高磁場MRIを用いた超高感度リアルタイムMRSプローブ

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01841
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 松永 忠雄 東北大学, 医工学研究科, 特任准教授 (00396540)
• 研究分担者: 吉岡 芳親 大阪大学, 先導的学際研究機構, 教授 (00174897) ; 芳賀 洋一 東北大学, 医工学研究科, 教授 (00282096) ; 藤原 俊朗 岩手医科大学, 医学部, 助教 (60405842) ; 鶴岡 典子 東北大学, 工学研究科, 助教 (70757632)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: MRSプローブ / 非平面微細加工技術 / 高磁場MRI

研究実績の概要

核磁気共鳴イメージング（以後、MRIと称す）を用いることで、非侵襲でヒトや実験動物の生体機能や代謝など多様な情報を得ることが原理上可能になる。生体管腔内局所において組織レベルから細胞レベルに至るバイオイメージングを行うためには高磁場MRIと、高い信号雑音比と磁場不均一に強い受信コイルが必要となる。本研究では、独自に開発した非平面微細加工技術を応用することで、直径2mm以下のカテーテル形状に実装された高磁場MRI(11.7Tesla/500MHz)で使用可能な細径で高分解能な体腔内MRSプローブを開発する。
当該年度は、高周波用MRI用コイル作製のための装置開発、およびコイルと受信回路を含む体腔内MRSプローブの細径パッケージングに関して検討した。
従来の1.5 Tコイルでは自己共振周波数が低い。自己共振を高く保ち検出感度を向上するため多ループ化を多層配線により実現し、コイルピッチ、配線幅や厚さ、コイル形状などを高精細化する必要があるため高精細円筒露光装置を新たに開発した。円筒露光装置は紫外光をスポット照射する光学系と精密ステージで構成される。照射サイズを2umまで細径化できる光学系と、複雑なコイルパターン形状や多層コイルのパターニングを容易にする精密ステージのソフトウェアを新たに作成し、それらの動作を確認し、高精細なMRSコイルを試作出来ることを示唆できた。
また、生体内へ挿入されるMRSプローブには、生体内で周波数調整とインピーダンス整合（50 Ω）を行う必要があり、可変コンデンサを用いる。加えて可変機能を備えた受信回路も含め直径2 mm以下に細径化する必要がある。当該年度は小型可変コンデンサの選定検討を行った。市販のモノとは別に半導体微細加工技術により試作したMR対応可変コンデンサについても検討した。耐圧の問題から、市販の可変コンデンサを追加工することで小型化を目指す。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当該年では高精細な受信コイルを直径2mm以下のチューブ表面に作製するための装置を立ち上げており、コイル設計（配線幅、多層化、形状）の自由度向上により、次年度以降で設計するコイル作製を容易にできた。これらの要素技術は今後得られるコイル形状に関して多くの実験的検討を可能にした。

今後の研究の推進方策

次年度の研究推進方策として、前年度までに実施した検討、および実験により得られた成果を踏まえ、コイル設計と試作を継続する。加えて、細径化するための要素技術として、体腔内MRSプローブを一括作製するための要素技術についても検討しつつ細径化MRSプローブの試作を進める。進捗次第では、摘出組織を用いた高磁場MRI/MRSを試み、リアルタイムMRSの可能性について検討する。

研究成果

• [雑誌論文] The ATP Transporter VNUT Mediates Induction of Dectin-1-Triggered Candida Nociception (2018)
  • 著者名/発表者名: Maruyama K, Takayama Y, Sugisawa E, Yamanoi Y, Yokawa T, Kondo T, Ishibashi K, Sahoo BR, Takemura N, Mori Y, Kanemaru H, Kumagai Y, Martino MM, Yoshioka Y, Nishijo H, Tanaka H, Sasaki A, Ohno N, Iwakura Y, Moriyama Y, Nomura M, Akira S, Tominaga M.
  • 雑誌名: iScience 巻: 6 ページ: 306-318
  • DOI: 10.1016/j.isci.2018.08.007
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inflammatory projections after focal brain injury trigger neuronal network disruption: An 18F-DPA714 PET study in mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Hosomi S, Watabe T, Mori Y, Koyama Y, Adachi S, Hoshi N, Ohnishi M, Ogura H, Yoshioka Y, Hatazawa J, Yamashita T, Shimazu T.
  • 雑誌名: Clinical 巻: 20 ページ: 946-954
  • DOI: 10.1016/j.nicl.2018.09.031
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 超高磁場MRIと磁性粒子を用いた細胞可視化と細胞トラッキング (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉岡芳親, 小林竜馬, 圓見純一郎, 木下学
  • 雑誌名: まぐね= Magnetics Japan 巻: 106 ページ: 181-186
• [雑誌論文] A new manometry device for evaluating the sphincter of Oddi using a fiber-optic pressure sensor (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hanzawa, Tadao Matsunaga, Tomoyuki Koike, Atsushi Kanno, Atsushi Masamune, Katsunori Iijima, Tooru Shimosegawa and Yoichi Haga
  • 雑誌名: Minimally Invasive Therapy & Allied Technologies 巻: 27 ページ: 226-232
  • 査読あり
• [学会発表] Assessment of cerebral ischemic changes in rats using different diffusion-weighted signal models for intravoxel incoherent motion analysis at 11.7T (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara S, Mori Y, de la Mora DM, Yoshida K, Ogasawara K, Yoshioka Y.
  • 学会等名: The 32nd International Congress and Exhibition on Computer Assisted Radiology (CAR)
  • 国際学会
• [学会発表] 生殖発生毒性試験における磁気共鳴画像診断（MRI）によるラット胎児の内臓検査能力の向上と課題 (2018)
  • 著者名/発表者名: 坂井祐子, 青木嘉信, 藤原道夫, 藤川昭彦, 圓見純一郎, 吉岡芳親.
  • 学会等名: 第45回日本毒性学会学術年会
• [学会発表] In-vivo Creatine Chemical Exchange Saturation transfer (CrCEST) Imaging in a Mouse Model of Hindlimb Ischemia at 11.7 T-MRI (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Y, Saito S, Kioka H, Takashima S, Sakata Y, Yoshioka Y.
  • 学会等名: 第３回 国際磁気共鳴医学会日本支部学術集会
• [学会発表] Prediction of outcome in bilateral common carotid artery occlusion rats by intravoxel incoherent motion analysis at 11.7 Tesla. (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara S, Mori Y, de la Mora DM, Ogasawara K, Yoshioka Y.
  • 学会等名: European Stroke Conference 2018
  • 国際学会