Oxygen sensing ability of positronium atom for tumor hypoxia imaging
Oxygen sensing ability of positronium atom for tumor hypoxia imaging
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正电子原子的氧传感能力用于肿瘤缺氧成像
DOI：
10.1038/s42005-020-00440-z
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发表时间：
2020
影响因子：
5.5
通讯作者：
Yamaya Taiga
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shibuya Kengo;Saito Haruo;Nishikido Fumihiko;Takahashi Miwako;Yamaya Taiga
正电子(Ps)是一种由一个正电子和一个电子组成的类氢原子，在正电子发射断层扫描(PET)检查中，它在人体内有效地形成，其向伽马射线光子的衰变速率受到化学环境的显著影响，特别是由于未成对的电子而产生的溶解氧浓度(PO2)。然而，由于忽略了Ps提供的特定信息，PET的功能被低估了。通过比较在O_2~-、N_2~-和空气饱和水中的衰减速率，我们发现Ps探测pO_2的绝对值具有良好的线性，分辨率优于10 毫米汞柱。对于区分约6 毫米汞柱的肿瘤缺氧区和约40 毫米汞柱的健康组织而言，这是一个足够的灵敏度。这种方法只依赖于Ps的基本性质，不依赖于特定的放射性药物。Ps自旋态和反应的应用将在未来十年极大地增强PET的功能。
Positronium (Ps), a hydrogen-like atom consisting of a positron and an electron, is efficiently formed in the human body during positron emission tomography (PET) examination, and its decay rate into gamma-ray photons is significantly influenced by the chemical environment, especially the dissolved oxygen concentration (pO2) due to the unpaired electrons. However, the functionality of PET has been underestimated by neglecting the specific information provided by Ps. By comparing the decay rates in O2-, N2-, and air-saturated waters, here we show that Ps probes the absolute value of pO2with a good linearity and a resolution better than 10 mmHg. This is a sufficient sensitivity for discriminating a hypoxic region in a tumor at approximately 6 mmHg from healthy tissues at approximately 40 mmHg. This method depends only on the fundamental properties of Ps and is independent of specific radiopharmaceuticals. The applications of Ps spin states and reactions will greatly enhance PET functionalities in the next decade.
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