画像診断医学部
研究活動の概要

画像診断医学部では、○先進診断機器開発研究室、○放射性同位元素診断研究室、○心血管撮像研究室、○画像解析研究室の四つの研究室の基に、PET、SPECTおよびMRIなどの最先端画像診断機器を使った新しい撮像技術や解析手法の開発研究を行っています。これらの技術は日常の医療において最適な治療方針を決定するのに役立つだけではなく、循環器疾患の分子レベルでの病態を観察することを可能にし、創薬や再生医療などの新規治療法の開発に貢献することが期待されます。限りなく無侵襲的なイメージング法の開発と医療への貢献を目指し、工学的な撮像技術や解析手法の開発と標準化、また独自の分子プローブとその合成システム開発について、国際研究ネットワークを基に国内外の企業とも連携して研究を進めています。これらのイメージング技術のいくつかは日常の臨床や多施設で行っている臨床研究などに貢献しています。

2012年の主な研究成果

急性期脳梗塞診断への利用を可能にするような迅速15O-ガスPET検査システムの構築、SPECTを使った臨床機能イメージングの定量化と施設を超えた標準化、およびMRI血流画像の定量化、高解像度分子イメージングシステムの開発、さらにそれらを使った応用研究について以下のような成果が得られた。

15O-標識酸素ガスPET撮像では、３種の15O標識ガス（15O2, C15O2, C15O）を短時間間隔で投与して局所酸素代謝量を定量撮像する技術基盤が整備され、まずカニクイザルを用いた実験により、虚血領域における組織可逆性が正確に診断できることが示された。また、発症10時間までの急性期脳虚血性疾患の患者10例を対象に当該検査を施行し、急性期の病態が変化する様相を観察することができ、この検査の臨床的有用性が示唆された。さらに、一連の放射性ガスを全自動で連続標識合成し、吸入するシステムを開発した。本装置は2012年11月に改良医療機器（クラスIII）として認証され、当該検査を保険診療実施することが可能になった。また、高感度化されたCT/PETハイブリッド装置の定量精度の改良に成功し、高精細かつ高感度で脳機能画像の定量評価を行うことが可能になった。すでに20代、および50-70代までの健常者データベースを作成し、100症例を超える脳血管障害患者を対象に臨床撮像がなされるに至った。迅速検査を可能にする動態解析理論についてのさらなる改良により、10分間以内の撮像時間のみで局所脳血流量、局所脳酸素消費量、酸素摂取率、血液量の画像が得られることが確認された。短時間化された動態解析理論は、同時に従来の解析法のような血液量に関する仮定を必要としないので、種々の病態をより正確に評価できることも示された。さらに、無採血で定量画像を計算するための新しい画像解析法の理論が整備され、健常者を対象にその妥当性が確認された。現在は、より多くの症例を対象にその意義について確認を進めている。

SPECTの画像を正確に再構成するプログラムを開発し、これを利用した脳血行力学的虚血の重症度を診断するための標準検査実施手順（SOP）プロトコルが構築された。国内で流通しているほぼ全ての装置データに適用可能であり、また装置を超えて再現性高くかつ正確に画像を提供することが可能になった。これに基づき、H24年度には国内で200の臨床病院で利用され、年間13,000件の臨床検査に貢献した。欧州多施設研究では、6施設において72例の健常者を対象に得られたドーパミントランスポータイメージング剤のSPECTデータに適用され、他の2つの画像再構成プログラムと比べて高い精度と施設間再現性を有していることが確認された。また外傷性脳挫傷の患者20名における神経細胞の損傷の分布は、同一施設で得られた18名の健常者データベースと比べて、高次脳機能障害を有する症例で特異的に前頭葉内側面の帯状回領域で低下していることが確認された。さらに当該画像再構成プログラムは、SPECT画像の施設を超えた標準化は健常者データベースの共有を可能にし、これをもとにした新しい診断基準の構築が可能であることが示唆された。

Gd-DTPA静脈投与後にMRI検査を行い脳血流量画像を計算する理論と、これに基づくプログラムの開発に成功した。従来から内頸動脈に関心領域を設定して造影剤の局所脳への供給（入力関数）を実測する必要があった。この手順の再現性と客観性に疑問があることから脳血流画像の安定性には限界があると指摘されてきたが、新しく開発した理論では、局所脳の信号強度の時間変化のみから入力関数を推定することが可能になった。14例の症例において、PET画像と比較するなどで新手法の妥当性が確認された。MRIを使った検査の標準化に貢献することが期待された。

小動物用7T MRI装置を使った小動物のイメージング環境の構築を行い、マウス、ラット、ウサギを対象にして（１）動脈硬化プラークのイメージング、（２）肝臓の脂肪量計測、（３）体脂肪量計測、（４）心臓の形態及び運動機能評価、（５）MR angiographyによる血管の形態の評価、（６）新規MRI用造影剤の開発と評価、（７）血栓のイメージング、（８）脳のファンクショナルアナトミーの解明、（９）脳梗塞の形態及び質的評価、（１０）PET及びSPECT画像とMRI画像の重ね合わせなどのためのデータ収集法、データ解析法、及びハードウェアの整備がなされ、これらの研究プロジェクトを開始するに至った。RI管理区域内にPET,SPECTに並んでMRI装置が設置される施設は世界的にも希であり、核医学的手法とMRIを融合した分子イメージング技術を駆使した新しい次元での病態理解と新規治療法の有効性を評価する研究が可能になった。

小動物SPECT装置において、高解像度、高感度かつ定量撮像可能なデータ収集条件および画像化プログラムを整備した。また、放射性化合物の動脈血液中の動態を最小限の採血操作で推定する手法も確立した。これによりマウスやラットの生理機能を限りなく非侵襲で定量評価できるSPECTイメージングシステムが構築され、応用研究が可能となった。（１）脳組織血流量と血管反応性、（２）細胞トラッキングのためのレポーター遺伝子のイメージング、（３）DDSのための超音波照射による血液脳関門透過性向上の評価などが可能となった。また、実用的なヒト頭部用高解像度SPECT装置の開発は、SPECT開発用のモンテカルロシミュレーション体系を構築し、PET装置に匹敵する高解像度の実現が示唆され、試作機が完成しつつある。

分子イメージングプローブとしては、酸化LDL（oxLDL）を放射性ヨウ素で標識した化合物である123I-oxLDLを新規に作製し、小動物用SPECT/CTおよび7T MRIを用いてマウス静脈内投与後の体内動態を測定した。CTおよびMRIガイド下、全身放射能分布の明瞭な描出を達成した。Ex vivoオートラジオグラフィーや臓器摘出法による定量結果と照合した結果、123I-oxLDLは、所期の通り動脈硬化プラークや肝臓、脾臓に高集積するとともに、全く新しい知見として褐色脂肪へと選択的に取り込まれることが明らかとなった。熱産生に関与する褐色脂肪へのoxLDLの取込みは、その生理的および病理的意義を探る上で興味深く、継続して検証を進める。

研究業績
  1. Iida H., Ruotsalainen U., Maki M., Haaparnata M., Bergman J., Voipio-Pulkki L. M., Nuutila P., Koshino K. and Knuuti J. F-18 fluorodeoxyglucose uptake and water-perfusable tissue fraction in assessment of myocardial viability. Ann Nucl Med 26, 644-55, 2012.
  2. Hirano Y., Zeniya T. and Iida H. Monte Carlo simulation of scintillation photons for the design of a high-resolution SPECT detector dedicated to human brain. Ann Nucl Med 26, 214-21, 2012.
  3. Agudelo C. A., Tachibana Y., Hurtado A. F., Ose T., Iida H. and Yamaoka T. The use of magnetic resonance cell tracking to monitor endothelial progenitor cells in a rat hindlimb ischemic model. Biomaterials 33, 2439-2448, 2012.
  4. Koshino K., Fukushima K., Fukumoto M., Sasaki K., Moriguchi T., Hori Y., Zeniya T., Nishimura Y., Kiso K. and Iida H. Breath-hold CT attenuation correction for quantitative cardiac SPECT. EJNMMI Res 2, 33, 2012.
  5. De haan S., Harms H. J., Lubberink M., Allaart C.P, Danad I., Chen W. Y., Diamant M., Van Rossum A. C., Iida H., Lammertsma A. A. and Knaapen P. Parametric imaging of myocardial viability using 15O-labelled water and pet/ct: comparison with late gadolinium-enhanced cmr. European journal of nuclear medicine and molecular imaging 39, 1240-1245, 2012.
  6. Kaku Y., Iihara K., Nakajima N., Kataoka H., Fukuda K., Masuoka J., Fukushima K., Iida H. and Hashimoto N. Cerebral blood flow and metabolism of hyperperfusion after cerebral revascularization in patients with moyamoya disease. J Cereb Blood Flow Metab 32, 2066-75, 2012.
  7. Nezu T., Yokota C., Uehara T., Yamauchi M., Fukushima K., Toyoda K., Matsumoto M., Iida H. and Minematsu K. Preserved acetazolamide reactivity in lacunar patients with severe white-matter lesions: 15O-labeled gas and H2O positron emission tomography studies. J Cereb Blood Flow Metab 32, 844-50, 2012.
  8. Yoneda H., Shirao S., Koizumi H., Oka F., Ishihara H., Ichiro K., Kitahara T., Iida H. and Suzuki M. Reproducibility of cerebral blood flow assessment using a quantitative SPECT reconstruction program and split-dose 123I-iodoamphetamine in institutions with different gamma-cameras and collimators. Journal of cerebral blood flow and metabolismJ 32, 1757-1764, 2012.
  9. Wakai A., Tsuchida T., Iida H. and Suzuki K. Determination of two-photon-excitation cross section for molecular isotope separation. Journal of molecular spectroscopy 274, 14-21, 2012.
  10. Koshino K., Watabe H., Enmi J., Hirano Y., Zeniya T., Hasegawa S., Hayashi T., Miyagawa S., Sawa Y., Hatazawa J. and Iida H. Effects of patient movement on measurements of myocardial blood flow and viability in resting 15O-water PET studies. Journal of nuclear cardiology 19, 524-533, 2012.
  11. Ose T., Watabe H., Hayashi T., Kudomi N., Hikake M., Fukuda H., Teramoto N., Watanabe Y., Onoe H. and Iida H. Quantification of regional cerebral blood flow in rats using an arteriovenous shunt and micro-PET. Nuclear Medicine and Biology 39, 730-741, 2012.
  12. Hirano Y., Koshino K., Watabe H., Fukushima K. and Iida H. Monte carlo estimation of scatter effects on quantitative myocardial blood flow and perfusable tissue fraction using 3D-PET and 15O-water. Physics in medicine and biology 57, 7481-7492, 2012.
  13. Enmi J., Kudomi N., Hayashi T., Yamamoto A., Iguchi S., Moriguchi T., Hori Y., Koshino K., Zeniya T., Shah N. J., Yamada N. and Iida H. Quantitative assessment of regional cerebral blood flow by dynamic susceptibility contrast-enhanced MRI, without the need for arterial blood signals. Physics in Medicine and Biology 57, 7873-7892, 2012.
  14. 飯田 秀博. ポジトロン断層法（PET）および単一光子断層法（SPECT)が切り拓く分子イメージングと病態評価. 応用物理 81, 898-904, 2012.
  15. 飯田 秀博, 中川原 譲二, 畑澤 順, 鈴木 倫保, 高橋 正昭, 下瀬川 恵久, 白尾 敏之, 村上 翔太, 福田 健治. 動脈血中分配係数とWell計測装置のクロスキャリブレーションによる入力関数推定の有効性　非侵襲的IMP脳血流測定法(QSPECT-DTARG法、ARG法)への応用. 核医学 49, 49-58, 2012.
  16. 銭谷 勉, 飯田 秀博. SPECTによる脳血流量画像の定量評価. 実践　医用画像解析ハンドブック, 408-416, 2012.
  17. 飯田 秀博, 久冨 信行, 三宅 義徳, 山田 直明, 森田 奈緒美. 【治療可能時間の延長に挑む】 ペナンブラを画像化する　迅速ガスPET検査にむけて. 脳と循環 17, 119-126, 2012.