東北大ら, 4インチCe:GAGGシンチレーターを作製

新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の成果をもとに,東北大学とC&Aは,がん検査などに使われる陽電子放射断層撮影装置(PET)用のセンサー素子であるセリウム添加ガドリニウムアルミニウムガリウムガーネット(Ce:GAGG)シンチレーター結晶を,直径4インチ(101.6mm),長さ150mm,ひび割れなし(クラックフリー)で製造する技術を確立した(ニュースリリース)。

近年,がん細胞の検知やアルツハイマー病の部位の同定にPET(Positron Emission Tomography)による検査が行なわれている。PET検査では,ポジトロン(陽電子)を発生する薬剤を体内に注入し,ポジトロン核種が放出する放射線を特殊なカメラで検出することで,脳や心臓などに薬剤が集積する様子を断層写真に収める。

PETのセンサーヘッドは,ポジトロン核種からの放射線を光に変換する結晶(シンチレーター結晶)と受光素子からなる放射線検出器で構成されているため,PETの高性能化には,高速時間応答,高発光量,高感度で高いエネルギー分解能を持つシンチレーター結晶が必要となる。

現行のPET用シンチレーター結晶には,セリウム添加ルテチウムイットリウムオルソシリケート(Ce:(Lu1-xYx2SiO5(Ce:LYSO))などが用いられているが,精密な温度制御が要求されるほか,原料の大部分を中国産に依存しており,近年その価格が高騰しているなど,供給が不安定という課題があった。

今回研究グループは,PET検査に必要な密度を持ち,発光量がCe:LYSOの2倍程度のセリウム添加ガドリニウムアルミニウムガリウムガーネット(Ce:Gd3(Al,Ga)5O12(Ce:GAGG))に着目し,ガーネット型構造結晶特有の問題である成長時の結晶のねじれとひび割れ(クラック)を抑制する方法論を見いだすことで,直径3インチ(76.2mm)のシンチレーター結晶製造技術を確立した。

ただCe:GAGGには,Ce:LYSOよりも蛍光寿命が長くPETには適さないという課題があった。そこで研究グループは,高発光量を維持しつつ蛍光寿命の短寿命化(応答時間の高速化)を実現するために最適な共添加剤とその最適濃度を見出し,蛍光寿命がCe:LYSOと同等の40ns程度まで高速化する組成方法を確立した。

この技術の活用により,PET検査で小さながんでも早期に発見でき,がん患者の医療費削減とQOL(生活の質)向上に寄与することが期待されるとしている。

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