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ファントム実験を成功させるポイント

 ファントム実験を成功させるポイント

第58回核医学談話会 2021.9.18

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ICHIKAWA H.

May 08, 2022
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Transcript

  1. ファントム実験を 成功させるポイント 豊橋市⺠病院 放射線技術室 ⾦沢⼤学⼤学院 医薬保健学総合研究科 市川 肇 第58回 核医学談話会

    2021年9⽉18⽇
  2. ファントム実験は難しい? 1. ファントム実験ってどうやるの︖ 2. ファントムを撮ってみたものの… どうしたらいいの︖ 3. コントラストは良くなっていそうだけどノイズが.. 4. ファントム実験完璧︕(困ってないよ)

  3. ファントム実験は難しい? 1. ファントム実験ってどうやるの︖ 2. ファントムを撮ってみたものの… どうしたらいいの︖ 3. コントラストは良くなっていそうだけどノイズが.. 4. ファントム実験完璧︕(困ってないよ)

    ファントム調整方法を習得 画像解析方法を習得 画像評価・研究方法を習得 現在研究を進行中
  4. 性能評価 受⼊試験 校正線源 相互校正 最適化 標準化 新たな技術 摂取率測定 装置間差補正 核医学領域のファントム

    必須 基礎 臨床 最適化・研究
  5. AGENDA ファントム実験を成功させるために 1. 実験計画書の作成 2. ファントム実験の実際 3. 画像解析 4. 我々のゴール

  6. AGENDA ファントム実験を成功させるために 1. 実験計画書の作成 2. ファントム実験の実際 3. 画像解析 4. 我々のゴール

  7. 論⽂書くわけでもないのに 研究計画書が必要なの︖ ちょっと ファントム実験 しようと思った だけなのに.. ファントム撮ってみたけど,どうしたらいいの? 状態から脱却するための近道です. (そのための事前実験をしてみるのはいいと思います)

  8. 実験(研究)を始めるまでには︖ 研究計画

  9. CQでは実験を始められない︖ Clinical Questionの例 ガリウムシンチの検査時間を短くできないだろうか︖ ⼼筋SPECTの画像再構成法(パラメータ)は最適だろうか︖ 学会でいいテクニックを聞いたけど,うちの装置でも出来るかな︖ Research Questionへ

  10. Research Questionとは︖ 要件 ü 研究(実験)したいことを宣⾔した⽂ ü 研究計画に必須の要素を含む 必要性 ü CQを研究(実験)可能な形にする

    ü 課題の洗い出し 利益 ü 研究(実験)の具体化・明確化 ü 情報の共有 ü 理解が容易 研究(計画)の⾻組み
  11. P atients E xposure I ntervention C omparison O utcomes

    PECO PICO 誰に︖(対象) 何によって︖(要因) 何をすると︖(介⼊) 何と⽐較して(⽐較対照) どうなる?(効果) CQを具体化︓RQへの構造化
  12. CQをRQへ︓PICO 99mTc⼼筋⾎流SPECTの 画像再構成法(パラメータ)を変化させると 従来法(パラメータ)と⽐較して 画質が最適化される ⼼筋SPECTの画像再構成法(パラメータ)は 最適だろうか︖ P I O

    C
  13. RQを具体化 主要なアウトカム変数を絞り込む 99mTc⼼筋⾎流SPECTの 画像再構成法に3D-OSEM法を適応すると (従来の)FBP法と⽐較して ①コントラストが改善する ②病変検出能が向上する mTc⼼筋⾎流SPECTの画像再構成法(パラメータ)を変化さ せると従来法と⽐較して画質が最適化される P

    I O C
  14. RQの確認︓FIRM2NESS Feasible 実施可能性 Interesting 興味深い Relevant 切実さ Measurable 測定可能性 Modifiable

    改善可能性 Novel 新しく独創的 Ethical 倫理性 Structured 構造化されている Specific 具体性 (=堅固)
  15. RQの確認 ⼼筋SPECTの画像再構成法に3D-OSEM法を適応するとFBP法と ⽐較してコントラストが改善し,病変検出能が向上する 実施可能性 ファントムの⼿配,線源の確保,観察実験の協⼒者 測定可能性 コントラスト・検出能の測定⽅法(測定可能な尺度・妥当性) 倫理性 観察実験の同意書,倫理委員会の承認 具体性

    放射能濃度,再構成パラメータの変動範囲,⽋損サイズ・位置, 試料数,観察者数 実験(研究)計画書の作成
  16. RQの確認 ⼼筋SPECTの画像再構成法に3D-OSEM法を適応するとFBP法と ⽐較してコントラストが改善し,病変検出能が向上する 実施可能性 ファントムの⼿配,線源の確保,観察実験の協⼒者 測定可能性 コントラスト・検出能の測定⽅法(測定可能な尺度・妥当性) 倫理性 観察実験の同意書,倫理委員会の承認 具体性

    放射能濃度,再構成パラメータの変動範囲,⽋損サイズ・位置, 試料数,観察者数 実験(研究)計画書の作成 実験ノートの作成
  17. 実験ノート タイトル 背景 ⽬的 実験計画書 声明⽂的要素 実験の価値・意義 マニュアル的要素 実験の⼿順書 ⽅法

    実験⽅法・同意書取得⽅法など 予測される結果 グラフなど 参考⽂献
  18. Summary RQはCQを実験(研究)へ結びつける第⼀歩 実験ノートは声明⽂・⼿順書 CQをPECO(PICO)へ構造化 RQへ RQを具体化・モデル化 FIRM2NESSでチェック Pにとって重要なOは何か︖ PE(I)COの構造にならない場合もある RQを明確にして実現可能な実験計画へ

  19. Appendix 1 ファントムの選択はどうすればいいの︖ アウトカム変数から最適なファントムを選択する Question PECOの“何がどうなった”を意識!!

  20. Appendix 1 ファントムの選択はどうすればいいの︖ 脳 Hoffman 3D brain,IB-10・20,DaT1308 ⼼筋 RH-2,⼼肝HL,EMIT,HL-D,動態(HD,ALPHA RI)

    腫瘍 NEMA IEC body,SIM2 bone 性能評価 JSP,JS-10,SP-6 核医学画像を評価するうえで不⼗分 既存のファントムを⼯夫 新しいファントムの開発 Question
  21. 123I-MIBG⼼筋交感神経シンチにおける コリメータの最適化 既存の⼼筋ファント ムにペットボトルを 利⽤して腕の影響を 模擬 LE LME 回帰式によって過去の データを換算

    LEHR LMEGP MELP コントラスト ↑ S/N ↑ LME(H/M) = 2.1 x LE(H/M) – 1.3 コリメータの最適化 ⾦沢医科⼤学病院 林亮⼦先⽣ご提供 123I-MIBG⼼筋シンチグラフィにおける 低中エネルギー⽤コリメータの有⽤性 .⽇放技学誌 2007; 63(2): 241-6 H/M:心縦隔比
  22. ⾻SPECT評価⽤ファントムによる画質評価         

     4DPSF 4QIFSFEJBNFUFS NN "DRVJTJUJPOUJNFNJO "1 3"0 '#1 04&. 04&. "$4$ 17mmの病変に対してプラナ 像では検出できないがSPECT では検出できることを検証 市川肇,他.⾻等価溶液を⽤いた⾻SPECT評価⽤ボディファントムの開発.⽇放技学誌 2015; 71(12): 1235-40. 市川肇,他.新しい⾻シンチグラフィ評価⽤胸部 ファントムを⽤いた検出能の評価.核医学技術 2017; 37(3):229-38. ⾻SPECT評価⽤ ボディファントム NEMA IEC ボディファントム
  23. AGENDA ファントム実験を成功させるために 1. 実験計画書の作成 2. ファントム実験の実際 3. 画像解析 4. 我々のゴール

  24. ⾻SPECTガイドライン1.0 • バックグラウンドの放射能濃度は18 kBq/mL • 放射能濃度⽐は6:1 • 視覚評価 • 物理評価

    ü 17 mm球体の描出能を視覚的に評価 ü %コントラストとバックグラウンド(BG)変動性を評価 視覚スコア ≧ 1.5 %コントラスト ≧11% BG変動性 ≦ 10% 三輪建太,他.⾻SPECT撮像の標準化に関するガイドライン1.0 .核医学技術 2017; 37(4): 517-30.
  25. 機材の準備 • NEMA IEC Body Phantom • 蒸留⽔(脱気⽔) 12 L

    • 99mTc 250 MBq • ビーカー,メスシリンダー,バケツ • 漏⽃ • 撹拌棒 • シリンジ(2.5 mL, 50 mL 各1) • カテラン針 • ストップウォッチ • 台はかり(クッキングスケール) • ⽔準器 • 汚染防⽌⽤(シート・ビニール袋)
  26. ファントムセッティング①

  27. ファントムセッティング② ネジに緩みがないか確認︕

  28. 体積測定(コールドラン) *準備にかかる時間を測定 *ファントムには個体差があります *肺インサートの容積に注意 ① ビーカーの重さ計測 ② 0クリア(⾵袋引き) ③ 蒸留⽔を計測しながらBody

    phantomへ ⽔を満たし,BGの体積を計測
  29. 蒸留⽔・脱気⽔の準備 1〜3⽇前から • 空気が抜ける • 気分が⾼まる

  30. 蒸留⽔・脱気⽔の準備 1〜3⽇前から • 空気が抜ける • 気分が⾼まる

  31. TOPIC: ⽔の容積測定 少量の測定用

  32. RI・⽔の準備① ①⽔の準備(11 L,50 mL) *きっちり ②11,000 mL × 18 kBq

    ≦ 198 MBq ③50 mL × 108kBq ≦ 5.4 MBq ③ 減衰を考慮して222.2, 6.1 MBq (60分)以上⽤意する ④タイマースタート ⑤放射能量に応じて⽔の量を再調整
  33. 濃度調整計算表 日本放射線技術学会 核医学部会HPよりダウンロード可能:http://nm.jsrt.or.jp/blog.html

  34. 放射能濃度調整 蒸留⽔50 mLへ99mTc 6 MBq 123I製剤では壁への吸着に注意 *水をシリンジに吸ってから *容量の少ない方から準備する 蒸留⽔11 Lへ99mTc

    222 MBqを撹拌
  35. ファントム調整 球体ファントムに99mTc⽔溶液を封⼊ 針の⼯夫

  36. ファントム調整 外容器に99mTc⽔溶液を封⼊ 汚染防⽌

  37. TOPIC︓ネジ留め Oリング(パッキン)が⼀周軽 く潰れる程度で⼗分です (ワセリン不要) 定期的にOリングは交換 1ヶ所が多少緩んでも⽔は殆ど 漏れません 強くネジを締めると破損に繫が ります

  38. SPECT撮像・再構成 タオルやベルトで臨床条件(軌道)を再現

  39. 陽性描出能評価-物理評価- %コントラストとバックグラウンド変動性を評価 BG変動性 (NB,17mm ) %コントラスト (QH,17mm )

  40. ファントム調整 ① 10215mL / 6 ≒ 1702mL ② 1702mL ×

    108kBq = 183.8MBq *⽔位 1 mm ≒ 50 mL (誤差3.5%) Appendix 2
  41. Appendix 3 Hoffman 3D brain ファントム

  42. Appendix 3 Hoffman 3D brain ファントム Air bubble

  43. Appendix 4 RI濃度の設定はどうすればいいの︖ Question • % injected doseを基準に主な撮像時間を基準に減衰補正 • 1時間以上の収集を⾏う場合,放射能濃度を2倍

    検査 %ID 脳⾎流(99mTc製剤) 5 脳⾎流(123I製剤) 8.5 線条体 3(脳全体) ⼼筋⾎流(TlCl) 4 ⼼筋⾎流(99mTc製剤) 1.5 ⼼筋脂肪酸 5 ⼼筋交感神経 3 腎静態 50(両側) ⾻(正常)︓50kBq/mL ⾻(腫瘍)︓200〜300kBq/mL DaT(線条体)︓32〜40 kBq/mL DaT(脳)︓4〜5 kBq/mL 99mTc⼼筋⾎流︓80〜150 kBq/mL
  44. • 論⽂を検索(⾃分のPCにストック) • Academia(アプリ) • 実験ノート Appendix 5 実験を⾏ううえでの資料は︖ Question

  45. AGENDA ファントム実験を成功させるために 1. 実験計画書の作成 2. ファントム実験の実際 3. 画像解析 4. 我々のゴール

  46. 画像解析 • ファントム実験での関⾨︖ ⼀朝⼀⼣には⾝につかない • ⽂献を参照する • 研究対象にとって重要な結果は何か︖ PICOを意識して論⽂を読む 臨床画像で重要な指標は何︖

  47. 画質指標 • ノイズ特性 均⼀性(SD, %CV), CNR(SNR), count profile • コントラスト特性

    contrast, CNR, counts ratio(TBR) • 解像特性 FWHM, sharpness index, contrast resolution, RC,アスペクト⽐ • 濃度直線性 放射能濃度, counts ratio • 総合画像評価 NMSE,視覚評価 (検出能,ノイズ,鮮鋭度)
  48. 画質指標 • ノイズ特性 均⼀性(SD, %CV), CNR(SNR), count profile • コントラスト特性

    contrast, CNR, counts ratio(TBR) • 解像特性 FWHM, sharpness index, contrast resolution, RC,アスペクト⽐ • 濃度直線性 放射能濃度, counts ratio • 総合画像評価 NMSE,視覚評価 (検出能,ノイズ,鮮鋭度) ROI・VOI・プロファイル
  49. TOPIC︓画像解析tool • ROI解析 OsiriX(Mac),ImageJ(multi slice) • VOI解析 GI-BONE,Syngo via •

    FWHM DRIP • NMSE DRIP • 視覚評価 WS viewer 再現性・汎⽤性・利便性 ピクセル補完の有無・挙動に注意 特に各装置メーカのWSには要注意
  50. 再現性 0 20 40 60 10 15 20 25 30

    A B C D Sphere size (mm) CNR SIM2 bone phantom
  51. 再現性 0 20 40 60 eB1 HG eB2 eB3 eB4

    p < 0.01 CNR
  52. 再現性 0 20 40 60 eB1 HG eB2 eB3 eB4

    p < 0.01 CNR 70*ʹΑΔղੳʢεϥΠεͷબ୒͕ෆཁʣ 1JYFMิ׬ʹΑΔΤϦΞγϯάΤϥʔͷվળ
  53. VOI(ROI)の設定 5ISFTIPMEΛ༻͍Δ৔߹ ˋ ˋ ˋ ˋ 5ISFTIPMEͳ͠ 自験例

  54. SUVの計測         

        467CX 467NBY 467QFBL 467NFBO ˋ ˋ ˋ ˋ ˋ 5ISFTIPME
  55. SUVの計測         

        467CX 467NBY 467QFBL 467NFBO ˋ ˋ ˋ ˋ ˋ 5ISFTIPME 30*಺ͷΧ΢ϯτଌఆ͢Δࡍʹ΋ 30*ͷେ͖͞ʹΑͬͯ݁Ռ͕ҟͳΔ
  56. ࢹ֮ධՁ 1" ,BQQBDPFGGJDJFOU &YQFSJFODFE#$/.5T ≥ ZFBST O  r 

    r .PEFSBUFMZFYQFSJFODFE UFDIOPMPHJTUT ZFBST O  r  r *OFYQFSJFODFEUFDIOPMPHJTUT ZFBST O   r  r ϗοτεϙοτͷݕग़ೳΛஈ֊ධՁ ໊ͷ֩ҩֶઐ໳ٕࢣɾ์ࣹઢٕࢣ͕ධՁʢΤΩεύʔτઐ໳ٕࢣͱͷൺֱʣ
  57. ROI設定によって結果が⼤きく変わることを意識 • 改善したいと考える指標がその検査(画像)に とって重要な指標か否かを熟考する • それによって犠牲になる指標(デメリット)は あるのか︖ Summary 最低限 収集条件︓CV

    再構成条件︓コントラスト,CV,解像特性
  58. AGENDA ファントム実験を成功させるために 1. 実験計画書の作成 2. ファントム実験の実際 3. 画像解析 4. 我々のゴール

  59. ⽬指すべきところ 理想と現実のトレードオフ ご⾃⾝が使っている装置の最⾼画質を知ってますか︖

  60. 中隔︓10mmφ完璧性⼼筋虚⾎モデル 側壁︓40×40mm内膜側(厚さ5mm)虚⾎モデル 左室⼼筋厚︓10mm ⼼臓肝臓ファントムHL型 ガンマカメライメージング ⼼筋ファントム 18年目

  61. 臨床条件 特殊な撮像 (臨床では不可能) 現実的ではない条件 ガンマカメライメージング ⼼筋ファントム

  62. まとめ -ファントム実験のポイント- • 既存のファントムを⽤いる場合は先⾏研究の評価⽅法に準拠 ü 適切な実験計画 ü その検査にとって重要なアウトカムを意識した画質評価 ü 放射能濃度・評価指標・ROIの設定

    ü コールドラン • 再現性のよい評価⽅法 ü 多施設研究では1名で解析 ü ROI → VOI ü ピクセル補完
  63. • 使⽤するたびに放射能濃度の調整が必要 ü ここでの精度が結果を左右する ü 放射性溶液の均質性 → 撹拌・壁への付着 ü 線源の減衰

    • ファントムの種類が不⼗分 • 評価⽅法が確⽴されていない ü ファントム調整の⽅法 ü 視覚的・物理的評価⽅法 ü 装置間の⽐較(異なるピクセルサイズの評価は︖) • 新しい装置・機能への対応 ü ⾦属パーツの使⽤ ü ファントムの⼤きさ ü ⾼分解能化 まとめ -ファントム実験の問題点-
  64. 新しい技術の構築 検証・最適化 標準化 よりよい医療 患者へのフィードバック さいごに