2021 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)
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)
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)
サンペトラ オルテア 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (50571113)
益子 高 近畿大学, 薬学部, 研究員 (30157200)
内山 泰伸 立教大学, 人工知能科学研究科, 教授 (00435801)
能町 正治 大阪大学, 核物理研究センター, 招へい教授 (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 |
領域内研究や核医学の現場からの要求にもとづいたガンマ線イメージャの製作を続けた。特にCdTe半導体センサーと読み出しASICに対する実装技術の改良をはかった。2)領域横断的に開発を行った高速で小型の物理計測用データ収集ボードSPMU-001およびSPMU-002の整備を進めた。特にCdTeやSiの両面ストリップ検出器を加速器実験で用いるためのFPGAのコーディングを行った。これらの検出器は、ロケット実験や地上望遠鏡の焦点面検出器の読み出し回路としても利用されることとなった。3)マルチピンホール光学系を用いたSPECT装置を用いて小動物、特に担がんマウスの医学的な研究を行った。これまで評価を行なってきたCdTe撮像検出器に対して面積が２倍の撮像検出器とともに冷却を行う可搬型のハウジングの開発を行なった。4)がん幹細胞をイメージングする分子プローブの合成を行い, RIのラベリングの前段階として蛍光でがん幹細胞をイメージングできることの確認を行った。5)大阪大学医学部、国立がん研究センター、理化学研究所、Queensland大学などの医学、薬学、化学の研究者との共同研究を進めた。 6)生体内高精度画像解析のための画像解析やスペクトル解析のアルゴリズムの改良を行い、in vivoイメージングにおいて、定量的にRIの集積度を評価する手法の研究を進めた。 7)関連公募研究との連携をはかり，実際に共同でin vivoイメージングを行うことで技術循環をはかった。TimePix3検出器を用いピクセル検出器によるガンマ線イメージングやアルファ線、粒子線の応答について評価した。8)本研究で開発を続けるガンマ線検出器の将来の宇宙ミッションへの展開について検討を続けた。そのために、FOXSIロケット実験のためのCdTe両面ストリップ検出器の開発やSPring-8での評価実験を行った。
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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
我々の技術が、医学・ライフサイエンス領域においても技術革新を呼び起こすブレークスルーとなるという確かな手応えが得られている。また、我々が開発を続けてきた高い感度を持つ多層型の半導体コンプトンカメラは原子物理学、原子核物理学において、新しい偏光観測実験を可能としている。これまでの活動で(1) 超高位置分解能小動物用3D-SPECTイメージング装置、(2) ３D金属プリンタによる高効率タングステンコリメータの開発とアルファ線放出核可視化用の広視野ガンマ線カメラ、 (3)高効率(厚型)CdTe両面ストリップセンサー及び汎用データ収集システムの開発を行い、キャリブレーションや画像解析のアルゴリズムを新規に開発することで医学イメージング実験への応用を行なった。これまでの成果が、近年、新たながんの放射線療法として診断と治療を一体化したラジオ・セラノスティクスへの大きな貢献として注目されることなった。我々は、CdTe半導体の高いエネルギー分解能を生かし、RIの崩壊時に放出される150 keV以下の特性X線を用いたイメージングの研究を進めた。専用のコリメーターを開発し、NIS遺伝子導入がん細胞を用いた担がんマウスに211At:NaAt や211Atで標識した薬剤を投与し、従来用いられていたSPECT装置では判別できなかった腫瘍への211Atの集積の可視化に成功した。B01, A01, C02や公募研究のそれぞれの実験に参加し、連携し、我々のハードウェアやソフトウェアの知見をいかした貢献を行うことができており、開発を進めてきた検出器が太陽観測ロケット実験、気球を用いたガンマ線観測実験に実際に使われるなど、当初想定していた以上の成果がでている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、宇宙観測のために開発されてきた硬X線・ガンマ線検出器を進化させることで、これまで困難であった課題に対する医学研究を可能とする検出器を実現することを目的としてきた。そのためには「検知力」を格段に向上させるばかりではなく、医学研究からの要求、および医学実験として重要な性能を実現することが大切である。また、本研究で開発した検出器を最終的に実用につなげるために必要な事項を理解する必要がある。そのために、医学研究者の他、薬剤製造メーカの研究者などとのより緊密な議論や共同実験を進める。そのため、微小がん発見や転移の早期発見 をめざした微少リンパ転移イメージングなど、担がんマウスを用いた医学実験を進める。診断と治療の同時実施を可能にするための研究におい て、アルファ線放出核種を用いた小動物のin vivoイメージングのための全身撮像用のイメージング装置を整備し、薬物動態の可視化をはかる。その際、定量性の確保ができていることの確認実験を重視する。また、がん幹細胞イメージング・プローブおよび治療用プローブの研究を行う。治療薬への適用をめざし、理化学研究所と共同でレニウム186の高純度化の実験を行い、バックグランドの低い画像の取得をはかる。医学研究と並行して、スペクトル解析や画像解析のソフトウェア開発、高い検出効率を持つCdTe半導体イメージャやその位置分解能の向上などの検出器開発を進める。本研究で開発した可搬性、小型化を強く意識した装置を領域内の他の研究に展開する。また、多層半導体コンプトンカメラを原子核実験に於ける偏光観測実験に応用する。領域研究の最終年度にあたり、これまでの研究成果をまとめて、国内外の学会にて発表をおこなう。
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[Presentation] 太陽観測ロケット実験FOXSI-4に向けたワイドギャップCdTeストリップ検出器の開発と性能評価II2022
Author(s)
長澤 俊作、南 喬博, 高橋 忠幸, 渡辺 伸, 市橋 正裕, 岩田 季也, 小高 裕和, 高嶋 聡, 谷本 敦, 丹波 翼, 渡邊 泰平, 神谷 好郎, 成影 典之
Organizer
日本天文学会 2022年春季年会
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[Presentation] 二電子性再結合X線の偏光度測定III2022
Author(s)
14.中村信行, 大石晋平, 沼館直樹, 内田悠介, 小高裕和, Xiang Gao, 加藤太治, 高橋忠幸, 都築豊, Xiaomin Tong, 米田浩基, 渡辺伸, 渡邉裕文
Organizer
日本物理学会第77回年次大会
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