2018 Fiscal Year Research-status Report
Analysis of Pharmaceutical Characteristics of Iodinated Contrast Media and Evaluation of Enhanced X-ray Images
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18K12129
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
今井 國治 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 教授 (20335053)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤井 啓輔 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 講師 (40469937)
池田 充 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 教授 (50184437)
川浦 稚代 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 講師 (60324422)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 造影剤 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請研究では、脳血管DSA検査を対象に、被ばく線量増幅効果を含む造影剤の副作用、造影剤の効能である造影能、DSA画像の画質の3要因ついて詳細な検討を行い、至適条件確立のための基礎情報を与えることを主たる目的としている。この目的を達成するため、本年度は以下の項目について検討した。
(1)造影能の理論式の実証、(2)造影剤による被ばく線量増幅効果のシミュレーション
まず、項目1についてであるが、以前、申請代表者は、X線光子と造影剤との相互作用をもとに造影能の理論式を構築した。この理論式によると、造影能はヨード含有量と造影剤の分子構造に依存することになる。そこで、この理論式の妥当性を検証するため、現在市販されているすべての造影剤を対象に、理論値と実測値との比較検討を行った。その結果、両者の間には、非常に良い直線性が存在し、高い精度で一致した。（傾き：0.98、相関係数：0.94）さらに、ヨード含有量一定の下でも、理論値は実測値とよく一致した。これは、造影能が造影剤の分子構造に依存することを意味しており、ヨード含有量だけで造影能が支配されると言う従来の定説を覆す結果となった。以上の結果から、申請代表者が構築した理論式には妥当性があり、造影剤の造影能は、ヨード含有量だけでなく、造影剤の分子構造にも依存することが示された。
次に項目2についてであるが、この検討では、コンパートメントモデルに基づく薬物動態解析とモンテカルロシミュレーションによる被ばく線量解析を結合する形式で実施した。主要血管相では、血管内の造影剤量に比例して被ばく線量が直線的に増大した。しかし、毛細血管相では、造影剤の総量に変化がなくても、被ばく線量に違いが認められた。これは、造影剤の拡散に伴う衝突断面積の変化と深く関連していると示唆した。なお、この成果は愛知県診療放射線技師会においても高く評価され、招待講演として発表した。
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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
本年度は、DSA検査専用脳血管ファントムを作成が主な課題であり、ファントムの脳実質に用いる材質や脳血管の構造に関する詳細な調査を行った。その結果、脳実質部分には、シリコン樹脂を用いることにし、脳血管の構造も、来年度以降に実施する被ばく線量測定や画質評価、さらに臨床的な意義を考慮に入れ、ウィリス動脈輪を作成することにした。この検討をもとにファントム図面を作成し、現在、ファントム作成に取り掛かっている。申請時では、平成30年12月完成を目標としていたが、血管内における被ばく線量をどのように行うかと言った議論で時間を費やしてしまい、ファントム図面が完成したのは、平成30年度末となってしまった。ファントム作成期間は、2ヶ月程度を見込んでおり、平成31年度初頭には完成する予定である。そのため、被ばく線量測定は令和元年5月以降となり、当初予定より、2ヶ月遅れになる。一方、被ばく線量のシミュレーションに関しては、研究計画通り進んでいる。また、計画当初では予想していなかった結果、つまり血管内の造影剤量が同じであるにも関わらず、被ばく線量に違いが認められると言う結果については、新たな知見であり、臨床的に有益な結果であると思われる。さらに、被ばく線量と薬物動態特性の間には、高い相関性が認められたことを考慮に入れると、造影剤の種類によって被ばく線量に違いが現れるのではないかと予想できる。これについては、来年度以降の課題としたい。以上のことから、被ばく線量の実測については、若干実施時期が遅れているが、シミュレーションについては、順調に進んでいると言える。その他検討については、検討開始年度を繰り上げる等の予定変更を行い、造影能の理論式の検証で代表されるように良好な結果も出ている。さらに、造影剤の量子化学的薬剤解析についても順調に進んでいる。
以上のことから、本申請研究は概ね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度の研究計画は以下の通りである。
(1)脳血管ファントムを用いた被ばく線量測定、(2)量子化学的解析に基づく造影剤の薬剤特性の検討と副作用との関係
まず、項目1についてであるが、「現在までの進捗状況」で述べたように、脳血管ファントムは令和元年5月に完成する予定であり、このファントムを用いて被ばく線量評価を行う。具体的な検討方法として、市販されている造影剤を脳血管内に注入し、その量と被ばく線量との関係を求める。次に、コンパートメントモデルで推定した脳血管内の造影剤量とモンテカルロシミュレーションで算出したエネルギ損失量との関係を求め、被ばく線量との相関を求める。平成30年度で行ったモンテカルロシミュレーションで、造影剤存在下での二次電子放出現象が確認できているため、エネルギ損失量に対するX線光子と二次電子の寄与率が算定できる。したがって、二次電子による被ばく線量は、血管内における被ばく線量の実測値との関係から推定でき、この二次電子による被ばく線量増幅効果が、造影剤の種類によって、どのように変わるかを検討する。おそらく、造影剤によって薬物動態特性が異なることを考慮に入れると、造影剤の種類によって被ばく線量が異なるのではないかと推測できる。
次に項目2についてであるが、この検討は初年度から開始しており、計算時間等を考慮に入れると、モノマー型造影剤については、計画していた計算が平成31年4月頃に終了する予定である。この計算結果をもとに、造影剤の薬剤特性である水溶性、粘性、浸透圧、タンパク結合について検討する。その検討方法としては、造影剤分子の静電的特性に主眼をおいた検討を行う。おそらく、水溶性については、造影剤分子の電気双極子モーメント、それ以外の特性については、分子間力が密接に関連すると推測でき、これらの静電的特性の関与については、文献等で公表されている実測値をもとに比較検討する。
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| Causes of Carryover |
現在までの進捗状況」の部分で述べたように、前年度の主な課題は、DSA検査専用脳血管ファントムの作成であり、ファントムの脳実質に用いる材質や脳血管の構造に関する詳細な調査を行った。その結果、脳実質部分には、シリコン樹脂を用いることにし、脳血管の構造も、来年度以降に実施する被ばく線量測定や画質評価、さらに臨床的な意義を考慮に入れ、ウィリス動脈輪を作成することにした。この検討をもとにファントム図面を作成し、現在、ファントム作成に取り掛かっている。申請時では、平成30年12月完成を目標としていたが、血管内における被ばく線量をどのように行うかと言った議論で時間を費やしてしまい、ファントム図面が完成したのは、平成30年度末になってしまった。そのため、ファントムの作成・購入も遅れてしまい、矢無負えなく、ファントム購入費を次年度にまわした。これが、「次年度使用額が生じた理由」である。次年度では、作成したファントムを用いて、血管内における被ばく線量の実測を行い、コンパートメントモデルに基づく非イオン性ヨード造影剤の薬物動態解析と被ばく線量のシミュレーションとを合わせて、造影剤による被ばく線量増強効果について詳細な検討を行う予定である。この検討で用いる非イオン性ヨード造影剤は、現在市販されている全ての造影剤と考えており、造影剤の動態特性が、被ばく線量増幅効果に大きく関与するのではないかと推測している。
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