早稲田大学理工学術院の片岡淳教授らの研究チームは、1-10MeV(メガ電子ボルト)のガンマ線を可視化できるコンパクトなカメラを開発し、陽子線治療中に生じる即発ガンマ線を高精度でイメージングすることに初めて成功した。

 X線・ガンマ線は光の仲間だが、人間の目には直接見ることができない。100 keV (キロ電子ボルト)までのX線、100 MeVを超える高エネルギーのガンマ線ではイメージング法が確立しているものの、その狭間にある1-10MeVのガンマ線は特に、透過力の強さと反応の複雑さゆえ、イメージングが困難を極めるという。

 この困難にも関わらず、1-10MeVを直接「観る」技術が切望されている。例えば先端医療では、メスをいれることなく癌の根治を促す陽子線治療が注目されており、陽子線が体内の元素と反応し放出するガンマ線を観ることができれば、治療精度の向上が期待できる。また、様々な励起原子核(酸素や炭素など)から生じるガンマ線は1-10MeVに集中しており、観測可能となれば、宇宙の元素合成を紐解く重要な鍵が得られると期待される。

 今回、研究チームは1-10MeVのガンマ線に特化したコンパクトな高精度カメラを開発。そして、その有用性の最初の実証として、陽子線と体内の炭素が反応した際に生じる4.4MeVガンマ線に着目し、陽子線治療中のオンラインモニタを模擬したイメージング実験を行った。

 結果、測定したガンマ線の発生分布は照射した陽子線のエネルギー損失とほぼ正確に一致したといい、治療中のオンラインモニタとしての有用性が世界で初めて実証された。

 この成果により、陽子線治療の高度化が進展するだけでなく、小型化に成功したことから衛星にも搭載が可能と期待され、宇宙科学にとっても大きな進展が得られるとしている。

論文情報:【Scientific Reports】Precision imaging of 4.4 MeV gamma rays using a 3-D position sensitive Compton camera

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大学ジャーナルオンライン編集部

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