北大病院 核医学診療科 加藤千恵次
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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 CT ) 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. 18 F-FDG (ブドウ糖の類似物質) Brain PET 6mCi 5 分撮像. 脳はブドウ糖を多量に摂取しているのでFDGで画像化可能. 18 F-FDG は 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。. HO. HO. O. HO. O. HO. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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 CT ) 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
18F-FDG (ブドウ糖の類似物質) Brain PET 6mCi 5 分撮像
脳はブドウ糖を多量に摂取しているのでFDGで画像化可能
HO O
HO
OH
HO
OH
HO O
HO
OH
HO
18F
D-Glucose ブドウ糖
18F-FDG
18F-FDG は 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。
18F-FDG 腫瘍 PET 5m Ci 撮像 30分 肺癌症例
体内のブドウ糖分布図。 癌、転移病変の分布が明瞭。
通常の PET 画像の画素単位
SUVStandardized Uptake Value
各画素の放射能( Bq/ml )を体内全体の平均放射能(放射能投与量 / 体重)
で割った値。
薬剤が正常部位の何倍集積しているかを示す。
エネルギー保存則電子質量はE = me C2
= 0.51 MeV
のガンマ線になる
運動量保存則2本のガンマ線は反対方向に放出
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。
北大病院内のPET 装置(SIEMENS HR+ )
従来のカメラでは体内の放射能分布の定量が困難
PET は、 Transmission 画像で吸収補正を行うので
定量性が良い。
Emission CT : 放射線源が体内にある。
Transmission CT : 放射線源が体外にある。
Detector Detector
DetectorRadiation source
68Ge Transmission image 放射線を吸収する物体の分布像
18F 110 min 18O(p,n) 18F
15O 2.04 min 14N(d,n) 15O, 15N(p,n) 15
O
11C 20.4 min 14N(p,α) 11C
13N 9.97 min 12 C( d,n) 13N, 16O (p,α) 13N
北大病院内のサイクロトロン( CYPRIS HM-18)
サイクロトロンで陽電子放出核種を製造
陽電子放出核種は半減期が短い
陽電子放出核種の半減期は短いのでPET 検査の被曝は少ない
被曝(mSv) 全身 1mSvで、10万人に 1人、癌で死亡。 18-F-FDG (185MBq) 3.5 (膀胱 20 心臓 10 胎児 3)11C-Methionine (370MBq) 2.0 (膵、肝 7 )15-O-CO ( 2000MBq) 1.5 ( 肺 7 )15-O-CO2 ( 3000MBq) 2 ( 肺 11 )15-O-O2 ( 6000MBq) 4 ( 肺 17 )
CT 10 ~ 100 ~ 血管造影 7 ~ 10 (1 分で皮膚 0.5 )胃、消化管造影 3
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
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。
FDG-PET と 治療用CTとの重ね合わせ 舌癌
放射線治療範囲の明瞭化
11C-Methionine on MRI T1
MRI で 検出不能な脳腫瘍を画像化できる。
脳の定量 PET 検査
15O-CO2 脳血流量定量( CBF) 。 CO2 は肺で H2O になる。 H2O の流入速度は血流量。15O-CO 脳血液量定量( CBV) 。 CO は赤血球に集積する。15O-O2
脳酸素摂取率定量( OEF) 。 正常40%。 脳組織は Viableだが血流が低下していると OEF上昇。
18F-FDG
脳ブドウ糖代謝率定量( CMRGlc) 。11C-Flumazenil
ベンゾジアゼピン受容体量定量。(能神経細胞の定量)
定量検査では ダイナミック PET 画像 を撮り、薬剤動態を解析
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。
解析プログラムは、核医学診療科医師が作成
15O - CO2 脳PET 1画素ずつ方程式を解いて脳血流画像を計算
15O -O2 脳PET 脳の酸素消費率を定量 血流低下部位で増加。
脳梗塞には陥っていないが危険な状態 (貧困還流)。
貧困還流症例の T2 MRI
梗塞に陥っていないので、脳皮質に ほとんど異常所見なし。
18F - FDG 脳PET 脳のブドウ糖消費量を定量 若年性アルツハイマー病 左右頭頂葉の変性、糖代謝低下。
若年性アルツハイマー病 左右頭頂葉の変性、糖代謝低下。
ダイナミック脳PET 1画素ずつ方程式を解いて糖代謝画像を計算
左右頭頂葉のK1(血流量に相関する速度定数)は低下していない。同部位の脳血管は正常と判断される。
左右頭頂葉のk3(脳組織が糖を吸い込む速度定数)が低下している。同部位の脳血管は正常だが、脳組織が異常と判断される。
Binding Potential ( BP) ( BP=K3/K4) 受容体結合能の定量化
交通外傷後の高次機能障害の精査、てんかん焦点の検索に有用。
11C-フルマゼニルPET 正常脳神経細胞の分布図
フルマゼニルは、脳神経細胞に特異的に結合する分子
採血データを使わない解析法
心臓の PET 検査
15O-H2O 心筋血流量定量( MBF) 。安静時、 ATP負荷時MBF を測定し、 冠血管血流予備能定量( Coronary Flow Reserve CFR )15O-CO
心腔内血液分布像。15O-O2
心筋酸素摂取率定量( OEF) 。11C-Acetate 心筋酸素摂取率定量。 摂取された酢酸は酸素によって CO2 と H2O に代謝される。18F-FDG
心筋ブドウ糖代謝率定量( MGU) 。
15O-CO, 15O-H2O Myocardial PET
Red: CO (=RBC) Blue: H2O
心筋を16区域に分割して、各区域の心筋血流量を微分方程式を解いて算出する。
15O - H2O ダイナミック心筋PET 心筋血流量を定量
15O - 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病気(狭心症など)を調べる。
PTF
( Perfusable Tissue Fraction )
血液分布が可能な心筋組織量
を定量している。
心筋障害の早期診断に有用
ATP負荷時 局所心筋血流定量画像 労作性狭心症
15 O-CO 心電図同期PET 左室駆出率の算出
11C-CGP を用いた心筋 PET 検査
11C-CGP は、心筋交感神経 β受容体に高い親和性を示す。
局所心筋交感神経 β受容体密度 (Bmax) の定量プログラム
心不全が重症化するほど心筋 β受容体密度が減少する。
心不全の代償機構である交感神経機能亢進が心筋 β受容体のダウンレギュレーション(減少)を起こす病態生理を定量的に測定できる。この PET 検査は、心不全症例に対する β遮断薬療法の効果判定に有効。
心筋の局所関心領域を 3 次元的に自動設定し、局所の放射能曲線からβ受容体量 Bmax を算出。
心筋の局所交感神経 β受容体密度を極座標表示、短軸像との重ね合わせで表示
算出された交感神経 β受容体密度 Bmax は ,
健常者 9.5±2.1 pmol/mL に対し , 心不全患者 5.3±1.7 pmol/mL で , 有意な低値が算出された (p<0.01).
心不全の臨床的重症度と有意な負相関を示した。 NYHA class1 7.8 pmol/mL class2 5.0 class3 4.8 class4 4.0 臨床的に有用な指標と考えられる。
北海道大学で開発した PET検査用ソフトウェア腫瘍診断用ソフトウェア ブドウ糖集積画像( FDGPET)解析ツール 蛋白合成画像(メチオニン PET)解析ツール 放射線治療支援用 PET画像解析ソフトウェア 脳機能解析ソフトウェア 脳血流、脳酸素代謝解析ソフトウェア 脳神経細胞密度解析ソフトウェア 脳ブドウ糖代謝解析ソフトウェア
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