倉田奨励金研究報告書｜2016 年度（第 48 回）助成■受領№1309

PET/MR 一体機における認知症診療の精度向上を目的とした
MRI 吸収補正法の開発

代表研究者

関根鉄朗

日本医科大学

放射線科講師

1．研究目的
認知症患者は高齢化が進む先進国で急速に増大る事である。本手法を広く利用可能な形にする事で、PET/MR研究・診療の精度向上が見込まれる。

してきており、医療及び医療周辺領域(介護を含む社会サービス)にかかる費用は莫大な物になると

2．研究概要推測されている。認知症は非可逆的な疾病であり、MRIを用いた正確な吸収補正法のゴールは頭部早期発見及び早期の薬剤介入による治療がスタン

MRI画像データから正確な“疑似”頭部CT画像をダードとされている。この早期発見のためには画推定する事にある。この疑似頭部CT画像を従来の像診断が欠かせず、具体的にはPETとMRI画像のPET/CT機で用いていた吸収補正アルゴリズムに組み合わせが有用とされている。

当てはめる事で、正確な吸収補正が可能となる。

2012年よりPET/MRの商用機が市場に登場し、こ れ を 目 的 に 、 申 請 者 は 、 Single-Atlas based

解剖学的情報が完全に一致したPET画像とMRI画

method, Multi-Atlas based method, ZTE-based

像の同時収集が可能になった。同機は上述の如く、

method、template ZTE-based methodの4種の吸収PET及びMRI情報の組み合わせが重要な役割を果補正法の開発及び検証を行った。また、これらのたす認知症の研究・診療において有効に活用され吸収補正法の臨床的可用性に付いて検討を行った。

る事が望まれる。このPET/MR一体機においては、[1] Single-Atlas based method の開発と検証

正確なPETのデータを得る際に必要な吸収補正法

対象患者の頭部T1強調画像を撮影し、これと頭としてMRIを用いる必要がある。しかし、MRIを部Head Atlas(事前に正常volunteer30名の頭部CT用いた吸収補正法は現行では精度が不十分であり、をaveragingして得られた画像)との間で非線形変PETの定量値に10％弱程度の誤差が生じる事が明

換を行う事で、患者の疑似頭部CT画像を推定するらかになっている。今後、PET/MRを用いた精度手法である。簡便なアルゴリズムで精度が高いが、の高い認知症研究・診療が広く行われるためには、頭蓋底骨の様に構造が複雑な部位については、推簡便かつ信頼性のあるMRI吸収補正法を開発する定が不正確であるとの欠点が分かった。

必要がある。申請者はチューリッヒ大学及びGE[2] Multi-Atlas based method の開発と検証

Healthcareとの共同研究により、MRI吸収補正法

Single-Atlas based methodを改良した吸収補正の開発・精度検証を行ってきた。本研究の目的は、法である。Single-Atlas based methodが単一のこの経験を更に発展させ、新規のMRI吸収補正法

Head Atlasのみしか用いなかったのに対し、複数を提案・確立し、その上で、この手法を用いた際のHead Atlasを用い、それぞれと非線形的な変化の実際の認知症診療へのインパクトを明らかにすを行う。これにより得られた複数の疑似CT画像と、

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独自のMaximum Likelihoodアルゴリズムと組みMulti-Atlas based methodをベースにした非線形合わせ、重み付けを考慮した再構成を行う事で、変換を用いて、頭部の解剖学的構造のprobability正確な疑似頭部CT画像を推定する。Single-Atlasmapを得て、それぞれの解剖学的構造毎に個別のbased methodと比較し、頭蓋底骨の推定も含め、推定を行う事を目標とする。具体的には対象の頭良好な吸収補正効果が得られ、最終的なPET定量部構造を表皮脂肪組織、頭蓋骨3パート(円蓋部・値の誤差が20%程度低減する事が示せた。しかし、側頭骨・頭蓋底骨)、脳実質、脳脊髄液、鼻腔、副手術後に頭蓋骨欠損がある患者など、標準的な解鼻腔、乳突蜂巣の9つのパートに分割を行い、それ剖構造と大きな乖離がある場合には、対象のT1強ぞれの領域に付いて、個別の吸収補正変換法を適調画像とHead Atlasとの間で非線形変換が有効に用する。これにより、現行のZTE法で誤差が大き作用せず、大きな誤差が生じてしまうと言う欠点い領域に付いても正確な推定が出来る事が見込まが分かった。

れた。

[3] ZTE-MR based method の開発と検証

申請者は30名の患者に対し、ZTE-MRIを撮像し、RFパルス照射直後からMRI信号収集が可能な従来法のZTE吸収補正とtemplate-based ZTE法のZero-time echo (ZTE) MRIを用いた吸収補正法で両者を用いた吸収補正を行った。得られたPET画ある。このMRI撮像法は本来であればMRI信号を像 に 対 し 、 Pmod software を 用 い て 67 個 の取得する事が難しいプロトン密度の低い解剖構造

Automated VOIを自動的に割り当てる。それぞれからも正確に信号を収集する事が可能となっていのVOI毎の定量値誤差を測定するVOI analysisをる。その上で、MRIで得られた信号の実測値から行い、領域毎の系統誤差・偶然誤差の有無を測定頭蓋骨及び脳実質の軟部構造を直接推定して疑似した。その結果、PET定量値の誤差は1.6±0.9%か頭部CT画像を再構成する手法である。術後の頭蓋ら1.1±0.7%まで誤差が有意に低減した。

骨欠損がある患者に対しても、精度の高い頭蓋骨[5] 吸収補正の臨床可用性に付いての検討推定が可能となり、全体的な精度も向上した。但Pmod softwareにおけるPALZパッケージを用し、骨・軟部・空気構造が複雑に入り交じっていいた検討を行った。PALZは認知症患者においてる領域(副鼻腔や乳突蜂巣など)では、部分容積効

FDG-PETにおける薬剤集積が特異的に低下する果の影響で正確な推定が出来ず、誤差が大きいと脳の解剖領域を自動的に分割し、同部の集積低下言う欠点が分かった。の度合いの分布を計算し、低下の程度の総量を統[4] Template ZTE-MR based method の開発と計学的なZ-scoreとして算出する事が可能な認知検証症診療ツールである。CT吸収補正を用いたPET画

上述の2種の吸収補正法を組み合わせた吸収補像のPALZデータをgold standardとし、MR吸収補正法を開発した。基本はZTE-based methodをベー

正法を用いたPET画像から算出されたPALZデースとする。まず、ZTE-MRI撮像を行い、解剖学的タとの比較を行った。その結果、感度82.6%、特構造の推定に必要なMRI信号値を取得する。従来異度80.3%でAlzheimer’s diseaseの弁別が可能で法では、画一的な変換式を用いる事でMRI信号値あり、実際の認知症診療にMR吸収補正法を用いてを疑似CT画像に変換していた。そのため、解剖学も診断精度が低下しない事が分かった。

的部位によって、正確に変換が反映される部位(十分な厚みのある骨構造を持つ円蓋部の頭蓋骨など)と誤差が大きくなる部位(副鼻腔や乳突蜂巣など)が混在していた。これを解消するため、

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３．発表（研究成果の発表）

tomography/MRI versus positron emission

受賞

tomography/CT. Head Neck

2018年6月 国際磁気共鳴学会 Clinical stipend

2017;39:1550-1558.

award

4. Sekine T, Takagi R, Amano Y, Murai Y, Orita

2018年6月 国際磁気共鳴学会 Educational
stipend award

受賞者: 織田 絵里香／関根鉄朗 (大学院生指導)2018年6月 日本磁気共鳴学会 ISMRM travel
award 受賞者: 織田 絵里香／関根 鉄朗 (大学院生指導)

E, Fukushima Y, Matsumura Y, Kumita SI. 4D
Flow MR Imaging of Ophthalmic Artery Flowin Patients with Internal Carotid Artery
Stenosis. Magn Reson Med Sci 2018;17:13-20.
5. Delso G, Kemp B, Kaushik S, Wiesinger F,
Sekine T. Improving PET/MR brain

2018年4月 日本医学放射線学会 Gold Medal

quantitation with template-enhanced ZTE.

2018年2月 血流会 Young Investigators Award

Neuroimage 2018;181:403-413.

2017年12月 北米放射線学会 Trainee researchaward 受賞者: 織田 絵里香／関根 鉄朗 (大国際学会発表

学院生指導)

1. Sekine T, Buck A, Delso G, ter Voert E,

2017年12月 北米放射線学会 Certificate of Merit

Huellner M, Veit-Haibach P, Warnock G.

2017年10月 日本核医学会 リターニー賞

Diagnostic accuracy of FDG-PET/MR for2017年4月 日本医学放射線学会 Bronze Medaldementia— Impact of atlas-based MR
attenuation correction. 103th annual meetingPublication
1. Orita E, Murai Y, Sekine T(Correspondingof RSNA, Chicago, U.S.A. 2017.12.
2. Sekine T, Ando T, Takagi R, Orita E, Iwata K,Author), Takagi R, Amano Y, Ando T, Iwata K,Kumita S. Brain 4D Flow MRI -Scan

Obara M, Kumita S. Four-Dimensional Flowparameters, Analysis parameters and Target

MRI Analysis of Cerebral Blood Flow Before

diseases-. 103th annual meeting of RSNA,and After High-Flow Extracranial-Intracranial

Chicago, U.S.A. 2017.12.

Bypass Surgery With Internal Carotid Artery
Ligation. Neurosurgery 2018.

3. Sekine T, Barbosa F, Delso G, ter Voert E,Veit-Haibach P, Huellner M. Utility of

2. Sekine T, Zeimpekis KG, Delso G, Barbosa FG,

PET/MR in head and neck. 2017th annual

Ter Voert EE, Huellner MW, Veit-Haibach P.

meeting of ESMRMB, Barcelona, Spain.

Reduction of (18)F-FDG Dose in Clinical2017.10.

PET/MR Imaging by Using Silicon

4. Sekine T, Buck A, Delso G, ter Voert E,Photomultiplier Detectors. Radiology

Huellner M, Veit-Haibach P, Warnock G.

2018;286:249-259.

Diagnostic accuracy of FDG-PET/MR for

3. Sekine T, Barbosa FG, Delso G, Burger IA,

dementia— Estimation of the impact ofStolzmann P, Ter Voert EE, Huber GF, Kollias

commercial atlas-based MR attenuation

SS, von Schulthess GK, Veit-Haibach P,correction. 2017th annual meeting ofHuellner MW. Local resectability assessment

EANMMI, Vienna, Austria. 2017.10.

of head and neck cancer: Positron emission

5. Sekine T, Takagi R, Amano Y, Murai Y,倉田奨励金研究報告書｜2016 年度（第 48 回）助成
Fukushima Y, Orita E, Anodh T, Matsumura Y,Kumita S. 4D Flow assessment of ophthalmicartery flow in patients with atheroscleroticinternal carotid artery stenotic disease. 25thannual meeting of ISMRM, Honolulu, U.S.A.
2017. 05.
国内学会発表／招待講演
1. 関根 鉄朗. 4D Flow MRIとPET/MRと留学のお話. 第20回放射線研究セミナー, 名古屋.
2018.04. (招待講演, 日本語, 45分)
2. 関根 鉄朗. 直腸癌と肝転移の画像診断. 日本
医科大学 EOB-MRI診断勉強会, 東京.
2017.11. (依頼講演, 日本語, 30分)
3. 関根 鉄朗. PET/MRとの1年半とそれからの1年半とこれから. 57th annual meeting of JSNM.
2017.11. (受賞記念講演, 15分)
4. 関根 鉄朗.

画像検査が有用であった意識障

害症例のケースレビュー第6回Cerebral andCardiac Disease Semminar, 東京. 2017.9. (査読無し, 教育講演, 日本語, 口演30分)
5. 関根 鉄朗. 急性期脳梗塞診療におけるMRIの役割. 救急放射線セミナープレミアム, 東京.
2017.06.
20分)(査読なし, 教育講演, 日本語, 口演