拡散強調機能的MRIに適した撮像パラメータに関する検討：水分子拡散運動のシミュレーション

摘要

現在，脳の機能を非侵襲に計測する方法として血中酸素化レベル依存（BOLD）効果に基づく機能的磁気共鳴画像法（fMRI）が一般的に用いられている．しかし，近年ヒトの神経細胞のように微細な構造における水分子の拡散の様子を画像化する拡散強調画像法（DWI）を用いての脳機能計測が可能であることが報告されている．これは脳活動時に神経細胞が膨張する事を利用しており，BOLD効果に基づくfMRIよりも時空間分解能に優れている．本研究ではヒトの神経細胞と同程度の大きさの構造中において制限拡散を行う水分子の運動をMonte－Calro法を用いてシミュレーションし，DWIを用いた脳機能計測に適した掘像パラメータについて検討を行った．結果として，撮像パラメータ及び制限サイズがDWIの信号強度に与える影響が確認され，制限サイズを変化させた場合の信号強度の差は撮像パラメータの一つであるq値に大きく依存するという結果を得た．これより，神経細胞の膨張前後におけるDWIの信号強度差を強調するような撮像パラメータがシミュレーションにより推定できることが示された．%Recentry, it has become possible to mesure human brain functions by using noninvasive methods. Among these methods, functional MRI (fMRI) which is based on blood oxygenation level dependent (BOLD) contrast has been used most widely. In recent years, however, it has been reported that it is possible to mesure the brain functions by diffusion-weighted MRI (DW-MRI) in which visualizes diffusing water molecules in minute strac-tures such as neurons. This approach is based on the fact that neuronal cells in the brain swells when the neural activation occures. Its spatial and temporal resolutions are superior to those of fMRI with BOLD contrast. In the present study,with the Monte-Cairo method we simulated the motions of water molecules in the restricted stractures whose sizes were similar to those of neurons to find appropriate imaging parametrs for DW-MRI. Simulation results demonstrated that imaging parameters and the size of restricted area may change signal intensities. Furthermore, it was found that the difference of signal intensities due to the change in the size of restricted areas largely depends on the q-value which is the one of imaging parameters. These results indicate that we can estimate the imaging parameters which maximize the difference of signal intensities in DWI between before and after cell swelling by this simulation.