18F–FDG とアミロイドイメージング剤を用いた脳PET

配布版
2–9
18
F–FDG とアミロイドイメージング剤を用いた脳 PET 撮像のためのファン
トム試験手順書
日本核医学会・分子イメージング戦略会議
2013/8/14 改訂
目次
1
目的
2
2
試験方法
2
2.1
2.2
3
3.2
5
2
2.1.1
PET(PET/CT) カメラ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2.1.2
放射能測定装置 (ドーズキャリブレーター) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
使用ファントム . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
撮像プロトコール
3.1
4
使用機器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
ホフマン 3D 脳ファントム撮像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
3.1.1
封入核種と放射能量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
3.1.2
ファントムの作成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
3.1.3
ファントムの配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
3.1.4
減弱補正データの撮像 (トランスミッション撮像、X 線 CT 撮影) . . . . . . . . . . . . . . .
6
3.1.5
エミッション撮像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
3.1.6
画像の作成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
円筒型ファントム撮像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
3.2.1
封入核種と放射能量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
3.2.2
ファントムの作成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
3.2.3
ファントムの配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
3.2.4
減弱補正データの撮像 (トランスミッション撮像、X 線 CT 撮影) . . . . . . . . . . . . . . .
7
3.2.5
エミッション撮像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
3.2.6
画像の作成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
提出項目
8
4.1
画像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
4.2
設定情報・PET 撮像情報報告書 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
評価方法
9
5.1
DICOM header 情報確認 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
5.2
PET 画像の評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
5.2.1
ホフマン 3D 脳ファントムの視覚的評価
5.2.2
ホフマン 3D 脳ファントムでの ROI の設定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
5.2.3
%contrast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
5.2.4
円筒型ファントムの視覚的評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
5.2.5
円筒型ファントムでの ROI の設定
5.2.6
視野内均一性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
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6
7
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5.2.7
変動係数 (Coefficient of Variation: CV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
評価基準
13
6.1
視覚評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
6.2
物理学的評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
その他の留意事項
7.1
7.2
時刻合わせ
15
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
7.1.1
基準時刻 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
7.1.2
実施頻度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
7.1.3
精度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
放射能測定装置 (ドーズキャリブレーター) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
7.2.1
測定前の準備 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
7.2.2
測定値の変動 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
7.2.3
測定対象の幾何学的な位置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
付録 A. 標準的プロトコールを想定した収集時間対応表
17
1. 目的
一般社団法人日本核医学会・分子イメージング戦略会議 (以下、分子イメージング戦略会議) では、認知症研究
のための 18 F–FDG とアミロイドイメージング剤を用いた脳 PET 撮像を想定したファントム撮像を行い、一定以
上の品質を持った撮像画像を提出できる施設を認定するための認証プログラムを策定している。その一環として、
分子イメージング戦略会議が定めたファントムを使用したファントム試験を実施する。撮像された画像データは
疑似臨床研究データとして DICOM 形式で作成し、撮像情報報告書と合わせて提出する。
被験者を想定して撮像されたファントム画像データに対して、以下の評価を行う。
(1) PET 画像の画質確認
PET(PET/CT) カメラで測定された PET 画像の画質と分解能を評価する。
視覚的評価として、灰白質脳回を模擬したファントム内構造物が、視覚的にどの程度の分解能を有したファ
ントム画像として描出されているかの確認を行う。また、物理的評価として、脳を模擬したファントムにおけ
る灰白質部分と白質部分のコントラストを確認し、さらに均一な円筒型ファントムを用いて関心領域 (ROI)
計測値の精度と視野内の均一性の確認を行って、総合的な画質確認を行う。
(2) PET 画像の DICOM header 情報の確認
被験者に対する撮像と同様に、種々のデータを PET 撮像機器に入力した上で、入力・設定された情報が正
しく DICOM header に書き込まれ、提出された画像に反映されていることを確認する。
被験者情報、撮像情報および画像再構成情報について、DICOM header 情報を確認する。
2. 試験方法
2.1. 使用機器
2.1.1. PET(PET/CT) カメラ
認証プログラムが対象とする PET(PET/CT) カメラを使用する。同一施設に同一機種が複数台設備されていて
も、カメラごとに個別にファントム試験を実施する。
2.1.2. 放射能測定装置 (ドーズキャリブレーター)
認証プログラムが対象とする放射能測定装置 (ドーズキャリブレーター) を使用する。同一施設に同一機種が複
数台設備されていても、装置ごとに個別に試験を実施する。
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2.2. 使用ファントム
認証プログラムにおいては、脳 PET 撮像評価用に適したファントムであるホフマン 3D 脳ファントム ( Hoffman
et al (1990), Fig. 1) と、規定の均一性評価用の円筒型ファントム (Fig. 3) を用いる。2 種類のファントムの諸元
を Table 1, Table 2, に示す。
ホフマン 3D 脳ファントムは、円筒形の外容器の内部に脳実質を模擬した構造物を格納していて、放射能を含む
溶液を満たすことで、脳実質を模擬した放射能分布が描出される。また、灰白質相当部分は白質相当部分の 4 倍
の濃度比になる設計となっている。(Table 1, Fig. 2)。
3. 撮像プロトコール
本プロトコルでは、18 F–FDG とアミロイドイメージング剤を用いた脳 PET 撮像を模擬したホフマン 3D 脳ファ
ントム撮像と、PET(PET/CT) カメラの視野を占める均一な円筒型ファントム撮像を行う。尚、ホフマン 3D 脳
ファントム撮像での視野外の放射能を考慮するため円筒型ファントムを使用する。
PET 撮像施設認証は再構成条件も含めた撮像全体に対して行われることから、ファントムの撮像は、実際の臨
床撮像プロトコールに基づいた条件下で実施する必要がある。又、後述の評価を行った結果、再検討が必要だと
判断されれば、再度別の再構成条件で画像を作成して提出を行う。
ホフマン 3D 脳ファントム撮像は、エミッション開始時刻において、PET カメラ視野内のホフマン 3D 脳ファ
ントムに 20 MBq を封入して設置し、視野外の放射能として円筒型ファントムに 80 MBq を封入して設置してか
ら、30 分間のエミッション撮像を行う (§3.1)。
円筒型ファントム撮像は、エミッション開始時刻において、PET カメラ視野内の円筒型ファントムに 40 MBq
を封入して設置してから、30 分間のエミッション撮像を行う (§3.2)。
ホフマン 3D 脳ファントム撮像のエミッション開始時刻から 18 F の 1 半減期に相当する時間 (約 110 分) 経過後
に、円筒型ファントム撮像のエミッション撮像を行うことで、円筒型ファントムに 40 MBq が封入されている状
態からのエミッション撮像を行うことができる (Fig. 4) ので、同日にホフマン 3D 脳ファントム撮像に引き続き
円筒型ファントム撮像を行うことで、効率的なファントム撮像を行うことができる。そのため、本文書は同日に 2
種類のファントム試験を連続して行うことを想定した記述を行う。
ファントム作成からホフマン 3D 脳ファントムのエミッション撮像開始までに 90 分を要するとすると、同日に
両ファントム撮像を行う場合に必要となる時間は、約 4 時間となる。
ファントム試験実施の都合に応じて、両ファントム撮像 (§3.1, §3.2) を同日に連続して実施しなくてもよいが、各
ファントム撮像のエミッション開始時刻におけるファントム内の封入放射能量は、本文書で定める放射能量 (§3.1.1,
§3.2.1) となるように、封入する放射能量を事前に検討して実施する必要がある。
3.1. ホフマン 3D 脳ファントム撮像
ホフマン 3D 脳ファントムを用いたファントム試験の目的は、18 F–FDG とアミロイドイメージング剤を用いた
脳 PET 撮像を模擬した画像に対する評価を行うことである。
PET(PET/CT) カメラの PET 撮像視野内にホフマン 3D 脳ファントム (Fig. 1) を設置し、視野外の放射能とし
て円筒型ファントム (Table 2, Fig. 3) を設置し、撮像を行う。
本ファントム撮像 (§3.1) に必要とする時間は、ファントム作成に要する 90 分程度に、減弱補正用データの撮像
時間と 30 分間のエミッション撮像時間を加えた時間である。
3.1.1. 封入核種と放射能量
ファントムに封入する放射性同位元素は 18 F とする。
ホフマン 3D 脳ファントムに封入する放射能量 (AH ) は Eqn. 1 で算出する。円筒型ファントムに封入する放射
能量 (AU ) は Eqn. 2 で算出する。
(
AH = 20 × exp
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Tm
× ln(2)
109.8
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)
(1)
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Table 1: ホフマン 3D 脳ファントムの諸元
項目
寸法
外容器
長さ = 170 mm、直径 = 205 mm
脳実質を模擬したスライス
底面から約 23 ∼ 143 mm
脳実質を模擬した空洞の容積
約 1200 mL
Figure 1: ホフマン 3D 脳ファン
トムの外観
Figure 2: ホフマン 3D 脳ファン
トムの PET 画像例
Table 2: 均一性評価用および、視野外放射能のための円筒型ファントムの諸元
項目
寸法
外容器
長さ = 320 mm、直径 = 170 mm
溶液封入部
長さ = 300 mm、直径 = 160 mm
外容器の容積
6,032 mL(※設計上の仕様)
Figure 3: 均一性評価用および、視野外放射能のための円筒型ファントムの外観
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Figure 4: 同日にホフマン 3D 脳ファントム撮像 (§3.1) に引き続き、円筒型ファントム撮像 (§3.2) を行う場合
のスケジュール例 (ファントム準備に 90 分を要し、PET/CT カメラを使用する場合を想定。(減衰待ち) の時間
には、ホフマン 3D 脳ファントム撮像の画像再構成と検討を行う時間に充てることができる)
(
AU = 80 × exp
Tm
× ln(2)
109.8
)
(2)
ここで、ln(2) は e を底とする 2 の対数、Tm はファントム作成からエミッション撮像開始までに要する時間 [min]
である。
例えば、ファントム作成に要する時間 (Tm ) が 90 分の場合、
ファントム作成開始時刻におけるファントム試験に必要な総放射能量 (AH + AU [MBq]) は Eqn. 3 となる。
(
)
90
(AH + AU ) = (20 + 80) × exp
× ln(2) = 176.5 [MBq]
(3)
109.8
なお、ファントム作成時の放射能量が上記の放射能量と異なる場合でも、エミッション撮像開始時のホフマン
3D 脳ファントム内封入放射能量が 20 MBq となるように時間を調整することでファントム撮像を行うことが可能
である。
3.1.2. ファントムの作成
ホフマン 3D 脳ファントムと、視野外の放射能として円筒型ファントムを作成する。
まず、ホフマン 3D 脳ファントムへ水を充填する。ホフマン 3D 脳ファントム内部は非常に複雑な構造になって
おり、気泡が入りやすく十分隙間に水をいきわたらせることが難しい。そのため、ファントム試験セットに添付さ
れる文書に記載する、ホフマン 3D 脳ファントム組立手順に従って組み立てる必要がある。
続いて、円筒型ファントムへ水を充填する。ここで使用する水は、不純物および気泡を含まない方が望ましい
ことから、蒸留水もしくは精製水を使用することが推奨される。
次にエミッション撮像開始予定時間を決め、18 F 溶液の分注を行う。エミッション撮像開始予定時間は、ファン
トムの位置合わせも考慮して十分な時間をとる。
ホフマン 3D 脳ファントム用には Eqn. 1、円筒型ファントム用には Eqn. 2 で計算された放射能量を分注し、水
を充填したファントムに 18 F 溶液を封入する。封入に用いたシリンジは、速やかに残渣放射能量の測定を行い、各
ファントムに封入できた正味放射能量の計算を行う。
目標とする放射能量からのファントム撮像を行うため、ファントムに封入できた正味放射能量に合わせてエミッ
ション撮像開始時間を調整する (§3.1.1)。
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ホフマン 3D 脳ファントムへの 18 F 溶液の封入は、良好な PET 画像を得るため、ファントム試験セットに添付
される文書に記載するホフマン 3D 脳ファントムへの 18 F 溶液の注入手順に従って封入を行う。
円筒型ファントムへ 18 F 溶液を封入したのち、少量の空間（空気）を残して一旦密封する。その後、内溶液が
均一になるようしっかり撹拌し、十分撹拌を終えた後に、水を充填してから円筒型ファントムを密封する。
3.1.3. ファントムの配置
ホフマン 3D 脳ファントムを PET(PET/CT) カメラのヘッドレストまたは寝台上に設置する。ホフマン 3D 脳
ファントムを被験者に見立てて、仰臥位の状態に固定する。プラグがついている天面が足側、小脳が模擬されて
いる側を後頭部側とみなして設置、撮像を行う。PET(PET/CT) カメラの位置合わせレーザーなどを使い、視野
中心にファントム中心が位置するよう設置する。X 線 CT 撮影の実施が可能な場合は、エミッション撮像前に CT
撮影を行い、ずれが認められる場合には、位置修正を行う。
続いて、視野外の放射能を模擬するため、PET(PET/CT) カメラの寝台上に、円筒型ファントムを設置する。
ホフマン 3D 脳ファントムの下端と、円筒型ファントムの上端の間の距離は 30 cm 開けて設置する (Fig. 5)。
Figure 5: ファントムの設置
3.1.4. 減弱補正データの撮像 (トランスミッション撮像、X 線 CT 撮影)
外部線源を用いて減弱補正用データの作成を行う PET カメラに関しては、トランスミッション撮像を行う。また
X 線 CT を用いて減弱補正用データを作成する PET/CT カメラに関しては、減弱補正用の X 線 CT 撮影を行う。
エミッション撮像の前後どちらで減弱補正用のデータを撮像するかは、臨床研究での撮像プロトコールに従う。
3.1.5. エミッション撮像
エミッション撮像の開始時刻は、ホフマン 3D 脳ファントムにおける封入放射能量が 20 MBq ±5% となる時刻
から開始し、30 分間の PET 収集を行う。
収集方法は、原則 3 次元収集とし、PET 施設調査票および撮像プロトコールを考慮して、査察時に指示された
収集時間のデータが得られるようにリストモード収集を行う (§4.1)。
リストモード収集を行う目的は、任意の撮像時間での画像 (Table 5) を作成するためであり、リストモード収集が
不可能な装置の場合には、ダイナミック収集で代替可能である。
尚、リストモード収集及びダイナミック収集がともに不可能な場合は問い合わせること。
3.1.6. 画像の作成
PET 画像の画像再構成法や各種処理条件は臨床研究プロトコールに従う。
§6 に示す評価基準を満たす条件となる。例えば、画像再構成を逐次近似法 (反復画像再構成法) で行い、iterative
update(サブセット数×繰り返し回数) を 60∼80 回程度とし、画素サイズを検出器サイズの半分以下 (2mm 以下)
にすれば、評価基準の条件を満たすことが期待できる (Jaskowiak et al., 2005; Panin et al., 2006; Yokoi et al.,
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2002; Ikari et al., 2012)。
3.2. 円筒型ファントム撮像
円筒型ファントムを用いたファントム撮像の目的は、PET(PET/CT) カメラ視野内におかれた、一様な濃度の
放射能溶液が封入されたファントム画像上の均一性とノイズに対する評価を行うことである。
PET(PET/CT) カメラ視野内に円筒型ファントム (Fig. 3) を設置し、撮像を行う。ファントム撮像に必要とす
る時間は、減弱補正用データの撮像時間と 30 分間のエミッション撮像時間を加えた時間である。
ホフマン 3D 脳ファントム撮像に引き続いて円筒型ファントム撮像を行う場合 (Fig. 4) は、円筒型ファントムの
作成 (§3.2.2) を省略して、円筒型ファントム撮像のエミッション開始時刻を調整してファントム撮像を行うことが
できる。
3.2.1. 封入核種と放射能量
ホフマン 3D 脳ファントム撮像に引き続いて円筒型ファントム撮像を行う場合 (Fig. 4) は、既に円筒型ファント
ムへ水を充填し、放射能を封入しているため、ファントムの作成を改めて行う必要はない。
そこで、個別に本ファントム撮像 (§3.2) を行う場合の封入核種と放射能量について以下に述べる。
ファントムに封入する放射性同位元素は 18 F とする。円筒型ファントムに封入する放射能量 (AU [Bq]) は Eqn. 4
で算出する。
(
AU = 40 × exp
Tn
× ln(2)
109.8
)
(4)
ここで、ln(2) は e を底とする 2 の対数、Tn は 18 F 溶液の封入から、エミッション撮像開始までに要する時間 [min]
である。
なお、ファントム作成時の放射能量が上記の放射能量と異なる場合でも、エミッション撮像開始時の円筒型ファ
ントム内の放射能量が 40 MBq となるように時間を調整することでファントム撮像を行うことが可能である。
3.2.2. ファントムの作成
ホフマン 3D 脳ファントム撮像に引き続いて円筒型ファントム撮像を行う場合 (Fig. 4) は、既に円筒型ファント
ムへ水を充填し、放射能を封入しているため、ファントムの作成を改めて行う必要はない。
別途、個別に本ファントム撮像 (§3.2) を行う場合のファントム作成方法について以下に述べる。
まず、円筒型ファントムへ水を充填する。ここで使用する水は、不純物および気泡を含まない方が望ましいこ
とから、蒸留水もしくは精製水を使用することが推奨される。放射能活性がない水がすでにファントムへ封入さ
れている場合は、そのまま使用してもよい。次にエミッション撮像開始予定時間を決め、18 F 溶液の分注を行う。
Eqn. 4 で計算された放射能量を分注する。エミッション撮像開始予定時刻は、ファントムの位置合わせも考慮し
て十分な時間をとって設定する。
18
F 溶液を封入したファントムは、少量の空間（空気）を残して一旦密封する。その後、内溶液が均一になるよ
うしっかり撹拌する。十分撹拌を終えた後に、水を充填してファントムを密封する。
3.2.3. ファントムの配置
円筒型ファントムを PET(PET/CT) カメラの寝台上に配置する。ファントム試験セットに付属する置台などを
利用し、円筒型ファントム中心が、PET(PET/CT) カメラの PET 撮像視野中心に位置し、円筒型ファントム長
軸が PET 撮像体軸方向に平行かつスライス面に垂直となるよう、設置する (Fig. 6)。X 線 CT 撮影の実施が可能
な場合は、エミッション撮像前に CT 撮影を行い、ずれが認められる場合には、位置修正を行う。
ホフマン 3D 脳ファントム撮像に引き続いて円筒型ファントム撮像を行う場合 (Fig. 4)、ホフマン 3D 脳ファン
トムを取り除いてから、円筒型ファントムを PET(PET/CT) カメラの PET 撮像視野内に設置する。
3.2.4. 減弱補正データの撮像 (トランスミッション撮像、X 線 CT 撮影)
外部線源を用いて減弱補正用データの作成を行う PET カメラに関しては、トランスミッション撮像を行う。また
X 線 CT を用いて減弱補正用データを作成する PET/CT カメラに関しては、減弱補正用の X 線 CT 撮影を行う。
エミッション撮像の前後どちらで減弱補正用のデータを撮像するかは、臨床研究での撮像プロトコールに従う。
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Figure 6: 円筒型ファントムの設置
3.2.5. エミッション撮像
エミッション撮像の開始時刻は、円筒型ファントムにおける封入放射能量が 40 MBq ±5% となる時刻から開始
し、30 分間の PET 収集を行う。
収集方法は、原則 3 次元収集とし、PET 施設調査票および撮像プロトコールを考慮して、査察時に指示された
収集時間のデータが得られるようにリストモード収集を行う。(§4.1)
リストモード収集を行う目的は、任意の撮像時間での画像 (Table 6) を作成するためであり、リストモード収集が
不可能な装置の場合には、ダイナミック収集で代替可能である。
尚、リストモード収集及びダイナミック収集がともに不可能な場合は問い合わせること。
3.2.6. 画像の作成
ホフマン 3D 脳ファントムの撮像で使用した画像再構成条件で画像を作成する (§3.1.6)。
4. 提出項目
4.1. 画像
収集したデータから、画像再構成を行い、PET 撮像画像と減弱補正画像を提出する。減弱補正画像は、トラ
ンスミッション画像 (PET/CT カメラの場合には X 線 CT 画像) を提出する。提出する再構成 PET 画像の単位
は [Bq/mL] または [Bq/cc] とする。
PET 画像は、ホフマン 3D 脳ファントム撮像 (§3.1) および、円筒型ファントム撮像 (§3.2) それぞれの収集した
データから、臨床研究プロトコールを考慮して切り出した収集時間と、本ファントム試験の全収集時間のデータ
をそれぞれ再構成し、提出する。
尚、前者の収集時間は PET 施設調査票の撮像条件と、認知症研究のための 18 F–FDG とアミロイドイメージン
グ剤を用いた脳 PET 撮像の標準的なプロトコールを想定した収集時間対応表 (Table 5, Table 6) に基づいて、査
察時に指示する。
4.2. 設定情報・PET 撮像情報報告書
本ファントム試験は、実際の被験者撮像を想定して実施する。
設定された情報を PET(PET/CT) カメラに入力して撮像を行い、撮像に関する情報を、本試験手順書と同時に
配布される PET 撮像情報報告書に記入する。本ファントム試験を行った場合は、ホフマン 3D 脳ファントム撮像
(§3.1) と、円筒型ファントム撮像 (§3.2) の撮像情報について PET 撮像情報報告書へ記入することが求められる。
実際の撮像を想定して装置入力をし、報告書へ記入すべき内容を Table 3 に示す。
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Table 3: 撮像情報の記入項目
i
被験者名
“HBP01–Brain” または “CRY01–Brain”†
ii
iii
iv
被験者 ID
“IBRI130401H” または “IBRI130401C”(施設略称 + 実施日 + ファントム種別)
“施設認証試験–脳認知症”または “BrainShisetsuNinsyo”‡
160.5 cm または 160 cm*
v
vi
被験者体重
vii
viii
ix
放射性核種の半減期
x
xi
投与時刻
xii
xiii
xiv
撮像プロトコール名
画像再構成条件
画素サイズ
“Brain–Hoffman” または “Brain–Pool”‡
(臨床の撮像で使用する再構成条件)
(pixel size)
xv
各種補正
(臨床の撮像で使用する補正条件)
検査目的
被験者身長
放射性医薬品
陽電子放出核種の放出割合
投与放射能量
撮像時間
60.5 kg または 60 kg*
18
F-fluorodeoxyglucose(または
18
F–FDG)
6588 sec または 109.8 min
0.967 (Branching Fraction)
(封入放射能量)
(放射能測定時刻)
(PET 収集開始時間)
† ... 被験者名として入力する “HBP01”または “CRY01”は、各ファントムにつけられたシリアル番号を使用する。
‡ ... PET カメラのシステムによって、入力できないあるいは入力しきれない項目は、適宜省略を行う。
* ... 測定日時はファントム試験実施日時とする
5. 評価方法
評価対象は、DICOM 形式で提出されたファントム画像データおよび、同時に提出される PET 撮像情報報告書
とする。
PET 撮像情報報告書に不備があれば担当者に問い合わせを行い、必要であれば再提出を指示する。画像データ
に関しては、施設において提出できる方法で提出された DICOM 形式のデータであればよいが、PACS を介して
出力された場合など、画像評価に不適切である場合や、提出される画像データとして不適切な状態であると判断
される場合には再提出を指示する。
5.1. DICOM header 情報確認
入力された情報が適切に DICOM header 情報に反映されているかを確認する。メーカーによって確認できる内
容とできないものが存在することに留意し、header 情報で確認できない場合は代替手段で確認してもよい。
5.2. PET 画像の評価
臨床の 18 F–FDG とアミロイドイメージング剤を用いた脳 PET 撮像を模擬した画像に対する視覚的及び物理的
評価を行う。
PET 画像の評価は、ファントム撮像 (§3.1、§3.2) で収集されたデータから臨床研究プロトコールを考慮して切
り出した収集時間のデータより再構成した画像 (以下、臨床時間画像) と、本ファントム試験の全収集時間のデー
タより再構成した画像 (以下、全時間画像) に対して行う (§4.1)。
5.2.1. ホフマン 3D 脳ファントムの視覚的評価
提出されたホフマン 3D 脳ファントム PET 画像について、視覚による空間分解能の評価を行う。
具体的には、デジタルファントム画像1) に各種サイズの 3 次元ガウスフィルター処理を行ったデジタル画像を予
め作成し、代表位置とする複数枚のスライスを比較し、どのサイズの 3 次元ガウスフィルター処理を行ったデジ
1) デジタルファントム画像は、ファントムの設計図に相当するデジタルデータであり、ファントム内部の空隙を画像として表したデータで
ある。無限の分解能を持つ装置であれば、理論的にデジタルファントム画像とほぼ同一の画像が得られる。
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タル画像と近いかを視覚的に評価する。
以下の方法に従い、提出されたホフマン 3D 脳ファントム PET 画像の分解能を評価する。
(1) 提出されたホフマン 3D 脳ファントム PET 画像を、基準とするデジタルファントム画像と位置合わせを行う。
(2) 位置合わせしたホフマン 3D 脳ファントム PET 画像の代表位置スライス画像 (Fig. 7) に対して、各種 3 次
元ガウスフィルター処理を行ったデジタル画像の対応する代表位置スライス画像 (Fig. 8) と比較を行う。
(3) PET 画像の表示カラールックアップテーブルは、背景白のグレースケールとする。画像表示ウィンドウレ
ベルは、上限値= 画像中最大画素値、下限値= 上限値の 10%とする (Fig. 7) 2) 。
(4) 可能な限り実際の臨床で使用されている読影端末で行う。
(5) 評価は複数の判定者 (PET 認定医もしくは核医学専門技師など) が行う。
(6) もっとも近いと判断されるフィルタリング画像を選び、そのフィルター半値幅 (FWHM) をシステムの分解
能として判定する。
Figure 7: 位置合わせ後のホフマン 3D 脳ファントム PET 画像、代表位置スライス画像
5.2.2. ホフマン 3D 脳ファントムでの ROI の設定
位置合わせしたホフマン 3D 脳ファントムの PET 画像および、デジタルファントム画像に ROI を設定し、次項
に示す%contrast を算出する。
以下の方法に従い、提出されたホフマン 3D 脳ファントム PET 画像上に ROI を設定する。
(1) 提出されたホフマン 3D 脳ファントム PET 画像を、基準とするデジタルファントム画像と位置合わせを行う。
(2) 位置合わせしたホフマン 3D 脳ファントム PET 画像に対して、ファントム内の脳を模擬した構造内の、放
射能濃度が設計上 4 対 1 になる、灰白質相当部分と白質相当部分に設定した ROI(Fig. 9) を当てはめ、ROI
計測を行う。
(3) 基準となったデジタルファントム画像に対して、同じ ROI を用いて ROI 計測を行う。
5.2.3. %contrast
ホフマン 3D 脳ファントム PET 画像の臨床時間画像 (§5.2) における %contrast を Eqn. 5 を用いて計算する。
%contrast =
GMP /WMP − 1
× 100[%]
GMd /WMd − 1
(5)
ここで、GMP と WMP は位置合わせされた PET 画像上の灰白質と白質相当部分の ROI 平均値であり、GMd
はデジタルファントム画像上の灰白質相当部分の ROI 平均値、WMd は同じく白質相当部分の ROI 平均値である。
5.2.4. 円筒型ファントムの視覚的評価
提出された円筒型ファントム PET 画像について、視覚的に不均一なアーチファクトがないかを評価する。
2) SEAD–J
研究および J–ADNI 研究における FDG-PET 読影時の表示条件を参考。
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Figure 8: 3 次元ガウスフィルター処理を行ったデジタルファントムの代表位置スライス画像
5.2.5. 円筒型ファントムでの ROI の設定
提出された円筒型ファントム PET 画像について、ROI を設定する。
視野内均一性を評価するため、円筒型ファントム画像の体軸方向視野中心スライスに、Fig. 10 を参考にして、
大きさ 500 mm2 程度の円形 ROI(半径約 13 mm の円形 ROI、以下 uROI）を 17 個設置する。uROI は、スライス
の中心に 1 個、それを取り囲むように 4 個を重ならないように配置し、その外側しかしファントム辺縁から 15 mm
以上内側に 12 個を円周方向に均等に設置する。さらに同様の円形 ROI を、視野に全脳を含んだ場合に小脳の位置
を想定する −40mm 程度の画像スライスおよび、視野に全脳を含んだ場合に頭頂近辺の位置を想定する +40mm
程度の画像スライスに設定する (Fig. 11)。
さらに、画像の雑音の程度を評価するため、円筒型ファントムの体軸方向視野中心スライスに、Fig. 12 を参考
にして、大きさ 120 cm2 程度の円形 ROI(半径約 65 mm の円形 ROI、以下 nROI）を設置する。
5.2.6. 視野内均一性
円筒型ファントム PET 画像、各画像スライスに設定した円形 uROI(§5.2.5) の平均値 uROImean から、Eqn. 6
を用いて uROImean の平均値 uROIT OT を求める。
n
∑
uROIT OT =
uROImean,i
i=1
n
(6)
ここで、uROImean,i は各画像スライスに設定した各円形 uROI 内の平均値 uROImean 、n は各画像スライスに
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Figure 9: デジタルファントム画像上で設定した ROI (灰白質相当 ROI: 赤色、白質相当 ROI: 黄色)
設定した円形 uROI の総数 513) である。
そして各画像スライスの uROI の平均値 uROImean を用いて、横軸を ROI 番号、縦軸を uROIT OT に対する相
対誤差としたグラフを作成する (Fig. 13)。uROIT OT に対する相対誤差 (∆uROImean ) は Eqn. 7 を用いて求める。
(
∆uROImean =
)
uROImean
− 1 × 100%
uROIT OT
(7)
5.2.7. 変動係数 (Coefficient of Variation: CV)
円筒型ファントム PET 画像の体軸方向視野中心スライスに設定した nROI(§5.2.5) から、Eqn. 8 を用いて、変
動係数 (CV) を求める。
CV =
SDn
× 100%
nROImean
(8)
ここで、SDn は設置された nROI 内の標準偏差 (Standard Deviation)、nROImean は設置された nROI 内の平
均値である。
3) (1+4+12)
× 3 スライス = 51 個
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Figure 10: 均一性を評価するため円筒型ファントム画像上に設置した uROI
(a) 中心 -40 mm
(b) 中心 0 mm
(c) 中心 +40 mm
Figure 11: 円筒型ファントムの 3 スライス上に設置した uROI
6. 評価基準
6.1. 視覚評価
視覚による分解能の評価は、ホフマン 3D 脳ファントム PET 画像の臨床時間画像 (§5.2) に対して行い、半値幅
8 mm のガウスフィルター処理を行ったデジタルファントム画像に近い PET 画像が得られることを目標とする。
あわせて、視覚による均一性の評価として、円筒型ファントム PET 画像の全時間画像 (§5.2) において、不均一
なアーチファクトがないことを確認する。
6.2. 物理学的評価
以下について評価する。これらの画質に対する評価の目標は、J–ADNI 研究 (Iwatsubo (2010))(Ikari et al. (2012))
で収集されたファントムデータを参考に定めた。
(1) 脳 PET 撮像画像のコントラストを評価する。ホフマン 3D 脳ファントム PET 画像の臨床時間画像 (§5.2) に
おける%contrast を算出し、55%以上の数値が得られることを目標とする。
(2) 均一性を評価する。円筒型ファントム PET 画像の全時間画像 (§5.2) に設置した各 ROI の相対誤差 (∆ROImean )
が ±5 % 以内 (−5 % ∼ +5 %) を目標とし、特定の傾向が見いだされないことを確認する。特に角度方向の
均一性および、半径方向の均一性の確認を行う。
(3) 雑音の程度を評価する。円筒型ファントム PET 画像の臨床時間画像 (§5.2) における変動係数 (CV) が、15 %以
下であることを目標とする。
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Figure 12: 画像の雑音の程度を評価するため円筒型ファントム画像上に設置した nROI
Figure 13: 各画像スライス円形 ROI 相対誤差 ∆uROImean の変動
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7. その他の留意事項
7.1. 時刻合わせ
時刻が記録・装置に関係する使用機器は、ファントム試験の開始前にすべての時刻を基準時刻に合わせて正確
な放射能量を測定する。
7.1.1. 基準時刻
時報によって確認できる標準時刻や、電波時計 (標準電波を正常に受信し時刻が適切に調整されているもの) へ
の同期が行われた基準時計を使用することが望ましいが、機器操作の関係上時刻合わせが容易でない機器があれ
ば、その機器の時刻を基準時刻とすることで相対的な時刻合わせを行う。
7.1.2. 実施頻度
時刻合わせは適切な頻度で行われる必要がある。始業点検として実施するのであれば問題は少ないが、定期的
に確認する必要がある。
7.1.3. 精度
検査で使用する核種によって時刻のずれによる影響は異なる。1 分のずれは 18 F を用いた検査では約 0.6%、11 C
を用いた検査では約 3.5%の不正確さにつながる。
本認証プログラムでは、時間減衰補正を十分正確に実施するために 1%の精度を目標に定める。秒単位が表示さ
れない機器においても、15 秒以内の精度で時刻合わせを行う。
7.2. 放射能測定装置 (ドーズキャリブレーター)
放射能測定装置は、測定位置の放射能を測定する装置である。装置の安定性・測定の正確性の観点から、運用
上いくつか注意が必要である。
7.2.1. 測定前の準備
市販されている放射能測定装置は、加圧ガス式電離箱が大半であるため、電流値から放射能を決定する形式で
ある。従って測定を行う 30 分以上前には電源を入れて使用状態としておき、安定性を確保する必要がある。
また、印加電圧が正常範囲内であることを確認した上で、周辺に線源がないことを確認するためにバッググラ
ウンド測定を複数回行う。
7.2.2. 測定値の変動
電離箱方式の装置は、電離電流から放射能を求めるため、動作環境に依存して測定値が変動することがある。そ
こで、放射能量の測定では複数回の測定を実施する。
本認証プログラムでは、1 分ごとに計 5 回放射能を測定し、1 回目の放射能測定時刻に減衰補正した各放射能の
測定値を平均して、ファントム封入放射能量とする。
7.2.3. 測定対象の幾何学的な位置
表示される測定値は、線源を測定する位置に依存性がある。投与の残量などを計測する場合は、治具を用いて
線源を封入するシリンジやバイアルの計測位置が上下方向の下部 1/3∼1/4 付近に来るように留意する。
以上
参考文献
E. J. Hoffman, P. D. Culer, W. M. Digby and J. C. Mazziotta (1990) “3–D phantom to simulate cereberal blood flow
and metabolic images for PET.” IEEE Trans Nucl Sci, 37(2), pp. 616-620. §2.2
Chris J. Jaskowiak, Jesus A. Bianco, Scott B. Perlman, and Jason P. Fine (2005) “Influence of Reconstruction Iterations
on 18 F-FDG PET/CT Standardized Uptake Values,” J Nucl Med, 46(3), pp. 424–428. §3.1.6
V. Y. Panin, F. Kehren, C. Michel, and M. Casey (2006) “Fully 3-D PET reconstruction with system matrix derived
from point source measurements,” IEEE Trans Med Imaging, 25(7), pp. 907–921. §3.1.6
Takashi Yokoi, Hiroyuki Shinohara, and Hideo Onishi (2002) “Performance Evaluation of OSEM Reconstruction Algorithm Incorporating Three-Dimensional Distance-Dependent Resolution Compensation for Brain SPECT: A Simulation Study,” Ann Nucl Med, 16(1), pp. 11–18. §3.1.6
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Yasuhiko Ikari, Tomoyuki Nishio, Yukari Miya, Kengo Ito, Robert A Koeppe, Michio Senda(2012) “Head motion evaluation and correction for PET scans with 18 F-FDG in the Japanese Alzheimer ’s disease neuroimaging initiative
(J-ADNI) multi-center study.” Ann Nucl Med, 26(7), pp. 535–544. §3.1.6, §6.2
“A Mathematical Model for the Distribution of Fluorodeoxyglucose in Humans” J Nucl Med, 40(8), pp. 1358–1366.
Table 4
“Japanese Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative: present status and future.” Alzheimer’s & dementia, 6(3), pp.
297–299. §6.2, Table 4
“Whole-body biodistribution and brain PET imaging with [18 F]AV–45, a novel amyloid imaging agent – a pilot study”
Nucl Med Biol, 37, pp. 497–508. Table 4
“Phase 1 Study of the Pittsburgh Compound B Derivative 18 F–Flutemetamol in Healthy Volunteers and Patients with
Probable Alzheimer Disease” J Nucl Med, 50, pp. 1251–1259. Table 4
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付録 A. 標準的プロトコールを想定した収集時間対応表
本手順書で示しているファントム試験によって、ある条件における脳 PET 画像の画質を評価することができる。
一方、臨床研究の脳 PET 撮像で行われることが想定される “認知症研究のための 18 F–FDG を用いた脳 PET 撮
像の標準的プロトコール”(日本核医学会・分子イメージング戦略会議) および、“アミロイドイメージング剤を用
いた脳 PET 撮像の標準的プロトコール”(日本核医学会・分子イメージング戦略会議) で標準とされる投与放射能
量や収集時間は別々に設定されており、収集される脳 PET 画像の画質は、さらに各放射性薬剤の体内薬物動態、
放射性同位元素の半減期によっても左右される。
そのため、標準的プロトコールに対応したファントム画像評価を行うために、対応する PET 撮像と画質が同等
になるよう本ファントム試験の PET 収集データから収集時間を切り出し、同等の収集データ量で画像作成を行う。
標準的プロトコールの投与放射能量と撮像時間および、放射性薬剤の典型的な薬物動態を考慮し (Table 4)、本
ファントム試験設定条件から切り出す収集時間の目安を示す (Table 5, Table 6)。
Table 4: 標準的プロトコールおよび撮像開始時の脳内放射能量の推定
放射性薬剤
18
11
F–FDG
C–PiB
F–Florbetapir
18
F–Flutemetamol
18
投与量
待機時間
撮像時間
撮像開始時の脳内放射能量の推定
185 MBq
30 分
30 分間
20 MBq; Hays et al. (1999)
555 MBq
370 MBq
185 MBq
50 分
50 分
90 分
20 分間
20 分間
30 分間
3 MBq; J–ADNI(Iwatsubo (2010)) データより推定
12 MBq; Lin et al (2010)
3 MBq; Nelissen et al. (2009)
Table 5: ホフマン 3D 脳ファントム撮像 (撮像開始時 20 MBq) データから切り出す収集時間
標準的プロトコール
18
18
目安となる収集時間
1800 秒
125 ∼ 135 秒
700 ∼ 710 秒
F–FDG
11
C–PiB
18
F–Florbetapir
F–Flutemetamol
245 ∼ 255 秒
Table 6: 円筒型ファントム撮像 (撮像開始時 40 MBq) データから切り出す収集時間
標準的プロトコール
18
F–FDG
C–PiB
855 ∼ 865 秒
60 ∼ 70 秒
F–Florbetapir
F–Flutemetamol
340 ∼ 350 秒
120 ∼ 130 秒
11
18
18
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目安となる収集時間
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