1995年3月

251ヨ17■教育講演

脳の機能局在とMR画像
渡部恒也＊

要旨：MR画像から脳の機能局在を知るには，形態的な画像情報と機能的な画像情報が用いられる。前者の情報を得るには脳組織の固有緩和時間の違いに由来する画像コントラストが基本となり，適正な画像コントラストが得られれぽ，白質内部の神経線維路の〜部も解析可能である。機能的な情報を得るには，MR造影剤注入後の経時的な血流信号変化を追跡する灌流画像的な撮像法，光や運動負荷などの皮質刺激から生じる局所の脳血流の変化を還元型ヘモグPtビンによるsusceptibility効果の変化として直接画像信号輝度に反映させる手法，さらには，各神経線維に沿った水の異方性拡散を利用した，拡散画像あるいは拡散強調画像などがある。
神経心理学 11i17〜21，1995
Key

Words：MR画像，脳機能，画像コントラスト，磁化率効果，拡散MR

imaging，

brain

function，

image

contrast，

susceptibility

effect，diffusienのとがあげられます。これらの方法に共通してはじめに言えることは，いずれの方法においても励起領大脳皮質の機能局在に関する画像解析は古く域内のプロトン密度，あるいは励起スピンのもから行なわれてきましたが，1980年代に入ってたらす緩和現象が画像信号輝度に深く関与してからはPETやSPECTのような非侵襲的な核いることです。

医学画像が解析の手法として用いられるように通常のMR画像ではこれらの緩和時間の変化なりました。80年代末からはMR画像が中枢神はそれぞれTl強調画像，プPtトン密度強調画経系の画像診断の中心を占めるようになりまし像，あるいはT2強調画像として画像表示されますが，これら以外の特殊な撮像法においてたが，MR画像を用いた脳の機能局在の画像化の方法にはさまざまなものがあります。ここでも，この緩和現象がなんらかの形で関与していはこれらの方法の概略をお伝えしながら，MRることを認識しておく必要があります。

画像が脳の機能局在に関して果たす役割を述べIIることにいたします。

1

形態的な画像情報からみた脳の機能局在MR画像上に描出された病変の位置や形態か組織緩和時間と画像コントラスト

ら機能局在を評価する場合には，脳内組織が固MR画像から脳の機能局在を知るには，形態的な情報によるものと，MR造影剤やなんらか有に持つ緩和時間の違いを画像コントラストとの負荷刺激を与えることから得られる信号輝度情報を得ることが必要になります。脳の機能との変化を経時的に観察することから得られるもいうものを考える場合に必要なことは，電気的して反映させ，このコントラストから形態的な

1995年3月6日受理
Localization of Brain Function and Magnetic Resonance Imaging＊埼玉医科大学放射線科，Tsuneya Watabe l Department of Radiology，

一 17一

SaitamaMedicalSchool神経心理学

18第11巻第1号

ba

図1

Atypicaloldboy

axial

echoimage（Fig．1a）．

spinwithrnyelination

Afour−monthaholosphere．

Myelinatingfibersdlrectionofmyelination

is

that

nOrmalOf

inholoprosencephaly。

aredominant

Noticeacentraldelineated
towardpatient

Agenesis

ko▲oprosencephaly

corpuscennectionasthew詑hofof

callosumeach

isapparentonhemispheres

inmatter．

brightintensities

in

the

white

frontalregions（Figslaandlb），

Fig

quite

T1−weighted
la，formingKowever，

thedifferent

frommyelinatiOn．

な刺激の発火点としての皮質構造と，その伝導路としての白質線維群とを画像コントラストの面から識別する必要があります。

図1は生後4ヵ月の男児で，脳奇形のひとつである全前脳胞症の症例であります。軸位断T1強調画像において，独立した左右半球が形成されず，正中部で癒合したままの，いわゆる全球型の大脳構築を有していることが分かります（図1a）。重要なことは，前頭On

図2MR

deUneation

bothofthe（right）images，whitematter

axial
aof

paireach

部白質内に対の高輝度信号域が認められることです。これは白質内神経線
維の髄鞘形成を示す部分ですが，正常例ではこoffascicular

protondensityofhypointense

cingulatestructures

in

the

brain

weighted（left）an｛玉T2−・weightedbandsgyrus，

arevisible

corresponding

in

the

subcorticalt◎cingulum・形成所見が示されているということができます。

また，正常脳のMR画像では，のような有髄化に伴なう白質神経線維の高輝度

T1強調画像

信号像は，運動野へ向かうことがGirardら

やT2強調画像のいずれにおいても，皮質側の（1991）によって指摘されております。Yakovlev

緩和時間は白質側よりも長いといっただけの画（1959）は全前脳胞症における運動野はみかけ像コントラストを見ることが多いのですが，注の前頭葉側に相当することを指摘していますが，この症例のMR画像ではこのような発生学意して画像を観察いたしますと，白質内部で的な機能局在の異常にともなう非定型的な髄鞘が観察できます。この固有の信号輝度は神経線も，特定の神経路は固有の信号輝度を持つこと

一 18一

19

1995年3月25日

維の構築の違いを反映するものですが，例えぽ，図2のように，帯状回内に存在するcin・時的な信号変化を追跡することにより，一連のgulumなどはプロトソ密度強調画像やT2強灌流画像を得ることができます。

れた造影剤が脳組織内を灌流する際に生じる経調画像にて左右対称の低信号を示す帯状構造とec

3はGdイオンからなるMR造影剤を用いして認めることができます。このような白質内た，内頸動脈閉塞例における灌流画像ですが，部の解剖学的な構造を正確に把握することも，造影剤投与後，健側半球では造影剤がある程度皮質機能を評価する場合にも必要なことではなの径を有する脳動脈系内を通過する際に，それに伴なって生じたsusceptibility効果から信号いかと思われます。

III輝度が一過性に低下するのに比べ，患側半球でMR画像と脳血流評価は血管閉塞に伴なうk流変化のために，このよMR画像では，対象領域をRFパルスで励起うな所見を欠くことが分かります。

した後，その励起スピン系の磁化成分に起因す

ただし，このような撮像を行うには高速グラるMR信号を画像データに変換します。励起にディエントエコー撮像法のような高速撮像法をよって生じた磁化成分が局所によって大きく異用いる必要があり，これらの画像の性格上，本なるような場合には，これらの領域間でその信来の画質やS／N比があまり高くないことが，号成分が互いに相殺しあい，結果として得られ灌流情報を定量的に評価する場合の問題ともなる画像信号輝度が減少してしまいます。

ります。

このような磁化率の違いにともなう信号輝度

V

BOLDコントラストの減少はSteiner（1986）が述べているように，一般にsusceptibility効果と称されますが，MR画像から局所の脳血流変化を得る手段

刺激から生じる局所の脳血流の変化を脳静脈内としては，Viiiringerら（1988）が最初に述べの還元型ヘモグロビン量の増減に反映させ，そ一方最近では，光刺激や運動負荷などの皮質たような，血管壁を介して血管内腔と血管外腔の変化にともなうsusceptibility効果の程度をとの間に生じた局所の磁化率の違い，あるい直接画像信号輝度に反映させる手法が一般的とは，近年Ogawaら（1990）の研究から注目をなってきました。

集めるようになった，静脈血側に分布する還元ヘモグPビンの有するT2短縮効果などに起因するsusceptibiiity効果が利用されます。

IV

このような画像信号輝度の変化は一般にBOLD（bloodoxygenleve▲dependent）

コントラストとして知られていますが（Ogawaetal，1990），現在その画像信号輝度の変化となるMR造影剤を用いたsuscept輌bi蹴y効果

責任部位が脳実質内の静脈系なのか，あるいは前者の方法としてはMR造影剤注入後の経時皮質をとりまく脳表の静脈系なのかで議論が分的な血流信号変化を追跡する灌流画像的な撮像かれており，用いる撮像法，使用する静磁場強法があげられます。現在用いられているMR造影剤の代表的なものはGdに代表される希土類金属イオンですが，通常のMR画像ではこれらの造影剤の有するT1緩和時間の短縮効果が利度などにも依存する面があり，明確な結論は出用されております。のような高磁場での撮像装置は研究のものに限

しかし，これらの造影剤が高濃度で血中に存在する場合には，造影剤が潜在的に有するられており，BOLD効果を利用した撮像法が実際の臨床へ応用されるには，まだ時間を要すsusceptibility効果に伴なうるものと思われます。

T2短縮効果が強ておりません。またBOLD効果は，3テスラあるいは4テスラというように，静磁場強度が高くなるほど，その効果が強くなりますが，こく働きます。この効果を利用しますとRosen
ら（1990）が指摘したように，血中内に投与さ一 19一

神経心理学20

図3

Perfusion

Serialgradient

echo

after

rapid

injection

image（a）aboutsusceptibility

noremarkable14

effectimagesusing

images（fromaofGdchelate．

seconds
of

Gd

after

susceptibi豆誌ytof）ofEvery

patient

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wasinlection

chelate，effectaofof］班R
leftoffour

arteryseconds．

Early

MCA

branches

dueto

there

is

anintervalsignaldropoftheright

normalperfusion

inthevessels．

due

underlying

carotidof

phase．

signaldrop

on

the

contralateralside

signalrecovery

in

the

right

MCA

branches

on

the

in

medialfrontalregion

in

each

image

is

toartifacts．

due

agent・

carotidwithgradualthecontrast

internal

taken

shows

indicativewith

toimages

第11巻第1号

laterocclusion

However，occlusion・NoticeThebrightpart

液の動画像など，ひろい応用がこれまでにも行VI白質内神経線維と拡散画像われてきました。拡散現象における水分子の動

白質内の神経線維は皮質問での機能的な結びきも画像化の対象となるわけですが，MR血管つきを伝える経路として重要な働きを持ちます。通常のMR画像でもある程度白質内神経線撮影などに比べて問題となる点は，このような微視的な動きを画像として捉らえるには，通常維の走行を捉らえることは可能ですが，これらの撮像に用いられる磁場勾配よりも磁場強度的の神経線維が機能的にどのような役割を果たしにかなり高いものを印加する必要があることでているかを知るには，神経線維の走行経路の描す。また，スピソエコー法のような従来の撮像出に焦点をあわせた撮像法が必要となります。

法による拡散画像あるいは拡散強調画像では少このような経路の描出法のひとつには，各神しの体動によっても画質が損なわれるために，経線維に沿った水の異方性拡散を利用した，い良好な画質を得ることが困難なことも問題点のわゆる拡散画像あるいは拡散強調画像が用いらひとつでありました。

最近ではいくつかの高速撮像法が開発されてれ，Kucharczykら（1991）はこの手法を早期の虚血生変化を把握する手段に用いています。

きており，これらの撮像法を拡散現象の函像化

MR画像はもともと液流の画像化に適した画像であり，これはMR血管撮影あるいは脳脊髄に応用することにより，将来は白質内神経線維の走行についてもかなり高い情報が得られるも一 20一

1995年3月

25Eヨ21のと考えております。

acutecerebral

19；311−315，
まとめ3）Ogawa

以上，簡単ではありますが，脳の機能局在について，MR画像から得られる画像情報にはどのようなものがあるかということを中心に述べさせていただきましたが，MR画像の撮像技術

S，

Lee

resonance

image

rodentmagnetic

fields．

MagnResonMedl4；68−

Belliveau

JW，

Vevea

JM

etBR，

5）Steiner

RE

Magnof

brain

307，

1991

6）Villringer

myelination．

JP：MRI

Neuroradiol

J，

Mintorovitch

Localization

ofdeals

withresonance（MR）imaging
tionofofthebrain．

anatomicalbrain．

The

image

contrast

andandmattertheandmatter，

ainMR

Rosen

BR，

Belliveau

withlanthanidenormal

Magnetic

Radiology，

Saitamaofmagnetic

methods：blood

localiza−

netic

Medicalsusceptibility

both

BOLD（bloodtask−relateddiffttsion−weighted

protondensitywater
highforthese

withinthewhiteMR

imaging

fiber

tractsasa

distinct

structure．

For

analysisthebrain，

there

severalare（Japanesecanbe

functional

Journalimaging
onal

As

will

imaging

Neuropsyehology

一 21一

11

media，function

anddiffusion

orientation

along

the

res◎lution

methods，翫ose

anincluding
important

brain

in

imagingofcontrast

analysis

methods
themag・fortemp◎ral

play

using

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imagingof

Imagingimaging

corticalanisotropic
fibers．

Expdependent）imaging

or

gray

Neuropatholofforconcern，

J

level

the

theofeffectoxygenbetweenstudies

1959

perfusiontheEvento

Reson

Schoolofof

due

Magn

etch−

m．Arrhinencephalies

Resonance

on

area

of

18；22−55，

based

thetypemalformations．

ofprovidecontrast

PI：Pathoarchitectonic

istimesmatter．

：

effects．

JW

6；164−174，1988

Watabeinformationthecertainbrain

susceptibility

Tsuneyarecognize（lofin（holotelencephaiies）．

to

white

3；473−490，1986

Neurolpertinent
inMedofcandifferentiation

clinicalimaging．

HSfunctional

information

futureresonance

imagingrole

imagingfunctional

formerrelaxation

enabling

theandmagnetic

imaging7）Yakovlev

andcontrast

A，

Med

Function

NMR

al：：Present

Asgari

Brain

high

14；249−265，1990

MR

Department

paperwith

J，

al：1）iffusion／perfusion

The

study

18；291−at

al：Dynamic
magnetic

Lac

brain

Medofcerebral

2）Kucharczyk
etdu

magnetic

Reson

Reson

elatesC，ofimaging

Magn

像情報についても，さらに精度のよい情報が得

Raybaud

TM，78，1990

4）RosenpositionN，al：inに応じて，脳の機能局在に関するさまざまな画

1）Girard

etAS

Perfusion

献Med

Nayakagents．

文Resoncontrast

解能，コントラスト分解能および時間分解能にられるものと考えております。

Magn

Oxygenation−sensitiveは現在でも刻々進歩しつつあり，将来は空間分すぐれた画像を期待することができます。それ

ischemia．

1991

17−−21，董995）

role

theisofnerve

mandatoryhigh−speed

echoplanarforfuncti・future．