3。1物 理 学 的 指 標 の 算 出 法
物 理 学 的 指 標(SNRIiver,NECp。ti,nt,NEq㎞ 靭)は,が んFDG‑PET/CT撮 像 法 ガ イ ドラ イ ン(日 本 核 医 学 技 術 学 会 学 術 委 員 会 日本 核 医 学 会PET核 医 学 分 科 会 ガ イ ドラ イ ン 策 定WGメ ンバ ー)に て示 され て い る算 出 法 を用 い て 算 出 を行 っ た14).
3.1。lSNR狂v。,(Signal/NoiseRatioliver)の 算 出 法
コ ロ ナ ル(冠 状 断)像 に て 月刊 蔵 に 円 形 関 心 領 域(ROI:RegionofInterest直 径 約3cm) を3つ 描 画 す る.円 形ROIは,で き る だ け 肝 門 部 お よ び 主 要 な 血 管 系 を 含 ま な い よ う に 注 意 す る(Fig.3.1).
3つ のROIの 平 均 値 と標 準 偏 差 を 算 出 し,式3.1に よ り各 被 検 者 のSN馬 鴨,を算 出 す る.
OliverSNR Iiver‐
'sDliver
(3.1)
Oliverは月刊 蔵部 の3ス ラ イ ス に 描 画 し たROI値 の 平 均 値,SDIiverは 肝 臓 部 の3ス ラ イ ス に 描 画 し たROI値 の 標 準 偏 差 の 平 均 値 と し た.
Fig.3.1AnalysisexampleofSNRhver14).
3.1.2雑 音 等 価 計 数(NEC:NoiseEquivalentCount)の 算 出 法
真 の 同 時 計 数 の2乗 を 全 同 時 計 数 で 除 し た 計 数 で あ る.式3.2に よ り 各 被 検 者 のNECを 算 出 す る.
(T+S)2NEC=(1
‑SF)2(Mcounts)・ ・・・・・・・・・・・…(3 .2)(P
‑R)+(1+k)R
Pは 全 同 時 計 数(真 の 同 時 計 数+散 乱 同 時 計 数+偶 発 同 時 計 数)(Mcounts),Rは 偶 発
同 時 計 数(Mcounts),7≠8は 全 同 時 計 数 か ら偶 発 同 時 計 数 を減 算 した 計 数(Mcounts), SFは 散 乱 フ ラ ク シ ョ ン(本 研 究 で 使 用 した 装 置 で は3F=0.34124).),kは 偶 発 同 時 計 数 の 補 正 方 法 に よ る係 数(本 研 究 で 使 用 した 装 置 で は,遅 延 同 時 計 測 回 路 を用 い て い
る た めk=1)と す る.
3.1.3被 検 者 雑 音 等 価 計 数(NEC画,nt,NECd,n、i取)の 算 出 法
体 幹 部(脳 お よ び 膀 胱 部 を 除 い た 頸 部 か ら腹 部 ま で)の 複 数 フ レ ー ム 領 域 のNECの 総 和 を,評 価 対 象 範 囲(Fig.3.2)の 軸 長 で 除 し た 計 数 がNECp。bentで あ り(式3.3),評 価 対 象 範 囲 の 身 体 体 積 で 除 し た 計 数 がNECd㎝ 晦 で あ る(式3.4).
n
NEC;
NEC蜘=1=1(M・ ・鵬/m)
NECdensiオy=
n
NEC;
1=1 Vpatient
(3.3)
x1,000(kcounts/cm3)…(3.4)
Fig.3.2EvaluationrangeofNECParientandNECaens;ty.
nは 脳 お よ び 膀 胱 部 を 除 く評 価 対 象 範 囲 の ベ ッ ド数,xは 評 価 対 象 範 囲 の撮 像 長(m), Vpatientは評 価 対 象 範 囲 の 身 体 体 積(cm3)と す る.
nに つ い て は,身 長 に よ り異 な る が 概 ね3〜5ベ ッ ドと な る.Fig.3.2で はn=4と し て 例 示 して い る.ま た,隣 り合 うベ ッ ドの 撮 像 範 囲 は オ ー バ ー ラ ップ して い る た め, ベ ッ ド数 が 増 え る ほ ど重 な り合 う部 分 も増 え ,Vpatientが過 小評 価 され て しま う.そ の た め,被 検 者 雑 音 等 価 計 数 の 値 は,ベ ッ ド数 が 増 え る ほ ど大 き くな る傾 向 に あ る.
ま た,本 研 究 で 使 用 したPETICT装 置 は,CT画 像 の有 効 視 野 が500㎜ と比 較 的 ノ」・ さ い た め,体 格 が 大 き くな る に した が い 腕 な ど身 体 の 一 部 が 視 野 外 に 欠 け て しま い Vpatientが過 小 評 価 され る こ とが あ る.そ の 際 もNECd,n,i♂ ミ過 大 評 価 され る も の と考 え
られ る.
3.2ボ デ ィマ ス 指 数(BMI:BodyMassIndex)の 算 出法
BMIと は,体 重 と身 長 の 関 係 か ら算 出 され る指 標 で あ り,人 の 肥 満 度 を表 す 体 格 指 数 の 一 つ で あ る.
B〃F(k
g/m2)BMI=BH2
(3.5)
BWtiま 体 重(kg),mは 身 長(m)と す る.
世 界 保 健 機 関(WHO:WorldHealthOrganization)に お い て は,18.5以 下 でUnderweight, 18.5〜24.99をNormalrange,25以 上 でOverweight,30以 上 でObeseと し て い る25).
日本 肥 満 学 会 に お い て は,日 本 人 に 合 わ せ た 肥 満 基 準 を 別 途 定 め て い る26)(Table3.1).
Table3.10besitycriteriaofJapanSocietyfortheStudyofObesity(2000).
状態 指標
低体重(痩 せ型)
18.5未 満普通体重
18.5以 上,25未 満肥 満(1度) 25以 上,30未 満
肥 満(2度) 30以 上,35未 満
肥 満(3度) 35以 上,40未 満
肥 満(4度) 40以 上
BMIの 問 題 点 と して,低 身 長 で は 数 値 が 減 少 し,高 身 長 で は 数 値 が 増 大 す る傾 向 に あ り,性 別 や 年 齢 に よ る整 理 的 変 化 が 考 慮 され て お らず,脂 肪 や 筋 肉 な どの 体 組 成 も考 慮 され て い な い た め,同 じ数 値 で も胸 囲 や 腹 囲 が 異 な る 状 況 が あ る.そ の た めPET検 査 に お け る 体 格 指 標 と して,BMが 適 切 で あ る と は 言 え な い 可 能 性 が あ る.
3.3物 理 学 的 指 標 とBMIを 用 い た 評 価 方 法
こ こ で は,現 在,画 質 の 劣 化 を 改 善 す る研 究 に 用 い られ て い る,が んFDG‑PET/CT撮 像 法 ガ イ ドラ イ ン に て 定 義 され て い る物 理 学 的 指 標 を利 用 した 評 価 方 法 に つ い て解 説 をす る 。 な お,が んFDG‑PET/CT撮 像 法 ガ イ ドラ イ ン は,標 準 的 な 画 像 を得 る た め の 撮 像 法 に つ い て 規 定 す る た め に 複 数 の 物 理 学 的 指 標 に つ い て 定 義 した も の で あ る.
体 格 の 違 い に よ る画 質 の 劣 化 を 改 善 す る た め に,体 格 に よ り異 な る値 とな る 物 理 学 的 指 標 を 可 能 な 限 り一 定 の値 に す る,そ れ も撮 像 前 に一 定 の 値 と な る よ うに推 定 す る,と い う と こ ろ が こ の 評 価 方 法 の ポ イ ン トで あ り,一 定 の 値 に す る こ と で 画 質 の 劣 化 を 改 善 す る こ とが 可 能 と な る.物 理 学 的 指 標 と体 格 の 関係 は,概 ね 体 格 が 増 大 す る こ と に よ り 物 理 学 的 指 標 の値 は低 下 して い く.そ こ で,体 格 の 増 大 に と もな い 収 集 時 間 お よび 投 与 量 の 両 方 も し くは 片 方 を増 加 させ る こ とで,物 理 学 的 指 標 の 値 を改 善 す る こ とが 可 能 と な る.
実 際 に は,被 検 者 群 よ り物 理 学 的 指 標(SNR1霊 。,,,NECp。tient,NECd。。si妙)およ び 体 格 指 標 (BM,体 重)の 値 を そ れ ぞ れ 算 出 し,関 係 式 を求 め る こ とか ら始 め られ る.
NECp廊 加NECK,sityこ お け る この 関 係 式 は,BMIと の 決 定 係 数 が 最 も 高値 を 示 す 近 似 式 が 用 い られ る.島 田 らの 報 告12)ではNECd,。s靭とBMIと の 関 係 式 と して,累 乗 近 似 式 が 求 め
られ て お り,こ の 累 乗 近 似 式 を用 い て,BMよ り推 定 され る各 被 検 者 のNECd,IISItyを撮 像 前 に 求 め る こ とが 可 能 とな る.こ こ で,NECd,nsityの 式3.4よ り分 母 のVpatientは,被検 者 の 体 積 で あ り変 化 しな い た め 一 定 の値 とな る.ま た,分 子 のNECは,同 時 計 数 の 比 よ り求 め
られ る値 で あ り,収 集 時 間 の 増 減 に よ り同 時 計 数 が 直 線 的 な 比 例 関 係 に あ る と仮 定 した 場 合 ・NECの 値 も 直 線 的 な 比 例 関係 とな る ・こ れ よ り求 め られ るNECd螂 靭の値 も直 線 的 な 比 例 関 係 とな る ・Fig・3・3は,2・5minで 撮 像 を 行 っ た 被 検 者 のNEC幡 靭を基 準 と して 収 集 時 間 を変 更 した と仮 定 して 同 時 計 数 を 変 化 させ た 際 のNECd棚i呼 の 推 移 を表 した も の で あ る.こ の 関係 を 用 い て 各 被 検 者 のBMIよ り求 め られ たNECd甑 呼は,収 集 時 間 を変 え る こ と で 目標 とす るNEC、㎞ 靭にす る こ とが 可 能 と な り,画 質 の 劣 化 を 改 善 す る た め の 最 適 な収 集
1.6
1
11引 1:::l
UW
z
l:劉
〇+一̲一 一丁一 丁̲r‑一 一 一一 「
02468101214
Acquisitiontime(min)
Fig.3.3RelationshipsbetweenacquisitiontimeandNECd㎝si呼
時 間 を 設 定 で き る よ うに な る.NECp。h。ntに お い て も 同 様 な 方 法 で最 適 な 収 集 時 間 を 設 定 で き る よ うに な る.
SNRh。,,に お い て は,Masudaraら8)の 報 告 よ り式3.6を 用 い て 収 集 時 間 △tお よびNEC を 変 え る こ と で 各 被 検 者 のSNRh。 。,を目標 とす るSNRIiv,,に す る こ とが 可 能 と な り,画 質 の劣 化 を 改 善 す る た め の 最 適 な収 集 時 間 お よび 最 適 な 投 与 量 を設 定 で き る よ うに な る.
投 与 量 に つ い て は,NECが 効 率 良 く上 昇 す る 範 囲 で あ れ ば 投 与 量 を増 や す こ と で投 与 量 とNECが 比 例 関 係 に あ る と し て い る.ま た,体 格 指 標 と して 体 重 を 用 い て お り,基 準 と した 体 重 に お け るS臨 。,,を目標 値 と して い る.
'SNRiive,2=ハTEC× △t
(3.6)
3.3.1現 在 の 評 価 方 法 の 問 題 点
が んFDG‑PET/CT撮 像 法 ガ イ ドライ ン で は,被 検 者 雑 音 等 価 計 数(NECp。tient, NECd。nsity)を求 め る 際 の評 価 対 象 範 囲 を脳 お よび 膀 胱 部 を 除 く頸 部 か ら腹 部 と定 義 さ れ て い る が,こ の評 価 対 象 範 囲 が 収 集 時 間 の 検 討 に 適 当 で あ る根 拠 が 示 され て い な い
た め,最 適 な 評 価 対 象 範 囲 に お け る検 討 で あ る か 確 認 が で き て い な い.ま た,体 格 指 標 と して 用 い て い るBMに つ い て も収 集 時 間 の 検 討 に適 当 で あ る根 拠 が示 され て い な い た め,最 適 な 体 格 指 標 で あ る か 確 認 が で き て い な い.
SNRli。。,にお い て も,体 格 指 標 と し て用 い て い る体 重 が 収 集 時 問 の検 討 に 適 当 で あ る 根 拠 が 示 され て い な い た め,最 適 な 体 格 指 標 で あ る か 確 認 が で き て い な い.
第4章 フ ァ ン トム に お け る 相 関解 析
4.1目 的
臨床 症 例 に お い て は,体 格 お よ び 投 与 量 の 違 い に よ る画 質 の 劣 化 が 見 られ る が,そ の 中 に は 生 理 的 条 件 の 違 い お よび 病 変 の 有 無 に よ る違 い も総 合 的 に含 ま れ た も の が 画 質 の劣 化 と して 表 れ て い る.そ こで,他 の 要 因 を除 外 した状 態 で,物 理 学 的 指 標 と体 格 指 標 の 関係 お よび 物 理 学 的 指標 と投 与 量 の 関 係 を評 価 す る こ とで,臨 床 症 例 にお け る被 検 者 の 体格 の範 囲 お よ び 投 与 量 の 範 囲 に お い て も物 理 学 的 指 標 を 用 い る こ とが 可 能 で あ るか 検 討 す る こ と
と した.
4.2PET装 置 お よ び 撮 像 方 法
PET/cT装 置 は,AquiduoPcA‑7000B(東 芝 メ デ ィ カ ル シ ス テ ム ズ 社 製)を 使 用 し た.
16列 のCT装 置 とLSO検 出 器 で 構 成 さ れ た3次 元 収 集 専 用 のPETICT装 置 で あ る.そ の た め, セ プ タ(ス ラ イ ス シ ー ル ド)は 装 備 さ れ て お ら ず,減 弱 補 正 はCT画 像 を 用 い て 行 わ れ る.
体 軸 方 向 視 野 お よ び 断 面 内 視 野 は,そ れ ぞ れ162㎜ お よ び683㎜ で あ り,断 面 内 固 有 分 解 能(fullwidthathalf‑maximum:FWHM)は4.2㎜ で あ る.CT画 像 の 撮 影 条 件 は,管 電 圧 が120kV,管 電 流 は 自 動 露 出 機 構(CT‑AutoExposureControl:CT‑AEC)を 使 用 し, CT値 の 標 準 偏 差(standarddeviation:SD)は10,0.5sec/rotationと し た.撮 影 ス ラ イ ス 厚 は2mmxl6,ピ ッ チ フ ァ ク タ ー(pitchfactor:PF)は0。938,画 像 ス ラ イ ス 厚 は2㎜ と し た.エ ミ ッ シ ョ ン ス キ ャ ン は,2.5min/bedと し た.ス キ ャ ン 範 囲 は,フ ァ ン トム が あ る1 ベ ッ ドの み 収 集 し た.PET画 像 は,3次 元 サ イ ノ グ ラ ム を2次 元 サ イ ノ グ ラ ム に 変 換 す る フ ー リ エ リ ビ ニ ン グ(Fourierrebinr血g:FORE)法27))を 用 い
,逐 次 近 似 画 像 再 構 成(ordered subsetexpectationmaximization:OSEM)法28)に て 画 像 再 構 成 を し た.OSEM法 の パ ラ メ ー
タ 設 定 は 繰 り返 し 回 数 を4,サ ブ セ ッ ト数 を14,平 滑 化 フ ィ ル タ はGaussianフ ィ ル タ を 用 い,FWHMは8mm,matrixsizeは128x128,拡 大 率1.34倍 と し た.
こ れ ら の 条 件 は,臨 床 症 例 と 同 一 の 条 件 で あ る.
4.3方 法
PET/CT装 置 の 物 理 学 的 性 能 を 評 価 す る た め に 直 方 体 フ ァ ン トム(W45×D33.5×H30 cm3)を 使 用 し てSNR懸 。,,,NECp。 翻,NECd,。 、靭 を 算 出 し た.
本 装 置 の 臨 床 条 件 に お け る 物 理 学 的 指 標 と 体 格 や 投 与 量 の 指 標 と の 相 関 関 係 を 評 価 す る た め,撮 像 条 件,水 量 お よ び 投 与 量 は 臨 床 症 例 に 準 じ て 行 っ た.
ま ず,体 格 差 を 考 慮 し た 測 定 と し て,18F‑FDG投 与 後1時 間 を 想 定 し て 放 射 能 濃 度 が 同 一 と な る よ う に2.9MBq/kgと し,直 方 体 フ ァ ン トム に4.3〜43.5Lま で9段 階 に 水 量 を 増 や し,1ベ ッ ド2.5minの 収 集 を し た.放 射 能 濃 度 に つ い て は,次 章5.3.1に 用 い た 臨 床 症 例183名 の 平 均 単 位 体 重 当 た り の 投 与 量4.3MBq/kgの1時 間 後 と し た.
次 に,投 与 量 の 違 い を 考 慮 し た 測 定 と し て,水 量 は26.5Lで 一 定 と し,直 方 体 フ ァ ン トム に 放 射 能 濃 度 をo.6〜5.5MBq/kg(1時 間 前 の 放 射 能 濃 度:o.9〜8.oMBq/kg)と7段
階 に 変 え,1ベ ッ ド2.5minの 収 集 を し た.
得 ら れ た 測 定 デ.̲̲.タか ら式3.1,式3.3,式3.4を 用 い てS取h。,,,NE稀 。tient,NECd。鱒 を 算
出 し た.NECd,nsityを 算 出 す る た め の 身 体 体 積 は,フ ァ ン トム のCT画 像 を 用 い てAdvantage WorkstationVolumeShare5(GEHealthcare社 製)を 使 用 し て 計 測 し た.SNR鼓 。。,を算 出 す
る た め の 肝 臓ROIは,Xeleris3FunctionalImagingWorkstation(GEHealthcare社 製)を 使 用 し て 計 測 し た.ま た,肝 臓 を 模 擬 し た フ ァ ン ト ム で は な い た め,フ ァ ン ト ム 中 心 の 均 一 な 放 射 能 濃 度 の 部 分 にROIを 設 定 す る こ と と し た.
4.4結 果
フ ァ ン ト ム 収 集 に お け る 放 射 能 濃 度 が 同 一 の と き の 水 量 とSNRIi。,,,NECp。tieut, NECd,nsityの 関 係 を 示 す(Fig.4.1).
35.0 30.0 25.0
茎20・0 髪
15.o 吻
10.0
5.0 0.0