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と解析手法にかかる開発研究を行っている。空間解像度と時間解像度に優れる血管造影やCT、MRIと、組織血流量、基質代謝量、種々リガンドの受容体結合能などの機能的診断が可能なPET, SPECT技術を融合して新しい次元で病態の特徴づけを目指している。限りなく無侵襲的なイメージング法の開発と実用化、実際の医療への貢献、国際研究ネットワークと国内外の企業との連携を介した診断技術の実用化を行い、日常の臨床や、病態理解と新規治療技術の評価を目的とする多施設臨床研究に貢献してきた。

2014年の主な研究成果

臨床診断技術の分野では、以下のような成果が得られた。

  • 高感度化臨床PET装置の補正法の改良による定量精度の確保
  • 既存臨床SPECT装置を使った画像再構成と機能画像の定量化プログラム
  • 種々放射性診断薬の体内動態から機能画像を計算するプログラム（脳血流、酸素消費量、酸素摂取率、11C-PiBの結合能等、体動補正、心筋血流量、全身各臓器の組織血流量、SPECT脳血流量評価など）
  • 15O, 11C, 18F標識診断薬の動脈血中濃度変化（入力関数）計測装置、および減衰補正、重量補正、および代謝生成物の補正を行うインフラ整備
  • 新規なMRI撮像シーケンスと画像解析技術（脳内線維連絡性、拡散異方性、安静時fMRI法、健常者データベースから差の自動検出）
  • 15O標識酸素吸入PET検査の時間短縮を可能にする全自動放射性薬剤合成・供給システム、及び新規画像解析理論に基づくプログラムの実用化
  • 全身各臓器の組織血流量を定量評価する理論整備と、これに基づくプログラムの実用化

新規に開発した15O酸素吸入迅速PET検査システムは被曝量を低減し、臨床研究および日常診療に活用される。脳梗塞治療法として血管閉塞の解除とともに脳保護治療や再生医療の作用機序の理解と治療精度の向上に必要不可欠な検査であることが示された。また、11C-PiBのアミロイドベータ（Aβ）への集積を血流量と酸素消費量と併せて評価したたところ、結合能のみならず組織血流量にも依存していること、また脳アミロイド血管症関連炎症による亜急性認知機能障害におけるステロイド治療において、Aβの除去は必ずしも酸素消費量の改善に直接は関与していないことが示唆された。多くの他の治療技術、特に循環器疾患治療薬等の評価に今後有用であると考えられた。

脳主幹動脈のアテローム血栓性閉塞や狭窄病変に起因する『血行力学的脳虚血』（動脈末梢の脳灌流圧の低下を機序とする脳虚血)について、SPECTの定量化プログラム（QSPECT）および迅速15O酸素PETで得たデータをもとに、代償機能の発動には病期・病因に依存した多様性を見出した。この検討は今までなされておらず、血流再開治療の適用判定だけでなく、周術期の合併症の予測にかかる重要な知見であると考えられた。

15O標識水は不活性な理想的な組織血流量の診断薬であるが、臓器毎に動態と形態情報を組み込んだ解析が不可欠であったため、脳と心筋以外での実用化には至っていない。現在までに健常者での計測により、肝臓（肝動脈・門脈支配毎）、膵臓、腎臓、腸管壁の組織血流量データベースが構築された。検査技術としての安定性を確認した後に、循環器疾患の新しい病態指標を与えるツールとして利用が期待されるに至った。

一方、実験動物を対象にした検討では以下のような基盤技術が整備された。

  • 臨床検査と同様な15O標識酸素などの自発吸入による脳循環代謝量のPET、MRIイメージングシステムの実用化。血管確保を必要とせず、限りなく無侵襲的に疾患動物モデルの病態の経過観察できる環境が整った。
  • 123I標識合成システムの整備。ペプチド・タンパクの標識技術
  • 高解像度SPECT撮像における定量精度の確保と動態機能の定量化技術
  • 小動物用高磁場（７T）MRI撮像における新規撮像シーケンスと撮像コイルの開発、および脳賦活技術の確立

これらの技術を応用した応用研究は当該研究所内外の共同研究者となされ、いくつかの重要な成果が得られた。低酸素脳虚血を有する仔ラットにおいては、低酸素負荷の数日後以降に脳組織障害すなわち酸素代謝量の低下が発症し、さらにこの障害が時間経過とともに増大すること、すなわち遅延性の神経細胞脱落のイメージングがなされた。今後新生児の低酸素脳症の治療法の開発に応用できると考えられた。前大脳動脈閉塞に基づく脳梗塞モデルラットにおけるミクログリア・マクロファージの発現（炎症）は脳梗塞周囲に高く、遅延性不可逆障害への関与が示唆された。虚血の程度は炎症の程度に関係していたが、抗炎症治療の直接効果の観察に有用であると考えられた。その他、小動物用MRIおよびSPECT撮像技術は、細胞移植後のレポーター遺伝子発言に基づく細胞トラッキングイメージング、および種々の疾患動物モデルの開発に貢献した。

体内に埋め込む医療機器（ステントやクリップ等）のMRIへの適合性は、物理的背景を基に標準化された評価技術が必要である。企業との共同研究により、American Society for Testing and Materials（ASTM）規格に準じる評価環境が整備され、国内では3TMRIを利用した唯一の試験環境が整備された。患者IDブレスレットや心電図リード線などによる火傷の事故が発生する中、2015年にASTM試験を実施したか否かを添付文書に明記することが義務付けられることから、今後のニーズが期待される。

以上のように、新規イメージング技術の開発と整備に基づき、多くの臨床・前臨床研究が加速した。前臨床研究から臨床研究への橋渡しに貢献することが期待される。今後さらにそのニーズが増えると考えられた。

研究業績
  1. Iida H, Iguchi S, Teramoto N, Koshino K, Zeniya T, Yamamoto A, Kudomi N, Moriguchi T, Hori Y, Enmi J, Kawashima H, Shah NJ and Nakagawara J. Adequacy of a compartment model for CMRO2 quantitation using O-15-labeled oxygen and PET: a clearance measurement of O-15-radioactivity following intracarotid bolus injection of O-15-labeled oxyhemoglobin on Macaca fascicularis. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 34, 1434-1439, 2014.
  2. Nishigori K, Temma T, Onoe S, Sampei S, Kimura I, Ono M and Saji H. Development of a radioiodinated triazolopyrimidine probe for nuclear medical imaging of Fatty Acid binding protein 4. PLOS ONE. 9, e94668, 2014.
  3. Kanazaki K, Sano K, Makino A, Takahashi A, J Deguchi, Ohashi M, Temma T, Ono M and Saji H. Development of human serum albumin conjugated with near-infrared dye for photoacoustic tumor imaging. Journal of Biomedical Optics . 19, 96002, 2014.
  4. Shah NJ, Herzog H, Weirich C, Tellmann L, Kaffanke J, Caldeira L, Kops ER, Qaim SM, Coenen HH and Iida H. Effects of Magnetic Fields of up to 9.4 T on Resolution and Contrast of PET Images as Measured with an MR-BrainPET. PLOS ONE. 9, , 2014.
  5. Lahesmaa M, Orava J, Schalin-Jantti C, Soinio M, Hannukainen JC, Noponen T, Kirjavainen A, Iida H, Kudomi N, Enerback S, Virtanen KA and Nuutila P. Hyperthyroidism Increases Brown Fat Metabolism in Humans. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 99, E28-E35, 2014.
  6. Shimizu Y, Temma T, Hara I , Makino A, Kondo N, Ozeki E, Ono M and Saji H. In vivo imaging of membrane type-1 matrix metalloproteinase with a novel activatable near-infrared fluorescence probe. Cancer Science. 105, 1056-1062, 2014.
  7. Temma T, Hanaoka H, Yonezawa A, Kondo N, Sano K, Sakamoto T, Seiki M, Ono M and Saji H. Investigation of a MMP-2 Activity-Dependent Anchoring Probe for Nuclear Imaging of Cancer. PLOS ONE. 9, e102180, 2014.
  8. Onoe S, Temma T, Shimizu Y, Ono M and Saji H. Investigation of cyanine dyes for in vivo optical imaging of altered mitochondrial membrane potential in tumors. Cancer Science. 3, 775-786, 2014.
  9. Tachibana Y, Enmi J, Agudelo CA, Iida H and Yamaoka T. Long-Term/Bioinert Labeling of Rat Mesenchymal Stem Cells with PVA-Gd Conjugates and MRI Monitoring of the Labeled Cell Survival after Intramuscular Transplantation. Bioconjugate Chemistry . 25, 1243-1251, 2014.
  10. Shimizu Y, Temma T, Hara I, Makino A, Yamahara R, Ozeki E, Ono M and Saji H. Micelle-based activatable probe for in vivo near-infrared optical imaging of cancer biomolecules. Nanomedicine. 10, 187-195, 2014.
  11. Yasuno F, Taguchi A, Yamamoto A, Kajimoto K, Kazui H, Sekiyama A, Matsuoka K, Kitamura S, Kiuchi K, Kosaka J, Kishimoto T, Iida H and Nagatsuka K. Microstructural abnormalities in white matter and their effect on depressive symptoms after stroke. Psychiatry Research-Neuroimaging. 223, 9-14, 2014.
  12. Yasuno F, Taguchi A, Yamamoto A, Kajimoto K, Kazui H, Kudo T, Kikuchi-Taura A, Sekiyama A, Kishimoto T, Iida H and Nagatsuka K. Microstructural abnormality in white matter, regulatory T lymphocytes, and depressive symptoms after stroke. Psychogeriatrics. 14, 213-221, 2014.
  13. Matsuoka K, Yasuno F, Inoue M, Yamamoto A, Kudo T, Kitamura S, Okada K, Kiuchi K, Kosaka J, Iida H and Kishimoto T. Microstructural changes of the nucleus accumbens due to increase of estradiol level during menstrual cycle contribute to recurrent manic episodes-A single case study. Psychiatry Research-Neuroimaging. 221, 149-154, 2014.
  14. Temma T, Koshino K, Moriguchi T, Enmi J and Iida H. PET quantification of cerebral oxygen metabolism in small animals. Scientific World Journal. , 159103, 2014.
  15. Yasuno F, Taguchi A, Kikuchi-Taura A, Yamamoto A, Kazui H, Kudo T, Sekiyama A, Kajimoto K, Soma T, Iida H and Nagatsuka K. Possible Protective Effect of Regulatory T cells on White Matter Microstructural Abnormalities in Stroke Patients. Journal of Clinical & Cellular Immunology . 5, 221, 2014.
  16. Temma T, Onoe S, Kanazaki K, Ono M and Saji H. Preclinical evaluation of a novel cyanine dye for tumor imaging with in vivo photoacoustic imaging. Journal of Biomedical Optics . 19, 90501, 2014.
  17. Koshino K, Fukushima K, Fukumoto M, Hori Y, Moriguchi T, Zeniya T, Nishimura Y, Kiso K and Iida H. Quantification of myocardial blood flow using Tl-201 SPECT and population-based input function. Annals of Nuclear Medicine. 28, 917-925, 2014.
  18. Yamauchi M, Imabayashi E, Matsuda H, Nakagawara J, Takahashi M, Shimosegawa E, Hatazawa J, Suzuki M, Iwanaga H, Fukuda K, Iihara K and Iida H. Quantitative assessment of rest and acetazolamide CBF using quantitative SPECT reconstruction and sequential administration of I-123-iodoamphetamine: comparison among data acquired at three institutions. Annals of Nuclear Medicine. 28, 836-850, 2014.
  19. Hori Y, Hirano Y, Koshino K, Moriguchi T, Iguchi S, Yamamoto A, Enmi J, Kawashima H, Zeniya T, Morita N, Nakagawara J, Casey ME and Iida H. Validity of using a 3-dimensional PET scanner during inhalation of O-15-labeled oxygen for quantitative assessment of regional metabolic rate of oxygen in man. Physics in Medicine and Biology. 59, 5593-5609, 2014.
  20. 笹谷 典太, 砂口 尚輝, 佐藤 貴文, 冨樫 恭佑, 佐々木 啓, 湯浅 哲也, 兵藤 一行, 銭谷 勉. ピンホールを用いた蛍光X線CT再構成における散乱線除去. Medical Imaging Technology. 32, 1-8, 2014.