機能的MRIの新手法に基づく高時空間分解能化と統合解析に関する研究

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現在, 脳機能計測には神経活動に付随して生じる血流・代謝変化を脳活動の指標とするfMRI (functional Magnetic Resonance Imaging)手法が広く一般的に用いられているが, 時間分解能及び空間分解能が不十分であると考えられている. そこでfMRIの新手法のうち脳神経磁場の影響を直接MR画像に反映するfMRI手法に向け, スピンロックシーケンスを用いた手法について検討を行った. スピンロックシーケンスはスピンエコーシーケンスの前に90°RFパルス, スピンロックパルス, -90°RFパルスからなるスピンロックモジュールを付加した撮像方法である. このスピンロックパルスの大きさを撮像したい脳神経磁場の周波数と同じラーモア周波数を持つように調整することで, 両者の間に二次的な磁気共鳴現象を発生させ, MR信号を変化させることができる. すなわち, 振動磁場が生じる場合にのみMR信号を低下させ, その信号変化を脳活動の指標とすることができる.本研究では, スピンロックシーケンスを用いた脳機能計測手法実現に向けて, MR撮像時の磁化の挙動を示したBloch方程式を基に, スピンロックシーケンスを用いた撮像の際の磁化の挙動を実験室座標系にて視覚化した. また, 視覚化の際作成した磁化の挙動を計算するシミュレータを用い, 外部より印加される振動磁場がMR信号に与える信号変化量を見積もった. さらに, 振動磁場を発生させるループコイルファントムを内包するファントムを対象とし, 実際の撮像も行った. 二次的な磁気共鳴現象によりMR信号が低下することを確認するだけでなく, t検定を用いた統計解析を行うことで200pT程度の微小な振動磁場が検出可能であることを示した. この結果は, 賦活する脳神経細胞近傍ではヒトの脳神経磁場が数百pT程度であることを考えると, スピンロックシーケンスを用いた神経磁場依存fMRIの実現可能性を示唆するものである.