(57)【要約】【課題】  高偏極キセノンガスを利用して高い精度で組織内の血流量を計測する方法を提供するにある。【解決手段】  核磁気共鳴断層撮像法（MRI）において、充分大きな信号強度が得られる偏極率を有する高偏極核種を組織内に溶解させて核磁気共鳴信号を検出し、この核磁気共鳴信号に生ずるケミカルシフトの信号強度の立ち上がり区間又は、洗い出し区間の時間的変遷から、立ち上がり時間及び洗い出し時間を推定して、組織内縦緩和時間を仮定し、組織内血流量を測定する方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
核磁気共鳴断層撮像法（MRI）において、充分大きな信号強度が得られる偏極率を有する高偏極核種を組織内に溶解させて核磁気共鳴信号を検出し、この核磁気共鳴信号に生ずるケミカルシフトの信号強度の立ち上がり区間又は、洗い出し区間の時間的変遷から、立ち上がり時間及び洗い出し時間を推定して、組織内縦緩和時間を仮定し、組織内血流量を測定することを特徴とする方法。
【請求項２】
核磁気共鳴画像（ＭＲＩ）法において、充分大きな信号強度が得られる偏極率を有する高偏極核種組織内に溶解させて核磁気共鳴信号を検出し、この核磁気共鳴信号に生ずるケミカルシフトの信号強度の立ち上がり区間又は、洗い出し区間の時間的変遷から、立ち上がり時間及び洗い出し時間を推定し、予め測定された組織内血流量により、組織内縦緩和時間を測定することを特徴とする方法。
【請求項３】
上記立ち上がり時間、又は、洗い出し時間の推定において異なる繰り返し時間で構成される複数回のＲＦ照射によってフリップアングルを推定することを特徴とする請求項１或いは請求項２の方法、
【請求項４】
上記立ち上がり時間、又は、洗い出し時間の推定において、フリップアングルを仮定し、２回のＲＦ照射に起因する前記ケミカルシフトのスペクトル信号強度の減衰から洗い出し時間を推定することを特徴とする請求項１或いは請求項２の方法、
【請求項５】
前記高偏極核種として１２９Ｘｅを肺に１呼吸だけ吸入させるボーラス吸入法を採用して前記高偏極１２９Ｘｅを組織内に溶解させることを特徴とする請求項１或いは請求項２の方法。
【請求項６】
前記高偏極核種として１２９Ｘｅを持続的に投与して前記高偏極１２９Ｘｅを組織内に溶解し、前記核磁気共鳴信号がほぼ定常状態になった後における洗い出し時間から前記組織内血流量或いは前記組織内縦緩和時間を測定することを特徴とする請求項１或いは請求項２の方法。
【請求項７】
脳全体のケミカルシフトから血流量又は組織内縦緩和時間を推測することを特徴とする請求項１或いは請求項２の方法。
【請求項８】
前記ケミカルシフトから局所的にキセノンスペクトラムを検出して上記スペクトルの取得領域を限局させたことを特徴とする請求項１或いは請求項２の方法。
【請求項９】
前記高偏極核種として１２９Ｘｅを採用し、前記ケミカルシフトとして２００ｐｐｍ近辺に複数表われるケミカルシフトピークのうち最大値を有する１つのケミカルシフトピークから脳組織血流量及び組織内縦緩和時間を測定することを特徴とする請求項１或いは請求項２の方法。
【請求項１０】
上記スペクトルのうち動物において、１９５±１ｐｐｍに表われる信号強度を利用して脳組織血流量及び組織内縦緩和時間を測定することを特徴とする請求項９の方法。
【請求項１１】
上記スペクトルのうちヒトにおいて、１９７±１ｐｐｍの信号強度を利用して脳組織血流量を測定しようとすることを特徴とする請求項９の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高偏極核種を用いて組織内の血流量及び縦緩和時間を計測する方法に係り、生体組織内に溶解した核種の核磁気共鳴周波数の変化(ケミカルシフト)を利用してヒト及び動物の血流を計測するとともに組織内における縦緩和時間(T1)を計測する方法に関する。
【０００２】
尚、この発明の高偏極核種を用いて脳組織内の血流量及び縦緩和時間を計測する方法は、特に、脳組織の血流を検査し、監視するために有効な技術であるが、肺、心臓、肝臓、腎臓のようなその他の器官、または、腫瘍或いは脳梗塞のような病態部位へも同様に適用することができる。
【背景技術】
【０００３】
外部からは直接観測できない身体の内部を画像化する手法として、レントゲン撮影、２次元断面画像を撮像するＸ線ＣＴ、水分子の核磁気共鳴周波数に伴う横緩和時間の違いを利用した核磁気共鳴画像（ＭＲＩ）法等が知られている。これらの画像化法においては、それ自体が信号を発生し、或いは、その周りに影響を与えることで本来持つ信号強度を減衰させることにより、画像にコントラストを生じさせる造影剤とよばれる試薬を併用することがある。レントゲン撮影において、Ｘ線を透過させないバリウムを経口投与により与えて胃の形状を撮影するのはこうした造影剤を利用した好例である。
【０００４】
陽電子断層撮像法(Positron Emission Tomography;ＰＥＴ)及び光電子断層撮像法(Single Photon Emission Tomogoraphy;ＳＰＥＣＴ)は、特に、放射性造影剤から生じる信号を画像化したものであり、造影剤の分布が画像化される。こうした放射性造影剤における信号強度の時間的変遷から脳血流量、血液量、酸素摂取率、酸素消費量を測定する手法はよく知られている。こうした用途に用いる造影剤は、一般にトレーサーと称せられるが、この出願の明細書では、以下、このトレーサーをも造影剤と称することとする。
【０００５】
脳には、脳血管関門(Blood Brain Barier;ＢＢＢ)と呼ばれる生理的構造があり、大きな分子量の分子を通過させないことで、脳に異物が混入するのを防ぐ機構がある。従って、造影剤の種類によっては、血管内の血流しか測定できない場合がある。臨床診断においては、血管外の組織内灌流量計測がより重要であることがよく知られ、造影剤により脳血流量を計測する場合には、脳血管関門を通過する造影剤を用いることが好ましいとされている。ＰＥＴやＳＰＥＣＴで用いられる１３３Ｘｅ、１５Ｏ、１１Ｃといった核種を含む放射性造影剤には、脳血管関門を通過するものがあり、このような造影剤を利用することによって、血管外の脳組織内灌流量を計測することができる。しかし、放射性造影剤を用いる場合、患者や検査技師、医師への被曝は避けられず。検査にあたっては、充分な注意が必要であり、被曝を伴もなわない血流測定法が望まれている。
【０００６】
核磁気共鳴断層撮像法（ＭＲＩ）は、核磁気共鳴現象（ＮＭＲ）及び勾配磁界、並びに、フーリエ変換といった技術を組み合わせることで、断層撮像を可能にした手法であり、被曝を避けて血流を計測できる可能性がある。しかし、現在一般に普及しているＭＲＩ装置では、水分子に含まれるプロトンからの核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号に基づくものに限られ、一般には、生体内部の水分子分布に基づく形態画像を提供するに過ぎない。これは、核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号強度が弱く、分子数の多い物質でなければ測定できず、造影剤のような微量投与では、信号が観測されないことに依存している。これは、磁気共鳴現象が、ゼーマン効果に基づく現象で、その強度が、発生する磁化ベクトルの大きさ（Ｍｐ）に依存しているためである。次式（１）に、磁化ベクトルの大きさを示す。
【数１】
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【０００７】
γは、磁気回転比、ｎは、微小空間中の核子数密度、ｐは、偏極率である。
【０００８】
水分子中のプロトン等、一般には、系が外部と熱平衡状態にある場合について考えると、ボルツマン分布から偏極率は、次式で計算される。
【数２】
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【０００９】
γは、磁気回転比（１Ｈでは、２．６８×１０−８  rad/s/T、１２９Ｘｅでは、０．７４×１０−８  rad/s/T、Ｂｑは、静磁場強度（Ｔ）、κは、ボルツマン定数（１．３８１×１０−３４J/K）、Ｔは、絶対温度である。
【００１０】
３７℃の１Ｈ、１．５Ｔ中での偏極率を計算すると、約５×１０−６となり、非常に小さい値である。従って、極微量しか導入できない造影剤では、核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を取得することができない。従って、現状のＭＲＩ装置を利用した検査においては、ＰＥＴ或いはＳＰＥＣＴのような造影剤を用いた血流計測がなされていない。
【００１１】
しかし、ＭＲＩ装置でも、特許文献１に開示されるように、磁性体含有造影剤、例えば、Ｇｄ−ＤＴＰＡのようなＧＤ−キレートにより、プロトン原子の局所磁場依存性横緩和時間（Ｔ２＊）を変化させ、その信号強度の時間変化を利用して脳血流量を計測する手法が提案されている。
【００１２】
しかし、脳血管関門があるため、ＧＤ−キレートといった大きい分子量を有する試薬は、血管の外部には浸透しない問題がある。上述したように、臨床診断においては、血管外の組織内灌流量計測がより重要であり、脳血管関門を通過しない造影剤による脳血流計測は、好ましくないとされている。通常、偏極率は、静磁場強度及び温度のみで定まるが、特許文献２に開示されるようにアルカリ金属原子を用いた光ポンピング法により、キセノン原子の偏極率を熱平衡状態の１万倍以上にする手法を用いて、キセノンガスを造影剤として用いる手法が考案されている。
【００１３】
高偏極核種としての高偏極１２９Ｘｅは、脳血管関門を通過可能な造影剤であり、その高い偏極率のため、造影剤の微量投与で核磁気共鳴が観測できる。この高偏極１２９Ｘｅのガス成分を利用した核磁気共鳴画像化に関しては、いくつか報告がなされている。また、キセノンは、脂溶性であり、生体組織内に容易に溶解する。このため、溶解した１２９Ｘｅ周囲の磁場環境が変化することにより、ケミカルシフトと呼ばれる現象が生じ、ガス成分とは異なる核磁気共鳴周波数を示すことが知られている。このケミカルシフト周波数における信号を利用して、その信号減衰特性から血流の計測ができる可能性があり、組織内縦緩和時間の推定から、酸素飽和度の測定ができる可能性があり、周波数の変化から組織温度の測定ができる可能性がある。
【００１４】
溶媒に溶解した核種のケミカルシフト周波数は、一般的に、ppm単位で表示され、溶媒に溶解する前の核磁気共鳴周波数をＦ０、溶解した後の核磁気共鳴周波数をＦで表わした時、ケミカルシフト周波数Ｆｐは、次式で表わされる。
【数３】
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【特許文献１】特表特許公報２００２−５３９８８０
【特許文献２】特表特許公報２００２−５０７４３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
１２９Ｘｅを生体組織に溶解したケミカルシフトについてのある報告においては、実験動物の胸部において勾配磁場を加え、スライス選択した上で、スペクラムを得ることで、１９２ｐｐｍが脂肪組織、１９９ｐｐｍが肺組織、２１０ｐｐｍが血液に由来する信号としている。また、ある報告では、ヒト脳において、２つのピークを観測し、その信号強度の時間変遷から、１９７ｐｐｍの信号が脳灰白質（神経細胞を多く含有する部位）の信号、１９４ｐｐｍの信号が脳白質（神経繊維を多く含有する部位）からの信号と推測している。いずれの報告においても、その信号の由来の根拠は、不確かであり、核磁気共鳴を示すスペクトラム上において、あるピークがどの部位からの信号と同定されているとは言い難い。
【００１６】
また、プロトンの核磁気共鳴現象とは異なり、高偏極キセノンでは、核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を取得する際における高周波パルスの照射によるｃｏｓθ減衰と呼ばれる特有の減衰が存在する。つまり、造影剤の濃度を測定しようとすることにより、核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号の強度が変化してしまう現象があり、受動的に観測が可能な放射性造影剤とは事情が異なっている。高偏極キセノンを利用した立ち上がり時間及び洗い出し時間の推定の際には、このｃｏｓθ減衰の効果を考慮する必要がある。又、組織内縦緩和時間は、放射性同位体の半減期に相当する概念にあたるが、洗い出し時間と同等の時間尺度であり、血流を推測する場合この影響を無視することはできない。
【００１７】
高偏極キセノンを利用して、その信号強度の時間変遷から脳組織血流量を計測する場合には、いずれの周波数スペクトラムから計算するかが重要である。いいかえれば、どの周波数のスペクトラムがどの組織からの信号であるかを予め判っていることが必要とされる。
【００１８】
また、偏極キセノンを脳血流量計測に利用する場合、洗い出し時間を推定するにあたり、ｃｏｓθ減衰を考慮する必要がある。
【００１９】
更に、組織内縦緩和時間が比較的短く、洗い出し時間と同程度であるので、血流量の計測にあたっては、組織内縦緩和時間の取り扱いが問題となる。
【００２０】
この発明は、上述した事情に鑑みなされたものであって、その目的は、高偏極キセノンガスを利用して高い精度で組織内、特に、脳組織内の血流量を計測する方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この発明は、実験動物において、複数のピークが単一になった事実に基づき、脳組織血流量を、２００ｐｐｍ近辺に複数表われるケミカルシフトピークのうち最大値を有する１つのケミカルシフトピークから推定する脳組織内の血流量を計測する方法を提供するにある。
【００２２】
即ち、ＭＲＩにおいて、充分大きな核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号強度が得られる偏極率を有する高偏極核種を投与して、組織内に溶解した際におけるケミカルシフトの信号強度の立ち上がり区間又は、洗い出し区間の時間的変遷から、立ち上がり時間及び洗い出し時間を推定することにより、組織内縦緩和時間を仮定して、組織内血流量を測定する方法を提供するものである。
【００２３】
又、この発明は、ＭＲＩにおいて、充分大きな核磁気共鳴（ＮＭＲ）強度が得られる偏極率を有する高偏極核種を投与して、組織内に溶解した際におけるケミカルシフトの信号強度の立ち上がり区間又は、洗い出し区間の時間的変遷から、立ち上がり時間及び洗い出し時間を推定することにより、組織内血流量を仮定して組織内縦緩和時間を測定する方法を含み、これらの立ち上がり時間、又は、洗い出し時間の推定においては、異なる繰り返し時間で構成される複数回のＲＦ照射によるフリップアングルの推定を同時に含む方法によるか、或いは、フリップアングルを仮定することにより、２回のＲＦ照射によるスペクトル信号強度の減衰から洗い出し時間を推定する方法を提供するものである。
【００２４】
生体組織からケミカルシフトを得るための造影剤としては、光ポンピング法、或いは、オーバーハウザー効果を利用した動的核分極法（ＤＮＰ）、あるいは極低温におけるパラ水素誘導分極法等の偏極率を飛躍的に増強させた核種（３Ｈｅ，１３Ｃ，１２９Ｘｅ）を利用することが好ましく、こうした核種は、呼吸による肺への吸入又は、偏極希ガスを溶解した溶液を血管内に直接投与する手法により生体組織に取り込まれる必要がある。
【００２５】
肺への吸入方法では、高偏極核種を１呼吸だけ吸入させるボーラス吸入法によるもの、若しくは、高偏極核種を持続的に投与し、信号がほぼ定常状態になった後の洗い出し時間から測定をおこなうものが考えられる。
【００２６】
測定部位としては、勾配磁場を加えない状態において、脳全体のケミカルシフトから血流量又は組織内縦緩和時間を推測するか、或いは、ＣＳＩ法、Ｐｒｅｓｓ法、Ｓｔｅａｍ法といった局所的にキセノンスペクトラムを得る手法により、上記スペクトルの取得領域を限局させる方法が考えられる。
【００２７】
高偏極核種として高偏極１２９Ｘｅが採用される場合、ガス状態の核磁気共鳴周波数Ｆ０は、温度等により周波数が変化することが知られている。そのため、ケミカルシフトの基準周波数は、吸気吸入前の室温（２５℃）での値を採用する。この基準周波数に対して、（３）式により定義されるケミカルシフトのうち、望ましくは、２００ｐｐｍ近辺に複数表われるケミカルシフトピークのうち最大値を有するものを特定し、この最大値を有するケミカルシフトから血流量を推定する。望ましくは、小動物において、１９５±１ｐｐｍに表われるの信号強度を利用して脳組織血流量及び組織内縦緩和時間を測定するものであり、ヒトにおいては、１９７ｐｐｍの信号強度を利用して脳組織血流量を測定しようとするものである。
【発明の効果】
【００２８】
従来のＭＲＩで利用されてきた磁性体含有造影剤を利用した血流計測方法に比べて、キセノンガスを利用した血流計測方法は、組織内血流量を反映した値になる。臨床所見において重要なのは、血管内血流量ではなく、組織内血流量であり、高偏極核種としてキセノンガスを利用した血流計測方法は、この点で優れている。
【００２９】
ＰＥＴでも、組織内血流量を反映した値を計測できるが、放射性物質を用いる必要があるため、放射線を有しない高偏極核種としてのキセノンガスでは、測定対象に対する影響が軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下図面を参照して、この発明の高偏極キセノンを用いて脳組織内の血流量を計測する方法の実施の形態を説明する。
【００３１】
この発明で用いられる高偏極核種は、造影剤として核磁気共鳴現象が観測されるものであればどのような核種でも良いが、核磁気共鳴周波数を持つためには、ゼロでない核スピンを有する核種である必要があり、この中でも、現在までに高偏極化する方法が知られているのは、アルカリ金属による光ポンピング法により高偏極が可能なことが知られている３Ｈｅ，１２９Ｘｅ若しくはオーバーハウザー効果を利用した動的核分極法（ＤＮＰ）、或いは、極低温におけるパラ水素誘導分極法等の手法により高偏極された１３Ｃである。３Ｈｅについては、１０８３ｎｍのレーザを用いて直接偏極率を向上させる手法も知られている。
【００３２】
この中でも、高偏極核種としてのキセノンは、脂溶性であり、生体組織内に容易に溶解し、希ガスであるため、生体組織との相互作用も少ないことから、脳内血流の計測には、キセノンが最も適している核種に相当する。特に、スピン０ではあるが、放射性同位体である１２９Ｘｅが古くから脳血流計測に用いられていることも血流解析にあたって有利な点である。始めに、この高偏極１２９Ｘｅの生成方法について、図１を参照して説明する。
【００３３】
＜高偏極１２９Ｘｅの生成方法＞
キセノン偏極処理の基礎となる光ポンピング法の原理は静磁場中の蒸気状アルカリ金属原子に対して円偏光を照射することにより、価電子のＤ１励起を起こす。アルカリ金属として一般にはルビジウム（Ｒｂ）が用いられる。この励起は、わずか数ｍｓのオーダーで基底状態に戻るが、このとき１／２の確率で電子スピン磁場方向成分（ｍｊ）は、変化しない。これを繰り返すことにより、アルカリ金属原子の偏極が進行する。このプロセスを１２９Ｘｅのガス中でおこなった場合、アルカリ金属原子と１２９Ｘｅ原子との散乱により、スピン交換がおこり、１２９Ｘｅ原子核へと偏極が移行する。
【００３４】
例えば、図１に示す偏極装置において、高偏極１２９Ｘｅを生成することができる。この装置は、キセノンガスの流れるガスライン１０と電磁石系１２及び光ポンピングのためのレーザ系１４より構成されている。電磁石系１２として、中心磁場強度（最大１００Ｇ）を発生し、例えば、直径３４ｃｍのヘルムホルツ型の電磁石１６が装置に配置され、この電磁石１６の中心に偏極セル１８（材質：パイレックス或いは溶融石英、直径４０ｍｍ×長さ８０ｍｍ）が設置されている。このセル１８には、１ｇのルビジウム金属が封入され、セル１８上部には、ヒータ２０から供給された温風を送り、セル１８を７０〜１２０℃に加熱している。このセル１８は、ガスライン１０に接続され、加熱されることにより、セル１８中のガスにルビジウム蒸気が生成される。ガスライン１０は、真空ポンプ（図示せず）に接続され、このライン１０にガスを供給前にその内を排気する異ができる。ガスライン１０に供給されるガスは、ガスボンベ２２，２４、２６から夫々供給されるキセノン、窒素及びヘリウムの３種で、手動によって任意の混合が可能である。キセノンは、自然配合比（１２９Ｘｅ：２６．４％）のガス及び濃縮ガス（１２９Ｘｅ：９１％）の２種類を利用することができる。
【００３５】
光ポンピング用の光は、波長７９４．８ｎｍ、出力８０Ｗの円偏光であり、光源２８としては、コヒレント社のFAP System DUO（積層半導体レーザに円偏光モジュールを付けたレーザ光源）が利用できる。高偏極１２９Ｘｅは、偏極率を高めるために、不活性な窒素ガスが、例えば、２０％がキセノンガスに混合され、ポンピング用セル１８に送った後、ヒータ１０による加熱並びに光源２８からのセル１８への光照射が開始さされる。このときのガス圧力は、高圧で行なうのが好ましいが、１．３から１．６気圧でも高偏極化が可能である。この状態で、略３０分程度円偏光の照射を続けるとおよそ、５〜１０％の高偏極１２９Ｘｅガスを取得することができる。これは、熱平衡状態の１万倍近い偏極率である。高偏極１２９Ｘｅガスは、ガスライン１０のシリンジ３０を介してガスバッグ或いは氷結セル（図示せず）に供給される。
【００３６】
この高偏極１２９Ｘｅガスの偏極率は、速い断熱通過法（ＣＷ法）に基づく検出システム（図示せず）により測定可能である。偏極のための主要な磁場をつくるメインコイル、送信コイル、受信コイルを各々、垂直に配置し、送信コイルでキセノンの１００ガウスでの共鳴周波数に相当する周波数の振動磁場を与えながら、静磁場をゆっくりとスイープさせる。共鳴によりスピンの方向が反転するのであるが、そのときの核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を、ピックアップコイルで検出し熱平衡状態のサンプルからの信号を基準にして偏極率を算出することができる。実験動物に適用したところ、信号が観測されるのは、偏極率が少なくとも１％以上である必要がある。
【００３７】
高偏極１２９Ｘｅは、取り出しガスライン１０に接続したシリンジ３０から取り出される。計測の際には、偏極後、ガス取り出しガス追加を繰り返し、約７分間隔で偏極率５％〜１０％、ガス体積２５ｃｃの生成が可能なシステムである。代表例として、実験動物に適用するための、２５ｃｃ生成装置について説明を行なったが、本実験で用いる高偏極１２９Ｘｅは、こうした装置に依存するものではなく、ヒトへの適用を考えるとむしろよりガス量の生成可能な連続フロー型或いは偏極率を向上させることが可能な希釈ガス（例えば、ヘリウムガスを、９８％混入させる）を液体窒素で凍結濃縮する手法を用いることが好ましい。連続フロー型の装置では、ガスは、ガスバック（図示せず）に供給されて蓄積され、凍結濃縮する手法では、ガスが氷結セル（図示せず）に供給されて氷結状態で蓄積される。
【００３８】
＜スペクトラムの帰属＞
この高偏極１２９Ｘｅを肺から吸入させた動物においてスペクトラムの帰属を明らかにするため脳実質以外への頭部への血流を遮断する実験を行ない、脳組織から得られるスペクトラムの位置を明らかにするため以下の実験をおこなった。
【００３９】
哺乳動物において、脳に栄養を供給している血管は、椎骨動脈（Vertebral Arteries;ＶＡ）及び内頸動脈（Common Carotid Arteries;ＣＣＡ）から構成されており、頭表面の筋肉及び皮膚組織に対する血管支配は、内頸動脈から分岐した外頸動脈（Extra Carotid Arteries;ＥＣＡ）及び翼口蓋動脈（Pterygopalatine Arteries;ＰＰＡ）が大部分を占めることが知られている。
【００４０】
ＥＣＡ／ＰＰＡ遮断することにより、残った核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号のスペクトラムが脳組織由来の信号であると考えられる。図２は、この実験例の概略を示している。この実験では、６匹のオスのＳＤラット３２(320g - 460g, n=6; ECA/PPA遮断 3匹、通常例 3匹)が用意され、核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号のスペクトラムが確認された。ここで、３匹のＳＤラット３２については、脳実質以外への頭部への血流を遮断し、他の３匹のＳＤラット３２については、特に処置しないままとした。また、この実験では、ラット３２は、ハロセン（導入時、４％，手術時１．５％）を笑気ガスと酸素の混合ガス（７０％Ｎ２Ｏ，３０％Ｏ２）に混入させた麻酔ガス３４で麻酔下に置かれ、この麻酔下において、ラット３２の気管にラット気管チューブ３６（Atom 8Fr；内径３ｍｍ）を挿入し、ラット気管チューブ３６には、キセノン投与用の細管３８を同軸状に挿入している。このようにラット気管チューブ３６に細管３８を挿入することによって、シリンジポンプ４０から供給するキセノンガスを効率良く肺に適用することができる。同時に、３匹の血流遮断動物では、左右のＣＣＡを表出し、ＥＣＡとＰＰＡを紐で縛り、血流遮断を行った。
【００４１】
ＭＲＩ計測は、４．７ＴのＶａｒｉａｎ製ＭＲＩ計測装置でおこない、自家製３ｃｍのプロトン−キセノン両方に同調可能な表面コイル４２を利用している。光ファイバ型の直腸温度計（ＦＩＳＯ，ＦＴＩ−１０）を直腸内に、近赤外線を利用したパルスオキシメータ（ＮＯＮＩＮ  ８６００Ｖ）を後足に装着し、測定中の体温、心拍数、血液酸素飽和度を測定し、通常の生理条件にあることを確認している。測定中は、ハロセン麻酔（０．５−１％）、又は、αクロラロース（20-40mg/kg/hを持続的に尾静脈から投与）により麻酔深度を保った。高偏極キセノンガスは、前述のアルカリ金属を利用する光ポンピング法を利用した偏極装置によって作成した高偏極ガス（９１％濃縮エンリッチ１２９Ｘｅ  ８０％，  Ｎ２２０％）であり、ＦＡＰ法により求めた偏極率は、およそ２−８％である。
【００４２】
キセノン投与用のライン３８は、先端部（ＰＥ１０；２６ｃｍ）、ＰＥ５０（７０ｃｍ），４Ｆｒの気管チューブ３６（３０ｃｍ）からなり、３方活栓を介してディスポーザブルシリンジ４０に接続される。このライン３８を挿管した気管チューブ３６の内側に挿入しその先端を肺の極近傍に配置した。実験毎に、２５ｃｃの高偏極Ｘｅガスを自家製偏極装置のポンピングセル１８から、２０ｍｌのディスポーザブルシリンジ４０に移し換えた後、マグネット４２の外部で、ラインに接続し、シリンジ４０を手動で押し出すことにより肺に吸入させた。
【００４３】
測定は、プロトン周波数において、ラットの位置確認とシミングをおこなった後、キセノン信号を計測している。ハードパルスの送受信周波数は、ガスピークから１５０ｐｐｍ程度離れた周波数に設定した。測定周波数幅は３０ｋＨｚ、１２ｋpointであり、測定時間は、０．４秒である。ラットは、自発呼吸を行なっており、肺から排気されたガスと動物に吸引されない状態で漏れ出したガスが混合した状態で、実験動物の頭部周辺に漂っている状態である。表面コイル４２には、この周辺に漂っているガスが観測される。このガスピークの半値幅の中央値を０ｐｐｍと定義し、測定周波数と帯域幅からケミカルシフトの値を定義した。スペクトラムは、フーリエ変換の前に、指数関数による畳み込み積分（バンド幅２０Ｈｚ増相当）を行なった後、位相補正をおこなって表示した。
【００４４】
ＥＣＡ／ＰＰＡを遮断していない実験動物（雄ＳＤ−Ｒａｔ，８Ｗ，３２０ｇ）から得られた典型的なスペクトラムを図３に示す。概略５％の高偏極Ｘｅガスを４０秒間吸入させ、吸入開始のおよそ３秒前から、１．２５ｓｅｃ毎に６０回（約７０秒）の間ハードパルス（パルス幅２４ｕｓ、パルス強度約１０Ｗ）を印加したデータである。図３は、６０回のスペクトラムをすべて加算して表示したもので、１９５．２ｐｐｍに大きいピーク（メインピーク）が観測され、１８９．５ｐｐｍに２番目に大きいピーク（サブピーク）があり、１９８．３ｐｐｍ，１９２．１ｐｐｍにも小さいながらピークが観測されている。又、２１０ｐｐｍ近辺に非常に幅の広いピークが観測されている。メインピークの半値幅（１９６．１ｐｐｍ−１９４．８ｐｐｍ）で面積を計算し、ピーク面積の時間変遷をプロットしたのが図４である。それぞれのピークにおいて、３０秒から４０秒の値の平均値を１として正規化して表示している。
【００４５】
信号雑音比を大きくとるため、３０秒−４０秒にわたって、キセノンを吸入させた後、数秒後に一度だけパルスを加えてそのスペクトラムを観測した。図５（Ａ）に通常ラットから得られたスペクトラムを示す。それぞれのラットにおいておこなった数回のデータを加算して示したものである。メインピークの最大値を１として正規化をおこない表示している。
【００４６】
Ｒａｔ＃１２及びＲａｔ＃１６においても、Ｒａｔ＃２１と同様に１９５ｐｐｍ近辺にメインピークが観測され、１９０ｐｐｍ付近にサブピークが観測された。メインピークの位置は１９４．８±０．２ｐｐｍであり、サブピークの位置は１８９．２±０．２ｐｐｍであった。
【００４７】
メインピークの両サイドに位置する、１９９ｐｐｍ，１９２ｐｐｍ近辺のピークについては明らかではないが、スペクトル幅が下部において広がっており、Ｒａｔ＃２１と同様のピークが存在していることが示唆される。
【００４８】
図５（Ｂ）にＰＰＡ／ＥＣＡを遮断したラットから得られたスペクトラムを示す。この３例において、どのラットでも１９０ｐｐｍ付近のサブピークがほとんど観測されていない。また、メインピークの両サイドに位置する、１９９ｐｐｍ，１９２ｐｐｍ近辺のピークについてもバンドの広がりが観測されずほとんどピークが無いことが読みとれる。メインピークの位置は、１９５．０±０．３ｐｐｍであり、通常ラットと組み合わせて考えると、１９４．９±０．３ｐｐｍである。
【００４９】
Ｒａｔ＃１５及びＲａｔ＃１６に対して、実験後エバンスブルーを静脈注射して、頭皮付近の染色を確認しており、血管遮断した動物（Ｒａｔ＃１５）では、染色されていないのに対して、通常の動物（Ｒａｔ＃１６）では、青色に染まっていた。このことから、ＰＰＡ／ＥＣＡの遮断により、頭皮付近の側頭筋への血液供給が無くなっていることが理解される。
【００５０】
以上の実験結果を考慮すると、図３の２００ｐｐｍ近辺に表われる５本のピークのうち脳組織から得られるスペクトラムは、１９４．９±０．３ｐｐｍに存在するピークのみであり、その他は、筋肉や皮膚など脳組織以外のピークであると理解される。このことから類推すれば、ヒトにおいても、脳組織から得られるケミカルシフトは、２００ｐｐｍ近辺に複数現われるケミカルシフトピークのうち最大値を持つもののみであり、その他のピークから脳組織の情報を得ることはできないと考えられる。従って、高偏極核種を投与して、組織内に溶解した際におけるケミカルシフトの信号強度の立ち上がり区間又は、洗い出し区間の時間的変遷から、立ち上がり時間及び減衰時間を推定することにより、組織内縦緩和時間を仮定して、組織内血流量を測定する方法を適用するのはこの２００ｐｐｍ近辺に複数表われるケミカルシフトピークのうち最大値を持つものに限るべきである。１２９Ｘｅを肺吸入により投与した、Ｒａｔの場合、特に望ましくは１９４．８１±０．３ｐｐｍに存在するピークを利用する。但し、今回実験で採用した基準周波数は、肺から排気されたガスと動物に吸引されないまま漏れだしたガスとが混合した状態で、実験動物の頭部に漂っている状態のガスを利用している。室温における１２９Ｘｅの核磁気共鳴周波数は、実験における基準周波数からから、おおよそ１ｐｐｍほど変化する可能性があることがわかっており、脳組織から測定されるケミカルシフトの位置は、標準偏差より大きく、１９５±１ｐｐｍの位置に存在すると解釈すべきであろう。
【００５１】
以下、このケミカルシフトのピークから組織内縦緩和時間及び組織内血流量を測定する方法を具体的に説明する。
【００５２】
＜ｃｏｓθ減衰の分離＞
プロトンの核磁気共鳴現象とは、異なり、高偏極キセノンでは、核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を取得する際の高周波パルスの照射によるｃｏｓθ減衰と呼ばれる特有の減衰が存在する。ｃｏｓθ減衰は、照射するパルス強度に依存するフリップアングルに依存している。パルス強度とフリップアングルの関係は、対象物の形状や組成によって定まる電磁気的インピーダンスに依存しており、対象物が同じである場合は、ほぼ一定の関係があるがより厳密には、測定のたびに異なる。
【００５３】
図４に示すように、偏極キセノンからの核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号は、ガス供給終了後、次第に減少してゆく。基本的には、組織内縦緩和時間Ｔ１と血流量Ｆに依存した減衰であるが、ここでは、この減衰特性を単に減衰時間τで代表させる。高偏極キセノンでは、核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を取得する際の高周波パルスの照射によるｃｏｓθ減衰と呼ばれる特有の減衰が加わる。
【００５４】
ある時間間隔、即ち、ＴＲ時間毎に複数回のパルスを加え、ガス供給終了後の磁化量をＭｐとすると、１回目、２回目、３回目．．．ｎ回目に観測される信号強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３  ．．．Ｉｎは、初期磁化量Ｍｐとフリップアングルθのｓｉｎ成分に比例し、次式であらわされる。
【数４】
2005312821.tif 000006
【００５５】
上式（７）においてＩ１，Ｉ２，Ｉ３  ．．．Ｉｎは、測定可能であり、ＴＲは、あらかじめ決定された時間間隔である。従って、Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３  ．．．Ｉｎの測定データから、未知数であるτとθを求める必要がある。
【００５６】
ＴＲ若しくは、θが等しい場合は、上式をどう変形してもτとθを別々に求めることはできない。τとθを別々に求めるためには、ＴＲ若しくは、θを可変させて複数のデータを取得する必要がある。例えば、フリップアングルとパルス強度の関係があらかじめ既知であり、θと２θの２種類のパルスをθ−２θ−θの順番で３回印加したとする。この時の信号強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３  ．．．Ｉｎは、は次式で示される。
【数５】
2005312821.tif 000007
【００５７】
この場合、上式を変形すれば、
【数６】
2005312821.tif 000008
【００５８】
と表され、Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３  ．．．Ｉｎより、θを求めることが可能であり、θが求まれば、自然と、τも求まる。あるいは、３つのパルスの間隔を（２ＴＲ−ＴＲ）としたとする。
【数７】
2005312821.tif 000009
【００５９】
この場合、上式を変形すれば、
【数８】
2005312821.tif 000010
【００６０】
と表され、Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３  ．．．Ｉｎより、τを求めることが可能であり、τが求まれば、自然とθも求まる。いずれも、３回のパルスで、τ及びθを推測する方法を述べたが、異なるフリップアングルあるいは異なる繰り返し時間を組み合わせた手法であれば、τ及びθを推測することが可能であり、より精度の高い測定が可能となる。
【００６１】
パルスの間隔を換える方法の変形として以下に述べる方法も適用できる。信号強度が減衰する区間に２回のパルスをかける方法で、そのパルス適用の概略図を図６に示す。第一のＲＦパルスからの信号の強度Ｓ１は、
【数９】
2005312821.tif 000011
【００６２】
で表される。αは、検出系の検出感度を、Ｍｐは第一パルスを与えた時の磁化量を、θは、ＲＦパルスによるフリップアングルを示している。ここでの磁化は、前述のとおり
【数１０】
2005312821.tif 000012
【００６３】
γは、磁気回転比、ｎは、微小空間中の核子数密度、ｐは偏極率である。その後の磁化は、第一パルスのｃｏｓθ減衰の影響を受けて異なる減少カーブを描く。間隙時間ＴＲを待って第二のパルスを与え、そのときの信号強度は、
【数１１】
2005312821.tif 000013
【００６４】
であらわすことができる。これらの式により、
【数１２】
2005312821.tif 000014
【００６５】
が得られる。
【００６６】
与えるＲＦパルスを一定にしフリップアングル（flip angle）を一定にした状態で、異なるＴＲ時間の計測値を求めれば、フリップアングルを評価することなく、τの値を求めることができることがわかる。この計測は、フリップアングルを求める必要がないため、フリップアングルの評価誤差が測定値に影響を与えることはない。サーフェイスコイルのように、検出感度が高いが、ＲＦ磁場の均一性がよくない信号に対しても使用できる利点がある。実際にキセノンの減衰時間とフリップアングルの関係を測定したデータを図７に示す。
【００６７】
このデータは、１２９Ｘｅを４０秒間かけて実験動物の肺に吸入させたあと、測定をおこなったもので、ＴＲとして、４，８，１２，１６秒の４点の計測を行ったものである。この図６中の近似直線４０から、τが１５．５±１．１８ｓｅｃフリップアングルθが１７．９７±７．７度と求まる。
【００６８】
以上の手法は、フリップアングルが求まっていない場合に、減衰特性から減衰時間とフリップアングルを求める手法であるが、一般には、同じような実験条件下において、適用するパワーが同じであれば、略等しいフリップアングルが得られると予想され、あらかじめ、フリップアングルを測定しておけば、フリップアングルを仮定することができる。この場合、式３において、θを仮定することができるので、２回のパルスからτを計算することができる。一般には測定時間を減らす目的で、こうした手法を使うことが可能である。
【００６９】
＜組織内血流量と減衰時間の関係１（Kety and Schmidt法）＞
こうして求められた減衰時間τから組織内血流量と組織内縦緩和時間を求める手法について説明する。
【００７０】
この減衰時間を利用した計算手法は、ＰＥＴに類似の手法である。また、従来ＭＲＩ法で使用されている、磁性体を含有する造影剤と異なり、キセノンガスは、脳血管関門を通過することから、血管内血流量ではなく、組織内血流量の評価が可能であり、臨床的意味は大きい。
【００７１】
一般に、Kety and Schmidt 法として説明される血流計測方法についてまず述べる。希ガスは、肺を通して動脈血によって脳に運ばれ毛細血管を通って脳組織に拡散していく。組織を灌流し終わった血液は、希ガスとともに、静脈に戻ってくることになる。この時、脳組織に移行した希ガスの量Ｑｂｒの時間変化率は入力量（動脈からの供給）と排出量（静脈への洗い出し）のバランスで現わされるというフィック（Fick）の原理がなりたつ。
【数１３】
2005312821.tif 000015
【００７２】
ここで、Ｃａ（ｔ），Ｃｖ（ｔ）は、それぞれ動脈血及び静脈血内の希ガスの濃度であり、Ｆは、単位時間に流れる血流量である。ここで、希ガスの濃度と分圧の関係に、ヘンリー（Ｈｅｎｒｙ）の法則が成立すると、脳組織内の分圧をＰｂｒ、血液内の分圧をＰｂｌとし脳組織内の濃度をＣｂｒ、血液内の濃度をＣｂｌとあらわすと次式が成りたつ。
【数１４】
2005312821.tif 000016
【００７３】
ここで、Ｋは定数であり、αはＢｕｎｓｅｎの吸入率若しくはＯｓｔｗａｌｄの溶解度係数である。定常状態では、動脈血、静脈血、脳組織の希ガスの分圧が等しくなると考えられこの式を変形して
【数１５】
2005312821.tif 000017
【００７４】
の関係が成り立つ。但し、λは、上式において、（αｂｒ／αｂｌ）で現わされる係数であり、一般に分配係数として知られている係数である。式（２２）を時間積分した値は、脳組織に移行した希ガス量を示し、これは式（２６）で現わされる定常状態での脳組織内濃度と脳組織体積Ｗの積で現わされる値と等しく次式が成立している。
【数１６】
2005312821.tif 000018
【００７５】
が算出されれば、脳組織血流量が測定できることになる。図８は、動脈及び静脈の希ガスの濃度曲線の代表例であり、血液からのサンプルを測定した例を示している。
【００７６】
この図８において
【数１７】
2005312821.tif 000019
【００７７】
【数１８】
2005312821.tif 000020
【００７８】
高偏極キセノンの例で考えれば、偏極キセノンのスペクトラムの周波数は、脳組織と血液で異なっているので、２１０ｐｐｍ付近における動脈血のスペクトラムの時間変化をＣａ（ｔ）とし、１９５ｐｐｍ付近の脳組織からのスペクトラムの時間変化がＣｖ（ｔ）に相当することを用いると上式（２８）に基づいて血流計測が可能となる。この時、それぞれのスペクトラム強度が異なるため、係数を掛ける必要があるが、この係数は、披験者間によって異なる値ではないため、予めＰＥＴ等での校正により係数を求めることが可能である。
【００７９】
＜組織内血流量と減衰時間の関係２（コンパートメントモデル法）＞
次に、コンパートメントモデル法として一般に説明されている血流計測方法について述べる。この方法は、造影剤濃度の変化量がその時の濃度に比例するという微分方程式を解く事により、指数関数的な減衰曲線を仮定するものである。微分方程式は次式で表される。
【数１９】
2005312821.tif 000021
【００８０】
となる。この式でのｋの値を考えるため数回の血管からの洗い出しにおいて、造影剤が組織内と血管内に均一に拡散した状態で連続的に血管内の造影剤が洗い出された後、瞬時に拡散して濃度が均一になることを仮定し、濃度の変化を考えてみる。図９（ａ）に示すように、血管の体積をＶ、脳組織体積をＷとし、血管内の造影剤が洗い出された後、図９（ｂ）〜（ｅ）に示すような脳組織中の造影剤が瞬時に血管中に広がるという操作をｎ回繰り返したとするとｎ回後における脳組織中の造影剤の量Ｑｂｒは、次式となる。
【数２０】
2005312821.tif 000022
【００８１】
１回のターンオーバーに係る時間をｔ０としてｔ時間後の造影剤量Ｑｂｒは
【数２１】
2005312821.tif 000023
【００８２】
ここで、Ｆは、血液量であり、血流量ｆをＦ／Ｗと考えると、
【数２２】
2005312821.tif 000024
【００８３】
従って、コンパートメントモデルでは、洗い出し区間の信号減衰特性を指数関数でフィッティングその傾きｋから次式で血流量が計算される。
【数２３】
2005312821.tif 000025
【００８４】
＜コンパートメントモデル法の１２９Ｘｅへの適用＞
放射性の造影剤においては、放射線の崩壊による減衰時間は洗い出し時間より充分に長く信号の減衰特性は、血流による洗い出し時間だけを考えれば充分であるが、高偏極１２９Ｘｅの生体内縦緩和時間（Ｔ１，ｔｉｓｓｕｅ）が短いため、この効果を考えて、次式を考えなければならない。
【数２４】
2005312821.tif 000026
【００８５】
ｋは、（２９）で記述されている比例定数であり、（１７）式，（２０）式及び（２１）式で述べた減衰時間τとτ＝１／ｋの関係がある。ｆは、血流量（ml blood / 100 g tissue / s）であり、Ｔ１，ｔｉｓｓｕｅは組織中のキセノンの縦緩和時間、λは血液と組織間のキセノンの分配定数であり、２つの間の溶解度の比から計算される値である。
【００８６】
以上のことから、減衰時間は、脳組織内血流量と生体内縦緩和時間及び血液と組織間のキセノンの分配定数から定まるということが判る。血液と組織間のキセノンの分配定数λは、時間変化しない値で、個体によらずほぼ一定の値だと考えられるが、脳組織内血流量は、その場所や病状により異なるもので、生体内縦緩和時間は、酸素分圧等によって変化することが知られている。
【００８７】
＜モデル動物による脳血流量と生体内縦緩和時間の分離＞
実際の計測にあたっては、減衰時間を求めることにより、脳血流量若しくは生体内縦緩和時間を求めることが好ましい。一般には生体内縦緩和時間は、ほぼ定数であると考えられており、予め複数のサンプルを測定しておけば、生体内縦緩和時間を仮定して減衰時間から脳血流量を算出しておくことが可能である。
【００８８】
又は、Ｘｅの減衰時間測定法とは、別の方法で（例えば、ＰＥＴ等）、血流量を測定することによりその血流量に基づき生体内縦緩和時間を実測できる。生体内縦緩和時間は、組織内の酸素飽和度で変化する可能性が示唆され、生体内縦緩和時間を測定できることは意味のある計測方法である。ここでは、あらかじめ、生体内縦緩和時間を仮定して減衰時間から脳血流量を算出することを目指し、モデル動物により、血流量を薬物等により変化させることで、緩和時間と血流量の関係を調べる実験を行なった結果を示す。
【００８９】
図２に示すように２匹のオスのＳＤラットにより確認を行なった。ハロセン（導入時、４％，手術時１．５％）を笑気ガスと酸素の混合ガス（７０％Ｎ２Ｏ，３０％Ｏ２）に混入させた麻酔下において、気管チューブ３６（Atom 8Fr；内径３ｍｍ）を挿入している。又、脳の血流量を計測するためレーザードップラ血流計（図示せず）を頭部に固定した。ＭＲＩ計測は、４．７ＴのＶａｒｉａｎ製ＭＲＩ計測装置でおこない、自家製３ｃｍのプロトン−キセノン両方に同調可能な表面コイル４２を利用している。光ファイバ型の直腸温度計を直腸内に、近赤外線を利用したパルスオキシメータを後足に装着し、測定中の体温、心拍数、血液酸素飽和度を測定し、通常の生理条件にあることを確認している。測定中は、αクロラロース（20-40mg/kg/h）を持続的に尾静脈から投与により麻酔深度を保った。
【００９０】
高偏極キセノンガスは、図１を参照して説明した前述のアルカリ金属を利用する光ポンピング法を利用した偏極装置によって作成した高偏極ガス（９１％濃縮エンリッチ１２９Ｘｅ：８０％，Ｎ２：２０％）であり、ＦＡＰ法により求めた偏極率は、概略２−８％である。
【００９１】
キセノン投与用のラインは、先端部（ＰＥ１０；２６ｃｍ）、ＰＥ５０（７０ｃｍ），４Ｆｒの気管チューブ（３０ｃｍ）からなり、３方活栓を介してディスポーザブルシリンジに接続される。このラインを挿管した気管チューブの内側に挿入しその先端を肺の極近傍に配置した。実験毎に、２５ｃｃの高偏極Ｘｅガスを自家製偏極装置のポンピングセルから、２０ｍｌのディスポーザブルシリンジに移し換えた後、マグネットの外部で、ラインに接続し、シリンジを手動で押し出すことにより肺に吸入させる。
【００９２】
測定は、プロトン周波数において、ラットの位置確認とシミングをおこなったのち、キセノン信号を計測している。ハードパルスの送受信周波数は、ガスピークから１５０ｐｐｍ程度離れた周波数に設定した。測定周波数幅は３０ｋＨｚ、１２ｋpointであり、測定時間は、０．４秒である。スペクトラムは、フーリエ変換の前に、指数関数による畳み込み積分（バンド幅２０Ｈｚ増相当）を行なった後、位相補正をおこなって表示した。
【００９３】
キセノンの減衰時間を計測するため、高偏極１２９Ｘｅガスを４０秒間かけて、強制的に送り込んだ後、図６に示すように、信号強度が減衰する区間に２回のパルスをかける方法で、測定を行なった。測定の間隙時間ＴＲは、４，８，１２，１６秒とした。この測定後、ラットの尾静脈からＤｉａｍｏｘ（２０ｍｇ／ｋｇ）を投与し、血流量を上昇させた。この薬品の投与により血流は、およそ、３０％上昇する。図１０（ａ）及び（ｂ）はこの手法により求めた、減衰時間の推定直線を示したものである。図１０（ａ）は、血流量を増加させない時の減衰特性であり、減衰時間が１７．４秒であった。図１０（ａ）は、Ｄｉａｍｏｘの投与によって、血流量が３０％増加した時の減衰特性を示し、減衰時間が１５．１秒であった。
【００９４】
（３６）式により１／τを横軸にしてプロットするとグラフの傾きが、ｆ／λに相当しｘ＝０のｙ切片が１／Ｔ１，ｔｉｓｓｕｅに相当する。実際にプロットした図が図１１であり、この図１１より、１／Ｔ１，ｔｉｓｓｕｅが３７秒、ｆ／λが０．０２３９と導出される。脳実質の重さを２ｇ、λを１．０１５とすると、血流量は７３ｍｌ／１００ｇ／ｍｉｎと計算される。
【００９５】
（３６）式において、Ｔ１，ｔｉｓｓｕｅを３７秒と仮定すれば、ｆが導出されることになる。逆に、ｆ／λを０．０２４と仮定すれば、Ｔ１，ｔｉｓｓｕｅが導出される。
【００９６】
＜ヒトにおける高偏極１２９Ｘｅスペクトラム＞
この高偏極１２９Ｘｅを肺から吸入させたボランティアにおいて、脳からのスペクトラムを測定するための以下の実験を行った。
【００９７】
この実験では、２人の被験者から核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号のスペクトラムが確認された。被験者は、ガス吸引用のマスクを装着した。高偏極１２９Ｘｅは、１リットルのプラスチックバッグ（テドラバック）へ５００ｃｃ程入れた状態で供給される。このテドラバックは、３方活栓を空きしてマスクへ接続される。測定開始時に被験者は、自らこの３方活栓を開閉し、高偏極１２９Ｘｅを吸引した後、３０秒間息止めを行い、ガスを肺中に保持する。高偏極キセノンガスは、前述のアルカリ金属を利用する光ポンピング法を利用した偏極装置によって作成した高偏極ガス（９１％濃縮エンリッチ１２９Ｘｅ：８０％，Ｎ２：２０％）であり、ＦＡＰ法により求めた偏極率は、おおよそ０．５〜１％である。
【００９８】
ＭＲＩでの計測は、１．５ＴのＧＥ製ＭＲＩ計測装置でおこない、特別に作成したキセノン単同調の８素子型バードケージコイルを利用している。
【００９９】
測定部は、ＧＥ製ＭＲＩ計測装置に内蔵されているものを利用し、この測定部におけるボディーコイルによりプロトン周波数において、ヒト頭部の位置確認とシミングをおこなった後、キセノン信号を計測している。ハードパルスの送受信周波数は、ガスピークから１００ｐｐｍ程度離れた周波数に設定した。測定周波数幅はおよそ８ｋＨｚ、２ｋｐｏｉｎｔであり、測定時間は、０．２５秒である。吸入時に漏れ出した高偏極１２９Ｘｅガスが観測され、このガスピークの半値幅の中央値を０ｐｐｍと定義し、測定周波数と帯域幅からケミカルシフトの値を定義した。スペクトラムは、フーリエ変換の前に、指数関数による畳み込み積分（バンド幅３０Ｈｚ増相当）を行なった後、位相補正をおこなって表示した。
【０１００】
ヒトから得られた典型的なスペクトラムが図１２に示されている。この図１２は、概略０．５％の高偏極Ｘｅガスを５秒程吸入し、吸入後、息止めをおこなった時点から、４ｓｅｃ毎に２３回（約９２秒）の間ハードパルス（フリップアングル約４５度）を印加して得られたデータである。図１２は、２３回のスペクトラムをすべて加算して表示したもので、１９７．１ｐｐｍに大きいピーク（メインピーク）が観測され、１９４．１ｐｐｍに２番目に大きいピーク（サブピーク）があり、１９１．３ｐｐｍに３番目に大きいピーク（第２サブピーク）が観測されている。被験者２名から３回にわたって測定されたスペクトラムの２００ｐｐｍ近辺を拡大して図１３に示す。いずれのスペクトラムでも３本のスペクトラムが観測されていることがわかる。
【０１０１】
＜ヒトにおける高偏極１２９Ｘｅスペクトラムの帰属＞
３本のスペクトラムの帰属を確かめるため、キセノン吸入時に炭酸ガスを同時に吸入させる実験をおこなった。炭酸ガスを吸入させることで血流量が増加することが知られており、血流量の増加は特に脳組織において顕著に現われ、脳組織以外の部分では上昇率は少ない。もし、それぞれのピークが灰白質と白質といった脳組織から由来している信号成分であればどちらも同じように信号上昇があるため、その信号強度比は、同じになるはずである。脳組織以外の成分であれば、信号強度の比は、変化すると予想される。炭酸ガスは細いチューブをマスクの近傍に配置し、５００ｃｃ／分の流量で供給した。高偏極１２９Ｘｅガスを吸入する１分前から炭酸ガスの吸入を始め、高偏極１２９Ｘｅガス吸入時には、血流量が２０％程度上昇していると予想できる。
【０１０２】
炭酸ガスを供給しない正常時と、ガス吸入時においてメインピーク、サブピークの半値幅で面積を計算し、ピーク面積の時間変遷をプロットしたのが図１４及び図１５である。１９１ｐｐｍ付近の第２サブピークは、信号強度が小さく、ノイズ成分と区別が困難であるため、ここでは示していない。それぞれの測定点において（メインピークの面積）／（サブピークの面積）を計算しその時間変遷をプロットしたものが図１６である。炭酸ガス吸入時において、信号強度比が上昇していることが見てとれる。この実験結果は、サブピークが脳組織以外の成分に由来することを示唆する結果である。
【０１０３】
以上の実験結果を考慮すると、ヒトにおいては、図１２の２００ｐｐｍ近辺に表われるピークのうち脳組織から得られるスペクトラムは、１９７ｐｐｍに存在するピークであり、その他は、筋肉や皮膚などの脳組織以外のピークである可能性が高い。このことから類推すれば、ヒトにおいても脳組織から得られるケミカルシフトは、２００ｐｐｍ近辺に複数現われるケミカルシフトピークのうち最大値を持つもののみであり、その他のピークから脳組織の情報を得ることはできないと考えられる。従って、高偏極核種を投与して、組織内に溶解した際におけるケミカルシフトの信号強度の立ち上がり区間又は、洗い出し区間の時間的変遷から、立ち上がり時間及び減衰時間を推定することにより、組織内縦緩和時間を仮定して、組織内血流量を測定する方法を適用するのはこの２００ｐｐｍ近辺に複数表われるケミカルシフトピークのうち最大値を持つものに限るべきである。１２９Ｘｅを肺吸入により投与した、ヒトの場合、特に望ましくは１９７±１ｐｐｍに存在するピークを利用する。
【０１０４】
以上、高偏極核種としての高偏極１２９Ｘｅの減衰特性から組織内血流量及び組織内縦緩和時間を測定する手法について述べている。実施例においては、全脳から得られたスペクトラムに基づくものを例示したが、一般に知られている、ＣＳＩ法、Ｐｒｅｓｓ法、Ｓｔｅａｍ法等、勾配磁場の印加によりスペクトルを取得する位置を限局する手法を使い、限局された位置のスペクトルの時間変化を取得すれば、限局された位置の組織内血流量及び組織内縦緩和時間の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】この発明の高偏極キセノンを用いて脳組織内の血流量を計測する方法に適用される高偏極キセノンを生成する装置をに示す概略図である。
【図２】この発明の高偏極キセノンを用いて脳組織内の血流量を計測する方法の実験例を示す概略図である。
【図３】図２に示す実験例におけるＥＣＡ／ＰＰＡを遮断していない実験動物から得られた典型的なスペクトラムを示すグラフである。
【図４】図３に示したスペクトラム規格化して示す時間変位のグラフである。
【図５】図２に示す実験例における通常ラットから得られたスペクトラムを示すグラフ及びＰＰＡ／ＥＣＡを遮断したラットから得られたスペクトラムを示すグラフである。
【図６】この発明の高偏極キセノンを用いて脳組織内の血流量を計測する方法において信号強度が減衰する区間に２回のパルスをかける方法を示すグラフである。
【図７】この発明の高偏極キセノンを用いて脳組織内の血流量を計測する方法においてキセノンの減衰時間とフリップアングルの関係を測定したグラフである。
【図８】この発明の高偏極キセノンを用いて脳組織内の血流量を計測する方法において脳組織血流量が測定できることを示す動脈及び静脈の希ガスの濃度曲線を示すグラフである。
【図９】（ａ）〜（ｅ）は、この発明の高偏極キセノンを用いて脳組織内の血流量を計測する方法における脳組織中の造影剤が血管中に広がるモデルを説明する為の模式図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、実験動物から求めた、血流量を増加させない場合及び血流量を増加させた場合における減衰時間の推定直線を示したものである。
【図１１】実験動物から求められた血流量と比例定数との関係を示すデータである。
【図１２】実験例において、ヒトから得られた典型的なスペクトラムを示すグラフである。
【図１３】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、夫々の実験例において、ヒトから得られた典型的なスペクトラムを示すグラフである。
【図１４】（ａ）及び（ｂ）は、ヒトの実験例において、正常時及び炭酸ガス吸引時における経過時間とヒトの脳からのＮＭＲ信号との関係を示すグラフである。
【図１５】（ａ）及び（ｂ）は、ヒトの実験例において、正常時及び炭酸ガス吸引時における経過時間とヒトの脳からのＮＭＲ信号との関係を示すグラフである。
【図１６】（ａ）及び（ｂ）は、正常時及び炭酸ガス吸引時におけるヒトの上記実験例での経過時間とピーク比との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０６】
１０．．．ガスライン、１２．．．電磁石系、１４．．．レーザ系、１８．．．偏極セル、２８．．．レーザ光源、３２．．．実験用ラット、３４．．．麻酔ガス、３６．．．気管チューブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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