SPECT・PET同時イメージング装置
量子科学技術研究開発機構
量子生命・医学部門
量子医科学研究所
先進核医学基盤研究部
イメージング物理研究グループ
主幹研究員 田島 英朗
2023年6月20日
1SPECT／PET• 核医学イメージング手法

放射性薬剤投与– がん診断、認知症診断、代謝機能測定

CT

PET

PET＋CT

Clinical images are from Xu, T., Zhang, X., Zhang, S. et al. BMC Cancer 20, 596 (2020). https://doi.org/10.1186/s12885-020-07080-0 (Licensed under CC BY 4.0)

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SPECT

SPECTとPETの原理

物理的コリメーション

PET

同時計数測定検出器

コリメータ

SPECT核種

PET核種

陽電子（電子の反物質）を出す核種を使用
１度に1本の放射線を出す核種を使用

陽電子は付近の電子と衝突して消滅し、１８０度反対方向に２本の放射線が発生• PETは広く使われているSPECTの薬剤を用いることができない。
• SPECTはPETの薬剤のイメージングに適さない。

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SPECTとPETが診断に必要な例• 認知症の鑑別– アルツハイマー型– レビー小体型– パーキンソン病– 脳血管型– 混合型

アミロイドPET
DAT-SPECT
FDG-PET
脳血流SPECT

・・・
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従来技術とその問題点
SPECT・PETはそれぞれ日常診療や創薬・生物学研究などに使用されているが、両方の検査が必要な症例の場合、同日に複数の検査ができない異なる装置を維持するコストがかかる等の問題がある。
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SPECT・PET同時イメージング装置• １つの装置でPETとSPECTの両方をイメージング

SPECT核種

PET核種• SPECT核種とPET核種を同時に投与し信号を識別• 1回の検査で二種類の画像

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新技術の特徴・従来技術との比較• SPECTで用いられるコリメータとしても、機能するPET検出器を開発した。
• 従来は別の日に別の装置を用いて検査する必要があったが、１度の検査で診断できるようになる。
• 本技術の適用により、SPECTとPETが統合できるため、占有面積が半分で済み、装置維持コストも削減できると期待される。
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装置コンセプト
従来PET
PET検出器PET薬剤

SPECTコリメータ機能を付与
検出器ユニット（提案）同時イメージングの検出原理

PET検出器

開口構造

PET検出器下部ガンマ線検出器

追加で検出器を配置

SPECT薬剤
低エネルギ
ーガンマ線

511 keV（高エネルギーガンマ線）
PET 薬剤

検出器ユニット

コリメータ検出器(PET検出器)

PET収集

下部検出器

SPECT収集

PET検出器をコリメータ検出器に（側断面図）

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検出器デザイン例• 検出器モジュール
コリメータ検出器
ホール

シンチレータ結晶
光検出器

下部ガンマ線検出器

9想定される用途• 複数検査の一括実施による診断の効率化• 小動物装置として創薬企業や生物学研究施
設へ導入• 粒子線治療モニタリングやセラノスティク
ス分野への展開も10診断の効率化• 従来装置でSPECTとPETの検査が必要な場合の流れの例
来院
検査１（SPECT）
帰宅
再来院
検査２（PET）
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提案装置による検査の流れ
来院
検査（SPECT・PET同時検査）

一回の検査来院で両方完了

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認知症バイオマーカーの一括検査

ATN分類

アミロイドタウ

神経変性+-+-+-（３項目の陰性・陽性の組み合わせ８通り）

提案検出器＋MRI装置の開発 （＋SPECT検査薬の開発）
早期診断・リスク予測に有効な指標を一括検査

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創薬・生物学研究応用• 複数薬剤の同時投与による動物実験の効率化

14粒子線治療モニタリング応用
粒子線治療ビーム(陽子線や炭素線)

生体の深さ
線量（ダメージ）

ターゲット（腫瘍）PET

即発ガンマ線(コンプトンカメラ)<低エネルギー(制動放射線)15実用化に向けた課題• 現在、コンピュータシミュレーションにより、同時イメージングが可能であることを示している。しかし、装置試作による実証が必要である。
• 今後、まず小動物用装置としての実用化を目指し、検出器等のパラメータ最適化行い、装置試作による実証を行う。
• 実用化に向けて、定量化の精度を向上できるよう各種補正法を含めた画像再構成法を確立する必要もあり。
16コンピュータシミュレーション1-検出器ユニット• 検出器ユニットのシングルガンマ線イメージング性能の確認
検出器ユニットデザイン

5 mm

コリメータ検出器（３次元検出器）
ピクセルサイズ: 1.5 mm x 1.5 mm x 5 mm
配列:
33 x 33 x 37.5 mm

10 mm

49.5 mm

下部検出器
ピクセルサイズ: 1 mm x 1 mm x 10 mm
Array:
48 x 48 x 1層
48 mm

7個の点線源シンチレータ: GAGG

8 mm

エネルギー:
141 keV (99mTc)

90 mm

90 mm

15 mm

1.5 mm

シミュレーション設定

90 mm（検出位置：付与エネルギーの重心）（Geant4を使ったモンテカルロシミュレーション）

17検出器ユニットシミュレーション結果

Y [pixel/mm]

投影画像

シミュレーション設定

エネルギーウィンドウ: 120-160 keV

7個の点線源8 mm

1234567エネルギー:
141 keV (99mTc)

90 mm

点線源の投影像
90 mm
X [pixel/mm]
18検出器ユニットシミュレーション結果
プロファイル4 52 36エネルギーウィンドウ: 120-160 keV

1234567

点線源の投影像
X [pixel/mm]

Counts/3pixels

Y [pixel/mm]

投影画像

7
1
半値幅: ~3 mm(角度分解能: ~2°)
X [pixel/mm]

19コンピュータシミュレーション2-SPECT・PET同時イメージングSPECT-PET 装置: 16検出器ユニット
Geometry

線源分布
SPECT核種 (141 keV)

300 mm

球状線源

100 mm

PET核種

直径: 4.0 mm
間隔: 4.0 mm(中心間距離: 8.0 mm)

頭部サイズ

Collimator detector(PET detector)
1-mm lead plate(as shield)
Bottom detector

水ファントム

発生崩壊イベント数: 108
線源比率: SPECT:PET=9:1

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同時イメージングシミュレーション結果
再構成画像（Fusion画像）
Source distribution
PET

PET

プロファイル

SPECT

SPECT

Source diameter: 4mm
Distance : 4 mm

MLEM (Maximum Likelihood Expectation Maximization)
Voxel size: (1.5 mm)3

それぞれの点線源を識別可能
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３核種同時イメージングシミュレーション
再構成画像（Fusion)

線源分布

PET
141keV

12 mm

PET

SPECT（141keV）
SPECT（159keV）

30 cm

直径: 6 mm159keV■Nb of generated particles : 108 particles■Particle Generation Ratio of 141 keV, 159 keV, positron is 4 : 4 : 1

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企業への期待• 医療機器製造販売業の資格を持つ、企業との共同研究を希望。
• また、小動物用実験機器を開発している企業、医療機器分野への展開を考えている企業には、本技術の導入が有効と思われる。

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ロードマップ
共同研究開始小動物装置
プロトタイプ開発
過去プロジェクト
部材再利用による小型プロトタイプ作製も検討中

2023年

小動物装置
製品開発

小動物装置販売
ヒト用装置販売

ヒトサイズ装置研究開発
ヒトサイズ装置製品開発

2025年

2027年

2029年
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本技術に関する知的財産権• 発明の名称：核医学撮像装置• 出願番号 ：特願2019-062544• 出願人：量子科学技術研究開発機構• 発明者：新田宗孝、田島英朗、山谷泰賀

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お問い合わせ先
量子科学技術研究開発機構
イノベーションセンターまでお願いします
ＴＥＬ：043－206－3027
ＦＡＸ ：043－206－4061
e-mail：chizai＠qst.go.jp
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