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山口 充孝; 鳥飼 幸太*; 河地 有木; 島田 博文*; 佐藤 隆博; 長尾 悠人; 藤巻 秀; 国分 紀秀*; 渡辺 伸*; 高橋 忠幸*; et al.
Physics in Medicine & Biology, 61(9), p.3638 - 3644, 2016/05
被引用回数：9 パーセンタイル：100.00(Engineering, Biomedical)2012年にPhys. Med. Biol.誌にアクセプトされた原著論文("Beam range estimation by measuring bremsstrahlung", Phys. Med. Biol. 57 (2012) 2843)について、計算コードPHITSを用いた水中での炭素イオンの飛程に関して再計算したところ、飛程の値に間違いが見つかった。今後、制動輻射を用いたビームモニタリングに関する研究を行う上で無視することができない差異であるため、関連する記述内容も含め、訂正した原稿を投稿する。
山口 充孝; 長尾 悠人; 河地 有木; 佐藤 隆博; 藤巻 秀; 神谷 富裕; 鳥飼 幸太*; 島田 博文*; 菅井 裕之*; 酒井 真理*; et al.
International Journal of PIXE, 26(1&2), p.61 - 72, 2016/00
炭素線治療中にその軌道上の生体組織内で発生する局所的密度減少は、ブラッグピーク位置のシフトを引き起こし、誤照射の原因となる。この密度減少を炭素線照射中に確認できれば、誤照射を軽減する対策が立てられる。そこで、重粒子線治療で発生する二次電子による制動輻射のうち、発生量が多く効率的測定が可能な低エネルギー光子(63-68keV)による生体内の局所的密度減少の検出方法を開発している。今回、空気間隙による密度減少の存在の検出が可能かどうかをPHITSコードを用いたモンテカルロシミュレーションにより次のように評価した。ビーム軸方向の長さが50mm、奥行き200mm、高さ200mmのアクリルブロック2個を、ビーム軸方向に10mmの間隙を設けて設置した。また、検出器として、幅2.4mmのスリットを持つ鉛製コリメータとテルル化カドミウム製の検出素子を組み合わせた。炭素線を照射した際にビーム軸に対して垂直方向に放出される63-68keVの光子を検出したところ、その検出量に明らかな増減が確認できた。この結果は、間隙の存在を十分検出することが可能であることを示す。
-ray simultaneous imaging by using a Si/CdTe Compton camera鈴木 義行*; 山口 充孝; 小高 裕和*; 島田 博文*; 吉田 由香里*; 鳥飼 幸太*; 佐藤 隆博; 荒川 和夫*; 河地 有木; 渡辺 茂樹; et al.
Radiology, 267(3), p.941 - 947, 2013/06
被引用回数：23 パーセンタイル：64.71(Radiology, Nuclear Medicine & Medical Imaging)Capabillity tests of 3D imaging for medical applications were performed by using a new Compton camera. 
F, 
I and 
Ga separately compacted into micro tubes were injected subcutaneously into a Wister rat and imaged after sacrifice of the rat (ex-vivo model). In a separate experiment 
In-chloride and I-Methylnorcholestenol were injected into a rat intravenously and 
Cu was injected into the stomach orally just before imaging (more physiological model). The Compton camera demonstrated its 3D multinuclear imaging capability by separating out the three nuclear distributions clearly in ex-vivo model. In the more physiological model, the distributions of I and Cu were clearly imaged although In was difficult to visualize due to blurring at low energy region of -ray. In conclusion, our new Compton camera successfully demonstrated highly resolved multiplanar and multinuclear -ray simultaneous imaging.
山口 充孝; 長尾 悠人; 河地 有木; 藤巻 秀; 神谷 富裕; 小高 裕和*; 国分 紀秀*; 武田 伸一郎*; 渡辺 伸*; 高橋 忠幸*; et al.
Proceedings of 2013 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference Record (NSS/MIC), 3 Pages, 2013/00
A Monte Carlo simulation system was developed to estimate the response of Compton camera against -ray emissions from RI spots in a PET-standard human-body phantom. The quality of the three-dimensional imaging program for the Si/CdTe Compton camera to reconstruct the image of the RI spots in a phantom was evaluated by the system, when the phantom has three hot sphere-regions with the same known RI density and different diameters, in other words, different known intensities. The density values of the hot regions reconstructed by the three-dimensional imaging program for the Compton camera were consistent to the known intensities of the RI. It demonstrates sufficient quality of the program for Si/CdTe Compton camera to image RI spots in the phantom.
山口 充孝; 鳥飼 幸太*; 河地 有木; 島田 博文*; 佐藤 隆博; 長尾 悠人; 藤巻 秀; 国分 紀秀*; 渡辺 伸*; 高橋 忠幸*; et al.
Proceedings of 2013 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference Record (NSS/MIC), 2 Pages, 2013/00
We studied a new method to monitor a beam range in heavy-ion radiation therapy on the basis of measurement of low energy photons emitted from a track of the ion beam. A 290 MeV/u carbon beam was injected into a cylindrical water phantom. A CdTe semiconductor detector with a lead slit having a width of 2 mm was placed at a side of the phantom. In order to measure the position dependence of the low energy photon count, the beam range was varied by changing the energy of injected ions using a binary energy degrader placed about 100 cm upstream of the beam focal point. The measured photon count decreased when the detector got closer to the end point of the beam range and the derivative of the photon count values sharply changed within a depth variation of a few mm in front of the range position. This was explained by our theoretical study assuming secondary electron bremsstrahlung. These results indicate that this new method could be useful to estimate the range position from the observation of bremsstrahlung with an accuracy of a few mm.
山口 充孝; 鳥飼 幸太*; 河地 有木; 島田 博文*; 佐藤 隆博; 長尾 悠人; 藤巻 秀; 国分 紀秀*; 渡辺 伸*; 高橋 忠幸*; et al.
Physics in Medicine & Biology, 57(10), p.2843 - 2856, 2012/05
被引用回数：41 パーセンタイル：79.69(Engineering, Biomedical)We describe a new method for estimating the beam range in heavy-ion radiation therapy by measuring the ion beam bremsstrahlung. We experimentally confirm that the secondary electron bremsstrahlung process provides the dominant bremsstrahlung contribution. A Monte Carlo simulation shows that the number of background photons from annihilation rays is about 1% of the bremsstrahlung strength in the low-energy region used in our estimation (63-68 keV). Agreement between the experimental results and the theoretical prediction for the characteristic shape of the bremsstrahlung spectrum validates the effectiveness of our new method in estimating the ion beam range.
山口 充孝; 河地 有木; 神谷 富裕; 佐藤 隆博; 鈴井 伸郎; 藤巻 秀; 小高 裕和*; 石川 真之介*; 国分 紀秀*; 渡辺 伸*; et al.
JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 145, 2012/01
現在、三次元撮像が可能な医学用コンプトンカメラとしてマルチヘッドコンプトンカメラシステムの開発を行っている。今回、システムの構成要素であるヘッドモジュールプロトタイプ機の製作を行い、Ba133点線源を用い性能試験を行った。測定結果は線源の位置を正確に反映し、点線源の撮像が問題なく可能であることを確認できた。測定データから見積もった装置の空間分解能は、シミュレーションスタディで得られている結果とよく一致した。装置近傍領域においては、検出器面に対して垂直方向の分解能も有することが、実験結果及びシミュレーション結果の両面から実証された。
山口 充孝; 河地 有木; 鈴井 伸郎; 藤巻 秀; 神谷 富裕; 小高 裕和*; 石川 真之介*; 国分 紀秀*; 渡辺 伸*; 高橋 忠幸*; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 648(Suppl.1), p.S2 - S7, 2011/08
被引用回数：2 パーセンタイル：19.82(Instruments & Instrumentation)現在Si/CdTeコンプトンカメラを用いた、3次元撮像が可能な医学・生物学用のイメージングシステムの構築を進めている。このシステムは、数十keVから数MeVの広いエネルギー範囲において、高いエネルギー分解能及び空間分解能を有し、複数核種同時イメージングが可能であるという特徴を有する。これまでにカメラの近接領域においては、単一のカメラヘッドのみで、奥行き方向の情報を取得可能であることを、シミュレーションスタディを通して示してきたが、今回、実際に実機を用いて測定を行い、奥行き方向も含めた3次元情報が一台のヘッドのみで取得可能であることを確認した。また、得られた位置分解能が、シミュレーションスタディの結果とよく一致していることも確認できた。
山口 充孝; 河地 有木; 神谷 富裕; 鈴井 伸郎; 藤巻 秀; 小高 裕和*; 石川 真之介*; 国分 紀秀*; 渡辺 伸*; 高橋 忠幸*; et al.
2010 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record (CD-ROM), p.2004 - 2007, 2010/10
In recent developed radionuclide-based imaging technologies utilized for biological and medical studies, wide dynamic range of radiation intensity with a good quantitative linearity is one of the most important factors. However, the linearity of a detector or a sensor generally breaks due to the dead-time increasing in high counting rate. Therefore, in case of an imaging camera, which is a large set of detectors, it is essential to measure the sensitivity profile of it varying with the radiation source intensity for correction of nonlinearity of each detector. Si/CdTe Compton camera is comprised of two layered double-sided Si strip detectors and two layered double-sided CdTe strip detectors with a four-layer laminated structure. For imaging, the source positions of -rays are identified by analysing the deposited energies and the scattering angles from counted events in those of detectors. In this work, the Compton camera that was newly developed for biological and medical applications was investigated on the counting rate performance, and the sensitivity profile of this highly complicated imaging system was measured using a F point -ray source. The intense source of 20 MBq was used to measure the sensitivity profiles for a wide range of counting rate in a short period. The result was compared with a calculation using a model considering the dead time of the detection system.
長尾 悠人; 山口 充孝; 河地 有木; 藤巻 秀; 神谷 富裕; 武田 伸一郎*; 渡辺 伸*; 高橋 忠幸*; 鳥飼 幸太*; 荒川 和夫*; et al.
no journal, ,
医学・生物学における生体内トレーサイメージングへ応用するコンプトンカメラでは、その近傍に存在するRIトレーサの分布を定量的に表現できることが不可欠である。このため、本研究では、それに必要な画像再構成手法の開発を進めている。画像再構成にLM-ML-EM法を用いるとき、対象領域からの線に対する検出効率分布の算出は、イメージングの定量性に大きな影響を及ぼす。特に、カメラ近傍では検出効率の空間的な変化が大きいため、その重要度はより顕著である。本研究では、線のエネルギーや検出器との相互作用断面積といった物理的条件を考慮して検出効率分布を算出する手法を独自に開発した。等間隔に等強度の点線源を配置した場合のシミュレーションを実施し、本開発手法を用いて画像再構成した。この結果、広い領域に渡って均一な線源強度を示す画像が得られ、本手法の有効性が示された。さらに、コンプトンカメラを用いて、実際に非密封線源で製作したファントムの撮像を試みた。
山口 充孝; 長尾 悠人; 河地 有木; 藤巻 秀; 荒川 和夫*; 神谷 富裕; 小高 裕和*; 国分 紀秀*; 武田 伸一郎*; 渡辺 伸*; et al.
no journal, ,
医学分野における近距離領域撮像用のコンプトンカメラは、散乱体を起点とした角度分解能ではなく、検出体最表面を起点とした角度分解能(実効角度分解能)を指標として検出器構成の設計を行う必要がある。また、検査・治療支援等を目的とした撮像を行う際は、撮像時間の短縮及び投与RIの減量によって、患者の身体的及び精神的負担を軽減するため、コンプトンカメラの設計には検出効率向上に重きを置く必要が生じる。そこで、CdTeが散乱体かつ吸収体となるイベント(CdTe-CdTeイベント)を取り入れることによる検出効率の大幅な向上効果と、その際の実効角度分解能を指標として検出器構成のシミュレーションによる検討を行った。これに基づいて構築したSi1枚CdTe4枚の構成を持つコンプトンカメラについて、Ba-133(356keV)の点線源を用いて検出効率と角度分解能を測定した結果はシミュレーション結果と整合した。これにより、Si/CdTeコンプトンカメラによる近接領域撮像においてCdTe-CdTeイベントを取り入れることによる検出効率の向上効果の有効性が実証できた。
長尾 悠人; 山口 充孝; 河地 有木; 藤巻 秀; 神谷 富裕; 武田 伸一郎*; 渡辺 伸*; 高橋 忠幸*; 鳥飼 幸太*; 荒川 和夫*; et al.
no journal, ,
We have been studying the application of Compton cameras to the field of medicine and biology. A quantitative image reconstruction method for Compton cameras has been investigated to analyze quantitatively the physiological functions of the target subjects, since it is essential to estimate the quantitative distribution of radioactive tracers within a given field of view (FOV) of the camera. Detection efficiency maps play an important role in quantitative image reconstruction in a statistical image reconstruction algorithm. Particularly, there are significant spatial variations of efficiency in the near-field area of the camera, which is the main FOV in the medical and biological application. A method to calculate the efficiency maps has been developed considering geometrical and physical conditions. A Monte Carlo simulation was carried out to test the validity of the method. The point sources of 511 keV photons were placed in a plane at a distance of 150 mm from the scattering detector of the CdTe Compton camera. The efficiency map agreed well with the result of Monte Carlo simulation. An imaging experiment of a 
Na source in the shape of line was performed using the efficiency map. The source was placed in the same plane as considered in Monte Carlo simulation. The shape of line is well reconstructed by list-mode ML-EM, though distribution of activity is not uniform sufficiently.
山口 充孝; 酒井 真理*; 長尾 悠人; 河地 有木; 藤巻 秀; 荒川 和夫*; 神谷 富裕; 小高 裕和*; 国分 紀秀*; 武田 伸一郎*; et al.
no journal, ,
本研究では、複数核種同時撮像が可能なイメージング装置として注目されているSi/CdTe半導体コンプトンカメラを用いた核医学診断装置の開発を目的としている。これまでに、コンプトンカメラによる二次元画像の撮像に関する研究は進められてきたが、核医学診断装置に求められる横断断層撮像に関しては、複雑な三次元画像解析が必要なため十分研究が進められておらず、画質評価方法も確立していない。そこで、PET診断で用いられている標準的な評価方法を適用し、コンプトンカメラの横断断層画質の評価をシミュレーションにより行った。シミュレーションの対象は、内部に放射能濃度の濃い球形のホット球と放射能濃度がゼロであるコールド球を配置した人間胴体ファントムであり、標準的な評価方法に従い、合計6個の球の重心が断層面と重なるようにした。さらに、Si/CdTe半導体検出器を断層面内にファントムを取り囲むように配置した。各球のサイズ及び濃度比を変えてシミュレーションを行い、コントラスト及びバックグラウンドの変化を調べた結果、高コントラストで、かつコントラスト及びバックグラウンドの変動が少ない鮮明な画像が取得できる見通しが得られた。
酒井 真理*; 菊地 美貴子*; 鳥飼 幸太*; 荒川 和夫*; 山口 充孝; 長尾 悠人; 河地 有木; 藤巻 秀; 神谷 富裕; 小高 裕和*; et al.
no journal, ,
コンプトンカメラは多核種同時撮像能力を持つことから、新しい核医学診断装置として期待されている。我々は臨床研究を目指し、体内に集積した放射性薬剤の可視可能性について基礎データの収集を行っている。本発表では宇宙線観測用に開発されたSi/CdTeコンプトンカメラを基本としたシステムおよびNEMA IECボディファントムを用いて、人体体幹部による線散乱の影響について評価を行った。ファントム中心部にNa-22, Co-57, Ba-133の標準点線源を設置し、それらからの511keV, 122keV, 356keVの線について、ファントム内が空気の状態と、人体を模すために水を満たした状態でそれぞれ撮像を行い比較した。その結果、取得画像での位置分解能の変化はほとんど見られなかったが、画質の顕著な低下が見られた。コンプトンカメラで取得された線エネルギースペクトルを比較したところ、水での線散乱の影響によって画像再構成に用いることのできたイベント数がおよそ1/2に減少しており、かつエネルギー幅の広がりや低エネルギー側のバックグランドレベルの増加が生じており、このことが原因と考えられた。今後画像再構成手法の見直しにより画質改善を図るとともに、複数核種同時撮影時の核種定量に向けてさらに検討を進める予定である。
rays by body tissue on the image of semiconductor Compton camera for nuclear medical use酒井 真理*; 菊地 美貴子*; 鳥飼 幸太*; 荒川 和夫*; 山口 充孝; 長尾 悠人; 河地 有木; 藤巻 秀; 神谷 富裕; 小高 裕和*; et al.
no journal, ,
人体中に集積した放射性物質分布のコンプトンカメラによる撮像においては、放出された線が人体を構成する物質により散乱するため、この影響を事前に評価しておく必要がある。そこで、核医学分野で標準的に利用されている人体体躯形状を模した水ファントム(NEMA IEC規格)の中央に、密封点線源(Co-57, Ba-133, Na-22(線エネルギーはそれぞれ122, 356, 511keV))を設置し、ファントムに水を満たした場合と空の場合とでコンプトンカメラのイベント検出率と角度分解能を測定し、人体を構成する物質による散乱の影響を評価した。実験の結果、3つの線源のどのエネルギーにおいても、数十%程度の検出率の劣化は見られるが、角度分解能の劣化はほぼ無いことが分かった。これにより、現在開発中のコンプトンカメラでは、人体中の撮像においても、大幅な測定時間の遅延なしに、散乱影響のない場合と同画質の画像が取得できることが分かった。
山口 充孝; 長尾 悠人; 河地 有木; 藤巻 秀; 神谷 富裕; 鳥飼 幸太*; 島田 博文*; 菅井 裕之*; 酒井 真理*; 荒川 和夫*; et al.
no journal, ,
重粒子線治療中に炭素ビームの軌道上の生体組織内で局所的密度減少が生じた場合、この影響でブラッグピークの位置がシフトすることで、誤照射の発生が懸念されている。この密度減少を照射中に確認できれば、誤照射の影響を軽減する対策が立てられる。そこで、2次電子による制動輻射のうちの検出効率が高い低エネルギー光子(63-68keV)の測定による密度減少箇所を特定する方法を開発している。本研究では実験によりこの方法の有効性を評価するために、中央に長さ1cmの空気領域を持つアクリルブロックに治療で使用される290MeV/uの炭素ビームを入射させ、ビーム軸に対して垂直に放出される光子発生量の位置依存性を測定した。光子の検出には、鉛製コリメータ(幅2.4mmの厚さ100mm)を挟んでアクリルブロックの側方に設置したCdTe半導体検出器を用いた。検出器及びコリメータは、ビーム軸に沿って間隙位置を中心に2mm間隔で移動させた。測定の結果、検出位置が間隙位置と一致した時に測定光子数が最少になり、この変化から間隙位置を計測可能であることが分かった。これにより、低エネルギー光子の測定による局所的密度減少の検出が可能性であることを示すことができた。
線エネルギー分布測定及び中性子損傷の調査山口 充孝; 鳥飼 幸太*; 島田 博文*; 河地 有木; 神谷 富裕; 鈴木 義行*; 吉田 由香里*; 佐藤 隆博; 鈴井 伸郎; 藤巻 秀; et al.
no journal, ,
インビームモニタリングにおける陽電子消滅線ピークのバックグラウンドイベント測定のため、炭素線治療環境下における線のエネルギー分布測定を行った。22年度は、コンプトンカメラに用いられているCdTe検出器での線検出に対する実験室内熱中性子場の影響についての評価を行った。治療時と同等条件の炭素線を、水ファントムに入射し、放出される線を周囲に設置したCdTe検出器を用いて測定した結果、Cd-133の中性子捕獲反応に起因する599keVの線ピークがスペクトルに現れることがわかった。10%ボロン入りパラフィンを検出器の周囲に配置し、中性子を遮蔽した場合、このピークは減少し、さらに、511keVの消滅線ピークのバックグラウンドとなる連続成分も減少し、S/N比が向上することが確認できた。また、今回は、10
ppsの炭素線照射においてトータル20時間、照射環境下で検出器を使用し、検出器の性能に劣化は見られないことが確認できた。
山口 充孝; 神谷 富裕; 河地 有木; 鈴井 伸郎; 藤巻 秀; 小高 裕和*; 石川 真之介*; 国分 紀秀*; 渡辺 伸*; 高橋 忠幸*; et al.
no journal, ,
3次元撮像が可能な医学用コンプトンカメラとして、現在、マルチヘッドコンプトンカメラシステムの開発を行っている。今回、システムの構成要素であるヘッドモジュールのプロトタイプ機の製作を行い、Ba-133密封線源を用いて性能試験を行った。測定結果は、線源の位置を正確に反映し、点線源の撮像が問題なく可能であることを確認できた。測定データから見積もった装置の角度分解能は4.5度であり、シミュレーションスタディで得られている結果とよく一致した。今回のモジュールは、マルチヘッドを実現するためヘッドサイズは直径22cm高さ24cm程度にまで小型化を実現した。モジュールはロボットアームに設置し、患部への接近配置が可能となるよう設計している。今回製作したモジュールをマルチヘッド化した場合の3次元空間分解能の向上についてシミュレーションスタディにより評価を行った。本会議ではこれらの結果について報告を行う。
山口 充孝; 神谷 富裕; 河地 有木; 鈴井 伸郎; 藤巻 秀; 石岡 典子; 渡辺 伸*; 石川 真之介*; 小高 裕和*; 国分 紀秀*; et al.
no journal, ,
医学イメージング用途のSi/CdTeコンプトンカメラのプロトタイプの開発を行ってきた。コンプトンカメラヘッドが単一である場合、深度方向の空間分解能は低く3次元的に解像度の良い撮像は不可能である。分解能の改善のため、われわれは複数ヘッド型コンプトンカメラを提案してきた。今回、コンプトンカメラを用いた実験データとモンテカルロシミュレーション結果とを比較し、単一ヘッド装置の空間分解能を検証した。さらに、マルチヘッド化の影響調査のため、ダブルヘッド装置のシミュレーションによる分解能評価を行った。カメラヘッドは2枚のSiストリップ検出器と2枚のCdTeストリップ検出器からなる。モンテカルロシミュレーションにはGEANT4を用いたカメラシミュレーターを用いた。イメージングには、LM-ML-EM法を用いた。測定結果はシミュレーションによる結果とよく一致した。深度方向の空間分解能は、単一ヘッドの場合、おおよそ15mmであるが、ダブルヘッドの場合6mm程度に改善されることがシミュレーションにより示唆された。これらの結果はマルチヘッド化による3次元空間分解能の改善を示唆するものである。
山口 充孝; 神谷 富裕; 河地 有木; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 藤巻 秀; 渡辺 伸*; 石川 真之介*; 小高 裕和*; 国分 紀秀*; et al.
no journal, ,
われわれは宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所が中心となって開発したコンプトンカメラ技術を転用し、高い空間分解能とエネルギー分解能を併せ持ち、幅広いエネルギー領域の線源を撮像できる医学・生物学用三次元イメージングシステムの構築を進めている。このシステムは、位置敏感型半導体検出器と低ノイズAnalog ASIC回路を使用することで、コンプトンカメラとして優れた分解能を実現し、散乱体にシリコン(Si)、吸収体にカドミウム(CdTe)を採用することで高い検出効率を実現している。さらに、コンパクトにモジュール化したコンプトンカメラを一つのヘッドとし、複数ヘッドによる多方面からの撮像を可能にすることで、三次元的に高い空間分解能を有したイメージングシステムとしている。これまでにヘッドモジュール一台の製作が完了し、密封線源(Ba-133)を用いた性能評価試験を行った。試験結果をモンテカルロシミュレーションと比較した結果、両者がよく一致することが確認できた。本発表では、製作したモジュールの詳細と、性能評価の結果と、シミュレーションによる複数ヘッド化の効果について報告する。
