JP2938048B1 - 代謝機能測定装置 - Google Patents
代謝機能測定装置Info
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- JP2938048B1 JP2938048B1 JP10185119A JP18511998A JP2938048B1 JP 2938048 B1 JP2938048 B1 JP 2938048B1 JP 10185119 A JP10185119 A JP 10185119A JP 18511998 A JP18511998 A JP 18511998A JP 2938048 B1 JP2938048 B1 JP 2938048B1
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- Japan
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- glucose
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- concentration
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- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
【要約】
【課題】本発明の目的は、被検体にとって非常に負担に
なる採血を行うことなく、ブドウ糖及びその化合物の代
謝速度を測定することである。 【解決手段】ブドウ糖及びブドウ糖より合成される種々
の化合物の代謝速度を測定する代謝機能測定装置におい
て、13Ｃで標識されたブドウ糖を投与した被検体１０２
から、静磁場、傾斜磁場及び高周波磁場を印加すること
により、標識ブドウ糖と標識化合物との濃度に関わる磁
気共鳴データを収集するパルスシーケンスと、標識ブド
ウ糖と標識されていないブドウ糖と標識化合物と標識さ
れていない化合物との濃度に関わる磁気共鳴データを収
集するためのパルスシーケンスとを交互に実行する。
なる採血を行うことなく、ブドウ糖及びその化合物の代
謝速度を測定することである。 【解決手段】ブドウ糖及びブドウ糖より合成される種々
の化合物の代謝速度を測定する代謝機能測定装置におい
て、13Ｃで標識されたブドウ糖を投与した被検体１０２
から、静磁場、傾斜磁場及び高周波磁場を印加すること
により、標識ブドウ糖と標識化合物との濃度に関わる磁
気共鳴データを収集するパルスシーケンスと、標識ブド
ウ糖と標識されていないブドウ糖と標識化合物と標識さ
れていない化合物との濃度に関わる磁気共鳴データを収
集するためのパルスシーケンスとを交互に実行する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ブドウ糖及びブド
ウ糖より合成される種々の化合物の代謝速度を測定する
代謝機能測定装置に関する。
ウ糖より合成される種々の化合物の代謝速度を測定する
代謝機能測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】世界的な高齢化社会を迎えようとしてい
る近年、精神神経疾患（アルツハイマー型痴呆症等）の
原因の究明・治療法の確立が期待されており、人および
動物での脳内代謝と精神疾患の関連に関する研究が活発
に行われている。例えば、ブドウ糖が血液から脳細胞に
取り込まれる速度の低下と、アルツハイマー型痴呆症と
の関連性に関する研究が、ポジトロンＣＴによりＦｒｉ
ｅｄｌａｎｄらにより行われている（ＪＡＭＡ ２５
２：２７５０（１９８４））。
る近年、精神神経疾患（アルツハイマー型痴呆症等）の
原因の究明・治療法の確立が期待されており、人および
動物での脳内代謝と精神疾患の関連に関する研究が活発
に行われている。例えば、ブドウ糖が血液から脳細胞に
取り込まれる速度の低下と、アルツハイマー型痴呆症と
の関連性に関する研究が、ポジトロンＣＴによりＦｒｉ
ｅｄｌａｎｄらにより行われている（ＪＡＭＡ ２５
２：２７５０（１９８４））。
【０００３】また、ブドウ糖から脳内で合成されるグル
タミン酸等のアミノ酸が神経伝達物質として重要で、ア
ルツハイマー型の痴呆症が主因で死亡した患者の脳を解
剖し、脳内グルタミン酸の量が健常人よりも低下してい
ることを示すデータもＭａｓｔｒｏｇｉａｃｏｍｏらに
より得られている（Ｊ．Ｎｅｕｒｏｃｈｅｍ．６１，２
００７（１９９３））。
タミン酸等のアミノ酸が神経伝達物質として重要で、ア
ルツハイマー型の痴呆症が主因で死亡した患者の脳を解
剖し、脳内グルタミン酸の量が健常人よりも低下してい
ることを示すデータもＭａｓｔｒｏｇｉａｃｏｍｏらに
より得られている（Ｊ．Ｎｅｕｒｏｃｈｅｍ．６１，２
００７（１９９３））。
【０００４】このように、ブドウ糖の脳内への取り込み
およびブドウ糖から合成されるアミノ酸は、精神神経疾
患と密接な関係があることが示唆されており、生体でブ
ドウ糖代謝を観測することが求められている。
およびブドウ糖から合成されるアミノ酸は、精神神経疾
患と密接な関係があることが示唆されており、生体でブ
ドウ糖代謝を観測することが求められている。
【０００５】ポジトロンＣＴによるブドウ糖代謝の観測
方法は、18Ｆ−ＦＤＧを投与後、脳内の18Ｆ−ＦＤＧ濃
度を観測しこの結果を多数回の採血により求めた血中の
18Ｆ−ＦＤＧ濃度データと併せてブドウ糖代謝率を求め
るというもので、この方法は古くから行われており、測
定回数を２回に減らすなどの改良を加えた形で（特開平
９−５４１６０号公報）、現在も活用されている。
方法は、18Ｆ−ＦＤＧを投与後、脳内の18Ｆ−ＦＤＧ濃
度を観測しこの結果を多数回の採血により求めた血中の
18Ｆ−ＦＤＧ濃度データと併せてブドウ糖代謝率を求め
るというもので、この方法は古くから行われており、測
定回数を２回に減らすなどの改良を加えた形で（特開平
９−５４１６０号公報）、現在も活用されている。
【０００６】ポジトロンＣＴの問題点としては、18Ｆ−
ＦＤＧはアミノ酸を合成しないため、ブドウ糖の代謝速
度のみしか分からないという点と放射性物質を用いてい
るという点がある。
ＦＤＧはアミノ酸を合成しないため、ブドウ糖の代謝速
度のみしか分からないという点と放射性物質を用いてい
るという点がある。
【０００７】そこで近年、安定同位体である、13Ｃ−Ｇ
ｌｃを被検体に投与後、ＭＲＳ（磁気共鳴スペクトロス
コピー）により脳内のブドウ糖から合成されたアミノ酸
の濃度を観測し、この結果を、多数回の採血により求め
た血中の13Ｃ−Ｇｌｃ濃度データと併せて、ブドウ糖代
謝率およびポジトロンＣＴでは観測できないＴＣＡサイ
クル速度を求める方法がＧ．Ｍａｓｏｎらにより行われ
ている（Ｊ Ｃｅｒｅｂ Ｂｌｏｏｄ Ｆｌｏｗ Ｍｅ
ｔａｂ １５，１２（１９９５））。
ｌｃを被検体に投与後、ＭＲＳ（磁気共鳴スペクトロス
コピー）により脳内のブドウ糖から合成されたアミノ酸
の濃度を観測し、この結果を、多数回の採血により求め
た血中の13Ｃ−Ｇｌｃ濃度データと併せて、ブドウ糖代
謝率およびポジトロンＣＴでは観測できないＴＣＡサイ
クル速度を求める方法がＧ．Ｍａｓｏｎらにより行われ
ている（Ｊ Ｃｅｒｅｂ Ｂｌｏｏｄ Ｆｌｏｗ Ｍｅ
ｔａｂ １５，１２（１９９５））。
【０００８】以下でＭａｓｏｎらによる代謝速度を求め
る方法について説明する。図１５がＭａｓｏｎの方法を
実現するシステムのブロック図であり、図１６は代謝速
度測定手順である。図１７は磁気共鳴装置により得られ
たＭＲＳデータであり、図１８は得られたデータセット
である。図１９は代謝速度を求めるためのコンパーメン
トモデルを簡単化したものである。
る方法について説明する。図１５がＭａｓｏｎの方法を
実現するシステムのブロック図であり、図１６は代謝速
度測定手順である。図１７は磁気共鳴装置により得られ
たＭＲＳデータであり、図１８は得られたデータセット
である。図１９は代謝速度を求めるためのコンパーメン
トモデルを簡単化したものである。
【０００９】測定の事前準備として、ファントムを使っ
て、実際に生体から測定したデータを補正するための参
照データ（標識ファントムのＭＲＳデータ）を収集す
る。この標識ファントムは、１位が13Ｃで標識されたブ
ドウ糖（以下、１−13Ｃ−Ｇｌｃと表記する）と、１−
13Ｃ−Ｇｌｃから合成される４位が標識されたグルタミ
ン酸（以下、４−13Ｃ−Ｇｌｕと表記する）と、同様に
１−13Ｃ−Ｇｌｃから合成される４位が標識されたグル
タミン（以下、４−13Ｃ−Ｇｌｎと表記する）等とを一
定濃度だけ含んでいる。
て、実際に生体から測定したデータを補正するための参
照データ（標識ファントムのＭＲＳデータ）を収集す
る。この標識ファントムは、１位が13Ｃで標識されたブ
ドウ糖（以下、１−13Ｃ−Ｇｌｃと表記する）と、１−
13Ｃ−Ｇｌｃから合成される４位が標識されたグルタミ
ン酸（以下、４−13Ｃ−Ｇｌｕと表記する）と、同様に
１−13Ｃ−Ｇｌｃから合成される４位が標識されたグル
タミン（以下、４−13Ｃ−Ｇｌｎと表記する）等とを一
定濃度だけ含んでいる。
【００１０】次に、時刻０で、被検体１３０２に１−13
Ｃ−Ｇｌｃを投与後、時刻ｋ１で、採血を行い、市販の
グルコースアナライザー１３０４により血糖値を測定
し、市販の質量分析装置１３０３により、１−13Ｃ−Ｇ
ｌｃと標識されていないブドウ糖の比を求める。次に時
刻ｔ１で、磁気共鳴装置１３０１で所定の脳細胞領域か
ら、ブドウ糖から代謝された標識化合物のＭＲＳデータ
を13Ｃ観測法等により取得する。
Ｃ−Ｇｌｃを投与後、時刻ｋ１で、採血を行い、市販の
グルコースアナライザー１３０４により血糖値を測定
し、市販の質量分析装置１３０３により、１−13Ｃ−Ｇ
ｌｃと標識されていないブドウ糖の比を求める。次に時
刻ｔ１で、磁気共鳴装置１３０１で所定の脳細胞領域か
ら、ブドウ糖から代謝された標識化合物のＭＲＳデータ
を13Ｃ観測法等により取得する。
【００１１】以後、採血、ＭＲＳ測定を繰り返し、適当
な時間経過後測定を終了する。グルコースアナライザー
により、時系列の血糖値データセット（図１８（ａ）の
・点列）が得られる。これは、時刻ｋi 、ｋi+1 で取得
したデータを平均して時刻ｔi に対してプロットしたも
のである。ただしｉはデータ測定回数を示す正数であ
る。質量分析装置により得られる１−13Ｃ−Ｇｌｃが同
位体の中で占める割合（以下、Ｆ．Ｅ．（ｆｒａｃｔｉ
ｏｎ ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ）と略す）と血糖値を掛け
合わせることで、時系列の１−13Ｃ−Ｇｌｃ濃度データ
セット（図１８（ａ）の×点列）が得られる。
な時間経過後測定を終了する。グルコースアナライザー
により、時系列の血糖値データセット（図１８（ａ）の
・点列）が得られる。これは、時刻ｋi 、ｋi+1 で取得
したデータを平均して時刻ｔi に対してプロットしたも
のである。ただしｉはデータ測定回数を示す正数であ
る。質量分析装置により得られる１−13Ｃ−Ｇｌｃが同
位体の中で占める割合（以下、Ｆ．Ｅ．（ｆｒａｃｔｉ
ｏｎ ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ）と略す）と血糖値を掛け
合わせることで、時系列の１−13Ｃ−Ｇｌｃ濃度データ
セット（図１８（ａ）の×点列）が得られる。
【００１２】また、磁気共鳴装置により得られた13Ｃ−
ＭＲＳが図１７であり、この図１７において、４−13Ｃ
−Ｇｌｕのピーク強度をＧ40、３位と４位が共に13Ｃで
標識されたグルタミン酸（３，４−13Ｃ−Ｇｌｕと略
す）の３−13Ｃと４−13ＣのＣ−Ｃカップリングにより
分裂したピーク強度をＧ41、Ｇ42とし、３−13Ｃ−Ｇｌ
ｕのピーク強度をＧ30とし、同様に、３，４−13Ｃ−Ｇ
ｌｕのＣ−Ｃカップリングにより分裂したピーク強度を
Ｇ31、Ｇ32とする。これらのピーク強度を事前に行った
ファントム測定の値により補正する。ファントムの４−
13Ｃ−Ｇｌｕの濃度をＣｆ、スペクトル強度をＧｆ、コ
イル負荷をＱｆとして、被検体のコイル負荷をＱexp と
すると、被検体の４−13Ｃ−Ｇｌｕの濃度Ｃexp は、
ＭＲＳが図１７であり、この図１７において、４−13Ｃ
−Ｇｌｕのピーク強度をＧ40、３位と４位が共に13Ｃで
標識されたグルタミン酸（３，４−13Ｃ−Ｇｌｕと略
す）の３−13Ｃと４−13ＣのＣ−Ｃカップリングにより
分裂したピーク強度をＧ41、Ｇ42とし、３−13Ｃ−Ｇｌ
ｕのピーク強度をＧ30とし、同様に、３，４−13Ｃ−Ｇ
ｌｕのＣ−Ｃカップリングにより分裂したピーク強度を
Ｇ31、Ｇ32とする。これらのピーク強度を事前に行った
ファントム測定の値により補正する。ファントムの４−
13Ｃ−Ｇｌｕの濃度をＣｆ、スペクトル強度をＧｆ、コ
イル負荷をＱｆとして、被検体のコイル負荷をＱexp と
すると、被検体の４−13Ｃ−Ｇｌｕの濃度Ｃexp は、
【００１３】
【数１】 で表される。このようにしてピーク強度は濃度に換算さ
れる（３，４−13Ｃ−Ｇｌｕの濃度の換算は、ピーク強
度Ｇ41、Ｇ42、Ｇ31、Ｇ32から得たものの平均値とする
か、Ｇ31、Ｇ32のピークの判別が難しい場合は、Ｇ41、
Ｇ42のピークから求めた濃度の平均を取る）。３−13Ｃ
−Ｇｌｕの濃度をＣｇｕ３、３，４−13Ｃ−ＧｌｕをＧ
ｇｕ３４とすると４−13Ｃ−ＧｌｕのＦ．Ｅ．は、Ｇｇ
ｕ３４／（Ｃｇｕ３４＋Ｃｇｕ３）により得られる。同
様にして４−13Ｃ−ＧｌｎのＦ．Ｅ．も求められる。
れる（３，４−13Ｃ−Ｇｌｕの濃度の換算は、ピーク強
度Ｇ41、Ｇ42、Ｇ31、Ｇ32から得たものの平均値とする
か、Ｇ31、Ｇ32のピークの判別が難しい場合は、Ｇ41、
Ｇ42のピークから求めた濃度の平均を取る）。３−13Ｃ
−Ｇｌｕの濃度をＣｇｕ３、３，４−13Ｃ−ＧｌｕをＧ
ｇｕ３４とすると４−13Ｃ−ＧｌｕのＦ．Ｅ．は、Ｇｇ
ｕ３４／（Ｃｇｕ３４＋Ｃｇｕ３）により得られる。同
様にして４−13Ｃ−ＧｌｎのＦ．Ｅ．も求められる。
【００１４】このようにして４−13Ｃ−ＧｌｕのＦ．
Ｅ．の時系列データセット（図１８（ｂ）の・点列）、
４−13Ｃ−ＧｌｎのＦ．Ｅ．の時系列データセット（図
１８（ａ）の×点列）が得られる（３−13Ｃ−Ｇｌｕお
よび３−13Ｃ−Ｇｌｎデータセットはコンパートメント
モデル簡単化のため省略する）。
Ｅ．の時系列データセット（図１８（ｂ）の・点列）、
４−13Ｃ−ＧｌｎのＦ．Ｅ．の時系列データセット（図
１８（ａ）の×点列）が得られる（３−13Ｃ−Ｇｌｕお
よび３−13Ｃ−Ｇｌｎデータセットはコンパートメント
モデル簡単化のため省略する）。
【００１５】図１９がＴＣＡ代謝速度Ｖｔｃａおよびグ
ルコース代謝率ＣＭＲｇ１を求めるためのＭａｓｏｎら
のコンパートメントモデルを簡単化したものであり、各
種の化合物の間には以下のような微分方程式が成り立
つ。
ルコース代謝率ＣＭＲｇ１を求めるためのＭａｓｏｎら
のコンパートメントモデルを簡単化したものであり、各
種の化合物の間には以下のような微分方程式が成り立
つ。
【００１６】
【数２】
【００１７】式（２０）においてＶmax 、Ｋm はそれぞ
れＭｉｃｈａｅｌｉｓ−Ｍｅｎｔｅｎモデルの最大速度
およびＭｉｃｈａｅｌｉｓ−Ｍｅｎｔｅｎ定数であり、
文献値としてＫm ＝４．９μｍｏｌ／ｇ、Ｖmax ＝３．
６×ＣＭＲｇｌを使用する。Ｇｏは血中のブドウ糖の濃
度、ＣＭＲｇｌはブドウ糖の代謝速度である。式（２
０）は血管中のブドウ糖と脳細胞のブドウ糖の関係式で
ある。式（２１）においてＬは脳細胞内の乳酸とピルビ
ン酸の濃度の和を表し、文献値（０．６μｍｏｌ／ｇ）
を使用する。Ｇｌｕはグルタミン酸の濃度、Ｇｌｎはグ
ルタミンの濃度を表す。Ｇｌｕは、４−13Ｃ−Ｇｌｕ
（あるいは３−13Ｃ−Ｇｌｕ）の濃度データを４−13Ｃ
−Ｇｌｕ（あるいは３−13Ｃ−Ｇｌｕ）のＦ．Ｅ．デー
タで割り、平均化することで得られる。Ｇｌｎも同様に
して得られる。
れＭｉｃｈａｅｌｉｓ−Ｍｅｎｔｅｎモデルの最大速度
およびＭｉｃｈａｅｌｉｓ−Ｍｅｎｔｅｎ定数であり、
文献値としてＫm ＝４．９μｍｏｌ／ｇ、Ｖmax ＝３．
６×ＣＭＲｇｌを使用する。Ｇｏは血中のブドウ糖の濃
度、ＣＭＲｇｌはブドウ糖の代謝速度である。式（２
０）は血管中のブドウ糖と脳細胞のブドウ糖の関係式で
ある。式（２１）においてＬは脳細胞内の乳酸とピルビ
ン酸の濃度の和を表し、文献値（０．６μｍｏｌ／ｇ）
を使用する。Ｇｌｕはグルタミン酸の濃度、Ｇｌｎはグ
ルタミンの濃度を表す。Ｇｌｕは、４−13Ｃ−Ｇｌｕ
（あるいは３−13Ｃ−Ｇｌｕ）の濃度データを４−13Ｃ
−Ｇｌｕ（あるいは３−13Ｃ−Ｇｌｕ）のＦ．Ｅ．デー
タで割り、平均化することで得られる。Ｇｌｎも同様に
して得られる。
【００１８】式（２１）はブドウ糖から合成される化合
物は濃度が常に一定であることを表している。式（２
２）においてＧｏ* は血中の１−13Ｃ−Ｇｌｃの濃度で
あり、Ｇｉは脳細胞内のブドウ糖の濃度、Ｇｉ* は脳細
胞内の１−13Ｃ−Ｇｌｃの濃度である。式（２３）にお
いてＬ* は脳細胞内の標識されたピルビン酸と乳酸の和
の濃度である。Ｖout は乳酸からの流出定数であり、文
献値（０．１２μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｇ）を使用する。
物は濃度が常に一定であることを表している。式（２
２）においてＧｏ* は血中の１−13Ｃ−Ｇｌｃの濃度で
あり、Ｇｉは脳細胞内のブドウ糖の濃度、Ｇｉ* は脳細
胞内の１−13Ｃ−Ｇｌｃの濃度である。式（２３）にお
いてＬ* は脳細胞内の標識されたピルビン酸と乳酸の和
の濃度である。Ｖout は乳酸からの流出定数であり、文
献値（０．１２μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｇ）を使用する。
【００１９】式（２４）においてＧｌｕ4 * 、Ｇｌｎ4
* はそれぞれ脳細胞内の４−13Ｃ−Ｇｌｕ、４−13Ｃ−
Ｇｌｎの濃度を表し、Ｖｔｃａ、ＶｇｌｎはそれぞれＴ
ＣＡサイクル速度、グルタミンの代謝速度を表す。ま
た、Ｇｌｕ4 * ／Ｇｌｕ、Ｇｌｎ4 * ／Ｇｌｎはそれぞ
れ４−13Ｃ−Ｇｌｕ、４−13Ｃ−ＧｌｎのＦ．Ｅ．を表
す。またｄＬ／ｄｔ＝０から、ＣＭＲｇｌとＶｔｃａの
間には、
* はそれぞれ脳細胞内の４−13Ｃ−Ｇｌｕ、４−13Ｃ−
Ｇｌｎの濃度を表し、Ｖｔｃａ、ＶｇｌｎはそれぞれＴ
ＣＡサイクル速度、グルタミンの代謝速度を表す。ま
た、Ｇｌｕ4 * ／Ｇｌｕ、Ｇｌｎ4 * ／Ｇｌｎはそれぞ
れ４−13Ｃ−Ｇｌｕ、４−13Ｃ−ＧｌｎのＦ．Ｅ．を表
す。またｄＬ／ｄｔ＝０から、ＣＭＲｇｌとＶｔｃａの
間には、
【００２０】
【数３】 の関係が成り立つ。
【００２１】まず、式（２５）によりＶｇｌｎを求め
る。このとき、４−13Ｃ−Ｇｌｕの時系列Ｆ．Ｅ．デー
タ（図１８（ｂ）の・点列）を入力データとし、Ｖｇｌ
ｎの初期値を適当に決め、数値的に式（２５）の微分方
程式を解き、時刻ｔ1 ，ｔ2 ．．．に対応するフィッテ
ィングデータセットを得る。このフィッティングデータ
セットが４−13Ｃ−Ｇｌｎの時系列Ｆ．Ｅ．データセッ
ト（図１８（ｂ）の×点列）にフィットするようにパラ
メータＶｇｌｎをｓｉｍｐｌｅｘ法等により求める。
る。このとき、４−13Ｃ−Ｇｌｕの時系列Ｆ．Ｅ．デー
タ（図１８（ｂ）の・点列）を入力データとし、Ｖｇｌ
ｎの初期値を適当に決め、数値的に式（２５）の微分方
程式を解き、時刻ｔ1 ，ｔ2 ．．．に対応するフィッテ
ィングデータセットを得る。このフィッティングデータ
セットが４−13Ｃ−Ｇｌｎの時系列Ｆ．Ｅ．データセッ
ト（図１８（ｂ）の×点列）にフィットするようにパラ
メータＶｇｌｎをｓｉｍｐｌｅｘ法等により求める。
【００２２】次にＶｔｃａの値を求める。時系列データ
（図１８（ａ）の・点列と×点列）を入力データとし、
パラメータＶｔａｃａの初期値を決め、数値的に式（２
０），（２２），（２３），（２４）の微分方程式を順
次解き、Ｇｌｕ4 * ／Ｇｌｕの時系列フィッティングデ
ータセットを求め（式（２４）を解く際には、４−13Ｃ
−Ｇｌｎ時系列データセット１６０４および上で求めた
Ｖｇｌｎの値も入力データとして用いる）、このフィッ
ティングデータセットがデータセット（図１８（ｂ）の
×点列）にフィットするように、パラメータＶｔｃａを
ｓｉｍｐｌｅｘ法等により求める。また、式（３０）か
らブドウ糖代謝率ＣＭＲｇｌも求めることができる。
（図１８（ａ）の・点列と×点列）を入力データとし、
パラメータＶｔａｃａの初期値を決め、数値的に式（２
０），（２２），（２３），（２４）の微分方程式を順
次解き、Ｇｌｕ4 * ／Ｇｌｕの時系列フィッティングデ
ータセットを求め（式（２４）を解く際には、４−13Ｃ
−Ｇｌｎ時系列データセット１６０４および上で求めた
Ｖｇｌｎの値も入力データとして用いる）、このフィッ
ティングデータセットがデータセット（図１８（ｂ）の
×点列）にフィットするように、パラメータＶｔｃａを
ｓｉｍｐｌｅｘ法等により求める。また、式（３０）か
らブドウ糖代謝率ＣＭＲｇｌも求めることができる。
【００２３】以上が、Ｍａｓｏｎによる代謝速度測定法
である。しかし、これらの代謝速度を求める方法は、多
数回に及ぶ採血を行うため、被検体にかかる負担が大き
いという問題点があった。
である。しかし、これらの代謝速度を求める方法は、多
数回に及ぶ採血を行うため、被検体にかかる負担が大き
いという問題点があった。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の代
謝速度を求める装置においては、血中の標識ブドウ糖の
濃度を求めるために、多数回の採血を行う必要があり、
被検体への負担の大きさが問題となっていた。
謝速度を求める装置においては、血中の標識ブドウ糖の
濃度を求めるために、多数回の採血を行う必要があり、
被検体への負担の大きさが問題となっていた。
【００２５】本発明の目的は、被検体にとって非常に負
担になる採血を行うことなく、ブドウ糖及びその化合物
の代謝速度を測定することのできる代謝機能測定装置を
提供することにある。
担になる採血を行うことなく、ブドウ糖及びその化合物
の代謝速度を測定することのできる代謝機能測定装置を
提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】本発明は、ブドウ糖及び
ブドウ糖より合成される種々の化合物の代謝速度を測定
する代謝機能測定装置において、安定同位体で標識され
たブドウ糖を投与された被検体から、静磁場、傾斜磁場
及び高周波磁場を印加することにより、前記標識された
ブドウ糖と前記標識されたブドウ糖から合成された標識
化合物との濃度に関わる磁気共鳴データを収集するため
のパルスシーケンスと、前記標識されたブドウ糖と標識
されていないブドウ糖と前記標識化合物と標識されてい
ない化合物との濃度に関わる磁気共鳴データを収集する
ためのパルスシーケンスとを交互に実行するものであ
る。
ブドウ糖より合成される種々の化合物の代謝速度を測定
する代謝機能測定装置において、安定同位体で標識され
たブドウ糖を投与された被検体から、静磁場、傾斜磁場
及び高周波磁場を印加することにより、前記標識された
ブドウ糖と前記標識されたブドウ糖から合成された標識
化合物との濃度に関わる磁気共鳴データを収集するため
のパルスシーケンスと、前記標識されたブドウ糖と標識
されていないブドウ糖と前記標識化合物と標識されてい
ない化合物との濃度に関わる磁気共鳴データを収集する
ためのパルスシーケンスとを交互に実行するものであ
る。
【００２７】また、本発明は、ブドウ糖及びブドウ糖よ
り合成される種々の化合物の代謝速度を測定する代謝機
能測定装置において、磁気共鳴装置と、非侵襲血糖値測
定装置とを備え、安定同位体で標識されたブドウ糖を投
与された被検体から、前記磁気共鳴装置で、前記標識さ
れたブドウ糖と前記標識されたブドウ糖から合成された
標識化合物との濃度に関わる磁気共鳴データを収集する
動作と、前記標識されたブドウ糖と標識されていないブ
ドウ糖と前記標識化合物と標識されていない化合物との
濃度に関わるデータを前記非侵襲血糖値測定装置で収集
する動作とを交互に実行するものである。
り合成される種々の化合物の代謝速度を測定する代謝機
能測定装置において、磁気共鳴装置と、非侵襲血糖値測
定装置とを備え、安定同位体で標識されたブドウ糖を投
与された被検体から、前記磁気共鳴装置で、前記標識さ
れたブドウ糖と前記標識されたブドウ糖から合成された
標識化合物との濃度に関わる磁気共鳴データを収集する
動作と、前記標識されたブドウ糖と標識されていないブ
ドウ糖と前記標識化合物と標識されていない化合物との
濃度に関わるデータを前記非侵襲血糖値測定装置で収集
する動作とを交互に実行するものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
よる代謝機能測定装置を好ましい実施形態により詳細に
説明する。 （第１実施形態）図１は、本発明の第１実施形態に係る
代謝機能測定装置の構成を示している。本実施形態に係
る代謝機能測定装置は、磁気共鳴装置により構成され、
代謝機能を測定するために必要なデータを収集すると共
に、その収集したデータに基づいて代謝機能、ここでは
ブドウ糖およびブドウ糖より合成される種々の化合物の
代謝速度を測定する。
よる代謝機能測定装置を好ましい実施形態により詳細に
説明する。 （第１実施形態）図１は、本発明の第１実施形態に係る
代謝機能測定装置の構成を示している。本実施形態に係
る代謝機能測定装置は、磁気共鳴装置により構成され、
代謝機能を測定するために必要なデータを収集すると共
に、その収集したデータに基づいて代謝機能、ここでは
ブドウ糖およびブドウ糖より合成される種々の化合物の
代謝速度を測定する。
【００２９】磁気共鳴装置は、静磁場磁石２０１は、励
磁用電源２０２に駆動され、シムコイル２０８は、シム
コイル用電源２０９に駆動される。これにより撮像領域
内に静磁場が発生する。この静磁場の向きを、Ｚ方向と
定義する。撮像時には、撮像領域内に、被検体２０６が
挿入される。勾配磁場コイル２０３とそれに対して直列
接続されたシールドコイル２０４とは、勾配コイル用電
源２０５にて駆動される。これにより、ＸＹＺ各々の方
向に磁場強度が線形に変化する３種類の勾配磁場が静磁
場に重畳される。勾配コイル用電源２０５は、シーケン
スコントローラ２１６から出力され、そして渦補償回路
２０７で補正された波形信号を電力増幅する。渦補償回
路２０７は、シーケンスコントローラ２１６からの波形
信号に、渦磁場の時間応答を補正するため波形信号を畳
み込む。
磁用電源２０２に駆動され、シムコイル２０８は、シム
コイル用電源２０９に駆動される。これにより撮像領域
内に静磁場が発生する。この静磁場の向きを、Ｚ方向と
定義する。撮像時には、撮像領域内に、被検体２０６が
挿入される。勾配磁場コイル２０３とそれに対して直列
接続されたシールドコイル２０４とは、勾配コイル用電
源２０５にて駆動される。これにより、ＸＹＺ各々の方
向に磁場強度が線形に変化する３種類の勾配磁場が静磁
場に重畳される。勾配コイル用電源２０５は、シーケン
スコントローラ２１６から出力され、そして渦補償回路
２０７で補正された波形信号を電力増幅する。渦補償回
路２０７は、シーケンスコントローラ２１６からの波形
信号に、渦磁場の時間応答を補正するため波形信号を畳
み込む。
【００３０】送信部２１０は、シーケンスコントローラ
２１６からのトリガ信号に従ってＲＦコイル２１１に高
周波信号を供給する。これによりＲＦコイル２１１から
高周波磁場が発生する。また、被検体２０６からの磁気
共鳴信号は、ＲＦコイル２１１を介して受信部２１４で
受信される。なお、ＲＦコイル２１１は送受信兼用でも
よいし、別々に設けてもよい。このＲＦコイル２１１と
勾配磁場コイル２０３との間には、高周波シールド２１
２が配設されている。受信部２１３は、受信した磁気共
鳴信号を検波し、データ収集部２１４に送る。計算機２
１５は、データ収集部２１４に収集されたデータをフー
リエ変換等にかけて、被検体内部の所望化合物のＭＲＳ
データ、図１７に示したようなスペクトルデータを生成
する。このＭＲＳデータは、画像ディスプレイ２１８に
表示されると共に、代謝機能測定に使用される。
２１６からのトリガ信号に従ってＲＦコイル２１１に高
周波信号を供給する。これによりＲＦコイル２１１から
高周波磁場が発生する。また、被検体２０６からの磁気
共鳴信号は、ＲＦコイル２１１を介して受信部２１４で
受信される。なお、ＲＦコイル２１１は送受信兼用でも
よいし、別々に設けてもよい。このＲＦコイル２１１と
勾配磁場コイル２０３との間には、高周波シールド２１
２が配設されている。受信部２１３は、受信した磁気共
鳴信号を検波し、データ収集部２１４に送る。計算機２
１５は、データ収集部２１４に収集されたデータをフー
リエ変換等にかけて、被検体内部の所望化合物のＭＲＳ
データ、図１７に示したようなスペクトルデータを生成
する。このＭＲＳデータは、画像ディスプレイ２１８に
表示されると共に、代謝機能測定に使用される。
【００３１】上述した勾配コイル用電源２０５、シムコ
イル用電源２０９、送信部２１０、受信部２１３、デー
タ収集部２１４は、全てシーケンスコントローラ２１６
により制御されており、システムコントローラ２１６は
計算機２１５に、さらに計算機２１５は、入力装置２１
７により制御されている。
イル用電源２０９、送信部２１０、受信部２１３、デー
タ収集部２１４は、全てシーケンスコントローラ２１６
により制御されており、システムコントローラ２１６は
計算機２１５に、さらに計算機２１５は、入力装置２１
７により制御されている。
【００３２】図２には、第１実施形態における代謝速度
測定の手順を示している。図２のプロトンＭＲＳ工程で
は、図３に示したプロトン観測のためのパルスシーケン
スが実行される。図２の２次元（13Ｃ）ＭＲＳ工程で
は、図４に示した13Ｃ観測のためのパルスシーケンスが
実行される。
測定の手順を示している。図２のプロトンＭＲＳ工程で
は、図３に示したプロトン観測のためのパルスシーケン
スが実行される。図２の２次元（13Ｃ）ＭＲＳ工程で
は、図４に示した13Ｃ観測のためのパルスシーケンスが
実行される。
【００３３】図３のパルスシーケンス４０１により、13
Ｃで標識されたブドウ糖およびブドウ糖から代謝された
標識化合物の信号と、標識されていないブドウ糖及びグ
ルタミン酸の信号とが、脳実質部から観測される。図４
のパルスシーケンス４０２により、13Ｃで標識されたブ
ドウ糖およびブドウ糖から代謝された標識化合物の信号
が脳実質部から観測されるが、標識されていないブドウ
糖及びグルタミン酸の信号は観測されない。
Ｃで標識されたブドウ糖およびブドウ糖から代謝された
標識化合物の信号と、標識されていないブドウ糖及びグ
ルタミン酸の信号とが、脳実質部から観測される。図４
のパルスシーケンス４０２により、13Ｃで標識されたブ
ドウ糖およびブドウ糖から代謝された標識化合物の信号
が脳実質部から観測されるが、標識されていないブドウ
糖及びグルタミン酸の信号は観測されない。
【００３４】図３のパルスシーケンス４０１は、水信号
抑制シーケンスとしてのＣＨＥＳＳ(Chemical Shift Se
lective)と、従来より用いられている局所励起1 Ｈ観測
法であるＳＴＥＡＭ(Stimulated Echo Acquisition Mod
e)と、を組み合わせたものである。図３において、斜線
部分は磁化をばらけさせるためのスポイラー勾配磁場で
あり、これ以外の勾配磁場はスライス選択勾配磁場であ
る。この他にも局所領域からの1 Ｈスペクトル観測法と
して、図５に示すＷＥＦＴ(Water EliminationFourier
Transform) と、ＰＲＥＳＳ(Point-Resolved Spectrosc
opy) とを組み合わせてもよいし、さらにＩＳＩＳ(Imag
e Selected In-vivo Spectroscopy) 等を用いても良
い。
抑制シーケンスとしてのＣＨＥＳＳ(Chemical Shift Se
lective)と、従来より用いられている局所励起1 Ｈ観測
法であるＳＴＥＡＭ(Stimulated Echo Acquisition Mod
e)と、を組み合わせたものである。図３において、斜線
部分は磁化をばらけさせるためのスポイラー勾配磁場で
あり、これ以外の勾配磁場はスライス選択勾配磁場であ
る。この他にも局所領域からの1 Ｈスペクトル観測法と
して、図５に示すＷＥＦＴ(Water EliminationFourier
Transform) と、ＰＲＥＳＳ(Point-Resolved Spectrosc
opy) とを組み合わせてもよいし、さらにＩＳＩＳ(Imag
e Selected In-vivo Spectroscopy) 等を用いても良
い。
【００３５】図４のパルスシーケンス４０２は、スライ
ス勾配磁場パルスを３軸に追加して局所領域からの信号
を取得できるように改良したＨＳＱＣシーケンスである
（特願平８−２５２２３６号）。改良前においては２番
目の 1Ｈに対するＲＦパルスと３番目の13Ｃに対するＲ
Ｆパルスとを同時に印加し、また４番目の 1Ｈに対する
ＲＦパルスと５番目の13Ｃに対するＲＦパルスとを同時
に印加していたので、２番目及び４番目の 1Ｈに対する
ＲＦパルスと同時にスライス勾配磁場パルスを印加する
ことができなかったが、３番目のＲＦパルスと４番目の
ＲＦパルスとの間隔をΔ＝１／（４・Ｊ）（Ｊは 1 Ｈ
−13Ｃスピン結合定数）に維持している限りＩＮＥＰＴ
と同様の分極を起こすことができるので、 1Ｈのエコー
時間を任意に設定して、２番目の 1Ｈに対するＲＦパル
スを３番目の13Ｃに対するＲＦパルスからずらして、ま
た４番目の 1Ｈに対するＲＦパルスを５番目の13Ｃに対
するＲＦパルスからずらすことができるため、１番目及
び４番目の 1Ｈに対するＲＦパルスと一緒にスライス勾
配磁場パルスＧｘ，Ｇｚを印加することができる。
ス勾配磁場パルスを３軸に追加して局所領域からの信号
を取得できるように改良したＨＳＱＣシーケンスである
（特願平８−２５２２３６号）。改良前においては２番
目の 1Ｈに対するＲＦパルスと３番目の13Ｃに対するＲ
Ｆパルスとを同時に印加し、また４番目の 1Ｈに対する
ＲＦパルスと５番目の13Ｃに対するＲＦパルスとを同時
に印加していたので、２番目及び４番目の 1Ｈに対する
ＲＦパルスと同時にスライス勾配磁場パルスを印加する
ことができなかったが、３番目のＲＦパルスと４番目の
ＲＦパルスとの間隔をΔ＝１／（４・Ｊ）（Ｊは 1 Ｈ
−13Ｃスピン結合定数）に維持している限りＩＮＥＰＴ
と同様の分極を起こすことができるので、 1Ｈのエコー
時間を任意に設定して、２番目の 1Ｈに対するＲＦパル
スを３番目の13Ｃに対するＲＦパルスからずらして、ま
た４番目の 1Ｈに対するＲＦパルスを５番目の13Ｃに対
するＲＦパルスからずらすことができるため、１番目及
び４番目の 1Ｈに対するＲＦパルスと一緒にスライス勾
配磁場パルスＧｘ，Ｇｚを印加することができる。
【００３６】次に５番目の13Ｃに対するＲＦパルスを印
加することで、分極移動損のないコヒーレンスが生成さ
れる。また、５番目のＲＦパルスと７番目のＲＦパルス
の間の展開期隔ｔ1 に、13Ｃの１量子コヒーレンスが展
開し、13Ｃの化学シフトが展開する。展開期ｔ1 の中央
の６番目の 1Ｈに対するＲＦパルスは、 1Ｈと13Ｃのデ
カップリングのために印加される。最後に８番目の 1Ｈ
に対するＲＦパルスを、７番目の13Ｃに対するＲＦパル
スからずらすことにより、１番目及び４番目の1Ｈに対
するＲＦパルスと同様に、スライス勾配磁場パルスＧｙ
を同時に印加することができる。
加することで、分極移動損のないコヒーレンスが生成さ
れる。また、５番目のＲＦパルスと７番目のＲＦパルス
の間の展開期隔ｔ1 に、13Ｃの１量子コヒーレンスが展
開し、13Ｃの化学シフトが展開する。展開期ｔ1 の中央
の６番目の 1Ｈに対するＲＦパルスは、 1Ｈと13Ｃのデ
カップリングのために印加される。最後に８番目の 1Ｈ
に対するＲＦパルスを、７番目の13Ｃに対するＲＦパル
スからずらすことにより、１番目及び４番目の1Ｈに対
するＲＦパルスと同様に、スライス勾配磁場パルスＧｙ
を同時に印加することができる。
【００３７】また、勾配磁場Ｇａｄｄは、２番目のＲＦ
パルス前後の不要コヒーレンス除去のためのであり、勾
配磁場Ｇｓｅｌはコヒーレンス選択のために次式の条件
を満たすように印加される。
パルス前後の不要コヒーレンス除去のためのであり、勾
配磁場Ｇｓｅｌはコヒーレンス選択のために次式の条件
を満たすように印加される。
【００３８】
【数４】
【００３９】ただし、γ13Ｃ、γ1 Ｈはそれぞれ13Ｃ、
1Ｈの磁気回転比である。Ｇ1 、Ｇ2 、Ｇ3 はコヒー
レンス選択勾配磁場強度であり、Δｔ1 、Δｔ2 、Δｔ
3 はそれぞれの印加時間である。
1Ｈの磁気回転比である。Ｇ1 、Ｇ2 、Ｇ3 はコヒー
レンス選択勾配磁場強度であり、Δｔ1 、Δｔ2 、Δｔ
3 はそれぞれの印加時間である。
【００４０】なお、図４のパルスシーケンスは、図６に
示すように、ＩＳＩＳと、 1Ｈデカップリング13Ｃ観測
法とを組み合わせたパルスシーケンスを採用してもよ
い。また、感度が十分であれば、パルスシーケンス４０
２の２次元ＭＲＳでなく、１次元の 1Ｈ−ＭＲＳ用のパ
ルスシーケンスを用いても良い。
示すように、ＩＳＩＳと、 1Ｈデカップリング13Ｃ観測
法とを組み合わせたパルスシーケンスを採用してもよ
い。また、感度が十分であれば、パルスシーケンス４０
２の２次元ＭＲＳでなく、１次元の 1Ｈ−ＭＲＳ用のパ
ルスシーケンスを用いても良い。
【００４１】次に、図２の代謝機能測定手順を詳細に説
明する。図７は、第１実施形態におけるＭＲＳデータ収
集用のＲＦコイル２１１の送信コイルと受信コイルと撮
像領域（脳細胞部）との位置関係を示している。送信コ
イル５０１としては 1Ｈと13Ｃとの二重同調コイルを、
そして受信コイル５０２として 1Ｈ観測用表面コイルを
使用する。受信コイル５０２として感度が十分であれば
1 Ｈ−13Ｃ観測用の表面コイルを用いて、パルスシーケ
ンス４０２の代わりに、13Ｃ観測用のパルスシーケンス
を用いて、データを取得しても良い。図８は集められた
データセットであり、図９は代謝速度を求めるためのコ
ンパーメントモデルである。
明する。図７は、第１実施形態におけるＭＲＳデータ収
集用のＲＦコイル２１１の送信コイルと受信コイルと撮
像領域（脳細胞部）との位置関係を示している。送信コ
イル５０１としては 1Ｈと13Ｃとの二重同調コイルを、
そして受信コイル５０２として 1Ｈ観測用表面コイルを
使用する。受信コイル５０２として感度が十分であれば
1 Ｈ−13Ｃ観測用の表面コイルを用いて、パルスシーケ
ンス４０２の代わりに、13Ｃ観測用のパルスシーケンス
を用いて、データを取得しても良い。図８は集められた
データセットであり、図９は代謝速度を求めるためのコ
ンパーメントモデルである。
【００４２】被検体測定の前準備として、Ｍａｓｏｎら
の方法と同様に、測定データを補正するための標準ファ
ントム（１−13Ｃ−Ｇｌｃ、４−13Ｃ−Ｇｌｕ、４−13
Ｃ−Ｇｌｎ等を一定濃度含む）に関するＭＲＳデータを
パルスシーケンス４０１，４０２により取得する。
の方法と同様に、測定データを補正するための標準ファ
ントム（１−13Ｃ−Ｇｌｃ、４−13Ｃ−Ｇｌｕ、４−13
Ｃ−Ｇｌｎ等を一定濃度含む）に関するＭＲＳデータを
パルスシーケンス４０１，４０２により取得する。
【００４３】次いで時刻ｔ＝０において、被検体に13Ｃ
で標識した適当な量の１−13Ｃ−Ｇｌｃを経口投与し、
磁気共鳴装置１０１でパルスシーケンス４０１により、
所定の脳細胞領域５０３でのブドウ糖、およびグルタミ
ン酸、グルタミンの信号を測定する。
で標識した適当な量の１−13Ｃ−Ｇｌｃを経口投与し、
磁気共鳴装置１０１でパルスシーケンス４０１により、
所定の脳細胞領域５０３でのブドウ糖、およびグルタミ
ン酸、グルタミンの信号を測定する。
【００４４】次にパルスシーケンス４０２により同じ領
域５０３からの１−13Ｃ−Ｇｌｃおよび１−13Ｃ−Ｇｌ
ｃから代謝された標識化合物（４−13Ｃ−Ｇｌｕ、４−
13Ｃ−Ｇｌｎ等）の信号を取得する。
域５０３からの１−13Ｃ−Ｇｌｃおよび１−13Ｃ−Ｇｌ
ｃから代謝された標識化合物（４−13Ｃ−Ｇｌｕ、４−
13Ｃ−Ｇｌｎ等）の信号を取得する。
【００４５】以後、パルスシーケンス４０１による測
定、パルスシーケンス４０２による測定を交互に繰り返
し、適当な時間経過後測定を終了する。パルスシーケン
ス４０１により得られた 1Ｈ−ＭＲＳに対して、代謝機
能測定装置本体１０３において、各種化合物のピークに
対して、式（１０）と同様の補正をすることで、脳内ブ
ドウ糖濃度時系列データセット６０１が得られる。ま
た、脳内グルタミン酸濃度、脳内グルタミン濃度が得ら
れる。時刻ｋi 、ｋi+1 で取得したデータを平均して時
刻ｔi に対してプロットする。ただしｉはデータ測定回
数を示す正数である。
定、パルスシーケンス４０２による測定を交互に繰り返
し、適当な時間経過後測定を終了する。パルスシーケン
ス４０１により得られた 1Ｈ−ＭＲＳに対して、代謝機
能測定装置本体１０３において、各種化合物のピークに
対して、式（１０）と同様の補正をすることで、脳内ブ
ドウ糖濃度時系列データセット６０１が得られる。ま
た、脳内グルタミン酸濃度、脳内グルタミン濃度が得ら
れる。時刻ｋi 、ｋi+1 で取得したデータを平均して時
刻ｔi に対してプロットする。ただしｉはデータ測定回
数を示す正数である。
【００４６】脳内グルタミン酸濃度および脳内グルタミ
ン濃度は時間に対して不変であると考えられるため、集
められたデータセットを平均して求める。また、脳内ブ
ドウ糖濃度に関して領域５０３には脳血管部も５％程度
含まれると考えて、濃度を補正しても良い。
ン濃度は時間に対して不変であると考えられるため、集
められたデータセットを平均して求める。また、脳内ブ
ドウ糖濃度に関して領域５０３には脳血管部も５％程度
含まれると考えて、濃度を補正しても良い。
【００４７】またパルスシーケンス４０２により、１−
13Ｃ−Ｇｌｃ、４−13Ｃ−Ｇｌｕ等の信号が得られ、こ
れをファントムデータで補正することにより、強度デー
タは濃度データヘと換算される。脳内のグルタミン酸の
濃度は1 Ｈ−ＭＲＳにより得られているため、４−13Ｃ
−ＧｌｕのＦ．Ｅ．が得られる。同様にして、４−13Ｃ
−ＧｌｎのＦ．Ｅ．も得られる。以上で脳内１−13Ｃ−
Ｇｌｃ濃度の時系列データセット６０２、４−13Ｃ−Ｇ
ｌｕのＦ．Ｅ．の時系列データセット６０３および、４
−13Ｃ−ＧｌｎのＦ．Ｅ．の時系列データセット６０４
が得られる。脳内１−13Ｃ−Ｇｌｃ濃度は上と同様に領
域５０３に脳血管部も５％程度含まれると考えて、濃度
を補正しても良い。
13Ｃ−Ｇｌｃ、４−13Ｃ−Ｇｌｕ等の信号が得られ、こ
れをファントムデータで補正することにより、強度デー
タは濃度データヘと換算される。脳内のグルタミン酸の
濃度は1 Ｈ−ＭＲＳにより得られているため、４−13Ｃ
−ＧｌｕのＦ．Ｅ．が得られる。同様にして、４−13Ｃ
−ＧｌｎのＦ．Ｅ．も得られる。以上で脳内１−13Ｃ−
Ｇｌｃ濃度の時系列データセット６０２、４−13Ｃ−Ｇ
ｌｕのＦ．Ｅ．の時系列データセット６０３および、４
−13Ｃ−ＧｌｎのＦ．Ｅ．の時系列データセット６０４
が得られる。脳内１−13Ｃ−Ｇｌｃ濃度は上と同様に領
域５０３に脳血管部も５％程度含まれると考えて、濃度
を補正しても良い。
【００４８】図９が代謝速度を求めるためのコンパート
メントモデルである。脳内のブドウ糖濃度データ、脳内
の１−13Ｃ−Ｇｌｃ濃度データが得られているため、Ｍ
ａｓｏｎらのモデル（図１９）から、血管のコンパート
メントを省くことができ、文献値として用いていたＫm
、Ｖmax の値も考慮せずに済む。各種の化合物の間に
成り立つ微分方程式は、式（２１），（２３），（２
４），（２５）である。
メントモデルである。脳内のブドウ糖濃度データ、脳内
の１−13Ｃ−Ｇｌｃ濃度データが得られているため、Ｍ
ａｓｏｎらのモデル（図１９）から、血管のコンパート
メントを省くことができ、文献値として用いていたＫm
、Ｖmax の値も考慮せずに済む。各種の化合物の間に
成り立つ微分方程式は、式（２１），（２３），（２
４），（２５）である。
【００４９】４−13Ｃ−Ｇｌｕの時系列Ｆ．Ｅ．データ
６０３を入力データとして、Ｍａｓｏｎらと同様に、式
（２５）を用いてＶｇｌｎを求める。 次にＶｔｃａの
値を求める。時系列データ６０１，６０２を入力データ
とし、パラメータＶｔｃａの初期値を決め、数値的に式
（２３），（２４）の微分方程式を順次解き、Ｇｌｕ4
* ／Ｇｌｕの時系列フィッティングデータセットを求め
る（式（２４）を解く際には、４−13Ｃ−Ｇｌｎ時系列
データセット６０４および上で求めたＶｇｌｎの値も入
力データとして用いる）。以後Ｍａｓｏｎらと同様にし
て、パラメータＶｔｃａを計算機２１５により求める。
また、式（３０）からブドウ糖代謝率ＣＭＲｇｌも求め
ることができる。
６０３を入力データとして、Ｍａｓｏｎらと同様に、式
（２５）を用いてＶｇｌｎを求める。 次にＶｔｃａの
値を求める。時系列データ６０１，６０２を入力データ
とし、パラメータＶｔｃａの初期値を決め、数値的に式
（２３），（２４）の微分方程式を順次解き、Ｇｌｕ4
* ／Ｇｌｕの時系列フィッティングデータセットを求め
る（式（２４）を解く際には、４−13Ｃ−Ｇｌｎ時系列
データセット６０４および上で求めたＶｇｌｎの値も入
力データとして用いる）。以後Ｍａｓｏｎらと同様にし
て、パラメータＶｔｃａを計算機２１５により求める。
また、式（３０）からブドウ糖代謝率ＣＭＲｇｌも求め
ることができる。
【００５０】以上のように本実施形態によれば、採血を
行うことなく、代謝機能、ここでは代謝速度を測定する
ことができる。 （第２実施形態）図１０は、第２実施形態に係る代謝機
能測定装置の構成を示している。代謝機能測定装置は、
磁気共鳴装置８０１と、非侵襲血糖値測定装置８０３と
からなる。なお、磁気共鳴装置８０１は、図１の構成と
同じである。図１１に本実施形態の測定手順を示してい
る。
行うことなく、代謝機能、ここでは代謝速度を測定する
ことができる。 （第２実施形態）図１０は、第２実施形態に係る代謝機
能測定装置の構成を示している。代謝機能測定装置は、
磁気共鳴装置８０１と、非侵襲血糖値測定装置８０３と
からなる。なお、磁気共鳴装置８０１は、図１の構成と
同じである。図１１に本実施形態の測定手順を示してい
る。
【００５１】図１２に、図１１の血糖値測定工程で用い
られる非侵襲血糖値測定装置８０３の構成を示してい
る。非侵襲血糖値測定装置８０３は、詳しくは特開平３
−１７３５３５号公報を参考されたいが、非侵襲で、つ
まり採血しないで、血糖値を測定することができるよう
に、光源１００１からの適当な波長の光線を凸面反射鏡
１００２を介して被検体の指１００３の部分に照射し、
透過してくる光線を２系統のレンズ１００５，１００６
で集め、フィルタ１００７，１００８を通し、センサ１
００９，１０１０で透過波長の解析をし、増幅器１０１
１，１０１２で信号を増幅し、そして演算装置１０１３
でグルコース濃度を計算するようになっている。
られる非侵襲血糖値測定装置８０３の構成を示してい
る。非侵襲血糖値測定装置８０３は、詳しくは特開平３
−１７３５３５号公報を参考されたいが、非侵襲で、つ
まり採血しないで、血糖値を測定することができるよう
に、光源１００１からの適当な波長の光線を凸面反射鏡
１００２を介して被検体の指１００３の部分に照射し、
透過してくる光線を２系統のレンズ１００５，１００６
で集め、フィルタ１００７，１００８を通し、センサ１
００９，１０１０で透過波長の解析をし、増幅器１０１
１，１０１２で信号を増幅し、そして演算装置１０１３
でグルコース濃度を計算するようになっている。
【００５２】図１３に、送信コイル１１０１と受信コイ
ル１１０２と撮像領域（脳静脈部）１１０３と撮像領域
（脳細胞部）１１０４との位置関係を示している。図１
４は、図１１のＭＲＳ測定工程で用いられるパルスシー
ケンスを示している。パルスシーケンス１２０１はマル
チスライスＨＳＱＣ法で特願平８−３０４５６１号に開
示されている。１２０１は、２つの撮像領域１１０３，
１１０４とから信号が得られるように、第１実施形態の
パルスシーケンス４０２の信号観測部分をもう１系統
（四角で囲んだ部分）追加したものである。このように
新たに選択励起パルスおよびコヒーレンス選択勾配磁場
が加わることで、ｙ軸方向にセパレートした複数領域１
１０３，１１０４が観測可能となる。
ル１１０２と撮像領域（脳静脈部）１１０３と撮像領域
（脳細胞部）１１０４との位置関係を示している。図１
４は、図１１のＭＲＳ測定工程で用いられるパルスシー
ケンスを示している。パルスシーケンス１２０１はマル
チスライスＨＳＱＣ法で特願平８−３０４５６１号に開
示されている。１２０１は、２つの撮像領域１１０３，
１１０４とから信号が得られるように、第１実施形態の
パルスシーケンス４０２の信号観測部分をもう１系統
（四角で囲んだ部分）追加したものである。このように
新たに選択励起パルスおよびコヒーレンス選択勾配磁場
が加わることで、ｙ軸方向にセパレートした複数領域１
１０３，１１０４が観測可能となる。
【００５３】次いで本発明に係わる第２実施形態につい
て図１１を参照して詳細に説明を行う。図１８に、集め
られたデータセットを示し、図１９に代謝速度を求める
コンパートメントモデルを示している。
て図１１を参照して詳細に説明を行う。図１８に、集め
られたデータセットを示し、図１９に代謝速度を求める
コンパートメントモデルを示している。
【００５４】まず、被検体測定の前準備として、測定デ
ータを補正するための標識ファントムのＭＲＳデータを
パルスシーケンス１２０１により取得する。次いで、時
刻ｔ＝０において、被検体に13Ｃで標識した適当な量の
１−13Ｃ−Ｇｌｃを経口投与し、非侵襲血糖値測定装置
８０３により適当な部位での血糖値を測定後、磁気共鳴
装置８０１で所定の脳の静脈血管領域１１０３での１−
13Ｃ−Ｇｌｃおよび脳細胞領域１１０４から４−13Ｃ−
Ｇｌｕ、４−13Ｃ−Ｇｌｎ等の２次元ＭＲＳデータを取
得し（脳細胞内の１−13Ｃ−Ｇｌｃデータも得られるが
使用しない）、ファントムデータによる換算を行い、濃
度データを得る。以後８０３による測定、８０１による
測定を交互に繰り返し、適当な時間経過後測定を終了す
る。
ータを補正するための標識ファントムのＭＲＳデータを
パルスシーケンス１２０１により取得する。次いで、時
刻ｔ＝０において、被検体に13Ｃで標識した適当な量の
１−13Ｃ−Ｇｌｃを経口投与し、非侵襲血糖値測定装置
８０３により適当な部位での血糖値を測定後、磁気共鳴
装置８０１で所定の脳の静脈血管領域１１０３での１−
13Ｃ−Ｇｌｃおよび脳細胞領域１１０４から４−13Ｃ−
Ｇｌｕ、４−13Ｃ−Ｇｌｎ等の２次元ＭＲＳデータを取
得し（脳細胞内の１−13Ｃ−Ｇｌｃデータも得られるが
使用しない）、ファントムデータによる換算を行い、濃
度データを得る。以後８０３による測定、８０１による
測定を交互に繰り返し、適当な時間経過後測定を終了す
る。
【００５５】非侵襲血糖値測定装置により時系列データ
セット（図１８（ａ）の・点列）が得られる。また、領
域１１０３からのスペクトルより、血中１−13Ｃ−Ｇｌ
ｃ濃度データセット（図１８（ａ）の×点列）が得られ
る。また、領域１１０４からのスペクトルより、４−13
Ｃ−Ｇｌｕ濃度データ、４−13Ｃ−Ｇｌｎ濃度データが
得られる。また、Ｍａｓｏｎと同様のピーク強度解析を
行うことで、４−13Ｃ−ＧｌｕのＦ．Ｅ．および４−13
Ｃ−ＧｌｎのＦ．Ｅ．時系列データセット（図１８
（ｂ）の・点列と×点列）が得られる。また、脳内のグ
ルタミン酸の濃度、グルタミンの濃度も同様に得られ
る。以下Ｍａｏｓｎの方法と同様に、図１９のコンパー
トメントモデルに対する微分方程式（２０）〜（２５）
を用いて、ブドウ糖代謝率およびＴＣＡサイクル速度を
計算機２１５により求める。
セット（図１８（ａ）の・点列）が得られる。また、領
域１１０３からのスペクトルより、血中１−13Ｃ−Ｇｌ
ｃ濃度データセット（図１８（ａ）の×点列）が得られ
る。また、領域１１０４からのスペクトルより、４−13
Ｃ−Ｇｌｕ濃度データ、４−13Ｃ−Ｇｌｎ濃度データが
得られる。また、Ｍａｓｏｎと同様のピーク強度解析を
行うことで、４−13Ｃ−ＧｌｕのＦ．Ｅ．および４−13
Ｃ−ＧｌｎのＦ．Ｅ．時系列データセット（図１８
（ｂ）の・点列と×点列）が得られる。また、脳内のグ
ルタミン酸の濃度、グルタミンの濃度も同様に得られ
る。以下Ｍａｏｓｎの方法と同様に、図１９のコンパー
トメントモデルに対する微分方程式（２０）〜（２５）
を用いて、ブドウ糖代謝率およびＴＣＡサイクル速度を
計算機２１５により求める。
【００５６】第２実施形態において、脳細胞の単一の領
域においての代謝速度を求めたが、パルスシーケンス１
２０１の追加部分を増加させることで、脳細胞の複数の
領域からの信号を取得することもでき、得られたデータ
セットを実施形態と同様の解析を行うことで、脳細胞の
複数の領域の代謝速度を求めることもできる。
域においての代謝速度を求めたが、パルスシーケンス１
２０１の追加部分を増加させることで、脳細胞の複数の
領域からの信号を取得することもでき、得られたデータ
セットを実施形態と同様の解析を行うことで、脳細胞の
複数の領域の代謝速度を求めることもできる。
【００５７】第１実施形態においても脳細胞の１つの領
域からの標識化合物の信号を取得するシーケンス４０２
の代わりに、マルチスライスパルスシーケンス１２０１
を用いることで、脳細胞の複数領域からの信号を取得
し、脳細胞の複数の領域の代謝速度を求めることもでき
る。この場合には、脳細胞のブドウ糖、グルタミン酸を
観測するための1 Ｈ−ＭＲＳのパルスシーケンスとし
て、観測時間は長くなるが、パルスシーケンス４０１の
Ｇｙスライス選択傾斜磁場印加時の高周波パルスの中心
周波数を複数回変えて、複数領域からの信号を観測する
必要がある。
域からの標識化合物の信号を取得するシーケンス４０２
の代わりに、マルチスライスパルスシーケンス１２０１
を用いることで、脳細胞の複数領域からの信号を取得
し、脳細胞の複数の領域の代謝速度を求めることもでき
る。この場合には、脳細胞のブドウ糖、グルタミン酸を
観測するための1 Ｈ−ＭＲＳのパルスシーケンスとし
て、観測時間は長くなるが、パルスシーケンス４０１の
Ｇｙスライス選択傾斜磁場印加時の高周波パルスの中心
周波数を複数回変えて、複数領域からの信号を観測する
必要がある。
【００５８】また２つ実施形態において、ＭＲＳのデー
タのうち、ブドウ糖から合成される化合物として、グル
タミン酸の４位のデータとグルタミンの４位のデータの
みを用いて、代謝速度を求めたが、ＭＲＳにおいて観測
される他の化合物のデータも併せて使用し、他の化合物
の代謝速度を求めることができる。この場合は、コンパ
ートメントモデルを追加し、代謝速度パラメータも適宜
修正する必要がある。本発明は、上述した実施形態に限
定されることなく、種々変形して実施可能である。
タのうち、ブドウ糖から合成される化合物として、グル
タミン酸の４位のデータとグルタミンの４位のデータの
みを用いて、代謝速度を求めたが、ＭＲＳにおいて観測
される他の化合物のデータも併せて使用し、他の化合物
の代謝速度を求めることができる。この場合は、コンパ
ートメントモデルを追加し、代謝速度パラメータも適宜
修正する必要がある。本発明は、上述した実施形態に限
定されることなく、種々変形して実施可能である。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被検体の脳細胞のブドウ糖・アミノ酸代謝速度を、採血
することなく、測定することができる。
被検体の脳細胞のブドウ糖・アミノ酸代謝速度を、採血
することなく、測定することができる。
【図１】本発明の第１実施形態に係る代謝機能測定装置
のブロック図。
のブロック図。
【図２】第１実施形態の測定手順を示す図。
【図３】図２のプロトンＭＲＳ工程で使われるパルスシ
ーケンスを示す。
ーケンスを示す。
【図４】図２の２次元（13Ｃ）ＭＲＳ工程で使われるパ
ルスシーケンスを示す。
ルスシーケンスを示す。
【図５】図２のプロトンＭＲＳ工程で使われる他のパル
スシーケンスを示す。
スシーケンスを示す。
【図６】図２の２次元（13Ｃ）ＭＲＳ工程で使われる他
のパルスシーケンスを示す。
のパルスシーケンスを示す。
【図７】第１実施形態における送信コイルと受信コイル
と撮像領域との配置関係を示す図。
と撮像領域との配置関係を示す図。
【図８】第１実施形態において得られるデータセットの
一例を示す図。
一例を示す図。
【図９】第１実施形態による脳内コンパートメントモデ
ルを示す図。
ルを示す図。
【図１０】第２実施形態に係る代謝機能測定装置のブロ
ック図。
ック図。
【図１１】第２実施形態の測定手順を示す図。
【図１２】図１０の非侵襲血糖値測定装置の概略構成
図。
図。
【図１３】第２実施形態における送信コイルと受信コイ
ルと撮像領域との配置関係を示す図。
ルと撮像領域との配置関係を示す図。
【図１４】図１１のＭＲＳ測定工程で使われるパルスシ
ーケンスを示す図。
ーケンスを示す図。
【図１５】従来の代謝機能測定装置のブロック図。
【図１６】従来の測定手順を示す図。
【図１７】図１６のＭＲＳ工程で得られる13Ｃスペクト
ルを示す図。
ルを示す図。
【図１８】データセットを示す図。
【図１９】脳内のコンパートメントモデルを示す図。
１０２…被検体、 ２０１…静磁場磁石、 ２０２…励磁用電源、 ２０３…勾配磁場コイル、 ２０４…シールドコイル、 ２０５…勾配コイル用電源、 ２０７…渦補償回路、 ２０８…シムコイル、 ２０９…シムコイル用電源、 ２１０…送信部、 ２１１…ＲＦコイル、 ２１２…高周波シールド、 ２１３…受信部、 ２１４…データ収集部、 ２１５…計算機、 ２１６…シーケンスコントローラ、 ２１７…入力装置、 ２１８…画像ディスプレイ。
Claims (2)
- 【請求項１】 ブドウ糖及びブドウ糖より合成される種
々の化合物の代謝速度を測定する代謝機能測定装置にお
いて、 安定同位体で標識されたブドウ糖を投与された被検体か
ら、静磁場、傾斜磁場及び高周波磁場を印加することに
より、前記標識されたブドウ糖と前記標識されたブドウ
糖から合成された標識化合物との濃度に関わる磁気共鳴
データを収集するためのパルスシーケンスと、前記標識
されたブドウ糖と標識されていないブドウ糖と前記標識
化合物と標識されていない化合物との濃度に関わる磁気
共鳴データを収集するためのパルスシーケンスとを交互
に実行することを特徴とする代謝機能測定装置。 - 【請求項２】 ブドウ糖及びブドウ糖より合成される種
々の化合物の代謝速度を測定する代謝機能測定装置にお
いて、 磁気共鳴装置と、非侵襲血糖値測定装置とを備え、 安定同位体で標識されたブドウ糖を投与された被検体か
ら、前記磁気共鳴装置で、前記標識されたブドウ糖と前
記標識されたブドウ糖から合成された標識化合物との濃
度に関わる磁気共鳴データを収集する動作と、前記標識
されたブドウ糖と標識されていないブドウ糖と前記標識
化合物と標識されていない化合物との濃度に関わるデー
タを前記非侵襲血糖値測定装置で収集する動作とを交互
に実行することを特徴とする代謝機能測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10185119A JP2938048B1 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 代謝機能測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10185119A JP2938048B1 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 代謝機能測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2938048B1 true JP2938048B1 (ja) | 1999-08-23 |
| JP2000014657A JP2000014657A (ja) | 2000-01-18 |
Family
ID=16165208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10185119A Expired - Fee Related JP2938048B1 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 代謝機能測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2938048B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010537157A (ja) * | 2007-07-17 | 2010-12-02 | メタボロン インコーポレイテッド | 糖尿病前症、心血管疾患及びその他のメタボリックシンドローム関連障害のバイオマーカー並びにその使用方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2070475B1 (en) | 2006-10-06 | 2018-09-12 | Hitachi, Ltd. | Magnetic resonance imaging device for signal suppression of an unnecessary material in an image |
| US7772844B2 (en) | 2008-01-30 | 2010-08-10 | General Electric Company | System and method for tissue specific MR imaging of metabolites using spectral-spatially formed stimulated echo |
| US8253415B2 (en) | 2008-03-10 | 2012-08-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic resonance imaging apparatus and magnetic resonance imaging method |
| WO2013120099A1 (en) * | 2012-02-10 | 2013-08-15 | The Children's Medical Center Corporation | Nmr-based metabolite screening platform |
| CN106153661B (zh) * | 2016-06-17 | 2017-11-03 | 东南大学 | 一种用于血糖血脂无创核磁共振检测的方法 |
-
1998
- 1998-06-30 JP JP10185119A patent/JP2938048B1/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010537157A (ja) * | 2007-07-17 | 2010-12-02 | メタボロン インコーポレイテッド | 糖尿病前症、心血管疾患及びその他のメタボリックシンドローム関連障害のバイオマーカー並びにその使用方法 |
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|---|---|
| JP2000014657A (ja) | 2000-01-18 |
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