2019 Fiscal Year Research-status Report
Fundamental study on improvement of micro-angiography system using synchrotron radiation
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19K08136
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
兵藤 一行 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (60201729)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
徳永 千穂 埼玉医科大学, 医学部, 講師 (30451701)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 放射光 / X線イメージング / 血管造影 / 単色X線 / X線光学系 / 微小血管系 / 微小血管造影検査 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、Ｘ線イメージング検出器開発動向や放射光加速器の開発動向を考慮しながら、将来的な微小血管造影検査の臨床応用も考慮した放射光単色Ｘ線による微小血管造影検査に最適なＸ線光学素子の開発に関する知見を得ることを目的としている。今年度は、最新のＸ線光学素子に関する調査研究を実施するとともに、エネルギーが 33 keVから36 keVのＸ線検出に最適な蛍光体の種類、Ｘ線検出効率と目的とする画像の空間分解能を確保するための蛍光体の厚さについての調査研究を医学的観点からの必要性を考慮しながら実施した。この対象X線エネルギー範囲は、被写体内のX線吸収を画像コントラストとして表示する吸収コントラストイメージング法で描出する血管造影剤（ヨウ素が主成分）のK吸収端上側のX線エネルギーに相当する。また、画像の物理的特性（空間分解能、濃度分解能、時間分解能など）を定量的に評価するためのファントームの検討、製作を行った。このとき、特に目的とする血管系の血流や臓器の動きなどに対応して動態評価を定量的に行うためのファントームを検討した。これらのファントームは、放射光実験の特性により放射光実験ステーションに設置されている放射線防護用鉛板で囲まれた実験ハッチの外側から遠隔操作できるように工夫した。また、現在までにＮＨＫグループが開発してきた高感度ＨＡＲＰ検出器や最新のCMOSＸ線イメージング検出器を用いて今後のX線光学素子の開発に繋がる知見を得るための放射光利用テスト実験（ファントーム、小動物）を実施して今後の研究推進に繋がる知見を得ることができるとともに、データ解析用ソフトウェアの検討も実施した。
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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
高感度ＨＡＲＰ検出器や最新のCMOSＸ線イメージング検出器を利用した放射光利用テスト実験は、実験計画よりも少し早めにファントーム、小動物を対象として実施することができ、物理的観点、医学的観点から今後の研究推進に繋がる知見を得ることができた。また、微小血管造影検査の研究を推進している放射光ビームラインのひとつであるBL-14では、世界で唯一の縦偏光放射光を発生することができる挿入光源（縦型ウィグラー）からの放射光を利用している。このことにより、縦長の放射光単色X線を利用できて水平方向に機能する非対称反射X線光学素子を設置することで水平方向の放射光ビームサイズを拡大でき、微小血管系検査に必要な二次元照射面を得ることができる。このイメージングシステム配置でも放射光発光点での電子ビームサイズは相対的に垂直方向が小さいので、垂直方向の幾何学的な画像上のボケは小さく、利用する二次元照射面での垂直方向の空間分解能劣化に繋がらないことも大きな特長となっている。今回、微小血管造影検査に直接関わるこの物理的特性に関して、実験結果を論文としてまとめることができた。また、今回の調査研究では世界の医学界を牽引している施設のひとつであるハーバード大学系病院の放射線医学研究者とも意見交換を行うことができ、今後のより広い視点での研究推進に繋がると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、現在までの検討結果、実験結果を考慮してＸ線光学素子を試作する予定である。それを用いて各種ファントームによる定量的な画像評価実験、小動物を用いた医学的評価実験を放射光単色X線により実施することを計画している。利用するX線検出器はPILATUS検出器、Ｘ線CCD検出器、X線HARP検出器、X線CMOS検出器などを検討している。得られたX線画像から必要な情報を抽出するための画像処理アルゴリズム、ソフトウェアの開発および医学的観点からの画質評価は、引き続き、実施する予定である。現在、感染症対策のために大型放射光施設の加速器運転が中止になっている。今後、加速器運転が再開したら放射光単色Ｘ線を用いた実験研究を推進する予定だが、加速器運転の停止期間中は画像処理アルゴリズム、ソフトウェアの開発などを中心に研究を推進することを計画している。
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| Causes of Carryover |
年度途中で前倒し支払請求をさせていただきましたが、当該年度に予定していた調査研究が十分に達成できたとともにファントームの製作費用を節約することができて経費の一部を使用しなくて良い状況となり、改めて次年度に使用させていただくこととしました。次年度は当初の予定どおりにX線光学素子の試作や放射光利用実験研究、画像データの解析に関して研究を推進する予定です。
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