2021 Fiscal Year Research-status Report
狭角度域コンプトン非同時計数によるBNCT治療効果リアルタイム計測
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20K21164
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
宮丸 広幸 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80243187)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小嶋 崇夫 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70360047)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | BNCT / ガンマ線 / 非同時計数法 / シンチレーター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではがん治療法である“ほう素中性子捕捉療法”(BNCT)において治療効果のその場評価を行うために治療中の患部から発せられる478keVのガンマ線を測定対象として、リアルタイムに高感度に検出する新しい検出手法の開発を行っている。本課題では目的ガンマ線ピークに対して主たる妨害因子となる水素捕獲反応により生じる2.2MeVガンマ線のコンプトン連続部の低減を目的とした主、副の２つの検出器による非同時計数法の適用を提案している。また副検出器は、小角度に散乱したガンマ線のみを主な検出対象とするためシンチレーター形状が専用設計されている。今年度はモンテカルロ計算コードPHITSを用いて副検出器の形状配置の最適化計算を行い、また遮へい性能評価に関する実験を行った成果についてシンポジウムや学会等で報告を行った。臭化セリウムシンチレータを用いた主検出器において副次的に生じる511keV消滅ガンマ線ピークと478keVピークとの完全な分離は困難であり、511keVピークのテール部分が478keVのピーク計数にコンプトン連続部と同様に計数の不確定性を与えることが計算による評価で明かになった。このため特定角度の散乱線を選択的に測定することに的を絞った副検出器の設計配置を変更し主検出器内で生じる511keV消滅ガンマ線の除去も合わせて効果的に行うため副検出器を従来よりもより近く配置する方がよいことが明らかになった。
また、本研究で提案する検出法の成立条件として入射ガンマ線をコリメーターによって十分に絞り、主検出器の結晶軸に対して平行なガンマ線入射を得る必要がある。今年度は主検出器に対する遮へい効果の評価実験を行った。主検出器周辺には鉛しゃへい材を施し、人体に近い部分には鉄製の円板状遮へいを施すことで1MeV以下のエネルギーのガンマ線の遮へいが十分に行えることが実験的に明かになった。
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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
コロナ禍での物流やその他製品製作工程の遅れなどから主検出器である臭化セリウムシンチレーション検出器の調達に時間がかかったが次年度初頭に入手できることが分かった。また副検出器で用いられるヨウ化セシウムシンチレーターについては全量を入手できないものの、性能評価が可能な１面製作に十分な量を確保し、そのエネルギー分解能を評価する実験を既に行い、十分な性能を得ることが分かった。また、遮へい材の配置については既に鉄ブロックを中心とした体系を構築し、その遮へい性能を評価済みである。最後に副検出器の配置については主検出器の結晶サイズに依存するが、おおよそ１０ｃｍ長の長さがあれば小角に散乱するガンマ線を効率よく検出できることも明かになっており、今後の実機作成後に検証実験を行える状況まで到達しているため、進捗状況は順調である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策は大きく３つに分かれる。一つは検出対象のガンマ線を主検出器の結晶軸に対して平行に揃えるための遮へいコリメーターの最適化の最終調整である。これは既に鉄を主成分とするブロックにより構築済みであり、詳細な遮へい材配置の最適化を求めて今後標準線源を用いた実験により調整を行う予定である。電動モーターによる可動ステージ上の標準線源を配置し、左右に詳細に移動させ、遮へい性能を実験的に評価する。次に副検出器の製作であるが、現在既に幅４ｃｍで１０ｃｍ長さのヨウ化セシウムシンチレーターを板状形状に整形したものを作成済みであり、この特殊形状の検出器について今後エネルギー分析の関する性能評価を行う。この板状検出器を４つ作成し、主検出器を取り囲むように配置した状態を最終形状としている。最後に非同時計数回路の構築であり、副検出器の出力信号をまとめて２系統程にすることで回路を簡素化することを検討している。今後はこれら全てを統合し計測システムを完成し、その性能評価を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
主検出器として入手予定である比較的特殊なガンマ線検出器で高価な臭化セリウムシンチレーション検出器が世界的なコロナ蔓延による製品製作作業の遅れのため納品が遅延していることが主な原因である。
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