次世代型PET装置(<特集>クリニカルPET時代の幕開け : 放射線技師が担う役割)

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陽電子放射性元素の体内分布を画像化する試みは20世紀中頃から始まったが、陽電子放射断層撮像法(PET)は、放射能の体内分布のみならず消滅放射線が体内で吸収される因子も未知量であるために、体内吸収因子のみが未知量のX線CTに比べると研究の進歩は遅かった。1970年代にX線CTが開発されると、その方法を転用してPET画像を得ることが可能となり、これを2DモードPETと称している。1980年代には多層検出器リングから成るPET装置が開発され、多断面の画像を同時に得ることができるようになった。しかるに、多層化した2DモードPETは体軸視野がいくら大きくても、放射される消滅放射線の99%以上は依然検出しておらず、無駄に逃している。さらに感度を向上するには、立体を独立した面の積層と見なさずに、立体をそのまま計測する必要があった。これは、同時計数計測法を基本原理としているPET独自の方法論から検討すべき問題であり、PET独自の3次元像再構成法が研究されたことにより実現可能となった。このPET独自の立体計測による投影データ取得方式は、3次元(3D)モードPETと称されている。しかし、3Dモードでは検出素子を斜めに見込む放射線を検出するために、検出素子の厚みにより解像度が劣化する。その度合いは立体計測を広げるほど大きくなるため、感度を向上するほど解像度が低下する。この問題を克服するには、検出素子の深さ方向のどこで放射線が吸収されたかを判別することが必要であり、深さ位置情報(Depth of interaction, DOI)をもつ検出器を用いた次世代型PET装置は、高感度・高解像度・高計数率特性を飛躍的に向上できる見込みがある。そのために、世界中で多くの研究者がDOI検出器の研究に取り組んできたが、実用的な検出器のレベルには未だに至っていなかった。放医研では数年前よりDOI検出器の開発研究を世界に先駆けて行ってきたが、2行2列のシンチレータ素子配列を積層にして、1面から得る4出力の光分配比により3段の深さ位置情報を得ることができたものの、従来は4段以上に積み上げると深さ位置を安定して同定することが難しかった。しかし最近、ドープするCeの濃度に依存してケイ酸ガドリニウム(GSO)結晶が蛍光減衰時定数を変えることを利用して、4段の深さ位置情報を安定して引き出せることが確認され、実用的なDOT検出器の実現が一挙に高まった。一方、DOI検出器が実用化できたとしても、その潜在能力を活かすには、その他の要素技術を見直して、新たな技術革新を進める必要のあることが認識されている。さらに、1つの検出器ユニット内で多くの情報が発生するため、それ自体で知的に情報を処理する工夫が不可欠であり、検出器ユニット間の情報伝達及び処理をきめ細かく行うことにより、従来の検出器では不可能だった位置情報の取得が可能になる。多数の出力信号をリアルタイム処理するための専用の特定用途向け集積回路(ASIC)を開発すると同時に、より高精度な画像形成のために、複数の検出素子にまたがるガンマ線の多重相互作用をリアルタイムに分析するなど、放射線検出情報を有効に活かす新たな工夫が望まれる。次世代型PET装置は、本来PETがもつ潜在能力を最大限に引き出すことを目標としており、従来のPETでは両立できなかった感度と解像度が飛躍的に向上し、予防医学に多大な貢献をするものと期待される。そのためには、装置の要素技術を新たに開発する必要があり、関連する基礎研究を着実に推進していくことが求められる。
2003-04-01

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