東京大学が陽電子3光子崩壊を利用した新イメージング原理を確立、既存PET薬剤でポジトロニウム比率画像化に成功
東京大学大学院工学系研究科の島添健次准教授と、ヨーク大学（University of York）のDan P. Watts教授らによる研究グループが、陽電子の3光子崩壊を利用した新しいイメージング原理を確立したと発表した。
既存の臨床用PET（Positron Emission Tomography）薬剤である18F-FDGを用いて、多孔質物質中のポジトロニウム比率画像化（PRI：Positronium Ratio Imaging）の原理検証に世界で初めて成功したとしている。
既存PET薬剤によるポジトロニウム比率画像化の原理検証
研究グループは、陽電子の3光子崩壊過程におけるエネルギー・運動量保存則が満たす幾何学的対称性に着目し、複雑な二元四次方程式の逐次解法や逆解析を必要とせず、解析的な二次方程式に帰着させる手法を発明したと発表した。
この原理に基づき、臨床用PET装置と互換性を持つHR-GAGGシンチレータ（注：放射線のエネルギーを吸収して可視光を放出する蛍光素子）アレイと、SiPM（Silicon Photomultiplier、シリコン光電子増倍管）光検出器アレイを用いた独自のガンマ線計測システムを開発した。このシステムと既存のPET薬剤である18F-FDGを用いて実験を行った結果、水と多孔質物質（XAD-4）をそれぞれ18F-FDGと混ぜ合わせた条件で、多孔質物質中においてポジトロニウム比率が優位に向上することを観測したという。この結果を受け、従来の2光子PET画像、3光子画像に加え、崩壊比率画像を得られたと報告している。
陽電子平均寿命法との位置づけの違い
現在の核医学PET検査は、陽電子の2光子対消滅過程を利用して薬剤の集積量を可視化するもので、得られる情報は量的なものにとどまり、疾患の悪性度に関わる低酸素状態（hypoxia）などの質的情報を捉えることは難しいとされている。近年はポジトロニウムの平均寿命イメージングが期待されてきたが、実現には特殊な核種の導入が必要であり、実用化に向けた障壁になっていたという。
一方でポジトロニウムの3光子・2光子崩壊比率に着目すると、薬剤の種類によらずより多くの情報を抽出できるとされる一方、画像再構成に複雑な計算処理と高いエネルギー分解能を持つ検出器システムが必要であり、計算コストと技術コストの両面から実用化には至っていなかったと説明されている。今回確立された幾何学的イメージング原理は、この計算上の課題に対応するものとして位置づけられている。
事実関係の整理
- 情報の種類：大学・研究機関の研究発表
- 発表元：東京大学大学院工学系研究科、ヨーク大学（University of York）
- 研究代表者：島添健次准教授、Dan P. Watts教授
- 手法の名称：ポジトロニウム比率画像化（PRI：Positronium Ratio Imaging）
- 使用薬剤・検出器：18F-FDG、HR-GAGGシンチレータアレイ、SiPM光検出器アレイ
- 実験結果：多孔質物質（XAD-4）中でポジトロニウム比率が優位に向上する結果を観測
- 想定される応用：がんの悪性度評価、アルツハイマー病の早期発見、セラノスティクスへの応用
- 研究助成：JSPS科研費 JP22H05022、JP22H05021、JP23H00278
- 留意点：現段階は多孔質物質を用いた原理検証であり、臨床応用の段階ではない
参考文献