2019 Fiscal Year Annual Research Report
Novel and Interdisciplinary Application of Hard X-ray and Gamma-ray Detectors
| Project Area | Toward new frontiers : Encounter and synergy of state-of-the-art astronomical detectors and exotic quantum beams |
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| Project/Area Number |
18H05463
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高橋 忠幸 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 教授 (50183851)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
武田 伸一郎 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任助教 (80553718)
柳下 淳 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任助教 (20626676)
織田 忠 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任助教 (10746522)
内山 泰伸 立教大学, 理学部, 教授 (00435801)
サンペトラ オルテア 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 助教 (50571113)
能町 正治 大阪大学, 核物理研究センター, 教授 (90208299)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | ガンマ線検出器 / CdTe / 核医学 / SPECT / コンプトンカメラ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
小動物SPECT装置を用いて、実際にin vivo実験やがん細胞を移植した担がんマウスを用いた医学研究を行うことができるようになり，研究開始当初に想定していた以上に研究が進んでいる。小動物SPECT装置のデータ収集システムや麻酔装置、３Dプリンタを用いたマウスベッドの開発、SPECT画像のCT画像との重ねあわせを行うソフトウェアなど、実験を進める上で必要な整備を完了させた。マウスのリンパ節や甲状腺の複数核種同時イメージング実験を実施し、マウス咽頭部の1-2mm程度の大きさの微細組織への異なるRI化合物（分子プローブ）の集積を，高い空間分解能で，かつ3核種同時に可視化することに成功した。さらに，「ヨウ素イオンをとりこむトランスポータ(NIS)を過剰発現させたがん細胞」を培養，数個～数千個の細胞からなる細胞塊（スフェロイド）を形成、そのガンマ線イメージングを実施し，シャーレ内のin vitroで細胞塊（250ミクロン程度）を識別することに成功した。
新たにアルファ線治療用に研究が進むAt-211の研究に着手した。これまでに開発をおこなったタングステンのマルチピンホールの光学系で約300ミクロン生体内でのイメージング性能が得られることを確認できた。薬物動態を研究するために，広い領域を一度にイメージングを行うことが必要である。そのための広視野のコリメータとして高効率化を達成可能なタングステンの３D printingによるコリメータの開発に成功した。また本領域のB01実験に用いるための高い検出効率を有する2mm厚のCdTe両面ストリップ検出器の新規開発に成功した。
装置の可搬化に向けて汎用で多チャンネルI/Oを有するFPGAボードの開発をおこなった。また、本計画研究の成果を将来の宇宙観測に役に立てることを目的とした高エネルギー天文学の研究や将来ミッションの検討をつづけた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
医学研究者の持つ課題の整理と我々が行うべき医学研究に向けた戦略をたて，医学や薬学の研究者と連携して小動物や非密封線源をもちいた生物実験を行う具体的な研究体制の整備が当初想定していた以上に進んでいる。新たな研究協力者の参加など研究体制も強化されている。生体内のin vivoイメージングの実験を日々物理学者、医学者、薬学者が共同で実施することができている、必要な検出器の能力の把握や検出器の性能にあわせた分子プローブの設計、さらにがん細胞の培養とそのイメージングなど、異分野連携でこそ実施できる研究の姿が見えている。また、これまで開発を進めてきたCdTeイメージャやSi/CdTeコンプトンカメラにおいて、異なる分野での応用がはじまっている。医学研究に広く用いてもらうための検出器も、「検知力の高い検出器」という観点で整理され、開発を進めることができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
医学研究において実際に使用され，成果をあげることができるような装置やソフトウェアの構築を進め，研究分担者のほか，研究協力者の医学研究の推進をはかる。我が国で確立がはかられている短寿命RIの供給ネットワークやアルファ線治療推進の活動の中でガンマ線イメージング技術の観点で貢献する。微小がんの発見や転移の早期発見をめざして、担がんマウスを用いた医学実験を進める。また，低酸素領域やがん幹細胞に代表されるような微小環境の複雑性を研究するためのプローブの検討，さらにそれを目的の部位に到達させるためのDDS（Drug Delivery System)に関する研究、アルファ線放出核種を用いて薬物動態の可視化をはかる研究などを行い、成果を数物領域以外のコミュニティにて発表する。医学研究と並行して，画像解析ソフトウェアの高速化・機械学習の導入，キャリブレーションの高精度化，シミュレーションの整備などのソフトウェア開発，さらに，より広視野をもつコリメータの開発，高い検出効率を持つCdTe半導体イメージャ，高いフラックスでのイメージングが可能なCdTeセンサーなど，検出器開発を進める。本領域研究B01，A01班のJ-PARCでの実験や複数の公募研究の実験を共同で進め，医学研究ばかりではなく，加速器実験などの量子ビーム応用においても容易に，本計画研究の検出器開発の成果を実施可能するように留意する。また将来の硬X線やガンマ線ミッションの検討において，本研究で得られた知見との間でお互いにフィードバックをかけ，相互の発展をはかる。
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[Presentation] Si/CdTeコンプトンカメラの原子物理実験における偏光測定への応用2019
Author(s)
都築豊, 渡辺伸, 大石晋平, 沼館直樹, 櫻井誠, 渡邉裕文, 中村信行, 内田悠介, 米田浩基, 小高裕和, 高橋 忠幸
Organizer
原子衝突学会第44回年会
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