実用化に向けた高速粒子線CTの開発による粒子線治療の高度化と効率化

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H03656
• Research Institution: Kitasato University
• Principal Investigator: 川崎 健夫 北里大学, 理学部, 教授 (00323999)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 泉川 卓司 新潟大学, 研究推進機構, 准教授 (60282985)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 粒子線CT / シリコン検出器 / 粒子測定技術 / 高速データ処理 / 粒子線治療

Outline of Annual Research Achievements

平成27年度に調達した両面型SSDを使用するための測定器システムを構築した。まず、外来の電波ノイズを低減するためにSSDのシールドケースと固定冶具を製作した。SSD前面は物質量の少ないアルミ蒸着マイラーシートを用いた。また両面型SSDはn型半導体側に高電圧がかかるため、読み出し回路とSSDの間の電位差に対応し、AC成分のみを読み出すためのキャパシタボードを製作した。次に必要なチャンネル数の読み出し回路を整備した。27年度に作成したアンプ・シェイパー・ディスクリミネータボードを2枚使用し、同時に読み出すために、PC用FPGAボードも２枚同時にデータが読み出せるようにソフトウェアを改良した。
検出器と読み出しLSIボードを組み合わせて動作させた場合に起こる発振現象が起こることが深刻な問題となっていた。これを防ぐために、光アイソレータでデータ転送配線の容量を減らすことを試みたが、入力インピーダンスが小さいため、SSDで発生するノイズの影響が避けられず、発振を防ぐことができないことが判明した。別の方法として、入力インピーダンスの大きいCMOS-ロジックICを用いたバッファー回路を作成し、信号読み出しのタイミングで外部からトリガーを入力することによって解決することとして、テスト回路の製作と発振防止回路の設計を行った。FPGAボードの論理ロジックプログラム（ファームウェア―）を、チャンネル数が増えたことに対応できるよう改良を行った。現在の想定では、64チャンネルのストリップ中、同時に信号が発生するのは4-8チャンネル程度と考えられるため、信号の無いチャンネルの信号を削除するためのアルゴリズムを並列化して、データ処理に必要となる時間を短縮し、さらなる高速化に対応できるようにした。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

シリコン検出器の比較的大きな静電容量のために発振現象が起こることが判明した。もともと容量が小さいワイヤーチェンバー用のアンプLSIを用いていること、データ収集PCの入力までの距離が長いことが原因である。発振防止回路を設計・製作して対応する。

Strategy for Future Research Activity

発振防止回路を製作し、両面型SSDの読み出しのためのエレクトロニクス回路を整備する。
これまで、撮像のための物質量測定はカロリメータによって測定されるエネルギー情報のみから計算していたが、多重散乱角を統計的に処理することによって見積もることが可能であることが判明した。ハードウェアの開発と並行して、シミュレーションによって新しい画像再構成方法を検討する。