Japan-German collaboration to develop a small animal OpenPET experiment platform toward single day cancer therapy

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19KK0280
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: 山谷 泰賀 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 先進核医学基盤研究部, グループリーダー(定常) (40392245)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 美和子 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 先進核医学基盤研究部, 主幹研究員(任非) (00529183) ; 寅松 千枝 東京女子医科大学, 医学部, 助教 (90421825) ; KANG HANGYU 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 先進核医学基盤研究部, 研究員(任常) (90824467) ; 田久 創大 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 先進核医学基盤研究部, 博士研究員(任常) (60796473)
• Project Period (FY): 2019-10-07 – 2021-03-31
• Keywords: PET / in-beam / 粒子線治療 / DOI

Outline of Annual Research Achievements

本研究のゴールは、がん診断・治療の発展に貢献する日独間国際共同研究を実施することにより、日本の強みであるPET物理研究を発展させることである。具体的には、ミュンヘン大学Katia Parodi教授のSIRMIOプロジェクトに参加し、陽子線治療ビーム照射とPET分子イメージングが同時にできる小動物実験プラットフォームの共同開発を進めた。2年目となる2020年度は、昨年度開発したDOI検出器技術を応用する複数の研究テーマを実施した。まず、小さなターゲットに粒子線ビームを照射する技術として、光学カメラにより粒子線ビームのエネルギ広がりを可視化する方法を確立した（Han Gyu Kang, et al., PMB 235002, 2020／18H05967との合同成果）。次いで、実際の生体におけるビーム停止位置を可視化するためのOpenPET装置を開発し（Hideaki Tashima, et al., TRPMS, in press)、光学カメラとOpenPETで結果が整合することを検証した（Akram Mohammadi, et al., PMB 125006, 2020／17K09076との合同成果）。そして、粒子線ビーム可視化と分子イメージングが同時にできる独自装置「whole gamma imaging (WGI)」を開発した（Eiji Yoshida, et al., PMB 125013, 2020／18K19949および20H00671との合同成果）。WGI用画像再構成法を開発し、分子イメージング性能を実証した（Hideaki Tashima, et al, PMB 225038, 2020／18K19949, 20H00671, 20H05667および20K12683との合同成果）。なお、本研究は2020年度途中で中止し、続きは基盤研究(S)にて行うことになった。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ルートヴィヒ・マクシミリアン大学ミュンヘン(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: ルートヴィヒ・マクシミリアン大学ミュンヘン
• [Journal Article] Whole gamma imaging: a new concept of PET combined with Compton imaging (2020)
  • Author(s): Eiji Yoshida, Hideaki Tashima, Kotaro Nagatsu, Atsushi Tsuji, Kei Kamada, Katia Parodi, Taiga Yamaya
  • Journal Title: Phys. Med. Biol. Volume: 65 Pages: 125013
  • DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6560/ab8e89
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Influence of momentum acceptance on range monitoring of 11C and 15O ion beams using in-beam PET (2020)
  • Author(s): Akram Mohammadi, Hideaki Tashima, Yuma Iwao, Sodai Takyu, Go Akamatsu, Han Gyu Kang, Fumihiko Nishikido, Eiji Yoshida, Andrew Chacon, Mitra Safavi-Naeini, Katia Parodi, Taiga Yamaya
  • Journal Title: Phys. Med. Biol. Volume: 65 Pages: 125006
  • DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6560/ab8059
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 3D Compton image reconstruction method for whole gamma imaging (2020)
  • Author(s): Hideaki Tashima, Eiji Yoshida, Hidekatsu Wakizaka, Miwako Takahashi, Kotaro Nagatsu, Atsushi Tsuji, Kei Kamada, Katia Parodi, Taiga Yamaya
  • Journal Title: Phys. Med. Biol. Volume: 65 Pages: 225038
  • DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6560/abb92e
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Energy spread estimation of radioactive oxygen ion beams using optical imaging (2020)
  • Author(s): Han Gyu Kang, Seiichi Yamamoto, Sodai Takyu, Fumihiko Nishikido, Akram Mohammadi, Go Akamatsu, Shinji Sato, Taiga Yamaya
  • Journal Title: Phys. Med. Biol. Volume: 65 Pages: 235002
  • DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6560/abc304
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a multi-use human-scale single-ring OpenPET system (2020)
  • Author(s): Hideaki Tashima, Eiji Yoshida, Yuma Iwao, Hidekatsu Wakizaka, Akram Mohammadi, Munetaka Nitta, Atsushi Kitagawa, Taku Inaniwa, Fumihiko Nishikido, Atsushi B Tsuji, Yuji Nagai, Chie Seki, Takafumi Minamimoto, Yasuhisa Fujibayashi, Taiga Yamaya
  • Journal Title: IEEE Transactions on Radiation and Plasma Medical Sciences Volume: online first Pages: online first
  • DOI: https://doi.org/10.1109/TRPMS.2020.3037055
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] A Staggered 3-Layer DOI Detector with a 1 mm Crystal Pitch and 20 mm Thickness for a Spherical PET Geometry (2020)
  • Author(s): H. G. Kang, M. Nitta, G. Lovatti, P. Thirlof, K. Parodi, F. Nishikido, E. Yoshida, T. Yamaya
  • Organizer: 2020 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] An advanced simulation and reconstruction framework for a novel in-beam PET scanner for pre-clinical proton irradiation (2020)
  • Author(s): G. Lovatti, M. Nitta, M. Safari, C. Gianoli, M. Pinto, A. Zoglauer, H. G. Kang, T. Yamaya, P. Thirolf, G. Dedes, K. Parodi
  • Organizer: 2020 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 次世代PET研究報告書
  • URL: https://www.nirs.qst.go.jp/usr/medical-imaging/ja/study/main.html