15O ガスPET/CT 検査においてわずかな体動により臨床所見との乖離を示した症例についての検討

はじめに

　近年の positron emission tomography（PET）装置では， データ収集の 3 次元化や計測回路の改良によって高感 度化が実現され，X 線 computed tomography（CT）を搭 載した PET/CT 装置では，外部線源によるトランス ミ ッ シ ョ ン ス キ ャ ン の 代 わ り に CT に て 吸 収 補 正

（attenuation correction: AC）を行うことができるように なった．これにより従来の PET 画像に比して，画像 の高分解能化や高信号雑音比の実現，検査時間の短縮 が可能となった一方で，脳循環代謝15_{Oガス PET 検査} においては，3 次元データ収集に伴う肺やガス吸入マ スクからの視野外散乱線，画像の高分解能化に伴って の体動に PET 画像が影響を受けやすくなることが予 想される． 　視野外からの散乱線の影響については，撮像視野内 に吸入マスクを完全に含めることや，適切な散乱補正 法を採用することによって，散乱線の影響を非常に少 なくできることが確認されたが1）_{，体動が PET 画像に} どのように影響するかはわかっていない． 　今回，検査中のわずかな体動により，臨床所見や他 の画像所見と異なる PET 画像所見を呈した症例につ いて検討し，体動による影響について考察した． 受付日：2016 年 2 月 28 日，受理日：2016 年 4 月 25 日 1_{国立循環器病研究センター放射線部} 2_{国立循環器病研究センター脳神経内科} 3_{国立循環器病研究センター脳血管内科} 4_{国立循環器病研究センター脳神経外科} 5_{国立循環器病研究センター研究所画像診断医学部} 6_{国立循環器病研究センター脳卒中統合イメージングセン} ター ＊_{〒 565-8565　大阪府吹田市藤白台 5-7-1 　TEL: 06-6833-5012　FAX: 06-6872-7486 　E-mail: nmorita@ncvc.go.jp 　doi: 10.16977/cbfm.27.2_215}

● 原　著

15

_O

_{ガス PET/CT 検査においてわずかな体動により}

臨床所見との乖離を示した症例についての検討

森田奈緒美

1＊

_{，清水 彰英}

1

_{，寺川 裕介}

1

_{，梶本 勝文}

2

_{，上原 敏志}

3

丸山 大輔

4

_{，越野 一博}

5

_{，飯田 秀博}

5

_{，中川原譲二}

6 要　　旨 　近年の PET 検査は，CT による吸収補正を行うことで検査の迅速化，画像の高分解能化，信号雑音比向上が 実現された反面，CT と PET データとの位置ずれによる再構成画像の定量精度低下やアーチファクトが指摘さ れている．本研究では，脳15_{Oガス PET 検査中のわずかな体動により臨床所見とは異なる画像所見を呈した症} 例について検討した．臨床所見との乖離や明らかなエラーと思われる画像所見を呈し，2 cm までの位置ずれが 確認できた 6 症例を対象とし，位置ずれの影響について評価した．また正常ボランティアの画像を用いて位置 ずれによる定量値の変動について検討した．2 例は OEF 画像にてリング状のアーチファクトが見られ，検査中 に下向きの体動を確認した．2 例は病変と反対側，1 例は同側の血流，代謝の低下を認め，左右方向への位置 ずれが原因であった．1 例は検査後右向きの位置ずれがみられ，OEF 画像で深部白質の集積が著明に亢進して いた．定量値の変動は位置ずれが 5 mm 以上で著明となり，視覚的にも左右差が確認された．CT での補正に より，わずかな体動が結果に大きな影響を及ぼす可能性が示唆された． （脳循環代謝　27：215～224，2016） キーワード : 15_{Oガス PET/CT，脳血管障害，位置ずれ，吸収補正，体動アーチファクト}

対象と方法

　2014 年 10 月～2015 年 6 月において，何らかの脳血 管障害が疑われ，臨床検査の一環として15_{O gas PET/} CT検査が行われた患者のうち，臨床所見や他の画像 所見との乖離や明らかなエラーと思われる画像所見を 呈し，検査中もしくは検査後に 2 cm までの位置ずれ を確認した症例を後ろ向きに調査した．PET/CT 装置 は 3D 収集専用の臨床装置で 40 列の CT を搭載した Biograph-mCT（Simens, Knoxville, USA）を使用した．

CT撮像は吸収補正が目的であるため，管電圧 120 kV,

effective doseを 30 mAs に設定し，回転時間 1 s，Slice 厚 3 mm，Pitch 1.5，撮像視野直径 500 mm で撮像し， CTDI vol（CT dose index: CT 用の患者被ばくの線量目 安）は約 2.45 mGy であった．PET 撮像は15_O 2，C15O2 を短い時間間隔で吸入させる DARG（dual-tracer autora-diography）法2, 3）_{に基づいて行った（図 1）．右正中に動} 脈ラインを確保し，専用マスクを装着，頭部を専用の 器具で固定した後，位置ずれの有無を確認できるよう にマスクの近くにマーキングをして検査を行った．検 査はまず，吸収補正用の CT（ACCT）を撮像した後， C15_{O吸入と同時に 9 分間のリストモード収集を行っ} た．6 分間の放射能の減衰を待った後に15_O 2→C15O2の 順に吸入を行い，9 分間のリストモード収集を行っ た．それぞれの吸入時間は C15_{Oが 2 分，}15_O 2，C15O2 が 1 分であった． 　CT データは PET 検査用に予め設定されているメー カー推奨のフィルタ（H08sAC for ECT）を用いて再構成 を行った．PET リストモード・データからサイノグラ ムを生成する際，CT μ-map を用いた吸収補正，single scatter simulation technique（SSS）による散乱線補正， デッドタイムおよび感度補正を行った．そのサイノグ ラムに対して，2D filtered-back-projection（FBP）法を使 用して画像再構成を行った．再構成パラメータは，ス ライス厚 3 mm，マトリックスサイズ 128×128，ピク セルサイズ 2.6×2.6 mm，拡大率 2.5（スライス数は患者 依存）．半値幅 6 mm のガウシアンフィルタにより， 再構成画像を平滑化した． 　撮像中の持続採血により測定した全血放射能濃度に 対する dispersion4）_{と脳への到達時間に対する遅延}5）_を 補正後，先行研究にもとづく方法6, 7）_{により，入力関数} を推定した．DARG 法に基づいて，各定量画像（cere-bral blood flow（CBF）, cerebral metabolic rate of oxygen （CMRO2）, cerebral blood volume（CBV）, CBF/V, oxygen

extraction fraction（OEF））を作成した．得られた画像に ついて臨床所見や他の検査所見と比較した． 　位置ずれの有無については，当施設で開発したソフ トウェアにて，C15_O，15_O 2，C15O2それぞれの吸入開 始～70 秒間の加算画像を作成し，加算画像と ACCT とを重ね合わせて評価した．また，正常ボランティア （5 名，男性 3 名，女性 2 名，平均年齢 74.2±3.7 歳）の 図 1．15_{Ogas-PET/CTプロトコール}

当センターでの15_{O gas PET撮像は DARG（dual-tracer autoradiography）法に基づいて検査を行っている．吸収補} 正用の CT（ACCT）を撮像した後，C15_O，15_O2，C15_{O2の順番でガス吸入を行い，リストモード収集を行う．} 15_O2，C15_{O2吸入は 1 回の収集で検査を行うことで時間短縮が図れる．検査時間は約 30 分．}

15_{Oガス PET/CT 検査における体動についての検討}

PETデータを用いて位置ずれの影響を評価した．PET

装置付属のソフトウェア（True D; Simens, Knoxville, USA）を用い，ACCT を基準として右側に 0, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20 mm平行移動した PET データを生成し，そ

のデータを使用して再構成した画像から CBF, CMRO2,

OEFおよび CBV 定量画像を作成した．両側左右対称

に anterior cerebral artery（ACA）領域，middle cerebral artery（MCA）前方，後方領域，posterior cerebral artery （PCA）領域，基底核，視床，小脳に ROI を設定して （図 2），それぞれの定量値を測定し，位置ずれの程度 における定量値の変化を評価した．変化の指標とし て，baseline（位置ずれなし）の ROI 内の真値に対し て，各移動量において算出した誤差がどの程度みられ るかを変化率として算出した． 各画像内の定量値−baseline の定量値 変化率（％）= ×100 baselineの定量値 　なおこの研究については，国立循環器病研究セン ター倫理委員会の承認を得て行った．書面での同意は 得ていないが，研究の内容や参加拒否の自由について は HP や掲示により通知した．

結　　果

　6 例（男性 3 例，女性 3 例，平均 72.7 歳）に臨床所見 とは異なる PET 画像所見が認められた．表 1 に結果 一覧を示す．6 例中 2 例は OEF map にてリング状の アーチファクトが見られ，いずれも検査中に下顎を動 かしたことによる下向きの体動を確認した（図 3-1, 2）．2 例は病変と反対側の血流，代謝の低下を認め， 加算画像と ACCT との位置ずれを確認した（図 4）．2 例は C15_O 2吸入時に体動あり，そのうち 1 例は OEF mapで深部白質の集積が著明に亢進していた．1 例は

N-isopropyl-p-［（123）I］iodoamphetamine（123_{I-IMP）によ}

る脳血流 single photon emission tomography 検査では低

下がないにもかかわらず，15_{Oガス PET/CT 検査では} 病変側の血流，代謝の低下が認められた．PET データ 収集後に再撮像した CT で減弱補正を行うことで，他 所見との乖離は改善された（図 5）． 表 1． Case 年齢 性別 臨床診断 体動のタイミング 位置ずれの方向 画像所見 1 47 F もやもや病 15_O 2吸入時 下 OEF mapでリング状アーチファクト 2 80 F 左 ICA 狭窄 15_O 2, C15O2吸入時 右 右 MCA 領域の血流，代謝の低下 3 78 M 左 ICA 狭窄 C15_O 2吸入時 右 OEF mapで深部白質の上昇 4 68 F 右 MCA 狭窄 C15_O 2吸入時 右 右 MCA 領域の血流，代謝の低下 5 81 M 右 MCA 狭窄 15_O 2, C15O2吸入時 下 OEF mapでリング状アーチファクト 6 82 M 左 ICA 狭窄 15_O 2, C15O2吸入時 右 右 MCA 領域の血流，代謝の低下

ICA: internal carotid artery, MCA: middle cerebral artery, OEF: oxygen extraction fraction 図 2．ROI

両 側 左 右 対 称 性 に anterior cerebral artery（ACA）領 域，middle cerebral artery （MCA）前方，後方領域，posterior cerebral artery（PCA）領域，基底核，視床，小 脳に ROI を設定して，同じ部位の各定量値を測定した．ROI の大きさ，形態は デフォルトで設定されており，患者ごとの変動は少ない．

図 3-1．リング状アーチファクト（Case 1）

（a, b）FLAIR では実質内に明らかな器質的疾患は認められず，MRA（c）にて両側内頸動脈（internal carotid artery: ICA）の先端より閉塞しているのが認められる．CBF（d）, CMRO2 map（e）では一見して明らかな原因 は指摘できないが，よく見ると前頭蓋底レベルで両者のスライス位置が異なっていることがわかる．（f） OEF mapにて脳表に輪郭を描くようなリング状アーチファクトが認められ（→），両側基底核部にも斑状の 高集積が左右対称性に認められる（◀）． 図 3-2．ダイナミック画像による体動確認（リング状アーチファクト） PETデータ収集中や検査前後で明らかな位置ずれは認められなかったが，15_{O2ガス吸入時のダイナミック} データを 10～20 秒ごとに加算した画像を連続的に観察すると，フレーム 6→7（吸入開始 60～80 秒）のタイ ミングで顎を下に引くようなわずかな体動があり（⇒），次のフレームで元の位置に戻っているのが確認さ れた．

15_{Oガス PET/CT 検査における体動についての検討} 図 4．病変と反対側の血流，代謝の低下（Case 2） 検査終了後に 2 cm の位置ずれを確認した． （a）脳実質は前頭葉優位に軽度の萎縮がみら れ，わずかに虚血性白質病変が散見される． （b, c）MRA では左 ICA 起始部に高度狭窄を認 め，左中大脳動脈（middle cerebral artery: MCA） にかけての信号もやや低下している．（d, e） PETでは右 MCA 領域に一致して血流，代謝 の低下が認められ，代謝の低下がより目立 つ．（f）ACCT と C15_{O2吸入時の加算画像とを} 重ね合わせると，PET 収集画像が ACCT の右 側にずれていることがわかる． 図 5． 病 変 と 同 側 の 血 流， 代 謝 の 低 下（偽 病 変） （Case 4） C15_{O2吸入時に体動に気付いたため，C}15_O2吸入検 査終了後に再度 CT 検査を行った．（a）MRA 検査で は右 MCA 起始部に高度狭窄を認める．（b）同日に 行った脳血流 SPECT 検査（123_{I-IMP）では血流支配域} に一致した血流低下は見られないが，初回 CT 検査 で補正した PET 画像では，同領域の血流，代謝の 軽度低下が認められた（c, e）．PET データ収集後に 再撮像した CT で補正した PET 画像では左右差は はっきりしなくなり，他所見との乖離は改善され た（d, f）． ( f ) ACCTとC15_O 2

　正常ボランティアの画像を用いて，ACCT の位置を 固定して PET 画像の位置を右側へ平行移動した場合 の定量値を比較すると，位置ずれが 5 mm を超えると いずれのパラメータにおいても，定量値，変化率とも に変化が大きくなり，位置ずれの方向へ過小評価，反 対側へ過大評価する傾向がみられた（図 6-1, 2）．再構 成された画像を定性的に比較しても，5 mm の位置ず れで偽病変の存在が認識可能となり，10 mm では明ら かであった（図 6-3）． 図 6-1．正常ボランティアにおける位置ずれと定量値の比較 正常ボランティアの画像を用いて恣意的に右方向へ 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20 mm 動かした PET データに対して画像再構成を行 い，それぞれの ROI 内の定量値（図 6-1），変化率（図 6-2）について比較した．定量値，変化率ともに位置ずれが 5 mm を超 えると変動が大きくなり，位置ずれした方向への過小評価，反対側への過大評価がみられる傾向があった．定量値での比 較では，その変化が CBF, CMRO2 mapにて明瞭に認められ，CBV や OEFmap での変化は小さかった．

15_{Oガス PET/CT 検査における体動についての検討}

考　　察

　PET 検査は CT による吸収補正が可能になったこと で，高分解能・高信号雑音比な画像が短時間の検査で 得られるようになった反面，体動による位置ずれが アーチファクトの誘因となり，新たな問題となってい る．とくに心筋 PET 検査では呼吸による位置ずれの 影響が大きく，臨床用 PET/CT 検査の 40％までに起 こっていると報告されている8）_{．最も頻度の高いのは} 前壁もしくは側壁の集積低下で，位置ずれが 8 mm よ り大きいと診断に影響するほどの大きな影響を及ぼす と報告されている8, 9）_． 　吸収補正用の CT（ACCT）と PET 画像との位置ズレ 図 6-2．正常ボランティアにおける位置ずれと変化率の比較 図説明は図 6-1 に同じ．

が PET 画像の放射能濃度に与える影響について我々 が行ったファントム実験では，ACCT の位置を基準と して PET データの位置を上下，右方向にそれぞれ 5～ 30 mmと 5 mm 単位で移動させ，それぞれのデータに 対して画像再構成を行ったところ，左右の位置ズレに よる影響が大きく，頭蓋骨の影響よりも位置ずれの大 きさのほうが強かった．また正常ボランティアの画像 を用いた検討では 5 mm の位置ずれによって，位置ず れ方向の血流，代謝の低下がみられるようになり，心 筋での報告とほぼ同様の結果となった．また，この影 響は CBF，CMRO2 mapで明瞭に認められ，とくに CMRO2 mapで目立っていた．これは，15O2撮像時相 と C15_O 2撮像時相の両方において位置ずれによって生 じる誤差が，CMRO2に影響しているためと考えられ る． CBV map での変化はわずかであった．CBF や CMRO2では放射能濃度とこれらのパラメータとの関 係が非線形であり，放射能濃度の測定誤差が増大して CBFや CMRO2に伝播してしまう．一方，CBV では放 射能濃度と CBV との関係が線形であり，放射能濃度 の測定誤差と CBV の測定誤差は同一であることによ るものと思われる． 　また，我々が行っている脳循環代謝ガス PET 検査 のように，放射性薬剤の体内動態が検査中に大きく変 化する検査では，画像への体動の影響の度合いは体動 の起こるタイミングにも依存する． 　軀幹部 PET 検査において，呼吸による位置ずれの 影響を減少させる方法はいくつか報告されており，単 純に PET と ACCT 画像をリアライメントさせる方 法9, 10）_{，CT 撮像スピードを遅くする方法}11）_{，呼吸同期} を用いて PET 収集を行い，CT の位置と合わせる方 法12, 13）_{もしくは 4D-CT を用いて位相を合わせて再構成} する方法14~18）_{などが報告されている．画像をリアライ} メントさせるための技術はすでに確立されつつある が，迅速法のような放射能カウントが時間とともに変 化する検査はランドマークの設定が難しく，トラッキ ングのようなテクニックが必要と思われる．また本検 図 6-3．正常ボランティア（70 歳代男性，血管病変なし） 正常ボランティアの画像を用いて恣意的に右方向へ 3, 5, 10 mm 動かした PET データに対して画像再構成 を行った画像を比較した．位置ずれが大きくなるほど，頭蓋骨と重なる側（位置ずれした方向）の定量値が 低下し，離れる側の定量値が相対的に高くなる傾向がみられ，相対的に左右差が目立つ．視覚的には位置 ずれが 5 mm 以上あると明らかに相対的集積低下として認められる．この変化は CBF, CMRO2 mapで明瞭 に認められ，とくに CMRO2 mapで目立つ．OEF map では変化ははっきりせず，CBV map での変化もわず かに認められる程度．（15_{O-Gas PET/CT検査時の体動が再構成画像に及ぼす影響についての検討．清水} ら．第 35 回日本核医学技術学会総会より改変）

15_{Oガス PET/CT 検査における体動についての検討} 討には示していないが，臨床検査にて使用しているも のより低分解能な μ-map を用いる検討も行ったが，位 置ずれに対する抑制効果は認められなかった． 　頭部の検査は心筋に比して，呼吸や体動の影響はわ ずかで，位置ずれによる影響はあまり問題視されてい なかった．しかしながら，本研究によって検査中に一 度のわずかな体動や位置ずれによって，臨床所見と乖 離する所見を呈する症例を認めることがわかった． 　今回 1 例で病変側の血流，代謝の低下，2 例につい ては病変とは反対側の血流，代謝の低下が認められ， 患者の病態把握を混乱させる可能性があった．とくに 両側病変の場合は，PET 検査にて手術側が決まること もあり，影響が大きい． 　ガス吸入の順序を変更して15_O 2, C15O2吸入を先に行 うプロトコールも検討したが，体動の影響を減らすこ とができる可能性があってもなくすことはできない． 患者の苦痛の観点から，頭部固定には限界がある．現 在は，臨床所見との乖離が疑われる症例において，吸 収補正あり・なしの PET 画像と機能画像との間での 整合性，および CT 画像との位置ずれを目視確認して いるが，理想的には，位置ずれの大きさと方向，発生 時刻にもとづく体動補正が必要と思われる．

結　　語

　CT での補正により，わずかな体動が結果に大きな 影響を及ぼす可能性が示唆された．頭部固定には限界 があり，今後は体動補正法の適用が期待される． 　謝辞：PET 検査担当の松永桂典，宮ノ尾井秀人放射 線技師，松室圭司薬剤師，その他 PET 検査に関わるす べてのスタッフに感謝いたします． 　本論文の発表に関して，開示すべき COI はない． 文　　献

1） Hori Y, Hirano Y, Koshino K, Moriguchi T, Iguchi S, Yamamoto A, Enmi J, Kawashima H, Zeniya T, Morita N, Nakagawara J, Casey ME, Iida H: Validity of using a 3-dimensional PET scanner during inhalation of 15O-labeled oxygen for quantitative assessment of regional metabolic rate of oxygen in man. Phys Med Biol 59: 5593–5609, 2014

2） Kudomi N, Hayashi T, Teramoto N, Watabe H, Kawachi N, Ohta Y, Kim KM, Iida H: Rapid quantitative measurement of CMRO(2) and CBF by dual administration of (15) O-labeled oxygen and water during a single PET scan-a

validation study and error analysis in anesthetized mon-keys. J Cereb Blood Flow Metab 25: 1209–1224, 2005 3） Kudomi N, Hirano Y, Koshino K, Hayashi T, Watabe H,

Fukushima K, Moriwaki H, Teramoto N, Iihara K, Iida H: Rapid quantitative CBF and CMRO(2) measurements from a single PET scan with sequential administration of dual (15)O-labeled tracers. J Cereb Blood Flow Metab 33: 440–448, 2013

4） Iida H, Kanno I, Miura S, Murakami M, Takahashi K, Uemura K: Error analysis of a quantitative cerebral blood flow measurement using H2(15)O autoradiography and positron emission tomography, with respect to the disper-sion of the input function. J Cereb Blood Flow Metab 6: 536–545, 1986

5） Iida H, Higano S, Tomura N, Shishido F, Kanno I, Miura S, Murakami M, Takahashi K, Sasaki H, Uemura K: Evalua-tion of regional differences of tracer appearance time in cerebral tissues using [15O] water and dynamic positron emission tomography. J Cereb Blood Flow Metab 8: 285– 288, 1988

6） Kudomi N, Watabe H, Hayashi T, Iida H: Separation of input function for rapid measurement of quantitative CMRO2 and CBF in a single PET scan with a dual tracer administration method. Phys Med Biol 52: 1893–1908, 2007

7） Kudomi N, Hayashi T, Watabe H, Teramoto N, Piao R, Ose T, Koshino K, Ohta Y, Iida H: A physiologic model for recirculation water correction in CMRO2 assessment with 15O2 inhalation PET. J Cereb Blood Flow Metab 29: 355–364, 2009

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related 4D-computed tomography. Phys Med Biol 53: N259–268, 2008

Abstract

Mismatch cases between clinical finding and image finding on

15

_{O gas PET/CT study}

caused by misregistration of PET data relative to CT-based attenuation maps

Naomi Morita

1

_{, Akihide Shimizu}

1

_{, Yusuke Terakawa}

1

_{, Katsufumi Kajimoto}

2

_{, Toshiyuki Uehara}

3

_,

Daisuke Maruyama

4

_{, Kazuhiro Koshino}

5

_{, Hidehiro Iida}

5

_{, and Jyoji Nakagawara}

6 1

_{Department of Radiology, National Cerebral and Cardiovascular Center, Osaka, Japan}

2

_{Department of Neurology, National Cerebral and Cardiovascular Center, Osaka, Japan}

3

_{Department of Cerebrovascular Medicine, National Cerebral and Cardiovascular Center,}

Osaka, Japan

4

_{Department of Neurosurgery, National Cerebral and Cardiovascular Center, Osaka, Japan}

5

_{Department of Investigative Radiology, National Cerebral and Cardiovascular Center}

Research Institute, Osaka, Japan

6

_{Integrative Stroke Imaging Center, National Cerebral and Cardiovascular Center Research Institute,}

Osaka, Japan

CT attenuation correction (AC) is a major clinical advantage of PET/CT. However, motion can

induce artifacts because of misregistration of the CT attenuation map and emission data. The aim of this

study was to investigate the effect of misregistration in cerebrovascular disease patients. We collected

six patients who showed mismatch between clinical finding and

15

_{O gas PET/CT imaging, and}

confirmed dislocation less than 2 cm from initial position. Three patients showed decreased cerebral

blood flow (CBF) and cerebral metabolic rate of oxygen (CMRO

2

) on the opposite side or ipsilateral

side. The other patients showed an unexpected artifact on oxygen extraction fraction (OEF) map. These

data suggest that misregistration can affect patient diagnosis with dependent on the degree of

misregistration.

Key words:

15

_{O gas PET/CT, cerebrovascular disease, misregistration, absorption correction, motion}