2021/10/25 更新

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サイトウ マサトシ
齋藤 正敏
SAITO Masatoshi
所属
教育研究院 医歯学系 保健学系列 教授
医学部 保健学科 教授
保健学研究科 保健学専攻 教授
職名
教授
外部リンク

学位

  • 博士(理学) ( 1992年3月   新潟大学 )

研究キーワード

  • 物質構造科学

  • 医用物理学

  • 固体物性

研究分野

  • ライフサイエンス / 放射線科学

  • 自然科学一般 / 半導体、光物性、原子物理

  • ナノテク・材料 / 金属材料物性

経歴(researchmap)

  • 新潟大学   医歯学系保健学系列   教授

    2010年4月 - 現在

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  • 新潟大学   医歯学系保健学系列   准教授

    2000年4月 - 2010年3月

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  • 東北大学   素材工学研究所   講師

    1999年4月 - 2000年3月

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  • 東北大学   素材工学研究所   助手

    1992年4月 - 1999年3月

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経歴

  • 新潟大学   医学部 保健学科   教授

    2010年4月 - 現在

  • 新潟大学   保健学研究科 保健学専攻   教授

    2010年4月 - 現在

  • 新潟大学   保健学研究科 保健学専攻   教授

    2010年4月 - 現在

  • 新潟大学   医学部 保健学科   准教授

    2007年4月 - 2010年3月

  • 新潟大学   医学部 保健学科   助教授

    2000年4月 - 2007年3月

学歴

  • 新潟大学大学院博士課程   自然科学研究科   物質科学専攻

    1989年4月 - 1992年3月

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    国名: 日本国

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  • 新潟大学   理学研究科   物理学専攻

    1987年4月 - 1989年3月

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    国名: 日本国

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  • 新潟大学   理学部   物理学科

    - 1987年3月

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    国名: 日本国

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所属学協会

 

論文

  • Quadratic relation for mass density calibration in human body using dual‐energy CT data 査読

    Masatoshi Saito

    Medical Physics   48 ( 6 )   3065 - 3073   2021年6月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley  

    DOI: 10.1002/mp.14899

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    その他リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full-xml/10.1002/mp.14899

  • Proton dose calculation based on converting dual-energy CT data to stopping power ratio (DEEDZ-SPR): a beam-hardening assessment 査読 国際誌

    Sodai Tanaka, Yoshiyuki Noto, Satoru Utsunomiya, Takaaki Yoshimura, Taeko Matsuura, Masatoshi Saito

    Physics in Medicine & Biology   65 ( 23 )   235046 - 235046   2020年12月

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    担当区分:責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:IOP Publishing  

    To achieve an accurate stopping power ratio (SPR) prediction in particle therapy treatment planning, we previously proposed a simple conversion to the SPR from dual-energy (DE) computed tomography (CT) data via electron density and effective atomic number (Z eff) calibration (DEEDZ-SPR). This study was conducted to carry out an initial implementation of the DEEDZ-SPR conversion method with a clinical treatment planning system (TPS; VQA, Hitachi Ltd., Tokyo) for proton beam therapy. Consequently, this paper presents a proton therapy plan for an anthropomorphic phantom to evaluate the stability of the dose calculations obtained by the DEEDZ-SPR conversion against the variation of the calibration phantom size. Dual-energy x-ray CT images were acquired using a dual-source CT (DSCT) scanner. A single-energy CT (SECT) scan using the same DSCT scanner was also performed to compare the DEEDZ-SPR conversion with the SECT-based SPR (SECT-SPR) conversion. The scanner-specific parameters necessary for the SPR calibration were obtained from the CT images of tissue substitutes in a calibration phantom. Two calibration phantoms with different sizes (a 33 cm diameter phantom and an 18 cm diameter phantom) were used for the SPR calibrations to investigate the beam-hardening effect on dosimetric uncertainties. Each set of calibrated SPR data was applied to the proton therapy plan designed using the VQA TPS with a pencil beam algorithm for the anthropomorphic phantom. The treatment plans with the SECT-SPR conversion exhibited discrepancies between the dose distributions and the dose-volume histograms (DVHs) of the 33 cm and 18 cm phantom calibrations. In contrast, the corresponding dose distributions and the DVHs obtained using the DEEDZ-SPR conversion method coincided almost perfectly with each other. The DEEDZ-SPR conversion appears to be a promising method for providing proton dose plans that are stable against the size variations of the calibration phantom and the patient.

    DOI: 10.1088/1361-6560/abae09

    PubMed

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    その他リンク: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6560/abae09/pdf

  • Simulation of photon-counting detectors for conversion of dual-energy-subtracted computed tomography number to electron density 査読

    Masatoshi Saito

    Radiological Physics and Technology   12 ( 1 )   105 - 117   2019年3月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    DOI: 10.1007/s12194-018-00497-0

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    その他リンク: http://link.springer.com/article/10.1007/s12194-018-00497-0/fulltext.html

  • Comment on: Methodological accuracy of image‐based electron density assessment using dual‐energy computed tomography [Med. Phys. 44(6), 2429–2437 (2017)] 査読

    Masatoshi Saito

    Medical Physics   46 ( 2 )   1075 - 1076   2019年2月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley  

    DOI: 10.1002/mp.13052

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    その他リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full-xml/10.1002/mp.13052

  • Comment on: Dual-energy CT quantitative imaging: A comparison study between twin-beam and dual-source CT scanners [Med. Phys. 44(1), 171-179] 査読

    Masatoshi Saito

    Medical Physics   45 ( 8 )   3996 - 3996   2018年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

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  • Simplified derivation of stopping power ratio in the human body from dual-energy CT data 査読

    Masatoshi Saito, Shota Sagara

    MEDICAL PHYSICS   44 ( 8 )   4179 - 4187   2017年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:WILEY  

    Purpose: The main objective of this study is to propose an alternative parameterization for the empirical relation between mean excitation energies (I-value) and effective atomic numbers (Z(eff)) of human tissues, and to present a simplified formulation (which we called DEEDZ-SPR) for deriving the stopping power ratio (SPR) from dual-energy (DE) CT data via electron density (rho(e)) and Zeff calibration.
    Methods: We performed a numerical analysis of this DEEDZ-SPR method for the human-body-equivalent tissues of ICRU Report 46, as objects of interest with unknown SPR and rho(e). The attenuation coefficients of these materials were calculated using the XCOM photon cross-sections database. We also applied the DEEDZ-SPR conversion to experimental DECT data available in the literature, which was measured for the tissue-characterization phantom using a dual-source CT scanner at 80 kV and 140 kV/Sn.
    Results: It was found that the DEEDZ-SPR conversion enables the calculation of SPR simply by means of the weighted subtraction of an electron-density image and a low-or high-kV CT image. The simulated SPRs were in excellent agreement with the reference values over the SPR range from 0.258 (lung) to 3.638 (bone mineral-hydroxyapatite). The relative deviations from the reference SPR were within +/- 0.6% for all ICRU-46 human tissues, except for the thyroid that presented a -1.1% deviation. The overall root-mean-square error was 0.21%. Application to experimental DECT data confirmed this agreement within the experimental accuracy, which demonstrates the practical feasibility of the method.
    Conclusions: The DEEDZ-SPR conversion method could facilitate the construction of SPR images as accurately as a recent DECT-based calibration procedure of SPR parameterization based directly on the CT numbers in a DECT data set. (C) 2017 American Association of Physicists in Medicine

    DOI: 10.1002/mp.12386

    Web of Science

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  • A simple formulation for deriving effective atomic numbers via electron density calibration from dual-energy CT data in the human body 査読

    Masatoshi Saito, Shota Sagara

    MEDICAL PHYSICS   44 ( 6 )   2293 - 2303   2017年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:WILEY  

    Purpose: The main objective of this study is to propose a simple formulation (which we called DEEDZ) for deriving effective atomic numbers (Zeff) via electron density (qe) calibration from dualenergy (DE) CT data. We carried out numerical analysis of this DEEDZ method for a large variety of materials with known elemental compositions and mass densities using an available photon cross sections database. The new conversion approach was also applied to previously published experimental DECT data to validate its practical feasibility.
    Methods: We performed numerical analysis of the DEEDZ conversion method for tissue surrogates that have the same chemical compositions and mass densities as a commercial tissue-characterization phantom in order to determine the parameters necessary for the qe and Zeff calibrations in the DEEDZ conversion. These parameters were then applied to the human-body-equivalent tissues of ICRU Report 46 as objects of interest with unknown qe and Zeff. The attenuation coefficients of these materials were calculated using the XCOM photon cross sections database. We also applied the DEEDZ conversion to experimental DECT data available in the literature, which was measured for two commercial phantoms of different shapes and sizes using a dual-source CT scanner at 80 kV and 140 kV/Sn.
    Results: The simulated Zeff ' s were in excellent agreement with the reference values for almost all of the ICRU-46 human tissues over the Zeff range from 5.83 (gallstones-cholesterol) to 16.11 (bone mineral- hydroxyapatite). The relative deviations from the reference Zeff were within 0.3% for all materials, except for one outlier that presented a 3.1% deviation, namely, the thyroid. The reason for this discrepancy is that the thyroid contains a small amount of iodine, an element with a large atomic number (Z = 53). In the experimental case, we confirmed that the simple formulation with less fit parameters enable to calibrate Zeff as accurately as the existing calibration procedure.
    Conclusions: The DEEDZ conversion method based on the simple formulation proposed could facilitate the construction of qe and Zeff images from acquired DECT data. (C) 2017 American Association of Physicists in Medicine

    DOI: 10.1002/mp.12176

    Web of Science

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  • Technical Note: Relation between dual-energy subtraction of CT images for electron density calibration and virtual monochromatic imaging 査読

    Masatoshi Saito

    MEDICAL PHYSICS   42 ( 7 )   4088 - 4093   2015年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER ASSOC PHYSICISTS MEDICINE AMER INST PHYSICS  

    Purpose: For accurate tissue inhomogeneity correction in radiotherapy treatment planning, the author previously proposed a simple conversion of the energy-subtracted computed tomography (CT) number to an electron density (Delta HU-rho(e) conversion), which provides a single linear relationship between Delta HU and rho(e) over a wide rho(e) range. The purpose of the present study was to reveal the relation between the Delta HU image for rho(e) calibration and a virtually monochromatic CT image by performing numerical analyses based on the basis material decomposition in dual-energy CT.
    Methods: The author determined the weighting factor, alpha(0), of the Delta HU-rho(e) conversion through numerical analyses of the International Commission on Radiation Units and Measurements Report-46 human body tissues using their attenuation coefficients and given rho(e) values. Another weighting factor, alpha(E), for synthesizing a virtual monochromatic CT image from high-and low-kV CT images, was also calculated in the energy range of 0.03 < E < 5 MeV, assuming that cortical bone and water were the basis materials. The mass attenuation coefficients for these materials were obtained using the XCOM photon cross sections database. The effective x-ray energies used to calculate the attenuation were chosen to imitate a dual-source CT scanner operated at 80-140 and 100-140 kV/Sn.
    Results: The determined alpha(0) values were 0.455 for 80-140 kV/Sn and 0.743 for 100-140 kV/Sn. These values coincided almost perfectly with the respective maximal points of the calculated a(E) curves located at approximately 1 MeV, in which the photon-matter interaction in human body tissues is exclusively the incoherent (Compton) scattering.
    Conclusions: The Delta HU image could be regarded substantially as a CT image acquired with monoenergetic 1-MeV photons, which provides a linear relationship between CT numbers and electron densities. (C) 2015 American Association of Physicists in Medicine.

    DOI: 10.1118/1.4921999

    Web of Science

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  • Initial implementation of the conversion from the energy-subtracted CT number to electron density in tissue inhomogeneity corrections: An anthropomorphic phantom study of radiotherapy treatment planning 査読

    Masayoshi Tsukihara, Yoshiyuki Noto, Ryuta Sasamoto, Takahide Hayakawa, Masatoshi Saito

    MEDICAL PHYSICS   42 ( 3 )   1378 - 1388   2015年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER ASSOC PHYSICISTS MEDICINE AMER INST PHYSICS  

    Purpose: To achieve accurate tissue inhomogeneity corrections in radiotherapy treatment planning, the authors had previously proposed a novel conversion of the energy-subtracted computed tomography (CT) number to an electron density (Delta HU-rho(e) conversion), which provides a single linear relationship between Delta HU and rho(e) over a wide range of rho(e). The purpose of this study is to present an initial implementation of the Delta HU-rho(e) conversion method for a treatment planning system (TPS). In this paper, two example radiotherapy plans are used to evaluate the reliability of dose calculations in the Delta HU-rho(e) conversion method.
    Methods: CT images were acquired using a clinical dual-source CT (DSCT) scanner operated in the dual-energy mode with two tube potential pairs and an additional tin (Sn) filter for the high-kV tube (80-140 kV/Sn and 100-140 kV/Sn). Single-energy CT using the same DSCT scanner was also performed at 120 kV to compare the Delta HU-rho(e) conversion method with a conventional conversion from a CT number to rho(e) (Hounsfield units, HU-rho(e) conversion). Lookup tables for.e calibration were obtained from the CT image acquisitions for tissue substitutes in an electron density phantom (EDP). To investigate the beam-hardening effect on dosimetric uncertainties, two EDPs with different sizes (a body EDP and a head EDP) were used for the rho(e) calibration. Each acquired lookup table was applied to two radiotherapy plans designed using the XiO TPS with the superposition algorithm for an anthropomorphic phantom. The first radiotherapy plan was for an oral cavity tumor and the second was for a lung tumor.
    Results: In both treatment plans, the performance of the Delta HU-rho(e) conversion was superior to that of the conventional HU-rho(e) conversion in terms of the reliability of dose calculations. Especially, for the oral tumor plan, which dealt with dentition and bony structures, treatment planning with the HU-rho(e) conversion exhibited apparent discrepancies between the dose distributions and dose-volume histograms (DVHs) of the body-EDP and head-EDP calibrations. In contrast, the dose distributions and DVHs of the body-EDP and head-EDP calibrations coincided with each other almost perfectly in the Delta HU-rho(e) conversion for 100-140 kV/Sn. The difference between the V100' s (the mean planning target volume receiving 100% of the prescribed dose; a DVH parameter) of the body-EDP and head-EDP calibrations could be reduced to less than 1% using the H Delta U-rho(e) conversion, but exceeded 11% for the HU-rho(e) conversion.
    Conclusions: The Delta HU-rho(e) conversion can be implemented for currently available TPS's without any modifications or extensions. The Delta HU-rho(e) conversion appears to be a promising method for providing an accurate and reliable inhomogeneity correction in treatment planning for any ill-conditioned scans that include (i) the use of a calibration EDP that is nonequivalent to the patient's body tissues, (ii) a mismatch between the size of the patient and the calibration EDP, or (iii) a large quantity of high-density and high-atomic-number tissue structures. (C) 2015 American Association of Physicists in Medicine.

    DOI: 10.1118/1.4908207

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  • Technical Note: Exploring the limit for the conversion of energy-subtracted CT number to electron density for high-atomic-number materials 査読

    Masatoshi Saito, Masayoshi Tsukihara

    MEDICAL PHYSICS   41 ( 7 )   071701   2014年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER ASSOC PHYSICISTS MEDICINE AMER INST PHYSICS  

    Purpose: For accurate tissue inhomogeneity correction in radiotherapy treatment planning, the authors had previously proposed a novel conversion of the energy-subtracted CT number to an electron density (Delta HU-rho(e) conversion), which provides a single linear relationship between Delta HU and rho(e) over a wide rho(e) range. The purpose of this study is to address the limitations of the conversion method with respect to atomic number (Z) by elucidating the role of partial photon interactions in the Delta HU-rho(e) conversion process.
    Methods: The authors performed numerical analyses of the Delta HU-rho(e) conversion for 105 human body tissues, as listed in ICRU Report 46, and elementary substances with Z = 1-40. Total and partial attenuation coefficients for these materials were calculated using the XCOM photon cross section database. The effective x-ray energies used to calculate the attenuation were chosen to imitate a dual-source CT scanner operated at 80-140 kV/Sn under well-calibrated and poorly calibrated conditions.
    Results: The accuracy of the resultant calibrated electron density, rho(cal)(e), for the ICRU-46 body tissues fully satisfied the IPEM-81 tolerance levels in radiotherapy treatment planning. If a criterion of rho(cal)(e)/rho(e) - 1 is assumed to be within +/- 2%, the predicted upper limit of Z applicable for the Delta HU-rho(e) conversion under the well-calibrated condition is Z = 27. In the case of the poorly calibrated condition, the upper limit of Z is approximately 16. The deviation from the Delta HU-rho(e) linearity for higher Z substances is mainly caused by the anomalous variation in the photoelectric-absorption component.
    Conclusions: Compensation among the three partial components of the photon interactions provides for sufficient linearity of the Delta HU-rho(e) conversion to be applicable for most human tissues even for poorly conditioned scans in which there exists a large variation of effective x-ray energies owing to beam-hardening effects arising from the mismatch between the sizes of the object and the calibration phantom. (C) 2014 American Association of Physicists in Medicine.

    DOI: 10.1118/1.4881327

    Web of Science

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  • Conversion of the energy-subtracted CT number to electron density based on a single linear relationship: an experimental verification using a clinical dual-source CT scanner 査読

    Masayoshi Tsukihara, Yoshiyuki Noto, Takahide Hayakawa, Masatoshi Saito

    PHYSICS IN MEDICINE AND BIOLOGY   58 ( 9 )   N135 - N144   2013年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:IOP PUBLISHING LTD  

    In radiotherapy treatment planning, the conversion of the computed tomography (CT) number to electron density is one of the main processes that determine the accuracy of patient dose calculations. However, in general, the CT number and electron density of tissues cannot be interrelated using a simple one-to-one correspondence. This study aims to experimentally verify the clinical feasibility of an existing novel conversion method proposed by the author of this note, which converts the energy-subtracted CT number (Delta HU) to the relative electron density (rho(e)) via a single linear relationship by using a dual-energy CT (DECT). The Delta HU-rho(e) conversion was performed using a clinical second-generation dual-source CT scanner operated in the dual-energy mode with tube potentials of 80 kV and 140 kV with and without an additional tin filter. The Delta HU-rho(e) calibration line was obtained from the DECT image acquisition for tissue substitutes in an electron density phantom. In addition, the effect of object size on Delta HU-rho(e) conversion was also experimentally investigated. The plot of the measured Delta HU versus nominal rho(e) values exhibited a single linear relationship over a wide rho(e) range from 0.00 (air) to 2.35 (aluminum). The Delta HU-rho(e) conversion performed with the tin filter yielded a lower dose and more reliable rho(e) values that were less affected by the object-size variation when compared to the corresponding values obtained for the case without the tin filter.

    DOI: 10.1088/0031-9155/58/9/N135

    Web of Science

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  • Potential of dual-energy subtraction for converting CT numbers to electron density based on a single linear relationship 査読

    Masatoshi Saito

    MEDICAL PHYSICS   39 ( 4 )   2021 - 2030   2012年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER ASSOC PHYSICISTS MEDICINE AMER INST PHYSICS  

    Purpose: The conversion of the computed tomography (CT) number to electron density is one of the main processes that determine the accuracy of patient dose calculations in radiotherapy treatment planning. However, the CT number and electron density of tissues cannot be generally interrelated via a simple one-to-one correspondence because the CT number depends on the effective atomic number as well as the electron density. The purpose of this study is to present a simple conversion from the energy-subtracted CT number (Delta HU) by means of dual-energy CT (DECT) to the relative electron density (rho(e)) via a single linear relationship.
    Methods: The Delta HU-rho(e) conversion method was demonstrated by performing analytical DECT image simulations that were intended to imitate a second-generation dual-source CT (DSCT) scanner with an additional tin filtration for the high-kV tube. The Delta HU-rho(e) calibration line was obtained from the image simulation with a 33 cm-diameter electron density calibration phantom equipped with 16 inserts including polytetrafluoroethylene, polyvinyl chloride, and aluminum; the elemental compositions of these three inserts were quite different to those of body tissues. The Delta HU-rho(e) conversion method was also applied to previously published experimental CT data, which were measured using two different CT scanners, to validate the clinical feasibility of the present approach. In addition, the effect of object size on rho(e)-calibrated images was investigated by image simulations using a 25 cm-diameter virtual phantom for two different filtrations: with and without the tin filter for the high-kV tube.
    Results: The simulated Delta HU-rho(e) plot exhibited a predictable linear relationship over a wide range of rho(e) from 0.00 (air) to 2.35 (aluminum). Resultant values of the coefficient of determination, slope, and intercept of the linear function fitted to the data were close to those of the ideal case. The maximum difference between the ideal and simulated rho(e) values was -0.7%. The satisfactory linearity of Delta HU-rho(e) was also confirmed from analyses of the experimental CT data. In the experimental cases, the maximum difference between the nominal and simulated rho(e) values was found to be 2.5% after two outliers were excluded. When compared with the case without the tin filter, the Delta HU-rho(e) conversion performed with the tin filter yielded a lower dose and more reliable rho(e) values that were less affected by the object-size variation.
    Conclusions: The Delta HU-rho(e) calibration line with a simple one-to-one correspondence would facilitate the construction of a well-calibrated rho(e) image from acquired dual-kV images, and currently, second generation DSCT may be a feasible modality for the clinical use of the Delta HU-rho(e) conversion method. (C) 2012 American Association of Physicists in Medicine. [http://dx.doi.org/10.1118/1.3694111]

    DOI: 10.1118/1.3694111

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  • Optimized low-kV spectrum of dual-energy CT equipped with high-kV tin filtration for electron density measurements 査読

    Masatoshi Saito

    Medical Physics   38 ( 6 )   2850 - 2858   2011年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:John Wiley and Sons Ltd  

    Purpose: This paper describes the low-kV spectral optimization of dual-energy CT (DECT) equipped with high-kV tin filtration for the quantitative acquisition of electron density information, which is essential for treatment planning in radiotherapy. In addition, an analytical DECT image simulation was preliminarily performed to demonstrate the effectiveness of the optimized DECT with respect to the beam-hardening reduction. Methods: To optimize the low-kV spectrum of DECT, the author calculated the beam-hardening error, CT dose index, and tube loadings for a 50-cm diameter cylindrical water phantom with various combinations of filter materials, a range of thicknesses, and low-kV tube potentials. In addition, a single tube potential of 140 kV filtered by 0.4 mm tin (Sn) was employed for high-kV scanning, as is similar to the commercial implementation of the second-generation dual-source CT scanner. The optimized spectral parameters were then applied to the analytical DECT image simulation using two-dimensional fan-beam geometry for a virtual solid water phantom with 16 bodylike tissue inserts. Results: The author predicts that an optimal low-kV filtration would be 0.144-mm tungsten (W) at 90 kV, as it yields a minimal beam-hardening error with lower tube loadings and dose. The high-kV tube loading and dose obtained using the W filtration were 99 mAs and 2.2 mGy, respectively. These values are nearly equal to those obtained in the case of 2.5 mm Al at 100 kV (100 mAs and 2.3 mGy), which was regarded in this study as a reference filtration
    however, the W filtration significantly reduced the beam-hardening error, from 9.5 to 1.4. The corresponding low-kV tube loading (112 mAs) was five times greater than that of the reference case (21 mAs), but it was maintained at a certain practical level since the low-kV tube loading was comparable to the high-kV tube loading of the reference (100 mAs). The superiority of the beam-hardening reduction is reflected in the simulated images
    for example, by the use of the W filter, the beam-hardening-induced deviation between the simulated and theoretical electron density values of cortical bone was reduced from 7.4 to 1.2 as compared with the reference filtration, even though no correction for beam hardening was performed. Conclusions: In terms of beam hardening reduction, the DECT with the low-kV W filtration is more effective for the quantitative measurement of electron density within a practical limit of tube loadings and without additional dose. © 2011 American Association of Physicists in Medicine.

    DOI: 10.1118/1.3584200

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  • Technical note: Optimization for improved tube-loading efficiency in the dual-energy computed tomography coupled with balanced filter method 査読

    Masatoshi Saito

    Medical Physics   37 ( 8 )   4182 - 4185   2010年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:John Wiley and Sons Ltd  

    Purpose: This article describes the spectral optimization of dual-energy computed tomography using balanced filters (bf-DECT) to reduce the tube loadings and dose by dedicating to the acquisition of electron density information, which is essential for treatment planning in radiotherapy. Methods: For the spectral optimization of bf-DECT, the author calculated the beam-hardening error and air kerma required to achieve a desired noise level in an electron density image of a 50-cm-diameter cylindrical water phantom. The calculation enables the selection of beam parameters such as tube voltage, balanced filter material, and its thickness. Results: The optimal combination of tube voltages was 80 kV/140 kV in conjunction with Tb/Hf and Bi/Mo filter pairs
    this combination agrees with that obtained in a previous study [M. Saito, "Spectral optimization for measuring electron density by the dual-energy computed tomography coupled with balanced filter method," Med. Phys. 36, 3631-3642 (2009)], although the thicknesses of the filters that yielded a minimum tube output were slightly different from those obtained in the previous study. The resultant tube loading of a low-energy scan of the present bf-DECT significantly decreased from 57.5 to 4.5 times that of a high-energy scan for conventional DECT. Furthermore, the air kerma of bf-DECT could be reduced to less than that of conventional DECT, while obtaining the same figure of merit for the measurement of electron density and effective atomic number. Conclusions: The tube-loading and dose efficiencies of bf-DECT were considerably improved by sacrificing the quality of the noise level in the images of effective atomic number. © 2010 American Association of Physicists in Medicine.

    DOI: 10.1118/1.3467754

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  • Electron density distribution in liquid Ga estimated from the anomalous X-ray scattering measurements 査読

    Masatoshi Saito, Kazumasa Sugiyama, Yoshio Waseda

    High Temperature Materials and Processes   29 ( 5-6 )   393 - 403   2010年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Walter de Gruyter GmbH and Co. KG  

    The ion-electron structure factor of liquid Ga has been estimated from the anomalous X-ray scattering (AXS) measurements near the Ga K-absorption edge for determining the electron density distribution. This data processing includes the help of the reverse Monte Carlo (RMC) simulation technique and the results clearly indicate that the electron density of liquid Ga significantly deviates from spherical distribution with respect to each central Ga ion.

    DOI: 10.1515/HTMP.2010.29.5-6.393

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  • Structural study of liquid LiNbO3 by the high-temperature energy dispersive X-ray diffraction coupled with reverse Monte Carlo simulation 査読

    K. Sugiyama, M. Saito, Y. Waseda

    Journal of Crystal Growth   311 ( 3 )   966 - 969   2009年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The structural analysis of liquid LiNbO3 near the melting point has been carried out by means of the energy dispersive X-ray diffraction (EDXD). The present EDXD analysis allowed us to give the high-resolution radial distribution function (RDF) of the liquid LiNbO3 at 1550 K by obtaining the experimental interference function in the large wave vector region over 200 nm-1. The rather distorted NbO6 units with a disparity in the first Nb-O atomic pairs were confirmed in liquid LiNbO3. This readily indicates a cluster composed of NbO6 octahedra with the strong cation-cation repulsion. © 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2008.09.117

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  • Spectral optimization for measuring electron density by the dual-energy computed tomography coupled with balanced filter method 査読

    Masatoshi Saito

    Medical Physics   36 ( 8 )   3631 - 3642   2009年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:John Wiley and Sons Ltd  

    Dual-energy computed tomography (DECT) has the potential for measuring electron density distribution in a human body to predict the range of particle beams for treatment planning in proton or heavy-ion radiotherapy. However, thus far, a practical dual-energy method that can be used to precisely determine electron density for treatment planning in particle radiotherapy has not been developed. In this article, another DECT technique involving a balanced filter method using a conventional x-ray tube is described. For the spectral optimization of DECT using balanced filters, the author calculates beam-hardening error and air kerma required to achieve a desired noise level in electron density and effective atomic number images of a cylindrical water phantom with 50 cm diameter. The calculation enables the selection of beam parameters such as tube voltage, balanced filter material, and its thickness. The optimized parameters were applied to cases with different phantom diameters ranging from 5 to 50 cm for the calculations. The author predicts that the optimal combination of tube voltages would be 80 and 140 kV with Tb/Hf and Bi/Mo filter pairs for the 50-cm-diameter water phantom. When a single phantom calibration at a diameter of 25 cm was employed to cover all phantom sizes, maximum absolute beam-hardening errors were 0.3% and 0.03% for electron density and effective atomic number, respectively, over a range of diameters of the water phantom. The beam-hardening errors were 1/10 or less as compared to those obtained by conventional DECT, although the dose was twice that of the conventional DECT case. From the viewpoint of beam hardening and the tube-loading efficiency, the present DECT using balanced filters would be significantly more effective in measuring the electron density than the conventional DECT. Nevertheless, further developments of low-exposure imaging technology should be necessary as well as x-ray tubes with higher outputs to apply DECT coupled with the balanced filter method for clinical use. © 2009 American Association of Physicists in Medicine.

    DOI: 10.1118/1.3157098

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  • Dual-energy approach to contrast-enhanced mammography using the balanced filter method: Spectral optimization and preliminary phantom measurement 査読

    Masatoshi Saito

    MEDICAL PHYSICS   34 ( 11 )   4236 - 4246   2007年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER ASSOC PHYSICISTS MEDICINE AMER INST PHYSICS  

    Dual-energy contrast agent-enhanced mammography is a technique of demonstrating breast cancers obscured by a cluttered background resulting from the contrast between soft tissues in the breast. The technique has usually been implemented by exploiting two exposures to different x-ray tube voltages. In this article, another dual-energy approach using the balanced filter method without switching the tube voltages is described. For the spectral optimization of dual-energy mammography using the balanced filters, we applied a theoretical framework reported by Lemacks et al. [Med. Phys. 29, 1739-1751 (2002)] to calculate the signal-to-noise ratio (SNR) in an iodinated contrast agent subtraction image. This permits the selection of beam parameters such as tube voltage and balanced filter material, and the optimization of the latter's thickness with respect to some critical quantity-in this case, mean glandular dose. For an imaging system with a 0.1 mm thick CsI:T1 scintillator, we predict that the optimal tube voltage would be 45 kVp for a tungsten anode using zirconium, iodine, and neodymium balanced filters. A mean glandular dose of 1.0 mGy is required to obtain an SNR of 5 in order to detect 1.0 mg/cm(2) iodine in the resulting clutter-free image of a 5 cm thick breast composed of 50% adipose and 50% glandular tissue. In addition to spectral optimization, we carried out phantom measurements to demonstrate the present dual-energy approach for obtaining a clutter-free image, which preferentially shows iodine, of a breast phantom comprising three major components-acrylic spheres, olive oil, and an iodinated contrast agent. The detection of iodine details on the cluttered background originating from the contrast between acrylic spheres and olive oil is analogous to the task of distinguishing contrast agents in a mixture of glandular and adipose tissues. (C) 2007 American Association of Physicists in Medicine.

    DOI: 10.1118/1.2790841

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  • Dielectric screening effects in molten AgI-AgBr system 査読

    S. Matsunaga, M. Saito, T. Koishi, S. Tamaki

    Molecular Simulation   33 ( 1-2 )   153 - 158   2007年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

    The screened effect in molten AgI-AgBr system is discussed by the inverse dielectric function 1/(q), which is newly obtained in terms of the charge-charge structure factor SZZ(q) by the re-examined theory of dielectric screening in molten salts. SZZ(q) and in due course, 1/(q) are obtained from structural properties of molten AgI-AgBr system by molecular dynamics (MD) simulations. The obtained 1/(q) is multiplied onto the attractive part in the inter-ionic potential between cation and anion to obtain the screened potential. The total screened potential is examined in terms of the potential of mean force.

    DOI: 10.1080/08927020601067532

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  • X線異常散乱法およびRMC法を応用したランダム系物質の構造解析 査読

    杉山 和正, 齋藤 正敏

    日本結晶学会誌   48 ( 1 )   81 - 85   2006年2月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本結晶学会  

    The anomalous X-ray scattering (AXS) coupled with model calculation using reverse Monte Carlo (RMC) simulation, has recently received much attention for analyzing the middlerange ordering for non-crystalline materials. The usefulness of this new method was demonstrated with some selected examples of a Bi<SUB>30</SUB>Ga<SUB>70</SUB>high temperature liquid alloy and an amorphous ZrO<SUB>2</SUB>.

    DOI: 10.5940/jcrsj.48.81

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  • RMC法を用いた非晶質系物質の構造解析 査読

    杉山 和正, 齋藤 正敏

    日本鉱物学会年会講演要旨集   2005 ( 0 )   86 - 86   2005年

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    出版者・発行元:日本鉱物科学会  

    非晶質系物質の原子配列は、X線回折法および中性子回折法などによって得られる任意の原子を基準に原子の存在確率を距離の関数として表す動径分布関数によって記述される。動径分布関数は、対象とする系の時間的・空間的平均としての原子配置を表す一次元情報であるが、短範囲の規則性しかもたない非晶質系物質の構造を定量的に示す唯一の手段である。通常、動径分布関数のピーク位置および面積に基づき、原子相関距離および配位数を導出し、構造モデルを構築する手法が汎用されるが、この手法で、数多くの原子相関が重なる中距離領域の構造を解析することは困難である。この問題の解決方法のひとつとして、数千の原子配列を、実験で得られた散乱強度を再現できるように最適化するreverse Monte Carlo(RMC)シュミレーションの応用が有効である。本発表は、RMC法の解析例をいくつか紹介する。

    DOI: 10.14824/kobutsu.2005.0.86.0

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  • Quasimonochromatic x-ray computed tomography by the balanced filter method using a conventional x-ray source 査読

    M Saito

    MEDICAL PHYSICS   31 ( 12 )   3436 - 3443   2004年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER ASSOC PHYSICISTS MEDICINE AMER INST PHYSICS  

    A quasi monochromatic x-ray computed tomography (CT) system utilizing balanced filters has recently been developed for acquiring quantitative CT images. This system consisted of basic components such as a conventional x-ray generator for radiography, a stage for mounting and rotating objects, and an x-ray line sensor camera. Metallic sheets of Er and Yb were used as the balanced filters for obtaining quasi monochromatic incident x rays that include the characteristic lines of the W Kalpha doublet from a tungsten target. The mean energy and energy width of the quasimonochromatic x rays were determined to be 59.0 and 1.9 keV, respectively, from x-ray spectroscopic measurements using a high-purity Ge detector. The usefulness of the present x-ray CT system was demonstrated by obtaining spatial distributions of the linear attenuation coefficients of three selected samples-a 20 cm diameter cylindrical water phantom, a 3.5 cm diameter aluminum rod, and a human head phantom. The results clearly indicate that this apparatus is surprisingly effective for estimating, the distribution of the linear attenuation coefficients without any correction of the beam-hardening effect. Thus, implementing the balanced filter method on an x-ray CT scanner has promise in producing highly quantitative CT images. (C) 2004 American Association of Physicists in Medicine.

    DOI: 10.1118/1.1819553

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  • Partial structural functions of molten AgBr estimated from the anomalous X-ray scattering data coupled with neutron diffraction

    Masatoshi Saito, Shinchul Kang, Kazumasa Sugiyama, Yoshio Waseda

    Journal of the Physical Society of Japan   68   1932 - 1938   1999年1月

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    The three partial structural functions of molten AgBr have been determined by using a combination of the anomalous X-ray scattering (AXS) data and conventional neutron diffraction result. This data processing includes the help of the reverse Monte Carlo (RMC) simulation technique. The partial structure factor of αAgAg(Q) in molten AgBr was rather broad than that found in molten alkali halides such as RbBr. The resultant structural parameters suggest that the structure of molten AgBr is quite likely described by disordered close packing of Br ions where Ag ions are distributed in both octahedral and tetrahedral holes.

    DOI: 10.1143/JPSJ.68.1932

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  • 2. 吸収端近傍のX線を使って─(2)特定の元素に着目して─ 非晶質の規則性をみる 査読

    杉山 和正, 齋藤 正敏, 早稲田 嘉夫, 松原 英一郎

    日本結晶学会誌   39 ( 1 )   20 - 25   1997年2月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本結晶学会  

    The anomalous X-ray scattering method has recently received much attention for obtaining the fine structure of disordered materials, coupled with the synchrotron radiation source. This paper demonstrates the usefulness of the AXS method for determining the local environmental structure around a specific element as a function of distance, by providing fundamentals with some selected examples of high temperature CuBr liquid, 70GeO<SUB>2</SUB>30Bi<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> oxide glass and Zr-Y-Al-Ni metallic glasses.

    DOI: 10.5940/jcrsj.39.20

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  • X線異常散乱法による溶融CuBrの部分構造の分離導出 査読

    齋藤 正敏, 表 和彦, 杉山 和正, 早稲田 嘉夫

    日本物理学会講演概要集. 秋の分科会   1996 ( 0 )   283 - 283   1996年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人 日本物理学会  

    DOI: 10.11316/jpsgaiyoj.1996.3.0_283_1

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MISC

  • 非対称湾曲分光結晶を搭載した透過型X線回折装置の製作と非晶質系の構造解析

    齋藤 正敏, 杉山 和正, 早稲田 嘉夫

    東北大学素材工学研究所彙報   54 ( 1 )   49 - 60   1998年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:東北大学  

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  • Partial structural functions of liquid Bi30Ga70 alloy estimated from the anomalous X-ray scattering measurement in asymmetrical reflection geometry with synchrotron radiation

    M Saito, C Park, K Sugiyama, Y Waseda

    JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN   66 ( 10 )   3120 - 3126   1997年10月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:PHYSICAL SOC JAPAN  

    An apparatus for controling the glancing angle of incident beam from a synchrotron source has been newly built for structural studies of high temperature liquids by the anomalous X-ray scattering (AXS) method in the reflection mode. The usefulness and capability of this apparatus were demonstrated by obtaining the individual partial structural functions of the liquid Bi30Ga70 alloy using the energies close to the Ga K and Bi L-III absorption edges. The data processing for estimating three partials includes the intensity data, obtained at the energy of 15.0 keV, which is far from both edges and the reverse Monte Carlo (RMC) simulation technique. The resultant partial structural function for Ga-Ga pairs was found to be rather similar to that of pure Ga. On the other hand, partial structural function for Bi-Bi pairs differs from the pure Bi case and the coexistence of more than two species is rather well-recognized in the Bi30Ga70 liquid alloy.

    DOI: 10.1143/JPSJ.66.3120

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  • Partial structural functions of molten CuBr estimated from the anomalous X-ray scattering measurements

    M Saito, CY Park, K Omote, K Sugiyama, Y Waseda

    JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN   66 ( 3 )   633 - 640   1997年3月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:PHYSICAL SOC JAPAN  

    The individual partial structural functions of molten CuBr have been estimated from the anomalous X-ray scattering (AXS) measurements. This data processing includes the help of the reverse Monte Carlo (RMC) simulation technique. The cation-cation structure factor of a(CuCu)(Q) was found to be rather structureless and the closest Cu-Cu distance in molten CuBr was significantly smaller than that for Br-Br, indicating the like-ion penetration into the first unlike-ion coordination shell; similar to the molten CuCl case. It is then suggested that a disordered close packing of Br- ions where Cu+ ions meander so as to take strongly disordered distribution by penetrating through the tetrahedral holes.

    DOI: 10.1143/JPSJ.66.633

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  • X線の全反射現象を利用した物質表面・界面領域の構造キャラクタリゼ-ション

    早稲田 嘉夫, 斎藤 正敏, 佐藤 成男

    固体物理   32 ( 3 )   161 - 170   1997年3月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:アグネ技術センタ-  

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  • Anomalous grazing X-ray reflectometry for determining the number density of atoms in the near-surface region

    M Saito, E Matsubara, Y Waseda

    MATERIALS TRANSACTIONS JIM   37 ( 1 )   39 - 44   1996年1月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:JAPAN INST METALS  

    A new method has been proposed for determining the atomic number density of a near-surface element in materials using its grazing X-ray reflection and anomalous dispersion effect. The essential equations for analyzing the measured intensity data and the capability of this anomalous grazing X-ray reflection (AGXR) method have been described by obtaining the atomic number densities of near surface elements in some selected examples of ZrO2-Y2O3 crystal, Cr thin film grown on a glass substrate and passivated stainless steel. The variation of the critical angles of total external reflection through the anomalous dispersion effect was clearly detected and the results suggest the AGXR method is rather surprisingly works well, although there are differences in detail when compared with the values calculated from the bulk density.

    DOI: 10.2320/matertrans1989.37.39

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  • CHARACTERIZATION OF OXIDE FILM GROWN ON STAINLESS-STEEL BY A NEW IN-HOUSE GRAZING-INCIDENCE X-RAY-SCATTERING (GIXS) APPARATUS

    M SAITO, T KOSAKA, E MATSUBARA, Y WASEDA

    MATERIALS TRANSACTIONS JIM   36 ( 1 )   1 - 5   1995年1月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:JAPAN INST METALS  

    An in-house grazing incidence X-ray scattering (GIXS) apparatus has been newly developed for characterizing the surface structure at a microscopic level. This system consists of an 18-kW relating anode X-ray generator, a flat or channel-cut Ge(111) single crystal monochromator and crossed double-axis diffractometers. Using this new apparatus, the X-ray reflection profiles of chromium oxide films grown on colored stainless steels were measured. The values of critical angle and thickness of films are estimated and the density variation of chromium oxide films is suggested. Surface diffraction profiles from the SUS304 stainless steel oxidized for 240 s at 1073 K in air were also measured in the vicinity of the critical angle with the GIXS geometry. The observed peaks were identified as Cr2O3, FeCr2O4 and the austenite phase of SUS304. The depth profile has also been discussed from the integrated intensities of both phases of oxide and the stainless steel.

    DOI: 10.2320/matertrans1989.36.1

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  • THE STRUCTURE OF AMORPHOUS PLATINUM DISULFIDE AS STUDIED BY ANOMALOUS X-RAY-SCATTERING

    M SAITO, M WAKESHIMA, N SATO, T FUJINO, Y WASEDA, E MATSUBARA, KT JACOB

    ZEITSCHRIFT FUR NATURFORSCHUNG SECTION A-A JOURNAL OF PHYSICAL SCIENCES   49 ( 11 )   1031 - 1036   1994年11月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:VERLAG Z NATURFORSCH  

    Anomalous X-ray scattering (AXS) has been applied to study the structure of amorphous platinum disulfide, Pt1-xS2, prepared by the precipitation process. The local atomic arrangement in amorphous Pt1-xS2 was determined by the least-squares variational method so as to reproduce the experimental differential interference function at the Pt L(III) absorption edge by the AXS method as well as the ordinary interference function by MoK alpha. The structural unit in amorphous Pt1-xS2 is found to be a PtS6 octahedron, similar to that in crystalline PtS2. These octahedra share both their corners and edges, while only edge-sharing linkages occur in crystalline PtS2.

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  • THERMODYNAMIC PROPERTIES OF QUASI-CRYSTAL-FORMING ALMN ALLOYS FROM KNUDSEN CELL MASS-SPECTROMETRIC MEASUREMENTS

    C BERGMAN, M SAITO, R CHASTEL

    MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING   178 ( 1-2 )   89 - 92   1994年4月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE SA LAUSANNE  

    In this paper we discuss some characteristic features of the thermodynamic properties of the Al1-xMnx alloys from which quasi-crystalline phases are generated by rapid quenching. The measurements performed by the Knudsen cell mass spectrometric technique lead to the Gibbs free energy of the alloys at 1570 K. The thermodynamic behaviour indicates a moderate ordering effect due to attractive interactions between aluminium and manganese atoms. The entropy of formation is slightly positive and a compilation of about ten aluminium-based alloys suggests that it could be a significant feature of the quasi-crystal-forming alloys.

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  • DISORDERED DISTRIBUTION OF CATIONS IN THE SOLID-SOLUTION OF THE AGBR CUBR SYSTEM

    M SAITO, S TAMAKI

    SOLID STATE IONICS   60 ( 4 )   237 - 273   1993年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:書評論文,書評,文献紹介等   出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE BV  

    The investigations of the physical properties of solid solution (AgxCu1-x)Br have been reviewed. Structural analysis by X-ray diffraction was given first. The diffraction data were interpreted as an evidence for a massive disorder with cation interstitial concentrations increasing with amounts of Cu+ ions in AgBr. Next the disordered distribution of cations was examined from a thermodynamical point of view. The electrical conductivities and transport numbers of the solid solution (AgxCu1-x) Br have been measured as a function of temperature and composition in order to investigate the contribution of Cu+ dissolved in AgBr to the transport properties. The enthalpies of formation and migration for cations show an exponential decrease with increasing amount of Cu+ into AgBr lattice. The lowering is attributable to the lattice expansion by the occupation of Cu+ at the interstitial sites. The effect of exponential decrease in the formation enthalpy is to allow a rapid growth in the concentration of interstitials around the composition of x=0.85. The creation of massive defects is probably responsible for the high ionic conductivity in the solid solution of this system.

    DOI: 10.1016/0167-2738(93)90004-M

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  • DISORDERED DISTRIBUTION OF CATIONS IN THE SOLID-SOLUTION OF THE AGBR CUBR SYSTEM

    M SAITO, S TAMAKI

    SOLID STATE IONICS   60 ( 4 )   237 - 273   1993年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:書評論文,書評,文献紹介等   出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE BV  

    The investigations of the physical properties of solid solution (AgxCu1-x)Br have been reviewed. Structural analysis by X-ray diffraction was given first. The diffraction data were interpreted as an evidence for a massive disorder with cation interstitial concentrations increasing with amounts of Cu+ ions in AgBr. Next the disordered distribution of cations was examined from a thermodynamical point of view. The electrical conductivities and transport numbers of the solid solution (AgxCu1-x) Br have been measured as a function of temperature and composition in order to investigate the contribution of Cu+ dissolved in AgBr to the transport properties. The enthalpies of formation and migration for cations show an exponential decrease with increasing amount of Cu+ into AgBr lattice. The lowering is attributable to the lattice expansion by the occupation of Cu+ at the interstitial sites. The effect of exponential decrease in the formation enthalpy is to allow a rapid growth in the concentration of interstitials around the composition of x=0.85. The creation of massive defects is probably responsible for the high ionic conductivity in the solid solution of this system.

    DOI: 10.1016/0167-2738(93)90004-M

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  • CONTRIBUTION OF CU+ IONS DISSOLVED IN AGBR TO THE TRANSPORT-PROPERTIES

    M SAITO

    JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN   60 ( 10 )   3415 - 3425   1991年10月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:PHYSICAL SOCIETY JAPAN KIKAI-SHINKO BUILDING  

    The electrical conductivities and transport numbers of the solid solution (AgxCu1-x)Br have been measured as a function of temperature and composition. An attempt to determine the partial conductivities and activation energies for mobile ions is made from these results. The estimated enthalpies of formation and migration for Ag+ and Cu+ ions show an exponential decrease with increasing amount of Cu+ into AgBr lattice. The lowering is attributable to the lattice expansion by the occupation of Cu+ at the interstitial sites. The effect of exponential decrease in the formation enthalpy is to allow a rapid growth in the concentration of interstitials around the composition of chi congruent-to 0.85. This result is consistent with structural data derived by X-ray diffraction.

    DOI: 10.1143/JPSJ.60.3415

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  • THERMAL-EXPANSION OF THE AGBR-CUBR SYSTEM

    M SAITO, S TAMAKI

    JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN   60 ( 2 )   573 - 579   1991年2月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:PHYSICAL SOCIETY JAPAN KIKAI-SHINKO BUILDING  

    The investigations of dilatometry and X-ray diffraction for the polycrystalline of (Ag(x)Cu1-x)Br in the composition range 0.3 less-than-or-equal-to x less-than-or-equal-to 1.0 have been carried out. An abrupt increase of lattice constant a0 was observed at about 230-degrees-C and the composition dependence of a0's showed considerable deviations from the Vegard's law. The observed anomalous expansion of the lattice was caused due to the occupation of Cu+ ions at the interstitial sites which possess relatively small cavity. It is considered that the lattice expansion enables even Ag+ ions having larger ionic radius to migrate to the interstitial sites. The disordered distribution of cations is the reason of high ionic conductivity in the mixed crystals of silver and cuprous bromides.

    DOI: 10.1143/JPSJ.60.573

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  • SITE ENERGY DIFFERENCES OF (AGXCU1-X)BR

    M SAITO, H TAKAHASHI, S TAMAKI

    SOLID STATE IONICS   40-1 ( 41 )   18 - 22   1990年8月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE BV  

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  • THERMODYNAMIC INVESTIGATIONS ON THE AGBR-CUBR SYSTEM

    M SAITO, H TAKAHASHI, S TAMAKI

    JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN   58 ( 11 )   4041 - 4047   1989年11月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:PHYSICAL SOCIETY JAPAN KIKAI-SHINKO BUILDING  

    DOI: 10.1143/JPSJ.58.4041

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  • PHASE-DIAGRAM AND THERMODYNAMIC PROPERTIES OF (AGXCU1-X)BR

    M SAITO, H TAKAHASHI, S TAMAKI

    SOLID STATE IONICS   35 ( 3-4 )   359 - 365   1989年9月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE BV  

    DOI: 10.1016/0167-2738(89)90322-6

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  • CATION DISORDER IN (AGXCU1-X)BR

    M SAITO, H TAKAHASHI, S TAMAKI

    JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN   58 ( 2 )   527 - 532   1989年2月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:PHYSICAL SOCIETY JAPAN  

    DOI: 10.1143/JPSJ.58.527

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受賞

  • AFOMP Journal Prize, 2020

    2020年12月   Asia-Oceania Federation of Organizations for Medical Physics:AFOMP  

    Masatoshi Saito

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  • 2019年度Radiological Physics and Technology誌・土井賞(診断物理分野・最優秀論文)

    2020年4月   日本放射線技術学会&日本医学物理学会   「Simulation of photon-counting detectors for conversion of dual-energy-subtracted computed tomography number to electron density」

    齋藤正敏

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  • 第59回日本金属学会論文賞(第14回若手講演論文)

    2011年3月   日本金属学会   「Structural Study of Zr50Cu50 Amorphous Alloy by Anomalous X-ray Scattering Coupled with Reverse Monte-Carlo Simulation」

    川又透, 横山嘉彦, 杉山和正, 早稲田嘉夫, 齋藤正敏

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  • 第54回日本金属学会論文賞(材料化学部門)

    2006年9月   日本金属学会   「Influence of Sulfate Ions on the Atomic-Scale Structure of β-FeOOH」

    權相九, 鈴木茂, 齋藤正敏, 上村隆之, 幸英昭, 早稲田嘉夫

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    受賞国:日本国

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  • 第51回日本金属学会論文賞(物性部門)

    2003年10月   日本金属学会   「耐候性鋼に形成されるさびのFe(O,OH)6ネットワーク構造」

    木村正雄, 鈴木環輝, 重里元一, 齋藤正敏, 鈴木茂, 紀平寛, 田辺康児, 早稲田嘉夫

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    受賞国:日本国

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  • 第47回日本金属学会論文賞(物性部門)

    1999年11月   日本金属学会   「Evaluation of Anisotropic Lattice Strain of Co9Fe/Cu Superlattice by Grazing Incidence X-ray Scattering Method」

    佐藤成男, 齋藤正敏, 松原英一郎, 早稲田嘉夫, 猪俣浩一郎

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    受賞国:日本国

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  • 第19回村上奨励賞

    1999年5月   財団法人村上記念会   「先端的X線構造解析法による各種機能性材料の微視的構造解明」

    齋藤正敏

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    受賞国:日本国

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  • 第45回日本金属学会論文賞(物性部門)

    1997年9月   日本金属学会   「Anomalous Grazing X-ray Reflectometry for Determining the Number Density of Atoms in the Near-Surface Region」

    齋藤正敏, 松原英一郎, 早稲田嘉夫

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    受賞国:日本国

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  • 第35回原田研究奨励賞

    1995年11月   財団法人金属研究助成会   「高導電性固体電解質の局所構造とイオン伝導現象に関する基礎的研究」

    齋藤正敏

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    受賞国:日本国

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共同研究・競争的資金等の研究

  • 粒子線がん治療計画のためのデュアルエネルギーを用いたCT値-阻止能比変換法の開発

    研究課題/領域番号:19K08168  2019年4月 - 2022年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)  基盤研究(C)

    齋藤 正敏

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:3120000円 ( 直接経費:2400000円 、 間接経費:720000円 )

    粒子線を利用するがん治療は、光子線(X線)治療よりもがん病巣部に集中して放射線を照射できる治療法として期待されている。しかし、従来のCT画像(シングルエネルギーCTで撮影)に基づく『CT値-阻止能比変換』の不確かさのため、特に高い精度を必要とするリスク臓器近傍の線量計算に支障をきたしていた。本研究の目的は、粒子線がん治療計画における線量計算の高精度化を可能とするデュアルエネルギーを用いた新しい『CT値-阻止能比変換』の開発である。本目的達成のため研究期間内に、臨床用デュアルエネルギーCT装置を用いた撮影を通して本手法の阻止能比(粒子の体内飛程)の計算精度を調べるとともに、本手法に最適な撮影条件や画像ノイズ低減アルゴリズムを検証する。本年度の研究計画は、臨床用デュアルエネルギー CT装置を用いてファントムの撮影を様々な条件で実施し、『デュアルエネルギーCT値-阻止能比変換』の計算精度を調べ、本手法の基本原理の妥当性を実証することである。研究計画に基づき、阻止能比イメージングのための『デュアルエネルギーCT値-阻止能比変換』を臨床用dual-source CT装置(Somatom FORCE, Siemens)を使って管電圧条件90-150 kV/Snで行った。CT撮影する被写体としては2種類、電子密度校正用ファントム(Gammex RMI 467, Gammex)および人体ファントム(PBU-10, Kyoto Kagaku)を用いた。解析の結果、Gammexファントムのすべてのロッドにおいて、SPRの計算値と参照値の間に良好な一致が見られ、二乗平均平方根誤差は1%未満であった。 しかしながら、得られたSPR画像のノイズレベルを調べた結果、高エネルギーあるいは低エネルギーのシングルエネルギーCT画像のノイズに対して2倍以上に増加することが分かり、何らかのノイズ低減処理が必要であることが確かめられた。

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  • 簡便かつ安価なDual-Energy CT用電子密度校正ファントムの開発

    研究課題/領域番号:16K09011  2016年4月 - 2019年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)  基盤研究(C)

    齋藤 正敏

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:2860000円 ( 直接経費:2200000円 、 間接経費:660000円 )

    本研究の目的は、がんの放射線治療計画における線量分布計算に必要な『電子密度校正用ファントム』を、Dual-energy CTの使用を前提として簡便な構成かつ安価な材料を使い開発することである。本目的達成のため研究期間内に、「簡便かつ安価な電子密度ファントム」を構築し、電子密度が既知の標準物質の電子密度校正を通して、本ファントムの基本的性能を調べた。その結果、エネルギー差分CT値と電子密度の間に良好な直線関係が成立することが分かった。また、得られた電子密度値は、誤差が約1~2%以内で校正できることを明らかにした。

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  • 放射線治療計画におけるDual Energyを用いた新しいCT値-電子密度変換

    研究課題/領域番号:25461908  2013年4月 - 2016年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)  基盤研究(C)

    齋藤 正敏

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:2080000円 ( 直接経費:1600000円 、 間接経費:480000円 )

    本研究の目的は、がんの放射線治療における無駄な被曝低減のために、より正確な3次元線量分布計算を実現可能とする、Dual-Energyを用いた全く新しい『CT値-電子密度変換法』の開発である。本目的達成のため研究期間内に、臨床用Dual-Energy CT装置や放射線治療計画装置への本手法の導入・実行を通して、本手法の基本原理の妥当性を実証するとともに、放射線治療計画における線量分布計算の精度を検証した。

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  • 医用X線源を用いた2色X線CTによる電子密度計測

    研究課題/領域番号:22611007  2010年4月 - 2012年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)  基盤研究(C)

    齋藤 正敏

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:1950000円 ( 直接経費:1500000円 、 間接経費:450000円 )

    本研究の目的は、粒子線がん治療計画において不均質部補正のための必須入力データである電子密度の絶対測定が可能な2色X線CTを、バランスドフィルタ法を導入した医用X線源を用いて実現することである。本目的達成のため研究期間内に、一般撮影用X線源を使った2色X線CT装置のプロトタイプを作製し、そのビームパラメータの理論的最適化とその実験的検証を行った。

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  • フェリック・フェラスポリカチオンの短距離・中距離構造と複雑凝集

    研究課題/領域番号:17206075  2005年4月 - 2007年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(A)  基盤研究(A)

    早稲田 嘉夫, 鈴木 茂, 齋藤 正敏, 蟹江 澄志, 篠田 弘造

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    担当区分:研究分担者 

    配分額:49140000円 ( 直接経費:37800000円 、 間接経費:11340000円 )

    水溶液中の金属鉄の腐食のおいては、水に溶解したフェラスイオン(Fe(II))とフェリックイオン(Fe(III))からポリカチオンの凝集が起こり、いわゆる腐食生成物が形成する。それらの過程で、複雑な構造のオキシ水酸化鉄や酸化鉄が生成ずる。本研究では、それらの酸化鉄等における短距離構造に及ぼす異種カチオンや異種アニオンの影響を明らかにするため、EXAFS測定法、定量的X線回折法による系統的な構造解析を行った。それとともに、水溶液の反応条件を電位やpHの測定により精密に評価し、様々なポリカチオンの凝集挙動を検討した。ここでは、特にフェラスイオンを多く含むGreen Rust(GR)を合成し、温度や酸素供給速度等を制御した反応条件で、GRが異なる種類の酸化鉄やオキシ水酸化鉄に変化する過程を解析した。一連の結果から、GRからオキシ水酸化鉄への構造変化が、水溶液の温度やpHによって敏感に変化することなどを明らかにした。また、様々なポリカチオンの構造に及ぼすMnなどの異種原子の影響を調べるには、FeとMn等の原子番号が近いため通常のX線構造解析法では得られない。そこで、この欠点を克服できるX線異常散乱法を用いた解析により、Mn等がFe_3O_4のカチオンサイトに均一に分散することを明らかにした。さらに、反応条件を制御して合成したフェラスイオンを含むGRに異種アニオンを加え、水溶液中で酸化させたときに構造変化するオキシ水酸化鉄の中距離構造・短距離構造等も明らかにした。これらの結果は、GRtからオキシ水酸化鉄へ構造変化する際に異種イオン(ケイ酸塩イオン等)が取り込まれ、原子レベルの構造が乱れることなどを示した。これらの原子レベルの構造乱れは、粒子の形態だけでなくイオン選択性等の特性にも影響していることなどを考察した。

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  • FeO_6八面体をユニットとするオキシ水酸化物の自己組織化と構造相移転

    研究課題/領域番号:15656152  2003年4月 - 2004年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 萌芽研究  萌芽研究

    早稲田 嘉夫, 鈴木 茂, 齋藤 正敏

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    担当区分:研究分担者 

    配分額:3300000円 ( 直接経費:3300000円 )

    本研究では、オキシ水酸化鉄の形成段階において、異種原子を含む多面体ユニットの置換などによりFeO_6八面体ユニットの自己組織化過程を制御し、原子レベルの構造と特性との相関を定量的に評価するための研究を行った。研究においては、いくつかのオキシ水酸化鉄の局所構造における原子相関に関する情報(干渉関数)を、実験室X線および放射光による定量的散乱強度解析により評価した。これらの実験的に得られる平均的あるいは特定原子に関する干渉関数から、リバースモンテカルロシミュレーションにより二体分布関数を見積もった。これにより、クロムを含むオキシ水酸化鉄中の原子レベルの不完全性などを示し、FeO_6八面体ユニットの連結構造が異種カチオンを含む多面体ユニットやアニオンによって変化することを明らかにした。
    一方、湿式反応セル中における異種元素を添加した鉄合金のその場腐食過程を利用して、水溶液の種類や繰り返し反応条件を変えたときに形成するオキシ水酸化物(α-、β-、γ-FeOOHなど)の種類を調べた。これらの実験においては、実験室X線回折法やシンクロトロン放射光によるその場構造解析を用いた。これらの実験から、合金表面から酸素分圧の高い大気側へのオキシ水酸化鉄の自己組織化過程に関する情報を得て、不均一な腐食系におけるオキシ水酸化物の自己組織化過程の全体像について検討した。さらに、二次イオン質量分析法により、オキシ水酸化物を構成する元素、特に水素と酸素の挙動を調べ、その形成過程に関する情報を得た。これらの一連の結果から、様々な環境下でのオキシ水酸化鉄の形成過程を明らかにすることにより、それらの構造御のための知見を提示した。

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  • X線異常散乱を利用する液体金属の価電子密度分布の実験的導出

    研究課題/領域番号:14655228  2002年4月 - 2003年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 萌芽研究  萌芽研究

    齋藤 正敏

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:3300000円 ( 直接経費:3300000円 )

    今日まで、液体金属の原子配列に関する構造研究は、放射光利用を含めてX線構造解析結果が大部分を占めている。しかし、液体状態に限らずX線構造解析により求めた物質の原子配列はあくまでも電子(主として価電子)を媒介とした有効イオン間の相関を反映したものである。したがって、液体金属の原子分布と電子構造との関連性をより本質的に解明するためには、価電子密度分布を実験的に求めることが重要課題の一つと考えられる。この課題に対して、中性子とX線の散乱機構の違いを利用した(以下、「中性子-X線法」と略す)液体金属の価電子密度分布を実験的に導出する試みが幾つか報告されている。しかし、この中性子-X線法の場合、2種類の試料は全く同じ状態に保持されていることが前提であること、また各散乱実験の角度分解能等の精度を統一しなければならないといった実験上の隘路のために、解析結果に基づく電子分布の議論よりも、散乱実験データ間の差の有意性に関する検討に重点が置かれているのが現状であった。本研究代表者は、上記のような研究上の支障を打破するため、中性子-X線法とは全く原理の異なった実験法として、「X線異常散乱」を利用する液体の価電子密度分布の導出法を新たに考案した。本年度は、剛体球モデルでは近似できない原子分布を有する液体Geと同様に長周期構造を持たないが、結晶状態と同じ半導体的性質を示す非晶質Geに対して本手法を適用した。導出した価電子分布の結果から、構造不規則状態にある非晶質Geの共有的な結合様式についての新たな知見を得ることができ、また、得られた結果と理論計算との比較を通して、本手法の信頼性や問題点を検証した。

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  • 全反射X線異常散乱法による相変化記録材料の可逆的構造変化のin-situ解析

    研究課題/領域番号:12650654  2000年4月 - 2001年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)  基盤研究(C)

    齋藤 正敏, 高橋 英志, 早稲田 嘉夫

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:3600000円 ( 直接経費:3600000円 )

    本研究の目的は、X線の全反射を利用する薄膜構造解析法に異常分散効果を積極的に取り入れた全反射X線異常散乱法を用いて、CD-RWに代表される相変化記録材料の結晶-非晶質間の可逆的な構造変化を精密に解析することである。膜材料の結晶-非晶質の相変化に伴う反射率変化を利用する相変化記録材料は、デジタル情報の蓄積媒体として注目を集め、既に商品化されている。一方、今後更に膨大化・高度化が進むであろう情報化社会にあって、情報記録媒体の大容量化、高速化、高信頼性が常に材料開発の大きな目標とされるが、この傾向が強まるほど記録材料の構造制御が,その特性に大きく影響することが予想される。したがって,これらの分野を着実に発展させるためには,相変化記録材料の高品質化のキーとなる結晶状態(消去)と非晶質状態(記録)の構造を原子レベルで正確に把握することが極めて重要になっている。しかし、例えばAg-In-Sb-Te系相変化記録材料の構造を研究対象とする場合、原子番号が近接するAg, In, Sb, Teの識別は難しい。この研究隘路を克服し得る手段として、各元素に固有な吸収端近傍で生ずる異常分散現象を利用すれば、各元素を誠別して原子レベルの構造情報を直接的に得ることが可能となる。平成12年度は、Ag-Br-Ge-0系非晶質を対象として、BrおよびGeK吸収端近傍でのX線異常散乱測定を実施し、BrおよびGeの周りの局所構造解析を行って、非晶質相に対するX線異常散乱法の有効性を確かめた。平成13年度は、従来の角度分散型では保護膜層でのX線の大きな吸収のため困難であった保護層/記録層海面でのX線反射率測定を可能とするエネルギー分散型測定法を用いて、多層膜界面の遷移領域構造について新しい知見を得ることができ、本手法の有効性を示した。

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  • 斜入射X線異常反射率法による液体金属表面・界面の深さ方向密度分布の精密決定

    研究課題/領域番号:09750727  1997年4月 - 1998年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 奨励研究(A)  奨励研究(A)

    齋藤 正敏

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:2200000円 ( 直接経費:2200000円 )

    液体の表面や界面の構造に関する情報は、表面近傍における成分比がバルクの値から著しくずれる表面分離や相分離現象を科学的に解明する上で不可欠である。また、電気化学反応や触媒作用を制御する技術的課題にとっても重要な基礎情報である。液体の表面や界面の構造を調べる実験的手段の1つとして、X線の全反射現象を利用した斜入射X線反射率法がある。表面に対してX線を平行に近いきわめて浅い角度で入射すると全反射が起き、この様な全反射条件下ではX線の物質への侵入深さは数nm程度に抑えられ、また観測される反射強度プロファイルはその深さ領域の密度分布を反映する。しかし、斜入射X線反射率法による液体/電極界面の評価は上層の液体によるX線の吸収が非常に大きいという理由から実際には殆ど行われていない。本研究では、この問題を克服する新たな方法として、エネルギー分散型による斜入射X線反射率測定法の開発を試みた。液体/電極界面での反射率測定として、0.01mol/l NiSO_4水溶液/Fe電極界面について測定を行った。この測定により,水溶液/電極界面での反射率測定がエネルギー分散型を利用することで十分に可能になることが立証できた。また、Fe電極およびSUS304上に真空蒸着により金を積層させたAu電極上にNiを電析させた界面での反射率測定を実施した。Fe電極の場合、通電時間の増加と共に密度の増加が認められた。この理由としては、Fe電極上にFeよりも重元素であるNiを析出させた結果、電極表面の密度は増加したと考えられる。一方、Au電極の場合はAuよりも軽いNiを析出させたにもかかわらず電極表面密度の増加が観測された。これは、Au電極表面には多数の空間的な欠陥が存在し、電気めっきによりその部分にNiが優先的に析出したために密度の増加が起きたと考えられる。

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  • 先端的X線解折手法によるセラミックスのガラス相誘起超塑性変形の解明

    研究課題/領域番号:09228202  1997年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 重点領域研究  重点領域研究

    早稲田 嘉夫, 齋藤 正敏

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    担当区分:研究分担者 

    配分額:2600000円 ( 直接経費:2600000円 )

    セラミックスの超塑性現象において粒界すべり、粘性流動、結晶粒界におけるガラス相の存在などが重要な役割を果たすことが指摘されつつあるが、その本性の解明および制御のためには巨視的特性と微視的構造を関連付ける情報の蓄積が不可欠である。本研究では、バルクとは異なることが予想される材料表面の構造や結晶粒の配向性の変化等の超塑性変形機構に関する新しい知見を得ることを目的として、全反射X線回折法を超塑性セラミックスに適用し、超塑性材料表面の構造評価を行った。
    本実験で使用したバルク3Y-TZPはほぼ単一のtetragonal相であるが、しかし、Seemann-Bohlin(S-B)法およびGrazing Incidence X-ray Scattering(GIXS)法の全反射X線回折法により得られた3Y-TZPの回折パターンにはmonoclinic相も認められ、また測定法の違いによる強度比の変化が生じていることから各相の表面構造に配向性があることが分かった。例えば、GIXS法ではtetragonal相002反射のピークは検出されず、200反射のピークが明瞭に観察された。一方、S-B法では、相対的に002反射の反射強度の増加が認められることから3Y-TZP材料表面の構造は、[001]選択配向の傾向が強いことを示唆している。また、赤外線イメージ炉で試料を大気中で加熱して3Y-TZPのX線反射率を測定し、その温度依存性を調べた。臨界波長の入射角依存性から表面密度を見積もった結果、文献値とほば一致した値が得られた。

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  • 広角及び小角X線異常散乱法による沃化銀系超イオン伝導ガラスの構造解析

    研究課題/領域番号:08229201  1996年4月 - 1997年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 重点領域研究  重点領域研究

    早稲田 嘉夫, 齋藤 正敏

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    担当区分:研究分担者 

    配分額:2200000円 ( 直接経費:2200000円 )

    室温で電解質溶液に匹敵するイオン伝導度を有するガラスが沃化銀-酸素酸銀系で見出され、高イオン伝導性はもちろんのこと、その透明性、等方均質性、薄膜化が容易であることからニューガラスと呼ばれる機能性材料の一つとして注目を集めている。今日まで、主にその電気的特性に関する研究が国内外で活発に展開されてきたが、イオン伝導機構を議論する上で基礎となるガラス構造に関しては、多元系非晶質のため従来のX線あるいは粒子線回折法による定量的解析は事実上不可能であり、赤外吸収スペクトル等の観測に基いて提唱されている構造モデルの検証は非常に難しく未解決の部分が多い。この様な研究上の支障を克服するため、目的元素の環境構造を距離の関数として導出できるX線異常散乱(AXS)法を用いて(AgI)_<0.6>(Ag_2MoO_4)_<0.4>超イオン伝導ガラスの詳細な構造解析を実施した。得られた平均動径分布関数に見られる第1ピークと第2ピークは、結晶Ag_2MoO_4における各種原子対間の距離および液体Ag_2MoO_4の動径分布との対応からそれぞれMo-OとAg-Oペア相関と同定できた。このことはMoの環境動径分布関数にAg-O原子ペア相関がほとんど観測されないことからも支持される。また、Ag-Iのペア相関と予想されるピークもMoの環境動径分布関数には観測されず、期待された通りMo-O原子ペアが分離し観測できた。更に詳細な動径分布関数の定量的解析の結果から以下のことが判明した。(1)Moは0.18nmの原子間距離で約4個の酸素原子に囲まれている。この結果はガラス構造中の基本構造単位はMoO_4四面体が支配的であることを示し、赤外分光実験等による指摘と対応する。(2)Agは距離0.287nmで平均1.9個のIイオンに囲まれており、この配位数は結晶および溶融AgI(配位数4)よりも少ない。しかし、AgIとして添加されたAgイオン1個あたりのIイオンの配位数は約4.4と換算できる。したがってガラス構造中のAgイオンは、結晶あるいは溶融AgIと類似の環境下に置かれており、この種のAgがイオン伝導に寄与するものと理解できる。

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  • X線異常小角散乱装置の試作および巨大磁気抵抗効果の解明

    研究課題/領域番号:07555475  1995年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 試験研究(B)  試験研究(B)

    早稲田 嘉夫, 表 和彦, 杉山 和正, 齋藤 正敏

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    担当区分:研究分担者 

    本研究のキ-ポイントは、たとえ原子番号が近接する元素が共存する場合でも夫々の元素を的確に識別し、数十ナノメートルの微細構造を解明するX線異常小角散乱装置を世界に先駆け試作し、Co/Cu合金からなる巨大磁気抵抗効果の解明をすることにある。
    当初の研究計画に基づき、まず本研究補助金を持ちいて入射X線のエネルギーを自由に選択できるヨハン型あるいは2結晶モノクロメータを搭載する分光部、角度分解能の優れた小角ゴニオメータおよび位置敏感型検出器を装備した計測部を設計・製作し、既設の高輝度X線源と組み合わせたX線異常小角散乱装置を試作した。また本年度は、原子番号が近接するCoおよびCuから構成される多層膜の構造解析を実施した。X線異常小角散乱を応用した結果、CoおよびCu元素の原子番号が5番近く離れている場合に相当する小角散乱強度が測定できた。フーリエ変換法によって解析した結果、本実験で解析した多層膜は2.05nm周期であり、Cuが0.46nm,Coが0.50nm堆積し境界界面構1.09nmであることが判明した。この解析結果は、X線異常小角散乱法を用いて初めて得られた結果であり、今後はこの新しい手法を用いた各種機能性素材の系統的かつ精密な微細構造の解明が十分期待できる。

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  • 広角および小角X線異常散乱法によるハロゲン化銀およびハロゲン化銅系超イオン伝導ガラスの構造解析

    研究課題/領域番号:07239202  1995年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 重点領域研究  重点領域研究

    早稲田 嘉夫, 斎藤 正敏

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    担当区分:研究分担者 

    配分額:2700000円 ( 直接経費:2700000円 )

    室温で電解質溶液に匹敵するイオン伝導度を有するガラスが沃化銀-酸素酸銀系で見出され、高イオン伝導性はもちろんのこと、その透明性、等方均質性、薄膜化が容易であることからニューガラスと呼ばれる機能性材料の一つとして注目を集め、薄膜電池等への応用が始まっている。今日まで、銀イオン伝導ガラスを中心に、主にその電気的特性に関する研究が国内外で活発に展開されてきたが、イオン伝導機構を議論する上での基礎となるガラス構造に関しては、赤外吸収スペクトルや電気伝導度の組成依存性等の観測に基く構造モデルが提唱されてはいるが、多元系非晶質のため従来のX線あるいは粒子線回折法による定量的解析は事実上不可能であり、モデルの検証は非常に難しく未解決の部分が多い。
    本研究では、この様な研究上の支障を克服するため、目的元素の環境構造を距離の関数として導出できるX線異常散乱(AXS)法を用いて、(Cul)_<0.3>(Cu_2O)_<0.35>(MoO_3)_<0.35>の詳細な構造解析を実施し、最近接領域のみならず、第二、第三近接等の短範囲規則領域を含むガラス構成元素の環境構造の決定を行った。その結果、以下のことが判明した。(1)Moは0.187nmの原子間距離で6.1個の酸素原子に囲まれている。この事実はガラス構造中の基本構造単位が赤外分光実験等により示唆されてきたMoO_4四面体よりもMoO_6八面体であることを示唆する。(2)Cuは距離0.261nmで平均1.3個の沃素イオンに囲まれており、この配位数は結晶および溶融CuI(配位数4)よりも少ない。しかし、CuIとして添加されたCuイオン1個あたりの沃素イオンの配位数は約4.3と換算でき、結晶および溶融CuIの値とほぼ一致する。また、溶融CuIに見られる約0.34nmの最近接Cu-Cuペア相関が本ガラス中にも見出されることから、溶融CuI類似の環境下に置かれたCuイオンがガラス構造中に存在し、この種のCuがイオン伝導に寄与するものと理解できる。

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  • 層構造白金族ダイカルコゲナイドの2次元的電気伝導及び磁気的性質に関する研究

    研究課題/領域番号:05750591  1993年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 奨励研究(A)  奨励研究(A)

    斎藤 正敏

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:900000円 ( 直接経費:900000円 )

    遷移金属ダイカルコゲナイドMX_2(X=S,Se,Te)の多くは層状構造を持ち、電荷密度波、インターカレーション化合物の生成など数多くの興味を提起し、今日迄広く研究がなされてきた。一方、その非晶質化合物は、電気化学的性能や触媒作用が、結晶状態よりも優れた特性を有することで注目されているが、その原子構造解析や物性データの蓄積は未だ十分なされていない。本研究では、沈殿法により合成した非晶質白金硫化物(Pt_<1-X>S_2)の局所的な原子構造をX線異常散乱法(AXS)を用いて調べ、、結晶構造と比較し、電気化学的特性との関係を検討した。試料はH_2PtCl_6水溶液にH_2Sガスを吹き込むことにより合成した。この試料について高エネルギー物理学研究所の放射光X線源を利用し、PtのL_<III>吸収端(11.562keV)の30及び300eV低エネルギー側のX線を用いて散乱測定を行った。散乱強度のエネルギー依存性からPt周囲の環境干渉関数求め、フーリエ変換によりPtの環境動径分布関数を得た。これとMo Kalpha線を用いて得られた全動径分布関数と比較することによって、CdI_2構造型PtS_2における八面体ユニット(PtS_6)を基本構造としたランダム連結モデルを想定し、最小自乗法を用いて干渉関数にフィッティングを行うことで原子間距離および配位数の精密化を行った。精密化された構造パラメターから非晶質硫化白金の組成はPt過少であって、熱重量分析から算出された組成および密度と一致し、Pt過少による空孔体積の増加、つまり微視的な表面積の増加により電気化学的活性が高められていることが分かった。

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担当経験のある授業科目

  • 医療英語ベーシック(放射)

    2021年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 放射線撮影技術学実習

    2020年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 保健学特別研究(放射線技術科学)

    2014年
    -
    2018年
    機関名:新潟大学

  • 医学物理学特講演習

    2014年
    機関名:新潟大学

  • 医学物理学特講

    2014年
    機関名:新潟大学

  • 放射線物理学Ⅱ及び演習

    2012年
    -
    2018年
    機関名:新潟大学

  • 医療英語(放射)

    2011年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 放射線物理学Ⅰ

    2011年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 卒業研究

    2011年
    -
    2018年
    機関名:新潟大学

  • 放射線物理学Ⅰ演習

    2011年
    -
    2018年
    機関名:新潟大学

  • 保健学特定研究(放射線技術科学)

    2011年
    -
    2014年
    機関名:新潟大学

  • スタディスキルズ (放射)

    2008年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 放射線計測学Ⅱ

    2008年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 放射線計測学Ⅰ及び演習

    2008年
    -
    2018年
    機関名:新潟大学

  • 放射線科学セミナー

    2008年
    -
    2018年
    機関名:新潟大学

  • 物理学基礎実験

    2007年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 放射線物質科学特論

    2007年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 入門医療英語

    2007年
    -
    2018年
    機関名:新潟大学

  • 放射線物質科学演習

    2007年
    -
    2018年
    機関名:新潟大学

  • 放射線計測学実験

    2007年
    -
    2018年
    機関名:新潟大学

  • 応用数理解析学概論

    2007年
    -
    2018年
    機関名:新潟大学

  • 医用放射線科学特別研究

    2007年
    -
    2013年
    機関名:新潟大学

  • 医用物理学特講演習

    2007年
    -
    2013年
    機関名:新潟大学

  • 医用物理学特講

    2007年
    -
    2013年
    機関名:新潟大学

  • 原子力施設見学

    2007年
    機関名:新潟大学

  • 放射線計測学I及び演習

    2007年
    機関名:新潟大学

  • 放射線計測学II

    2007年
    機関名:新潟大学

  • 粒子線物理学

    2007年
    機関名:新潟大学

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