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石川 諒尚; 古場 裕介*; 古田 琢哉; Chang, W.*; 米内 俊祐*; 松本 真之介*; 橋本 慎太郎; 平井 悠大*; 佐藤 達彦
Radiological Physics and Technology, 17(2), p.553 - 560, 2024/06
At the Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba (HIMAC), a series of retrospective studies are ongoing in patients treated with carbon ion radiotherapy (CIRT) to obtain the knowledge to improve tumor control and reveal the mechanism of the low risk of secondary cancer after CIRT. Dose-averaged linear energy transfer (LET
) is generally used as a measure of treatment effectiveness or biological effects in such retrospective studies; however, it is conventionally evaluated from the relative biological effectiveness (RBE)-LET fitted function used in the treatment planning system. In this study, we calculated the physical doses and their linear energy transfer (LET) distributions for a series of treatment plans for a homogeneous rectangular phantom and a human body phantom with typical CIRT beams using Monte Carlo (MC) simulation. The LET was then deduced from the MC simulation and compared with the corresponding data obtained using the conventional method. The comparison suggested that the two types of LET agreed well with each other, except around the distal end of the spread-out Bragg peak, where the MC simulation yielded significantly higher LET values than that of the conventional method. This is because the RBE-LET fitted function adopted in the conventional method ignores the contribution of the high-LET components, causing an overkill effect. Furthermore, an MC simulation was conducted to determine the material composition of water and realistic materials from the CT number in the planned image. The profiles of physical dose and LET were in good agreement for both techniques. These results indicate the possibility of enhancing the efficiency of retrospective studies of CIRT using MC simulations in the future.
古田 琢哉; 古場 裕介*; 橋本 慎太郎; Chang, W.*; 米内 俊祐*; 松本 真之介*; 石川 諒尚*; 佐藤 達彦
Physics in Medicine & Biology, 67(14), p.145002_1 - 145002_15, 2022/07
被引用回数：8 パーセンタイル：65.69(Engineering, Biomedical)炭素線治療は従来の放射線治療よりも腫瘍部への線量集中性に関する優位性を持つが、二次的ながんの発生原因となり得る正常組織への照射を完全に無くすことは困難である。そのため、発がんリスクを照射炭素ビームの核反応によって生成される二次粒子による線量まで含めて評価するには、計算シミュレーション解析が有効となる。本研究では、PHITSコードを中核とした炭素線治療の線量再構築システムを開発した。このシステムでは、治療計画を記録したDICOMデータから自動でPHITSの入力ファイルを作成し、PHITSシミュレーションの実行によって腫瘍および周辺正常組織での線量分布を計算する。PHITSの様々な機能を利用することで、粒子毎の線量寄与や二次粒子の発生場所の特定など、詳細な解析が実施可能である。開発したシステムの妥当性は、水中での線量分布の実験結果や人体等価ファントムへの治療計画との比較により確認した。今後、本システムは量子科学技術研究開発機構において、過去の治療データを用いたシミュレーション解析による遡及的研究に利用される予定である。
Cs activity concentrations in sediment collected off the coast of Fukushima Prefecture in 2013-2015福田 美保*; 青野 辰雄*; 山崎 慎之介*; 石丸 隆*; 神田 譲太*; 西川 淳*; 乙坂 重嘉
Geochemical Journal, 52(2), p.201 - 209, 2018/00
被引用回数：3 パーセンタイル：14.20(Geochemistry & Geophysics)福島県沿岸における海底堆積物中の放射性セシウムの最近の挙動を明らかにするため、2013年から2015年にかけて、同海域の12観測点において堆積物中の放射性セシウムの水平、鉛直分布を調査した。表層堆積物(0-3cm)では、水深100m付近の観測点で比較的高いCs濃度が観測された。これらの観測点では粒径が小さく、有機物を多く含む堆積物が支配的であったことから、堆積物表層におけるCs分布は、堆積物粒子の移動性を反映すると推測された。福島第一原子力発電所東方の一部の観測点では、2014年の観測において、中層(5-16cm層)に高いCs濃度が見られた。この比較的高いCs濃度は、堆積物の粒径との間に有意な関係は示さなかった。また、このようなCsの局所的な分布は、2015年には見られなかった。上記の結果から、堆積物中のCsの分布は、表層付近での堆積物粒子の水平輸送ばかりでなく、中層にかけての鉛直混合によって決定づけられていることがわかった。
福田 美保*; 青野 辰雄*; 山崎 慎之介*; 西川 淳*; 乙坂 重嘉; 石丸 隆*; 神田 譲太*
Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 311(2), p.1479 - 1484, 2017/02
被引用回数：6 パーセンタイル：46.05(Chemistry, Analytical)福島第一原子力発電所(福島第一原発)近傍における海水中の放射性セシウム分布の決定要因を明らかにするため、2013年から2015年にかけて福島第一原発から10km圏内の7観測点で得られた海水中の
Cs濃度と、海水の特性(塩分、水温、ポテンシャル密度)との関係についてまとめた。海水中のCs濃度は原発近傍で高く、また比較的低密度の海水で高かった。この結果から、河川水や福島第一原発港湾内からの海水の流入が、局所的に高いCs濃度の増加をもたらしたと推測される。なお、これらの比較的高いCs濃度を持つ海水は、より低密度の海水の下層へと貫入することにより、水深20
50m付近まで運ばれる場合があることが明らかになった。
-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：24 パーセンタイル：64.15(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.
-ray camera武田 伸一郎*; 一戸 悠人*; 萩野 浩一*; 小高 裕和*; 湯浅 孝行*; 石川 真之介*; 福山 太郎*; 齋藤 新也*; 佐藤 有*; 佐藤 悟朗*; et al.
Physics Procedia, 37, p.859 - 866, 2012/10
被引用回数：25 パーセンタイル：98.53(Physics, Applied)ASTRO-Hミッションのために開発されたSi/CdTe半導体両面ストリップ検出器(DSD)を利用したコンプトンカメラを用い、放射線ホットスポットのモニタリングの実行可能性チェックを目的とした複数放射線源の画像化実験を行った。本装置は半導体検出器によって与えられた良好なエネルギー分解能により、既に商業的な画像処理システムが提供するホットスポットの画像可能力に加え、複数の放射性同位元素を同定する能力を有する。今回の実験では、
Ba(356keV), 
Na(511keV)及びCs(662keV)の三放射性同位元素を同時に測定し、これらの画像化に成功した。5つの検出器モジュール(有効面積: 1.7
10
cm
)を積み重ねることによって、662keVの線に対し、検出効率1.6810
、及び、3.8度の角度分解能を確認した。本装置は、より多くの検出器モジュールをスタックすることにより、さらに大きな検出効率を達成することが可能である。
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：19.35(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.
-ray imaging capability with a Si/CdTe semiconductor Compton camera武田 伸一郎*; 青野 博之*; 奥山 翔*; 石川 真之介*; 小高 裕和*; 渡辺 伸*; 国分 紀秀*; 高橋 忠幸*; 中澤 知洋*; 田島 宏康*; et al.
IEEE Transactions on Nuclear Science, 56(3), p.783 - 790, 2009/06
被引用回数：57 パーセンタイル：95.72(Engineering, Electrical & Electronic)A semiconductor Compton camera that combines silicon (Si) and Cadmium Telluride (CdTe) detectors was developed, and its imaging capability was examined with various kinds of -ray targets such as a point source, arranged point sources and an extended source. The camera consists of one double-sided Si strip detector and four layers of CdTe pad detectors, and was designed to minimize the distance between a scatterer and the target. This is because the spatial resolution with Compton imaging improves as the target approaches the scatterer. This new camera realizes a minimum distance of 25 mm. By placing the target at a distance of 30 mm from the detector, resolving power better than 3 mm was demonstrated experimentally for a 364 keV (I) -ray. Positional determination with accuracy of 1 mm was also demonstrated. As a deconvolution method, we selected the iteration algorithm (called List-Mode Expectation-Maximizing Maximum Likelihood), and applied it to several kinds of experimental data. The Compton back projection images of the arranged point sources and an extended object were successfully deconvolved.
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 2.562.56 cm, a thickness of 500 
m and a strip pitch of 400 m. The CdTe pixel detector has an area of 1.351.35 cm, a thickness of 500 m and a pixel size of 1.35 mm
. The high-energy resolution detectors (DSSD: 
E/E2.5%, CdTe: E/E1%) enable detect the Compton scatter events of the incident -rays, in consequence image radioactive multi-nuclide tracer. We evaluated distributions of sensitivity and spatial resolution, and rat study was performed with three tracers (In, I, 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 -ray energies, each tracer imaged separately in vivo, and the difference in distribution among the nuclide was visualized successfully.
山口 充孝*; 河地 有木; 渡辺 伸*; 小高 裕和*; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 青野 博之*; 高橋 忠幸*; 荒川 和夫; 中野 隆史*
2008 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record (CD-ROM), p.4000 - 4002, 2008/10
We have developed a prototype of Compton camera using Si/CdTe semiconductors for medical imaging. In the case where the detection area of Compton camera is restricted to small region, position resolution of depth direction is expected to be low. To overcome this weakness, we propose multi-head Compton camera. In this work, we evaluated the position resolutions of single- and double-head Compton camera by using Monte Carlo simulation. After the Monte Carlo simulation, two hit Compton event was selected, and back-projection and image reconstruction were performed in 3D-space. Consequently, the position resolution of the z-axis was about 5.6 mm for double-head camera whereas about 27 mm for single-head camera. These results indicate that the position resolution is improved and clear 3D-image is taken by using multi-head Compton camera.
青野 博之*; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 小高 裕和*; 渡辺 伸*; 国分 紀秀*; 高橋 忠幸*; 河地 有木; 豊川 秀訓*
no journal, ,
これまで散乱体にSi両面ストリップ検出器,吸収体にCdTe Pad検出器を用いたコンプトンカメラを開発し、高い位置分解能を有することを実証してきた。また、コンプトンカメラはその検出原理から偏光観測においても威力を発揮することが期待できる。本研究ではSPring-8において100%の偏光ビームを用いて、170keVの偏光線に対しモジュレーションファクターが0.8という結果を得た。これは理論計算から予測される値とほぼ一致し、コンプトンカメラの高い偏光検出能力を表している。
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。
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。
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.
no journal, ,
生命科学研究分野での主流のイメージング技術は、撮像可能な線エネルギーが限定され、複数核種同時撮像は困難である。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に開発した宇宙線観測用Si/CdTe半導体コンプトンカメラ技術を転用し、高い空間,エネルギー分解能を併せ持ち、幅広いエネルギー領域に対応した医学・生物学用三次元イメージングシステムの構築を群馬大学において進めている。センサー部に両面ストリップ半導体検出器(DSD)を用い、低ノイズAnalog ASIC回路を使用することで優れた分解能を実現し、散乱体と吸収体にSi及び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、複数ヘッドによる多方向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の構築を目指している。これまでにヘッドモジュールのプロトタイプを製作し、密封線源にて性能試験を行った。さらに、プロトタイプ機をもとに、より大面積かつ、より高解像度のDSDを用いたカメラヘッドモジュールを3台製作し、現在、マルチヘッドシステムの構築を進めている。
山口 充孝; 河地 有木; 鈴井 伸郎; 藤巻 秀; 神谷 富裕; 小高 裕和*; 国分 紀秀*; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 渡辺 伸*; et al.
no journal, ,
2010年度、日本分子イメージング学会で報告したコンプトンカメラヘッドモジュールプロトタイプ機をもとに、より大面積かつ、より高解像度の両面ストリップ検出器を用いたコンプトンカメラヘッドモジュールを2台製作し、マルチヘッドシステムの構築に向けた作業を進展させた。本発表では、近接場測定に重要となる解析手法の確立のため、新規製作したマルチヘッド用コンプトンカメラヘッドモジュールについて、カメラ前方20センチメートル立方内の領域において、点線源を用いて、Si検出器と最上面CdTe検出器のペアによるコンプトンイベントの収量及び空間分解能の測定を行い、モンテカルロシミュレーションとの整合性試験を行った。シミュレーション結果は実験結果をよく再現しており、これにより、今後行う予定である近接場イメージング手法の高度化に際し、シミュレーションを用いる手法に対する正当性を示すことができた。
河地 有木; 山口 充孝; 長尾 悠人; 鈴井 伸郎; 藤巻 秀; 神谷 富裕; 小高 裕和*; 国分 紀秀*; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; et al.
no journal, ,
In order to extend the application of Compton imaging to the fields of medicine and biology, the imaging quality and quantitatively of Compton camera systems must be improved by correcting and normalizing spatial distortions. Several techniques have been developed for correcting the imaging errors in radionuclide-based imaging systems used to quantitatively analyze target physiological functions. Spatial distortion can be corrected by integrating individually reconstructed peaks of imaging data obtained by a Compton camera with the peaks of point sources. To improve the efficiency distortion, the individual detector efficiencies are normalized by flat panel phantoms, which is equivalent to the image of efficiency map of the camera geometry. Currently, we are constructing a Si/CdTe Compton imaging system. The imaging system has high spatial and energy resolutions and a wide energy range. We performed imaging experiments by placing point sources of Ba (364 keV) and Na (511 keV) in a reticular pattern at intervals of 20 mm within an FOV in front of the camera. As a result, an intensity distribution map of each source and distorted images point source showing the forms of elliptical object around the corner of the FOV were obtained. Such a distortion is a marked characteristic of Compton imaging at near-field area of camera head for medicine and biology.
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。
青野 辰雄*; 福田 美保*; 櫻田 正宣*; 高橋 博路*; 山崎 慎之介*; 神林 翔太*; 御園生 敏治; 中西 貴宏; 三浦 輝*; 西川 淳*; et al.
no journal, ,
2016年から2020年に東北海洋生態系調査研究船新青丸による福島周辺海域の放射性核種の動態と生物利用性等の調査航海が4回実施され、福島第一原子力発電所(FDNPS)周辺海域を中心に、海水,堆積物や生物等の採取が行われた。調査航海の目的はFDNPS事故によって海域に放出された放射性核種の沿岸域における放射性核種のフラックスの観測や放射性核種の生物利用性の把握等である。海洋環境の状況を把握するために、福島沖の海水と堆積物中の放射性セシウム濃度を調査した。今回は、FDNPS近傍の海水と堆積物中の放射性セシウムの濃度分布や変動について報告する。
