更新していなかった、研究業績などを更新しました。

　名古屋大学を定年退職し、早稲田大学理工学研究院に移っておおよそ1年になりました。研究環境抜群で、共同研究者にも恵まれ、また雑務からほぼ解放され、研究三昧の生活をしています。論文も、これまでと同じぐらいのペースで書いています。
　東北地方や、東海地方、関西地方にも実験などで良く出張に行っています。ほぼ毎日、プールで泳いでおり、休みの日には、湘南や千葉で波乗りを楽しんでいます。東京方面に来られることがあれば、ぜひご連絡ください。

　山本教授は名古屋大学を定年退職しました。

　山本教授からのコメントです
「みなさん、お世話になり、ありがとうございました。多くの研究成果を上げることができ、充実した教育研究生活を送れたのは、研究室の皆様のおかげです。こころから感謝しています。」
「4月1日からは、早稲田大学 理工学術院 に上級研究員（研究院教授）として勤めています。　結構、暇にしていますので、また東京に来られたときは、ぜひご連絡ください。おいしいものでも食べに行きましょう。」

早稲田大学の勤め先：
住所：〒169-8555 東京都新宿区大久保3-4-1
早稲田大学 理工学術院 63号館05-15
https://www.waseda.jp/fsci/access/
メール： 、
これまでの でもOKです。

早稲田大学の勤め先建屋：新しいです。

　山本教授の最終講義（名古屋大学での研究成果総会：放射線照射による水の発光現象の発見を中心に：ノーベル賞候補を目指して）が行われました。

　以下、山本教授のコメントです。
「最終講義に、多くの先生方や学生さんに来て頂き、本当にありがとうございました。
名古屋大学総長の松尾先生にも来ていただき、ご挨拶などを頂きました。大変ありがとうございました。」

最終講義の時の写真

　がん治療に用いるホウ素中性子捕捉療法（BNCT） 装置 からの中性子照射による発光を検出することで、中性子分布イメージングを実現しました。本研究は、医学物理学のトップジャーナルの一つであるMedical Physicsにアクセプトされ、掲載されました。
超短時間で、中性子分布計測を実現できる画期的成果です。

本研究成果は、名古屋大学広報からプレス発表されました。

https://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20220107_med.pdf

測定の模式図：上面図（左）、正面図(中) と得られた中性子分布（右）

　なお、本研究は、関西BNCT共同医療センター、京都大学との共同研究として行われました。

・Optical imaging of lithium-containing zinc sulfate plate in water during irradiation of neutrons from boron neutron capture therapy (BNCT) system, Medical Physics, in-press

https://aapm.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/mp.15424

　博士前期課程2年の永田さんが筆頭著者の論文“Development of a simultaneous imaging system to measure the optical and gamma ray images of Ir-192 source for high-dose-rate brachytherapy”が、Journal of Instrumentation誌に掲載されました。おめでとうございます。
この開発により、Ir-192ガンマ線源と光学画像の同時測定が、世界で初めて可能になりました。
なお、本研究は名古屋大学病院、東北大学吉川研究室との共同で行われました。

開発したIr-192ガンマ線と光学画像との同時測定装置の模式図（上）と得られた同時測定画像(下)

・J. Nagata, S. Yamamoto, Y. Noguchi, T. Nakaya, K. Okudaira, K. Kamada, A. Yoshikawa, Development of a simultaneous imaging system to measure the optical and gamma ray images of Ir-192 source for high-dose-rate brachytherapy, Journal of Instrumentation, 16, T12005, 2021

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-0221/16/12/T12005/meta

　ミュオンビームを空気中に配置したZnS(Ag)板に照射し、吸収体の深さを変えながら測定した画像から、ミュオンビームの3次元画像化に成功しました。本研究成果「Three dimensional (3D) optical imaging system of muon beams using a ZnS(Ag) sheet combined with a mirror」が「IEEE Transactions on Nuclear Science」誌にアクセプトされました。
　本研究は大阪大学大学院理学研究科、高エネルギー加速器研究機構（KEK）と共同で、KEKの高輝度ミュオンビーム施設（MUSE）のビームを用いて行われました。

測定の模式図：上面図（左）と正面図(右)

ZnS(Ag)の発光画像から得られたミュオンビームの三次元画像

・S. Yamamoto, K. Ninomiya, N. Kawamura, Y. Hirano,, Three dimensional (3D) optical imaging system of muon beams using a silver activated zinc sulfide (ZnS(Ag)) sheet combined with a mirror, IEEE Transactions on Nuclear Science, in-press

10.1109/TNS.2021.3123164

　ミュオンビームを水に浸けたプラスチックシンチレータ板に照射し、ビームに垂直方向に移動しながら測定した画像から、ミュオンビームの3次元画像化に成功しました。本研究成果「Three-dimensional (3D) optical imaging of muon beam using a plastic scintillator plate in water」が「Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A」誌に掲載されました。
　本研究は大阪大学大学院理学研究科、高エネルギー加速器研究機構（KEK）と共同で、KEKの高輝度ミュオンビーム施設（MUSE）のビームを用いて行われました。

測定の模式図：側面図（左）と正面図(右)

プラスチックシンチレータ板にミュオンビームを照射し、
ビームに垂直方向に移動しながら測定した画像から、
再構成して作成したミュオンビームの3次元画像

・S. Yamamoto, K. Ninomiya, N. Kawamura, T. Yabe, Y. Hirano, Three-dimensional (3D) optical imaging of muon beam using a plastic scintillator plate in water, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1015, 165768, 2021

https://doi.org/10.1016/j.nima.2021.165768

　国際会議：IEEE　Nuclear Science Symposium (NSS) and Medical Imaging Conference(MIC)で、山本研究室から、口頭発表5演題を含む合計19演題（共同研究施設の発表を含めると23演題）を発表しました。学生さんは、博士課程の矢部さんが2演題、中西さんが2演題、修士課程の永田さんが2演題、喜多野さんが1演題発表しました。
　今回はオンライン開催で、日本時間では深夜の時間帯の発表も多く大変でしたが、無事に発表を終えることができました。口頭発表のセッションの様子はビデオで公開されています。

山本教授のIEEE MICでのオンラインでの口頭発表の様子

　修士2年の永田さんがIEEE　Medical Imaging Conferenceの口頭発表のセッションで「Development of a simultaneous imaging system to measure the optical and gamma ray images of Ir-192 source for high-dose-rate brachytherapy」というタイトルで発表を行いました。後日、座長のProfessor Watabeからお褒めの言葉を頂きました。

修士2年：永田さんのIEEE MICでのオンラインでの口頭発表の様子

修士2年の喜多野さんが第一著者の論文、「Imaging and range estimations of prompt X-rays using YAP(Ce) camera during particle-ion irradiation to non-uniform phantoms」が「Journal of Instrumentation」誌にアクセプトされました。おめでとうございます。
粒子線照射時に発生する制動X線（即発X線）をピンホールX線カメラで画像化する手法は、照射中に実時間で粒子線の画像が得られ、飛程を求めることができる方法として注目されています。しかし、これまで即発X線画像は、主に均一な被検体に対してしか画像が測定されていませんでした。今回、穴の開いた不均一な被検体対して、陽子線と炭素線照射を行い、照射中の即発X線の画像化を行いました。その結果、画像上に穴の位置に対応して輝度の低い部分が撮像でき、また空洞により飛程が長くなることも確認されました。

2cm直径の空洞を有するアクリルファントムの模式図（左）、
陽子線照射時の即発X線画像（中）と炭素線照射時の即発X線画像（右）
：空洞に対応した部分が見える。

本研究は、名古屋陽子線治療センター,QST,並びに兵庫粒子線医療センターと共同で行われました。

・M. Kitano, S. Yamamoto, T. Yabe, T. Akagi, T. Toshito, M. Yamaguchi, and N. Kawachi, Imaging and range estimations of prompt X-rays using YAP(Ce) camera during particle-ion irradiation to non-uniform phantoms, Journal of Instrumentation, in-press

コリメータでビームの径を変えたミュオンとミュオンビームをプラスチックシンチレータと水に照射し、ミュオンとミュオンが崩壊してできるポジトロンの画像化に成功しました。本研究成果「Optical imaging of decayed positrons and muons with different collimators」が「Journal of Instrumentation」誌にアクセプトされました。
放射線照射時に水やアクリルが発光することが山本研究室で発見され、多くの種類の放射線に対して、これまで画像化実験が行われてきました。この技術を素粒子であるミュオンに応用し、今回径の異なるビームを照射し、鮮明な画像を得ることに世界で初めて成功しました。簡便なビームの幅などを評価に応用できます。本研究は、大阪大学並びにKEKと共同で行われました。

コリメータでビーム径を変えたミュオンビームをプラスチックシンチレータブロックに
照射したときの発光画像

コリメータでビーム径を変えたミュオンが崩壊してできるポジトロンの
チェレンコフ光画像

・S. Yamamoto, K. Ninomiya, N. Kawamura, Y. Hirano, Optical imaging of decayed positrons and muons with different collimators, Journal of Instrumentation, in-press

博士3年の矢部さんが第一著者の論文、「First measured optical image of Cerenkov-light in water during irradiation of neutron beam from boron neutron capture therapy (BNCT) system」が「Radiation Measurements」誌にアクセプトされ出版されました。おめでとうございます。
放射線照射時に水やアクリルが発光することが山本研究室で発見されました。この技術を、これまで行われていなかった中性子に応用し、ホウ素中性子捕捉療法（BNCT）装置からの中性子を水に照射したときに発生するガンマ線によるチェレンコフ光の画像を得ることに世界で初めて成功しました。この手法はBNCTにおけるガンマ線分布計測などへの応用などが期待されます。
本研究は、関西BNCTセンター並びに京都大学との共同研究として行われました。

計測したBNCT装置からの中性子線を水に照射で生じたガンマ線による
チェレンコフ光分布

・T. Yabe, S. Yamamoto, N. Hu , Y. Kanai, H. Tanaka, K. Ono, First measured optical image of Cerenkov-light in water during irradiation 　of neutron beam from boron neutron capture therapy (BNCT) system, Radiation Measurements 146, 106633, 2021
https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2021.106633

博士3年の中西さんが第一著者の論文、「Comparison of the distributions of bremsstrahlung X-rays, Cerenkov light, and annihilation radiations for positron emitters」と「Monte Carlo study of a small field of view YAlO3:Ce　pinhole camera for imaging with Rb-82 by detection of　bremsstrahlung X-rays」が「Applied Radiation and Isotopes」誌と「Journal of Instrumentation」にそれぞれアクセプトされ出版されました。おめでとうございます。
ポジトロン放出核種のイメージング方法としては、消滅放射線を同時計数するPETを用いるのが一般的ですが、ポジトロンにより物質中で発生するチェレンコフ光や、制動X線を計測することで画像化することも可能です。消滅放射線はポジトロンの飛程の最後で発生するのに比してチェレンコフ光や制動X線は、ポジトロンがエネルギーを失う過程の比較的高いエネルギーで発生することから、PETに比べ高空間分解能の画像が得られる可能性があります。そこでモンテカルロシミュレーションで、これら3種のイメージング手法の空間分解能を評価しました。
その結果、Cu-62やRb-82などのエネルギーの高いポジトロン核種では、PETで測定する消滅ガンマ線の広がりが、チェレンコフ光や制動X線に比べ、1/10幅（FWTM）で2倍以上に広がることが明らかになりました。Rb-82を用いた小動物の制動X線画像化も高分解能を達成する一つ方法であることも示しました。

・K. Nakanishi and S. Yamamoto, Comparison of the distributions of bremsstrahlung X-rays, Cerenkov light, and annihilation radiations for positron emitters, Applied Radiation and Isotopes 176, 109861, 2021
https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2021.109861
・K. Nakanishi and S. Yamamoto, Monte Carlo study of a small field of view YAlO3:Ce　pinhole camera for imaging with Rb-82 by detection of　bremsstrahlung X-rays, JINST 16 T08005, Journal of Instrumentation, 2021
https://doi.org/10.1088/1748-0221/16/08/T08005

Journal of Applied Clinical Medical Physics誌に出版された論文 「Increase in the intensity of an optical signal with fluorescein during proton and carbon-ion irradiation」https://doi.org/10.1002/acm2.13309のビデオアブストラクトが、以下のYou Tubeで紹介されています。

https://youtu.be/Gy77iWxX1R4

がん治療に用いる陽子線を、穴の開いたアクリルブロックに照射したときに生じる発光画像撮像することで、不均一な物質に対する線量分布の短時間測定に成功しました。
これまで測定が困難であった不均一な物質に対する陽子線ビームの線量分布を、わずか数分で画像化できることを示した世界初の成果です。この研究成果は、Journal of Instrumentation誌にアクセプトされました。
なお本研究は、兵庫県立粒子線医療センターと共同で行われました。

研究室の装置で得られた不均一ファントム画像：空気ではビームが伸びて、チタン棒ではビームが凹んでいる実測画像が明瞭に得られました。

Seiichi Yamamoto, Takuya Yabe and Takashi Akagi, Luminescence imaging of non-uniform phantoms during irradiation with protons, Journal of Instrumentation, in-press

山本教授が、東北大学金属材料研究所の招聘教授（兼務）に就任しました。これまでも東北大学金属材料研究所、吉川研究室の開発したシンチレータの性能評価やそれらを用いた新しい医療機器開発を行い、多くの研究成果を共同発表してきました。今回、山本教授が、東北大学金属材料研究所の招聘教授に就任したことで、吉川研究室との共同研究を、今まで以上に強力に進めていきます。

山本研究室の装置で測定したミュオンビーム画像と研究内容が、フランスの一般向け科学雑誌である、「Science&Vie」で取り上げられました。「Science&Vie」はフランスで最も古く、最も有名な科学雑誌です。

フランスの科学雑誌「Science&Vie」に掲載されたミュオンビームの画像（上）と雑誌の表紙（下）

がん治療に用いる陽子線 を1㎜ミリメートルのスリット状にしたビーム（ミニビーム）をアクリルブロックに照射したときに生じる発光 を利用し、そのビームの形状を高分解能でかつ短時間で撮像することに成功しました。
これまで短時間測定が困難であった陽子線ミニビームの線量分布を、わずか数分で画像化できることを示した世界初の成果です。この研究成果は、医学物理学のトップジャーナルの一つであるPhysics in Medicine and Biology誌にオンライン掲載されました。また名大広報からプレス発表されました。
https://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20210524_med.pdf
なお本研究は、兵庫県立粒子線医療センターと共同で行われました。

研究室の装置で得られたミニビーム画像：上の方ではスリット状で、ビームの終端では均一なミニビームの分布が得られました。

Seiichi Yamamoto, Takuya Yabe and Takashi Akagi, Possibility evaluation of the optical imaging of proton mini-beams, Physics in Medicine and Biology, in-press
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6560/ac02d7

フルオレセイン溶液を用いることにより、陽子線と炭素線による水の発光を10倍以上に増加させることができることを発見し、Journal of Applied Clinical Medical Physics（JACMP）誌にアクセプトされ、間もなくパブリッシュされます。
山本研究室では、これまでに放射線を水に照射することで微弱光が発生することを発見し、この光を高感度カメラで撮像することで放射線の線量分布を画像化することに成功していました。しかし、放射線照射による水の発光は、発光量が小さいという問題がありました。今回、フルオレセイン溶液を用いることにより、発光量を大幅に増加でき、さらに即発ガンマ線によるチェレンコフ光の影響も減少できることも分かりました。今後、線量分布計測への応用が期待されます。
本研究は、兵庫県立粒子線医療センターと共同で行われました。

フルオレセイン溶液による水の発光の増加：水の発光（左図）がフルオレセインを加えることで10倍以上に発光が増加した（右図）

Seiichi Yamamoto, Takuya Yabe, Takashi Akagi, Increase in the intensity of an optical signal with fluorescein during proton and carbon-ion irradiation, Journal of Applied Clinical Medical Physics (JACMP), in-press
https://aapm.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/acm2.13309.

くさび形のアクリルブロックを用いて、一回の粒子線照射で、ビームの深度線量分布を測定する方法を考案し、実測に成功しました。粒子線ビームでは、その深さ方向のプロファイルである深度線量分布を測定することが、飛程の確認などのために重要です。しかし電離箱を用いた方法は、測定に手間と時間がかかるという問題がありました。
この問題点を解決するために、くさび形のアクリルブロックを用い、一回の粒子線照射で、ビームの深度線量分布を測定する方法を考案し、実測に成功しました。図左に示すように均一なビームをくさび形のアクリルに当てると、場所によりビームの吸収が異なった状態になり、その下の配置したZnS（Ag）シンチレータでビームによる発光が起こります。この発光が画像をCCDカメラで撮像することで、深度線量分布を測定することに成功しました(図右)。
この研究成果はJournal of Instrumentation誌にアクセプトされ、間もなくパブリッシュされます。

くさび形のアクリルブロックを用いて一回の粒子線照射で、ビームの深度線量分布を測定する方法の模式図(左)と深度線量分布 (右)

Seiichi Yamamoto, Takuya Yabe, Takashi Akagi, Feasibility study of an efficient method to measure depth profile of particle ions using a wedge-shaped acrylic block, Journal of Instrumentation, in-press

GGAGシンチレータがα線と、γ線あるいはβ線に対して、発光減衰時間が異なる性質を有することを利用し、α線と、γ線あるいはβ線を同時に分離して画像化できるイメージング装置の開発に成功しました。この成果はJournal of Instrumentation誌にアクセプトされ、間もなくパブリッシュされます。
アスタチンなどを用いたα線内用療法の研究では、小動物などの切片中のα線放出核種の分布を知ることが重要です。しかし、α線と、γ線あるいはβ線を同時に分離して画像化できるイメージング装置はこれまでありませんでした。山本研究室ではこれまでに、GGAGシンチレータがα線と、γ線あるいはβ線では発光減衰時間が異なる性質を有することを明らかにしていました。今回この性質を用い、α線と、γ線あるいはβ線を同時に分離して画像化できるイメージング装置を開発しました。実際に、アスタチンやラドン娘核種を用いて、α線と、γ線あるいはβ線を同時に分離して画像化することに成功しました。
なお本研究は、大阪大学と共同で行われました。

α線と、γ線あるいはβ線を同時に分離して画像化できるイメージング装置の模式図（左）と装置の写真（右）

Seiichi Yamamoto, Tadashi Watabe, Kazuko Kaneda-Nakashima, Yoshifumi Shirakami, Kazuhiro Ooe, Atsushi Toyoshima, Takahiro Teramoto, Atsushi Shinohara, Jun Hatazawa, Development of GGAG alpha camera system for targeted alpha radionuclide therapy research, Journal of Instrumentation, in-press

修了式、卒業式が行われました。修士2年の豊永さん、4年の王さん、伊藤さん、稲野君、茗荷さんが無事に修了、卒業しました。おめでとうございます。また訪ねてきてください。

博士前期課程（修士）2年の豊永さんが筆頭著者の論文“A method to reduce the error due to the angular dependencies of Cerenkov-light in water for optical imaging of X-rays from high-energy medical linear accelerators (LINAC)”が、Journal of Instrumentation誌にアクセプトされました。おめでとうございます。
リニアックX線のチェレンコフ光イメージングに関する研究で、チェレンコフ光と線量分布との違いを、撮像する角度を変えることで補正するという内容です。チェレンコフ光が前方方向に多く放射される性質を利用して、10度前方から撮像することで線量分布に近い分布を得ることができました（下図）。この研究は名古屋大学病院と共同で行われました。

C. Toyonaga, S. Yamamoto, Y. Hirano, K. Okudaira, T. Kato, K. Sugita, A method to reduce the error due to the angular dependencies of Cerenkov-light in water for optical imaging of X-rays from high-energy medical linear accelerators (LINAC), Journal of Instrumentation, in-press

博士前期課程１年の永田さんが筆頭著者の論文“Development of a low-sensitivity high resolution YAP(Ce) scintillation camera system toward the real-time imaging of an 192Ir source during high-dose-rate brachytherapy”が、Journal of Instrumentation誌に掲載されました。
おめでとうございます。本研究は名古屋大学病院、東北大学吉川研究室との共同で行われました。
これまで、子宮がんなどの内照射放射線治療に使うにイリジウム（Ir-192 ）の体外からの画像化は、線源の放射能が数100GBqと高いため、検出器が飽和することから、高分解能での画像化は困難でした。本研究では、比較的密度が低く厚さの薄い（1㎜）YAP(Ce)シンチレータを用い、感度を落としたピンホールガンマカメラを開発し、Ir-192線源の高分解能リアルタイム画像化に成功しました（下図）。将来、製品化を進めることで、内照射放射線治療の安全性向上への貢献が期待されます。

J. Nagata, S. Yamamoto, Y. Noguchi, T. Nakaya, K. Okudaira, K. Kamada and A. Yoshikawa, Development of a low-sensitivity high resolution YAP(Ce) scintillation camera system toward the real-time imaging of an 192Ir source during high-dose-rate brachytherapy, Journal of Instrumentation, 15 P12018, 2020

1㎜直径の光ファイバーに穴を開け、その中にZnS(Ag)を塗布した構成のα線検出器の開発に成功し、Applied Radiation and Isotopes誌に発表しました(下図)。
α線内用療法の定量化などに期待されます。この研究は放射線医学研究センター（NIRS, QST）の青木先生、東先生と共同で行われました。

S. Yamamoto, I. Aoki, T. Higashi, Optical fiber-based ZnS (Ag) detector for selectively detecting alpha particles, Applied Radiation and Isotopes, 109495, in-press
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0969804320306370

偏光現象を利用し、粒子線照射による水の発光画像からチェレンコフ光の分離に成功し、医学物理分野のトップジャーナルの一つである、Medical Physics誌に発表しました。
粒子線がん治療の線量評価などへの応用に期待されます。またまた名古屋大学広報からプレス発表されました。詳細は以下のプレス発表記事をご覧ください。

本研究は、兵庫県立粒子線医療センターと共同で行われました。

S. Yamamoto, T. Yabe, T. Akagi, Y. Hirano, Imaging of polarized components of Cerenkov‐light and luminescence of water during carbon ion irradiation, Medical Physics, in-press
https://aapm.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mp.14600

発光計測を用いたミュオンビームのイメージングに成功し、その成果をScientific Report誌に発表しました。
ミュオンのビームの精度管理や素粒子研究、さらには将来的にミュオンビームを用いた放射線治療への応用が期待されます。また名古屋大学広報からプレス発表されました。詳細は以下のプレス発表記事をご覧ください。

本研究は大阪大学大学院理学研究科、高エネルギー加速器研究機構（KEK）と共同で、KEKの高輝度ミュオンビーム施設（MUSE）のビームを用いて行われました。

S. Yamamoto, K. Ninomiya, N. Kawamura, Y Hirano, Optical imaging of muons, Scientific Reports 10 (1), 1-11, 2020
https://www.nature.com/articles/s41598-020-76652-8

ZnS (Ag) シンチレータが、α線にのみ発光が大きく発光減衰が長く、β線やγ線に対する発光が極めて小さく発光減衰も短いことを発見し（下図）、Applied Radiation and Isotopes誌に発表しました。
この研究は名古屋大学工学系研究科の富田先生との共同研究成果です。

S. Yamamoto, H. Tomita, Comparison of light outputs, decay times, and imaging performance of a ZnS (Ag) scintillator for alpha particles, beta particles, and gamma photons, Applied Radiation and Isotopes, 109527, 2020
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0969804320306680?via%3Dihub

博士後期課程２年の中西君が筆頭著者の論文、“Performance evaluation of YAlO3 scintillator plates with different Ce concentrations”が、Applied Radiation and Isotopes誌に掲載されました。
おめでとうございます。
3種のセリウム濃度の異なるYAP(Ce)シンチレータの性能を比較し、Ce濃度の高いシンチレータが最も発光が大きく、発光減衰時間も短いことを明らかにしました(下図)。

本研究は東北大学、吉川研究室との共同研究で行われました。
K. Nakanishi, S. Yamamoto, K. Kamada, A. Yoshikawa, Performance evaluation of YAlO3 scintillator plates with different Ce concentrations, Applied Radiation and Isotopes, 109483(in-press), 2020
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0969804320306266

山本教授が、放射線照射による水の発光に関する総説を日本医学物理学会の英文誌である、Radiological Physics and Technologyに発表しました。
これまでの放射線照射による水の発光に関する研究成果がまとめてあります。ぜひお読み下さい。

S. Yamamoto, Discovery of the luminescence of water during irradiation of radiation at a lower energy than the Cherenkov light threshold, Radiological Physics and Technology, October 1-9, 2020
https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs12194-020-00588-x

博士後期課程２年の矢部君が筆頭著者の論文、“Prediction of dose distribution from luminescence image of water using a deep convolutional neural network for particle therapy” 医学物理学のトップジャーナルの一つであるMedical Physics誌に掲載されました。
おめでとうございます。
深層学習を用い、粒子線照射による水の発光画像から正確な線量画像の生成に成功した内容で、粒子線がん治療への応用に期待されます。また名古屋大学広報からプレス発表されました。詳細は以下のプレス発表記事をご覧ください。
http://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20200716_med1.pdf

本研究は、名古屋大学大学院情報科学研究科、兵庫県立粒子線医療センターとの国際共同研究で行われました。

T. Yabe, S. Yamamoto, M. Oda, K. Mori, T. Toshito, T. Akagi, “Prediction of dose distribution from luminescence image of water using a deep convolutional neural network for particle therapy”, Medical Physics, Vol.47, No.9, pp.3882-3891, 2020
https://doi.org/10.1002/mp.14372

深層学習を用い、粒子線照射即発X線実測データから正確な線量画像を生成することに成功しました。本研究成果はMedical Physics誌に掲載されました。また名古屋大学広報からプレス発表されました。
http://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20200604_med2.pdf
患者に入射した粒子線がん治療ビームの飛跡を治療中にモニタリングすることは、ビームが患者の腫瘍に正しく照射されていることを確認するために切望されています。これまでに私たちの研究グループが開発してきた放射線画像化装置を用いた即発X線撮像法は、たんそ粒子線の飛跡を画像化できる画期的な手法ですが、得られた画像は実際の線量画像と一致しないという問題点がありました。この問題点を解決するために、深層学習を用いて、ビームの飛跡から正確な線量画像を生成することを試みました（下の図）。

即発X線測定画像から高分解能な線量画像を生成する深層学習アーキテクチャ

その結果、実験画像から鮮明な線量画像を得ることに成功しました（下の図）。今回の成果は、即発X線画像化法に深層学習を組み合わせることにより、飛程のみならず線量分布を得ることが可能であることを示しました。なお、本研究は、名古屋大学、QST、UC Davis、国立台湾大学、兵庫県立粒子線医療センターとの国際共同研究で行われました。

即発X線測定画像（左）が深層学習を用いて線量画像（右）に変換された。

Mitsutaka Yamaguchi, Chih-Chieh Liu, Hsuan‐Ming Huang, Takuya Yabe, Takashi Akagi, Naoki Kawachi, Seiichi Yamamoto, Dose image prediction for range and width verifications from carbon‐ion induced secondary electron bremsstrahlung X‐rays using deep learning workflow, Medical Physics (in-press)
https://aapm.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/mp.14205

ファイバーシンチレータとテーバー型ファイバープレートを組み合わせ、超高分解能α線イメージング装置を開発し、シンチレータ中を走行するα線の飛跡のリアルタイム画像化に成功しました。本研究成果はRadiation Measurements誌に掲載されました。
これまで、東北大学で開発された1㎛径のファイバーシンチレータとテーパー型ファイバープレート、高感度CCDカメラを組み合わせて、ベータ線の飛跡をリアルタイムで画像化することに成功していました（Yamamoto et al, Rep. 2018）。今回、テーパー型ファイバープレートを2段用いて（下の図：左）、空間分解能を飛躍的に向上させ、シンチレータ中を走行するα線に飛跡画像（下の図：中）を撮像することに成功しました。画像のプロファイルを取ると、ブラッグピークも観察されました（下の図：右）。α線の飛跡をリアルタイムで画像化できる装置の開発は世界初の成果です。なお、本研究は東北大学：金属材料研究所、吉川研究室との共同研究として行われました。

超高分解能α線イメージング装置（左）、Po-214のα線画像（中）画像のプロファイル（右）

Seiichi Yamamoto, Mitsutaka Yamaguchi, Takashi Akagi, Maki Kitano and Naoki Kawachi, Development of an ultrahigh-resolution radiation real-time imaging system to observe trajectory of alpha particles in a scintillator, Radiation Measurements,134, 2020, 106368
https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2020.106368

博士後期課程２年の矢部君が筆頭著者の論文”Estimation and correction of Cerenkov-light on luminescence image of water for carbon-ion therapy dosimetry”が、Physica Medica (European Journal of Medical Physics)誌に掲載されました。おめでとうございます。
水の発光画像において入射粒子線のエネルギーが高い場合に、水の浅い部分に2次電子によるチェレンコフ光が発生し（下の図：左）、線量分布評価の妨げになっていました。この論文では、チェレンコフ光の分布をモンテカルロシミュレーションで求めました（下の図：右）。

チェレンコフ光の分布を実測画像から差し引くことで、大きな誤差を持っていた深部線量分布（下の図：左）を線量に近い分布に補正することに成功しました（下の図：右）。本研究は兵庫粒子線治療センターとの共同研究として行われました。

Takuya Yabe, Takashi Akagi, and Seiichi Yamamoto, Estimation and correction of Cerenkov-light on luminescence image of water for carbon-ion therapy dosimetry, Physica Medica 74 (2020) 118–124
https://doi.org/10.1016/j.ejmp.2020.05.012

新しい高感度即発X線撮像用のカメラを開発し、粒子線照射時に発生する即発X線の画質を大幅に改善しました。この成果は、Physics in Medicine and Biology誌に掲載されました。
これまでに開発してきた放射線画像化装置を用いた即発X線撮像法は、陽子線や炭素線の飛跡を画像化できる画期的な手法ですが、得られた画像は計数が少なく統計雑音が多いため、飛程を評価しにくいという問題点がありました。この問題点を解決するために、ピンホールコリメータの角度を大きくして、感度を向上させたＸ線カメラを2種類開発しました。１つは高分解能高感度タイプで（下図：左）、もう一つは低ノイズ高感度タイプ（下図：右）です。高分解能高感度タイプでは良好な画像が得られるのではないかと大きな期待を持って、炭素線の即発X線撮像測定にのぞみました。

しかし、高分解能高感度タイプで得られた炭素線の即発X線撮像測定は、中心部分にアーチファクトが出て測定不能であることが分かりました（下図：左）。一方、低ノイズ高感度タイプは良好な画像が得られました。炭素線が、パルス状に照射されるため、検出器や電子回路が、高分解能高感度タイプでは飽和したのが主な原因と考えられます。即発X線撮像装置の最適化設計は大変難しいことが明らかになりました。本研究はQST、兵庫粒子線治療センターとの共同研究として行われました。

パルス状の炭素線照射による水の発光とチェレンコフ光を同時に測定し、その発光の時間変化は同じであることを実験で確認しました。この研究成果はBiomedical Physics and Engineering Express誌に掲載されました。
放射線照射による水の発光現象は、画期的な発見ですが、発光の時間変化は、未だ不明でした。今回、炭素線ビームがパルス状に照射されていることを利用し、水の発光部の発光時間変化と、チェレンコフ光を多く含む部分の発光時間変化をシリコンフォトマルモジュールを2台用いて、同時測定し比較しました（下図）。

その結果、水の発光（下図：左）とチェレンコフ光（下図：右）の時間変化は、ミリ秒の範囲で同じであることが明らかになりました。この結果は、水の発光とチェレンコフ光の発光メカニズムが同じであるということを支持する重要な成果です。

Seiichi Yamamoto, Takashi Akagi, Yoshiyuki Hirano, Masataka Komori, Measurements of temporal response of luminescence of water at lower energy than Cerenkov-light threshold during carbon-ion irradiation, Biomed. Phys. Eng. Express 6(2020)04500
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2057-1976/ab8b7e

低エネルギーのベータ線放出核種であるトリチウムのベータ線から放出される制動X線の画像化に世界で初めて成功しました。この研究成果はJournal of Instrumentation誌に掲載されました。
トリチウムから放出されるベータ線放は18.6 keVと極めて低く、その検出は困難です。この問題点を解決するために、トリチウムのベータ線から放出される制動X線を検出することを試み、画像化を行いました。画像化のために低エネルギーX線に対しても大きな発光が得られるLaGPSシンチレータを位置有感型光電子増倍管に光学結合し、イメージング装置を開発しました（下図）。

S. Yamamoto, K. Nakanishi, T. Furukawa, H. Tomita, K. Kamada and A. Yoshikawa, Imaging of bremsstrahlung X-rays from tritium water in a plastic bag using a LaGPS radiation imaging system, Journal of Instrumentation, 15 P04006, 2020
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-0221/15/04/P04006

博士後期課程1年の中西君が筆頭著者の論文がApplied Radiation and Isotopes誌に掲載されました。おめでとうございます。純粋なベータ線核種であるH-13とC-14からの制動X線をイメージング検出器で測定したときの感度とエネルギー分解能をモンテカルロシミレーションで評価した論文です。H-3とC-14の制動X線の画像化実験結果の論文も投稿中で、間もなく掲載される予定です。

C-14（左）とH-3の制動X線のエネルギースペクトル

Kouhei Nakanishi, Seiichi Yamamoto, Monte Carlo simulation of the bremsstrahlung X-rays emitted from H-3 and C-14 for the in-vivo imaging of small animals, Applied Radiation and Isotopes,160, 109136 (6pp), 2020
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0969804319307079?
via%3Dihub

ビタミンB2を用いたリニアックX線の発光分布補正の概念図

Chihiro Toyonaga, Seiichi Yamamoto, et al., A method of absorbed dose determination using vitamin B2 water for optical imaging of X-rays from high energy medical linear accelerators, Radiation Measurements 131, 106227(9pp), 2020

https://annex.jsap.or.jp/radiation/

放射線賞受賞講演時の写真（左図）、メダルと賞状（右図）

この成果は、Medical Physics誌に掲載されました。Tomonori Fukuchi, Seiichi Yamamoto, et al., Beta‐ray imaging system with γ‐ray coincidence for multiple‐tracer imaging, Med. Phys. 2019, in-press

Takuya Yabe, Masataka Komori, Takashi Akagi, Tomohiro Yamashita, Seiichi Yamamoto, Imaging of fragment particles in water by nuclear spallation during carbon-ion irradiation, Phys. Med. Biol. 6413NT01 (6pp), 2019
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31189139

Seiichi Yamamoto, Katsunori Yogo, Yumiko Noguchi, Takayoshi Nakaya, Kuniyasu Okudaira, Imaging of Ir-192 source using a high energy gamma camera for high-dose-rate brachytherapy, Radiation Measurements, Volume 126, 106128, 2019
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350448718308230

Han Gyu Kang, Seiichi Yamamoto, Sodai Takyu, Fumihiko Nishikido, Akram Mohammadi, Ryo Horita, Shinji Sato, Taiga Yamaya, Optical imaging for the characterization of radioactive carbon and oxygen ion beams, Phys. Med. Biol. 64 115009 (10pp), 2019
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6560/ab1ccf

Ryo Horita, Seiichi Yamamoto, Katsunori Yogo, Yoshiyuki Hirano, Kuniyasu Okudaira, Fumitaka Kawabata, Takayoshi Nakaya, Masataka Komori, Hiroshi Oguchi, Estimation of the three-dimensional (3D) dose distribution of electron beams from medical linear accelerator (LINAC) using plastic scintillator plate, Radiation Measurements, 124, 103-108, 2019
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350448718308254

Ryo Horita, Seiichi Yamamoto, Katsunori Yogo, Masataka Komori, Toshiyuki Toshito, Three-dimensional (3D) dose distribution measurements of proton beam using a glass plate, Biomedical Physics & Engineering Express, in-press
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2057-1976/ab169e

• S. Yamamoto and S. Terazawa, A high resolution radiation imaging detector using a ceramic YGAG scintillator plate, JINST 14 P03014, 2019
• S. Yamamoto, K. Kamada, S. Kurosawa, A. Yoshikawa, Development of a high resolution LaGPS imaging detector with pulse shape discrimination capability of different types of radiations, Nuclear Inst. and Methods in Physics Research-A, A 922, 8–18, 2019
• S. Yamamoto, H. Nitta, Development of a Si-PM-based GGAG radiation-imaging detector with pulse shape discrimination capability to separate different types of radiation, Radiation Measurements, 119, 85–92, 2018
• S. Yamamoto, H. Nitta, Pulse shape discriminations of different types of radiation on GGAG imaging detector, Nuclear Inst. and Methods in Physics Research-A, 910, 174–183, 2018

http://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20180220_med_1.pdf

http://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20180220_med_2.pdf

　また、量子科学技術研究開発機構からも同時にプレス発表されました。本研究は、名古屋陽子線治療センター、量子科学技術研究開発機構と共同で行われました。
http://www.qst.go.jp/information/itemid034-003827.html