医用画像の基礎
加藤千恵次
北大病院 核医学診療科
北大保健科学研究院
北大医理工学院
令和２年度 「医用画像の基礎」の講義はこのスライドを各自で見て、医用画像の基本知識を、理解して下さい。

出席票をメールで提出して下さい。
問題の解答、質問や感想も記述して下さい。

PETによる病態の定量画像化技術
北大病院 核医学診療科 加藤千恵次
北大保健科学研究院 医理工学院
PET （Positron Emission Tomography）とは体内の陽電子放出核種の分布量を３次元的、４次元的に算出する放射能定量測定器• 高分解能 （画質が良い）• 高感度• 定量性に優れている18F-FDG （Fluoro Deoxy Glucose）は、ブドウ糖の類似物質（analog）で、ブドウ糖と同様に組織に摂取されるが、代謝されないので組織内に長く停滞し、脳や病変のブドウ糖定量画像収集に有用な薬剤となる。
（ただし、肝細胞、高分化型肝細胞癌には取込まれにくい。）（腎癌 clear cell carcinoma も FDG取込みが乏しい。）
HOHO
O

HO
HO

D-Glucose
ブドウ糖OHO
HOOH

OH

OH
18F-FDG

18F

NormalAortitis

Lung ca.

18F-FDG PET

腫瘍、炎症のほかに脳、尿、ときに心筋へ正常集積を認める。

高安動脈炎

肺癌

一般的に、体内組織は、エネルギー源として脂肪酸を摂取し、ミトコンドリア内のベータ酸化回路で脂肪酸からＡＴＰ（アデノシン三リン酸）を産生する。
ベータ酸化回路はＡＴＰ産生は多いが、酸素を多量に要求する。
癌細胞や炎症細胞など、急に出現した異常組織は、酸素を運ぶ赤血球の通路である血管が不備なので、酸素をあまり要求しない解糖系でＡＴＰを産生する。
解糖系はＡＴＰ産生量が少ないので、普通の組織ではあまり稼働していない。
そのため、ＰＥＴ検査で、ブドウ糖と類似物質の放射性薬剤ＦＤＧを使うと、腫瘍や炎症病変に集積し、さらに代謝されないので病変組織内に長く停滞し、画像化できる。

北大病院
核医学検査室
ＰＥＴ/ＣＴ装置ＰＥＴ:
陽電子ＣＴ
Positron
Emission CT

18F-FDG

Brain PET

185MBq 静注１時間後5分撮像

FDG-PET の 健康保険適用疾患
1. てんかん（難治性、手術適応例）
2. 虚血性心疾患（viabilityの診断）
心サルコイドーシス（致死性不整脈）
３．悪性腫瘍 （早期胃癌を除く）（病理診断で悪性病変と確定した症例。
他の画像で悪性腫瘍と判断される症例。
悪性リンパ腫の治療効果判定。
他の腫瘍で再発転移が確定の症例。）
４．大動脈炎 高安動脈炎、巨細胞性動脈炎（平成30年から）

肝細胞はブドウ糖を貯蔵しグリコーゲンを形成する機能を持ちます。
肝細胞が取込んだ糖が本当にブドウ糖でなければグリコーゲンの材料になりません。
よってFDGなどのブドウ糖以外の糖は、すぐ肝細胞外に排出されます。

FDGは尿排泄されるので腎実質にはFDGが非常に強く集積します。
腎癌は尿細管や糸球体を含まないので、正常腎実質より集積が低くなります。

てんかんの原因となる異常脳細胞は、発作時以外は正常脳細胞より活動性が低いです（脳細胞としてできる仕事が少ないので）。
したがって、てんかんの原因となる異常脳細胞のFDG消費量は、正常脳細胞より少ないのが普通です。側頭葉内側、海馬が好発部位です。

早期胃癌はFDG-PETで検出困難です。胃壁を浸潤していないのでシート状に薄い病変で、さらに健常な胃壁は蠕動運動しているので、撮像に数分間を要するPET撮像時に病変も動いています。このように薄くて動いている病変はPETでは検出が困難です。
保険点数の安い胃カメラのほうが患者さんと保険料納税者にとって有用です。
PET検査は１０万円します。保険を許すと７万円の税金が無駄になります。

高安動脈炎指定難病（330疾患ある）の一つ。登録患者 7000人（原因不明疾患に対する医療費補助制度がある）
平成３０年４月から FDG PET の保険適用。

９割が女性。好発年令は10～30才。若年女性。
若年女性で重症の頸部痛、頭痛、肩凝りの症例で、CT等で大動脈弓の分枝血管に狭窄等の所見、左右上肢での血圧測定値に左右差などあれば、FDG PET/CT実施を。炎症血管にFDG集積あり。
治療法は、ステロイド（減量すると再燃しやすい）、抗体医薬（トリシズマブ（アクテムラ） IL-6R）（本来は関節リウマチ薬。高価。5000円/日））

CT・PET・fusion画像のいずれかをクリックすると、その部位の集積が表示される。
クリックした点は黄色十字で示される。
クリックした部位
クリックした部位のカウント

FDG-PET画像から 病変の SUV を算出する。

SUV ( Standardized Uptake Value)=

病変の放射能濃度（Bq/ml）
体内平均放射能濃度（Bq/ml）（ 投与量（Bq） / 体重（ｇ） ）分子と分母の放射能は時刻を合わせる（半減期補正をする）必要がある。
病変の放射能濃度が体内平均の何倍かを示す半定量値。 正常値は １。
2.5～３以上を病的集積と考える。

半減期

Ｈａｌｆ ｌｉｆｅ Ｔ１／２
（ ｔ / Ｔ1/2 ）Ｎ ＝ Ｎo ｘ （１／２）
崩壊定数 λ１秒間に原子核が崩壊する割合
Ｎ

ｄＮ／ｄｔ ＝ -λＮ

Ｎo
Ｎ ＝ Ｎoｅ－λｔＮo／２ ＝ Ｎo
Ｎo／２
１／２ ＝Ｎo／４ｅｅ-λＴ1/2-λＴ1/2ｅLog（１／２） ＝ Log （ｔＴ1/2 ２Ｔ1/2-λＴ1/2 ）Log２ ＝ ０．６９３ ＝ λＴ1/2

平成２６年 診療放射線技師国家試験

解答 ２

撮像開始時刻の 11時50分における放射能を計算する。
患者体内の放射能は、200 x (1/2) = 100 MBq
体内平均濃度は、 100 MBq / 50 kg = 2000 Bq / ml
病変のSUVは、12000 / 2000 = 6.0 （倍）（SUVに定量的単位はない。SUVは半定量値である。）

正面と背面のカメラで撮影した像が異なる理由は、人体がガンマ線を吸収、散乱させているため。
体表から深い部位ほど描画が薄い。

放射線（Radiation）は、２種類ある。
１．電磁波（ Ｘ線、ガンマ線 ）＝ 空間の振動エネルギー
２．粒子線（ 電子線、陽電子線 など ）＝高速に飛ぶ粒子 （質量をもつ）
Ｘ線、ガンマ線より人体への影響が大きい

放射能（Radio-activity）とは、１秒間に放出される放射線の数 。
放射能の単位は ベクレル （Ｂｑ）。

電磁波（Ｘ線、ガンマ線、光線、電波など）
は、空間の振動エネルギー。
空間 (Universe) とは何もない所ではない。
空間とは、物理的実在物（構造物）である。
空間構造の振動が、Ｘ線、ガンマ線、可視光線、電波 などの電磁波になる。

電磁波の名称と波長Ｘ線,ガンマ線：10 ピコ～10ナノ メートル可視光線 ： ４００～８００ ナノ メートルマイクロ波： １００ マイクロ～１ メートル光などの電磁エネルギーが、波と粒子の両方の性質を持つという二重性を理解することは非常に困難です。
その理由は、我々が、空間を4次元以上の構造として認識することが難しいからです。
空間が3次元構造しかない場合では、その二重性は発生しません。（その二重性は説明できません。）

PETカメラは、コリメータがないので高感度。
コリメータは小さい孔を多数あけた鉛板。検出感度を下げる。

現在のPETはほとんど３次元（３D）収集２次元（２D）収集と比べ、短時間で良好な画像を収集できる（全身（頭部～大腿部）を１５～２０分程度で収集）。
コンプトン散乱線を収集しやすく、定量性の精度が低下する。

従来のカメラでは体内の放射能分布の定量が困難

PETは、CT画像で吸収補正を行うので定量性が良い。

CT値 （ HU : Hounsfield Unit ）組織の密度に比例する値
CT断層像の画素値の基になる値は体内の 各組織の線減弱係数 μｔ だが、臨床的な理解度を容易にするためにμｔ に比例した値がCTの画素値に使われる。
CT値 = 1000 x （ μｔ - μw ） ／ μw
μw : 水のX線吸収係数 （線減弱係数）

μt : 組織のX線吸収係数 （線減弱係数）

空気のCT値 は -1000 1000 x （ μ air - μw ） / μw = -1000（HU）
厳密には空気の線減弱係数 μ air は０ではないが人体組織と比べると極めて小さいので、CT値を計算する場合は μ air = ０ とする。
水のCT値 は 0 （ 比重１の密度が 0 HU ）1000 x （ μw - μw ） ／ μw = 0 （HU）

水の２倍の線減弱係数の物質のCT値は 1000
（ 水の２倍の密度が 1000 HU ）1000 x （ 2 μw - μw ） ／ μw = 1000 （HU）

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詳細な核医学機器の原理、ＣＴの断層画像作成原理、脳血流など定量解析理論などを説明したスライド、画像解析プログラムなどの説明を載せています。
興味のある人は参照して下さい。

従来の検査で使用する放射性同位元素 の半減時間
99m-Tc 6.01 時間
67Ga

78.2 時間 （3.2日）

201Tl

72.9 時間 (3.0日）

被曝 Exposure をあらわす単位
吸収線量：１ｋｇの物体が１Ｊの放射線エネルギーを吸収した被曝は、１Ｇｙ（グレイ）。
線量等量：人体が、体重１ｋｇあたりに１Ｊのエネルギーを受ける被曝量は、１Ｓｖ。
１Sv（シーベルト）= 吸収線量 x 線質係数
線質係数Ｑ : 線質の違いによる人体へのエネルギー付与（電離を起こす程度）を表す指標。
Ｑ＝１ : Ｘ線、γ線、β線,
Ｑ＝１０ :陽子線、中性子線
Ｑ＝２０ 多重荷電粒子

陽電子放出核種の半減期（half-life）は短いのでPET検査の被曝（exposure）は少ない。
被曝の単位は シーベルト（Ｓｖ）（ｍＳｖ ＝０.００１Ｓｖ）
体重１ｋｇ に １Ｊ のエネルギーを受ける被曝が１Ｓｖ。
（１Ｓｖ =１Ｊ/ｋｇ） 一般的に、１００ｍＳｖ以下は、無害。
18F-FDG(185MBq) ４ ｍＳｖ (膀胱 20 心臓 10 胎児 3)

11C-Methionine (370MBq) ２ ｍＳｖ (膵、肝 7 )15-O-CO2 ( 3000MBq)

２ ｍＳｖ( 肺 11 ）ＣＴ

７mSv ～ 10 ～血管造影

7 mSv ～ 10 (1分で皮膚0.5）

胃、消化管造影 3 mSv

単純Ｘ線撮影

０.１ mSv (胸部)０.２ mSv（骨盤）１５Ｏ-ＣＯ２、Ｏ２

脳ＰＥＴ

脳血流量ＣＢＦ、酸素摂取率ＯＥＦを定量。

右内頚動脈高度狭窄症例。 脳梗塞ではないが（ＭＲＩ Ｔ２像は正常）、右ＡＣＡ、ＭＣＡ領域の 高度血流低下、酸素摂取率の亢進あり。
（貧困灌流 misery perfusion の状態）

１８Ｆ-ＦＤＧ

脳ＰＥＴ 脳のブドウ糖消費量を定量
若年性アルツハイマー病 左右頭頂葉の変性、糖代謝低下。

問題１問題２

問題３

問題４

参考文献