信州医誌，59⑶：155〜161，2011

拡散テンソル画像を用いた錐体路神経線維束の描出と機能温存手術への応用
千葉晃裕

村田貴弘

酒井圭一

本郷一博

1) 信州大学医学部医学科学生
2) 信州大学医学部脳神経外科学講座

Identiﬁcation of Pyramidal Tract Using Diﬀusion Tensor Imaging andApplication for Neurosurgery with Functional Preservation
Akihiro CHIBA , Takahiro MURATA , Keiichi SAKAI and Kazuhiro HONGO
1) Undergraduate, School of Medicine, Shinshu University School of Medicine
2) Department of Neurosurgery, Shinshu University School of Medicine

Object :Fiber tractography (FT)based on diﬀusion tensor imaging (DTI)has recently come to be applied tovisualize the course of the pyramidal tract (PT)for surgery in patients with lesions adjacent to the PT.This
study aimed to evaluate PT‑FT depicted by using novel software.
Methods:Among 13 patients who underwent DTI for FT in Shinshu University Hospital between April 2007
and March 2010, 7 patients with supratentorial intraparenchymal lesions were retrospectively studied. DTI
data were integrated into exclusive software(StealthViz,version 1.2,M edtronic).PT‑FT was depicted in boththe aﬀected and the unaﬀected side using a three‑region‑of‑interest method.
Results:PT in both sides was visualized in all cases.In the unaﬀected side,although PT originating from theupper and lower extremities in the primary motor cortex was depicted in all cases,PT projected from the faceand larynx was not clearly visualized in 2 cases. In the aﬀected side, all instances of PT‑FT clariﬁed therelationship between the PT and the lesion. In 3 cases with lesions adjacent to the PT, the PT was depicted
as having been shifted by the lesion.
Conclusion :PT‑FT reconstructed using novel software may help in the removal of lesions abutting the PTwith functional preservation. Shinshu Med J 59 : 155 ―161, 2011
(Received for publication December 14, 2010;accepted in revised form M arch 8, 2011)
Key words:diﬀusion tensor imaging, ﬁber tractography, pyramidal tract,
three‑region of interest (ROI)method
拡散テンソル画像，神経線維トラクトグラフィー，錐体路，３点関心領域法

背景と目的線維が可視化できるようになった。そして，このDTI画像をもとに描出される神経線維束画像（tractography）

近年，核磁気共鳴画像（Magnetic ResonanceImag-が，臨床の場に導入されてきた。従来 DWI には水分ing :M RI）の撮像方法の一つである拡散強調画 像子の拡散速度情報が付加されており，DTI はこの速（Diﬀusion Weighted Imaging : DWI）を利用した拡度情報から水分子の異方性を評価することが可能であ散テンソル画像（Diﬀusion Tensor Imaging :DTI）の発る。もともと中枢神経組織内にある水分子は動きを制達によって，従来視認不可能な構造であった脳の白質限されており ，強い異方性が存在し，その方向は経別刷請求先：酒井圭一

松本市旭３‑１‑１

信州大学医学部脳神経外科学講座

No. 3, 2011

〒390‑8621

験的に白質神経線維方向を反映していると考えられる。
Tractographyの原理は，最低６方向以上の DWI を155

千葉・村田・酒井らもとにピクセルごとの水分子の最大拡散方向を計算し，

手 術 用 ナ ビ ゲ ー シ ョ ン シ ス テ ム，StealthStation

得られた DTI の主軸方向に沿って滑らかに線を追跡（Medtronic 社）用に新しく開発されたソフトウェア（tracking）し繫げて，線維を描出するというものでStealthViz 1.2（Medtronic社製）を使用して，tracto-あるgraphyを描出した。

。

ところで，脳神経外科手術においては，術後機能温Tractographyの作成方法において，関心領域（Re-存が重要な運動性下行線維である錐体路（皮質脊髄gion of Interest : ROI）を DTI 画像上錐体路に開始路）近傍の病変に対する摘出術で，錐体路tractography部位（Start Region）として中脳大脳脚（Fig. 1A），の有用性が報告されている。大脳における運動機中間部位（Mid Region）として内包後脚（Fig. 1B），能局在は，神経機能解剖学的に一次運動野が中心前回終了部位（End Region）として中心前回（Fig. 1C）に存在している。中心前回においては，体部位的に下の３点に設定した。End Region は大脳皮質の機能

肢の運動機能は大脳半球内側に位置し，大脳円蓋部外解剖学的構造に基づき，下肢（Fig. 1C‑ⅰ），体幹・側に向かって腹部・胸部・上肢の順で一次運動野が位上腕・前腕（Fig.1C‑ⅱ），手指（Fig.1C‑ⅲ），顔面置している。特に手指は円蓋部の広い範囲を占め，さ（Fig. 1C‑ⅳ），咽頭（Fig.1C‑ⅴ）の５カ所に設定しらに最外側に顔面と咽頭が位置している。一次運動野た。病変により中心前回が圧排・変形している症例でからの投射線維は扇状に放線冠，そして内包後脚に集は，End Region をさらに細分化して５カ所以上設束し，大脳半球円蓋部外側面の上肢や顔の運動機能線定し，より正確な錐体路線維の描出を試みた。また

維は内包後脚前方に，大脳半球内側の下肢の運動機能functional MRI（fM RI）で中心後回に一次運動野を線維は後方に走行している 。この機能的な線維を認めた１例では，中心後回も含めて ROI を設定し描DTIから視覚的に描出したものが錐体路tractography出した。

であるが，上肢・下肢の運動機能線維と比して顔錐体路線維の tracking（追跡）にあたり fractional

面・咽頭の運動機能線維は tractographyで描出困難anisotropy（FA）値を 0.20に設定した。また，trackingと報告されている 。また tractographyの描出は病と し，angle は Start Region と Mid Region で は45°変やそれに伴う浮腫・出血などの影響も強く受けると，４.５の ROIでは
End Regionの１‑３の ROIでは45°報告されている 。

90°に設定した。

今 回 我々は 手 術 用 ナ ビ ゲ ー シ ョ ン シ ス テ ム と錐体路 tractographyは全例で健側・病側の両側でtractographyを融合させるために新しく開発された描出した。まず全例の健側錐体路 tractographyを比ソ フ ト ウ ェ ア を 使 用 し，過 去 に tractography用 のし，描出の違いを検討した。次に病側と健側の錐体DWI を撮影された症例において錐体路 tractography

路 tractographyを比を描出し，その可能性や問題点について検討した。

がどう変化するかを検討した。さらに1.5T M RI 装置

対象と方法
対象は，2007年４月から2010年３月までの３年間にし，病変により錐体路の描出および3T M RI 装置ともに撮影された１例において，健側で錐体路 tractographyを描出し，装置による描出の違いを検討した。

信州大学医学部附属病 院 で tractography用 の 多 軸結DWI を撮影された13例のうち，テント上かつ脳実質果内病変があり，頭頂から中脳まで撮影された７例であ健側の錐体路 tractographyは全例において神経機る。その内訳は男性３例，女性４例で平均年齢34歳

能解剖学的構造と一致した走行で描出された（Fig.2）。

（15‑53歳），病変は右側４例，左側３例，疾患は神経下肢，体幹・上腕・前腕および手指の錐体路線維は全膠腫５例，脳動静脈奇形２例である。

例で良好に描出された。５例では顔面および咽頭領域

M RI は3.0T の MRI 装置（Siemens 社）を使用し，echo planar imaging 法で12軸の移動検出勾配磁場を用いて DTI 画像を得た。１例では1.5T の MRI 装置

からの錐体路線維は明瞭に描出されたが，２例で不明瞭だった（Fig. 3）。
病側と健側の錐体路 tractographyを比すると，（Siemens 社）でも同様の撮影を行い，DTI 画像を得病変が中心前回に主座があるまたは進展している３例た。

において，錐体路の走行に変化が見られ，病変と錐体DTI 画像は，当学附属病院手術部で使用している156路との立体的な位置関係が明瞭化した。病変が中心前
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錐体路トラクトグラフィー

Fig.1 A :Start region of interest (ROI)setting on the left midbrain peduncle.B :Mid ROI setting on the leftinternal capsule posterior limb.C :End ROIs setting on each body part in the left precentral gyrus (ⅰ :lower extremity, ⅱ :trunk and arm, ⅲ :hand and ﬁnger, ⅳ :face, ⅴ :pharynx).

Fig.2 43‑year‑old woman with left frontal glioma. Fiber Tractography (FT)
showing the PT ofthe unaﬀected side.
A :right oblique‑anterior‑superior view.B :anterior‑superior view.C :left oblique‑anterior‑superior view.
PT originating from each motor area ofbodyparts displayed diﬀerent colors set byROI (lower extremity;
red, body trunk and arm ;yellow, hand and ﬁnger;yellow green, face;blue green, larynx ;blue).
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千葉・村田・酒井ら

Fig.3 A :34‑year‑old man.B :53‑year‑old woman.FT depicting the PT ofthe unaﬀected side.Tractography
projected from face and larynx in these cases was visualized less than in other cases (lower extremity;
red, body trunk and arm ;yellow, hand and ﬁnger;yellow green, face;blue green, larynx ;blue).

回にない他の４例では病側と健側は対称に描出された。

ため tractographyとして描出されにくく，tracking腫瘍が錐体路を圧排している例では，圧排された錐angle を変えて湾曲した線維を描出しようとすると運体路線維が腫瘍を取り巻くような走行が描出された動機能以外の他の繊維も一緒に描出されてしまい，正（Fig. 4A）。また健側の錐体路線維が放線冠部で前後確な描写は困難とされている 。今回我々は，今までに集束するのに対し，病側では腫瘍によって後方に圧に tractographyの報告で作成に使用されているもの

迫され横方向に走行が変化した様子も描出されたとは異なる，最新のソフトウェアを使用し描出した。

（Fig. 4B）。いずれの場合も，腫瘍内部を走行する線

今までに報告されている tractographyの描出方法で維は描出されなかった。

は ROIの設定は２点まで（one‑ROIまたは two‑ROI

1.5T と3T の MRI 装置で２回撮影された症例の健法）であったが，本研究で使用したソフトウェアでは側錐体路 tractographyを同一条件で描出した。画像

ROI が３点で設定可能（three‑ROI 法）で，これにについての定量的評価はできないが，1.5T より3T のより tracking angle を変えつつも他の線維の描出が方が線維が明らかに「密」に描出された（Fig. 5）。

少ない顔面や咽頭からの錐体路 tractographyを多く考の例で描出できたと思われた。しかし，本研究でも描察出不良例があり，今後更なる症例の蓄積や作成におけ脳実質内を走行するすべての中枢神経線維のtracto-る検討が必要と思われる。

graphyを描出することは困難であるが，太く密な線

病側の錐体路 tractographyは，病変と錐体路線維維束で，投射線維や交連線維のように長く直線的な線走行の立体的な関係が明瞭化し，特に圧排による走行維，また解剖学的に通過部位が容易に同定可能な線維は変化が視認化できた。従来から一次運動野や運動前野描出可能である 。一方描出が困難な線維は，細く疎ななどの運動機能領域に発生したあるいは近接する脳腫線維束，U ﬁberのような短い繊維，連合線維のような瘍の手術では，fM RI などによる機能領域の検討を行大きく湾曲している線維である。また Crossing ﬁber

い，ナビゲーションシステムや電気生理モニタリング

すなわち他の線維と複雑に交差している線維なども描を駆使して神経脱落症状を回避しつつ最大限の摘出が出困難とされている 。

行われてきた。しかし，従来の手法では大脳皮質機能錐体路の上肢と下肢の一次運動野からの運動機能線部位の把握は可能であるが，術前に白質の機能的な神維は太く，密な線維束で長く直線的に走行しているた

経線維走行の情報を得ることは困難であった。この情め，良好に描出できたと報告されている。しかし，報を視認できる tractographyは，この種の摘出術を顔面や咽頭の一次運動野からの運動機能線維は，上縦行う際に極めて重要で有用である。しかし病変が近傍束など Crossing ﬁber の影響や大きく湾曲した走行のに位置しているが故に，病変による圧排で線維が大き158

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錐体路トラクトグラフィー

Fig.4 A : 43‑year‑old woman with left frontal glioma. Tractography on T1 weighted axial image withcontrast medium.
ⅰ :axial (inferior view).
ⅱ :left oblique‑anterior‑superior view.
ⅲ :left oblique‑side‑superior view.
ⅳ :anterior‑superior view.
T1 weighted axial image with contrast medium showing a ring enhanced mass involving left precentral
gyrus (ⅰ).Left PT‑FT depicting the tract running around the mass(ⅱ‑ⅳ).Bilateral PT‑FT demonstrating the left tract shifted by the mass (ⅳ).
B :53‑year‑old woman with right frontal glioma. Tractography on T2 weighted axial image.
ⅰ :axial (inferior view).
ⅱ :anterior‑superior view.
ⅲ :right oblique‑posterior‑superior view.
ⅳ :anterior‑superior view.
T2 weighted axial image showing a large hyperintensity mass in the right frontal premoter area (ⅰ).
Right PT‑FT demonstrating the mass compressing the tract posteriorly (ⅱ‑ⅳ). Bilateral PT‑FT
depicting asymmetrical tract (ⅳ).

Fig.5 Comparison of FT produced from 1.5 tesla (T) ‑ (A)and 3.0T‑MR imaging data (B)in a case of 15‑year‑
old made. FT produced by 3.0T‑MR imaging obviously displays the PT better than 1.5T‑M R imaging.
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千葉・村田・酒井ら

く湾曲してしまう，または他の神経線維と複雑に干渉

tractography描 出 時 に 頻 用 さ れ る 部 位 で あ る が，してしまうことによって正確な線維の描出が困難な場

ROI の設定位置や大きさについて標準的方法の確立

合がある。本研究では，病変により中心前回が圧排・が必要と思われる。また本研究では描出された錐体路変形している症例において End Region に細かく ROI線維の定量的評価ができず，良好・不良等の主観的なを設定することで，より正確な描出を試みた。それに評価を行った。従来より DTI では FA 値を利用したより多くの錐体路線維が描出され，病変との関係が明定量的評価が行われてきたが，tractographyでは困瞭化したと思われるが，その正確性については，術中難であった。しかし最近 tract speciﬁc analysis と呼の白質における電気生理マッピングなどによる検証がばれる tractographyで描出された神経線維の定量的必要と思われる。また文献上，病変周囲の浮腫は，神評価方法も報告されており，今後標準化されて普及し経線維の走行に沿った拡散異方性を消失もしくは変化てゆくことが望まれる 。

させることがあり，出血を伴う病変，特に血腫近傍は前述の如く錐体路 tractography描出には限界や幾ヘモジデリンが影響して描出が困難になると報告されつかの注意点が存在するものの，従来の方法では錐体ている 。このように病変周囲では種々の要因によっ路の走行を正確に知ることが困難であった部位でも，て正確に描出されない線維があると考えられる。さら病変と錐体路の位置関係を詳細に検討可能になった。に，今回腫瘍内部を走行する線維は描出されなかった。

本研究ではソフトウェアの進歩によって，従来２点でこれは腫瘍内の複雑な構造が拡散異方性を低下させて設定されていた ROI が３点となり，より正確に錐体いるためと考えられるが，腫瘍切除においてその存在路の追跡が可能となった。錐体路近傍の手術に際してを無視することはできず，tractographyの臨床応用は術中電気生理モニタリングが必須であるが，今後錐に際しては注意が必要である。

体路の位置情報により術中モニタリングが効率的かつ1.5T と3T を比 できた症例は１例だけであったが，迅速に行えるようになると思われ，術中ナビゲーショ高磁場装置の方が DWI の信号強度が向上し，水分子ンシステムへの導入とともに術後の運動機能温存に寄の異方性がより捉えられ，描出能が向上すると考えら与するものと思われる。また今後 DWI の撮像技術向れる 。

上や，新たな tracking のためのアルゴリズムの開発，Tractographyの描出に影響を及ぼす要因は様々で

crossing ﬁber の分離手法の確立などにより，さらにある。前述した tracking angle・crossing ﬁber・病

正確で詳細な錐体路 tractography描出およびその応変・病変周囲浮腫・出血などの影響のほかに，FA用が期待される。

値・線維末端などの問題で，描出できない神経線維束謝がある。また Tractographyは ROI を設定することで成立しており，ROI は解剖学的指標から選択される。このことは ROI 設定者のバイアスの存在を意味

辞

本研究にあたり御協力いただいた信州大学医学部附属病院放射線部の皆さんに深謝いたします。

す る。今 回 我々が 設 定 し た 部 位 は 文 献 上，錐 体 路
文献1) Basser PJ, Mattiello J, LeBihan D :MR diﬀusion tensor spectroscopy and imaging. Biophys J 66:259 ‑267, 1994
2) M asutani Y, Aoki S, Abe O, Hayashi N, Otomo K : MR diﬀusion tensor imaging : recent advance and newtechniques for diﬀusion tensor visualization. Eur J Radiol 46:53‑66, 2003
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錐体路トラクトグラフィーRadiology 238:668‑678, 20068) 鈴木雄治, 中田

力 :Tractographyの原理. 神経内科 70:293‑298, 20099) Peter Duus :神経局在診断. 第５版, pp 54‑64, 文光堂, 東京, 201010) Yasmin H, Nakata Y, Aoki S, Abe O, Sato N, Nemoto K, Arima K, Furuta N, Uno M , Hirai S, M asutani Y,Ohtomo K : Diﬀusion abnormalities of the uncinate fasciculus in Alzheimerʼs disease: diﬀusion tensor tract‑speciﬁc analysis using a new method to measure the core of the tract. Neuroradiology 50:293‑299, 2008

（Ｈ 22.12.14 受稿；Ｈ 23. 3. 8 受理）

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