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

• 研究課題/領域番号: 26249057
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 計測工学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 平田 拓 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (60250958)
• 研究分担者: 安井 博宣 北海道大学, アイソトープ総合センター, 准教授 (10570228)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 41,080千円 (直接経費: 31,600千円、間接経費: 9,480千円); 2017年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円); 2016年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円); 2015年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円); 2014年度: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円)
• キーワード: 電子スピン共鳴 / 酸素分圧 / pH / 腫瘍 / イメージング / 酸素 / 計測工学 / 癌 / 分析科学 / 放射線 / 可視化 / 電子常磁性共鳴 / 電子スピン共鳴イメージング / 画像再構成 / 緩和時間

研究成果の概要

腫瘍内の酸素分圧およびpHを可視化する連続波電子スピン共鳴（CW-ESR）イメージング法を開発した。酸素分圧やpHを可視化するために、３次元空間の各点においてESRスペクトル情報を得る高速４次元スペクトル空間イメージング法を開発した。酸素分圧イメージングでは酸素感受性スピンプローブの緩和時間T2*を、pHイメージングではpH感受性スピンプローブのESRスペクトルを取得し、それぞれの情報から酸素分圧とpHを推定した。計測手法の評価のため、水溶液の模擬試料および腫瘍モデルマウスによる酸素分圧およびpHの可視化実験を行った。

研究成果

• [国際共同研究] West Virginia University(米国)
• [国際共同研究] Novosibirsk Inst. of Organic Chemistry(ロシア連邦)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] Novosibirsk Inst. Organic Chemistry(ロシア連邦)
• [国際共同研究] West Virginia University/School of Medicine/Department of Biochemistry(米国)
• [雑誌論文] Impact of the characteristic impedance of coaxial lines on the sensitivity of a 750-MHz electronically tunable EPR resonator (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Nakaoka, D. A. Komarov, S. Matsumoto, H. Hirata
  • 雑誌名: Applied Magnetic Resonance 巻: 印刷中 号: 8 ページ: 853-867
  • DOI: 10.1007/s00723-018-1001-6
  • NAID: 120006709282
  • 査読あり
• [雑誌論文] A 750-MHz electronically tunable resonator using microstrip line couplers for electron paramagnetic resonance imaging of a mouse tumor-bearing leg (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Amida, R. Nakaoka, D. A. Komarov, K. Yamamoto, O. Inanami, S. Matsumoto, H. Hirata
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Biomedical Engineering 巻: 65 ページ: 1124-1132
  • DOI: 10.1109/tbme.2017.2743232
  • NAID: 120006466513
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast backprojection-based reconstruction of spectral-spatial EPR images from projections with the constant sweep of a magnetic field (2017)
  • 著者名/発表者名: D. A. Komarov, H. Hirata
  • 雑誌名: Journal of Magnetic Resonance 巻: 281 ページ: 44-50
  • DOI: 10.1016/j.jmr.2017.05.005
  • NAID: 120006709274
  • 査読あり
• [雑誌論文] Feasibility of in vivo three-dimensional T2* mapping using dicarboxy-PROXYL and CW-EPR-based single-point imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Kubota, D. A. Komarov, H. Yasui, S. Matsumoto, O. Inanami, I. A. Kirilyuk, V. V. Khramtsov, and H. Hirata
  • 雑誌名: Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine 巻: 印刷中 号: 3 ページ: 291-298
  • DOI: 10.1007/s10334-016-0606-8
  • NAID: 120006470969
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Passive decoupling due to low Q-factors of four-channel coils in 300-MHz pulsed EPR imaging (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Enomoto, K. Saito, S. Subramanian, M. C. Krishna, H. Hirata, and N. Devasahayam
  • 雑誌名: Applied Magnetic Resonance 巻: - 号: 6 ページ: 671-683
  • DOI: 10.1007/s00723-015-0671-6
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Three-dimensional oxygen mapping using a pair of isotopic nitroxyl radicals and CW-EPR-based single-point imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Kubota, D. A. Komarov, S. Matsumoto, K. Yamamoto, H. Yasui, O. Inanami, I. A. Kirilyuk, V. V. Khramtsov, H. Hirata
  • 学会等名: EPR 2017: International Conference on Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy and Imaging of Biological Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fast backprojection-based reconstruction of spectral-spatial EPR images from projections with the constant sweep of a magnetic field (2017)
  • 著者名/発表者名: D. A. Komarov, H. Hirata
  • 学会等名: EPR 2017: International Conference on Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy and Imaging of Biological Systems
  • 国際学会
• [学会発表] 窒素同位体標識ニトロキシルラジカルによる腫瘍モデルマウスの酸素分圧イメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 久保田晴江, 安井博宣, 松元慎吾, 稲波修, Igor A. Kirilyuk, Valery V. Khramtsov, 平田拓
  • 学会等名: 第56回電子スピンサイエンス学会年会
• [学会発表] 電子常磁性共鳴分光による腫瘍組織のpHマッピング法の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 市川裕貴, Denis A. Komarov, 山本久美子, 稲波修, 松元慎吾, 平田拓
  • 学会等名: 第56回電子スピンサイエンス学会年会
• [学会発表] 腫瘍モデルマウス用750MHzチューナブル共振器の最適設計 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中岡梨々子, 平田拓
  • 学会等名: 第56回電子スピンサイエンス学会年会
• [学会発表] マイクロ波シミュレーションによる750 MHz EPR共振器の磁場発生効率の最適化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 編田竜也, 松元慎吾, 平田拓
  • 学会等名: 第55回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 大阪市立大学
  • 年月日: 2016-11-10
• [学会発表] 高速EPRシングル・ポイント・イメージング法における部分k空間データ取得の緩和時間T2*マッピングへの影響評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 長谷川昴平, 松元慎吾, 平田拓
  • 学会等名: 第55回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 大阪市立大学
  • 年月日: 2016-11-10
• [学会発表] EPR分光によるpH推定アルゴリズムの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 市川裕貴, 平田拓
  • 学会等名: 第55回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 大阪市立大学
  • 年月日: 2016-11-10
• [学会発表] CW-EPR法による酸素分圧及びプローブ濃度定量化計測の実現可能性検証 (2016)
  • 著者名/発表者名: 安田雄介, 久保田晴江, 松元慎吾, 平田拓
  • 学会等名: 第54回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟コンベンションセンター）
  • 年月日: 2016-11-02
• [学会発表] 部分k空間データ取得による高速EPRシングル・ポイント・イメージング法の実験 (2016)
  • 著者名/発表者名: 長谷川昴平, 松元慎吾, 平田拓
  • 学会等名: 第54回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟コンベンションセンター）
  • 年月日: 2016-11-02
• [学会発表] マイクロストリップラインの結合を利用して共振周波数の調整を行う750MHz EPR共振器の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 編田竜也, 平田拓
  • 学会等名: 第54回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟コンベンションセンター）
  • 年月日: 2016-11-02
• [学会発表] 酸素感受性同位体ニトロキシルラジカルの特性評価実験 (2016)
  • 著者名/発表者名: 久保田晴江, 安井博宣, 松元慎吾, 三宅祐輔, 稲波修, I. A. Kirilyuk, V. V. Khramtsov, 平田拓
  • 学会等名: 第54回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟コンベンションセンター）
  • 年月日: 2016-11-02
• [学会発表] CW-EPR-based oxygen mapping technique using a pair of isotopic nitroxyl radicals (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Kubota, H. Yasui, S. Matsumoto, O. Inanami, I. A. Kirilyuk, V. V. Khramtsov, H. Hirata
  • 学会等名: Xth International Workshop on EPR in Biology and Medicine
  • 発表場所: Krakow, Poland
  • 年月日: 2016-10-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of a CW-EPR-based oxygen-mapping technique using a pair of isotopic nitroxyl radicals (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Hirata, H. Kubota, H. Yasui, S. Matsumoto, O. Inanami, I. A. Kirilyuk, and V. V. Khramtsov
  • 学会等名: Asia-Pacific EPR/ESR Symposium 2016
  • 発表場所: Irkutsk, Russia
  • 年月日: 2016-08-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Feasibility study of a CW-EPR-based oxygen mapping technique using a pair of isotopic nitroxyl radicals (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Hirata, H. Kubota, H. Yasui, S. Matsumoto, O. Inanami, I. A. Kirilyuk, and V. V. Khramtsov
  • 学会等名: 58th Annual Rocky Mountain Conference on Magnetic Resonance (39th International EPR Symposium)
  • 発表場所: Breckenridge, Colorado, USA
  • 年月日: 2016-07-17
  • 国際学会
• [学会発表] Characteristics of 14N- and 15N-labeled dicarboxy-PROXYLs as oxygen-sensitive probes for CW-EPR-based single-point imaging (SPI) (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Kubota, H. Yasui, S. Matsumoto, O. Inanami, I. A. Kirilyuk, V. V. Khramtsov, and H. Hirata
  • 学会等名: 58th Annual Rocky Mountain Conference on Magnetic Resonance (39th International EPR Symposium)
  • 発表場所: Breckenridge, Colorado, USA
  • 年月日: 2016-07-17
  • 国際学会
• [学会発表] Simulation of RF magnetic fields in crossed loop resonators for 300 MHz pulsed EPR (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ishii and H. Hirata
  • 学会等名: Joint Conference of 9th Asia-Pacific EPR/ESR Symposium, 1st International EPR (ESR) Society Symposium, and 53rd SEST Annual Meeting (APES-IES-SEST 2014)
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 年月日: 2014-11-12 – 2014-11-16
• [学会発表] Artifact suppression in electron paramagnetic resonance imaging of 14N- and 15N-labeled nitroxyl radicals with asymmetric absorption spectra (2014)
  • 著者名/発表者名: W. Takahashi, Y. Miyake, and H. Hirata
  • 学会等名: Joint Conference of 9th Asia-Pacific EPR/ESR Symposium, 1st International EPR (ESR) Society Symposium, and 53rd SEST Annual Meeting (APES-IES-SEST 2014)
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 年月日: 2014-11-12 – 2014-11-16
• [学会発表] Electron paramagnetic resonance spectroscopy for in vivo measurement of tumour extracellular pH- the effect of X-ray irradiation (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Goodwin, K. Yachi, M. Nagane, H. Yasui, Y. Miyake, O. Inanami, A. Bobko, V. Khramstov, H. Hirata
  • 学会等名: Joint Annual Meeting ISMRM-ESMRMB 2014
  • 発表場所: Milan, Italy
  • 年月日: 2014-05-10 – 2014-05-16