2013 Fiscal Year Research-status Report

単色Ｘ線撮影システムの基礎開発

Research Project

Project/Area Number	25670541
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
Research Institution	Hiroshima International University
Principal Investigator	前田浩志広島国際大学, 保健医療学部, 講師 (20330706)
Project Period (FY)	2013-04-01 – 2015-03-31
Keywords	単色Ｘ線 / Ｘ線撮影 / Ｘ線回折 / Ｘ線造影剤 / Ｘ線ＣＴ
Research Abstract	本研究の目的は、医療被ばく線量の低減を目標として「単色Ｘ線の発生とその利用についての検討」を行い、これを「一般のＸ線診療室で取り扱うことのできるシステムとして構築」することである。 25年度は、一般診断用Ｘ線装置を用いた単色Ｘ線の発生と装置構成の検討を行った。具体的には、通常の放射線診療に用いられる「白色Ｘ線」を、Ｘ線回折の技術を用いて「単色Ｘ線」化し、診療に利用するための実験的検証を行った。一般診療に用いられる診断用Ｘ線装置から照射させた白色Ｘ線をアルミニウム、シリコンなどの単結晶素材で回折させることで単色Ｘ線を得る。この時、結晶格子面に対する白色Ｘ線の入射角度に応じて回折される単色Ｘ線のエネルギーを決定できる。入射角度の変化と得られる単色Ｘ線のエネルギーが対応することは比較的自由なエネルギー選択が行えることとして重要であった。アルミニウムなどの単結晶は、研究体制に挙げたアドバイザーより借用して利用することができたが、一般撮影装置からのＸ線を十分カバーできるほどの大きさには結晶化できず、非常に高価であることも指摘され、また、その結晶構造がゆがみやすく、診療現場での利用としては不向きであることが実験的にも確認された。利用に適しているのは、比較的安価で入手しやすいウェーハ状のシリコン単結晶であり、実験は主にこれを利用する方針となった。さらに、一般に「Ｘ線回折」を論じる際には入射Ｘ線および回折Ｘ線はいずれも平行光であるとして取り扱われるが、診断用エックス線装置から得られるＸ線は紡錘状に照射されるため、シリコン単結晶上に入射した場合、中心線の角度を基準としてその前後に幅を持つこととなり、入射角度が幅を持つ、つまり、得られる単色回折Ｘ線が、プリズムで分光された可視光のように空間的なエネルギー変化を持つことを確認することができ、これを応用するための準備段階までが今年度の進捗である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 研究の実施計画としては、第1に、回折を行うのに適した結晶素材を実験的に確かめることで、この点については、その大きさや素材の安定性などの点から、シリコン単結晶ウェーハを選定した。シリコンの結晶構造には数種類の構造があるが、結晶構造が{1, 1, 1}と呼ばれる構造体の結晶面にＸ線を入射させるのが最も安定して効率よく単色Ｘ線を得られることを実験的にも確認した。金属材料等の高値が続いており、予定していた単結晶素材の購入は行えないことがわかり、研究体制に入っているアドバイザーの教授の協力でアルミニウムなどの単結晶を借用して実験を行うことができたが、結晶の大きさや価格の面から、問題点も把握できた。一般の診療に用いられるＸ線装置を利用することが大きな目標であり、装置に直接結晶を組み込んで配置するような構造にはなっていないので、現在は一般的な実験分野で利用されるようなホルダーやステージなどを複数組み合わせて、工夫しながら実験できている。
Strategy for Future Research Activity	これまで、比較的順調に実験的な検証が行えているので、今後もこれを続けていく予定である。回折Ｘ線の線量はごく小さいことが分かったので、一般のレントゲン写真のような利用法ではなく、Ｘ線ＣＴ撮影のような断層撮影のほうが適していると考えられる。今後は、プリズム分光可視光のように空間的にエネルギーが変化していく単色Ｘ線の利用法やその利点を探りながら、回折単色Ｘ線撮影の基礎的検討を続ける。また、成果の発表に取り組むことも大きな目標であり、できるだけ、目標である実用化に結び付けられるよう、放射線医学物理工学の分野に加え、映像上の情報価値やその特徴について発表や討論を行えるような医用情報学系の分野での情報収集も検討したい。新たな診断装置そのものを商品として開発するのは現段階では難しいと思うが、その基礎となる考え方や、被ばく線量低減率の厳密な測定法の確立などで、基本的なシステムの開発につなげていくための実験的検証を行う予定である。
Expenditure Plans for the Next FY Research Funding	基金化された科目について、当該年度に与えられた予算以上の執行を前倒して行うことができる点に大変不慣れで、購入を予定していたシリコン単結晶の価格が、一枚当たり2万円程度であったものが、最近の金属素材の高騰を受け、数倍に高くなり、購入を取りやめることにしてしまった。一部の物品が購入できなかったことで、実験予定の一部を変更することとしたが、これにより全体の進捗に後れを生じることはなかった。購入予定の一部だけでも購入しておくことや超過分を前倒し執行することなどで、次年度使用額は生じなかったと思う。次年度は成果発表のための旅費等も予定通り執行される予定であり、本年度購入を断念した単結晶素材についても、実験の結果に基づき量や種類を限定して購入予定である。次年度使用額と合わせて、最適なものを購入する計画である。