Oxygen and pH imaging of malignant tumors using electron paramagnetic resonance

使用电子顺磁共振对恶性肿瘤进行氧和 pH 成像

基本信息

批准号：
22H00200
负责人：
平田拓
金额：
$ 26.71万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

腫瘍モデルマウスの酸素分圧およびpHイメージングを実施するための要素技術として、スペクトル空間イメージング法がある。このイメージング法は、各位置（三次元画像では各ボクセル）における電子スピン共鳴の一次微分吸収スペクトルを再構成する計測法である。電子スピンのスペクトル情報から酸素分圧やpHの値を推定し、それらの情報を三次元データとして可視化する。本研究課題では、腫瘍モデルマウスの酸素分圧と細胞外pHの複合イメージングを実現するために、(i)計測感度の向上、(ii) 4次元データの代数的逐次近似再構成（ART）法の高速アルゴリズムの検討と実装、(iii) 磁気共鳴イメージング（MRI）による形態画像との酸素分圧およびpH画像の重ね合わせ、を目標とした。(i) 計測感度向上（信号対雑音比SNR）については、受信システムの雑音特性を明らかにするためにノイズの電力密度特性を取得した。また、フーリエ領域において雑音が電子スピン共鳴のスペクトル情報（高調波）をマスキングする次数を明らかにした。(ii) 3次元および4次元のスペクトル空間イメージングを行うために、ART法による画像再構成アルゴリズムのFortran 95による実装とOpenMPによる並列化を行った。その結果、64x64x64の3次元空間と768点のスペクトル情報で構成される4次元スペクトル空間データの再構成計算をできるようにした。(iii) 研究代表者の研究室に 1テスラ・マウス用MRI（Aspect Imaging、M3）を導入（リース）し、腫瘍モデルマウスの形態画像を取得できるようにした。酸素分圧およびpH画像との重ね合わせはまだ未実施であるが、導入したMRIにおいて腫瘍モデルマウスのルーチン計測を行う手技を獲得した。

光谱空间成像是在肿瘤模型小鼠中进行氧分压和 pH 成像的重要技术。该成像方法是重建每个位置（三维图像中的每个体素）的电子自旋共振的一阶微分吸收光谱的测量方法。根据电子自旋光谱信息估算氧分压和 pH 值，并将该信息可视化为三维数据。在本研究项目中，为了实现肿瘤模型小鼠的氧分压和细胞外pH的联合成像，我们将（i）提高测量灵敏度和（ii）4维数据的代数迭代重建（ART）方法（iii. ）将氧分压和 pH 图像与磁共振成像 (MRI) 获得的形态图像叠加。 (i) 关于测量灵敏度的提高（信噪比SNR），我们获取了噪声功率密度特性，以明确接收系统的噪声特性。我们还阐明了噪声掩盖傅里叶域中电子自旋共振的光谱信息（谐波）的顺序。 (ii) 为了执行 3D 和 4D 光谱空间成像，我们使用 Fortran 95 实现了基于 ART 方法的图像重建算法，并使用 OpenMP 对其进行并行化。结果，我们能够重建由 64x64x64 3 维空间和 768 个光谱信息点组成的 4 维光谱空间数据。 (iii)研究代表实验室安装（租赁）1特斯拉小鼠MRI（Aspect Imaging，M3），可以获取肿瘤模型小鼠的形态学图像。尽管尚未进行氧分压和 pH 图像的叠加，但我们已经掌握了使用引入的 MRI 对肿瘤模型小鼠进行常规测量的技术。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

スペクトル空間EPRイメージングにおける高速撮像の試み

光谱空间EPR成像高速成像的尝试

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
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通讯作者：
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发表时间：
2022
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DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
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通讯作者：
平田拓

シングルポイントイメージング法によるT2*の可視化と均一度の評価

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DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
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通讯作者：
平田拓

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DOI：
发表时间：
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期刊：
影响因子：
0
作者：
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通讯作者：
平田拓

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2007
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作者：
Mori Y;Kajimoto T;Nakao A;Takahashi N;Kiyonaka S.;金井好克;Tomomi Nemoto;金井好克;Tomomi Nemoto;金井好克;Eriko Ohta;金井好克;Eriko Ohta;平田拓
通讯作者：
平田拓