PET及び関連する研究

研究事業

医療機器の研究開発

PET(Positron Emission Tomography、陽電子放出断層撮影)は、体内の臓器・組織の糖代謝や血流、酸素代謝、受容体、酵素活性といった機能を測定し、画像として映し出す方法です。ポジトロンという放射線を出す放射性原子を薬に結合させた「放射性薬剤」を静脈から投与し、薬剤が体内に行き渡った時点で、それが出す放射線を体外からPETカメラでとらえます。これによって放射性薬剤の分布(各組織がこの薬剤をどの程度取り込んでいるか)が明らかになり、この情報から、臓器・組織のさまざまな機能を画像化し測定することができます。

がんは糖代謝が盛んなので、ブドウ糖類似物質に放射能を結合させたFDG(¹⁸F-fluorodeoxyglucose)という放射性薬剤を注射すると、がんに多く取り込まれ、がんの有無や広がりを描出することができます。このほか、PETを用いると、脳や心臓の機能状態などについても知ることができます。先端医療センターでは、PETを用いてがんや脳疾患・心疾患の診断を行っています。

(1)PET/CT融合画像診断法(バーチャルPET/CT)の開発と実用化

FDGを注射した後PETカメラで撮影すると、がんの存在を発見することができますが、PET画像だけでは臓器・組織の形態がわかりにくく、どこにがんがあるかを診断するのが困難なことがあります。そこで、形態の画像化に優れるX線CTと組み合わせて、PET画像とCT画像を重ね合わせた融合画像を作成すれば、容易に患部の正確な位置を特定でき、診断精度が上がります。そのためには、PETとCTを同じ位置で撮影する必要がありますが、2種の撮影をするために患者さんが部屋を移動すると、一般には同じ位置で撮影することが困難です。そこで、先端医療センターでは、PETとCTをそれぞれの装置で別々に撮影し、さまざまなテクニックを駆使することによって(*)、コンピュータ上で両画像を重ね合わせる方法を開発し、診断に活用しています。(*Nakamoto Y. et al. AJR. 2005 Jun;184(6):1960-6.) 　なお、PETカメラとX線CTを連結した「PET/CT装置」もありますが、わが国ではまだあまり普及していません。

[PET+CT融合画像]
	<図の説明> 50歳代の男性。直腸がんの手術と放射線治療後、再発の有無をチェックするために検査を行った。膀胱の高さの横断画像で、PET、X線CT、およびPET+CT融合画像を示す。 PETでは、FDGが膀胱に集まるので膀胱が描出されているが、膀胱の後ろのFDG集積が腫瘍の再発か膀胱の一部か、判断しにくい。一方、X線CTでは、膀胱の後ろに不整形の陰影があるが、腸管と区別しにくく、再発とは断定できない。PETとCTを融合させると、再発であることがわかる。

(2)融合画像作成ソフトウエアの開発

東芝メディカルシステムズ(株)は、融合画像をより簡便に作成するためのソフトウエアを開発しました。先端医療センターでは同社との共同研究によってその臨床的有用性を検討しソフトウエアの改良を行いました。図は60歳代女性の悪性リンパ腫の患者さんです。位置ずれやアーチファクトがなく、容易に融合画像を作成することができ、診断の精度向上と効率化に役立っています。

[60歳代女性の悪性リンパ腫の患者]

(3)医薬品の開発へのPETの活用

PETを用いると医薬品(治療薬)の薬理作用を測定できます。
例えば、アレルギー治療薬でかぜ薬にも含まれる抗ヒスタミン剤は、その副作用として眠くなることがあり、事故防止の点で問題となっています。これは、抗ヒスタミン剤が鼻粘膜のみならず脳に行って、脳のヒスタミン受容体とくっつくためです。製薬会社は、眠くならない抗ヒスタミン剤の開発に努めていますが、眠気をもよおすかどうかは患者様からの聞き取りや心理テストしか方法がありません。そこで、ヒスタミン受容体にくっつく特殊な放射性薬剤をつくり、患者様が抗ヒスタミン剤を服用した後でその放射性薬剤を注射し、PETカメラで脳を撮影します。もし抗ヒスタミン剤が脳のヒスタミン受容体を占拠していれば放射性薬剤が脳に集まらず、逆にもし抗ヒスタミン剤が脳に行っていないならば放射性薬剤が脳に多く集まるので、抗ヒスタミン剤の脳への作用を客観的に調べることができます。(図)　先端医療センターでは、このような方法で、薬の薬理作用の測定や新薬の開発にPETを活用する研究を進めています。

[C-11標識ドキセピンによる同一被験者の脳のPET画像]

<図の説明> 抗ヒスタミン剤投与後、C-11ドキセピンを注射して脳への集まりをPET撮影した画像。C-11ドキセピンは脳のヒスタミン受容体に集まる。従来の抗ヒスタミン剤は脳のヒスタミン受容体を占拠するので、C-11ドキセピンの集まりがわるい。新しい抗ヒスタミン剤は脳に行かず脳のヒスタミン受容体を占拠しないので、C-11ドキセピンがよく集まっている。抗ヒスタミン剤が脳のヒスタミン受容体に集まると、眠気などの副作用が出る。

(4)新規PET薬剤の開発

PETがん検診に用いられているFDGは、ブドウ糖類似物質をフッ素-18(F-18)で標識したもので、糖代謝がさかんなところに集まります。同じように、さまざまな物質をF-18で標識すれば、糖代謝以外のさまざまな面から病巣の性質を調べることができ、新しい臨床的有用性が期待されます。フッ素-18は寿命が短いため、院内で安定的かつ安全に標識する装置が必要となります。2004年に導入した装置を用いることにより、現在はF-18PET薬剤の中で、DNAの原料で細胞分裂が盛んなところに集まるF-18フロロチミジン(FLT)を安定的に供給することができ、臨床使用を開始しました。FDGはがんの診断に有用ですが、炎症にも集まるなど限界があり、FDGを補うものとしてFLTが期待されています。FDG、FLTの他では、低酸素状態に集まるF-18フロロミソニダゾール(FMISO)を検討しています。がんは低酸素状態になると放射線治療が効きにくいと言われており、臨床的有用性が期待されるPET薬剤です。新しいPET薬剤を臨床研究に用いるためには、その有効性や安全性を動物で確認する必要があります。先端医療センターは病院なので動物実験ができませんが、近接するバイオメディカル創造センター(BMA)でオートラジオグラフィーなどの放射性薬剤を使用した動物実験を行うことができます。

[バイオメディカル創造センター(BMA)]

(5)血液放射能連続測定用の放射線検出器の開発と製品化

血液放射能連続測定用の放射線検出器の開発と製品化
脳の血流や酸素代謝の測定では、放射性の酸素ガスなど3種類の放射性ガスを患者様に順に吸入していただいて脳の放射能をPETカメラで撮影しますが、このとき動脈採血して血液中の放射能を測定する必要があります。PETカメラで測定するのは脳の放射能であって、血液中に放射能が多ければ酸素代謝が同じでも脳の放射能が多くなるからです。したがって、脳が1分間に酸素を何cc使っているという単位で測定するためには動脈血液中の放射能を測定する必要がありますが、放射能は時間変動するので、医師が手で採血していたのでは正確は測定ができません。そこで、動脈血放射能を連続的に測定する装置を開発しました。この装置は、フォスウィッチと称する新型の放射線検出器が搭載されていて、血液中の放射能を高い感度と精度で測定することができます。この装置はアポロメック社より製品化されています。

参考文献:
S. Yamamoto, et al. "Development of a phoswich detector for a blood sampling system" IEEE Transactions on Nuclear Science, vol.48, No.4, pp1408-1411, 2001.

[血液放射能連続測定装置]

(6)術中ポジトロンプローブの開発と製品化

手術中にがん、とくにリンパ節転移の場所を正確に探し出すための術中プローブの開発を行っています。PET画像でがんが描出され、X線CTとの重ねあわせによってその位置がわかったとしても、小さい病巣の場合は、手術中にどれなのか見出して判別することが難しい場合があります。そこで、手術前にFDGを注射しておいて、手術中に放射線に反応するプローブをがんと思われる部位に当てながら、がんを探します。手術中にFDGが集まっている場所(がんの位置)が確認できるので、的確でリスクの少ない手術が可能となります。先端医療センターでは、さまざまな種類のプローブを開発して性能を評価し、一部はアポロメック社より製品化に至っています。

参考文献:
S. Yamamoto, et al. "Development of a positron intra-operative detector with background rejection capability." Journal of Nuclear Medicine. Vol.43, No. 5, 60P, 2002.

[ポジトロン術中プローブ]

(7)新型PETカメラの共同開発と性能評価

島津製作所と新型PETカメラ「Eminence G/X」を共同開発し、その1 号機が2004 年に先端医療センターに設置されました。このPETカメラは、2005 年10 月現在、国内外を含め市販されているPETおよびPET/CT装置の中で最も高感度であり1)、短時間かつ低投与量(74 MBq～111 MBq)で全身撮影が可能です。さらに吸収補正による外部被ばく線量も非常に少ないため、がん検診に非常に有効なPETカメラです2)。先端医療センターと島津製作所は共同開発の他に、撮像方法、吸収散乱補正の最適化、すなわち定量性の向上に対しても共同研究を行いました。現在では、そのPET カメラが高性能であると広く認められ、国内のPET 施設で約30 台稼働しています。

参考文献:
1) K. Matsumoto, et al. "Performance Characteristics of a New 3D Continuous Emission and Spiral Transmission High-Sensitivity and High-Resolution PET Camera Using the NEMA NU 2-2001 Standard." J Nucl Med, (in press).
2) K. Shimizu, et al: "Radiation Exposure Caused by Transmission Measurement in Clinical Whole Body PET: Comparison with Four Types of PET Scanners and CT Scanner [abstract]". Eur J Nucl Med Mol Imaging, 2005;32(suppl):S253.

[新しく開発されたPETカメラ(左)と肺がん患者のPET 画像(右)]

	<図の説明> 右肺にFDG が集積している。投与量は67.4 MBq

(8)婦人科がんに対するPETの有用性

婦人科がんは健康保険がききませんが、FDGによるPETが有効であると考えられています。先端医療センターでは中央市民病院婦人科と共同で、婦人科がんに対するPETの有用性を検討しています。図は、3年前に卵巣がんにて手術し、再発チェックのためPETを施行した例で、骨盤内に(矢印) 、CTで連続性に乏しい結節に一致して、PETで異常集積をみとめ、リンパ節転移あるいは播種と考えられます。その後化学療法にてこの結節は縮小しました。この病変はCTではとらえにくく、PETのみでは左尿管との区別が難しく、融合しなければ診断は困難です(二重矢印は膀胱への生理的集積の上端)。われわれの検討では、腫瘍マーカーが上昇して再発が疑われたが通常の画像診断で再発部位がわからない症例の90%以上で、PETとCTの融合画像診断にて再発部位を特定し、治療を行うことができました。