2017 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
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15H04770
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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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)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| 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 / ガンマ線 / 動物実験 / 2核種同時イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
陽電子放射断層撮影法（PET）は、陽電子放出核種をプローブとして生体内のプローブ分布を非侵襲的に可視化する手法である。PETはプローブから放出された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いるが、この消滅ガンマ線のエネルギーは、陽電子放出核の核種が異なっても常に一定であるため、核種を識別することはできず、通常単一のプローブによるイメージングに用いられる。しかし、解像度、定量性の高い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可能となれば、基礎研究から臨床利用において広く有用であると考えられる。そこで、本研究では、複数のプローブを同時イメージング可能なPET、「複数プローブPET」を開発している。開発中の装置は、通常のPETで計測する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も同時計測し、脱励起ガンマ線検出の有無（もしくはエネルギー情報）により核種を同定するものである。平成28年度までに、小動物用PET装置に脱励起ガンマ線用検出器を追加したプロトタイプ装置の構築し、この装置を用いた2核種同時イメージグにより原理実証を終えている。平成29年度は、より実用的な画像を得るために、「複数プローブPET」に特化した画像再構成法の開発を行った。また、陽電子と脱励起ガンマ線を放出する「複数プローブPET」核種、Sc-44mの製造、精製法を確立し、このプローブを用いたファントム実験に成功した。さらに、Sc-44mの半減期が58.6時間であることを利用し、10日間(4半減期分)の連続測定データを基に検出器感度の補正を行い、検出器応答の放射能依存性を精密に調べた。この測定結果を、開発した「複数プローブPET」に特化した画像再構成に取り込むことで、定量性の高い画像が得られた。
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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
現在までに、「複数プローブPET」のプロトタイプ装置を開発し、いくつかのテスト撮像を行った。開発したプロトタイプ装置は、小動物用のPET装置に脱励起ガンマ線用検出器を追加したものである。使用したPET装置は、ピクセル化したGSO シンチレーターをリング状に並べたもので直径95 mm、長さ37.5 mmの撮像エリアを持ち、8台のBGOシンチレーターによる脱励起ガンマ線用検出器が追加されている。この装置を用いて、2核種同時イメージング実験を行った。実験には、陽電子放出核F-18と、陽電子に続けて脱励起ガンマ線を放出するNa-22を使用し、ロッド形状のファントムによる2核種同時イメージング実験を経た後、マウスを用いた実験を行った。F-18-FDGを尾静脈注射し、Na-22を経口投与したマウスを30分間撮像した結果、各プローブの分布を画像化することに成功した。これらの結果により「複数プローブPET」の基本原理が実証された。「複数プローブPET」の有用性をさらに拡げるために、プローブ核種としてSc-44mを導入した。Sc-44mはNa-22と同じく、陽電子に続けて脱励起ガンマ線を放出する核種である（88%の確率でSc-44の基底状態に遷移し、Sc-44は陽電子に続けて脱励起ガンマ線を放出）。この核種を、理研仁科加速器科学研究センターのサイクロトロン加速器により製造し、精製方法を確立した。精製したSc-44mを使用して、F-18との2核種同時ファントム撮像を行い、それぞれの核種の画像化に成功した。さらに、Sc-44mの半減期58.6時間による放射能減衰を利用し、10日間の連続測定データから検出器の感度補正を行い、検出器応答の放射能依存性を精密に調べた。この測定結果を画像再構成に取り込むことで検出器の計数率を考慮した画像再構成法を開発し、定量性の高い画像が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに、ファントム実験および動物実験により「複数プローブPET」の原理の実証を終えた。さらに、「複数プローブPET」に特化した画像再構成方法を開発したことにより、精度の高い複数プローブ画像が得られるようになった。また、「複数プローブPET」に有用な放射性核種としてSc-44mの製造、精製方法を確立し供給体制を整えた。そこで今後は、「複数プローブPET」に特化したアプリケーションの開発を進める。Na-22と比較して薬剤の標識がし易く、半減期が臨床応用に適することからSc-44mを「複数プローブPET」核種として導入したが、まず初めにSc-44mを単体で動物に投与した際の分布を調べる。先行研究により単体のScは骨に集積することが知られているが、実際にSc-44mを単体でマウスに投与し動態を「複数プローブPET」により追跡することで、装置のSc-44mに対するイメージング性能を調べる。また、単体のSc-44mとF-18-FDGをマウスに同時投与して2核種同時イメージングを行い、複数プローブ撮像の実用的な性能評価を行い、画像再構成法の開発等にフィードバックをかける。Sc-44m単体のイメージング実験を終えた後、Sc-44mで標識した薬剤をプローブとした「複数プローブPET」用アプリケーションの開発を進める。開発初期の具体的なアプリケーションとしては、がんに特異的に集積する抗体をSc-44mで標識した薬剤と既存のがん診断プローブ(F-18-FDG等)の同時イメージングによる新旧プローブの直接比較を考えているが、その他のアプリケーションについても随時発案、開発を進める。また、Sc-44はTi-44（半減期59.1年）を親核としてジェネレータの製造が可能であることから、Sc-44使用の利便性を高めるために、ジェネレータ製造を進める。
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