特許 7204633 シンチレータ、その製造方法及びそれを含有する物品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-05

(45)【発行日】2023-01-16

(54)【発明の名称】シンチレータ、その製造方法及びそれを含有する物品

(51)【国際特許分類】

   C09K 11/80 20060101AFI20230106BHJP

   C09K 11/00 20060101ALI20230106BHJP

   G21K 4/00 20060101ALI20230106BHJP

   A61B 6/03 20060101ALI20230106BHJP

   G01T 1/164 20060101ALI20230106BHJP

【ＦＩ】

C09K11/80

C09K11/00 E

G21K4/00 B

A61B6/03 320S

G01T1/164 D

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2019199690

(22)【出願日】2019-11-01

(62)【分割の表示】P 2016227828の分割

【原出願日】2016-11-24

(65)【公開番号】P2020097728

(43)【公開日】2020-06-25

【審査請求日】2019-11-27

(31)【優先権主張番号】14/951,921

(32)【優先日】2015-11-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】593063105

【氏名又は名称】シーメンス メディカル ソリューションズ ユーエスエー インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ＵＳＡ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】110003317

【氏名又は名称】特許業務法人山口・竹本知的財産事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100075166

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 巖

(74)【代理人】

【識別番号】100133167

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100169627

【弁理士】

【氏名又は名称】竹本 美奈

(72)【発明者】

【氏名】マーク エス． アンドレアコ

(72)【発明者】

【氏名】ピーター カール コーエン

(72)【発明者】

【氏名】ロバート エイ． ミンツァー

(72)【発明者】

【氏名】マティアス ヨット． シュマンド

【審査官】桜田 政美

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２２５７６７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１７７１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／１３６８０４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－００２８８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０９Ｋ １１／８０

Ｃ０９Ｋ １１／００

Ｇ２１Ｋ ４／００

Ａ６１Ｂ ６／０３

Ｇ０１Ｔ １／１６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下記構造式（１）を有する複数のガーネット組成物を単一ブロック中に含有してなるシンチレータであって、
前記構造式（１）において含有される元素の組み合わせが同一であり、全ての元素をそれぞれ同一の比率で含有する２つのガーネット組成物は互いに隣り合わず、
相異なる前記構造式（１）を有する第一のガーネット組成物及び第二のガーネット組成物が互いに隣接しており、
ここで、前記互いに隣接する前記第一のガーネット組成物及び前記第二のガーネット組成物が、これらを構成する元素のうち、酸素以外の元素の少なくとも一部について同一の元素を相異なる比率で含有しており、
互いに隣接する前記第一のガーネット組成物及び前記第二のガーネット組成物の間の界面が、前記第一のガーネット組成物から前記第二のガーネット組成物へ漸進的に変化する組成を有する複数のガーネット組成物を含有し、
前記第一のガーネット組成物と第二のガーネット組成物との間の界面において、各ガーネット組成物の各粒子が相互に融合しており、
前記単一のブロックは、互いに隣接する前記第一のガーネット組成物及び前記第二のガーネット組成物の間に光学的界面を有していない
シンチレータ。
Ｍ^１ _ａＭ^２ _ｂＭ^３ _ｃＭ^４ _ｄＯ_１２（１）
上記式において、
Ｏは、酸素を表わし、
Ｍ^１、Ｍ^２、Ｍ^３及びＭ^４は、互いに異なる第一、第二、第三及び第四の金属を表わし、
ａ、ｂ、ｃ及びｄの合計は、８であり、
ａは、２～３．５の値を有し、
ｂは、０～５の値を有し、
ｃは、１～４の値を有し、
ｄは、０～１の値を有し、
ここで、ｂとｄとは、同時に共に０であることはできず、
Ｍ^１は、ガドリニウム、イットリウム、ルテチウム及びスカンジウムからなる群から選ばれる希土類元素又はこれらの組合せであり、
Ｍ^２は、アルミニウム又はホウ素であり、
Ｍ^３は、ガリウムであり、そして、
Ｍ^４は、共ドーパントであって、タリウム、銅、銀、鉛、ビスマス、インジウム、スズ、アンチモン、タンタル、タングステン、ストロンチウム、バリウム、マグネシウム、カルシウム、セリウム、ランタン、プラセオジム、テルビウム、イッテルビウム、サマリウム、ユーロピウム、ホルミウム、ジスプロシウム、エルビウム、ツリウム又はネオジムのうちの１つを含有してなる。

【請求項2】

Ｍ^２がアルミニウムである請求項１に記載のシンチレータ。

【請求項3】

ａが、２．４～３．２の値を有し、
ｂが、２～３の値を有し、
ｃが、１～４の値を有し、
ｄが、０．００１～０．５の値を有する
請求項１に記載のシンチレータ。

【請求項4】

ａが、３の値を有し、
ｂが、２．１～２．５の値を有し、
ｃが、２～３の値を有し、
ｄが、０．００３～０．３の値を有する
請求項１に記載のシンチレータ。

【請求項5】

前記複数のガーネット組成物が、ブロック製造のための圧力の付与の前に、粉末形状又はゲル形状である請求項１に記載のシンチレータ。

【請求項6】

前記複数のガーネット組成物が、ガドリニウム－アルミニウム－ガリウム ガーネット、ガドリニウム－イットリウム－ガリウム－アルミニウム ガーネット、ガドリニウム－スカンジウム－ガリウム ガーネット又はガドリニウム－ルテチウム－アルミニウム－ガリウム ガーネットを含有してなる請求項１に記載のシンチレータ。

【請求項7】

前記シンチレータが、Ｇｄ_３Ａｌ_２Ｇａ_３Ｏ_１２及びＧｄ_３Ａｌ_３Ｇａ_２Ｏ_１２を含有してなる請求項１に記載のシンチレータ。

【請求項8】

前記シンチレータが、Ｇｄ_２．５Ｙ_０．５Ａｌ_２Ｇａ_３Ｏ_１２及びＧｄ_２．５Ｙ_０．５Ａｌ_３Ｇａ_２Ｏ_１２を含有してなる請求項１に記載のシンチレータ。

【請求項9】

前記複数のガーネット組成物がｎ個（ｎは、２～１００である。）の異なるガーネット組成物を含有してなる請求項１に記載のシンチレータ。

【請求項10】

前記複数のガーネット組成物が２以上の異なる方向に配列されている請求項１に記載のシンチレータ。

【請求項11】

請求項１に記載のシンチレータを有する物品。

【請求項12】

陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）又はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）又は単一光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）の機械である請求項１１に記載の物品。

【請求項13】

それぞれ下記構造式（１）を有する複数のガーネット組成物を互いに隣り合わせて配置し（ここで、前記複数のガーネット組成物のうち互いに隣接する第一のガーネット組成物と第二のガーネット組成物とは相異なる構造式（１）を有しており、前記第一のガーネット組成物及び前記第二のガーネット組成物は、これらを構成する元素のうちの酸素以外の元素の少なくとも一部について、同一の元素を異なる比率で含有している。）、
Ｍ^１ _ａＭ^２ _ｂＭ^３ _ｃＭ^４ _ｄＯ_１２（１）
（上記式において、Ｏは、酸素を表わし、Ｍ^１、Ｍ^２、Ｍ^３及びＭ^４は、互いに異なる第一、第二、第三及び第四の金属を表わし、ａ、ｂ、ｃ及びｄの合計は、８であり、ａは、２～３．５の値を有し、ｂは、０～５の値を有し、ｃは、１～４の値を有し、ｄは、０～１の値を有し、ｂとｄとは、同時に０であることはできず、Ｍ^１は、ガドリニウム、イットリウム、ルテチウム及びスカンジウムからなる群から選ばれる希土類元素又はこれらの任意の組合せであり、Ｍ^２は、アルミニウム又はホウ素であり、Ｍ^３は、ガリウムであり、Ｍ^４は、共ドーパントであって、タリウム、銅、銀、鉛、ビスマス、インジウム、スズ、アンチモン、タンタル、タングステン、ストロンチウム、バリウム、マグネシウム、カルシウム、セリウム、ランタン、プラセオジム、テルビウム、イッテルビウム、サマリウム、ユーロピウム、ホルミウム、ジスプロシウム、エルビウム、ツリウム又はネオジムのうちの１つを含有してなる。）；
これら複数のガーネット組成物を圧縮して互いの中に押し込み；
これら複数のガーネット組成物をアニールして、アニーリングの間に、前記第一のガーネット組成物と前記第二のガーネット組成物との間の界面において、前記第一のガーネット組成物及び前記第二のガーネット組成物からの分子を互いの方向に拡散させて、２つのガーネット組成物の間の界面に、前記第一のガーネット組成物から前記第二のガーネット組成物へ漸進的に変化する組成を有する複数のガーネット組成物を含有させ、そして、
前記第一のガーネット組成物及び前記第二のガーネット組成物の粉末内で結晶粒界成長を起こさせ、前記第一のガーネット組成物及び前記第二のガーネット組成物の各粒子を互いに融合させて、前記互いに隣接する前記第一のガーネット組成物及び前記第二のガーネット組成物の間の光学的界面を消失させて、前記第一のガーネット組成物及び前記第二のガーネット組成物の間に光学的界面を有しない単一ブロックを形成する；
ことを含有してなるシンチレータの製造方法。

【請求項14】

前記互いに隣り合う複数のガーネット組成物が、圧縮して互いの中に押し込まれる前に、粉末形状、ゲル形状又は粉末及びゲルの形状である請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

圧縮及びアニーリングが同時に実施される請求項１３に記載の方法。

【請求項16】

Ｍ^１がガドリニウムである請求項１３に記載の方法。

【請求項17】

アニーリングが５００℃～１，７５０℃の温度で実行される請求項１３に記載の方法。

【請求項18】

圧縮が１ＭＰａ～５００ＭＰａの圧力で実行される請求項１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熔融光学素子を有するセラミック フォスウイッチ、その製造方法及びそれを含有する物品に関する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0002】

放射線検出用途において、検出媒体から相互作用情報の深さを抽出することが望ましいことがしばしばである。これにより、固体内で相互作用するガンマ粒子の局在化が改善される。この情報を抽出することを可能にする通常の方法は、２以上のシンチレータが結合されて単一の機能性ユニットとなっているフォスウイッチ立体配座を使用することである。フォスウイッチを構築するために用いられるシンチレーション材料は、別個のシンチレーション特性（例えば、異なるシンチレーション崩壊時間又は異なる波長）を有していて、これを利用して、フォスウイッチのどの部分がガンマ粒子と相互作用したかを決定することができる。フォスウイッチ立体配座において用いられるシンチレータは、緻密なシンチレータのそれよりも顕著に低い反射率を有する光学的連結材料を用いて、光学的に互いに連結されているので、シンチレーション フォトンの顕著な量が、光学的連結材料とのシンチレータ界面で反射され又は失われる。これにより、検出エネルギ及び時間分解能の顕著な劣化が引き起こされる。

【課題を解決するための手段】

【0003】

本発明によれば、下記構造式（１）を有する複数のガーネット組成物を単一ブロック中に含有してなるシンチレータが提供される。
Ｍ^１ _ａＭ^２ _ｂＭ^３ _ｃＭ^４ _ｄＯ_１２ （１）
上記式において、Ｏは、酸素を表わし、Ｍ^１、Ｍ^２、Ｍ^３及びＭ^４は、互いに異なる第一、第二、第三及び第四の金属を表わす。ａ、ｂ、ｃ及びｄの合計は、約８であり、ａは、約２～約３．５の値を有し、ｂは、０～約５の値を有し、ｃは、０～約５の値を有し、ｄは、０～約１の値を有する。ここで、「約」とは、所望の数値より±１０％の逸脱と定義される。ｂとｃ、ｂとｄ、又はｃとｄとは、同時に共に０であることはできない。Ｍ^１は、ガドリニウム、イットリウム、ルテチウム、スカンジウムを始めとする（但し、これらに限られない）希土類元素又はこれらの組合せであり、Ｍ^２は、アルミニウム又はホウ素であり、Ｍ^３は、ガリウムであり、Ｍ^４は、共ドーパントであって、タリウム、銅、銀、鉛、ビスマス、インジウム、スズ、アンチモン、タンタル、タングステン、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、マグネシウム、カルシウム、セリウム、イットリウム、スカンジウム、ランタン、ルテチウム、プラセオジム、テルビウム、イッテルビウム、サマリウム、ユーロピウム、ホルミウム、ジスプロシウム、エルビウム、ツリウム又はネオジムのうちの１つを含有してなる。ここで、同一の構造式を有する２つの組成物は、互いに隣り合わず、単一のブロックは、異なる組成物の間に光学的界面を有していない。

【0004】

また、本発明によれば、それぞれ下記構造式（１）を有する複数の組成物を互いに隣り合わせて配置し、
Ｍ^１ _ａＭ^２ _ｂＭ^３ _ｃＭ^４ _ｄＯ_１２ （１）
（上記式において、Ｏは、酸素を表わし、Ｍ^１、Ｍ^２、Ｍ^３及びＭ^４は、互いに異なる第一、第二、第三及び第四の金属を表わす。ａ、ｂ、ｃ及びｄの合計は、約８であり、ａは、約２～約３．５の値を有し、ｂは、０～約５の値を有し、ｃは、０～約５の値を有し、ｄは、０～約１の値を有する。ｂとｃ、ｂとｄ、又はｃとｄとは、同時に０であることはできない。Ｍ^１は、ガドリニウム、イットリウム、ルテチウム、スカンジウムを始めとす
る（但し、これらに限られない）希土類元素又はこれらの任意の組合せであり、Ｍ^２は、アルミニウム又はホウ素であり、Ｍ^３は、ガリウムであり、Ｍ^４は、共ドーパントであって、タリウム、銅、銀、鉛、ビスマス、インジウム、スズ、アンチモン、タンタル、タングステン、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、マグネシウム、カルシウム、セリウム、イットリウム、スカンジウム、ランタン、ルテチウム、プラセオジム、テルビウム、イッテルビウム、サマリウム、ユーロピウム、ホルミウム、ジスプロシウム、エルビウム、ツリウム又はネオジムのうちの１つを含有してなる。ここで、同一の構造式を有する２つの組成物は、互いに隣り合わず、単一のブロックは、異なる組成物の間に光学的界面を有していない。）；
これら複数の組成物を圧縮して互いの中に押し込み；そして、
これら組成物をアニールして、異なる組成物間に光学的界面を有しない単一ブロックとする；
ことを含有してなる方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】図１は、本明細書に開示したシンチレータ フォスウイッチの１つの例示的な製造方法を図示したものである。

【図2(A)】図２（Ａ）は、１つの例示的なシンチレータ フォスウイッチを図示したものである。

【図2(B)】図２（Ｂ）は、もう１つの例示的なシンチレータ フォスウイッチを図示したものである。

【図3】図３は、もう１つの例示的なシンチレータ フォスウイッチを図示したものであり、ここでは、隣り合う組成物が複数の方向に互いに追加されている。

【発明を実施するための形態】

【0006】

本発明においては、互いに異なる２以上のガーネット組成物を有するシンチレータ フォスウイッチが提供される。ガーネット組成物は、２以上のガーネット組成物の間の界面において、徐々に変化する組成（例えば、勾配）を有し、この徐々に変化する組成により、２以上の組成物の間の光学的界面の存在が不可能とされる。２以上の異なる組成物の間の相違のはっきりした界面に代えて徐々に変化する組成を有する結果、界面境界における反射に因る損失がなくなる。一つの実施態様において、異なるガーネット組成物の間の境界における屈折率の値は、１つのガーネット組成物からもう１つのガーネット組成物へ徐々に変化する。光学的界面は、光学的連結媒体の使用の故に、屈折率が突然不連続となる界面である。

【0007】

本発明においては、また、２つの異なる組成物の間の界面境界がなく、２つの組成物の間の界面境界であったであろう場所において、反射に因る損失のないシンチレータ フォスウイッチを創造する新規な方法が提供される。この方法は、粉末形状の２以上のセラミック シンチレータ組成物を互いに隣り合わせて配置し、次いで、これらの組成物を一緒に圧縮して粉末の厚板を製造することからなる。粉末の厚板は、次いで、異なる組成物の間で拡散が起こり異なる組成物の間に徐々に変化する組成を有するフォスウイッチを製造し得るような適切な温度でアニールされる。（アニーリングの間の）加熱と圧縮圧の組合せにより、結晶粒成長現象が起きてもよい。熱及び圧縮圧の適用は、「焼結」とも称される。従って、組成物は、焼結されて材料の単一のブロックになると考えてもよい。

【0008】

本発明の方法の結果、圧縮プロセスの間に、明瞭な光学的界面を生成させることなく、継ぎ目のない一体化した媒体中に存在する２以上のガーネット セラミックスが生じる。ここでは、粉末組成に主に焦点を当てたが、シンチレータ フォスウイッチは、また、ゲルからもエマルジョンからも製造することができる。これらは、本明細書の終わりに向け
て簡単に説明する。

【0009】

ガーネット シンチレータは、シンチレーション効率の顕著な改善と減衰時間に亘る良好な制御により、最近、人気が高まっている。ガーネットの追加の利点は、一方では良好な結晶相安定性を維持しながら、そのシンチレーション特性を顕著に修正することができるその調整可能性である。その立方対称性により、光学的に透明なセラミックスを造ることが可能になる。セラミック技術は、複雑なフォスウイッチ構造を造る新しい機会を提供する。この技術は、材料の均一性及び化学量論性の厳格な制御とともに溶融物からの標準的な結晶成長の間に時々起きる不整合の問題を解消することを可能にする。ガーネット セラミックスは、この技術に非常によく適しているように見える。

【0010】

セラミック フォスウイッチの製造方法は、圧縮プロセス中に、明瞭な光学的界面を形成することなく、継ぎ目のない統合された媒体中で、２以上のセラミックを溶融することによる。図１は、モールド（図示せず）中に互いに隣接して配置され、圧縮されて粉末ブロックを形成する２つの異なる粉末化ガーネット シンチレータ組成物（以下、粉末組成物という。）１０２及び１０４を有する粉末のブロック１００を示す。ここで留意すべきは、図１は２つの異なる組成物のみを示しているが、３以上、４以上、更に５以上の組成物を有していてもよいことである。要するに、互いに隣接して配置された複数の組成物について、ここに詳述する方法を実行できる。或る実施態様において、異なる粉末化組成物をモールド中で積み重ねて配置してもよい。

【0011】

粉末化組成物は、市場から購入してもよい。組成物は、できる限り純粋であることが望ましく、好適には、粉末化組成物の全重量に基づいて、９９％以上の純度、より好適には９９．９％以上の純度、更に好適には９９．９９％以上の純度を有することが好ましい。粒子又は粉末は、１ｎｍから５００μｍ、好ましくは５ｎｍから５０μｍ、より好ましくは２０ｎｍから２０μｍ、の範囲の平均粒径を有する。粒子の回転半径を測定して平均粒径を決定する。粒径の決定に光学散乱又は電子顕微鏡を用いてもよい。

【0012】

粉末は、所望により、ボールミル、ロールミル又は他の粉砕装置により更に粉砕してもよい。特定のサイズの粒子を使用することが望ましい場合は、所望により、粉砕された粉末を、次いで、篩処理してもよい。

【0013】

粉末化組成物は、次いで、圧縮され、異なる組成物の分子を互いに拡散させるのに有効な温度でアニールされる。圧力は、好ましくは、図１中の矢印の方向で示されたような、圧縮力である。或る実施態様においては、圧力とアニーリングとは、同時に行なってもよく、逐次に行なってもよい。逐次に行なう場合には、粉末化組成物は、いつも圧力に曝され、次いで、アニールされる。好ましくは、粉末化組成物は、同時に、圧力に曝され、次いで、アニールされる。従って、２つの組成物の間の界面は、第一の組成物から第二の組成物へ漸進的に変化する複数の異なる組成物を含有する。

【0014】

次いで、モールド内の粉末化組成物に圧力が掛けられ、粉末のブロックが形成される。或る実施態様においては、圧力は、１ＭＰａ～５００ＭＰａである。

【0015】

アニーリングは、好適には、対流熱伝達又は伝導熱伝達によって実行される。或る実施態様においては、対流熱伝達又は伝導熱伝達と同時に又はこれらに引き続いて、放射加熱（即ち、高周波加熱、マイクロ波加熱又は赤外線加熱）を行なってもよい。或る実施態様においては、試料が未だ圧縮機内に在るときに又は圧縮下に在るときに、誘導加熱をしてもよい。

【0016】

アニーリングは、５００～１，７５０℃、好ましくは８５０～１，７００℃で、酸素含
有雰囲気下で実行される。所望ならば、酸素雰囲気以外の雰囲気を用いてもよい。

【0017】

ここで再び図１を参照して、アニーリングの間、２つの異なる粉末化組成物１０２及び１０４からの分子は、互いの方向に拡散して、符号１０２Ａ及び１０４Ａで示された勾配を形成する。アニーリングの間、粉末内で結晶粒界成長が起こり、粉末化組成物１０２及び１０４からの各粒子が互いに融合して、通常フォスウイッチの各部分を分離する光学的界面が消失する。屈折率の小さな相違は、相間を滑らかに遷移して、界面においてシンチレーション光子は、殆ど影響されず、光学カップリング媒体の使用に起因して明瞭な光学的界面において起こり得る反射の蓋然性が高くなることもない。

【0018】

ある実施態様において、領域１０２Ａ及び１０４Ａは、粉末化組成物１０２及び１０４の間に存在する中間組成を有する。中間組成の存在の結果、粉末化組成物１０２及び１０４の間に、明瞭な光学的界面のない継ぎ目のない統合された媒体が生じる。

【0019】

或る実施態様において、圧力の適用に先立って互いに隣接して配置される複数のガーネット組成物は、構造式（１）を有するガドリニウム－ガリウム含有ガーネットである。
Ｍ^１ _ａＭ^２ _ｂＭ^３ _ｃＭ^４ _ｄＯ_１２ （１）
（上記式において、Ｏは、酸素を表わし、Ｍ^１、Ｍ^２、Ｍ^３及びＭ^４は、互いに異なる第一、第二、第三及び第四の金属を表わす。ａ、ｂ、ｃ及びｄの合計は、約８であり、ここで、「約」とは、所望の数値より±１０％の逸脱と定義される。ａは、約２～約３．５、好ましくは約２．４～約３．２、より好ましくは約３．０の値を有し、ｂは、０～約５、好ましくは約２～約３、より好ましくは約２．１～約２．５の値を有し、ここで、ｂとｃ、ｂとｄ、又はｃとｄとは、同時に０であることはできず、ｃは、０～約５、好ましくは約１～約４、より好ましくは約２～約３、更に好ましくは約２．１～約２．５の値を有し、ｄは、０～約１、好ましくは約０．００１～約０．５、より好ましくは約０．００３～約０．３の値を有する。用語「約」は、所定の値から±１０％の逸脱を表わす。

【0020】

上記の式（１）において、Ｍ^１は、ガドリニウム、イットリウム、ルテチウム、スカンジウムを始めとする（但し、これらに限られない）希土類元素又はこれらの任意の組合せである。Ｍ^１は、好適にはガドリニウム及びイットリウムである。Ｍ^２は、アルミニウム又はホウ素であり、Ｍ^３は、ガリウムであり、Ｍ^４は、共ドーパントであって、タリウム、銅、銀、鉛、ビスマス、インジウム、スズ、アンチモン、タンタル、タングステン、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、マグネシウム、カルシウム、セリウム、イットリウム、スカンジウム、ランタン、ルテチウム、プラセオジム、テルビウム、イッテルビウム、サマリウム、ユーロピウム、ホルミウム、ジスプロシウム、エルビウム、ツリウム又はネオジムのうちの１つ以上を含有してなる。

【0021】

Ｍ^１は、好適には、ガドリニウムである。Ｍ^１に関して、ガドリニウムの幾分かは、イットリウム、ガドリニウム、ルテチウム、ランタン、テルビウム、プラセオジム、ネオジム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、スカンジウム、又はこれらの組合せの１つ以上に依って置換されてもよい。或る実施態様において、ガリウムの幾分かは、イットリウムで置換されてもよい。Ｍ^３は、好適には、アルミニウムである。

【0022】

或る実施態様においては、共ドーパントＭ^４は、Ｔｌ^＋、Ｃｕ^＋、Ａｇ^＋、Ａｕ^＋、Ｐｂ^２＋、Ｂｉ^３＋、Ｉｎ^＋、Ｓｎ^２＋、Ｓｂ^３＋、Ｃｅ^３＋、Ｐｒ^３＋、Ｅｕ^２＋、Ｙｂ^２＋、Ｎｂ^５＋、Ｔａ^５＋、Ｗ^６＋、Ｓｒ^２＋、Ｂ^３＋、Ｂａ^２＋、Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋、又はこれらの組合せを含む。

【0023】

或る実施態様において、第一の粉末化組成物１０２は、第一の構造式（１）を有し、他
方、第二の粉末化組成物１０４は、前記第一の構造式とは異なる第二の構造式（１）を有する。言い換えれば、第一の粉末化組成物は、第二の粉末化組成物とは、化学的に異なっている。このように、構造式（１）に関して、それぞれ、それに最も近い隣接化合物とは異なる組成を有する「ｎ」個の異なる組成物は、お互いに隣接して配置され、次いで、圧力及びアニーリングに付されて反射界面のないガーネットを形成する。数値ｎは、１００までの、２～３０又はそれ以上の、３～１０又はそれ以上のそして４～６以上の整数である。

【0024】

実際、２つの同一の組成物がお互いに隣接して配置されない限り、結果的に生じるガーネットの複数の部分が同一の構造式（１）を有することは可能である。これは、図２（Ａ）に示されており、ここでは、粉末化組成物１０２及び１０４が、互いに隣り合って、交互に繰り返して配置されている。図２（Ｂ）に示された別の実施態様において、結果的に生じたガーネットは、互いに隣接して配置された一連の粉末化組成物１０２、１０３、１０４、１０５、１０６等々を有していてもよい。ここで、各組成物は、隣接する組成物とは異なっており、繰り返される組成物はない。このような多くの変形が可能であり、これらの全てをここでは詳細に述べないけれども、これらは、本開示の範囲内にあると考えられる。

【0025】

図１、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）には、単一の方向に互いに横に（即ち、水平に）並んで配列された異なる粉末化組成物が示されているけれども、これらは、（例えば、ｘ方向、y方向及び／又はｚ方向のような）複数の方向に互いに隣接して配列されてもよい。図
３は、生じたガーネットが２つの異なる方向に配列された異なる組成物を有する実施態様を示す。幾つかの実施態様においては、異なる方向は、互いに直角であってもよい。他の実施態様では、異なる方向は、互いに対して９０度を超え又は９０度未満の角度をなしていてもよい。角度は、異なる組成物の質量中心を結ぶ線によって測定することができる。

【0026】

２つの異なる粉末化組成物からガーネット シンチレータを製造するにあたって、必須ではないが、２つの異なる組成物が同一の元素を異なる比率で含有していることが望ましい。例えば、第一の粉末化組成物及び第二の粉末化組成物が、共に、ガドリニウム、アルミニウム及びガリウムを含有する（このような組成を、一般的に、略語「ＧＡＧＧ」で占めす。）が、互いにその比率が異なる。例えば、第一の粉末組成物がＧｄ_３Ａｌ_２Ｇａ_３Ｏ_１２であり、第二の粉末組成物がＧｄ_３Ａｌ_３Ｇａ_２Ｏ_１２であり、これらが異なる量のＣｅ^３＋活性化剤を有していてもよい。他の実施態様では、第一の粉末組成物がＧｄ_２．５Ｙ_０．５Ａｌ_２Ｇａ_３Ｏ_１２であり、第二の粉末組成物がＧｄ_２．５Ｙ_０．５Ａｌ_３Ｇａ_２Ｏ_１２であってもよい。

【0027】

他の実施態様において、第一の粉末組成物がＧＡＧＧ組成物、即ち、Ｇｄ_３Ａｌ_２Ｇａ_３Ｏ_１２又はＧｄ_３Ａｌ_３Ｇａ_２Ｏ_１２のうちの１つであり、他方、第二の粉末組成物が、例えば、Ｇｄ_１．５Ｙ_１．５Ｇａ_２．５Ａｌ_２．５Ｏ_１２のような、ＧＹＧＡＧ（ここで、ＧＹＧＡＧは、ガドリニウム－イットリウム－ガリウム－アルミニウム ガーネットを表わす。）であってもよい。

【0028】

かくして、第一の粉末組成物及び第二の粉末組成物は、ＧＡＧＧ：ガドリニウム－アルミニウム－ガリウム ガーネット、ＧＹＧＡＧ：ガドリニウム－イットリウム－ガリウム－アルミニウム ガーネット、ＧＳＧＧ：ガドリニウム－スカンジウム－ガリウム ガーネット、ＧＬＡＧＧ：ガドリニウム－ルテチウム－アルミニウム－ガリウム ガーネット等からなる群から選ばれてよい。

【0029】

上述の方法は、粉末組成物からのシンチレータ フォスウイッチの製造を詳細に説明しているけれども、これらのフォスウイッチは、ゾル－ゲル アプローチ又はエマルジョン
に基づくアプローチによっても製造することができる。ゾル－ゲル アプローチでは、第一の組成物及び第二の組成物の両方とも、所望のガーネット組成を有するゲルを含有する。ゲルは、典型的には金属アルコキシド、金属ハロゲン化物等から調製されたゾルから製造される。酸性又は塩基性触媒を用いて金属アルコキシド間の反応を促進してもよい。例えば、アルコールのような溶媒を、異なる金属を相溶させるために使用してもよい。

【0030】

例えば、上記で詳細に述べたＧＡＧＧ組成物は、ガドリニウム イソプロポキシド、アルミニウム ｓｅｃ－ブトキシド及びガリウム エトキシド（これらは、全て、液状で入手可能な金属アルコキシドである。）を用いてゲルとして調製することができる。次いで、第一のゲル組成物及び第二のゲル組成物を互いに隣接して配置し、加圧下に温度を徐々に上昇させて、２つの組成物間に界面境界のないシンチレータ フォスウイッチを製造する。生じたシンチレータ フォスウイッチから、超臨界抽出を用いて、溶媒及び副生物を除去し、これにより、適切な大きさのモノリスを製造する。

【0031】

本明細書の開示は、粉末及びゲルの組合せからのシンチレータ フォスウイッチの製造を包含することに留意すべきである。粉末及びゲルは、隣り合わせで配置し又は一緒に混合して、粉末－ゲル組成物を形成してもよく、複数の粉末－ゲル組成物がお互いに隣接して配置され、圧縮され、アニールされてシンチレータ フォスウイッチを形成することができる。

【0032】

成形加工後の個々の組成物は、シンチレータ フォスウイッチ材料の単一のブロックの形状をしている。或る実施態様において、シンチレータ フォスウイッチ材料の単一ブロックは、界面又は連結装置の全くないモノリスである。シンチレータ フォスウイッチは、１～１０ｃｍの長さを有し、１ｍｍ～１０ｃｍ又はそれ以上の横断寸法を有する。或る実施態様において、横断寸法は、１ｍｍ～１０ｃｍの範囲の（モノリスブロック立体配座の配置において）、１ｍｍ～６ｍｍの範囲の（例えば、臨床的な、即ち、ヒト被験者、汎用全身スキャナーのピクセルについて）又は０．５～２ｍｍの範囲の（小動物の研究スキャナー、又は脳若しくは他の器官に特異的なスキャナーのピクセルについて）ピクセルサイズであってよい。いずれにせよ、１ｃｍより小さい。

【0033】

エマルジョンに基づくアプローチにおいて、エマルジョン形状の所望の成分のエマルジョンを混合し、所望の組成が生成されるように、触媒を作用させる。触媒作用後のエマルジョンは、反応してゲルを形成し、このゲルが、上述のように、ゾル－ゲル アプローチで処理されて所望のシンチレータ フォスウイッチが製造される。開示された方法は、加圧及び焼結プロセス中に、明瞭な光学的界面を生成することなく、１つの継ぎ目のない統合された媒体中に存在する２以上のガーネットシンチレータ セラミックスを生じるので、有利である。

【0034】

シンチレータ フォスウイッチは、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）、又はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）、又は単一光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）等の機械及び他の撮像装置に用いられる。

【0035】

本明細書で述べた全ての範囲は、終点を包含することに留意すべきである。異なる範囲からの数値は組み合わせ可能である。

【0036】

本発明を、これまで、幾つかの実施態様を参照して記述してきたが、当業者には、本発明の範囲から離れることなく、種々の変形がなされ得ること及び等価物でその要素を置換し得ることが理解されるであろう。更に、特定の状況又は材料に適合させるために、本発明の基本的な範囲から離れることなく、本発明の教示に多くの修飾がなされ得る。従って、本発明は、この発明を実施するために想定されるベストモードで開示された特別な実施
態様に限定されるものではなく、本発明は付属する特許請求の範囲の範囲内に入る全ての実施態様を包含することを意図している。

【符号の説明】

【0037】

１００ ：粉末のブロック
１０２ ：第一の粉末化組成物
１０２Ａ：中間組成の領域
１０３ ：粉末化組成物
１０４ ：第二の粉末化組成物
１０４Ａ：中間組成の領域
１０５ ：粉末化組成物
１０６ ：粉末化組成物

【図1】

【図2(A)】

【図2(B)】

【図3】