Visualisering av gammastrålingskilder på lavt nivå ved hjelp av et rimelig, høysensitivt, omnidirectionalt Compton-kamera

Environment
 

Summary

Vi presenterer eksperimentelle protokoller for visualisering av ulike gammastrålingskilder på lavt nivå i omgivelsene ved hjelp av et rimelig, høysensitivt, omnidirectional, gamma-ray imaging Compton-kamera.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Muraishi, H., Enomoto, R., Katagiri, H., Kagaya, M., Watanabe, T., Narita, N., Kano, D. Visualization of Low-Level Gamma Radiation Sources Using a Low-Cost, High-Sensitivity, Omnidirectional Compton Camera. J. Vis. Exp. (155), e60463, doi:10.3791/60463 (2020).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Vi presenterer eksperimentelle protokoller for visualisering av ulike gammastrålingskilder på lavt nivå i omgivelsene. Eksperimenter ble utført ved hjelp av et rimelig, høysensitivt, omnidirectional, gamma-ray imaging Compton-kamera. I laboratoriet kan posisjonen til en sub-MeV gamma strålingskilde som 137Cs lett overvåkes via omnidirectional gamma-ray imaging innhentet av Compton-kameraet. I motsetning, en stasjonær, veggmontert doserate monitor kan ikke alltid overvåke en slik kilde. Videre viste vi muligheten for å visualisere radioaktivitetsbevegelsen i miljøet, for eksempel bevegelsen av en pasient injisert med 18F-fluoroksyglukose (18F-FDG) i et kjernefysisk legemiddelanlegg. I Fukushima-feltet fikk vi lett omnidirectional gamma-ray bilder opptatt av fordelingen på bakken av lavt nivå radioaktiv forurensning av radioaktivt cesium utgitt av Fukushima Daiichi kjernekraftverk ulykke i 2011. Vi viser klare fordeler ved å bruke vår prosedyre med dette kameraet for å visualisere gamma-ray kilder. Våre protokoller kan videre brukes til å oppdage lavnivå gamma strålingskilder, i stedet for stasjonære doserate skjermer og / eller bærbare undersøkelsesmålere som brukes konvensjonelt.

Introduction

Medisinske fasiliteter huser ulike lavnivå gamma strålingskilder med en overflate og / eller luft doserate på bare noen få μSv / t. Slike kilder er også til stede på tvers av brede områder i det østlige Japan som viser radioaktiv forurensning på lavt nivå av radioaktivt cesium fra Fukushima Daiichi kjernekraftverkulykke i 2011. Disse miljøene utsetter noen ganger arbeidere for den ytre bestrålingseksponeringsgrensen for menneskekroppen for den generelle befolkningen som anbefalt av den internasjonale kommisjonen om radiologisk beskyttelse (ICRP): 1 mSv/år (f.eks. 1 μSv/t i 4 timer per dag, 250 dager per år)1. Hvis strålingskilder visualiseres fra mer enn noen få meter på forhånd på korte tidsskalaer, kan mengden strålingseksponering reduseres. En av de beste løsningene for å visualisere disse gammastrålingskildene er å vedta en gamma-ray imaging Compton kamera teknikk2. I denne teknikken måles energi- og kjegleretningen til hendelsen gammastråler som sendes ut fra strålingskilden av detektoren for hver hendelse, og deretter kan gammastrålekilderetningen rekonstrueres ved bakprojeksjon3. Tidligere studier har utviklet Compton kamerasystemer rettet mot anvendelsen av en ny diagnostisk enhet i kjernefysisk medisin og / eller en ny gamma-ray teleskop i astrofysikk4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14, samt bilde rekonstruksjon teknikker for Compton kjegle data analytiske15,16 ogstatistiske 17 tilnærminger. Dyrere, toppmoderne enheter med komplisert elektronikk blir ofte vedtatt for å oppnå høy kantete oppløsning i et standardavvik på noen få grader, men denne presisjonen gjør det vanskelig å samtidig oppnå høy deteksjonseffektivitet.

Nylig har vi foreslått og utviklet en rimelig, høy følsomhet, omnidirectional gamma-ray imaging Compton kamera18, basert på en todelt tilfeldighet innenfor en rekke uavhengige scintillators som fungerer som enten scatterers eller absorbers19. Målet med denne teknikken er å enkelt oppnå høy deteksjonseffektivitet med en kantete oppløsning på ~ 10 grader eller mindre, noe som er tilstrekkelig for en miljømonitor. Dette oppnås gjennom anvendelsen av en bildeskarphetsteknikk18,20 basert på den filtrerte bakprojeksjonsalgoritmen, som bruker et innvikelsesfilter som brukes i bilderekonstruksjon for computertomografi til Compton-rekonstruksjonen. Videre kan deteksjonseffektiviteten, vinkeloppløsningen og det dynamiske området til detektoren enkelt optimaliseres når type, størrelse og arrangement av scintillators koordineres i samsvar med et bestemt formål, for eksempel bruk i miljøer som sender ut forhøyet radioaktivitet21,22.

I denne studien presenterer vi eksperimentelle protokoller for ulike studier for visualisering av lavt nivå gamma-ray strålingskilder ved hjelp av denne omnidirectional Compton kamerateknikken i et radioisotop (RI) anlegg, en positron utslipp tomografi (PET) anlegget og Fukushima feltet. Vi forberedte og benyttet det omnidirectionale gamma-ray imaging Compton-kameraet som tidligere ble utviklet av oss selv18, men med noen forbedringer, for å oppnå høyere deteksjonseffektivitet. Figur 1 viser et skjematisk syn på arrangementet av CsI(Tl) scintillators av elleve elementer som brukes i denne studien. De elleve tellerne består av to lag; to tellere i midten og ni tellere i en halv sirkel, vurderer fremover og bakover spredning konfigurasjoner. Hver CsI(Tl) scintillator kube på 3,5 cm ble lest opp med super-bialkali foto-multiplikatorrør (PMT). Signalene ble matet inn i et flash ADC-bord med SiTCP-teknologi23 og fronten ble koblet til en PC via Ethernet. Et elektronisk program som ble opprettet ved hjelp av Visual C++ med ROOT-bibliotek24, ble operert på en Windows-PC. Et gamma-ray-bilde ble rekonstruert og skjerpet18,20 på en sfærisk overflate med akkumulerende ringer med en radius av θ som er en spredningsvinkel beregnet fra Compton kinematics for hver to-fold tilfeldighet hendelse. Et omnidirectionalt gamma-ray-bilde kan vises både online og offline ved superimposition på det omnidirectionale optiske bildet som tidligere ble tatt av et digitalt kamera. Under målingen kan utløserhastigheten, det totale energispekteret (summen av energiforekomstene for hver togangers tilfeldighetshendelse), og de rekonstruerte bildene av en forhåndsinnstilt gammastråleenergi vises på den elektroniske PC-skjermen. Denne informasjonen kan oppdateres med et forhåndsinnstilt tidsintervall (f.eks. hver 10.-plass). Her setter vi skjermen til å vise to typer rekonstruerte bilder: et bilde som akkumuleres ved starten av målingen og et bilde akkumuleres ved hvert forhåndsinnstilte tidsintervall (f.eks. hver 1 min). Videre, fordi rådataene for hver hendelse som er oppnådd ved hjelp av målingene er lagret, er det mulig å analysere dataene på nytt etter målingene og deretter regenerere et rekonstruert bilde for en vilkårlig gammastråleenergi med et vilkårlig tidsintervall. Tabell 1 viser ytelsen til Compton-kamerasystemet som brukes i denne studien, sammenlignet med det forrige seks-tellersystemet18. Sammenligningen viste at en sub-MeV gamma-ray-kilde ble visualisert med en deteksjonseffektivitet dobbelt så stor som det forrige systemet, samtidig som den bleket oppløsning en ~ 11 grader. Vi bekreftet også at den kantete avhengigheten av aksept ble holdt til et minimum, viser forskjeller på s ~ 4%. Detaljene om de grunnleggende teknikkene i systemet er beskrevet i Watanabe et al. (2018)18. Her introduserer vi tre eksperimentelle protokoller for å visualisere ulike lavnivå gamma-ray strålingskilder ved hjelp av Compton-kameraet beskrevet ovenfor.

Protocol

Protokollen ble gjennomført etter retningslinjene til forskningsetikkkomiteen ved National Cancer Center Hospital East, Japan.

1. Overvåking av forseglet strålingskilde i eksperimentrommet ved RI-anlegget

  1. Still inn Compton-kameraet ved siden av dosehastighetsmåleren som vist i figur 2a. Sett høyden på detektorene fra bakken til 2,5 m. Bygg dosehastighetsmonitoren, som består av et parallelt plateioniseringskammer, inn i den øvre delen av inngangen til eksperimentrommet ved RI-anlegget for å overvåke luftdosehastigheten på posisjonen med intervaller på 1 min.
  2. Slå på kraften i Compton-kameraet og online-datamaskinen.
  3. Start den samtidige målingen med Compton-kameraet og dosehastighetsmonitoren.
  4. Sett en 137Cs forseglet kilde (3,85 MBq) på en posisjon merket 'A' i figur 2a og la den stå i 30 min. Sett avstanden mellom detektoren og den forseglede kilden til 3,6 m.
  5. Flytt den forseglede kilden til en posisjon merket 'B' og la den stå under 30 min. Still avstanden mellom detektoren og den forseglede kilden til 6,7 m.
  6. Flytt den forseglede kilden i en posisjon merket 'C' og la den stå under 30 min. Still avstanden mellom detektoren og den forseglede kilden til 6,7 m.
  7. Flytt den forseglede kilden i en posisjon merket 'D' og la den stå under 30 min. Sett avstanden mellom detektoren og den forseglede kilden til 1 m.
  8. Flytt den forseglede kilden utenfor rommet. Etter 30 min, stopp all måling.

2. Miljøovervåking i PET-anlegget

  1. Sett Compton-kameraet foran resepsjonen i PET-anlegget som vist i figur 2b. Still inn detektorenes høyde fra bakken til 1 m.
  2. Angi den elektroniske datamaskinen i stabsrommet.
  3. Slå på kraften i Compton-kameraet og online-datamaskinen.
  4. Start Compton-kameramåling tidlig om morgenen før pasientene ankommer anlegget.
  5. Etter at alle pasienter forlater for dagen, stopp all måling.

3. Utendørs måling i Kawamata-machi, Fukushima, Japan

  1. Sett Compton-kameraet i nærheten av et privat hus som vist i figur 2c, hvor eksistensen av noen radiologiske Caesium hot spots med overflatedosehastigheter på 1 μSv / t eller mindre er mistenkt. Still inn detektorenes høyde fra bakken til 1,5 m.
  2. Slå på kraften i Compton-kameraet og online-datamaskinen.
  3. Start Compton-kameramåling.
  4. Etter 30 min, stopp all måling.

Representative Results

Overvåking av forseglet strålingskilde i eksperimentrommet ved RI-anlegget
Figur 3a viser tidsvariasjonen av utløserhastighet målt av Compton-kameraet (svart solid linje), etter å ha brukt et tidsforsinkelsesvalg av to-hit tellere mindre enn 1 μs. Utløserhastigheten endret seg hver 30 min, avhengig av posisjonen til den forseglede kilden (dvs. avstand fra posisjonen til kameraet). Denne variasjonen ble bekreftet fra dataene målt av den stasjonære dosehastighetsmåleren (blå stiplet linje); virkemåten forble konstant (dvs. bakgrunnsnivå) annet enn mellom 5750 s og 7800 s. Her angir vi foreløpig fem perioder merket (i), (ii), (iii), (iv) og (v), som representerer de fem posisjonene til den forseglede kilden (figur 3a). Figur 3b viser den totale energispektrasen for hver slik periode (30 min for hver), den horisontale aksen som representerer summen av energiforekomster for hver todoble tilfeldighetshendelse. Vi noterer 662 keV fotoabsorpsjontopper med opprinnelse fra 137Cs forseglet kilde for (i), (ii), (iii) og (iv), mens (v) viser bare bakgrunnsnivåer. Peak høyder for (ii) og (iii) er de samme, som vi tilskriver samme 6,7 m avstand fra kameraet til den forseglede kilden. Ved å velge hendelsen innen 662 ± 40 keV for 662 keV, beregnet vi spredningsvinkler og rekonstruerte det omnidirectionale gamma-ray-bildet. Resultatene vises i henholdsvis figur 3c-f, for punktum (i), (ii), (iii) og (iv). Her er gamma-ray-bilder indikert av den røde regionen, noe som indikerer gamma-ray intensiteter i øvre halvdel av det observerte området. Vi finner at posisjonen til 137Cs forseglet kilde kan identifiseres fra gamma-ray-bildene. Figur 4 viser endringene i bildet med integreringstid, der det røde feltet i stedet tilsvarer et smalere område (de øvre 30 %) av det observerte området. Dette smalere området ble vedtatt for å prioritere en topp intensitet. I dette tilfellet kan 137Cs kilderetning identifiseres etter 30 s.

Miljøovervåking i PET-anlegg
Figur 5a viser den generelle tidsvariasjonen av utløserhastigheten på dagtid (5,6 timer) målt av Compton-kameraet (svart linje) foran en resepsjonsskranke i et PET-anlegg. Vi observerer bemerkelsesverdig forbedring i utløserhastigheten med ulike mønstre, som kan tilskrives bevegelsen av pasienter injisert med 18F-fluoroksyglukose(18F-FDG) rundt resepsjonen. Som et eksempel på slike mønstre fokuserer vi på perioden fra 6200 til 7000 s. I henhold til utløserhastigheten i denne perioden vist i figur 5b, er en rekke forbedringer tydelige, med to platåer merket (i) og (ii). Figur 5c viser den totale energispektrasen for figur 5b's perioder (i), (ii) og (iii). Vi observerer 511 keV fotoabsorpsjontopper med opprinnelse fra 18F-FDG. Figur 5d,e viser 511 keV gamma-ray omnidirectional bilde i perioder (i) og (ii), henholdsvis der vi valgte hendelser innen 511 ± 40 keV for bilderekonstruksjon. Retningene på gamma-ray topper i begge tallene tilsvarer henholdsvis retningene på sofaen og toalettet bak veggen. Tatt i betraktning utløserfrekvensene til både (i) og (ii), tolker vi gammastrålene i (i) som lekkasje som penetrerer skjoldet på veggen fra toalettet; Vi antar at en pasient kom inn på toalettet og tilbrakte to minutter, og etter det satt på sofaen noen minutter før PET-skanningen.

Utendørs måling i Kawamata-machi, Fukushima, Japan
Figur 6a viser tidsvariasjonen av utløserhastigheten for 30 min utendørsmåling. Stabiliteten i utløserhastigheten innebærer at comptonkamerasystemet vårt opererer stabilt selv for målinger utført utendørs over en lang periode. For å demonstrere hvordan den utvidede gamma-ray-kilden ble rekonstruert, setter vi fire forskjellige integrasjonsperioder merket (i) (1 min), (ii) (10 min), (iii) (20 min) og (iv) (30 min), som vist i figur 6a. Figur 6b viser den totale energispektrasen for hver periode, som viser strukturene lagt på fotoabsorpsjonstoppene av gammastråler som slippes ut fra radioaktive nuklider ved 605 keV og 796 keV for 134Cs og 662 keV for 137Cs. For å rekonstruere gamma-ray-bildet valgte vi hendelser innen 565-622 keV for 605 keV, 662 ± 40 keV for 662 keV og 796 ± 40 keV for 796 keV. Gamma-ray omnidirectional bilder for 605, 662 og 796 keV er vist i figur 6c-f for integrasjonsperioder (i), (ii), (iii) og (iv), henholdsvis. I dette tilfellet finner vi at den rekonstruerte gamma-ray-fordelingen er stabil så lenge integrasjonstiden overstiger 20 min. Skråningen av en høyde foran og den nedre delen av regnrennet er tydelig forurenset, mens området dekket med uforurenset jord i høyre del av bildet er påviselig ikke forurenset. Gammastråleintensiteten er i god overensstemmelse med dosehastighetsverdier målt ved en undersøkelsesmåler av scintillation-type, hvis verdier er vist i gult i figur 6f.

Figure 1
Figur 1: Omnidirectional Gamma-ray imaging Compton kamerasystem. (a) Geometrisk arrangement av scintillators med elleve elementer som brukes i denne studien. To scintillators ble arrangert i midten av en sirkel, med ni flere arrangert i en halv sirkel, forskjøvet vertikalt. (b) Fotografi av detektoren uten hus. Tellerne ble festet inne i en utvidet polystyren. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: Eksperimentelt oppsett. (a) Overvåking av en forseglet strålingskilde i eksperimentrommet på RI-anlegget, hvor en 137Cs-forseglet kilde ble sekvensielt satt på posisjonene merket 'A', 'B', 'C' og 'D'. (b) Miljøovervåking foran en resepsjon i PET-anlegget. (c) Utendørs måling i Fukushima-feltet, Japan. Compton-kameraet ble festet på en gardintrapp. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: Representative resultater av overvåkingen av en 137Cs-forseglet kilde i eksperimentrommet. (a) Tidsvariasjon av utløserhastigheten målt ved Compton-kameraet (svart fast linje) og av luftdosehastigheten målt ved den stasjonære dosehastighetsmåleren (blå stiplet linje). (b) Total energispektras (summen av energiforekomster for hver togangers tilfeldighetshendelse) i figur 3en's perioder (i) (rød linje), (ii) (blå linje), (iii) (grønn linje), (iv) (rosa linje) og (v) (svart linje), med resultatet av (iv) ble skalert med 0,15. (c) 662 keV gamma-ray omnidirectional bilde lagt på det optiske bildet i perioden (i) (30 min). Det røde feltet indikerer gamma-ray intensiteter i øvre halvdel av det observerte området. (d) Samme som (c), men for punktum (ii) (30 min). (e) Samme som (c), men for punktum (iii) (30 min). (f) Samme som (c), men for punktum (iv) (30 min). Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4: Samme som figur 3c, men med ulike måletider: 3 s, 5 s, 10 s, 15 s, 30 s og 60 s. Her er gamma-ray-bilder identifisert av den røde regionen, noe som indikerer gamma-ray intensiteter i de øvre 30% av det observerte området. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5: Representative resultater av miljøovervåking foran en resepsjonsskranke i PET-anlegget. (a) Tidsvariasjon av utløserhastigheten målt ved Compton-kameraet (svart linje) på dagtid (5,6 timer). (b) Utløserhastighet som er beskrevet for en periode mellom 6200 og 7000 s (a). (c) Total energispektra for punkt 4bperioder (i) (rød linje), (ii) (blå linje) og (iii) (svart linje). (d) 511 keV gamma-ray omnidirectional bilde lagt på det optiske bildet for periode (i) (2 min). (e) Samme som (d), men for punktum (ii) (2 min). Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Figure 6
Figur 6: Representative resultater av utendørs måling i Kawamata-machi, Fukushima, Japan. (a) Tidsvariasjon av utløserhastigheten målt ved Compton-kameraet (svart solid linje). (b) Total energispektra for figur 5a's perioder (i) 1 min (blå linje), (ii) 10 min (grønn linje), (iii) 20 min (rød linje) og (iv) 30 min (svart linje). (c) Omnidirectional bilde av 605, 662 og 796 keV gamma-stråler lagt på det optiske bildet for periode (i) (1 min). (d) Samme som (c), men for punktum (ii) (10 min). (e) Samme som (c), men for punktum (iii) (20 min). (f) Samme som (c), men for punktum (iv) (30 min). Dosehastighetsverdiene målt ved en undersøkelsesmåler av scintillation-type i en høyde på 1 cm fra bakken er vist i tallene for sammenligning. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Denne studien Forrige studie18
Antall tellere 11 6
Deteksjonseffektivitet (cps/(μSv/h)) for 511 keV gammastråler 36 18
Kantete oppløsning σ (deg)* 11 11

Tabell 1: Forestillinger av nåværende og tidligere Compton kamerasystemer. *Vinkeloppløsningen ble estimert fra 511 keV omnidirectional gamma ray-bilder oppnådd under måling av en 22Na forseglet kilde (0,8MBq) plassert 1 m foran detektoren.

Discussion

Vi presenterte tre eksperimentelle protokoller for å visualisere ulike gammastrålingskilder på lavt nivå ved hjelp av det omnidirectionale Compton-kameraet vi utviklet. De representative resultatene viste at gamma-ray-avbildning ved lavt strålingsnivå tillater avledning av roman og nyttig informasjon om omgivelsene. I RI-anlegget avslørte protokollen at comptonkamerasystemet vårt klarer å oppdage posisjonen til gammastrålekilden, samt tellehastigheten i gitt posisjon i forhold til kilden. Dette betyr at den foreslåtte metoden kan tjene som en neste generasjons teknologi for miljøstrålingsovervåking, og erstatte konvensjonelle stasjonære dosehastighetsmonitorer som allerede er montert på veggene i nesten alle RI-anlegg. I dette papiret avbildet vi gammastråleintensitet som et rødt felt som kartlegger regionen som opplever intensiteter i øvre halvdel av observerte verdier (figur 3, figur 5og figur 6),slik som passer til ulike formål uten bias. En tilnærming som heller prioriterer en toppintensitet, i stedet for fordelingen av gammastrålekilder, ville vedta et smalere område av det røde feltet, kanskje det øvre kvartalet av observerte verdier, for å muliggjøre direktivfunn på kortere tidsskalaer. Faktisk, i figur 3c,toppretningen kan identifiseres med en måletid på 30 s for tilfelle (i) som vist i figur 4, som toppposisjonens intensitet var rundt 20 tellinger.

Når det gjelder miljøovervåking i PET-anlegget, demonstrerte protokollen muligheten for å visualisere radioaktivitetsbevegelsen gjennom anlegget, som i dette tilfellet anses å være bevegelsen til en pasient injisert med 18F-FDG. I figur 5d,ekan pasientens retning identifiseres på mindre enn 10 s ved å vedta det smalere røde feltområdet som nevnt ovenfor. I fremtiden vil miljøovervåkingen av gamma-ray-kilder etter animasjon være nyttig for ulike situasjoner, ikke bare for bevegelsen av pasienter som i denne studien, men også for å overvåke overføring av kjernefysiske drivstoffmaterialer som på flyplasser i forbindelse med terrorisme, ved å dra nytte av systemets høyfølsomhetog lavkostegenskaper, selv om energioppløsningen av et system som bruker en scintillator er dårligere enn for dyrere halvlederdetektorer, for eksempel høy renhet germanium (HPGe) og CdZnTe (CZT).

I Fukushima-feltet visualiserte protokollen den utvidede gammastrålingskilden med overflatedosehastigheter på mye mindre enn 1 μSv/t, som er en størrelsesorden lavere enn i en nylig rapport25,26. Vårt Compton-kamerasystem ble funnet å være i stand til å operere stabilt og robust for utendørs måling. Vi har allerede bekreftet at systemet kan betjenes ved hjelp av WiFi og bærbart batteri for mer praktisk bruk i ulike situasjoner, spesielt for utendørs måling. Miljøverndepartementet i Japan har satt luftdosehastigheten minimum på 0,23 μSv/t for å utpeke områder som skal dekontamineres. Vi tror at vårt system og protokoller vil være en stor hjelp for dekontamineringsprosedyren i områder med lavnivå radioaktiv forurensning i brede områder i det østlige Japan hvor radioaktivt cesium ble utgitt av Fukushima Daiichi kjernekraftverkulykke i 2011.

Compton-kameraet som brukes i denne studien har høy følsomhet for gammastråler med energimellom 300 keV og 1400 keV, som kan tilskrives bruk av 3,5 cm CsI(Tl) scintillator kuber18. Scintillator type og størrelse kan optimaliseres for miljøovervåking av lavt nivå gamma strålingskilder under 300 keV, for eksempel 99mTc (141 keV) og 111In (171 keV, 245 keV), som ofte brukes i scintigrafi. Dette arbeidet vil bli presentert i en annen artikkel i nær fremtid. Detektoren kan produseres til en lav pris. Faktisk var kostnaden for detektormaterialene som ble brukt i denne studien ikke mer enn $ 20.000, og dette beløpet var dominert av prisen på telleren bestående av CsI (Tl) og PMT; denne konfigurasjonen er betydelig billigere enn GAGG scintillators og HPGe halvlederdetektorer som brukes i andre Compton-kameraer. Videre bør systemet som brukes i denne studien gjøres mer kompakt for allsidighetens og bekvemmeligheten. Størrelsen på systemet som produseres i denne studien var 30 cm x 25 cm x 40 cm, som er større enn det eksisterende bærbare gammakameraet5,27. Hovedårsakene til så stor systemstørrelse er den store størrelsen på PMT festet til CsI (Tl) (φ4 cm × 12 cm) og den store elektronikken håndlaget av oss. I fremtiden vil bærbarheten forbedres ved å erstatte PMT med en metallpakke PMT eller Silicon Photomultiplier (SiPM) samt ved å pakke elektronikken på nytt i liten størrelse.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Denne studien ble støttet av Open Source Consortium of Instrumentation (Open-It), Japan, JSPS KAKENHI Grant (nr. 22244019, 26610055, 15H04769 og 19H04492).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Compton camera Custom made
Dose rate monitor Hitachi, Ltd. DAM-1102
Flash ADC board Bee Beans Technologies Co.,Ltd. BBT-019
PC Panasonic Corporation CF-SZ6
Photo-multiplier tube Hamamatsu Photonics K.K. H11432-100
Survey meter Fuji Electric Co., Ltd. NHC7

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. ICRP. Recommendations of the international commission on radiological protection. Annals of the ICRP. 21, ICRP Publication 60 (1990).
  2. Kamae, T., Enomoto, R., Hanada, N. A new method to measure energy, direction, and polarization of gamma rays. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 260, 254-257 (1987).
  3. Schoenfelder, V., et al. Instrument description and performance of the imaging gamma-ray telescope COMPTEL aboard the Compton Gamma-ray Observatory. The Astrophysical Journal Supplement Series. 86, 657-692 (1993).
  4. Suzuki, Y., et al. Three-dimensional and multienergy gamma-ray simultaneous imaging by Using a Si/CdTe compton camera. Radiology. 267, 941-947 (2013).
  5. Kataoka, J., et al. Recent progress of MPPC-based scintillation detectors in high precision X-ray and Gamma-ray imaging. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 784, 248-254 (2015).
  6. Tanimori, T., et al. Establishment of imaging spectroscopy of nuclear gamma-rays based on geometrical optics. Scientific Reports. 7, 41511 (2017).
  7. Sakai, M., et al. In vivo simultaneous imaging with 99mTc and 18F using a Compton camera. Physics in Medicine & Biology. 63, 205006 (2018).
  8. Koide, A., et al. Precision imaging of 4.4 MeV gamma rays using a 3-D position sensitive Compton camera. Scientific Reports. 8, 8116 (2018).
  9. Nagao, Y., et al. Astatine-211 imaging by a Compton camera for targeted radiotherapy. Applied Radiation and Isotopes. 139, 238-243 (2018).
  10. Draeger, E., et al. 3D prompt gamma imaging for proton beam range verification. Physics in Medicine & Biology. 63, 35019 (2018).
  11. Uenomachi, M., et al. Double photon emission coincidence imaging with GAGG-SiPM Compton camera. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. in press (2019).
  12. Nakano, T., et al. Imaging of 99mTc-DMSA and 18F-FDG in Humans Using a Si/CdTe Compton Camera. Physics in Medicine & Biology. in press (2019).
  13. Lee, W., Lee, T. 4 pi FOV compact Compton camera for nuclear material investigations. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 652, 33-36 (2011).
  14. Yamaya, T., et al. Concrete realization of the whole gamma imaging concept. Proceedings of 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC). (2017).
  15. Parra, L. Reconstruction of cone-beam projections from Compton scattered data. IEEE Transactions on Nuclear Science. 47, 1543-1550 (2000).
  16. Xu, D., He, Z. Filtered Back-Projection in 4pi Compton Imaging with a Single 3D Position Sensitive CdZnTe Detector. IEEE Transactions on Nuclear Science. 53, 2787-2795 (2006).
  17. Wilderman, S., Clinthorne, N., Fessler, J., Rogers, W. List-mode maximum likelihood reconstruction of Compton scatter camera images in nuclear medicine. Proceedings of IEEE Nuclear Science Symposium. 3, 1716-1720 (1998).
  18. Watanabe, T., et al. Development of an omnidirectional gamma-ray imaging Compton camera for low-radiation-level environmental monitoring. Japanese Journal of Applied Physics. 57, 026401 (2018).
  19. Kagaya, M., et al. Development of a low-cost-high-sensitivity Compton camera using CsI(Tl) scintillators (γI). Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 804, 25-32 (2015).
  20. Muraishi, H., Kagaya, M., Katagiri, H., Takeda, T., Watanabe, T. Proposal of a new image reconstruction technique for the Compton camera. The Journal of Japan Academy of Health Science. 17, 159-164 (2014).
  21. Katagiri, H., et al. Development of an all-sky gamma-ray Compton camera based on scintillators for high-dose environments. Journal of Nuclear Science and Technology. 55, 1172-1179 (2018).
  22. Watanabe, T., et al. Remote measurement of urinary radioactivity in 18F-FDG PET patients using Compton camera for accuracy evaluation of standardized uptake value. Biomedical Physics & Engineering Express. 4, 065029 (2018).
  23. Uchida, T. Hardware-based TCP processor for gigabit ethernet. IEEE Transactions on Nuclear Science. 55, 1631-1637 (2008).
  24. Brun, R., Redemakers, R. ROOT - An Object-Oriented Data Analysis Framework. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 389, 81-86 (1997).
  25. Tomono, D., et al. First on-site true gamma-ray imaging-spectroscopy of contamination near Fukushima plant. Scientific Reports. 7, 41972 (2017).
  26. Kataoka, J., et al. Ultracompact Compton camera for innovative gamma-ray imaging. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 912, 1-5 (2018).
  27. Wahl, C. G., et al. The Polaris-H imaging spectrometer. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 784, 377-381 (2015).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics