Development of a precise oxygen mapping method for malignant tumors using electron paramagnetic resonance

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本研究課題では、悪性腫瘍における酸素分圧を高精度に可視化する連続波電子スピン共鳴分光イメージングの理論と技術を構築することを目指している。2年目となる2022年度は、次の2つの課題に取り組んだ。課題(1) 電子スピンの緩和時間計測のばらつき（標準偏差）を低減することを目指して、磁場勾配の制御が正確に行われているか検討した。最終的に磁場勾配ステップの線形性に問題がないことを確認した。加えて、マグネットシステムの温度変化と磁場掃引の非線形性を測定し、それらが緩和時間計測に影響を与える度合いを確認した。いずれも緩和時間計測のばらつきを大きくする要因ではあるが、それらを補正してもばらつきの低減は限定的であった。これらの検討を踏まえ、他に緩和時間計測（マッピング）のばらつきが生じる要因を探索した。その結果、磁場掃引幅が不足しているために電子スピン共鳴スペクトルの裾野が計測されない場合があり、それが、緩和時間計測のばらつきを大きくしていることを特定した。電子スピンのスペクトルを記録する磁場掃引幅を2 mTに拡大することにより、緩和時間100 nsの試料を模擬した数値実験において、緩和時間計測の標準偏差を0.4 ns程度に低減できることを確認した。課題(2) 酸素分圧と分子プローブ濃度を推定するロバストな計算法を構築することを目指した。条件の悪い線形モデルを精度よく解くことが課題となっていたが、パリ大学の応用数学グループとの共同研究により、ばらつきを抑えて酸素分圧と分子プローブ濃度を推定する最適化問題を取り扱うことが可能になった。最終的な精度の検証はこれから行われるが、予備的な検討では酸素分圧の精度の目標値（4 mmHg以下）に到達できる可能性が見えてきた。また、腫瘍モデルマウスの形態像を撮像するために、1テスラのマウス用MRIを設置した。