2014 Fiscal Year Annual Research Report
定量的がん研究のためのマルチパラメータ電子スピン共鳴イメージング法に関する研究
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26249057
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
平田 拓 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (60250958)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安井 博宣 北海道大学, (連合)獣医学研究科, 助教 (10570228)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 酸素 / pH / 電子スピン共鳴イメージング / 腫瘍 / 画像再構成 / 緩和時間 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高速な磁場掃引が可能な連続波電子ピン共鳴イメージング装置を用いて、実用的な計測時間で電子スピンの緩和時間を可視化するSPI法を実装した。具体的には以下の項目を実現した。(1)SPI法に適した磁場勾配シーケンスを作成した。(2)SPI法によるプロジェクションデータから画像及び緩和時間T2*マップを作成する計算コードを開発した。酸素感受性スピンプローブの濃度に応じて緩和時間T2*の変化を計測可能であることを確認した。これまでに、64 x 64 x 64 のボクセルにより構成される三次元空間において、緩和時間T2*の空間マップの作成を実現した。この可視化では、三軸方向の磁場勾配を、15 x 15 x 15 に均等に変化させ、3375個のプロジェクションデータを取得し、SPI法の手法により画像再構成を行った。さらに、Field-of-Viewの調整を行い、緩和時間のマップを作成した。予備的な実験において、使用した酸素感受性スピンプローブでは、90 nsから180 ns程度の緩和時間を示すことが分かった。
電子スピン共鳴イメージング法を用いてpHを可視化する手法の開発も実施した。pH感受性のあるスピンプローブを用いて、超微細構造定数の変化を可視化する画像再構成法のコードを開発した。一次元の数値ファントム実験では超微細構造定数の変化を再構成することが可能であったが、二次元の画像再構成においては収束の問題があり、引続き検討が必要な状態である。
また、後肢に腫瘍をもつ腫瘍モデルマウスを作製し、酸素感受性プローブの予備的な特性評価を行った。その結果、信号の半減期は約35分であった。この予備的な結果から、酸素感受性スピンプローブは比較的な長い半減期を有し、今後の実験にとって好都合であることが示唆された。
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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
酸素イメージングの中心的な情報である電子スピンの緩和時間T2*を安定に可視化することができるようになり、今後の進展の足がかりを作った。そのため、１年目の達成度としては概ね順調に進展していると判断した。緩和時間T2*のマップを三次元で作成できるため、残されている課題を解決すれば、マウスの腫瘍モデルに適用可能なイメージングシステムが開発される。
pHイメージングについては、画像再構成法の再検討と、計算コードの実装が必要であり、引続き検討を行う。研究計画では、２年目にも引続き画像化法の開発を行う予定となっているため、概ね予定通りの進行状況と言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
酸素イメージングについては、酸素感受性スピンプローブの酸素感受性及び濃度依存性を明らかにし、二つの要因による緩和時間の変化を分離する計算法を開発する。そのことにより、酸素とプローブ濃度の両方を定量的に可視化することが可能となる。pHイメージングについては、スペクトル情報を表す数理モデルを検討し、pHに関する二次元イメージングが可能な画像再構成法を実現する。この計算では、プロジェクションデータに対応した一次元のpH推定モデルと、二次元及び三次元のpHイメージングを可能にする画像再構成コードを開発する。酸素及びpHの画像再構成を実現し、定量性の評価を行う。
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