Development of photon counting mammography using ultra-sensitive semiconductors
Project/Area Number |
21K12716
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 90130:Medical systems-related
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Research Institution | Gihu University of Medical Science |
Principal Investigator |
篠原 範充 岐阜医療科学大学, 保健科学部, 教授 (00402222)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小口 真一 岐阜医療科学大学, 保健科学部, 研究員 (40899142)
西原 利幸 岐阜医療科学大学, 保健科学部, 研究員 (50899143)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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Keywords | 超高感度半導体イメージセンサ / マンモグラフィ / フォトンカウント / イメージャ / X線フォトンカウント / 深層学習 / 高感度半導体 / フォトンカウンティング |
Outline of Research at the Start |
本研究では、マンモグラフィに使用される検出器の感度と解像度を大幅に向上させることで、受診者に対する被曝量を大幅に低減させるとともに、画像診断の精度を格段に向上させることで乳がんの早期発見につなげることを目的にする。我々は、最先端の低ノイズ回路技術と、桁外れの高感度光検出専用フォトダイオードを組み合わせた超高速撮像、超高解像度、超高感度イメージャ( CPD CMOS Photon Detector )を用いて新たなイメージングを実現する医療用X線検出器の開発を行う。即ち、本研究はマンモグラフィ診断における見逃しと、被曝に関する問題点を解決する可能性がある装置を構築することを目指す。
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Outline of Annual Research Achievements |
マンモグラフィ上の病変の特徴は,微小で低コントラストであるため医師の読影で見落とされる可能性がある.また,乳房は被曝を極力抑える必要のある臓器の1つである.本研究では,マンモグラフィに使用される検出器の感度と解像度を大幅に向上させた新たな検出器の開発を試み,高画質取得,低被曝による医療応用への基礎的データの取得を行った.【方法】X線管は,松定プレシジョン社製XRC60-60-03を用いた.イメージセンサは,最先端の低ノイズ回路技術と高感度光検出専用に設計された大型フォトダイオードを組み合わせた超高感度イメージャ( CPD:CMOS Photon Detector )を用いた.CPDと高精細シンチレータ(浜松フォトニクス製 J6675)を用いて間接型のフォトンカウント撮像を実施し,1光子の発光輝点を画像化した.数十万枚の取得フレームより多数輝点の重心をプロットすることでフォトンカウント画像を生成した.同様にX線管の出力電流とイメージセンサのフレームレートを調整して数百枚のフレームより積分画像を作成した.矩形波チャート(Kyokko type 1) ,CDMAMファントムおよびJRS推奨ファントム(ステップファントム)を撮像し,フォトンカウント画像と積分画像を比較した.AGDをマンモグラフィの臨床に近い条件で実施し比較を行った.矩形波チャートの10 LP/mmの可視性は,フォトンカウント画像の方が良かった.CDMAMファントムは,直径0.2mm,0.71μm厚など複数の撮影を行ったが,金ディスクの可視性はポワソンノイズの影響により両画像間に明確な優劣は認められなかった.JRS推奨ファントムでは,密度-信号の特性を得る事ができ,物質弁別等の可能性が示唆された.本研究は,初期的検討であり,撮影条件,イメージセンサの画角など医療応用に向けて更なる実験が必要である.
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2021年度には,出力および焦点をCPDの特性に合わせたX線管球を導入して正確なCPDの撮像特性を把握し、医療応用に向けたCPD改良の指針とした.CPDテストチップとシンチレータを組み合わせたX線フォトンカウント受光素子を複数作成し、感度、エネルギー特性などの物理特性の計測を行った.同時に検出したX線を画像化する最適なプロセスを検討した.2022年度では,2021年度の基礎実験を基に最適化されたCPDと画像化プロセスを用いてCDMAM(Contrast-detail Mammography )ファントムやJRS推奨ファントム(ステップファントム)の撮像を行った.さらにフォトンカウント画像と従来型積分画像との系統立てた画質比較を実施するため、得られた特性を基にMTF(Modulation transfer function)や入出力特性について評価した.これらをフィードバックさせながら受光素子の構造、物理特性と画像変換プロセスを最適化した.
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Strategy for Future Research Activity |
2023年度は,同程度の画質による被曝低減の可能性を検証する。また、フォトンカウント画像と従来型積分画像により、従来の診断画像に近い画像と共にフォトン粒子をカウントすることでの物質弁別、物性評価などX線画像に新たな価値を見出すことが出来るデータの算出を行う. さらに、CPDは小型であるため画角の大型化させるための検討を行っていく.
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)