fMRIについて

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こうしょみねむら
5 years ago
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はじめに fmri について佐藤病院リハビリテーション科理学療法士土岐哲也 H28

tensor imaging:dti) は白質神経線維の統合性を評価する目的で近年広く用いられている今回当院にも fmri が使用することができるため紹介したいと思う MRI とは MRI とは manetic resonace imaging の略称で磁気共鳴画像と呼ばれる現象を利用した断層撮影法のことである MRI 装置の中で視覚聴覚触覚味覚

個の水素原子は歳差運動することが知らされている水素原子は陽子の周囲を 1 個の電子が回転している構造をしておりスピンとも呼ばれる原子が歳差運動する角速度を核周波数とよび地場の大きさに比例して核周波数も大きくなるここで ω は核周波数 Bo は地場の大きさ γ は磁気回旋比と呼ばれる核に固有の定数である水素原子そのものが小さな磁石と同じ性質を持っているので 1

1 はじめに fmri について佐藤病院リハビリテーション科理学療法士土岐哲也 H 日 ( 月曜日 ) 近年磁気共鳴画像法 (magnetic resonance imaging:mri) の発展により全脳レベルでの脳活動や神経線維連結等を評価することが可能となっている水分子の拡散方向や程度を画像化する拡散強調画像 (diffusion weighted imaging:dwi) 技術を用いて脳内の白質線維走行を評価する拡散テンソル画像 (diffusion tensor imaging:dti) は白質神経線維の統合性を評価する目的で近年広く用いられている今回当院にも fmri が使用することができるため紹介したいと思う MRI とは MRI とは manetic resonace imaging の略称で磁気共鳴画像と呼ばれる現象を利用した断層撮影法のことである MRI 装置の中で視覚聴覚触覚味覚嗅覚などの五感や運動または認知的な刺激を加えた時に脳内のどの部位が活動していたのかということを把握することができる頭部だけではなく頸部胸部腹部骨盤四肢など全身あらゆる部位を撮影することが可能である MRI の理論水素原子は血液や細胞液脂肪などを構成している元素の一つであり人体を構成する元素のうち最も多く存在している地球上には地磁気が存在しているが地場中にある 1 個の水素原子は歳差運動することが知らされている水素原子は陽子の周囲を 1 個の電子が回転している構造をしておりスピンとも呼ばれる原子が歳差運動する角速度を核周波数とよび地場の大きさに比例して核周波数も大きくなるここで ω は核周波数 Bo は地場の大きさ γ は磁気回旋比と呼ばれる核に固有の定数である水素原子そのものが小さな磁石と同じ性質を持っているので 1 個の水素原子は電子が原子核を周回する面に垂直な方向の磁化ベクトルと考えることができる歳差運動をしている磁化ベクトルを総和すると 1 つの巨視化磁化ベクトルとして表すことができる MRI の理論 MRI の理論 2 水素原子に対しスピンの歳差運動と同じ周波数で磁場を小刻みに振動させる RF(radio frequency) 波を印加することでスピンにエネルギーを与えることができる RF 波の印加によりエネルギーが与えられた状態を励起状態とよぶ励起されたスピンは共鳴して磁化ベクトルの方向が変化するそのときの振動数を共鳴周波数と呼びその大きさは磁場の大きさと比例して大きく 1T(10000 ガウス ) あたり約 42MHz となる Z 軸方向にある磁化ベクトルに対し X 軸方向に RF 波を印加してスピンを励起すると共鳴を起こし磁化ベクトルは Y 軸方向に回転するこの現象を磁気共鳴現象と呼び印加する RF 波の時間と強さとの積分により回転角度が決まる RF 波は印加することにより回転する磁化ベクトルの角度をフリップアングルとよび回転角度が 90 回転するような RF 波を 90 パルス 180 回転するような RF 波を 180 パルスとよぶ RF 波を印加され励起した水素原子は共鳴周波数と同じ速度で歳差運動しながら元の磁化ベクトルの状態に戻ろうとするこのとき受信コイルを置くと電磁誘導により起電力が生じる受信コイルで検出した微弱電流波形を保存したデータが MRI 信号である 1

MRI 装置の構成スライス断面の決定スライス断面のみの水素原子を励起するためには左図に示したように傾斜磁場コイルを利用して

波の共鳴周波数以外の周波数にすることで実現できる上記の図のように静磁場コイルの内側に磁場の均一性を高めるためのシムコイルがあり

RF 波を送信したり MRI 信号を受信したりするボディコイルから構成される MRI 装置と空間的な座標との関係は

目的のスライス断面のみを 1.5T の磁場強度となるように傾斜磁場をつくり磁場強度 1.

別に厚生労働大臣か定める施設基準に適合しているものとして地方厚生局長等に届け出た保険医療機関において行われる場合に限り算定する 1 2 及び 3

について造影剤を使用した場合は 250 点を所定点数に加算する心臓の MRI 撮影を行った場合は心臓 MRI 撮影加算として 300

脳室の拡大といった解剖構造をみるのに適する造影剤投与前後に撮像されることが多い T2 強調画像 FLAIR 高信号 ( 白 ):

2 MRI 装置の構成スライス断面の決定スライス断面のみの水素原子を励起するためには左図に示したように傾斜磁場コイルを利用して磁場強度の強い場所と弱い場所を作り目的とするスライス断面以外の場所の共鳴周波数を印加する RF 波の共鳴周波数以外の周波数にすることで実現できる上記の図のように静磁場コイルの内側に磁場の均一性を高めるためのシムコイルがありその内側には磁場の大きさを空間的に直線的に変化させるための傾斜 ( 勾配 ) 磁場コイルが X Z Y 軸方向に 3 つありさらにその内側に RF 波を送信したり MRI 信号を受信したりするボディコイルから構成される MRI 装置と空間的な座標との関係は図に示した筒型の静磁場コイルの場合に身体の左右方向を X 方向前後方向を Y 方向頭側方向を Z 方向とするのが一般的である目的のスライス断面のみを 1.5T の磁場強度となるように傾斜磁場をつくり磁場強度 1.5T の共鳴周波数である 64MHz の RF 波を印加すると目的のスライス断面のみの水素原子だけが励起される診療報酬 T1 強調画像 1 3 テスラ以上の機器による場合 1600 点テスラ以上 3 テスラ未満の機器による場合 1330 点 3 1 又は 2 以外の場合 920 点注 :1 1 及び 2 については別に厚生労働大臣か定める施設基準に適合しているものとして地方厚生局長等に届け出た保険医療機関において行われる場合に限り算定する 1 2 及び 3 を同時に行った場合にあっては主たる撮影の所定点数のみにより算定する 3 MRI 撮影 ( 脳血管に対する造影の場合は除く ) について造影剤を使用した場合は 250 点を所定点数に加算する心臓の MRI 撮影を行った場合は心臓 MRI 撮影加算として 300 点を所定点数に加算する高信号 ( 白 ): 出血 ( 亜急性期 ) 低信号 ( 黒 ): 出血 ( 慢性期 ) ほとんどの病変脳回の萎縮脳室の拡大といった解剖構造をみるのに適する造影剤投与前後に撮像されることが多い T2 強調画像 FLAIR 高信号 ( 白 ): ほとんどの病変低信号 ( 黒 ): 出血 ( 慢性期 ) 線維化石灰化多くの病変を鋭敏に ( 高信号として ) とらえる T2 強調画像では発症後 3~6 時間頃から高信号域として認められる高信号 ( 白 ): ほとんどの病変低信号 ( 黒 ): 出血 ( 慢性期 ) 線維化石灰化水の信号を抑制した ( 低信号にした )T2 強調像脳室や脳溝周辺の病変などをみるのに適する FLAIR 像では発症後 3~6 時間頃から高信号域として認められる 2

拡散強調画像 (DWI) 水分子の拡散を反映した画像拡散低下部分が高信号となる高信号 ( 白 ): なし低信号 ( 黒 ): 水脂肪脳梗塞 ( 急性期 ) 類表皮腫拡散強調画像 (DWI) は超急性期脳梗塞の診断に最も有用である DWI では水分子がランダムに動き ( 拡散運動 ) の多い領域が低信号としてとらえる

MRI とも呼ばれている現在の所 fmri という言葉は脳機能に対する撮影法計測器解析法などさまざまな意味で用いられておりその意味の解釈ははっきりしていない放射線被爆がない空間分解能に優れるコントラスト分解能に優れる非侵略的であるあらゆる角度の断面が撮像できる短所 fmri の特徴全脳撮像の場合には時間分解能はそれほど高くない (3 秒程度 )

酸素消費量の増加 deoxy-hb 濃度が微少に上昇脳血流の急激の増加 oxy-hb 濃度が急激に増大 MR 信号の増強 fmri の安全性脳機能画像解析法の種類と特徴脳機能画像解析法の長所と短所静磁場が人体に及ぼす影響としては 4T 以上の磁場強度においてめまい頭痛金属的な味覚などが報告されている

3 拡散強調画像 (DWI) 水分子の拡散を反映した画像拡散低下部分が高信号となる高信号 ( 白 ): なし低信号 ( 黒 ): 水脂肪脳梗塞 ( 急性期 ) 類表皮腫拡散強調画像 (DWI) は超急性期脳梗塞の診断に最も有用である DWI では水分子がランダムに動き ( 拡散運動 ) の多い領域が低信号としてとらえる超急性期の脳梗塞部は細胞性浮腫により水分子の拡散が低下し高信号となる発症後 1~3 時間以内には脳梗塞巣を検出できると言われる亜急性期 ~ 慢性期には徐々に信号が低下し等信号 ~ 低信号域となる急性期梗塞の確認のしやすさは DWI FLAIR 像 T2 強調画像 T1 強調像の順である長所 fmri とは fmri は functional MRI の略称で機能的 MRI とも呼ばれている現在の所 fmri という言葉は脳機能に対する撮影法計測器解析法などさまざまな意味で用いられておりその意味の解釈ははっきりしていない放射線被爆がない空間分解能に優れるコントラスト分解能に優れる非侵略的であるあらゆる角度の断面が撮像できる短所 fmri の特徴全脳撮像の場合には時間分解能はそれほど高くない (3 秒程度 ) 金属を持ち込めない刺激に用いる道具に制限がある心臓ペースメーカーなど磁性体の体内金属は禁忌銀歯などの金属の周囲にはアーチファクトが現れるアーチファクト fmri でわかること fmri でみる情報というのは賦活を直接的にみているわけではなく脳が賦活した高さをみている脳が賦活した部位を検出する原理はホールド効果を用いるホールド効果の流れ神経細胞の活動増加酸素消費量の増加 deoxy-hb 濃度が微少に上昇脳血流の急激の増加 oxy-hb 濃度が急激に増大 MR 信号の増強 fmri の安全性脳機能画像解析法の種類と特徴脳機能画像解析法の長所と短所静磁場が人体に及ぼす影響としては 4T 以上の磁場強度においてめまい頭痛金属的な味覚などが報告されている傾斜磁場コイルに電流を流したり止めたりすることでコイルがきしみ音が発生する長所短所 fmri 空間分解能が高い (2mm程度) 時間分解能が低い (3 秒程度 ) NIRS 時間分解能が高い ( 数 10msec 程度 ) 空間分解能が低い (3cm程度) MEG 時間分解能が高い (1msec 程度 ) 広がりをもつ活動源に対して有効な手立てがない EEG 時間分解能が高い (1msec 程度 ) 空間分解能が低い (3cm 程度 ) PET 雑音が少ない時間分解能が低い ( 数 10 秒程度 ) 3

4 fmri の実験手順 1 実験に必要な器具の配置や MR 装置などの設定をするなど実験系の準備をする 2 被験者に対しての説明と同意 3 測定 4 アンケート実験方法ブロックデザインの実験はタスクのブロックと何もしていないレストの組み合わせを何度か繰り返して行うタスクを行っている状態の画像とレストの状態の画像と比較して解析を行っていない時には被験者にタスクを正確に遂行させることはもちろんのことレストではできるだけ無心でいるように心がけてもらうなどタスクのことを考えさせないように注意を促す必要がある fmri の禁忌事項 fmri の実験に必要な機材神経刺激装置ペースメーカー骨成長刺激装置除細動器人工内耳脳動脈クリップなど上肢の運動時の脳活動上肢の運動イメージ中の脳活動 4

5 言語想起 ( 動物の名前 ) 終わりにご清聴ありがとうございました 5

SE法の基礎

SE法の基礎 SE 法の基礎近畿大学医学部奈良病院阪本貴博本日の内容 Principle of MRI SE 法の基礎 MRI とは SE 法とは縦緩和と横緩和 TR と TE コントラスト MRI とは Magnetic Resonance Imaging: 核磁気共鳴画像法 MRI に必要な 3 つの要素 N S + + + 静磁場 ( 磁石 ) 水素原子電波 (RF) 静磁場と電波 (RF) を使って水素原子の様子を画像化している