レーザーコンプトン準単色X線マルチパルスの生成と動的医用イメージングへの応用

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20360043
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 山田 家和勝 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, 計測フロンティア研究部門, 副研究部門長 (70358258)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 豊川 弘之 産業技術総合研究所, 計測フロンティア研究部門, 主任研究員 (80357582) ; 黒田 隆之助 産業技術総合研究所, 計測フロンティア研究部門, 研究員 (70350428) ; 安本 正人 産業技術総合研究所, 計測フロンティア研究部門, 主任研究員 (60358207) ; 青山 隆彦 名古屋大学, 医学部, 教授 (80023307) ; 福山 直人 東海大学, 医学部, 准教授 (50349338)
• Keywords: 加速器 / 高出力レーザー / レーザーコンプトン散乱 / 単色X線 / 放射線 / 線量測定・評価 / 医用・生体画像 / 画像診断システム

Research Abstract

本研究課題は、X線医用イメージングで一般に用いられるX線管球に対して、単色性、エネルギー可変性、短パルス性、可干渉性等に高い優位性を持つ小型のレーザーコンプトン散乱(Laser Compton Scattering;LCS)X線発生装置の高性能化と、その微小血管造影やコントラストのつき難い軟組織の低被曝・高精細イメージングへの適用可能性を検証することを目的としている。
今年度は、LCS-X線の収量増加のため、マルチパルス・レーザーコンプトン散乱実験用再生増幅型Ti-Saレーザー共振器の設計を行い、その製作を進めた。本手法では、共振器内に10J(100mJx100パルス)のエネルギーを蓄積することを目標としているため、ミラー表面や増幅媒質内でのレーザー強度が高く、励起用レーザー強度の変動や光学コンポーネントの損傷閾値のばらつきがレーザー性能を大きく左右する。そのため、コンポーネント配置やミラーの曲率等について設計値を参考にしつつ実験的に決定する作業を行った。LCS集光点サイズ、空間モード、スペクトル等の詳細な測定は次年度に行う予定である。LCS衝突用マルチバンチ電子ビームに関しては、電子銃にCs_2Teフォトカソードを導入して100バンチ電子ビームの発生・加速実験を進めており、開発中のTi-Saレーザー共振器と組み合わせることによりX線収量の100倍の増強が期待できる。またLCS-X線を用いた低被曝・高精細医用イメージング実現に向けて、所外の研究分担者を交えて被曝線量測定に関する検討を開始するともに、イメージング実験について討論を行った。

Research Products

• [Journal Article] Laser-Compton X-rays for Medical and Industrial Imaging Studies (2009)
  • Author(s): 豊川弘之, 黒田隆之助, 安本正人, 池浦広美, 小池正記, 山田家和勝
  • Journal Title: Proceedings of the 4th INTERNATIONAL CONFERENCE ON LASER PROBING (LAP 2008) 1104 Pages: 126-131
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In-line phase-contrast imaging of a biological specimen using a compact laser-Compton scattering-based x-ray source (2008)
  • Author(s): 池浦広美, 黒田隆之助, 安本正人, 豊川弘之, 小池正記, 山田家和勝, 酒井文雄, 森浩一
  • Journal Title: Applied Physics Letters 92 Pages: 131107-1-131107-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 生体イメージングを目指した小型リニアックレーザーコンプトン散乱X線源の開発 (2008)
  • Author(s): 黒田隆之助, 豊川弘之, 安本正人, 池浦広美, 小池正記, 山田家和勝
  • Journal Title: 加速器 5巻2号 Pages: 137-143
• [Journal Article] DEVELOPMENT OF LASER SYSTEM FOR COMPACT LASER COMPTON SCATTERING X-RAY SOURCE (2008)
  • Author(s): 黒田隆之助, 豊川弘之, 安本正人, 池浦広美, 小池正記, 山田家和勝, 五輪智子, 増田明彦, 坂上和之, 鷲尾方一, 柏木茂, 中條晃伸, 酒井文雄
  • Journal Title: Proceedings of European Particle Accelerator Conference 2008 (EPAC08) Pages: 1878-1880
• [Journal Article] Development of Cs2Te photocathode RF gun system for compact THz SASE-FEL (2008)
  • Author(s): 黒田隆之助, 小川博嗣, 清紀弘, 豊川弘之, 渡辺一寿, 安本正人, 小池正記, 山田家和勝, 中條晃伸, 柳田達哉, 酒井文雄
  • Journal Title: NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH A593 Pages: 91-93
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 非破壊検査用レーザーコンプトン散乱準単色X線発生装置の開発と利用 (2008)
  • Author(s): 黒田隆之助, 豊川弘之, 安本正人, 池浦広美, 小池正記, 山田家和勝, 酒井文雄
  • Journal Title: 非破壊検査 57巻6号 Pages: 266-269
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] レーザーコンプトン散乱エックス線源の開発-単色性の高いエックス線の医学利用への展開- (2008)
  • Author(s): 黒田隆之助
  • Journal Title: 産総研 today 8巻11号 Pages: 23
• [Presentation] マルチ衝突レーザーコンプトン散乱硬X線発生装置におけるレーザー共振器の開発 (2009)
  • Author(s): 黒田隆之助, 豊川弘之, 安本正人, 池浦広美, 小池正記, 山田家和勝, 酒井文雄
  • Organizer: 日本物理学会第64回年次大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-03-28
• [Presentation] Development of advanced quantum radiation source based on S-band compact electron linac (2009)
  • Author(s): 黒田隆之助, 豊川弘之, 安本正人, 池浦広美, 清紀弘, 小川博嗣, 小池正記, 山田家和勝, 酒井文雄, 森浩一
  • Organizer: WEBA 2009 & Korea-Japan Joint Workshop
  • Place of Presentation: Daejeon, Korea
  • Year and Date: 2009-03-13
• [Presentation] 小型加速器を用いたレーザーコンプトン散乱X線源・コヒーレントテラヘルツ光源の開発 (2009)
  • Author(s): 黒田隆之助, 豊川弘之, 安本正人, 池浦広美, 清紀弘, 小川博嗣, 小池正記, 山田家和勝
  • Organizer: 第15回FELと High-Power Radiation 研究会
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2009-03-06
• [Presentation] レーザーコンプトン散乱X線源の開発とライフサイエンス研究への展開 (2009)
  • Author(s): 黒田隆之助, 豊川弘之, 安本正人, 池浦広美, 小池正記, 山田家和勝
  • Organizer: 産業技術総合研究所 計測フロンティア研究部門第5回シンポジウム
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2009-01-22
• [Presentation] 加速器における実用フォトカソード電子源とその応用 (2008)
  • Author(s): 黒田隆之助
  • Organizer: 第2回フォトカソード研究会
  • Place of Presentation: 和光
  • Year and Date: 2008-12-05
• [Presentation] 小型加速器を用いたレーザーコンプトン散乱X線源及びテラヘルツ光源の開発と応用 (2008)
  • Author(s): 黒田隆之助
  • Organizer: 第6回高周波電子銃研究会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2008-11-19
• [Presentation] Development of Quasi-Monochromatic Hard X-Ray Source via Laser Compton Scattering for Biological and Medical Imaging (2008)
  • Author(s): 黒田隆之助, 豊川弘之, 安本正人, 池浦広美, 小池正記, 山田家和勝, 酒井文雄, 森浩一
  • Organizer: Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference 2008 (NSS/MIC 2008)
  • Place of Presentation: Dresden, Germany
  • Year and Date: 2008-10-23
• [Presentation] LASER-COMPTON X-RAYS FOR MEDICAL AND INDUSTRIAL IMAGING STUDIES (2008)
  • Author(s): 豊川弘之, 黒田隆之助, 安本正人, 池浦広美, 小池正記, 山田家和勝
  • Organizer: The 4th International Conference on Laser Probing (LAP2008)
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2008-10-10
• [Presentation] Development of advanced quantum-beam sources and their applications as sophisticated imaging tools (2008)
  • Author(s): 山田家和勝, 黒田隆之助, 豊川弘之, 池浦広美, 安本正人, 清紀弘, 小川博嗣, 小池正記, 鈴木良一, 酒井文雄, 森浩一, 盛英三, 福山直人, 佐藤英一
  • Organizer: ICFA workshop"Compton Sources for X/γ Rays : Physics and Applications"
  • Place of Presentation: Alghero (Sardinia), Italy
  • Year and Date: 2008-09-09
• [Presentation] Recent Progress in Generation and Application of AIST Laser-Compton Gamma-ray Beam (2008)
  • Author(s): 豊川弘之, 黒田隆之助, 大島永康, 田中真人, 小池正記, 木野村淳, 小川博嗣, 清紀弘, 鈴木良一, 大平俊行, 後神進史, 芳原新也, 海堀岳史, 山田家和勝
  • Organizer: ICFA workshop"Compton Sources for X/γ Rays : Physics and Applications"
  • Place of Presentation: Alghero (Sardinia), Italy
  • Year and Date: 2008-09-09
• [Presentation] Development of Compact Hard X-ray Source via Laser Compton Scattering at AIST (2008)
  • Author(s): 黒田隆之助, 豊川弘之, 安本正人, 池浦広美, 小池正記, 山田家和勝, 柳田達哉, 中條晃伸, 酒井文雄, 森浩一
  • Organizer: ICFA workshop"Compton Sources for X/γ Rays : Physics and Applications"
  • Place of Presentation: Alghero (Sardinia), Italy
  • Year and Date: 2008-09-08
• [Presentation] X-ray imaging with laser-Compton scattering X-ray at AIST (2008)
  • Author(s): 安本正人, 黒田隆之助, 池浦広美, 豊川弘之, 清紀弘, 小川博嗣, 小池正記, 山田家和勝, 酒井文雄, 森浩一, 田村繁治
  • Organizer: 9th International Conference on X-Ray Microscopy
  • Place of Presentation: Zurich, Switzerland
  • Year and Date: 2008-07-23
• [Presentation] DEVELOPMENT OF LASER SYSTEM FOR COMPACT LASER COMPTON SCATTERING X-RAY SOURCE (2008)
  • Author(s): 黒田隆之助, 豊川弘之, 安本正人, 池浦広美, 小池正記, 山田家和勝, 五輪智子, 増田明彦, 坂上和之, 鷲尾方一, 柏木茂, 中條晃伸, 酒井文雄
  • Organizer: European Particle Accelerator Conference 2008 (EPAC08)
  • Place of Presentation: Genova, Italy
  • Year and Date: 2008-06-24