成果報告書詳細
管理番号20110000001715
タイトル*平成22年度中間年報 「基礎研究から臨床研究への橋渡し促進技術開発/橋渡し促進技術開発/精神性疾患等の治療に貢献する次世代PET診断システムの研究開発」(浜松ホトニクス株式会社)
公開日2013/2/21
報告書年度2010 - 2010
委託先名浜松ホトニクス株式会社、国立大学法人浜松医科大学
プロジェクト番号P07022
部署名バイオテクノロジー・医療技術部
和文要約1.研究開発の内容及び成果等
(1)次世代PET システムの開発
ア.性能PET 装置の開発
a) 半導体光センサーを用いたDOI-PET 検出器
半導体光センサーMPPC(Multi-Pixel Photon Counter)アレイ8×8 素子にLYSO シンチレータアレイ32×32 セグメントを結合した検出器ユニットを体軸方向に5個配列した検出器部と信号処理回路を同一基板上に配置した細長い検出器基板を開発した。LYSO シンチレータアレイは、LYSO ブロック内部をレーザー加工により1.2 mm ピッチにセグメント化されている。部品実装された本検出器基板を4 層重ねてケースに収納して検出器モジュールが構成される。各層のシンチレータ厚さは、被写体に近い側から順に3.0 mm、4.0 mm、5.0 mm、8.0 mm と異なっており、層毎に検出される計数率が均等になるように設計されている。図1に検出器モジュールの構造を、図2 に実装された検出器基板の写真を示す。(図中、LYSO シンチレータは除去されている。)
シンチレータをレーザー加工するために、導入したレーザー装置にXYZ ステージを組み込んだ専用の加工機を構築した。本装置の外観とレーザー加工されたLYSO ブロックを図3 に示す。レーザースキャン照射によりLYSO ブロックは良好にセグメント化された。信号処理回路部には、MPPC 出力読み出し用のアンプを内蔵したASIC(Application Specific IntegratedCircuit)、MPPC ゲイン調整用ASIC、A/D 変換器、FPGA(Field Programmable GateArray)などがコンパクトに実装されている。
図4 に示すように、8×8 MPPC アレイと32×32 LYSO アレイを結合した検出器ユニットにガンマ線を一様入射することにより、良好なセグメント分離特性が得られる。本検出器を正面対向配置し、点状線源22Na を対向検出器を結ぶ直線に垂直方向にスキャンして、同時計数位置分解能(CDR: Coincidence Detector Response)を測定した。また、それぞれの検出器を水平方向より34°傾斜して対向した場合(視野中心から10 cm における半径方向の分解能に相当する)のCDR を測定した。この結果、それぞれ半値幅 1.1 mm、1.7 mm のCDR が得られた。この結果から、開発されるPET 装置では、視野内で十分良好な解像力が得られることが期待される。
また511keV ガンマ線に対するエネルギー分解能と時間分解能を測定した。時間分解能測定では、対向検出器として単体での時間分解能140 ps を有するBaF2 プローブを用いた。この結果、エネルギー分解能として平均11.5%、時間分解能として平均 680 ps (半値幅)の優れた性能が得られることが確認された。
英文要約Title:Translational Research Promotion Project/Development of the next generation PET diagnostic system contributing to the treatment of brain diseases. (FY2009-FY2011) FY2010 Annual Report
  We have developed a compact detector module for the next generation PET system, which consists of four layers of detector boards each of which has five detector units. The detector unit is composed of a 8x8 MPPC array and a 32x32 LYSO array. We measured the detector coincidence resolutions (DCR) for the gamma-rays with different incident angles. From the measurement results, we confirmed that high spatial resolution in the entire field of view can be expected for the new PET system. The energy resolution of the detector is 11.5% and the timing resolution is 680 ps FWHM for a BaF2 reference probe.
  The event pulses from the detectors are converted to optical codes after signal processing, and are transfer to the data acquisition unit, where the signal events are stored into the data storage after the coincidence detection by software. We developed the three-dimensional (3D) image reconstruction software on the basis of 3D-DRAMA (Dynamic Raw Action Maximum Likelihood), and confirmed that good quality of images are obtained for the mathematical phantoms.
  We designed the mechanical structure of the detector head. 32 detector modules are mounted on the aluminum frame with a 10 mm thick Pb shield having a 344 mm aperture diameter. We improved the performance of the position detection system to measure the patient movement, and performed the motion-correction experiment for a healthy volunteer which results in good motion correction. A compact remote-control unit for the detector head was developed in consideration of patient safety, which will be used in the gantry of the new PET system.
  We synthesized the nicotinic α4β2 and α7 receptor imaging agents . We examined the condition that 5-MA and Me-QAA were well separated from reaction mixture. For the clinical application, 5-MA and Me-QAA used for the safety study were synthesized under GMP standard. [F-18]2-FA is synthesized by F-18-fluorination of 2-N-trimethylamino-3-pyridine triflate or 2-nitro-3-pyridine followed by hydrolysis. After completion of [F-18]2-FA synthesis, the tracer was used for evaluation of nicotinic receptors in the living healthy human brain. The tracer binding was in consistence with the postmortem data regarding the distribution of nicotinic receptors. [F-18]2-FA PET studies are now underway using the present PET scanner. With this scanner, we were able to report the brain pathophysiology of Alzheimer’s disease using [C-11]PIB and [C-11]PK11195, which can be a basis of comparative study with [F-18]2-FA as to early detection of cognitive abnormalities in AD. At the moment, we are scheduled to scan patients using our motion-correction algorism in order to obtain qualitative motion-corrected FDG images under the non- constraint condition.
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