(57)【要約】【課題】生体内での物質の動態についての鮮明な画像をリアルタイムで得る技術を実現する。【解決手段】生体内情報を測定する測定部１；測定部１にて得られた情報を処理して画像情報を生成する制御部２；及び、制御部２から出力された画像情報を表示する表示部３を備えている、生体内情報についての画像化システム１０を提供する。画像化システム１０において、測定部１は、被験体を固定する固定手段；放射性核種を取り込んだ被験体から放出されるβ線を可視光に変換するシンチレータ；及び、該可視光を撮影する撮影手段６を有している。また、β線を放出する放射性核種を取り込んだ被験体から放出されるβ線を、シンチレータを介して可視光に変換する工程；及び、該可視光を撮影する工程を包含する、生体内情報をリアルタイムで画像化するための方法を提供する。【選択図】図１
2008111681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内情報をリアルタイムで画像化する画像化システムであって、
該画像化システムは、
生体内情報を測定する測定部；
該測定部にて得られた情報を処理して画像情報を生成する制御部；及び
該制御部から出力された画像情報を表示する表示部
を備えており、
該測定部は、
被験体を固定する固定手段；
β−線を放出する放射性核種を取り込んだ被験体から放出されるβ−線を可視光に変換するシンチレータ；及び
該可視光を撮影する撮影手段
を有していることを特徴とする画像化システム。
【請求項２】
前記シンチレータが１０〜２００μｍの範囲の厚さを有していることを特徴とする請求項１に記載の画像化システム。
【請求項３】
前記シンチレータが無機シンチレータであることを特徴とする請求項１に記載の画像化システム。
【請求項４】
前記シンチレータが、前記被験体を被覆するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の画像化システム。
【請求項５】
前記放射性核種が、１０〜２０００ＫｅＶのβ−線を放出する核種であることを特徴とする請求項１に記載の画像化システム。
【請求項６】
前記測定部が、前記被験体に取り込ませるための放射性核種を収納するための容器をさらに有していることを特徴とする請求項１に記載の画像化システム。
【請求項７】
前記測定部が、前記容器に収納された放射性核種を前記被験体に導入するための導入管をさらに有していることを特徴とする請求項６に記載の画像化システム。
【請求項８】
前記測定部が遮光されていることを特徴とする請求項１に記載の画像化システム。
【請求項９】
前記画像情報が二次元または三次元の画像情報であることを特徴とする請求項１に記載の画像化システム。
【請求項１０】
前記画像情報の画像解像度が０．１〜３００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の画像化システム。
【請求項１１】
生体内情報を定量的に測定し得ることを特徴とする請求項１に記載の画像化システム。
【請求項１２】
生体内情報をリアルタイムで画像化するための方法であって、
β−線を放出する放射性核種を取り込んだ被験体から放出されるβ−線を、シンチレータを介して可視光に変換する工程； 
該可視光を撮影する工程；
該撮影した可視光の情報を処理して画像情報を生成する工程；及び
該画像情報を表示する工程
を包含することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内情報をリアルタイムで画像化するためのシステム及び方法に関するものであり、より詳細には、特定のシンチレータを用いて、ラジオアイソトープトレーサーを取り込ませた被験体から放出されるβ線をリアルタイムで画像化するためのシステム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、生体内情報を得るために放射線が利用されている。用いられる放射線としては、α線、β線、γ線、Ｘ線などが挙げられる。α線は、ヘリウムの原子核に相当する複合粒子であり、β線は、高速で飛行する電子（β−）または高速で飛行する陽電子（β＋）であるが、一般的には電子（β−）が意図されている。γ線及びＸ線は、ともにエネルギーの高い電磁波であるが、原子核から放出される電磁波をγ線、軌道電子の再配列等により原子から放出される電磁波をＸ線として区別されている。
【０００３】
このような放射線を可視光（例えば、蛍光）に変換する物質をシンチレータ（蛍光体）という。放射線をシンチレータに入射させると、入射した放射線のエネルギーによって、原子及び／又は分子の電子状態が励起状態に変化し、これにより蛍光体において可視領域の電磁波、すなわち蛍光が放出される。シンチレータは、放射線の測定又はＸ線による医療診断の現場でしばしば利用されている。
【０００４】
シンチレータは、無機シンチレータと有機シンチレータとに分けられる。無機シンチレータはγ線に対する発光効率が高く、γ線の計測には、例えば、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）に少量のタリウムを添加したＮａＩシンチレータが、使用されている。
【０００５】
一方、有機シンチレータは、放射能濃度の高い試料の測定に適している。有機シンチレータとしては、アントラセン結晶及びポリスチレン又はポリビニルトルエンなどの有機固体（プラスチックシンチレータ）が挙げられる。プラスチックシンチレータは比重が小さいため、γ線の計測には適さないが、速中性子用検出器として用いられている。また、有機シンチレータは、低エネルギーのβ線を効率よく検出できる液体シンチレータとして、３Ｈ、１４Ｃ等の測定に広く用いられている。
【０００６】
このような放射線は、生体の内部構造を画像化するために、特に医療分野においては診断の際の判断材料として利用されている。診断に用いられる放射線画像としては、Ｘ線写真（レントゲン写真）が知られている。Ｘ線写真は、生体の外部から照射したＸ線が生体を透過する際に、生体内の各組織におけるＸ線の吸収率の差に基づいて生成される透過像をフィルム上に記録したものである。生体内の構造又は組成によりＸ線の吸収率が異なるため、Ｘ線写真では、その差異が影絵となって現れる。
【０００７】
実験室等における放射線の利用法としては、オートラジオグラフィーが挙げられる。生体の外側から放射線を照射してその透過像を画像化するＸ線写真に対して、オートラジオグラフィーは、生体内に取り込ませた放射性核種から放出される放射線を、生体の外側から測定し画像化する技術である。具体的には、オートラジオグラフィーは、トレーサーとして放射性核種を投与した生体からの組織切片をフィルムに密着させ、放出される放射線を露光することにより、トレーサーの移動又は分布を画像化する。オートラジオグラフィー技術は、放射線源の像を直接画像化するため、生体内の情報を正確に読み取ることが可能である。また、上記フィルムより高感度のイメージングプレート（Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｐｌａｔｅ：ＩＰ）もまた開発されている。また、特許文献１には、生体スライス標本を撮影するためのポジトロン（β＋）撮影装置が開示されており、特許文献２には、反射膜を取り付けたプラスチックシンチレータを用いて、培養切片に取り込ませた放射性核種から放出されるβ＋線およびβ＋線が対消滅して生じるγ線を検出する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平９−２９２４６６号公報（平成９年１１月１１日公開）
【特許文献２】特開２００４−２１２２２４号公報（平成１６年７月２９日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、生体内における物質の輸送、シグナル伝達のメカニズム等をより詳細に解析することが試みられており、そのために、生体中で物質がどのように移動しているのかをリアルタイムで解析する技術の開発が望まれている。特に、上述したような種々の技術の適用が検討されている。
【０００９】
β−線から画像を構成するためには、Ｘ線フィルムまたはイメージングプレート（ＩＰ）などを植物体に接触させる方法が用いられているが、これらの実験では、遮光および／またはサンプルのフィルムへの密着のために、サンプルとフィルムをカセッテなどで固定する必要がある。そのために、高感度であっても瞬間的な静止画像しか得ることができず、同じ生体で異なるステージにて連続的なリアルタイム解析を行うことができない。
【００１０】
リアルタイムで連続画像を取得するためには、放射線を直接検出する半導体検出器デバイスの使用、または放射線を一旦可視光に変換してＣＣＤカメラなどによってこの可視光を直接検出する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、β＋線を用いる技術では、核種の崩壊によって生じたβ＋線が、対消滅により、実際の検出対象となるγ線を放出するまでに数ｍｍ移動する。そのため、実際の核種の存在位置を正確に知ることは困難であり、よって高解像度な画像を得ることができない。例えば、γ線を計測することにより生きたままの植物中にて水の動きをリアルタイムで画像化することができるＰＥＴＩＳ（Positron Emitting Tracer Imaging System）については、解像度および定量性の観点から改善の余地が残されているといわれている。なお、従来の放射線による植物機能の解明についてはhttp://mext-atm.jst.go.jp/atomica/08030105_1.htmlを参照のこと。
【００１１】
このように、γ線または中性子線を用いた場合に高感度の画像を得ること、および微弱なβ−線を用いた場合にリアルタイムでの検出を行うことは、これまでに達成されていない。すなわち、高感度かつ高解像度でのリアルタイムイメージングシステムは未だ存在しない。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、生体内での物質の動態についての高感度かつ高解像度でのリアルタイム画像を得る技術を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、放射性同位元素のトレーサーを用いて、このトレーサーの動態をリアルタイム画像として取得することにより、植物ホルモンおよび／または生合成産物の動態、ならびに植物体内での無機栄養塩類、重金属などの移動および／または吸収を解析することを試みた。その結果、本発明者らは、特定のシンチレータを用いたシステムを採用すれば、放射線から変換された微弱な蛍光を高解像度にて検出し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明に係る画像化システムは、生体内情報をリアルタイムで画像化するために、生体内情報を測定する測定部；該測定部にて得られた情報を処理して画像情報を生成する制御部；及び、該制御部から出力された画像情報を表示する表示部、を備えており、該測定部は、被験体を固定する固定手段；該被験体から放出されるβ−線を可視光に変換するシンチレータ；及び、該可視光を撮影する撮影手段、を有している。
【００１５】
上記構成に基づけば、固定手段上に固定された被験体から放出されたβ−線がシンチレータにて変換された可視光として撮影手段に入射し得る。撮影手段は、入射した可視光を処理して画像情報を生成するための制御部と連結されており、撮影手段に入射した可視光の情報が制御部へ出力される。次いで、制御部にて解析された結果は表示部に出力され、被験体におけるトレーサーの分布状態が表示部に表示され得る。本システムを用いれば、実際の核種の存在位置を正確に知ることができるので、検出感度、定量性、解像度において優れた検出を行うことができる。
【００１６】
本発明に係る画像化システムは、上記シンチレータが１０〜２００μｍの範囲の厚さを有していることを特徴としている。これにより、従来なし得なかった、β−線を用いた生体内情報の検出が可能となる。
【００１７】
本発明に係る画像化システムは、上記シンチレータが無機シンチレータであることが好ましい。これにより、従来なし得なかった、β−線を用いた生体内情報の検出が可能となる。
【００１８】
本発明に係る画像化システムにおいて、上記シンチレータは、上記被験体を被覆するように配置されることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る画像化システムにおいて、上記放射性核種は、３Ｈ、１４Ｃ、３２Ｐ、３３Ｐ、３５Ｓ、４５Ｃａ、８７Ｒｂ、１１５Ｉｎ、１７６Ｌｕからなる群より選択されることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る画像化システムにおいて、上記放射性核種は、１０〜２０００ＫｅＶのβ−線を放出する核種であることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る画像化システムにおいて、上記被験体は植物であってもよい。
【００２２】
本発明に係る画像化システムにおいて、上記測定部は、上記被験体に取り込ませるための放射性核種を収納するための容器をさらに有していてもよく、上記容器に収納された放射性核種を上記被験体に導入するための導入管をさらに有していてもよい。
【００２３】
上記構成に基づけば、β−線を放出する放射性核種が容器に収納されており、該容器に挿入された導入管を介して固定手段上に固定された被験体へ該放射性核種が導入される。次いで、被験体から放出されたβ−線がシンチレータにて変換された可視光として撮影手段に入射し得る。撮影手段は、入射した可視光を処理して画像情報を生成するための制御部と連結されており、撮影手段に入射した可視光の情報が制御部へ出力される。次いで、制御部にて解析された結果は表示部に出力され、被験体におけるトレーサーの分布状態が表示部に表示される。よって、本発明を用いれば、実際の核種の存在位置を正確に知ることができるので、被験体の対象部位へ放射性同位体標識物質が取り込まれる前後、すなわち、被験体の対象部位へ放射性同位体標識物質が取り込まれていく経過を観察することができる。
【００２４】
本発明に係る画像化システムにおいて、上記測定部は遮光されていることが好ましい。これにより、本発明に係るリアルタイム画像化システムにおいて、微弱な可視光が検出され易くなる。
【００２５】
本発明に係る画像化システムにおいて、上記画像情報は二次元または三次元の画像情報であることが好ましい。
【００２６】
本発明に係る画像化システムにおいて、上記画像情報の画像解像度は０．１〜３００μｍが好ましいが、１〜２５μｍであってもよい。
【００２７】
本発明に係る画像化システムは、生体内情報を定量的に測定し得る。
【００２８】
すなわち、本発明に係る画像化方法は、生体内情報をリアルタイムで画像化するために、放射性核種を取り込んだ被験体から放出されるβ−線を、シンチレータを介して可視光に変換する工程；該可視光を撮影する工程；該撮影した可視光の情報を処理して画像情報を生成する工程；及び、該画像情報を表示する工程、を包含している。
【００２９】
本方法を用いれば、検出感度、定量性、解像度において優れた検出を行うことができる。
【００３０】
本発明に係る画像化方法において、上記シンチレータは１０〜２００μｍの範囲の厚さを有していることを特徴としている。これにより、従来なし得なかったβ−線を用いた生体内情報の検出が可能となる。
【００３１】
本発明に係る画像化方法において、上記シンチレータは無機シンチレータであることが好ましい。これにより、従来なし得なかったβ−線を用いた生体内情報の検出が可能となる。
【００３２】
本発明に係る画像化方法は、β−線を放出する放射性核種を上記被験体に取り込ませる工程をさらに包含してもよく、蛍光物質を上記被験体に塗布する工程または取り込ませる工程をさらに包含してもよい。
【００３３】
本発明に係る画像化方法において、上記放射性核種は、３Ｈ、１４Ｃ、３２Ｐ、３３Ｐ、３５Ｓ、４５Ｃａ、８７Ｒｂ、１１５Ｉｎ、１７６Ｌｕからなる群より選択されることが好ましい。
【００３４】
本発明に係る画像化方法において、上記放射性核種は、１０〜２０００ＫｅＶのβ−線を放出する核種であることが好ましい。
【００３５】
本発明に係る画像化方法において、上記被験体は植物であってもよい。
【００３６】
本発明に係る画像化方法において、上記画像情報は二次元または三次元の画像情報であることが好ましい。
【００３７】
本発明に係る画像化方法において、上記画像情報の画像解像度は０．１〜３００μｍであって１〜２５μｍであってもよい。
【００３８】
本発明に係る画像化方法は、被験体内部の状態を定量的に観測し得る。
【００３９】
なお、本発明において対象とされるβ線は、好ましくはβ−線である。
【発明の効果】
【００４０】
本発明を用いれば、微弱なβ−線を利用して高感度かつ鮮明な画像を得ることができる。また、本発明を用いれば、生体内情報（例えば、生体内での物質の挙動）について、従来では得ることができなかった鮮明な画像をリアルタイムで得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
生体内で物質がどのように移動しているのかをリアルタイムで解析できるようになれば、生体内での物質輸送のメカニズムをより詳細に明らかにすることができる。特に、植物が有する本来の能力を理解するためには、植物の特徴である導管および篩管によって形成されたネットワークにおける種々の物質の輸送過程を解析することが、重要である。
【００４２】
そこで、本発明者らは、放射性同位元素のトレーサーを用いて、このトレーサーの動態をリアルタイム画像として取得することにより、植物ホルモンおよび／または生合成産物の動態、ならびに植物体内での無機栄養塩類、重金属などの移動および／または吸収を解析することを試みた。その結果、本発明者らは、特定のシンチレータを用いたシステムを採用すれば、放射線から変換された微量な蛍光を検出し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００４３】
具体的には、β−線を放出する放射性核種として４５Ｃａ、３２Ｐおよび１４Ｃを用い、本発明に係るシステムとイメージングプレート法とを比較した結果、本システムは、検出感度、定量性、解像度において優れていることがわかった。さらに、植物体におけるリアルタイムトレーサー実験を行った。具体的には、植物体（イネ、ダイズ、サツマイモ、シロイヌナズナなど）に１４Ｃ標識のスクロースを茎から、または３２Ｐもしくは４５Ｃａを根から吸収させて、組織ごとにこれらの動態についての経時的変化を解析した。その結果、本発明に係るシステムを用いれば、植物体内での物質移動をリアルタイムで高解像度にて観察し得ることがわかった。
【００４４】
なお、特許文献２記載の技術は、厚さが０．２ｍｍ〜５ｍｍの有機シンチレータを用いる技術であり、あくまでもβ＋線検出のための技術である。すなわち、当業者は、このような特許文献２の記載から本発明の構成を容易に導き出すことはできなかった。
【００４５】
さらに、β＋線を用いる技術では、実際の核種の存在位置を正確に知ることは困難であるため、どんなに高性能の撮影手段を用いても、高解像度の画像を得ることは困難である。
【００４６】
本明細書に接した当業者は、本発明によって達成し得た鮮明な画像が、従来では得ることができなかったものであり、本発明によって達成し得た鮮明な画像をリアルタイムで得ることができる技術が、従来の技術より明らかに秀でていることを容易に理解する。
【００４７】
本発明に係るリアルタイム画像化システムの第一の実施形態を、図１〜３に基づいて説明する。
【００４８】
本発明の一実施形態に係るリアルタイム画像化システム１０の要部構成を示すブロック図を図１に示す。本実施形態に係るリアルタイム画像化システム１０は、生体内情報を測定する測定部１；測定部１にて入力された情報を処理して画像情報を生成する制御部２；及び、制御部２から出力された画像情報を表示する表示部３を備えている。制御部２は、測定部１から送信された画像信号に対して、所定の加工および／または処理を施した後に、記録部にて記録するとともに、表示部３に画像（動画または静止画）を表示させる。また、制御部２は、記録された画像信号に基づいてデータ解析を行う。
【００４９】
本発明の第一の実施形態に係るリアルタイム画像化システム１０における測定部１の要部構成を示す概略図を図２に示す。図２に示すように、本実施形態に係るリアルタイム画像化システム１０において、測定部１は、被験体９を固定する固定手段４；β−線を放出する放射性核種を取り込んだ被験体９から放出されるβ−線を可視光に変換するシンチレータ５；及び、該可視光を撮影する撮影手段６を有している。なお、図２においては、測定部１は、遮光部１’を有しており、固定手段４は遮光部１’内部に配置され、撮影手段６は遮光部１’内部を撮影し得るように遮光部１’に設けられている。測定部１は遮光部１’を有しているので、微弱な可視光が検出され易い。
【００５０】
本実施形態において、上記構成に基づいて、固定手段４上に固定された被験体９から放出されたβ−線がシンチレータ５にて変換された可視光として撮影手段６に入射し得る。撮影手段６は、入射した可視光を処理して画像情報を生成するための制御部２と連結されており、撮影手段６に入射した可視光の情報が制御部２へ出力される。次いで、制御部２にて解析された結果は表示部３に出力され、被験体９におけるトレーサーの分布状態が表示部３に表示される。
【００５１】
本実施形態に係るリアルタイム画像化システム１０において、固定手段４上に固定された被験体９はシンチレータ５によって被覆される。被験体９から拡散するβ−線のうちの撮影に不要なものは吸収されることが好ましいので、固定手段４は放射線吸収性材料（例えば、鉛）からなることが好ましい。高解像度を得るためには、シンチレータ５と被験体９とは密着していることが好ましい。
【００５２】
本発明に係るリアルタイム画像化システム１０において使用される放射性核種は、β−線を放出する放射性核種であれば何でもよく、例えば、３Ｈ、１４Ｃ、３２Ｐ、３３Ｐ、３５Ｓ、４５Ｃａ、８７Ｒｂ、１１５Ｉｎ、１７６Ｌｕからなる群より選択されるものが使用され得る。
【００５３】
本発明に係るリアルタイム画像化システム１０において、シンチレータ５は、１０〜２００μｍの範囲の厚さを有していることが好ましい。さらに、シンチレータ５は、無機シンチレータであることが好ましい。無機シンチレータとしては、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＣｓＦ、ＣａＦ２（Ｅｕ）、ＢａＦ２、ＣｄＷＯ４、ＺｎＷＯ４、ＰｂＷＯ４などが挙げられるがこれらに限定されない。一実施形態において、シンチレータ５は、ファイバープレートに蒸着させたＣｓＩである。
【００５４】
微弱なβ−線から変換された可視光もまた微弱であるため、シンチレータ５と撮影手段６との間隔もまた離れていないことが好ましいが、撮影手段６の性能に応じて適宜変更され得る。撮影手段６を取外し可能にする場合を考慮すると、固定手段４は、図２に示すように、撮影手段６に向けて移動可能であることが好ましい。なお、撮影手段６としては、公知のフォトンカウンティングＣＣＤカメラ等を用いればよい。
【００５５】
なお、測定部１を暗室内に設置する場合は、測定部１は遮光部１’を有している必要はなく、被験体９から放出されたβ−線を撮影手段６によって首尾よく撮影し得るように、固定手段４、シンチレータ５および撮影手段６が設置されていればよい。
【００５６】
図２に示すリアルタイム画像化システム１０において、固定手段４は、被験体９を保持するための保持部４４、保持部４４を配置するためのステージ部４１、固定手段４の足場を形成するスタンド部４２、およびステージ部４１とスタンド部４２とを連結するアーム部４３から構成されている。アーム部４３は伸縮自在であり、伸縮することによりステージ部４１とスタンド部４２との間隔を首尾よく変更し得る。図２に示すように、ステージ部４１および保持部４４が独立している場合は、保持部４４、被験体９及びシンチレータ５からなるサンプルを測定部１の外にて作製し得る。もちろん、ステージ部４１と保持部４４とは同一であってもよい。ステージ部４１と保持部４４とが別々である場合、保持部４４は、拡散するβ−線のうちの撮影に不要なものを吸収することが好ましいので、放射線吸収性材料（例えば、鉛）からなることが好ましい。
【００５７】
本発明に係るリアルタイム画像化システム１０において、制御部２は、撮影手段６において検出した可視光を演算しかつ収集したデータを処理し、その結果を表示部３へ出力する。本発明における制御部２は、演算部、記憶部、処理部などの複数の機能部位を併せ持つ構成を有し、制御部２の記憶部には、制御部２の処理部にて行われる演算を実行するプログラムが格納されており、記憶部には収集されたデータもまた記録され、必要に応じて処理部に入力される。制御部２において、記憶部に格納されたプログラムを演算部が実行し、図示しない入出力回路などの周辺回路を制御することによって、制御が実現される。これらの機能ブロックは、全て演算部の制御を受けており、これら機能ブロックは、その具体的な構成、機能等は特に限定されるものではない。一実施形態において、本発明における制御部２は、種々の言語を用いて作製されかつＲＯＭおよび／またはＲＡＭなどの記録媒体に格納されたプログラムコードを実行するＣＰＵなどの演算手段であり得る。
【００５８】
なお、本発明に係るリアルタイム画像化システム１０は、微弱なβ−線を用いて生体内情報をリアルタイムに画像化するので、画像化に適した生体としては比較的薄いサンプルを提供し得る植物、培養細胞が挙げられるが、これらに限定されず、哺乳動物（例えば、ヒト）であってもよい。
【００５９】
本発明の第二の実施形態に係るリアルタイム画像化システム１０の要部構成を示す概略図を図３に示す。図３に示すように、本実施形態に係るリアルタイム画像化システム１０において、測定部１は、被験体９を固定する固定手段４；β−線を放出する放射性核種を取り込んだ被験体９から放出されるβ−線を可視光に変換するシンチレータ５；及び、該可視光を撮影する撮影手段６を有し、測定部１はさらに、被験体９に取り込ませるための放射性核種を収納するための容器７、及び容器７に収納された放射性核種を被験体９に導入するための導入管８を有している。なお、図３においては、測定部１は、遮光部１’を有しており、固定手段４は遮光部１’内部に配置され、撮影手段６は遮光部１’内部を撮影し得るように遮光部１’に設けられている。測定部１は遮光部１’を有しているので、微弱な可視光が検出され易い。また、容器７及び導入管８もまた遮光部１’内に格納されている。
【００６０】
本実施形態において、β−線を放出する放射性核種が容器７に収納されており、容器７に挿入された導入管８を介して該放射性核種が固定手段４上に固定された被験体９へ導入される。次いで、被験体９から放出されたβ−線がシンチレータ５にて変換された可視光として撮影手段６に入射し得る。撮影手段６は、入射した可視光を処理して画像情報を生成するための制御部２と連結されており、撮影手段６に入射した可視光の情報が制御部２へ出力される。次いで、制御部２にて解析された結果は表示部３に出力され、被験体９におけるトレーサーの分布状態が表示部３に表示される。
【００６１】
第一の実施形態においては、すでに取り込まれている放射性核種に基づくデータのみを採取し得るが、第二の実施形態においては、上記構成に基づいて、放射性核種が取り込まれる前後、すなわち、放射性核種が取り込まれていく経過を観察することができる。なお、第二の実施形態において、容器７及び導入管８以外の構成及び組成は第一の実施形態において示したものと同じでよい。
【００６２】
なお、第二の実施形態において、容器７に収納された放射性核種が、被験体９とは独立した導入管８を介して被験体９へ導入される構成を例に挙げて説明したが、被験体９と導入管８とは一体形成されていてもよい。また、被験体９自体が導入管８に相当する部分を有している場合は、該相当する部分を直接容器７に挿入してもよい。例えば、被験体９が植物（特に葉部分）である場合は、該植物の根〜茎の部分が直接容器７に挿入されてもよい。
【００６３】
なお、第一の実施形態と同様に、第二の実施形態においても、測定部１を暗室内に設置する場合は、測定部１は遮光部１’を有している必要はなく、被験体９から放出されたβ−線を撮影手段６によって首尾よく撮影し得るように、固定手段４、シンチレータ５および撮影手段６が設置されていればよく、被験体９へ放射性核種が首尾よく導入され得るように容器７及び導入管８が配置されていればよい。
【００６４】
また、本発明に係るリアルタイム画像化システム１０は、微弱なβ−線を用いて生体内情報をリアルタイムに画像化するので、画像化に適した生体としては比較的薄いサンプルを提供し得る植物、培養細胞が挙げられるが、これらに限定されない。
【００６５】
別の局面において、本発明は、生体内情報をリアルタイムで画像化するための方法を提供する。本発明に係る画像化方法は、上述した第一の実施形態および第二の実施形態を実行するための方法である。
【００６６】
一実施形態において、本発明に係る生体内情報をリアルタイムで画像化するための方法は、β−線を放出する放射性核種を取り込んだ被験体から放出されるβ−線を、シンチレータを介して可視光に変換する工程；及び、該可視光を撮影する工程、を包含することを特徴としている。本実施形態に係る方法は、β−線を放出する放射性核種を上記被験体に取り込ませる工程をさらに包含してもよい。
【００６７】
本発明に係る方法において使用される放射性核種は、β−線を放出する放射性核種であれば何でもよく、例えば、３Ｈ、１４Ｃ、３２Ｐ、３３Ｐ、３５Ｓ、４５Ｃａ、８７Ｒｂ、１１５Ｉｎ、１７６Ｌｕからなる群より選択されるものが使用され得る。また、本発明に係る方法において使用されるシンチレータは、１０〜２００μｍの範囲の厚さを有していることが好ましい。さらに、シンチレータ５は、無機シンチレータであることが好ましい。無機シンチレータとしては、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＣｓＦ、ＣａＦ２（Ｅｕ）、ＢａＦ２、ＣｄＷＯ４、ＺｎＷＯ４、ＰｂＷＯ４などが挙げられるがこれらに限定されない。
【００６８】
なお、本発明に係る方法は、上述したリアルタイム画像化システム１０を用いて行われることが好ましいが、必ずしも上述した構成を有するシステムを用いられる必要がないことを、当業者は容易に理解する。また、本発明に係る方法においては、微弱なβ−線を用いて生体内情報をリアルタイムに画像化するので、画像化に適した生体としては比較的薄いサンプルを提供し得る植物、培養細胞が挙げられるが、これらに限定されない。
【００６９】
このように、本発明は、β−線を用いることにより動植物の体内の状態を観測するシステムおよび方法に関し、本発明を用いれば、当該状態をリアルタイムに２次元または３次元の画像として可視化することができる。
【００７０】
本発明を用いれば、β−線を放出する放射性核種を動植物に取り込ませた後、被験体から放出されるβ−線を可視光に変換するシンチレータを用い、動植物の内部の状態を観測することができる。また、本発明において、β−線を放出する放射性核種および蛍光物質を動植物に取り込ませれば、被験体から放出される蛍光を、β−線からの情報と同時にリアルタイムに観測することができる。なお、本発明において使用される放射性核種は、１０〜２０００ＫｅＶのβ−線を放出する核種であることが好ましい。
【００７１】
本発明は、顕微鏡を用いて実行されてもよく、定量的に動植物の内部の状態を観測し得る。本発明は、０．１〜３００μｍの解像度を有する画像や、１〜２５μｍの解像度を有する画像を提供し得る。
【００７２】
なお、後述する実施例において、植物を被験体として用いて本発明を実証しているが、本発明の適用対象は植物に限定されないことを、本明細書を読んだ当業者は容易に理解する。また、本明細書中に記載された学術文献および特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。
【実施例】
【００７３】
〔実施例１〕
β−線の均一な線源（［３２Ｐ］）の上に５００μｍ幅の間隔をあけて遮蔽板を２枚配置し、その上に各種シンチレータを密着させて、変換された可視光を、ＡＱＵＡＣＯＳＭＯＳ／ＧａＡｓＰ  ＩＩシステム（浜松ホトニクス：以下、フォトンカウンティングシステム）を用いて検出した（図４）。フォトンカウンティングシステムは、発光現象を画像化することができる超高感度カメラシステムである。図４において、線源からのβ−線はシンチレータによって可視光に変換され、図中矢印方向に進んで検出システムにて検出される。結果を図５および６に示す。
【００７４】
図５（ａ）は明視野像を示し、（ｂ）はＣａＦ２シンチレータを用いた際の検出結果を示し、（ｃ）はＣｓＩシンチレータを用いた際の検出結果を示す。これらの結果は、シンチレータの厚さが解像度に影響を与えることを示す。
【００７５】
図６（ａ）および（ｂ）は、それぞれＣｓＩシンチレータおよびＣａＦ２シンチレータを用いた際の、解像度に対するシンチレータの厚さの影響を示すグラフである。これらの結果から、シンチレータの種類によっては従来では考えられなかった厚さで高解像度を得ることができることがわかった。
【００７６】
〔実施例２〕
ダイズ植物（エンレイ品種）を、地上部が約２０ｃｍ程度になるまで生育させた。０．２５ｍＣｉの［３２Ｐ］−オルトリン酸を添加したレザバ内の水耕液５０ｍｌにダイズの根を浸した。一晩放置したダイズから葉を採取し、鉛ブロック上に配置した。ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）シンチレータ（１５０μｍ厚）を蒸着させたファイバープレート（以下、ＣｓＩシンチレータ）を用いてダイズ葉を被覆した後、これらを、フォトンカウンティングシステムと接続した暗箱内に配置し、葉から放出されるβ−線を検出した。コントロールとして、採取した葉を、製造業者の指示書に従ってイメージングプレート（Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｐｌａｔｅ（富士写真フィルム））に感光させた（図７）。［３２Ｐ］−オルトリン酸の代わりに［４５Ｃａ］−塩化カルシウム又は［１４Ｃ］−スクロースを用いて、同様の実験を行った。結果を、それぞれ図８及び図９に示す。
【００７７】
図７（ａ）は、［３２Ｐ］を吸収させたダイズ全体をイメージングプレートに感光させた結果を示す図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すダイズの葉をイメージングプレートに感光させた結果を示す図であり、図７（ｃ）は図７（ｂ）と同じ葉から放出されるβ−線を本発明に係るシステムによって検出した結果を示す図である。図７（ｄ）は、図７（ｂ）および（ｃ）とは異なる葉をイメージングプレートに感光させた結果を示す図であり、図７（ｅ）は図７（ｄ）と同じ葉から放出されるβ−線を本発明に係るシステムによって検出した結果を示す図である。
【００７８】
図８（ａ）は、［４５Ｃａ］を吸収させたダイズ全体をイメージングプレートに感光させた結果を示す図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すダイズの葉をイメージングプレートに感光させた結果を示す図であり、図８（ｃ）は図８（ｂ）と同じ葉から放出されるβ−線を本発明に係るシステムによって検出した結果を示す図である。
【００７９】
図９（ａ）は、［１４Ｃ］を吸収させたダイズ全体をイメージングプレートに感光させた結果を示す図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すダイズの葉をイメージングプレートに感光させた結果を示す図であり、図９（ｃ）は図９（ｂ）と同じ葉から放出されるβ−線を本発明に係るシステムによって検出した結果を示す図である。図９（ｄ）は、図９（ｂ）および（ｃ）とは異なる葉から放出されるβ−線を本発明に係るシステムによって検出した結果を示す図である。
【００８０】
図７及び８に示すように、［３２Ｐ］又は［４５Ｃａ］を吸収させたダイズ葉画像は、ＣｓＩシンチレータを介した検出の方がイメージングプレートを用いた検出よりも高感度であった。また、図９に示すように、［１４Ｃ］を吸収させたダイズ葉画像については、ＣｓＩシンチレータを介した撮影開始１０分後の画像と、イメージングプレートへの感光開始２時間後の画像とが同程度であった。
【００８１】
さらに、標準試料としての［３２Ｐ］−オルトリン酸を１００ｎＣｉ〜０．０２５ｎＣｉ（３．７ｋＢｑ〜１Ｂｑ）の濃度範囲で１２段階に希釈し、それぞれの濃度毎のスポットを作製した。これらのスポットをイメージングプレートに２０分間感光した結果を、図１０に示す。また、ＣｓＩシンチレータを介した検出の感度を分析するために、これらのスポットを上記カメラシステムを用いて２０分間撮影して、検出感度を調べた（図１１）。また、コントロールとして、同一のスポットをイメージングプレートに２０分間感光した場合の検出感度を調べた（図１２）。図１１及び１２に示されるように、同一の単位時間（２０分以内）で比較した場合、ＣｓＩシンチレータを介した検出は、イメージングプレートを用いた検出の約１０倍の検出感度を示した。よって、ＣｓＩシンチレータを介した検出システムは短時間で画像を構築するに好ましいシステムであることがわかった。また、解像度についてもイメージングプレートを用いた検出と同程度であった。
【００８２】
以上のことより、ＣｓＩシンチレータを介した検出システムは高感度かつ高解像度を有し、単位時間毎の連続撮影画像を取り込むことがわかった。すなわち、ＣｓＩシンチレータを介した検出システムを用いれば、放射性核種の動態をリアルタイムで撮影することができると考えられる。
【００８３】
〔実施例３〕
実施例２に記載のＣｓＩシンチレータを介した検出システムを用いて、実際に植物体内における放射性核種の動態をリアルタイムに撮影することができるかを調べた。
【００８４】
本実施例では供試植物としてダイズ、イネ及びシロイヌナズナを用いた。ダイズ（エンレイ種）については、水分を含ませたバーミキュライト内で発芽させた後、Ｈｏａｇｌａｎｄ水耕液に移し、２８℃にて１６時間明期／８時間暗期のサイクルの条件下で生育させた。発芽から２、３週間目のダイズ葉及び６週目のダイズ植物体を撮影に用いた。イネ（日本晴）については、１％次亜塩素酸で滅菌した種子を３０℃にて２日間暗所下で発芽させた後、Ｈｏａｇｌａｎｄ水耕液に移し、２８℃、１６時間明期／８時間暗期のサイクルの条件下で生育させた。発芽から２週間目のイネ植物体を用いた。シロイヌナズナ（Ｌａｎｄｓｂｅｒｇ  ｅｒｅｃｔａ）については、土壌に種子を播き、４℃暗所下にて３日間低温処理を行った後、２４℃、恒常光下で生育させた。発芽から６週目のシロイヌナズナ植物体を撮影に用いた。
【００８５】
Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ−［３２Ｐ］リン酸水溶液（和光純薬）を、ダイズへ０．２ｍＣｉ〜０．８ｍＣｉ、イネへ０．１６ｍＣｉ、シロイヌナズナへ０．１９ｍＣｉをそれぞれ水耕液に添加し吸収させ、実施例２と同様に鉛ブロック上に固定し、シンチレータＣｓＩシンチレータを用いて、ダイズ葉、ダイズ莢、ダイズ新芽、又はイネ穂を被覆した後、フォトンカウンティングシステムと接続した暗箱内に配置した。配置した植物から放出されるβ−線を、フォトンカウンティングシステムを用いて１〜３分おきに２４時間撮影した。図１３〜１８は、それぞれダイズ葉、ダイズ莢、ダイズ新芽、イネ穂およびシロイヌナズナの生体内におけるリアルタイムのリン酸の移動を撮影した結果を示す。
【００８６】
図１３では、ダイズ葉の茎との連結部分および三枚の葉の分岐点で３２Ｐの集積が観察される。図１４は、三枚葉の中央部を示し、葉の一部分に３２Ｐの集積が観察される。図１５は、ダイズ莢を示し、茎と葉との連結部分に３２Ｐが一時的に集積した後に、莢全体へ一定量を保ったまま３２Ｐが流入されている様子を示す。莢部分では、３２Ｐは一定量を超えて集積することはない。この状態を保ちながら、３２Ｐが種子へ集積し始めることが観察される。
【００８７】
図１６は、ダイズ新芽における３２Ｐの集積を示す。３２Ｐは、積極的に新芽へ運搬されており、葉の分岐点を境に、細胞分裂の盛んな新芽への流入は多いが、三枚葉への流入は少ないことがわかる。図１７は、イネでの３２Ｐの集積を示す。新芽よりも大きな葉への３２Ｐの集積が生じていることがわかる。本システムも用いれば、イネのような細い植物であってもその葉脈まで観察することができる。図１８は、シロイヌナズナでの３２Ｐの集積を示す。３２Ｐは茎頂まで到達した後に莢へも運搬されていることがわかる。なお、図において中央部分の輝度が高いのは、がく片が重なっているためである。
【００８８】
図１３〜１８に示すように、［３２Ｐ］トレーサーを用いて生体内情報を高解像度にてリアルタイムで画像化することができた。すなわち、植物体内での［３２Ｐ］トレーサーの輸送経路においてリン酸要求度の違い、および輸送経路分岐点におけるリン酸の集積を確認し得た。すなわち、本発明に係るシステムは、植物のような薄い組織を観察する際には特に優れたシステムであるといえる。
【００８９】
本発明を用いれば、植物ホルモンの動態をリアルタイムで解析することができるので、環境応答時に生じる長距離シグナル伝達を解析し得る。また、本発明は、短時間に生じる減少をリアルタイムで観察することができるので、生体内での現象を解明するための新たなアプローチを提供し得る。
【００９０】
本発明は上述した各実施形態および実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
これまでなし得なかった生体内情報のリアルタイム画像化を実現するために、シンチレータのさらなる開発が期待され得る。また、本発明の改良および／または発展に必要とされる高性能カメラの開発もまた期待され得る。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施形態を示すものであり、リアルタイム画像化システムの要部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態を示すものであり、リアルタイム画像化システムの要部構成を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態を示すものであり、リアルタイム画像化システムの要部構成を示す概略図である。
【図４】シンチレータの厚さが解像度に与える影響を調べるための構成を示す概略図である。
【図５】（ａ）は、図４に示した検出システムにて撮影した明視野像を示す。（ｂ）はＣａＦ２シンチレータを用いた際のβ−線検出結果を示す。（ｃ）はＣｓＩシンチレータを用いた際のβ−線検出結果を示す。
【図６】（ａ）は、図４に示した構成においてＣｓＩシンチレータを用いた際の、解像度に対するシンチレータの厚さの影響を示すグラフである。（ｂ）は、図４に示した構成においてＣａＦ２シンチレータを用いた際の、解像度に対するシンチレータの厚さの影響を示すグラフである。
【図７】［３２Ｐ］−オルトリン酸を吸収させたダイズ葉から放出されるβ−線を、ＣｓＩシンチレータを介した検出システムまたはイメージングプレートを用いて検出した結果を示す図である。
【図８】［４５Ｃａ］−塩化カルシウムを吸収させたダイズ葉から放出されるβ−線を、ＣｓＩシンチレータを介した検出システムまたはイメージングプレートを用いて検出した結果を示す図である。
【図９】［１４Ｃ］−スクロースを吸収させたダイズ葉から放出されるβ−線を、ＣｓＩシンチレータを介した検出システムまたはイメージングプレートを用いて検出した結果を示す図である。
【図１０】段階希釈した［３２Ｐ］−オルトリン酸を用いて作製したスポットをイメージングプレートに感光した結果を示す図である。
【図１１】段階希釈した［３２Ｐ］−オルトリン酸を用いて作製したスポットを、ＣｓＩシンチレータを介した検出システムを用いて検出した際の検出量の経時的変化に示すグラフである。
【図１２】段階希釈した［３２Ｐ］−オルトリン酸を用いて作製したスポットをイメージングプレートに感光した際の検出量の経時的変化に示すグラフである。
【図１３】ダイズ葉内における［３２Ｐ］リン酸の移動をリアルタイムで撮影した結果を示す図である。
【図１４】ダイズ葉（３枚葉中央部分）における［３２Ｐ］リン酸の移動をリアルタイムで撮影した結果を示す図である。
【図１５】ダイズ莢内における［３２Ｐ］リン酸の移動をリアルタイムで撮影した結果を示す図である。
【図１６】ダイズ新芽内における［３２Ｐ］リン酸の移動をリアルタイムで撮影した結果を示す図である。
【図１７】イネ穂内における［３２Ｐ］リン酸の移動をリアルタイムで撮影した結果を示す図である。
【図１８】シロイヌナズナ内での［３２Ｐ］リン酸の移動をリアルタイムで撮影した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００９３】
１    測定部
１’  遮光部
２    制御部
３    表示部
４    固定手段
５    シンチレータ
６    撮影手段
７    容器
８    導入管
９    被験体
１０    画像化システム
４１    ステージ部
４２    スタンド部
４３    アーム部
４４    保持部
【図１】
2008111681.tif 000003
【図２】
2008111681.tif 000004
【図３】
2008111681.tif 000005
【図４】
2008111681.tif 000006
【図６】
2008111681.tif 000007
【図１１】
2008111681.tif 000008
【図１２】
2008111681.tif 000009
【図５】
2008111681.tif 000010
【図７】
2008111681.tif 000011
【図８】
2008111681.tif 000012
【図９】
2008111681.tif 000013
【図１０】
2008111681.tif 000014
【図１３】
2008111681.tif 000015
【図１４】
2008111681.tif 000016
【図１５】
2008111681.tif 000017
【図１６】
2008111681.tif 000018
【図１７】
2008111681.tif 000019
【図１８】
2008111681.tif 000020