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光刺激発光( PSL ) は、可視光の刺激によって蛍光体内に蓄えられたエネルギーが放出され、発光信号が生成される現象です。X線はこのようなエネルギー貯蔵を引き起こす可能性があります。このメカニズムに基づくプレートは、光刺激性蛍光体 (PSP) プレート(またはイメージング プレート) と呼ばれ、投影放射線撮影で使用されるX 線検出器の一種です。画像を作成するには、プレートを2 回照射する必要があります。1 回目の照射では、対象の放射線で画像を「書き込み」、2 回目の照射 (通常は可視波長レーザーによる) で画像を「読み取り」ます。このようなプレートを読み取る装置は、リン光イメージャー(ホスホイメージャーと綴られることもあります。これは、分子生物学で放射性標識リン酸化タンパク質および核酸の検出によく使用されることを反映していると考えられます) と呼ばれています。
X線検出器として光刺激性蛍光体プレートを使用する投影放射線撮影は、「蛍光体プレート放射線撮影」[1]または「コンピュータ放射線撮影」[2]と呼ばれることがあります（コンピュータ処理を使用して複数の投影放射線写真を3D画像に変換するコンピュータ断層撮影と混同しないでください）。
構造とメカニズム
エネルギー貯蔵
光刺激性蛍光体（PSP）プレートでは、蛍光体層の厚さは通常0.1～0.3 mmです。短波長（通常はX線）の電磁放射線による最初の露光後、蛍光体材料内の励起電子は、2回目の照射によって刺激されるまで、結晶 格子内の「色中心」（「F中心」）に「閉じ込められた」ままになります。たとえば、富士の光刺激性蛍光体は、粒径が約5マイクロメートルの柔軟なポリエステルフィルム支持体上に堆積されており、「発光中心として微量の二価ユーロピウムを含むフッ化臭化バリウム」と説明されています。 [3]ユーロピウムは、バリウムと置き換わって固溶体を形成する二価カチオンです。Eu 2+イオンは電離放射線に当たると、追加の電子を失ってEu 3+イオンになります。これらの電子は結晶の伝導帯に入り、結晶の臭素イオン空格子内に閉じ込められ、元の状態よりもエネルギーが高い 準安定状態になります。
エネルギーの解放とデジタル化
低周波光源はエネルギーが不十分でEu 3+イオンをさらに生成できない場合、捕捉された電子を伝導帯に戻すことができます。これらの移動した電子がEu 3+イオンに遭遇すると、青紫色の400 nmの発光を放出します。[4] この光は捕捉された電子の数に比例して生成され、したがって元のX線信号に比例します。これは多くの場合、特定の解像度またはピクセルキャプチャ周波数でクロックされる光電子増倍管によって収集されます。これにより、光は電子信号に変換され、大幅に増幅されます。次に、電子信号はADCを介して各ピクセルの離散（デジタル）値に量子化され、画像プロセッサのピクセルマップに配置されます。
再利用
その後、プレートを室内レベルの白色光にさらすことで、プレートを「消去」できます。これにより、プレートを何度も繰り返し使用できます。イメージング プレートは、慎重に取り扱い、特定の放射線照射条件下で処理すれば、理論上は何千回も再利用できます。産業条件下での PSP プレートの取り扱いでは、数百回の使用後に損傷が生じることがよくあります。引っかき傷や擦り傷などの機械的損傷は一般的であり、高エネルギー アプリケーションによる放射線疲労や刻印も一般的です。プレートを室内レベルの蛍光灯にさらすだけで画像を消去できますが、信号の持ち越しやアーティファクトを回避するには、より効率的で完全な消去が必要です。ほとんどのレーザー スキャナーは、レーザー スキャンが完了するとプレートを自動的に消去します (現在のテクノロジーでは赤色 LED 照明を使用)。その後、イメージング プレートを再利用できます。
再利用可能な蛍光体プレートは環境的に安全ですが、蛍光体の組成に重金属バリウムが含まれているため、現地の規制に従って廃棄する必要があります。
用途
コンピュータ放射線撮影は、工業用放射線撮影と医療用投影放射線撮影の両方に使用されています。イメージプレート検出器は、多くの結晶学研究にも使用されています。[5]
医療用X線画像
リン光体プレート撮影では、イメージングプレートを特殊なカセットに収め、検査する身体部位または物体の下に置いてX線照射を行う。次に、イメージングプレートを特殊なレーザースキャナ、またはCRリーダーに通して画像を読み取ってデジタルレントゲンに変換する。その後、コントラスト、明るさ、フィルタリング、ズームなど、従来のデジタル画像処理ソフトウェアと非常によく似た機能を持つソフトウェアを使用して、デジタル画像を表示および補正することができる。CRイメージングプレート（IP）は、複数の検査室で共有できるCRリーダー（スキャナ）を介して処理されるため、既存の検査室に後付けして複数のX線施設で使用することができる。[6]
直接放射線検査との違い
PSPプレートラジオグラフィーは、直接ラジオグラフィー（DR）と区別されることが多い。直接ラジオグラフィーは通常、アモルファスシリコンまたはセレンフラットパネル検出器（FPD）に画像をキャプチャし、データを電子的に直接処理コンピュータに渡すことを指す。PSPプレートラジオグラフィーでは、代わりにイメージングプレートを含むカセットを使用し、画像が読み出されてコンピュータにロードされるまで画像を保存する。検出器を露出させて表示可能なデジタル画像にするこの追加のステップが、2つの技術の主な違いである。[7]
PSPプレートとDR FPDは、通常、投影放射線撮影に使用されます。これは、PSPプレートを使用できない、連続した放射線ビームがあり、画像がリアルタイムで画面に表示される透視法と混同しないでください。[8]
物理
PSPプレートは、高エネルギー密度物理学の測定のためのX線検出器として一般的に使用されています。例としては、慣性閉じ込め核融合爆縮の自己放出イメージング、[9]、バックライト付き放射線顕微鏡法、[9] 、量子ドットの空間分解発光分光法などがあります。[10]
歴史
イメージングプレートは1980年代に富士写真フィルム社によって医療用途の商業利用に初めて導入されました。 [11]
参照
参考文献
- ^ Benjamin S (2010). 「リン光板ラジオグラフィー：フィルムレス診療の不可欠な要素」Dent Today . 29 (11): 89. PMID 21133024.
- ^ Rowlands JA (2002). 「コンピュータ放射線撮影の物理学」. Phys Med Biol . 47 (23): R123–66. doi :10.1088/0031-9155/47/23/201. PMID 12502037. S2CID 250801018.
- ^ 「イメージングプレート方式の原理」富士フイルム。2006年3月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年6月27日閲覧。
- ^ 「イメージングプレート」富士フイルム。
- ^ Gruner, SM; Eikenberry, EF; Tate, MW (2006). 「X線検出器の比較」.国際結晶学表. F (7.1): 143– 147. doi :10.1107/97809553602060000667.
- ^ 「コンピュータ放射線撮影（CR）システム」（PDF）世界保健機関2012年。 2017年6月27日閲覧。
- ^ 「コンピュータ放射線撮影とデジタル放射線撮影」IAEAヒューマンヘルスキャンパス。 2017年6月27日閲覧。
- ^ 「蛍光透視法」。世界保健機関。2014年10月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年6月27日閲覧。
- ^ ab Izumi, N., Snavely, R., Gregori, G., Koch, JA, Park, H.-S., Remington, BA (2006)、「レーザープラズマ実験におけるX線イメージングと分光法へのイメージングプレートの応用（招待論文）」、AIP Publishing
- ^ Holden, William M.; Hoidn, Oliver R.; Ditter, Alexander S.; Seidler, Gerald T.; Kas, Joshua; Stein, Jennifer L.; Cossairt, Brandi M.; Kozimor, Stosh A.; Guo, Jinghua; Ye, Yifan; Marcus, Matthew A.; Fakra, Sirine (2017-07-01). 「実験室、シンクロトロン、XFEL アプリケーション向けのコンパクトな分散再フォーカス ローランド サークル X 線発光分光計」. Review of Scientific Instruments . 88 (7). arXiv : 1704.07496 . doi :10.1063/1.4994739. ISSN 0034-6748.
- ^ Dreyer, Keith J.; Mehta, Amit; Thrall, James H. (2013). PACS: デジタル革命へのガイド. Springer. p. 161. ISBN 9781475736519。