2023 Fiscal Year Annual Research Report
Study on higher-order imaging method based on double photon coincidence counting using correlation in multidimensional space
Project/Area Number |
22H04961
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
高橋 浩之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70216753)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
百瀬 敏光 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 客員研究員 (20219992)
関野 正樹 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20401036)
羽場 宏光 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 室長 (60360624)
鎌田 圭 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (60639649)
島添 健次 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70589340)
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Project Period (FY) |
2022-04-27 – 2026-03-31
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Keywords | ガンマ線 / 同時計数 / 時間幅信号処理 / MRI / DPECT |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、時間・空間・電磁場の多次元空間における高次相関を利用して、トレーサーとなる放射性核種の量・それらの置かれた環境についての局所情報を得ることを目指し、DPECT撮像システムを製作し、外部磁場発生・共鳴用のRF発生装置を組み込み、DPE-MRIを構築する。そこでIn-111等の放射性核種の核磁気共鳴・核スピン緩和時間を利用し、局所的な環境に関する情報、具体的には対象核種周辺の電場の強さ、化学状態、生体深部でのpH等の情報を得るものである。5つのサブテーマを設定し研究を進め、本年度は次の成果を得た。1) 磁場環境下コリメータ一体型シンチレータ開発:コリメータ一体型シンチレータとして、磁場に不感な金属としてタングステンを選択し、高さ30mmのタングステンコリメータ内にシンチレータを配置した構造のパラレルホール型のシンチレータモジュールを設計し、製作した。2) 画像再構成不要二光子イメージングとDPEシステム構築:パラレルホールコリメータとスリットコリメータの2種類のコリメータを組み合わせた測定系を組み上げて、マイクロチューブの測定を行い、空間分解能として、5.5 mmの値が得られ、パラレルホールコリメータ・パラレルホールコリメータの組み合わせで得られる空間分解能と同等の値となった。また1.5 Tまでの強磁場中での動作の実証も行った。3) DPE-MRI電磁場設計・製作と緩和時間計測:超常磁性酸化鉄ナノ粒子を用いた実験により、世界で初めてIn-111を用いたT2緩和時間の測定に取り組み、原理実証に成功した。4) DPE-MRI放射性核種の探索と合成: Yb-169の合成と精製を進めるとともに、新たに見出した陽電子放出核種の合成に成功した。5) DPE-MRIシステム評価:DPE-MRIシステムの評価を行うためのファントムの製作を行った。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究は順調に進展しており、当初期待していた以上の成果が見込まれると考えている。原理実証の点では、2つのガンマ線光子の相関に注目し、平面コリメータと直線コリメータの2種類のコリメータを用いた計測を行い、検出器で測定された2個のガンマ線から平面と直線の交点として放出されたRIの位置を求めるという、画像再構成不要のイメージング法を開発し、実際にIn-111とLu-177を用い、画像再構成不要のイメージングに成功し、位置分解能として、5 mm強の値が得られた。また、In-111とLu-177という2種の異なる核種の同時測定を行い、エネルギー情報を用いて、これら2種の核種を分離し、独立に評価することが可能であることを示した。 MRIとRIのイメージング原理の融合においては、横緩和時間の計測を磁性ナノ粒子を用いて実験的に評価し、核種In-111を用いて、磁性ナノ粒子の量が増えると横緩和時間が短くなるという結果が得られた。これは核種In-111を用いたf-MRIの可能性を拓く結果であるが、当初は令和6年度に実施する予定であった成果を既に先行して実現した。さらに、核種の製造においては、当初想定していなかった核種としてTe-118の開発に成功した。これを用いて抗体やペプチドを標識することにより、体内動態を長期にわたって、PETの高い画質で計測することを可能とするため、セラノスティクスにおいて大変有用な核種となるものであると期待される。この核種の利用については抗体関連の研究者を必要とし、本研究の対象範囲を超えるものであるため、現在、本研究とは別に研究計画をたてることを検討中である。
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Strategy for Future Research Activity |
今後は次のように研究を推進していく予定である。 コリメータ一体型のシンチレータについてはYAPシンチレータを封止した構造のシンチレータを製作し、高分解能システムの実現に向けた開発を行う。検出器システムについては、コリメータ一体型シンチレータと組み合わせて、2 mm 分解能の全体システムの構築を行い、その後、0.8 mm分解能システムの基本設計とシステム構築を行い、磁場中で動作させる。緩和時間計測については、RFパルスを照射する機構を装置に導入することによって核スピンをマニピュレーションして、T1緩和時間の計測を行う予定である。本原理検証については、3 mm分解能のシステムを用いて実施する。緩和時間計測における磁場配置・RFの最適化を図り、マウスを用いた実験系の設計を行い、実験を実施する予定である。核種合成については、これまでに合成に成功したYb-169に加えて、Cu-67などの合成に取り組むとともに、新たな候補核種の探索を行いながら、新規核種の分離精製法の改良を続ける。なお、新規に見出したTe-118については、別途、研究体制を構築して実施することを検討している。ファントムについては、2 ㎜分解能システムの試験評価、0.8 mm分解能システムを用いた評価実験を実施する予定である。 最終的には以上の成果をとりまとめて、全体報告書を作成する予定である。
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[Journal Article] First Study of the PIKACHU Project: Development and Evaluation of High-Purity Gd3Ga3Al2O12:Ce Crystals for 160Gd Double Beta Decay Search2024
Author(s)
Takumi Omori, Takashi Iida, Azusa Gando, Keishi Hosokawa, Kei Kamada, Keita Mizukoshi, Yasuhiro Shoji, Masao Yoshino, Ken-Ichi Fushimi, Hisanori Suzuki, Kotaro Takahashi
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Journal Title
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Study on magnetic field and pH response with angular correlation measurement of Yb-169 for double photon coincidence imaging2023
Author(s)
B. Feng, K. Shimazoe, D. Kim, Y. Shigekawa, A. Nambu, H. Haba, H. Mohammad, Q. Zhu, M. Uenomachi, H. Tomita, H. Takahashi
Organizer
13th International "Hiroshima" Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD13)
Int'l Joint Research
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[Presentation] アルファ線核医学治療用アスタチン-211の大規模製造装置の開発2023
Author(s)
安良田寛, 栗原嵩司, 中村伸悟, 佐藤望, 殷小杰, 南部明弘, 重河優大, 金山洋介, 荒井秀幸, 長澤 豊, 羽場宏光
Organizer
日本放射化学討論会第67回討論会
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[Presentation] Study on magnetic field and pH response with angular correlation measurement of Yb-169 for double photon coincidence imaging2023
Author(s)
Boyu Feng, Kenji Shimazoe, Donghwan Kim, Yudai Shigekawa, Akihiro Nambu, Hiromitsu Haba, Hamdan Mohammad, Qinghong Zhu, Mizuki Uenomachi, Hideki Tomita, Hiroyuki Takahashi
Organizer
13th International "Hiroshima" Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD13)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Relationship of Single Crystal Growth and Luminescence Properties of Cr-dopedGadolinium Gallium Garnet Crystals for Radiation Dose-Rate Monitoring Systems2023
Author(s)
Daisuke. Matsukura, Shunsuke. Kurosawa, Akihiro. Yamaji, Yuji. Ohashi,Yuui. Yokota, Kei. Kamada, Hiroki. Sato, Satoshi. Toyoda, Masao. Yoshino, Takashi. Hanada, Rikito. Murakami, Takahiko. Horiai, Akira. Yoshikawa
Organizer
The International Conference on Crystal Growth and Epitaxy-ICCGE-20
Int'l Joint Research
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[Presentation] Growth of Mg 2 Si thermoelectric crystals with eutectic morphology by unidirectional solidification(Oral)2023
Author(s)
Naomoto Hayashi, Yuui Yokota, Takahiko Horiai, Masao Yoshino, Akihiro Yamaji, Rikito Murakami, Takashi Hanada, Hiroki Sato, Yuji Ohashi, Shunsuke Kurosawa, Kei Kamada, Akira Yoshikawa
Organizer
The International Conference on Crystal Growth and Epitaxy-ICCGE-20
Int'l Joint Research
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[Presentation] Oxide Crystal growth from Cold Crucible;Ce doped Gd 3 (Al,Ga) 5 O 12 and β-Ga 2 O 3 as examples. (Oral)2023
Author(s)
Akira Yoshikawa, Isao Takahash, Vladimir Kochurikhin, Taketoshi Tomida, Takahiko Horiai, Masao Yoshino, Rikito Murakami, Yasuhiro Shoji, Kei Kamada, Koichi Kakimoto
Organizer
The International Conference on Crystal Growth and Epitaxy-ICCGE-20
Int'l Joint Research
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[Presentation] Investigation of the phase diagram of the CsI-LiBr system and fabrication of the eutectic scintillator for thermal neutron detection(Oral)2023
Author(s)
Rei Sasaki, Kei Kamada, Masao Yoshino, Kyoung Jin Kim, Rikito Murakami, Takahiko Horiai, Akihiro Yamaji, Shunsuke Kurosawa, Yuui Yokota, Hiroki Sato, Yuji Ohashi, Takashi Hanada, Akira Yoshikawa
Organizer
The International Conference on Crystal Growth and Epitaxy-ICCGE-20
Int'l Joint Research
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[Presentation] Composition Dependence of Resistivity of Ru-Mo-W ternary system and single crystal wire growth by the dewetting micro-pulling-down method(Oral)2023
Author(s)
Kotaro Yonemura, Rikito Murakami, Shiika Itoi, Kei Kamada, Takahiko Horiai, Takashi Hanada, Akihiro Yamaji, Masao Yoshino, Hiroki Sato, Yuji Ohashi, Shunsuke Kurosawa, Yuui Yokota, and Akira Yoshikawa
Organizer
Development of Materials Science in Research and Education
Int'l Joint Research
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[Presentation] Crystal Growth and Optical Properties of Ce-doped (Y, Tb)3Al2Ga3O12 and (Gd, Tb)3Al2Ga3O12 Scintillators(Oral)2023
Author(s)
Kazuya Omuro, Masao Yoshino, Kei Kamada, Kyoung Jin Kim, Takahiko Horiai, Rikito Murakami, Akihiro Yamaji, Takashi Hanada, Yuui Yokota, Shunsuke Kurosawa, Yuji Ohashi, Hiroki Sato, and Akira Yoshikawa
Organizer
Development of Materials Science in Research and Education
Int'l Joint Research
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[Presentation] Crystal growth of Eu-doped (Y, Lu)ScO3 by micro-pulling-down method using W crucible(Oral)2023
Author(s)
Yuka Abe, Takahiko Horiai, Yuui Yokota, Masao Yoshino, Rikito Murakami, Takashi Hanada, Akihiro Yamaji, Hiroki Sato, Yuji Ohashi, Shunsuke Kurosawa, Kei Kamada, and Akira Yoshikawa
Organizer
Development of Materials Science in Research and Education
Int'l Joint Research
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[Presentation] Development of Red-Light Oxide-Scintillators and Evaluation of the Dose Rate Monitoring System for the Decommissioning(Oral)2023
Author(s)
D. Matsukura, S. Kurosawa, A. Yamaji, Y. Ohashi, Y. Yokota, K. Kamada, H. Sato, M. Yoshino, T. Hanada, R. Murakami, T. Horiai, A. Yoshikawa, H. Tanaka, T. Takata
Organizer
2023 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference
Int'l Joint Research
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[Presentation] Development of the 4th Whole Gamma Imaging Prototype for 89Zr Mouse Imaging Demonstration (Poster)2023
Author(s)
G. Akamatsu, E. Yoshida, S. Ito, H. Tashima, H. G. Kang, S. Takyu, F. Nishikido, F. Obata, M. Kiyokawa, H. Wakizaka, K.J. Kim, K. Kamada, A. Yoshikawa, M. Takahashi, T. Yamaya
Organizer
2023 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference
Int'l Joint Research
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[Presentation] Development of a GAGG prompt gamma camera and simultaneous imaging with prompt X-rays during irradiation by proton beams at clinical dose level(Poster)2023
Author(s)
S. Yamamoto, T. Yamashita, Y. Kobashi, T. Yabe, K. Nakanishi, T. Akagi, M. Yamaguchi, N. Kawachi, K. Kamada, A. Yoshikawa, J. Kataoka
Organizer
2023 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference
Int'l Joint Research
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[Presentation] Fabrication and evaluation of LiCl/Rb2CeCl5 scintillator for thermal neutron detection(Oral)2023
Author(s)
Rei Sasaki, Kei Kamada, Ryuga Yajima, Kyoung Jin Kim, Naoko Kutsuzawa, Masao Yoshino Rikito Murakami, Takahiko Horiai, Akihiro Yamaji, Shunsuke Kurosawa, Yuui Yokota, Hiroki Sato, Satoshi Toyoda, Yuji Ohashi, Takashi Hanada, Vladimir. V. Kochurikhin and Akira Yoshikawa
Organizer
Directionally Solidified Eutectics Conference
Int'l Joint Research
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[Presentation] Growth and scintillation properties of LaCl3/6LiCl /SrCl2 ternary eutectic for thermal neutron detection(Oral)2023
Author(s)
Rei Sasaki, Kei Kamada, Ryuga Yajima, Kyoung Jin Kim, Naoko Kutsuzawa, Masao Yoshino Rikito Murakami, Takahiko Horiai, Akihiro Yamaji, Shunsuke Kurosawa, Yuui Yokota, Hiroki Sato, Satoshi Toyoda, Yuji Ohashi, Takashi Hanada, Vladimir. V. Kochurikhin and Akira Yoshikawa
Organizer
9th International Symposium on Optical Materials (IS-OM'9)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Daisuke Matsukura, Masao Yoshino Rikito Murakami, Takahiko Horiai, Akihiro Yamaji, Shunsuke Kurosawa, Yuui Yokota, Hiroki Sato, Satoshi Toyoda, Yuji Ohashi, Takashi Hanada, Kei Kamada and Akira Yoshikawa2023
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[Presentation] Crystal Growth and Optical Properties of Ce-doped (Gd, Y, Tb)3Ga3Al2O12 Scintillators for X-ray Imaging, (Poster)2023
Author(s)
Kazuya Omuro, Kyoung Jin Kim, Masao Yoshino Rikito Murakami, Takahiko Horiai, Akihiro Yamaji, Shunsuke Kurosawa, Yuui Yokota, Hiroki Sato, Satoshi Toyoda, Yuji Ohashi, Takashi Hanada, Kei Kamada and Akira Yoshikawa
Organizer
9th International Symposium on Optical Materials (IS-OM'9)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Optical and Scintillation Properties of Pr3+ -Doped (La, Y)2Si2O7 Single Crystals(Poster)2023
Author(s)
Yuka Abe, Masao Yoshino Rikito Murakami, Takahiko Horiai, Akihiro Yamaji, Shunsuke Kurosawa, Yuui Yokota, Hiroki Sato, Satoshi Toyoda, Yuji Ohashi, Takashi Hanada, Kei Kamada and Akira Yoshikawa
Organizer
9th International Symposium on Optical Materials (IS-OM'9)
Int'l Joint Research
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[Patent(Industrial Property Rights)] 結晶成長方法および装置2022
Inventor(s)
吉川彰,鎌田圭,庄子育宏,ウラジミール K,高橋勲,富田健稔他
Industrial Property Rights Holder
吉川彰,鎌田圭,庄子育宏,ウラジミール K,高橋勲,富田健稔他
Industrial Property Rights Type
特許
Patent Publication Number
特開2023-122837(P2023-122837A)
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[Patent(Industrial Property Rights)] 放射線測定装置2022
Inventor(s)
吉野将生、鎌田圭、吉川彰、横田有為、小瀧淳、島添健次、庄子育宏
Industrial Property Rights Holder
吉野将生、鎌田圭、吉川彰、横田有為、小瀧淳、島添健次、庄子育宏
Industrial Property Rights Type
特許
Patent Publication Number
特開2023-112435(P2023-112435A)