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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.
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400mピッチのDouble-sided Si Strip Detector(DSSD)と4層の1.35mm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: Cu, 364keV: I, 254keV: 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。
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(In, I, 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。
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。
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; 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; 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*; 西川 淳*; 乙坂 重嘉*; 高田 兵衛*; 御園生 敏治; 中西 貴宏; 三浦 輝*; 福田 美保*; 神林 翔太*; 櫻田 正宣*; et al.
no journal, ,
2016年から2020年にかけて、福島周辺海域の放射性物質の動態を調査する航海が4回実施された。福島第一原子力発電所(FDNPS)沖の海域で、海水や堆積物等の採取が行われた。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(Cs)濃度を調査した。その結果、海水,堆積物ともに2016年から2020年にかけて大きな変動はみられなかった。
