KIMURA, Hirohiko

木村, 浩彦

University of Fukui Repository

 
様式 C-19 
科学研究費補助金研究成果報告書 
 
平成２２年  ４月  ３０日現在 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
研究成果の概要（和文）：Continuous ASL 法の中核となるラベル法の問題点を解決し、その
S/Nと信頼性の向上を3TMRI上にて得ることができた。 慢性閉塞性脳血管患者を対象として、
PET による脳血流値とピクセル毎に比較することで、その定量性の観点から本手法の妥当性を
証明した。 
 
研究成果の概要（英文）：The current version of 3D FSE ASL sequence has successfully 
demonstrated the feasibility of Continuous ASL-perfusion imaging with ATT 
compensation in chronic cerebrovascular disease on 3T MRI. The correlation between 
the values of CASL-CBF and PET-CBF was significant on the pixel by pixel basis 
comparison. 
 
交付決定額 
                               （金額単位：円） 
 直接経費 間接経費 合 計 
２００６年度 2,200,000 0 2,200,000 
２００７年度 500,000 150,000 650,000 
２００８年度 500,000 150,000 650,000 
２００９年度 400,000 120,000 520,000 
  年度  
総 計 3,600,000 420,000 4,020,000 
 
 
研究分野：放射線医学 
科研費の分科・細目：内科系臨床医学・放射線医学 
キーワード：(1)MR  (2) Perfusion  (3)MRS  (4)CASL  (5)脳血管障害 
 
１． 研究開始当初の背景 
(1) ASL 課題:  Arterial spin labeling 
(ASL) は、MR による血流計測の一手法であ
り臨床機にも導入されている。造影剤を用い
なくても潅流画像を得ることができ、完全に
非侵襲的手法で臨床応用が期待されていた
が、その安定性、血流値の定量性、スピン到
達時間の問題、S/N の低さ、信頼性の点で問
題があり、広く臨床応用には至っておらず、
ラベル手法の確立とその定量性の妥当性の
証明が求められていた。 
 
(2) MRS 課題： MRS にて MRS の対象と
なる脳代謝産物は、比較的濃度の高い NAA、
Cr、Cho が主となっていた。脳神経伝達物質、
特に Glu、Gln、GABA を定量的に MRS に
より評価する方法を確立する。定量性を明ら
かとするために、特に背景の脳組織の組成を
研究種目：基盤研究（Ｃ） 
研究期間：2006～2009 
課題番号：１８５９１３３５ 
研究課題名（和文） 3T 高磁場 MR 撮像装置による非侵襲的血流代謝機能画像の開発および臨
床研究 
                     
研究課題名（英文） The clinical research and development of non-invasive metabolic and 
perfusion imaging on 3T MR 
研究代表者 
木村 浩彦(KIMURA HIROHIKO) 
福井大学・医学部・教授 
研究者番号： １０２４２５９６ 
  
考慮したアプローチが求められていた。 
 
 
２．研究の目的 
(1) ASL 課題: ASL のラベル効果は、スピ
ンが観測面に到達する間に緩和する。これは、
時間とともにラベル効果が失われることを
意味し、極端な場合スピンが観測面に到達せ
ず血流が 0 と計算されてしまう。スピンの到
達時間を考慮した精度の良い定量的血流画
像の開発が求められている。慢性閉塞性脳血
管障害症例に ASL を適応するには、到達時
間を考慮した手法を開発し、ATT の補正をし
た CASL 法と PET による血流値の検証を目
的とした。 
 
(2) MRS 課題： 3T-MR にて、従来困難であ
った脳内神経伝達物質であるグルタミン酸
(Glu)、γ-アミノ酪酸（GABA）の評価が可能
となっている。しかし対象となる組織区分
（脳脊髄液、灰白質、白質の割合）が大きな
影響をもつものと考えられる。3T-MRS にて
Voxel 内の組織区分を加味した解析を可能と
し、GABA の正常人の年齢変化を明らかとす
ることを目的とした。 
 
 
３．研究の方法 
(1) ASL 課題:  3.0T MR 撮像装置（GE，
Signa HD）を用いた。基本のシーケンスは、
3DFSE で、TR/TE＝10/2.50(ms)、再構成の
画像 Matrix = 128x128x36、Nex=3、を基本
パラメタとし、頭蓋底部レベルに約 1.6 秒間
スピン反転パルス（pseudo continuous 法）
を加え、spiral FSE 収集をおこなった。組
織の T1 値の違いを補正するため、T1 マッ
プの作成も行った。血液のT1値を1700 ms、
Brain/Blood の分配係数を 0.9 と仮定し、コ
ンパートメントモデルを用い組織血液潅流
量 （ml/min/100g）を pixel 毎に計算し、
rCBF map を作成した（Kimura H, et. al. 
ICS, Vol.1265, 2004, Pp.238-247）。また、
transit time の計測をするため、ラベル後の
待ち時間を変化させた条件でも収集した。一
側の IC 閉塞／狭窄を持つ患者の全脳領域の
スライスにおいて rCBF マップを作成した。
位置合わせを行い MR 画像に一致させた
PET 画像のスライス面との間で rCBF 値を
pixel 単位で比較した。 
 
(2) MRS 課題： 正常被験者で、若年者
(N=12、年齢 24±2)と高齢者（N=9、年齢 63
±3）の 2 群を対象とした。SIGNA Excite 
3.0T で 、 MEGA-PRESS （ TR/TE=1500/          
61ms）を使用した。LCModel の定量濃度
（mmol/L）の推定値を用いた。組織区分は
Voxel 内に相当する 3D-SPGR の信号を
histogram 解析することで分離した。灰白質
を中心とする前部帯状回と若年者では放線
冠レベルの白質中心の VOI も検討した。 
 
 
４．研究成果 
(1) ASL 課題:  すべての断面で rCBF-MR
と rCBF-PET 値の相関は有意であった。到達
時間のマップ上にて、白質、後頭葉皮質の到
達時間の延長を確認できた。結論：さらなる
S/N の向上、ラベル効率の改善や、その他の
パラメタの影響など解決されなくてはなら
ない点はあるが、本法は MR による定量的血
流計測法として利用可能で、臨床応用可能と
考えられた。 
 
図１．左内頸動脈狭窄症例への pCASL の応
用例. 上段より ATT の補正(-)の ASL-CBF
画像、ATT 補正を行った ASL-CBF 画像、
PET-CBF 画像、ATT 画像である。左脳皮質
部のスピン到達時間が延長している。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図２． ASL-CBF と PET-CBF の 2D プロッ
ト.側脳室体部レベルでの比較である。ピクセ
ル毎の比較でも両者に良い相関が得られた。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(2) MRS 課題：１）若年者において、GABA
濃度： 前部帯状回 1.85±0.47、放線冠白質
1.23±0.17 となった（p<0.001）。組織区分は、
それぞれ灰白質の割合は 63±6%, 白質の割
合は 79±4%であった。２）若年者と高齢者
  
の比較で、GABA：前部帯状回で 1.85±0.47、
放線冠白質 1.3±0.4 となった（p<0.05）。 
VOI 内の灰白質の割合に有意差はなく、脳脊
髄液の割合はそれぞれ 10±3 %、19±3 %で、
これを加味した解析で、GABA 濃度に有意な
差は認めなかった。 結論：灰白質を中心と
する代謝物の正確な変化を言うには VOI 内
の組織区分の変化を加味した評価が必要と
考えられた。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図３. VOI 内の組織比率の評価： MRS の
信号を収集した VOI 内の pixel を T1 強調画
像の信号の histogram から、CSF（赤）、灰
白質（緑）に色分けしたもの。上記例では、
CSF が 16.4%、GM=65.5% となった。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図４. Note)ACI：anterior cingulate gyrus 
VOI, CR: corona radiata、a）若年グループ
での ACI と CR 領域での GABA 推定値の
比較、b）若年グループと高齢者グループで
の ACI 領域の GABA 推定値の比較、c）若年
グループと高齢者グループでの ACI 領域の
ボクセル内の CSF 割合(%) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図５. 前部帯状回領域から得られた MEGA
－PRESS によるスペクトル(b)と同時に得ら
れる編集パルスなしのスペクトル(c)。MEGA
－PRESS の収集では、NAA のピークが
GABA 編集パルスのため反転している。 
 
(3) ASL における ATT の妥当性の検証：【目
的】主幹脳動脈閉塞症例において CASL 法で
得られた局所のスピン到達時間（AT）と
T2-DSC 法によるピーク到達時間（TTP）お
よび平均通過時間（MTT）との関連について
検討した。【方法】片側性の主幹脳動脈閉塞
または高度狭窄を有する 8症例の慢性閉塞性
脳血管障害患者（平均 63±7 歳、男性 5 例）
を対象にした。いずれも 3T MRI 装置（Signa 
HD、GE）を用い、同日に CASL 法と Gd 造
影剤を用いたT2-DSC法による血流評価を行
った。 CASL 法は TR/TE＝10/2.50(ms)、
Matrix = 128x128x36、Nex=3、を基本パラ
メタとし、頭蓋底部レベルに約 1.6 秒間スピ
ン反転パルス（pseudo continuous 法）を
加え、spiral FSE 収集をおこなった。血液
の T1 値を 1700 ms、Brain/Blood の分配係
数を 0.9 と仮定し、スピン到達時間の補正を
  
考慮したコンパートメントモデルを用い組
織血流量（ASL-CBF）とスピン到達時間（AT）
を ピ ク セ ル 毎 に 計 算 し た （ Kimura 
H,et.al.ICS,Vol.1265, 2004, Pp.238-247）。
T2-DSC 法では健側の内頸動脈から入力関数
を得て、ピクセル毎に deconvelution 法を用
い て 脳 血 流 （ DSC-CBF ）、 脳 血 液 量
（DSC-CBV）、平均通過時間（DSC-MTT）
を計算した（ザイオ社製脳血流評価ソフト）。
各症例ごとに側脳室体部レベルで左右大脳
半球皮質部に 4 カ所ずつ ROI を設定し、両
手法で得られたパラメタを比較した。 
【結果と考察】AT と TTP の間には強い相関
（母相関係数の点推定 r=0.83）を認めた。さ
らに AT と MTT との間にも中等度の相関（同
推定 r=0.66）を認めた。定義的に近いもので
あると思われるATとTTP間の相関はある程
度予想通りであった。スピンの到達時間の計
測が正確に行われていると考えられた。一方、
AT と MTT 間にも相関があることから、AT
はスピンの毛細血管レベルへの到達時間と
その通過時間にも関連している可能性が考
えられた。【結論】主幹脳動脈閉塞症例にお
いて 2種類の脳血流定量画像によって求めら
れる時間に関する各パラメータ間には良好
な相関が見られる。今後、ASL の慢性脳虚血
性疾患へのさらなる応用が期待された。 
 
(4) ASL、ATT mapping の最適化：目的は、
3.0 テスラの高磁場 MRI 装置を用いて、造影
剤を用いない脳の潅流画像の撮像から定量
化（局所脳血流量および血流の通過時間の算
出）までを従来の手法を改善し、撮像の高感
度化および解析の効率化を図ることで、これ
までは不可能であった臨床に応用可能な時
間内での ATT mapping 法を開発すること。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
現在最適化にむけ、開発中であるが、
20010/05/01-07 ISMRM (Stockholm, 
Sweden）にて成果を報告した。 
 
 
 
５．主な発表論文等 
 
〔雑誌論文〕（計１０件） 
① T. Tsujikawa, M. Yoneda, Y. Shimizu, H. 
Uematsu, M. Toyooka, M. Ikawa, T. 
Kudo, H. Okazawa, M. Kuriyama, H. 
Kimura : Pathophysiologic evaluation 
of MELAS strokes by serially 
quantified MRS and CASL perfusion 
images. Brain Dev, 32(2), 143-149, 
2010. 02. 査読有 
 
② 山元龍哉, 木村浩彦：3T-MRI による脳腫
瘍 の 血 流 評 価 . 日 獨 医 報 , 54(3-4), 
270-282, 2009. 12. 査読無 
 
③ S.Ikawa, H.Okazawa, K.Arakawa, 
T.Kudo, H.Kimura, Y.Fujibayashi, 
M.Kuriyama, M.Yoneda : PET imaging 
of redox and energy states in 
stroke-like episodes of MELAS. 
Mitochondrion, 9(2), 144-148, 2009. 04. 
査読有 
 
④ H.Kimura, Y.Arai, H.Okazawa : 
Arterial Spin Labeling (ASL) による脳
血流計測：スピン到達時間の補正につい
ての試み . 脳循環代謝 , 20(2), 52-56, 
2009, 02. 査読無 
 
⑤ Isao Yamaguchi, Eiji Kidoya, Masayuki 
Suzuki, Hirohiko Kimura : Evaluation 
of required saline volume in dynamic 
contrast-enhanced computed 
tomography using saline flush 
technique. Computerized Medical 
Imaging and Graphics, 33(1), 2009.01. 
査読有 
 
  
⑥ Isao Yamaguchi, Hiroyuki Hayashi, 
Masayuki Suzuki, Katsuhiro Ichikawa, 
Eiji Kidoya, Hirohiko Kimura: 
Operation of bolus traking system for 
prediction of aortic peak enhancement 
at multidetector row computed 
tomography. Radiation Medicine, 26(5), 
278-286, 2008.06. 査読有 
 
⑦ N.Kosaka, T.Tsuchida, H. Uematsu, 
H.Kimura, H.Okazawa, H.Itoh : 
18F-FDG PET of common enhancing 
malignant brain tumors. 190(6), 
W365-W369, 2008. 06. 査読有 
 
⑧ Mariko Toyooka, Hirohiko Kimura, 
Hidemasa Uematsu, Yasutaka 
Kawamura, Hiroaki Takeuchi, Harumi 
Itoh: Tissue characterization of glioma 
by proton MR spectroscopy and 
perfusion-weighted MR imaging. 
glioma grading and histological 
correlation. Clinical Imaging, 32(4), 
251-258, 2008. 07-08. 査読有 
 
⑨ 木村浩彦,豊岡麻理子: 臨床MRSの基礎
と応用. 日本磁気共鳴医学会雑誌, 28(4), 
263-272, 2008 査読無 
 
⑩ 木村浩彦：ASLパーフュージョンイメー
ジングの最新報告：臨床応用を目指した
演題を中心に．VIEWS RADIOLOGY，
9(5), 16-23, 2007 査読無 
 
 
〔学会発表〕（計６件） 
① Kimura Hirohiko, Okazawa Hidehiko, 
Matsuda Tsuyoshi, Arai Yoshikazu, 
Shankaranarayanan Asit, Alsop David 
D：Cerebral Blood Flow and Arterial 
Transit Time Measurements in 
Patients with Chronic Occlusive 
Cerebrovascular Disease Using 3D 
Spiral SE Arterial Spin Labeling on 
3T-MR : Correlative Study with O15 
Labeled H2O PET Examination. 
ISMRM 2009, 2009. 4. 18-24, Hawai 
 
② 木村浩彦: 造影剤を用いない脳血流測定
法 CASL(Continuous Arterial Spin 
Labeling)の理論と臨床応用, 第 20 回日
本脳循環代謝学会総会, MR 画像の進歩 
－どこまでできるか－, 2008. 11. 6-7, 
東京都 
 
③ 木村浩彦, 豊岡麻理子, 土田龍郎,岡沢 
秀彦,新井良和,椛沢宏之,松田 豪: ス
ピン到達時間の補正をした ASL 法によ
る定量的血流画像：PET data との全脳
領域での pixel 単位での比較, 第 36回日
本磁気共鳴医学会大会, 2008. 9. 11-13, 
旭川市 
 
④ 木村浩彦，豊岡麻理子，土田龍郎，岡沢
秀彦，新井良和：Continuous arterial spin 
labeling 法による脳血流測定法：PET data 
との全脳領域での pixel 単位での企画． 
第20回臨床MR脳機能研究会，2008. 3. 15， 
東京都 
 
⑤ H. Kimura, H. Takeuchi, H. Kabaswa, M. 
Toyooka, N. Kosaka, H. Uematsu, H. Itoh：
Perfusion imaging of glioma using 
continuous arterial spin labeling (CASL): 
Comparison with histopathological features. 
Joint annual meeting of ISMRM and 
ESMRMB Proceedings．2007. 5. 19-25，
Berlin, Germany. 
 
  
⑥ Y. Fujiwara, H. Kimura, H. Kabasawa, Y. 
Ishimori, I. Yamaguchi, T. Miyati, K. 
Higashimura, H. Itoh：A new ASL scheme of 
repeated labeling based on FAIR sequence. 
Joint annual meeting of ISMRM and 
ESMRMB, Proceedings．2007.5. 19-25，
Berlin, Germany. 
 
 
〔図書〕（計１件） 
① 木村浩彦（分担）: MRI:診断と治療社,
脳神経外科アドバンス, 28-37, 2008.12 
 
 
〔産業財産権〕 
○出願状況（計１件） 
 
名 称 ： MEGA PRESS 法 を 用 い た
GABA,Glu, Gln の定量方  
発明者：松田 豪，木村浩彦  
権利者：GE 横河メディカルシステム㈱ 
種類：特願  
番号：2008-146664 
出願年月日：2008/06/04 
国内外の別：国内  
 
 
６．研究組織 
(1)研究代表者 
 木村 浩彦（KIMURA HIROHIKO） 
福井大学・医学部・教授 
 研究者番号：10242596 
 
(2)研究分担者 
 植松 秀昌（UEMATSU HIDEMASA） 
福井大学・医学部・講師  
研究者番号：00313768 
 
土田 龍郎（TSUCHIDA TATSURO） 
福井大学・医学部附属病院・講師 
 研究者番号：70303386 
 
豊岡 麻理子（TOYOOKA MARIKO） 
福井大学・医学部附属病院・助教 
 研究者番号：00397275 
 
  玉川 洋一（TAMAGAWA  YOUICHI） 
福井大学・工学研究科・准教授  
研究者番号：40236732 
（H18～H19） 
石森 佳幸（ISHIMORI YOSHIYUKI） 
茨城県立医療大学・保健医療学部・講師  
研究者番号：30401970 
（H18～H19） 
 
(3)連携研究者 
玉川 洋一（TAMAGAWA  YOUICHI） 
福井大学・工学研究科・准教授  
研究者番号：40236732 
（H20～H21） 
 
石森 佳幸（ISHIMORI YOSHIYUKI） 
茨城県立医療大学・保健医療学部・講師  
研究者番号：30401970 
（H20～H21） 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


The clinical research and development of non-invasive metabolic and perfusion imaging on 3T MR

Abstract

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