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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：99.10(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; 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; 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.
小高 裕和*; 一戸 悠人*; 武田 伸一郎*; 福山 太郎*; 萩野 浩一*; 齋藤 新也*; 佐藤 有*; 佐藤 悟朗*; 渡辺 伸*; 国分 紀秀*; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 695, p.179 - 183, 2012/12
被引用回数：23 パーセンタイル：83.00(Instruments & Instrumentation)Si/CdTe半導体両面ストリップ検出器(DSD)を用いた新しいコンプトンカメラの開発を行った。このカメラは、各面において電極が128ストリップ(250
mピッチ)で分割されている、厚さ500mのSi-DSDと4層の厚さ750mのCdTe-DSDから成り、ファインピッチのDSDを4mm間隔で積層配置することで、高角度分解能(356keVで4.5度、662keVで3.5度)を有しかつ小型な装置を実現している。許容できる検出効率を保ちつつこのような高解像度を得るために、コンプトン散乱連続スペクトルを用いたエネルギー較正法と、CdTe-DSD内の深度計測を用いたデータ処理法を新たに試みた。さらに、同時マルチエネルギーイメージングの結果を用いて、カメラの撮像能力について詳細な検討を行った。
-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：24 パーセンタイル：98.52(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; 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：79.15(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：19.61(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：96.02(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.
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。
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。
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.
-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.
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; 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。
線源強度分布の定量撮像を目的とした画像再構成手法の開発長尾 悠人; 山口 充孝; 河地 有木; 藤巻 秀; 神谷 富裕; 武田 伸一郎*; 小高 裕和*; 渡辺 伸*; 国分 紀秀*; 高橋 忠幸*; et al.
no journal, ,
従来のガンマカメラ・SPECTといった線イメージング装置は、物理的コリメータを実装しているために感度と空間分解能の向上が競合してしまうという本質的な問題を抱えており、また対象となる線も低エネルギーに限られている。これに対しコンプトンカメラは、コンプトン散乱の運動学を線のコリメーションに応用することで、感度と空間分解能の向上が競合せず、また幅広いエネルギーの線を撮像可能な次世代線イメージング装置である。照射施設管理課は、宇宙観測用に開発が進められているSi/CdTe半導体コンプトンカメラを、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ことを目的とした研究開発を行っている。特に、医学・生物学での利用には、カメラの近接領域に存在するRIトレーサの分布を定量的に推定することが不可欠である。本研究では、そのために必要な画像再構成手法の改良を行った。
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。
