(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式（Ｇｄ１−ｘ−ｙ−ｚＬｘＣｅｙＳｃｚ）３Ａｌ５−ｄＧａｄＯ１２（式中、ＬはＬａ又はＹを表す。またｘは0≦ｘ＜0.2、ｙは0.0005≦ｙ≦0.05、ｚは0＜ｚ≦0.03、ｄは0＜ｄ＜5の範囲の値である。）で表わされる蛍光体。
【請求項２】
一般式（Ｇｄ１−ｙ−ｚＣｅｙＳｃｚ）３Ａｌ５−ｄＧａｄＯ１２（式中、ｙは0.0005≦ｙ≦0.05、ｚは0＜ｚ≦0.03、ｄは0＜ｄ＜5の範囲の値である。）で表わされる蛍光体。
【請求項３】
セラミックシンチレータと、このシンチレータの発光を検知するための光検出器とを備えた放射線検出器において、前記セラミックシンチレータとして、請求項１又は２項記載の蛍光体を用いたことを特徴とする放射線検出器。
【請求項４】
Ｘ線源と、この線源に対向して配置されたＸ線検出器と、これらＸ線源及びＸ線検出器を保持し、被検体の周りを回転駆動される回転円板と、前記Ｘ線検出器で検出されたＸ線の強度に基づき前記被検体の断層像を画像再構成する画像再構成手段とを備えたＸ線ＣＴ装置において、前記Ｘ線検出器として請求項３記載の放射線検出器を用いたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＸ線、γ線などを検出する放射線検出器、特にＸ線ＣＴ装置やポジトロンカメラなどの放射線検出器に好適な希土類酸化物蛍光体に関する。また本発明は上記蛍光体を用いた放射線検出器及びＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｘ線ＣＴなどに用いる放射線検出器としては、キセノンのガスチェンバーあるいはＢＧＯ単結晶(ゲルマニウム酸ビスマス)と光電子増倍管を組合わせたもの、ＣｓＩ：Ｔｌ単結晶またはＣｄＷＯ4単結晶とホトダイオードを組み合わせたものが用いられてきた。一般に放射線検出器に用いられるシンチレータ材料に要求される特性としては、短い残光、高い発光効率、大きいＸ線阻止能、化学的安定性などが挙げられるが、上述した単結晶の蛍光体は、特性のバラツキがあり、またそれぞれ潮解性、へき開、残光（Ｘ線を断ってからの発光）現象、発光効率等のいずれかに問題があった。
【０００３】
これに対し近年シンチレータとして放射線から光への変換効率の高い希土類系蛍光体が開発され、このような蛍光体とホトダイオードを組合せた放射線検出器が実用化されている。希土類系蛍光体は、希土類酸化物或いは希土類酸硫化物を母材として発光成分である付活剤を添加したもので、希土類酸化物系蛍光体として例えば酸化イットリウムと酸化ガドリニウムを母材としたものや（特公昭６３−５９４３６号、特開平３−５０９９１号等）、希土類酸硫化物系蛍光体としてＰｒやＣｅ付活のもの（特公昭６０−４８５６号）などが提案されている。
【０００４】
これら希土類系蛍光体の中には、かなり発光効率の高いものもあるが、Ｘ線ＣＴのように極めて短い残光時間（Ｘ線を断ってから1/10に減衰するまでの時間）が望まれる用途では必ずしも十分な特性が得られていなかった。
【０００５】
これに対し本発明者らは、セリウム（Ｃｅ）を発光成分とし、ガドリニウム（Ｇｄ）、アルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）の酸化物を母材とする蛍光体であって、Ｘ線阻止能が高く、光検出器との波長マッチングのよい蛍光体が開発し、提案してきた（特願平9-355073号、国際出願WO99/33934）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記ＧｄＡｌＧａ：Ｃｅ系蛍光体を基礎として、さらに低残光で発光効率の高い蛍光体、特にＸ線ＣＴ等のシンチレータとして有用な蛍光体を提供することを目的とする。また、本発明はこのような蛍光体を用いた検出器効率の高い放射線検出器を提供することを目的とする。更に本発明は、放射線検出器として、検出器効率の高い放射線検出器を備え、高解像度、高品質の断層像を得ることができるＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明者らは、Ｃｅを発光成分とするＧｄＡｌＧａ：Ｃｅ系蛍光体について、さらに発光効率、残光等の特性の向上を図ることを目的として鋭意研究した結果、所定量のスカンジウム（Ｓｃ）を添加することにより、上記ＧｄＡｌＧａ：Ｃｅ系蛍光体の発光効率が顕著に向上することを見出した。
【０００８】
即ち、本発明の蛍光体は、一般式（Ｇｄ１−ｘ−ｙ−ｚＬｘＣｅｙＳｃｚ）３Ａｌ５−ｄＧａｄＯ１２（式中、ＬはＬａ又はＹを表す。またｘは0≦ｘ＜0.2、ｙは0.0005≦ｙ≦0.05、ｚは0＜ｚ≦0.03、ｄは0＜ｄ＜5の範囲の値である。）で表わされる蛍光体である。
また本発明の蛍光体は、一般式（Ｇｄ１−ｙ−ｚＣｅｙＳｃｚ）３Ａｌ５−ｄＧａｄＯ１２（式中、ｙは0.0005≦ｙ≦0.05、ｚは0＜ｚ≦0.03、ｄは0＜ｄ＜5の範囲の値である。）で表わされる蛍光体である。
【０００９】
この蛍光体は、Ｃｅを活性剤（発光成分）とし、Ｘ線、γ線等の放射線を吸収してＣｅイオンに起因する黄色の発光を示す。この蛍光体は、放射線検出器のシンチレータとして用いた場合、ホトダイオードとのマッチングが比較的良く、現在Ｘ線ＣＴ用シンチレータとして多用されているＣｄＷＯ4の１．８倍以上の光出力を得ることができる。また特願平9-355073号に記載したＧｄＡｌＧａ：Ｃｅ系蛍光体の約１．２倍程度の光出力を得ることができる。
【００１０】
またＣｅを発光イオンとして用いているので極めて残光が短く、Ｘ線を断ってから約220ns（ナノ秒）で残光10％まで減衰し、約30msでは２×10-5まで減衰する。一般に蛍光体には一次残光と二次残光（長残光成分）があり、Ｘ線ＣＴでは情報を含んだ信号（Ｘ線）が時間軸方向に対し不鮮明になる原因として二次残光が問題となる。この蛍光体では二次残光（30ms後の残光）が２×10-5と極めて低いので、Ｘ線ＣＴ用シンチレータとして非常に優れた特性を有している。
【００１１】
本発明の蛍光体において、ガドリニウムＧｄは、その一部をランタンＬａ或いはイットリウムＹで置換することができ、その場合にも残光の極めて低い蛍光体を得ることができる。但し、Ｌａ或いはＹの含有量が増加するに従い発光効率及びＸ線阻止能が低下するので、その含有量（Ｇｄを置換する割合ｘ）は０．２未満、好適には０．１未満とする。Ｌａ或いはＹを含まない場合に発光効率及びＸ線阻止能を最も高くすることができる。
【００１２】
スカンジウムＳｃは、ＧｄＡｌＧａ：Ｃｅ系蛍光体に添加することにより、蛍光体の発光効率を顕著に向上させることができる。具体的には添加しない場合に比べ発光効率が約２０％向上する。Ｓｃは微量でも添加効果が得られるが、含有量（ｚ）が０．０３を超えると、発光効率は添加しない場合とほぼ同じレベルに低下する。従ってＳｃの含有量ｚは、０．０３以下とする。
【００１３】
アルミニウムＡｌ及びガリウムＧａは共に用いることにより、高い発光効率を得ることができる。本発明者らの研究によればＣｅを発光成分とするＧｄ酸化物系蛍光体では、ＹＡＧ系と異なり、Ａｌ及びＧａの一方しか含まない場合、即ちＧｄ3Ａｌ5Ｏ12或いはＧｄ3Ｇａ5Ｏ12を母材とした場合には実用的な発光を示さないのに対し、Ａｌ及びＧａを共存させた場合にはじめて発光し、しかも残光が極めて短いことが見出された。Ａｌの含有量（５−ｄ）及びＧａの含有量（ｄ）は、原子比で（Ｇｄ＋Ｌ＋Ｃｅ＋Ｓｃ）＝３に対し、両者の合計で５であり、０＜ｄ＜５、好適には１．７＜ｄ＜３．３、より好適には２≦ｄ≦３とする。Ａｌ及びＧａの含有量がそれぞ１．７〜３．３の範囲ではＣｄＷＯ4の１．８倍の光出力を得ることができる。
【００１４】
Ｃｅは本発明の蛍光体の活性剤（発光成分）となる元素で、Ｃｅの発光を生じさせるための含有量（ｙ）は0.0005以上、より好ましくは0.001以上とする。また含有量が0.05を超えると、ＣｄＷＯ4の２倍の光出力を得ることができないので、高い光出力を必要とされる用途ではＣｅの含有量（ｙ）は0.05以下とする。好ましくは0.02以下、より好ましくは0.015以下とする。
【００１５】
尚、本発明の蛍光体には、上述した元素の他に不可避的に混入する元素を含む蛍光体も含まれる。例えば、本発明の蛍光体を製造する原料としてＧｄ2Ｏ3を用いた場合、純度９９．９９％のＧｄ2Ｏ3には不純物として５wtppm以下のＥｕ2Ｏ3やＴｂ4Ｏ7が含まれており、本発明の蛍光体はこれら不純物を含んだ状態で得られる。
【００１６】
本発明の蛍光体は、結晶形態は特に限定されず、単結晶であっても多結晶であってもよい。製造の容易さ及び特性のバラツキが少ない点からは多結晶体が好ましい。単結晶とする場合には、J.Appl.Phys.,42巻,3049頁(1971)等に記載されている蛍光体の単結晶化の方法を適用することができる。焼結体は、原料となるシンチレータ粉末に適宜焼結助剤を添加し、温度1400℃〜1700℃、300〜1400気圧の条件で高温圧縮（ホットプレス）するか、同様の条件で熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）によって作ることができる。これにより緻密で透光性の高い焼結体としての蛍光体が得られる。尚、本発明の蛍光体は立方晶であるので屈折率に異方性がなく焼結体を作ると透明なものになる。
【００１７】
また焼結する前の原料となる蛍光体（シンチレータ粉末）は次のようにして作製することができる。例えば、原料粉末としてＧｄ2Ｏ3、Ｃｅ2（Ｃ2Ｏ4）3・9Ｈ2Ｏ、Ｓｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3及びＧａ2Ｏ3を化学量論的比率で配合し、必要に応じてフラックス成分とともにアルミナルツボ中で1500℃〜1700℃で数時間焼成する。このように焼成されたシンチレータ粉末を用いて上記のように焼結体を作製する。
【００１８】
フラックス成分は、原料の溶融温度を下げ、結晶化を促進するために添加される。フラックス成分としては、一般にＹＡＧ系の蛍光体を焼成するとくに用いられるＢａＦ2や、カリウム塩などのカリウム化合物を単独或いは混合して用いることができる。このうちＫ2ＳＯ4、ＫＮＯ3、Ｋ2ＣＯ3、Ｋ3ＰＯ4などのカリウム化合物が特に好ましい。
【００１９】
このように製造された本発明の蛍光体は、緻密で透光性が高く、特性のバラツキが少なく、光出力の大きな放射線検出器を得ることができる。本発明の蛍光体は、増感紙、蛍光板、シンチレータ等の一般的な蛍光体の用途に用いることができるが、特に高い発光出力と少ない残光が要求されるＸ線ＣＴ用検出器として好適である。
【００２０】
本発明の放射線検出器は、セラミックシンチレータと、このシンチレータの発光を検知するための光検出器とを備え、セラミックシンチレータとして上述した蛍光体を用いたものである。好ましくは光検出器としてPINホトダイオードを用いる。これらホトダイオードは感度が高く、応答時間が短く、かつ波長感度が可視光から近赤外領域にあるので、上述した本発明の蛍光体との波長マッチングが比較的好適である。
【００２１】
また本発明のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線源と、このＸ線源に対向して配置されたＸ線検出器と、これらＸ線源及びＸ線検出器を保持し、被検体の周りで回転駆動される回転体と、Ｘ線検出器で検出されたＸ線の強度に基づき被検体の断層像を画像再構成する画像再構成手段とを備えたＸ線ＣＴ装置において、Ｘ線検出器として上述した蛍光体とホトダイオードを組合せた放射線検出器を用いる。
【００２２】
このＸ線検出器を用いることにより、高い検出効率でＸ線を検出することができるので、従来のシンチレータ（例えば、ＣｄＷＯ4）を用いたＸ線ＣＴ装置に比べ感度を２倍程度に向上することができ、また残光が極めて少ないため、高画質、高分解能の画像を得ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の放射線検出器を備えたＸ線ＣＴ装置を実施例により説明する。
図1は、本発明のＸ線ＣＴ装置の概略を示す図で、この装置はスキャンガントリ部１０と画像再構成部２０とを備え、スキャナガントリ部１０には、被検体が搬入される開口部１４を備えた回転円板１１と、この回転円板１１に搭載されたＸ線管１２と、Ｘ線管１２に取り付けられ、Ｘ線束の放射方向を制御するコリメータ１３と、Ｘ線管１２と対向して回転円板１１に搭載されたＸ線検出器１５と、Ｘ線検出器１５で検出されたＸ線を所定の信号に変換する検出器回路１６と、回転円板１１の回転及びＸ線束の幅を制御するスキャン制御回路１７とが備えられている。
【００２４】
画像再構成部２０は、被検者氏名、検査日時、検査条件などを入力する入力装置２１、検出器回路１６から送出される計測データＳ1を演算処理してＣＴ画像再構成を行う画像演算回路２２、画像演算回路２２で作成されたＣＴ画像に、入力装置２１から入力された被検者氏名、検査日時、検査条件などの情報を付加する画像情報付加部２３と、画像情報を付加されたＣＴ画像信号Ｓ2の表示ゲインを調整してディスプレイモニター３０へ出力するディスプレイ回路２４とを備えている。
【００２５】
このＸ線ＣＴ装置では、スキャンガントリ部１０の開口部１４に、設置された寝台（図示せず）に被検者を寝かせた状態で、Ｘ線管１２からＸ線が照射される。このＸ線はコリメータ１３により指向性を得、Ｘ線検出器１５により検出されるが、この際、回転円板１１を被検者の周りに回転させることにより、Ｘ線を照射する方向を変えながら、Ｘ線を検出する。フルスキャンの場合には、回転円板の1回転（３６０度）を１スキャンとする、１スキャン分の測定データから１断面の画像を再構成する。画像再構成部２０で作成された断層像はディスプレイモニター３０に表示される。
【００２６】
ここでＸ線検出器１５はシンチレータとホトダイオードとを組合わたシンチレータ素子を多数（例えば９６０個）円弧状に配列したもので、個々のシンチレータ素子は図２に示すようにシンチレータ151とPINホトダイオード152とを組み合わせた構造を有し、ホトダイオード152のｐ層側は検出回路１６に接続されている。また素子はホトダイオード152のｐ層を除く全体が、シンチレータ151の発光を外部に逃さないために遮蔽153で覆われている。遮蔽153はＸ線を透過し、光を反射する材料、例えばアルミニウムからなる。
【００２７】
シンチレータ151は、Ｘ線管12から照射され被検体を透過したＸ線を吸収し発光する蛍光体で、上述した本発明に蛍光体を用いる。このシンチレータ151は、従来のシンチレータに比べ高い発光出力を有し、しかもPINホトダイオード152の感度波長に比較的近い波長に発光ピークを有するので、高い効率でPINホトダイオード152により光電変換される。
【００２８】
このような構成において、断層像の撮影の際には、Ｘ線管１２からはファンビーム状のＸ線が連続して照射され、Ｘ線管は約１秒〜４秒間に１回転する。この間に被検体を透過してきたＸ線を検出器回路１６側で数百回のオン−オフを行い、Ｘ線を検出している。そのため検出器１５としては高出力で残光が短いものが要求される。本発明のＸ線ＣＴ装置では高出力かつ残光が少ないものを用いているので高画質のＣＴ画像を得ることができる。また、高い光出力であるので画質が同じであれば、Ｘ線量を少なくすることができ、被検体へのＸ線被曝量を低減することも可能である。
【００２９】
尚、図ではＸ線管を用いたＸ線ＣＴ装置について説明したが、Ｘ線源としてはＸ線管のみならずＸ線をビーム走査するビーム方式のＸ線装置であってもよい。
【００３０】
【実施例】
実施例１
原料としてＧｄ2Ｏ3、Ｃｅ2（Ｃ2Ｏ4）3・9Ｈ2Ｏ、Ｓｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3及びＧａ2Ｏ3を用い、更にフラックス成分として硫酸カリウムを加え、これらの混合物をアルミナルツボに詰め、ルツボのふたをした後、空気中において1600℃で２時間焼成した。フラックスの量は生成される蛍光体１モルに対し０．５モルとした。焼成物からフラックス成分を除くため十分に水洗した後、乾燥してシンチレータ粉末を得た。
【００３１】
このようにして得たシンチレータ粉末を加圧成型したのち、1500℃、300気圧でホットプレスを行ない、（Ｇｄ0.998-zＳｃzＣｅ0.002）3Ａｌ3Ｇａ2Ｏ12の組成を有する焼結体を作製した。
この焼結体を用いて作製したセラミックシンチレータ（厚さ2.5mm）をホトダイオードを組合せて検出器を作り、Ｘ線源（120kV、0．5mA）から15cm離れたところに検出器を置き、その光出力を測定した。図３に結果を示す。縦軸は光出力であり、横軸はＳｃ濃度（ｚ）である。ただし、光出力はＣｄＷＯ4の値を１として示した。
【００３２】
図３から明らかなようにＳｃ濃度（ｚ）が0〜0.03の範囲でＣｄＷＯ4の2.2倍以上の高い光出力を示し、特にＳｃ濃度（ｚ）が0.008のとき、光出力はＣｄＷＯ4の光出力１に対して2.5であり、Ｓｃを添加しない場合の約１．２倍であった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば（Ｇｄ1-x-y-zＬxＣｅyＳｃz）3Ａｌ5-dＧａdＯ12の組成を有し、残光が極めて小さく、かつ発光効率の高い蛍光体が提供される。また本発明によれば上記組成の透光性の高い焼結体を得ることができ、これとシリコンホトダイオードとを組合せた放射線検出器とすることにより、光出力が従来のものと比べて大幅に増加した放射線検出器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＸ線ＣＴ装置の一実施例の構成を示す図。
【図２】本発明の放射線検出器（Ｘ線検出器）の一実施例の構成を示す図。
【図３】本発明の蛍光体におけるＳｃ濃度と検出器の光出力の関係を示す図。
【符号の説明】
11・・・・・・回転円板
12・・・・・・Ｘ線源
15・・・・・・Ｘ線検出器
20・・・・・・画像再構成
30・・・・・・ディスプレイ
【図１】
0004521929.tif 000002
【図２】
0004521929.tif 000003
【図３】
0004521929.tif 000004