2016 Fiscal Year Annual Research Report
Towards New Fronties in High-resoluton 3-D Color Radiology Imaging
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15H05720
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
片岡 淳 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90334507)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
畑澤 順 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (70198745)
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| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 低被ばく多色X線CT / コンプトンカメラ / MPPC / 3次元画像再構成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
MPPCを用いた低被ばく・多色X線CTの開発を遂行し、従来のGOSシンチレータに変わるパルス計測システムを新たに開発した。既存CTの1/100程度の低線量で高コントラストの画像取得が可能なことを示し、またエネルギー弁別によりメタル・アーチファクトの軽減、K吸収端を利用した物質（造影剤に用いるヨウ素）の同定にも成功した。これらの成果はNIM-A誌に発表済みである(Morita et al. 2017)。さらに、多チャンネル化に向けて16chの高速専用アナログLSIを開発し、1次元ラインセンサーと組み合わせたイメージング実験を開始している。医療用ガンマ線イメージングにおいては、医療用に世界最小(5x5x10cm)、最軽量(580グラム)のコンプトンカメラを開発した(Kishimoto et al. 2017a, NIM-A)。同時に1次元ライン線源や2次元平面線源の詳細評価から画像再構成法を追及し、画像定量性を20%の精度まで高めることができた。大阪大学医学部において生体マウスを用いた初の臨床実験を行い、3種の異なる放射性薬剤投与した生体マウスのマルチアングル撮影を実施した。結果、131-I(365keV)は甲状腺に、85-Sr(514keV)は骨に、65-Zn(1116keV)は肝臓に集積する様子を3次元的に捉えることに成功した。本成果は次世代分子イメージングにむけ様々な創薬の可能性を拡げるものとしても期待され、Scientific Reports に掲載が決定されている (Kishimoto et al. 2017b, Scientific Reports)。最後に、コンプトンカメラを無線化し、ドローンに搭載することで10-20メートル上空から広域(直径70-100メートル)を一気に空撮する試みを行った。福島県浪江におけるフィールド試験は良好で、今後の展開が期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
低被ばくX線CTに関しては予定より早く多チャンネル化への挑戦を始めており、16チャンネルまでの1次元計測システムが組みあがりつつある。また、新規シンチレータについても概ね開発のメドが立っており、来年度はより大型のシステムへむけ開発を本格化する。コンプトンカメラは画像再構成の難しさから、得られた画像の定量性がしばしば問題となる。従って、マウス撮影も一度では成功しないことが予想されたが、各種形状の非密封線源を用いた事前のリハーサル評価、また大阪大学医学部スタッフによる綿密な計画・実施により、最小時間で最大の成果が得られ、4月にプレスリリースまで予定している。マウスの測定は、本来3－4年目に実施する予定であったが、大きな前進といえる。さらに、陽子線照射中のチェレンコフ発光の時間変化を解くことで、陽電子放出核種の断面積を正確に求める新たな手法を開発した。従来、断面積決定の困難さから陽子線治療時におけるシミュレーションと実測の乖離が問題となってきたが、本手法により極めて簡便に正確な断面積が得られることを確かめつつある。当初予定した即発ガンマ線の利用とも相補的な内容で、来年度以降、有用な成果が期待できる。環境計測においても、コンプトンカメラのドローン撮影が非常に迅速勝つスムーズに行われ、今後はGPS搭載をより高性能化して姿勢制御の向上を試みる。最後に、原子炉建屋や廃炉環境での高線量率測定は極めて難しいテーマであり、最終年度にでも挑戦することを予定していたが、本年度、60-Co照射施設や137-Cs 照射施設での検証により、1mSv/hから 680Sv/h までの極めて広い線量率下で画像取得に成功した。これらも予想外の成果であり、今後は多色シンチレータを用いた多色測定などにも挑戦する。
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| Strategy for Future Research Activity |
X線CTに関しては、16chの1次元ラインセンサを64chまで拡張し、さらには2次元8x8センサーユニットの開発を行う。アナログLSIもLTCC（低温焼成セラミック）化して面積サイズを最小とし、センサ部と合わせてモジュール化する。コンプトンカメラは既存のほかにもう一台、同様な装置を製作し、2台のコンプトンカメラの視差を利用した3次元ステレオ測定を行う。これにより、最終的には「人間の目に近い」ガンマ線カメラの構成を目指し、さらには測定時間を短縮化することで、マウス体内で分子トレーサーがどのように移動するか、その時間変化をも追随することを視野に入れたい。同時に、陽子線治療中に生ずる即発ガンマ線モニタの実現にむけ、4.4MeVガンマ線に特化した高エネルギー用コンプトンカメラ及び低エネルギー測定用の制動放射Ｘ線カメラを同時開発する。また、チェレンコフ光を用いたイメージング手法により511keVガンマ線の分布を正しく陽子線量分布に焼き直す、新規手法を開拓する。4.4MeVガンマ線は実験室環境での試験が難しく、兵庫県のNewSubaruなど新しいビームラインの利用も視野に入れている。これにより、100keV以下、511keV, 4.4MeVの三つの異なるプローブを、新しい陽子線オンラインモニタとして活用することを目指したい。環境計測においては、里山や森林など、福島県下でも除染が進んでいない地域に焦点をあて、ドローンを用いたフィールド計測を定期に続行する。また、JAEA（日本原子力研究開発機構）などと協力して、現在開発中の高線量用ガンマ線カメラを投入し、原子炉建屋内での実証試験などにも積極的に協力していきたい。
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