム含有粉体は、ＮｄＦ３、Ｎｄ２Ｓ３、Ｎｄ２Ｏ２Ｓ、Ｎｄ２（ＣＯ３）３、Ｎｄ２（Ｃ２Ｏ４）３等の、Ｎｄの非水溶性塩と機械的に混合されることができる。
【００１９】
本発明の好適な実施形態によれば、Ｇｄ２Ｏ２Ｓのドープされた色素粉体は、０．０１ｍ２／ｇ以上１ｍ２／ｇ以下、好適には０．０５ｍ２／ｇ以上及び０．５ｍ２／ｇ以下、より好適には０．１ｍ２／ｇ以上及び０．２ｍ２／ｇ以下のレンジのＢＥＴに従う表面を有する。
【００２０】
本発明の好適な実施形態によれば、Ｎｄ３＋ホスト物質の濃度は、１０ｗｔ．ｐｐｍ以上２０００ｗｔ．ｐｐｍ以下、好適には１００ｗｔ．ｐｐｍ以上１０００ｗｔ．ｐｐｍ以下、最も好適には５００ｗｔ．ｐｐｍ以上１０００ｗｔ．ｐｐｍ以下である。これらのマージンは、実際、本発明において適切であることが示された。
【００２１】
本発明の好適な実施形態によれば、本発明によるＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｎｄ蛍光セラミック物質は、ＣｄＷＯ４の光出力の、１２０％より大きい、好適には２３０％より大きい相対光収率を示す。
【００２２】
光出力及びアフターグローは、Hamamatsuのフォトダイオード及びNational InstrumentsのＡＤＣを用いて測定された。アフターグローは、８０ｃｍ ＦＤＤ（１８−２０ｍＧｙ／秒）及び２秒パルスを使用して、１２０ｋＶ／１００ｍＡで測定された。信号値（光出力）は、フォトダイオードにシリコン接着された４×４ｍｍ２ピクセルにおいて測定された。Ｘ線パルスがスイッチオフされたあと、アフターグローが測定される。
【００２３】
本発明の好適な実施形態によれば、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｎｄ蛍光物質は透明である。Ｃｅが存在する場合、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｎｄ蛍光物質は黄色でありうることに注意すべきである。
【００２４】
本発明の好適な実施形態によれば、８８０−１２００ｎｍのスペクトル領域における自然発光波長でのＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｎｄ蛍光物質の透過は、１．６ｍｍの層の厚みに対して、１０％乃至７０％、好適には２０％乃至６０％、より好適には４０％以上、最も好適には５０％以上である。
【００２５】
総透過の測定は、Perkin Elmerのスペクトロメータを使用して行われた。
【００２６】
本発明の他の目的は、本発明によるＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｎｄ蛍光物質の製造に有用であるガドリニウム含有の色素粉体に向けられる。
【００２７】
本願発明者は、驚くべきことに、上述のようなＮｄを含むガドリニウム含有色素粉体が使用される場合、低減されたアフターグローを有するＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｎｄ蛍光物質が得られることができることを見いだした。
【００２８】
好適には、ガドリニウムを含有する色素粉体は、Ｇｄ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ及び／又はＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｎｄを含むグループから選択されることができる。
【００２９】
更に、本発明の別の目的は、ホットプレスを用いて、本発明の一実施形態に従って蛍光セラミック物質を製造する方法であって、
ａ）上述したようなＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｎｄの色素粉体を選択するステップであって、ホットプレスのために使用される前記粉体の粒径が、１μｍ乃至２０μｍのレンジにあり、前記ホットプレスが、
− １０００℃乃至１４００℃の温度；及び／又は
−１００ＭＰａ乃至３００ＭＰａの圧力、
の下で実施される、ステップと、
ｂ）０．５時間乃至３０時間の時間期間中、７００℃乃至１２００℃の温度で空気アニールするステップであって、任意には、ステップａ）とステップｂ）との間に付加のステップｃ）が実施され、ステップｃ）は、０．５時間乃至３０時間の時間期間中、１０００℃乃至１４００℃の温度で真空下で蛍光セラミック物質をアニールすることを含む、ステップと、
を含む方法に向けられる。
【００３０】
空気中で化学的に安定している相対的に粗い粒子状の粉体は、改善された特性をもつ蛍光結晶を形成するために成功裏にプレスされることができることが分かった。
【００３１】
従って、本発明によれば、プレス処理は、
−１０００℃乃至１４００℃、好適には１１００℃乃至１３００℃、より好適には１１５０℃乃至１２５０℃の温度；及び／又は
−１００ＭＰａ乃至３００ＭＰａ、好適には１８０ＭＰａ乃至２８０ＭＰａ、より好適には２００ＭＰａ乃至２５０ＭＰａの圧力、
において行われることが好適でありうる。好適には、本発明による一軸プレスのステップ中の真空は、０．０１Ｐａ以上１００Ｐａ以下である。
【００３２】
本発明によれば、真空は、０．０１Ｐａ以上５０Ｐａ以下、好適には０．０１Ｐａ以上１０Ｐａ以下、のレンジにあるように調整されることができ、最も好適には、真空は、０．０１Ｐａ以上１Ｐａ以下のレンジにあるように調整される。
【００３３】
蛍光セラミックは、真空下のホットプレスのステップ後、７００℃乃至１２００℃、好適には８００℃乃至１１００℃、より好適には９００℃乃至１０００℃、の温度で空気アニールすることによって更に処理されることができる。空気アニール処理のための時間期間は、０．５時間乃至３０時間、好適には１時間乃至２０時間、より好適には２時間乃至１０時間、最も好適には２時間乃至４時間、のレンジである。
【００３４】
一実施形態において、本発明により使用されるＧｄ２Ｏ２Ｓ色素粉体は、好適には１μｍ乃至２０μｍ、より好適には２μｍ乃至１０μｍ、最も好適には４μｍ乃至６μｍ、のレンジの平均粒径を有する。
【００３５】
本発明により、結果として得られるセラミックの光学特性を一層改善するために、真空アニールステップを導入することが有利である。このステップ中、セラミックの更なる粒成長が行われ、これは、空孔率の低減により透明性を更に改善する。更に、粒成長により、酸硫化物の格子中のドーパント原子の付加的な拡散が、セラミックのシンチレーション特性を更に改善することを可能にする。
【００３６】
従って、本発明による方法の一実施形態によれば、ステップａ）とステップｂ）との間に、付加のステップｃ）が実施されることができ、ステップｃ）は、０．５時間乃至３０時間の時間期間中、１０００℃乃至１４００℃の温度で真空下において蛍光セラミックをアニールすることを含む。
【００３７】
好適には、アニール温度は、１１００℃乃至１３００℃、より好適には１２００℃乃至１２５０℃、のレンジにおいて選択される。
【００３８】
真空アニールのための時間期間は、好適には、１時間乃至２０時間、より好適には２時間乃至１０時間、最も好適には３時間乃至５時間、のレンジにあるように設定されることができる。
【００３９】
本発明は更に、イオン化放射線を検出するように構成される検出器であって、本発明において説明された蛍光物質を含み、好適にはＸ線検出器、ＣＴ検出器又は電子ポータルイメージング検出器である検出器に関する。
【００４０】
本発明による蛍光物質及び／又は検出器は、例えば、
−好適にはＸ線、ガンマ光線及び電子ビームであるイオン化放射線を検出するシンチレータ又は蛍光部材；及び／又は、
−医学分野において使用される、好適にはコンピュータトモグラフィ（ＣＴ）用の、機器又は装置、
において使用されることができる。
【００４１】
最も好適には、本発明による少なくとも１つの蛍光物質は、医用イメージング用に適応される検出器又は装置のために使用されることができる。
【００４２】
しかしながら、蛍光物質は、医学分野において知られている任意の検出器のために使用されることができる。このような検出器は、例えばＸ線検出器、ＣＴ検出器、電子ポータルイメージング検出器等である。
【００４３】
上述した構成要素、請求項に記載の構成要素、及び記述される実施形態において本発明に従って使用されるべき構成要素は、それらのサイズ、形状、物質選択及び技術的概念に関するいかなる特別な除外も受けず、それゆえ、関連する分野において知られている選択基準が、制約なく適用されることが可能である。
【００４４】
本発明の目的の付加の詳細、特徴及び利点は、従属請求項、本発明による好適な実施形態を例示的に示す、図面、並びに個々の図面及び例示の以下の記述において開示される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明による２つの異なる例の２つのスペクトルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
例Ｉ：
この例において、０．１重量％のＮｄ濃度を有するＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｎｄ色素粉体が使用された。３ｋｇの前記色素粉体が、シンタリング及び／又はフラックス助剤として０．００５５ｇのＬｉＦと混合された。
【００４７】
最初に、温度が、８００℃に達するまで、約２ＯＫ／分の割合で上昇され、８００℃に達すると、滞留(dwelling)ステップが、２５分間実施された。滞留ステップの一部の間、圧力が、約５０ＭＰａに達するまで、２．５ＭＰａ／分の割合で上昇された。
【００４８】
続いて、温度は、再び１０Ｋ／分の割合で１０５０℃まで上昇され、その後、１５０ＭＰａの最大圧力及び１２５０℃の最大温度が到達されるまで、２Ｋ／分の温度上昇及び１ＭＰａ／分の圧力上昇が同時に行われた。
【００４９】
ここで、ホットプレスが、２４０分間実施された。
【００５０】
プレスが終わったあと、まず、周囲温度及び周囲圧力値が到達されるまで、圧力が５ＭＰａ／分の割合で低下され、温度が３Ｋ／分の割合で低下された。
【００５１】
例ＩＩ：
２重量％のＮｄ含量を有する第２のＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｎｄセラミックが、例Ｉと同じやり方で作られた。
【００５２】
図１は、例Ｉ（実線）及び例ＩＩ（点線）の物質の発光スペクトルを示す。２３０ｎｍのＸ線放射線が、入射光として使用された。活性剤としてのＮｄが、ＣＴ及びＸ線アプリケーションにおける成功裏の使用の基準を満たすことが非常に良く分かる。
【００５３】
詳細に上述した実施形態における構成要素及び特徴の特定の組み合わせは、例示にすぎない。これらの教示を、本願及び参照によってここに盛り込まれる特許／アプリケーションの他の教示と交換すること及び置き換えることが更に明白に企図される。当業者に分かるように、本願明細書に記述されるものの変更、変形及び他の実現が、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく当業者に思い付くことができる。従って、前述の記述は、例示によるものにすぎず、限定的に解釈されるべきではない。本発明の範囲は、以下の請求項及びそれと同等のものにおいて規定される。更に、記述及び請求項において使用される参照符号は、請求項に記載の本発明の範囲を制限しない。
【図１】
2011529111.tif 000003
【国際調査報告】
2011529111.tif 000004
2011529111.tif 000005
2011529111.tif 000006