Investigation of a gamma-ray Compton camera for visualizing dose distribution during proton therapy

• Project/Area Number: 23K28455
• Project/Area Number (Other): 23H03767 (2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90130:Medical systems-related; Basic Section 90140:Medical technology assessment-related; Sections That Are Subject to Joint Review: Basic Section90130:Medical systems-related , Basic Section90140:Medical technology assessment-related
• Research Institution: Kitasato University
• Principal Investigator: 村石 浩 北里大学, 医療衛生学部, 教授 (00365181)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 片桐 秀明 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 准教授 (50402764) ; 加賀谷 美佳 仙台高等専門学校, 総合工学科, 助教 (10783467) ; 渡辺 宝 北里大学, 医療衛生学部, 助教 (40974671) ; 加納 大輔 国立研究開発法人国立がん研究センター, 東病院, 薬剤師 (70392347) ; 渡邉 祐介 北里大学, 医療衛生学部, 准教授 (90582742) ; 石山 博條 北里大学, 医学部, 教授 (60343076) ; 榎本 良治 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (80183755)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000); Fiscal Year 2026: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2025: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2024: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2023: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 陽子線治療 / コンプトンカメラ / 放射線計測学 / 画像情報工学 / 放射線医学物理学

Outline of Research at the Start

本申請課題では、陽子線治療におけるQA・QCの抜本的な向上を目的として、陽子線治療中の体内線量分布のリアルタイム可視化に特化したγ線可視化技術の開拓に挑む。ここでは、新たに「4.4MeVγ線に特化した3hit型γ線コンプトンカメラ技術」を提案し、本期間内に
・我々が提案する新手法の原理実証のための実証試験
・プロトタイプ検出器の製作
・陽子線治療施設におけるファントムを用いた実施試験
を順次遂行することで、本技術の将来的な臨床応用への可能性について実験的評価を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、陽子線治療におけるQA・QCの抜本的な向上を目的として、陽子線治療中の体内線量分布のリアルタイム可視化に特化したγ線可視化技術の開拓を独自に遂行中である。具体的には、4.4MeVγ線に特化した3hit型γ線コンプトンカメラ技術を新たに提案し、本期間内に原理実証実験、及びプロトタイプ検出器の製作を順次遂行予定である。初年度（2023年度）においては、KEK Open-itコンソーシアムによる協力のもとで、コンプトンカメラに特化した新たなADC-SiTCP基盤(NetWavetizer-40)の開発を遂行した。本基盤は、FPGA(Field-Programmable Gate Array)を採用し、32chの差動アナログ信号のAD変換、トリガーロジックの設定、及びネットワークによるデータ転送を可能とし、更に、高精度基準信号分配技術(MIKUMARI)を用いることで複数ボードの同期が可能となりセンサーの多チャンネル化に対応可能である。ハードウエアの製作を終え、現在、アナログ信号の読み出し方法やトリガーロジックを設定するためのソフトウエアの開発を遂行中である。本基盤の開発状況については、日本保健物理学会第56回研究発表会、第71回応用物理学会春季学術講演会において演題発表を行った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

初年度においては、ADC-SiTCP基板の製作、及び本基盤を動作させるためのソフトウェア開発に専念したため、当初予定していた3hitコンプトンカメラの原理実証試験については準備段階にとどまった。

Strategy for Future Research Activity

現在開発を行っているADC-SiTCP基板のソフトウェア開発が軌道に乗り次第、今回我々が提案する3hitコンプトンカメラの原理実証実験を順次遂行する。この実証試験結果を学会等で公表する前に、今回のアイデアについて特許の申請を計画中である。

Research Products

• [Presentation] 回転機能付き全方向コンプトンカメラの性能評価、及び環境γ線モニタリングへの応用 (2024)
  • Author(s): 溝口孝大, 村石 浩, 榎本良治, 片桐秀明, 加賀谷美佳, 渡辺 宝, 塚本ひか, 福本仁也, 加納大輔, 本多良太郎, 庄子正剛, 田中真伸
  • Organizer: 第71回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 回転機能付き全方向コンプトンカメラによる高感度環境ガンマ線イメージング (2023)
  • Author(s): 溝口孝大、村石 浩、榎本良治、片桐秀明、加賀谷美佳、渡辺 宝、塚本ひかり、福本仁也、加納大輔、本多良太郎、庄司正剛、田中真伸
  • Organizer: 日本保健物理学会第56回研究発表会