| 研究課題/領域番号 |
19H03594
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
石川 正純 北海道大学, 保健科学研究院, 教授 (80314772)
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| 研究分担者 |
小川原 亮 京都大学, 化学研究所, 助教 (00807729)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | SOF検出器 / PQD法 / DOI-PET / BNCT / 中性子計測 |
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| 研究実績の概要 |
加速器BNCTでは、熱外中性子を主たる成分として照射することから、熱外中性子照射量をモニタできる検出器の開発が望まれている。そこで本研究では、熱中性子照射量をリアルタイムで測定可能なSOF検出器を改良し、異なる中性子増感物質を含むシンチレータを組み合わせることにより、熱中性子量、熱外中性子量、ガンマ線量を同時に評価することが可能な新たなSOF検出器を開発する。
マルチコア型SOF検出器に適した中性子増感物質および化合物を選定し、有効な発光量を得るためにnmオーダーまで微細化した粉末を用いたプローブを作成したが、期待した信号量（発光量）が得られなかった。そこで、プラスチックシンチレータ発光の時間変化が荷電粒子の種類に応じて変化することを利用し、PQD（Peak to charge discrimination）法を用いて対象となる反応のみを抽出する方法を試みた。PQDヒストグラムを作成したところ、成分が分かれることは確認されたが、シミュレーションによる計算とは十分には一致しない結果となった。一方、BNCTでは患部におけるホウ素（B-10）濃度も治療効果に大きく影響する。現在、患部への集積度を18F-BPA PET画像から評価しているが、血中ホウ素濃度との相関関係は患者に依存する。そこで本研究では、18F-BPA PET撮像中に同時に血中ホウ素濃度を測定するための腕部装着可能な小型PET装置を開発し、血中ホウ素濃度とPET画像による評価の相関関係を患者個別に構築できるシステムを開発を目指している。本研究で開発する腕部装着型PET装置のためのDOI検出器開発では、最低32チャンネルの高速信号処理回路が必要となることから、16チャンネル分の汎用高速計測ボードを購入し、アナログフロントエンド回路の開発を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
まず、コロナウィルス感染症拡大の影響により、予定していた実験が複数回にわたり中止せざるを得なかったため、解析に必要なデータを取得することができなかった。2021年度は実験を実施することができたが、想定していた結果を得ることができなかった。代替案としてPQD法を利用した信号弁別法も用意していたが、シミュレーション結果とは一致していない。その原因として、光ファイバでの光信号輸送過程で信号波形に時間的な広がりを生じている可能性があるため、さらなる改良・工夫が必要であると考えている。
一方、本研究で開発する腕部装着型PET装置のためのDOI検出器開発では、最低32チャンネルの高速信号処理回路が必要となることから、高速多チャンネル計測システムの検討を行ってきた。FPGAを用いた汎用高速計測ボードおよびASIC回路を制御するための回路設計を行ってきたが、まだ完成には至っていない（完成度は90%）。また、アナログフロントエンド回路の開発も行っているが、十分な性能が得られていないため、さらなる改良・工夫が必要であると考えている。
上記の理由より、本研究課題は「やや遅れている」と判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの検討において、中性子増感物質および化合物を選定し、有効な発光量を得るためにnmオーダーまで微細化した粉末を用いたプローブを作成したが、期待した信号量（発光量）が得られなかった。そこで、プラスチックシンチレータ発光の時間変化が荷電粒子の種類に応じて変化することを利用し、PQD（Peak to charge discrimination）法を用いて対象となる反応のみを抽出する方法を試みた。PQDヒストグラムを作成したところ、成分が分かれることは確認されたが、シミュレーションによる計算とは十分には一致しない結果となった。実験時に使用したプローブが破損して光り漏れを起こしていた可能性があることが分かっていることから、再度データを取得して再解析を行う。
一方、本研究で開発する腕部装着型PET装置のためのDOI検出器開発では、最低32チャンネルの高速信号処理回路が必要となることから、高速多チャンネル計測システムの検討を行ってきた。これまでに16チャンネル分の汎用高速計測ボードを購入し、アナログフロントエンド回路の開発を行ってきた。現在、高速収集のためのFPGA設計に取りかかっており、今年度中にはデータ収集が可能となる見込みである。また、新たにPETデータ収集装置を入手したため、平行して腕部装着型PET装置開発を進める。
PQD法を用いたDOI検出器では、シンチレータの減衰時定数の違いで発光素子の同定を行っているため、多層にシンチレータを重ねる際には、層ごとの減衰時定数がある程度揃っている必要がある。また、各層の減衰時定数は離れている方が弁別能が向上することから、既存のシンチレータを減衰時定数毎にグループ分けし、6mmの長さに切断・研磨した後、減衰時定数の異なる4層のシンチレータブロックを作成する。この4層シンチレータブロックを用いて、DOI-PET装置の開発を目指す。
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