ISSN2186-022X

分子イメージングからアルツハイマー病・がん治療まで

PET journal
巻頭言 脳病態統合イメージングセンターの設立 樋口輝彦
PET/CT の新時代：がん検診の有効性 飯沼 武
主要 PET 施設紹介 日本の長寿医療研究を牽引する
国立長寿医療研究センター 伊藤健吾
シリーズ PET による認知症診断（８）レビー小体型認知症の画像所見
宇田川充隆
トピックス
アミロイドイメージング
小野正博、佐治英郎
特集 1 分子イメージングの最先端（後編）
PET がんイメージング
塚田秀夫
脳内炎症の分子イメージング
崔 翼龍
骨組織のライブイメージング
小谷真奈斗
PET による医薬品の解析
高島忠之
コンプトンカメラによるイメージング診断法
谷森 達

NO.1６

2011
Winter

特集２ PET/CT と放射線治療計画 （後編）
放射線治療計画への PET/CT 導入
菅 一能
PET 画像の高精度放射線治療への応用
廣川 裕
特集３ 放射線診療における放射線被曝（前編）
はじめに佐々木康人
放射線安全に関するガイドライン
雫石一也
医療被ばくの現状赤羽恵一
核医学研究における被験者の被ばく防護栗原千絵子、米倉義晴
診断・治療症例膵臓尾部癌・多発肝転移例
済陽高穂
学会レポート
第 51 回日本核医学会学術総会を開催して 小須田 茂
クリニカル PET 賞・分子イメージング賞（発表）
鳥塚－ワグナ Fellowship Program のお知らせ

先端医療技術研究所

特集２

PET/CT と放射線治療計画

２． PET 画像の高精度放射線治療への応用
医療法人社団葵会 広島平和クリニック 高精度がん放射線治療センター
廣川 裕、赤木由紀夫、小野 薫
１. はじめにPET/CT 検査は、CT や MRI による解剖学的画像だ
３．小動物実験用ＰＥＴ・ＳＰＥＣＴ・CT 装置の進歩
けでは得られない腫瘍の活動性など生化学的情報を示す機能的画像として、放射線治療のための有益な情報
１．はじめにを付加する画像診断モダリティである。三次元原体照
近年，日本国内においても多くの施設に小動物実験用 PET・SPECT・CT 装置の導入が行なわれ稼動を始め射（3DCRT）に加え定位放射線治療（SRT・SBRT）ている。これらの装置が対象としている被験体はラットやマウス等のげっ歯類が主であり，いくつかの装ならびに強度変調放射線治療（IMRT）が普及しつつあ
置はカニクイサル等の中型動物も取り扱うことも可能である。これらの装置の最大の特徴は空間分解能でる現在、PET/CT
検査について正確な知識を持ちその図１ 呼吸同期による膵癌 PET/CT 画像（自験例）あり，PET 装置では固有分解能1 ～ 2 mm 程度が達成されている。装置や小動物実験に関する手法等の近特性を理解してPET/CT 画像を放射線治療の臨床に生
左：通常の撮像（SUVmax:4.7） 右：呼吸同期の撮像
年の発展は大きなものがあり，装置や手法に関するレビュー記事が約1.5 年毎に出版されている 1-4)。ここ
かすことが、放射線治療医にとって必須な知識あるい（SUVmax:8.8）
1)
ではそれぞれの装置と複合装置についての新たな機能を中心に述べる。尚，これらの装置の多くは動物診は技能の一つになりつつある。
療を目的に使用することは出来ないので，動物診療用装置と区別するためにあえて“実験”の文字を入れ
当院は、2005 年 7 月に開設して以来、PET/CT 検
題や、画像取得のための手順変更と検査所要時間延長た。
査を中心とした画像診断センターとして地域のがん診の問題があるし、何より呼吸同期 PET/CT を撮ること療の一翼を担ってきた。2009 年 10 月に、PET/CT をによる診断上のメリットや、放射線治療への直接の恩２．小動物実験用PETなどの高精度放射線治療に有機装置
SRT・SBRTや IMRT
恵を示すエビデンスに乏しく、日常臨床として呼吸同空間分解能が 2 mm 以下の小動物実験用 PET 装置は，2001
年前後から商用化され１号機（microPET P4）的に利用することを目指して、最新の高精度放射線治期 PET/CT 検査を運用しようとする際のやや高いハーは大阪市立大学医学部に導入された。その後も装置の開発は継続され続けている。半導体検出器を用いた療装置であるノバリス Tx を国内で最初に導入し治療ドルとなっている 1)。
装置も実用化されている。ここでは近年発達してきた機能のいくつかと関連する事項を中心に述べる。
を開始した。
２.１
装置の基本性能の測定指針
本稿においては、PET/CTを高精度放射線治療にどPET/CT 画像利用におけるレジストレーションの問
臨床用
PET 装置では基本性能は National Electrical３.
Manufacturers
Association (NEMA) から出版さのように応用するのか、当院における現状を紹介しな
題
れている
NU2-2007に細かく規定されている。同様に小動物実験用装置には
NU 4-2008 がある。仕様書等
がら解説する。
PET 画像を放射線治療に有効かつ正確に利用する際に記載されている値はこの基準に基づいて測定等が行なわれているべきであるが，特に小動物実験用装置に問題になるのが、PET 画像を放射線治療計画に利用
では発行されてから日数も少なくメーカによってはこの指針に基づいていないものもあり注意が必要であ２.
治療計画における PET/CT による標的体積の決定するためのハードウェアならびにソフトウェアが整っる。臨床用との大きな違いはカウントレート等で使用するファントムの大きさが３種類あることである。
PET 検査ががん医療にもたらした恩恵は数々あるが、 ているか否かという点である。治療計画のための参照
それぞれマウス，ラットとサルを模したものでありファントム毎に測定を行なう。
画像診断をベースに治療計画を行う放射線治療にとっ画像として利用したい PET/CT 画像が院内サーバーに２.２
空間分解能・感度て特にその有用性が高い。三次元的に標的体積を決定あったとしても、これを有効に利用するためには相応
シンチレータ検出器を用いた装置では空間分解能 1 mm程度まで達成されてきている。図１にラット頭するためには正確な病変の広がり診断が必須であるが、の設備投資をしなければ日常的な利用は困難である。
部
FDGの画像を空間分解能1.5mmと2.0mmの場合について示す。高空間分解能の方がより詳細な構造がCT ならびに MRI による標的体積（GTV、CTV、PTV）
当院では、院内に設置された PET/CT 装置の画像を見えるのがわかる。全体の感度が同じで空間分解能を高くすると統計ノイズの増加を招く。しかし，空間決定に対して、PET画像の情報が加わることにより、院内サーバーから直接治療計画装置に取り込んで利用分解能は断面内中心から離れるに従い悪くなる効果をおさえるためにシンチレータが薄いがその為に検出より正確で的確な治療計画が可能となる。無気肺を伴できる。また検査予約の融通もし易いので、必要な症
器 自 体 の 感PET
度 は画像の有用性で知られるように、低くなっている。この空間分解能と感度の両者を向上させる技術としてう肺癌例での例では病期診断目的を兼ねて治療計画の一環としてDepth-Of-Interaction(DOI)があり，空間分解能の劣化を伴わずにシンチレータを厚くし高感度を得ること
PET 画像で決定した
GTV は CT 画像だけで決定したPET/CT 検査を行うことも多い。標的体積の輪郭入力
2)ができる。また検出器リング径を小さくし体軸方向長を長くすることにより検出可能な立体角を大きくGTVに比べて小さく限定的になる場合がある一方で、4) と体輪郭や臓器輪郭の入力には、ブレインラボ社の高し絶対感度 10%程度を達成した装置も報告されている。
症例によってはPET 画像で決定した GTV が CT 画像
精度放射線治療専用治療計画装置である iPlan を用いだけで決定した GTV に比べてむしろ大きくなる場合ている。iPlan では、その優れた画像融合のアルゴリズ
1,7)３．画像定量性の為の補正＆画像再構成などもある。
ムにより短時間に CT 画像と MRI 画像など異なるモダ
３.１
画像定量性の為の補正１（主に減弱補正）
PET 画像は自由呼吸下で撮像されるために、得られリティのイメージセットを正確に位置合わせ（画像レトランスミッションスキャンの機能や CT 画像から減弱補正データを得る機能が備わり定量性のある画る画像は撮像時間内の動きを反映した累積画像である。
ジストレーション）できる。
4)
像が得られるようになってきた 。マウスやラット等の小動物でも減弱の影響はゼロではなく，必要であ
したがって病変の大きさは見かけ上大きく描出され、PET 画像を放射線治療計画に利用する際には、空間る場合には減弱補正を行なう。固定具を使用する場合には固定具の減弱の影響が動物自体よりも大きい場
集積（SUV）は平均化されて見かけ上低下する（図１）。
分解能の限界や特有のアーチファクトに対する正しい合もあり減弱補正は必須になる。
PET
画像で標的体積を決定する場合は、病巣の動きの知識が必須であることは言うまでもないが、レジスト
小動物では減弱が小さいのでブランクスキャンとトランスミッションスキャンのカウントの差が小さアーチファクトを考慮する必要があり、SUV
閾値は低レーションの際に問題になるのは寝台形状や体位ならい。この小さな差を確実に得るためにはブランク，トランスミッション共に大きなカウント数が必要となめに設定して病巣位置を推定するなどの実際的な配慮
びに固定具装着の有無など撮影条件の違いである。放る。図２にラット胸部のトランスミッション収集時間とμ-MAPを示す。減弱補正係数(ACF) はサイノグラが必要である。
射線治療の予定がない時に撮影されたモダリティ画像
ム上のピクセル毎にブランクとトランスミッションのカウントの比で求める。NB をブランク，NT をトラン
PET/CT 装置の呼吸同期システムを用いて、PET とを利用する場合はもちろんのこと、治療計画を前提とスミッションのカウント数とするとACF値は(1)式のようになる。これらのカウントには統計変動が含まCT とで呼吸性移動を考慮した四次元 PET/CT 画像がして撮影された場合でもレジストレーションが簡単でれており，その標準偏差(SD)値は(2)式となる。％SD 値を求めるには分母にACF 値を用いるが，この値は得られれば、縦隔リンパ節転移などの正確な病巣の同ないことも多々ある。
1.0が基準（補正無）になので実質的な%SD値は(3)式のようになる。
定が可能であり、呼吸性移動の影響が大きい部位の標(1) 図２は、iPlan における画像レジストレーションの表ACF  N B的体積の決定に有用性が高いと考えられる。しかし現
1 NT1
1 N が無限大と仮定
示画面の一例を示している。本例は中咽頭癌症例であ(2)SD  100 N T
実には呼吸同期システムを導入するためのコストの問
NNTN(3)るが、診断用に撮像された PET/CT 像の情報を治療計
TT%SD  B1
代表的な ACF ACF
値は 1.1（マウス），1.4（ラット），2.5（サル）であり，仮に必要な%SD を 10%とし，トランスミッションに必要なカウント数を(3)式から求めると 10,000（トランスミッション），625（ラット），44（サル）となり，小さなものほど多くのカウントが必要となる。
３.２ 画像定量性の為の補正２（主に散乱補正）

図２ 診断用 PET/CT の情報を治療計画に利用するために、関心領域に限定して治療計画 CT と画像レジストレーションを行う（中咽頭癌症例）

画用 CT に反映させるために、中咽頭とその近傍に限定して計画用 CT 像に PET/CT の CT 像をレジストレーションすることにより、計画用 CT 像と PET 像を同一画面上で比較できることになる。放射線治療計画用というだけでは PET を保険適用で検査することは難しいと思われるので、本例のように体位ならびに固定具装着の有無など撮影条件の違いなど画像レジストレーシ
ョンの誤差要因や精度の限界を理解した上で、過去のPET 画像を利用することが現実的で臨床的な対応であろう。
４. 標的体積の輪郭入力
適切なレジストレーションの作業を終了すると、治療計画コンピュータの画面上で PET 画像も含めたマルチモダリティ画像を同一断層面で、しかも同一拡大率で比較表示できるので、それぞれの特長を生かした標的ならびに関心臓器の特定と輪郭入力が可能である。
このようなマルチモダリティの比較画面の利用は、参照したい PET 画像を隣のビューアで見ながら治療計画装置の CT 画面上に輪郭入力する場合に比べて、精度が高まるだけでなく効率も改善されるので、ぜひ整備したい環境である。
標的体積の輪郭入力作業において、放射線治療医の個人差が指摘されているが、PET/CT 画像をルーチンで利用することで、輪郭入力の個人差はかなり小さくできるものと期待される 1)。しかし PET 画像からの輪郭入力は、バックグラウンド放射能のばらつきや標的境界のあいまいさなどにより、さほど容易な作業ではない。とくに生理的集積や炎症性集積の問題などが、標的体積の輪郭入力をやや困難なものにしている。
高集積の範囲を自動的に輪郭入力するために、SUVの閾値で決定する方法などが提案されているが、自動的あるいは半自動的な集積境界の決定には多くの誤差要因が含まれる。PET 画像の空間分解能の限界や呼吸性移動に伴うアーチファクトなど、モダリティの特性を正しく理解して、PET/CT 画像の読影に習熟した画像診断医・核医学専門医と協議しながら、放射線治療医が視覚的な評価による輪郭入力をする方法が、現時点で最も信頼性が高いと考えられる。
図３は 25 歳女性の頭蓋底軟骨肉腫の術後再発例であるが、二度の放射線治療歴がありながらも急速に再増A

BCD

図３ 治療計画用 CT とレジストレーション後の診断画像を同一画面で表示して標的体積を決定（頭蓋底軟骨肉腫、術後再発、再照射例における各種モダリティの利用）
A： 11C-メチオニン PET B：MRI(造影 SPGR) C：MRI( FLAIR)
D：造影 CT 像

大する病変に対して、症状緩和を目的に再照射を依頼された症例である。本例においては、治療計画造影 CTあるいは MRI だけでは巨大な病変のどの部分が増殖分画を多く含むのか判定困難であるが、 11C-メチオニン
PET の高集積領域、CT の造影領域、MRI の拡散強調画像高信号領域などのそれぞれの最小公倍数的な領域を、前述の治療計画装置（iPlan）の画像比較画面を用いて CTV 輪郭、PTV 輪郭を決定した。
５. PET 画像を用いた生物学的標的体積の設定
FDG-PET 検査において高集積を示す領域は、腫瘍組織の糖代謝が活発であり腫瘍の細胞密度も高いと考えられるので、CT や MRI で得られる解剖学的画像で判明している腫瘍内部の FDG 高集積領域を三次元的に特定して生物学的な情報に基づく標的体積を確定することができる。これが生物学的標的体積という考え方である 2)。
IMRT においては、標的体積内の異なる領域に異なる線量を照射することができるので、FDG 高集積領域で得られた生物学的標的体積に基づいて標的体積の内部に高線量領域を設定して治療することにより、局所制御率を改善しようという治療方法が dose painting という考え方である。予防的な照射領域と肉眼的病変が明らかで高線量を必要とする領域を、それぞれ処方線量 を 変 え て 同 時 に 治 療 す る SBI （ simultaneousintegrated boost）法も同様の治療法である。
図４は、89 歳女性の鼻腔悪性黒色腫に対する高精度放射線治療において、FDG-PET で高集積、拡散強調像で高信号を示す左鼻腔内の肉眼的腫瘤の領域を PTV1に、CT・MRI 像で軟部陰影の存在する領域を PTV2 に、5mm マージン領域を PTV3 に標的体積を設定した。
図５は SBI 法で計画した IMRT の線量分布図を示している。本症例では、FDG-PET で高集積を示す PTV1に 87.5Gy/25 回/5 週（3.5Gy/回）を、軟部陰影の領域である PTV2 に 75Gy/25 回/5 週（3Gy/回）を、さら に そ の 外 側 の 5mm マ ー ジ ン 領 域 の PTV3 に50Gy/25 回/5 週（2Gy/回）を処方し、ノバリス Txの VMAT（RapidArc）による回転 IMRT で治療を行った。計画した標的体積に極めて忠実で精密な線量分布により、あたかも FDG-PET の集積スペクトラムを

A

BAC

D

図４ 鼻腔悪性黒色腫症例における標的体積の決定
A：MRI(拡散強調像) B：単純 CT 像 C：FDG-PET 像 D：造影CT 像 （FDG-PET で高集積、拡散強調像で高信号を示す領域をPTV1 に、CT・MRI 像で軟部陰影の存在する領域を PTV2 に、5mm マージン領域を PTV3 に設定）再現するような高精度放射線治療が可能であることが分かる。
低酸素細胞は十分な酸素供給を受けている細胞に比べて放射線抵抗性であり、細胞死にはより高線量が必要であることは放射線生物学の古くからの定説である。
臨床的にも低酸素の腫瘍がより放射線抵抗性であり高線量の放射線治療が必要であることが、肺癌、頭頸部癌、子宮頸癌などの固形腫瘍で知られている。放射線抵抗性の原因となっている腫瘍内の低酸素・血管新生・細胞増殖などの分布を画像化できれば、それに応じた生物学的標的体積を設定して標的体積内の線量加重を変化させることが理論的には可能となる。
放射線治療装置の高精度化や画像誘導による高精度な照準技術により、腫瘍の内部にある低酸素領域・血管新生領域・細胞増殖領域など放射線抵抗性の領域をPET 画像により特定して生物学的標的体積が設定して、それぞれの領域に一致した線量分布を dose-paint することが可能になりつつある 2,3)。
６. FDG 以外の PET 薬剤と放射線治療FDG を診断薬として用いる FDG-PET 検査は、糖代謝のイメージングとして多くの腫瘍で有用な診療情報をもたらしている。一方、糖代謝のイメージングでは充分な情報が得られない領域、とくに中枢神経系と頭頸部領域では、11C-メチオニンなどのアミノ酸薬剤の有用性が知られており、わが国においても保険適用が認められていないが多くの臨床例が経験されつつある。
とくに神経膠腫の術前診断や術後再発診断の他、放射線治療後病変の脳壊死と再燃との鑑別などに有用性が高いことが知られている。
当院でも 11C-メチオニン PET検査を 2010 年 4 月から運用を開始し、放射線治療の適応決定と標的体積決定に役立てている。
FDG や 11C-メチオニン以外の放射線治療に関連するPET 薬剤として、前述の放射線抵抗性の原因となっている腫瘍内の低酸素・血管新生・細胞増殖などの分布を画像化する目的で、核酸代謝イメージング薬剤である 18F-FLT や低酸素イメージング薬剤である 18F-MISOなどの新薬剤の臨床応用が期待されている 3)。これらをB

C

図５ ノバリス Tx による鼻腔悪性黒色腫に対する IMRT の線量分布図（FDG 集積を考慮した SIB 法）
A：横断像 B：冠状断像 C：矢状断像（PTV1 に 87.5Gy/25 回/5 週を、PTV2 に 75Gy/25 回/5 週、PTV3 に 50Gy/25 回/5 週をそれぞれ設定した治療計画）

用いた機能的画像が得られることにより腫瘍の病態や治療による変化の情報が増え、放射線治療における生物学的標的体積の決定や標的体積内の線量加重を変化させた IMRT の治療計画など、新たな放射線治療技術の導入やそれに伴う治療成績の向上に繋がる可能性が期待されており、当院でも積極的に取り組んでいきた
いと考えている。
７. おわりに
放射線治療技術の進歩により、精密な線量分布を体内に正確に照準する高精度な放射線治療が可能になってきている。SRT・SBRT や IMRT といった高精度放射線治療においては、より厳密で正確な GTV・CTV・PTV の輪郭決定が必須であるが、機能的画像である
PET 画像は CT や MRI による解剖学的画像では得られない情報を提供するので、放射線治療での利用頻度はますます高くなるであろう。
とくに高精度放射線治療においては、PET も含めた複数のモダリティ画像を単にオフラインで参照するだ
けでなく、治療計画用 CT 画像と正確な画像レジストレーションを行って、それぞれのモダリティが有する情報を相補的に輪郭入力の過程で利用することが必要である。今後は、モダリティごとの体位の相違を補正して画像を利用するなど、より正確なレジストレーションのための技術開発とその普及が求められている。放射線治療医としても、これまで以上に画像診断学や核医学ならびに画像処理工学について学んで、各モダリティ画像が有する空間分解能の限界など画像の特徴やレジストレーションの課題について知識と理解を深めることは極めて重要になるであろう。
文献
1) MacManus M, et al: Radiother Oncol 91:85-94,
20092) Ling CC, et al: Int J Radiat Oncol Biol Phys
47:551-560, 2000
3) Chao KS: Semin Oncol 33:S59-63, 2006
4) Schinagl DAX, et al: Radiother Oncol 91: 95-100,
20095) 廣川裕, 他: 臨床放射線 56:1195-1204, 2011