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論文

Repeatability and reproducibility of measurements of low dissolved radiocesium concentrations in freshwater using different pre-concentration methods

栗原 モモ*; 保高 徹生*; 青野 辰雄*; 芦川 信雄*; 海老名 裕之*; 飯島 健*; 石丸 圭*; 金井 羅門*; 苅部 甚一*; 近内 弥恵*; et al.

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 322(2), p.477 - 485, 2019/11

https://doi.org/10.1007/s10967-019-06696-2
 被引用回数：2 パーセンタイル：21.58(Chemistry, Analytical)

福島県の淡水に含まれる低レベル溶存態放射性セシウム濃度の測定に関する繰り返し精度と再現精度を評価した。21の実験施設が5つの異なる前濃縮法(プルシアンブルー含浸フィルターカートリッジ,リンモリブデン酸アンモニウム共沈,蒸発,固相抽出ディスク、およびイオン交換樹脂カラム)によって10L試料3検体を前濃縮し、放射性セシウム濃度を測定した。全$$^{137}$$Cs濃度測定結果のzスコアは$$pm$$2以内で、手法間の誤差は小さいことが示された。一方で、各実験施設内の相対標準偏差に比べて、施設間の相対標準偏差は大きかった。

論文

Three-dimensional and multienergy $$gamma$$-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

https://doi.org/10.1148/radiol.13121194
 被引用回数：23 パーセンタイル：65.03(Radiology, Nuclear Medicine & Medical Imaging)

Capabillity tests of 3D imaging for medical applications were performed by using a new Compton camera. $$^{18}$$F, $$^{131}$$I and $$^{67}$$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 $$^{111}$$In-chloride and $$^{131}$$I-Methylnorcholestenol were injected into a rat intravenously and $$^{64}$$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 $$^{131}$$I and $$^{64}$$Cu were clearly imaged although $$^{111}$$In was difficult to visualize due to blurring at low energy region of $$gamma$$-ray. In conclusion, our new Compton camera successfully demonstrated highly resolved multiplanar and multinuclear $$gamma$$-ray simultaneous imaging.

論文

Basic characteristics of a newly developed Si/CdTe Compton camera for medical imaging

河地 有木; 渡邉 茂樹; 佐藤 隆博; 荒川 和夫; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 青野 博之*; 渡辺 伸*; 山口 充孝*; 高橋 忠幸*; et al.

2008 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record (CD-ROM), p.1540 - 1543, 2008/10

The Compton camera is a very promising medical imaging system when we consider multiple radionuclide imaging and its sensitivity, portability and compactness. We have developed a Compton camera by using Si and CdTe semiconductors for medical imaging. The prototype Compton camera head consists of a double-sided Si strip detector (DSSD) module as the scatter detector and four layered 16 CdTe pixel detector modules as the absorber detector. The DSSD has an area of 2.56$$times$$2.56 cm, a thickness of 500 $$mu$$m and a strip pitch of 400 $$mu$$m. The CdTe pixel detector has an area of 1.35$$times$$1.35 cm, a thickness of 500 $$mu$$m and a pixel size of 1.35 mm$$^{2}$$. The high-energy resolution detectors (DSSD: $$Delta$$E/E$$sim$$2.5%, CdTe: $$Delta$$E/E$$sim$$1%) enable detect the Compton scatter events of the incident $$gamma$$-rays, in consequence image radioactive multi-nuclide tracer. We evaluated distributions of sensitivity and spatial resolution, and rat study was performed with three tracers ($$^{111}$$In, $$^{131}$$I, $$^{64}$$Cu) concurrently-administered. As results, lines of point-source data indicated 4 mm spatial resolution in the center of field of view (FOV) in this experimental design, and a characteristic manner of the distributions in the Compton camera FOV was shown. The nuclides in the rat body were distinguished by the $$gamma$$-ray energies, each tracer imaged separately in vivo, and the difference in distribution among the nuclide was visualized successfully.

口頭

医用Si/CdTeコンプトンカメラ試作機による複数元素同時撮イメージング

河地 有木; 渡邉 茂樹; 佐藤 隆博; 松橋 信平; 荒川 和夫; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 青野 博文*; 渡辺 伸*; 高橋 忠幸*; et al.

no journal, , 

生体内のさまざまな元素動態を同時に非侵襲的かつ定量的にイメージングする手法は、生命科学に新たな知見を与えることができる。競合する複数分子の同一個体内生理反応システムを多次元的に可視化する、粒子線治療時に照射部位から発生する微量な即発$$gamma$$線などを多角的かつ効率的にモニタリングする、などさまざまな応用研究が期待できる。原子力機構・宇宙航空研究開発機構・群馬大学では、この複数元素同時イメージングを目的とし、高エネルギー分解能を持つ半導体検出器を用いたコンプトンカメラの開発を行っている。今回の試作機は400$$mu$$mピッチのDouble-sided Si Strip Detector(DSSD)と4層の1.35mm$$^{2}$$のピクセルサイズを持つCdTe Detectorに低ノイズアナログASICを組合せて構築した、Si/CdTeコンプトンカメラである。この試作機を用いて、ファントム撮像によるコンプトンカメラ基礎特性評価データを取得し、エネルギーの異なる3核種(511keV: $$^{64}$$Cu, 364keV: $$^{131}$$I, 254keV: $$^{111}$$In)を用いたイメージング実験を行った。その結果、生体内複数核種トレーサの同時イメージングに成功し、またコンプトンカメラの特性である独特な感度分布及び分解能分布、120度以上という広視野角が明確になった。これは装置・RI・画像解析といった実験条件の最適化を容易にし、今後予定している次世代医用コンプトンカメラの開発に向けた基本設計に非常に有用な基礎データである。

口頭

Multi-tracer Compton imaging by a newly developed Si/CdTe Compton camera

河地 有木; 渡邉 茂樹; 藤巻 秀; 石岡 典子; 荒川 和夫; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 青野 博之*; 渡辺 伸*; 高橋 忠幸*; et al.

no journal, , 

We have developed a Compton camera by using Si and CdTe semiconductors. The prototype Compton camera head consists of a double-sided Si strip detector (DSSD) module as the scatter detector and 4- layered 16 CdTe pixel detector modules as the absorber detector. The dimensions of the DSSD module are area, 2.56 $$times$$ 2.56 cm$$^{2}$$; thickness, 500 $$mu$$m; and strip pitch, 400 $$mu$$m. The dimensions of the CdTe pixel detector are area, 1.35 $$times$$ 1.35 cm$$^{2}$$; thickness, 500 $$mu$$m; and pixel size, 1.35 mm. The high-energy resolution detectors (DSSD: $$Delta$$E/E, 2.5%; CdTe: $$Delta$$E/E, $$sim$$1%) detect the Compton scatter events of the incident $$gamma$$-rays and consequently, image the radioactive multinuclide tracers. We evaluated the distributions of sensitivity and spatial resolution and performed a rat study wherein 3 tracers were administered concurrently. The lines of point-source data were found to indicate a distribution of spatial resolutions and efficiencies in the field of view (FOV) in this experimental design, and a characteristic distribution in the Compton camera FOV was observed. The nuclides in the rat body were distinguished by the $$gamma$$-ray energies; each tracer in vivo could be imaged distinctly, and the difference in distributions of the nuclides could be visualized.

口頭

Performance characterization of a prototype Si/CdTe Compton camera

河地 有木; 渡邉 茂樹; 藤巻 秀; 石岡 典子; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 荒川 和夫; 渡辺 伸*; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; et al.

no journal, , 

The Compton camera is a next-generation in vivo imaging system. In order to achieve accurate Compton imaging, it is necessary to develop technologies that can be used to detect the Compton scattering in the camera and estimate the direction of a incoming $$gamma$$-ray produced by a radiation source. These techniques will be different from the methods used in PET and SPECT to detect the $$gamma$$-ray with the coincidence of two points and with the physical collimation. We have developed a prototype Compton camera for in vivo imaging by using semiconductor imaging devices, which has been proved to be successful techniques for the an observation of high-energy astrophysical phenomena. In this camera, double-sided Si strip detectors (DSSDs) serve as scatterers and CdTe pixel detectors serve as absorbers. In this paper, we present some images acquired with the Compton camera; we have also acquired images of radioisotopes in a phantom, which reveal certain characteristic distributions of efficiencies and spatial resolutions.

口頭

Development of Si/CdTe Compton camera for medical imaging

山口 充孝*; 荒川 和夫; 青野 博之*; 石川 真之介*; 神谷 富裕; 河地 有木; 小高 裕和*; 櫻井 英幸*; 佐藤 隆博; 島田 博文*; et al.

no journal, , 

We have developed a prototype of Compton camera using Si/CdTe semiconductors for medical imaging. In a Compton camera, employing the imaging semiconductors as the component of the Compton camera, with their good energy and position resolution, improves angular resolution and hence sensitivity. Moreover, for the supposed energy range of $$gamma$$ rays, from several tens keV to a few MeV, silicon is suitable for the scatter of Compton camera since the photo absorption cross section of Si is small and the Compton cross-section is relatively large because of the small atomic number. On the other hand, CdTe is suitable for the absorbers because of its high photo-absorption efficiency for $$gamma$$ rays of this energy region, due to the large atomic numbers. In this presentation we will summarize the basic principle and performance of the Si/CdTe Compton camera for medical imaging.

口頭

In vivo study of Si/CdTe Compton imaging device

吉田 由香里*; 島田 博文*; 河地 有木; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 青野 博之*; 鈴木 義行*; 櫻井 英幸*; 渡辺 伸*; 山口 充孝*; et al.

no journal, , 

We have developed a prototype Compton camera for medical imaging by using Si/CdTe semiconductor imaging devices. The high detection efficiency for $$gamma$$-rays produced by radiation source in the medical imaging devices will improve quality of diagnostic radiological images using radiopharmaceuticals. The Si/CdTe Compton camera is a next-generation medical imaging device because it has good energy and position resolution, and high detection efficiency for $$gamma$$-rays. Moreover, it can be used not only to detect the $$gamma$$-rays produced by single radiation source, but also to detect the $$gamma$$-rays produced by multiple radiation sources. To evaluate the performance of the Si/CdTe Compton camera for medical imaging, we made an experiment of in vivo by using rat and plural radiopharmaceutical.

口頭

Clinical application of Si/CdTe Compton imaging device

鈴木 義行*; 吉田 由香里*; 島田 博文*; 加藤 弘之*; 櫻井 英幸*; 河地 有木; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 青野 博之*; 渡辺 伸*; et al.

no journal, , 

本研究は、現在開発を進めているSi/CdTeコンプトンカメラの医療への応用について検討したものである。本報告では、これまで開発を進めてきたプロトタイプ機を用い、ラットに投与した3核種($$^{111}$$In, $$^{131}$$I, $$^{64}$$Cu)のイメージング及びファントム実験結果について述べる。さらに、多核種同時イメージングによる新たな診断法及び微小な病変部位の精密診断法について述べるとともに、照射した重粒子イオンの体内位置のリアルタイムモニターによるがん治療の高精度化への期待と今後の臨床利用までの研究計画について述べる。

口頭

医用Si/CdTeコンプトンカメラの空間分解能の評価

山口 充孝; 河地 有木; 渡邉 茂樹; 佐藤 隆博; 荒川 和夫; 小嶋 拓治; 神谷 富裕; 渡辺 伸*; 武田 伸一郎*; 小高 裕和*; et al.

no journal, , 

宇宙$$gamma$$線観測用に開発されたSi/CdTe半導体コンプトンカメラを重粒子線治療に応用するための技術開発を進めている。シリコン(Si)はコンプトン散乱断面積が比較的大きく、テルル化カドミウム(CdTe)は吸収断面積が大きいほか、半導体の中でも特に密度が高いため、コンプトンカメラとして高い検出効率を実現するための理想的な組合せである。エネルギー分解能が高い半導体検出器を用い、信号処理に低ノイズ電子回路を使用することで、高い位置分解能で複数の核種からの$$gamma$$線を同時にイメージングすることができるコンパクトなカメラとなる。今回JAXA/ISASにおいて製作されたSi/CdTeコンプトンカメラの試作機を用い、医学・生物学用に必要な撮像能力についての評価を行った。医学・生物学用途で求められる三次元イメージを取得する能力を評価するため、モンテカルロシミュレーションにより、奥行方向の空間分解能を求め、実際の撮像結果との比較を行った。さらに、マルチヘッド化により空間分解能が改善することをシミュレーションによって再現し、それと実データとを比較した結果についても報告する。

口頭

次世代RIイメージング装置; 半導体コンプトンカメラの開発

河地 有木; 山口 充孝; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 荒川 和夫*; 渡邉 茂樹; 石岡 典子; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 青野 博之*; et al.

no journal, , 

コンプトンカメラはPET・SPECTに代わりうる次世代の生体内トレーサイメージング装置といえる。しかし、PETの2点間コインシデンス法やSPECTの物理的コリメータによる$$gamma$$線源同定法と異なり、コンプトン散乱事象を精確に検出することで$$gamma$$線の飛来方向を同定するコンプトンカメラ法には、数多くの技術的革新が必要であった。近年日本の研究グループでは、さまざまな工夫によりコンプトンカメラを世界に先駆けて実現してきている。中でもわれわれは群馬大学・宇宙航空研究開発機構とともに、宇宙線観測を可能にする最先端半導体検出器を用いたSi/CdTeコンプトンカメラを、生体内トレーサイメージング装置として利用することを目的とした研究開発を行ってきた。今回、開発したプロトタイプ機を用いて、Si/CdTeコンプトンカメラが持つ撮像性能を評価するための実験を行い、医学・生物学用途で必須となる性能(広い視野角度、連続的広がりを持つ線源の撮像能)を有することを確認できた。今後、取得画像の特性を把握し、画像再構成法や画像の定量化といった実用化に向けた研究開発が必須課題となる。

口頭

河川水中の懸濁物質における放射性セシウム粒子の存在割合の推計

竹内 幸生*; 谷口 圭輔*; 新井 宏受*; 吉田 博文*; 藤田 一輝*; 高橋 勇介*; 倉元 隆之*; 野村 直希*; 萩原 大樹; 土肥 輝美; et al.

no journal, , 

東京電力福島第一原子力発電所(FDNPP)の事故によって陸域に沈着したCs-137は、河川を介して海洋へと移行している。河川におけるCs-137濃度は低下傾向が続いているが、懸濁態については、一時的に高い濃度が観測される場合がある。不溶性放射性セシウム粒子(CsMP)の存在が、その一因となっている可能性が指摘されている。例えば、阿武隈川水系の口太川で2011-2016年に採取された6つの浮遊砂試料から、1-17個のCsMP(0.1Bq以上)が発見され、試料全体に占めるCsMP由来の放射能の比率が1.30-67.4%であると報告された事例がある。しかし、FDNPPに近い浜通り地域では、CsMPが河川水中の懸濁態Cs-137濃度に与える影響について、定量的に評価された事例はない。そこで、本研究では、浜通り地域を中心に幅広いCs-137沈着量を示す複数の流域で浮遊砂試料を採取し、オートラジオグラフィーによるCsMPの検出を試み、試料全体の放射能濃度に占めるCsMP由来のCs-137の割合の算出を試みた。福島県浜通りに位置する猿田川、七日沢、高瀬川と、阿武隈川流域に位置する布川に計5か所の河川観測点を設け、浮遊砂サンプラーにより浮遊砂試料を採取した。各試料は、凍結乾燥の後、Ge半導体検出器によりCs-137濃度を測定した。その後、各試料(1.5-3.0g)をポリ袋に封入し、濃度既知の2個のCsMP(基準粒子)とともにイメージングプレートを用いて60分間曝射するオートラジオグラフィーを行った。IP像の輝度と放射能の関係から、0.25Bq(基準粒子の放射能)を超える粒子をCsMPとして取り扱うこととした。その結果、阿武隈川水系の布川では検出されなかったが、浜通りの4地点の浮遊砂試料からは、いずれもCsMPとみられる粒子の存在が確認された。CsMP由来のCs-137濃度の割合は2.3-5.3%程度であった。このことから、CsMP由来の放射能の比率は低いものの、CsMPが浜通りの河川水中の懸濁物質に一般的に含まれる可能性があることが示唆された。

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