脳内の代謝活動を画像化するために臨床MRIマシンを使用する新しい技術は、研究者と臨床医に脳機能と病気に関する独自の洞察を与える可能性があります、とイリノイ大学アーバナ – シャンペーン校レポートの研究者。脳全体の非侵襲的な高解像度代謝イメージングは、脳領域の代謝活性と神経伝達物質レベルの違いを明らかにしました。脳腫瘍の代謝変化が見つかりました。患者はMRIスキャナーに数分しか費やしませんでした。
電気およびコンピューターエンジニアリングの教授であり、米国のベックマン高等科学技術研究所のメンバーであるZhi-Pei Liangが率いると、チームはジャーナルでその調査結果を報告しました 自然生物医学工学。
「脳を理解し、どのように機能し、怪我をしたり病気になったりしたときに何がうまくいかないかは、私たちの時代の最もエキサイティングで挑戦的な科学的努力の1つと考えられています」とリアンは言いました。 「MRIは、過去40年にわたって脳の謎を解き放つ上で大きな役割を果たしてきました。当社の新しい技術は、脳イメージングのMRIの能力に別の次元を追加します。脳の代謝の視覚化と脳疾患に関連する代謝変化の検出」です。」
従来のMRIは、脳構造の高解像度の詳細なイメージングを提供します。機能的MRIは、神経活動に密接に関連する血流と血液酸素化レベルの変化を検出することにより、脳の活動をマッピングします。しかし、脳の代謝活動に関する情報を提供することはできません。これは機能と病気を理解するために重要です、と論文の最初の著者であるイボ・チャオは言いました。
「代謝および生理学的変化は、従来のMRIおよびfMRI画像で構造的および機能的異常が表示される前にしばしば発生します」とZhaoは言いました。 「したがって、代謝イメージングは、脳疾患の早期診断と介入につながる可能性があります。」
MRI技術とfMRI技術の両方は、水分子からの磁気共鳴シグナルに基づいています。新しい技術は、脳共鳴分光イメージングとして知られる技術である水分子と同様に、脳代謝物と神経伝達物質からのシグナルを測定します。これらのMRSI画像は、脳機能と疾患のプロセスに関する重要な新しい洞察を提供し、脳疾患の検出と診断の感度と特異性を改善する可能性がある、とZhaoは述べた。
MRSIの他の試みは、画像をキャプチャするのに必要な長い時間と、神経伝達物質からの信号を不明瞭にする高レベルのノイズによって動揺しています。新しい手法は、両方の課題に対処します。
「当社の技術は、超高速データ収集をデータ処理のための物理ベースの機械学習方法と相乗的に統合することにより、高速高解像度代謝イメージングに対するいくつかの長年の技術的障壁を克服します」とLiang氏は述べています。新しいMRSIテクノロジーにより、イリノイのチームは脳全体のスキャンに必要な時間を12分半に短縮しました。
研究者は、いくつかの集団でMRSI技術をテストしました。健康な被験者では、研究者はさまざまな脳領域でさまざまな代謝および神経伝達物質の活動を発見し、マッピングし、そのような活動が普遍的ではないことを示しています。脳腫瘍の患者では、研究者は、腫瘍が臨床MRI画像で同一に見える場合でも、異なるグレードの腫瘍で、コリンや乳酸の上昇などの代謝変化を発見しました。多発性硬化症の被験者では、この技術は、神経炎症反応に関連する分子変化を検出し、臨床MRI画像で変化が見えるようになる70日前に神経活動を減らしたものであると研究者は報告しています。
研究者は、彼らの技術の広範な臨床的使用の可能性を予測しています。時間の経過とともに代謝の変化を追跡することにより、臨床医は神経学的状態の治療の有効性を評価できるとLiangは言いました。代謝情報は、独自の代謝プロファイルに基づいて個々の患者の治療を調整するためにも使用できます。
「高解像度の全脳代謝イメージングには重大な臨床的可能性があります」と、MRIテクノロジーの開発のノーベル賞を受賞したイリノイ州故ポールラウターバー教授のラボでキャリアを始めたリアンは述べました。 「ポールはこのエキサイティングな可能性と一般的なアプローチを想像していましたが、臨床環境での高速高解像度の代謝イメージングという彼の夢を達成することは非常に困難でした。
「ヘルスケアはパーソナライズされた予測的で精密な医学に向かっているため、この高速高解像度の技術は、臨床用途での非侵襲的代謝イメージングの緊急の満たされていないニーズに対処するためのタイムリーで効果的なツールを提供できます。」
この作品は、アーノルドとメイベルベックマン財団によってサポートされていました。
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2025-07-02 04:30:00