柱状結晶型マンモグラフィー用輝尽性蛍光体カセッテ
CP1M200の開発
The CP1M200: a Columnar Crystal Photostimulable Phosphor Cassette for Mammography

柳多貴文＊

飯島

誠＊

Yanagita, Takafumi

Iijima, Makoto

前本田景子＊

Maeda, Keiko

田齋

藤智子＊

Saito, Tomoko

哲＊

Honda, Satoshi

要旨
新規乳房撮影用 Computed Radiography（以下，CR）

１

はじめにカセッテ CP1M200 では，優れた X 線吸収特性を有す

病院内におけるデジタル画像診断は成熟期を迎え，単る臭化セシウム（CsBr：Eu）を輝尽性蛍光体として選

純X線撮影分野においては，デジタルの有用性だけでな択し，真空蒸着法により柱状に形成された蛍光体結晶をく操作の簡便性を備えたCRシステムが，一般撮影市場採用した。柱状の蛍光体結晶は光ファイバーに類似したで幅広い支持を得ている。

ライトガイド効果を示すため，励起光の散乱を防止し，発光を効率的に導出することが可能となった。

一方，近年の乳がん罹患率の増加に伴い，乳房X線撮影（以下，マンモグラフィー）が乳がんの早期発見に有CP1M200 の 画 像 特 性 評 価 結 果 は， 高 い DQE と効な検査方法として注目を浴びており，各メーカーは様々MTF 特性を示し，マンモグラフィー診断に適しているな取り組みでCRシステムを展開し，マンモグラフィー市ことが確認された。

場においてもCRシステムの導入比率が増加している。

Abstract体（以下，蛍光体）を用いたプレートが使用され，蛍光CRシステムではX線ディテクターとして輝尽性蛍光

The CP1M200 is a computed radiography cassette体としては一般に粒子状の結晶が用いられている。また，

for mammography that uses a cesium bromide (CsBr:

画像の読み取りにはレーザー光が用いられるため，蛍光Eu) photostimulable phosphor for superior X-ray

体層内におけるレーザー光散乱の抑制が鮮鋭性向上のた

absorption. A column-shaped phosphor crystal formed

めの重要な技術ポイントとなっている。特にマンモグラ

by vacuum evaporation was adopted. The columnar

フィーにおいて着目される微小石灰化の病変観察においcrystal structure exhibits a light–guide effect similar toては，更なるシステムの鮮鋭性向上が求められている。

that of optical fiber, so that excitation light scattering is

当社では，1996年に鮮鋭性に優れた柱状結晶タイプのprevented and effective derivation of the photostimulat-

臭化ルビジウム（以下，RbBr）蛍光体プレートを搭載

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light is achieved. Image characteristic evaluation of

した立位／臥位専用装置REGIUS MODEL 330/530を上

the CP1M200 revealed high DQE and MTF properties,

市した１）。また，2005年にはX線吸収率を向上させた柱and the cassette’s effectiveness in mammography was状結晶型の臭化セシウム（以下，CsBr）蛍光体を搭載

confirmed.

し た 高 画 質 タ イ プ の 立 位 ／ 臥 位 専 用 装 置REGIUS
MODEL 370/570を上市し２），単純X線撮影分野の診断能向上に積極的に取り組んできた。

＊コニカミノルタエムジー㈱開発センター ヘルスケアシステム材料開発室

Fig.1

CP1M200 cassettes designed for REGIUS MODEL 190

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.5（2008）35本報告では，新規CsBrプレートを搭載したマンモグ
ラフィー専用カセッテCP1M200（Fig. １）開発に導入した柱状結晶形成技術，高X線吸収蛍光体技術，および評価結果について報告する。

２実験

２．１

柱状結晶の形成

粒子状蛍光体を使用した従来のプレートは，バイン

２．４

画像評価

プレートの画質レベルについて下記CRシステムを使用して評価した。
X線発生装置KXO-80G（東芝社製）

CR

REGIUS MODEL 190（当社製）

基準カセッテ

RP6M110（当社製）

MTFスリット

10μm幅５mm厚鉛スリット

撮影条件

管電圧28 kV，Mo-Mo

評価物性	変調伝達係数（以下，MTF:

ダー樹脂中に蛍光体を分散して蛍光体層を形成している
ため，蛍光体層中には蛍光体粒子だけでなく樹脂，空隙modulation transfer function）	検出量子効率（以下，DQE:といった屈折率の異なる物質がランダムに存在し，レー

detective quantum efficiency）

ザー光で蛍光体層内の情報を読み取る際に層内でレーザーがそれらの物質界面で散乱し，鮮鋭性が低下しやすい構造になっていた。
レーザーの散乱防止には蛍光体層内を柱状構造，すな

３

結果および考察

３．１

結晶形状

わち，ファイバー状の構造とすることが有効であるため，Fig. ２に蛍光体層断面の電子顕微鏡写真を示す。蛍光

真空中で蛍光体原料を蒸発させ，基板上に結晶成長させ体結晶は蛍光体層の厚さ方向に柱状に形成されており，ることにより，柱状なCsBr：Euの結晶を形成した。柱

各結晶が独立し光ファイバー状の構造を有することが確状結晶の成長では，柱状を維持した結晶成長を行うとと認できる。また，この柱状結晶は透明性が高く，画像読もに，光ファイバー状の効果を付与するために個々の結み取り励起光の層内散乱を抑制しながら伝搬させること晶の独立性を持たせる必要がある。また，蛍光体を効率ができるため，蛍光体層を効率的に励起することが可能

良く発光するためには，結晶内に発光中心となる付活剤となった。

を均一に分布させる必要がある。
CP1M200では，これらの要求を満たすため，蒸着時に種々の結晶成長コントロールを行った。主な制御パラメーターを下記に示す。
・基板温度，蛍光体原料温度
・結晶成長速度・付活剤の均一性・成長雰囲気ガスの制御
上記，パラメーターの最適化により，柱状結晶蛍光体層を形成した。
２．２

柱状結晶の観察

蛍光体結晶の形状は下記の条件にて確認した。
走査型電子顕微鏡

S-800（日立製作所製）

前処理

Pt-Pd

撮影条件

加速電圧

１nmコーティング
10 kV

Fig.2

Sectional scanning electron micrograph of fluorescent layer

３．２

蛍光体の発光効率向上

Fig. ３に柱状結晶断面から得たCLスペクトルを示す。
CLスペクトルのピーク波長は440nm付近にあり，輝尽２．３

カソードルミネッセンス像の観察

結晶内の発光状態として，下記条件にてカソードルミ発光ピーク波長と一致する。このことは，X線による輝尽発光に関与する準位に対応する発光準位がCLによっネッセンス（以下，CL）装置を使用してCLスペクトルて検出されていることを示し，Fig. ４に示す蛍光体結晶およびCL像を測定した。

断面のCL像から柱状結晶内部には付活剤により形成さ走査型電子顕微鏡

JSM-7000F（日本電子社製）

れた発光中心が均一に分布していることが分かる。

前処理	熱硬化型エポキシ樹脂にて包埋
イオン研磨にて断面を作成
Pt-Pd
撮影条件

36１nmコーティング

加速電圧３kV

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.5（2008）

３．３．２

変換検出量子効率（DQE ）CRにおいて，画質の指標には一般にDQE（detectivequantum efficiency）が使用される。DQEは鮮鋭性と画質のノイズである粒状性（WS）を使用し，W. Hillenらの 式 ３） に 基 づ い て 算 出 さ れ， 空 間 周 波 数uに お け る

DQE(u)は式⑴により表される。ここで，qは入射X線フォトン数，γは画像コントラストを表す。
Fig.3

Cathodoluminescence spectrum of CsBr:Eu・・・・・・⑴DQEは所定のX線フォトン数に対するMTF，WSなどの画像性能への変換効率を示した特性値であり，数値が大きいほど入力の信号／雑音（以下，S/N比）に対する出力のS/N比の低下が少ないことになる。すなわち，DQEが高いほど出力画像のS/N比が高く，画質が良好であることを示している４）。
粒子状結晶プレートにおいて鮮鋭性を向上させる場合
は蛍光体粒径や蛍光体層膜厚を調整するが，その場合はトレードオフとして粒状性の悪化が発生し，DQEは同等もしくは悪化する。つまり画質指標であるDQEを向上させるには，鮮鋭性だけでなく，粒状性も改善する必要がある。
画像の粒状性（モトル）は，X線量子モトル，光量子モトル，さらに構造モトルの３つのモトルから構成され，Fig.4

Sectional cathodoluminescence image of fluorescent layer

構造モトルはプレートの構造的なムラに影響され，大線量のX線照射時に問題になる。光量子モトルは，輝尽発

３．３

画像評価結果３．３．１

光の時間的ゆらぎに起因しており，プレート発光量に依鮮鋭性存する。X線量子モトルはX線量子の時間的ゆらぎに起上記柱状結晶を導入したCP1M200の鮮鋭性について因しており，低い線量撮影で支配的になる。X線撮影で評価した。Fig. ５にプリサンプリングMTF曲線を示す。

は被爆線量低減の観点からX線曝射量が低下傾向にある

柱状結晶を導入したCP1M200は粒子状結晶を導入した

ため，X線量子モトルを低減させることは，今後のX線プレートを搭載したRP6M110に対して鮮鋭性が大幅に画像における画質向上のポイントである。X線量子モト向上していることが分かる。本結果は柱状結晶形成技術

ル低減のためには，主に蛍光体吸収特性や蛍光体充填率により励起光の散乱が防止されていることを示唆し，マによって決まる“X線吸収特性”の向上が必要である。

ンモグラフィーにおいて重要である微小石灰化が辺縁ま

Fig. ６には主な輝尽性蛍光体材料のX線吸収特性を示

で，忠実に再現できる可能性を示す。

す５）。光子減弱係数の値は高いものほどX線吸収効率のFig.5

MTF curves of CP1M200 and PR6M110

Fig.6

X-ray absorption coefficient of phosphoric materials

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.5（2008）37良い蛍光体であることを示し，CP1M200に採用された
CsBrは低エネルギー X線領域において，高いX線吸収を持つ優れた蛍光体であることが分かる。さらに，プレートにおけるX線吸収率を向上させるには，材料の種類だけでなく蛍光体の充填率を向上させる必要がある。
粒子状結晶を用いたプレートでは，粒子の分散，塗布に必要なバインダー樹脂を使用していることから充填率を向上させることが難しいが，柱状結晶を採用した
CP1M200では蒸着法にて形成した蛍光体層が蛍光体結晶のみで構成されているため，粒子状結晶プレートに対して蛍光体の充填率を飛躍的に増加させることができた。

●参考文献
１）K . Amitani, A. Kano, H. Tsuchino, and F. Shimada, SPSE
Conference & Exhibition on Imaging, Advance Printing ofPaper Summaries, 26th Fall Symposium, 13 (1986)
２）S . Honda, T. Yanagita, S. Kasai, and Y. Nakano, Konica
Minolta Tech. Rep., 3, 72 (2006)３）W. Hillen, U. Schiebel, and T. Zaengel, Med. Phys., 14 (5), 744(1987)４）岡部哲夫，瓜谷富三

５）S. H. Seltzer and J. H. Hubbell,“光子減弱係数データーブック”
日本放射線技術学会（1995）
６）J. T. Dobbins III, D. L. Ergun, L. Rutz, D. A. Hinshaw, H.
Blume, and D. C. Clark, Med. Phys., 22 (10), 1581 (1995)

以上のように，高X線吸収材料と蒸着による高充填率化技術を用いて開発したCP1M200はX線を効率的に吸収でき，粒状性を低減できることが期待できる。
Fig. ７にCP1M200とRP6M110の画質指標であるDQE特性 ６） を示した。DQEはRP6M110の1 cycles/mmの値を1.0とした相対値で示すが，CP1M200はRP6M110に対して高いDQEを示し，MTFだけでなく，画質そのものが向上していることが分かる。本結果より，石灰化だけでなく繊維，腫瘤などの病変の視認性が向上するものと考えられる。

Fig.7４DQE curves of CP1M200 and PR6M110

まとめCP1M200は柱状結晶形成技術と高X線吸収材料技術を集約した製品であり，REGIUS MODEL 190の高精細読み取り技術と組み合わせることにより，そのポテンシャルを発揮し，マンモグラフィー用に適した高MTF，
高DQE特性を達成している。この高いDQE特性は病変の視認性向上，あるいは患者のX線被爆量低減に寄与することが可能と考えられる。
今後，CP1M200の有用性が，マンモグラフィー診断能向上の一助となり，乳がんの早期発見に寄与することを祈念する。

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編：医用画像工学（医用放射線科学講座

14），東京，医歯薬出版（1998）

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