Photon Factory Activity Report 2019 #37 (2020)

BL-14B/2018G126

放射光を用いた位相コントラスト像における舌瘢痕組織の観察
Observation of tongue cicatricle tissue in the phase contrast image
using synchrotron radiation

河野哲朗 1, 高橋由美子 2, 野田 一 1, 平野馨一 3,早川恭史 2, 寒河江登志朗 1, 岡田裕之 1
1
日本大学松戸歯学部, 〒271-8587 千葉県松戸市栄町西 2-870-1
2日本大学量子科学研究所, 〒274-8501 千葉県船橋市習志野台 7-24-1
3
高エネルギー加速器研究機構放射光科学研究施設, 〒305-0801 つくば市大穂 1-1
Tetsuro KONO1,* Yumiko TAKAHSHI2, Hajime NODA1, Keiichi HIRANO3, Yasushi HAYAKAWA2,Toshiro SAKAE1, and Hiroyuki OKADA11Nihon University School of Dentistry at Matsudo,
2-870-1 Sakaecho-Nishi, Matsudo, Chiba, 271-8587, Japan
2Nihon University, Institute of Quantum Science, 7-24-1 Narashinodai, Funabashi, 274-8501, Japan
3Photon Factory, 1-1 Oho, Tsukuba, 305-0801, Japan
1 はじめに現在，医療分野で用いられている吸収コントラス
ト X 線イメージングは，X 線が試料を透過する際に生じた強度の変化を利用しており，強度の変化は物質固有の X 線吸収係数に従う。しかし，人体の軟組織を構成する軽元素は質量吸収係数の差が乏しく，造影剤なしには明瞭な画像を描出することは困難である。一方，位相コントラスト X 線イメージングは位相シフトを利用しており，吸収コントラスト X 線イメージングでの軟組織描出の 1000 倍程度の高感度がある。したがって，過大な線量を投与することなく軽元素の組織を非造影で描出することが可能であることを意味する 1,2）。
本研究で我々が用いた瘢痕組織とは，生体組織の損傷後の治癒過程において，欠損した本来の組織部分がコラーゲン線維に置換された組織である。自己再生能力の高い器官では，経時的変化とともに瘢痕組織は消失し，本来の組織に修復されていくが，自己再生能力が低い器官では，一度生じた瘢痕組織は消失せずに残存する。瘢痕組織に関する過去の文献検索では，瘢痕組織の形成過程におけるコラーゲン線維は通常よりも太く，一方向に配列されることが報告されている 3, 4) これまで，瘢痕は主治医の触診や視診により主観的に判断され，経過観察が行われていた。しかし，近年X 線イメージング技術の進展によりコンパクト線源による医療現場での診断への応用も検討されていることから，X 線画像から瘢痕組織を客観的に観察する方法を確立できれば医療現場での診断においてさらに的確な病態の判断が可能になる。
本研究は今後発展する画像解析技術の医療現場への普及に際し，その特性を活用して生体に非侵襲的で明瞭な微細構造を得る方法を確立することを目標としており，悪性腫瘍が画像解析にて所見から判断されるのと同時に，瘢痕組織もまた画像解析を用いて判断されることは重要であると考えている。そこで本研究では放射光を用いた位相コントラストイメージング法で瘢痕組織内部構造の詳細な画像を得ることを目的とする。
2 実験
本研究では位相コントラストイメージング法の１
つ で あ る 回 折 強 調 法 (Diffraction Enhanced Imaging,DEI)を用いた。
DEI は干渉計や伝搬法に比べ比較的広い範囲の位相シフト(屈折角)を感度良く検出でき光学系の自由度も大きいので，今回の試料のように前例が無く測定条件を見積もり難い材料に対しても適応力が高いと判断した。
試料は，12 週齢の Wister 系雄性ラットの舌に欠損創を作製し，欠損創作製から 3 日および 7 日経過した組織標本それぞれ 16 個，合計 32 個用いた。サイズは 10×10×5 mm3 程度になるようにパラフィン包埋し，ブロックを作成した。
なお，実験を行うにあたり，日本大学松戸歯学部
動物実験倫理に関する指針（第 AP16MD026 号）に従い行った。
実験方法としては 1) 光学系の作製，測定条件の最適化。2) DEI 測定(2 次元)。3) DEI-CT 測定を行った。1)の光学系は BL-14B でこれまで行われてきたDEI 実験の方法を踏襲して行った。二結晶モノクロメータで単色化した X 線をスリットとコリメータ結晶で成形し、ゴニオメータ上にセットした試料に照射する。X 線エネルギーは 20keV、コリメータには非対称シリコン(Si)220 反射を用いた。非対称因子は0.076 である。試料を透過した X 線はアナライザ結晶(Si(220))で回折され検出器に入る。検出器は X 線
CCD カメラ(XFDI, Photonic Science)を用いた。測定
条件は文献調査・密度測定などの予備調査に加え，X 線エネルギーを変化させて試料透過率を観測する

Photon Factory Activity Report 2019 #37 (2020)など実測により最適な条件を探査し，これをもとに2)の DEI 測定を全試料に対して行った。得られた画像は X 線照射面の投影になるので，必要に応じ X線照射方向を変えて多方位の測定を行った。この結果から特徴的な試料数個について 3) DEI-CT 測定を行い 3 次元の画像を得た。撮影された画像は画像ソフト ImageJ（NIH）を使用して画像処理を行った。
3 結果および考察
1) 画像結果
舌瘢痕組織のパラフィン包埋したブロック試料外形を図 1 に示す。ブロックはポリプロピレンテープとスライドマウント（厚紙）で固定し，試料台に設置し撮影している。このパラフィンブロックを日本大学量子科学研究所電子線利用研究施設（LEBRA）
5)のパラメトリック X 線（PXR）6)を用いて同様の測定を行い、得られた微分位相像を図 2 に示す。X 線
エネルギー 20 keV, 露光時間 2 min/step × 19 step で撮影を行った。その結果，パラフィンと舌組織とのコントラストにほとんど差異がなく，前頭断、矢状断ともに舌の外形を観察することができたが，舌の内部構造はほとんど明瞭に観察することができなかった。図 3 に BL-14B において X 線エネルギー 20 keV,露光時間 0.5 sec/step x 550 step で撮影を行った結果を示す。この方法では屈折角(微分位相)像，USAX像では舌内の構造がよりクリアに観察することが出来たが，瘢痕部位をより明瞭に観察することはできなかった。
これらは，標本作製時にパラフィンに包埋しやすくするために舌組織を脱水し，キシレンに浸漬してからパラフィン包埋を行ったため，包埋時にパラフィンが組織内に浸潤したことにより，密度差が均一化し X 線の屈折に差がつかなくなったことで，舌の瘢痕組織の構造が測定されにくくなったものと考えられる。

4 まとめ
放射光を用いて，舌瘢痕組織という従来のイメージング手法では明瞭な画像が得られない試料に対し、位相コントラストイメージング法にて舌の観察を行ったところ，放射光を使うことでより鮮明な画像が得られことが分かり、試料の調製を工夫すれば目的の瘢痕組織の撮影も可能との手がかりを得た。また、本手法の確立は PXR 実験での画質向上のヒントになると考えられる。今後の PXR の実用化、および位相コントラストイメージング法の臨床的普及にも貢献でき，画像診断において，患者に少ない X 線量で有益な医療情報を提供できるものと示唆される。
謝辞This work was performed under the approval of thePhoton Factory Program Advisory Committee (ProposalNo. 2018G126).
参考文献
1) Takeda T, Momose A, Itai Y et al: Phase-contrast
imaging with synchrotron x-rays for canser lesion.
Acad Radiol 2: 799-803, 1995
2) Momose A, Fukuda J: Phase-contrast radiographs ofnon-stained rat cerebellar specimen. Med Phys 22:375-379, 1995
3) 渋澤龍之. ラット口蓋粘膜瘢痕組織の微細構造構
築と力学的特性. Orthodontic Waves. 2000; 59: 237246.
4) 安田幸雄. 肥厚性瘢痕における線維芽細胞と膠原線維の光顕・電顕観察. 日外会誌. 1987; 7: 1-13.
5) http://www.lebra.nihon-u.ac.jp/
6) 早川恭史、高橋由美子：電子リニアックを用いたパラメトリック X 線源とその応用―回折強調イ
メージングと K 端差分法による元素検出―.放射光 33; 87-94, 2020
* kono.tetsuro@nihon-u.ac.jp