核 医 学 58 巻 1 号（2021 年） 核 医 学 58 巻 1 号（2021 年） ― 15 ― ― 15 ― ■1．はじめに 18F-FDG PET（以下，FDG-PET）は，がん診療に有用な 画像診断法であり，2020 年現在で全国 400 以上の医療 機関で実施されている．検査目的としては，がんの検出 や良悪性の鑑別，転移巣検索をはじめとする病期診断， 各種治療後の治療効果判定など，その活用法は多岐に わたる．さらに，新しいがん治療に係る臨床研究（治験 含む）においても FDG-PET 画像から算出される定量的 指標（SUVmax, SUVpeak, など）が治療効果判定の主要評価
項目や副次的評価項目として利用されている．このよう に，FDG-PET は「定性的な画像診断」という位置づけか ら発展を遂げ，「定量的な画像バイオマーカー」として確 立されつつある． 一方で，使用する PET 装置や画像処理の条件が異な ると，画像のコントラストやノイズの程度が変わり，画 像から算出される定量的指標に違い（ばらつき）が生じ る．そのため PET を利用する多施設臨床研究を行う場 合には，共通の検査手順（投与放射能量，待機時間，撮 像時間などを含む）を定めるとともに，定量的指標のば らつきが小さくなるように画像処理条件を調節する必要 がある（定量的指標の標準化という）． FDG-PETにおける定量的指標の標準化指針としては， 日本核医学会（以下，学会）が作成した「18F-FDGを用い た全身 PET 撮像のためのファントム試験手順書」（以下， ファントム試験手順書）がある．しかし，本手順書で示 されている画像評価手法や評価基準は 2010 年代初めに 集められたファントム画像データに基づいているため， 現在主流の装置では平滑化フィルタ等で画像のコントラ ストを恣意的に低くしない限り SUVmaxの評価基準（上 限値）を超えてしまう可能性がある．また，医療機関に 広く普及した time-of-flight （TOF） 計測機能付き装置， point-spread function （PSF） 画像再構成，最大事後確率 （maximum a posterior）推定に基づく画像再構成などの最 新技術に十分対応できていない，かつ SUVpeakを代表と する新しい定量的指標が評価項目に含まれていない，な どの課題もある． そこで本ワーキンググループ（WG）では，がん FDG-PETにおける定量的指標の標準化を従来よりも合理的 に行うために，現在医療機関に普及している PET 装置 を対象にファントム画像データを網羅的に収集し，最新 技術や新しい定量的指標に対応した画像評価手法および 評価基準を確立することを目的とした．
平成 30・31 年度 ワーキンググループ報告
がん FDG-PET における定量的指標の標準化に向けた
ファントム試験手順書および画像評価手法の確立
立石宇貴秀1 松本 圭一2 大﨑 洋充3 鈴木 一史4 島田 直毅5 赤松 剛6 1 東京医科歯科大学大学院医歯学総合研究科 2 京都医療科学大学医療科学部 3 群馬県立県民健康科学大学診療放射線学部 4 獨協医科大学病院放射線部 5 がん研究会有明病院画像診断センター 6 量子科学技術研究開発機構放射線医学総合研究所©2021 Japanese Society of Nuclear Medicine 連絡先：[email protected] 東京医科歯科大学大学院医歯学総合研究科 立石宇貴秀 要旨：本ワーキンググループでは，がん FDG-PET における定量的指標の標準化を行うための基礎 データ収集として，現在医療機関に普及している PET 装置のほぼ全機種（23 機種）を対象にファン トム試験を網羅的に実施し，画像評価を行った．2010 年代初めに集められたファントム画像デー タ（13 機種）と比較すると，少ない計数でも高いコントラストが得られており，臨床における小病 変描出能および画質は，最近約 10 年間で飛躍的に向上していることが示唆された．これらの研究 成果を国内外の学術集会にて発表した．今後は日本核医学会の PET 撮像法標準化専門委員会と研 究成果を共有し，FDG-PET における定量的指標の標準化に向けて活用いただく予定である． Key words: FDG-PET, harmonization, phantom criteria
核 医 学 58 巻 1 号（2021 年） ― 16 ― ■2．研究方法・評価項目 医療機関に普及している PET 装置のほぼ全機種を対 象に，ファントム試験手順書に従ってファントム試験を 実施した．使用したファントムは NEMA body ファント ムであり，放射性薬剤は18F-FDG，バックグラウンド領 域の放射能濃度は 2.53 kBq/mL，6 つの球とバックグラ ウンド領域の放射能濃度比は 4：1，撮像時間は 30 分（リ ストモード収集）とした． PET画像は 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 1800秒収集の異なる 11 種類の収集時間データを切り出 して作成した．1800 秒以外のデータについては，統計 変動の変動を小さくするために，データ切り出し開始時 刻を（1）収集開始時刻，（2）収集開始時刻＋ 60 秒，（3）収 集開始時刻＋ 120 秒，と変化させて計 3 セットを作成し た．画像再構成条件は，当該施設の臨床検査で使用して いる条件とした．PSF 画像再構成を搭載した PET 装置 においては，PSF あり/PSF なしの両条件の画像を作成 した． 画像評価項目は以下のとおりである． ・ 直径 10 mm の陽性像の視覚評価（0, 1, 2 点，診療放射 線技師 5 名で実施） ・ ファントム雑音等価計数（NECphantom） ・ 直 径 10 mm の 陽 性 像 に お け る ％ コ ン ト ラ ス ト （QH,10mm） ・ ％バックグラウンド変動性（N10mm） ・ ％コントラストと％バックグラウンド変動性の比 （QH,10mm/N10mm） ・ バックグラウンド領域の変動係数（CVBG） ・ バックグラウンド領域における SUV（SUVB,ave） ・ 相対リカバリー係数（RCj） ・ 各サイズの陽性像における SUVmax（SUVmax） ・ 各サイズの陽性像における SUVpeak（SUVpeak） ■3．研究成果と成果の活用方針 光センサにシリコン光電子増倍管を搭載した最新機 種を含めて PET 装置 23 機種（19 施設）のファントム試 験データを収集した．直径 10 mm の陽性像の視覚評価 において評価者の視覚スコアリングが平均 1.5 点以上に なる中央値（95％信頼区間）は，NECphantomが 3.2 Mcounts
（2.7–3.6），N10mmが 10.6 ％ （10.0–11.8），QH,10mm/N10mmが 2.5 （2.3–2.6）であった．2010 年代初めに集められた以前 のデータ（13 機種）においては，同じく NECphantomが 10.8 Mcounts （8.7–17.3），N10mmが 5.6 ％ （4.7–6.6），QH,10mm/ N10mmが 2.8 （2.2–2.9）で あ っ た． こ れ ら の 結 果 か ら， TOFや PSF を代表とする画像再構成アルゴリズムの進 歩によってバックグラウンドノイズが高い条件下（少な い計数）においても高いコントラストが可能となり，臨 床における小病変の描出能や画質が飛躍的に向上して いると示唆された．各サイズの陽性像における SUVmax は，多くの装置で現行評価基準の上限値を上回ることを 確認した．SUVpeakは SUVmaxに比べて装置差が小さく，
定量的指標として有望であることが示唆された． これらの研究成果を第 59 回日本核医学会学術総会， 第 60 回日本核医学会学術総会および第 67 回米国核医学 会にて発表した1–6）．WG 発足当初は，ファントム試験 手順書の改訂までを目標としていたが，新型コロナウイ ルス感染拡大の影響を受けてファントム試験や研究打ち 合わせが滞り，研究の進捗に遅れが生じた．引き続き データの解析を進め，可及的速やかに本学会の PET 撮 像法標準化専門委員会と研究成果を共有し，FDG-PET における定量的指標の標準化に向けて活用いただく予定 である． ■謝辞 本 WG 活動を行うにあたり，非常に多くの方にご協 力いただきました．あらためて，下記の先生方（敬称略） に厚く御礼申し上げます．寺内隆司，千田道雄，織田圭 一，小山内幸次，越智伸司，白石貴博，櫻井実，我妻 慧，小島裕二，宇野正樹，渡邉公憲，黒木昭仁，西田 広之，岡島広佳，大谷一弘，﨑本翔太，伴匡史，筒井悠 治，池田龍二，新田和樹，前田貴雅，前田幸人． ■利益相反 本報告に関して，開示すべき利益相反関連事項はな い． 【文献】 1） 立石宇貴秀，松本圭一，大﨑洋充，鈴木一史，島田直 毅，赤松剛：がん FDG-PET における定量的指標の標準 化に向けたファントム試験手順書および画像評価手法の 確立．核医学 2019; 56(suppl 1): S134.
2） Akamatsu G, Shimada N, Matsumoto K, Daisaki H, Suzuki K, Oda K, et al: 5-year progress on imaging performance of commercial PET scanners: a multi-center study towards harmonization of FDG-PET. J Nucl Med; 2020: 61(suppl 1):
1398.
3） Shimada N, Akamatsu G, Matsumoto K, Daisaki H, Suzuki K, Oda K, et al: A multi-center phantom study towards harmonization of FDG-PET: variability in maximum and peak SUV in relation to image noise. J Nucl Med; 2020: 61(suppl
1): 1396. 4） 赤松剛，島田直毅，松本圭一，大﨑洋充，鈴木一史，織 田圭一，他：診療用 PET 装置のイメージング性能の進 歩：新旧 32 装置のファントム画像評価．核医学 2020; 57(suppl 1): S141. 5） 島田直毅，赤松剛，松本圭一，大﨑洋充，鈴木一史， 織田圭一，他：FDG-PET 標準化に向けた多施設ファン トム試験：イメージノイズと定量値との関係．核医学 2020; 57(suppl 1): S141. 6） 立石宇貴秀，松本圭一，大﨑洋充，鈴木一史，島田直 毅，赤松剛：がん FDG-PET における定量的指標の標準 化に向けたファントム試験手順書および画像評価手法の 確立．核医学 2020; 57(suppl 1): S124.
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Studies on Phantom Test Procedures and Criteria for Standard FDG-PET
Imaging
Ukihide Tateishi,1 Keiichi Matsumoto,2 Hiromitsu Daisaki,3 Kazufumi Suzuki,4 Naoki Shimada,5 Go Akamatsu6
1 Tokyo Medical and Dental University 2 Kyoto College of Medical Science
3 Gunma Prefectural College of Health Sciences 4 Dokkyo Medical University Hospital
5 Cancer Institute Hospital
6 National Institute of Radiological Sciences (NIRS-QST)
To establish a feasible and practical methodology for harmonization of FDG-PET, we have investigated quantitative physical performance of recent clinical PET scanners (23 scanners) using the NEMA image quality phantom. Compared with the previous phantom data (13 scanners) acquired in the early 2000s, the current phantom data showed better contrasts of small spheres even with a smaller number of coincidence counts. This result suggests that clinical PET image quality and small lesion detectability might have been significantly improved in the past 10 years. Based on the data acquired in this working group, we are planning to update the standard phantom test methodology and harmonizing criteria for FDG-PET.
