PET／MRI 一体型撮像装置

山本 誠一
Yamamoto Seiichi（名古屋大学大学院医学系研究科医療技術学専攻医用量子科学講座）

まで主に 2 つの方法が試みられてきた。1 つは

1 はじめにPET 用検出器のシンチレータのみを MRI の高PET と MRI の 同 時 測 定 が 可 能 な PET／MRI

磁場中に配置し，シンチレーション光を，光フ一体型撮像装置は，新しい分子イメージング機

ァイバーを用いて磁場強度が十分に低い場所ま器として注目されている。PET は高い感度で，で伝送し，その場所に配置した位置有感型光電ポジトロン放出核種で標識した分子プローブの子 増 倍 管（Position Sensitive Photomultiplier

分布や濃度を測定可能である。一方，MRI はTube：PSPMT）で検出する方法である。最初

種々のコントラストで高い空間分解能の解剖学の MRI 中で撮像可能な PET 装置の開発は，こ的画像を得ることができる。現在，PET と CTの方式を用い 1997 年ごろ UCLA（カリフォルを組み合わせた PET／CT 装置が広く用いられニア大学ロサンゼルス校）において Cherry とて い る が，PET／MRI 一 体 型 撮 像 装 置 は PET／Shao らによって行われた 1，2）。当時，彼らは小CT 装置に比べて，1）X 線 CT に比べ軟部組織

動物用 PET 装置（MicroPET）の開発も行ってに対するコントラストが高い，2）X 線によるおり，その装置に用いた，長さ 24 cm，直径 2

被ばくがない，3）PET と MRI を時間遅れなくmm の光ファイバー（（株）クラレ製）と同じも同時に撮像できるため測定時間が短縮でき，位のを 4 m に延長し直径 38 mm，1 リングの PET置合わせの精度を向上できる，4）PET の機能装置を開発し MRI 中での測定を試みた 1─3）。

画像に加え Functional MRI（fMRI）などの機能

この方式は，PET と MRI の電気磁気的な相画像，MR Spectroscopy（MRS）などの化学的互影響がないという大きな利点がある。しか情報を同時に測定できる可能性がある，など多し，光ファイバーをシンチレータと PSPMT のくの利点が考えられることから小動物用のみな間に入れる必要があり，検出器リング数が 1 リらず，臨床用装置の開発も進んでいる。

ングに限られる問題点があった 1，2，4）。また，この方式は光の減衰が PET 装置の性能を低下さ2 PET／MRI 一体型撮像装置：分類と歴史せるという問題点もある。これらの問題点をあPET と MRI の同時測定を行うために，これに配置したシンチレータを 4 本の光ファイバー

2Isotope Newsる程度解決する方法として，筆者らは 2×2×2

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を用いて読み出し，アンガー方式によりシンチ

APD あるいは PSAPD を用いる方法は，光フレータ位置を決定する方式の MRI 中で撮像でァイバーを用いないので光の減衰がなく，PET

き る 2 リ ン グ 2 層 の 深 さ 方 向 位 置（Depth of装置の性能の低下がない反面，PET と MRI のInteraction：DOI）を弁別可能な PET 装置用検電気磁気的な相互影響が避けられず，PET あ5）出器を開発し ，さらに小動物用の PET 装置のるいは MRI の画質の低下や，アーチファクト開発も行い（図 1），良好な MRI との同時測定が生じるという問題点がある 15）。また，APD画像を得ることができた

6，
7）や PSAPD は利得（入力と出力の比）が小さく。

PET と MRI の同時測定を行うためのほかの高利得の増幅器を使用することよる時間分解能

方法は，MRI の高磁場に対しても比較的不感特性の劣化，さらにこれらの半導体光センサーなアバランシェフォトダイオード（Avalancheが大きな温度特性を持つことも問題である。

Photodiode：APD） あ る い は 位 置 有 感 型 APD

最近，新しい半導体光センサーであるシリコ（Position Sensitive APD：PSAPD）とシンチレーンフォトマル（Si-PM）が，特に PET／MRI 一

タを MRI 中に配置する方法である。Pichler ら体型撮像装置への利用に関連して注目されていは APD を 用 い た シンチレーション検出器をる。Si-PM は 利 得 が 106 程 度 と 光 電 子 増 倍 管

MRI 中で評価した 8）。その後，APD 検出器ブ（PMT）と同程度に大きく，時間特性に優れてロックを 8 個配置した小型 PET 装置を MRI 中おり，LaBr3 との組み合わせで 100 ps（10−10 秒）に配置し，同時測定を行った 9）。APD を用いた程度の消滅放射線に対する時間分解能を得たと

MRI 中で測定可能な PET 装置は，当時の CTIいう報告もある 16）。Si-PM は半導体光センサー社（その後のシーメンス社）との共同研究で，のため，静磁場の影響をほとんど受けず，MRI

APD を用いた検出器技術はシーメンス社製の中で測定可能な PET 装置用光センサーとしてMRI 中で測定可能な頭部用 PET 装置 10）あるい

有望であり，メーカーも含めて多くの研究開発は全身用 PET／MRI 一体型撮像装置にも応用さが始まっている。

れている 11）。さらに，小動物用 APD-PET 装置

筆者らは，光ファイバー型 PET／MRI 一体型

12）も開発し MRI との同時測定を行っている 。

撮像装置のみならず 17，18）Si-PM を用いた PET

このグループ以外にも UCLA から移った Cherry装置の開発を行い 19）MRI 中での撮像を試みた。

が率いる UC Davis のグループは PSAPD を用い光 フ ァ イ バ ー 式 PET／MRI 一 体 型 撮 像 装 置 とた小動物用 PET／MRI 装置を開発している13，14）。

Si-PM を用いた PET／MRI 装置，両方の開発経験を有する世界でも数少ない研究グループとして両方式の問題点等を紹介し，PET／MRI 一体型撮像装置の将来を展望したい。

3 光ファイバー型 PET／MRI 一体型撮像装置
筆者らはこれまで 2 機種の光ファイバー型
PET／MRI 一 体 型 撮 像 装 置 を 開 発 し て き たが 17，18），両方の装置とも大変安定して動作しており，分子イメージング研究に日常的に使われ
図1

光ファイバーを用いた MRI 中で測定可能な
PET 装置の一例 6）

Isotope Newsて い る。 こ こ で は， 新 し い 光 フ ァ イ バ ー 型
PET／MRI 装置の性能等を紹介する 18）。図 2 に2012 年 12 月号

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図2

開発した光ファイバー型 PET／MRI 装置のブロック図開発した PET／MRI 装置のブロック図を示す。永久磁石式 MRI のヨーク部の後方の磁場が低いこと（最大 3 ガウス程度）を利用して，その部分に PET 用 PSPMTを配置している。MRI の撮像視野内に配置した PET 用シンチレータの発光を光ファイバーで PSPMT に導くが，この構成により光ファイバーの長さを1 m 以下と短くできたことで，光の損
図 3 ファイバー型 PET 装置部の写真失を小さくできるのみならずコストを削減でき，装置も小型化できた。
ファイバー型 PET 装置部の写真を図 3 に示す。光ファイバーには開口数（Numerical Aperture：N.A.）の大きなものを用い，広い角度のシンチレーション光をシンチレータブロックから光ファイバーに導入することを可能とした。
光ファイバーは入力部と出力部を固化することでイメージガイドを形成し，その他の部分はフレキシブルにすることで，外形寸法を最小にするよう工夫した。シンチレータには発光減衰時間の異なる LGSO を用い，波形解析により 2

図4開発したファイバー型 PET／MRI 一体型撮像装置によるマウス胸部の同時測定画像（上から MRI，層の DOI 検出を可能とした。この光ファイバPET，融合画像）

ー型 PET 検出器を MRI と組み合わせ，PET の検出器リング内に RF コイルを配置することでPET／MRI 一体型撮像装置を構成した。

4Isotope NewsPET 装置の性能は視野中心における空間分解能が 1.2 mm 程度，点線源に対する感度が体2012 年 12 月号

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図 5 左から Si-PM アレー（浜松ホトニクス（株）製），Si-PM ブロック検出器，Si-PM-PET 装置

軸方向視野中心で 1.2％程度と，ほかの小動物用 PET 専用装置に比べても優れている。同時測定により得られたマウスの画像の一例を図 4に示す。開発した PET／MRI 一体型装置は MRIの撮像視野内には電気的な部品を配置しないので，PET 用検出器等による MR 画像の劣化がなく，また MRI の静磁場，変動磁場（RF コイルからの高周波磁場，傾斜磁場の変化）によるPET 装置の画質の劣化もない。PET 装置の感度安定性も 1％以下と極めて優れている 18）。
図6

Si-PM-PET／MRI 装置の概念図

4 Si-PM-PET／MRI 撮像装置
Si-PM を用いた PET 装置の開発は Si-PM のMRI 一体型装置とほぼ同じであるが，PET 用電利得が大きいため APD を用いた PET 装置に比子 回 路 を MRI の 外 に 置 く こ と で PET と MRIべ開発は比較的容易である。Si-PM から出力さの相互影響を減らしている。

れる信号レベルが大きいので PMT 用回路と類MRI か ら PET へ の 相 互 影 響 と し て は，1）似の回路で処理が可能である。また，センサー

MRI の RF コイルの発する電磁波のうち主に変から電子回路までの信号線の距離をある程度延動磁場が PET の Si-PM あるいは信号線に誘導ばすこともできる。開発した小動物用 Si-PM-電流を生じさせ，PET 画像にアーチファクト

PET 装置に用いた Si-PM アレー，ブロック検あるいは感度の変化を生じさせる。2）傾斜磁出器，及び装置の写真を図 5 に示す。検出器は場変動に関しても同様な影響が起こり得る。

発光減衰時間の異なる 2 種の LGSO を用い波PET から MRI への影響としては，1）PET 検形解析により 2 層の DOI 検出を可能にした。

出器を構成する部品に被検体と磁性の大きく異性能は視野中心において，空間分解能 1.5 mmなる物質が多く含まれると，MRI の磁場均一程度，感度は 0.8％程度であった 18）。

性が乱れ，画像に歪みを生じる 20）。2）PET 装

そ の Si-PM-PET を 0.3 T の 永 久 磁 石 型 MRI

置の光センサー，電子回路，あるいは信号線の装置と一体化した場合どのような問題が生じる発する電磁波が RF 受信コイルで検出され MRか評価した。Si-PM-PET／MRI 装置の概念図を画像の信号雑音比（Signal to Noise Ratio：S／N）

図 6 に示す。この構成は APD を用いた PET／を低下させたり，場合によってはアーチファク

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図7Si-PM-PET と MRI で同時撮像を行ったラットの頭部画像

トを生じさせたりする。

いるようだ。Si-PM が開発され，時間分解能にこれらの相互影響を明らかにするために，優れた PET 装置開発の可能性が出てきたこと

MRI の RF コイルに流れる電流値を変化させも大きな理由であろう。しかし Si-PM を用い

Si-PM-PET に生じる誘導雑音を測定した。そのた一体型装置においては，PET と MRI の相互結 果，MRI の RF 信 号 と 同 期 し て Si-PM-PET

影 響 は 起 こ る 可 能 性 が 高 く，PET あ る い は検出器に誘導雑音が生じ，その波高値は電流値MRI に対する性能の低下は，ある程度避けらに比例して大きくなり，波高値が PET 装置のれないと思われる。どの程度の相互影響を許容エネルギーウィンドウの下限値を超えると異常するか，あるいは設計により相互影響をどうやな同時計数値として検出され PET 画像にアーって減らすかが重要になるものと思われる。

チファクトを生じることが明らかになった 21）。

Si-PM-PET／MRI 一体型撮像装置への関心がまた，RF 受信コイルで検出される Si-PM-PET

高くなるに従い，光ファイバー型 PET／MRI 一装置からの電磁波も大きく MR 画像の S／N を体型装置への興味は低くなっているように感じ低下させ，S／N の低下は RF 受信コイルと Si-られる。しかし光ファイバー型 PET／MRI 一体

PM-PET 用検出器の距離が小さいほど大きくな型撮像装置は，PET と MRI の電気磁気的な相21）ることが明らかになった 。しかし，MR 画像互影響がないという大きな利点がある。MRIの S／N 低下などいろいろな相互影響があるもの信号強度は MRI の磁束密度におおよそ比例のの Si-PM-PET と MRI を一体化した状態でのするため PET 装置からの電気的雑音の影響が動物の同時測定は可能であった 22）。Si-PM-PET

相対的に大きくなる低磁場 MRI を用いた一体と MRI で同時撮像を行ったラットの画像を図型撮像装置には有利である。また光ファイバー

7 に示す。

型に用いられる PSPMT の温度特性は，半導体光センサーに比べ非常に小さく，PET 装置の
安 定 性 を 高 く で き る と い う 利 点 も あ る 18）。

5 PET／MRI 一体型撮像装置の展望

Si-PM の温度特性は 1℃当たり−4〜5％程度と最近 Tubingen 大学が APD を用いた小動物用

大きく，安定性を向上させるためには温度補償の MRI 中 で 撮 像 可 能 な PET 装 置 の 開 発 を 行

回路を用いるか 23），あるいは温度を一定に保つ

い 12），またシーメンス社が APD を用いた PET

た め の シ ス テ ム が 必 要 と な る。 最 後 に，

装 置 を MRI 中 に 配 置 し た 全 身 用 の PET／MRI

PET／MRI 一体型撮像装置の問題点として，現一体型撮像装置

11）の販売を開始した影響もあ状は価格が非常に高いことが挙げられる。このり，大手医療機器メーカーや大学等の研究グル

有望な装置を広く普及させるためには，廉価でープも半導体光センサーを用いた全身用や動物手軽に使える PET／MRI 一体型撮像装置の開発

用 PET／MRI 一体型撮像装置の開発に着手しても今後のテーマになると思われる。

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