高偏極キセノンを利用した脳機能計測法の開発

• Project/Area Number: 17680040
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Biomedical engineering/Biological material science
• Research Institution: Research institute for Brain and Blood Vesseis Akita
• Principal Investigator: 中村 和浩 Research institute for Brain and Blood Vesseis Akita, 研究局・放射線医学研究部, 研究員 (10312638)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥29,380,000 (Direct Cost: ¥22,600,000、Indirect Cost: ¥6,780,000); Fiscal Year 2007: ¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000); Fiscal Year 2006: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000); Fiscal Year 2005: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
• Keywords: NMR / 高偏極 / キセノン / 組織酸素分圧 / ケミカルシフト / MRI / 脳 / 縱緩和時間 / 縦緩和時間

Research Abstract

高偏極キセノンの組織縦緩和時間(Tlxe)と脳内酸素濃度の関係を見出し、新しい脳機能測定手法を開発することが本研究の目的である。これまでの研究で、生理状態の違いによりTlxeが変化する可能性が示された。この変化を利用することで、キセノンを用いた病態検出ができるのではないかと考えた。そこで、平成19年度は酸素代謝が異なる病態モデルとして、脳腫瘍や脳梗塞モデルラットを用いて実験をおこなった。
尾状核にC6グリオーマ細胞を移植したのち、2週間経過した3匹の脳腫瘍モデルラットについて、偏極キセノン信号のケミカル周波数の変化と縦緩和時間の計測をおこなったところ、スペクトラム形状に変化は観察されなかった。また、キセノン信号の組織減衰時間は13.5±1.9秒であり、正常ラットの11.7±1.8秒との間に有意な差は認められなかった。測定後、病理標本を作製して腫瘍の大きさを確認したところ、腫瘍組織は脳全体のおよそ20%程度の体積を示しており、充分大きい領域に腫瘍が湿潤していた。この実験結果は高偏極キセノンの組織減衰時間に基づいて、腫瘍組織を識別することが困難であることを示したと考えている。また、60分間の中大脳動脈虚血の後、再灌流した脳梗塞モデルラットでは、再灌流後48時間程度で顕著な脳血流量の上昇が観察される。脳梗塞領域では組織状態が大きく変化する。この組織変化が高偏極キセノンガスを用いて検出できるのではないかと考え実験をおこなった。しかしながら、3匹のモデルラットを用いて高偏極キセノンガスを吸入させたときのスペクトラムを観察したが、顕著な変化は観察できなかった。
高偏極キセノンガスを用いた研究は挑戦的な研究であったが、これまでの研究においてキセノンでなければ識別できないような脳疾患の検出に成功していない。高偏極キセノンガスを用いたMRIの有用性を見つけていくことが今後の課題である。

Research Products

• [Journal Article] Confirming the existence of five peaks in 129Xe rat head spectra (2007)
  • Author(s): Jeff Kershaw
  • Journal Title: Magnetic Resonance in Medicine 57 Pages: 791-797
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Acetazolamide負荷による脳血流量変化を用いた高偏極キセノン129脳組織内縦緩和時間の推定 (2007)
  • Author(s): 中村 和浩
  • Journal Title: 日本磁気共鳴学会雑誌 27S Pages: 349-349
• [Journal Article] ラット頭部高偏極キセノン129信号の動態解析による胸部キセノン保持時間の推定 (2007)
  • Author(s): 中村 和浩
  • Journal Title: 日本磁気共鳴学会雑誌 27S Pages: 350-350
• [Journal Article] 炭酸ガス負荷による脳血流量変化を用いた高偏極キセノン129脳組織内縦緩和時間の推定 (2007)
  • Author(s): 中村 和浩
  • Journal Title: 日本磁気共鳴学会雑誌 27S Pages: 352-352
• [Journal Article] Peak ratio difference in the human brain chemical shift image of hyperpolarized 129Xe (2006)
  • Author(s): Kazuhiro Nakamura
  • Journal Title: Jpn. J. Magn. Reson. Med 26S Pages: 113-113
• [Journal Article] Comparison of cerebral blood flow estimates in the ischemic area of rat brain obtained with dynamic susceptibility contrast and continuous arterial spin labeling (2006)
  • Author(s): Ryo Kagaya
  • Journal Title: Proceedings of 14^<th> ISMRM 14 Pages: 1467-1467
• [Journal Article] 高偏極キセノンガス生成装置における偏極用ガラスセルの諸問題 (2006)
  • Author(s): 中村 和浩
  • Journal Title: 電気関係学会東北支部連合大会 講演論文集 42 Pages: 93-93
  • NAID: 130005444310
• [Journal Article] 炭酸ガス負荷によるラット脳血管反応性測定法の検討 (2006)
  • Author(s): 中村 和浩
  • Journal Title: 日本磁気共鳴医学会雑誌 26S Pages: 120-120
• [Journal Article] 動的磁化率コントラスト法および持続的スピンラベル法を用いたラット脳虚血領域での血流量推定値の比較 (2006)
  • Author(s): 加賀谷 亮
  • Journal Title: 生体医工学 44 Pages: 286-292
• [Journal Article] 虚血ラット脳領域血流量評価のための適切な動脈入力関数推定 (2006)
  • Author(s): 加賀谷 亮
  • Journal Title: 信学技報 MBE2006-73 Pages: 29-32
• [Journal Article] 核磁気共鳴画像診断のためのトレーサ開発の現状 (2006)
  • Author(s): 中村 和浩
  • Journal Title: まぐね 1・2 Pages: 59-64
  • NAID: 10017965677
• [Journal Article] 高偏極MRIの現状と将来性 (2005)
  • Author(s): 中村 和浩
  • Journal Title: 分子脳血管病 4 Pages: 277-284
• [Journal Article] Hyperpolarized 129Xe spectra from rat and human heads (2005)
  • Author(s): Kazuhiro Nakamura
  • Journal Title: Proceedings of 6^<th> APCMBE 6 Pages: 46-46
• [Journal Article] Hyperpolarized 129Xe spectra from human head after modulating CBF (2005)
  • Author(s): Kazuhiro Nakamura
  • Journal Title: Proceedings of 13^<th> ISMRM 13 Pages: 1145-1145
• [Journal Article] Relative CBF estimation from the kinetics of hyperpolarized Xe-129 NMR spectroscopy (2005)
  • Author(s): Kazuhiro Nakamura
  • Journal Title: Proceedings of Brain05 & BrainPET05 22 Pages: 360-360
• [Journal Article] Neural activated signal detected with hyperpolarized 129Xe NMR during visual stimulation (2005)
  • Author(s): Kazuhiro Nakamura
  • Journal Title: 2005 Abstract of Society for Neuroscience 35
• [Presentation] アルカリ金属蒸気を用いた高感度磁気センサーの検討 (2007)
  • Author(s): 中村 和浩
  • Organizer: 第41回 日本生体医工学会 東北支部大会
  • Place of Presentation: 秋田大学
  • Year and Date: 2007-12-01
• [Presentation] ラット脳における高偏極キセノン縦緩和時間推定に与える肺動態の影響 (2007)
  • Author(s): 中村 和浩
  • Organizer: 第46回 NMR討論会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2007-09-11
• [Patent(Industrial Property Rights)] 測定信号処理装置、核磁気共鳴装置及び核磁気イメージング装置 (2005)
  • Inventor(s): 中村 和浩
  • Industrial Property Rights Holder: 科学技術振興機構
  • Industrial Property Number: 2005-125379
  • Filing Date: 2005-04-22