2016 Fiscal Year Annual Research Report
ガンマ線を電流測定しエネルギー分布を得るホウ素中性子捕捉療法用SPECTの開発
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16H04632
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
神野 郁夫 京都大学, 工学研究科, 教授 (50234167)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
櫻井 良憲 京都大学, 原子炉実験所, 准教授 (20273534)
田中 浩基 京都大学, 原子炉実験所, 准教授 (70391274)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ホウ素中性子捕捉療法 / イメージング / エネルギー分解 / 電流測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
実験を行う予定であった京都大学原子炉実験所の研究炉は，福島第一原子力発電所事故後の安全審査のため，運転休止状態であった．このため，シミュレーション計算によって，頭部にB-10が局在したガンを検知できるかどうか，検討した．
頭部の直径を18cm，長さを20cmとし，中性子照射面(頭頂部)から5cmの位置に直径5cmのガン組織があるとした．ガン組織に含有されるB-10濃度を10～50ppmまで10ppm刻みで変化させた．また，ガン組織の周囲の正常組織のB-10濃度を10ppmとした．まず，モンテカルロシミュレーションコードPHITSを用いて，熱中性子を頭頂部に照射した際に，中性子入射方向から90度方向に発生するガンマ線エネルギースペクトルを計算した．次に，このガンマ線をTlBrの要素検出器5式からなるtransXend検出器で測定する過程についてシミュレーション計算を行った．TlBr素子の寸法は，5x5x10㎜である．ガンマ線によるエネルギー付与を計算し，その後，電流値に変換した．
一方で，5keVから2230keVまでの5keVごとの単色ガンマ線のTlBr素子へのエネルギー付与を計算した．これが要素検出器の応答関数となる．
しかし，測定対象のガンマ線のエネルギーが高いため，要素検出器間の応答関数の変化が大きくなかった．この問題を解決するため，ニューラルネットワークの教師データとして，B-10濃度が10～50ppmの10ppmごとの測定電流値を与え，学習させた．この手法により，教師データを再現することができた．
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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
京都大学原子炉実験所の研究炉が運転停止中であったため，実験を行うことができなかった．そのため，計算でB-10濃度のイメージングの可能性を検討するのみであったので，計画通りに研究が進展した，ということはできない．
先行した研究では，B-10が中性子反応を起こした際に生成されるLi-7から放出される478keVのガンマ線を測定するが，大量のバックグラウンドガンマ線が存在するなかで478keVガンマ線のエネルギーを測定することは，検出器の計数率の観点からも，非常に困難である．このため，厚いコリメータでガンマ線を遮蔽する必要がある．一方，本研究では，478keVガンマ線を含むすべてのガンマ線を電流として測定し，解析により478keVガンマ線の数を評価する．電流測定では計数率は無関係であるので，検出器を測定対象の近辺に設置することが可能である．また，本研究により，水由来の2.2MeVのガンマ線をも測定することが，478keVガンマ線数の評価に有効であることが分かった．
問題点として，ガン組織を直径5cmと設定したことがある．直径18cmの頭部のなかに，直径5cmのガン組織を含有するのは，想像しがたい．今後，直径2cmのガン組織の場合について，検出が可能か検討を行う．この場合，測定対象のガンマ線数が，2/5の3乗，つまり，6%となる．昨年度に開発した手法をさらに改良する必要があるのではないか，と考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年の秋には，京都大学研究炉が運転できる見通しである．実験としては，実際の治療施設ではなく，まずE3実験孔を用いる．E3実験孔では，バックグラウンドのガンマ線数が少ないが，同時に中性子数も低い．このため，B-10が中性子を吸収した際に放出されるガンマ線を電流測定することができない．そこで，E3実験孔では，ガンマ線をエネルギー測定し，測定結果を電流値に変換し，これをアンフォールディング解析する．
京大炉での実験の準備として，工学研究科においてCo-60標準線源を用い，TlBr素子でエネルギー測定を行う．測定結果を電流値に変換し，アンフォールディング法の研究を行う．これには，用いるTlBr素子数の検討も含める．
次に，E3実験孔にTlBr要素検出器をもつtransXend検出器を搬入し実験を行う．測定試料はB-10を含む水であり，まずB-10含有量が多い試料の測定および解析を行う．直径5cmの容器にB-10含有水を充填し，ガンマ線のエネルギー測定を行う．その後，試料容器を徐々に小さくし，同様の測定を行い，B-10濃度評価を行う．次に，B-10含有量がより少ない試料について，同様の測定および解析を行う．最終的には，B-10含有水を直径10cmの水領域の中にいれ，測定および解析を行い，解析法およびB-10濃度評価法の検討を行う．この際に，種々のコリメータを用いた実験も併せて行い，将来の治療場での測定に備える．
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