Magnetic Resonance Imaging of Dopamine Using Chemical Exchange Saturation Transfer

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H03515
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 今井 宏彦 京都大学, 情報学研究科, 助教 (40506466)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 磁気共鳴イメージング / 核磁気共鳴 / 分子イメージング / 化学交換飽和移動 / ドパミン

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、観察対象の分子とその周囲の水分子との間で生じる交換性プロトンの化学交換現象を利用するCEST MRIを基本手法として、MRIによるドパミンイメージングの実現を目指している。ドパミン量の低下あるいは増加が想定されるドパミン関連疾患への適用を念頭におく本研究では、単に対象分子の空間分布を示す定性的な画像の取得だけでは無く、その濃度や交換速度の評価が可能な定量画像の取得が重要であるため、昨年度に引き続き、その手法の開発について重点的に取り組んだ。
ドパミンは、その分子構造内に交換性プロトンとしてヒドロキシ基プロトンとアミノ基プロトンの2種類を有するため、これらを個別に定量評価することが必要となる。そこで本年度はCEST MRIにおいて複数種の交換性プロトンに由来するCEST信号から各成分を分離した定量画像を取得する手法を提案した。CEST現象を表現する理論式に基づいた計算機シミュレーションおよび水溶液ファントムによる実測データを用いて、提案手法の特性を検討した。CEST MRIにより得られるCESTスペクトルは、撮影条件に依存してその形状が変化するため、撮影条件を変化させたシミュレーション実験および計測実験を行い、定量評価に対する影響を調べたところ、撮影条件によってはシミュレーション実験と計測実験との間で解離が見られ、定量値の推定ができない撮影条件の存在を確認した。
一方で、CEST MRIは計測時間が長いという課題があるが、定量画像の取得においてはさらに時間を要する。そのため、生体計測の実現にはその計測時間の短縮が必須である。本年度、新たにこの課題の解決を目指した撮影手法とその解析手法を提案し、シミュレーション実験および水溶液ファントムによる撮影実験を行い、その基本特性について知見を得た。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究実績の概要に述べたように、複数種の交換性プロトンに対する定量画像撮影法の開発において、シミュレーション結果とMRI計測実験結果との乖離が見られる撮影条件が存在することが確認されたが、その原因の特定には至っていないため、研究の進捗がやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、シミュレーション結果と計測実験結果との乖離の原因を追及する。CEST MRIの理論およびMRI計測の両方の側面から、乖離を生じさせる可能性を洗い出し、解決を目指す。一方で、定量画像撮影の高速化に関しては、本年度に得た基本特性に関する知見を基に、定量値の推定精度の評価を進める。