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北大保健科学研究院 北大病院 核医学診療科 加藤千恵 次 PET による病態の定量画像化技 術 PET ( Positron Emission Tomography )とは 体内の陽電子放出核種の分布量を 3次元的、4次元的に算出する 放射能定量測定器 高分解能 (画質が良い) 高感度 定量性に優れている.

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1 北大保健科学研究院 北大病院 核医学診療科 加藤千恵 次 PET による病態の定量画像化技 術 PET ( Positron Emission Tomography )とは 体内の陽電子放出核種の分布量を 3次元的、4次元的に算出する 放射能定量測定器 高分解能 (画質が良い) 高感度 定量性に優れている

2 HO O OH HO OH HO O OH HO 18 F D- Glucose ブドウ糖 18 F-FDG 18 F-FDG ( Fluoro Deoxy Glucose )は、ブドウ糖の 類似物質( analog )で、ブドウ糖と同様に組織に摂取 されるが、代謝されないので組織内に長く停滞し、 脳や病変のブドウ糖定量画像収集に有用な薬剤となる。

3 Normal Aortitis Lung ca. 18 F-FDG PET 腫瘍、炎症のほかに 脳、尿、ときに心筋へ 正常集積を認める。

4 18 F-FDG Brain PET 185MBq 静注1時間後 5 分 撮像

5 FDG-PET の 健康保険適用疾患 平成22年4月から 1. てんかん 2. 虚血性心疾患 3. 悪性腫瘍 (早期胃癌を除 く)

6 エネルギー保存則 電子質量 m e は E = m e C 2 = 0.51 MeV の放射線になる。 (鉛4mmでエネルギー が半減する程度の電磁 波) 運動量保存則 2本の放射線は反対方向 に放出 陽電子消滅 ( annihilation ) 陽電子( positron :電子の反粒子。素粒子の一種)を放 出 する放射性核種の近傍において、陽電子と電子が結合し て 消滅し、1対の 0.51MeV の消滅放射線を反対方向に放 出。

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8 正面と背面のカメラで撮影した像 が異なる理由は、人体がガンマ線 を 吸収、散乱させているため。 体表から深い部位ほど描画が薄い。

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10 PET カメラは、コリメータがないので高感度。 コリメータは小さい孔を多数あけた鉛板。検出感度を下 げる。

11 現在の PET はほとんど3次元(3 D )収集 2次元(2 D )収集と比べ、短時間で良好な画像を収集 できる (全身(頭部~大腿部)を15~20分程度で収集)。 コンプトン散乱線を収集しやすく、定量性の精度が低下 する。

12 PET にも散乱線の影響がある。 2 D 収集よりも3 D 収集の場合で、コンプトン散乱線成 分が 多くなる(約3倍)。

13 従来のカメラでは体内の放射能分布の定量が困 難

14 PET は、 CT 画像で吸収補正を行うので 定量性が良い。

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16 CT 値 ( HU : Hounsfield Unit ) 組織の密度に比例する値 CT 断層像の画素値の基になる値は 体内の 各組織の線減弱係数 μ t だが、 臨床的な理解度を容易にするために μ t に比例した値が CT の画素値に使われる。 CT 値 = 1000 x ( μ t - μ w ) / μ w μ w : 水の X 線吸収係数 (線減弱係数) μ t : 組織の X 線吸収係数 (線減弱係数)

17 空気の CT 値 は -1000 1000 x ( μ air - μ w ) / μ w = -1000 ( HU ) 厳密には空気の線減弱係数 μ air は0ではない が、水や人体組織と比べると極めて小さい値 なので、 CT 値を計算する場合は μ air = 0 とす る。 水の CT 値 は 0 ( 比重1の密度が 0 HU ) 1000 x ( μ w - μ w ) / μ w = 0 ( HU ) 水の2倍の線減弱係数の物質の CT 値は 1000 ( 水の2倍の密度が 1000 HU ) 1000 x ( 2 μ w - μ w ) / μ w = 1000 ( HU )

18 従来の検査で使用する放射性同位元素 の半減時間 99m-Tc6.01 時間 67Ga78.2 時間 ( 3.2 日) 201Tl72.9 時間 (3.0 日)

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20 陽電子放出核種の半減期( half-life )は短いので PET 検査の被曝( exposure )は少ない。 被曝の単位は シーベルト(Sv)(mSv =0. 001Sv) 体重1kg に 1J のエネルギーを受ける被曝が 1Sv。 (1Sv = 1J / kg) 一般的に、100mSv 以下は、無害。 18F-FDG (185MBq) 4 mSv ( 膀胱 20 心臓 10 胎 児 3 ) 11C-Methionine (370MBq) 2 mSv ( 膵、肝 7 ) 15-O-CO2 ( 3000MBq) 2 mSv ( 肺 11 ) CT 7 mSv ~ 10 ~ 血管造影 7 mSv ~ 10 (1 分で皮膚 0.5 ) 胃、消化管造影 3 mSv 単純X線撮影 0. 1 mSv ( 胸部 ) 0. 2 mSv (骨 盤)

21 半減期 Half life T 1/2 NoNo No/2No/2 No/4No/4 T 1/2 2 T 1/2 t N N = N o x (1 /2) 崩壊定数 λ 1秒間に原子核が崩壊する割合 dN/dt = -λ N N = N o e - λ t N o /2 = N o e -λ T 1/2 1/2 = e -λ T 1/2 Log (1/2) = Log ( e -λ T 1/2 ) Log 2 = 0.693 = λ T 1/2 ( t / T 1/2 )

22 11C - メチオニン PET 上咽頭癌 メチオニンは 必須アミノ酸 癌は細胞分裂が 盛んなので、 蛋白質の原料の メチオニンを多く 消費して増大する

23 11C-Methionine PET 上咽頭癌 治療前 SUV = 36.4 放射線治療&化学療法 実施直後 解剖学的には腫瘍の大きさは変化 ないが、 腫瘍の蛋白質合成能低下を確認。 SUV = 17.2 2ヶ月後に腫瘍の消失を確認。 SUV = 0.16 速やかな治療効果判定が可能。

24 SUV ( Standardized Uptake Value) 病変の放射能濃度 ( Bq/ml ) 体内平均放射能濃度 ( Bq/ml ) ( 投与量( Bq ) / 体重 (g) ) = 病変内の放射性薬剤濃度が 体内平均濃度の何倍かを示す 半定量値。

25 人体の比重を 1 g/ml と仮定し、 放射性薬剤が全身に均一に分布する と仮定した濃度を基準にしている。 病変部位の濃度は、関心領域内の 最大画素値を用いる場合が多い。

26 平成26年 診療放射線技師国家試験 解答 2 撮像開始時刻の 11 時 50 分における放射能を計算する。 患者体内の放射能は、 200 x (1/2) = 100 MBq 体内平均濃度は、 100 MBq / 50 kg = 2000 Bq / ml 病変の SUV は、 12000 / 2000 = 6.0 (倍) ( SUV に定量的単位はない。 SUV は半定量値である。)

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28 脳の定量 PET 検査 15 O-CO 2 CBF 正常値 40~50 ml / min / 100g brain 脳血流量定量( CBF: Cerebral Blood Flow ) 。 CO 2 は肺で H 2 O になる。 H 2 O の流入速度は血流 量。 15 O-O 2 OEF 正常値 40~50% 脳酸素摂取率( OEF: Oxygen Extraction Fraction ) 。 脳組織は Viable だが血流が低下すると OEF は上昇する。 15 O-CO CBV 正常値 3~4% 脳血液量定量( CBV: Cerebral Blood Volume ) 。 CO は赤血球に集積する。

29 検査中に動脈採血を連続して行い、 Dynamic PET 画像から全ての画素の時間放射能曲線を求 め、 各画素に対して微分方程式を解いて脳血流画像を算出する ( Compartment model analysis )。

30 15 O - CO2 脳PET 1画素ずつ方程式を解いて脳血流 ( CBF )を計算

31 15 O - O2 脳PET 1画素ずつ脳酸素摂取率( OEF ) を計算

32 18 F - FDG 脳PET 脳のブドウ糖消費量定量画像 若年性アルツハイマー病 左右頭頂葉の変性、糖代謝低下。

33 15 O - H2O 心筋PET 安静状態では心筋血流が正常で も 薬剤負荷をかけると血流が低下する狭心症( angina )などを調べ る。

34 15 O - H2O 心筋PET Rest, Stress MBF (Myocardial Blood Flow) の極座標表示( Polar map )

35 Take home message ホームページ chtgkato.co m で 詳細な核医学機器の原理、 CTの断層画像作成原理、 脳血流など定量解析理論 などを説明したスライド、 画像解析プログラムなど の 説明を載せています。 興味のある人は参照して 下さい。

36 テスト


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