Demonstration of simultaneous multi-isotope imaging using scintillation active collimator detectors

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H03834
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 吉野 将生 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 特任准教授(研究) (30789938)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 島添 健次 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70589340)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: PET / SPECT / シンチレータ / 放射線検出器

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、申請者が新規提案する手法：シンチレーションアクティブコリメータを用いることで、100keV～511keVの幅広いエネルギーのPET・SPECT核種を同時定量撮像する手法をマウスで実証する。研究の方法として、1. 検出器・データ収集システムの構築、2. ファントム・マウスを用いた撮像試験、3. 画像再構成・データの分析、4. シミュレーションによる検証をサイクル的に実施する。本年度は、PET・SPECT核種の同時撮像試験用の検出器リング筐体の製作及び3Dプリンタによるタングステンピンホールコリメータの製作を行い、試作1号機を製作した。dToT基板で読み出したToT信号に対して重心演算を行い、放射線検出位置を計算する手法についても検討を進めた。本研究の手法では、複数のPET・SPECT核種を撮像する場合、観測対象のRIのガンマ線のエネルギーウィンドウに他方のRIのガンマ線が漏れ込む。この漏れ込みの影響を少なくするためには、エネルギー分解能の向上が必要となる。エネルギー分解能劣化の要因となっているシンチレータのピクセル化を回避するために、モノリシックなGAGGシンチレータをMPPCアレイと組み合わせて、位置有感型検出器を作製した。コリメータ部は、シンチレータのみで作成するタイプとシンチレータとタングステンコリメータの両方を使うタイプの2方式を製作した。今年度開発・製作した検出器試作２号機を用いて非密封線源（99m-Tc, 111In, 18F）の撮像試験を実施した。来年度は、本年度の非密封線源撮像試験の結果をフィードバックし、NEMA NU4-2008等のファントムの撮像試験や動物を使った核イメージング実験についても実施していく。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

モノリシックなGAGGシンチレータをMPPCアレイと組み合わせて、位置有感型検出器を作製した。コリメータ部は、シンチレータのみで作成するタイプとシンチレータとタングステンコリメータの両方を使うタイプの2方式を製作した。今年度開発・製作した検出器試作２号機を用いて非密封線源（99m-Tc, 111In, 18F）の撮像試験を実施した。要素技術の開発はほぼ完了しており、本研究の区分としておおむね順調に進展している。
来年度は、本年度の非密封線源撮像試験の結果をフィードバックし、NEMA NU4-2008等のファントムの撮像試験や動物を使った核イメージング実験についても実施していく。

Strategy for Future Research Activity

来年度は、本年度の非密封線源撮像試験の結果をフィードバックし、NEMA NU4-2008等のファントムの撮像試験や動物を使った核イメージング実験についても実施していく。

Research Products

• [Presentation] Ce添加(Y, Tb)3Ga3Al2O12と(Gd, Tb)3Ga3Al2O12シンチレータの結晶成長および光学特性 (2024)
  • Author(s): 大室 和也1,2、吉野 将生2,3、鎌田 圭2,3,4、金 敬鎭2、堀合 毅彦2,3、村上 力輝斗2、山路 晃広2,3、花田 貴2、横田 有為2、黒澤 俊介2,3,5、大橋 雄二2,3、佐藤 浩樹2,3、吉川 彰2,3,4 (1.東北大工、2.東北大金研、3.東北大NICHe、4.C&A、5.阪大レーザー研)
  • Organizer: 2024年第71回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] X線イメージング用GAGG:Ce単結晶シンチレータプレートの特性評価 (2024)
  • Author(s): 吉野 将生1,3、山本 誠一4、矢島 隆雅2、鎌田 圭1,3、越川 七星4、片岡 淳4、横田 有為2、吉川 彰1,2,3 (1.東北大NICHe、2.東北大IMR、3.㈱C&A、4.早大理工)
  • Organizer: 2024年第71回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] GdAlO3:Tb-αAl2O3 PSSFs、Raspberry Pi 4、Camera Module V2を用いた低コスト荷電粒子イメージング検出器の開発 (2024)
  • Author(s): 吉野 将生1,3、山本 誠一4、鎌田 圭1,3、越川 七星4、片岡 淳2,4、吉川 彰1,2,3 (1.東北大NICHe、2.東北大IMR、3.㈱C&A、4.早大理工)
  • Organizer: 2024年第71回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Growth, scintillation properties, pulse shape discrimination capability of (Ca,Sr)I2:Eu scintillator (2023)
  • Author(s): Masao Yoshino, Takashi Iida, Kei Kamada, Ryuga Yajima, Takahiko Horiai, Kazuya Omuro, Rei Sasaki, Akira Yoshikawa
  • Organizer: 9th International Symposium on Optical Materials (IS-OM’9)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Crystal Growth and Optical Properties of Ce-doped (Gd, Y, Tb)3Ga3Al2O12 Scintillators for X-ray Imaging (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, Akira YOSHIKAWA
  • Organizer: 9th International Symposium on Optical Materials (IS-OM’9)
  • Int'l Joint Research