Medical application of luminescence of water lower energy than Cherenkov-light threshold

能量低于切伦科夫光阈值的水发光的医学应用

• 批准号: 22H03019
• 负责人: 山本 誠一
• 金额: $ 9.65万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H03019/
• 关键词: 水の発光現象; 医療応用; スペクトル; DNA損傷; リボフラビン; 放射線; 発光; 水; フィルター; CCDカメラ

チェレンコフ光閾値以下のエネルギーの放射線照射による水の発光がDNA損傷の原因であることを明らかにするために、紫外線が水発光に多量に含まれることを実測により明らかにした。当該年度においては、300nm付近の発光までの計測可能な装置の開発を行い、水の発光スペクトルの実測に成功した。紫外線発光画像測定装置開発は、これまで水の発光スペクトル測定で申請者が成功している手法を短波長まで計測可能な装置に発展させ、かつ高波長分解能測定を可能にすることで実現した。スペクトル計測はバンドパスフィルターを暗箱の外から蓋を開けることなく交換可能とし、効率的な高波長分解能分光画像測定を実現した。開発した紫外線発光画像測定装置は250nmまで計測可能な紫外線用CCDカメラを暗箱に入れ、暗箱外部から手動で紫外用ロングパスフィルターをカメラレンズの前に配置、交換可能にし、陽子線照射水の発光短時間撮像を実現した。装置は軽量で放射線治療装置の寝台に容易に配置可能とした。またロングパスフィルターは25nm幅のものを用いて、高波長分解能の放射線照射水の発光スペクトル計測も可能にした。開発した装置を用いて117MeV陽子線照射中の水発光画像を、ロングパスフィルターを交換しながら計測し、計測後に差分画像を作成し、水の発光スペクトルを算出した。差分波長幅の補正とCCDカメラの感度補正を行うことで、25nm幅という高波長分解能の水発光スペクトルを得ることができた。得られた水発光スペクトル強度は、おおよそ波長の2乗に反比例して低下することから、放射線照射水発光の機序は、水分子と陽子線生成2次電子との双極子相互作用により発生する電磁波（光）であることが確認できた。

为了澄清，由辐射照射引起的水发光是造成DNA损伤的原因，我们已经透露，在实际测量中，紫外线射线包含在水发光中。在这个财政年度，我们开发了一种可以在300 nm左右测量发光的设备，并成功测量了水发射光谱。通过开发申请人成功测量水发射光谱的方法，紫外线发光图像测量设备的开发已经实现，该方法可以测量可以测量短波长，并实现高波长分辨率测量。为了进行光谱测量，可以从黑暗盒子外部替换带通滤波器而不打开盖子，从而实现了有效的高波长分辨率光谱图像测量。开发的紫外线发射图像测量设备放置了一个紫外线摄像头，该摄像头可以在黑暗的盒子中测量高达250 nm，并手动将紫外线长通滤波器从黑暗盒子的外部放在摄像机镜头前，可以交换，从而使Proton辐射水的短期成像可以短期成像。该设备轻巧，可以轻松地放在放射治疗装置的床上。此外，使用25nm长的通滤波器来测量具有高波长分辨率的辐射辐射水的发射光谱。使用开发的设备，在更换长通滤波器时测量了117 MeV质子射线期间的发出水图像，并在测量后，创建了差分图像，并计算了水发射光谱。通过纠正CCD摄像头的差波长宽度和灵敏度，获得了高波长分辨率为25 nm的水发射光谱。所获得的水发射光谱强度与波长的平方大致相反，并且已经证实，辐射辐射的水发射机理是通过水分子与质子生成的二级电子之间偶极相互作用产生的电磁波（光）。

项目成果

Cherenkov-light imaging of induced positron distribution in liquid water after proton beam irradiation

质子束照射后液态水中诱导正电子分布的切伦科夫光成像

• DOI: 10.1088/1748-0221/17/11/p11043
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Instrumentation
• 影响因子: 1.3
• 作者: Yamamoto Seiichi;Yamashita Tomohiro;Kobashi Yusuke;Hirano Yoshiyuki;Akagi Takashi;Yokokawa Hiromu;Kataoka Jun
• 通讯作者: Kataoka Jun

Dose distribution measurements using luminol water during irradiation of high-energy X-rays from medical linear accelerators (LINAC)

在医用直线加速器 (LINAC) 照射高能 X 射线期间使用鲁米诺水进行剂量分布测量

• DOI: 10.1016/j.radphyschem.2023.110895
• 发表时间: 2023
• 期刊: Radiation Physics and Chemistry
• 影响因子: 2.9
• 作者: Yamamoto Seiichi;Yamada Koya;Yabe Takuya;Hirano Yoshiyuki;Kataoka Jun
• 通讯作者: Kataoka Jun

Luminescence imaging of helium ions during irradiation to water and to an acrylic block

氦离子照射水和丙烯酸块时的发光成像

• DOI: 10.1088/1748-0221/18/02/p02023
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Instrumentation
• 影响因子: 1.3
• 作者: Yamamoto Seiichi;Yabe Takuya;Akagi Takashi;Kataoka Jun
• 通讯作者: Kataoka Jun

Short time sequential luminescence imaging of water during irradiation by protons

质子照射期间水的短时连续发光成像

• DOI: 10.1088/1748-0221/17/12/t12001
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Instrumentation
• 影响因子: 1.3
• 作者: Yamamoto Seiichi;Yabe Takuya;Yogo Katsunori;Akagi Takashi;Kataoka Jun
• 通讯作者: Kataoka Jun

Optimization of the energy window setting in Ir-192 source imaging for high-dose-rate brachytherapy using a YAP(Ce) gamma camera

使用 YAP(Ce) 伽马相机优化高剂量率近距离放射治疗 Ir-192 源成像中的能量窗口设置

• DOI: 10.1016/j.ejmp.2022.09.017
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physica Medica
• 作者: Nagata Jura;Nakanishi Kohei;Yamamoto Seiichi;Yabe Takuya;Yogo Katsunori;Noguchi Yumiko;Okudaira Kuniyasu;Kamada Kei;Yoshikawa Akira;Kataoka Jun
• 通讯作者: Kataoka Jun