2020 Fiscal Year Research-status Report
Basic study of a partial-ring type PET-Compton hybrid imaging system
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20K12683
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
田島 英朗 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(定常) (70572907)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菅 幹生 千葉大学, フロンティア医工学センター, 准教授 (00294281)
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)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | PET / コンプトンイメージング / 画像再構成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
モンテカルロシミュレーションを実施し、提案する部分リング型PET・コンプトンハイブリッドイメージングの有効性検証、及び、装置を構成する検出器素材に関する検討を行った。その際、PETイベント（511 keVのγ線対の同時計数イベント）とコンプトンイベント（511 keVのγ線が散乱検出器で散乱し、外側の部分リングPET検出器で吸収されたイベント）を組み合わせて元の陽電子放出核種分布を推定可能なハイブリッド画像再構成法の開発を行った。
通常のPET装置は、トンネルのようなリング形状であるが、リングの一部を開放化した部分リング型装置は、その開放空間を用いて様々な応用が広がることが期待できる一方、測定可能なデータの方向が制限され、3Dイメージングには不完全な条件となるため、画像にアーチファクトと呼ばれる強い歪みが生じる。提案装置では、部分リング型のPET装置の内側に同じ方向を開放した部分リング型の散乱検出器を挿入し、外側の部分リングPET検出器を散乱検出器としても機能させ、PETとコンプトンイメージングを組み合わせることで、開放空間を保ちつつ、データの不完全性を補うことが可能である。
モンテカルロシミュレーションにより、装置を模擬した測定データを生成し、開発したハイブリッド画像再構成法を適用することで、アーチファクト低減効果を検証した。その結果、部分リング型PETだけでは生じてしまう歪みを、コンプトンイメージングの原理で測定されるコンプトンイベントを組み込んだハイブリッド再構成を行うことで補正でき、アーチファクトが大幅に低減できることが示された。
また、散乱検出器の素材として、半導体素材であるシリコンと、シンチレータ素材であるGAGGの比較を行ったところ、製造上の課題はこのされているものの、エネルギー分解能と散乱を起こす確率の高いシリコンが利用できば性能向上が期待できることが示唆された。
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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
シミュレーション検討の準備として、モンテカルロシミュレーションに必要なワークステーションと画像再構成の計算に必要なGPUボードの調達を行ったことで、装置を模擬した測定データの生成を効率的に行うことができた。また、ハイブリッド再構成法の実装及び検証を行った結果、従来の手法よりも効率的に、異なる性質を持つPETイベントとコンプトンイベントを組み合わせることが可能となった。
また、試作検出器の作成に必要な光検出器として、高分解能の半導体光検出器であるMPPCの調達を行った。そして、データ測定に必要な回路基板の設計と製造を完了した。
以上のことから、研究課題の進捗はおおむね順調に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の予定として、シンチレータの仕様決定、調達及び、これを利用した検出器試作を予定している。そして、測定して得られたパラメータを使用したシミュレーションを行い、試作検出器を用いた場合の装置性能の見積もりを行う。また、並行してシミュレーションにおける装置パラメータの更なる最適化を行う。
また、画像再構成法の更なる改善を行う。ハイブリッド再構成手法では、PETイベントとコンプトンイベントに対して、それぞれのイベントのみを用いて更新画像を生成し、加重平均を行うことで効率的に2種類のイベントを組み合わせることが可能となった。しかしながら、コンプトンイベントとPETイベントでは、性質が大きく異なるため収束性が異なっている。そこで、各反復で、同程度の収束性に揃えてから加重平均を行うことで、全体的な性能向上が見込めるのではないかと考えられる。具体的には、コンプトンイベントとPETイベントの収束性の違いを考慮し、全体反復の前にそれぞれのイベントのみを用いたサブ反復を行う方法が考えられる。そして各反復方法の最適化を行うことでより効果的な手法の開発を目指す。
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| Causes of Carryover |
まず、COVID-19によって旅費に計上した予算はすべて他の項目として使用するように計画を変更した。そして、年度の後半にシンチレータの調達を行う予定であったが、その前に、光検出器（MPPC)での測定を可能とするために、回路基板の設計と製造を行う必要があった。基板製造のコストは設計によって異なり、設計後の発注段階にならないと価格が決定しないため、必要な残高が残るかどうかはぎりぎりにならないとわからない。そのため、シンチレータの発注を次年度にし、回路製造の発注を確実に行えるようにした。結果的に製造コストは想定した最大価格よりも大きく下回ったため、次年度に使用可能な額が増え、調達するシンチレータへのバリエーションを増やす等の対応が可能となった。
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[Presentation] PET・コンプトンハイブリッド画像再構成の応用2020
Author(s)
田島 英朗 , 吉田 英治 , 仁科 匠 , 田久 創大 , 錦戸 文彦 , 菅 幹生 , 脇坂 秀克 , 高橋 美和子 , 永津 弘太郎 , 辻 厚至 , 鎌田 圭 , 吉川 彰 , Katia Parodi , 山谷 泰賀
Organizer
電子情報通信学会 JAMIT Frontier
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[Presentation] WGIコンプトン画像再構成におけるリング状検出器の効果の実験的検証2020
Author(s)
田島 英朗 , 吉田 英治 , 仁科 匠 , 菅 幹生 , 脇坂 秀克 , 高橋 美和子 , 永津 弘太郎 , 辻 厚至 , 鎌田 圭 , 吉川 彰 , Katia Parodi , 山谷 泰賀
Organizer
第81回応用物理学会秋季学術講演会
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