2018 Fiscal Year Research-status Report
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18K07701
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
山本 徹 北海道大学, 保健科学研究院, 教授 (80261361)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黄田 育宏 国立研究開発法人情報通信研究機構, 脳情報通信融合研究センター脳機能解析研究室, 主任研究員 (60374716)
唐 明輝 北海道大学, 保健科学研究院, 助教 (80794156)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | MRI / oxygen / paramagnetism / relaxation |
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| Outline of Annual Research Achievements |
常磁性分子はMRI信号の緩和時間を短縮させることでMRI信号強度を変える（常磁性MRI造影剤の原理）。酸素分子も常磁性であるが、水溶液中の溶存濃度は低く、酸素分子の存在によるMRI信号強度変化は、通常の撮像では無視できるとされてきた（Berman AJL, Magn Reson Med, 2016）。一方、細胞内のような高粘性状態では、酸素分子による効果の増強が予想される。そこで、細胞内粘度を模擬したグリセロール水溶液（91%(w/w)）を対象に、3T MRI装置にて1H－MRスペクトロスコピーを用い、水分子からの信号の横緩和時間の酸素濃度依存性を精密に測定した。このとき、酸素ガスのバブリング時間により酸素濃度を制御したグリセロール水溶液をMRI測定用サンプル管に封入し、一連の実験は恒温装置を用い37℃に保ち実施した。その結果、酸素分子による横緩和時間短縮効果がグリセロール水溶液（粘度：75 cP）では、生理食塩水（1 cP）の約200倍に増強されることが判明した。また、縦緩和時間も酸素分子により短縮するので、横緩和時間短縮による信号減衰効果と縦緩和時間短縮による信号増強効果が拮抗し、酸素分子によるMRI信号変化が現れない特異的撮像パラメータ（繰り返し時間（TR）,エコー時間（TE））の組み合わせが存在する。このことを定式化し、実験により実証した。なお、その組み合わせは、TRが減少するに従い、酸素分子によるMRI信号変化が現れない特異的TEが約40 msに漸近的に増加し、理論的予想と矛盾のない傾向が確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の主な計画は下記の３項目である。
I. 高粘性状態で酸素分子がMRI信号に与える影響（緩和効果）の検証
II. MRI信号の酸素濃度依存性の研究
III. 神経細胞からの信号を直接捉えるfMRI法の開発
今年度は、ファントム実験によるIおよびIIの項目の遂行を予定し、人を対象とするⅢに取り組みたいと考えていた。Ⅲについてはファントムを用いた予備実験に留まったが、IおよびIIの項目は達成できたので、おおむね順調に遂行しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、今年度の成果の学会発表および論文公表を行う。さらに、人を対象として「神経細胞からの信号を直接捉えるfMRI法の開発」に取り組むが、予備実験によりアーチファクトの発生が認められており、その対策が鍵となる。そのために、使用するMRI装置の撮像法開発ツールの研修を受けた研究分担者により新たな撮像法開発を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
今年度は、研究が大きく進展した場合に予定していた人を対象とするMRI実験までには至らなかったので、そのために確保していたMRI使用料と被験者への謝金を次年度に繰り越した。
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