분자영상 및 방사화학

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  • [Appl Radiat Isot .] Dual-isotope imaging method for Actinium-225 and Bismuth-213 using alpha imaging detector

    [Appl Radiat Isot .] Dual-isotope imaging method for Actinium-225 and Bismuth-213 using alpha imaging detector알파 영상 검출기를 이용한 악티늄-225와 비스무트-213의 이중동위원소 영상화 방법

    KIRAMS / 김종국*

  • 출처
    Appl Radiat Isot .
  • 등재일
    2024 Apr:206:111236.
  • 저널이슈번호
  • 내용

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    Abstract
    Recently, 225Ac has received considerable attention for its use in targeted alpha therapy because it has a relatively long half-life and yields four more alpha-particles from the daughter nuclides. The performance evaluation should separately assess the distribution of 225Ac and 213Bi because daughter nuclides, including 213Bi, can cause renal toxicity, which may hinder the widespread use of 225Ac for targeted alpha therapy. In this study, we describe and validate a spectrum decomposition method for dual-isotope imaging of 225Ac and 213Bi using an alpha imaging detector. We implemented an experiment to demonstrate the feasibility of using the alpha imaging detector to obtain distribution images using therapeutic amounts of 225Ac. In addition, we designed and conducted a Monte Carlo simulation under realistic conditions based on the experimental results to evaluate the spectrum decomposition method for dual-isotope imaging. The alpha imaging detector exhibited a detection efficiency of 18.5% and an energy resolution of 13.4% at 5.5 MeV. In the simulation, the distributions of 225Ac and 213Bi were obtained in each region with a relative error of 5%. The results of this study confirmed the feasibility of the dual-isotope imaging method for discriminating alpha-emitters using small amounts of 225Ac.

     

     

    Fig. Kidney Fusion image of 225Ac and 213Bi generated using the distribution images in Figure 9. In the fusion image, 225Ac and 213Bi are shown in red and green, respectively. Note, the region composed of a mixture of two nuclides is shown in the mixture of the colours

     

    Affiliations

    Jong-Guk Kim 1, Guna Kim 2, Hyun Su Lee 3, Byoungsoo Kim 3, Il-Han Lim 3, Kwangil Kim 3, Kyochul Lee 3
    1Korea Institute of Radiological and Medical Sciences, Seoul, 01812, Republic of Korea. Electronic address: jgkim@kirams.re.kr.
    2Radiation Safety Management Division, Korea Atomic Energy Research Institute, Daejeon, 34057, Republic of Korea.
    3Korea Institute of Radiological and Medical Sciences, Seoul, 01812, Republic of Korea.

  • 키워드
    Actinium-225; Alpha imaging detector; Bismuth-213; Dual-isotope imaging; Targeted alpha therapy.
  • 연구소개
    본 논문에서 Actinium-225를 이용한 알파핵종표적치료(Targeted Alpha Therapy)를 위하여, 표적하는 장기에서의 알파핵종의 분포를 직접 모니터링 가능한 알파선영상검출기를 사용함으로 225Ac 및 213Bi의 이중 동위원소 영상화를 위한 스펙트럼 분해 방법을 설명하고 검증하였다. 여기서 제안한 독창적인 225Ac와 213Bi를 구별하는 접근 방식은 기존에 에너지 스펙트럼에서 감마 또는 알파의 전체 에너지 피크를 기반으로 핵종을 하나씩 구별하는 분광학 방법과 다르다. 독창적인 접근방법은 225Ac와 213Bi를 각각의 묶음과 붕괴 사슬의 자손으로 취급하여, 검출기의 에너지 분해능, 시료 물질 위의 알파입자의 에너지 스트래글링 등 여러 요인에 의해 저하된 에너지 스펙트럼의 특성을 평가함에 있어서 5가지 서로 다른 에너지를 갖는 알파 입자를 스펙트럼에서 구별할 수 없더라도 스펙트럼의 양상이 평형 상태에서 225Ac의 양상을 따르는지 여부를 찾아가는 방법이다. 결합된 이중동위원소의 스펙트럼을 두 개의 기본 함수로 분해하고 둘의 가중치(비율)를 계산하는 분석방법으로 전체 이미지, 기관의 특정 영역 또는 기록된 이벤트 수가 충분한 경우 픽셀 단위로 적용하였다. 붕괴 사슬에서 분리된 213Bi의 분포에 대해 제공된 정보로 알파선 영상검출기를 사용하여 소량의 치료량의 225Ac를 사용하여 분포 영상을 얻는 타당성을 입증하였다. 또한 이중동위원소 영상화를 위한 스펙트럼 분해방법을 평가하기 위해 실험 결과를 바탕으로 현실적인 조건에서 몬테카를로 시뮬레이션을 설계하고 수행하였다. 이 연구결과를 통해 소량의225Ac를 사용할 때 방출되는225Ac와 213Bi의 알파선의 에너지들을 구별함으로 감마선으로 구별이 불가능했던 부분을 해결한 알파선 이중 동위원소 영상화 방법의 타당성을 확인한 논문이다. 또한, 이 방법은 알파핵종 표적치료를 위해 225Ac를 사용할 때 신장 독성을 줄이기 위한 적절한 해결법을 얻는 데 도움과 기여를 할 것으로 생각한다.
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