脳の病気をより良く研究し診断するために、カリフォルニア大学サンタクルーズ校の電気・コンピュータ工学准教授であるシヴァ・アッバスザデ氏は、人体の最も複雑な器官の正確なマルチトレーサー陽電子放射断層撮影イメージングを可能にする技術を開発しています。
陽電子放出断層撮影法 (PET) では、放射性トレーサーを使用して、研究者や臨床医が体内の臓器や組織の画像を撮影できるようにします。 PETイメージングの専門家であるアッバスザデ氏は、複数のバイオマーカーを一度に検出し、脳イメージングの空間分解能を向上させる技術の新しいモダリティを開発するために、複数の施設の研究者や臨床医と協力している。
研究チームは、米国からの400万ドルの助成金の支援を受けて技術を開発する予定です。 国立衛生研究所の革新的ニューロテクノロジー（BRAIN）イニシアチブによる脳研究。 5 年間のプロジェクトは、2 年間のシミュレーションと原理実証フェーズで構成され、その後 3 年間の探索および断層撮影システムを構築する開発フェーズが続きます。
このプロジェクトは、アリゾナ大学のラース・フューレンリッド医用画像教授が主導しており、他の協力者には、マサチューセッツ・チャン医科大学のマイケル・キング放射線科教授、アリゾナ大学のフィリップ・クオ医学教授、アリゾナ大学の光学科学教授が含まれます。アリゾナ大学マシュー・クピンスキー。
「このテクノロジーのスタートは、私のキャリアの最初の助成金でした。今、私が頭の中にあったアイデアを利用し、より大きなもののためにそれを実装しているのを見るのは非常に重要です」とアッバスザデ氏は語った。
この技術は、BRAIN イニシアチブの指令に沿って、疾患に特化したものではなく、がんから神経変性疾患に至るまであらゆるものに使用できる技術の一般的なデモンストレーションです。
PETイメージングの向上のための技術開発
PET イメージングは脳の研究に非常に役立つと長い間考えられてきました。 PET イメージングでは、放射性トレーサーが体内に注射されてバイオマーカーに結合し、陽電子消滅後にガンマ光子が放出され、これを検出してイメージングが可能になります。 陽電子信号は同じ周波数で放出され、互いに区別できないため、複数のバイオマーカーを同時にイメージングすることはできませんでした。
しかし、アッバスザデ氏の技術は、陽電子信号に加えて即時ガンマ信号を利用して、複数のバイオマーカーを一度に追跡する方法を導入することを目的としている。 プロンプト ガンマ シグナルは、高度な PET イメージングによって検出できる 2 番目のタイプのシグナルであり、1 回の PET スキャンで複数のバイオマーカーを追跡することが可能になります。 非常に広いダイナミックレンジの検出を備えたスキャナを開発することで、この技術で低エネルギーから高エネルギーまでの両方のトレーサーを測定できるようになります。
マルチトレーサー イメージングは、領域の代謝活動やその領域が脳の血液関門を通過して化学物質をどの程度濾過するかなど、複数の健康指標を一度に観察したい臨床医にとって役立ちます。 マルチトレーサーイメージングは、ほんの数年前までこの分野での需要はそれほど高くありませんでしたが、現在では、このイメージングの臨床上の利点と、放射線トレーサーを使用してがんの診断と治療を組み合わせるセラノスティクスの出現がより明確になり、その関連性がますます高まっています。
セラノスティクスのためのマルチトレーサーイメージングへの関心が高まっているにもかかわらず、現時点では、グループはそのために 2 台の別々のスキャナーを使用する必要がありますが、コストとスペースのハードルはアッバスザデの技術によって克服できる可能性があります。
プロンプトガンマ信号の使用は、PET イメージングにおける空間解像度の制限を克服するのにも役立ちます。 より高い空間解像度のイメージングは脳の非常に小さな特徴を研究するために特に重要であるため、これは BRAIN イニシアチブに特に関連しています。
陽電子信号による PET イメージングは、陽電子が限られた距離しか移動できず、トレーサーは体内の陽電子の正確な位置を捕捉できないという点で、関連する物理学の性質によって本質的に制限されています。 一方、プロンプト ガンマ信号にはこの空間解像度の問題がないため、イメージングがより正確になります。
「これらのツールはこれまで利用できませんでした」とアッバスザデ氏は語った。 「私たちはこれらのトレーサーの物理学と工学を活用して、新しいモダリティを考案しています。」
この技術はダイレクトコンバージョン技術であり、空間解像度の画質も向上します。 直接変換では高エネルギー粒子を直接検出しますが、間接変換では高エネルギーを可視光に変換して検出するため、光が等方的に散乱して解像度が低下します。
アッバスザデ氏の技術が陽電子信号とプロンプトガンマ信号の両方を検出できたら、それらの信号を使用可能な画像に再構成する必要があります。 関節再構成技術を使用すると、イメージングの有用性が大幅に向上します。 これを行うために、アッバスザデ氏と彼女のグループは、共同再建の世界的リーダーであるアリゾナ大学の研究者と協力する予定です。
静脈と体内の血液の流れによりイメージングに動きの要素が導入され、プロセスがさらに複雑になります。 マサチューセッツ・チャン医科大学のマイケル・キング氏は動きの専門家であり、画像の動きを補正するこのプロジェクトにも協力します。
「この助成金のために3つの非常に優れたチームが集まるので、とても興奮しています」とアッバスザデ氏は語った。 「私たちはこのプロジェクトの成功につながる専門知識をすべて持っているので、本当に良いものが生まれるでしょう。」
4 人目の共同研究者であるフィリップ・クオ氏は、アリゾナ大学の医学、がん生物学、生物医工学の教授であり、医師の間でこのテクノロジーを擁護し、その影響を実証し、臨床の世界での採用を提唱できる臨床医です。
一般に、アッバスザデ氏はこのテクノロジーを、さまざまな関係者、この場合はさまざまな医療分野の医師や臨床医のニーズに適応できるプラットフォームであると考えています。 将来的には、断層撮影イメージングの改善から恩恵を受ける可能性のある無数の分野にこの技術を拡張したいと考えています。 アッバスザデ氏は、過去 10 年間で PET および半導体技術の製造コストが低下しているのを目の当たりにしており、この傾向がこの分野のイノベーションによって継続することを期待しています。
このプロジェクトは、革新的なニューロテクノロジーの開発を加速するために 2013 年に設立された国立衛生研究所の革新的なニューロテクノロジーによる脳研究 (BRAIN) イニシアチブの下で資金提供されています。
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2024-01-22 22:45:46