[发明专利]荧光材料及采用该荧光材料的闪烁器和放射线检测器

说明书

技术领域

本发明涉及吸收X射线等放射线发光的荧光材料，以及采用该荧光材料的 闪烁器和放射线检测器。

背景技术

X射线CT(Computed Tomography)是X射线诊断装置之一。该CT由照射 出扇形波束X射线的X射线管和并设多个X射线检测元件的X射线检测器构成。 该装置是从X射线管对着X射线检测器照射扇形波束X射线，通过每进行一次 照射，对断层面例如改变1度的角度，收集X射线吸收数据，然后用电脑解析 这些数据，计算出断层面各个位置的X射线吸收率，来形成与该吸收率相应的 图像。

历来，对于这种X射线检测器，一直采用氙(Xe)气检测器。这种氙气检 测器是将氙气密封在气体容器中，当在对配置的多个电极间施加电压的同时照射 X射线时，X射线使氙气电离，能够取出与X射线的强度相应的电流信号，根 据该电流信号来构成图像。但是该氙气检测器，因为要将高压氙气密封在气体容 器中，需要厚厚的窗口。因此存在X射线的利用率差、灵敏度低的问题。并且， 为得到高析像度的CT，电极板的厚度必须极薄，但是这样一来，又出现了变薄 的电极板会因外部的振动而振动，从而产生噪声的问题。

已开发出采用CdWO₄单晶体、(Y、Gd)₂O₃:Eu、Pr组成的陶瓷及Gd₂O₂S: Pr、Ce、F组成的陶瓷(下称GOS:Pr)，或使用具有以氧化钆、氧化镓、氧化铝、 氧化铈为主要成分的石榴石构造的氧化物(下称GGAG:Ce)的多晶陶瓷等荧光 材料的闪烁器与硅光二极管相组合的X射线检测器，并已实用化。这种X射线 检测器，闪烁器吸收X射线时发光，通过由硅光二极管检测该光来检测X射线。 这时构成闪烁器的荧光材料发出与添加在母材中的发光元素放出的能级相应波 长的光。该光为波长500nm以上的可见光时，因为硅光二极管的检测效率高， 成为灵敏度特别高的X射线检测器。作为记载荧光材料的方法，在组成式中， 以:为界，左面记载母材，右面记载发光离子，采用这些材料的X射线检测器， 其X射线检测元件小型化，容易增加信道数，所以能够得到析像度比氙气检测 器还要高的图像。对这样的荧光材料一般要求如下：材料的均匀性高，X射线特 性的散差小，放射线劣化小，对于温度等环境变化发光特性的变化小，加工性好， 加工劣化小，无吸湿性和潮解性，化学性质稳定。

在这样的X射线检测器上，闪烁器按照吸收的X射线发出的光的强度(发 光强度)越高，灵敏度越高。为使发光强度变高，必须充分吸收X射线。如果 该吸收率小，透过闪烁器的X射线量增加，成为硅光二极管的噪声源，成为灵 敏度低下的一个原因。要减少透过闪烁器的X射线量，必须使闪烁器加厚，这 样做，X射线检测元件就不能小型化，因而成本增加。所以要用薄的荧光材料充 分吸收X射线，X射线吸收系数必须大，如果荧光材料的该光的透过率低，发 出的光当中不能到达硅光二极管的光增加，实际上发光强度降低。因此，要使发 光强度高，作为闪烁器使用的荧光材料要求具有以下两个特点：(1)X射线的吸 收系数大，(2)发出的光的透过率高。

对于X射线CT，为了提高析像度，即使X射线检测元件小型化，使体动的 影响小，需要缩短扫描时间。这时，为了缩短一个X射线元件中的积分时间， 降低积分时间中吸收的X射线总量，需要发光效率高(发光强度大)。而且，要 提高X射线检测元件的时间分辨率，X射线照射停止后的发光(残光)必须瞬 间变小。为此，发光的衰减时间常数及残光必须小。这里，发光的衰减时间常数 表示停止X射线照射，发光强度达到X射线照射中的发光强度的1/e的时间， 残光表示停止X射线照射，经过一定时间后发光强度相对于X射线照射中的发 光强度的比率。如果衰减完全是指数函数，则衰减时间常数小，残光必然也低。 但实际上残光的衰减并不是指数函数。为此，要使残光小、得到高性能的X射 线CT，必须采用衰减时间常数及残光都小的荧光材料。以往使用的各种荧光材 料的发光强度和衰减时间常数及30ms后的残光如表1所示。

表1