放射性核種研究

放射性核種診断の発見の歴史

科学者たちが原子核粒子の飛跡を記録する物理学実験室と、日常の臨床現場との間の距離は、気が滅入るほど長く感じられました。原子核物理学の現象を患者の診察に利用するというアイデア自体、突飛とまでは言わないまでも、素晴らしいアイデアに思えたかもしれません。しかし、このアイデアは、後にノーベル賞を受賞したハンガリーの科学者D・ヘベシの実験から生まれたものでした。1912年の秋のある日、E・ラザフォードは実験室の地下室に積み上げられた塩化鉛の山をヘベシに見せ、こう言いました。「さあ、この山を片付けて。鉛塩からラジウムDを分離してみてくれ。」

D. ヘヴェシとオーストリアの化学者A. パネスが行った数々の実験の結果、鉛とラジウムDは別々の元素ではなく、同じ元素である鉛の同位体であるため、化学的に分離することは不可能であることが明らかになりました。両者の違いは、一方が放射性である点のみです。放射性同位体は崩壊時に電離放射線を放出します。つまり、放射性同位体（放射性核種）は、非放射性の双子の挙動を研究する際の指標として使用できるということです。

医師にとって魅力的な展望が開かれました。放射性核種を患者の体内に導入し、放射測定装置を用いてその位置をモニタリングするのです。比較的短期間で、放射性核種診断は独立した医学分野となりました。海外では、放射性核種診断と放射性核種の治療的利用を組み合わせたものを核医学と呼んでいます。

放射性核種法は、放射性核種およびそれらで標識された指標を用いて、臓器や器官系の機能的および形態学的状態を研究する方法です。これらの指標（放射性医薬品（RP）と呼ばれます）を患者の体内に導入し、様々な機器を用いて、それらの移動速度と性質、臓器や組織への固定および除去を測定します。

さらに、組織サンプル、血液、患者の分泌物も放射分析に使用できます。この方法は、通常の生命活動に影響を与えないごく微量の指示薬（1マイクログラムの100分の1、1000分の1）を投与するにもかかわらず、非常に高い感度を誇ります。

放射性医薬品とは、診断目的でヒトへの投与が承認されている化合物であり、分子内に放射性核種を含みます。放射性核種は、特定のエネルギーの放射線スペクトルを有し、放射線被曝が最小限で、検査対象となる臓器の状態を反映していなければなりません。

この点において、放射性医薬品は、その薬理学的特性（体内での挙動）と核物理学的特性を考慮して選択されます。放射性医薬品の薬理学的特性は、その合成の基となる化合物によって決定されます。RFPの登録可能性は、標識された放射性核種の崩壊の種類によって異なります。

検査に使用する放射性医薬品を選択する際、医師はまずその生理学的指向性と薬力学を考慮する必要があります。血液へのRFPの導入を例に考えてみましょう。静脈に注入された放射性医薬品は、まず血液中に均一に分布し、すべての臓器や組織に輸送されます。医師が臓器の血行動態や血液充満に関心がある場合、血管壁を越えて周囲の組織に侵入することなく、血流中を長時間循環する指標（例えば、ヒト血清アルブミン）を選択します。肝臓を検査する場合、医師はこの臓器によって選択的に捕捉される化合物を好みます。一部の物質は血液から腎臓によって捕捉され、尿中に排泄されるため、腎臓や尿路の検査に使用されます。一部の放射性医薬品は骨組織に向性があり、筋骨格系の検査に不可欠です。放射性医薬品の輸送時間、体内での分布および排出の性質を研究することにより、医師はこれらの臓器の機能状態と構造的および地形的特徴を判断します。

しかし、放射性医薬品の薬理学的特性のみを考慮するだけでは不十分です。その組成に含まれる放射性核種の核物理学的特性を考慮する必要があります。まず、放射性核種は特定の放射線スペクトルを持たなければなりません。臓器の画像を取得するには、γ線または特性X線を放出する放射性核種のみが使用されます。これらの放射線は外部検出器で検出できるためです。放射性崩壊中に生成されるγ線またはX線量子が多いほど、この放射性医薬品の診断効果は高まります。同時に、放射性核種は粒子線（患者の体内で吸収され、臓器の画像取得には寄与しない電子）の放出を可能な限り少なくする必要があります。この観点から、異性体遷移型の核変換を行う放射性核種が望ましいです。

半減期が数十日の放射性核種は長寿命、数日の放射性核種は中寿命、数時間の放射性核種は短寿命、数分の放射性核種は超短寿命とみなされます。明らかな理由から、短寿命の放射性核種が使用される傾向があります。中寿命、特に長寿命の放射性核種の使用は放射線被曝量の増加を伴い、超短寿命の放射性核種の使用は技術的な理由から困難です。

放射性核種を得る方法はいくつかあります。原子炉で生成されるものもあれば、加速器で生成されるものもあります。しかし、最も一般的な方法はジェネレーター法、つまり放射性核種診断研究室でジェネレーターを用いて直接放射性核種を生成する方法です。

放射性核種の非常に重要なパラメータは、電磁放射線量子のエネルギーです。非常に低いエネルギーの量子は組織に留まるため、放射測定装置の検出器に到達しません。一方、非常に高いエネルギーの量子は検出器を部分的に通過するため、検出効率も低くなります。放射性核種の診断における最適な量子エネルギー範囲は、70～200keVと考えられています。

放射性医薬品の重要な要件は、投与中の放射線被曝を最小限に抑えることです。投与された放射性核種の放射能は、原子の崩壊（物理的プロセス）と体内からの排出（生物学的プロセス）という2つの要因によって減少することが知られています。放射性核種の原子の半分が崩壊する時間は、物理的半減期T 1/2 と呼ばれます。体内に導入された薬剤の放射能が排出によって半減する時間は、生物学的半減期と呼ばれます。体内に導入された放射性医薬品の放射能が物理的崩壊と排出によって半減する時間は、実効半減期（Ef）と呼ばれます。

放射性核種診断研究では、T 1/2 が最も短い放射性医薬品が選択されます。これは、患者の放射線負荷がこのパラメータに依存するため、当然のことです。しかし、物理的半減期が非常に短いと不都合が生じます。放射性医薬品を検査室に持ち込み、検査を実施する時間を確保する必要があるためです。一般的なルールとして、薬剤のTdarは診断手順の持続時間に近い値である必要があります。

既に述べたように、現在、研究室では放射性核種を得るためのジェネレーター法が最も多く用いられており、その90～95%のケースでは放射性核種^99m Tcが用いられています。これは、ほとんどの放射性医薬品の標識として使用されています。放射性テクネチウムに加えて、¹³³ Xe、⁶⁷ Ga、そしてごくまれに他の放射性核種も使用されます。

臨床診療で最も頻繁に使用される放射性医薬品。

提案依頼書	適用範囲
99m Tc-アルブミン	血流検査
99m Tc標識赤血球	血流検査
99m Tcコロイド（テクニフィット）	肝臓検査
99m Tc-ブチル-IDA（ブロムシド）	胆道系の検査
99m Tcピロリン酸（テクニフォー）	骨格検査
99m Ts-MAA	肺検査
133彼	肺検査
67 Ga-クエン酸	抗腫瘍薬、心臓検査
99m Ts-セスタミビ	抗腫瘍薬
99m Tcモノクローナル抗体	抗腫瘍薬
201 T1-塩化物	心臓、脳の研究、抗腫瘍薬
99m Tc-DMSA（テクネメク）	腎臓検査
131 T-ヒップラン	腎臓検査
99 Tc-DTPA（ペンタテック）	腎臓と血管の検査
99m Tc-MAG-3（テクネマグ）	腎臓検査
99m Tc-過テクネチウム酸	甲状腺と唾液腺の検査
18 F-DG	脳と心臓の研究
123 I-MIBG	副腎検査

放射性核種の研究を行うために、様々な診断装置が開発されています。具体的な用途に関わらず、これらの装置はすべて、電離放射線を電気信号に変換する検出器、電子処理装置、そしてデータ表示装置という単一の原理に基づいて設計されています。多くの放射線診断装置には、コンピューターとマイクロプロセッサーが搭載されています。

検出器としては通常、シンチレータ、あるいはあまり一般的ではないがガスカウンタが用いられます。シンチレータとは、高速で荷電された粒子または光子の作用によって閃光（シンチレーション）が発生する物質です。これらのシンチレーションは光電子増倍管（PMT）によって捉えられ、光電子増倍管は閃光を電気信号に変換します。シンチレーション結晶とPMTは、コリメータと呼ばれる保護金属ケース内に収められており、コリメータによって結晶の「視野」は検査対象の臓器または体の一部の大きさに制限されます。

通常、放射線診断装置には交換可能なコリメータが複数搭載されており、医師は検査の目的に応じてコリメータを選択します。コリメータには、放射線が検出器を透過する大きな穴が1つまたは小さな穴が複数あります。原則として、コリメータの穴が大きいほど、検出器の感度、つまり電離放射線を検出する能力は高くなりますが、同時に分解能、つまり小さな放射線源を個別に識別する能力は低くなります。現代のコリメータには数十個の小さな穴が設けられており、その位置は検査対象物の最適な「視界」を考慮して選択されます。生物試料の放射能を測定するために設計された装置では、シンチレーション検出器はいわゆるウェルカウンターの形で使用されます。結晶内部には円筒形のチャネルがあり、そこに検査対象の物質を入れた試験管が挿入されます。このような検出器設計により、生物試料からの微弱な放射線を捕捉する能力が大幅に向上します。液体シンチレータは、軟β線を放出する放射性核種を含む体液の放射能を測定するために使用されます。

すべての放射性核種診断研究は、放射性医薬品を患者の体内に導入する研究（生体内研究）と、患者の血液、組織片、分泌物を調べる研究（体外研究）の 2 つの大きなグループに分けられます。

あらゆる生体内研究では、患者の心理的準備が必要です。検査の目的、診断における重要性、そして手順について患者に説明する必要があります。特に、検査の安全性を強調することが重要です。原則として、特別な準備は必要ありません。患者には、検査中の行動についてのみ警告する必要があります。生体内研究では、検査の目的に応じて、放射性医薬品を投与する様々な方法が用いられます。ほとんどの方法では、放射性医薬品を主に静脈に注入しますが、動脈、臓器実質、その他の組織に注入することはあまりありません。放射性医薬品は経口投与や吸入（吸入）によっても使用されます。

放射性核種検査の適応は、放射線科医との協議の上、主治医が決定します。通常、特定の臓器の機能および形態に関する放射性核種データの必要性が明らかになった場合、他の臨床検査、検査室検査、および非侵襲性放射線検査の後に実施されます。

放射性核種診断には禁忌はなく、保健省の指示によって規定される制限のみがあります。

放射性核種法には、放射性核種可視化法、放射線撮影法、臨床および実験室放射測定法などがあります。

「可視化」という用語は英語の「vision（視覚）」に由来します。これは、放射性核種を用いて画像を取得することを意味します。放射性核種の可視化とは、放射性医薬品を患者の体内に導入した際に、臓器や組織における放射性医薬品の空間分布を画像化することです。放射性核種の可視化の主な方法はガンマシンチグラフィー（または単にシンチグラフィー）であり、ガンマカメラと呼ばれる装置を用いて行われます。シンチグラフィーの一種として、可動式検出器を備えた特殊なガンマカメラを用いて行われるものが、層別放射性核種の可視化、すなわちシングルフォトンエミッショントモグラフィーです。まれに、主に超短寿命の陽電子放出放射性核種の取得が技術的に複雑なため、特殊なガンマカメラを用いてツーフォトンエミッショントモグラフィーが行われることもあります。放射性核種の可視化には、時代遅れのスキャン法が用いられることもあります。これはスキャナーと呼ばれる装置を用いて行われます。

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