JP2005312821A - Method for measuring blood flow and longitudinal relaxation time in tissue using high polarization nuclide - Google Patents

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厳 菅野
Yasushi Kondo
靖 近藤
Kazuhiro Nakamura
和浩 中村
Atsushi Wakai
篤志 若井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for precisely measuring a blood flow in a tissue using high polarization xenon gas. <P>SOLUTION: In a method of magnetic resonance imaging (MRI), a high polarization nuclide having a polarization ratio for obtaining sufficiently high signal intensity is dissolved within the tissue to detect a magnetic resonance signal, a rising time and an identifying time are estimated from the time transition of the rising section of the identifying section of the signal intensity of chemical shift generated in this magnetic resonance signal, an intra-tissue vertical relaxation time is supposed, and an intra-tissue blood flow is measured. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、高偏極核種を用いて組織内の血流量及び縦緩和時間を計測する方法に係り、生体組織内に溶解した核種の核磁気共鳴周波数の変化(ケミカルシフト)を利用してヒト及び動物の血流を計測するとともに組織内における縦緩和時間(T1)を計測する方法に関する。     The present invention relates to a method for measuring blood flow volume and longitudinal relaxation time in a tissue using a highly polarized nuclide, and uses a change (chemical shift) in nuclear magnetic resonance frequency of a nuclide dissolved in a living tissue. And a method for measuring the blood flow of an animal and measuring the longitudinal relaxation time (T1) in the tissue.

尚、この発明の高偏極核種を用いて脳組織内の血流量及び縦緩和時間を計測する方法は、特に、脳組織の血流を検査し、監視するために有効な技術であるが、肺、心臓、肝臓、腎臓のようなその他の器官、または、腫瘍或いは脳梗塞のような病態部位へも同様に適用することができる。   The method of measuring the blood flow volume and longitudinal relaxation time in the brain tissue using the highly polarized nuclide of the present invention is an effective technique for examining and monitoring the blood flow of the brain tissue, The same applies to other organs such as lung, heart, liver, kidney, or pathological sites such as tumor or cerebral infarction.

外部からは直接観測できない身体の内部を画像化する手法として、レントゲン撮影、2次元断面画像を撮像するX線CT、水分子の核磁気共鳴周波数に伴う横緩和時間の違いを利用した核磁気共鳴画像(MRI)法等が知られている。これらの画像化法においては、それ自体が信号を発生し、或いは、その周りに影響を与えることで本来持つ信号強度を減衰させることにより、画像にコントラストを生じさせる造影剤とよばれる試薬を併用することがある。レントゲン撮影において、X線を透過させないバリウムを経口投与により与えて胃の形状を撮影するのはこうした造影剤を利用した好例である。     Radiographic imaging, X-ray CT that captures two-dimensional cross-sectional images, and nuclear magnetic resonance using the difference in transverse relaxation time associated with the nuclear magnetic resonance frequency of water molecules. An image (MRI) method or the like is known. In these imaging methods, a reagent called a contrast agent is used in combination, which generates a signal by itself or attenuates the inherent signal intensity by affecting the surrounding area, thereby causing contrast in the image. There are things to do. In X-ray imaging, it is a good example using such a contrast agent to image the shape of the stomach by oral administration of barium that does not transmit X-rays.

陽電子断層撮像法(Positron Emission Tomography;PET)及び光電子断層撮像法(Single Photon Emission Tomogoraphy;SPECT)は、特に、放射性造影剤から生じる信号を画像化したものであり、造影剤の分布が画像化される。こうした放射性造影剤における信号強度の時間的変遷から脳血流量、血液量、酸素摂取率、酸素消費量を測定する手法はよく知られている。こうした用途に用いる造影剤は、一般にトレーサーと称せられるが、この出願の明細書では、以下、このトレーサーをも造影剤と称することとする。   Positron Emission Tomography (PET) and Single Photon Emission Tomogoraphy (SPECT) are images of signals generated from radioactive contrast media, and the distribution of contrast media is imaged. The Techniques for measuring cerebral blood flow, blood volume, oxygen uptake rate, and oxygen consumption from the temporal transition of signal intensity in such a radiocontrast are well known. A contrast agent used for such an application is generally referred to as a tracer. In the specification of this application, hereinafter, this tracer is also referred to as a contrast agent.

脳には、脳血管関門(Blood Brain Barier;BBB)と呼ばれる生理的構造があり、大きな分子量の分子を通過させないことで、脳に異物が混入するのを防ぐ機構がある。従って、造影剤の種類によっては、血管内の血流しか測定できない場合がある。臨床診断においては、血管外の組織内灌流量計測がより重要であることがよく知られ、造影剤により脳血流量を計測する場合には、脳血管関門を通過する造影剤を用いることが好ましいとされている。PETやSPECTで用いられる133Xe、15O、11Cといった核種を含む放射性造影剤には、脳血管関門を通過するものがあり、このような造影剤を利用することによって、血管外の脳組織内灌流量を計測することができる。しかし、放射性造影剤を用いる場合、患者や検査技師、医師への被曝は避けられず。検査にあたっては、充分な注意が必要であり、被曝を伴もなわない血流測定法が望まれている。 The brain has a physiological structure called the Blood Brain Barier (BBB), and has a mechanism that prevents foreign substances from entering the brain by preventing the passage of large molecular weight molecules. Therefore, depending on the type of contrast agent, only the blood flow in the blood vessel may be measured. In clinical diagnosis, it is well known that the measurement of perfusion flow in the tissue outside the blood vessel is more important. When measuring the cerebral blood flow with a contrast agent, it is preferable to use a contrast agent that passes through the cerebral blood vessel barrier. It is said that. Some radioactive contrast agents containing nuclides such as 133 Xe, 15 O, and 11 C used in PET and SPECT pass through the brain-vascular barrier. By using such a contrast agent, brain tissue outside the blood vessel can be obtained. The internal perfusion flow can be measured. However, when using radiocontrast media, exposure to patients, laboratory technicians, and doctors is inevitable. Sufficient care is required for the examination, and a blood flow measurement method that does not involve exposure is desired.

核磁気共鳴断層撮像法(MRI)は、核磁気共鳴現象(NMR)及び勾配磁界、並びに、フーリエ変換といった技術を組み合わせることで、断層撮像を可能にした手法であり、被曝を避けて血流を計測できる可能性がある。しかし、現在一般に普及しているMRI装置では、水分子に含まれるプロトンからの核磁気共鳴(NMR)信号に基づくものに限られ、一般には、生体内部の水分子分布に基づく形態画像を提供するに過ぎない。これは、核磁気共鳴(NMR)信号強度が弱く、分子数の多い物質でなければ測定できず、造影剤のような微量投与では、信号が観測されないことに依存している。これは、磁気共鳴現象が、ゼーマン効果に基づく現象で、その強度が、発生する磁化ベクトルの大きさ(M)に依存しているためである。次式(1)に、磁化ベクトルの大きさを示す。

Figure 2005312821
Nuclear magnetic resonance tomography (MRI) is a technique that enables tomographic imaging by combining techniques such as nuclear magnetic resonance (NMR), gradient magnetic field, and Fourier transform. There is a possibility to measure. However, currently popular MRI apparatuses are limited to those based on nuclear magnetic resonance (NMR) signals from protons contained in water molecules, and generally provide morphological images based on the distribution of water molecules inside the living body. Only. This depends on the fact that a nuclear magnetic resonance (NMR) signal intensity is weak and can be measured only with a substance having a large number of molecules, and no signal is observed in a minute dose such as a contrast medium. This is because the magnetic resonance phenomenon is a phenomenon based on the Zeeman effect, and its intensity depends on the magnitude (M p ) of the generated magnetization vector. The following equation (1) shows the magnitude of the magnetization vector.
Figure 2005312821

γは、磁気回転比、nは、微小空間中の核子数密度、pは、偏極率である。   γ is the gyromagnetic ratio, n is the nucleon number density in the minute space, and p is the polarization rate.

水分子中のプロトン等、一般には、系が外部と熱平衡状態にある場合について考えると、ボルツマン分布から偏極率は、次式で計算される。

Figure 2005312821
Considering the case where the system is in thermal equilibrium with the outside, such as protons in water molecules, the polarization rate is calculated from the Boltzmann distribution by the following equation.
Figure 2005312821

γは、磁気回転比(Hでは、2.68×10−8 rad/s/T、129Xeでは、0.74×10−8 rad/s/T、Bは、静磁場強度(T)、κは、ボルツマン定数(1.381×10−34J/K)、Tは、絶対温度である。 γ is the gyromagnetic ratio (2.68 × 10 −8 rad / s / T at 1 H, 0.74 × 10 −8 rad / s / T at 129 Xe, and B q is the static magnetic field strength (T ), Κ is Boltzmann's constant (1.381 × 10 −34 J / K), and T is an absolute temperature.

37℃のH、1.5T中での偏極率を計算すると、約5×10−6となり、非常に小さい値である。従って、極微量しか導入できない造影剤では、核磁気共鳴(NMR)信号を取得することができない。従って、現状のMRI装置を利用した検査においては、PET或いはSPECTのような造影剤を用いた血流計測がなされていない。 When the polarization rate in 1 H and 1.5 T at 37 ° C. is calculated, it is about 5 × 10 −6 , which is a very small value. Therefore, a nuclear magnetic resonance (NMR) signal cannot be acquired with a contrast agent that can introduce only a very small amount. Therefore, blood flow measurement using a contrast agent such as PET or SPECT is not performed in the examination using the current MRI apparatus.

しかし、MRI装置でも、特許文献1に開示されるように、磁性体含有造影剤、例えば、Gd−DTPAのようなGD−キレートにより、プロトン原子の局所磁場依存性横緩和時間(T2)を変化させ、その信号強度の時間変化を利用して脳血流量を計測する手法が提案されている。 However, even in an MRI apparatus, as disclosed in Patent Document 1, the local magnetic field-dependent lateral relaxation time (T2 * ) of proton atoms is reduced by a magnetic substance-containing contrast agent, for example, a GD-chelate such as Gd-DTPA. There has been proposed a method of measuring cerebral blood flow by changing the signal intensity over time.

しかし、脳血管関門があるため、GD−キレートといった大きい分子量を有する試薬は、血管の外部には浸透しない問題がある。上述したように、臨床診断においては、血管外の組織内灌流量計測がより重要であり、脳血管関門を通過しない造影剤による脳血流計測は、好ましくないとされている。通常、偏極率は、静磁場強度及び温度のみで定まるが、特許文献2に開示されるようにアルカリ金属原子を用いた光ポンピング法により、キセノン原子の偏極率を熱平衡状態の1万倍以上にする手法を用いて、キセノンガスを造影剤として用いる手法が考案されている。   However, since there is a cerebrovascular barrier, there is a problem that a reagent having a large molecular weight such as GD-chelate does not penetrate outside the blood vessel. As described above, in clinical diagnosis, measurement of perfusion flow in a tissue outside the blood vessel is more important, and cerebral blood flow measurement using a contrast agent that does not pass through the cerebral blood vessel barrier is not preferable. Usually, the polarization rate is determined only by the static magnetic field strength and the temperature, but as disclosed in Patent Document 2, the polarization rate of the xenon atom is 10,000 times that of the thermal equilibrium state by an optical pumping method using an alkali metal atom. Using the above method, a method using xenon gas as a contrast agent has been devised.

高偏極核種としての高偏極129Xeは、脳血管関門を通過可能な造影剤であり、その高い偏極率のため、造影剤の微量投与で核磁気共鳴が観測できる。この高偏極129Xeのガス成分を利用した核磁気共鳴画像化に関しては、いくつか報告がなされている。また、キセノンは、脂溶性であり、生体組織内に容易に溶解する。このため、溶解した129Xe周囲の磁場環境が変化することにより、ケミカルシフトと呼ばれる現象が生じ、ガス成分とは異なる核磁気共鳴周波数を示すことが知られている。このケミカルシフト周波数における信号を利用して、その信号減衰特性から血流の計測ができる可能性があり、組織内縦緩和時間の推定から、酸素飽和度の測定ができる可能性があり、周波数の変化から組織温度の測定ができる可能性がある。 Highly polarized 129 Xe as a highly polarized nuclide is a contrast agent that can pass through the cerebrovascular barrier, and because of its high polarization rate, nuclear magnetic resonance can be observed with a small amount of contrast agent. Several reports have been made on nuclear magnetic resonance imaging using the highly polarized 129 Xe gas component. Xenon is fat-soluble and easily dissolves in living tissues. For this reason, it is known that a phenomenon called chemical shift occurs due to a change in the magnetic field environment around the dissolved 129 Xe, and shows a nuclear magnetic resonance frequency different from that of the gas component. Using the signal at this chemical shift frequency, there is a possibility that blood flow can be measured from the signal attenuation characteristics, and there is a possibility that oxygen saturation can be measured from the estimation of the longitudinal relaxation time in the tissue. The tissue temperature may be measured from the change.

溶媒に溶解した核種のケミカルシフト周波数は、一般的に、ppm単位で表示され、溶媒に溶解する前の核磁気共鳴周波数をF、溶解した後の核磁気共鳴周波数をFで表わした時、ケミカルシフト周波数Fは、次式で表わされる。

Figure 2005312821
特表特許公報2002−539880 特表特許公報2002−507438 The chemical shift frequency of the nuclide dissolved in the solvent is generally expressed in ppm. When the nuclear magnetic resonance frequency before dissolution in the solvent is represented by F 0 and the nuclear magnetic resonance frequency after dissolution is represented by F, Chemical shift frequency F p is expressed by the following equation.
Figure 2005312821
JP Patent Publication 2002-539880 JP Patent Publication 2002-507438

129Xeを生体組織に溶解したケミカルシフトについてのある報告においては、実験動物の胸部において勾配磁場を加え、スライス選択した上で、スペクラムを得ることで、192ppmが脂肪組織、199ppmが肺組織、210ppmが血液に由来する信号としている。また、ある報告では、ヒト脳において、2つのピークを観測し、その信号強度の時間変遷から、197ppmの信号が脳灰白質(神経細胞を多く含有する部位)の信号、194ppmの信号が脳白質(神経繊維を多く含有する部位)からの信号と推測している。いずれの報告においても、その信号の由来の根拠は、不確かであり、核磁気共鳴を示すスペクトラム上において、あるピークがどの部位からの信号と同定されているとは言い難い。 In one report on chemical shifts in which 129 Xe is dissolved in living tissue, a gradient magnetic field is applied in the chest of an experimental animal, slices are selected, and a spectrum is obtained, whereby 192 ppm is adipose tissue, 199 ppm is lung tissue, 210 ppm Is a signal derived from blood. In one report, two peaks were observed in the human brain, and from the time transition of the signal intensity, a signal of 197 ppm was a signal of brain gray matter (a part containing a lot of nerve cells), and a signal of 194 ppm was a brain white matter Presumed to be a signal from (a part containing a lot of nerve fibers). In any report, the grounds for the origin of the signal are uncertain, and it is difficult to say that a certain peak is identified as a signal from which site on the spectrum showing nuclear magnetic resonance.

また、プロトンの核磁気共鳴現象とは異なり、高偏極キセノンでは、核磁気共鳴(NMR)信号を取得する際における高周波パルスの照射によるcosθ減衰と呼ばれる特有の減衰が存在する。つまり、造影剤の濃度を測定しようとすることにより、核磁気共鳴(NMR)信号の強度が変化してしまう現象があり、受動的に観測が可能な放射性造影剤とは事情が異なっている。高偏極キセノンを利用した立ち上がり時間及び洗い出し時間の推定の際には、このcosθ減衰の効果を考慮する必要がある。又、組織内縦緩和時間は、放射性同位体の半減期に相当する概念にあたるが、洗い出し時間と同等の時間尺度であり、血流を推測する場合この影響を無視することはできない。   In addition, unlike the nuclear magnetic resonance phenomenon of protons, a highly polarized xenon has a characteristic attenuation called cos θ attenuation caused by irradiation with a high-frequency pulse when acquiring a nuclear magnetic resonance (NMR) signal. In other words, there is a phenomenon in which the intensity of the nuclear magnetic resonance (NMR) signal changes by trying to measure the concentration of the contrast agent, and the situation is different from that of a radioactive contrast agent that can be passively observed. When estimating the rise time and the washing time using highly polarized xenon, it is necessary to consider the effect of this cos θ attenuation. In addition, the longitudinal relaxation time in the tissue corresponds to the concept corresponding to the half-life of the radioisotope, but is a time scale equivalent to the washing time, and this influence cannot be ignored when estimating the blood flow.

高偏極キセノンを利用して、その信号強度の時間変遷から脳組織血流量を計測する場合には、いずれの周波数スペクトラムから計算するかが重要である。いいかえれば、どの周波数のスペクトラムがどの組織からの信号であるかを予め判っていることが必要とされる。   When measuring brain tissue blood flow from the time transition of the signal intensity using highly polarized xenon, it is important to calculate from which frequency spectrum. In other words, it is necessary to know in advance which frequency spectrum is from which tissue.

また、偏極キセノンを脳血流量計測に利用する場合、洗い出し時間を推定するにあたり、cosθ減衰を考慮する必要がある。   Further, when using polarized xenon for cerebral blood flow measurement, it is necessary to consider cos θ attenuation in estimating the washout time.

更に、組織内縦緩和時間が比較的短く、洗い出し時間と同程度であるので、血流量の計測にあたっては、組織内縦緩和時間の取り扱いが問題となる。   Furthermore, since the longitudinal relaxation time in the tissue is relatively short and is about the same as the washing time, the handling of the longitudinal relaxation time in the tissue becomes a problem when measuring the blood flow rate.

この発明は、上述した事情に鑑みなされたものであって、その目的は、高偏極キセノンガスを利用して高い精度で組織内、特に、脳組織内の血流量を計測する方法を提供するにある。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a method for measuring blood flow in a tissue, particularly in a brain tissue, with high accuracy using a highly polarized xenon gas. It is in.

この発明は、実験動物において、複数のピークが単一になった事実に基づき、脳組織血流量を、200ppm近辺に複数表われるケミカルシフトピークのうち最大値を有する1つのケミカルシフトピークから推定する脳組織内の血流量を計測する方法を提供するにある。   The present invention estimates brain tissue blood flow from one chemical shift peak having the maximum value among chemical shift peaks appearing in the vicinity of 200 ppm based on the fact that a plurality of peaks become single in an experimental animal. The object is to provide a method for measuring blood flow in brain tissue.

即ち、MRIにおいて、充分大きな核磁気共鳴(NMR)信号強度が得られる偏極率を有する高偏極核種を投与して、組織内に溶解した際におけるケミカルシフトの信号強度の立ち上がり区間又は、洗い出し区間の時間的変遷から、立ち上がり時間及び洗い出し時間を推定することにより、組織内縦緩和時間を仮定して、組織内血流量を測定する方法を提供するものである。   That is, in MRI, when a highly polarized nuclide having a polarization rate capable of obtaining a sufficiently large nuclear magnetic resonance (NMR) signal intensity is administered and dissolved in the tissue, the rising edge of the signal intensity of chemical shift or washing out It is intended to provide a method for measuring blood flow in a tissue assuming a longitudinal relaxation time in the tissue by estimating a rise time and a washing time from the time transition of the section.

又、この発明は、MRIにおいて、充分大きな核磁気共鳴(NMR)強度が得られる偏極率を有する高偏極核種を投与して、組織内に溶解した際におけるケミカルシフトの信号強度の立ち上がり区間又は、洗い出し区間の時間的変遷から、立ち上がり時間及び洗い出し時間を推定することにより、組織内血流量を仮定して組織内縦緩和時間を測定する方法を含み、これらの立ち上がり時間、又は、洗い出し時間の推定においては、異なる繰り返し時間で構成される複数回のRF照射によるフリップアングルの推定を同時に含む方法によるか、或いは、フリップアングルを仮定することにより、2回のRF照射によるスペクトル信号強度の減衰から洗い出し時間を推定する方法を提供するものである。   Further, the present invention provides a rising interval of signal intensity of chemical shift when a highly polarized nuclide having a polarization rate capable of obtaining a sufficiently large nuclear magnetic resonance (NMR) intensity is administered and dissolved in tissue in MRI. Or, including the method of measuring the longitudinal relaxation time in the tissue assuming the blood flow volume in the tissue by estimating the rise time and the wash time from the temporal transition of the wash out period, these rise time or wash out time In the estimation of the spectral signal intensity by a method including simultaneous estimation of flip angles by a plurality of RF irradiations configured at different repetition times, or by assuming a flip angle, spectral signal intensity attenuation by two RF irradiations A method for estimating the washout time from the above is provided.

生体組織からケミカルシフトを得るための造影剤としては、光ポンピング法、或いは、オーバーハウザー効果を利用した動的核分極法(DNP)、あるいは極低温におけるパラ水素誘導分極法等の偏極率を飛躍的に増強させた核種(He,13C,129Xe)を利用することが好ましく、こうした核種は、呼吸による肺への吸入又は、偏極希ガスを溶解した溶液を血管内に直接投与する手法により生体組織に取り込まれる必要がある。 As contrast agents for obtaining chemical shifts from living tissue, polarization rates such as optical pumping, dynamic nuclear polarization (DNP) using the overhauser effect, or parahydrogen induced polarization at cryogenic temperatures are used. It is preferable to use a greatly enhanced nuclide ( 3 He, 13 C, 129 Xe), and such a nuclide is inhaled into the lung by respiration or a solution in which a polarized rare gas is dissolved is directly administered into a blood vessel. It is necessary to be taken into a living tissue by the technique to do.

肺への吸入方法では、高偏極核種を1呼吸だけ吸入させるボーラス吸入法によるもの、若しくは、高偏極核種を持続的に投与し、信号がほぼ定常状態になった後の洗い出し時間から測定をおこなうものが考えられる。   The inhalation method to the lung is based on the bolus inhalation method in which the highly polarized nuclide is inhaled for only one breath, or measured from the washing time after the signal is almost steady after continuous administration of the highly polarized nuclide. What can be considered.

測定部位としては、勾配磁場を加えない状態において、脳全体のケミカルシフトから血流量又は組織内縦緩和時間を推測するか、或いは、CSI法、Press法、Steam法といった局所的にキセノンスペクトラムを得る手法により、上記スペクトルの取得領域を限局させる方法が考えられる。   As the measurement site, in the state where no gradient magnetic field is applied, the blood flow rate or the longitudinal relaxation time in the tissue is estimated from the chemical shift of the entire brain, or the xenon spectrum is locally obtained such as the CSI method, the Press method, and the Steam method. A method is conceivable in which the acquisition region of the spectrum is limited by a method.

高偏極核種として高偏極129Xeが採用される場合、ガス状態の核磁気共鳴周波数Fは、温度等により周波数が変化することが知られている。そのため、ケミカルシフトの基準周波数は、吸気吸入前の室温(25℃)での値を採用する。この基準周波数に対して、(3)式により定義されるケミカルシフトのうち、望ましくは、200ppm近辺に複数表われるケミカルシフトピークのうち最大値を有するものを特定し、この最大値を有するケミカルシフトから血流量を推定する。望ましくは、小動物において、195±1ppmに表われるの信号強度を利用して脳組織血流量及び組織内縦緩和時間を測定するものであり、ヒトにおいては、197ppmの信号強度を利用して脳組織血流量を測定しようとするものである。 When highly polarized 129 Xe is employed as the highly polarized nuclide, it is known that the frequency of the nuclear magnetic resonance frequency F 0 in the gas state varies depending on the temperature or the like. Therefore, the value at room temperature (25 ° C.) before inhalation of intake air is adopted as the reference frequency for chemical shift. With respect to this reference frequency, among chemical shifts defined by the equation (3), preferably, a chemical shift peak having a maximum value among a plurality of chemical shift peaks appearing around 200 ppm is specified, and the chemical shift having this maximum value is specified. Estimate blood flow from Desirably, in a small animal, the brain tissue blood flow rate and the longitudinal relaxation time in the tissue are measured using the signal intensity expressed at 195 ± 1 ppm, and in humans, the brain tissue is measured using the signal intensity of 197 ppm. It is intended to measure blood flow.

従来のMRIで利用されてきた磁性体含有造影剤を利用した血流計測方法に比べて、キセノンガスを利用した血流計測方法は、組織内血流量を反映した値になる。臨床所見において重要なのは、血管内血流量ではなく、組織内血流量であり、高偏極核種としてキセノンガスを利用した血流計測方法は、この点で優れている。   Compared to the blood flow measurement method using a magnetic substance-containing contrast agent that has been used in conventional MRI, the blood flow measurement method using xenon gas has a value reflecting the blood flow in the tissue. What is important in clinical findings is not the blood flow in the blood vessel but the blood flow in the tissue, and the blood flow measurement method using xenon gas as a highly polarized nuclide is excellent in this respect.

PETでも、組織内血流量を反映した値を計測できるが、放射性物質を用いる必要があるため、放射線を有しない高偏極核種としてのキセノンガスでは、測定対象に対する影響が軽減できる。   Even with PET, a value reflecting the blood flow in the tissue can be measured. However, since it is necessary to use a radioactive substance, xenon gas as a highly polarized nuclide having no radiation can reduce the influence on the measurement target.

以下図面を参照して、この発明の高偏極キセノンを用いて脳組織内の血流量を計測する方法の実施の形態を説明する。   An embodiment of a method for measuring blood flow in brain tissue using the highly polarized xenon of the present invention will be described below with reference to the drawings.

この発明で用いられる高偏極核種は、造影剤として核磁気共鳴現象が観測されるものであればどのような核種でも良いが、核磁気共鳴周波数を持つためには、ゼロでない核スピンを有する核種である必要があり、この中でも、現在までに高偏極化する方法が知られているのは、アルカリ金属による光ポンピング法により高偏極が可能なことが知られているHe,129Xe若しくはオーバーハウザー効果を利用した動的核分極法(DNP)、或いは、極低温におけるパラ水素誘導分極法等の手法により高偏極された13Cである。Heについては、1083nmのレーザを用いて直接偏極率を向上させる手法も知られている。 The highly polarized nuclide used in the present invention may be any nuclide as long as the magnetic resonance phenomenon is observed as a contrast agent, but has a non-zero nuclear spin in order to have a nuclear magnetic resonance frequency. Among them, it is necessary to be a nuclide, and among them, the method of highly polarizing to date is known as 3 He, 129 , which is known to be highly polarized by an optical pumping method using an alkali metal. It is 13 C highly polarized by a technique such as dynamic nuclear polarization (DNP) using Xe or the overhauser effect, or parahydrogen induced polarization at a very low temperature. Regarding 3 He, a technique for directly improving the polarization rate using a 1083 nm laser is also known.

この中でも、高偏極核種としてのキセノンは、脂溶性であり、生体組織内に容易に溶解し、希ガスであるため、生体組織との相互作用も少ないことから、脳内血流の計測には、キセノンが最も適している核種に相当する。特に、スピン0ではあるが、放射性同位体である129Xeが古くから脳血流計測に用いられていることも血流解析にあたって有利な点である。始めに、この高偏極129Xeの生成方法について、図1を参照して説明する。 Among these, xenon as a highly polarized nuclide is fat-soluble, easily dissolves in living tissues, and is a rare gas, so it has little interaction with living tissues, so it is useful for measuring blood flow in the brain. Xenon corresponds to the most suitable nuclide. In particular, although it is spin 0, 129 Xe, which is a radioisotope, has been used for cerebral blood flow measurement since ancient times. First, a method for generating the highly polarized 129 Xe will be described with reference to FIG.

<高偏極129Xeの生成方法>
キセノン偏極処理の基礎となる光ポンピング法の原理は静磁場中の蒸気状アルカリ金属原子に対して円偏光を照射することにより、価電子のD1励起を起こす。アルカリ金属として一般にはルビジウム(Rb)が用いられる。この励起は、わずか数msのオーダーで基底状態に戻るが、このとき1/2の確率で電子スピン磁場方向成分(m)は、変化しない。これを繰り返すことにより、アルカリ金属原子の偏極が進行する。このプロセスを129Xeのガス中でおこなった場合、アルカリ金属原子と129Xe原子との散乱により、スピン交換がおこり、129Xe原子核へと偏極が移行する。
<Method of generating highly polarized 129 Xe>
The principle of the optical pumping method, which is the basis of the xenon polarization treatment, causes D1 excitation of valence electrons by irradiating circularly polarized light to vapor-like alkali metal atoms in a static magnetic field. Rubidium (Rb) is generally used as the alkali metal. This excitation returns to the ground state on the order of only a few ms, but at this time, the electron spin magnetic field direction component (m j ) does not change with a probability of 1/2. By repeating this, polarization of alkali metal atoms proceeds. When this process is performed in a gas of 129 Xe, spin exchange occurs due to scattering of alkali metal atoms and 129 Xe atoms, and polarization shifts to 129 Xe nuclei.

例えば、図1に示す偏極装置において、高偏極129Xeを生成することができる。この装置は、キセノンガスの流れるガスライン10と電磁石系12及び光ポンピングのためのレーザ系14より構成されている。電磁石系12として、中心磁場強度(最大100G)を発生し、例えば、直径34cmのヘルムホルツ型の電磁石16が装置に配置され、この電磁石16の中心に偏極セル18(材質:パイレックス或いは溶融石英、直径40mm×長さ80mm)が設置されている。このセル18には、1gのルビジウム金属が封入され、セル18上部には、ヒータ20から供給された温風を送り、セル18を70〜120℃に加熱している。このセル18は、ガスライン10に接続され、加熱されることにより、セル18中のガスにルビジウム蒸気が生成される。ガスライン10は、真空ポンプ(図示せず)に接続され、このライン10にガスを供給前にその内を排気する異ができる。ガスライン10に供給されるガスは、ガスボンベ22,24、26から夫々供給されるキセノン、窒素及びヘリウムの3種で、手動によって任意の混合が可能である。キセノンは、自然配合比(129Xe:26.4%)のガス及び濃縮ガス(129Xe:91%)の2種類を利用することができる。 For example, high polarization 129 Xe can be generated in the polarization device shown in FIG. This apparatus comprises a gas line 10 through which xenon gas flows, an electromagnet system 12, and a laser system 14 for optical pumping. As the electromagnet system 12, a central magnetic field strength (maximum 100G) is generated. For example, a Helmholtz type electromagnet 16 having a diameter of 34 cm is disposed in the apparatus, and a polarization cell 18 (material: Pyrex or fused quartz, (Diameter 40 mm × length 80 mm). The cell 18 is filled with 1 g of rubidium metal, and warm air supplied from the heater 20 is sent to the upper part of the cell 18 to heat the cell 18 to 70 to 120 ° C. The cell 18 is connected to the gas line 10 and heated to generate rubidium vapor in the gas in the cell 18. The gas line 10 is connected to a vacuum pump (not shown), and before the gas is supplied to the line 10, the inside thereof can be exhausted. The gas supplied to the gas line 10 is three kinds of xenon, nitrogen and helium supplied from the gas cylinders 22, 24 and 26, respectively, and can be arbitrarily mixed manually. As xenon, two kinds of gases, a natural blending ratio ( 129 Xe: 26.4%) and a concentrated gas ( 129 Xe: 91%) can be used.

光ポンピング用の光は、波長794.8nm、出力80Wの円偏光であり、光源28としては、コヒレント社のFAP System DUO(積層半導体レーザに円偏光モジュールを付けたレーザ光源)が利用できる。高偏極129Xeは、偏極率を高めるために、不活性な窒素ガスが、例えば、20%がキセノンガスに混合され、ポンピング用セル18に送った後、ヒータ10による加熱並びに光源28からのセル18への光照射が開始さされる。このときのガス圧力は、高圧で行なうのが好ましいが、1.3から1.6気圧でも高偏極化が可能である。この状態で、略30分程度円偏光の照射を続けるとおよそ、5〜10%の高偏極129Xeガスを取得することができる。これは、熱平衡状態の1万倍近い偏極率である。高偏極129Xeガスは、ガスライン10のシリンジ30を介してガスバッグ或いは氷結セル(図示せず)に供給される。 The light for optical pumping is circularly polarized light having a wavelength of 794.8 nm and an output of 80 W. As the light source 28, FAP System DUO (a laser light source obtained by attaching a circularly polarized module to a laminated semiconductor laser) can be used. In order to increase the polarization rate, the highly polarized 129 Xe is mixed with, for example, 20% of inert nitrogen gas, mixed with xenon gas, sent to the pumping cell 18, heated by the heater 10, and from the light source 28. The light irradiation to the cell 18 is started. The gas pressure at this time is preferably high, but high polarization can be achieved even at 1.3 to 1.6 atmospheres. In this state, if irradiation with circularly polarized light is continued for about 30 minutes, approximately 5 to 10% of highly polarized 129 Xe gas can be obtained. This is a polarization rate close to 10,000 times that of the thermal equilibrium state. The highly polarized 129 Xe gas is supplied to a gas bag or an ice cell (not shown) through the syringe 30 of the gas line 10.

この高偏極129Xeガスの偏極率は、速い断熱通過法(CW法)に基づく検出システム(図示せず)により測定可能である。偏極のための主要な磁場をつくるメインコイル、送信コイル、受信コイルを各々、垂直に配置し、送信コイルでキセノンの100ガウスでの共鳴周波数に相当する周波数の振動磁場を与えながら、静磁場をゆっくりとスイープさせる。共鳴によりスピンの方向が反転するのであるが、そのときの核磁気共鳴(NMR)信号を、ピックアップコイルで検出し熱平衡状態のサンプルからの信号を基準にして偏極率を算出することができる。実験動物に適用したところ、信号が観測されるのは、偏極率が少なくとも1%以上である必要がある。 The polarization rate of the highly polarized 129 Xe gas can be measured by a detection system (not shown) based on the fast adiabatic passage method (CW method). A main coil, a transmission coil, and a reception coil that create a main magnetic field for polarization are arranged vertically, and a static magnetic field is applied while applying an oscillating magnetic field having a frequency corresponding to the resonance frequency of 100 gauss of xenon. Sweep slowly. The direction of spin is reversed by resonance, and the nuclear magnetic resonance (NMR) signal at that time is detected by a pickup coil, and the polarization rate can be calculated based on the signal from the sample in a thermal equilibrium state. When applied to experimental animals, signals must be observed with a polarization rate of at least 1%.

高偏極129Xeは、取り出しガスライン10に接続したシリンジ30から取り出される。計測の際には、偏極後、ガス取り出しガス追加を繰り返し、約7分間隔で偏極率5%〜10%、ガス体積25ccの生成が可能なシステムである。代表例として、実験動物に適用するための、25cc生成装置について説明を行なったが、本実験で用いる高偏極129Xeは、こうした装置に依存するものではなく、ヒトへの適用を考えるとむしろよりガス量の生成可能な連続フロー型或いは偏極率を向上させることが可能な希釈ガス(例えば、ヘリウムガスを、98%混入させる)を液体窒素で凍結濃縮する手法を用いることが好ましい。連続フロー型の装置では、ガスは、ガスバック(図示せず)に供給されて蓄積され、凍結濃縮する手法では、ガスが氷結セル(図示せず)に供給されて氷結状態で蓄積される。 Highly polarized 129 Xe is extracted from the syringe 30 connected to the extraction gas line 10. In the measurement, after the polarization, the gas extraction gas addition is repeated, and the system can generate the polarization rate of 5% to 10% and the gas volume of 25 cc at intervals of about 7 minutes. As a representative example, a 25 cc generating device for application to experimental animals has been described. However, the highly polarized 129 Xe used in this experiment does not depend on such a device, but rather considering human application. It is preferable to use a continuous flow type capable of generating a larger amount of gas or a method of freezing and concentrating a diluent gas (for example, 98% helium gas mixed) with liquid nitrogen that can improve the polarization rate. In the continuous flow type apparatus, the gas is supplied to a gas bag (not shown) and accumulated, and in the technique of freeze concentration, the gas is supplied to an icing cell (not shown) and accumulated in an icing state.

<スペクトラムの帰属>
この高偏極129Xeを肺から吸入させた動物においてスペクトラムの帰属を明らかにするため脳実質以外への頭部への血流を遮断する実験を行ない、脳組織から得られるスペクトラムの位置を明らかにするため以下の実験をおこなった。
<Spectrum attribution>
In order to clarify the attribution of spectrum in animals inhaled with this highly polarized 129 Xe, experiments to block the blood flow to the head other than the brain parenchyma were performed, and the position of the spectrum obtained from the brain tissue was clarified. The following experiment was conducted.

哺乳動物において、脳に栄養を供給している血管は、椎骨動脈(Vertebral Arteries;VA)及び内頸動脈(Common Carotid Arteries;CCA)から構成されており、頭表面の筋肉及び皮膚組織に対する血管支配は、内頸動脈から分岐した外頸動脈(Extra Carotid Arteries;ECA)及び翼口蓋動脈(Pterygopalatine Arteries;PPA)が大部分を占めることが知られている。   In mammals, the blood vessels that supply nutrients to the brain are composed of the vertebral arteries (VA) and the common carotid arteries (CCA). It is known that the external carotid arteries (ECA) branched from the internal carotid artery and the pterygopalatine arteries (PPA) account for the majority.

ECA/PPA遮断することにより、残った核磁気共鳴(NMR)信号のスペクトラムが脳組織由来の信号であると考えられる。図2は、この実験例の概略を示している。この実験では、6匹のオスのSDラット32(320g - 460g, n=6; ECA/PPA遮断 3匹、通常例 3匹)が用意され、核磁気共鳴(NMR)信号のスペクトラムが確認された。ここで、3匹のSDラット32については、脳実質以外への頭部への血流を遮断し、他の3匹のSDラット32については、特に処置しないままとした。また、この実験では、ラット32は、ハロセン(導入時、4%,手術時1.5%)を笑気ガスと酸素の混合ガス(70%NO,30%O)に混入させた麻酔ガス34で麻酔下に置かれ、この麻酔下において、ラット32の気管にラット気管チューブ36(Atom 8Fr;内径3mm)を挿入し、ラット気管チューブ36には、キセノン投与用の細管38を同軸状に挿入している。このようにラット気管チューブ36に細管38を挿入することによって、シリンジポンプ40から供給するキセノンガスを効率良く肺に適用することができる。同時に、3匹の血流遮断動物では、左右のCCAを表出し、ECAとPPAを紐で縛り、血流遮断を行った。 By blocking ECA / PPA, the spectrum of the remaining nuclear magnetic resonance (NMR) signal is considered to be a signal derived from brain tissue. FIG. 2 shows an outline of this experimental example. In this experiment, six male SD rats 32 (320g-460g, n = 6; 3 ECA / PPA blockers, 3 normal cases) were prepared and the spectrum of nuclear magnetic resonance (NMR) signal was confirmed. . Here, for the three SD rats 32, blood flow to the head other than the brain parenchyma was blocked, and the other three SD rats 32 were left untreated. In this experiment, rat 32 mixed halothane (4% at the time of introduction, 1.5% at the time of operation) with a mixed gas of laughing gas and oxygen (70% N 2 O, 30% O 2 ). Under anesthesia with anesthesia gas 34, a rat tracheal tube 36 (Atom 8Fr; inner diameter of 3 mm) is inserted into the trachea of rat 32, and a thin tube 38 for administration of xenon is coaxially connected to rat tracheal tube 36. It is inserted in a shape. By inserting the thin tube 38 into the rat tracheal tube 36 in this way, the xenon gas supplied from the syringe pump 40 can be efficiently applied to the lung. At the same time, in the three blood flow blocking animals, the left and right CCA were displayed, and ECA and PPA were tied with a string to block blood flow.

MRI計測は、4.7TのVarian製MRI計測装置でおこない、自家製3cmのプロトン−キセノン両方に同調可能な表面コイル42を利用している。光ファイバ型の直腸温度計(FISO,FTI−10)を直腸内に、近赤外線を利用したパルスオキシメータ(NONIN 8600V)を後足に装着し、測定中の体温、心拍数、血液酸素飽和度を測定し、通常の生理条件にあることを確認している。測定中は、ハロセン麻酔(0.5−1%)、又は、αクロラロース(20-40mg/kg/hを持続的に尾静脈から投与)により麻酔深度を保った。高偏極キセノンガスは、前述のアルカリ金属を利用する光ポンピング法を利用した偏極装置によって作成した高偏極ガス(91%濃縮エンリッチ129Xe 80%, N20%)であり、FAP法により求めた偏極率は、およそ2−8%である。 The MRI measurement is performed with a 4.7T Varian MRI measurement apparatus, and utilizes a surface coil 42 that can be tuned to both homemade 3 cm proton-xenon. Wear a fiber optic rectal thermometer (FISO, FTI-10) in the rectum and a pulse oximeter (NONIN 8600V) using near-infrared rays on the hind legs. Body temperature, heart rate, blood oxygen saturation during measurement Is measured to confirm that it is under normal physiological conditions. During the measurement, the depth of anesthesia was maintained by halothane anesthesia (0.5-1%) or α-chloralose (20-40 mg / kg / h was continuously administered from the tail vein). The highly polarized xenon gas is a highly polarized gas (91% enriched enriched 129 Xe 80%, N 2 20%) prepared by a polarization device using the above-described optical pumping method using an alkali metal, and is a FAP method. The polarization rate obtained by the above is approximately 2-8%.

キセノン投与用のライン38は、先端部(PE10;26cm)、PE50(70cm),4Frの気管チューブ36(30cm)からなり、3方活栓を介してディスポーザブルシリンジ40に接続される。このライン38を挿管した気管チューブ36の内側に挿入しその先端を肺の極近傍に配置した。実験毎に、25ccの高偏極Xeガスを自家製偏極装置のポンピングセル18から、20mlのディスポーザブルシリンジ40に移し換えた後、マグネット42の外部で、ラインに接続し、シリンジ40を手動で押し出すことにより肺に吸入させた。   The xenon administration line 38 is composed of a tip (PE10; 26 cm), PE50 (70 cm), and 4Fr tracheal tube 36 (30 cm), and is connected to the disposable syringe 40 via a three-way stopcock. The line 38 was inserted into the intubated tracheal tube 36 and its tip was placed in the vicinity of the lung. After each experiment, 25 cc of highly polarized Xe gas was transferred from the pumping cell 18 of the homemade polarization device to a 20 ml disposable syringe 40, and then connected to the line outside the magnet 42, and the syringe 40 was pushed out manually. Was inhaled into the lungs.

測定は、プロトン周波数において、ラットの位置確認とシミングをおこなった後、キセノン信号を計測している。ハードパルスの送受信周波数は、ガスピークから150ppm程度離れた周波数に設定した。測定周波数幅は30kHz、12kpointであり、測定時間は、0.4秒である。ラットは、自発呼吸を行なっており、肺から排気されたガスと動物に吸引されない状態で漏れ出したガスが混合した状態で、実験動物の頭部周辺に漂っている状態である。表面コイル42には、この周辺に漂っているガスが観測される。このガスピークの半値幅の中央値を0ppmと定義し、測定周波数と帯域幅からケミカルシフトの値を定義した。スペクトラムは、フーリエ変換の前に、指数関数による畳み込み積分(バンド幅20Hz増相当)を行なった後、位相補正をおこなって表示した。   In the measurement, the xenon signal is measured after confirming the position of the rat and shimming at the proton frequency. The transmission / reception frequency of the hard pulse was set to a frequency about 150 ppm away from the gas peak. The measurement frequency width is 30 kHz, 12 kpoints, and the measurement time is 0.4 seconds. The rat is breathing spontaneously, and is drifting around the head of the experimental animal in a state where the gas exhausted from the lungs and the gas leaked without being inhaled by the animal are mixed. A gas drifting around the surface coil 42 is observed. The median of the half width of this gas peak was defined as 0 ppm, and the value of chemical shift was defined from the measurement frequency and bandwidth. The spectrum was displayed after performing convolution integration (equivalent to an increase in bandwidth of 20 Hz) using an exponential function before Fourier transform, and then performing phase correction.

ECA/PPAを遮断していない実験動物(雄SD−Rat,8W,320g)から得られた典型的なスペクトラムを図3に示す。概略5%の高偏極Xeガスを40秒間吸入させ、吸入開始のおよそ3秒前から、1.25sec毎に60回(約70秒)の間ハードパルス(パルス幅24us、パルス強度約10W)を印加したデータである。図3は、60回のスペクトラムをすべて加算して表示したもので、195.2ppmに大きいピーク(メインピーク)が観測され、189.5ppmに2番目に大きいピーク(サブピーク)があり、198.3ppm,192.1ppmにも小さいながらピークが観測されている。又、210ppm近辺に非常に幅の広いピークが観測されている。メインピークの半値幅(196.1ppm−194.8ppm)で面積を計算し、ピーク面積の時間変遷をプロットしたのが図4である。それぞれのピークにおいて、30秒から40秒の値の平均値を1として正規化して表示している。   A typical spectrum obtained from an experimental animal (male SD-Rat, 8W, 320 g) that has not blocked ECA / PPA is shown in FIG. Approximately 5% highly polarized Xe gas is inhaled for 40 seconds, and hard pulse (pulse width 24us, pulse intensity about 10W) for 60 times (about 70 seconds) every 1.25sec from about 3 seconds before the start of inhalation It is the data which applied. FIG. 3 shows the sum of all 60 spectra, with a large peak (main peak) observed at 195.2 ppm, the second largest peak (sub peak) at 189.5 ppm, and 198.3 ppm. , Peak is observed though it is as small as 192.1 ppm. A very wide peak is observed around 210 ppm. FIG. 4 shows the area of the main peak calculated in half width (196.1 ppm-194.8 ppm) and the time transition of the peak area plotted. In each peak, the average value of 30 to 40 seconds is normalized and displayed as 1.

信号雑音比を大きくとるため、30秒−40秒にわたって、キセノンを吸入させた後、数秒後に一度だけパルスを加えてそのスペクトラムを観測した。図5(A)に通常ラットから得られたスペクトラムを示す。それぞれのラットにおいておこなった数回のデータを加算して示したものである。メインピークの最大値を1として正規化をおこない表示している。   In order to increase the signal-to-noise ratio, xenon was inhaled over 30 to 40 seconds, and then a pulse was applied only once several seconds later to observe the spectrum. FIG. 5A shows a spectrum obtained from a normal rat. This is a sum of several data performed in each rat. Normalization is performed with the maximum value of the main peak as 1.

Rat#12及びRat#16においても、Rat#21と同様に195ppm近辺にメインピークが観測され、190ppm付近にサブピークが観測された。メインピークの位置は194.8±0.2ppmであり、サブピークの位置は189.2±0.2ppmであった。   In Rat # 12 and Rat # 16, as in Rat # 21, a main peak was observed around 195 ppm, and a sub peak was observed around 190 ppm. The position of the main peak was 194.8 ± 0.2 ppm, and the position of the sub peak was 189.2 ± 0.2 ppm.

メインピークの両サイドに位置する、199ppm,192ppm近辺のピークについては明らかではないが、スペクトル幅が下部において広がっており、Rat#21と同様のピークが存在していることが示唆される。   The peaks near 199 ppm and 192 ppm located on both sides of the main peak are not clear, but the spectrum width broadens in the lower part, suggesting that a peak similar to Rat # 21 exists.

図5(B)にPPA/ECAを遮断したラットから得られたスペクトラムを示す。この3例において、どのラットでも190ppm付近のサブピークがほとんど観測されていない。また、メインピークの両サイドに位置する、199ppm,192ppm近辺のピークについてもバンドの広がりが観測されずほとんどピークが無いことが読みとれる。メインピークの位置は、195.0±0.3ppmであり、通常ラットと組み合わせて考えると、194.9±0.3ppmである。   FIG. 5 (B) shows the spectrum obtained from the rat that blocked PPA / ECA. In these three cases, almost no subpeak near 190 ppm is observed in any rat. Further, it can be read that the peaks near 199 ppm and 192 ppm located on both sides of the main peak are not observed with no band broadening. The position of the main peak is 195.0 ± 0.3 ppm, and it is 194.9 ± 0.3 ppm when considered in combination with normal rats.

Rat#15及びRat#16に対して、実験後エバンスブルーを静脈注射して、頭皮付近の染色を確認しており、血管遮断した動物(Rat#15)では、染色されていないのに対して、通常の動物(Rat#16)では、青色に染まっていた。このことから、PPA/ECAの遮断により、頭皮付近の側頭筋への血液供給が無くなっていることが理解される。   Rat # 15 and Rat # 16 were intravenously injected with Evans Blue after the experiment, and staining near the scalp was confirmed, whereas in the blood vessel-blocked animal (Rat # 15), it was not stained In normal animals (Rat # 16), it was stained blue. From this, it is understood that the supply of blood to the temporal muscle near the scalp is lost due to the blockage of PPA / ECA.

以上の実験結果を考慮すると、図3の200ppm近辺に表われる5本のピークのうち脳組織から得られるスペクトラムは、194.9±0.3ppmに存在するピークのみであり、その他は、筋肉や皮膚など脳組織以外のピークであると理解される。このことから類推すれば、ヒトにおいても、脳組織から得られるケミカルシフトは、200ppm近辺に複数現われるケミカルシフトピークのうち最大値を持つもののみであり、その他のピークから脳組織の情報を得ることはできないと考えられる。従って、高偏極核種を投与して、組織内に溶解した際におけるケミカルシフトの信号強度の立ち上がり区間又は、洗い出し区間の時間的変遷から、立ち上がり時間及び減衰時間を推定することにより、組織内縦緩和時間を仮定して、組織内血流量を測定する方法を適用するのはこの200ppm近辺に複数表われるケミカルシフトピークのうち最大値を持つものに限るべきである。129Xeを肺吸入により投与した、Ratの場合、特に望ましくは194.81±0.3ppmに存在するピークを利用する。但し、今回実験で採用した基準周波数は、肺から排気されたガスと動物に吸引されないまま漏れだしたガスとが混合した状態で、実験動物の頭部に漂っている状態のガスを利用している。室温における129Xeの核磁気共鳴周波数は、実験における基準周波数からから、おおよそ1ppmほど変化する可能性があることがわかっており、脳組織から測定されるケミカルシフトの位置は、標準偏差より大きく、195±1ppmの位置に存在すると解釈すべきであろう。 Considering the above experimental results, the spectrum obtained from brain tissue among the five peaks shown in the vicinity of 200 ppm in FIG. 3 is only the peak existing at 194.9 ± 0.3 ppm, and the others are muscle and It is understood that it is a peak other than brain tissue such as skin. By analogy with this, even in humans, the chemical shift obtained from brain tissue is only the one with the maximum value among the chemical shift peaks appearing around 200 ppm, and information on brain tissue can be obtained from other peaks. It is considered impossible. Therefore, when the highly polarized nuclide is administered and dissolved in the tissue, the rise time and decay time are estimated from the rise time of the chemical shift signal intensity or the time transition of the wash out time. Assuming relaxation time, the method of measuring the blood flow in the tissue should be applied only to the one having the maximum value among the plurality of chemical shift peaks appearing around 200 ppm. In the case of Rat, where 129 Xe is administered by pulmonary inhalation, it is particularly desirable to utilize the peak present at 194.81 ± 0.3 ppm. However, the reference frequency used in this experiment is a mixture of the gas exhausted from the lungs and the gas leaked without being inhaled by the animal, using the gas drifting in the head of the experimental animal. Yes. It has been found that the nuclear magnetic resonance frequency of 129 Xe at room temperature can vary by approximately 1 ppm from the experimental reference frequency, and the position of the chemical shift measured from brain tissue is greater than the standard deviation, It should be construed that it is located at 195 ± 1 ppm.

以下、このケミカルシフトのピークから組織内縦緩和時間及び組織内血流量を測定する方法を具体的に説明する。   Hereinafter, a method for measuring the longitudinal relaxation time in the tissue and the blood flow in the tissue from the peak of the chemical shift will be specifically described.

<cosθ減衰の分離>
プロトンの核磁気共鳴現象とは、異なり、高偏極キセノンでは、核磁気共鳴(NMR)信号を取得する際の高周波パルスの照射によるcosθ減衰と呼ばれる特有の減衰が存在する。cosθ減衰は、照射するパルス強度に依存するフリップアングルに依存している。パルス強度とフリップアングルの関係は、対象物の形状や組成によって定まる電磁気的インピーダンスに依存しており、対象物が同じである場合は、ほぼ一定の関係があるがより厳密には、測定のたびに異なる。
<Separation of cos θ attenuation>
Unlike the proton nuclear magnetic resonance phenomenon, in the highly polarized xenon, there is a specific attenuation called cos θ attenuation due to irradiation of a high-frequency pulse when acquiring a nuclear magnetic resonance (NMR) signal. The cos θ attenuation depends on the flip angle that depends on the intensity of the irradiated pulse. The relationship between the pulse intensity and the flip angle depends on the electromagnetic impedance determined by the shape and composition of the target.If the target is the same, there is an almost constant relationship. Different.

図4に示すように、偏極キセノンからの核磁気共鳴(NMR)信号は、ガス供給終了後、次第に減少してゆく。基本的には、組織内縦緩和時間Tと血流量Fに依存した減衰であるが、ここでは、この減衰特性を単に減衰時間τで代表させる。高偏極キセノンでは、核磁気共鳴(NMR)信号を取得する際の高周波パルスの照射によるcosθ減衰と呼ばれる特有の減衰が加わる。 As shown in FIG. 4, the nuclear magnetic resonance (NMR) signal from the polarized xenon gradually decreases after the gas supply is completed. Is basically the attenuation depending on the tissue longitudinal relaxation time T 1 and the blood flow F, here, simply be represented by the decay time τ of the attenuation characteristic. In highly polarized xenon, a specific attenuation called cos θ attenuation due to irradiation of a high frequency pulse when acquiring a nuclear magnetic resonance (NMR) signal is added.

ある時間間隔、即ち、TR時間毎に複数回のパルスを加え、ガス供給終了後の磁化量をMとすると、1回目、2回目、3回目...n回目に観測される信号強度I,I,I...Iは、初期磁化量Mとフリップアングルθのsin成分に比例し、次式であらわされる。

Figure 2005312821
When a plurality of pulses are applied at certain time intervals, that is, every TR time, and the amount of magnetization after the end of gas supply is M p , the first, second, third. . . The signal intensities I 1 , I 2 , I 3 . . . I n is proportional to sin component of the initial magnetization M p and flip angle theta, expressed by the following equation.
Figure 2005312821

上式(7)においてI,I,I...Iは、測定可能であり、TRは、あらかじめ決定された時間間隔である。従って、I,I,I...Iの測定データから、未知数であるτとθを求める必要がある。 In the above formula (7), I 1 , I 2 , I 3 . . . I n can be measured, TR is a predetermined time interval. Therefore, I 1 , I 2 , I 3 . . . From measurement data of the I n, it is necessary to find a unknowns τ and theta.

TR若しくは、θが等しい場合は、上式をどう変形してもτとθを別々に求めることはできない。τとθを別々に求めるためには、TR若しくは、θを可変させて複数のデータを取得する必要がある。例えば、フリップアングルとパルス強度の関係があらかじめ既知であり、θと2θの2種類のパルスをθ−2θ−θの順番で3回印加したとする。この時の信号強度I,I,I...Iは、は次式で示される。

Figure 2005312821
When TR or θ is equal, τ and θ cannot be obtained separately no matter how the above equation is modified. In order to obtain τ and θ separately, it is necessary to obtain a plurality of data by varying TR or θ. For example, it is assumed that the relationship between the flip angle and the pulse intensity is known in advance, and two kinds of pulses of θ and 2θ are applied three times in the order of θ−2θ−θ. The signal strengths I 1 , I 2 , I 3 . . . I n is is expressed by the following equation.
Figure 2005312821

この場合、上式を変形すれば、

Figure 2005312821
In this case, if the above equation is modified,
Figure 2005312821

と表され、I,I,I...Iより、θを求めることが可能であり、θが求まれば、自然と、τも求まる。あるいは、3つのパルスの間隔を(2TR−TR)としたとする。

Figure 2005312821
And I 1 , I 2 , I 3 . . . Than I n, it is possible to determine the theta, if theta is determined, naturally, tau also determined. Alternatively, assume that the interval between three pulses is (2TR-TR).
Figure 2005312821

この場合、上式を変形すれば、

Figure 2005312821
In this case, if the above equation is modified,
Figure 2005312821

と表され、I,I,I...Iより、τを求めることが可能であり、τが求まれば、自然とθも求まる。いずれも、3回のパルスで、τ及びθを推測する方法を述べたが、異なるフリップアングルあるいは異なる繰り返し時間を組み合わせた手法であれば、τ及びθを推測することが可能であり、より精度の高い測定が可能となる。 And I 1 , I 2 , I 3 . . . Than I n, it is possible to determine the tau, if tau is determined, it obtained also natural and theta. In both cases, the method of estimating τ and θ with three pulses has been described. However, it is possible to estimate τ and θ with a technique that combines different flip angles or different repetition times, and is more accurate. High measurement is possible.

パルスの間隔を換える方法の変形として以下に述べる方法も適用できる。信号強度が減衰する区間に2回のパルスをかける方法で、そのパルス適用の概略図を図6に示す。第一のRFパルスからの信号の強度Sは、

Figure 2005312821
As a modification of the method for changing the pulse interval, the following method can also be applied. FIG. 6 shows a schematic diagram of pulse application in a method in which two pulses are applied to a section where the signal intensity is attenuated. The intensity S 1 of the signal from the first RF pulse is
Figure 2005312821

で表される。αは、検出系の検出感度を、Mは第一パルスを与えた時の磁化量を、θは、RFパルスによるフリップアングルを示している。ここでの磁化は、前述のとおり

Figure 2005312821
It is represented by α indicates the detection sensitivity of the detection system, M p indicates the amount of magnetization when the first pulse is applied, and θ indicates the flip angle by the RF pulse. The magnetization here is as described above.
Figure 2005312821

γは、磁気回転比、nは、微小空間中の核子数密度、pは偏極率である。その後の磁化は、第一パルスのcosθ減衰の影響を受けて異なる減少カーブを描く。間隙時間TRを待って第二のパルスを与え、そのときの信号強度は、

Figure 2005312821
γ is the gyromagnetic ratio, n is the nucleon number density in the minute space, and p is the polarization rate. Subsequent magnetization draws a different decreasing curve under the influence of cos θ attenuation of the first pulse. Waiting for the gap time TR, giving a second pulse, the signal strength at that time is
Figure 2005312821

であらわすことができる。これらの式により、

Figure 2005312821
Can be represented. From these equations,
Figure 2005312821

が得られる。   Is obtained.

与えるRFパルスを一定にしフリップアングル(flip angle)を一定にした状態で、異なるTR時間の計測値を求めれば、フリップアングルを評価することなく、τの値を求めることができることがわかる。この計測は、フリップアングルを求める必要がないため、フリップアングルの評価誤差が測定値に影響を与えることはない。サーフェイスコイルのように、検出感度が高いが、RF磁場の均一性がよくない信号に対しても使用できる利点がある。実際にキセノンの減衰時間とフリップアングルの関係を測定したデータを図7に示す。   It can be seen that the value of τ can be obtained without evaluating the flip angle if the measured values of different TR times are obtained with the applied RF pulse constant and the flip angle constant. In this measurement, since it is not necessary to obtain the flip angle, the evaluation error of the flip angle does not affect the measurement value. Like a surface coil, there is an advantage that it can be used for a signal with high detection sensitivity but poor RF magnetic field uniformity. FIG. 7 shows data obtained by actually measuring the relationship between the decay time of xenon and the flip angle.

このデータは、129Xeを40秒間かけて実験動物の肺に吸入させたあと、測定をおこなったもので、TRとして、4,8,12,16秒の4点の計測を行ったものである。この図6中の近似直線40から、τが15.5±1.18secフリップアングルθが17.97±7.7度と求まる。 This data was measured after 129 Xe was inhaled into the lungs of a laboratory animal over 40 seconds, and measured at 4 points of 4, 8, 12, 16 seconds as TR. . From the approximate straight line 40 in FIG. 6, τ is found to be 15.5 ± 1.18 sec and the flip angle θ is found to be 17.97 ± 7.7 degrees.

以上の手法は、フリップアングルが求まっていない場合に、減衰特性から減衰時間とフリップアングルを求める手法であるが、一般には、同じような実験条件下において、適用するパワーが同じであれば、略等しいフリップアングルが得られると予想され、あらかじめ、フリップアングルを測定しておけば、フリップアングルを仮定することができる。この場合、式3において、θを仮定することができるので、2回のパルスからτを計算することができる。一般には測定時間を減らす目的で、こうした手法を使うことが可能である。   The above method is a method for obtaining the attenuation time and the flip angle from the attenuation characteristics when the flip angle is not obtained, but generally, if the applied power is the same under the same experimental conditions, it is generally omitted. It is expected that the same flip angle is obtained, and if the flip angle is measured in advance, the flip angle can be assumed. In this case, in Equation 3, θ can be assumed, so τ can be calculated from two pulses. In general, such a method can be used to reduce the measurement time.

<組織内血流量と減衰時間の関係1(Kety and Schmidt法)>
こうして求められた減衰時間τから組織内血流量と組織内縦緩和時間を求める手法について説明する。
<Relationship between tissue blood flow and decay time 1 (Kety and Schmidt method)>
A method for obtaining the blood flow volume in the tissue and the longitudinal relaxation time in the tissue from the decay time τ thus obtained will be described.

この減衰時間を利用した計算手法は、PETに類似の手法である。また、従来MRI法で使用されている、磁性体を含有する造影剤と異なり、キセノンガスは、脳血管関門を通過することから、血管内血流量ではなく、組織内血流量の評価が可能であり、臨床的意味は大きい。   A calculation method using this decay time is a method similar to PET. Unlike contrast agents containing magnetic substances, which are conventionally used in MRI, xenon gas passes through the cerebral blood vessel barrier, so it is possible to evaluate the blood flow in the tissue, not the blood flow in the blood vessel. Yes, clinical significance is great.

一般に、Kety and Schmidt 法として説明される血流計測方法についてまず述べる。希ガスは、肺を通して動脈血によって脳に運ばれ毛細血管を通って脳組織に拡散していく。組織を灌流し終わった血液は、希ガスとともに、静脈に戻ってくることになる。この時、脳組織に移行した希ガスの量Qbrの時間変化率は入力量(動脈からの供給)と排出量(静脈への洗い出し)のバランスで現わされるというフィック(Fick)の原理がなりたつ。

Figure 2005312821
In general, the blood flow measurement method described as the Kety and Schmidt method will be described first. The rare gas is carried by the arterial blood through the lungs to the brain and diffuses through the capillaries to the brain tissue. The blood that has perfused the tissue returns to the vein along with the noble gas. At this time, Fick's principle that the time change rate of the amount Qbr of rare gas transferred to the brain tissue is expressed by the balance between the input amount (supply from the artery) and the discharge amount (washing out into the vein). It became.
Figure 2005312821

ここで、C(t),C(t)は、それぞれ動脈血及び静脈血内の希ガスの濃度であり、Fは、単位時間に流れる血流量である。ここで、希ガスの濃度と分圧の関係に、ヘンリー(Henry)の法則が成立すると、脳組織内の分圧をPbr、血液内の分圧をPblとし脳組織内の濃度をCbr、血液内の濃度をCblとあらわすと次式が成りたつ。

Figure 2005312821
Here, C a (t) and C v (t) are the concentrations of rare gases in arterial blood and venous blood, respectively, and F is the blood flow rate flowing in unit time. Here, when Henry's law is established in the relationship between the rare gas concentration and the partial pressure, the partial pressure in the brain tissue is P br , the partial pressure in the blood is P bl, and the concentration in the brain tissue is C br, when representing the concentration in the blood and C bl following equation hold true.
Figure 2005312821

ここで、Kは定数であり、αはBunsenの吸入率若しくはOstwaldの溶解度係数である。定常状態では、動脈血、静脈血、脳組織の希ガスの分圧が等しくなると考えられこの式を変形して

Figure 2005312821
Here, K is a constant, and α is a Bunsen inhalation rate or Ostwald solubility coefficient. In steady state, the partial pressures of arterial blood, venous blood, and noble gases in brain tissue are considered to be equal.
Figure 2005312821

の関係が成り立つ。但し、λは、上式において、(αbr/αbl)で現わされる係数であり、一般に分配係数として知られている係数である。式(22)を時間積分した値は、脳組織に移行した希ガス量を示し、これは式(26)で現わされる定常状態での脳組織内濃度と脳組織体積Wの積で現わされる値と等しく次式が成立している。

Figure 2005312821
The relationship holds. However, λ is a coefficient expressed by (α br / α bl ) in the above equation, and is a coefficient generally known as a distribution coefficient. The value obtained by integrating the equation (22) with time indicates the amount of rare gas transferred to the brain tissue, which is the product of the brain tissue concentration in the steady state and the brain tissue volume W expressed by the equation (26). The following equation holds true for the value to be transferred.
Figure 2005312821

が算出されれば、脳組織血流量が測定できることになる。図8は、動脈及び静脈の希ガスの濃度曲線の代表例であり、血液からのサンプルを測定した例を示している。   Is calculated, the cerebral tissue blood flow can be measured. FIG. 8 is a representative example of the concentration curves of arterial and venous noble gases, and shows an example in which a sample from blood is measured.

この図8において

Figure 2005312821
In this FIG.
Figure 2005312821

Figure 2005312821
Figure 2005312821

高偏極キセノンの例で考えれば、偏極キセノンのスペクトラムの周波数は、脳組織と血液で異なっているので、210ppm付近における動脈血のスペクトラムの時間変化をC(t)とし、195ppm付近の脳組織からのスペクトラムの時間変化がC(t)に相当することを用いると上式(28)に基づいて血流計測が可能となる。この時、それぞれのスペクトラム強度が異なるため、係数を掛ける必要があるが、この係数は、披験者間によって異なる値ではないため、予めPET等での校正により係数を求めることが可能である。 Considering the example of highly polarized xenon, the frequency of the polarized xenon spectrum differs between brain tissue and blood. Therefore, the temporal change in the spectrum of arterial blood near 210 ppm is C a (t), and the brain near 195 ppm Using the fact that the time change of the spectrum from the tissue corresponds to C v (t), blood flow can be measured based on the above equation (28). At this time, since the spectrum intensities are different from each other, it is necessary to multiply by a coefficient. However, since this coefficient is not a value that differs among examinees, it is possible to obtain the coefficient in advance by calibration with PET or the like.

<組織内血流量と減衰時間の関係2(コンパートメントモデル法)>
次に、コンパートメントモデル法として一般に説明されている血流計測方法について述べる。この方法は、造影剤濃度の変化量がその時の濃度に比例するという微分方程式を解く事により、指数関数的な減衰曲線を仮定するものである。微分方程式は次式で表される。

Figure 2005312821
<Relationship 2 between tissue blood flow and decay time (compartment model method)>
Next, a blood flow measuring method generally described as a compartment model method will be described. This method assumes an exponential decay curve by solving a differential equation in which the amount of change in contrast agent concentration is proportional to the concentration at that time. The differential equation is expressed by the following equation.
Figure 2005312821

となる。この式でのkの値を考えるため数回の血管からの洗い出しにおいて、造影剤が組織内と血管内に均一に拡散した状態で連続的に血管内の造影剤が洗い出された後、瞬時に拡散して濃度が均一になることを仮定し、濃度の変化を考えてみる。図9(a)に示すように、血管の体積をV、脳組織体積をWとし、血管内の造影剤が洗い出された後、図9(b)〜(e)に示すような脳組織中の造影剤が瞬時に血管中に広がるという操作をn回繰り返したとするとn回後における脳組織中の造影剤の量Qbrは、次式となる。

Figure 2005312821
It becomes. In order to consider the value of k in this formula, in several washings from the blood vessel, the contrast agent in the blood vessel is continuously washed out in a state where the contrast agent is uniformly diffused in the tissue and the blood vessel, and then instantaneously. Let us consider the change in concentration, assuming that the concentration becomes uniform by diffusion. As shown in FIG. 9 (a), the blood vessel volume is V, the brain tissue volume is W, and after the contrast medium in the blood vessel is washed out, the brain tissue as shown in FIGS. 9 (b) to 9 (e). Assuming that the operation in which the contrast agent in the blood instantly spreads in the blood vessel is repeated n times, the amount Q br of the contrast agent in the brain tissue after n times is expressed by the following equation.
Figure 2005312821

1回のターンオーバーに係る時間をtとしてt時間後の造影剤量Qbr

Figure 2005312821
Assuming that the time for one turnover is t 0 , the contrast agent amount Q br after t time is
Figure 2005312821

ここで、Fは、血液量であり、血流量fをF/Wと考えると、

Figure 2005312821
Here, F is the blood volume, and the blood flow f is considered as F / W.
Figure 2005312821

従って、コンパートメントモデルでは、洗い出し区間の信号減衰特性を指数関数でフィッティングその傾きkから次式で血流量が計算される。

Figure 2005312821
Therefore, in the compartment model, the blood flow rate is calculated by the following equation from the slope k of fitting the signal attenuation characteristic of the washing section with an exponential function.
Figure 2005312821

<コンパートメントモデル法の129Xeへの適用>
放射性の造影剤においては、放射線の崩壊による減衰時間は洗い出し時間より充分に長く信号の減衰特性は、血流による洗い出し時間だけを考えれば充分であるが、高偏極129Xeの生体内縦緩和時間(T1,tissue)が短いため、この効果を考えて、次式を考えなければならない。

Figure 2005312821
<Application of the compartment model method to 129 Xe>
In radioactive contrast media, the decay time due to the decay of radiation is sufficiently longer than the washout time, and the signal decay characteristics are sufficient considering only the washout time due to blood flow, but in vivo longitudinal relaxation of highly polarized 129 Xe Since the time (T1 , tissue ) is short, the following equation must be considered in consideration of this effect.
Figure 2005312821

kは、(29)で記述されている比例定数であり、(17)式,(20)式及び(21)式で述べた減衰時間τとτ=1/kの関係がある。fは、血流量(ml blood / 100 g tissue / s)であり、T1,tissueは組織中のキセノンの縦緩和時間、λは血液と組織間のキセノンの分配定数であり、2つの間の溶解度の比から計算される値である。 k is a proportionality constant described in (29), and has the relationship of the decay time τ and τ = 1 / k described in the equations (17), (20), and (21). f is the blood flow volume (ml blood / 100 g tissue / s), T 1, tissue is the longitudinal relaxation time of xenon in the tissue , λ is the partition constant of xenon between blood and tissue, It is a value calculated from the solubility ratio.

以上のことから、減衰時間は、脳組織内血流量と生体内縦緩和時間及び血液と組織間のキセノンの分配定数から定まるということが判る。血液と組織間のキセノンの分配定数λは、時間変化しない値で、個体によらずほぼ一定の値だと考えられるが、脳組織内血流量は、その場所や病状により異なるもので、生体内縦緩和時間は、酸素分圧等によって変化することが知られている。   From the above, it can be seen that the decay time is determined from the blood flow in the brain tissue, the in vivo longitudinal relaxation time, and the xenon partition constant between blood and tissue. The xenon distribution constant λ between blood and tissue is a value that does not change over time and is considered to be a constant value regardless of the individual, but the blood flow in the brain tissue varies depending on the location and medical condition. It is known that the longitudinal relaxation time varies depending on the oxygen partial pressure or the like.

<モデル動物による脳血流量と生体内縦緩和時間の分離>
実際の計測にあたっては、減衰時間を求めることにより、脳血流量若しくは生体内縦緩和時間を求めることが好ましい。一般には生体内縦緩和時間は、ほぼ定数であると考えられており、予め複数のサンプルを測定しておけば、生体内縦緩和時間を仮定して減衰時間から脳血流量を算出しておくことが可能である。
<Separation of cerebral blood flow and in vivo longitudinal relaxation time by model animals>
In actual measurement, it is preferable to obtain the cerebral blood flow rate or the in vivo longitudinal relaxation time by obtaining the decay time. In general, the longitudinal relaxation time in vivo is considered to be almost constant. If a plurality of samples are measured in advance, the cerebral blood flow is calculated from the decay time assuming the longitudinal relaxation time in vivo. It is possible.

又は、Xeの減衰時間測定法とは、別の方法で(例えば、PET等)、血流量を測定することによりその血流量に基づき生体内縦緩和時間を実測できる。生体内縦緩和時間は、組織内の酸素飽和度で変化する可能性が示唆され、生体内縦緩和時間を測定できることは意味のある計測方法である。ここでは、あらかじめ、生体内縦緩和時間を仮定して減衰時間から脳血流量を算出することを目指し、モデル動物により、血流量を薬物等により変化させることで、緩和時間と血流量の関係を調べる実験を行なった結果を示す。   Alternatively, the in vivo longitudinal relaxation time can be measured based on the blood flow rate by measuring the blood flow rate by a method different from the Xe decay time measurement method (for example, PET or the like). It is suggested that the longitudinal relaxation time in the body may change depending on the oxygen saturation in the tissue, and it is a meaningful measurement method that the longitudinal relaxation time in the body can be measured. Here, in order to calculate the cerebral blood flow from the decay time assuming the longitudinal relaxation time in vivo, the relationship between the relaxation time and blood flow can be determined by changing the blood flow with a drug or the like using a model animal. The result of conducting an experiment is shown.

図2に示すように2匹のオスのSDラットにより確認を行なった。ハロセン(導入時、4%,手術時1.5%)を笑気ガスと酸素の混合ガス(70%NO,30%O)に混入させた麻酔下において、気管チューブ36(Atom 8Fr;内径3mm)を挿入している。又、脳の血流量を計測するためレーザードップラ血流計(図示せず)を頭部に固定した。MRI計測は、4.7TのVarian製MRI計測装置でおこない、自家製3cmのプロトン−キセノン両方に同調可能な表面コイル42を利用している。光ファイバ型の直腸温度計を直腸内に、近赤外線を利用したパルスオキシメータを後足に装着し、測定中の体温、心拍数、血液酸素飽和度を測定し、通常の生理条件にあることを確認している。測定中は、αクロラロース(20-40mg/kg/h)を持続的に尾静脈から投与により麻酔深度を保った。 As shown in FIG. 2, confirmation was performed using two male SD rats. Under anesthesia in which halothane (4% at the time of introduction, 1.5% at the time of surgery) is mixed with a mixed gas of laughing gas and oxygen (70% N 2 O, 30% O 2 ), the tracheal tube 36 (Atom 8Fr The inner diameter is 3 mm). A laser Doppler blood flow meter (not shown) was fixed to the head in order to measure the blood flow in the brain. The MRI measurement is performed with a 4.7T Varian MRI measurement apparatus, and utilizes a surface coil 42 that can be tuned to both homemade 3 cm proton-xenon. Wear a fiber optic rectal thermometer in the rectum and a pulse oximeter using near-infrared light on the hind legs to measure body temperature, heart rate and blood oxygen saturation during measurement, and be in normal physiological conditions Have confirmed. During the measurement, α-chloralose (20-40 mg / kg / h) was continuously administered from the tail vein to maintain the depth of anesthesia.

高偏極キセノンガスは、図1を参照して説明した前述のアルカリ金属を利用する光ポンピング法を利用した偏極装置によって作成した高偏極ガス(91%濃縮エンリッチ129Xe:80%,N:20%)であり、FAP法により求めた偏極率は、概略2−8%である。 The highly polarized xenon gas is a highly polarized gas (91% enriched enriched 129 Xe: 80%, N, produced by the polarization device using the optical pumping method using the alkali metal described above with reference to FIG. 2 : 20%), and the polarization rate determined by the FAP method is approximately 2-8%.

キセノン投与用のラインは、先端部(PE10;26cm)、PE50(70cm),4Frの気管チューブ(30cm)からなり、3方活栓を介してディスポーザブルシリンジに接続される。このラインを挿管した気管チューブの内側に挿入しその先端を肺の極近傍に配置した。実験毎に、25ccの高偏極Xeガスを自家製偏極装置のポンピングセルから、20mlのディスポーザブルシリンジに移し換えた後、マグネットの外部で、ラインに接続し、シリンジを手動で押し出すことにより肺に吸入させる。   The xenon administration line consists of a tip (PE10; 26 cm), PE50 (70 cm), and 4Fr tracheal tube (30 cm), and is connected to a disposable syringe via a three-way stopcock. This line was inserted inside the intubated tracheal tube and its tip was placed in the very vicinity of the lung. After each experiment, 25cc of highly polarized Xe gas was transferred from the pumping cell of the homemade polarization device to a 20ml disposable syringe, then connected to the line outside the magnet and manually pushed into the lungs Inhale.

測定は、プロトン周波数において、ラットの位置確認とシミングをおこなったのち、キセノン信号を計測している。ハードパルスの送受信周波数は、ガスピークから150ppm程度離れた周波数に設定した。測定周波数幅は30kHz、12kpointであり、測定時間は、0.4秒である。スペクトラムは、フーリエ変換の前に、指数関数による畳み込み積分(バンド幅20Hz増相当)を行なった後、位相補正をおこなって表示した。   In the measurement, the xenon signal is measured after confirming the position of the rat and shimming at the proton frequency. The transmission / reception frequency of the hard pulse was set to a frequency about 150 ppm away from the gas peak. The measurement frequency width is 30 kHz, 12 kpoints, and the measurement time is 0.4 seconds. The spectrum was displayed after performing convolution integration (equivalent to an increase in bandwidth of 20 Hz) by exponential function before Fourier transform, and then performing phase correction.

キセノンの減衰時間を計測するため、高偏極129Xeガスを40秒間かけて、強制的に送り込んだ後、図6に示すように、信号強度が減衰する区間に2回のパルスをかける方法で、測定を行なった。測定の間隙時間TRは、4,8,12,16秒とした。この測定後、ラットの尾静脈からDiamox(20mg/kg)を投与し、血流量を上昇させた。この薬品の投与により血流は、およそ、30%上昇する。図10(a)及び(b)はこの手法により求めた、減衰時間の推定直線を示したものである。図10(a)は、血流量を増加させない時の減衰特性であり、減衰時間が17.4秒であった。図10(a)は、Diamoxの投与によって、血流量が30%増加した時の減衰特性を示し、減衰時間が15.1秒であった。 In order to measure the decay time of xenon, after a high-polarized 129 Xe gas is forcibly sent over 40 seconds, as shown in FIG. 6, a pulse is applied twice in the interval where the signal intensity is attenuated. Measurement was performed. The measurement gap time TR was 4, 8, 12, 16 seconds. After this measurement, Diamox (20 mg / kg) was administered from the tail vein of the rat to increase the blood flow. The blood flow is increased approximately 30% by administration of this medicine. FIGS. 10A and 10B show an estimated straight line of the decay time obtained by this method. FIG. 10A shows attenuation characteristics when the blood flow rate is not increased, and the attenuation time is 17.4 seconds. FIG. 10 (a) shows the attenuation characteristics when the blood flow increased by 30% by administration of Diamox, and the attenuation time was 15.1 seconds.

(36)式により1/τを横軸にしてプロットするとグラフの傾きが、f/λに相当しx=0のy切片が1/T1,tissueに相当する。実際にプロットした図が図11であり、この図11より、1/T1,tissueが37秒、f/λが0.0239と導出される。脳実質の重さを2g、λを1.015とすると、血流量は73ml/100g/minと計算される。 When plotting with the horizontal axis 1 / τ according to the equation (36), the slope of the graph corresponds to f / λ, and the y-intercept of x = 0 corresponds to 1 / T 1, tissue . FIG. 11 shows an actually plotted diagram. From FIG. 11, 1 / T 1, tissue is 37 seconds, and f / λ is 0.0239. If the weight of the brain parenchyma is 2 g and λ is 1.015, the blood flow is calculated as 73 ml / 100 g / min.

(36)式において、T1,tissueを37秒と仮定すれば、fが導出されることになる。逆に、f/λを0.024と仮定すれば、T1,tissueが導出される。 In Expression (36), assuming that T 1 and tissue are 37 seconds, f is derived. On the other hand, if f / λ is assumed to be 0.024, T1 , tissue is derived.

<ヒトにおける高偏極129Xeスペクトラム>
この高偏極129Xeを肺から吸入させたボランティアにおいて、脳からのスペクトラムを測定するための以下の実験を行った。
<Highly polarized 129 Xe spectrum in humans>
The following experiment was conducted to measure the spectrum from the brain in volunteers who inhaled this highly polarized 129 Xe from the lungs.

この実験では、2人の被験者から核磁気共鳴(NMR)信号のスペクトラムが確認された。被験者は、ガス吸引用のマスクを装着した。高偏極129Xeは、1リットルのプラスチックバッグ(テドラバック)へ500cc程入れた状態で供給される。このテドラバックは、3方活栓を空きしてマスクへ接続される。測定開始時に被験者は、自らこの3方活栓を開閉し、高偏極129Xeを吸引した後、30秒間息止めを行い、ガスを肺中に保持する。高偏極キセノンガスは、前述のアルカリ金属を利用する光ポンピング法を利用した偏極装置によって作成した高偏極ガス(91%濃縮エンリッチ129Xe:80%,N:20%)であり、FAP法により求めた偏極率は、おおよそ0.5〜1%である。 In this experiment, the spectrum of the nuclear magnetic resonance (NMR) signal was confirmed by two subjects. The subject wore a mask for gas suction. Highly polarized 129 Xe is supplied in a state of about 500 cc in a 1 liter plastic bag (Tedora bag). This tedora bag is connected to the mask with a three-way stopcock open. At the start of measurement, the subject himself opens and closes the three-way cock, sucks the highly polarized 129 Xe, holds the breath for 30 seconds, and holds the gas in the lungs. The highly polarized xenon gas is a highly polarized gas (91% enriched enriched 129 Xe: 80%, N 2 : 20%) prepared by a polarization device using the above-described optical pumping method using an alkali metal. The polarization rate determined by the FAP method is approximately 0.5 to 1%.

MRIでの計測は、1.5TのGE製MRI計測装置でおこない、特別に作成したキセノン単同調の8素子型バードケージコイルを利用している。   MRI measurement is performed with a 1.5T GE MRI measurement device, and a specially prepared xenon single-tuned 8-element birdcage coil is used.

測定部は、GE製MRI計測装置に内蔵されているものを利用し、この測定部におけるボディーコイルによりプロトン周波数において、ヒト頭部の位置確認とシミングをおこなった後、キセノン信号を計測している。ハードパルスの送受信周波数は、ガスピークから100ppm程度離れた周波数に設定した。測定周波数幅はおよそ8kHz、2kpointであり、測定時間は、0.25秒である。吸入時に漏れ出した高偏極129Xeガスが観測され、このガスピークの半値幅の中央値を0ppmと定義し、測定周波数と帯域幅からケミカルシフトの値を定義した。スペクトラムは、フーリエ変換の前に、指数関数による畳み込み積分(バンド幅30Hz増相当)を行なった後、位相補正をおこなって表示した。 The measurement unit uses the one built in the GE MRI measurement device, and after the position of the human head is confirmed and shimmed at the proton frequency by the body coil in this measurement unit, the xenon signal is measured. . The transmission / reception frequency of the hard pulse was set to a frequency about 100 ppm away from the gas peak. The measurement frequency width is about 8 kHz, 2 kpoints, and the measurement time is 0.25 seconds. Highly polarized 129 Xe gas leaked during inhalation was observed, the median value of the half-value width of this gas peak was defined as 0 ppm, and the chemical shift value was defined from the measurement frequency and bandwidth. The spectrum was displayed after performing convolution integration (equivalent to an increase in bandwidth of 30 Hz) by an exponential function before Fourier transform, and then performing phase correction.

ヒトから得られた典型的なスペクトラムが図12に示されている。この図12は、概略0.5%の高偏極Xeガスを5秒程吸入し、吸入後、息止めをおこなった時点から、4sec毎に23回(約92秒)の間ハードパルス(フリップアングル約45度)を印加して得られたデータである。図12は、23回のスペクトラムをすべて加算して表示したもので、197.1ppmに大きいピーク(メインピーク)が観測され、194.1ppmに2番目に大きいピーク(サブピーク)があり、191.3ppmに3番目に大きいピーク(第2サブピーク)が観測されている。被験者2名から3回にわたって測定されたスペクトラムの200ppm近辺を拡大して図13に示す。いずれのスペクトラムでも3本のスペクトラムが観測されていることがわかる。   A typical spectrum obtained from a human is shown in FIG. FIG. 12 shows that approximately 0.5% of highly polarized Xe gas is inhaled for about 5 seconds, and after inhalation, breathing is stopped for 23 times (about 92 seconds) every 4 seconds. Data obtained by applying an angle of about 45 degrees. FIG. 12 shows the sum of all 23 spectrums. A large peak (main peak) is observed at 197.1 ppm, the second largest peak (sub-peak) is present at 194.1 ppm, and 191.3 ppm. The third largest peak (second subpeak) is observed. FIG. 13 shows an enlargement of the vicinity of 200 ppm of the spectrum measured three times from two subjects. It can be seen that three spectra are observed in any spectrum.

<ヒトにおける高偏極129Xeスペクトラムの帰属>
3本のスペクトラムの帰属を確かめるため、キセノン吸入時に炭酸ガスを同時に吸入させる実験をおこなった。炭酸ガスを吸入させることで血流量が増加することが知られており、血流量の増加は特に脳組織において顕著に現われ、脳組織以外の部分では上昇率は少ない。もし、それぞれのピークが灰白質と白質といった脳組織から由来している信号成分であればどちらも同じように信号上昇があるため、その信号強度比は、同じになるはずである。脳組織以外の成分であれば、信号強度の比は、変化すると予想される。炭酸ガスは細いチューブをマスクの近傍に配置し、500cc/分の流量で供給した。高偏極129Xeガスを吸入する1分前から炭酸ガスの吸入を始め、高偏極129Xeガス吸入時には、血流量が20%程度上昇していると予想できる。
<Attribution of highly polarized 129 Xe spectrum in humans>
In order to confirm the attribution of the three spectra, an experiment was conducted in which carbon dioxide was inhaled simultaneously when xenon was inhaled. It is known that blood flow increases by inhaling carbon dioxide gas. The increase in blood flow is particularly noticeable in brain tissue, and the rate of increase is small in portions other than brain tissue. If each peak is a signal component derived from brain tissue such as gray matter and white matter, the signal intensity ratio should be the same because both have the same signal rise. For components other than brain tissue, the signal intensity ratio is expected to change. Carbon dioxide gas was supplied at a flow rate of 500 cc / min by placing a thin tube near the mask. Kohenkyoku 129 begin inhalation of carbon dioxide gas from 1 minute before inhalation of Xe gas, when Kohenkyoku 129 Xe gas inhalation, can be expected to blood flow is increased about 20%.

炭酸ガスを供給しない正常時と、ガス吸入時においてメインピーク、サブピークの半値幅で面積を計算し、ピーク面積の時間変遷をプロットしたのが図14及び図15である。191ppm付近の第2サブピークは、信号強度が小さく、ノイズ成分と区別が困難であるため、ここでは示していない。それぞれの測定点において(メインピークの面積)/(サブピークの面積)を計算しその時間変遷をプロットしたものが図16である。炭酸ガス吸入時において、信号強度比が上昇していることが見てとれる。この実験結果は、サブピークが脳組織以外の成分に由来することを示唆する結果である。   FIG. 14 and FIG. 15 plot the area of the peak and the time transition of the peak area by calculating the area with the half width of the main peak and the sub peak at the normal time when carbon dioxide gas is not supplied and when the gas is inhaled. The second sub-peak near 191 ppm is not shown here because it has a low signal intensity and is difficult to distinguish from a noise component. FIG. 16 is a graph in which (main peak area) / (sub peak area) is calculated at each measurement point and the time transition is plotted. It can be seen that the signal intensity ratio increases when carbon dioxide is inhaled. This experimental result is a result which suggests that a subpeak originates in components other than brain tissue.

以上の実験結果を考慮すると、ヒトにおいては、図12の200ppm近辺に表われるピークのうち脳組織から得られるスペクトラムは、197ppmに存在するピークであり、その他は、筋肉や皮膚などの脳組織以外のピークである可能性が高い。このことから類推すれば、ヒトにおいても脳組織から得られるケミカルシフトは、200ppm近辺に複数現われるケミカルシフトピークのうち最大値を持つもののみであり、その他のピークから脳組織の情報を得ることはできないと考えられる。従って、高偏極核種を投与して、組織内に溶解した際におけるケミカルシフトの信号強度の立ち上がり区間又は、洗い出し区間の時間的変遷から、立ち上がり時間及び減衰時間を推定することにより、組織内縦緩和時間を仮定して、組織内血流量を測定する方法を適用するのはこの200ppm近辺に複数表われるケミカルシフトピークのうち最大値を持つものに限るべきである。129Xeを肺吸入により投与した、ヒトの場合、特に望ましくは197±1ppmに存在するピークを利用する。 In consideration of the above experimental results, in humans, the spectrum obtained from brain tissue out of the peaks near 200 ppm in FIG. 12 is a peak present at 197 ppm, and the others are other than brain tissues such as muscle and skin. There is a high possibility that it is a peak. By analogy with this, even in humans, the chemical shift obtained from brain tissue is only the one with the maximum value among the chemical shift peaks appearing around 200 ppm, and it is not possible to obtain information on brain tissue from other peaks. It is considered impossible. Therefore, when the hyperpolarized nuclide is administered and dissolved in the tissue, the rise time and decay time are estimated from the rise time of the chemical shift signal intensity or the time transition of the wash out time. Assuming relaxation time, the method of measuring the blood flow in the tissue should be applied only to the one having the maximum value among a plurality of chemical shift peaks appearing around 200 ppm. In humans, where 129 Xe is administered by pulmonary inhalation, the peak present at 197 ± 1 ppm is particularly desirable.

以上、高偏極核種としての高偏極129Xeの減衰特性から組織内血流量及び組織内縦緩和時間を測定する手法について述べている。実施例においては、全脳から得られたスペクトラムに基づくものを例示したが、一般に知られている、CSI法、Press法、Steam法等、勾配磁場の印加によりスペクトルを取得する位置を限局する手法を使い、限局された位置のスペクトルの時間変化を取得すれば、限局された位置の組織内血流量及び組織内縦緩和時間の測定が可能となる。 The method for measuring the blood flow in the tissue and the longitudinal relaxation time in the tissue from the attenuation characteristics of the highly polarized 129 Xe as the highly polarized nuclide has been described above. In the embodiment, the one based on the spectrum obtained from the whole brain is exemplified, but generally known methods such as the CSI method, the Press method, and the Steam method are used to limit the position where the spectrum is acquired by applying a gradient magnetic field. If the time change of the spectrum of the limited position is acquired using, it is possible to measure the blood flow volume in the tissue and the longitudinal relaxation time in the tissue at the limited position.

この発明の高偏極キセノンを用いて脳組織内の血流量を計測する方法に適用される高偏極キセノンを生成する装置をに示す概略図である。It is the schematic which shows the apparatus which produces | generates the highly polarized xenon applied to the method of measuring the blood flow rate in a brain tissue using the highly polarized xenon of this invention. この発明の高偏極キセノンを用いて脳組織内の血流量を計測する方法の実験例を示す概略図である。It is the schematic which shows the experimental example of the method of measuring the blood flow rate in a brain tissue using the highly polarized xenon of this invention. 図2に示す実験例におけるECA/PPAを遮断していない実験動物から得られた典型的なスペクトラムを示すグラフである。It is a graph which shows the typical spectrum obtained from the experimental animal which has not interrupted | blocked ECA / PPA in the experiment example shown in FIG. 図3に示したスペクトラム規格化して示す時間変位のグラフである。It is a graph of the time displacement shown by spectrum normalization shown in FIG. 図2に示す実験例における通常ラットから得られたスペクトラムを示すグラフ及びPPA/ECAを遮断したラットから得られたスペクトラムを示すグラフである。3 is a graph showing a spectrum obtained from a normal rat in the experimental example shown in FIG. 2 and a graph showing a spectrum obtained from a rat that has blocked PPA / ECA. この発明の高偏極キセノンを用いて脳組織内の血流量を計測する方法において信号強度が減衰する区間に2回のパルスをかける方法を示すグラフである。It is a graph which shows the method of applying a pulse twice to the area where signal strength attenuates in the method of measuring the blood flow volume in the brain tissue using the highly polarized xenon of this invention. この発明の高偏極キセノンを用いて脳組織内の血流量を計測する方法においてキセノンの減衰時間とフリップアングルの関係を測定したグラフである。It is the graph which measured the relationship between the decay time of xenon and flip angle in the method of measuring the blood flow volume in brain tissue using the highly polarized xenon of this invention. この発明の高偏極キセノンを用いて脳組織内の血流量を計測する方法において脳組織血流量が測定できることを示す動脈及び静脈の希ガスの濃度曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the density | concentration curve of the rare gas of an artery and vein which shows that the brain tissue blood flow rate can be measured in the method of measuring the blood flow amount in brain tissue using the highly polarized xenon of this invention. (a)〜(e)は、この発明の高偏極キセノンを用いて脳組織内の血流量を計測する方法における脳組織中の造影剤が血管中に広がるモデルを説明する為の模式図である。(A)-(e) is a schematic diagram for demonstrating the model which the contrast agent in brain tissue spreads in the blood vessel in the method of measuring the blood flow rate in brain tissue using the highly polarized xenon of this invention. is there. (a)及び(b)は、実験動物から求めた、血流量を増加させない場合及び血流量を増加させた場合における減衰時間の推定直線を示したものである。(A) And (b) shows the estimated straight line of the decay time when the blood flow rate is not increased and when the blood flow rate is increased, which is obtained from the experimental animal. 実験動物から求められた血流量と比例定数との関係を示すデータである。It is the data which shows the relationship between the blood flow rate calculated | required from the experimental animal, and a proportionality constant. 実験例において、ヒトから得られた典型的なスペクトラムを示すグラフである。It is a graph which shows the typical spectrum obtained from the human in the experiment example. (a)、(b)及び(c)は、夫々の実験例において、ヒトから得られた典型的なスペクトラムを示すグラフである。(A), (b) and (c) is a graph which shows the typical spectrum obtained from the human in each experimental example. (a)及び(b)は、ヒトの実験例において、正常時及び炭酸ガス吸引時における経過時間とヒトの脳からのNMR信号との関係を示すグラフである。(A) And (b) is a graph which shows the relationship of the elapsed time at the time of normal time and the time of carbon dioxide inhalation, and the NMR signal from a human brain in a human experiment example. (a)及び(b)は、ヒトの実験例において、正常時及び炭酸ガス吸引時における経過時間とヒトの脳からのNMR信号との関係を示すグラフである。(A) And (b) is a graph which shows the relationship of the elapsed time at the time of normal time and the time of carbon dioxide inhalation, and the NMR signal from a human brain in a human experiment example. (a)及び(b)は、正常時及び炭酸ガス吸引時におけるヒトの上記実験例での経過時間とピーク比との関係を示すグラフである。(A) And (b) is a graph which shows the relationship between the elapsed time and peak ratio in the said experimental example of the human at the time of normal time and the time of carbon dioxide suction.

符号の説明Explanation of symbols

10...ガスライン、12...電磁石系、14...レーザ系、18...偏極セル、28...レーザ光源、32...実験用ラット、34...麻酔ガス、36...気管チューブ   10. . . Gas line, 12. . . Electromagnet system, 14. . . Laser system, 18. . . Polarized cell, 28. . . Laser light source, 32. . . Laboratory rat, 34. . . Anesthetic gas, 36. . . Tracheal tube

Claims (11)

核磁気共鳴断層撮像法(MRI)において、充分大きな信号強度が得られる偏極率を有する高偏極核種を組織内に溶解させて核磁気共鳴信号を検出し、この核磁気共鳴信号に生ずるケミカルシフトの信号強度の立ち上がり区間又は、洗い出し区間の時間的変遷から、立ち上がり時間及び洗い出し時間を推定して、組織内縦緩和時間を仮定し、組織内血流量を測定することを特徴とする方法。     In nuclear magnetic resonance tomography (MRI), a highly polarized nuclide having a sufficiently high signal intensity is dissolved in tissue to detect a nuclear magnetic resonance signal, and a chemical generated in the nuclear magnetic resonance signal. A method of measuring a blood flow volume in a tissue by estimating a rise time and a wash time from a rise period of a signal strength of shift or a temporal transition of a wash section, assuming a longitudinal relaxation time in the tissue, and measuring the blood flow in the tissue. 核磁気共鳴画像(MRI)法において、充分大きな信号強度が得られる偏極率を有する高偏極核種組織内に溶解させて核磁気共鳴信号を検出し、この核磁気共鳴信号に生ずるケミカルシフトの信号強度の立ち上がり区間又は、洗い出し区間の時間的変遷から、立ち上がり時間及び洗い出し時間を推定し、予め測定された組織内血流量により、組織内縦緩和時間を測定することを特徴とする方法。     In the nuclear magnetic resonance imaging (MRI) method, a nuclear magnetic resonance signal is detected by dissolving it in a highly polarized nuclide tissue having a polarization rate that provides a sufficiently large signal intensity, and the chemical shift that occurs in the nuclear magnetic resonance signal is detected. A method of estimating a rise time and a wash time from a rise time of a signal intensity or a temporal transition of a wash section, and measuring a longitudinal relaxation time in a tissue based on a blood flow in the tissue measured in advance. 上記立ち上がり時間、又は、洗い出し時間の推定において異なる繰り返し時間で構成される複数回のRF照射によってフリップアングルを推定することを特徴とする請求項1或いは請求項2の方法、     The method according to claim 1 or 2, wherein the flip angle is estimated by a plurality of RF irradiations configured with different repetition times in the estimation of the rise time or the washing time. 上記立ち上がり時間、又は、洗い出し時間の推定において、フリップアングルを仮定し、2回のRF照射に起因する前記ケミカルシフトのスペクトル信号強度の減衰から洗い出し時間を推定することを特徴とする請求項1或いは請求項2の方法、     The estimation of the rise time or the washout time assumes a flip angle, and the washout time is estimated from the attenuation of the spectral signal intensity of the chemical shift caused by two RF irradiations. The method of claim 2, 前記高偏極核種として129Xeを肺に1呼吸だけ吸入させるボーラス吸入法を採用して前記高偏極129Xeを組織内に溶解させることを特徴とする請求項1或いは請求項2の方法。 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the highly polarized 129 Xe is dissolved in the tissue by adopting a bolus inhalation method in which 129 Xe is inhaled into the lung for only one breath as the highly polarized nuclide. 前記高偏極核種として129Xeを持続的に投与して前記高偏極129Xeを組織内に溶解し、前記核磁気共鳴信号がほぼ定常状態になった後における洗い出し時間から前記組織内血流量或いは前記組織内縦緩和時間を測定することを特徴とする請求項1或いは請求項2の方法。 129 Xe is continuously administered as the highly polarized nuclide to dissolve the highly polarized 129 Xe in the tissue, and the blood flow volume in the tissue is determined from the washing time after the nuclear magnetic resonance signal is almost in a steady state. Alternatively, the method according to claim 1 or 2, wherein the longitudinal relaxation time in the tissue is measured. 脳全体のケミカルシフトから血流量又は組織内縦緩和時間を推測することを特徴とする請求項1或いは請求項2の方法。     3. The method according to claim 1, wherein the blood flow rate or the longitudinal relaxation time in the tissue is estimated from a chemical shift of the entire brain. 前記ケミカルシフトから局所的にキセノンスペクトラムを検出して上記スペクトルの取得領域を限局させたことを特徴とする請求項1或いは請求項2の方法。     The method according to claim 1 or 2, wherein a xenon spectrum is locally detected from the chemical shift to localize an acquisition region of the spectrum. 前記高偏極核種として129Xeを採用し、前記ケミカルシフトとして200ppm近辺に複数表われるケミカルシフトピークのうち最大値を有する1つのケミカルシフトピークから脳組織血流量及び組織内縦緩和時間を測定することを特徴とする請求項1或いは請求項2の方法。 129 Xe is adopted as the highly polarized nuclide, and the brain tissue blood flow rate and the longitudinal relaxation time in the tissue are measured from one chemical shift peak having the maximum value among the chemical shift peaks appearing around 200 ppm as the chemical shift. The method of claim 1 or claim 2 characterized in that. 上記スペクトルのうち動物において、195±1ppmに表われる信号強度を利用して脳組織血流量及び組織内縦緩和時間を測定することを特徴とする請求項9の方法。     The method according to claim 9, wherein the brain tissue blood flow rate and the longitudinal relaxation time in the tissue are measured in an animal using the signal intensity expressed at 195 ± 1 ppm in the spectrum. 上記スペクトルのうちヒトにおいて、197±1ppmの信号強度を利用して脳組織血流量を測定しようとすることを特徴とする請求項9の方法。     10. The method according to claim 9, wherein the human blood flow is measured using a signal intensity of 197 ± 1 ppm in the human spectrum.
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