• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2019 年度 実績報告書

宇宙硬エックス線・ガンマ線検出テクノロジーの異分野への展開

計画研究

研究領域宇宙観測検出器と量子ビームの出会い。新たな応用への架け橋。
研究課題/領域番号 18H05463
研究機関東京大学

研究代表者

高橋 忠幸  東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 教授 (50183851)

研究分担者 武田 伸一郎  東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任助教 (80553718)
柳下 淳  東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任助教 (20626676)
織田 忠  東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任助教 (10746522)
内山 泰伸  立教大学, 理学部, 教授 (00435801)
サンペトラ オルテア  慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 助教 (50571113)
能町 正治  大阪大学, 核物理研究センター, 教授 (90208299)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2023-03-31
キーワードガンマ線検出器 / CdTe / 核医学 / SPECT / コンプトンカメラ
研究実績の概要

小動物SPECT装置を用いて、実際にin vivo実験やがん細胞を移植した担がんマウスを用いた医学研究を行うことができるようになり,研究開始当初に想定していた以上に研究が進んでいる。小動物SPECT装置のデータ収集システムや麻酔装置、3Dプリンタを用いたマウスベッドの開発、SPECT画像のCT画像との重ねあわせを行うソフトウェアなど、実験を進める上で必要な整備を完了させた。マウスのリンパ節や甲状腺の複数核種同時イメージング実験を実施し、マウス咽頭部の1-2mm程度の大きさの微細組織への異なるRI化合物(分子プローブ)の集積を,高い空間分解能で,かつ3核種同時に可視化することに成功した。さらに,「ヨウ素イオンをとりこむトランスポータ(NIS)を過剰発現させたがん細胞」を培養,数個~数千個の細胞からなる細胞塊(スフェロイド)を形成、そのガンマ線イメージングを実施し,シャーレ内のin vitroで細胞塊(250ミクロン程度)を識別することに成功した。
新たにアルファ線治療用に研究が進むAt-211の研究に着手した。これまでに開発をおこなったタングステンのマルチピンホールの光学系で約300ミクロン生体内でのイメージング性能が得られることを確認できた。薬物動態を研究するために,広い領域を一度にイメージングを行うことが必要である。そのための広視野のコリメータとして高効率化を達成可能なタングステンの3D printingによるコリメータの開発に成功した。また本領域のB01実験に用いるための高い検出効率を有する2mm厚のCdTe両面ストリップ検出器の新規開発に成功した。
装置の可搬化に向けて汎用で多チャンネルI/Oを有するFPGAボードの開発をおこなった。また、本計画研究の成果を将来の宇宙観測に役に立てることを目的とした高エネルギー天文学の研究や将来ミッションの検討をつづけた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

医学研究者の持つ課題の整理と我々が行うべき医学研究に向けた戦略をたて,医学や薬学の研究者と連携して小動物や非密封線源をもちいた生物実験を行う具体的な研究体制の整備が当初想定していた以上に進んでいる。新たな研究協力者の参加など研究体制も強化されている。生体内のin vivoイメージングの実験を日々物理学者、医学者、薬学者が共同で実施することができている、必要な検出器の能力の把握や検出器の性能にあわせた分子プローブの設計、さらにがん細胞の培養とそのイメージングなど、異分野連携でこそ実施できる研究の姿が見えている。また、これまで開発を進めてきたCdTeイメージャやSi/CdTeコンプトンカメラにおいて、異なる分野での応用がはじまっている。医学研究に広く用いてもらうための検出器も、「検知力の高い検出器」という観点で整理され、開発を進めることができている。

今後の研究の推進方策

医学研究において実際に使用され,成果をあげることができるような装置やソフトウェアの構築を進め,研究分担者のほか,研究協力者の医学研究の推進をはかる。我が国で確立がはかられている短寿命RIの供給ネットワークやアルファ線治療推進の活動の中でガンマ線イメージング技術の観点で貢献する。微小がんの発見や転移の早期発見をめざして、担がんマウスを用いた医学実験を進める。また,低酸素領域やがん幹細胞に代表されるような微小環境の複雑性を研究するためのプローブの検討,さらにそれを目的の部位に到達させるためのDDS(Drug Delivery System)に関する研究、アルファ線放出核種を用いて薬物動態の可視化をはかる研究などを行い、成果を数物領域以外のコミュニティにて発表する。医学研究と並行して,画像解析ソフトウェアの高速化・機械学習の導入,キャリブレーションの高精度化,シミュレーションの整備などのソフトウェア開発,さらに,より広視野をもつコリメータの開発,高い検出効率を持つCdTe半導体イメージャ,高いフラックスでのイメージングが可能なCdTeセンサーなど,検出器開発を進める。本領域研究B01,A01班のJ-PARCでの実験や複数の公募研究の実験を共同で進め,医学研究ばかりではなく,加速器実験などの量子ビーム応用においても容易に,本計画研究の検出器開発の成果を実施可能するように留意する。また将来の硬X線やガンマ線ミッションの検討において,本研究で得られた知見との間でお互いにフィードバックをかけ,相互の発展をはかる。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件) 図書 (1件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] University of Arizona(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of Arizona
  • [国際共同研究] University of Queensland(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      University of Queensland
  • [国際共同研究] CEA/Saclay DSM(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      CEA/Saclay DSM
  • [雑誌論文] Imaging of 99mTc-DMSA and 18F-FDG in humans using a Si/CdTe Compton camera2020

    • 著者名/発表者名
      Nakano Takashi、Sakai Makoto、Torikai Kota、Suzuki Yoshiyuki、Takeda Shin’ichiro、Noda Shin-ei、Yamaguchi Mitsutaka、Nagao Yuto、Kikuchi Mikiko、Odaka Hirokazu、Kamiya Tomihiro、Kawachi Naoki、Watanabe Shin、Arakawa Kazuo、Takahashi Tadayuki
    • 雑誌名

      Physics in Medicine & Biology

      巻: 65 ページ: 05LT01~05LT01

    • DOI

      10.1088/1361-6560/ab33d8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Double photon emission coincidence imaging with GAGG-SiPM Compton camera2020

    • 著者名/発表者名
      Uenomachi Mizuki、Mizumachi Yuki、Yoshihara Yuri、Takahashi Hiroyuki、Shimazoe Kenji、Yabu Goro、Yoneda Hiroki、Watanabe Shin、Takeda Shin’ichiro、Orita Tadashi、Takahashi Tadayuki、Moriyama Fumiki、Sugawara Hirotaka
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 954 ページ: 161682~161682

    • DOI

      10.1016/j.nima.2018.11.141

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Probing entanglement in Compton interactions2019

    • 著者名/発表者名
      Caradonna Peter、Reutens David、Takahashi Tadayuki、Takeda Shin’ichiro、Vegh Viktor
    • 雑誌名

      Journal of Physics Communications

      巻: 3 ページ: 105005~105005

    • DOI

      10.1088/2399-6528/ab45db

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of 60 μm pitch CdTe double-sided strip detectors for the FOXSI-3 sounding rocket experiment2019

    • 著者名/発表者名
      Furukawa Kento、Buitrago-Casas Juan Camilo、Vievering Juliana、Hagino Kouichi、Glesener Lindsay、Athiray P.S.、Krucker Sum、Watanabe Shin、Takeda Shin’ichiro、Ishikawa Shin’nosuke、Musset Sophie、Christe Steven、Takahashi Tadayuki
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 924 ページ: 321~326

    • DOI

      10.1016/j.nima.2018.07.011

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The thermal-radiative wind in low-mass X-ray binary H1743-322: radiation hydrodynamic simulations2019

    • 著者名/発表者名
      Tomaru Ryota、Done Chris、Ohsuga Ken、Nomura Mariko、Takahashi Tadayuki
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 490 ページ: 3098~3111

    • DOI

      10.1093/mnras/stz2738

    • 査読あり
  • [雑誌論文] X-ray study of spatial structures in Tycho’s supernova remnant using unsupervised deep learning2019

    • 著者名/発表者名
      Iwasaki Hiroyoshi、Ichinohe Yuto、Uchiyama Yasunobu
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 488 ページ: 4106~4116

    • DOI

      10.1093/mnras/stz1990

  • [雑誌論文] NuSTAR Observations of the Supernova Remnant RX J1713.7?39462019

    • 著者名/発表者名
      Tsuji Naomi、Uchiyama Yasunobu、Aharonian Felix、Berge David、Higurashi Ryota、Krivonos Roman、Tanaka Takaaki
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 877 ページ: 96~96

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ab1b29

  • [学会発表] Interdisciplinary activities for cancer research based on advanced technology of in vivo gamma-ray imaging2019

    • 著者名/発表者名
      Tadayuki Takahashi
    • 学会等名
      PACIFIC2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of a Low-Noise Front-end ASIC for CdTe Detectors, International Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD12)2019

    • 著者名/発表者名
      T. Kawamura, T. Orita, S. Takeda, Shin Watanabe, Hirokazu Ikeda, Tadayuki Takahashi
    • 学会等名
      International Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD12)
    • 国際学会
  • [学会発表] Imaging and spectral performance of a 60 μm pitch CdTe double-sided strip detector2019

    • 著者名/発表者名
      S. Nagasawa, K. Furukawa,, L. Glesener, M. Katsuragawa, S. Takeda, S. Watanabe, T. Takahashi
    • 学会等名
      nternational Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD12)
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of CdTe Hybrid Pixel ASIC for Hard X-ray Imaging2019

    • 著者名/発表者名
      T. Orita, T. Kawamura, K. Mine, S. Takeda, S. Watanabe, H. Ikeda, T. Takahashi
    • 学会等名
      International Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD12)
    • 国際学会
  • [学会発表] 超高分解能 CdTe-SPECT 試作機によるマルチプローブ生体イメージングへの展開2019

    • 著者名/発表者名
      柳下淳,武田伸一郎,織田忠,桂川美穂,藪悟郎,河村天陽,高橋忠幸,渡辺伸,水間広,金山洋介, 大貫和信,梅田泉,藤井博史
    • 学会等名
      日本分子イメージング学会
    • 招待講演
  • [学会発表] 超高分解能マルチプローブCdTe SPECT装置の開発2019

    • 著者名/発表者名
      武田伸一郎、織田忠、柳下淳、桂川美穂、都丸亮太、薮悟郎、高橋忠幸、渡辺伸、水間広、金山洋介、菅原寛孝、森山文基、大貫和信、梅田泉、藤井博史
    • 学会等名
      日本分子イメージング学会
  • [学会発表] CdTe検出器を用いた硬X線イメージング研究2019

    • 著者名/発表者名
      武田伸一郎
    • 学会等名
      The 2nd Workshop on Quantum Beam Imaging
  • [学会発表] ラジオセラノスティック製剤を目指した放射性リポソーム2019

    • 著者名/発表者名
      梅田 泉,森田智子,浜根友仁子,大貫和信,柳下淳,武田伸一郎,高橋忠幸,藤井博史
    • 学会等名
      第59回日本核医学会(松山),
  • [学会発表] Si/CdTeコンプトンカメラの原子物理実験における偏光測定への応用2019

    • 著者名/発表者名
      都築豊, 渡辺伸, 大石晋平, 沼館直樹, 櫻井誠, 渡邉裕文, 中村信行, 内田悠介, 米田浩基, 小高裕和, 高橋 忠幸
    • 学会等名
      原子衝突学会第44回年会
  • [学会発表] 8-アミノBODIPYを用いた青色ALDH1蛍光プローブの開発2019

    • 著者名/発表者名
      柳下淳,上野匡,梅田泉,土原一哉,浦野泰照
    • 学会等名
      日本薬学会第140年会
  • [学会発表] 脳腫瘍幹細胞の低酸素応答と放射線抵抗性の克服2019

    • 著者名/発表者名
      サンペトラ オルテア,小池 直義,佐谷 秀行
    • 学会等名
      日本放射線腫瘍学会第32回学術大会
    • 招待講演
  • [図書] 宇宙物理学ハンドブック2020

    • 著者名/発表者名
      高原文郎、家正則、小玉英雄、高橋忠幸
    • 総ページ数
      912
    • 出版者
      朝倉書店
    • ISBN
      978-4-254-13127-7
  • [備考] C01 宇宙硬エックス線・ガンマ線検出テクノロジーの異分野への展開

    • URL

      https://member.ipmu.jp/SpaceTech_to_QuantumBeam/planned-research/c01/index.html

  • [備考] ガンマ線イメージングの医学応用

    • URL

      https://www.ipmu.jp/ja/research-activities/research-program/Gamma-ray_Imaging

  • [産業財産権] アルデヒドロゲナーゼ1A1検出用青色蛍光プローブ2019

    • 発明者名
      柳下 淳
    • 権利者名
      柳下 淳
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2020-014846

URL: 

公開日: 2021-01-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi