全方位3次元測距とガンマイメージングを融合した俯瞰画像下線源可視化・定量法の開発

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H00881
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 島添 健次 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任講師 (70589340)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高田 英治 富山高等専門学校, その他部局等, 教授 (00270885) ; 富田 英生 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (20432239) ; 田村 雄介 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40515798) ; 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) ; 石田 文彦 富山高等専門学校, その他部局等, 准教授 (20345432)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ガンマカメラ / TOF / シンチレーター

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、医用診断、環境モニリング、宇宙ガンマ線、核セキュリティなどの幅広い領域で必要とされるガンマ線定量可視化技術の理論的、実験的な手法の確立である。本目的達成のため新たな 3次元等方TOF (Time Of Flight)構造を有する球型カメラGRASPを開発し、本手法の実験的理論的検証を行う。3次元全方向に等方的感度を有する自己位置推定型のTOFガンマ線カメラの開発を行い、線量の定量化イメージングを目指す。具体的には、全方向に感度を有する新高速シンチレータを用いたガンマカメラの開発を行い、カメラの自己位置推定可能なロボット技術を用いて、配置された線源の定量イメージング実証試験を実施する。また4π方向からの撮像試験を行うことで理論的な定量手法論を構築し可視光ガンマ線融合画像を作成する。本年度は4π方向に等法感度を有するコンプトンガンマカメラを用いた、移動体ロボットをもちいた線源撮像試験を実施し、点線源にたいして線量定量化イメージを得た。また多チャンネル信号処理を実現するための50psの応答速度を持つASICの開発をおこなうとともに、高速のシンチレーターアレイの製作をおこなった。加えて可視光画像およびガンマカメラ画像を融合する手法の検証および画像再構成手法の検討、シミュレーションでの実証を実施した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究の目的は、医用診断、環境モニリング、宇宙ガンマ線、核セキュリティなどの幅広い領域で必要とされるガンマ線定量可視化技術の理論的、実験的な手法の確立である。本目的達成のため新たな 3次元等方TOF (Time Of Flight)構造を有する球型カメラGRASPを開発し、本手法の実験的理論的検証を行う。3次元全方向に等方的感度を有する自己位置推定型のTOFガンマ線カメラの開発を行い、線量の定量化イメージングを目指す。具体的には、全方向に感度を有する新高速シンチレータを用いたガンマカメラの開発を行い、カメラの自己位置推定可能なロボット技術を用いて、配置された線源の定量イメージング実証試験を実施する。また4π方向からの撮像試験を行うことで理論的な定量手法論を構築し可視光ガンマ線融合画像を作成する。本年度は4π方向に等法感度を有するコンプトンガンマカメラを用いた、移動体ロボットをもちいた線源撮像試験を実施し、点線源にたいして線量定量化イメージを得た。また多チャンネル信号処理を実現するための50psの応答速度を持つASICの開発をおこなうとともに、高速のシンチレーターアレイの製作をおこなった。加えて可視光画像およびガンマカメラ画像を融合する手法の検証および画像再構成手法の検討、シミュレーションでの実証を実施した。以上により順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

今後さらに4π等法感度を有するコンプトンカメラを用いた複雑な形状を有する線源のイメージングについても検証試験を実施していく予定である。さらに、可視光とガンマ線画像を融合するシステムを構築することでリアルタイムに近い画像再構成を目指す。球型カメラに関しては本年度開発をした高速のエネルギー、時間分解ASICおよびシンチレーターアレイを複数組み合わせたカメラのプロトタイプ開発を開始する。これによりTime Of Flight性能を用いた原理検証試験を実施する。

Research Products

• [Journal Article] Cong, Feiyun, et al. "Radioactive source recognition with moving Compton camera imaging robot using Geant4 (2020)
  • Author(s): Cong, F., Tamura, Y., Shimazoe, K., Takahashi, H., Ota, J., & Tong, S
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume: 953 Pages: 163108
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.nima.2019.163108
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Simulation study on SOI based electron tracking Compton camera using deep learning method (2020)
  • Author(s): Shimazoe, K., Toyoda, K., Uenomachi, M., Yoshihara, Y., Takahashi, H., & Takeda, A
  • Journal Title: Journal of Instrumentation Volume: 15(02) Pages: C02010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gamma-ray Source Identification by a Vehicle-mounted 4π Compton Imager (2020)
  • Author(s): H. Tomita, A. Mukai, K. Kanamori, K. Shimazoe, H. Woo, Y. Tamura, S. Hara, R. Terabayashi, M. Uenomachi, A. Nurrachman, H. Takahashi, H. Ebi, F. Ishida, E. Takada, J. Kawarabayashi, K. Tsuchiya, T. Iguchi
  • Journal Title: 2020 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII) Volume: 2020 Pages: 18-21
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Gamma-ray Source Identification by a Vehicle-mounted 4π Compton Imager (2020)
  • Author(s): H. Tomita, A. Mukai, K. Kanamori, K. Shimazoe, H. Woo, Y. Tamura, S. Hara, R. Terabayashi, M. Uenomachi, A. Nurrachman, H. Takahashi, H. Ebi, F. Ishida, E. Takada, J. Kawarabayashi, K. Tsuchiya, T. Iguchi
  • Organizer: SII 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] コンプトンガンマカメラの進展と活用 (2019)
  • Author(s): 島添 健次
  • Organizer: 次世代放射線シンポジウム2019
  • Invited
• [Presentation] Development of 3D imaging of radioactive source using 4π sensitive Compton gamma camera (2019)
  • Author(s): Kotaro Kanamori, Atsushi Mukai, Hideki Tomita, Kohei Uema, Tetsuo Iguchi, Tetsuya Shimoyama, Jun Kawarabayashi, Eiji Takada, Yusuke Oshima, Yuri Yoshihara, Kenji Shimazoe, Hiroyuki Takahashi, Hanwool Woo, Yusuke Tamura
  • Organizer: International Topical Workshop on Fukushima Decommissioning Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Compton Image Reconstruction on a Projection Sphere Pixelized by HEALPix (2019)
  • Author(s): Atsushi Mukai, Kotaro Kanamori, Hideki Tomita, Tetsuo Iguchi
  • Organizer: THE 10th INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON RADIATION SAFETY AND DETECTION Parkview Hotel, Taiyuan, China
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 全方向コンプトンイメージングに基づく放射線源可視化・定量法の開発 (1)隠匿された線源の可視化・定量に関する基礎検討 (2019)
  • Author(s): 向 篤志, 金森 滉太朗, 富田 英生, 海老 秀虎, 山岸 恵大, 石田 文彦, 高田 英治, 田村 雄介, 島添 健次, 原 真太朗, 井口 哲夫, 鎌田 圭, 土屋 兼一, 河原林 順
  • Organizer: 日本原子力学会2019秋の大会
• [Presentation] 全方向コンプトンカメラによる放射性物質探知手法の開発 (5) Origin Ensemble法を用いた 全方向イメージングによる線源推定 (2019)
  • Author(s): 金森 滉太朗, 向 篤志, 富田 英生, 原 真太朗, 海老 秀虎, 石田 文彦, 高田 英治, 島添 健次, 田村 雄介, 鎌田 圭, 土屋 兼一, 河原林 順, 井口 哲夫
  • Organizer: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] Development of Radioactive source identification by 4π Compton gamma imaging using origin ensemble algorithm (2019)
  • Author(s): Hideki Tomita, Kotaro Kanamori, Atsushi Mukai, Yusuke Oshima, Yuri Yoshihara, Kenji Shimazoe, Hiroyuki Takahashi, Hanwool Woo, Yusuke Tamura, Hidetake Ebi, Fumihiko Ishida, Eiji Takada, Jun Kawarabayashi, Ken'ichi Tsuchiya, Tetsuo Iguchi
  • Organizer: 2019 IEEE Nuclear Science Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 全方向コンプトンイメージングによる線源同定法の開発 (2019)
  • Author(s): 富田 英生
  • Organizer: Scintillator for Medical, Astroparticle and environmental Radiation Technologies (SMART2019)
  • Invited
• [Presentation] 全方向ガンマイメージングを用いた放射線源探知手法のための検出器移動アルゴリズムの開発 (2019)
  • Author(s): 原 真太朗, 向 篤志, 金森 滉太朗, 富田 英生, 井口 哲夫, 寺林 稜平, 河原林 順, 堀 順一 , 松本 哲郎, 島添 健次, 田村 雄介, 土屋 兼一, 高橋 浩之
  • Organizer: 日本原子力学会中部支部第51回研究発表会