ベイズ統計的手法による放射線逆問題解法の研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08878064
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 岩崎 信 東北大学, 工学部, 助手 (10005465)
• キーワード: 逐次ベイズ推定法 / リアルタイム / スペクトル解析 / PIXE / CT画像再構成 / ガンマ線CT / SPECT / PET

研究概要

本研究課題の目的は代表者が考案した逐次ベイズ統計的推論手法による逆問題解決法を様々の放射線逆問題に適用し、その有用性を実証しようとするもので、3年計画で実施する。具体的には、(1)多様な放射線のリアルタイムスペクトル解析の実証、(2)γ線透過CT、PET画像再構成問題への適用性の研究、(3)線源同定問題への適用性の研究の3課題を設定した。また(4)研究会の開催(5)手法の理論的解明と改良により解法をより深化させる。初年の平成8年度は(1),(2),(5)の課題を目標に研究を行った。
(1)に関しては、X線スペクトルを具体的に取り上げ、東北大学工学部ダイナミトロン加速施設などにおいてPIXE実験を行い実験スペクトルを獲得した。アルゴリズムを実現するプログラムをMATLAB、Cおよび、フォートランの各言語により高性能パソコンやワークステーション上に作成した。乱数を用いてPIXEスペクトルのデータ収集を模擬し、それに対して本手法を適用し、試料中の含有元素分布について、その妥当な値を通常のPIXE実験の収集レートに匹敵する速度で示せた。新しい波高分析システムの提案が出来た。
(2)の課題では、まず透過型CTに関しては、2次元γ線CT(第1世代のスキャン方式)問題のシミュレーションプログラムを作り、想定した幾つかのファントムに対して(最大ピクセル数32x32)、減弱係数画像再構成ができることを確認した。銅やステンレスの円筒体系に関する実験データを日本原子力研究所より入手して適用し、本手法の妥当性を確認した。点状および線状欠陥を持つ一様物体の欠陥検出問題を設定し、関心領域(ROI)設定とその領域の集中スキャン、およびピクセルおスキャンビーム幅の適応的変化による高効率欠陥検出法を創出した。放出型CTに関してはPETを取り上げ、シミュレーションにより様々の薬剤濃度ファントムを想定して画像再構成を試み、定量性良く再現することを確認した。また、(1)および(2)のPET問題では、導入した調整パラメータαを適応的に変化させることにより再構成の高速化が可能となった。(5)の課題と関連して、その変化条件のための情報として情報エントロピーが有効であることも示した。さらに実際のPETやSPECT問題への適用性に関して、アルゴリズムの検討を行い、高速化の可能性を見出した。

研究成果

• [文献書誌] 岩崎信: "ベイズ推定法による放射線逆問題の解法-CT画像再構成問題を中心にして-" 放射線(応用物理学会放射線分科会論文誌). 22・4. 49-61 (1996)
• [文献書誌] S.Iwasaki, S.Odanaka, T.Mitui, M.Kitamura: "A Proposed Algorithm for Adaptive Computer Tomography" Conference Abstract of the 3rd Topical Meeting on Industrial Radiation and Radioisotope Measurements and Applications, October 6-9, 1996, Brownstone Hotel, Raleigh, NC, USA. 75-75 (1996)
• [文献書誌] 小田中滋,三井隆史 岩崎信、北村正晴: "逐次ベイズ逆投影法による適応型CT画像再構成法" 第39回自動制御連合講演会要旨集,奈良市,1996年10月16〜18日. 429-429 (1996)
• [文献書誌] 三井隆史、小田中滋,岩崎信、北村正晴: "ベイズ逐次推定法によるエミッションCTの画像再構成" 第39回自動制御連合講演会要旨集,奈良市,1996年10月16〜18日. 435-435 (1996)
• [文献書誌] S.Iwasaki: "A New Approach for Unfolding Problems Based Only on the Bayes´ Theorem" the 9th International Symposium on Reactor Dosimetry, Prague, Chezk, Sep.2-6, 1996. (1996)
• [文献書誌] 岩崎信、須崎謙輔、室園慶介、北村正晴、石井慶造: "ベイズ逐次推定によるリアルタイム放射線スペクトル解析-X線スペクトルへの適用-" 放射線検出器とその応用研究会要旨論文集(高エネルギー物理学研究所). 63-64 (1997)