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-fMRI

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出典(authority):フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』「2015/11/24 09:48:40」(JST)

wiki ja

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fMRI 計測によって得られる画像。移動する視覚刺激を見ている際の脳活動を、安静時の脳活動と複数の実験参加者で比較したもの。fMRI 計測によって得られた活動量 (統計値) は黄色とオレンジで示されており、灰色で示した実験参加者平均の脳画像と重ね合わされている。この画像では一次視覚野や外線条皮質、外側膝状体が活動していることが分かる。

カリフォルニア大学バークレー校ヘレン・ウィルズ神経科学研究所 (Helen Wills Neuroscience Institute) の脳画像センターにある4T fMRIスキャナー(画像作成日:2005年)

MRIの画像から作られたアニメーション画像。頭の上からまっすぐ下に移動している、左上の頭部の外に現れる点は、画像の右と左を間違えないよう、ビタミンEの錠剤を頭の横にテープで貼っておいたもの

fMRI (functional magnetic resonance imaging) はMRI（核磁気共鳴も参照）を利用して、ヒトおよび動物の脳や脊髄の活動に関連した血流動態反応を視覚化する方法の一つである。最近のニューロイメージングの中でも最も発達した手法の一つである。

脳血流動態

100年以上前から、脳の血流や酸素化の程度と神経活動には密接な関係があることが知られていた^[1]。神経細胞が活動するとき、局所の毛細血管の赤血球のヘモグロビンによって運ばれた酸素が消費される。酸素利用の局所の反応に伴い血流増加（血液量と血流量）が起きることが知られている。毛細血管内で酸素交換が起こり、酸化ヘモグロビンが酸素を組織に渡すことで、一時的に脱酸化ヘモグロビンが増加する。さらに時間的に遅延して（1〜5秒程度）脳血流が増加することで、酸化ヘモグロビンが増加し脱酸化ヘモグロビンが減少する。この反応は6〜10秒程度で最大となる。　

原理

T2*強調画像法で主に脳血流動態を測定する場合、計測原理は形態画像によるMRIに、血流変化による信号変化を統計処理したマップを重ねる事で脳活動を画像化している。T2*強調画像法では、MRIのシーケンスを使用して、T2*信号の差違を検出する。安静時と比較して、賦活課題中の静脈からの信号の上昇が見込まれる。

毛細血管と静脈では、脳血流変化に対するT2*信号変化の機序が異なることが分っている。ヘモグロビンは酸化されていると反磁性体であるが、脱酸化状態だと常磁性体となる。それ故、血液の核磁気共鳴信号は静脈では、反磁性体の酸化ヘモグロビンの変化には影響されにくく、常磁生体の脱酸化ヘモグロビンの変化に依存して変化しやすい。一方、毛細血管では、総ヘモグロビンあるいは血液量の変化にも依存し、必ずしも、常磁生体の脱酸化ヘモグロビンの変化と線形に比例して、信号変化が起こらない。

これら静脈に起こる信号増加のソースは、inflow効果（血液流入）, BOLD効果（脱酸化ヘモグロビンの減少）など様々な要因が関与すると説明されている。信号減少が起こった場合には、生理的説明が複雑化し、諸説分かれている。一般には、高磁場の装置を用いても酸素交換の現場である毛細血管からの信号変化はT2*強調画像法で検出しにくいと考えられている。

問題点

T2*強調画像法によって計測することで、毛細血管と静脈のように血管径の大きさによって、信号が異なった変化をすることが、シミュレーションによっても、実計測によっても明らかになっている。毛細血管からの信号が静脈信号をよりも小さいことは、1993年小川らベル研究所とミネソタ大学の共同研究で報告されている。また、時系列情報を持ったT2*強調画像法(A)では一般的にdistortionが生じやすく、他の画像法を用いた形態画像(B)との位置合わせのずれが指摘されているが、(A)自体に形態情報が存在している。しかし、(A)の画像が荒いため、他の画像法と位置合わせをして研究発表などに用いることが多い。

分解能

一般に、高磁場のもの程、高い空間分解能を持っている。例えばミネソタ大学（米国）の7テスラの装置を使ったデータでは、脳組織の信号よりも、表在静脈の信号が強く検出されることが示されている。理化学研究所の脳科学総合研究センターから、4テスラの装置を使った1mm未満の空間分解能の可能性を指摘する活脳図の報告もある。また、神経活動が開始した後、明瞭な信号の時間変化が始まるまでに1〜3秒程度かかることが報告されている。すなわち、血液が毛細血管通過時間をすぎ、静脈相の時間帯でより信号変化が起こるので、神経活動とほぼ同時におこる酸素交換反応を高い時間分解能で得るのは難しいとされている。

医療分野以外での利用

FKF Applied Researchは、カリフォルニア大学ロサンゼルス校(UCLA)のAhmanson Lovelace Brain Mapping Centerの協力により、2006年と2007年のスーパーボウルにおける、広告効果を測定するために、fMRIを使用し視聴者の脳の活動を測定した。^[2] ^[3] 2007年のスーパーボウルにおいて、人々の脳に前向きな感情を引き出した最高のコマーシャルはコカ・コーラで、最低のコマーシャルはGM「Robot」だと結論付けた。^[2]

ポップカルチャーにおけるfMRI

2009年の日本のテレビドラマMR.BRAINの初回で、海馬傍回の反応を見て、以前に殺人現場を見たことがあるかどうかを判定するためにfMRIが使用された^[4]。科学警察研究所の職員が、fMRIを手配するために多くの段取りが必要だったことも説明している。番組内では、fMRIでスキャンした数秒後に、海馬傍回のみが3D画像で映し出されて反応が視覚的に感知できるように描写されていた。この後は、MR.BRAINで毎回のように使用されるようになる。また、2009年の日本のテレビドラマチーム・バチスタの栄光SPECIALで、意識を失った患者が、看護士の歌に反応して涙を流したことから、脳が活動しているかどうかを調べるためにfMRIが使用された。普段は反応せず、歌にのみ脳が反応することが分かり、意識が閉じ込められた状態であるロックトイン症候群 (Locked-in syndrome) と診断された^[5]。

参考文献

^ Roy CS, Sherrington CS (January 1890). "On the Regulation of the Blood-supply of the Brain". Journal of Physiology 11 (1-2): 85–158.17. Cite uses deprecated parameters (help)
^ ^a ^b スーパーボウルの真の勝者は?--米研究者ら、fMRIで分析 Stefanie Olsen（CNET News.com）翻訳校正：尾本香里（編集部） 2007年2月6日 2009-10-22閲覧
^ スーパーボウルで視聴者の印象に残った広告は？--米研究者ら、fMRIで解き明かす　Stefanie Olsen（CNET News.com）2006年2月8日 2009-10-22閲覧
^ TBS「MR.BRAIN DVD-BOX」レントラックジャパン 2009年
^ 関西テレビ, MMJ「チーム・バチスタ第2弾　ナイチンゲールの沈黙」ポニーキャニオン 2009年

外部リンク

ウィキメディア・コモンズには、FMRIに関連するメディアがあります。

（百科事典）「Functional magnetic resonance imaging」 - スカラーペディアにある「fMRI」についての項目（英語） fMRI の基礎原理を確立した研究者の1人である小川誠二が執筆に参加している。

この項目は、医学に関連した書きかけの項目です。この項目を加筆・訂正などしてくださる協力者を求めています（プロジェクト:医学／Portal:医学と医療）。

UpToDate Contents

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1. 痙攣発作およびてんかんの評価における神経画像 neuroimaging in the evaluation of seizures and epilepsy
2. 脳腫瘍の臨床所見および診断 clinical presentation and diagnosis of brain tumors
3. 局在関連（焦点性）てんかん：原因および臨床的特徴 localization related focal epilepsy causes and clinical features
4. 成人におけるてんかんの外科的治療 surgical treatment of epilepsy in adults
5. Complicated grief in adults: Epidemiology, clinical features, assessment, and diagnosis

Japanese Journal

社会脳研究における人文科学・脳科学・精神医学の連携 : 接点としてのイメージング研究 (特集社会脳科学 : 領域を越えた融合と発展)

定藤規弘
日本生物学的精神医学会誌 = Japanese journal of biological psychiatry 23(4), 263-266, 2012-12
NAID 40019563666

脳皮質電位と機能的MRIによる言語・記憶機能ダイナミクス (特集高次脳機能イメージングの脳科学への新展開)

鎌田恭輔,國井尚人,広島覚
Brain and nerve : 神経研究の進歩 64(9), 1001-1012, 2012-09
NAID 40019424219

Related Pictures

★リンクテーブル★

リンク元	「fMRI」「磁気共鳴映像法」「化学シフトイメージング」「機能的磁気共鳴画像法」「MRIスキャン」
関連記事	「MRI」「機能」「MR」「機能的」「的」

「fMRI」

　　[★]

機能的MRI、機能的磁気共鳴画像、機能的磁気共鳴画像法

関: chemical shift imaging、functional magnetic resonance imaging、functional MRI、magnetic resonance imaging、MRI scan

同: functional magnetic resonance imaging

「磁気共鳴映像法」

　　[★]

英: magnetic resonance imaging、MRI
関: 磁気共鳴画像法、核磁気共鳴画像法、機能的磁気共鳴画像法、磁気共鳴断層撮影、機能的MRI、化学シフトイメージング、MRIスキャン

「化学シフトイメージング」

　　[★]

英: chemical shift imaging
関: 磁気共鳴映像法、機能的磁気共鳴画像法、機能的MRI、ケミカルシフトイメージング、ケミカルシフト画像、化学シフト画像、MRIスキャン

「機能的磁気共鳴画像法」

　　[★]

英: functional magnetic resonance imaging、functional MRI、fMRI
関: 磁気共鳴映像法、機能的MRI、機能的磁気共鳴画像、化学シフトイメージング、MRIスキャン

「MRIスキャン」

　　[★]

英: MRI scan
関: 磁気共鳴映像法、核磁気共鳴画像法、MRI検査、機能的磁気共鳴画像法、機能的MRI、化学シフトイメージング

「MRI」

　　[★]

同: magnetic resonance imaging、核磁気共鳴画像、磁気共鳴撮像、磁気共鳴断層撮影 magnetic resonance computed tomography MR-CT、磁気共鳴映像法、磁気共鳴画像法、核磁気共鳴画像診断法

頭部MRIにて使用するシークエンス

造影剤を使わない方法

TOF法(time-of-flight法)

流入してくるプロトンの量を強調→流入する血流のみを高信号に描出

PC法(phase contrast法)

流速に応じた位相の変化を利用

造影剤を使用する方法

MRDSA(MR digital subtraction angiography)

造影剤の急速注入→適応：動静脈病変、血行動態、例えば脳動静脈奇形

T2*強調画像：出血性病変
ダイナミックMRI：下垂体、vascularity

Perfusion imaging：vascularity

3D-MRI
FLAIR法(fluid attenuated inversion recovery)

頭蓋内スクリーニング(T2より病変がわかりやすい)

拡散強調画像 diffusion imaging

適応：急性期脳梗塞

functional MRI(fMRI)：術前マッピング
MR spectroscopy（MRS）：代謝物質

MRIの撮像条件と信号強度

		水	脂肪	骨
T1強調画像	T1WI	黒	白	黒
T2強調画像	T2WI	白	白	黒
FLAIR		黒	白	黒
拡散強調画像	DWI	黒	黒	黒

基本的な物質のMRI画像

参考2 SOR.122

T2 強調画像	高信号		水					出血「メトヘモグロビン」



									脂肪


					線維組織

			皮質骨空気血流
	低信号
		低信号	.	.	.	.	.	.	高信号
		T1強調画像

YN.J-60

MRIの組織間信号強度
MRIの血液信号の強度経時的変化(脳出血)

整形外科分野でのMRI信号強度(SOR.122)

脳のCT, MRIの比較

	CT	MRI
	CT	T1	T2
灰白質	high	low	high
白質	low	high	low
CSF	low	low	high
血液	high	void	void

疾患とMRI

脳出血

超急性期：oxyhemoglobin
急性期：deoxyhemoglobin
亜急性期：methemoglobin
慢性期：hemosiderin

wiki_jaを引用改変

病期	ヘム鉄の性状		磁性	局在	T2WI	T1WI	CT
超急性期（24時間以内）	オキシヘモグロビン	oxyhemoglobin	Fe2+/反磁性	赤血球内	軽度高信号	軽度低信号	高吸収域
急性期（3日以内）	デオキシヘモグロビン	deoxyhemoglobin	Fe2+/常磁性	赤血球内	低信号	軽度低信号	高吸収域
急性期（7日以内）	メトヘモグロビン	methemoglobin	Fe3+/常磁性	赤血球内	低信号	高信号	高吸収域
亜急性期（2週間以内）	フリーメトヘモグロビン		Fe3+/常磁性	赤血球外	高信号	高信号	辺縁部から低下
慢性期（1か月以後）	ヘモジデリン	hemosiderin	Fe3+/常磁性	赤血球外	低信号	低信号	低吸収域

脳梗塞

CTでは発症早期の所見は取りづらく(early CT signは除く)、12-24時間後に低吸収が出現するため、拡散強調画像(DWI)による発症1-3時間後の高信号をとらえるのが早期診断に有用である。

肝臓

SRA.482

正常：T1　＞筋肉、脾臓、T2　脾臓、腎臓＞　＞筋肉。
病変：T1　軽度低信号、T2　軽度高信号
T1強調画像で高信号：脂肪沈着を伴う病変(脂肪肝、肝細胞癌、線種様過形成)、高蛋白貯留液を含む嚢胞性病変(粘液性嚢胞、感染後の嚢胞)、線種様過形成、常磁体物の沈着(亜急性期メトヘモグロビン)、メラニン、ガドリニウム
T2強調画像で著明な高信号：液体の貯留　→　肝嚢胞、海綿状血管腫
T2強調画像で低信号：水分減少を伴う病変(凝固壊死、線種様過形成)、メラニン、デオキシヘモグロビン、ヘモジデリン

DWI

肝臓では占拠性病変が高信号として描出される。悪性腫瘍では細胞密度が増加し水分子の拡散が制限された結果、高信号を示すと考えられている。

ADC

各肝腫瘍における見かけの拡散係数（ADC：apparent diffusion coefficient）を比較し、血管腫では高ADC、悪性腫瘍では低ADCであった。

血腫

参考5改変

血腫におけるヘモグロビンの変性とMRI所見
出血	血液成分	T1強調画像	T2強調画像
直後(～24時間)	オキシヘモグロビン	軽度低信号	軽度高信号
1～3日(急性期)	デオキシヘモグロビン	軽度低信号	低信号
3日～1カ月(亜急性期)	血球外メトヘモグロビン	高信号	高信号
1カ月以上(慢性期)	ヘモジデリン	軽度低信号	低信号

T1とT2

T1が場所、T2が性質を知るために行う？

造影

ガドリニウム：MRIで造影といえばこれ。
超磁性体酸化鉄粒子 SPIO：肝網内系をターゲットとした造影剤である。SPIOはKupffer細胞に貪食されリソソームにクラスター化される家庭でT2*緩和時間およびT2緩和時間を短縮させる。ゆえにKupffer細胞を含む正常肝組織の信号が低下し、含まない腫瘍とのコントラストを強調することができる。(参考1)