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.

Presentation on theme: "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."— Presentation transcript:

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。

7

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。

9

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。

15

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）

19

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。）

27

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