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2013 年度 実績報告書

パラメトリックX線による元素識別トモグラフィの実現

研究課題

研究課題/領域番号 25286087
研究種目

基盤研究(B)

研究機関日本大学

研究代表者

早川 恭史  日本大学, 理工学部, 准教授 (40307799)

研究分担者 金田 隆  日本大学, 歯学部, 教授 (40185947)
高橋 由美子  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 研究員 (70339258)
境 武志  日本大学, 理工学部, 助手 (20409147)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード量子ビーム / 単色X線 / PXR / CT / 元素分析
研究概要

日本大学電子線利用研究施設のPXR線源から得られる単色X線ビームを利用し、吸収端を跨いだ2つのエネルギーでのCT測定を実行した。吸収端を用いた元素マッピングの実証のため、チタン酸ストロンチウム(STO)を含有したペレットを収めた木製マトリョーシカ人形を撮像試料として用いた。PXRビームのエネルギーとして、SrのK殻吸収端16.1keVを跨いだ15.5keVと16.7keVの2条件で実施した。測定時間は各々1時間程度要するが、試行錯誤の結果、線源、測定系ともに測定中安定に作動させることができるようになった。これにより、十分なコントラストと再現性を持った断層像が得られ、両者の差分により実際にSrの3次元マップを取得するのに成功した。
回折強調イメージングの測定系をそのまま利用し、PXRビームの低エネルギー側の半分だけ結晶で反射して2本の交差ビームをつくってステレオスコピック撮像をすることができた。アナグリフの手法で簡易的に立体視画像を作成したところ、実際に奥行きの情報を持ったX線画像が得られていた。また、PXRビームの中心エネルギーをSrのK殻吸収端に合わせ、吸収端を跨いだ2色交差ビーム測定を行ったところ、吸収端の効果によりSrだけ吸収コントラストが変化したX線像の同時取得に実際に成功した。
直径100mmのPXR線源照射野を有効に利用するため、大面積のフラットパネル検出器(FPD)を導入し、その動作確認を行った。照射野よりも十分に大きな有効面積を持ち、CMOSセンサーを用いたタイプとしては熱ノイズおよび読出しノイズが比較的少なく、良い特性を持つことが確認できた。しかしながら、1秒以上の撮像時間を設定するには外部トリガーを設定し、ソフトウェアも開発しなければならないことが判明したため、それに着手した。

現在までの達成度 (区分)
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

回折強調イメージングの測定系を利用したステレオスコピック測定は予定通り実験に成功し、成果が得られている。
大型フラットパネル検出器を用いた測定は、撮像時間の制御やソフトウェアの開発の必要性のため遅れているが、次年度実施予定であった吸収端を跨いだ2つのエネルギーでのCT測定と差分による3次元元素マップの取得には成功した。
本研究の最も根幹的なところであるX線ビームの制御とイメージ分析に関わるところでは予定通りの成果が得られており、全体としてはおおむね順調に進展しているものと考えている。

今後の研究の推進方策

大型フラットパネル検出器を用いたCT測定系の整備とソフトウェア開発を最優先で進め、実際に大面積CT測定を実施する。1時間程度の測定時間が必要なため、生きたマウスなどを用いるのは麻酔などの問題で難しいところがあるため、ホルマリン固定などの処理を施したマウスの標本などを用意して行う。
また、吸収端を跨いだ交差ビームを用いた2色CT同時測定を実現するため、2台の検出器と小型回転ステージ類などを追加した実験セットアップの構築を行う。この作業が順調に行けば、実際に吸収端を跨いだ2色CT同時測定を実施し、その断層像の差分から3次元元素マップを取得するのを試みていく。
3次元元素マップの実証実験に用いる試料としては生体組織や生物試料がインパクトがあると考えられるため、SrやAsを人為的に与えて特定の組織に集積した試料の作成を並行して試みていく。

次年度の研究費の使用計画

小額の消耗品の購入に際して千円以下の残金が生じた。同様の消耗品は次年度以降も購入の必要があるので、効率的に使用するために次年度に使用することにした。
小額の消耗品の購入においても必要度の高い物の購入を優先し、調達を効率的に進めるために次年度使用額を有効に用いる。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] X-ray imaging using a tunable coherent X-ray source based on parametric X-ray radiation2013

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Hayakawa, Yumiko Takahashi, Takao Kuwada, Toshiro Sakae, Toshinari Tanaka, Keisuke Nakao, Kyoko Nogami, Manabu Imagaki, Ken Hayakawa, Isamu Sato
    • 雑誌名

      Journal of Instrumentation

      巻: 8 ページ: C08001 1-13

    • DOI

      10.1088/1748-0221/8/08/C08001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design Optimization of 100 Kv DC Gun Wehnelt Electrode for FEL Linac at LEBRA2013

    • 著者名/発表者名
      T. Sakai, K. Hayakawa, Y. Hayakawa, M. Inagaki, K. Nakao, K. Nogami, T. Tanaka
    • 雑誌名

      Proceedings of FEL2013 (The 35th International Free-Electron Laser Conference) (August 26-30, 2013, New York, USA)

      巻: Web ページ: pp.387-390

  • [雑誌論文] Monochromatic imaging with parametric X-ray: A basic study2013

    • 著者名/発表者名
      Sekiya K, Kaneda T, Suemitsu M, Hayakawa Y, Sakae T
    • 雑誌名

      Proceeding of the 51th Annual Meeting American Society of Neuroradiology

      巻: Web ページ: p538-539

    • 査読あり
  • [学会発表] PXR円錐ビームを用いた極小角散乱イメージング2014

    • 著者名/発表者名
      早川恭史
    • 学会等名
      第20回FELとHigh-Power Radiation研究会
    • 発表場所
      日本大学理工学部 (東京)
    • 年月日
      20140313-20140314
  • [学会発表] X-ray Imaging Based on Small-angle X-ray Scattering Using Spatial Coherence of Parametric X-ray Radiation2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Hayakawa, K. Hayakawa, M. Inagaki, T. Kaneda, K. Nakao, K. Nogami, T. Sakae, T. Sakai, I. Sato, Y. Takahashi, T. Tanaka
    • 学会等名
      The X International Symposium "Radiation from Relativistic Electrons in Periodic Structures" (RREPS-13)
    • 発表場所
      Lake Sevan (アルメニア)
    • 年月日
      20130923-20130928
    • 招待講演
  • [学会発表] Design Optimization of 100 Kv DC Gun Wehnelt Electrode for FEL Linac at LEBRA2013

    • 著者名/発表者名
      境 武志,田中 俊成,早川 建,早川 恭史,中尾 圭佐,野上 杏子,稲垣 学
    • 学会等名
      FEL 2013 (The 35th International Free Electron Laser Conference)
    • 発表場所
      New York (米国)
    • 年月日
      20130826-20130830
  • [学会発表] 2結晶型パラメトリックX線源におけるダイヤモンド単結晶の試験2013

    • 著者名/発表者名
      早川 恭史,雫石 崇,石橋 直也,早川 建,稲垣 学,中尾 圭佐,野上 杏子,境 武志,佐藤 勇,田中 俊成
    • 学会等名
      第10回日本加速器学会年会
    • 発表場所
      名古屋大学豊田講堂 (名古屋)
    • 年月日
      20130803-20130805
  • [学会発表] LEBRAパラメトリックX線を用いた画像診断に関する基礎的検討2013

    • 著者名/発表者名
      金田 隆,関谷浩太郎,川島雄介,村松輝晃,末光正昌,寒河江登志朗,早川恭史, 佐々木悠介,宇田川勇,岡田裕之
    • 学会等名
      第54回日本歯科放射線学会総会
    • 発表場所
      福岡県立ももち文化センター(博多)
    • 年月日
      20130531-20130602
  • [学会発表] LEBRA-PXRの画像診断への応用:幾何学的特徴の検討2013

    • 著者名/発表者名
      川島雄介,関谷浩太郎,佐々木悠介,村松輝晃,平原尚久,村岡宏隆,福田大河,金田隆,早川恭史,近藤信太郎
    • 学会等名
      第54回日本歯科放射線学会総会
    • 発表場所
      福岡県立ももち文化センター(博多)
    • 年月日
      20130531-20130602
  • [学会発表] Monochromatic imaging with parametric X-ray: A basic study2013

    • 著者名/発表者名
      Sekiya K, Kaneda T, Suemitsu M, Hayakawa Y, Sakae T
    • 学会等名
      The 51th Annual Meeting American Society of Neuroradiology
    • 発表場所
      San Diego (米国)
    • 年月日
      20130520-20130523

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公開日: 2015-05-28  

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