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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：0 パーセンタイル：0.01(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：20.11(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：5 パーセンタイル：50.1(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：19 パーセンタイル：61.05(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：21 パーセンタイル：98.52ASTRO-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：1 パーセンタイル：12.17(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：52 パーセンタイル：96(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.
-ray imaging with a Si/CdTe semiconductor Compton camera武田 伸一郎*; 青野 博之*; 石川 真之介*; 小高 裕和*; 渡辺 伸*; 国分 紀秀*; 高橋 忠幸*; 奥山 翔*; 中澤 知洋*; 田島 宏康*; et al.
no journal, ,
A -ray imaging detector is required in various fields such as high-energy astrophysics, medical imaging and nondestructive inspection. We have proposed a concept of the Si/CdTe semiconductor Compton camera, which consists of many layers of thin Si and CdTe detectors. The Si/CdTe Compton camera features high energy resolution and high angular resolution. Recently, we developed a new Compton camera system for a balloon borne astrophysical experiment. It consists of a 4-layers stack of double-sided silicon strip detector (DSSD) modules and 32 CdTe pad detectors symmetrically surrounding the DSSD stack. The Compton reconstruction was successfully performed and the -ray images were obtained from 662 keV down to 59.5 keV. The Angular Resolution Measure (ARM) is 3.5 degree (FWHM) and 2.5 degree (FWHM) at 356 keV and 511 keV, respectively. The Si/CdTe Compton camera which has such good angular resolution is also attractive for medical imaging and/or nondestructive inspection. An internal structure of about one mm can be resolved when the distance between the camera and a target becomes closer than a few mm. We developed another prototype which enable us to approach the target down to 20 mm. In this presentation, we will show the experimental results of this prototype and also discuss Compton reconstruction methods.
青野 博之*; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 小高 裕和*; 国分 紀秀*; 渡辺 伸*; 高橋 忠幸*; 中澤 知洋*; 奥山 翔*; 田島 宏康*; et al.
no journal, ,
We have developed a low noise double-sided silicon strip detector for hard X-ray imaging spectroscopy. Development of low-noise analog electronics, optimized double-sided silicon strip detectors and a compact assembly technology realized the high-quality X-ray imaging device with fine energy, position and timing resolutions, and good uniformity. Imaging detectors in 10-100 keV would be attractive in various fields such as astrophysics, medical and nondestructive inspection. For these purposes, the development the next generation Compton Camera is now underway.
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。
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 2.56 cm; thickness, 500 m; and strip pitch, 400 m. The dimensions of the CdTe pixel detector are area, 1.35 1.35 cm; thickness, 500 m; and pixel size, 1.35 mm. The high-energy resolution detectors (DSSD: E/E, 2.5%; CdTe: E/E, 1%) detect the Compton scatter events of the incident -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 -ray energies; each tracer in vivo could be imaged distinctly, and the difference in distributions of the nuclides could be visualized.
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*
no journal, ,
これまで、シリコン及びテルル化カドミウム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きた。このコンプトンカメラの検出器部分が1台の場合、検出面に相対するX-Y平面は半導体に微細構造を施した効果により良好な空間分解能が得られている。しかし、奥行き方向(Z軸)の分解能は、大幅な劣化が計測された。この欠点を解消するため、次世代の医用コンプトンカメラではマルチヘッド化を提唱し、モンテカルロシミュレーションによる分解能の評価を行った。その結果、Z軸のみならずX-Y平面におけるさらなる分解能の向上が示唆された。
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 -ray produced by a radiation source. These techniques will be different from the methods used in PET and SPECT to detect the -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.
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 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 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.
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*
no journal, ,
We evaluated the position resolutions of single- and double-head Compton camera by using Monte Carlo simulation. A -ray source was placed at the origin of rectangular coordinates. For single-head camera, one head was placed as its center axis was corresponding to the z-axis. For double-head camera, two heads were placed as those center axes were corresponding to the z- and y-axis, respectively. Monte Carlo simulations were performed by using the Geant4 toolkit on ANL PLUS framework. The energy of rays was set at 364.5 keV, which correspond to radiation of iodine-131. After these simulations, two hit Compton event was selected. And then back-projection and image reconstruction were performed in 3D-space. Image reconstructions were performed by using the List-Mode Most- Likelihood Expectation-Maximizing, LM-ML-EM, algorithm. Consequently, the position resolution (FWHM) of the z-axis was about 4.4 mm for double-head camera whereas about 15 mm for single-head camera. These values are consistent with the values roughly estimated by using angular resolution measure (ARM). These results indicate that the position resolution is improved and clear 3D-image is taken by using multi-head Compton camera.
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 -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 -rays. Moreover, it can be used not only to detect the -rays produced by single radiation source, but also to detect the -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.
