TOF計測とDOI計測の両立が可能なPET用次世代検出器の開発

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K18378
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 田久 創大 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 先進核医学基盤研究部, 博士研究員(任常) (60796473)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: PET / TOF / DOI / 放射線検出器

研究実績の概要

本研究では、がん診断や脳機能計測・薬剤開発等で活躍するPET（陽電子断層撮影法）装置の画質（解像度と感度）改善に向けて、ガンマ線飛行時間差（time-of-flight: TOF）計測技術と三次元放射線位置（depth-of-interaction : DOI）計測技術の両立が可能である実用的なPET検出器の開発を進めている。
本年度は、両端光読み出し方式において、実用的な検出器構造を模索する実験を行った。前年と同様に、TOF 用シンチレータとして優れた性能を持つ3 mm角のLYSO・LFS シンチレータを用いた。受光素子も同様に、TOF性能に特化したSiPMである浜松ホトニクス製MPPCアレイモジュールを用いた。MPPCの有効受光面サイズは3 x 3 mm2、サブピクセルサイズは75 μmである。シンチレータの長さ（10～20 mm）やDOI分割数（2～６層DOI等）を変えた検討に加えて、表面研磨状態や結晶辺縁材料（反射材の種類や巻き方・挿入方法等）を変えた実験を行った。結果として、DOI分解能3～４mm程度で200 ps台の優れたTOF分解能が得られた。
前年度までの結果と、本年度に得られたDOI分解能・TOF分解能を踏まえて、頭部用PET装置を模擬した装置性能を比較するGEANT4モンテカルロシミュレーションを行った。分解能や感度・画質等の評価を行い、従来と比較して優れた性能が得られることを確認した。したがって、本研究で得られたDOI分解能とTOF分解能を両立する検出器を用いることで、PET装置の画質は大きく改善することが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Design study of a brain-dedicated time-of-flight PET system with a hemispherical detector arrangement (2020)
  • 著者名/発表者名: Takyu Sodai、Ahmed Abdella M、Yoshida Eiji、Tashima Hideaki、Kumagai Masaaki、Yamashita Taichi、Yamaya Taiga
  • 雑誌名: Physics in Medicine & Biology 巻: 65 ページ: 035012～035012
  • DOI: 10.1088/1361-6560/ab63ee
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a 4-Layer DOI TOF-PET detector module with a 6 mm-pitch MPPC array (2019)
  • 著者名/発表者名: Takyu Sodai、Yoshida Eiji、Nishikido Fumihiko、Nitta Munetaka、Akamatsu Go、Yamaya Taiga
  • 雑誌名: Conference record of 2018 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC) 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1109/NSSMIC.2018.8824383
• [雑誌論文] Development of a dual-end detector with TOF and DOI capabilities using crystal bars segmented by subsurface laser engraving (2019)
  • 著者名/発表者名: Mohammadi Akram、Takyu Sodai、Nishikido Fumihiko、Yoshida Eiji、Shimizu Keiji、Sakai Toshiaki、Yamaya Taiga
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 931 ページ: 236～241
  • DOI: 10.1016/j.nima.2019.04.016
  • 査読あり
• [学会発表] Energy characterization of the 4-Layer DOI GAGG scatterer detector for whole gamma imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Sodai Takyu, Eiji Yoshida, Naoko Inadama, Fumihiko Nishikido, Munetaka Nitta, Kei Kamada, Katia Parodi, Taiga Yamaya
  • 学会等名: 第 117 回日本医学物理学会学術大会
• [学会発表] コンプトンカメラの機能を有する PET 装置のための散乱検出器開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田久創大
  • 学会等名: SMART2019 (Scintillator for Medical, Astroparticle and environmental Radiation Technologies)
• [備考] 次世代PET開発研究会報告書
  • URL: https://www.nirs.qst.go.jp/usr/medical-imaging/ja/study/main.html