Proposal of "Quantum PET" and sensing of radiotherapy effect by positron lifetime

“量子PET”提案和通过正电子寿命感知放射治疗效果

• 批准号: 22K12881
• 负责人: 田久 創大
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: National Institutes for Quantum Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12881/
• 关键词: 量子PET; 陽電子寿命; フリーラジカル; 放射線治療効果

切らずに治す究極のがん治療法とも言える重粒子線治療の真価を発揮するため、患者体内の線量分布をその場で非侵襲的に3次元画像化する方法が切望されている。本研究では、放射能分布を画像化する従来PET (positron emission tomography: 陽電子断層撮影法)とは異なり、陽電子が対消滅するまでの時間（寿命）を画像化する独自コンセプト「量子PET」を提案し、放射線治療効果の大半を担うフリーラジカルのセンシングが可能かどうかを検証する。フリーラジカルは不対電子を持つため、フリーラジカルの濃度が高い環境ほど陽電子が対消滅しやすくなる、つまり寿命が短くなるはずである。2022年度は、陽電子寿命とフリーラジカルの関係性を調べる基礎実験を行った。TEMPOLは、安定・長寿命なフリーラジカルを分子上に１つ持つ有機化合物である。TEMPOLを純水に溶解させ、0～400 mMまでの濃度のTEMPOL水溶液を作成した。それらの水溶液に薄膜陽電子線源(Na-22)を密着させ、時間分解能が優れたPET検出器で各々測定した。測定データを解析し、1275 keV即発ガンマ線と対消滅放射線の検出時刻差スペクトルを比較した。その結果、TEMPOL濃度が高い溶液ほど、検出時刻差の短い成分が順に増えていった。すなわち陽電子寿命が次第に短くなっていることがわかった。水溶液中のフリーラジカル濃度と陽電子寿命には負の相関があり、何らかの近似式で表現できることが示唆された。

It is desirable to develop a method of non-invasive three-dimensional imaging of the distribution of radiation in the patient. In this study, we propose to characterize the distribution of radioactivity in PET (positron emission tomography), and to characterize the time (lifetime) of positron annihilation. We propose that most of the results of radiation therapy be supported by the possibility of radiation therapy. The concentration of electrons in the atmosphere is high, and the lifetime of positrons is short. In 2022, the positron lifetime was adjusted according to the basic principle. TEMPOL is stable and has a long life span. It contains organic compounds. TEMPOL is dissolved in purified water, and TEMPOL aqueous solutions are prepared at concentrations ranging from 0 to 400 mM. The concentration and time resolution of thin film positron source (Na-22) in aqueous solution were determined by PET detector. Determination of radiation analysis, 1275 keV emission line, elimination of radiation detection time difference, comparison Results, TEMPOL concentrations, and short-term components increase in sequence. The electron lifetime of the anode is shorter than that of the cathode. A negative correlation between the concentration of cations in aqueous solutions and the lifetime of positrons is shown in the approximate formula.

项目成果

Two-dimensional positronium lifetime imaging using certified reference materials

使用经过认证的参考材料进行二维正电子寿命成像

• DOI: 10.35848/1882-0786/ac8d7b
• 发表时间: 2022
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Takyu Sodai;Shibuya Kengo;Nishikido Fumihiko;Tashima Hideaki;Takahashi Miwako;Yamaya Taiga
• 通讯作者: Yamaya Taiga

Feasibility of dose estimation by PET using positronium lifetime: detecting radicals in aqueous solution

使用正电子寿命进行 PET 剂量估算的可行性：检测水溶液中的自由基

• 发表时间: 2022
• 作者: Takyu Sodai; Shibuya Kengo; Matsumoto Kenichiro; Nishikido Fumihiko; Akamatsu Go; Tashima Hideaki; Takahashi Miwako; Yamaya Taiga
• 通讯作者: Yamaya Taiga

量子PET：ポジトロニウム寿命の核医学応用

量子PET：正电子寿命的核医学应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Takyu Sodai; Shibuya Kengo; Matsumoto Kenichiro; Nishikido Fumihiko; Akamatsu Go; Tashima Hideaki; Takahashi Miwako; Yamaya Taiga;田久 創大
• 通讯作者: 田久 創大

Q-PET研究（部門長ファンド／理事長ファンド）

Q-PET研究（系主任基金/主任基金）

• 发表时间: 2022
• 作者: 田久 創大; 松本 謙一郎; 澁谷 憲悟; 田島 英朗; 高橋 美和子; 錦戸 文彦; 山谷 泰賀;田久 創大
• 通讯作者: 田久 創大

量子 PETの基礎研究：水溶液中のポジトロニウム寿命と安定ラジカルTEMPOL濃度の関係

量子PET基础研究：水溶液中正电子素寿命与稳定自由基TEMPOL浓度的关系

• 发表时间: 2022
• 作者: 田久 創大; 澁谷 憲悟; 松本 謙一郎; 錦戸 文彦; 田島 英朗; 高橋 美和子; 山谷 泰賀
• 通讯作者: 山谷 泰賀