新しい半導体検出器を用いた大視野汎用型SPECTの開発に向けた基礎研究

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K09008
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 長野 宣道 東北大学, 工学研究科, 助教 (60757673)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河村 誠治 純真学園大学, 放射線技術科学科, 教授 (00617350) ; 人見 啓太朗 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60382660)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 核医学 / ＳＰＥＣＴ / 半導体検出器 / 臭化タリウム検出器 / マルチピクセル検出器 / 高エネルギー分解能

Outline of Annual Research Achievements

近年、日本では核医学の単光子放射コンピュータ断層撮影（Single photon emission computed tomography；SPECT)に、空間分解能やエネルギー分解能の良い半導体を用いた装置が登場した。しかしこの装置に使用されている半導体は現時点ではテルル化亜鉛カドミウム（Cadmium Zinc Telluride；CdZnTe）の一種類しかなく、検出器も小面積で非常に高価なものとなっている。そのため、装置自体も高額なものとなり心臓専用の機種にとどまっている。
本研究ではこのCdZnTe検出器に変わる新しい半導体検出器として、安価で高感度・高分解能な検出器を製作することが可能な臭化タリウム（TlBr）を用いて、心臓以外の部位の検査にも応用できる大視野汎用型SPECT装置の検出器の開発を目指している。
平成２８年度の研究計画では、高純度（高性能）結晶の精製と検出器の製作に重点を置いて研究を進めてきた。この課題を解決するために結晶をの精製し、また分解能を向上させるために陽極電極のスモールピクセル化を試みた。今回製作した検出器の陽極には１平方ミリメートル の画素電極を３×３で９ピクセル、マトリックス状に配列した。
この検出器について、高純度・高性能の目安となるエネルギー分解能について評価・検討した結果、９つのピクセル電極のなかで最高のエネルギー分解能は６．３８％（半値幅）、９つの陽極の平均エネルギー分解能では８．１８％（半値幅）という結果を得た。この成果は最終的な本研究の目標である検出器面積１０平方ミリメートル以上で１電極サイズ２平方ミリメートル以下を実現させるための過程として十分な結果を得ることができた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の研究計画通り、順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

１年目で得られた知見を基に検出器面積を１０平方ミリメートルまで拡大した検出器を製作し、検出器の分解能を向上させるために検出器から増幅器までの回路設計等も考慮し検出信号中に含まれるノイズを減らす工夫など、検出器の構造とは別の角度から検討する。
次に、本研究の成果を試すために複数の密封標準線源からの信号計測実験を実施する。最終的には実際に臨床で使用されている核種のエネルギーに近いコバルト５７（57Co:122keV）について、エネルギー分解能５％以下の実現を目指す予定である。またこの実験と平行して、検出器を一次元方向に動かして複数の密封標準線源からの同時計測実験を実施し、検出器に対するコリメータ形状や散乱線の影響、画像再構成方法についても検討していく予定である。

Causes of Carryover

次年度の使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことにより発生した未使用額である。

Expenditure Plan for Carryover Budget

平成２９年度の請求額と合わせて、平成２９年度の研究推進に使用する予定である。

Research Products

• [Presentation] 新しいSPECT用半導体検出器の安定性評価 (2016)
  • Author(s): 長野宣道, 人見啓太朗, 河村誠治, 小野寺敏幸, 伊藤辰也, 金聖潤, 石井慶造
  • Organizer: 日本放射線技術学会 第44回秋季学術大会
  • Place of Presentation: ソニックシティ 埼玉県さいたま市大宮区桜木町１－７－５
  • Year and Date: 2016-10-13 – 2016-10-15