さつぞう

ガンマ線撮像装置開発の旅

超新星爆発から出るX線・ガンマ線

44Ti

2

Image Credit: NASA/JPL-Caltech/CXC/SAO

超新星爆発は我ら生命の母
ビッグバン元素合成

人間の素

水素 (H)、ヘリウム (He)水 + タンパク質(水素、炭素、窒素、酸素)星での元素合成 (核融合)炭素 (C)、窒素 (N)、酸素 (O) …

超新星爆発での元素合成 ?
亜鉛 (Zn)、銀 (Ag)、金 (Au)、ウラン (U)3半導体コンプトンカメラ
初めての本格的な性能評価プロトタイプ (Takeda et al. 2007)
4 layers Si double-sided strip detector module(Takeda et al. SPIE newsroom)
Strip pitch : 400 um
Device size : 2.56 cm x 2.56 cm
Num. of strips : 64 x 64
Stack pitch : 2 mm
ΔE : 1.6 keV at 60 keV (FWHM)

4 layers CdTe pixel detector module
Pixel size : 1.4 x 1.4 mm
Device size : 1.35 cm x 1.35 cm
Num. of pixels : 64
Stack pitch : 2 mm
ΔE/E : < 1.0 % (FWHM)

円環を重ね合わせる
概念図

Si

θ

Comptonscattering(X1,E1)
CdTe

Photo
Absorption(X2,E2)131I (364keV)

Comptoncones

『HEFT』計画
カリフォルニア工科大・コロン
ビア大を中心とし、硬X線撮像観測をおこなうNASAの大気球プロジェクト。2008年8月の第二回フライトで合同実験をおこなう予定。(であったがフライトキャンセル）再チャレンジへ 立ち上がる
2020年、名古屋大とKavli IPMUは、天体観測用のガンマ線観測装置の開発に着手した。
JAXA大気球で観測装置を高度40kmにまで運び、天体の観測を行う。2023年4月、アリススプリング(オーストラリア)にて放球予定。

噛み合わせ試験@宇宙研
2022.10.27

Dear Shin’ichir
After much internal discussion today, we would like to receive twoseparate quote options from iMAGINE-X based on the CdTe DSD
design employed for the Hitomi Hard X-ray Imager (250 um pitch)
Option 1
Four (4) separate detector planes each with four (4) CdTe DSDs (250um pitch) abutted in a two by two (or ‘quad’) layout, positioned as close
as possible, as depicted in the photos you have included in yourprevious email
Option 2
One (1) detector plane with four (4) CdTe DSDs (250 um pitch) abuttedin a quad layout and three (3) separate detector planes that have only
one(1) CdTe DSD (250 um pitch)
Could you prepare quotes for Option 1 and Option 2.

?

.

o.

-Nick Thomas-  

NASAからのメール

宇宙センサ技術を医学で使う大学院生の私(13年前)

イメージング連携拠点の開設@カブリIPMU(2018)
生体内のがんを高感度・高解像度で可視化するために、物理・医学・生物・薬学の若手研究者が実際に手を動かす連携拠点へと発展(https://wpi-forum.jsps.go.jp/sousei/vol2-1/)

国立がん研究センター、阪大医学部とα線核医学治療のためのイメージング装置開発で共同研究を開始(2020)初期メンバー:
カブリIPMU JAXA
慶応医学部 東大薬学部

研究成果をいち早く世に出すためにベンチャー企業を設立

ミッション「がん幹細胞」を見つけ出せ！
抗がん剤を可視化せよ！

㊙︎

XXXXXXX ! (製薬会社との共同研究 )「がん幹細胞」を見つけ出せ！
がんの増殖と縮退の鍵

By prof. Saya

CSCs
Cancer
CSCs Stem Cells
non-CSCs
CancerCells
t chemo/radiation
therapy Current
non-CSCs
Currentchemo/radiation
therapyo/radiation
therapychemo/radi

Chemo/Radiation
mo/Radiation
therapy

therapy

Chemo/Radiation
therapy

Remaining CSCs

Remaining CSCs

Chemo/Raditherapy

Recurrence

Recurrence
RemainingCSCs「がん幹細胞」が治療で駆除されたかを知るには、「がん幹細胞」を見えるようにしなければならない。

どうやって見つける？
がん幹細胞分子アイソトープ(ガンマ線を出す)

膜タンパク質

がん幹細胞

超高空間分解能
小動物3Dイメージング装置

Det2Det4

ZDeYXt1

Det83teDDD

et57etDet65 cm

Slot2

Slot3

Slot4

Slot1

Slot8

slot2

Z

slot1

YX

slot8

t3

slot4

slo

sl

5

ot7ot

sl

Slot5

slot6

Slot6

Slot7
5 cm

逆問題は解けるか？

ガンマ線イメージングの最前線
125I, mouse thyroid

10 cm

甲状腺 (~ 2mm)
Na125I 10 MBq, 尾静脈注射
Resolution
麻酔下にて撮像~ 1mm

がん幹細胞プローブの開発が今後の重要課題

よく効く、しかも、見える？
治療の例

アスタチン (211At) やアクチニウム(225Ac) から「硬X線」が出る
X線

211At

211Po

207Pb

通常の抗がん剤では分からない体内での分布がみえる(はず)(Krotochwil et al. 2016)

独自のアプローチ① : 最先端宇宙センサ技術の応用

最高グレードの既存装置をはるかに先行する傑出したエネルギー分解能。信号とバックグランドを切り分ける能力が格段に高い。

独自のアプローチ② : タングステン3Dプリンタ造形
タングステンは硬X線帯域で鉛よりも優れたコリメータ素材である。しかしながら高融点(3400℃)かつ高硬度のため、精密な加工が難しかった。3Dプリンタ造形でコリメータを製造する技術を開拓。

コリメータ設計の自由度が飛躍的に向上。
既存のコリメータより数倍優れたコリメータ効率を実現。

211
K1-NISがん細胞への Atの集積

h1E.CAM

IPMU/Osaka CAM

Opticalimage_new2

403005035060X (mm)5010015020025040010200203025000102030405060150Y (mm)30 min2点観測 100
各 30 min50@ 阪大医学部

世 界 最 高 ク ラ ス の 高 画 質 分 子 イメ ー ジ ン グ 装 置

世界最高クラスの高画質分子イメージング装置

誕生

X 線・ガンマ線を用いた高解像度・高感度の薬物動態イメージング

XCam-CdTe は、イメージングセンサーとして高性能テルル化カドミウム（CdTe) 半導体を採用し、タングステンコリメーターを組み合わせることで、世界最高レベルの高解像度・高感度を実現した分子イメージング装置です。

211At

本装置は、At-211、Ac-225 などの治療用放射性同位元素を用いた前臨床研究における薬物動態イメージングの需要の高まりを受けて開発されました。
具体的には、10-200 keV 帯域の X 線・ガンマ線のイメージング品質を飛躍的に向上し、さらに、マウスの全身を画像化するのに十分な 40mmx80mm の視野を有しています。

XCam-CdTe の仕様詳細
高感度コリメーターを使用したケース

多目的コリメーターを使用したケース

イメージング帯域

10-100keV

イメージング帯域

10-200keV

空間分解能

1.5mm（最大）

空間分解能

1.5mm（最大）感度870cps/MBq (I-125: 20-38 keV エネルギー幅 )感度370cps/MBq (I-125: 20-38 keV エネルギー幅 )180cps/MBq (At-211: 75-95 keV エネルギー幅 )視野40x80mm

エネルギー分解能

2.5% (FWHM)@122 keV

80cps/MBq (At-211: 75-95 keV エネルギー幅 )100cps/MBq (Tc-99m: 135-145 keV エネルギー幅 )視野40x80mm

エネルギー分解能

2.5% (FWHM)@122 keV

注：仕様は予告なく変更されることがございます点予めご了承ください。

創薬のためのイメージング装置を商品化。現在、人間用の装置を設計しているところ。