Non-invasive analyses of brain metabolic function in dementia

科学研究費補助金研究成果報告書研究種目: 基盤研究(A)研究期間: 1998～2000課題番号: 10358017研究代表者: 犬伏 俊郎（滋賀医科大学・分子神経科学研究センター・教授）研究分担者: 森川 茂広（滋賀医科大学・分子神経科学研究センター・助教授）研究分担者: 椎野 顯彦（滋賀医科大学・医学部・助手）1.独立して使用できる他核RFチャンネル2系統と勾配磁場パルス制御システムを既存の臨床画像用MR装置に導入した。また、頭部用局所勾配磁場コイルとそれに装着する頭部用RFコイル(MR信号検出器)を組み込んだ。この結果、既存の画像診断MR装置がその超電導磁石と新たに導入したシステムによって、独立したMR画像ならびにスペクトロスコピー用装置として機能し、最新の測定技法を実行できるようになった。 2.この新たに構築したMR装置と自作した種々の検出器で多量子遷移法にもとづく^<13>C MR信号の^1H MRによる間接的高感度検出を実現させ、人体内における代謝過程が安定同位体である^<13>C-標識にて追跡できるようになった。この^1Hによる^<13>Cの間接的検出法では多量子遷移状態におけるスピン系の緩和が最終的な信号強度を決定することが明らかになった。従って、多量子遷移状態での緩和過程をできるだけ抑制することにより、^<13>Cの情報を^1H MR信号は理論値に近い検出感度で獲得できた。 3.投与された^<13>C-標識グルコースの脳への集積、そして、その代謝産物であるグルタミン酸の取り込みが無侵襲で追跡でき、脳代謝活動による脳機能の計測が可能になった。これにより、エコー・プラーナーを元にした化学シフト画像を計測し、^<13>C NMR信号の高速取り込みを実現し、脳内の^<13>C標識代謝産物の画像を得た。また、この方法を人脳へ応用し、1-^<13>C-グルコースの脳への取り込みと、それに引き続くTCA回路内でのグルタミン、グルタミン酸への時間的推移を追跡した。 4.NMRによる代謝計測と同時に作動する可視・近赤外分光光度計を作成し、ラットの様な小動物からヒトにいたる広範な生体を対象として、脳内の血中酸素の動態をモニターできるようになった。1. A local gradient coil with water cooling jacket and a fitted RF coil were newly incorporated into imager system. With this gradient/RF coil assembly it is possible to obtain high-resolution MR images, for example, an MR image with 128 x 128 pixels, in echo-planar (EPI) type fast scanning for functional MRI.Further, a fast scanning EPI approach was incorporated into newly developed highly sensitive in vivo ^<13>C MR spectroscopy method, which was developed in our laboratory by the integration of hetero-nuclear multiple resonance capability with the basis of clinical imager. 2. Injection of glucose enriched with ^<13>C into living organs was traced non-invasively by ^1H-detected ^<13>C in vivo MR spectroscopy. The level of the glucose reached to the highest mark in 30 minutes after the njection and followed rapid decrease with 1 hour. In contrast to this, the metabolites glutamine and glutamate produced by the metabolic reaction of the glucose reached to the highest level in 1 hour after the injection and stayed at this high level for approximately two more hours. In this period, it was able to obtain the distribution of these metabolites as well as the precursor glucose with chemical shift imaging. 3. A visible spectrophotometer has been developed in order to precisely measure blood oxygen level in a model living animal. Sensitivity enhancement for blood-oxygen level detection was taken care by observing a Soret-band wavelengths for oxy and deoxy hemoglobin and their isosbestic point for the absorbance curves, whose intensities calculate the concentration of each component of hemoglobin and as long as the total concentration of hemoglobin in the brain. Another feature of the photometer is that this instrument has independent two detectors, which can simultaneously measure right and left hemisphere in rat brain. 4. A near infra red spectrometer was also employed to non-invasively monitor oxygen level in blood. The spectrophotometer used for this purpose has 750 and 830nm light sources and 13 channel detectors, which was developed in Dr. Chance's laboratory at University of Pennsylvania. With this instrument oxygenation of hemoglobin and total concentration of hemoglobin were evaluated for patient brain and the maps of these components were also constructed in approximately 30 seconds