実用化へ向けた高解像度3Dカラー放射線イメージング技術の開拓

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05720
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 片岡 淳 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90334507)
• 研究分担者: 松永 恵子 大阪大学, 医学系研究科, 特任助教(常勤) (80727454)
• 研究期間 (年度): 2015-05-29 – 2020-03-31
• キーワード: 低被ばく多色X線CT / コンプトンカメラ / MPPC / 3次元画像再構成

研究実績の概要

本年度は最終年度にふさわしく、これまでの研究を統括する重要な成果が得られた。まず、低被ばく多色X線CTに関しては、64chを同時に測定する新規システムを構築した (Maruhashi et al.2020)。光センサーであるMPPCは信号レートが高い状況で発熱し、ゲインが低下する問題があった。本年度は熱特性に優れたセラミックMPPCアレイおよび高速シンチレータを新規に開発し、耐レート特性の向上とCT画像CNR(contrast to noise ratio)の大幅な改善を確認した。さらに、抗がん剤として着目される金ナノ粒子(Au-NP）と造影剤（ヨード・ガドリニウム）の同時撮影に成功し、CT装置を薬剤動態モニターとして使う新たな可能性を示した。続いて核医学治療（塩化ラジウムを用いたアルファ線内用療法）では、阪大病院において前立腺がん患者2名を対象にコンプトンカメラによる臨床試験を実施した。本年度は人体撮影を目的とした10×10cm^2の大型カメラを新規に製作し、10分間の撮影で体の広範囲の薬剤分布を精確に可視化することに成功した。コンプトンカメラの核医学治療への応用としては世界初の成果となる (Fujieda et al. 2020)。最後に、ガンマ線可視化技術の要望は粒子線治療分野でも次第に高まりつつある。本研究では、次世代陽子線治療である陽子ホウ素捕獲療法(pBCT)について、その実現性についても検討した。具体的には、p+11^B → 3α反応、および関連するアルファ線生成反応が起こす線量への寄与について、CCD カメラによる可視化とゲルマニウム半導体を用いた詳細スペクトル測定、さらに核反応断面積の導出に挑戦した。シミュレーションや理論計算のみで実施されてきたpBCT に初めて実験的なメスを入れる画期的な検証を行うことができた。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] First application of super-resolution imaging technique using a Compton camera (2020)
  • 著者名/発表者名: Sato,S.; Kataoka,J.; Kotoku,J.; Taki,M.; Oyama,A.; Tagawa,L.; Fujieda,K.; Nishi,F.; Toyoda,T.;
  • 雑誌名: NIM-A 巻: 969 ページ: 164034
  • DOI: 10.1016/j.nima.2020.164034
  • 査読あり
• [雑誌論文] First demonstration of portable Compton camera to visualize 223-Ra concentration for radionuclide therapy (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujieda,K.; Kataoka,J.; Mochizuki,S.; Tagawa,L.; Sato,S.; Tanaka,R.; Matsunaga,K.;, Kamiya,T.; Watabe,T.;, Kato,H., Shimosegawa,E., Hatazawa,J.
  • 雑誌名: NIM-A 巻: 958 ページ: 162802
  • DOI: 10.1016/j.nima.2019.162802
  • 査読あり
• [雑誌論文] Demonstration of multiple contrast agent imaging for the next generation color X-ray CT (2020)
  • 著者名/発表者名: Maruhashi,T.; Kiji,H.; Toyoda,T.; Kataoka,J.; Arimoto,M.; Kobayashi,S.; Kawashima,H.; Terazawa,S.; Shiota, S.;, Ikeda,H.
  • 雑誌名: NIM-A 巻: 958 ページ: 162801
  • DOI: 10.1016/j.nima.2019.162801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Beta-ray imaging system with γ-ray coincidence for multiple-tracer imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukuchi,T.; Yamamoto,S.; Kataoka,J.; Kamada,K.; Yoshikawa,A.; Watanabe,Y.; Enomoto,S.
  • 雑誌名: Med. Phys. 巻: 47(2) ページ: 587-596
  • DOI: 10.1002/mp.13947
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development and performance verification of a 3-D position-sensitive Compton camera for imaging MeV gamma rays (2019)
  • 著者名/発表者名: Hosokoshi,H.; Kataoka,J.; Mochizuki,S.; Yoneyama,M.; Ito,S.; Kiji,H.; Nishi,F.; Miyamoto,S.,; Shima,T.,
  • 雑誌名: Nature Scientific Reports 巻: 9 ページ: 18551
  • DOI: 10.1038/s41598-019-54862-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ガンマ線イメージングがつなぐ医療と宇宙；超小型コンプトンカメラの挑戦 (2019)
  • 著者名/発表者名: 片岡 淳
  • 雑誌名: 応用物理学会誌「応用物理」 巻: 88/11月号 ページ: 730-734
  • 査読あり
• [雑誌論文] ML-EM algorithm for dose estimation using PET in proton therapy (2019)
  • 著者名/発表者名: Masuda,T.; Nishio,T.; Kataoka,J.; Arimoto,M.; Sano,A.; Karasawa,K.
  • 雑誌名: Physics in Medicine and Biology 巻: 64 ページ: 175011
  • DOI: 10.1088/1361-6560/ab3276
  • 査読あり
• [学会発表] 4 種類の機械学習技術を用いたコンプトンカメラ画像解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 将吾、片岡 淳、古徳 純一、瀧 雅人、大山 飛鳥、田川 怜央、藤枝 和也、西 郁也、豊田 貴也
  • 学会等名: 第67回応用物理学会
• [学会発表] 世代型カラーX線CTにおける新64チャンネルシステムの性能実証 (2020)
  • 著者名/発表者名: 豊田 貴也、丸橋 拓也、木地 浩章、片岡 淳、有元 誠、佐藤 大地、吉浦 宏大龍、小林 聡、川嶋 広貴、寺澤 慎祐、塩田 諭、池田 博一
  • 学会等名: 第67回応用物理学会
• [学会発表] 核医学治療に向けた大面積コンプトンカメラの開発と実証 (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤枝 和也、片岡 淳、望月 早駆、田川 怜央、佐藤 将吾、田中 稜、小俣 陽久、松永 恵子、神谷 貴史、渡部 直史、加藤 弘樹、下瀬川 恵久、畑澤 順、大江 一弘、豊嶋 厚史
  • 学会等名: 第67回応用物理学会
• [学会発表] 革新的X線ガンマ線カメラによる広帯域イメージングの提案と実証 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小俣 陽久、片岡 淳、藤枝 和也、佐藤 将吾、松永 恵子、神谷 貴史、渡部 直史、加藤 弘樹、下瀬川 恵久、畑澤 順、大江 一弘、豊嶋 厚史
  • 学会等名: 第67回応用物理学会
• [学会発表] Spectral Photon Counting CT (SPCCT) as a new diagnostic tool for medical innovation (2019)
  • 著者名/発表者名: Kataoka,J.
  • 学会等名: Tsukuba Conference 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 64-ch photom-counting CT using a new MPPC-CT system (2019)
  • 著者名/発表者名: Kiji, H., Maruhashi, T., Toyoda, T., Kataoka, J., Arimoto, M., Kobayashi, S., Kawashima, H., Terazawa, S., Shiota, S., Ikeda, H.
  • 学会等名: HSTD 2019
  • 国際学会
• [学会発表] First precision spectroscopy of Cesium-137 from the ground to 150m above in Fukushima (2019)
  • 著者名/発表者名: Kurihara, T., Kataoka, J., Tanada, K., Tagawa,L., Mochizuki, S., Hosokoshi, H., Okochi, H., Gotoh, Y.
  • 学会等名: HSTD 2019
  • 国際学会
• [学会発表] A simple identification of multiple-hit events to improve the image quality of fine-pixel scintillation detector (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato, S., Kataoka,J., Mochizuki,S., Fujieda,K., Nishi,F.
  • 学会等名: HSTD 2019
  • 国際学会
• [学会発表] First application of super-resolution imaging technique using a Compton camera (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato,S. . Kataoka,J, .Kotoku,J., Oyama,A., Tagawa,L., Fujieda, K., Nishi,F., Toyoda,T.
  • 学会等名: HSTD 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Development and performance verification of a novel Compton camera for imaging MeV gamma rays (2019)
  • 著者名/発表者名: Hosokoshi, H., Kataoka,J., Mochizuki,S., Yoneyama,M., Ito,S., Kiji,H., Nishi,F., Miyamoto,S., Shima,T.
  • 学会等名: IEEE NSS/MIC 2019
  • 国際学会
• [学会発表] A simple identification of multiple-hit events to improve the image quality of fine-pixel scintillation detector (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato, S., Kataoka,J., Mochizuki,S., Fujieda,K., Nishi,F.
  • 学会等名: IEEE NSS/MIC 2019
  • 国際学会
• [学会発表] First demonstration of portable Compton camera to visualize 223-Ra concentration for radionuclide therapy (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujieda,K., Kataoka,J., Mochizuki,S., Tagawa,L., Sato,S., Tanaka,R., Matsunaga,K., Kamiya,T., Watabe,T., Kato,H., Shimosegawa,E., Hatazawa,J.
  • 学会等名: IEEE NSS/MIC 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Demonstration of 3D-imaging of 137-Cs using Compton camera aboard drone in Fukushima (2019)
  • 著者名/発表者名: Kurihara, T., Kataoka, J., Tanada, K., Tagawa,L., Mochizuki, S., Hosokoshi, H., Okochi, H., Gotoh, Y.
  • 学会等名: IEEE NSS/MIC 2019
  • 国際学会
• [学会発表] First precision spectroscopy of cesium-137 from the ground to 150m above in Fukushima (2019)
  • 著者名/発表者名: Kurihara,T., Kataoka,J., Mochizuki,S., Tagawa,L., Maruhashi,T., Tanada,K., Hosokoshi,H.
  • 学会等名: IEEE NSS/MIC 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Demonstration of material identification and simultaneous imaging of multiple contrast agents using a novel photon counting CT (2019)
  • 著者名/発表者名: Kiji, H., Maruhashi, T., Toyoda, T., Kataoka, J., Arimoto, M., Kobayashi, S., Kawashima, H., Terazawa, S., Shiota, S., Ikeda, H.
  • 学会等名: IEEE NSS/MIC 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 次世代型カラーX線CTシステムによるK吸収端イメージングの性能評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 丸橋 拓也、木地 浩章、片岡 淳、有元 誠、寺澤 慎祐、塩田 諭、池田 博一
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季年会
• [備考] プレスリリース：超小型MeVガンマ線カメラの開発に成功ー50kg級の小型衛星で宇宙物理最後の窓開拓へ
  • URL: https://www.waseda.jp/top/news/67607
• [備考] 早稲田大学物理応物・優秀修士論文賞（丸橋 拓也）
  • URL: http://www.butsuri.phys.waseda.ac.jp/contents006.html