より実際的なビーム経路情報を組み込んだCT画像の代数的再構成法

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K12529
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 高梨 宇宙 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 研究員 (40646692)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩本 ちひろ 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 研究員 (50649770) ; 竹谷 篤 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 副チームリーダー (30222095) ; 田村 勝 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, チームリーダー (50370119)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 中性子イメージング / トモグラフィ / 画像再構成

Outline of Annual Research Achievements

CT撮像を行うには、X線や中性子、光などの光源と検出器の位置関係で決まるビーム経路の情報が重要である。撮像対象内の経路の情報をもとに画像再構成が行 われる。X線などの点光源と異なり、中性子源は無視できない大きさの面光源である。このため、必要となる経路の幾何学的配置を記述するシステム行列はより 複雑になる。画像再構成処理は、システム行列で表現される多元連立一次方程式を解くことで行われる。システム行列の特性の一つである列のランクは、最終的 に得られる断層画像の画素数、検出器画素数、撮像時に対象物を撮像する方向の数(投影数)と関係し、再構成計算における不定方程式の数にも関係し、最終的 に再構成断層画像の画質および定量に影響する。 また、特に大型の中性子発生源に比べ、発生中性子数の少ない小型中性子源を利用する場合、光源と撮像対象物、検出器の距離による中性子の減衰を抑えること が重要であるが、距離と光源のサイズ比で表すパラメータL/Dが小さくなる配置では画質の著しい低下を避けられなかった。 本交付申請時点で、対象とするシステム行列の幾何学的配置は、再構成する断面に限定したものであったが、上記のような状況に対して本申請における手法を3 次元的に拡張して適用することで、光源からの距離を極限的に短く配置できる可能性が見えてきた。これにより、小型中性源でも短時間で良好な画質のCT画像を 撮像できる可能性がある。
本年度は、理研で開発中の加速器中性子源を用いて、光源と検出器の距離をほぼゼロと見做せる設定において、画質評価に用いるチャート撮像による極短距離における中性子イメージングを行なった。また、従来のシステムで撮像対象としたサンプルの撮像を行ない比較検討を行なった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

中性子イメージングに関して分担研究者である国立研究開発法人理化学研究所光量子工学研究センター副チームリーダー竹谷篤の退職に伴う科研費申請資格の削除に伴い、本研究の継続に必要な技術の引き継ぎが発生した。このため、当初予定していた進捗よりも遅れが生じている。

Strategy for Future Research Activity

今年度に取得した極短距離の中性子イメージングデータに基づいて、CT画像再構成に必要となる中性子光学に基づくシステム行列の具体化を行う。また、極短距離CT撮像による定量的３次元再構成を試みる。

Causes of Carryover

中性子イメージングに関して分担研究者である国立研究開発法人理化学研究所光量子工学研究センター副チームリーダー竹谷篤の退職に伴う科研費申請資格の削除に伴い、想定していたイメージング実験に遅れが生じている。
本年度、本研究を継続するための技術的な引き継ぎを完了していることから、当初計画した実験を次年度に行う為に使用する。

Research Products

• [Presentation] Compact neutron systems RANS and novel mathematical algorithms to expand the possibilities of neutron CT (2022)
  • Author(s): Takaoki Takanashi and Yoshie Otake
  • Organizer: AMACEE2022/ATSA2022/LEA2022 Joint International Conference-WEB
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The Power of Mathematics in Biological Research (3D image by tomography) (2022)
  • Author(s): ６）Takaoki Takanashi
  • Organizer: Riken-Unistra Networking seminar“A potential interdisciplinary project between mathematics and immunology”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 理研小型中性子源を用いたイメージング技術の開発 (2022)
  • Author(s): 高梨宇宙
  • Organizer: 日本物理学会第７７回年次大会 領域１,実験核物理領域シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 散ラドン変換の厳密解による熱中性子トモグラフィ画像の再構成 (2022)
  • Author(s): 高梨宇宙、竹谷篤、横田秀夫、大竹淑恵
  • Organizer: 日本信頼性学会 第30回春季信頼性シンポジウム
• [Presentation] Thermal neutron CT image reconstruction based on the exact solution of the discrete Radon transformation (2022)
  • Author(s): Takaoki Takanashi, Atsushi Taketani, Hideo Yokota, Yoshie Otake
  • Organizer: UCANS9 international symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 離散ラドン変換の厳密解に基づく CT 画像再構成法 とそのセグメンテーション処理に対する有効性 (2022)
  • Author(s): 高梨宇宙、田村 勝、澁谷仁寿
  • Organizer: 第 13 回 放射線による非破壊評価シンポジウム
• [Presentation] 理研小型中世資源における計測技術開発-CT再構成の新アルゴリズム・中性子回折計高度化- (2022)
  • Author(s): 高梨宇宙，岩本ちひろ，高村正人, 野田茂穂，福地知則，田村勝, 徐平光, 栗原諒, 上野孝太, 片岡美波, 山本和善, 菖蒲敬久, 高橋進, 鈴木進補, 大竹淑恵
  • Organizer: 第10回「光量子工学研究」－ポストコロナ時代の新しい光科学