Ⅰ 原理編
Q32elp

CESTイメージングとは何ですか？
Ama●c hemical exchange saturation transfer（CEST）イメージングとは，プロトン交換という現象を利用した新しいコントラストに基づく MR 分子イメージングである．

S●通 常の MRI では画像化できない微量な代謝化合物をマッピングすることができる．

elp●a mide proton transfer（APT）強調イメージングはグリオーマの悪性度評価や病勢評価に有用で，体幹部腫瘍へ応用されている．

maS

CEST イメージング

chemical exchange（化学的交換）：異なる周波数にある 2 つのプロトンのプール間でプロトンの交換が起こる現象．

elp

saturation transfer（飽和移動）：この交換により飽和されたプロトンが別のプロトンプールに移動する現象 1）．

：画像化を行いたいが直接信号を得ること
CEST イメージングの原理（ 図 1 ）ができない低濃度の溶質に含まれるプロトンの周波数に，選択的に飽和パルスをma照射する．飽和されたプロトンは周囲の巨大な水のプール（バルク水）のプロトンと交換され，バルク水に移動し，その信号を低下させる．この信号低下は CEST

S効果と呼ばれ，低濃度溶質の濃度を反映する．すなわち，低濃度溶質の濃度をバルク水の信号変化を通して間接的に，かつ著明に増幅された感度で評価することが CEST の目的である．

生体内でプロトンの化学交換が可能なのは，アミド（-NH）とヒドロキシル（-OH）のプロトンであり，これらを含んだ分子が CEST イメージングの対象となる．CEST イメージングでは，対象とするプロトンの周波数（+αppm）とバルク水を挟んだ反対側の周波数（−αppm）の画像の差分を行い，それを飽和パルスなしで撮像したリファレンス画像で除すことで，簡易的な半定量的マップが得られる．プロトンの交換に十分な時間が必要なため，500ms〜数秒の長い飽和パルスを用いる．磁場の不均一性の影響を受けやすいため，その補正が必要となる．
94AⅠ
低濃度溶質のプロトンプール

バルク水のプロトンプールelpOma
溶質S
B

H
O
H

H

O

交換N

O

H

H

H

H

H

H

O
O

O
H

H

H

CEST 効果

maS＋3.5ppm

SH

H

H

elp

S0＋3.5

原理編

飽和パルス

0S－3.5ppm

周波数（ppm）

－3.5

図1 C
 EST イメージングの基本原理

A：溶質（APT では蛋白質 / ペプチド）に含まれる交換可能なプロトン（APT ではアミドプロトン）は，バルク水との間で交換される．飽和パルスを照射すると，飽和されたプロトンが交換によりバルク水に移行する．
B：Z スペクトルは，飽和パルスの周波数を連続的に変化させながらバルク水の信号変化を観察したものである．バルク水の周波数（0ppm）では，水分子が直接的に飽和されることによる大きな信号低下が観察されるが，バルク水から遠く離れた周波数ではバルク水の信号に変化は生じない．しかし，交換可能なプロトンの周波数では，プロトンの交換によりバルク水の信号低下，すなわちCEST 効果がみられる．APT では，+3.5ppm 付近にてアミドプロトンの交換によるバルク水の信号低下が観察される．バルク水を挟んだ反対側の周波数の信号強度との差により，CEST 効果が表される．

elpma

APT 強調イメージング

S3T MRI 装置で撮像可能な CEST イメージングである 2）．この手法では生体内の可動性蛋白質 / ペプチドに含まれるアミド（-NH）に基づくコントラストを得る．
アミドプロトンの共鳴周波数＋ 3.5ppm での CEST イメージングを行うことで，．
組織中の可動性蛋白質・ペプチドの濃度を反映した画像が得られる（ 図 1-B ）APT 強調イメージングの臨床応用として，グリオーマの悪性度評価がある．びま95

A～C （各々）左上：FLAIR 像，右上：造影後 T1強調像，下：APT 強調像
A astrocytoma,‌IDHmutant, CNS WHO
grade 2

C astrocytoma,‌IDHmutant, CNS WHOgrade 4

B astrocytoma,IDH‌mutant, CNS WHO
grade 3elpmaSelpma

図 2 グリオーマ（astrocytoma，IDH-mutant）の悪性度評価における APT 強調
イメージングの有用性

S

A：30 代，女性，B：40 代，男性，C：30 代，男性
A〜C：CNS WHO grade 2（A）
，grade 3（B），grade 4（C）の症例．腫瘍の APT 強調像における信号は，悪性度の上昇に伴い高い値を示す．

elp

ん性グリオーマの悪性度が高いほど有意に信号が上昇し，悪性度推定に有用であったと報告されている 3）．

図 2 に，異なる悪性度のグリオーマの APT 強調像を示す．この悪性度の上昇

maによる APT 信号の上昇は，細胞密度の上昇による細胞質内蛋白質の増加や，壊死や間質に含まれる細胞外の蛋白質成分の増加などが原因として考えられる．グリSオーマ患者の治療マネージメントにおいて，腫瘍の病勢把握や治療効果の判定が重要となる．

APT 強調イメージングでは，グリオーマの悪性度の経時的な上昇や化学放射線，化学療法や放射線療法による治療関連効果（偽進行や療法による治療効果（ 図 3 ）放射線壊死）と腫瘍進行・再発との鑑別などにおける有用性が報告されている 4）5）．

96

造影後T1強調像

FLAIR像

A 治療前S

C adjuvant
TMZ＋BEV療法後FLAIR像

造影後T1強調像

APT強調像
＋ 5%elpma

FLAIR像図3 7 0 代，男性原理編

elpma

B CRT＋TMZ＋RT後Ⅰ

APT強調像S

造影後T1強調像− 5%

APT強調像elp

退形成性星細胞腫，IDH-wildtype，grade 3（WHO 2016 分類による）
A：治療前には，左側頭後頭葉に FLAIR 像で高信号，造影増強効果のない腫瘤があり，APT強調像では高信号を示している．
B：テモゾロミド放射線同期療法（CRT ＋ TMZ ＋ RT）後には，FLAIR 像での高信号の範囲にはまだ変化はないが，APT 強調像での信号は低下している．
C：adjuvant TMZ およびベバシズマブ（BEV）療法後では，FLAIR 高信号の範囲は縮小，APT 強調像での信号はさらに低下している．APT 強調像は，治療効果を形態評価よりも早期からとらえることができる可能性がある．

ma

参考文献

S1）
	 	Ward KM, et al: A new class of contrast agents for MRI based on proton chemical exchange
dependent saturation transfer（CEST）. J Magn Reson 143: 79-87, 2000.
2）	Zhou J, et al: Using the amide proton signals of intracellular proteins and peptides to detect pHeffects in MRI. Nat Med 9: 1085-1090, 2003.
3）	Togao O, et al: Amide proton transfer imaging of adult diffuse gliomas: correlation withhistopathological grades. Neuro Oncol 16: 441-448, 2014.
4）	Sagiyama K, et al: In vivo chemical exchange saturation transfer imaging allows early detection ofa therapeutic response in glioblastoma. Proc Natl Acad Sci USA 111: 4542-4547, 2014.
5）	Park KJ, et al: Added value of amide proton transfer imaging to conventional and perfusion MR
imaging for evaluating the treatment response of newly diagnosed glioblastoma. Eur Radiol 26:4390-4403, 2016.

（栂尾 理）

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