2光子ガンマ線検出型高感度分子イメージング装置(TPCCT)の実証開発

• 研究領域: 3次元半導体検出器で切り拓く新たな量子イメージングの展開
• 研究課題/領域番号: 16H00944
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 島添 健次 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任講師 (70589340)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 15,340千円 (直接経費: 11,800千円、間接経費: 3,540千円); 2017年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円); 2016年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
• キーワード: コンプトンカメラ / 多光子 / 2光子 / 反跳電子 / 分子イメージング / SOI / 電子飛跡追跡 / 放射線 / 医用工学

研究実績の概要

本研究の目的は2光子同時検出技術およびSOI技術を用いて2光子同時計測コンプトンカメラおよび反跳電子追跡型コンプトンカメラの原理検証を行うことである。これらの原理実証のために2台のコンプトンカメラを同期動作させた系を構築し、コインシデンス判定を行うことで高感度化が可能であることを実証した。またGeant4によるシミュレーションでの検討および比較、2光子を用いた系の新たな画像再構成技術を確立した。2光子放出核種の同時計数はこれまでのコンプトンカメラ方式に比較して非常に高いSNを有しており、生体などの分布線源の可視化に優位である。これは2光子を同時に検出することで従来コンプトンコーンで描画していたものを、コンプトンコーン同士の重なりで描画できるためである。一方でコンプトン散乱により発生する反跳電子をトラッキング可能な検出素子をSOI技術を用いて開発した。コンプトン散乱により発生する反跳電子の方向を高精度に測定することでコンプトン運動学からコンプトンコーンの領域を制限することが可能となる。これまでSiなどの固体検出器で非同期に反跳電子飛跡パターンを読み出すことは困難であった。反跳電子飛跡追跡においては30umのピクセルサイズを有するSOI検出器をもちいることで次世代型コンプトンカメラの実証を行った。また反跳電子飛跡追跡のための深層学習をもちいた方向推定方法を確立し、画像再構成が可能であることを確認した。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] KETEK(Germany)
• [雑誌論文] Fabrication and characterization of a 500-m-pitch 64-channel silicon photomultiplier prototype (2018)
  • 著者名/発表者名: A.Koyama, K.Shimazoe, F.Wiest, P.Iskra, T.Ganka, F.R.Schneider, W.Gebauer, M.Yoshino, K.Kamada, A.Yoshikawa, H.Takahashi
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 印刷中 ページ: 368-371
  • DOI: 10.1016/j.nima.2017.12.061
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of double photon coincidence Compton imaging method with GEANT4 simulation (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshihara, Y., Shimazoe, K., Mizumachi, Y., & Takahashi, H.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 873 ページ: 51-55
  • DOI: 10.1016/j.nima.2017.05.039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of electron-tracking Compton imaging system with 30-um SOI pixel sensor (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Yoshihara, K. Shimazoe, Y. Mizumachi, H. Takahashi, K. Kamada, A. Takeda, T. G. Tsuru, Y. Arai
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 12 号: 01 ページ: C01045-C01045
  • DOI: 10.1088/1748-0221/12/01/c01045
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Double Photon Emission Coincidence Imaging using GAGG-SiPM pixel detectors (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Shimazoe, M. Uenomachi, Y. Mizumachi, H. Takahashi, Y. Masao, Y. Shoji, K. Kamada and A. Yoshikawa
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 12 号: 12 ページ: C12055-C12055
  • DOI: 10.1088/1748-0221/12/12/c12055
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of electron-tracking Compton imaging system with 30-μm SOI pixel sensor (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshihara, Y., Shimazoe, K., Mizumachi, Y., Takahashi, H., Kamada, K., Takeda, A., Tsuru T.,& Arai
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: C01045
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron Pattern Recognition using trigger mode SOI pixel sensor for Advanced Compton Imaging (2016)
  • 著者名/発表者名: Shimazoe, K., Yoshihara, Y., Fairuz, A., Koyama, A., Takahashi, H., Takeda, A.,Tsuru, T., & Arai,
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: C02030
  • 査読あり
• [学会発表] Double Photon Emission Coincidence Imaging using GAGG-SiPM pixel detectors (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Shimazoe, M. Uenomachi, Y. Mizumachi, H. Takahashi, Y. Masao, Y. Shoji, K. Kamada and A. Yoshikawa
  • 学会等名: 11th international Conference on Position Sensitive Detector
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication and characterization of a 500-m-pitch 64-channel silicon photomultiplier prototype (2017)
  • 著者名/発表者名: A.Koyama, K.Shimazoe, F.Wiest, P.Iskra, T.Ganka, F.R.Schneider, W.Gebauer, M.Yoshino, K.Kamada, A.Yoshikawa, H.Takahashi
  • 学会等名: New Development in Photodetection
  • 国際学会
• [学会発表] Double Photon Emission Compton imaging based on event-driven SOI and GAGG-SiPM pixel detectors (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenji Shimazoe, MIZUKI UENOMACHI, Naoki Nakada, Yuri Yoshihara, Hiroyuki Takahashi, Ayaki Takeda, Yasuo Arai, Katsuhiro Tachibana, Takaaki Tanaka, Takeshi Tsuru, Yoshiyuki Onuki, Kei kamada
  • 学会等名: 11th International "Hiroshima" Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD11) in conjunction with 2nd Workshop on SOI Pixel Detectors (SOIPIX2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of electron-tracking Compton imaging system with 30-μm SOI pixel sensor (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshihara, Y., Shimazoe, K., Mizumachi, Y., Takahashi, H., Kamada, K., Takeda, A., Tsuru T.,& Arai
  • 学会等名: Pixel2016
  • 発表場所: Sestri Levante, Italy
  • 年月日: 2016-09-05
  • 国際学会
• [備考] SOIPIX
  • URL: http://soipix.jp/a-01-1.html