I. 機能的イメージング技術の紹介
腫瘍の機能的イメージングとは.腫瘍の代謝.生化学.生理学.分子.遺伝子型.表現型などの特徴を非侵襲的に表示することを指す。 現在の機能的イメージング技術には.陽電子放射断層撮影法（PET）.単一光子放射型コンピュータ断層撮影法（SPECT）.磁気共鳴分光法（MRS）.光学共鳴分光法（ORS）などがあります。共鳴分光法(MRS).光イメージング.など。
PETは.特定の組織に選択的に吸収されることができる陽電子放出同位体または放射性核種標識組織または化学的に特異な分子を示す。 吸収された放射性核種は陽電子を放出し.その結果.ガンマ線が放出され.スキャナによって検出され.局所放射能の画像が生成されます。 最も一般的に使用される放射性核種は.フッ素18.炭素11.酸素15です。最も一般的に使用されるトレーサーは.グルコース誘導体であるフルオロデオキシグルコース（18F-FDG）です。
SPECTは.患者の周りを回転するガンマカメラを使用して.注入されたガンマ線の同位体分布の3D体幹部画像を作成します。SPECTに使用されるガンマカメラは.PETほど同時ガンマ線を検出しないため.画像の空間分解能はPETより低くなっています。
MRSは腫瘍イメージングに大きな可能性を示しています。 MRSは本質的に従来のMRIの延長であり.水や脂肪分子よりも生化学的に重要な化合物を検出し.細胞代謝物のレベルで正常組織と腫瘍組織を比較し.分子および周囲の化学環境における核の位置を反映することができます。
光イメージングでは.回転光と分子特異的な造影剤をリアルタイムで非侵襲的に適用して上皮組織を表示し.上皮性病変やより小さい表在性腫瘍を早期に発見できるほか.手術時に手術境界をリアルタイムで評価することができます。
異なる光イメージング技術は.光と組織の相互作用を考慮し.異なる生理学的パラメータを適用します。
II. 放射線腫瘍学における機能的イメージング技術
解剖学的情報では腫瘍と周辺組織の区別が困難な場合があり.腫瘍の病態生理学的特徴を十分に明らかにできず.治療に対する早期反応を評価することができない。 機能画像の発達により.腫瘍に特異的な生理的・分子的情報を放射線治療計画に利用することで.腫瘍総量（GTV）や臨床標的量（CTV）を正確に特定し.照射線量の精度を向上させることができるようになりました。
機能的画像は.治療前の腫瘍診断や特性評価.放射線治療計画.効果評価.再発検出など.放射線腫瘍学の多くの局面で使用されており.解剖学的画像に比べて多くの点で優位性があります。
1.腫瘍の診断と特性評価
従来の解剖学的画像診断では.病変の大きさや形から良性・悪性を判断することがほとんどでした。 しかし.同じ大きさの腫瘍でも.生物学的挙動が異なることがあります。 例えば.肥大したリンパ節の中には単なる反応性のものもあれば.小さなリンパ節でも転移性病変がある場合もあります。 したがって.リンパ節の大きさは.識別のための信頼できる基準とは言えません。 機能画像はこの不確実性を取り除き.腫瘍の生物学的挙動を非侵襲的かつ完全に把握することができ.診断.病期分類.ステージングの正しさを向上させることができます。
最も研究されている機能的画像診断法はFDG-PETで.頭頸部腫瘍.食道がん.肺がん.大腸がん.リンパ腫やメラノーマ.乳がん.甲状腺がん等の診断や病期決定に用いられている。14,264人の患者のメタ分析で.Gambhirらは腫瘍学におけるFDG-PETの平均感度・特異度範囲は.84 パーセントから87パーセント.88パーセントから93パーセントであった。 さらに.FDG-PETが提供する情報により.腫瘍患者の26%から48%で治療計画の変更が行われました。 FDG-PETは.従来の画像診断よりも縦隔リンパ節転移や遠隔転移を正確に評価し.より正確な病期情報を提供することが.多くの前向き研究によって示されています。
腫瘍の位置.大きさ.腫瘍の内容に加えて.既知の腫瘍特有の生物学的特徴も.科学的な分子マーカーと変調.すなわち腫瘍の等級.細胞増殖.アポトーシス.血管新生.低酸素.受容体の状態などの腫瘍分子と生物学の特徴により明らかにすることができます。 非侵襲的な分子画像は.臨床転帰を予測する予後因子として.あるいは特定の腫瘍を標的とした治療法に適した集団を選別するために使用することができます。
2.放射線治療計画
3Dコンフォーマルおよび強度変調放射線治療技術では.腫瘍領域の正確な輪郭が治療利得比を最適化する鍵となり.正常組織を最大限に保護しながら腫瘍組織を見逃すことがないようにする必要があります。 CTとMRIはともに軸方向と半径方向の解像度が非常に高く.標的領域の輪郭や臓器の危険性を把握するのに利用できる。 CTはまた.計画時の線量計算のための物理的密度情報を提供する。したがって.CTが最も広く使用され.MRIは放射線治療計画においてCTを補完し.軟組織.特に脳病変や危険な臓器の輪郭を描くのに優れている。 しかし.組織や腫瘍の密度や形態変化が明らかでない場合.解剖学的画像の有用性は限定的である。 実際.解剖学的画像のみを使用した場合.腫瘍組織の一部が見逃され.正常組織の一部が不必要に照射される可能性があります。
機能的画像は.放射線治療計画に重要な情報を加えることができ.腫瘍の微小環境.局所リンパ節や遠隔転移の可能性をより明確に示すことができます。 この情報により.放射線治療の標的領域や危険な臓器の輪郭をより正確に描くことができ.腫瘍の照射不足や正常組織の過剰照射の境界を減らすことができます。 さらに.腫瘍内の特定のサブターゲット領域に対して.より高線量の照射や腫瘍特異的な治療を行うことができます。 Lingらは.様々な解剖学的および機能的画像技術に基づき.解剖学的画像と様々な生理学的または分子学的画像に基づく生物学的標的体積（BTV）の概念を提案した。 例えば.FDG-PETは.放射線治療中に投与する腫瘍の代謝活性領域の輪郭を描くのに使用できる。腫瘍の低酸素画像は.低酸素抵抗性を克服するための低酸素標的治療または強度変調放射線治療法による高線量照射の必要性を示すことができ.その実現性は実証されているが.低酸素領域が分割放射線治療の過程で変化しうるという注意点がある。 <機能的画像は.3つの方法で放射線治療計画に影響を与えることができます。 第一に.CTやMRIで検出されない病変を検出できる可能性がある。 第二に.CTやMRIで検出された病変の領域外の病変を検出する可能性がある。 第三に.CTやMRIで検出された病変の領域内で.生物学的活性が高まっているサブ領域や病変を発見できる可能性があることである。 脳腫瘍.頭頸部腫瘍.非小細胞肺がん（NSCLC）に対する放射線治療計画へのPETの影響は.より頻繁に研究されています。 FDG-PETによる情報に基づいて.放射線治療の標的領域（サイズおよび/または形状）の変更が.脳腫瘍患者の27%から100%.頭頸部腫瘍患者の10%から100%.NSCLC患者の27%から83%で報告されています。
PETは腫瘍の代謝に関する独自の情報を提供しますが.PETはCTやMRIと比較して空間分解能が低いということを念頭に置いておく必要があります。 そのため.PETやその他の機能画像は.一般的にCTを補完するものとして放射線治療計画に用いられているのが現状です。
3.有効性評価
(1) 早期有効性評価
治療効果を早期に予測し.治療効果のない患者を早期に発見し.効果のない治療を早期に中止して治療方針を変更し.治療の過剰・不足を防ぐことは患者にとって大きな意義がある。 放射線治療の効果を評価するための従来のアプローチは.身体検査や解剖学的画像診断によって腫瘍の大きさの変化を観察することであった。 しかし.病変の大きさの変化は.治療後かなり時間が経過しないと現れない。 さらに.組織の線維化.水腫.壊死がある場合.解剖学的画像診断で残存腫瘍や再発を確認することは困難である。 例えば.黄斑組織は成熟するのに6ヶ月かかり.それ以前は腫瘍の残存とみなされることがあります。 <さらに.分子や生理学的な変化は.理論的にはCTやMRIの解剖学的画像よりも腫瘍の状態や治療結果を予測する上で正確です。 したがって.機能的画像は.放射線治療や化学療法レジメンの有効性に関する情報を早期に提供することにより.解剖学的画像に内在する欠点を補うことができる。 この目的のための機能的画像診断は.例えば化学療法の1サイクル後や治療直後など.治療の初期に実施する必要がある。 FDG-PETは.リンパ腫.乳がん.子宮頸がん患者の治療効果を早期に検出する上で.CTよりも正確であることが報告されています。 また.頭頸部腫瘍.NSCLC.脳腫瘍など他の腫瘍の治療効果判定にも使用されていますが.その結果はあまり均一ではありません。
他にもトレーサーや画像診断法がありますが.11C-METは脳腫瘍.頭頸部腫瘍.NSCLCの患者さんの放射線治療の効果を評価するためのトレーサーとして適しています。 脳腫瘍やリンパ腫の患者さんにおける1H-コリンの減少は.放射線治療の効果と正の相関があり.病気の進行と負の相関があります。
（2）再発の検出
治療による正常な解剖学的構造や隣接関係の変化.瘢痕組織の形成により.手術や放射線治療後の腫瘍の再発を解剖学的画像で確認することは.非常に大きな解剖学的容積の変化がない限り困難な場合が多い。 場合によっては.腫瘍がかなり大きくなるまで診断がつかないこともある。 機能的画像診断で再発を特定することで.改善治療が成功する可能性を高めることができます。
FDG-PETは.大腸がん.乳がん.NSCLCの再発を検出するのに有用であることが示されている。 例えば.Staibは.大腸がんの局所再発および遠隔転移の検出に対するFDG-PETの感度および特異度がそれぞれ98％および90％と高く.CTアナトミカルイメージングの91％および72％よりも有意に優れていると報告しています。 治療後に血清がんS抗原が上昇した患者や従来の画像が陰性で判定不能な患者に対してFDG-PET検査が特に必要です。 FDG-PET は頭部および首部の腫瘍を検出するのに有用です。 また.子宮頸がんやメラノーマの再発検出にも期待されている。 例えば.Grevenらは.頭頸部腫瘍の再発検出において.PETは臨床検査やCT.MRIよりも優れていると報告し.CTやMRIが疑わしく.PETが陰性である場合には生検を延期して注意深く観察することを提案しています。
III.展望
生物学的標的領域とは.腫瘍の生物学的要因の範囲によって決まる治療標的内の放射線感受性の差のある領域のことである。 これらの要因には.酸素および血液供給の不足.増殖.アポトーシスおよび細胞周期の調節.癌遺伝子および癌遺伝子の変化.および浸潤および転移特性が含まれます。 これらの要因には.腫瘍内感受性の差と正常組織感受性の差の両方が含まれます。 バイオミメティック強度変調放射線治療とは.異なる生物学的標的に異なる線量を照射し.正常組織を最大限に保護するために.高度な物理的強度変調放射線治療技術を用いることを指し.腫瘍治療の効果を大幅に向上させることが期待されている。 しかし.単一の機能的分子イメージング技術では.腫瘍の生物学的特性を完全に反映させることはできません。 したがって.複数の機能的分子イメージング技術を組み合わせて生物学的標的を構築し.バイオミメティック強度変調放射線治療の実施を誘導することがより現実的である。 実際.生物学的標的領域の代謝.酸素不足.血液供給.増殖.受容体発現.アポトーシス.がん遺伝子.浸潤.転移の特性には本質的な関係がある。 複数の機能性分子画像を組み合わせることで.生物学的標的領域の特性をより包括的に把握し.個々に合わせたバイオミメティック強度変調放射線治療が可能になると期待されます。 これは.放射線腫瘍学における機能的分子イメージの応用のための重要な発展方向となるであろう。