光刺激発光
リン光板放射線撮影プロセス

光刺激発光（PSL ）は、可視光の刺激によって蛍光体中に蓄積されたエネルギーが放出され、発光信号を生成する現象です。X線はこのようなエネルギー蓄積を誘発することがあります。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、対象となる放射線で画像を「書き込み」、2回目の照射（通常は可視波長レーザー）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（リン酸化タンパク質や核酸の検出に分子生物学で広く使用されているため、ホスホイメージャーと綴られることもあります）と呼ばれています。

X線検出器として光刺激性リン光板を使用する投影放射線撮影は、「リン光板放射線撮影」[ 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

PSPプレートの円形カット

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「捕捉」されたままになります。例えば、富士写真フィルム社製の光刺激性蛍光体は、粒径約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蒸着されており、「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」と記載されています。[ 3 ]ユーロピウムは、バリウムと置換して固溶体を形成する二価陽イオンです。Eu 2+イオンは電離放射線を受けると、さらに電子を失って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、結晶の臭素イオンの空格子内に閉じ込められ、元の状態よりもエネルギーの高い 準安定状態になります。

エネルギーの解放とデジタル化

PSPプレートの読み出し

低周波光源は、Eu 3+イオンをさらに生成するのに十分なエネルギーを持たないため、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、400 nmの青紫色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。この光は、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た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。その後、電子信号はADCを介して各ピクセルの離散値（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当てることで「消去」することができます。これにより、プレートは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、一定の放射線照射条件下であれば、理論上は数千回再利用できます。しかし、産業環境下でのPSPプレートの取り扱いでは、数百回の使用で損傷が発生することがよくあります。傷や摩耗などの機械的損傷に加え、高エネルギー照射による放射線疲労やインプリンティングも一般的です。プレートを室内レベルの蛍光灯に当てるだけで画像を消去できますが、信号のキャリーオーバーやアーティファクトを避けるには、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（現在の技術では赤色LED照明を使用）。その後、イメージングプレートは再利用できます。

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、地方自治体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利用されています。イメージプレート検出器は、多くの結晶構造解析研究にも利用されています。[ 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専用のカセットに収納し、検査対象の体の一部または物体の下に置いてX線を照射します。その後、イメージングプレートを専用のレーザースキャナ（CRリーダー）に通して画像を読み取り、デジタルレントゲン写真に変換します。変換されたデジタル画像は、コントラスト、明るさ、フィルター、ズームなど、従来のデジタル画像処理ソフトウェアとほぼ同様の機能を持つソフトウェアを使用して表示および補正できます。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線検査施設で使用することができます。[ 6 ]

直接X線撮影との違い

CeReO - PSPプレートスキャナー

PSPプレートラジオグラフィーは、しばしば直接ラジオグラフィー（DR）と区別されます。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）に画像を撮影し、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します。一方、PSPプレートラジオグラフィーでは、イメージングプレートを収納したカセットを使用し、画像は読み出されてコンピュータに読み込まれるまで保存されます。この、検出器を露光して表示可能なデジタル画像を生成するという追加のステップが、この2つの技術の主な違いです。[ 7 ]

PSPプレートとDR FPDは、通常、投影X線撮影に使用されます。これは、連続した放射線ビームが照射され、画像がリアルタイムで画面に表示される透視検査とは混同しないでください。PSPプレートは、透視検査には使用できません。[ 8 ]

物理

PSPプレートは、高エネルギー密度物理学における測定用のX線検出器として広く用いられています。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X線顕微鏡法[ 9 ] 、量子ドットの空間分解発光分光法[ 10 ]などが挙げられます。

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用に初めて導入されました。 [ 11 ]

参照

参考文献

  1. ^ 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 .
  2. ^ 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 .  
  3. ^ 「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。
  4. ^ 「イメージングプレート」富士フイルム。
  5. ^ 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 .
  6. ^ 「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。
  7. ^ 「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。
  8. ^ 「Fluoroscopy」 .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。
  9. ^ a b 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（招待講演）」 Review of Scientific Instruments、77 (10)、AIP Publishing、Bibcode : 2006RScI...77jE325I、doi : 10.1063/1.2351924
  10. ^ 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コンパクト分散再収束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 . Bibcode : 2017RScI...88g3904H . doi : 10.1063/1.4994739 . ISSN 0034-6748 . PMID 28764488。  
  11. ^ 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。
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