(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポジトロンＣＴ計測の計測データから、被験体の画像を再構成する画像再構成方法であって、
15Ｏによって標識された第１トレーサを用いたポジトロンＣＴ計測で得られた、前記被験体での血流量についての計測データを含む第１計測データと、
13Ｎ−ＮＨ3からなる第２トレーサを用いたポジトロンＣＴ計測で得られた、前記被験体での13Ｎ−ＮＨ3動態についての計測データを含む第２計測データと、を用い、
前記第１計測データ及び前記第２計測データの比較演算によって、前記被験体でのグルタミン合成酵素の酵素活性を定量するとともに、各画素ごとに定量された前記酵素活性から画像を再構成して、前記グルタミン合成酵素の前記酵素活性についての前記被験体の画像を生成することを特徴とする画像再構成方法。
【請求項２】
前記比較演算による前記酵素活性の定量を、前記血流量、前記13Ｎ−ＮＨ3動態、及び前記酵素活性の対応関係を示す対応表を作成して行うことを特徴とする請求項１記載の画像再構成方法。
【請求項３】
前記第１計測データ及び前記第２計測データは、それぞれ、前記ポジトロンＣＴ計測で得られた計測データに加えて、前記第１トレーサまたは前記第２トレーサの前記被験体への入力量の時間変化を示す入力関数を含むことを特徴とする請求項１記載の画像再構成方法。
【請求項４】
前記第２計測データに含まれる前記入力関数は、前記第２トレーサの代謝による入力量の減少を補正した代謝補正入力関数であることを特徴とする請求項３記載の画像再構成方法。
【請求項５】
ポジトロンＣＴ計測の計測データから、被験体の画像を再構成する画像再構成装置であって、
15Ｏによって標識された第１トレーサを用いたポジトロンＣＴ計測で得られた、前記被験体での血流量についての計測データを含む第１計測データと、
13Ｎ−ＮＨ3からなる第２トレーサを用いたポジトロンＣＴ計測で得られた、前記被験体での13Ｎ−ＮＨ3動態についての計測データを含む第２計測データと、を用い、
前記第１計測データ及び前記第２計測データの比較演算によって、前記被験体でのグルタミン合成酵素の酵素活性を定量する酵素活性定量手段と、
前記酵素活性定量手段で各画素ごとに定量された前記酵素活性から画像を再構成して、前記グルタミン合成酵素の前記酵素活性についての前記被験体の画像を生成する画像生成手段と、
を備えることを特徴とする画像再構成装置。
【請求項６】
前記比較演算による前記酵素活性の定量に用いる、前記血流量、前記13Ｎ−ＮＨ3動態、及び前記酵素活性の対応関係を示す対応表を作成する対応表作成手段を備えることを特徴とする請求項５記載の画像再構成装置。
【請求項７】
前記第１計測データ及び前記第２計測データは、それぞれ、前記ポジトロンＣＴ計測で得られた計測データに加えて、前記第１トレーサまたは前記第２トレーサの前記被験体への入力量の時間変化を示す入力関数を含むことを特徴とする請求項５記載の画像再構成装置。
【請求項８】
前記第１計測データから、前記被験体での前記血流量を算出する血流量算出手段を備えることを特徴とする請求項５記載の画像再構成装置。
【請求項９】
被験体に対してポジトロンＣＴ計測を行うためのポジトロンＣＴ装置を含むポジトロンＣＴ計測部と、
15Ｏによって標識された第１トレーサを前記被験体に注入するための第１注入手段と、13Ｎ−ＮＨ3からなる第２トレーサを前記被験体に注入するための第２注入手段と、前記第１注入手段及び前記第２注入手段のそれぞれによるトレーサの注入を制御する注入制御手段と、を有するトレーサ注入部と、
前記ポジトロンＣＴ計測部及び前記トレーサ注入部による前記ポジトロンＣＴ計測及び前記トレーサの注入を指示または制御する計測制御手段と、
請求項５記載の画像再構成装置と、
を備えることを特徴とするポジトロンＣＴ計測システム。
【請求項１０】
前記第１トレーサは、15Ｏ−Ｈ2Ｏからなるとともに、前記注入制御手段は、前記第１注入手段及び前記第２注入手段のそれぞれによる前記トレーサの注入を切り替える注入切替手段であることを特徴とする請求項９記載のポジトロンＣＴ計測システム。
【請求項１１】
前記被験体から動脈血を採取するための動脈血採取手段をさらに備えることを特徴とする請求項９記載のポジトロンＣＴ計測システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被験体でのグルタミン合成酵素の酵素活性を定量及び画像化可能なポジトロンＣＴ計測システム、及びその画像再構成方法、画像再構成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
グルタミン酸は、人間を含む哺乳動物の中枢神経系における興奮性神経の情報伝達を担う物質である。また、このようなグルタミン酸作動性神経は、脳梗塞などの虚血による脳障害や、学習、痴呆にも関与するなど、脳の活動などに広範囲に関わっていることが報告されている（例えば、文献「脳21, Vol.1, No.2, p.79（1998）」参照）。このことから、近年、脳内などにおけるグルタミン合成酵素の酵素活性を定量的に計測することの重要性が増してきている。
【０００３】
従来、グルタミン合成酵素の酵素活性を計測する方法としては、例えば、（１）13Ｎ−ＮＨ3をトレーサとしたポジトロンＣＴ画像と、15Ｏ−Ｏ2をトレーサとしたポジトロンＣＴ画像とを個別に見比べて、その画像の濃淡などから定性的、主観的に酵素活性を判断する方法（文献「J.Nucl.Med., 17, p.473（1976）」）や、（２）グルタミン酸自体に標識を付した13Ｎ−グルタミン酸をトレーサとして用いる方法（文献「J.Nucl.Med., 18, p.718（1977）」）などが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したグルタミン合成酵素の酵素活性の計測方法では、定性的な判断のみで定量的な計測や画像化ができず、また、その計測方法が複雑となるなどの問題があった。すなわち、（１）の計測方法では、13Ｎ−ＮＨ3を用いた計測は血流量を大きく反映してしまい、15Ｏ−Ｏ2を用いた計測と合わせても、酵素活性について正確に判断することができない。また、（２）の計測方法では、トレーサである13Ｎ−グルタミン酸の作製過程が複雑であり、その計測自体にも複雑な計算を要して簡便かつ正確な定量ができない、などの問題がある。
【０００５】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、グルタミン合成酵素の酵素活性を定量して画像化することが可能なポジトロンＣＴ計測システム、及びその画像再構成方法、画像再構成装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による画像再構成方法は、ポジトロンＣＴ計測の計測データから、被験体の画像を再構成する画像再構成方法であって、（１）15Ｏによって標識された第１トレーサを用いたポジトロンＣＴ計測で得られた、被験体での血流量についての計測データを含む第１計測データと、（２）13Ｎ−ＮＨ3からなる第２トレーサを用いたポジトロンＣＴ計測で得られた、被験体での13Ｎ−ＮＨ3動態についての計測データを含む第２計測データと、を用い、（３）第１計測データ及び第２計測データの比較演算によって、被験体でのグルタミン合成酵素の酵素活性を定量するとともに、各画素ごとに定量された酵素活性から画像を再構成して、グルタミン合成酵素の酵素活性についての被験体の画像を生成することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明による画像再構成装置は、ポジトロンＣＴ計測の計測データから、被験体の画像を再構成する画像再構成装置であって、（ａ）15Ｏによって標識された第１トレーサを用いたポジトロンＣＴ計測で得られた、被験体での血流量についての計測データを含む第１計測データと、（ｂ）13Ｎ−ＮＨ3からなる第２トレーサを用いたポジトロンＣＴ計測で得られた、被験体での13Ｎ−ＮＨ3動態についての計測データを含む第２計測データと、を用い、（ｃ）第１計測データ及び第２計測データの比較演算によって、被験体でのグルタミン合成酵素の酵素活性を定量する酵素活性定量手段と、（ｄ）酵素活性定量手段で各画素ごとに定量された酵素活性から画像を再構成して、グルタミン合成酵素の酵素活性についての被験体の画像を生成する画像生成手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記した画像再構成方法及び画像再構成装置においては、15Ｏによって標識された第１トレーサと、ＮＨ3に13Ｎで標識を付した13Ｎ−ＮＨ3からなる第２トレーサとを用いてそれぞれポジトロンＣＴ計測を行って、２種類の画像を取得する。そして、それらの画像の各画素について、２種類の計測データを比較演算することによって酵素活性を定量して、酵素活性についての画像を再構成することとしている。
【０００９】
ここで、ＮＨ3は、グルタミン合成酵素によるグルタミン酸からのグルタミンの合成に使用される物質である。しかしながら、その被験体内部における分布は血流量によって大きく影響されるため、上記した第２トレーサでのポジトロンＣＴ画像は、グルタミン合成酵素の酵素活性に直接に対応するものとはならない。
【００１０】
これに対して、第１トレーサでのポジトロンＣＴ計測から血流量についてのポジトロンＣＴ画像を取得するとともに、数学モデルなどを用いてそれらの比較演算を行うことによって、13Ｎ−ＮＨ3でのポジトロンＣＴ画像から血流量の影響を極力除去して、グルタミン合成酵素の酵素活性に対応した画像を生成することが可能となる。
【００１１】
この方法によれば、複数の画像を見比べてグルタミン合成酵素の酵素活性を判断するのではなく、グルタミン合成酵素の酵素活性自体を画像化することが可能であり、したがって、その定量的かつ客観的な判断が可能となる。また、作製過程が複雑となる13Ｎ−グルタミン酸に比べて、その作製やデータ解析等が容易な13Ｎ−ＮＨ3をトレーサとして用いているので、より簡便かつ正確にグルタミン合成酵素の酵素活性を定量することができる。以上より、グルタミン合成酵素の酵素活性を、より容易かつ正確に定量して画像化することが可能な画像再構成方法及び画像再構成装置が実現される。
【００１２】
また、画像再構成方法は、比較演算による酵素活性の定量を、血流量、13Ｎ−ＮＨ3動態、及び酵素活性の対応関係を示す対応表を作成して行うことを特徴とする。
【００１３】
同様に、画像再構成装置は、比較演算による酵素活性の定量に用いる、血流量、13Ｎ−ＮＨ3動態、及び酵素活性の対応関係を示す対応表を作成する対応表作成手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
上記のように、第１トレーサによる計測データと第２トレーサによる計測データの比較演算を対応表を用いて行うことによって、画像を構成する各画素での計測データに対してそれぞれ行われる酵素活性の定量を、より効率的に実行することができる。
【００１５】
また、画像再構成方法（画像再構成装置）は、第１計測データ及び第２計測データが、それぞれ、ポジトロンＣＴ計測で得られた計測データに加えて、第１トレーサまたは第２トレーサの被験体への入力量の時間変化を示す入力関数を含むことを特徴とする。このような入力関数は、ポジトロンＣＴ計測の各計測データに対するデータ解析に用いられる。
【００１６】
このとき、第２計測データに含まれる入力関数は、第２トレーサの代謝による入力量の減少を補正した代謝補正入力関数であることが好ましい。第２トレーサの13Ｎ−ＮＨ3は、被験体内での代謝によってその一部が他の物質に変化してしまうため、放射能濃度の計測などによって得られる入力関数は、必ずしも13Ｎ−ＮＨ3の入力量に対応しなくなる。これに対して、代謝分析などによって濃度の補正を行った入力関数を用いることで、より正確に酵素活性を定量することができる。
【００１７】
また、画像再構成装置は、第１計測データから、被験体での血流量を算出する血流量算出手段を備えることを特徴とする。これによって、まず、第１計測データから血流量を算出した後、その算出された血流量と、第２計測データとに対して比較演算を行って、酵素活性を定量することができる。
【００１８】
また、本発明によるポジトロンＣＴ計測システムは、（１）被験体に対してポジトロンＣＴ計測を行うためのポジトロンＣＴ装置を含むポジトロンＣＴ計測部と、（２）15Ｏによって標識された第１トレーサを被験体に注入するための第１注入手段と、13Ｎ−ＮＨ3からなる第２トレーサを被験体に注入するための第２注入手段と、第１注入手段及び第２注入手段のそれぞれによるトレーサの注入を制御する注入制御手段と、を有するトレーサ注入部と、（３）ポジトロンＣＴ計測部及びトレーサ注入部によるポジトロンＣＴ計測及びトレーサの注入を指示または制御する計測制御手段と、（４）上記した画像再構成装置と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、被験体に対する上記した２回のポジトロンＣＴ計測による第１計測データ及び第２計測データを効率的に取得可能な計測システムとすることができる。
【００２０】
ここで、第１トレーサは、15Ｏ−Ｈ2Ｏからなるとともに、注入制御手段は、第１注入手段及び第２注入手段のそれぞれによるトレーサの注入を切り替える注入切替手段であることが好ましい。また、第１トレーサとしては、15Ｏ−Ｈ2Ｏ以外にも、15Ｏ−Ｏ2や15Ｏ−ＣＯ2などを用いても良い。
【００２１】
また、被験体から動脈血を採取するための動脈血採取手段をさらに備えることを特徴とする。ここで、動脈血採取手段で採取された動脈血は、その放射能濃度を計測することによって各トレーサの入力関数の算出に用いることが可能である。したがって、各ポジトロンＣＴ計測の実行と同時に動脈血の採血及び分析を行えば、ポジトロンＣＴ計測による計測データのそれぞれに対応した入力関数を、計測ごとに得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明によるポジトロンＣＴ計測システム、及びその画像再構成方法、画像再構成装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２３】
ここで、以下に示すポジトロンＣＴ計測システムにおいては、人体または動物を計測対象である被験体とし、それらの被験体の脳内におけるグルタミン合成酵素の酵素活性の定量及び画像化を例として、そのポジトロンＣＴ計測やトレーサの注入などの手順、及び得られた計測データからの画像再構成方法等を説明することとする。
【００２４】
図１は、本発明に係るポジトロンＣＴ計測システムの一実施形態の構成を概略的に示すブロック図である。本ポジトロンＣＴ計測システムは、ポジトロンＣＴ計測部１と、トレーサ注入部２とを備え、人体などの被験体Ｓに対してポジトロンＣＴ計測を行って、脳内でのグルタミン合成酵素の酵素活性についての画像を取得することが可能なように構成されている。
【００２５】
ポジトロンＣＴ計測は、陽電子（ポジトロン）を放出する放射性同位元素（ＲＩ：Radioactive Isotope）で標識された物質をトレーサとして、被験体Ｓの内部情報、あるいはその内部情報についての画像を取得する計測方法である。
【００２６】
すなわち、ポジトロンＣＴ計測では、人体や動物、植物などの被験体に対して、陽電子を放出するＲＩで標識された物質をトレーサとして注入する。そして、トレーサに含まれるＲＩから被験体の内部で放出された陽電子が、通常物質中の電子と対消滅して生成され、互いに逆方向へと放出される一対のγ線を計測することによって、被験体の内部情報を取得する。特に、対消滅γ線の同時計数では、同時計数された各事象での被験体内における陽電子の発生、対消滅位置を特定可能であり、この位置情報を用いれば、内部情報を画像化して被験体の画像を生成することが可能である。
【００２７】
被験体Ｓに対してポジトロンＣＴ計測を行うためのポジトロンＣＴ計測部１は、ポジトロンＣＴ装置１０と、計測データ取得装置１１とを有して構成されている。ポジトロンＣＴ装置１０は、図１においては具体的な構成の図示を省略しているが、例えば、リング状などの所定の配列形状に、被験体Ｓを囲むように配列された複数のγ線検出器を含んで構成される。
【００２８】
また、計測データ取得装置１１は、ポジトロンＣＴ装置１０に含まれるγ線検出器のそれぞれからのγ線検出信号に対して同時計数を行って、陽電子からの対消滅γ線を特定する同時計数回路を含んで構成されている。このような同時計数では、ポジトロンＣＴ装置１０に含まれている複数のγ線検出器のうちで、一対のγ線をほぼ同時に検出した２個のγ線検出器の組み合わせなどから、被験体Ｓ中での陽電子の対消滅位置を特定することができる。
【００２９】
この対消滅位置は、陽電子が発生して対消滅を起こした時点での、トレーサの被験体Ｓ内での位置に対応している。したがって、対消滅γ線が同時計数された各事象での対消滅位置のデータを積算していけば、被験体Ｓの内部情報と密接に関連しているトレーサの分布を画像化することが可能である。また、被験体Ｓの各内部情報に関連した物質を注入するトレーサとして選択することによって、そのポジトロンＣＴ計測による計測及び定量、画像化の対象となる内部情報を設定することができる。
【００３０】
一方、被験体Ｓに対してポジトロンＣＴ計測に用いるトレーサを注入するためのトレーサ注入部２は、注入切替器２０と、15Ｏ−Ｈ2Ｏ注入装置（第１注入装置）２１と、13Ｎ−ＮＨ3注入装置（第２注入装置）２２とを有して構成されている。すなわち、本実施形態においては、被験体Ｓでの内部情報として、上記したようにグルタミン合成酵素の酵素活性を計測及び定量、画像化の対象としている。そして、酵素活性を計測するためのトレーサとして、２種類のトレーサを選択して用いている。
【００３１】
具体的には、被験体Ｓでの血流量についての計測データ（第１計測データ）を取得するための第１トレーサとして15Ｏ−Ｈ2Ｏを、また、被験体Ｓでの13Ｎ−ＮＨ3動態についての計測データ（第２計測データ）を取得するための第２トレーサとして13Ｎ−ＮＨ3を、対応する各注入装置２１、２２にそれぞれセットして用いている。注入装置２１、２２によるそれぞれのトレーサの被験体Ｓへの注入は、注入制御装置である注入切替器２０によって、それぞれ切り替えられて制御される。
【００３２】
また、本実施形態においては、被験体Ｓの動脈血を採取するための動脈血採取装置３が設置されている。この動脈血採取装置３によって採取された動脈血は、上記した各トレーサの被験体Ｓへの入力量の時間変化を示す入力関数を求めるために用いられる。
【００３３】
ポジトロンＣＴ計測部１、トレーサ注入部２、及び動脈血採取装置３のシステム各部の動作は、それぞれ計測制御装置４によって制御されている。計測制御装置４は、一定の手順にしたがって、被験体Ｓへの各トレーサの注入、ポジトロンＣＴ計測の実行、及び動脈血採取の実行などの各動作の全部または制御が必要な一部について、指示または制御を行う。また、ポジトロンＣＴ計測部１で得られた計測データの取得や、動脈血採取装置３で採取された動脈血を分析して得られた入力関数の取得などの必要なデータの取得、保存、データ処理等を行う。
【００３４】
計測制御装置４には、画像再構成装置５が接続されている。画像再構成装置５は、計測制御装置４で取得された各計測データ等に基づいて、グルタミン合成酵素の酵素活性を定量するとともに、その画像化を行う。この画像再構成装置５の構成、及び画像再構成方法については、詳しく後述する。なお、画像再構成装置５は、例えば、計測制御装置４とともに１台のコンピュータで構成しても良いし、あるいは、計測制御装置４とは別個の装置とすることも可能である。
【００３５】
ここで、上記した第１トレーサ15Ｏ−Ｈ2Ｏ及び第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3を用いたポジトロンＣＴ計測による、グルタミン合成酵素の酵素活性の定量原理及び画像再構成方法について、図２を用いてその概略を説明しておく。
【００３６】
グルタミンは、グルタミン合成酵素の働きにより、被験体Ｓの各部（例えば脳内）での組織内においてＮＨ4+及びグルタミン酸から合成される。また、このグルタミンの合成に用いられるＮＨ4+は、血中及び組織内のいずれにおいても、ＮＨ3またはＮＨ4+として存在している。したがって、このグルタミン合成酵素の酵素活性を示す係数ｋ3（以下、単に酵素活性ｋ3という）についての情報は、被験体Ｓ内部におけるＮＨ3（またはＮＨ4+）の動態を計測することによって取得することができる。本実施形態においては、このＮＨ3動態を計測するため、第２トレーサとして、ＮＨ3に標識として13Ｎを付した13Ｎ−ＮＨ3を用いている。
【００３７】
一方、被験体Ｓに注入された第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3は、直接に被験体Ｓの組織内に注入されるのではなく、被験体Ｓの血中に入って被験体Ｓ内部の各部位へと拡散される。そして、図２に示すように、その拡散した各部位においてＮＨ3として組織内に取り込まれて、グルタミン合成酵素によるグルタミンの合成などの活動に寄与することとなる。
【００３８】
このため、第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3を用いたポジトロンＣＴ計測で得られる13Ｎ−ＮＨ3動態のデータは、グルタミン合成酵素の酵素活性ｋ3に加えて、被験体Ｓ内での血流量を強く反映したものとなる。例えば、脳内でのグルタミン合成酵素の酵素活性について定量及び画像化する場合、脳内における13Ｎ−ＮＨ3動態は、局所脳血流量ｒＣＢＦ（regional Cerebral Blood Flow）によって強く影響される。
【００３９】
これに対して、本実施形態においては、第１トレーサとして、Ｈ2Ｏに標識として15Ｏを付した15Ｏ−Ｈ2Ｏを用いている。この第１トレーサ15Ｏ−Ｈ2Ｏは、被験体Ｓ内における血流量、例えばその脳内における局所脳血流量ｒＣＢＦについての情報を取得するために用いられる。
【００４０】
そして、画像再構成装置５では、第１トレーサ15Ｏ−Ｈ2Ｏを用いたポジトロンＣＴ計測で得られた、局所脳血流量ｒＣＢＦについての情報を含む第１計測データと、第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3を用いたポジトロンＣＴ計測で得られた、脳内での13Ｎ−ＮＨ3動態についての情報を含む第２計測データとを用い、これらの各計測データの比較演算によって、脳内におけるグルタミン合成酵素の酵素活性が定量される。また、各画素ごとに定量された酵素活性から、グルタミン合成酵素の酵素活性についての被験体Ｓの画像が再構成して生成される。
【００４１】
すなわち、上記したポジトロンＣＴ計測システム、及びその画像再構成方法、画像再構成装置においては、局所脳血流量ｒＣＢＦ及び酵素活性ｋ3の２つの因子を反映する第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3でのポジトロンＣＴ画像に対して、それとは別に、局所脳血流量ｒＣＢＦを反映している第２トレーサ15Ｏ−Ｈ2ＯでのポジトロンＣＴ画像を取得し、各画素での２種類の計測データを比較演算して、酵素活性を定量及び画像化する。これによって、13Ｎ−ＮＨ3でのポジトロンＣＴ画像から血流量の影響を極力除去して、グルタミン合成酵素の酵素活性に対応した画像を生成することが可能となる。
【００４２】
この方法によれば、グルタミン合成酵素の酵素活性自体を画像化することが可能であり、したがって、その定量的かつ客観的な判断が可能となる。また、その作製やデータ解析等が容易な13Ｎ−ＮＨ3をトレーサとして用いているので、より簡便かつ正確にグルタミン合成酵素の酵素活性を定量することができる。以上より、グルタミン合成酵素の酵素活性を、より容易かつ正確に定量して画像化することが可能な画像再構成方法及び画像再構成装置が実現される。
【００４３】
なお、２つの計測データの比較演算については、例えば、局所脳血流量ｒＣＢＦ、脳内での13Ｎ−ＮＨ3動態、及び酵素活性ｋ3の対応関係について計算することが可能な数学モデルなどを用いて行う方法がある。また、各画素について行う比較演算を効率化するため、それらの対応関係を示す対応表を利用することとしても良い。具体的な比較演算の方法については、さらに後述する。
【００４４】
以下、具体的な実施例とともに、上記した画像再構成方法及び画像再構成装置について、さらに説明する。
【００４５】
まず、ポジトロンＣＴ計測システムにおけるトレーサの注入及びポジトロンＣＴ計測等の実行手順について説明する。図３は、図１に示したポジトロンＣＴ計測システムによるポジトロンＣＴ計測等の手順について、その一例を示すフローチャートである。
【００４６】
トレーサ注入部２の15Ｏ−Ｈ2Ｏ注入装置２１及び13Ｎ−ＮＨ3注入装置２２のそれぞれに、放射化された第１トレーサ15Ｏ−Ｈ2Ｏ及び第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3を所定量セットしたら、トレーサの注入及びポジトロンＣＴ計測を開始する。まず、注入切替器２０を15Ｏ−Ｈ2Ｏ注入装置２１側に接続する。そして、被験体Ｓへの静脈内注射によって、被験体Ｓ内に第１トレーサ15Ｏ−Ｈ2Ｏを注入する（ステップＳ１０１）。このとき、15Ｏ−Ｈ2Ｏは、計測に用いる全量を短時間ですべて注入する。
【００４７】
15Ｏ−Ｈ2Ｏを注入したら、ポジトロンＣＴ計測部１による第１回目のポジトロンＣＴ計測を開始すると同時に、動脈血採取装置３による動脈血の採血を開始する（Ｓ１０２、Ｓ１０４）。ポジトロンＣＴ計測及び動脈採血は、15Ｏ−Ｈ2Ｏの注入から所定の計測時間（例えば２分間）にわたって、それぞれ所定の時間間隔で複数回行う。また、採取された動脈血に対しては、15Ｏ−Ｈ2Ｏの入力関数を決定するために必要な放射能濃度の計測などの動脈血分析を行う（Ｓ１０５）。
【００４８】
第１トレーサ15Ｏ−Ｈ2Ｏによる第１回目のポジトロンＣＴ計測及び動脈採血をすべて終了したら（Ｓ１０３、Ｓ１０６）、注入切替器２０を13Ｎ−ＮＨ3注入装置２２側に接続する。そして、被験体Ｓ内での第１トレーサ15Ｏ−Ｈ2Ｏの放射能濃度が充分に減衰するのを待って、被験体Ｓへの静脈内注射によって、被験体Ｓ内への第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3の注入を開始する（Ｓ１０７）。この13Ｎ−ＮＨ3の注入は、短時間で全量を注入する第１トレーサ15Ｏ−Ｈ2Ｏの場合と異なり、所定の注入時間（例えば１０分間）にわたって、一定速度で注入を行う。
【００４９】
13Ｎ−ＮＨ3の注入を開始したら、ポジトロンＣＴ計測部１による第２回目のポジトロンＣＴ計測を開始すると同時に、動脈血採取装置３による動脈血の採血を開始する（Ｓ１０８、Ｓ１１１）。ポジトロンＣＴ計測及び動脈採血は、13Ｎ−ＮＨ3の注入開始から所定の計測時間（例えば１５分間）にわたって、それぞれ所定の時間間隔で複数回行う。また、採取された動脈血に対しては、13Ｎ−ＮＨ3の入力関数を決定するために必要な放射能濃度の計測や代謝分析などの動脈血分析を行う（Ｓ１１２）。
【００５０】
第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3の注入開始から所定の注入時間が経過したら、停止タイマなどによって13Ｎ−ＮＨ3の注入を停止する（Ｓ１０９）とともに、ポジトロンＣＴ計測及び動脈採血を続行する。さらに、所定の計測時間が経過して、第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3による第２回目のポジトロンＣＴ計測及び動脈採血をすべて終了したら（Ｓ１１０、Ｓ１１３）、全計測を終了する。
【００５１】
続いて、第１回目及び第２回目のポジトロンＣＴ計測及び動脈採血による第１計測データ及び第２計測データから、計測制御装置４及び画像再構成装置５において、必要なデータ処理、データ解析、グルタミン合成酵素の酵素活性の定量、及びその画像の再構成を行う（Ｓ１１４）。なお、計測データに対するデータ処理については、その一部をポジトロンＣＴ計測及び動脈採血の実行と並行して行っても良い。
【００５２】
次に、第１回目及び第２回目のポジトロンＣＴ計測に伴ってそれぞれ実行される動脈採血での動脈血に対して行われる動脈血分析、及び各トレーサの脳内への入力量を示す入力関数の作成について説明する。
【００５３】
第１トレーサ15Ｏ−Ｈ2Ｏについての動脈血分析（Ｓ１０５）では、原則として、動脈採血開始から終了までの計測時間内の各計測時刻で採取された動脈血に対してそれぞれ放射能濃度計測を行い、その時間変化から15Ｏ−Ｈ2Ｏの入力量についての入力関数を作成する。一方、第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3についての動脈血分析（Ｓ１１２）では、13Ｎ−ＮＨ3の入力量が代謝によって減少することを考慮し、図４のフローチャートに示す手順によって、代謝補正入力関数を作成することが好ましい。
【００５４】
まず、第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3を用いた計測時間中の各計測時刻において、動脈血全血を採血する（ステップＳ２０１）。そして、採血された動脈血から、一定量を試験管Ａに採取するとともに（Ｓ２０２）、同様に一定量を別の試験管Ｂに採取する（Ｓ２０４）。これらの２つの試験管Ａ及びＢに採取された動脈血は、それぞれ全血分の放射能濃度及び代謝分の放射能濃度を計測して、代謝分析を行うために使用される。
【００５５】
すなわち、試験管Ａに採取された動脈血については、特別の処理をせず、そのままの状態の動脈血に対して、放射能濃度の計測を行う（Ｓ２０３）。このとき得られる放射能濃度は、全血分の放射能濃度となる。
【００５６】
一方、試験管Ｂに採取された動脈血については、試験管Ｂ内に採取した動脈血と同量のＫＯＨ溶液を入れて攪拌する（Ｓ２０５）。さらに、８０℃、１０分で留去して、ガス置換を行う（Ｓ２０６）。このガス置換によって、未代謝で13Ｎ−ＮＨ3のまま残留している第２トレーサ成分が動脈血から除去されて、代謝された第２トレーサのみが残る。以上の処理を施した動脈血に対して、放射能濃度の計測を行う（Ｓ２０７）。このとき得られる放射能濃度は、未代謝分が除去されているため、代謝分の放射能濃度となる。
【００５７】
上記した動脈血処理及び放射能濃度計測によって得られた全血分の放射能濃度と、代謝分の放射能濃度との差分をとることによって、未代謝分の放射能濃度を算出する（Ｓ２０８）。この未代謝で13Ｎ−ＮＨ3のままとなっている放射能濃度が、脳内への第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3の実効的な入力量に対応しており、これを用いて、代謝補正入力関数を作成することができる（Ｓ２０９）。
【００５８】
以上、図３及び図４に示したポジトロンＣＴ計測等の手順、及び動脈血分析の手順によって、グルタミン合成酵素の酵素活性の定量に必要な各計測データが得られる。具体的には、第１トレーサ15Ｏ−Ｈ2Ｏを用いたポジトロンＣＴ計測、及びそれに対応する動脈血分析で得られた、15Ｏ−Ｈ2Ｏ計測データ及び入力関数を含む第１計測データと、第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3を用いたポジトロンＣＴ計測、及びそれに対応する動脈血分析で得られた、13Ｎ−ＮＨ3計測データ及び代謝補正入力関数を含む第２計測データと、がそれぞれ取得される。
【００５９】
これらの各データは、計測制御装置４を介して、または操作者による入力などによって直接に、画像再構成装置５へと入力される。そして、画像再構成装置５において、各計測データを参照した演算処理によって、グルタミン合成酵素の酵素活性が定量されるとともに、その画像化が行われる。
【００６０】
図５は、図１に示したポジトロンＣＴ計測システムに適用され、上記した各計測データから、グルタミン合成酵素の酵素活性についての被験体Ｓの画像を再構成することが可能な画像再構成装置の一実施形態の構成を概略的に示すブロック図である。
【００６１】
本画像再構成装置５は、15Ｏ−Ｈ2Ｏ計測データと対応する入力関数とを含む第１計測データから、局所脳血流量ｒＣＢＦを算出する血流量算出部５１と、血流量算出部５１で算出された局所脳血流量ｒＣＢＦ、及び13Ｎ−ＮＨ3計測データと対応する代謝補正入力関数とを含む第２計測データから、グルタミン合成酵素の酵素活性ｋ3を定量する酵素活性定量部５２と、を有して構成されている。
【００６２】
酵素活性定量部５２には、対応表作成部５３が接続されている。この対応表作成部５３では、酵素活性定量部５２におけるグルタミン合成酵素の酵素活性ｋ3の定量に用いるための、局所脳血流量ｒＣＢＦ、脳内での13Ｎ−ＮＨ3動態、及び酵素活性ｋ3の対応関係を示す対応表の作成が行われる。
【００６３】
また、酵素活性定量部５２で、画像の各画素ごとに定量された酵素活性ｋ3のデータは、画像生成部５４において再構成されて、被験体Ｓの脳内でのグルタミン合成酵素の酵素活性についての画像が生成される。また、本実施形態の画像再構成装置５においては、表示装置５５が付設されており、画像生成部５４で生成された画像は、この表示装置５５に表示される。
【００６４】
上記した画像再構成装置における画像再構成方法について説明する。図６は、図５に示した画像再構成装置による画像再構成方法について、その一例を示すフローチャートである。
【００６５】
図３及び図４のフローチャートに示した手順によって、ポジトロンＣＴ計測及び動脈血分析による第１計測データ及び第２計測データを取得したら（ステップＳ３０１）、それらの各計測データを用いて、グルタミン合成酵素の酵素活性の定量、及び画像の再構成を開始する。まず、15Ｏ−Ｈ2Ｏ計測データ及び15Ｏ−Ｈ2Ｏの入力関数を含む第１計測データから、血流量算出部５１において、局所脳血流量ｒＣＢＦを算出する（Ｓ３０２）。
【００６６】
図７は、図３に示した計測手順での第１回目のポジトロンＣＴ計測及び動脈血分析によって得られる第１計測データの一例を示すグラフである。本グラフにおいて、横軸は、第１トレーサ15Ｏ−Ｈ2Ｏを注入してからの経過時間（秒）を示し、縦軸は、各計測時刻で計測された放射能濃度（Ｂｑ／ｍｌ）を示している。また、ポジトロンＣＴ計測及び動脈血分析を行う全体の計測時間は、２分間（１２０秒）としている。
【００６７】
図７に示されている３つのグラフのうち、グラフ（ａ）は第１トレーサ15Ｏ−Ｈ2Ｏの入力関数となる動脈血全血での放射能濃度の時間変化を示している。ここでは、15Ｏ−Ｈ2Ｏを短時間で全量注入していることに対応して、静脈内注射からの拡散によって放射能濃度が増加した後、指数関数的に放射能濃度が減少していく時間変化となっている。
【００６８】
これに対して、グラフ（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれポジトロンＣＴ計測によって得られた15Ｏ−Ｈ2Ｏ計測データの例を示している。具体的には、グラフ（ｃ）は、小脳（Cerebellum）での放射能濃度の時間変化、グラフ（ｄ）は、後頭皮質（Occipital cortex）での放射能濃度の時間変化、による15Ｏ−Ｈ2Ｏ計測データをそれぞれ示している。この15Ｏ−Ｈ2Ｏ計測データ、及びグラフ（ａ）に示した入力関数から、局所脳血流量ｒＣＢＦが算出される。なお、ｒＣＢＦの算出には、例えばＡＲＧ法（Auto RadioGraphy 法）などの算出方法が用いられる。
【００６９】
次に、血流量算出部５１で算出されたｒＣＢＦと、13Ｎ−ＮＨ3計測データ及び13Ｎ−ＮＨ3の代謝補正入力関数を含む第２計測データとから、酵素活性定量部５２において、定量に用いる数学モデルのパラメータ及びグルタミン合成酵素の酵素活性ｋ3を算出する（Ｓ３０３）。
【００７０】
図８は、図３に示した計測手順での第２回目のポジトロンＣＴ計測及び動脈血分析によって得られる第２計測データの一例を示すグラフである。本グラフにおいて、横軸は、第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3の注入を開始してからの経過時間（秒）を示し、縦軸は、各計測時刻で計測された放射能濃度（Ｂｑ／ｍｌ）を示している。また、第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3を注入する注入時間は、１０分間（６００秒）とし、ポジトロンＣＴ計測及び動脈血分析を行う全体の計測時間は、１５分間（９００秒）としている。
【００７１】
図８に示されている４つのグラフのうち、グラフ（ａ）は第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3の補正前の入力関数となる動脈血全血での放射能濃度の時間変化を示している。また、グラフ（ｂ）は第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3の代謝補正入力関数となる動脈血での未代謝分の放射能濃度の時間変化を示している（図４に示したフローチャート参照）。第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3に対しては、代謝による入力量の減少の影響を除去するため、このグラフ（ｂ）による代謝補正入力関数が用いられる。ここでは、13Ｎ−ＮＨ3を１０分間の注入時間にわたって一定速度で注入していることに対応して、注入開始から６００秒前後までは、グラフ（ａ）及び（ｂ）ともに放射能濃度が増加傾向を示し、注入停止後は、それぞれ放射能濃度が減少傾向を示す時間変化となっている。
【００７２】
これに対して、図７に示した15Ｏ−Ｈ2Ｏ計測データと同様に、グラフ（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれポジトロンＣＴ計測によって得られた13Ｎ−ＮＨ3計測データの例を示している。具体的には、グラフ（ｃ）は、小脳での放射能濃度の時間変化、グラフ（ｄ）は、後頭皮質での放射能濃度の時間変化、による13Ｎ−ＮＨ3計測データをそれぞれ示している。これらの13Ｎ−ＮＨ3計測データは、脳内のそれぞれの部位での13Ｎ−ＮＨ3動態に対応している。そして、図８に示したグラフ（ｃ）及び（ｄ）によれば、脳内における13Ｎ−ＮＨ3動態は、注入停止までは血流にほぼ比例し、一方、注入停止後は、グルタミン合成酵素の酵素活性ｋ3に比例している。
【００７３】
この13Ｎ−ＮＨ3動態（13Ｎ−ＮＨ3計測データ）及びグラフ（ｂ）に示した代謝補正入力関数と、算出されたｒＣＢＦとを比較演算することにより、酵素活性ｋ3が算出される。また、定量に用いる数学モデルに基づいた計算により、その数学モデルでのパラメータの値が算出される。
【００７４】
続いて、対応表作成部５３において、各画素に対する酵素活性ｋ3の定量及びその画像化に用いる対応表を作成する（Ｓ３０４）。この対応表は、局所脳血流量ｒＣＢＦ、脳内における13Ｎ−ＮＨ3動態、及び酵素活性ｋ3の対応関係を示すものである。
【００７５】
脳内における13Ｎ−ＮＨ3動態は、13Ｎ−ＮＨ3の（代謝補正）入力関数と、局所脳血流量ｒＣＢＦと、酵素活性ｋ3とから、数学モデルを用いて一義的に決まる。また、13Ｎ−ＮＨ3動態の変化を示す曲線は、ｒＣＢＦ及びｋ3の値を変化させても互いに交差せず、曲線の全体として同じ方向に変化する。したがって、13Ｎ−ＮＨ3動態の指標として13Ｎ−ＮＨ3動態曲線の時間積分値（以下、13Ｎ−ＮＨ3動態積分値という）を用いれば、ｒＣＢＦ及びｋ3と、それらから決まる13Ｎ−ＮＨ3動態積分値とは、１対１対応する。
【００７６】
以上の性質を利用し、13Ｎ−ＮＨ3の代謝補正入力関数及び求められているパラメータをもとにして、必要な数値範囲についてｒＣＢＦ及びｋ3の値を変化させて、数学モデルを用いて13Ｎ−ＮＨ3動態積分値をそれぞれ算出する。そして、図９に示すように、局所脳血流量ｒＣＢＦ、酵素活性ｋ3、及び13Ｎ−ＮＨ3動態積分値の対応関係を示す対応表を作成する。
【００７７】
続いて、対応表作成部５３において作成された対応表を参照して、酵素活性定量部５２において、脳内の各部位に対応する各画素に対して、酵素活性ｋ3を定量する（Ｓ３０５）。すなわち、局所脳血流量ｒＣＢＦの数値の脳内分布を示すｒＣＢＦ画像から、各画素でのｒＣＢＦ値を求める。また、各計測時刻で得られた13Ｎ−ＮＨ3画像を集積した13Ｎ−ＮＨ3集積画像から、各画素での13Ｎ−ＮＨ3動態積分値を求める。そして、それらの２つの値の組み合わせから、対応表を参照して、その画素での酵素活性ｋ3を定量する。
【００７８】
この酵素活性ｋ3の定量方法について、図９を用いて説明する。まず、定量に用いる対応表は、酵素活性ｋ3の値＝ｘ1、ｘ2、…、ｘnの数値範囲、局所脳血流量ｒＣＢＦの値＝ｙ1、ｙ2、…、ｙmの数値範囲で作成されている。そして、それぞれの数値の組み合わせ（ｋ3＝ｘi、ｒＣＢＦ＝ｙj）に対して、13Ｎ−ＮＨ3動態積分値ｚijが数学モデルから算出されて、対応表が構成されている。
【００７９】
これに対して、再構成しようとする画像の特定の画素について、ｒＣＢＦ画像からｒＣＢＦ＝ｙ2の数値が、また、13Ｎ−ＮＨ3集積画像から13Ｎ−ＮＨ3動態積分値＝ｚ32の数値が得られたとする。このとき、図９に示すように、その画素でのグルタミン合成酵素の酵素活性は、対応表を用いてｋ3＝ｘ3と定量される。
【００８０】
このように、第１計測データ及び第２計測データの比較演算による酵素活性の定量を、それらの対応関係を示す対応表を作成して行うことによって、画像を構成する各画素での計測データに対してそれぞれ行われる酵素活性の定量を、より効率的に実行することができる。
【００８１】
上記した対応表を用いた定量方法によって、画像の各画素に対して順次、酵素活性ｋ3を定量していく。そして、すべての画素についての酵素活性ｋ3の定量を終了したら、画像生成部５４において、各画素での酵素活性ｋ3のデータを再構成して、グルタミン合成酵素の酵素活性ｋ3の脳内分布を示す画像を生成する（Ｓ３０６）。
【００８２】
本発明によるポジトロンＣＴ計測システム、及びその画像再構成方法、画像再構成装置は、上記した実施形態及び実施例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記した実施例では、第１計測データから局所脳血流量ｒＣＢＦを算出した後、このｒＣＢＦ及び第２計測データから酵素活性ｋ3を定量しているが、第１計測データ及び第２計測データに対して直接に比較演算を実行する構成としても良い。また、対応表を用いずに、各画素に対して順次計算を行うこととしても良い。
【００８３】
また、ポジトロンＣＴ計測システムについても、図１に示した構成に限らず、様々に変形することが可能である。例えば、15Ｏによって標識された第１トレーサについては、被験体での血流量を計測可能なものであれば、15Ｏ−Ｈ2Ｏ以外にも、15Ｏ−Ｏ2や15Ｏ−ＣＯ2などを用いても良い。ただし、これらのガスをトレーサとした場合には、被験体への第１トレーサの注入は、静脈内注射ではなく、吸気として被験体内へと注入するなどの構成とする必要がある。
【００８４】
また、動脈血の採取及び分析などについては、各計測時刻で手動によって行って、分析で得られたデータを計測制御装置または画像再構成装置に入力する、などの構成とすることも可能である。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によるポジトロンＣＴ計測システム、及びその画像再構成方法、画像再構成装置は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、15Ｏによって標識された第１トレーサと、13Ｎ−ＮＨ3からなる第２トレーサとを用いてそれぞれポジトロンＣＴ計測を行って、２種類の計測データを取得する。そして、画像の各画素について、それらの計測データを比較演算することによって酵素活性を定量して、グルタミン合成酵素の酵素活性についての画像を再構成して生成する。
【００８６】
これによって、13Ｎ−ＮＨ3でのポジトロンＣＴ画像から血流量の影響を極力除去して、グルタミン合成酵素の酵素活性を定量的かつ客観的に評価可能な画像を生成することが可能となる。また、作製等が容易な13Ｎ−ＮＨ3をトレーサとして用いているので、より簡便かつ正確にグルタミン合成酵素の酵素活性を定量することができる。
【００８７】
グルタミン酸作動性神経は、脳などの活動に広範囲に関わっている。したがって、上記した方法及び装置によってグルタミン合成酵素の酵素活性を画像化することが可能となれば、脳機能の解明のみならず、脳障害の過程の解明、脳梗塞や痴呆の診断、それらの治療薬の評価など、様々な活用が期待される。
【００８８】
また、上記したトレーサはいずれも半減期が短く、計測自体も短時間で済むため、被験者への負担は例えば18Ｆ−ＦＤＧを用いた１回の計測よりも少ない。また、同一日に複数回の計測を実行することも可能であり、薬の投与前後などでの急性効果の評価も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポジトロンＣＴ計測システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示したポジトロンＣＴ計測システムによるグルタミン合成酵素の酵素活性の定量原理について示す模式図である。
【図３】図１に示したポジトロンＣＴ計測システムによるポジトロンＣＴ計測等の手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】動脈血分析による第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3の代謝補正入力関数の決定について示すフローチャートである。
【図５】画像再構成装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示した画像再構成装置における画像再構成方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】第１トレーサ15Ｏ−Ｈ2Ｏを用いた計測データの一例を示すグラフである。
【図８】第２トレーサ13Ｎ−ＮＨ3を用いた計測データの一例を示すグラフである。
【図９】グルタミン合成酵素の酵素活性の定量に用いる対応表の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…ポジトロンＣＴ計測部、１０…ポジトロンＣＴ装置、１１…計測データ取得装置、
２…トレーサ注入部、２０…注入切替器、２１…15Ｏ−Ｈ2Ｏ注入装置、２２…13Ｎ−ＮＨ3注入装置、
３…動脈血採取装置、４…計測制御装置、５…画像再構成装置、５１…血流量算出部、５２…酵素活性定量部、５３…対応表作成部、５４…画像生成部、５５…表示装置。
【図１】
0004390982.tif 000002
【図２】
0004390982.tif 000003
【図３】
0004390982.tif 000004
【図４】
0004390982.tif 000005
【図５】
0004390982.tif 000006
【図６】
0004390982.tif 000007
【図７】
0004390982.tif 000008
【図８】
0004390982.tif 000009
【図９】
0004390982.tif 000010