(57)【要約】      （修正有）【課題】残光が少なく、効率が改善され、放射線下の安定性が高く、望ましいＸ線阻止能を有するシンチレータを提供。【解決手段】（Ｇｄ1-x-y-zＹxＡyＣｅz）3+u（Ｇａ1-m-nＡｌmＤn）5-uＯ12：ｗＦＯで表されるガーネット構造を伴う発光物質。[ここで、Ａはルテチウム、ランタン、テルビウム、ジスプロシウム、またはそれらの組み合わせであり、Ｄはインジウム、スカンジウム、またはそれらの組み合わせであり、Ｆは二価イオンであり、０≦ｘ＜０．２、０＜ｙ＜０．５、０．００１＜ｚ＜０．０５、０＜ｕ＜０．１、０≦ｎ＜０．２、０．３＜ｍ＜０．６、および１０ｐｐｍ≦ｗ≦３００ｐｐｍであり、ならびにｙ／ｘ＞１である。]【選択図】図１
2013227575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガーネット構造を伴う発光物質であって、
ガドリニウム、イットリウム、セリウム、ガリウム、およびアルミニウムを含み、
前記発光物質は、（Ｇｄ1-x-y-zＹxyＣｅz）3+u（Ｇａ1-m-nＡｌmＤn）5-uＯ12：ｗＦＯで表され、
Ａはルテチウム、ランタン、テルビウム、ジスプロシウム、またはそれらの組み合わせであり、
Ｄインジウム、スカンジウム、またはそれらの組み合わせであり、
Ｆは二価イオンであり、
０≦ｘ＜０．２、０＜ｙ＜０．５、０．００１＜ｚ＜０．０５、０＜ｕ＜０．１、０≦ｎ＜０．２、０．３＜ｍ＜０．６、および１０ｐｐｍ≦ｗ≦３００ｐｐｍであり、ならびに、
ｙ／ｘ＞１である発光物質。
【請求項２】
前記発光物質には単結晶が含まれる請求項１に記載の発光物質。
【請求項３】
前記発光物質には多結晶が含まれる請求項１に記載の発光物質。
【請求項４】
Ｆにはマグネシウム以外の二価イオンが含まれる請求項１に記載の発光物質。
【請求項５】
Ｆにはカルシウムが含まれる請求項１に記載の発光物質。
【請求項６】
前記二価イオンは、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、および亜鉛を含む群から選択される請求項１に記載の発光物質。
【請求項７】
０．０５＜ｙ＜０．５である請求項１に記載の発光物質。
【請求項８】
０．０５＜ｘ＜０．２である請求項１に記載の発光物質。
【請求項９】
前記発光物質には、Ｇｄ2.849Ｌｕ0.15Ｃｅ0.005Ｇａ1.998Ａｌ2.998Ｏ12：ｗＣａＯが含まれ、
２５ｐｐｍ≦ｗ≦１００ｐｐｍである請求項１に記載の発光物質。
【請求項１０】
希土類ガーネット・シンチレータ組成物を製造する方法であって、
イットリウムと、ルテチウム、ランタン、テルビウム、およびジスプロシウムのうちの少なくとも１種と、マグネシウム以外の二価イオンと、を含む第１の溶体を用意するステップと、
前記第１の溶体を酸に溶かして第２の溶体を形成するステップと、
前記第２の溶体を、ガリウム、アルミニウム、およびセリウムと混合することによって第３の溶体を用意するステップと、
前記第３の溶体を、前記第３の溶体を希土類活性化ガーネット・シンチレータ組成物に転化させるのに十分な時間の間、焼成するステップと、を含み、
前記第１および第３の溶体中の成分は、（Ｇｄ1-x-y-zＹxＡyＣｅz）3+u（Ｇａ1-m-nＡｌmＤn）5-uＯ12：ｗＦＯの式を有するシンチレータ組成物を得るように選択され、
Ａはルテチウム、ランタン、テルビウム、およびジスプロシウムからなる群から選択される少なくとも１つの要素であり、Ｄは、インジウムおよびスカンジウムからなる群から選択される少なくとも１つの要素であり、Ｆは二価イオンであり、
ｘは０〜０．２（０を含む）の範囲であり、ｙは約０〜０．５の範囲であり、ｘに対するｙの比率は１よりも大きく、ｚは約０．００１〜０．０５の範囲であり、ｕは約０〜０．１の範囲であり、ｎは約０〜０．２（０．２を含む）の範囲であり、ｍは約０．３〜０．６の範囲であり、ならびにｗは１０ｐｐｍ〜３００ｐｐｍ（１０ｐｐｍおよび３００ｐｐｍを含む）の範囲である方法。
【請求項１１】
前記第１および第３の溶体の成分は、Ｇｄ2.849Ｌｕ0.15Ｃｅ0.005Ｇａ1.998Ａｌ2.998Ｏ12：ｗＣａＯを含むシンチレータ組成物を得るように選択され、
２５ｐｐｍ≦ｗ≦１００ｐｐｍである請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
高エネルギー放射線を検出することが可能な検出素子であって、
（Ｇｄ1-x-y-zＹxＡyＣｅz）3+u（Ｇａ1-m-nＡｌmＤn）5-uＯ12：ｗＦＯの式を有するセリウム活性化ガドリニウムアルミニウムガリウムガーネット・シンチレータ組成物を含み、
ＡはＬｕ、Ｌａ、Ｔｂ、Ｄｙまたはそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される少なくとも１種の希土類金属であり、
Ｆにはマグネシウム以外の二価イオンが含まれ、ならびに、
ｘは０〜０．２（０を含む）の範囲であり、ｙは約０〜０．５の範囲であり、ｘに対するｙの比率は１よりも大きく、ｚは約０．００１〜０．０５の範囲であり、ｕは約０〜０．１の範囲であり、ｎは約０〜０．２（０．２を含む）の範囲であり、ｍは約０．３〜０．６の範囲であり、およびｗは１０ｐｐｍ〜３００ｐｐｍ（１０ｐｐｍおよび３００ｐｐｍを含む）の範囲である検出素子。
【請求項１３】
Ｆは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、およびＮｉを含む群から選択される１または複数の元素である請求項１２に記載の検出素子。
【請求項１４】
ＦはＳｒである請求項１３に記載の検出素子。
【請求項１５】
前記ガーネット・シンチレータ組成物は、Ｘ、β、およびγ放射線からなる群から選択される高エネルギー放射線に応答して可視光を放出することが可能である請求項１２に記載の検出素子。
【請求項１６】
前記ガーネット・シンチレータ組成物には、Ｇｄ2.849Ｌｕ0.15Ｃｅ0.005Ｇａ1.998Ａｌ2.998Ｏ12：ｗＣａＯが含まれ、および、
２５ｐｐｍ≦ｗ≦１００ｐｐｍである請求項１２に記載の検出素子。
【請求項１７】
０．０５＜ｙ＜０．５である請求項１２に記載の検出素子。
【請求項１８】
０．０５＜ｘ＜０．２である請求項１２に記載の検出素子。
【請求項１９】
前記ガーネット・シンチレータ組成物には単結晶が含まれる請求項１２に記載の検出素子。
【請求項２０】
前記ガーネット・シンチレータ組成物には多結晶が含まれる請求項１２に記載の検出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は一般的に、Ｘ線検出用のシンチレータ、より詳細には、高性能の希土類ガーネット・シンチレータ組成物、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）またはＸ線撮像システムなどの撮像システムには、Ｘ線源が配置されるとともに、そこから放出されたＸ線が向かう検出器が設けられ、両者の間に対象物が配置される。ＣＴ撮像システムでは、Ｘ線源から放出された扇状ビームが、対象または対象物（たとえば患者または手荷物部分品）に向かう。以下では、用語「対象」および「対象物」には、画像化が可能などんなものも含まれるとする。一般的に、Ｘ線源および検出器アレイは、撮像面内のガントリの周りおよび対象の周りに回転する。Ｘ線源には通常、Ｘ線管が含まれており、Ｘ線管はＸ線ビームを焦点において放出する。
【０００３】
Ｘ線ビームは、対象によって減衰した後、Ｘ線検出器のアレイに当たる。検出器アレイで受け取る減衰ビーム放射の強度は通常、対象によるＸ線ビームの減衰に依存する。Ｘ線検出器には通常、検出器で受け取るＸ線ビームをコリメートするためのコリメータと、コリメータに隣接してＸ線を光エネルギーに変換するためのシンチレータと、隣接するシンチレータから光エネルギーを受け取って、そこから電気信号を生成するためのフォトダイオードと、が含まれている。高分解能画像を実現するために、シンチレータ材料を、多くの場合、小さい部分品またはセルにダイスカットして、所望の形状を伴う画素化アレイに組み立てることが、フォトダイオードに取り付ける前に行なわれる。
【０００４】
シンチレータ・アレイのセルまたは素子のシンチレータ材料によって、Ｘ線は光エネルギーに変換される。詳細には、シンチレータ材料は、そのセルに入射したＸ線を吸収して、光エネルギー（光子）を、隣接するフォトダイオードに放出する。各フォトダイオードは、光エネルギーを検出して、各検出素子が受け取った減衰ビームを示す対応する電気信号を発生させる。フォトダイオードの出力を次に、データ処理システムに送信して、画像再構成を図る。
【０００５】
シンチレータには通常、非発光母材を、活性剤種を含有させて母材中に比較的低濃度で存在させることによって変更したものが含まれている。母体結晶が入射光子を吸収して、吸収エネルギーが活性剤イオンに収容される場合があるか、または格子によって活性剤イオンに移される場合がある。活性剤イオンの１または複数の電子が、高い励起状態に上げられる。これらの電子は、その低い励起状態に戻ると、冷光（luminescent light）の光子を放出する。
【０００６】
現在、ソリッド・ステート・セラミック・シンチレータが、透過性放射線を検出する放射線検出器として用いられている。現在の世代のソリッド・ステート・セラミック・シンチレータの一実施形態には、酸化物混合物として、希土類酸化物が活性剤として存在するとともに種々の組み合わせの母材元素（通常、やはり希土類酸化物）が存在する酸化物混合物が含まれている。現在の世代のソリッド・ステート・セラミック・シンチレータの一実施形態には、大きな割合のイットリア（Ｙ2Ｏ3）、最大で約５０モル・パーセントのガドリニア（Ｇｄ2Ｏ3）、および小さな活性化割合（通常約０．０２〜１２モル・パーセント）の希土類活性剤酸化物が含まれている。活性剤酸化物には、ユウロピウム、ネオジウム、イッテルビウム、ジスプロシウム、テルビウム、セリウム、およびプラセオジムが含まれている。また他の金属化合物が、特定目的用の添加剤として存在する場合がある。
【０００７】
シンチレータの材料特性は、シンチレータの具体的な化学組成に基づいて大きく変化する。これらの特性には、シンチレータ効率、主減衰時間、残光、ヒステリシス、発光スペクトル、Ｘ線阻止能、および放射線損傷に対する耐性が含まれる。発光体の効率とは、吸収された励起放射のエネルギーのうち、冷光として放出される割合である。励起放射が終了すると、シンチレータからの発光出力は、２段階で減少する。これらの段階の第１は、フル発光出力から、低いが通常は非ゼロの値への急速な減衰であり、この値における減衰勾配は、実質的により遅い減衰レートへと変化する。この低い強度（通常は、長い減衰時間の発光）は、残光として知られている。具体的には、残光は、Ｘ線励起が止まってから１００ミリ秒後にシンチレータから放出される光強度であり、シンチレータが放射線によって励起される間に放出される光の割合として発表されている。残光はバックグラウンド発光強度であり、光検出器出力に対するノイズ寄与である。ある場合には、残光は不純物の存在によって増加し、別の場合には、残光は不純物の存在によって減少する。
【０００８】
最初の急速な減衰は、主減衰または主速度として知られている。この減衰は、励起放射が止まった時間から、Ｘ線励起が止まった後の時間における光強度の約３６．８％（または１／ｅ）まで発光出力が低下する時間まで測定される。ＣＴシステムの走査時間（ＣＴシステムが観察下の対象を走査して対象のスライスの画像を取得するのに必要な時間）は、シンチレータの主減衰時間のおよそ１，０００倍である。たとえば、シンチレータの減衰時間が１ミリ秒の場合、通常、走査時間は約１秒である。したがって、ＣＴ走査時間を短くするためには、シンチレータ減衰時間を短くする必要がある。ＣＴスキャナにおけるデータ処理速度が、電子回路設計の進歩によって増加するにつれて、シンチレータをより速くすること、すなわち励起放射パルスの受信間の時間をより短くすることが、スキャナの能力を十分に利用するために求められている。したがって、減衰時間の測定可能な比率減少が、現在の世代のセラミック・シンチレータが示すものからわずかでも生じた場合には、明らかな改善であろう。走査時間が短くなることによって、単一の測定で行なう走査数が増えるだけでなく、走査可能な患者数が増える。なぜならば、各測定において、測定時間中に患者は息を止める必要があるからである。また、走査時間が短くなることによって、内蔵の動きまたは非協力的な患者（たとえば幼い子供）の走査を行なうときに生じる動きに起因する画像ぶれが減る。
【０００９】
シンチレータに対する別の重要な考慮すべき事柄は、シンチレータを高エネルギー放射線に繰り返して暴露したときにシンチレータ上に生じる損傷を減らすことである。放射線撮影機器が、ソリッド・ステート・シンチレータ材料を用いて、高エネルギー放射線を光学画像に変換することを図った場合、シンチレータを高放射線量に暴露した後に効率が変化する場合がある。放射線損傷は、ある強度の励起放射に応答して発光体から放出される光の量が、材料が高放射線量に暴露された後に変化するという発光体の特徴である。シンチレータにおける放射線損傷の特徴は、放射線に長期に渡って暴露されたことに伴う、光出力の変化および／またはシンチレータ・ボディの色彩の暗化である。放射線損傷は、前の走査からの「ゴースト像」をもたらす可能性があり、その結果、画像解像度が低下する。放射線損傷が大きくなりすぎた場合には、それは放射線損傷の累積効果であるので、シンチレータを交換しなければならない。この結果、シンチレーション検出システムの交換用にかなりの資本コストが発生する。さらに加えて、放射線損傷の影響によって、作業日の全体に渡って撮像システムを再較正する必要があり得る。このような再較正は時間がかかるだけでなく、シンチレータ材料をさらなる放射線に暴露することになり、さらなる損傷をもたらす一因となる。
【００１０】
また、ＣＴスキャナなどのシステムにおいては、シンチレータはＸ線阻止能が高いことが望ましい。Ｘ線阻止能とは、材料の放射線を吸収する能力（一般に、減衰または吸収と言われる）を指す。材料の阻止能が高いと、通過する放射線がほとんどないかまたはまったくない。Ｘ線阻止能と、高品質の患者画像を得るために必要な患者放射線量とは反比例する関係にあるため、シンチレータのＸ線阻止能が高ければ、発光体中の入射Ｘ線を実質的にすべて吸収することができ、ＣＴ画像を得るために患者が浴びなければならないＸ線量を最小限にすることができる。また、必要なシンチレータ材料の量が少なくなるため、阻止能はやはり高い方が好ましい。その結果、検出器を薄くすることができるため、製造コストが下がる。
【００１１】
また、典型的な医療用および工業用の放射線撮影用途においては、シンチレータは、フォトダイオードによって検出される電磁スペクトルの領域において、Ｘ線放射（または他の高エネルギー放射線）を光放射に変換する効率的な変換器でなければならない。本明細書で用いる場合、用語「光出力」は、Ｘ線パルスによって励起された後に個々のシンチレータ素子から放出される可視光の量である。
【００１２】
したがって、シンチレータ材料として、減衰時間が短く（走査時間を最小限にする）、残光が少なく、光出力が高く、高エネルギー放射線（シンチレータを必要とする用途で通常用いられる）に繰り返してさらされた際に示す損傷が小さく（測定値の再現性を高める）、Ｘ線阻止能が高いものを開発することが求められている。また、製造に対する費用対効果の高いシンチレータを開発することが求められている。
【００１３】
前述したように、シンチレータの特性は、シンチレータの材料組成に基づいて大きく変化する。したがって、ある希土類元素を別のものに置換することまたはシンチレータの組成物中のある元素の濃度をわずかに変化させることでさえ、シンチレータの性能に対して著しい影響をもたらす可能性がある。ある元素の組み合わせがどのようにシンチレータ性能に影響するのかを特定する研究が行われているが、具体的な元素が、正確にどのようにまたはどのような理由で相互作用してシンチレータ性能に影響を与えるのかは、十分には分かっていない。そのため、従来技術では、シンチレータの結果として生じる特性を、化学組成だけから正確に予測することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第４，４２１，６７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、残光が少なく、効率が改善され、放射線下の安定性が高く、望ましいＸ線阻止能を有するシンチレータを開発することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一態様によれば、ガーネット構造を伴う発光物質には、ガドリニウム、イットリウム、セリウム、ガリウム、およびアルミニウムが含まれている。発光物質は、（Ｇｄ1-x-y-zＹxＡyＣｅz）3+u（Ｇａ1-m-nＡｌmＤn）5-uＯ12：ｗＦＯで表され、Ａはルテチウム、ランタン、テルビウム、ジスプロシウム、またはそれらの組み合わせであり、Ｄはインジウム、スカンジウム、またはそれらの組み合わせであり、Ｆは二価イオンであり、０≦ｘ＜０．２、０＜ｙ＜０．５、０．００１＜ｚ＜０．０５、０＜ｕ＜０．１、０≦ｎ＜０．２、０．３＜ｍ＜０．６、および１０ｐｐｍ≦ｗ≦３００ｐｐｍ、ならびにｙ／ｘ＞１である。
【００１７】
本発明の別の態様によれば、希土類ガーネット・シンチレータ組成物を製造する方法が説明される。本方法には、イットリウムと、ルテチウム、ランタン、テルビウム、およびジスプロシウムのうちの少なくとも１種と、マグネシウム以外の二価イオンと、を含む第１の溶体を用意するステップが含まれる。本方法にはまた、第１の溶体を酸に溶かして第２の溶体を形成するステップと、第２の溶体をガリウム、アルミニウム、およびセリウムと混合することによって第３の溶体を用意するステップとが、含まれる。本方法にはさらに、第３の溶体を、第３の溶体を希土類活性化ガーネット・シンチレータ組成物に転化させるのに十分な時間の間、焼成するステップが含まれる。第１および第３の溶体中の成分は、（Ｇｄ1-x-y-zＹxＡyＣｅz）3+u（Ｇａ1-m-nＡｌmＤn）5-uＯ12：ｗＦＯの式を有するシンチレータ組成物を得るように選択され、Ａはルテチウム、ランタン、テルビウム、およびジスプロシウムからなる群から選択される少なくとも１つの要素であり、Ｄはインジウムおよびスカンジウムからなる群から選択される少なくとも１つの要素であり、Ｆは二価イオンであり、およびｘは０〜０．２の範囲であり（０を含む）、ｙは約０〜０．５の範囲であり、ｘに対するｙの比率は１よりも大きく、ｚは約０．００１〜０．０５の範囲であり、ｕは約０〜０．１の範囲であり、ｎは約０〜０．２（０．２を含む）の範囲であり、ｍは約０．３〜０．６の範囲であり、ならびにｗは１０ｐｐｍ〜３００ｐｐｍ（１０ｐｐｍおよび３００ｐｐｍを含む）の範囲である。
【００１８】
本発明のさらに別の態様によれば、高エネルギー放射線を検出することが可能な検出素子には、（Ｇｄ1-x-y-zＹxＡyＣｅz）3+u（Ｇａ1-m-nＡｌmＤn）5-uＯ12：ｗＦＯの式を有するセリウム活性化ガドリニウムアルミニウムガリウムガーネット・シンチレータ組成物が含まれる。ＡはＬｕ、Ｌａ、Ｔｂ、Ｄｙまたはそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される少なくとも１種の希土類金属であり、ＤはＩｎおよびＳｃからなる群から選択され、Ｆにはマグネシウム以外の二価イオンが含まれ、およびｘは０〜０．２の範囲であり（０を含む）、ｙは約０〜０．５の範囲であり、ｘに対するｙの比率は１よりも大きく、ｚは約０．００１〜０．０５の範囲であり、ｕは約０〜０．１の範囲であり、ｎは約０〜０．２（０．２を含む）の範囲であり、ｍは約０．３〜０．６の範囲であり、ならびにｗは１０ｐｐｍ〜３００ｐｐｍ（１０ｐｐｍおよび３００ｐｐｍを含む）の範囲である。
【００１９】
他の種々の特徴および優位性は、以下の詳細な説明および図面から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ＣＴ撮像システムの図形図である。
【図２】図１に例示したシステムのブロック概略図である。
【図３】ＣＴシステム検出器アレイの一実施形態の斜視図である。
【図４】検出器の一実施形態の斜視図である。
【図５】Ｘ線励起下の本発明の希土類系ガーネット・シンチレータ材料の時間に対する残光のパーセントのグラフである。
【図６】希土類系ガーネット・セラミック・シンチレータ材料を作製するための技術である。
【図７】希土類系ガーネット・セラミック・シンチレータ材料を作製するための製造ラインである。
【図８】非侵入性包み検査システムとともに用いるためのＣＴシステムの図形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、Ｘ線の検出および変換に関する本発明の実施形態を説明する。しかし当業者であれば分かるように、本発明は、他の高周波電磁エネルギーの検出および変換に対しても等しく適用される。さらに、本発明の動作環境は、「第３世代」ＣＴスキャナおよび６４スライス・コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムについて説明する。しかし当業者であれば分かるように、本発明の実施形態は、他のマルチ・スライス構成および他のＣＴシステムとともに用いる場合にも等しく適用される。したがって、本発明に関する医療用ＣＴ撮像システムを以下に説明するが、当業者であれば容易に分かるように、本発明の実施形態は、種々の代替的な医療用および工業用の撮像システムに等しく適用される。たとえば、セキュリティおよび工業用ＣＴ応用、核物理学および宇宙探検応用、オイルおよびガス調査用のダウンホール掘削、ポジトロン断層法（ＰＥＴ）、デジタルＸ線撮影、ならびに他のＸ線、ガンマ放射線、紫外線放射、および核放射線検出応用である。
【００２２】
次に、図１を参照して、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像システム１０を、「第３世代」ＣＴスキャナを表すガントリ１２を含むものとして示す。ガントリ１２のＸ線源１４からは、Ｘ線ビームが、ガントリ１２の反対側の検出器アセンブリまたはコリメータ１８に向けて投影される。次に、図２を参照して、検出器アセンブリ１８が、複数の検出器２０およびデータ取得システム（ＤＡＳ）３２によって構成されている。複数の検出器２０は、内科患者２２を通過した投影Ｘ線１６を検知し、ＤＡＳ３２は、データを、以後の処理用にデジタル信号に変換する。各検出器２０から生成されるアナログ電気信号は、衝突したＸ線ビームの強度、したがってＸ線ビームが患者２２を通過したときの減衰ビームを表す。Ｘ線投影データを取得するために走査する間、ガントリ１２とそこに取り付けられた構成部品は、回転の中心２４の回りに回転する。
【００２３】
ガントリ１２の回転およびＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御メカニズム２６によって管理される。制御メカニズム２６には、電力およびタイミング信号をＸ線源１４に与えるＸ線コントローラ２８と、ガントリ１２の回転速度および位置を制御するガントリ・モータ・コントローラ３０と、が含まれている。画像再構成器３４が、サンプリングおよびデジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取って、高速の再構成を行なう。再現画像を、コンピュータ３６に対する入力として用いる。コンピュータ３６は、画像を大容量記憶装置３８に保存する。
【００２４】
コンピュータ３６はまた、コマンドおよび走査パラメータを、オペレータからコンソール４０を介して受け取る。コンソール４０には、何らかの形態のオペレータ・インターフェースがある、たとえばキーボード、マウス、音声起動コントローラ、または任意の他の好適な入力装置である。付属ディスプレイ４２によって、オペレータは、コンピュータ３６からの再現画像および他のデータを観察することができる。オペレータが与えたコマンドおよびパラメータをコンピュータ３６が用いて、制御信号および情報を、ＤＡＳ３２、Ｘ線コントローラ２８、およびガントリ・モータ・コントローラ３０に与える。加えて、コンピュータ３６は、テーブル・モータ・コントローラ４４を動作させて、患者２２およびガントリ１２を位置決めするように電動テーブル４６を制御する。特に、テーブル４６は、患者２２を図１のガントリ開口部４８を通して、全体的にまたは部分的に移動させる。
【００２５】
図３に示すように、検出器アセンブリ１８にはレール１７が含まれ、レール１７間には、コリメーティング・ブレードまたはプレート１９が配置されている。プレート１９の配置は、Ｘ線１６のコリメートを、このようなビームがたとえば検出器アセンブリ１８上に位置する図４の検出器２０に当たる前に行なうように、なされている。一実施形態においては、検出器アセンブリ１８には５７個の検出器２０が含まれ、各検出器２０は、シンチレータまたは画素素子５０からなる６４ｘ１６のアレイサイズを有する。したがって、検出器アセンブリ１８は６４行および９１２列（１６ｘ５７の検出器）を有し、その結果、データの６４の同時スライスを、ガントリ１２の回転ごとに収集することができる。
【００２６】
図４を参照して、検出器２０にはＤＡＳ３２が含まれ、各検出器２０には、パック５１内に並べられたいくつかのシンチレータ素子５０が含まれている。検出器２０には、パック５１内にシンチレータ素子５０に対して配置されたピン５２が含まれている。パック５１は、複数のダイオード５９を有するバックリット・ダイオード・アレイ５３上に配置されている。バックリット・ダイオード・アレイ５３自体は、多層基板５４上に配置されている。スペーサ５５が多層基板５４上に配置されている。シンチレータ素子５０は、バックリット・ダイオード・アレイ５３に光学的に結合され、バックリット・ダイオード・アレイ５３自体は、多層基板５４に電気的に結合されている。フレックス回路５６が、多層基板５４の面５７とＤＡＳ３２とに配置されている。検出器２０は、ピン５２を用いることによって検出器アセンブリ１８内に配置されている。
【００２７】
一実施形態の動作においては、Ｘ線がシンチレータ素子５０内で衝突すると光子が発生する。光子がパック５１を横断することによってアナログ信号が発生する。アナログ信号は、バックリット・ダイオード・アレイ５３内のダイオード上で検出される。発生したアナログ信号は、多層基板５４およびフレックス回路５６を通ってＤＡＳ３２に伝えられ、そこでアナログ信号はデジタル信号に変換される。
【００２８】
本発明の実施形態によれば、シンチレータ素子５０には、希土類金属イオンによって活性化されるガーネット構造を有するシンチレータ組成物が含まれている。シンチレータ組成物は、Ｘ放射線によって効率的に励起することができ、ダイオード・アレイ５３のフォトダイオード５９による検出用に効率的に光を放出する。本発明の一態様においては、シンチレータは、Ｘ線励起に応答し、光出力が高く、残光が小さく、放射線下の安定性が高く、Ｘ線阻止能が高い。これについては以下で詳細に説明する。本明細書で開示される金属はすべて、シンチレータ組成物中に、元素形態ではなく結合形態で（通常は酸化物として）存在する。本明細書で用いる場合、用語「シンチレータ」は、高エネルギー放射線（たとえばＸ、β、またはγ放射線）による刺激に応答して可視光を放出するソリッド・ステート発光体を意味するために用いられる。
【００２９】
本発明の実施形態のシンチレータ組成物は、ガドリニウムおよびイットリウムを含有する希土類活性化ガーネットであり、一般式：（Ｇｄ1-x-y-zＹxＡyＣｅz）3+u（Ｇａ1-m-nＡｌmＤn）5-uＯ12：ｗＦＯを有している。ここで、Ａはルテチウム、ランタン、テルビウム、およびジスプロシウムからなる群から選択される少なくとも１つの要素であり、Ｄはインジウムおよびスカンジウムからなる群から選択される少なくとも１つの要素であり、Ｆはマグネシウム以外の二価イオン（たとえばカルシウム、ストロンチウム、バリウム、亜鉛、および／またはニッケル）からなる群から選択される少なくとも１つの要素であり、ｚは約０．００１〜０．０５（０．０５を含む）の範囲であり、ｘはゼロ〜０．２（０．２を含む）の範囲であり、ｙはゼロ〜０．５の範囲であり、ｕはゼロ〜０．１の範囲であり、ｎはゼロ〜０．２（ゼロを含む）の範囲であり、ｍは約０．３〜０．６の範囲であり、ならびにｗは約１０ｐｐｍ（質量）〜３００ｐｐｍ（質量）（１０ｐｐｍおよび３００ｐｐｍを含む）の範囲である。ｘに対するｙの比率は１よりも大きい。一実施形態においては、ｘは好ましくは０．０５〜０．２の範囲であり、ｙは好ましくは０．０５〜０．５の範囲である。
【００３０】
本発明の一実施形態においては、シンチレータは、セリウムによって活性化され、発光帯は約５６０ｎｍを中心とする。セリウムは急速に転移するため、このシンチレータの減衰速度は非常に速く、主減衰時間は２００ｎｓ未満である。当業者であれば分かるように、本発明の実施形態を本明細書で説明する際、セリウムを活性剤として用いているが、代替的な希土類金属（たとえば、プラセオジムまたはネオジウムなど）を用いても良い。
【００３１】
イットリウム、ルテチウム、ジスプロシウム、および／またはテルビウムがシンチレータ組成物に含まれることによって、立方晶ガーネット構造の安定性が、ガドリニウム・シンチレータの場合よりも向上する。ガドリニウムは、イオン半径がイットリウム、ルテチウム、ジスプロシウム、またはテルビウムよりも大きく、ペロブスカイト構造（ＧｄＡｌＯ3）を助長する傾向がある。シンチレータ組成物中のペロブスカイト相が多すぎると、望ましくないシンチレータ特性の原因となる。たとえば、透明度の低下、光散乱による光出力の低下、および材料均一性の低下である。イオン半径が小さい１または複数の元素（たとえば、イットリウム、ルテチウム、テルビウム、またはジスプロシウム）を添加することによって、ガーネット構造の維持および安定化に役立つ。
【００３２】
本発明のシンチレータ組成物の実施形態では、イットリウム（相対的に軽い希土類元素）と同時に、１または複数の相対的に重い希土類元素（たとえば、ルテチウム、ジスプロシウム、およびテルビウム）を導入する。相対的に軽い希土類元素と相対的に重い希土類元素とを混合することによって、イットリウムの利点（シンチレータ組成物中のペロブスカイト相材料の量が減る）とともに、より重い希土類元素の利点（シンチレータ材料の密度が増加し、高放射線阻止能の維持に役立つ）が用いられる。前述したように、シンチレータ組成物中の相対的に軽い希土類元素ｘに対する相対的に重い希土類元素ｙの比率は、１よりも大きい。
【００３３】
１つの好ましい実施形態においては、シンチレータは、式Ｇｄ2.849Ｌｕ0.15Ｃｅ0.005Ｇａ1.998Ａｌ2.998Ｏ12：（２５〜１００ｐｐｍ）ＣａＯを有する酸化カルシウムがドープされたセリウムによって活性化されるルテチウムガドリニウムアルミニウムガリウム・ガーネットである。
【００３４】
本発明の実施形態のシンチレータ組成物の構成では、高エネルギー放射線に暴露された際の損傷が、既知のシンチレータ組成物と比べて小さい。また、このようなシンチレータ組成物の利点は、検出器アレイ上に置くべきシンチレータを薄くできる一方で、依然として、既知のシンチレータ組成物が本来は通過させるであろうＸ線を止める（したがって検出器アレイをそこから保護する）ということである。加えて、シンチレータ組成物は薄い方が、シンチレーションの光透過をより効率的にすることができる。なぜならば、横断する材料が少なくなるからである。また、光が検出器ダイオードに向かって進んだときに、シンチレータのエッジで生じる光の跳ね返りが小さい。また、シンチレータ・コーティングは薄い方が製造が容易である、なぜならば、検出器モジュールを作るために切断すべき材料が少なくなるとともに、モジュールを適切に並べるのがより簡単になるからである。
【００３５】
さらに加えて、マグネシウム以外の二価イオン（たとえば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、および亜鉛など）をドーパントとして用いる結果、シンチレータ組成物の残光が、電荷補償効果に起因して、アンドープ・サンプルと比べて著しく改善される。二価イオンによって生じる欠陥は、母体伝導バンドのエッジ付近の欠陥をデトラップまたは除去するのに役立つ可能性があり、その結果、電子を保持する時間が短くなり、遷移が加速される。カルシウム、ストロンチウム、バリウム、および亜鉛などの二価イオンは、ドーパントとして用いた場合、マグネシウムと同程度には光出力は減らない。そのため、信号対雑音比（ＳＮＲ）および画質が向上する。
【００３６】
１つの好ましい実施形態においては、シンチレータ組成物は、式（Ｇｄ1-x-y-zＹxＡyＣｅz）3+u（Ｇａ1-m-nＡｌmＤn）5-uＯ12：ｗＳｒＯを有し、ここで、ｘ、ｙ、ｚ、ｕ、ｍ、およびｎは、上記で規定したような値を取り、ｗは１０ｐｐｍ〜３００ｐｐｍの範囲である。
【００３７】
図５を参照して、Ｘ線によって励起された後の本発明の実施形態のシンチレータ組成物の２つのサンプル８０、８２に対して、時間に対する残光のパーセントを例示する。サンプル８０、８２には、５０ｐｐｍカルシウムをドープした。比較するために、サンプル８０、８２と同様の方法で励起されたアンドープ・サンプル８４の残光も示す。図示したように、サンプル８０、８２の時間に対する残光のパーセントは、アンドープ・サンプル８４のそれよりもはるかに小さい。
【００３８】
次に、図６を参照して、一般式（Ｇｄ1-x-y-zＹxＡyＣｅz）3+u（Ｇａ1-m-nＡｌmＤn）5-uＯ12：ｗＦＯを有する希土類系ガーネット・セラミック・シンチレータを作製するための技術１００が開示されている。ステップ１０２において、希土類元素を選択する。１または複数種の酸（たとえば、硝酸、塩酸、および硫酸など）を選択する（ステップ１０４）。希土類元素および酸を組み合わせて、溶解した酸性溶液を形成する（ステップ１０６）。この溶液には、１または複数種の希土類が溶解している。ステップ１０６において、マグネシウム以外の二価イオンを添加しても良い。一実施形態においては、二価イオンを酸化物の形態で添加する。
【００３９】
ステップ１０８において、ガリウム、アルミニウム、およびセリウムの供給源を選択し、ステップ１１０において、溶解した酸性溶液と混合する。本発明実施形態によれば、ガリウムを任意の種類数の化合物の形態で添加する。たとえば、限定することなく、Ｇａ2Ｏ3、ＮＨ4Ｇａ（ＳＯ4）2．１２Ｈ2Ｏ、ＧａＣｌ3．ｘＨ2Ｏ、Ｇａ（ＮＯ3）．ｘＨ2Ｏ、およびＧａ2（ＳＯ4）3．ｘＨ2Ｏである。本発明の実施形態によれば、アルミニウムを任意の種類数の化合物の形態で添加する。たとえば、限定することなく、ＮＨ4Ａｌ（ＳＯ4）2．１２Ｈ2Ｏ、ＡｌＣｌ3．ｘＨ2Ｏ、Ａｌ（ＮＯ3）3．ｘＨ2Ｏ、Ａｌ2（ＳＯ4）3．ｘＨ2Ｏ、および（ＮＨ4Ａｌ（ＯＨ）2ＣＯ3）である。本発明の実施形態によれば、セリウムを任意の種類数の化合物の形態で添加する。たとえば、限定することなく、炭酸セリウム、硫酸セリウム、硝酸セリウム、および塩化セリウムである。
【００４０】
ステップ１１０で成分を混合した後、ステップ１１２で均質な金属塩溶液を形成する。塩基を均質な金属塩溶液に添加して反応させる。塩基はステップ１１４で選択する。本発明の実施形態によれば、塩基には、限定することなく、水酸化アンモニウム、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、またはそれらの組み合わせが含まれ、その結果、沈殿前駆体が形成される（ステップ１１６）。ステップ１１８において、沈殿前駆体を洗浄して乾燥させ、ステップ１１９において、粒径を非機械的方法（たとえば凍結乾燥）によって小さくする。凍結乾燥させる際、当該技術分野において理解されるように、沈殿物の湿ったケークを真空下で凍結させる。ステップ１２０において、凍結乾燥された生成物を熱処理して、均一な酸化物を形成する。本発明の一実施形態においては、粒径をエアー・ミリングまたはジェット・ミリング・プロセスによって小さくする。エアー・ミリング（またはジェット・ミリング）は、ステップ１２０の熱処理よりも前または後のいずれかで行なうことができる。
【００４１】
こうして、凍結乾燥またはエアー・ミリングのいずれかを用いて粒径を小さくすることによって、最終的に凝塊がほとんどないふわふわ粉が実現される場合がある。これは、たとえばアルミナまたは他のミリング媒体を用いる従来のミリング・プロセスと比べて、焼結性が良好でありながら汚染の導入がほとんどないかまたはまったくない。ステップ１２０における熱処理後に、「グリーン」セラミック・ウェハが作製される（ステップ１２２）。当該技術分野において理解されるように、グリーン・セラミック・ウェハは、その未焼結状態にあるセラミックである。グリーン・セラミック・ウェハを、当該技術分野において理解されるように焼結して（ステップ１２４）、プロセスは終了する（ステップ１２６）。
【００４２】
技術１００は、図７に例示するような製造ライン２００で実施しても良い。図７に、技術１００を実施するために製造プロセスで用いても良いいくつかの装置を例示する。しかし当然のことながら、本発明は、図７に例示した装置には限定されず、技術１００は、例示したものよりも多いかまたは少ない装置を用いて実施しても良いし、等価な装置を用いて実施しても良い。たとえば、製造ライン２００には、混合バット２０２が例示されている。混合バット２０２内で、塩基、希土類、酸、およびＧａ／Ａｌ／Ｃｅ原料物質が混合される。しかし当然のことながら、混合バット２０２には、複数のサブ・ステージが含まれていても良く、混合バット２０２は、１または複数の装置であり得るものを単純に例示したものである。
【００４３】
したがって、本発明の実施形態によれば、混合バット２０２には、すべての成分が添加されて混合される単一バットが含まれていても良いし、または混合バット２０２をサブ・ステージに分割して、そこで、たとえば希土類および酸を混合して（技術１００のステップ１０２および１０４に対応する）、溶解した酸性溶液を形成しても良い（技術１００のステップ１０６のように）。希土類元素および酸を混合した後、結果として生じる溶解した酸性溶液を別のサブ・ステージに運んでそこで成分を混合しても良く（ステップ１０８に対応）、Ｇａ、Ａｌ、およびＣｅ原料物質をそこに添加しても良い。実際には、当業者であれば分かるように、すべてのこのようなステップを複数の装置で行なっても良く、製造ライン２００に例示した装置は、技術１００に記載したステップに対応する装置を単純に例示したものである。
【００４４】
製造ライン２００には分離器２０４が含まれている。分離器２０４は、ステップ１１２で形成された均質の金属塩溶液にステップ１１４で塩基材料を添加した後に生じる沈殿物を、除去またはろ過する場合がある。こうして、粉末を、液体から分離して、洗浄して、乾燥させることを、分離器２０４内で行なう。粒径を、粒径低減装置２０６内で小さくする。粒径低減装置２０６は、前述したように、凍結乾燥器であっても良いし、エアー・ミルであっても良い。乾燥粉末を熱処理器２０８内で熱処理する。
【００４５】
サイズが小さくなった粉末を圧縮装置２１０内で圧縮して、グリーン・セラミック・ウェハを形成する。これは当該技術分野において理解されている通りである。グリーン・セラミック・ウェハを装置２１２内で焼結して、プロセスは終了する２１４。完成したセラミックは、当該技術分野において理解されるような検出器への最終処理に移せる状態になっているを。
【００４６】
次に、図８を参照して、包み／手荷物検査システム３００には、回転可能なガントリ３０２が含まれている。ガントリ３０２は、内部に開口部３０４を有し、ここを包みまたは手荷物の部分品が通過する場合がある。回転可能なガントリ３０２には、高周波電磁エネルギー源３０６とともに検出器アセンブリ３０８が収容されている。検出器アセンブリ３０８は、図３および４に示すものと同様のシンチレータ・セルから構成されたシンチレータ・アレイを有している。またコンベア・システム３１０が設けられている。コンベア・システム３１０には、構造３１４によって支持されたコンベア・ベルト３１２が含まれ、自動的および連続的に包みまたは手荷物部分品３１６を開口部３０４を通過させて走査する。対象物３１６が、コンベア・ベルト３１２によって開口部３０４の中を通って供給されて、撮像データが取得される。そして、コンベア・ベルト３１２が、包み３１６を、開口部３０４から、制御された連続的な方法で移動させる。その結果、郵政監察官、手荷物係、および他の警備要員が、包み３１６の中身を非侵襲的に検査して、爆発物、ナイフ、銃、密輸品などの有無を調べる場合がある。
【００４７】
本発明の一実施形態によれば、ガーネット構造を伴う発光物質には、ガドリニウム、イットリウム、セリウム、ガリウム、およびアルミニウムが含まれている。発光物質は、（Ｇｄ1-x-y-zＹxＡyＣｅz）3+u（Ｇａ1-m-nＡｌmＤn）5-uＯ12：ｗＦＯとして表され、ここで、Ａはルテチウム、ランタン、テルビウム、ジスプロシウム、またはそれらの組み合わせであり、Ｄはインジウム、スカンジウム、またはそれらの組み合わせであり、Ｆは二価イオンであり、０≦ｘ＜０．２、０＜ｙ＜０．５、０．００１＜ｚ＜０．０５、０＜ｕ＜０．１、０≦ｎ＜０．２、０．３＜ｍ＜０．６、および１０ｐｐｍ≦ｗ≦３００ｐｐｍ、ならびにｙ／ｘ＞１である。
【００４８】
本発明の別の実施形態により、希土類ガーネット・シンチレータ組成物を製造する方法について説明する。本方法には、イットリウムと、ルテチウム、ランタン、テルビウム、およびジスプロシウムのうちの少なくとも１種と、マグネシウム以外の二価イオンと、を含む第１の溶体を用意するステップが含まれている。本方法にはまた、第１の溶体を酸に溶かして第２の溶体を形成するステップと、第２の溶体をガリウム、アルミニウム、およびセリウムと混合することによって第３の溶体を用意するステップとが含まれている。本方法にはさらに、第３の溶体を、第３の溶体を希土類活性化ガーネット・シンチレータ組成物に転化させるのに十分な時間の間、焼成するステップが含まれている。第１および第３の溶体中の成分は、（Ｇｄ1-x-y-zＹxＡyＣｅz）3+u（Ｇａ1-m-nＡｌmＤn）5-uＯ12：ｗＦＯの式を有するシンチレータ組成物を得るように選択され、ここで、Ａはルテチウム、ランタン、テルビウム、およびジスプロシウムからなる群から選択される少なくとも１つの要素であり、Ｄはインジウムおよびスカンジウムからなる群から選択される少なくとも１つの要素であり、Ｆは二価イオンであり、およびｘは０〜０．２の範囲であり（０を含む）、ｙは約０〜０．５の範囲であり、ｘに対するｙの比率は１よりも大きく、ｚは約０．００１〜０．０５の範囲であり、ｕは約０〜０．１の範囲であり、ｎは約０〜０．２（０．２を含む）の範囲であり、ｍは約０．３〜０．６の範囲であり、ならびにｗ１０ｐｐｍ〜３００ｐｐｍ（１０ｐｐｍおよび３００ｐｐｍを含む）の範囲である。
【００４９】
本発明のさらに別の実施形態によれば、高エネルギー放射線を検出することが可能な検出素子には、（Ｇｄ1-x-y-zＹxＡyＣｅz）3+u（Ｇａ1-m-nＡｌmＤn）5-uＯ12：ｗＦＯの式を有するセリウム活性化ガドリニウムアルミニウムガリウムガーネット・シンチレータ組成物が含まれる。ＡはＬｕ、Ｌａ、Ｔｂ、Ｄｙまたはそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される少なくとも１種の希土類金属であり、ＤはＩｎおよびＳｃからなる群から選択され、Ｆにはマグネシウム以外の二価イオンが含まれ、およびｘは０〜０．２の範囲であり（０を含む）、ｙは約０〜０．５の範囲であり、ｘに対するｙの比率は１よりも大きく、ｚは約０．００１〜０．０５の範囲であり、ｕは約０〜０．１の範囲であり、ｎは約０〜０．２（０．２を含む）の範囲であり、ｍは約０．３〜０．６の範囲であり、ならびにｗは１０ｐｐｍ〜３００ｐｐｍ（１０ｐｐｍおよび３００ｐｐｍを含む）の範囲である。
【００５０】
この書面の説明では、実施例を用いて、本発明を、ベスト・モードも含めて開示するとともに、どんな当業者も本発明を実施できるように、たとえば任意の装置またはシステムを作りおよび用いること、ならびに取り入れた任意の方法を実行することができるようにしている。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって規定されており、当業者に想起される他の例を含んでいても良い。このような他の実施例は、請求項の文字通りの言葉使いと違わない構造要素を有する場合、または請求項の文字通りの言葉使いとの違いが非実質的である均等な構造要素を含む場合には、請求項の範囲内であることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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