Oxygen and pH imaging of malignant tumors using electron paramagnetic resonance

腫瘍モデルマウスの酸素分圧およびpHイメージングを実施するための要素技術として、スペクトル空間イメージング法がある。このイメージング法は、各位置（三次元画像では各ボクセル）における電子スピン共鳴の一次微分吸収スペクトルを再構成する計測法である。電子スピンのスペクトル情報から酸素分圧やpHの値を推定し、それらの情報を三次元データとして可視化する。本研究課題では、腫瘍モデルマウスの酸素分圧と細胞外pHの複合イメージングを実現するために、(i)計測感度の向上、(ii) 4次元データの代数的逐次近似再構成（ART）法の高速アルゴリズムの検討と実装、(iii) 磁気共鳴イメージング（MRI）による形態画像との酸素分圧およびpH画像の重ね合わせ、を目標とした。(i) 計測感度向上（信号対雑音比SNR）については、受信システムの雑音特性を明らかにするためにノイズの電力密度特性を取得した。また、フーリエ領域において雑音が電子スピン共鳴のスペクトル情報（高調波）をマスキングする次数を明らかにした。(ii) 3次元および4次元のスペクトル空間イメージングを行うために、ART法による画像再構成アルゴリズムのFortran 95による実装とOpenMPによる並列化を行った。その結果、64x64x64の3次元空間と768点のスペクトル情報で構成される4次元スペクトル空間データの再構成計算をできるようにした。(iii) 研究代表者の研究室に 1テスラ・マウス用MRI（Aspect Imaging、M3）を導入（リース）し、腫瘍モデルマウスの形態画像を取得できるようにした。酸素分圧およびpH画像との重ね合わせはまだ未実施であるが、導入したMRIにおいて腫瘍モデルマウスのルーチン計測を行う手技を獲得した。

腫瘍モデルマウスの酸素分圧およびpHイメージングを実施するための要素技術として、スペクトル空間イメージング法がある。このイメージング法は、各位置（三次元画像では各ボクセル）における電子スピン共鳴の一次微分吸収スペクトルを再構成する計測法である。電子スピンのスペクトル情報から酸素分圧やpHの値を推定し、それらの情報を三次元データとして可視化する。本研究課題では、腫瘍モデルマウスの酸素分圧と細胞外pHの複合イメージングを実現するために、(i)計測感度の向上、(ii) 4次元データの代数的逐次近似再構成（ART）法の高速アルゴリズムの検討と実装、(iii) 磁気共鳴イメージング（MRI）による形態画像との酸素分圧およびpH画像の重ね合わせ、を目標とした。(i) 計測感度向上（信号対雑音比SNR）については、受信システムの雑音特性を明らかにするためにノイズの電力密度特性を取得した。また、フーリエ領域において雑音が電子スピン共鳴のスペクトル情報（高調波）をマスキングする次数を明らかにした。(ii) 3次元および4次元のスペクトル空間イメージングを行うために、ART法による画像再構成アルゴリズムのFortran 95による実装とOpenMPによる並列化を行った。その結果、64x64x64の3次元空間と768点のスペクトル情報で構成される4次元スペクトル空間データの再構成計算をできるようにした。(iii) 研究代表者の研究室に 1テスラ・マウス用MRI（Aspect Imaging、M3）を導入（リース）し、腫瘍モデルマウスの形態画像を取得できるようにした。酸素分圧およびpH画像との重ね合わせはまだ未実施であるが、導入したMRIにおいて腫瘍モデルマウスのルーチン計測を行う手技を獲得した。