放射光蛍光X線CTによる生体内微量元素分布イメージングの実用化に関する研究

同步辐射荧光X射线CT体内微量元素分布成像的实际应用研究

• 批准号: 01J07318
• 负责人: 銭谷 勉
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J07318/
• 关键词: 放射光; 蛍光X線; CT; 脳機能画像; 微量元素; 画像統合; 散乱X線低減; 大試料

放射光X線の特性を利用して、生体内の特定物質分布を描出する蛍光X線CTシステムの実用化を目指し、ヒト頭部程度の大試料に適用するための最適撮像システムを開発している。その目標は、ヒト脳内に分布する数μg/mlの微量なヨウ素を臨床機能画像化装置PETで実現している空間分解能2mmよりも高い空間分解能で描出することである。平成13年度に、シミュレーションおよび基礎実験によって、大量の散乱X線を低減できれば目標達成が可能であることを明らかとした。本年度は、散乱X線低減手法として、フィルタ法とコリメータ法を検討し、コリメータを用いたポイントスキャン方式が有効であることが分かり、大試料のための最適撮像システム構成を提示することができた。さらに、画像理解のための大試料での画像統合表示の有用性も確認できた。1.フィルタ法による散乱X線低減最適なフィルタ用元素を実験的に選択した.すなわち,セシウムでフィルタを設計すると、検出効率を2.2倍改善することができた。しかし、フィルタ元素自身からの励起蛍光X線が大量に検出器に混入したため、検出器に入る蛍光X線光子の占有率はわずか1.56%であり、目標とする数μg/mlの微量濃度の検出は実現できなかった。2.コリメータによる散乱X線低減とポイントスキャン方式撮像細長いコリメータで散乱X線の混入を抑えて蛍光X線を検出しながら走査観測するポイントスキャン方式を検討した。試作撮像システムにおいて,空間分解能2mmで、脳ファントム内に分布する500μg/mlのヨウ素を描出することに成功した。さらに検出器開口縦幅を拡げ,複数検出器を利用することなどで、数μg/mlの目標濃度検出に近づけられることが分かった。なお、画像再構成の際の光路に沿った吸収補正の有効性も確認した。また、撮像時間は被射体の両側に検出素子を複数配列する構成によって約11分で撮像可能と見積もられ、この方式は推定被曝線量も従来のX線CTの1/50と実用的である。3.機能情報と形態情報の統合機能情報を充分に理解するには形態情報を加味した読影が不可欠である。ここに考えている大試料においても,形態画像として蛍光X線画像と同時に得られるコンプトン散乱X線によるCT画像を利用することが実際的であり、これによる画像統合の有用性を脳ファントム撮像例で実験的に示した。なお,このとき2で示した補正には両者のデータの融合が不可欠であった。

我们的目标是将荧光X射线CT系统投入实际使用，该系统利用同步辐射X射线的特性来描绘生物体中特定物质的分布，并且我们正在开发一种最佳成像系统，可应用于样品有人类的头那么大。目标是可视化分布在人脑中的微量碘（几微克/毫升），其空间分辨率高于临床功能成像系统 PET 所达到的 2 毫米空间分辨率。 2001年，模拟和基础实验表明，如果能够减少大量的散射X射线，这一目标就可以实现。今年，我们研究了过滤器法和准直器法作为减少散射X射线的方法，发现使用准直器的点扫描方法是有效的，并且能够针对大样本提出最佳的成像系统配置。此外，我们证实了图像集成显示对于大样本图像理解的有用性。 1.通过滤光片法减少散射X射线通过实验选择最佳滤光片换句话说，通过用铯设计滤光片，检测效率可以提高2.2倍。但由于滤芯本身激发的大量荧光X射线进入探测器，进入探测器的荧光X射线光子的占有率仅为1.56%，这意味着几μg/ml的目标痕量浓度无法被检测到。 2. 使用准直器和点扫描方法成像减少散射X射线我们研究了一种点扫描方法，其中细长的准直器抑制散射X射线的污染并在检测荧光X射线的同时进行扫描。使用原型成像系统，我们成功地以 2 毫米的空间分辨率可视化了大脑模型中分布的 500μg/ml 的碘。此外，发现通过增加检测器孔径的垂直宽度并使用多个检测器，可以接近数μg/ml的目标浓度检测。图像重建过程中沿光路吸收校正的有效性也得到了证实。此外，由于在被检体两侧配置了多个检测元件的结构，预计成像时间约为11分钟，该方法的预计曝光剂量是传统方法的1/50。 X射线CT，让它变得实用。 3.功能信息和形态信息的整合为了充分理解功能信息，有必要解释考虑形态信息的图像。即使对于这里考虑的大样本，使用与荧光 X 射线图像同时获得的康普顿散射 X 射线获得的 CT 图像作为形态学图像也是实用的，并且证明了使用该方法进行图像积分的有用性实验证明了这一点。此时，如图2所示的校正需要融合两个数据。

项目成果

T.Takeda, T.Zeniya, T.Yuasa, T.Akatsuka, et al.: "Biomedical imaging by fluorescent x-ray micro-computed tomography"Proceedings of Joint Symposium on Bio-Sensing and Bio-imaging 2001. 112-117 (2002)

T.Takeda、T.Zeniya、T.Yuasa、T.Akatsuka 等：“通过荧光 X 射线微计算机断层扫描进行生物医学成像”2001 年生物传感和生物成像联合研讨会论文集。112-117

銭谷勉, 武田徹, 湯浅哲也, 赤塚孝雄, 他: "脳機能画像放射光励起蛍光X線トモグラフィの基礎的検討"電子情報通信学会技術研究報告. 102・425. 35-40 (2002)

Tsutomu Zeniya、Toru Takeda、Tetsuya Yuasa、Takao Akatsuka 等人：“用于功能性脑成像的同步辐射激发荧光 X 射线断层扫描的基础研究”IEICE 技术报告 102・425（2002 年）。

T.Zeniya, T.Takeda, T.Yuasa, T.Akatsuka, et al.: "Detectability of tracer elements in fluorescent X-ray CT using synchrotron radiation for human brain"Analytical Sciences. 17. 1437-1440 (2002)

T.Zeniya、T.Takeda、T.Yuasa、T.Akatsuka 等人：“使用人脑同步加速器辐射在荧光 X 射线 CT 中检测示踪元素”分析科学。

T.Takeda, T.Zeniya, T.Yuasa, T.Akatsuka, et al.: "Biomedical X-ray imaging with fluorescent and interferometric phase contrast method"Proceedings of 6th World Multiconference on Systemics, Cybernetics and Informatics 2002. 17-22 (2002)

T.Takeda、T.Zeniya、T.Yuasa、T.Akatsuka 等：“利用荧光和干涉相衬法进行生物医学 X 射线成像”第六届世界系统学、控制论和信息学多重会议论文集 2002. 17-22

銭谷勉, 武田徹, 湯浅哲也, 赤塚孝雄, 他: "放射光蛍光X線CTによる脳機能画像収集の試み-画質改善のためのX線フィルタを用いた散乱X線の低減-"Medical Imaging Technology. 20・4. 422-424 (2002)

Tsutomu Zeniya、Toru Takeda、Tetsuya Yuasa、Takao Akatsuka 等人：“尝试使用同步辐射荧光 X 射线 CT 收集功能性脑图像 - 使用 X 射线滤光片减少散射 X 射线以提高图像质量”医学成像技术.20・4.422-424 (2002)