NEW!【第76回 午前 28】陽電子はふらふら動く？PETの分解能を下げる物理の壁

核医学診療技術学

PET の空間分解能で正しいのはどれか。

  1. 陽電子の飛程が長いと高い。
  2. ガントリ径が大きいほど高い。
  3. 3D 収集では 2D 収集より高い。
  4. シンチレータが小さいほど高い。
  5. 視野中心より視野辺縁の方が高い。

出典：厚生労働省公開PDF（令和6年版）

4．シンチレータが小さいほど高い。

解説

✔　PETの「眼」は細かいほどよく見える

PET装置は、リング状に並べた小さな「検出器（シンチレータ）」で、体内から出てくるガンマ線をキャッチします。 この検出器の一つひとつが、デジカメでいう「画素（ピクセル）」にあたります。

  • 大きな検出器：画素が粗いので、画像はボヤけます（モザイク画のようになります）。
  • 小さな検出器：画素が細かいので、細かい構造までくっきり見えます。

つまり、「シンチレータ（検出器）のサイズを小さくすればするほど、空間分解能は高く（良く）なる」。これがPETの解像度を決める最も基本的なルールです。

✔　分解能を下げる「3つの邪魔者」

  1. 陽電子の飛程
    • 現象：放射性核種から飛び出した陽電子は、すぐに消滅するわけではなく、少しふらふらと走って（飛程）、止まってからガンマ線を出します。
    • 影響：本来の「がんの位置」と「光った位置」にズレが生じます。
    • 結論：飛程が長いほど、ズレが大きくなり、分解能は低く（悪く）なります。
  2. 不対消滅
    • 現象：消滅放射線（2本のガンマ線）は、厳密には180度ちょうどではなく、わずかに（約0.25度）ズレて飛び出します。
    • 影響：距離が離れれば離れるほど、この角度のズレによる誤差が広がります。
    • 結論：検出器までの距離（ガントリ径）が大きいほど、誤差が拡大し、分解能は低くなります。
  3. 深さ方向の相互作用
    • 現象：視野の「端っこ（辺縁）」から斜めに入ってきたガンマ線は、隣の検出器に突き抜けて反応してしまうことがあります（斜め読みの誤読）。
    • 影響：位置を読み間違えて画像がボケます。
    • 結論：視野の辺縁ほど分解能は低くなります（中心が一番キレイ）。

✔　各選択肢について

1．陽電子の飛程が長いと高い。

  • ❌ 誤り
  • 飛程が長い（例：82Rbなど）と、本来の場所から離れたところで光るため、画像はボケて分解能は低くなります。18Fは飛程が短いので高画質です。

２．ガントリ径が大きいほど高い。

  • ❌ 誤り
  • 径が大きいと、180度からのわずかな角度ズレ（不対消滅）の影響が距離によって増幅されるため、分解能は低くなります。

3．3D 収集では 2D 収集より高い。

  • ❌ 誤り
  • 2D収集の方が、斜めからの散乱線を物理的にカットできるため、一般的に分解能やコントラストは良好です。
  • 3D収集は感度を上げるためのモードですが、散乱線が増えるため、補正が不十分だと画質は低下しやすい傾向にあります（※現代の装置は3Dが主流ですが、原理的には2Dの方が良い）。

4．シンチレータが小さいほど高い。

  • ✅ 正解
  • デジカメの画素数と同じです。検出素子を細かくすればするほど、位置特定が正確になり、分解能は向上します。

5．視野中心より視野辺縁の方が高い。

  • ❌ 誤り
  • 斜め入射による位置ズレにより、PETは中心部が最も分解能が高く、辺縁に行くほどボケて（楕円形に歪んで）しまいます。

出題者の“声”

この問題は、PETの画質が「何によって決まるか」を物理的に理解しているかを試しておる。

「画質を良くしたいなら、カメラ（検出器）を細かくすればいいじゃん！」 それは正解じゃ。それが選択肢4じゃな。

しかし、PETにはどうしようもない「物理の壁」がある。 「陽電子が勝手に走り回る（飛程）」 「180度ピッタリに飛ばない（不対消滅）」 これらは自然現象じゃから、どんなに機械を進化させてもゼロにはできん。

この「機械の性能」と「物理の限界」の両方を知っていることが重要なんじゃよ。

臨床の“目”で読む

現場では、この「限界」と戦いながら検査をしています。

  • 「小さい＝高い」のジレンマ
    • 「シンチレータを小さくすれば高画質」なら、極限まで小さくすればいいのでは？ と思いますよね。 でも、小さくしすぎると、今度は「感度（ガンマ線をキャッチする効率）」が落ちて画像がザラザラになったり、装置の値段が跳ね上がったりします。 臨床機では、4mm角程度の結晶サイズが、画質と感度とコストのバランスが良い「最適解」として採用されています。
  • 端っこボケへの対策
    • 解説にもあった通り、PETは画像の端っこがボケやすいです。 だから、脳や心臓など、詳細に見たい臓器はできるだけ「視野の中心（ど真ん中）」に来るように位置合わせ（ポジショニング）をします。 「真ん中が一番よく見える」。これはPET検査の鉄則です。
  • 核種による画質の違い
    • 普段よく使う18F（FDG）は、陽電子の飛程が短く（約0.6mm）、非常にきれいな画像が撮れます。 しかし、心臓PETで使う82Rb（ルビジウム）などは、飛程が長い（数mmある）ため、どうしても画像が少しボヤッとしてしまいます。 「薬によって画質の限界値が違う」というのも重要です。

今日のまとめ

  1. PETの空間分解能は、シンチレータ（検出器）が小さいほど高くなる。
  2. 陽電子の飛程が長いと、位置ズレで分解能は下がる。
  3. ガントリ径が大きいと、角度ズレの影響で分解能は下がる。
  4. 視野辺縁は、斜め入射で分解能が下がる。
  5. PETは「中心」が一番よく見える！

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