スピンラベル法による新たな脳機能画像のためのシーケンス改良とその解析モデルの開発

• 研究課題/領域番号: 21K07616
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分52040:放射線科学関連
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 木村 浩彦 福井大学, 学術研究院医学系部門, 名誉教授 (10242596)
• 研究分担者: 石田 翔太 京都医療科学大学, 医療科学部, 助教 (50817559) ; 藤原 康博 熊本大学, 大学院生命科学研究部(保), 教授 (90422675) ; 松田 祐貴 福井大学, 学術研究院医学系部門(附属病院部), 放射線技師 (40896841) ; 竹内 香代 福井大学, 学術研究院医学系部門, 助教 (90750836)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: Arterial spin labeling / MRI / Brain perfusion / CBF / CBV / Transit time / Arterial Spin Labeling / Brain perfusion / Transit Time / arterial spin labeling / Cerebral blood flow / Cerebral blood volume / Brain

研究開始時の研究の概要

スピンラベル（ASL）法は、非侵襲的に脳血流を計測できるMRI撮像手法として臨床に導入されたものである。限られた収集データやAIによる画像改善の手法を用いるなどのMRI撮像シーケンスの最先端技術を積極的に取り入れることで、弱点であったS/N比を改善しスピンの通過のダイナミックな撮像が可能とする。　これまで十分でなかった信号モデルの解析を可能とすることすることで、微小血管内のスピンの容量、通過速度や時間などの新たな脳機能画像を開発し、ASLによる脳循環代謝評価、脳腫瘍の特性化など臨床応用可能な手法として開発し臨床への展開を促進するための研究である。

研究成果の概要

DANTE法とASL血流画像法を組み合わせ、ASL-CBFと動脈側の血管容量（aCBV）を計算するMR画像法と信号解析モデルが提案できた（S. Ishida, H. Kimura, N. Takei, Y. et al. MRM）。このモデルを用いASL-TTT、CBFが、moyamoya病や慢性閉塞性脳動脈患者での脳循環代謝の評価に利用できることを確認報告できた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

脳循環代謝、血管反応性を計るには、これまでPETやSPECT検査で、放射性薬剤の投与や血管拡張薬剤を使用する必要があった。MRI撮像法の一つである、スピンラベル（ASL）法は、特に中枢神経系の機能画像診断で利用されつつある。今回の結果より、ASL-TTT, CBFのパラメタを利用することで、完全に非侵襲的に脳循環代謝の評価が可能となれば、その社会的意義は大きい。

研究成果

• [雑誌論文] Current state and guidance on arterial spin labeling perfusion MRI in clinical neuroimaging (2023)
  • 著者名/発表者名: Lindner T, Bolar DS, Achten E, Barkhof F, Bastos-Leite AJ, Detre JA, Golay X, Gunther M, Wang DJJ, Haller S, Ingala S, Jager HR, Jahng GH, Juttukonda MR, Keil VC, Kimura H, Ho ML, Lequin M, Lou X, Petr J, Pinter N, Pizzini FB, Smits M, Sokolska M, Zaharchuk G, Mutsaerts HJMM
  • 雑誌名: Magnetic Resonance in Medicine 巻: 89 号: 5 ページ: 2024-2047
  • DOI: 10.1002/mrm.29572
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Utility of Arterial Transit Time Measurement for Evaluating the Hemodynamic Perfusion State of Patients with Chronic Cerebrovascular Stenosis or Occlusive Disease: Correlative Study between MR Imaging and ¹⁵O-labeled H₂O Positron Emission Tomography (2023)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi Kayo、Isozaki Makoto、Higashino Yoshifumi、Kosaka Nobuyuki、Kikuta Ken-ichiro、Ishida Shota、Kanamoto Masayuki、Takei Naoyuki、Okazawa Hidehiko、Kimura Hirohiko
  • 雑誌名: Magnetic Resonance in Medical Sciences 巻: 22 号: 3 ページ: 289-300
  • DOI: 10.2463/mrms.mp.2020-0123
  • ISSN: 1347-3182, 1880-2206
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Assessment of Arterial Transit Time and Cerebrovascular Reactivity in Moyamoya Disease by Simultaneous PET/MRI (2023)
  • 著者名/発表者名: Takata Kenji、Kimura Hirohiko、Ishida Shota、Isozaki Makoto、Higashino Yoshifumi、Kikuta Ken-Ichiro、Okazawa Hidehiko、Tsujikawa Tetsuya
  • 雑誌名: Diagnostics 巻: 13 号: 4 ページ: 756-756
  • DOI: 10.3390/diagnostics13040756
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Prediction of Occurrence of Cerebral Infarction After Successful Mechanical Thrombectomy for Ischemic Stroke in the Anterior Circulation by Arterial Spin Labeling (2023)
  • 著者名/発表者名: Kidoguchi Masamune、Akazawa Ayumi、Komori Osamu、Isozaki Makoto、Higashino Yoshifumi、Kawajiri Satoshi、Yamada Shinsuke、Kodera Toshiaki、Arishima Hidetaka、Tsujikawa Tetsuya、Kimura Hirohiko、Kikuta Kenichiro
  • 雑誌名: Clinical Neuroradiology 巻: 33 号: 4 ページ: 965-971
  • DOI: 10.1007/s00062-023-01295-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic resonance imaging arterial spin labeling hypoperfusion with diffusion-weighted image hyperintensity is useful for diagnostic imaging of Creutzfeldt-Jakob disease. (2023)
  • 著者名/発表者名: Kitazaki Y, Ikawa M, Hamano T, Sasaki H, Yamaguchi T, Enomoto S, Shirafuji N, Hayashi K, Yamamura O, Tsujikawa T, Okazawa H, Kimura H, Nakamoto Y.
  • 雑誌名: Front Neurol 巻: 14 ページ: 1242615-1242615
  • DOI: 10.3389/fneur.2023.1242615
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of the Training Data Condition on Arterial Spin Labeling Parameter Estimation Using a Simulation-Based Supervised Deep Neural Network (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishida Shota、Isozaki Makoto、Fujiwara Yasuhiro、Takei Naoyuki、Kanamoto Masayuki、Kimura Hirohiko、Tsujikawa Tetsuya
  • 雑誌名: Journal of Computer Assisted Tomography 巻: - 号: 3 ページ: 459-471
  • DOI: 10.1097/rct.0000000000001566
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atlas-based relaxometry and subsegment analysis of the substantia nigra pars compacta using quantitative MRI: a healthy volunteer study (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Yasuhiro、Ishida Shota、Matta Yuki、Kanamoto Masayuki、Kimura Hirohiko
  • 雑誌名: The British Journal of Radiology 巻: 95 号: 1135 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1259/bjr.20210572
  • 査読あり
• [雑誌論文] Arterial spin labeling (ASL) 灌流画像の原理と脳卒中画像への臨床応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木村浩彦、石田翔太
  • 雑誌名: 日本臨牀 巻: 80 ページ: 455-460
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of amide proton transfer imaging with perfusion imaging of using arterial spin-labeling for evidence of tumor invasion in glioblastoma (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi Takahiro、Kitai Ryuhei、Kodera Toshiaki、Arishima Hidetaka、Matsuda Ken、Isozaki Makoto、Ishida Shota、Matta Yuki、Kanamoto Masayuki、Kimura Hirohiko、Kikuta Ken-ichiro
  • 雑誌名: Interdisciplinary Neurosurgery 巻: 28 ページ: 101461-101461
  • DOI: 10.1016/j.inat.2021.101461
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Estimation of cerebral blood flow and arterial transit time from multi-delay arterial spin labeling using a simulation-based supervised deep neural network (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishida Shota、Isozaki Makoto、Fujiwara Yasuhiro、Takei Naoyuki、Kanamoto Masayuki、Kimura Hirohiko、Tsujikawa Tetsuya
  • 雑誌名: Journal of Magnetic Resonance Imaging 巻: 57 号: 5 ページ: 1477-1489
  • DOI: 10.1002/jmri.28433
  • 査読あり
• [雑誌論文] Separating spin compartments in arterial spin labeling using delays alternating with nutation for tailored excitation (DANTE) pulse: A validation study using T ₂ ‐relaxometry and application to arterial cerebral blood volume imaging (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishida Shota、Kimura Hirohiko、Takei Naoyuki、Fujiwara Yasuhiro、Matsuda Tsuyoshi、Kanamoto Masayuki、Matta Yuki、Kosaka Nobuyuki、Kidoya Eiji
  • 雑誌名: Magnetic Resonance in Medicine 巻: 87 号: 3 ページ: 1329-1345
  • DOI: 10.1002/mrm.29052
  • 査読あり
• [学会発表] The validation of ASL-aCBV measured by Hadamard encoded ASL imaging evaluating moyamoya disease correlative study with 15O-H2O PET-aCBV (2023)
  • 著者名/発表者名: Hirohiko Kimura, Makoto Isozaki, Shota Ishida, Naoyuki Takei, Yasuhiro Fujiwara, Yuki Matta, HIdehikko Okazawa, and Tetsuya Tsujikawa
  • 学会等名: ISMRM Annual Meeting & Exhibition 03-08 June 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Multiparameter estimation from DANTE prepared multi delay ASL using artificial neural network (2023)
  • 著者名/発表者名: Shota Ishida, Yasuhiro Fujiwara, Naoyuki Takei, Yuki Matta, Masayuki Kanamoto, Hirohiko Kimura and Tetsuya Tsujikawa
  • 学会等名: ISMRM Annual Meeting & Exhibition 03-08 June 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Reproducibility of arterial CBV imaging using DANTE-ASL (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuki Matta, Shota Ishida, Masayuki Kanamoto, Toshiki Tateishi, Hirohiko Kimura, Tetsuya Tsujikawa
  • 学会等名: 第51回日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] Effects of vascular territories on efficiency of DANTE preparation pulse for ASL (2022)
  • 著者名/発表者名: Shota Ishida, Hirohiko Kimura, Naoyuki Takei, Yasuhiro Fujiwara, Tsuyoshi Matsuda, Nobuyuki Kosaka
  • 学会等名: Joint Annual Meeting ISMRM-ESMRMB & ISMRT 31st Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-delay ASL と Multi-parametric ASL (2022)
  • 著者名/発表者名: 石田翔太
  • 学会等名: 第33回臨床MR脳機能研究会
• [学会発表] どこが違う：MR-ASL血流画像とH215O-PET血流画像 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木村浩彦
  • 学会等名: 第33回臨床MR脳機能研究会
• [学会発表] 膠芽腫の治療経過においてAPT imagingをどう用いるべきか (2022)
  • 著者名/発表者名: 山内貴寛, 萩原崚太, 月輪悠, 梅田秀人, 芝池由規, 木戸口正宗, 川尻智士, 山田真輔, 磯崎誠, 有島英孝, 小寺俊昭, 菊田健一郎, 木村浩彦
  • 学会等名: 日本脳神経外科学会 第81回学術総会
• [学会発表] Verifying the effect of DANTE preparation pulse for separating spin-compartments in arterial spin labeling using T2-measurement (2021)
  • 著者名/発表者名: S.Ishida, H.Kimura, N.Takei, Y.Fujiwara, T.Matsuda, Y.Matta, M.Kanamoto, N.Kosaka, E.Kidoya
  • 学会等名: 2021 ISMRM & SMRT Annual Meeting & Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] ASLによる脳血流評価の最適化：脳卒中と認知症予防のスクリーニングとしての脳血流評価をめざして (2021)
  • 著者名/発表者名: 木村 浩彦
  • 学会等名: 第30回日本脳ドッグ学会総会の共催シンポジウム
  • 招待講演
• [図書] 最新臨床脳卒中学(第2 版)上―最新の診断と治療― (2022)
  • 著者名/発表者名: 分担：木村浩彦 石田翔太
  • 出版者: 日本臨牀