脳血流定量測定装置および脳血流定量測定方法
【課題】トレーサとして、超偏極キセノンを使用することにより、局所微小循環の定量化が可能となる脳血流定量測定装置および脳血流定量測定方法を提供する。
【解決手段】脳血流定量測定装置３００は、被検体の頭部および頚動脈部位にそれぞれ装着されるバードケージコイル４００および表面コイル５００と、脳血流定量測定制御部６００を構成する表面コイル５００に基づいて、動脈入力関数を検出する動脈入力関数検出部６１０と、バードケージコイル４００により脳内に到達した脳血流信号を測定する脳組織濃度関数検出部６２０と、フリップアングルを測定するフリップアングル測定部６３０と、測定されたフリップアングルに基づいて、信号の補正をおこなう信号補正部６４０とを備える。
【解決手段】脳血流定量測定装置３００は、被検体の頭部および頚動脈部位にそれぞれ装着されるバードケージコイル４００および表面コイル５００と、脳血流定量測定制御部６００を構成する表面コイル５００に基づいて、動脈入力関数を検出する動脈入力関数検出部６１０と、バードケージコイル４００により脳内に到達した脳血流信号を測定する脳組織濃度関数検出部６２０と、フリップアングルを測定するフリップアングル測定部６３０と、測定されたフリップアングルに基づいて、信号の補正をおこなう信号補正部６４０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、脳内への脳血流を測定する脳血流定量測定装置および脳血流定量測定方法に関し、さらに詳しくは、トレーサとしてキセノンガスを利用することにより定量血流測定を可能とすることができる脳血流定量測定装置および脳血流定量測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、核磁気共鳴現象を用いて撮影対象物の内部構造を画像化する磁気共鳴イメージング装置（以下、「ＭＲＩ装置」と言う）が知られている。核磁気共鳴現象は生体に対して無害であるため、ＭＲＩ装置は、特に医療用として有用であり、全身の精密検査や脳腫瘍の診断などに用いられている。
【０００３】
ここで、ＭＲＩ装置は、核磁気共鳴現象と呼ばれる原子核の磁石としての性質を利用しているが、可視光やＸ線と比較するとエネルギーの低い、数１０メガヘルツ程度の電磁波を照射しており、また、原子核のうちで磁石としての性質がもっとも強い水素原子核（プロトン、1H）を対象としているので、主に、生体組織中の水分や脂質の水素原子の密度を画像化することに特徴があり、例えば、肺や脳のような密度の低い臓器についてはほとんど利用例がなかった。
【０００４】
このような問題に対し、近年では、超偏極（Hyperpolarized）の利用が注目されている。超偏極状態にすることによって、信号強度を数万倍に増強すると同体積の水と比較しても約１００倍以上強い磁気共鳴信号が得られる。また、血液脳関門を含めて生体膜を自由に通過できるキセノンガス(Xe)は、化学的にも不活性で代謝を受けないことから、血中に溶解して様々な臓器の灌流測定に利用できることがわかった。
【０００５】
以上のような理由から近年では、超偏極化したキセノンガスやヘリウムガスによる磁気共鳴撮像法が注目されている。これらの希ガスを超偏極化することにより非常に強いＮＭＲ信号を得ることができ、撮像感度の向上や撮像時間を短縮する作用効果を期待することができる。また、将来的にキセノンガスの偏極率が上がると頭部（脳内）の詳細な灌流測定を期待することができる。
【０００６】
この種の脳血流を測定する脳血流測定方法の従来技術として、例えば、特許文献１には、プロトン信号を利用する脳血流測定方法が記載されている。このプロトン信号での脳血流測定方法によると、頭部用のバードケージコイルを用いることにより脳内の血流を測定することができる。
【０００７】
【非特許文献１】Rempp, K. et al. : Radilogy, 193・3, 637-631, 1994.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上述したプロトン信号を利用する脳血流測定方法の場合、以下に示すような問題がある。すなわち、単に頭部用のバードケージコイルを用いた脳血流測定方法を超偏極キセノンに適用すると、フリップアングル（flip angle）の見積もりを正確に算出できないため、脳内のキセノン信号を正しく補正できないうえ、バードケージコイルの感度の低さから、入力関数信号を取得する時点で偏極度が低くなり、超偏極キセノンを用いた脳血流測定が困難になってしまううえ、定性的な脳血流量測定しかできない。すなわち、従来では、トレーサとしてキセノンを使用する脳血流の定量測定方法は確立できていないという問題がある。
【０００９】
この発明は、上述した従来技術による問題を解決するためになされたもので、超偏極キセノンガスを用いるとともに、脳内の血流量の定量化が可能となる脳血流定量測定装置および脳血流定量測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の観点にかかる発明は、超偏極キセノンガスを使用するとともに、被検体に対する脳内への定量血流量を測定する脳血流定量測定装置であって、前記被検体の頭部に装着される受信コイルと、前記被検体の首部であって頚動脈が位置する部分に取り付けられる頚動脈流測定用の表面コイルと、脳血流の測定制御をおこなう脳血流定量測定制御手段とを備え、前記脳血流定量測定制御手段は、前記受信コイルにより脳内に到達した脳血流信号を脳組織濃度関数として測定する脳組織濃度関数測定手段と、前記表面コイルにより頚動脈を通過するキセノンガス量に基づいて、動脈入力関数を検出する動脈入力関数検出手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第２の観点にかかる発明は、第１の観点にかかる発明において、前記脳血流定量測定制御手段は、フリップアングルの測定をおこなうフリップアングル測定手段と、前記フリップアングル測定手段により測定されたフリップアングルに基づいて、信号の補正をおこなう信号補正手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
第３の観点にかかる発明は、超偏極キセノンガスを使用するとともに、被検体に対する脳内への定量血流量を測定する脳血流定量測定方法であって、前記被検体の頭部に装着される受信コイルにより脳内に到達した脳血流信号を脳組織濃度関数として測定する脳組織濃度関数測定ステップと、前記被検体の首部であって頚動脈が位置する部分に取り付けられる頚動脈流測定用の表面コイルにより頚動脈を通過するキセノンガス量に基づいて、動脈入力関数を検出する動脈入力関数検出ステップとを備えることを特徴とする。
【００１３】
第４の観点にかかる発明は、第３の観点にかかる発明において、前記脳血流定量測定制御方法は、フリップアングルの測定をおこなうフリップアングル測定ステップと、前記フリップアングル測定ステップにより測定されたフリップアングルに基づいて、信号の補正をおこなう信号補正ステップとをさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、頚動脈用の表面コイルを用いているので、脳組織濃度関数に関する信号強度の低下を抑えることができ、動脈入力関数に関する信号を効果的に得られるため、より正確な脳血流の定量測定が可能になるという効果を奏する。また、超偏極キセノンガスを脳血流測定のトレーサに用いた場合では、超偏極状態が短時間（約１０秒程度）でなくなるため、再循環の恐れがないという作用効果を期待できるうえ、この結果、超偏極キセノンガスを用いた脳血流定量測定を良好におこなえるという効果を奏する。
【００１５】
また、脳血流定量測定制御手段は、フリップアングル測定手段と、フリップアングル測定手段により測定されたフリップアングルに基づいて、信号の補正をおこなう信号補正手段とをさらに備えるので、このフリップアングル検出手段により算出される低いフリップアングルを用いることができるため、キセノンガスによる超偏極状態の破壊を回避できるという効果を奏する。
【００１６】
また、頚動脈部の動脈入力関数を容易に測定できるうえ、脳における局所微小循環の情報の定量化を可能とすることができ、これによって、脳血液量（CBV）、脳血流量(CBF)、平均通過時間(MTT)の定量評価を正確に、且つ確実におこなうことができるという効果を奏する。
【００１７】
また、信号の補正をおこなう信号補正手段をさらに備えるので、超偏極状態のキセノンの特性であるＲＦ励起で超偏極状態が低下することで得られる信号が変化することを２つのコイル(バードケージコイル／表面コイル)を用いることで、信号変化量を推定し補正をおこなうことができる。これにより、超偏極キセノンガスの特性であるＲＦ励起による超偏極状態の破壊による信号の変化を補正することができる。また、これにより、キセノンガスを用いた脳血流の定量化を可能とすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る脳血流定量測定装置および脳血流定量測定方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下では、本実施例に係る脳血流定量測定装置３００の概要および特徴を説明し、これに続いて、この脳血流定量測定装置３００の構成および機能の詳細を説明し、その後、脳血流定量測定装置３００による脳血流定量測定方法に関する処理手順の詳細を説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は本発明の実施例１に係るＭＲＩ装置１００および脳血流定量測定装置３００の概略構成を示す全体機能ブロック図である。また、図２は、脳血流定量測定装置３００による脳血流定量測定の制御をおこなう脳血流定量測定制御部６００の概略構成図を、図３は、脳血流定量測定装置３００を構成するバードケージコイル４００の装着状態および表面コイル５００の取り付け状態の概略説明図をそれぞれ示している。ここで、ＭＲ装置１００に備えた脳血流定量測定装置３００による脳血流定量測定は、このＭＲ装置１００が設置されたスキャンルームに隣接した撮影室で撮影技師（オペレータ）が操作用コンソールを操作することを想定して説明する。
【００２０】
図１に示すように、ＭＲ装置１００を構成するガントリ１５０の内部には、外側から順に、静磁場を発生する静磁場発生磁石１６０と、勾配磁場を発生する勾配磁場発生コイル１７０と、この勾配磁場発生コイル１７０の内側に位置する円筒状の照射コイル１８０とがそれぞれ配設されている。静磁場発生磁石１６０および勾配磁場発生コイル１７０によりマグネットアセンブリを構成する。
【００２１】
また、照射コイル１８０は、静磁場中に載置された被検体に対して所定の電磁波を照射する機能を備えており、この照射コイル１８０の内部に被検体１９０（患者）を載置したテーブル１９１を搬入可能としている。
【００２２】
また、同図に示すように、ＭＲＩ装置１００に対して全体制御をおこなうＭＲＩ制御装置２００は、ＲＦ送信部２１０と、磁気制御部２２０と、ＲＦ受信部２３０と、信号処理部２４０と、テーブル駆動制御部２５０とを備えている。
【００２３】
ＲＦ送信部２１０は、生体組織を構成する原子核に核磁気共鳴現象を起こさせるために照射コイル１８０から高周波の電磁波を照射する機能を有している。
【００２４】
磁気制御部２２０は、静磁場発生磁石１６０および勾配磁場発生コイル１７０にそれぞれ接続され、静磁場発生磁石１６０および勾配磁場発生コイル１７０に対して電力を供給してマグネットアセンブリ内に静磁場および勾配磁場を印加する処理をおこなう機能を備えている。
【００２５】
信号処理部２４０は、バードケージコイル４００および表面コイル５００から受信したＦＩＤ信号（Free Induction Decay：自由誘導減衰）をデジタルデータ化に変換するとともに、さらに、画像再構成による演算処理をおこなうことにより、所望の撮像イメージを作成する機能を備えている。
【００２６】
テーブル駆動制御部２５０は、被検体が載置されたテーブルをＭＲＩ装置１００内（磁場中心Ｐ）に移送する機能を有している。
【００２７】
ここで、本発明の特徴は、キセノンガスが脂質、血液などに溶解され脳血管関門を通過する特性を備えるとともに、拡散性トレーサとして脳血流診断に応用できることに着目しており、さらに、脳内血流量は、キセノンガスの血流量溶解（キセノンガスの入力）に応じたインパルス応答量となるため、キセノン信号の流量を取得すれば正確な脳内血流量を計測することができ、これにともない脳内の血流量が大きいか小さいかを正規化し、血流量の定量化をおこなうことができる点に着目したことにある。すなわち、キセノンガスの入力に応じた理想的な脳組織濃度関数（真の濃度関数）が取得できれば、インパルス応答での濃度関数も取得でき、これによって、脳内の血流量の定量化を達成することができる（図４−３参照）。
【００２８】
具体的に説明すると、脳血流定量測定装置３００によりキセノンガスを利用して、脳内にどの程度の血流が流れているかを測定することにある（定量血流測定）。すなわち、被検体１９０がキセノンガスを吸引した際の、脳内を一定時間の間、ＭＲＩ装置１００を利用してスキャン測定することにより、脳内の脳血流量の時系列データ（撮像断面のピクセル値）が測定でき、この時系列データを加算処理することにより脳内の正確な脳血流量を測定値（スペクトルの高低／脳血流量の高低）として得ることができる。
【００２９】
さらに、頚動脈の信号値と脳の信号値とを時系列的に取得した後、各時間で得られた信号に基づいて、フリップアングルを見積もり、さらに、このフリップアングル（ＦＡ）により脳の信号値を補正し、これによって、真の脳の信号値を求めるようにしている（正規化）。
【００３０】
ここで、脳血流量の測定原理は、所謂トレーサが通過する時間から血流量を測定する方法を採用するものとしている。つまり、トレーサとしてキセノンガスを採用しており、このキセノンガスが被検体１９０（図３）の口から吸入されると、肺から動脈血に溶解し、脳まで循環することを利用している。すなわち、このとき脳の各部位からトレーサの濃度を測定できれば、各部位での通過時のトレーサの量がわかり、それを時間積分することにより、時間当たりに通過したトレーサの量を推定することができる（脳内の血流に溶解したキセノンの量を計測し、脳血流を測定する）。
【００３１】
このため、本実施例１では、図１に示すように、脳血流定量測定装置３００を備えており、さらに、図３に示すように、被検体１９０の頭部には、脳血流定量測定装置３００を構成するバードケージコイル４００（Bird cage coil）が装着される。また、被検体１９０の首部の頚動脈部位には、表面コイル５００が取り付けられる。すなわち、後述するように、脳組織濃度関数は頭部用のバードケージコイル４００で、動脈入力関数は頚動脈用の表面コイル５００を用いて測定することとしている。なお、バードケージコイル４００および表面コイル５００からのＮＭＲ信号は、信号処理部２４０により処理される。
【００３２】
以下、図２〜図３および図４〜６を参照して、脳血流定量測定装置３００の構成および機能の詳細を説明する。先ず、図２を参照して、脳血流定量測定装置３００の構成を説明する。すなわち、図２に示すように、脳血流定量測定装置３００は、脳血流信号測定用のバードケージコイル４００と、頚動脈入力関数信号測定用の頚動脈用の表面コイル５００と、脳血流定量測定制御部６００とにより構成され、この脳血流定量測定制御部６００は、動脈入力関数検出部６１０と、脳組織濃度関数検出部６２０と、フリップアングル測定部６３０と、信号補正部６４０とにより構成される。
【００３３】
動脈入力関数検出部６１０は、表面用コイル５００により頚動脈を通過するキセノンガス量に基づいて、動脈入力関数を検出する機能を備えている。
【００３４】
脳組織濃度関数検出部６２０は、バードケージコイル４００により脳内に到達した脳血流信号を脳組織濃度関数として検出する機能を備えている。
【００３５】
フリップアングル測定部６３０は、フリップアングル（プリップ角度：flip angie）を測定する機能を備えている。ここで、フリップアングルとは、均一静磁場中の核磁化ベクトルがＲＦパルスの印加によって、静磁場の方向（Ｚ軸のプラス方向）から倒れた角度を称するもので、通常、ＲＦパルスの振幅および印加時間に比例して、目的とする撮像法により、大きさが決められる。
【００３６】
信号補正部６４０は、フリップアングル測定部６３０により測定されたフリップアングルに基づいて、信号の補正をおこなう機能を備えている。具体的に説明すると、本発明では、超偏極キセノンガスを利用しているため、この超偏極キセノンガスの特性であるＲＦ励起による超偏極状態の破壊が生じる恐れがある。
【００３７】
このため、信号補正部６４０により、信号の変化を補正することで、キセノンガスを用いた脳血流の定量化を可能とするようにしている。具体的には、動脈入力関数検出部６１０により、動脈（内頚動脈や中大脳動脈など）入力関数を取得できることから、ＲＦ励起で超偏極磁化が破壊されることによる脳内のキセノン信号の強度を補正するようにしている。
【００３８】
また、後述するように、動脈入力関数の測定時、ＲＦ励起によるキセノンによる超偏極状態の破壊を低減するため、小径表面コイルと低いフリップ角を用いる。このことにより脳組織濃度関数測定時にキセノン信号強度の低下を避けることができる。つまり、表面コイル５００により動脈力信号とバードケージコイル４００により脳組織信号を取得することにより撮像に使われた正確なフリップアングルを求めることができるうえ、このフリップアングルを利用して取得された信号強度を補正することができる。
【００３９】
次に、図３を参照して、脳血流定量測定装置３００を構成するバードケージコイル４００および表面コイル５００の詳細について説明する。ここで、バードケージコイル４００は、ローパス（low pass）型のＭＲＩ用バードケージコイルなどを使用することができる。
【００４０】
すなわち、図３に示すように、バードケージコイル４００は、脳血流信号を取得する機能を備えており、第１リング４１０と第２リング４２０との間に、多数のエレメント４３０を介設し、第１リング側エレメント部分と第２リング側エレメント部分とに跨がってコンデンサ４４０を接続し、ＱＤハイブリット回路部４５０からＭＲ装置１００の本体側へ伝送路４６０を導出した構成としている。このバードケージコイル４００によるＮＭＲ信号は、位相エンコードされた位置情報を含んだＦＩＤ信号（Free Induction Decay：自由誘導減衰）として取得される。ここで、バードケージコイル４００によるＦＩＤ信号を取得するポイントは、所定のポイント（ボクセル）を対象として取得することとしている。
【００４１】
表面コイル５００は、被検体が吸入した肺の肺胞から脳内の血管に到達する以前のキセノンガスの入力関数を計測する機能を備えている。表面コイル５００の一端側（図３の上側）は、ＭＲ装置１００の本体側へ伝送路５１０を導出した構成としている。この表面コイル５００によるＮＭＲ信号は、位相エンコードされていないＦＩＤ信号（Free Induction Decay：自由誘導減衰）として取得される。ここで、この表面コイル５００によるＦＩＤ信号を取得するポイントは、ボリューム（Volume）による撮像領域全部を対象として取得することとしている。
【００４２】
また、本実施例では、この表面コイル５００には、頚動脈の分岐部撮像測定用のＲＦコイル（サーフェスコイル）を使用することとしている。ここで、通常、頚動脈の分岐部撮像には、所謂、ニューロバスキュラーコイルが利用されることが多いが、本実施例１では、より体表面での詳細な撮像が可能な小径のサーフェスコイルを使用することとしている。すなわち、小径の表面コイルを使用することで、低いフリップアングルを取得することができ、これにより、キセノンの破壊を低減できるようにしている。
【００４３】
（動脈入力関数、脳組織濃度関数、真の濃度関数についての線図の詳細）
以下、図４−１、図４−２、図４−３に示すグラフ（線図）を参照して、表面コイル５００（サーフェスコイル）による動脈入力関数、バードケージコイル４００による脳組織濃度関数、これら動脈入力関数および脳組織濃度関数によるクリアランス曲線（真の濃度関数）についての詳細を説明する。ここで、図４−１は、被検体の頚動脈に取り付けた表面コイル５００（サーフェスコイル）から取得したＦＩＤ信号による線図を示している。具体的には、この図４−１に示す線図は、被検者がキセノンを吸入し、このキセノンが脳に到達するまでの肺中に溶解した時のスペクトル値であり、実際には表面コイル５００（サーフェスコイル）により取得したＦＩＤ信号（フリップアングル：α1）をフーリエ変換（ＦＦＴ）し、変換されたキセノンガスのピーク値（周波数）を時系列的にプロットした線図（動脈入力関数）として示している。なお、この図４−１に示す頚動脈からのＦＩＤ信号による濃度関数は、フレッシュなキセノンガスに基づくため、フリップアングルによる補正はおこなっていない線図として示している。また、図４−１中、縦軸は、キセノンの濃度関数を示すＣａ（ｔ）で、横軸は、時間ｔを表している。
【００４４】
また、図４−２は、キセノン信号による脳内組織の濃度関数に関する線図を示している。具体的には、バードケージコイル４００で計測した脳内のキセノン信号による脳内組織の濃度関数に関する線図（インパルス応答の時系列線図）を示している。すなわち、バードケージコイル４００により取得したＦＩＤ信号（フリップアングル：α2）をフーリエ変換（ＦＦＴ）し、変換されたピーク値（周波数）を時系列的にプロットした線図（動脈入力関数）として示しており、所定のフリップアングルを用いて信号を補正した後の線図である。このため、同図に示すように、ＦＩＤ信号により取得したなだらかな線図から補正後の線図は、濃度関数が上昇した値となってプロットされた線図となっている。具体的には、フリップアングルを補正した後の線図を示している。これは、超偏極Ｘeは、ＰＦにより偏極が落ち、信号が低下するためである。なお、この図４−２中、縦軸は、キセノンの濃度関数を示すＣｉ（ｔ）で、横軸は、時間ｔを表している。
【００４５】
また、図４−３は、脳血流定量測定装置３００および脳血流定量測定方法により測定される真のインパルス応答による線図を示している。具体的には、図４−１および図４−２を用いて、畳み込み積分（コンボリューション）をおこない真の濃度関数をプロットしてグラフ化したものである。なお、この図４−３中、縦軸は、キセノンの濃度関数を示すＣ（ｔ）で、横軸は、時間ｔを表している。ここで、この図４−３のグラフを時間積分したものが、脳血液量（ＣＢＶ）のピクセル値に対応し、このＣＢＶを平均通過時間（ＭＴＴ）で割ると脳血流量（ＣＢＦ）のピクセル値を算出することができる。なお、実際には、真の濃度関数Ｃ（ｔ）は、後述する（数１）の算出式から求めることができる。
【００４６】
（脳血流定量測定装置３００における脳血流定量測定手順）
次に、図５のフローチャートを参照して、本実施例１における脳血流定量測定装置３００における脳血流定量測定手順を説明する。ここで、以下の図５に示すフローチャートは、主に脳血流定量測定装置３００に備えた脳血流定量測定制御部６００による処理手順を示している。
【００４７】
すなわち、図５に示すように、先ず、被検体１９０の頭部にバードケージコイル４００を装着し、さらに被検体１９０の首部の頚動脈部位に表面コイル５００の取り付けをおこなう前準備をおこなう（ステップＳ１００）。次いで、超偏極キセノンガスの吸入ステップをおこなう（ステップＳ１１０）。この超偏極キセノンガス吸入ステップは、被検体１９０が超偏極キセノンガスを深呼吸して一息で肺に吸入するステップである。
【００４８】
次いで、被検体１９０の頚動脈部位のキセノン信号を取得する。具体的には、肺から血液に溶け出したキセノンガスを入力関数用の動脈信号（図４−１に示す動脈入力関数：Ｃａ）として取得する（ステップＳ１２０）。この被検体が吸入した肺の肺胞から脳内の血管に到達する以前のキセノンガスの入力関数は、表面コイル５００により取得することができる。なお、頚動脈の信号を求める部位は、脳内に血流を送る主幹部の総頚動脈部位に特定している。
【００４９】
次いで、被検体１９０の頚動脈部位のキセノン信号を取得する。具体的には、脳に到達した脳組織濃度関数の脳血流信号（図４−２に示す動脈入力関数：Ｃｉ）を取得し（ステップＳ１３０）、次いで、動脈入力信号を取得する（ステップＳ１４０）。なお、キセノンガスが脳内に到達した脳組織濃度関数の脳血流信号は、バードケージコイル４００により取得することができる。
【００５０】
ここで、脳内のキセノン信号であるＣ（ｔ）は、表面コイル５００により取得されるＣａ（ｔ）とバードケージコイル４００により取得されるＣｉ（ｔ）とコンボリューションにより算出することができる。ここで、動脈濃度曲線をＣａ（ｔ）とし、脳組織濃度曲線Ｃｉ（ｔ）とし、色素をＡ0とし、クリアランス濃度曲線（真の濃度関数）をＣ（ｔ）とし、コンボリューションの表記を＊とすると、クリアランス濃度曲線（真の濃度関数をＣ（ｔ）は、以下の（数１）の式で求められる。なお、色素Ａ0は、キセノンガスの吸入した際に、このキセノンガスが肺中に溶解した量を示す。
【００５１】
（数１）
Ｃｉ（ｔ）Ｃ（ｔ）＝Ａ0Ｃａ（ｔ）＊Ｃｉ（ｔ）Ｃ（ｔ）
【００５２】
次いで、前記ステップＳ１３０およびステップＳ１４０により取得された動脈信号および脳血流信号からフリップアングル（flip angie）αを取得する（ステップＳ１５０）。具体的には、動脈信号および脳血流信号を約、１秒の間隔でスイッチングして信号取得を約８０秒間続け、動脈入力関数および脳組織濃度関数を取得する。このフリップアングルは、フリップアングル測定部６３０（図２）により算出する。
【００５３】
ここで、超偏極キセノンガス特有の現象でＲＦ波で超偏極を励起すると、超偏極状態が破壊され熱平衡状態に戻るため、これにより信号が減衰することから、この減衰を防止する必要がある。その方法としては、小さなＲＦ波を照射することで、超偏極状態の破壊を防止する。つまり、脳内からのＭＲＩ信号が、真の数値ではなく、ＲＦ波を含む変化をも含むため、この信号低下したＭＲ信号を補正するようにしている。表面コイル５００は、このＭＲ信号を補正する量を与える機能を備えている。なお、このステップＳ１５０による信号の補正は、信号補正部６４０（図２）によりおこなう。
【００５４】
ここで、以下、ステップＳ１５０によるフリップアングルを求める方法の一例を説明する。すなわち、Ｍ1をキセノンの磁化係数、Ａをコイル依存の係数、αをフリップアングルとすると、ある時間ｔ1で得られるキセノン信号は、以下の（数２）の式で求められる。
【００５５】
（数２）
Ｓ1（ｔ1）＝Ｍ1＊Ａ＊ｓｉｎ（α）
【００５６】
また、キセノンガスが脳内に到達したとき、ある時間ｔ2で得られるキセノン信号は、Ａをコイルの係数とし、コイルＭ2を、ｔ=（ｔ1−ｔ2）秒経過したときのＸeの磁化とすると、以下の（数３）の式で求められる。
（数３）
Ｓ2（ｔ2）＝Ｍ2＊Ａ＊ｓｉｎ（α）
【００５７】
また、Ｔ1をキセノン信号の脳内の緩和定数をＴ1とすると、Ｍ2は、以下の（数４）の式で求められる。
（数４）
Ｍ2＝Ｍ1＊ｅｘｐ(−ｔ／Ｔ1)＊ｃｏｓα
【００５８】
以下、（数２）〜（数４）の式から、フリップアングルαは、以下の（数５）により求められる。
（数５）
Ｓ2／Ｓ1＝ｅｘｐ(−ｔ／Ｔ1)＊ｃｏｓ（α）
【００５９】
なお、ここで、送信／受信感度の異なるコイルを用いた場合、係数Ａはコイルの種類により異なるため、得られた信号強度からコイルの感度分布を補正する必要がある。
【００６０】
以下、ステップＳ１５０の処理により取得した信号から動脈入力関数および脳組織濃度関数から真の濃度関数を取得する（ステップＳ１６０）。具体的には、図４−３に示す線図となる。すなわち、このステップＳ１６０により算出された濃度関数が真の濃度関数となり、この結果、脳血液量（CBV）、脳血流量(CBF)、脳内局所平均通過時間(MTT)を定量的に算出することができる。
【００６１】
以上説明したように、本発明によれば、ＭＲＩ装置１００は、脳血流定量測定装置３００を備えており、この脳血流定量測定装置３００は、被検体１９０の頭部に装着されるバードケージコイル４００と、頚動脈が位置する部分に取り付けられる表面コイル５００と、脳血流定量測定制御部６００とを備え、脳血流定量測定制御部６００は、表面コイル５００により頚動脈を通過するキセノンガス量に基づいて、動脈入力関数を検出する動脈入力関数検出部６１０と、バードケージコイル４００により脳内に到達した脳血流信号を脳組織濃度関数として測定する脳組織濃度関数検出部６２０とを備えるので、頚動脈部の動脈入力関数を容易に測定できるうえ、脳における局所微小循環の情報の定量化を可能とすることができ、これによって、脳血液量（CBF）、脳血流量(CBF)、平均通過時間(MTT)の測定を容易におこなうことができ、この結果、脳血流の定量評価を正確に、且つ確実におこなうことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、本発明に係る脳血流定量測定装置および脳血流定量測定方法は、超偏極キセノンを使用する脳血流の測定方法に有用であり、脳血流の挙動を把握できるうえ、局所微小循環の定量化を可能とする脳血流定量測定装置および脳血流定量測定方法に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施例１に係るＭＲＩ装置および脳血流定量測定装置の概略構成を示す全体機能ブロック図である。
【図２】脳血流定量測定制御部の内部構成および概要を示す機能ブロック図である。
【図３】脳血流定量測定装置を構成するバードケージコイルおよび表面コイルの装着状態を示す概略説明図である。
【図４−１】キセノン信号による脳内組織の濃度関数に関する線図である。
【図４−２】脳内のキセノン信号による線図である（動脈入力関数）。
【図４−３】脳血流定量測定装置および脳血流定量測定方法により測定される真のクリアランス曲線による線図である。
【図５】脳血流定量測定装置による脳血流測定の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
１００ ＭＲＩ装置
１６０ 静磁場発生磁石
１７０ 勾配磁場発生コイル
１８０ 照射コイル
１９０ 被検体
２００ ＭＲＩ制御装置
２１０ ＲＦ送信部
２２０ 磁気制御部
２３０ ＲＦ受信部
２４０ 信号処理部
３００ 脳血流定量測定装置
４００ バードケージコイル
４１０ 第１リング
４２０ 第２リング
４３０ エレメント
４４０ コンデンサ
４５０ ＱＤハイブリット回路部
４６０、５１０ 伝送路
５００ 表面コイル
６００ 脳血流定量測定制御部
６１０ 動脈入力関数検出部
６２０ 脳組織濃度関数検出部
６３０ フリップアングル測定部
６４０ 信号補正部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、脳内への脳血流を測定する脳血流定量測定装置および脳血流定量測定方法に関し、さらに詳しくは、トレーサとしてキセノンガスを利用することにより定量血流測定を可能とすることができる脳血流定量測定装置および脳血流定量測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、核磁気共鳴現象を用いて撮影対象物の内部構造を画像化する磁気共鳴イメージング装置（以下、「ＭＲＩ装置」と言う）が知られている。核磁気共鳴現象は生体に対して無害であるため、ＭＲＩ装置は、特に医療用として有用であり、全身の精密検査や脳腫瘍の診断などに用いられている。
【０００３】
ここで、ＭＲＩ装置は、核磁気共鳴現象と呼ばれる原子核の磁石としての性質を利用しているが、可視光やＸ線と比較するとエネルギーの低い、数１０メガヘルツ程度の電磁波を照射しており、また、原子核のうちで磁石としての性質がもっとも強い水素原子核（プロトン、1H）を対象としているので、主に、生体組織中の水分や脂質の水素原子の密度を画像化することに特徴があり、例えば、肺や脳のような密度の低い臓器についてはほとんど利用例がなかった。
【０００４】
このような問題に対し、近年では、超偏極（Hyperpolarized）の利用が注目されている。超偏極状態にすることによって、信号強度を数万倍に増強すると同体積の水と比較しても約１００倍以上強い磁気共鳴信号が得られる。また、血液脳関門を含めて生体膜を自由に通過できるキセノンガス(Xe)は、化学的にも不活性で代謝を受けないことから、血中に溶解して様々な臓器の灌流測定に利用できることがわかった。
【０００５】
以上のような理由から近年では、超偏極化したキセノンガスやヘリウムガスによる磁気共鳴撮像法が注目されている。これらの希ガスを超偏極化することにより非常に強いＮＭＲ信号を得ることができ、撮像感度の向上や撮像時間を短縮する作用効果を期待することができる。また、将来的にキセノンガスの偏極率が上がると頭部（脳内）の詳細な灌流測定を期待することができる。
【０００６】
この種の脳血流を測定する脳血流測定方法の従来技術として、例えば、特許文献１には、プロトン信号を利用する脳血流測定方法が記載されている。このプロトン信号での脳血流測定方法によると、頭部用のバードケージコイルを用いることにより脳内の血流を測定することができる。
【０００７】
【非特許文献１】Rempp, K. et al. : Radilogy, 193・3, 637-631, 1994.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上述したプロトン信号を利用する脳血流測定方法の場合、以下に示すような問題がある。すなわち、単に頭部用のバードケージコイルを用いた脳血流測定方法を超偏極キセノンに適用すると、フリップアングル（flip angle）の見積もりを正確に算出できないため、脳内のキセノン信号を正しく補正できないうえ、バードケージコイルの感度の低さから、入力関数信号を取得する時点で偏極度が低くなり、超偏極キセノンを用いた脳血流測定が困難になってしまううえ、定性的な脳血流量測定しかできない。すなわち、従来では、トレーサとしてキセノンを使用する脳血流の定量測定方法は確立できていないという問題がある。
【０００９】
この発明は、上述した従来技術による問題を解決するためになされたもので、超偏極キセノンガスを用いるとともに、脳内の血流量の定量化が可能となる脳血流定量測定装置および脳血流定量測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の観点にかかる発明は、超偏極キセノンガスを使用するとともに、被検体に対する脳内への定量血流量を測定する脳血流定量測定装置であって、前記被検体の頭部に装着される受信コイルと、前記被検体の首部であって頚動脈が位置する部分に取り付けられる頚動脈流測定用の表面コイルと、脳血流の測定制御をおこなう脳血流定量測定制御手段とを備え、前記脳血流定量測定制御手段は、前記受信コイルにより脳内に到達した脳血流信号を脳組織濃度関数として測定する脳組織濃度関数測定手段と、前記表面コイルにより頚動脈を通過するキセノンガス量に基づいて、動脈入力関数を検出する動脈入力関数検出手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第２の観点にかかる発明は、第１の観点にかかる発明において、前記脳血流定量測定制御手段は、フリップアングルの測定をおこなうフリップアングル測定手段と、前記フリップアングル測定手段により測定されたフリップアングルに基づいて、信号の補正をおこなう信号補正手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
第３の観点にかかる発明は、超偏極キセノンガスを使用するとともに、被検体に対する脳内への定量血流量を測定する脳血流定量測定方法であって、前記被検体の頭部に装着される受信コイルにより脳内に到達した脳血流信号を脳組織濃度関数として測定する脳組織濃度関数測定ステップと、前記被検体の首部であって頚動脈が位置する部分に取り付けられる頚動脈流測定用の表面コイルにより頚動脈を通過するキセノンガス量に基づいて、動脈入力関数を検出する動脈入力関数検出ステップとを備えることを特徴とする。
【００１３】
第４の観点にかかる発明は、第３の観点にかかる発明において、前記脳血流定量測定制御方法は、フリップアングルの測定をおこなうフリップアングル測定ステップと、前記フリップアングル測定ステップにより測定されたフリップアングルに基づいて、信号の補正をおこなう信号補正ステップとをさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、頚動脈用の表面コイルを用いているので、脳組織濃度関数に関する信号強度の低下を抑えることができ、動脈入力関数に関する信号を効果的に得られるため、より正確な脳血流の定量測定が可能になるという効果を奏する。また、超偏極キセノンガスを脳血流測定のトレーサに用いた場合では、超偏極状態が短時間（約１０秒程度）でなくなるため、再循環の恐れがないという作用効果を期待できるうえ、この結果、超偏極キセノンガスを用いた脳血流定量測定を良好におこなえるという効果を奏する。
【００１５】
また、脳血流定量測定制御手段は、フリップアングル測定手段と、フリップアングル測定手段により測定されたフリップアングルに基づいて、信号の補正をおこなう信号補正手段とをさらに備えるので、このフリップアングル検出手段により算出される低いフリップアングルを用いることができるため、キセノンガスによる超偏極状態の破壊を回避できるという効果を奏する。
【００１６】
また、頚動脈部の動脈入力関数を容易に測定できるうえ、脳における局所微小循環の情報の定量化を可能とすることができ、これによって、脳血液量（CBV）、脳血流量(CBF)、平均通過時間(MTT)の定量評価を正確に、且つ確実におこなうことができるという効果を奏する。
【００１７】
また、信号の補正をおこなう信号補正手段をさらに備えるので、超偏極状態のキセノンの特性であるＲＦ励起で超偏極状態が低下することで得られる信号が変化することを２つのコイル(バードケージコイル／表面コイル)を用いることで、信号変化量を推定し補正をおこなうことができる。これにより、超偏極キセノンガスの特性であるＲＦ励起による超偏極状態の破壊による信号の変化を補正することができる。また、これにより、キセノンガスを用いた脳血流の定量化を可能とすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る脳血流定量測定装置および脳血流定量測定方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下では、本実施例に係る脳血流定量測定装置３００の概要および特徴を説明し、これに続いて、この脳血流定量測定装置３００の構成および機能の詳細を説明し、その後、脳血流定量測定装置３００による脳血流定量測定方法に関する処理手順の詳細を説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は本発明の実施例１に係るＭＲＩ装置１００および脳血流定量測定装置３００の概略構成を示す全体機能ブロック図である。また、図２は、脳血流定量測定装置３００による脳血流定量測定の制御をおこなう脳血流定量測定制御部６００の概略構成図を、図３は、脳血流定量測定装置３００を構成するバードケージコイル４００の装着状態および表面コイル５００の取り付け状態の概略説明図をそれぞれ示している。ここで、ＭＲ装置１００に備えた脳血流定量測定装置３００による脳血流定量測定は、このＭＲ装置１００が設置されたスキャンルームに隣接した撮影室で撮影技師（オペレータ）が操作用コンソールを操作することを想定して説明する。
【００２０】
図１に示すように、ＭＲ装置１００を構成するガントリ１５０の内部には、外側から順に、静磁場を発生する静磁場発生磁石１６０と、勾配磁場を発生する勾配磁場発生コイル１７０と、この勾配磁場発生コイル１７０の内側に位置する円筒状の照射コイル１８０とがそれぞれ配設されている。静磁場発生磁石１６０および勾配磁場発生コイル１７０によりマグネットアセンブリを構成する。
【００２１】
また、照射コイル１８０は、静磁場中に載置された被検体に対して所定の電磁波を照射する機能を備えており、この照射コイル１８０の内部に被検体１９０（患者）を載置したテーブル１９１を搬入可能としている。
【００２２】
また、同図に示すように、ＭＲＩ装置１００に対して全体制御をおこなうＭＲＩ制御装置２００は、ＲＦ送信部２１０と、磁気制御部２２０と、ＲＦ受信部２３０と、信号処理部２４０と、テーブル駆動制御部２５０とを備えている。
【００２３】
ＲＦ送信部２１０は、生体組織を構成する原子核に核磁気共鳴現象を起こさせるために照射コイル１８０から高周波の電磁波を照射する機能を有している。
【００２４】
磁気制御部２２０は、静磁場発生磁石１６０および勾配磁場発生コイル１７０にそれぞれ接続され、静磁場発生磁石１６０および勾配磁場発生コイル１７０に対して電力を供給してマグネットアセンブリ内に静磁場および勾配磁場を印加する処理をおこなう機能を備えている。
【００２５】
信号処理部２４０は、バードケージコイル４００および表面コイル５００から受信したＦＩＤ信号（Free Induction Decay：自由誘導減衰）をデジタルデータ化に変換するとともに、さらに、画像再構成による演算処理をおこなうことにより、所望の撮像イメージを作成する機能を備えている。
【００２６】
テーブル駆動制御部２５０は、被検体が載置されたテーブルをＭＲＩ装置１００内（磁場中心Ｐ）に移送する機能を有している。
【００２７】
ここで、本発明の特徴は、キセノンガスが脂質、血液などに溶解され脳血管関門を通過する特性を備えるとともに、拡散性トレーサとして脳血流診断に応用できることに着目しており、さらに、脳内血流量は、キセノンガスの血流量溶解（キセノンガスの入力）に応じたインパルス応答量となるため、キセノン信号の流量を取得すれば正確な脳内血流量を計測することができ、これにともない脳内の血流量が大きいか小さいかを正規化し、血流量の定量化をおこなうことができる点に着目したことにある。すなわち、キセノンガスの入力に応じた理想的な脳組織濃度関数（真の濃度関数）が取得できれば、インパルス応答での濃度関数も取得でき、これによって、脳内の血流量の定量化を達成することができる（図４−３参照）。
【００２８】
具体的に説明すると、脳血流定量測定装置３００によりキセノンガスを利用して、脳内にどの程度の血流が流れているかを測定することにある（定量血流測定）。すなわち、被検体１９０がキセノンガスを吸引した際の、脳内を一定時間の間、ＭＲＩ装置１００を利用してスキャン測定することにより、脳内の脳血流量の時系列データ（撮像断面のピクセル値）が測定でき、この時系列データを加算処理することにより脳内の正確な脳血流量を測定値（スペクトルの高低／脳血流量の高低）として得ることができる。
【００２９】
さらに、頚動脈の信号値と脳の信号値とを時系列的に取得した後、各時間で得られた信号に基づいて、フリップアングルを見積もり、さらに、このフリップアングル（ＦＡ）により脳の信号値を補正し、これによって、真の脳の信号値を求めるようにしている（正規化）。
【００３０】
ここで、脳血流量の測定原理は、所謂トレーサが通過する時間から血流量を測定する方法を採用するものとしている。つまり、トレーサとしてキセノンガスを採用しており、このキセノンガスが被検体１９０（図３）の口から吸入されると、肺から動脈血に溶解し、脳まで循環することを利用している。すなわち、このとき脳の各部位からトレーサの濃度を測定できれば、各部位での通過時のトレーサの量がわかり、それを時間積分することにより、時間当たりに通過したトレーサの量を推定することができる（脳内の血流に溶解したキセノンの量を計測し、脳血流を測定する）。
【００３１】
このため、本実施例１では、図１に示すように、脳血流定量測定装置３００を備えており、さらに、図３に示すように、被検体１９０の頭部には、脳血流定量測定装置３００を構成するバードケージコイル４００（Bird cage coil）が装着される。また、被検体１９０の首部の頚動脈部位には、表面コイル５００が取り付けられる。すなわち、後述するように、脳組織濃度関数は頭部用のバードケージコイル４００で、動脈入力関数は頚動脈用の表面コイル５００を用いて測定することとしている。なお、バードケージコイル４００および表面コイル５００からのＮＭＲ信号は、信号処理部２４０により処理される。
【００３２】
以下、図２〜図３および図４〜６を参照して、脳血流定量測定装置３００の構成および機能の詳細を説明する。先ず、図２を参照して、脳血流定量測定装置３００の構成を説明する。すなわち、図２に示すように、脳血流定量測定装置３００は、脳血流信号測定用のバードケージコイル４００と、頚動脈入力関数信号測定用の頚動脈用の表面コイル５００と、脳血流定量測定制御部６００とにより構成され、この脳血流定量測定制御部６００は、動脈入力関数検出部６１０と、脳組織濃度関数検出部６２０と、フリップアングル測定部６３０と、信号補正部６４０とにより構成される。
【００３３】
動脈入力関数検出部６１０は、表面用コイル５００により頚動脈を通過するキセノンガス量に基づいて、動脈入力関数を検出する機能を備えている。
【００３４】
脳組織濃度関数検出部６２０は、バードケージコイル４００により脳内に到達した脳血流信号を脳組織濃度関数として検出する機能を備えている。
【００３５】
フリップアングル測定部６３０は、フリップアングル（プリップ角度：flip angie）を測定する機能を備えている。ここで、フリップアングルとは、均一静磁場中の核磁化ベクトルがＲＦパルスの印加によって、静磁場の方向（Ｚ軸のプラス方向）から倒れた角度を称するもので、通常、ＲＦパルスの振幅および印加時間に比例して、目的とする撮像法により、大きさが決められる。
【００３６】
信号補正部６４０は、フリップアングル測定部６３０により測定されたフリップアングルに基づいて、信号の補正をおこなう機能を備えている。具体的に説明すると、本発明では、超偏極キセノンガスを利用しているため、この超偏極キセノンガスの特性であるＲＦ励起による超偏極状態の破壊が生じる恐れがある。
【００３７】
このため、信号補正部６４０により、信号の変化を補正することで、キセノンガスを用いた脳血流の定量化を可能とするようにしている。具体的には、動脈入力関数検出部６１０により、動脈（内頚動脈や中大脳動脈など）入力関数を取得できることから、ＲＦ励起で超偏極磁化が破壊されることによる脳内のキセノン信号の強度を補正するようにしている。
【００３８】
また、後述するように、動脈入力関数の測定時、ＲＦ励起によるキセノンによる超偏極状態の破壊を低減するため、小径表面コイルと低いフリップ角を用いる。このことにより脳組織濃度関数測定時にキセノン信号強度の低下を避けることができる。つまり、表面コイル５００により動脈力信号とバードケージコイル４００により脳組織信号を取得することにより撮像に使われた正確なフリップアングルを求めることができるうえ、このフリップアングルを利用して取得された信号強度を補正することができる。
【００３９】
次に、図３を参照して、脳血流定量測定装置３００を構成するバードケージコイル４００および表面コイル５００の詳細について説明する。ここで、バードケージコイル４００は、ローパス（low pass）型のＭＲＩ用バードケージコイルなどを使用することができる。
【００４０】
すなわち、図３に示すように、バードケージコイル４００は、脳血流信号を取得する機能を備えており、第１リング４１０と第２リング４２０との間に、多数のエレメント４３０を介設し、第１リング側エレメント部分と第２リング側エレメント部分とに跨がってコンデンサ４４０を接続し、ＱＤハイブリット回路部４５０からＭＲ装置１００の本体側へ伝送路４６０を導出した構成としている。このバードケージコイル４００によるＮＭＲ信号は、位相エンコードされた位置情報を含んだＦＩＤ信号（Free Induction Decay：自由誘導減衰）として取得される。ここで、バードケージコイル４００によるＦＩＤ信号を取得するポイントは、所定のポイント（ボクセル）を対象として取得することとしている。
【００４１】
表面コイル５００は、被検体が吸入した肺の肺胞から脳内の血管に到達する以前のキセノンガスの入力関数を計測する機能を備えている。表面コイル５００の一端側（図３の上側）は、ＭＲ装置１００の本体側へ伝送路５１０を導出した構成としている。この表面コイル５００によるＮＭＲ信号は、位相エンコードされていないＦＩＤ信号（Free Induction Decay：自由誘導減衰）として取得される。ここで、この表面コイル５００によるＦＩＤ信号を取得するポイントは、ボリューム（Volume）による撮像領域全部を対象として取得することとしている。
【００４２】
また、本実施例では、この表面コイル５００には、頚動脈の分岐部撮像測定用のＲＦコイル（サーフェスコイル）を使用することとしている。ここで、通常、頚動脈の分岐部撮像には、所謂、ニューロバスキュラーコイルが利用されることが多いが、本実施例１では、より体表面での詳細な撮像が可能な小径のサーフェスコイルを使用することとしている。すなわち、小径の表面コイルを使用することで、低いフリップアングルを取得することができ、これにより、キセノンの破壊を低減できるようにしている。
【００４３】
（動脈入力関数、脳組織濃度関数、真の濃度関数についての線図の詳細）
以下、図４−１、図４−２、図４−３に示すグラフ（線図）を参照して、表面コイル５００（サーフェスコイル）による動脈入力関数、バードケージコイル４００による脳組織濃度関数、これら動脈入力関数および脳組織濃度関数によるクリアランス曲線（真の濃度関数）についての詳細を説明する。ここで、図４−１は、被検体の頚動脈に取り付けた表面コイル５００（サーフェスコイル）から取得したＦＩＤ信号による線図を示している。具体的には、この図４−１に示す線図は、被検者がキセノンを吸入し、このキセノンが脳に到達するまでの肺中に溶解した時のスペクトル値であり、実際には表面コイル５００（サーフェスコイル）により取得したＦＩＤ信号（フリップアングル：α1）をフーリエ変換（ＦＦＴ）し、変換されたキセノンガスのピーク値（周波数）を時系列的にプロットした線図（動脈入力関数）として示している。なお、この図４−１に示す頚動脈からのＦＩＤ信号による濃度関数は、フレッシュなキセノンガスに基づくため、フリップアングルによる補正はおこなっていない線図として示している。また、図４−１中、縦軸は、キセノンの濃度関数を示すＣａ（ｔ）で、横軸は、時間ｔを表している。
【００４４】
また、図４−２は、キセノン信号による脳内組織の濃度関数に関する線図を示している。具体的には、バードケージコイル４００で計測した脳内のキセノン信号による脳内組織の濃度関数に関する線図（インパルス応答の時系列線図）を示している。すなわち、バードケージコイル４００により取得したＦＩＤ信号（フリップアングル：α2）をフーリエ変換（ＦＦＴ）し、変換されたピーク値（周波数）を時系列的にプロットした線図（動脈入力関数）として示しており、所定のフリップアングルを用いて信号を補正した後の線図である。このため、同図に示すように、ＦＩＤ信号により取得したなだらかな線図から補正後の線図は、濃度関数が上昇した値となってプロットされた線図となっている。具体的には、フリップアングルを補正した後の線図を示している。これは、超偏極Ｘeは、ＰＦにより偏極が落ち、信号が低下するためである。なお、この図４−２中、縦軸は、キセノンの濃度関数を示すＣｉ（ｔ）で、横軸は、時間ｔを表している。
【００４５】
また、図４−３は、脳血流定量測定装置３００および脳血流定量測定方法により測定される真のインパルス応答による線図を示している。具体的には、図４−１および図４−２を用いて、畳み込み積分（コンボリューション）をおこない真の濃度関数をプロットしてグラフ化したものである。なお、この図４−３中、縦軸は、キセノンの濃度関数を示すＣ（ｔ）で、横軸は、時間ｔを表している。ここで、この図４−３のグラフを時間積分したものが、脳血液量（ＣＢＶ）のピクセル値に対応し、このＣＢＶを平均通過時間（ＭＴＴ）で割ると脳血流量（ＣＢＦ）のピクセル値を算出することができる。なお、実際には、真の濃度関数Ｃ（ｔ）は、後述する（数１）の算出式から求めることができる。
【００４６】
（脳血流定量測定装置３００における脳血流定量測定手順）
次に、図５のフローチャートを参照して、本実施例１における脳血流定量測定装置３００における脳血流定量測定手順を説明する。ここで、以下の図５に示すフローチャートは、主に脳血流定量測定装置３００に備えた脳血流定量測定制御部６００による処理手順を示している。
【００４７】
すなわち、図５に示すように、先ず、被検体１９０の頭部にバードケージコイル４００を装着し、さらに被検体１９０の首部の頚動脈部位に表面コイル５００の取り付けをおこなう前準備をおこなう（ステップＳ１００）。次いで、超偏極キセノンガスの吸入ステップをおこなう（ステップＳ１１０）。この超偏極キセノンガス吸入ステップは、被検体１９０が超偏極キセノンガスを深呼吸して一息で肺に吸入するステップである。
【００４８】
次いで、被検体１９０の頚動脈部位のキセノン信号を取得する。具体的には、肺から血液に溶け出したキセノンガスを入力関数用の動脈信号（図４−１に示す動脈入力関数：Ｃａ）として取得する（ステップＳ１２０）。この被検体が吸入した肺の肺胞から脳内の血管に到達する以前のキセノンガスの入力関数は、表面コイル５００により取得することができる。なお、頚動脈の信号を求める部位は、脳内に血流を送る主幹部の総頚動脈部位に特定している。
【００４９】
次いで、被検体１９０の頚動脈部位のキセノン信号を取得する。具体的には、脳に到達した脳組織濃度関数の脳血流信号（図４−２に示す動脈入力関数：Ｃｉ）を取得し（ステップＳ１３０）、次いで、動脈入力信号を取得する（ステップＳ１４０）。なお、キセノンガスが脳内に到達した脳組織濃度関数の脳血流信号は、バードケージコイル４００により取得することができる。
【００５０】
ここで、脳内のキセノン信号であるＣ（ｔ）は、表面コイル５００により取得されるＣａ（ｔ）とバードケージコイル４００により取得されるＣｉ（ｔ）とコンボリューションにより算出することができる。ここで、動脈濃度曲線をＣａ（ｔ）とし、脳組織濃度曲線Ｃｉ（ｔ）とし、色素をＡ0とし、クリアランス濃度曲線（真の濃度関数）をＣ（ｔ）とし、コンボリューションの表記を＊とすると、クリアランス濃度曲線（真の濃度関数をＣ（ｔ）は、以下の（数１）の式で求められる。なお、色素Ａ0は、キセノンガスの吸入した際に、このキセノンガスが肺中に溶解した量を示す。
【００５１】
（数１）
Ｃｉ（ｔ）Ｃ（ｔ）＝Ａ0Ｃａ（ｔ）＊Ｃｉ（ｔ）Ｃ（ｔ）
【００５２】
次いで、前記ステップＳ１３０およびステップＳ１４０により取得された動脈信号および脳血流信号からフリップアングル（flip angie）αを取得する（ステップＳ１５０）。具体的には、動脈信号および脳血流信号を約、１秒の間隔でスイッチングして信号取得を約８０秒間続け、動脈入力関数および脳組織濃度関数を取得する。このフリップアングルは、フリップアングル測定部６３０（図２）により算出する。
【００５３】
ここで、超偏極キセノンガス特有の現象でＲＦ波で超偏極を励起すると、超偏極状態が破壊され熱平衡状態に戻るため、これにより信号が減衰することから、この減衰を防止する必要がある。その方法としては、小さなＲＦ波を照射することで、超偏極状態の破壊を防止する。つまり、脳内からのＭＲＩ信号が、真の数値ではなく、ＲＦ波を含む変化をも含むため、この信号低下したＭＲ信号を補正するようにしている。表面コイル５００は、このＭＲ信号を補正する量を与える機能を備えている。なお、このステップＳ１５０による信号の補正は、信号補正部６４０（図２）によりおこなう。
【００５４】
ここで、以下、ステップＳ１５０によるフリップアングルを求める方法の一例を説明する。すなわち、Ｍ1をキセノンの磁化係数、Ａをコイル依存の係数、αをフリップアングルとすると、ある時間ｔ1で得られるキセノン信号は、以下の（数２）の式で求められる。
【００５５】
（数２）
Ｓ1（ｔ1）＝Ｍ1＊Ａ＊ｓｉｎ（α）
【００５６】
また、キセノンガスが脳内に到達したとき、ある時間ｔ2で得られるキセノン信号は、Ａをコイルの係数とし、コイルＭ2を、ｔ=（ｔ1−ｔ2）秒経過したときのＸeの磁化とすると、以下の（数３）の式で求められる。
（数３）
Ｓ2（ｔ2）＝Ｍ2＊Ａ＊ｓｉｎ（α）
【００５７】
また、Ｔ1をキセノン信号の脳内の緩和定数をＴ1とすると、Ｍ2は、以下の（数４）の式で求められる。
（数４）
Ｍ2＝Ｍ1＊ｅｘｐ(−ｔ／Ｔ1)＊ｃｏｓα
【００５８】
以下、（数２）〜（数４）の式から、フリップアングルαは、以下の（数５）により求められる。
（数５）
Ｓ2／Ｓ1＝ｅｘｐ(−ｔ／Ｔ1)＊ｃｏｓ（α）
【００５９】
なお、ここで、送信／受信感度の異なるコイルを用いた場合、係数Ａはコイルの種類により異なるため、得られた信号強度からコイルの感度分布を補正する必要がある。
【００６０】
以下、ステップＳ１５０の処理により取得した信号から動脈入力関数および脳組織濃度関数から真の濃度関数を取得する（ステップＳ１６０）。具体的には、図４−３に示す線図となる。すなわち、このステップＳ１６０により算出された濃度関数が真の濃度関数となり、この結果、脳血液量（CBV）、脳血流量(CBF)、脳内局所平均通過時間(MTT)を定量的に算出することができる。
【００６１】
以上説明したように、本発明によれば、ＭＲＩ装置１００は、脳血流定量測定装置３００を備えており、この脳血流定量測定装置３００は、被検体１９０の頭部に装着されるバードケージコイル４００と、頚動脈が位置する部分に取り付けられる表面コイル５００と、脳血流定量測定制御部６００とを備え、脳血流定量測定制御部６００は、表面コイル５００により頚動脈を通過するキセノンガス量に基づいて、動脈入力関数を検出する動脈入力関数検出部６１０と、バードケージコイル４００により脳内に到達した脳血流信号を脳組織濃度関数として測定する脳組織濃度関数検出部６２０とを備えるので、頚動脈部の動脈入力関数を容易に測定できるうえ、脳における局所微小循環の情報の定量化を可能とすることができ、これによって、脳血液量（CBF）、脳血流量(CBF)、平均通過時間(MTT)の測定を容易におこなうことができ、この結果、脳血流の定量評価を正確に、且つ確実におこなうことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、本発明に係る脳血流定量測定装置および脳血流定量測定方法は、超偏極キセノンを使用する脳血流の測定方法に有用であり、脳血流の挙動を把握できるうえ、局所微小循環の定量化を可能とする脳血流定量測定装置および脳血流定量測定方法に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施例１に係るＭＲＩ装置および脳血流定量測定装置の概略構成を示す全体機能ブロック図である。
【図２】脳血流定量測定制御部の内部構成および概要を示す機能ブロック図である。
【図３】脳血流定量測定装置を構成するバードケージコイルおよび表面コイルの装着状態を示す概略説明図である。
【図４−１】キセノン信号による脳内組織の濃度関数に関する線図である。
【図４−２】脳内のキセノン信号による線図である（動脈入力関数）。
【図４−３】脳血流定量測定装置および脳血流定量測定方法により測定される真のクリアランス曲線による線図である。
【図５】脳血流定量測定装置による脳血流測定の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
１００ ＭＲＩ装置
１６０ 静磁場発生磁石
１７０ 勾配磁場発生コイル
１８０ 照射コイル
１９０ 被検体
２００ ＭＲＩ制御装置
２１０ ＲＦ送信部
２２０ 磁気制御部
２３０ ＲＦ受信部
２４０ 信号処理部
３００ 脳血流定量測定装置
４００ バードケージコイル
４１０ 第１リング
４２０ 第２リング
４３０ エレメント
４４０ コンデンサ
４５０ ＱＤハイブリット回路部
４６０、５１０ 伝送路
５００ 表面コイル
６００ 脳血流定量測定制御部
６１０ 動脈入力関数検出部
６２０ 脳組織濃度関数検出部
６３０ フリップアングル測定部
６４０ 信号補正部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超偏極キセノンガスを使用するとともに、被検体に対する脳内への定量血流量を測定する脳血流定量測定装置であって、
前記被検体の頭部に装着される受信コイルと、
前記被検体の首部であって頚動脈が位置する部分に取り付けられる頚動脈流測定用の表面コイルと、
脳血流の測定制御をおこなう脳血流定量測定制御手段とを備え、
前記脳血流定量測定制御手段は、
前記受信コイルにより脳内に到達した脳血流信号を脳組織濃度関数として測定する脳組織濃度関数測定手段と、
前記表面コイルにより頚動脈を通過するキセノンガス量に基づいて、動脈入力関数を検出する動脈入力関数検出手段と、
を備えることを特徴とする脳血流定量測定装置。
【請求項２】
前記脳血流定量測定制御手段は、フリップアングルの測定をおこなうフリップアングル測定手段と、前記フリップアングル測定手段により測定されたフリップアングルに基づいて、信号の補正をおこなう信号補正手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の脳血流定量測定装置。
【請求項３】
超偏極キセノンガスを使用するとともに、被検体に対する脳内への定量血流量を測定する脳血流定量測定方法であって、
前記被検体の頭部に装着される受信コイルにより脳内に到達した脳血流信号を脳組織濃度関数として測定する脳組織濃度関数測定ステップと、
前記被検体の首部であって頚動脈が位置する部分に取り付けられる頚動脈流測定用の表面コイルにより頚動脈を通過するキセノンガス量に基づいて、動脈入力関数を検出する動脈入力関数検出ステップと、
を備えることを特徴とする脳血流定量測定方法。
【請求項４】
前記脳血流定量測定制御方法は、フリップアングルの測定をおこなうフリップアングル測定ステップと、前記フリップアングル測定ステップにより測定されたフリップアングルに基づいて、信号の補正をおこなう信号補正ステップとをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の脳血流定量測定方法。
【請求項１】
超偏極キセノンガスを使用するとともに、被検体に対する脳内への定量血流量を測定する脳血流定量測定装置であって、
前記被検体の頭部に装着される受信コイルと、
前記被検体の首部であって頚動脈が位置する部分に取り付けられる頚動脈流測定用の表面コイルと、
脳血流の測定制御をおこなう脳血流定量測定制御手段とを備え、
前記脳血流定量測定制御手段は、
前記受信コイルにより脳内に到達した脳血流信号を脳組織濃度関数として測定する脳組織濃度関数測定手段と、
前記表面コイルにより頚動脈を通過するキセノンガス量に基づいて、動脈入力関数を検出する動脈入力関数検出手段と、
を備えることを特徴とする脳血流定量測定装置。
【請求項２】
前記脳血流定量測定制御手段は、フリップアングルの測定をおこなうフリップアングル測定手段と、前記フリップアングル測定手段により測定されたフリップアングルに基づいて、信号の補正をおこなう信号補正手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の脳血流定量測定装置。
【請求項３】
超偏極キセノンガスを使用するとともに、被検体に対する脳内への定量血流量を測定する脳血流定量測定方法であって、
前記被検体の頭部に装着される受信コイルにより脳内に到達した脳血流信号を脳組織濃度関数として測定する脳組織濃度関数測定ステップと、
前記被検体の首部であって頚動脈が位置する部分に取り付けられる頚動脈流測定用の表面コイルにより頚動脈を通過するキセノンガス量に基づいて、動脈入力関数を検出する動脈入力関数検出ステップと、
を備えることを特徴とする脳血流定量測定方法。
【請求項４】
前記脳血流定量測定制御方法は、フリップアングルの測定をおこなうフリップアングル測定ステップと、前記フリップアングル測定ステップにより測定されたフリップアングルに基づいて、信号の補正をおこなう信号補正ステップとをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の脳血流定量測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４−１】
【図４−２】
【図４−３】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４−１】
【図４−２】
【図４−３】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１９２０１４（Ｐ２００６−１９２０１４Ａ）
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５２５９（Ｐ２００５−５２５９）
【出願日】平成１７年１月１２日（２００５．１．１２）
【出願人】（３０００１９２３８）ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー (1,125)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月１２日（２００５．１．１２）
【出願人】（３０００１９２３８）ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー (1,125)
【Ｆターム（参考）】
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