2023 Fiscal Year Research-status Report
Proposal of "Quantum PET" and sensing of radiotherapy effect by positron lifetime
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22K12881
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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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| Keywords | 量子PET / 陽電子寿命 / フリーラジカル |
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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)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。
2023年度は、重粒子線照射中における陽電子寿命計測のテストを行った。Na-22水溶液1 MBqを寒天で固めた密封ファントムに290 MeV/u炭素線を照射し、Na-22から放出されるガンマ線をPET検出器で計測する実験体系を構築した。ビーム強度を変えながら陽電子寿命計測を行った結果、ビーム強度1千万pps以上では、正確な陽電子寿命計測が難しくなることがわかった。さらに、文献ベースの調査と計算による大まかな推定を行ったところ、重粒子線照射によって水中に発生するフリーラジカル種の量は、0.3 μmol/L/Gy（0.3 μM/Gy）程度であることがわかった。水中では、この係数に基づく量のフリーラジカルが発生し、種々の反応を起こして、最終的には数百ns～μs後に消滅している。
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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
予定していた実験が概ね完了したため。一方で、フリーラジカルの生成量を増やすために重粒子線の照射線量を高めると、即発ガンマ線を起因とする偶発同時計数が過剰に増えてしまい、陽電子寿命値を正確に求めることが益々難しくなることがわかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述した理由により照射線量を高めることが難しくなったため、現状の最先端レベルのPET検出器で、どのくらい低濃度のラジカルまで定量できるかを詳細に調べる必要が生じた。高時間分解能PET検出器で構成された臨床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、低濃度領域における詳細を調べて考察する。
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| Causes of Carryover |
購入を予定していた実験機器の一部が、所属ラボ所有のもので代用可能である見込みが立ったため。その分を追加の実験機器の購入に充てる予定。
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