JPH0467849A

JPH0467849A - ↑１↑７ｏの核磁気共鳴検出方法

Info

Publication number: JPH0467849A
Application number: JP2179166A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Arai; 俊之荒井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-07-06
Filing date: 1990-07-06
Publication date: 1992-03-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、生体内に取り込まれた１７Ｏを核磁気共鳴さ
せることにより、■１□′７０　として存在する７０か
ら出力される共鳴信号を検出し、生体細胞の代謝機能や
組織灌流に関する情報を得ることができる１７０の核磁
気共鳴検出方法に関する。

〔従来の技術〕

酸素には通常の酸素＋６０の他に、放射性同位元素”ｏ
及び安定同位元素”ｏがある。

このうち、安定同位元素１７０は、通常の酸素と全く同
じ化学的性質を有するため、生体内に取り込まれても何
等悪影響を与えることがなく、通常の酸素と同様に代謝
・灌流に供される。

したがって、酸素の安定同位元素直７１７Ｏを生体内に
取り込ませ、これを核磁気共鳴法によって検出すること
ができれば、安全に生体細胞の代謝機能や組織灌流に関
する情報を得ることができるが、従来、酸素の安定同位
元素１７１７Ｏを直接的に検出することができなかった
。

そこで、従来は、特定の疾患部に集まる性質を有する標
識化合物に放射性同位元素Ｉ５１７Ｏを運ばせて、体内
から発せられるＴ線を検出することにより、代謝や組織
灌流に関する情報を得ていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、放射性同位元素１′０ば半減期が約２分
と非常に短いので検査を行うときにその場でサイクロト
ロンにより１５１７Ｏを生成してすぐ使用しなければな
らず、コストが非常に嵩むと同時に、放射線被爆を起こ
すという問題があった。

このため本発明者らは、生体内に取り込まれた酸素１７
１７Ｏを直接検出する手段を研究した結果、生体内に水
分ＨｚＩ　？　ｏ　の形で存在させることにより、酸素
ｌ？Ｏを核磁気共鳴させてその共鳴信号を検出すること
に成功した。

本発明はこの研究結果に基づいて成されたもので、放射
線被爆の問題が一切なく、安全に組織灌流や代謝の情報
を得ることができるようにすることを課題としている。

（課題を達成するための手段〕この課題を達成するために、本発明によれば、酸素の安
定同位元素１７１７Ｏを自然存在比以上の比率で含有す
る核磁気共鳴法を生体内に取り込ませ、生体細胞の代謝
機能によりＨ２１７Ｏを産生させ、１７１７Ｏを核磁気
共鳴させた際に前記Ｈ，”Ｏの”。

から出力される共鳴信号に基づいて生体内にＨ２１７０
として存在する１７１７Ｏを検出することを特徴とする
。

〔作用〕

酸素の安定同位元素ｌ？１７Ｏを自然存在比以上の比率
で含有する共鳴剤を、呼吸作用その他の方法により生体
内に取り込むと、酸素は栄養分と共に、血液を介して生
体細胞に運ばれる。そして、生体細胞では、酸素と栄養
分を取り込んで生体エネルギーを生成すると共に、水と
二酸化炭素を摂取し且つ排出するという代謝を行う。

このとき、共鳴剤に含まれている酸素１７０は、通常の
酸素１６０に比して質量を異にする以外は全く同様の化
学的性質を有するので、各生体細胞の代謝機能が活発な
部分では、運ばれた”ｏがＨ２１７ｏとなって大量に産
生され、代謝機能が活発でないところは少量ずつ産生さ
れる。

そして、１７１７Ｏを核磁気共鳴させると、′？Ｏの共
鳴信号はＨｉ　”　ｏ　の形で存在する１７０のみから
出力される。

したがって、０の共鳴信号を検出すれば、代謝により産
生されるＨ２１６０　の増減をモニターすることができ
、これを経時的に観察することにより、生体内に取り込
まれた１７Ｏを介して、どの程度代謝が活発に行われて
いるかを判断することができる。

また、共鳴剤の投与を中止すると、代謝により産生され
た一定量のＨ，Ｉ’７０　は体内を循環し、信号強度は
略一定に維持されるので、この信号強度の経時的変化を
観察することにより、組織灌流に関する情報を得ること
ができる。

なお、共鳴剤の投与を継続し続けた場合であっても、信
号強度が一定値に安定した後は、一定量のＨｚ　”　Ｏ
が生体内を循環しているので、投与を中止した場合と同
様に、組織灌流の情報を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて発明する。

本発明に使用する共鳴剤としては、例えば酸素の安定同
位元素”ｏが自然存在比（０，０３７％）以上の比率（
例えば４４％）で含有された酸素ガスを使用している。

この酸素ガスは例えば、気体状又は液体状にしてボンベ
等に詰められて供給され、使用時に濃度調整を行ったり
、予め所定の濃度ごとにボンベ詰めされたものから濃度
調整を行うことなく使用される。

生体に取り込まれた酸素は、肺から血液に取り込まれて
栄養分と共に各細胞に送り込まれ、各細胞においてその
代謝機能により、酸素と栄養分を取り込んで、水Ｈｚ　
Ｏと二酸化炭素ＣＯ□を産生じ、且つこれらを排出する
。

ただし、このとき呼吸・代謝により取り込まれた酸素は
水Ｈ，Ｏとして産生・排出され、栄養分に含まれている
酸素は二酸化炭素Ｃ○２として産生・排出される。

したがって、酸素ガスの中に＋６０の他に、安定同位元
素である１７０が含まれていると、○は化学的に１６０
と全く同一の性質を有する酸素であるから、代謝機能に
よりＨｚ　’　６０　の他にＨ２１７Ｏが産生されるこ
とになる。

そして、１７Ｑを核磁気共鳴させると、０は生体内にＨ
ｚ　”　Ｏとして存在する場合にのみ共鳴信号を出力す
るので、その共鳴信号の経時的変化に応じてＨ２１７　
０　の増減がわかる。

代謝の活発な細胞は多量にＨ、Ｉ　’Ｔ　Ｏを産生し、
代謝の活発でない細胞は少量ずつしか産生じないので、
信号強度の違いにより代謝の状態を把握することができ
る。

また、生体内のＨ２１７０′は循環作用により各組織に
運ばれるので、共鳴信号を検出し続けることにより組織
灌流に関する情報を得ることができる。

〔実験例〕

本例では、体重約３　ｋｇの日本白うさぎに、１７Ｏを
４４％含有する酸素ガスを４８分間吸入させ、脳に８．
１７０　　として存在する”ｏの増減を、吸入前、吸入
中及び吸入後にわたって８分おきに検出した。なお、こ
のときの磁場は２テスラ、１７Ｏの共鳴周波数は１）．
５７Ｍｔｌｚである。

第１図は１７０の核磁気共鳴信号の経時的変化を示すグ
ラフであって横軸が時間、縦軸が信号強度である。

図中、ｔ、〜ｔ２は吸入前、ｔ２〜ｔ３は吸入中、ｔ３
〜ｔ４は吸入後の共鳴信号を示す、吸入前ｔ、〜ｔ２に
あっては、通常の大しているので、Ｈ，”Ｏはほとんど産生されず共鳴信
号の強度も低い。

７１７Ｏを４４％含有する酸素ガスの吸入中ｔ２〜ｔ３
は、吸入開始時ｔ２から徐々に信号強度が強くなり、吸
入停止時ｔ３まで、脳細胞の代謝によりＨ，”Ｏが産生
され、その産生量が増加していることがわかる。

この信号強度変化の傾きが急なほど、■１□″０が多く
産生されていることとなり、細胞の代謝が活発であるこ
とがわかる。

また、逆に傾きが緩やかなほど、Ｈ２１７　Ｏの産生量
が少なく、細胞の代謝機能が低下していることがわかる
。

そして、吸入停止時ｔ３以後は、Ｈｚ　”　Ｏが新たに
産生されることはなく、いままで産生されたＨ　ｚ　”
　Ｏが生体内を循環するので、組織灌流に関する情報が
得られる。

すなわち、血液中には水分Ｈ！１７Ｏが略一定量存在す
るので、これが細胞内に正常に取り込まれることにより
、信号強度は略一定値に維持される。

このとき何等かの原因で細胞内にＨ％Ｔｏ　が取り込ま
れなくなると、信号強度が急激に低下するので、異常が
起きたことがわかる。

例えば、ｔ、〜ｔ６は、麻酔薬のベンドパルビタール（
１０ｍｇ／ｋｇ）を静脈注射により投与して、細胞の代
謝機能を強制的に抑制したときの信号強度を示すもので
あるが、正常時よりも信号強度が低下していることがが
わかる。

なお、酸素ガスの投与を連続的に投与し続けた場合も、
最初はＨｔ　”　Ｏの産生量が増えて信号強度が徐々に
高くなり、その後、産生量が一定の限界値に徹すると、
信号強度も一定値に安定することとなり、以後は灌流に
関する情報が得られる。

したがって、灌流のみの情報を得ようととする場合、空
気は１７１７Ｏを０．０３７％含有する共鳴剤と考えら
れるので、通常の空気を共鳴剤として使用することによ
り、灌流に関する情報を得ることができる。

このように、実施例によれば、酸素ガスを吸入した際に
代謝機能に関する情報が得られ、吸入停止により信号強
度が一定の値に安定した後は、組織灌流に関する情報を
得ることができる。

なお、共鳴剤として１７Ｏを自然存在比以上の比率で含
有する酸素ガスを使用した場合についてのみ説明したが
、これに限らず、例えば、１７Ｏを自然存在比以上の比
率で含有する人工血液や、水素Ｈと酸素の安定同位元素
Ｉ７０からなる水Ｈｚ　”　１７Ｏを自然存在比以上の
比率で含有する生理食塩水や、炭素Ｃと酸素１７Ｏから
なる二酸化炭素ＣＩ　’Ｉ　Ｑ□を自然存在比以上の比
率で含有する吸入ガス等を使用してもよい。

この場合、１７Ｏを自然存在比以上の比率で含有する人
工血液は、例えば静脈注射により生体内に投与されるも
のであるが、人工血液をキャリアとして”ｏが各細胞に
運ばれ、各細胞で代謝によりＨｚ　”　Ｏが産生される
ので、上記実施例の酸素ガスと同様に代謝・灌流に関す
る情報を得ることができる。

また、水素Ｈと酸素の安定同位元素夏７０からなる水分
Ｈｔ　”　Ｏを自然存在比以上の比率で含有する生理食
塩水は、各細胞でＨｌ”Ｏが産生されるのではなく、Ｈ
２１６Ｏの形で各細胞内に取り込まれることとなるので
、組織灌流に関する情報のみが得られる。

なお、この場合、血管を流れるＨ　ｔｌ　Ｔ　Ｏは流速
が速いため検出することはできず、組織内に取り込まれ
たときに初めて検出することができる。

さらに、炭素Ｃと酸素の安定同位元素１７Ｏからなる二
酸化炭素ＣＩ　７０２を自然存在比以上の比率で含有す
る吸入ガスは、呼吸作用で生体内に取り込まれると、肺
において血液中の水分）１２１６０　とＣ”　Ｏｚから
、炭酸脱水素酵素の作用によりＨｌ”ｏが産生され、循
環作用によりＨｆ”Ｏが各細胞内へ取り込まれることと
なるので、その１７ｏを核磁気共鳴させることにより、
上記生理食塩水と同様に組織灌流の情報のみが得られる
。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、生体内に１７Ｏを
自然存在比以上の比率で含有する共鳴剤を取り込ませ、
１７Ｏを核磁気共鳴させることにより、生体内にＨ２１
７０として存在する１７１７Ｏを検出するようにしてい
るので、代謝や組織灌流に供されているＨ２１７Ｏの増
減を把握することができるという効果を有すると同時に
、検出に際し、放射線被爆の問題が一切なく、安全に組
織灌流や代謝機能の情報を得ることができるという優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は核磁気共鳴信号の強度変化を示すグラフである
。第１図特許出願人　　　　　　荒　井　俊　２森　　　健次部

Claims

【特許請求の範囲】

（１）酸素の安定同位元素＾１＾７Ｏを自然存在比以上
の比率で含有する核磁気共鳴剤を生体内に取り込ませ、
生体細胞の代謝機能によりＨ＿２＾１＾７Ｏを産生させ
、＾１＾７Ｏを核磁気共鳴させた際に前記Ｈ＿２＾１＾
７Ｏの＾１＾７Ｏから出力される共鳴信号に基づいて生
体内にＨ＿２＾１＾７Ｏとして存在する＾１＾７Ｏを検
出することを特徴とする＾１＾７Ｏの核磁気共鳴検出方
法。
（２）水素Ｈと酸素の安定同位元素＾１＾７Ｏからなる
水分Ｈ＿２＾１＾７Ｏを自然存在比以上の比率で含有す
る核磁気共鳴剤を生体内に取り込ませて循環作用により
細胞内に灌流させ、＾１＾７Ｏを核磁気共鳴させた際に
前記Ｈ＿２＾１＾７Ｏの＾１＾７Ｏから出力される共鳴
信号に基づいて生体内にＨ＿２＾１＾７Ｏとして存在す
る＾１＾７Ｏを検出することを特徴とする＾１＾７Ｏの
核磁気共鳴検出方法。
（３）炭素Ｃと酸素の安定同位元素＾１＾７Ｏからなる
二酸化炭素Ｃ＾１＾７Ｏ＿２を自然存在比以上の比率で
含有する核磁気共鳴剤を呼吸作用で生体内に取り込ませ
、Ｃ＾１＾７Ｏ＿２と血液中の水分Ｈ＿２＾１＾６Ｏか
ら炭酸脱水素酵素の作用により産生されたＨ＿２＾１＾
７Ｏを循環作用により各細胞内へ灌流させ、＾１＾７Ｏ
を核磁気共鳴させた際に前記Ｈ＿２＾１＾７Ｏの＾１＾
７Ｏから出力される共鳴信号に基づいて生体内にＨ＿２
＾１＾７Ｏとして存在する＾１＾７Ｏを検出することを
特徴とする＾１＾７Ｏの核磁気共鳴検出方法。