超偏極希ガスのMRI/MRSによる新規肺機能診断法の開発に関する研究

• Project/Area Number: 17689037
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Radiation science
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 木村 敦臣 Osaka University, 医学系研究科, 准教授 (70303972)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000); Fiscal Year 2007: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2006: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2005: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
• Keywords: 超偏極希ガス / MRI / 換気 / 拡散 / 局所肺機能 / 肺機能診断法 / MRS / 肺機能 / 連続フロー型 / 超偏極希ガス製造装置

Research Abstract

本研究では、感度不足というMRI及びMRSに固有の問題を乗り越えるべく、連続フロー型超偏極希ガス製造装置を開発し、飛躍的に感度の増強された^129XeのMR信号の連続観測を可能とした。感度向上ついては、平成19年度に「低圧(0.1気圧)条件下で偏極操作を行うことにより、偏極率即ち信号強度が4倍程度も向上する」という興味深い結果を得た。即ち、偏極率として約20%、信号強度として約2万倍の感度増強を達成した。この連続フロー式製造時におけるフロー量は、約100ml分、即ち約6l/時間まで可能とした。本装置を使用してマグネット内のマウスに定常的に超偏極希ガスを供給することにより、肺におけるMRIにて、肺胞内に存在するガスに由来する信号を飛躍的に高効率に確認することが可能となった。さらに、最適化したMRI撮影法を組み合わせることにより、マウス肺画像をサブミリ秒(0.1秒)で取得することに成功した。この成果を元に、世界で初めて自発呼吸下での呼吸時相同期撮像に成功し、最大吸気位および最大呼気位のMRI画像から換気・拡散に関する機能パラメータをマッピングすることができた。この機能画像は、換気量および換気率、ガス交換効率を可視化するものであり、これらの画像から、肺の局所機能変化を定量化することを可能とした。本手法を健常マウスのみならず、肺気腫モデルマウスについても適用し、病態が惹起する局所肺機能変化を明瞭かつ定量的に可視化することに成功し、本手法が新たな肺機能診断法となり得ることを示唆した。

Research Products

• [Journal Article] Hyperpolarized ^129Xe MRI of the Mouse Lung at a Low Xenon Concentration Using a Continuous Flow-Type Hyperpolarizing System. (2008)
  • Author(s): Wakayama Tetsuya
  • Journal Title: J Magn Reson Imag 27 Pages: 777-784
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hyperpolarized ^129Xe Phase Selective Imaging of Mouse Lung at 9.4T Using a Continuous Flow-Type Hyperpolarizing System. (2008)
  • Author(s): Wakayama Tetsuya
  • Journal Title: Magn Reson Med Sci. 7 Pages: 65-72
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Reduced Pressure on the Polarization of ^129Xe in the Production of Hyperpolarized ^129Xe Gas : Development of a Simple Continuous Flow Mode Hyperpolarizing System Working at Pressures as Low as 0.15 atm (2008)
  • Author(s): Imai Hirohiko
  • Journal Title: Concepts in Magnetic Resonance Part B 33 Pages: 192-200
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ^3He T_1 in Mouse Lung Estimated from Washout Curve Analysis Under Spontaneous Respiration. Use of SF_6 Gas at Thermal Equilibrium to Evaluate Respiratory Term (2006)
  • Author(s): Hideaki Fujiwara
  • Journal Title: Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 14 Pages: 2548-2548
• [Journal Article] Simultaneous Observation of Lungs and Brain to enhance Versatility of ^<129>Xe Washout Curve Analysis in Mouse Brain (2006)
  • Author(s): Hideaki Fujiwara
  • Journal Title: Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 14 Pages: 593-593
• [Journal Article] MR Imaging of Mouse Lung Using Hyperpolarized ^3He : Image Acquisition and T_1, Estimation under Spontaneous Respiration (2006)
  • Author(s): Hirohiko Imai
  • Journal Title: Magn. Reson. Med. Sci. 5 Pages: 57-64
• [Journal Article] Analysis of Hyperpolarized ^<129>Xe Dynamics in Mouse Lungs under Spontaneous Respiration of Lung Functional Parameters and Relaxation Time (2006)
  • Author(s): Michiko Narazaki
  • Journal Title: Magn. Reson. Med. Sci. 5 Pages: 119-128
• [Journal Article] Improvement of T_1 Determination of Hyperpolarized ^<129>Xe in Mouse Brain under Controlled-Flow (2004)
  • Author(s): A.Kimura
  • Journal Title: Magn.Reson.Med.Sci 3 Pages: 199-205
  • NAID: 10014455584