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2015 Fiscal Year Research-status Report

コンプトンカメラ型PET装置の基礎的検討

Research Project

Project/Area Number 15K08708
Research InstitutionNational Institute of Radiological Sciences

Principal Investigator

吉田 英治  国立研究開発法人放射線医学総合研究所, 分子イメージング研究センター, 主任研究員 (50392246)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
KeywordsPET / コンプトンカメラ / 3次元検出器
Outline of Annual Research Achievements

PET検出器はバランスのとれた非常に高い性能を有しているが、コンプトンカメラの手法を取り入れてガンマ線の相互作用位置をトラッキングすることで更なる性能向上が可能である。また、PET検出器による高感度シングルガンマイメージングが実現できればイメージング装置として様々な応用が期待できる。本年度は散乱部と吸収部からなる3次元PET検出器を想定し、モンテカルロ・シミュレーションによって3次元PET検出器によるコンプトンカメラ型PET装置の仕様を検討することを目的とする。コンプトンカメラでは高いエネルギー分解能を必要とすることから、散乱部に6 mm厚の半導体検出器であるSi、吸収部に20 mm厚のGAGGシンチレータを想定した。吸収部のリング径を従来のPET装置と同等の80 cmとした。コンプトンカメラでは検出器が被験者に近いほど高い空間分解能が得られることから散乱部のリング径は40 cmから70 cmの可変とした。シミュレーションの結果からコンプトンカメラで利用出来る散乱部でコンプトン散乱し吸収部で光電吸収した事象(コンプトンカメラモード)はPETの同時計数事象(PETモード)に比べて倍近い検出効率が期待できることが分かった。次に逐次近似型の画像再構成をコンプトンカメラで利用出来る事象、PETで利用出来る同時計数事象それぞれに適用した結果、散乱部にSiを用い、40 cmのリング径の場合でコンプトンカメラの空間分解能は約5 mmであり、生体イメージングに十分利用可能な性能が期待できる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

コンプトンカメラ型PETの仕様を検討するためにモンテカルロ・シミュレーションを実施した。吸収部はGAGGシンチレータ(2.9 mm x 2.9 mm x 20 mm)を用いたリング径80 cmの検出器リングからなる。コンプトンカメラでは散乱部のリング径は被験者に近いほど高い空間分解能が得られることから散乱部のリング径は40 cmから70 cmの可変とした。 散乱部の検出器はGAGGシンチレータ(2.9 mm x 2.9 mm x 6 mm)とSi半導体検出器(0.5 mm x 0.5 mm x 6 mm)の2種類を検討した。本年度はコンプトンカメラモードとPETモードは分けて処理を行った。NEMAで規定された円柱ファントムを模擬した結果、PETモードに比べてコンプトンカメラモードは約2倍の感度が得られた。得られたデータに逐次近似型の画像再構成を適用し、点線源による分解能を評価した。PETの空間分解能は視野内で一様に約2 mmであった。一方でコンプトンカメラモードの空間分解能は線源位置及び散乱部のリング径に大きく依存した。線源が検出器に近く、散乱部のリング径が小さいほど高い空間分解能が得られた。散乱部にSi半導体検出器を用いてりんぐ径が40 cmの場合、約5 cmの最も良い空間分解能が得られた。GAGGを散乱部に用いた場合はSiに比べて3倍程度空間分解能が悪くなった。

Strategy for Future Research Activity

積層型トラッキング検出器のプロトタイプを開発する。吸収部は放医研で開発した4層DOI検出器の技術を用いることで開発にかかる時間を短縮する。今年度作成したモンテカルロ・シミュレータを用いてより効率的なデータ処理方法を検討する。また、コンプトンカメラモードとPETモードを融合した画像再構成法を開発する。

Causes of Carryover

モンテカルロ計算用ワークステーションを購入予定であったが、本年度は大規模演算を行わなかったので来年度に持ち越した

Expenditure Plan for Carryover Budget

モンテカルロ計算用ワークステーションを購入し、画像評価用の大規模データを生成する

  • Research Products

    (6 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] スタンフォード大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      スタンフォード大学
  • [Int'l Joint Research] ミュンヘン大学(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      ミュンヘン大学
  • [Presentation] Geant4 simulation study of a compton-PET imaging system using advanced 3D positioning detectors2016

    • Author(s)
      Jianyong Jiang, 吉田英治, 田島英朗, 篠原滉平, 菅幹生, 山谷泰賀
    • Organizer
      第111回日本医学物理学会学術大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2016-04-14 – 2016-04-17
  • [Presentation] 多層検出器を用いたコンプトンPETの実現可能性の検討2016

    • Author(s)
      篠原滉平, 菅幹生, 吉田英治, 田島英朗, Jiang Jianyong, Ahmed Abdella Mohammednur, 山谷泰賀
    • Organizer
      日本医用画像工学会 JAMITフロンティア2016
    • Place of Presentation
      那覇
    • Year and Date
      2016-01-19 – 2016-01-20
  • [Presentation] imulation Study of a DOI-Based PET-Compton Imaging System for Positron Emitters2015

    • Author(s)
      E. Yoshida, H. Tashima, C. S. Levin, K. Parodi, T. Yamaya
    • Organizer
      IEEE Nuc. Sci. Sympo. & Med. Imag. Conf
    • Place of Presentation
      San Diego, USA
    • Year and Date
      2015-10-01 – 2015-10-07
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高感度コンプトンPETに向けた基礎的検討2015

    • Author(s)
      吉田英治, 田島英朗,山谷泰賀
    • Organizer
      第110回日本医学物理学会学術大会
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2015-09-18 – 2015-09-20

URL: 

Published: 2017-01-06   Modified: 2022-01-24  

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