2020 Fiscal Year Final Research Report

Realization of Cherenkov PET with photon-electron hybrid detectors using transparent semiconductors

Research Project

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Project/Area Number	19K22942
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	Hitomi Keitaro 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60382660)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	錦戸文彦国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所先進核医学基盤研究部, 主任研究員(任常) (60367117) 山谷泰賀国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所先進核医学基盤研究部, グループリーダー(定常) (40392245) 金子純一北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90333624) 小野寺敏幸東北工業大学, 工学部, 准教授 (10620916) 野上光博東北大学, 工学研究科, 助手 (10847304)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2021-03-31
Keywords	チェレンコフPET / 半導体検出器 / 臭化タリウム / 塩化タリウム / ガンマ線
Outline of Final Research Achievements	Thallium bromo-chloride (TlBrCl) is a transparent semiconductor. TlBrCl crystals were grown by the traveling molten zone method using zone-purified materials in this study. Semiconductor detectors were fabricated from the TlBrCl crystals by evaporating electrodes on the crystals. A TlBr0.7Cl0.3 semiconductor detector exhibited an energy resolution of 6.4% full width at half maximum for 511-keV gamma rays at room temperature. A silicon photomultiplier (SiPM) was coupled optically to a TlBr0.3Cl0.7 semiconductor detector. The TlBr0.3Cl0.7 detector was irradiated with a 22Na gamma-ray source at room temperature. The gamma ray interacting with the detector material creates electron-hole pairs and Cherenkov photons simultaneously in the crystal. Simultaneous detection of the charge signal and the photon signal was achieved with the device in this study. The TlBrCl detectors are attractive for applications in positron emission tomography.
Free Research Field	放射線計測学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究では超高速・高位置分解能・高エネルギー分解能を有するPET(positron emission tomography)用のガンマ線検出器を実現するために、臭化タリウム(TlBr)結晶の透過率を塩化タリウム(TlCl)との混晶とする事により改善し、TlBrClハイブリッド検出器から電気信号とチェレンコフ光信号の同時取得に成功した。本研究の成果はPET装置の高度化に繋がるためにその社会的意義は大きい。さらに本研究で開発した検出器はPETのみならず、医学、工学、物理学など他分野への応用も期待できることからその学術的意義も大きいと考えられる。