超高分解能放射線画像化装置開発と細胞内α核種分布のリアルタイム計測

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K19909
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 山本 誠一 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 教授 (00290768)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2021-03-31
• キーワード: アルファ線 / 飛跡 / 共晶体シンチレータ / 空間分解能 / リアルタイム

研究実績の概要

アルファ線は、生体中において飛程が数十μm で、腫瘍を殺傷する能力が高いという特性があり、転移がんなどに対する治療にアルファ線放出核種を用いた内用療法が期待されている。アルファ線放出核種であるアスタチン（At-211）はアルファ線のみを放出するため、目標とする腫瘍細胞に集まればその細胞に多くのエネルギーを与えることができ殺傷することができる。しかし、細胞を用いた実験において、腫瘍細胞に At-211 標識化合物が集まっているかどうかを実時間に知ることは不可能であった。
現状は、CR-39 固体飛跡検出器を用いてアルファ線の飛跡を検出する方法が使われている。CR-39 固体飛跡検出器を用いる方法は、細胞から放出されるアルファ線によって生じる固体検出器のキズをエッチングでサイズを大きくし、顕微鏡で観察する。しかしこの方法では、アルファ線のスポットはエッチングにより大きくなり、細胞中におけるアルファ線放出核種の位置を正確に知ることができない。またエッチングなどの処理後に分布画像が得られるため、手間と時間が掛かる。さらに、アルファ線放出に伴う、時間経過による細胞の形状の変化や細胞死などの重要な現象を観察することは不可能である。
この問題点を解決するために、1μm径の共晶体シンチレータとテーパー型ファイバープレート、高感度CCDカメラを組み合わせ、アルファ線の飛跡をリアルタイムで画像化するイメージング装置の開発に成功した。テーパー型ファイバープレートを2段用いることにより、空間分解能を飛躍的に向上させ、共晶体シンチレータ中を走行するα線に飛跡画像をリアルタイムで撮像できた。α線に対する空間分解能は約11μmであった。画像の飛跡方向のプロファイルを解析することで、アルファ線のブラッグピークも観察できた。α線の飛跡をリアルタイムで画像化できる装置開発を開発できた。

研究成果

• [雑誌論文] Comparison of light outputs, decay times, and imaging performance of a ZnS(Ag) scintillator for alpha particles, beta particles, and gamma photons (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Seiichi、Tomita Hideki
  • 雑誌名: Applied Radiation and Isotopes 巻: 168 ページ: 109527～109527
  • DOI: 10.1016/j.apradiso.2020.109527
  • 査読あり
• [雑誌論文] Performance evaluation of YAlO3 scintillator plates with different Ce concentrations (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakanishi Kohei、Yamamoto Seiichi、Kamada Kei、Yoshikawa Akira
  • 雑誌名: Applied Radiation and Isotopes 巻: 168 ページ: 109483～109483
  • DOI: 10.1016/j.apradiso.2020.109483
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical fiber-based ZnS(Ag) detector for selectively detecting alpha particles (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Seiichi、Aoki Ichio、Higashi Tatsuya
  • 雑誌名: Applied Radiation and Isotopes 巻: 169 ページ: 109495～109495
  • DOI: 10.1016/j.apradiso.2020.109495
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a low-sensitivity high resolution YAP(Ce) scintillation camera system toward the real-time imaging of an 192Ir source during high-dose-rate brachytherapy (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagata J.、Yamamoto S.、Noguchi Y.、Nakaya T.、Okudaira K.、Kamada K.、Yoshikawa A.
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 15 ページ: P12018～P12018
  • DOI: 10.1088/1748-0221/15/12/P12018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of an ultrahigh-resolution radiation real-time imaging system to observe trajectory of alpha particles in a scintillator (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Seiichi、Hirano Yoshiyuki、Kamada Kei、Yoshikawa Akira
  • 雑誌名: Radiation Measurements 巻: 134 ページ: 106368～106368
  • DOI: 10.1016/j.radmeas.2020.106368
  • 査読あり
• [雑誌論文] Imaging of polarized components of Cerenkov light and luminescence of water during carbon‐ion irradiation (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Seiichi、Yabe Takuya、Akagi Takashi、Hirano Yoshiyuki
  • 雑誌名: Medical Physics 巻: 48 ページ: 427～433
  • DOI: 10.1002/mp.14600
• [備考] 山本研究室ホームページ
  • URL: http://s-yama.net/index.html