高速エネルギー弁別Ｘ線ＣＴシステムと分子レベルイメージング

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23591791
• Research Institution: Iwate Medical University
• Principal Investigator: 佐藤 英一 岩手医科大学, 共通教育センター, 教授 (90154038)
• Keywords: Ｘ線CT / フォトンカウンティングCT / エネルギー弁別CT / 高速エネルギー弁別 / CdTe検出器 / LSO-MPPC検出器 / YAP(Ce)-MPPC検出器 / 高速デュアルエネルギーCT

Research Abstract

本研究では，まず室温で駆動するsub-Mcpsの高速CdTe検出器を開発した。これを最大スキャン速度25 mm/sのｘステージに取り付け，振動式のリニア検出器を構成した。次いで，このリニア検出器，ターンテーブル，小型Ｘ線装置，MCAなどと組み合わせて，エネルギー弁別Ｘ線CT（ED-CT）システムを構築した。このED-CT撮影により，ガドリニウムやヨウ素の造影剤を用いたKエッジCT撮影を試み，冠動脈や脳血管が高コントラストで造影された。当初，このED-CTシステムでは，MCAを用いて撮影のためのフォトンエネルギー範囲を決定した。次に，検出器の計数率を増して撮影時間を短縮するため，高速コンパレーターを用いてエネルギー弁別を行った。さらに，CdTe検出器とｘｙステージを組み合わせて，Ｘ線カメラ，蛍光Ｘ線カメラ，そして後方散乱カメラも構築した。
本研究ではMcps領域でED-CT撮影を行うために，LSO-MPPCやYAP(Ce)-MPPC検出器を開発し，これらを用いてＸ線スペクトルの測定を行った。次いで，これらをｘステージに取り付けて，ED-CTシステムを構築し，高速Kエッジ撮影に成功した。さらに，これらを最大スキャン速度が300 mm/sの単軸ロボットに搭載し，動物用エネルギー弁別Ｘ線CTシステムを構築し，ようやくこのシステムを使った撮影が始まったところである。
最近，高速デュアルエネルギーコンパレーターを開発し，1回の撮影によりデュアルエネルギーサブトラクションが可能となった。また，ED-CT特有の粒状性のある画像はマイコンと積分器からなる周波数・電圧コンバーター（FVC）の開発により著しく改善され，さらにマルチスライス化が進められている。以上，科学研究費補助金を用いたこれらの研究成果は多数の論文として掲載されている。

Research Products

• [Journal Article] Zero-dark-counting high-speed X-ray photon detection using a cerium-doped yttrium aluminum perovskite crystal and a small photomultiplier tube and its application to gadolinium imaging (2014)
  • Author(s): S. Yamaguchi, E. Sato, Y. Oda, R. Nakamura, H. Oikawa, T. Yabuushi, H. Ariga, S. Ehara
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 53 Pages: 040304-1-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Zero-dark-counting X-ray photon detection using a YAP(Ce)-MPPC detector and its application to computed tomography using gadolinium contrast media (2014)
  • Author(s): S. Kami, E. Sato, H. Kogita, W. Numahata, T. Hamaya, S. Nihei, Y. Arakawa, Y. Oda, H. Kodama, O. Hagiwara, H. Matsukiyo, A. Osawa, T. Enomoto, M. Watanabe, S. Kusachi, S. Sato, A. Ogawa
  • Journal Title: Rad. Phys. Chem. Volume: 100 Pages: 1-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Investigation of X-ray photon-counting using ceramic-substrate silicon diode and its application to gadolinium imaging (2014)
  • Author(s): Y. Arakawa, E. Sato, H. Kogita, T. Hamaya, S. Nihei, W. Numahata, S. Kami, Y. Oda, O. Hagiwara, H. Matsukiyo, A. Osawa, T. Enomoto, M. Watanabe, S. Kusachi, S. Sato, A. Ogawa
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 53 Pages: in press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Image-quality improvement in pileup-less cadmium-telluride X-ray computed tomography using a frequency-voltage converter and its application to iodine imaging (2014)
  • Author(s): A. Shimamura, E. Sato, S. Shikanai, K. Kitakami, I. Nakaya, W. Nishikawa, Y. Sato, S. Yamaguchi, Y. Oda, O. Hagiwara, H. Matsukiyo, T. Enomoto, M. Watanabe, S. Kusachi, S. Ehara
  • Journal Title: Med. Imag. Inform. Sci. Volume: 31 Pages: in press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low-dose-rate computed tomography system utilizing 25 mm/s-scan silicon X-ray diode and its application to iodine K-edge imaging using filtered bremsstrahlung photons (2013)
  • Author(s): R. Matsushita, E. Sato, Y. Yanbe, H. Chiba, T. Maeda, O. Hagiwara, H. Matsukiyo, A. Osawa, T. Enomoto, M. Watanabe, S. Kusachi, S. Sato, A. Ogawa, J. Onagawa
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 52 Pages: 032202-1-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] X-ray photon counting using 100 MHz ready-made silicon P-intrinsic-N X-ray diode and its application to energy-dispersive computed tomography (2013)
  • Author(s): H. Kodama, M. Watanabe, E. Sato, Y. Oda, O. Hagiwara, H. Matsukiyo, A. Osawa, T. Enomoto, S. Kusachi, S. Sato, A. Ogawa
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 52 Pages: 072202-1-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-sensitivity high-speed X-ray fluorescence scanning cadmium telluride detector for deep-portion cancer diagnosis utilizing tungsten-Ka-excited gadolinium mapping (2013)
  • Author(s): Y. Yanbe, E. Sato, H. Chiba, T. Maeda, R. Matsushita, Y. Oda, O. Hagiwara, H. Matsukiyo, A. Osawa, T. Enomoto, M. Watanabe, S. Kusachi, S. Sato, A. Ogawa
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 52 Pages: 092201-1-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Investigation of dark-count-less Lu2(SiO4)O-multipixel-photon detector and its application to photon counting X-ray computed tomography using iodine media (2013)
  • Author(s): E. Sato, Y. Oda, H. Kodama, O. Hagiwara, H. Matsukiyo, A. Osawa, T. Enomoto, M. Watanabe, S. Kusachi, S. Sato, A. Ogawa
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 52 Pages: 092401-1-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] X-ray detection using a ceramic-substrate silicon X-ray diode and its application to computed tomography using gadolinium media (2013)
  • Author(s): Y. Oda, E. Sato, M. Sagae, O. Hagiwara, H. Matsukiyo, A. Osawa, T. Enomoto, M.Watanabe, S. Kusachi, S. Sato, A. Ogawa
  • Journal Title: Med. Imag. Inform. Sci. Volume: 29 Pages: 70-75
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dark-count-less X-ray photon counting using an LSO-MPPC detector and its application to computed tomography (2013)
  • Author(s): E. Sato, Y. Oda, H. Kodama, O. Hagiwara, H. Matsukiyo, A. Osawa, T. Enomoto, M. Watanabe, S. Kusachi, S. Sato, A. Ogawa
  • Journal Title: SPIE Volume: 8853 Pages: 885302-1-5
• [Journal Article] Investigation of X-ray photon counting using a silicon-PIN diode and its application to energy-dispersive computed tomography (2013)
  • Author(s): H. Kodama, E. Sato, M. Sagae, O. Hagiwara, H. Matsukiyo, A. Osawa, T. Enomoto, M. Watanabe, S. Kusachi, S. Sato, A. Ogawa
  • Journal Title: SPIE Volume: 8853 Pages: 885304-1-5
• [Journal Article] Characteristics of a ceramic-substrate X-ray diode and its application to computed tomography (2013)
  • Author(s): M. Watanabe, E. Sato, H. Kodama, O. Hagiwara, H. Matsukiyo, A. Osawa, T. Enomoto, M. Watanabe, S. Kusachi, S. Sato, A. Ogawa
  • Journal Title: SPIE Volume: 8853 Pages: 885305-1-5
• [Journal Article] Pulsed X-ray detection using a direct-conversion ceramic-substrate silicon diode (2013)
  • Author(s): E. Sato, Y. Oda, M. Sagae, H. Kodama, O. Hagiwara, H. Matsukiyo, A. Osawa, T. Enomoto, M. Watanabe, S. Kusachi
  • Journal Title: Ann. Rep. Iwate Med. Univ. Center Lib. Arts Sci. Volume: 49 Pages: 1-7
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Si-PIN-XDとF-Vコンバーターを用いたデュアルエネルギー弁別X線CTの研究
  • Author(s): 小田泰行， 佐藤英一，佐藤公悦，江原茂
  • Organizer: 第107回日本医学物理学会学術大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] CdTe検出器とF-Vコンバーターを用いたエネルギー弁別X線CTの研究
  • Author(s): 佐藤裕一，佐藤英一，小田泰行，佐藤公悦，江原茂
  • Organizer: 第107回日本医学物理学会学術大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] シリコンＸ線ダイオードを使った線量計モジュールの開発と高感度CTへの応用
  • Author(s): 寒河江康朗，佐藤英一，小田泰行，江原茂，佐藤公悦
  • Organizer: 第107回日本医学物理学会学術大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] Dark-less high-speed X-ray energy dispersing using a compact YAP(Ce)-photomultiplier detector its application to gadolinium imaging
  • Author(s): S. Yamaguchi, E. Sato, Y. Oda, R. Nakamura, H. Oikawa , T. Yabuuchi, H. Ariga , S. Ehara
  • Organizer: 第107回日本医学物理学会学術大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] YAP(Ce)-MPPCスペクトロメーターの開発とフォトンカウンティングX線CTへの応用
  • Author(s): 佐藤英一，小田泰行，寒河江康朗，佐藤裕一，江原茂，佐藤公悦
  • Organizer: 第107回日本医学物理学会学術大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] ダブルシリコンＸ線ダイオードを使ったデュアルエネルギーCT の研究
  • Author(s): 佐藤英一，小田泰行，寒河江康朗，山口哲，江原茂，佐藤公悦
  • Organizer: 第107回日本医学物理学会学術大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] YAP(Ce)-MPPC検出器を用いたダークカウントレスフォトンカウンティングＸ線CTシステム
  • Author(s): 小田泰行， 佐藤英一，佐藤公悦，江原茂
  • Organizer: 第105回日本医学物理学会学術大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] 80 kcps CdTe検出器とコンパレーターを使ったエネルギー弁別X線CTシステム
  • Author(s): 佐藤裕一，佐藤英一，小田泰行，佐藤公悦，江原茂
  • Organizer: 第105回日本医学物理学会学術大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] 小型漏洩線量計の試作
  • Author(s): 寒河江康朗，佐藤英一，小田泰行，佐藤公悦，江原茂
  • Organizer: 第105回日本医学物理学会学術大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] An LSO-MPPC spectrometer and a high-speed energy-dispersive X-ray CT system
  • Author(s): E. Sato, Y. Oda, M. Sagae, K. Sato, S. Ehara
  • Organizer: 第105回日本医学物理学会学術大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] High-sensitive CT system using a direct-conversion Si-PIN X-ray diode and its application to gadolinium K-edge imaging
  • Author(s): E. Sato, Y. Oda, M. Sagae, K. Sato, S. Ehara
  • Organizer: 第105回日本医学物理学会学術大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] Energy-dispersive CT system with a Si-PIN X-ray diode and its application to gadolinium K-edge imaging
  • Author(s): E. Sato, Y. Oda, M. Sagae, K. Sato, S. Ehara
  • Organizer: 第105回日本医学物理学会学術大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] Irradiation of intense hard quasi-X-ray lasers utilizing amplification by spontaneous emission
  • Author(s): E. Sato, H. Kodama, O. Hagiwara, H. Matsukiyo, A. Osawa, T. Enomoto, M. Watanabe, S. Kusachi
  • Organizer: Int. Congr. on Lasers, Applications, and Technologies
  • Place of Presentation: Moscow
  • Invited
• [Presentation] Dark-count-less X-ray photon counting using an YAP(Ce)-MPPC detector and its application to computed tomography
  • Author(s): E. Sato, Y. Oda, H. Kodama, O. Hagiwara, H. Matsukiyo, A. Osawa, T. Enomoto, M. Watanabe, S. Kusachi, S. Sato, A. Ogawa
  • Organizer: SPIE Optics+Photonics
  • Place of Presentation: San Diego
  • Invited
• [Presentation] Investigation of X-ray photon counting using a silicon-PIN diode and its application to energy-dispersive computed tomography
  • Author(s): H. Kodama, E. Sato, M. Sagae, O. Hagiwara, H. Matsukiyo, A. Osawa, T. Enomoto, M. Watanabe, S. Kusachi, S. Sato, A. Ogawa
  • Organizer: SPIE Optics+Photonics
  • Place of Presentation: San Diego
• [Presentation] Characteristics of a ceramic-substrate X-ray diode and its application to computed tomography
  • Author(s): M. Watanabe, E. Sato, H. Kodama, O. Hagiwara, H. Matsukiyo, A. Osawa, T. Enomoto, S. Kusachi, S. Sato, A. Ogawa
  • Organizer: SPIE Optics+Photonics
  • Place of Presentation: San Diego
• [Presentation] High-speed X-ray photon counting using a 100MHz silicon-PIN X-ray diode and its application to CT for iodine imaging
  • Author(s): 萩原令彦，佐藤英一，小田泰行，寒河江康朗，児玉肇，渡邊学
  • Organizer: 高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム2013
  • Place of Presentation: 室蘭
• [Presentation] X-ray photon counting using a ceramic-substrate silicon X-ray diode and its application to CT
  • Author(s): 渡邊学，佐藤英一，小田泰行，寒河江康朗，児玉肇，萩原令彦
  • Organizer: 高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム2013
  • Place of Presentation: 室蘭
• [Presentation] Dark-count less X-ray photon counting using an LSO-MPPC detector and its application to computed tomography
  • Author(s): 佐藤英一，小田泰行，寒河江康朗，児玉肇，萩原令彦，渡邊学
  • Organizer: 高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム2013
  • Place of Presentation: 室蘭
• [Presentation] Recent plasma flash X-ray imaging
  • Author(s): 佐藤英一，小田泰行，寒河江康朗，児玉肇，萩原令彦，渡邊学
  • Organizer: 高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム2013
  • Place of Presentation: 室蘭
• [Presentation] LSO-MPPC検出器を用いた高速Ｘ線フォトンカウンティングとCTへの応用
  • Author(s): 佐藤英一，小田泰行，寒河江康朗，児玉肇，萩原令彦，渡邊学
  • Organizer: 日本生体医工学会東北支部大会
  • Place of Presentation: 山形
• [Presentation] 100 MHzシリコンPINダイオードを用いた高速Ｘ線フォトンカウンティングとエネルギー弁別CTへの応用
  • Author(s): 佐藤英一，小田泰行，寒河江康朗，児玉肇，萩原令彦，渡邊学
  • Organizer: 日本生体医工学会東北支部大会
  • Place of Presentation: 山形
• [Presentation] 直接変換シリコンＸ線ダイオードを用いた高感度Ｘ線CT
  • Author(s): 寒河江康朗，佐藤英一，小田泰行，児玉肇，萩原令彦，渡邊学
  • Organizer: 日本生体医工学会東北支部大会
  • Place of Presentation: 山形
• [Presentation] Dark-less high-speed X-ray energy dispersing using a compact YAP(Ce)-photomultiplier detector its application to gadolinium imaging
  • Author(s): S. Yamaguchi, E. Sato, Y. Oda, R. Nakamura, H. Oikawa , T. Yabuuchi, H. Ariga , S. Ehara
  • Organizer: 13th Asia-Oceania Congress of Medical Physics
  • Place of Presentation: Shigapore
• [Presentation] Investigation of a high-count-rate energy-dispersive X-ray computed tomography system using a cadmium telluride detector
  • Author(s): Y. Sato, E. Sato, Y. Oda, S. Ehara
  • Organizer: 13th Asia-Oceania Congress of Medical Physics
  • Place of Presentation: Shigapore
• [Presentation] Investigation of dark-count-less LSO-MPPC detector and Its application to photon counting X-ray computed tomography
  • Author(s): E. Sato, Y. Oda, H, Kodama, O. Hagiwara, M. Watanabe
  • Organizer: 13th Asia-Oceania Congress of Medical Physics
  • Place of Presentation: Shigapore
• [Presentation] Investigation of X-ray photon-counting using a ceramic-substrate silicon diode and its application to computed tomography
  • Author(s): E. Sato, M. Sagae, H, Kodama, O. Hagiwara, M. Watanabe
  • Organizer: 13th Asia-Oceania Congress of Medical Physics
  • Place of Presentation: Shigapore
• [Patent(Industrial Property Rights)] ダークカウントレス放射線検出エネルギー弁別イメージングシステム (2014)
  • Inventor(s): 佐藤英一
  • Industrial Property Rights Holder: 岩手医科大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2014-024663
  • Filing Date: 2014-02-01
• [Patent(Industrial Property Rights)] Ｘ線直接変換イメージングシステム (2013)
  • Inventor(s): 佐藤英一
  • Industrial Property Rights Holder: 岩手医科大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2013－170500
  • Filing Date: 2013-09-01