(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
標識酸素と標識水及び標識二酸化炭素のいずれか１つとを時間差を設けて被検体に投与しつつ１回の連続的ＰＥＴ撮像を行って得られた被検体の組織のサイノグラムまたはサイノグラムから再構成された放射線濃度のデータCi(t)と、このＰＥＴ撮影と並行して得られた被検体の血液の酸素成分の放射能濃度Ao(t)および水成分の放射能濃度Aw(t)とを入力するデータ入力手段と、
前記の組織中のサイノグラムまたは放射線濃度のデータCi(t)を表す以下の数式
［数１］
0004701406.tif 000022
（ここに、ｆは血流量、Eは酸素摂取率、Voは血管内の放射能濃度、ｐは水の分配定数、ｔは時間を示し、
［数２］
0004701406.tif 000023
は重畳積分を示す）において、２つの重畳積分部分を、ｐを所定の一定値として、あるｆの範囲内の複数の離散的なｆの値に対して計算し、下記のＦ１，Ｆ２
［数３］
0004701406.tif 000024
とｆのテーブルとして記憶しておくテーブル作成手段と、
前記のテーブルを用いて、前記の離散的なｆの値に対して
［数４］
0004701406.tif 000025
におけるEとVoに対する解を最小自乗法により求め、次に、
［数５］
0004701406.tif 000026
を最小とするｆ，Ｅ，Voを求める未知数決定手段とからなる
ＰＥＴ撮像による画像定量化装置。
【請求項２】
前記のデータCi(t)が放射線濃度画像のデータであり、さらに、求められたｆ，Ｅ、Voを用いて、局所脳血流、脳酸素代謝摂取率または脳酸素代謝量の定量化画像を計算する画像計算手段を備える、請求項１に記載された画像定量化装置。
【請求項３】
前記のデータCi(t)がサイノグラムのデータであり、さらに、求められたｆ，Ｅ、Voを用いて、局所脳血流、脳酸素代謝摂取率または脳酸素代謝量の定量化画像を再構成する画像計算手段を備える、請求項１に記載された画像定量化装置。
【請求項４】
標識酸素と標識水及び標識二酸化炭素のいずれかとを時間差を設けて被検体に投与しつつ１回の連続的ＰＥＴ撮像を行って得られた被検体の組織のサイノグラムまたはサイノグラムから再構成された放射線濃度画像のデータCi(t)と、このＰＥＴ撮影と並行して得られた被検体の血液中の酸素成分の放射能濃度Ao(t)および水成分の放射能濃度Aw(t)を入力し、
前記の組織中のサイノグラムまたは放射線濃度のデータCi(t)を表す以下の数式
［数６］
0004701406.tif 000027
（ここに、ｆは血流量、Eは酸素摂取率、Voは血管内の放射能濃度、ｐは水の分配定数、ｔは時間を示し、
［数７］
0004701406.tif 000028
は重畳積分を示す）において、２つの重畳積分部分を、ｐを所定の一定値として、あるｆの範囲内の複数の離散的なｆの値に対して計算し、下記のＦ１，Ｆ２
［数８］
0004701406.tif 000029
とｆのテーブルとして記憶しておき、
次に、前記のテーブルを用いて、前記の離散的なｆの値に対して
［数９］
0004701406.tif 000030
におけるEとVoに対する解を最小自乗法により求め、
次に、
［数１０］
0004701406.tif 000031
を最小とするｆ，Ｅ、Voを求める
ＰＥＴ撮像による画像定量化方法。
【請求項５】
前記のデータCi(t)が放射線濃度画像のデータであり、さらに、求められたｆ、Ｅ、Voを用いて、局所脳血流、脳酸素代謝摂取率または脳酸素代謝量の定量化画像を計算する、請求項４に記載された画像定量化方法。
【請求項６】
前記のデータCi(t)がサイノグラムのデータであり、さらに、求められたｆ、Ｅ，Voを用いて、局所脳血流、脳酸素代謝摂取率または脳酸素代謝量の定量化画像を再構成する、請求項４に記載された画像定量化方法。
【請求項７】
前記のデータCi(t)が放射線濃度画像のデータであり、求められたｆ、Ｅ、Voを用いて、局所脳血流、脳酸素代謝摂取率または脳酸素代謝量の定量化画像を計算する請求項４に記載された画像定量化法。
【請求項８】
前記のデータCi(t)がサイノグラムのデータであり、求められたｆ、Ｅ、Voを用いて、局所脳血流、脳酸素代謝摂取率または脳酸素代謝量の定量化画像を再構成する請求項４に記載された画像定量化方法。
【請求項９】
投与した前記の２つの薬剤のうち、先に投与した薬剤の血夜中および脳組織中の残留放射を上記の数式により予測し、次に、後に投与した薬剤の放射線濃度を、先に投与した薬剤による残留放射の予測値を差し引くことにより評価する、請求項４に記載された画像定量化方法。
【請求項１０】
さらに、ＰＥＴ撮影と並行して得られた被検体の血液の放射能濃度のデータを入力して、このデータから、血液中の酸素成分の放射能濃度および水成分の放射能濃度を計算して、計算されたこれらの放射能濃度を前記の入力データAo(t)、Aw(t)とする、請求項４に記載された画像定量化方法。
【請求項１１】
標識酸素と標識水及び標識二酸化炭素のいずれかとを時間差を設けて被検体に投与しつつ１回の連続的ＰＥＴ撮像を行って得られた被検体の組織のサイノグラムまたはサイノグラムから再構成された放射線濃度画像のデータCi(t)を入力するステップと、
前記の組織中のサイノグラムまたは放射線濃度のデータCi(t)を表す以下の数式
［数１１］
0004701406.tif 000032
（ここに、ｆは血流量、Eは酸素摂取率、Voは血管内の放射能濃度、ｐは水の分配定数、ｔは時間を示し、
［数１２］
0004701406.tif 000033
は重畳積分を示す）において、２つの重畳積分部分を、ｐを所定の一定値として、あるｆの範囲内の複数の離散的なｆの値に対して計算し、下記のＦ１，Ｆ２
［数１３］
0004701406.tif 000034
とｆのテーブルとして記憶しておくステップと、
次に、前記のテーブルを用いて、前記の離散的なｆの値に対して
［数１４］
0004701406.tif 000035
におけるEとVoに対する解を最小自乗法により求めるステップと、
次に、
［数１５］
0004701406.tif 000036
を最小とするｆ，Ｅ、Voを求めるステップと
からなり、コンピュータにより実行されるＰＥＴ撮像による画像定量化プログラム。
【請求項１２】
前記のデータCi(t)が放射線濃度画像のデータであり、求められたｆ、Ｅ、Voを用いて、局所脳血流、脳酸素代謝摂取率または脳酸素代謝量の定量化画像を計算する請求項１１に記載された画像定量化プログラム。
【請求項１３】
前記のデータCi(t)がサイノグラムのデータであり、求められたｆ、Ｅ、Voを用いて、局所脳血流、脳酸素代謝摂取率または脳酸素代謝量の定量化画像を再構成する請求項１１に記載された画像定量化プログラム。
【請求項１４】
投与した前記の２つの薬剤のうち、先に投与した薬剤の血夜中および脳組織中の残留放射を上記の数式により予測し、次に、後に投与した薬剤の放射線濃度を、先に投与した薬剤による残留放射の予測値を差し引くことにより評価する、請求項１１に記載された画像定量化プログラム。
【請求項１５】
さらに、ＰＥＴ撮影と並行して得られた被検体の血液の放射能濃度のデータを入力して、このデータから、血液中の酸素成分の放射能濃度および水成分の放射能濃度を計算するステップを備え、計算されたこれらの放射能濃度を前記の入力データAo(t)、Aw(t)とする、請求項１１に記載された画像定量化プログラム。
【請求項１６】
請求項１１から１５のいずれかに記載された画像定量化プログラムを記録したコンピュータ読み出し可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽電子放射断層撮影（Positron Emission Tomography（PET)）による脳血流、脳酸素代謝および脳酸素摂取率の定量画像評価に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
O−15標識酸素（すなわち15O）を用いた陽電子放射断層撮影による検査は、以下の量について実用化されている。脳局所酸素代謝（15O２ガス）、脳局所血液量（C15Oガス）。脳局所血流量（C15O2ガス）、脳局所血流量（H215O）。ここで、（）内に示す０-15標識酸素を含む標識化合物が、それぞれの量の検査に使用されている。ＰＥＴ撮像による検査には、以下の利点がある。
（１）投与する標識薬剤はもともと生体内に存在する分子を構成する元素の同位元素であることから、生体内に存在する分子を修飾することなく標識薬剤として生体の機能を観察できる。
（２）半減期が短いため、生体の被爆が少ない。そのため反復検査や不可検査が容易である。
（３）半減期が短いため比放射能が高く極微量の核種で診断が可能である。【０００３】
ＰＥＴ検査により脳血流、脳酸素代謝および脳酸素摂取率の定量画像評価が可能であり、脳卒中などの検査が行われている。この検査は、O-15標識酸素を投与することで実施されている。０-15標識酸素は、酸素分子の体内挙動をトレースする診断プローブであるが、その脳内動態は、組織酸素代謝だけでなく、代謝生成水分子の洗い出しすなわち血流量に依存する。さらに酸素摂取率が正常では４０％程度と低いため、血管内の放射能濃度が酸素代謝画像に寄与する。このため、ＰＥＴ検査ではO-15標識酸素ガスの吸入に基づく検査だけでなく、O-15標識水を使った血流検査および０-15標識一酸化炭素吸入に基づく血液量検査が行われる。これら脳酸素代謝、脳血流および脳酸素摂取率のための３つの検査は独立して行われるが、検査の間に放射性減衰を待つ。広く使われる定常法では、検査毎に体内放射能濃度分布が一定になるまで持続的に薬剤を投与し続ける必要があった（以下の論文参照。（１）Correia JA, Alpert NM, Buxton RB, Ackerman RH (1985）Analysis of some errors in the measurement of oxygen extraction and oxygen consumption by the equilibrium inhalation method, J Cereb Blood Flow Metab 5:591-9、（２）Frackowiak RS, Jones T, Lenzi GL, Heather JD (1980a) Regional cerebral oxygen utilization and blood flow in normal man using oxygen-15 and positron emission tomography, Acta Neurol Scand 62:336-344、（３）Frackowiak RS, Lenzi GL, Jones T, Heather JD (1980) Quantitative measurement of regional cerebral blood flow and oxygen metabolism in man using 15O and positron emission tomography theory, procedure, and normal values, J Comput Assist Tomogr. 4:727-36、および、（４）Lammertsma AA, Heather JD, Jones T, Frackowiak RS, Lenzi GL, (1982) A statistical study of the steady state technique for measuring regional cerebral blood flow and oxygen utilization using 150, J Comput Assist Tomogr 6:566-573）。【０００４】
これに対して、３種類の標識化合物の短期間投与に基づく方法が開発され、検査時間は１時間程度と短縮された（以下の論文参照。(５）Mintun MA, Raichle ME, Martin WR, Herscovitch P, (1984) J Nucl Med 25:177-187、（６）Hatazawa J, Fujita H, Kanno I, Satoh T, Iida H, Miwa S, Murakami M, Okudera T，Inugami A, Ogawa T, et al., (1995) Regional cerebral blood flow, blood volume, oxygen extraction fraction, and oxygen utilization rate in normal volunteers measured by the autoradiographic technique and the single breath inhalation method, Ann Nucl Med. 9:15-21、（７）Shidahara M, Watabe H, Kim KM, Oka H, Sago M, Hayashi T, Miyake Y, Ishida Y, Hayashida K, Nakamura T, Iida H, (2002) Evaluation of a commercial PET tomograph-based system for the quantitative assessment of rCBF, rOEF and rCMRO2 by using sequential administration of 15O-labeled compounds, Ann Nucl Med. 16:317-327）。図１に、この方法によるＰＥＴ撮像の時間経過を示す。まず、血液量検査のため、０-15標識一酸化炭素の吸入の後にＰＥＴ撮像を６分間行う。さらに、放射性減衰のため１５〜２０分待って、脳酸素代謝検査のため、O-15標識酸素ガスの吸入を行い、その後にＰＥＴ撮像を３分間行う。ふたたび、放射性減衰のため１５〜２０分待って、血流検査のため、O-15標識水ガスの投与を行い、その後にＰＥＴ撮像を２分間行う。従って、検査時間は全体として４０〜５０分かかっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
０-15標識酸素を用いた酸素分子の体内挙動の従来の検査では、０-15標識酸素を含む３種類のそれぞれの標識化合物の短期間投与に基づき上述の脳酸素代謝を検査するが、３回の独立したＰＥＴ撮像の間の待ち時間が標識化合物を減衰させるために必要である。ＰＥＴ撮像をその前のＰＥＴ撮像のために投与された薬剤の減衰を待ちながら行うため、検査時間が３０分から１時間と長くなるが、この長い時間にわたって被検体の頭部が固定されている必要がある。この固定処置は被検体にとって大きな負担となっている。したがって、より短時間（たとえば１０分以内）でＰＥＴ撮像を行うことが望ましい。これにより、ＰＥＴ検査で局所脳血流、局所脳酸素摂取率、局所酸素代謝量を短時間で検査可能となる。【０００６】
この発明の目的は、０-15標識酸素を用いた酸素分子の体内挙動の検査をより短時間で行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るＰＥＴ撮像による画像定量化方法では、標識酸素と標識水及び標識二酸化炭素のいずれか１つとを時間差を設けて被検体に投与しつつ１回の連続的ＰＥＴ撮像を行って得られた被検体の組織のサイノグラムまたはサイノグラムから再構成された放射線濃度画像のデータCi(t)と、このＰＥＴ撮影と並行して得られた被検体の血液中の酸素成分の放射能濃度Ao(t)および水成分の放射能濃度Aw(t)を入力する。そして、前記の組織中のサイノグラムまたは放射線濃度のデータCi(t)を表す以下の数式【０００８】
【数１】
0004701406.tif 000002
（ここに、ｆは血流量、Eは酸素摂取率、Voは血管内の放射能濃度、ｐは水の分配定数、ｔは時間を示し、【０００９】
【数２】
0004701406.tif 000003
は重畳積分を示す）において、２つの重畳積分部分を、ｐを所定の一定値として、あるｆの範囲内の複数の離散的なｆの値に対して計算し、下記のＦ１，Ｆ２【００１０】
【数３】
0004701406.tif 000004
とｆのテーブルとして記憶しておく。次に、前記のテーブルを用いて、前記の離散的なｆの値に対して【００１１】
【数４】
0004701406.tif 000005
におけるEとVoに対する解を最小自乗法により求める。次に、【００１２】
【数５】
0004701406.tif 000006
を最小とするｆ，Ｅ、Voを求める。【００１３】
本発明に係る画像定量化装置は、
標識酸素と標識水及び標識二酸化炭素のいずれかとを時間差を設けて被検体に投与しつつ１回の連続的ＰＥＴ撮像を行って得られた被検体の組織のサイノグラムまたはサイノグラムから再構成された放射線濃度のデータCi(t)と、このＰＥＴ撮影と並行して得られた被検体の血液の酸素成分の放射能濃度Ao(t)および水成分の放射能濃度Aw(t)とを入力するデータ入力手段と、
前記の組織中のサイノグラムまたは放射線濃度のデータCi(t)を表す以下の数式【００１４】
【数６】
0004701406.tif 000007
（ここに、ｆは血流量、Eは酸素摂取率、Voは血管内の放射能濃度、ｐは水の分配定数、ｔは時間を示し、【００１５】
【数７】
0004701406.tif 000008
は重畳積分を示す）において、２つの重畳積分部分を、ｐを所定の一定値として、あるｆの範囲内の複数の離散的なｆの値に対して計算し、下記のＦ１，Ｆ２【００１６】
【数８】
0004701406.tif 000009
とｆのテーブルとして記憶しておくテーブル作成手段と、
前記のテーブルを用いて、前記の離散的なｆの値に対して【００１７】
【数９】
0004701406.tif 000010
におけるEとVoに対する解を最小自乗法により求め、次に、【００１８】
【数１０】
0004701406.tif 000011
を最小とするｆ，Ｅ，Voを求める未知数決定手段とからなる。【００１９】
本発明に係るコンピュータにより実行されるＰＥＴ撮像による画像定量化プログラムは、
標識酸素と標識水及び標識二酸化炭素のいずれかとを時間差を設けて被検体に投与しつつ１回の連続的ＰＥＴ撮像を行って得られた被検体の組織のサイノグラムまたはサイノグラムから再構成された放射線濃度画像のデータCi(t)を入力するステップと、
前記の組織中のサイノグラムまたは放射線濃度のデータCi(t)を表す以下の数式【００２０】
【数１１】
0004701406.tif 000012
（ここに、ｆは血流量、Eは酸素摂取率、Voは血管内の放射能濃度、ｐは水の分配定数、ｔは時間を示し、【００２１】
【数１２】
0004701406.tif 000013
は重畳積分を示す）において、２つの重畳積分部分を、ｐを所定の一定値として、あるｆの範囲内の複数の離散的なｆの値に対して計算し、下記のＦ１，Ｆ２【００２２】
【数１３】
0004701406.tif 000014
とｆのテーブルとして記憶しておくステップと、
次に、前記のテーブルを用いて、前記の離散的なｆの値に対して【００２３】
【数１４】
0004701406.tif 000015
におけるEとVoに対する解を最小自乗法により求めるステップと、
次に、【００２４】
【数１５】
0004701406.tif 000016
を最小とするｆ，Ｅ、Voを求めるステップとからなる。ここで、投与した２つの薬剤のうち、先に投与した薬剤の血夜中および脳組織中の残留放射は上記の数式により予測し、後に投与した薬剤の放射線濃度は、先に投与した薬剤による残留放射の予測値を差し引くことにより評価する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の効果は、２種の薬剤を連続的に投与しつつ１回のＰＥＴ撮像を行うだけで、測定精度を維持しつつ検査時間が短縮できることである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来のＰＥＴ検査法の時間経過を示す図である。
【図２】発明の１実施形態におけるＰＥＴ検査法の時間経過を示す図である。
【図３】ＰＥＴ撮像のためのシステムのブロック図である。
【図４】コンピュータの構成を示すブロック図である。
【図５】定量解析のフローチャートである。
【図６】ＰＥＴ検査により検出される放射線濃度の時間経過の１例を示す図である。
【図７】カニクイザルを使った測定結果の図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。
０-15標識酸素を用いた酸素分子の体内挙動のＰＥＴ撮像による検査において、従来は３種類の標識化合物である標識一酸化炭素、標識酸素と標識水をそれぞれ独立して投与してＰＥＴ撮像を行っていた（図１参照）。これに対して、本発明の実施形態では、以下の３点を導入することにより、ＰＥＴ検査時間を飛躍的に短時間化させる。【００２８】
１点目は、従来標識一酸化炭素投与検査により行っていた脳血液量補正において、脳血液量を数式理論により推定可能としたことである。これにより、標識一酸化炭素検査を要しない。【００２９】
２点目は、従来別々に行っていたO-15標識水とO-15標識酸素ガスの投与の代わりに、O-15標識水とO-15標識酸素ガスをたとえば３分間隔という短時間間隔で連続的に投与する検査法を採用したことである。これにより、従来は別々に計算して求めていた酸素代謝量と血流量を、同時に計算できる。これにより、１回のＰＥＴ撮像で検査ができる。【００３０】
３点目は、数式理論を用い、１回の撮像のデータから短時間（おおむね２分）内に局所酸素代謝量、局所脳酸素摂取率、局所脳血流といった複数の機能の画像の計算を可能としたことである。具体的には、次のように計算する。まず、脳内での酸素動態を記述する既存の式において、非線形な部分、すなわち、酸素の組織への取り込みを記述する部分と、水の取り込みを記述する部分とを、それぞれ、変数ｆ（血流量）についてテーブル化する。通常、血流量は脳組織において０〜２mL/g/minの範囲内で０．０１mL/g/minごとに計算すれば十分であり、テーブル化された部分はｆに対して０〜２mL/g/minの範囲内で離散的に０．０１mL/g/minごとに２００通りの値を持つ。これらのテーブル化された２項を変数として扱うことで、酸素動態を記述する式は線形化され、未知数は最小自乗法として解くことができる。ここで、ｆに対して２００通りの組み合わせが得られ、これらの中で最も酸素動態としてふさわしい組み合わせを取り出し、脳酸素代謝量と血流量を得る。【００３１】
以下で、さらに具体的に説明する。発明の１つの実施の形態では、図２に示すように、標識酸素（15O２ガス）と標識水（H215O）を、短い時間差（たとえば３分間隔）で連続的に被検体に投与する。これにより、１回のＰＥＴ撮像で、先に投与した薬剤の減衰を待たずに、２つの薬剤について連続的に測定を行う。また、標識一酸化炭素吸入(投与)に基づく脳血液量補正のための検査を要しない計算法を開発したので、一酸化炭素投与によるＰＥＴ撮像を省略できる。したがって、標識酸素および標識水の連続投与法による撮像と、一酸化炭素投与による撮像の省略とにより、通常１時間程度を要していた撮像時間を１０分程度に短縮できる。このためＰＥＴ撮像を受ける被検体の負担が大幅に軽減する。こうして得られた測定データを基に、後で説明するように、脳血流、脳酸素代謝量および脳酸素摂取率の定量画像評価をおこなう。【００３２】
ＰＥＴ撮像のためのシステムについて説明すると、図３に示すように、ＰＥＴ装置（すなわち陽電子断層撮像装置）１０は、被検体の放射線濃度の測定に使用される。ベッド１２の上で、被検体（図示しない）の頭部をＰＥＴ装置の視野内に固定しておく。一方、サイクロトロン１４によりＯ−15を生成し、標識薬剤合成装置１６において、そのＯ−15を用いてＯ−15標識酸素とＯ−15標識水を合成する。所定の時間順序で、標識ガス投与装置１８により、Ｏ−15標識酸素を被検体の口から吸入させ、次に、標識水注入装置２０により、Ｏ−15標識水を被検体のたとえば静脈に投与する。一方、撮像時には、被検体のたとえば腕から、採血用ポンプ２２により連続的に血液を引き出しつつ、放射線濃度測定装置である血液入力関数モニター２４（たとえばＧＳＯセンサ（N. Kudomi, E. Choi, H. Watabe, K. M. Kim, M. Shidahara, M. Ogawa, N. Teramoto, E. Sakamoto, H. Iida, (2003) Development of a GSO Detector Assembly for a Continuous Blood Sampling System, IEEE TNS 50:70-73)やAloka製のＢＧＯ検出器)で血液中の放射線濃度を測定する。ＰＥＴ装置１０と血液入力関数モニター２４の測定データは、コンピュータ２６に格納される。【００３３】
コンピュータ２６は、たとえば、通常のパーソナルコンピュータである。そのシステムの構成は従来と同様である。図４は、コンピュータ２６の内部の構成を示す。全体を制御するＣＰＵ３０は、プログラム、データなどを記憶するＲＯＭ３２、ワークエリアであるＲＡＭ３４、キーボード、マウスなどの入力装置３６、ディスプレイ装置３８、ＰＥＴ装置１０と血液入力関数モニター２４との間で信号を送受信するインタフェース４０および記憶装置であるハードディスク装置４２を備える。ハードディスク装置４２のハードディスクには、画像データ、血液データなどの測定データ４４や、この測定データを解析する定量解析プログラム４６が記憶される。【００３４】
次に、ＰＥＴ撮像データの解析について説明する。標識酸素および標識水の連続投与により得られたＰＥＴ撮像データの解析において、先に投与した薬剤の血夜中および脳組織中の残留放射は数式理論により予測する。また、後に投与した薬剤の放射線濃度は、先に投与した薬剤による残留放射の予測値を差し引くことにより評価する。また、脳血液量の補正は、数式理論に脳血液量の効果を組み込んで同時に評価するので、標識一酸化炭素投与によるＰＥＴ撮像は不要になる。【００３５】
さらに詳しく説明すると、Ｏ-15標識酸素は、酸素分子の体内挙動をトレースする診断プローブであるが、その脳内動態は、組織酸素代謝だけでなく、血流量と血管内の放射能濃度が寄与する。この酸素動態は次の式（１）で記述できる（Mintun MA et al. (1984) J Nucl Med 25:177-187参照)。【００３６】
【数１６】
0004701406.tif 000017
式（１）において、Ci(t)はＰＥＴ装置１０により観測される組織中の画素ｉでの放射線濃度の時間ｔによる経過を示す。また、ｆは血流量、Eは酸素摂取率、Voは血管内の放射能濃度、Ao(t)およびAw(t)はそれぞれ血液中の酸素成分および水成分の放射能濃度、ｐは水の分配定数を示し、【００３７】
【数１７】
0004701406.tif 000018
は重畳積分を示す。酸素代謝量は酸素摂取率Eと血流量ｆを乗ずることで得られる。放射線濃度Ci(t)は右辺に示される３つの寄与の和である。右辺第１項は、組織の酸素分子の挙動、すなわち酸素分子の取り込みとその代謝物である水分子の洗い出しを示し、酸素代謝量E・ｆに関連する。右辺第２項は、体内での代謝により生成された水分子の挙動を示し、血流量に関連する。右辺第３項は、血管内の放射能濃度を示し、血液量に関連する。血液中の酸素成分の放射能濃度Ao(t)および水成分の放射能濃度Aw(t)は、血液中の全放射線濃度を測定し、体内での代謝により生成された標識水分子の量を評価して酸素成分および水成分に分離することで得られる（Iida H, Jones T, Miura S (1993) Modeling approach to eliminate the need to separate arteral plasma in oxygen-15 inhalation positron emission tomography, J Nucl Med 34:1333-1340参照)。また、式（１）において脳の検査に対しては水の分配定数ｐ＝０．８mL/g/minとすることができる（Iida JCBFM (1989)参照）。したがって、式（１）において、酸素摂取率Ｅ、血流量ｆおよび血管内の放射能濃度Voが評価すべき未知量である。【００３８】
次に、酸素摂取率E、血流量ｆおよび血管内の放射能濃度Voを導出する方法を示す。式（１）において右辺の酸素の組織への取り込みを記述する第１項と水の取り込みを記述する第２項の重畳積分部分がそれぞれ非線形である。そこでこの２項を離散的に血流量ｆに対してテーブル化する。具体的には、現実的にありうるｆの範囲内（０〜２mL/g/min）で０．０１mL/g/min毎にその時曲線を次のように定義しておく。【００３９】
【数１８】
0004701406.tif 000019
これにより、式（1）は酸素摂取率Eと血管内の放射能濃度Voのみを未知数とする式（３）として次のように書ける。【００４０】
【数１９】
0004701406.tif 000020
式（３）はある特定の血流量ｆに対して線形方程式として最小自乗法を用いて解くことができる。ここで、所定範囲内（０〜２mL/g/min）の２００通りのｆについて酸素摂取率Eと放射能濃度Voに対する解をいったん求める。次に、最小自乗法の誤差【００４１】
【数２０】
0004701406.tif 000021
を最小とするｆ，Ｅ，Voの組み合わせを求め、血流量ｆ、酸素摂取率Ｅ、血管内の放射能濃度Voに対する解とする。これを用いて式（１）より被検体の画像を再構成できる。【００４２】
なお、水の分配定数ｐは脳に対しては０．８mL/g/minと一定にしたが、他の臓器に対してもその数値が求められており、一定とすることができる。【００４３】
次に、検査手順について説明する。【００４４】
まず、患者または実験動物をＰＥＴ装置１０の視野内に固定する。【００４５】
また、標識薬剤合成装置１６では、標識酸素および標識水を合成する。二種類の標識化合物を短時間に合成する必要があるが、標識一酸化炭素を合成する必要がなくなるため、合成面での作業負荷が軽減される。【００４６】
最初の薬剤投与のおおむね３０秒前より動脈からの血液の採血を開始し、検査中それを持続する。これにより血液中全放射能濃度曲線を得る。【００４７】
次に、薬剤投与装置１８により標識酸素を投与し、３分後に薬剤注入装置２０により標識水（もしくは薬剤投与装置１８により標識二酸化炭素）を被検体に投与する。これらの薬剤の投与の順はこの逆でも可能である。薬剤投与から「３分後」の状態では、まだ最初に投与した薬剤が減衰していないが、本検査法では、その状態で第２の薬剤を投与する。【００４８】
最初の薬剤投与と同時にＰＥＴ装置１０による撮像を開始し、撮像はこの例では６分間続ける。これにより、脳内の放射能分布の投影データ（１次データ、サイノグラムと呼ばれる）を得る。このサイノグラムを時間ｔごとに画像再構成することで、放射線濃度のデータの時系列曲線Ci(t)を脳内の放射能分布ごとに得る。放射線濃度のデータCi(t)を用いて、脳血流、脳酸素代謝および脳酸素摂取率の定量画像評価を行う。【００４９】
このように、ＰＥＴ検査による脳血流、脳酸素代謝量および脳酸素摂取率の定量画像評価において、Ｏ−15標識ガスおよびＯ−15標識水を３分間隔という短時間間隔に投与する検査法を採用するので、検査時間を１０分以下に短縮できる。また、脳血液量補正のための標識一酸化炭素投与検査を要しない。これにより、通常１時間程度を要していた検査時間を１０分程度に短縮できる。【００５０】
図５は、前述の解析手順を実行する定量解析プログラム４６のフローチャートである。ＰＥＴ装置１０から画像データである画素ｉでの放射線濃度Ci(t)を読み込む（Ｓ１０)。また、血液入力関数モニター２４から血液中の全放射線濃度曲線データを読み込み（Ｓ１２)、血液中の酸素成分の放射能濃度Ao(t)および水成分の放射能濃度Aw(t)に分離する（Ｓ１４)。【００５１】
次に、所定範囲（０〜２mL/g/min）内の複数の離散値について２００通りの血流量ｆについて式（２）の２つの非線形部分（重畳積分部分）Ｆ１，Ｆ２のテーブル化を行い、記憶する（Ｓ１６)。【００５２】
次に、画像の画素ｉごとに、前記の２００通りのｆについて最小自乗法により酸素摂取率Eと血管内の放射能濃度Voを計算する（Ｓ１８)。次に、式（４）の最小自乗法の誤差ｓ２を最小とする血流量ｆ、酸素摂取率Ｅ、血管内の放射能濃度Voを決定する（Ｓ２０)。そして、得られた測定データ（機能画像データ）を記憶するとともに、ディスプレイ装置３８に画像を表示する（Ｓ２２)。【００５３】
図６に、ＰＥＴ検査により検出される放射線濃度の時間経過の１例を示す。この例では、時刻０分において標識酸素を投与し時刻３分で標識水を投与している。図５において、実線６１は上式の左辺つまりＰＥＴにおける画素ｉでの放射線濃度の測定量Ci(t)を、破線６２は式（１）の右辺第１項（組織中の酸素分子の挙動）、破線６３は式（１）の右辺第２項（体内の代謝で得られた水分子の挙動）、点線６４は式（１）の右辺第３項（血管内の放射能濃度）を示す。破線６３は、時刻３分での標識水の投与に対応して急に増加している。【００５４】
図７は、カニクイザルを被検体として用いて上述の新規の検査法と３種類の標識化合物の短期間投与に基づく従来法とでそれぞれ得られた脳血流量、脳酸素摂取率および脳酸素代謝量の測定データ（画像）を示す。新規の検査法では、１回のＰＥＴ検査のみで検査を終了できるので測定時間が１０分以内に大幅に短縮できる一方、従来法と同等の測定精度の測定結果が得られた。これにより、検査法の正当性と妥当性を確認できた。【００５５】
なお、血流検査のため、標識水の代わりに標識二酸化炭素を用いることもできる。標識二酸化炭素は、標識ガス投与装置１８により投与する。この場合、標識水を用いる場合と同様に、標識酸素と標識二酸化炭素を、時間間隔をあけて連続的に被検体に投与し、一回のＰＥＴ撮像で放射線濃度を求める。【００５６】
先に投与した薬剤の血夜中および脳組織中の残留放射は数式理論により予測し、後に投与した薬剤の放射線濃度は、先に投与した薬剤による残留放射の予測値を差し引くことにより評価するが、標識酸素と標識水（または標識二酸化炭素）の２つの薬剤の投与の順番は、逆にしてもよい。【００５７】
また、上述の例ではＰＥＴ装置１０からの一次データであるサイノグラム（投影データ）をまず放射線濃度の画像データCi(t)に再構成してから、局所ごとに脳酸素代謝量等を計算した。そして、脳酸素代謝量等の定量化画像を得た。しかし、その代わりに、投影データの時曲線から投影データとしての脳酸素代謝量等を同様に計算し、その計算結果から定量化画像を再構成してもよい。【００５８】
以上に説明した画像定量化では、従来標識一酸化炭素投与検査により行っていた脳血液量補正について、脳血液量を数式理論により推定可能としたので、標識一酸化炭素を用いた検査が不要となる。また、従来別々に行っていたO-15標識水とO-15標識酸素ガスをたとえば３分という短時間間隔で連続的に投与する検査法を採用したので、１回のＰＥＴ撮像で検査ができる。さらに、数式理論を用い、１回の撮像のデータから短時間（おおむね２分）内に酸素代謝量、酸素摂取率、血流といった複数の機能の画像の計算を可能となる。したがって、２種の薬剤を連続的に投与しつつ１回のＰＥＴ撮像を行うだけで、測定精度を維持しつつ、検査時間が短縮できる。
【図１】
0004701406.tif 000037
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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