Proposal of "Quantum PET" and sensing of radiotherapy effect by positron lifetime
| Project/Area Number |
22K12881
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90130:Medical systems-related
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
田久 創大 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子医科学研究所 先進核医学基盤研究部, 研究員 (60796473)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 謙一郎 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学研究所 放射線規制科学研究部, グループリーダー (10297046)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 量子PET / 陽電子寿命 / フリーラジカル / 放射線治療効果 |
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| Outline of Research at the Start |
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（陽電子断層撮像法）とは異なり、陽電子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実証する。陽電子放出核種は、PETにおいて検査薬につける目印として多用されてきたが、放出された陽電子がごく近傍の電子と対消滅して放射線に変わるまでの数ナノ秒の時間差をフリーラジカルのバイオマーカーとする挑戦は世界に類がない。
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度で予定していた実験が概ね完了したため。PET検出器を使って陽電子寿命測定を行い、フリーラジカルを定量した例は今までになく、興味深い成果と考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
検出器の数を増やす、もしくは高性能な臨床PET装置を使用して、水溶液中のフリーラジカル濃度と陽電子寿命についての詳細を調べる。また、陽電子寿命を画像化するための測定系やソフトウェアの開発・改良を行う。さらに、重粒子線照射中のバッググラウンド放射線が多い環境下で、どの程度正確な測定が可能かどうかを実験的に調査する。
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Report
(1 results)
Research Products
(9 results)
