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ゲルマニウム半導体テレスコープによる多核種同時ガンマ線イメージング

ゲルマニウム半導体テレスコープによる多核種同時ガンマ線イメージング. « 画像再構成の問題 ». 本村信治 ・ GREI 開発チーム 理化学研究所 加速器利用展開グループ 検出器ワークショップ 平成 17 年 5 月 11 日（水）. 10 6. Au 由来マルチトレーサーの γ 線スペクトル. 10 5. 10 4. Counts. 10 3. 10 2. 10 1. 10 0. 500. 1000. 1500. 2000. 0. Energy [keV]. 目的：マルチトレーサーの非破壊画像化を可能にする. マルチトレーサー法.

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ゲルマニウム半導体テレスコープによる多核種同時ガンマ線イメージング

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  1. ゲルマニウム半導体テレスコープによる多核種同時ガンマ線イメージングゲルマニウム半導体テレスコープによる多核種同時ガンマ線イメージング « 画像再構成の問題 » 本村信治 ・ GREI開発チーム 理化学研究所 加速器利用展開グループ 検出器ワークショップ 平成17年5月11日（水）

  2. 106 Au 由来マルチトレーサーのγ線スペクトル 105 104 Counts 103 102 101 100 500 1000 1500 2000 0 Energy [keV] 目的：マルチトレーサーの非破壊画像化を可能にする マルチトレーサー法 • 利点: • 多種の元素の挙動を1回の実験で追跡できる。（量的利点） • 多種の元素の同一条件下でのデータが得られる。（質的利点） • など... RIKEN Ring Cyclotron 135 MeV / nucleon 12C, 14N, 16O 金属標的Ag, Au 照射 解剖 投与 γ Mn Co 医学・薬学・生物学・ 環境科学・化学などの さまざまな研究に応用 1991年以降、211報 　（2004.04現在） 化学処理 V Zn マルチトレーサー溶液 Sr Se Eu Cs Ge Fe 核破砕反応生成核種 Rb γ線計測 従来の装置では撮像できないため、マルチトレーサーの非破壊的な画像化は行われてこなかった • 多核種を同時に非破壊的に画像化できる装置を開発 • マルチトレーサーの利点をさらに活用し、応用範囲を拡大したい

  3. Zn（亜鉛）による脳腫瘍の画像化 亜鉛の脳腫瘍に対する集積性  PETで使われるFDGよりも高コントラスト 非破壊的に画像化 脳腫瘍をより正確にかつ早期に発見することが可能になる A. Takeda et al., CANCER RESEARCH 61, 5065 (2001).

  4. 前段でコンプトン散乱、後段で全吸収の事象を利用前段でコンプトン散乱、後段で全吸収の事象を利用 Eg = E1 + E2 核種を識別 E1, E2および相互作用点の位置 コンプトン散乱の運動学を 満たす円錐が定まる 多数の事象による円錐の情報  線源の分布を推定 多核種同時γ線イメージング（GREI）装置 GREI 装置の撮像原理 GREI 装置の試作機 両面ストリップ電極型 Ge 検出器 • Ge 検出器寸法 Front: 39mm x 39mm x 10mmRear: 39mm x 39mm x 20mm • 電極ストリップピッチ: 3 mm (13 strips on each side) • Ge 検出器間距離: 60 mm

  5. 画像再構成のモデル • ２段階のデータ処理 Step 1 Step 2 測定データ γ線源分布画像 単純逆投影（SBP）画像 • 点線源 (1116 keV) のSBP画像 10 events 105 events SBP画像は、真の線源分布画像に「ボケ」を重畳して得られると考える。 SBP画像 線源分布画像 「ボケ」（PSF）

  6. 解析的な画像再構成 　　　　　　　　　　　　と仮定すると、フーリエ重畳積分定理が使え、 が成り立つ。ここで、 は空間周波数、 　　　および 　　　　はそれぞれ　　　　　　　　 および のフーリエ変換。 ⇒ ⇒ 離散化すると、　　　が対角化されたことになり、 実際には、統計ノイズを抑えるため、重み　　　をかけ、 SBP画像 線源分布画像 「ボケ」（PSF）

  7. 点線源のSBP画像のフーリエパワースペクトル Counts: Counts:

  8. 植物試料の多核種同時γ線イメージング • 137Cs, 59Fe および 65Zn を投与したダイズの測定例 投与（水耕） 137Cs 59Fe 65Zn GREI 装置で測定したγ線スペクトル 137Cs: 630 kBq 59Fe: 140 kBq 65Zn: 50 kBq GREI 装置で測定したRI 分布画像

  9. ダイズに投与したトレーサーの解析的 3D 逆重畳画像 • GREI 装置で一方位から測定するだけで3D の画像を得ることができる Top view 137Cs, 59Fe および 65Zn を投与したダイズ Front view Side view 3D 線源分布画像　(137Cs)

  10. 動物試料の多核種同時γ線イメージング • 65Zn, 59Fe および 88Yを投与した担癌マウスの測定例 Control 65Zn 59Fe 88Y ＋ ６核種 投与 GREI 装置で測定したγ線スペクトル Tumor マルチトレーサー 65Zn: 60 kBq 59Fe: 30 kBq 88Y: 10 kBq C57BL mouse GREI 装置で測定したRI 分布画像

  11. PSF マウスに投与したトレーサーの解析的 3D 逆重畳画像 Control Tumor C57BL mouse PSF 解析的逆重畳画像 　位置不変PSF(z = 15 mm) による逆重畳画像 SBP画像（59Fe, マウス） 解析的逆重畳画像 　位置不変PSF(z = 30 mm) による逆重畳画像

  12. 位置依存PSFの組込み • 反復計算法： 現在、CT における SIRT と類似の方法を試行中 • 適当な初期画像　　　　を与え、次式にしたがって n番目の計算画像から、n+1 番目の計算画像を得る：ここで、　　は SBP 画像、　　　は位置依存 PSF • 位置依存 PSF を組み込み可能な計算コードは実装済み並進不変 PSF によるテスト計算を行った t, t’ に依存する  フーリエ重畳積分定理はつかえない 位置依存PSF による反復計算的逆重畳法の実装 短所：計算に時間がかかる

  13. 反復計算による 2D 画像再構成の実例 Fig. 1. Reconstructed images of 59Fe administered to a soybean sample. (a),(b): Using the analytical algorithm. (c),(d): Using the iterative algorithm.

  14. 反復計算による 3D 画像再構成の実例 Tumor Liver 担癌マウスに投与した 65Zn の分布画像

  15. まとめ • GREI における画像再構成問題の現状とこれからの課題 • 現状 • SBP画像と真の線源分布画像の関係をモデル化 • PSFの並進不変性を仮定して解析的再構成法を実装 z方向に広がった分布画像の３D再構成に問題がある • PSFの位置依存性を組込み可能な反復計算的アルゴリズムを実装 並進不変PSFでも画質の改善がみられた z方向に広がった分布画像の３D再構成に成功 • これから • 位置依存PSFの実装 • 他の反復計算式 • 散乱補正・減弱補正 • SBP画像を介さない画像再構成法？ • 他の座標系で解析的再構成が可能か？

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