全方位3次元測距とガンマイメージングを融合した俯瞰画像下線源可視化・定量法の開発

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H00881
• 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), 特任准教授 (70589340)
• 研究分担者: 高田 英治 富山高等専門学校, その他部局等, 教授 (00270885) ; 石田 文彦 富山高等専門学校, その他部局等, 准教授 (20345432) ; 富田 英生 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (20432239) ; 田村 雄介 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40515798) ; 鎌田 圭 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (60639649) ; 禹 ハンウル 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任講師 (80845272) ; 武田 彩希 宮崎大学, 工学部, 准教授 (40736667)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: コンプトンカメラ / ガンマカメラ / ガンマ線 / 定量化 / 4π

研究実績の概要

本研究の目的は、医用診断、環境モニリング、宇宙ガンマ線、核セキュリティなどの幅広 い領域で必要とされるガンマ線定量可視化技術の理 論的、実験的な手法の確立である。本目的達成のため新たな 3次元等方TOF (Time Of Flight)構造を有する球型カメラ(ガンマ スフィア(Gamm a-Ray Sphere) GRASP)を開発し、本手法の実験的理論的検証を行う。3次元 全方向に等方的感度を有する自己位置推定型のTOFガンマ線カメラ の開発を行い、線量の 定量化イメージングを目指す。具体的には、全方向に感度を有する新高速シンチレータを 用いたスフィア型TOF(Time O f Flight)ガンマカメラ(GRASP)の開発を行い、カメラの自己 位置推定可能なロボット技術を用いて、配置された線源の定量イメージング実証 試験を実 施する。また4π方向からの撮像試験を行うことで理論的な定量手法論を構築し可視光ガ ンマ線融合画像を作成する。
本年度はこれらの技術を組み合わせることで 全方位3次元測距とガンマイメージングを融合した俯瞰画像下線源可視化・定量法の開発を行った。加えて最終年度に予定している科警研の協力のもとに フィールドにおける実証試験の準備をすすめた。具体的にはGFAG/CeBr3のピクセル検出器アレイを開発し200~300ピコ秒の応答速度を有する時間、エネルギー分解型の検出器を製作する。これによりコンプトン散乱の反応順を特定可能なことを実証した。これにより結果的にコンプトン イメージングにおける入射方向を、時間情報から特定することが可能となりイメージングの信号バックグラウンド比の向上を見込む事ができた 。前年度までに開発した定量化手法と組み合わせることで60COや137Csなどの線源の定量化イメージング試験を実施した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度はこれらの技術を組み合わせることで 全方位3次元測距とガンマイメージングを融合した俯瞰画像下線源可視化・定量法の開発を行った。加えて最終年度に予定している科警研の協力のもとに フィールドにおける実証試験の準備をすすめた。具体的にはGFAG/CeBr3のピクセル検出器アレイを開発し200~300ピコ秒の応答速度を有する時間、エネルギー分解型の検出器を製作、これによりコンプトン散乱の反応順を特定可能なことを実証した。これにより結果的にコンプトン イメージングにおける入射方向を、時間情報から特定することが可能となりイメージングの信号バックグラウンド比の向上を見込む事ができた 。前年度までに開発した定量化手法と組み合わせることで60COや137Csなどの線源の定量化イメージング試験を実施した。以上より順調に進展している。

今後の研究の推進方策

開発してきた全方位3次元測距とガンマイメージングを融合した俯瞰画像下線源可視化・定量法を用いてフィールドでのイメージング試験を実施する予定である。加えて線源強度を定量化する実験を行うとともに、TOF型のGFAG検出器を複数製作しリング型のGRASP,球型コンプトンカメラを完成する。

研究成果

• [雑誌論文] Simplified image reconstruction method in 4π Compton imaging for radioactive source identification (2021)
  • 著者名/発表者名: Mukai Atsushi、Tomita Hideki、Hara Shintaro、Yamagishi Keita、Terabayashi Ryohei、Shimoyama Tetsuya、Shimazoe Kenji
  • 雑誌名: 2021 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII) 巻: 2021 ページ: 20511082
  • DOI: 10.1109/IEEECONF49454.2021.9382624
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Multichannel High Time Resolution Data Acquisition System for TOT-ASIC (2021)
  • 著者名/発表者名: Sato Setsuo、Uenomachi Mizuki、Shimazoe Kenji
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Nuclear Science 巻: 68 ページ: 1801～1806
  • DOI: 10.1109/TNS.2021.3084144
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of single scattering correction method in compton imaging system (2021)
  • 著者名/発表者名: Kim Donghwan、Uenomachi Mizuki、Shimazoe Kenji、Takahashi Hiroyuki
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 1010 ページ: 165568～165568
  • DOI: 10.1016/j.nima.2021.165568
  • 査読あり
• [学会発表] Study on Time-of-Flight Compton Imaging System for Environmental Monitoring (2021)
  • 著者名/発表者名: Agus Nur Rachman, Kenji Shimazoe, Hiroyuki Takahashi, Yusuke Tamura, Hideki Tomita, Hanwool Woo, Kei Kamada, Fumihiko Ishida, Eiiji Takada, Kosuke Tanabe
  • 学会等名: 日本原子力学会 2021年秋の大会
• [学会発表] 全方向コンプトンイメージングに基づく放射線源可視化・定量法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山岸 恵大、向 篤志、島添 健次、田村 雄介、禹 ハンウル、上ノ町 水紀、石田 文彦、河原林 順、田辺 鴻典、富田 英生
  • 学会等名: 日本原子力学会 2021年秋の大会
• [学会発表] Evaluation on Single Scatter Correction in Compton Camera Imaging (2021)
  • 著者名/発表者名: Kim, M. Uenomachi, K. Shimazoe, H. Takahashi
  • 学会等名: IEEE NSS MIC RTSD 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Measurement Protocol Optimization using Machine Learning for Radiation Source Identification based on 4π Gamma Imaging (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Hara, H. Tomita, A. Mukai, K. Yamagishi, H. Ebi, R. Terabayashi, K. Shimazoe, A. Nurrachman, Z. Zhihong, H. Takahashi, M. Uenomachi, H. Woo, T. Kishimoto, H. Kogami, H. Asama, Y. Tamura, F. Ishida, E. Takada, J. Kawarabayashi, K. Tanabe, K. Kamada
  • 学会等名: IEEE NSS MIC RTSD 2021
  • 国際学会
• [学会発表] 全方向ガンマイメージングを用いた線源同定法への球面調和関数フィルタの適用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 向 篤志, 原 真太朗, 山岸 恵大, 海老 秀虎, 寺林 稜平, 島添 健次, 田村 雄介, 禹 ハンウル, 岸本 卓也, 湖上 碩樹, Zhong Zhihong, 上ノ町 水紀, Agus Nurrachman, 高橋 浩之, 淺間 一, 石田 文彦, 高田 英治, 河原林 順, 田辺 鴻典, 鎌田 圭, 富田 英生
  • 学会等名: 2022年次世代放射線シンポジウム