2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study on Multi-photon gamma-ray coincidence tomography
| Project/Area Number |
17H06159
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
高橋 浩之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70216753)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
百瀬 敏光 国際医療福祉大学, 医学部, 教授 (20219992)
羽場 宏光 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 室長 (60360624)
鎌田 圭 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (60639649)
島添 健次 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (70589340)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-05-31 – 2022-03-31
|
| Keywords | 高速シンチレータ / CMOS-SOI / コンプトンカメラ / 同時計数 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は高エネルギー分解能ピクセル検出器の研究として、東北大学において、高速・高分解能シンチレータであるCeBr3結晶アレイの作製を行った。一方、長期間の動作において潮解による特性変化が見られたためパッケージングについて改良を行っている。東京大学においては、SOI(Silicon on Insulator)技術を用いた電子飛跡精密計測カメラの開発研究を進め、15mm×25mmのシリコンチップについて、自己トリガで動作することを確認し、Am-241線源を用いた波高スペクトル取得に成功した。ガンマ線入射方向精密計測検出器の製作においては、SiPMアレイをシンチレータアレイと組み合わせたコンプトンカメラモジュールを8個製作し、DPECT(Double Photon Emission Computed Tomography)撮像システムを構築し、In-111から放出される171keV, 245keVの2光子同時計数を行い、画像を取得した。また、PET(Positron Emission Tomography)核種である、F-18とIn-111との分離を行い、DPECT撮像システムにおいては同時にPETの撮像も可能であることを示した。国際医療福祉大学と東京大学の協力により、有望な２光子放出核種である、In-111とLu-177の２種類の核種について同時DPECTイメージングを行い、２つの核種を分離して計測できることを示した。理化学研究所においては、理研AVFサイクロトロンにおいて候補となるK-43, Cr-48などの2光子放出核種の製造試験を行い、それらを用いたDPECT撮像システムによるイメージング試験を行った。さらに令和元年度に新たに考案したフォーカシングコリメータを用いた2光子RI顕微鏡を東京大学において構成・試験を行い、検出系を走査し画像の取得を行った。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
同時計数を複数ガンマ線光子放出核種に適用する多光子ガンマ線計測法は、我々が独自に考案した手法であり、また、多くの未知の可能性を秘めた全く新しい計測法である。これまでに多光子ガンマ線を放出し、医療用として適当な半減期を有する核種について探索を行った結果、K-43やCr-48などの新たな核種を見出した。また、これらの核種について理化学研究所において合成と分離を行い、それを用いた計測実験を進めた。イメージング装置開発においては、コンプトンカメラを用いてエネルギー情報から入射角度の情報を得る手法とコリメータを用いる手法の２つを試みている。コンプトンカメラを用いる手法では、高分解能のシンチレーション検出器である、CeBr3シンチレータアレイの開発を行い、高いエネルギー分解能とイメージング性能が得られた。また、シリコン半導体検出器では、SOI(Silicon On Insulator)プロセスを用いて高いエネルギー分解能と同時に反跳電子飛跡を計測するチップの製作を行い、検出器モジュールを組み上げた。２光子を放出する治療核種Lu-177についても同時計数を適用することで、治療時の高い線量への適用が可能と考えられ、実際にIn-111とLu-177を分離する実験を行い、良好な分離結果を得た。また、多光子放出核種においては、任意の方向にγ線が放出されるため、パラレルコリメータを２個適用して方向を同定し、再構成不要のイメージングが可能であることを実験的に示した。さらに、空間上の一点に焦点を有するようなコリメータに対して２光子同時計数を適用すると、焦点のみに感度をもちながら、検出感度を非常に高くすることができる。この検出系を走査することで関心領域近傍を高分解能にイメージング可能となるなど、多光子放出核種の応用に関してさまざまな可能性を見出した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
SOIの大面積型検出器を用いた電子飛跡精密計測カメラの開発を東京大学において進め、東北大学において製作したシンチレータアレイと組み合わせたモジュールの製作を進め、CeBr3アレイとSiPMアレイを組み合わせたコンプトンカメラモジュールを用いたDPECT撮像を実施し、ペプチド標識In-111マウスイメージングを国際医療福祉大学において行う。理化学研究所においては、候補として見出したK-43, Cr-48などの2光子放出核種の製造試験を行い、時間情報を用いた多核種撮像の実証を行う。さらに新たに考案したコリメータを用いた2光子RI顕微鏡については、焦点近傍を走査することで高空間分解能と高感度を両立させることが可能と考えられ、東京大学において実証試験を行い、実際に高い空間分解能が得られることを示し、有用性を明らかにする。
|
