超偏極キセノンによる脳機能イメージング法の開発

2006 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 17390340
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 放射線科学
• 研究機関: 秋田県立脳血管研究センター(研究局)
• 研究代表者: 近藤 靖 秋田県立脳血管研究センター(研究局), 神経内科学研究部, 主任研究員 (70360360)
• 研究分担者: 菅野 巌 秋田県立脳血管研究センター(研究局), 研究局, 副研究局長 (10360356) ; 茨木 正信 秋田県立脳血管研究センター(研究局), 放射線医学研究部, 研究員 (40360359) ; 水沢 重則 秋田県立脳血管研究センター(研究局), 内科学研究部, 研究員 (80360361) ; 角 弘論 秋田県立脳血管研究センター(研究局), 放射線医学研究部, 研究員 (10334830) ; 中村 和浩 秋田県立脳血管研究センター(研究局), 放射線医学研究部, 研究員 (10312638)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2006
• キーワード: 核磁気共鳴 / 超偏極キセノン / 組織縦緩和時間 / 脳血流 / MRI

研究概要

超偏極129Xeの持っている脳機能イメージングとしての能力を実証するため、脳組織縦緩和時間(T1)の推定を試みた。キセノン信号減衰特性には脳血流量と縦緩和時間の双方の寄与が含まれる。T1を推定するためには血流量を精度よく推定しなければならない。そこで、炭酸ガスをラットに直接吸入させることで血液中の炭酸ガス分圧を制御することにした。炭酸ガス負荷時における血中の炭酸ガス分圧は脳血流量とよい比例関係にあることが知られており、信号減衰特性から精度よく脳血流量の影響を分離することが可能であった。時間間隔を変化させ取得した2回の核磁気共鳴信号の対数比(log(S2/S1))はフリップ角を反映した定数K、血中炭酸ガス分圧(PaCO2)と脳血流量の間の比例定数α、組織縦緩和時間(T1)との間に、log(S2/S1)=K-TR/T1+TR×α×PaCO2の関係がある。この関係式を利用し、PaCO_2とlog(S2/S1)に基づきブートストラップ法を適用し推定した組織縦緩和時間はそれぞれのラットで14秒から25秒であり、その平均値は18.3秒であった。
次に、ヒトからのキセノン信号を収集し視覚刺激による脳賦活測定を試みた。1.5TMRI装置を用いて脳を5×5に分割した領域から超偏極キセノンのCSI画像を取得した。視覚野を賦活する手段としてスクリーンに投射された白黒反転の繰り返し画像(8Hz)を利用した。特徴的な2つのピーク高について視覚賦活時と安静時の比を求めたところ、195ppm付近の主ピークで1.37±0.23倍であり、192ppm付近の副ピークで1.26±0.23倍であった。主ピーク、副ピークがそれぞれ灰白質、白質由来だと考えると、これらの結果は脳血流量が全体的に増加していることを示している。空間分解能は不十分であるが、新しい脳賦活測定手法が実証できたことになる。

研究成果

• [雑誌論文] Confirming the existence of five peaks in 129Xe rat head spectra (2007)
  • 著者名/発表者名: Jeff Kershaw
  • 雑誌名: Magnetic Resonance in Medicine 57 ページ: 791-797
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Field inhomogeneity may substantially affect hyperpolarised 129Xe rat head spectra (2006)
  • 著者名/発表者名: Jeff Kershaw
  • 雑誌名: Proceedings of 14^<th> ISMRM 14 ページ: 2544
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 核磁気共鳴画像診断のためのトレーサ開発の現状 (2006)
  • 著者名/発表者名: 中村 和浩
  • 雑誌名: まぐね 1・2 ページ: 59-64
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 偏極キセノンポンピングセル加熱方法の検討 (2006)
  • 著者名/発表者名: 中村 和浩
  • 雑誌名: 45^<th> annual meeting of NMR Soc. Jpn. Abs. 45 ページ: 438-441
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Field inhomogeneity may substantially affect hyperpolarized 129Xe rat head spectra. (2006)
  • 著者名/発表者名: Jeff Kershaw
  • 雑誌名: Proc.14th ISMRM 14 ページ: 2544
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Recent advances in the tracer for clinical magnetic resonance imaging. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Nakamura
  • 雑誌名: Magnetics Japan 1 ページ: 59-64
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] An effective method for heating hyperpolarized Xenon pumping cell. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Nakamura
  • 雑誌名: 45^<th> annual meeting of NMR Soc.Jpn.Abs. 45 ページ: 438-441
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A protocol for measuring the decay time of hyperpolarized 129Xe in rat head without estimation of RF flip angles. (2005)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Wakai
  • 雑誌名: Magnetic Resonance in Medical Sciences 4 ページ: 19-25
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Further investigations of hyperpolarized 129Xe rat head spectra (2005)
  • 著者名/発表者名: Jeff Kershaw
  • 雑誌名: Proceedings of 13^<th> ISMRM 13 ページ: 1831
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Neural Activation in human brain detected with hyperpolarized 129Xe and MRI (2005)
  • 著者名/発表者名: Kondoh Yasushi
  • 雑誌名: Proceedings of Brain 05 ＆ BrainPET 05 22 ページ: 458
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] System for storing hyperpolarized 129Xe gas during production in a 4.7 T magnetic field (2005)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Wakai
  • 雑誌名: 1^<st> Asia-Pacific NMR Symposium Abstracts 1 ページ: 256
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Further investigations of hyperpolarized 129Xe rat head spectra. (2005)
  • 著者名/発表者名: Jeff Kershaw
  • 雑誌名: Proc.13^<th> ISMRM 13 ページ: 1831
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Neural activation in human brain detected with hyperpolarized 129Xe and MRI (2005)
  • 著者名/発表者名: Kondoh Yasushi
  • 雑誌名: Proc Brain05 ＆ BrainPET 05 22 ページ: 458
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] System for storing hyperpolarized 129Xe gas during production in a 4.7 T magnetic field (2005)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Wakai
  • 雑誌名: 1st Asia-Pacific NMR symposium Abstracts 1 ページ: 256
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より