位相コントラストマンモグラフィ用
輝尽性蛍光体プレートの開発
Development of a Photostimulable Phosphor Plate for a Phase Contrast Mammography System

山下裕

史＊

Yamashita, Hirobumi

萩原

清志＊

Hagiwara, Kiyoshi

要旨

若松秀明＊＊

Wakamatsu, Hideaki

本田哲＊

Honda, Satoshi

一方、近年乳がん検診の必要性が注目されピンクリボ

位相コントラスト技術を用いたデジタルマンモグラン運動による早期発見の啓発活動も行われている。当社

フィシステムに適用する新規輝尽性蛍光体CRプレートのは、デジタルマンモグラフィー用レジウスプレートRP−開発を行った。位相コントラストシステムは鮮鋭性に優5Mを2003年に発売しているが更なる画質向上を目指しれており、輝尽性蛍光体プレートの粒状性改良設計を行2004年に位相コントラスト技術を応用したデジタルマンい、併せてシステムの総合画質を向上させた。新たに導モグラフィシステムを発表した。本稿では、位相コント入した合成技術により得られた蛍光体は結晶性が高く、ラストマンモグラフィシステムに適用される新規輝尽性大幅な輝尽発光輝度の増加が確認された。この高輝度蛍蛍光体プレートについて報告する。

光体を用いたプレートの画像特性を確認したところ粒状性の改良が確認された。本稿では、位相コントラストマ
ンモグラフィに適した新規蛍光体プレート設計の考え方、新規採用技術について報告する。

２ 位相コントラストに求められるプレート特性
位相コントラスト技術は、被写体画像境界部分のＸ線
８）９）10）の屈折を利用したエッジ効果画像を得る技術である。

Abstract

被写体により屈折して生ずる被写体境界部のＸ線量の疎Phase contrast technology provides a computed radi-の部分と、被写体を通過しないＸ線と被写体による屈折

ography mammography system with exceptional image

したＸ線が重なる密の部分のコントラスト差を利用しsharpness. But to reap this benefit, such a system must

エッジ強調像を得るため鮮鋭性が向上する。Ｘ線検出器

also offer fine image granularity. To achieve this in our cur-は屈折したＸ線と直進するＸ線が密になるように被写体

rent phase contrast mammography system, we designedからある程度離れた距離に配置される。（Fig.１）

a new photostimulable phosphor plate. The luminescenceintensity of the new plate was increased via the high crystallinity of photostimulable phosphor grains obtained
through new crystal generation technology. Reported here
are background to and details of this development.

１ はじめに
医用Ｘ線撮影におけるデジタルシステムとして、輝尽性蛍光体をＸ線ディテクタとして用いるコンピューテッ

Fig.1 The principle of x-ray phase contrast imaging１）
２）
３）
４）
５）

ドラジオグラフィー（CR）システムがある。

CRシステムはダイナミックレンジが広く、診断に適した画像処理が可能で、電子保存ができるなどスクリーン／ここで、位相コントラストに求められる輝尽性蛍光体プレートの特性について考えてみる。

フィルム系に対してメリットが多い上、近年は画質も向

総合画質評価の評価指標のひとつとしてNEQ（Noise-上してきたため急速に普及が進んでいる。当社も1996年

Equivalent number of Quanta；雑音等価量子数）が挙げのRegius Model 330（立位タイプ）６）を発売して以来、11）12）13）られる。
NEQは画像の形成に寄与したＸ線量子数で７）
2002年のRegius Mmodel 170（カセッテタイプ）
発売に至るまで様々な診断に適用できるようCRシステムを提あり、出来上がった画像の実力を示す。次式1 で表され、数値が大きいと画質がよいことを示す。

供してきた。

1＊コニカミノルタエムジー㈱ 開発センター MI システム開発室＊＊コニカミノルタテクノロジーセンター㈱ 材料技術研究所
素材技術開発室

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41ここで、ｆは空間周波数、MTF（Modulation Transfer

光量子モトルの寄与も30%以上あり一般撮影条件に比べ影Function）は鮮鋭性の評価指標である変調伝達関数、WS響が多いことが分かる。そのため粒状性向上には、Ｘ線（Wiener Spectrum）は画像粒状性の評価指標であるウィ

吸収率の向上によるＸ線量子モトルの低減、蛍光体の発ナースペクトルを表す。つまり画質向上には鮮鋭性・粒光輝度向上による光量子モトルの低減が必要となる。

状性の両立が必要となる。
位相コントラストによるマンモグラフィー撮影では、先ほど述べたとおり被写体境界部のエッジ強調効果が得られているため鮮鋭性が向上しNEQも向上すると考えられる。次にNEQに関わるもうひとつのパラメータである

３ 蛍光体技術
３．１

発光輝度の向上

光量子モトルは光電変換される過程でのノイズである
ことから、蛍光体プレートとしてＸ線吸収率を上げるこ粒状性について考えてみる。
CRシステムにおける画像粒状性の支配因子として、Ｘと、及び輝尽発光量（発光輝度）を増やすことが光量子モ

線量子モトルと光量子モトル、さらに構造モトルの３つトル低減に効果がある。ここでは発光輝度の向上につい14）
Ｘ線量子モトルはＸ線照射時にのモトルが挙げられる。て検討した。一般に、蛍光体は高温条件下で原料間の固生じるノイズで蛍光体に照射されるＸ線量子のゆらぎで相反応により合成される。しかし、固相反応では反応条あり、蛍光体層のＸ線吸収率、照射Ｘ線量子数に反比例件の制御が難しく不純物の混入も受けやすいため純度がする。光量子モトルは、輝尽発光を光電子倍増管で光電悪く、結晶性の高い蛍光体粒子が得られにくいという欠変換する過程で生じるノイズで、蛍光体層の発光輝度、点を有する。結晶性の低い蛍光体粒子を用いた場合、た集光系の集光効率、照射線量に反比例する。構造モトル

とえば輝尽発光に寄与するユーロピウムイオンが不均一は、蛍光体プレートの構造的なばらつきでＸ線吸収率やにドープされＸ線量子の捕捉効率の低下や発光の不均一照射線量に依存せず、蛍光体の粒径分布・蛍光体層の膜化などを招き、十分な輝度が得られないことが予想され厚などに依存する。

る。

マンモ撮影条件においては被写体のコントラストが低そのような背景から当社では、従来より水溶液中でのいので、高いコントラスト画像を得るために低エネル

結晶成長反応により反応条件をコントロールして合成しギーのＸ線を用いて撮影する。そのため蛍光体の発光効

15）
今回は更なる輝尽発て得られた蛍光体を採用してきた。

率が悪く、光量子モトルが劣化すると考えられる。さら光輝度を得るために、結晶中の不純物の徹底した低減とに位相コントラストでの撮影を考えた場合、通常の撮影輝尽発光に寄与するユーロピウムイオンの均一ドープをよりＸ線管球と蛍光体プレートとの距離を離す必要があ行うことにより結晶性の向上を図った。原材料についてるため到達Ｘ線量は通常撮影に比べて少なくなる。よっは、精製を実施することによって原材料から混入する不て、通常よりＸ線吸収率が低下しＸ線量子モトルが低下純物を極力低減させるようにした。また、結晶成長の安する。Fig.２に管電圧を変化させたときの各モトルの寄与定化・ユーロピウムイオンの均一ドープをはかるため、率を示す。

晶析反応における反応温度やイオン濃度のコントロールをより精密に行ない、新規な蛍光体合成プロセスを確立するに到った。この新合成プロセスにより局所的・時間的な反応条件のバラツキが低減でき、より安定な結晶成長が可能となった。

Fig. 2 Rates of contribution to noise

このようにマンモ撮影のような低管電圧での撮影では高管電圧条件に比べ割合は少ないもののＸ線量子モトルの割合が全体の60%以上あり大きな割合を占める。また、

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Fig.3 AFM image of photostimulable phosphor

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このようにして得られた蛍光体粒子表面の原子間力顕いることが推定される。また、この蛍光体を用いて作成

微鏡（Atomic Force Microscopy）写真をFig.３に示す。

した蛍光体プレートの輝度を確認したところ、従来の蛍これを見ても分かるように蛍光体構成原子が均一に配列光体を用いたものに対して約30%の輝度向上が図れているしており、結晶性が高いことが確認できる。

ことが確認された。

また、この蛍光体粒子のＸ線回折パターンをFig.４に示す。これを見ても分かるように、今回得られた蛍光体粒

３．２

Ｘ線吸収率の向上

子は従来の蛍光体粒子に比べ主平面である（110）面のＸ線量子モトルは入射Ｘ線量が一定の場合、蛍光体層ピークがシャープで半値幅が狭くなっており結晶性が向のＸ線吸収率により決定される。よってＸ線量子モトル上していることが分かる。の低減には、蛍光体プレートのＸ線吸収率を向上させることが重要である。蛍光体自体のＸ線吸収率を上げることや蛍光体層の膜厚を上げること、あるいは蛍光体の充填率を上げることによりＸ線吸収率を上げることが可能となる。これらのうち、Ｘ線吸収率にもっとも効果のあるものは膜厚である。新蛍光体プレートでは蛍光体層の膜厚を通常のマンモグラフィー用プレートの約1.5倍に上げてＸ線吸収率の向上を図った。また、形状が均一で粒径もそろった新規蛍光体を採用したことにより、充填率が向上しＸ線吸収率の向上にも寄与した。

４ 評価結果上述のプレート設計により新規プレート（以下PCMプレートと称す）ではＸ線吸収率を従来の密着撮影用プ
Fig.4 X-ray diffraction pattern of photostimulable phosphor

レートに対し1.1倍（28kV）、発光強度を1.8倍まで向上させることができた。

次に、ユーロピウムイオンのドープ状態を確認するた

Fig.６にプレート粒状特性を代表するウィナースペクト

めにカソードルミネッセンス（CL）を測定した。CLは、ル測定結果を示す。グラフ横軸は空間周波数を表す。撮励起源に電子線を照射したときに、発光する現象であ影は位相コントラストマンモグラフィ撮影装置にて管電り、この方法でユーロピウムイオンの瞬時発光が確認で

圧28kV、Moフィルタ、45mAsの条件で、被写体としてきる。Fig.５にCLスペクトルを示す。新規蛍光体粒子が40a厚のPMMAを用いた。Ｘ線吸収率と輝尽発光強度のユーロピウムイオン由来と考えられる400å付近のシャー向上によりＸ線量子モトル、及び光量子モトルが低減すプな発光ピークのみが確認されるのに対し、従来の蛍光るため、従来の密着撮影用プレートを位相コントラスト

体粒子は400å付近の発光ピークがブロードになってい撮影に使用した時に比べウイナースペクトル値が全周波る。これより、新規蛍光体粒子はユーロピウムイオンが数領域に渡って大きく低減し、粒状性が向上しているこ

均一にドープされ従来の粒子に対して効率的に発光してとが分かる。

Fig.5 CL spectra of photostimulable phosphor

Fig.6 WS of PCM plate and reference plate

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次いで総合画質評価の指標であるNEQについて前記式1を用いて算出しFig.７に示した。横軸は空間周波数を表す。NEQは、大きい値ほど画質が良好であることを示す。Fig.７よりPCMプレートが密着撮影用プレートに対してNEQを１（cycle/a）で30%向上させることができた。

Fig.7 NEQ of PCM plate and reference plate

５ まとめ
位相コントラストシステムに適用する新規輝尽性蛍光体プレートの開発を行った。新規蛍光体生産プロセスの採用及び原料に含まれる不純物の低減により結晶性が高く、輝尽発光効率の高い蛍光体粒子が得られた。この高輝度蛍光体粒子を用いることにより、新規蛍光体プレートに課された粒状性の向上（光量子モトルの低減及びＸ線量子モトルの低減）を達成した。その結果、従来のマンモグラフィ用プレートに対してNEQが30％向上し、高画質化が達成されていることを確認した。
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