2016 Fiscal Year Annual Research Report
脱励起ガンマ線計測による複数プローブ同時イメージング陽電子断層撮影法の開発
| Project/Area Number |
15H04770
|
|---|
| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
|---|
Principal Investigator |
福地 知則 国立研究開発法人理化学研究所, ライフサイエンス技術基盤研究センター, 研究員 (40376546)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 核医学イメージング / 陽電子放射断層撮影 / PET / 放射線 / 陽電子 / 複数プローブ / 動物実験 / 2核種同時イメージング |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
陽電子放射断層撮影法（Positron Emission Tomography: PET）は、放射性核種によるプローブの生体深部における分布を、非侵襲的に可視化することができるイメージング手法である。しかし、PETは陽電子が電子と対消滅する際に生じる２本の消滅ガンマ線の同時計測を基本原理としており、この消滅ガンマ線のエネルギーが放射性核種の種類が異なっても常に511 keVとなるため、放射線同位体の核種を同定することはできない。従って、複数のプローブを同時に使用しても、それらを区別してイメージングすることはできない。もし、PETにより複数のプローブを同時にイメージングすることができれば、臨床においては複数の疾患を同時に診断することが可能となり、また、ライフサイエンスの基礎研究や創薬においても、精度の高い情報を得ることができる様になる。そこで本研究では、PETによる複数プローブの同時イメージングを実現するために、新原理のPET装置の開発を進めた。開発したPET装置では、通常のPETイメージングで計測する陽電子の消滅ガンマ線対の同時計測に加えて、陽電子の直後に放出される脱励起ガンマ線の同時計測も行い、脱励起ガンマ線検出の有無（もしくはエネルギー情報）により放射性同位体の種類を同定する。今年度、小動物用のPET装置に脱励起ガンマ線用の検出器を追加したプトロタイプ装置により、マウスを使った2核種同時イメージング実験を行い、脱励起ガンマ線放出核種のみの画像を抜き出すことに成功した。また、今回収集したデータを複数プローブ同時イメージングPETに特化した画像再構成法の開発を進め、より実用的な装置にするたの基礎データとする。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
現在までに、複数プローブ同時イメージングPETのプロトタイプ装置を構築した。プロトタイプ装置は、名古屋大学で開発された小動物用のPET装置（Open-close PET）をベースとして、これに脱励起ガンマ線用の検出器を追加したものである。Open-close PETは、ピクセル化したGSO検出器をリング状に並べたもので、直径95 mm、長さ37.5 mmの撮像エリアを持つ。プロトタイプ装置は、このPET装置に、脱励起ガンマ線検出用として、サイズ50×50×30 mmのBGO検出器を8台追加したものである。また、信号処理系も、PETによる消滅ガンマ線対の2重計測と、それに追加検出器を加えた3重同時計測を並行して行える様に改造されている。プロトタイプ装置により、点線源および、ロッド状ファントムの2核種同時イメージング実験を行った。その結果、開発のベースとしたOpen-close PETが本来持つ分解能・定量性で、2核種の同時イメージングが可能であることが分かった。これらのファントム実験には、陽電子のみを放出する核種としてF-18を、陽電子に続けて脱励起ガンマ線を放出する核種としてNa-22（1275 keVのガンマ線を陽電子に続けて99.9%の確率で放出）を使用した。さらに、プロトタイプ装置の実効的な性能を確かめるために、マウスによる2核種同時イメージング実験を行った。8週齢のオスの通常マウスに、F-18-FDGを尾静脈注射した後、(Na-22)Cl溶液を経口投与し、麻酔下で30分間の全身撮像を行った。その結果、脱励起ガンマ線の検出を伴うイベントデータから再構成した画像において、Na-22のみの分布が抜き出せており、この分布（胃、および食道）および、F-18-FDGの分布（脳、心臓、腎臓、および膀胱）は、生理学的にみても妥当な分布であった。したがって、この実験により動物イメージングにおいても、プロトタイプ装置が有用ることが確かめられた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今年度、複数プローブ同時イメージングPET装置の基本性能が、動物実験により実証された事により、今後は、より実用的な装置をつくるための開発を進める。まず始めに、複数プローブ同時イメージングに特化した画像再構成法の開発を進める。現在使用している画像再構成法は、所得したイベントデータを、脱励起ガンマ線の検出を伴うものと伴わないものに分け、それぞれのイベントデータ群を通常のPETと同様の再構成法により画像化している。脱励起ガンマ線の検出を伴うイベントデータからは、脱励起ガンマ線を放出する核種のみの分布を得ることができるが、追加検出器によりすべての脱励起ガンマ線を検出できるわけではないので、脱励起ガンマ線検出を伴わないイベントデータから再構成された画像には、陽電子のみを放出する核種と、陽電子に続けて脱励起ガンマ線を放出する核種の両方の分布が反映される。そこで、陽電子のみを放出する核種の単離画像を得るために、2重同時計測と3重同時計測イベントのデータの差し引を組み込んだ画像再構成法を開発する。また、これまでの実験では、陽電子に続けて脱励起ガンマ線を放出する核種として、Na-22のみを使用して来たが、今後、他の核種を用いたイメージング実験も行う。具体的には、平成29年度に、学術研究支援基盤形成「短寿命RI供給プラットフォーム」によりSc-44m（1157 keVの脱励起ガンマ線100%の確率で陽電子に続けて放出）の供給を受ける予定であり、この核種を用いたイメージング実験を進める。
|
