MSD 2010年10月号 (立ち読み)

特集 神経疾患とニューロイメージング

脊髄損傷モデルの

拡散MRI

Diffusion MRI in spinal cord injury model

疋島　啓吾

_{・藤吉　兼浩}

岡野　栄之

１）_{慶應義塾大学医学部生理学教室} ２）_{（財）実験動物中央研究所} ３）_{慶應義塾大学医学部整形外科教室}

Key Words: spinal cord injury, common marmoset, diffusion tensor tractography, q-space imaging 疋島　啓吾（ひきしま　けいご） 2003年東京都立保健科学大学保健科学 部卒業。東京大学医学部付属病院放射 線部，産業技術総合研究所人間医工学 研究部門勤務。'07年慶應大学医学部生 理学教室特別研究助教，実験動物中央 研究所室長代理兼務。'08年首都大学東 京 保健科学博士。研究テーマ：小動物 MRI，拡散MRI，q-space imaging ■はじめに 近年の画像診断機器の発達は，磁気共鳴画像法 （magnetic resonance imaging: MRI）システムの高磁 場化においても目を見張るものがある。マウスや ラットなど実験小動物を対象とした研究用MRIは， 7テスラという高い静磁場強度が主流となり，11.7 テスラもの超高磁場システムも提供されるように なった。静磁場強度に比例して画像の信号対雑音 比も大きくなるため，ラットのように脳体積が小 さな実験動物においても十分なMRI画質が確保さ れ，脳機能や神経走行を可視化する先進的なMRニ ューロイメージングの適用が広がりつつある。 われわれの目的はヒトの脊髄再生であり，げっ 歯類と比べて神経解剖的にヒトと近縁であること， ヒトの脊髄損傷の病態に近いことから霊長類であ るコモンマーモセットを対象に研究を実施し１）_， 脊髄損傷の病態や治療の効果判定に7テスラの高磁 場MRIを用いている。コモンマーモセットは，そ の体重が300〜500 gとラットのサイズと同程度で あるため，ラット用の比較的ボアの小さな高磁場 装置を使用可能であり，同時に高い傾斜磁場シス テムを適用できることから高分解能画像を得るこ とができる。 しかし，脊髄は大脳に比し小さく，体動や脳脊 髄液の拍動によるアーチファクト，磁化率アーチ ファクトの問題が影響しやすいことから，依然と して再現性の高い計測が困難である。我々は，マ ーモセットが全身麻酔の下，磁化率の影響を最小 限にするための計測法を用い，特別に設計された 頭部固定装置付きアクリルベット上に固定し，さ らに画像を制御して取得するため心電図同期を実 施している。これらの工夫の結果，高い画像分解 能で損傷脊髄のMRI画像を取得することが可能と なった（図１）。図１のようにconventionalなMRIで は損傷の局在を十分評価できるが，一方，脊髄損 傷の病態解明と治療効果判定を目的とした場合に はさらなる病理組織学的な情報が必要であり，そ ■Keigo Hikishima１，２）_{, Kanehiro Fujiyoshi}１，３）_{, Hideyuki Okano}１）

1）_{Departments of Physiology, Keio University school of medicine} ２）_{Central Institute for Experimental Animals} ３）_{Departments of Orthopedics, Keio University school of medicine}

磁気共鳴画像装置（MRI）の高磁場化，傾斜磁場の高度 化により，実験小動物を対象とした基礎医学研究にお いても，先進的なニューロイメージング法の適用が広 まりつつある。中でも生体内の拡散現象を基に神経走 行を可視化するDiffusion tensor tractography（DTT）は 生きたままに軸索の状態を評価可能とし，さらに細胞 サイズを定量するq-space imaging（QSI）といった組織 学的なMRI手法も提案されている。本稿では，マーモセ ットの脊髄損傷におけるDTTの有用性とQSI法を用いた 今後の研究展開について紹介したい。

7 (1039) れ ら を 反 映 し た 新 た な 計 測・解析法が求められた。 本稿では，神経走行を可 視 化 す る Diffusion tensor tractography (DTT)を用いた 脊髄損傷の解析について概 説し，さらに，細胞構造を 定量するq-space imagingを 用いた脊髄損傷研究につい て紹介する。 ■拡散テンソルトラクト グラフィ 組織内の水は，細胞膜の ように運動を制限する組織形状に起因して3次元的 な拡散分布を示す。特に白質のように神経軸索が 密な場所において，水分子の空間的なふるまいは 軸索の方向に沿った異方性を形成する。Diffusion tensor imagingはこの拡散異方性を楕円体モデルを 用いて解析する方法であり，DTTはその主軸を追 跡することで神経走行を可視化する方法である２）_。 われわれはサル脊髄損傷に対するヒト神経幹細 胞移植の有用性を報告してきた１）_{。最近では，安} 全性の高いマウス由来の人工多能性幹細胞（iPS細 胞）を髄鞘形成不全マウスであるシバラーマウス の損傷脊髄に移植し，機能回復を認めたことを報 告したところである３）_{。移植細胞による脊髄再生} メカニズムはまだ不明な点が多いが，脊髄の再生 を評価する上で軸索の評価は必須である。従来は 大脳皮質の運動野にBDAなどのトレーサーを注入 し，組織学的に評価せざるを得なかったが，臨床 応用を見据えているわれわれは非侵襲的なDTTに 着目し，トレーサーにかわる軸索評価が可能であ るかどうかを検討してきた。われわれは，コモン マーモセットの皮質脊髄路（corticospinal tract: CST） 図１ マーモセット脊髄圧挫損傷モデルにおける経時的MRI 同一動物において，損傷前，頸髄損傷（C5/6椎体高位17g）後 1日，3日，7日，14日後にT2強調MRI（冠状断像）にて観察。 図２ マーモセット 錐体交叉における拡 散テンソルトラクト グラフィ 交叉性神経構造を有 する錐体交叉におい て，橋腹部と上位脊 髄 側 索 に ROIを 設 定 し，錐体交叉を通過 する脊髄皮質路を描 出することに成功し た。FA mapにおける 各軸位像レベルにお いて，super imposeし たトラクトグラフィ が，CaMKⅡα染色， LFB染 色 像 で 示 さ れ る解剖学的な下降性 投射路の位置と一致 している。（文献４）_よ り引用，一部改変）

特集 神経疾患とニューロイメージング

パーキンソン病と

ニューロイメージング

Neuroimaging of Parkinson's disease

鎌形　康司

_{・君塚　孝雄}

本井　ゆみ子

_{・服部　信孝}

１）_{順天堂大学放射線医学講座}

２）_{順天堂大学大学院医学研究科神経学講座}

Key Words: パーキンソン病，MRI， DTI，SPECT，PET 鎌形　康司（かまがた　こうじ） 2007年3月順天堂大学医学部卒業。'07 年4月順天堂浦安病院研修医。'09年3月 同病院研修終了。'09年4月順天堂大学 放射線科入局。研究テーマ：パーキン ソン病のMRI ■はじめに パーキンソン病（以下PD）はアルツハイマー病 についで2番目に頻度の高い神経変性疾患であり， その病理の中核は黒質などの神経細胞変性とLewy 小体の出現である。 PDのニューロイメージングはstructual imaging （形態学的画像）とfunctional imaging（機能画像） に分けることができる。現在に至るまで，PDの病 態生理やメカニズムを評価する上で，もっぱら SPECTやPETなどfunctinal imagingが重要視され， CTや従来のMRIなどStructual imagingではPDの特異 所見はないと言われていた。しかし近年，拡散強 調像（以下DWI)，拡散テンソル画像（DTI）や3D-T1強調像を用いたVoxel-based Morphometry（以下 VBM）など新たなMRI技術によって，PDの形態学 的な変化を捉えることが可能となってきている。 従来のstructual imaging，functional imagingに加えて， DTI，VBMなど最近の知見も交えて記述する。 ■従来のMRIによるstructual imaging PDの病理学的特徴は黒質緻密部や青班核のメラ ニン含有細胞の脱落，迷走神経背側核の神経脱落 で，残存する神経細胞にLevy小体が出現する。肉 眼病理では黒質緻密部や青班核の脱色として認識 することができるが，通常のMRIで萎縮や信号変 化を捉えるのは困難であり，従来のMRIで異常を 指摘できないことがPDの特徴とも言うこともでき る。感度，特異度はそれほど高くないが病態を反 映するような従来から記載のある所見が幾つかあ り，以下にそれらのMRI所見を挙げる。 １）黒質緻密層の萎縮 T2強調像軸位断像で赤核と黒質網様質，大脳脚 の間隙を便宜的に黒質緻密層の幅として計測する１） （図１-A）。本病ではこの実測値及び中脳内での比 率がともに狭小化を認める。しかし他のパーキン ソニズムでもみられ，また画像と病理が一致しな いこともある。 ２）被殻のT2強調像における低信号化 OlanowらによるとT2強調像でパーキンソン症状 の患者の45％が被殻に低信号域を認め，鉄集積に よるものであると考えられ，この変化は被殻の後 外側部（病理的ドーパミン低下の著明部分）に強 調されるという報告もHauserらによってされてい る２）_{（図１-B，図２）。}

■Koji Kamagata１）_{, Takao Kimiduka}１）_{, Yumiko Motoi}２）_{, Nobutaka Hattori}２） １）_{Department of Radiology, Jyuntendo university school of medicine}

11 (1043) ■Functional imaging In vivoで人体の神経伝達機能を視覚化し，局所 血流，代謝，受容体結合能を評価できることが SPECT，PETなど核医学検査の特徴である。PETは 局所血流，代謝，受容体結合能すべてを評価する ことができ，SPECTは感度が劣るが，局所血流と受 容体結合能を評価することができる。 １）脳血流シンチグラフィ（SPECT） 脳血流シンチグラフィにより局所脳血流の評価 が可能であり，脳血流異常の分布や程度を知るこ とができる。PDでは前頭葉内側部と後頭葉３）_で， 多系統萎縮症，晩発性小脳変性症及びMachardo-Joseph diseaseでは小脳，皮質基底核変性症では中 心溝近傍の皮質や線条体，進行性核上性麻痺では 中脳，前頭葉，線条体に低下を認めることが多く， 臨床的にパーキンソニズムを呈する疾患鑑別のた めに補助診断として用いることができる。 ２）18_{FDG PET} 脳はブドウ糖をエネルギー源として活動してお り，糖代謝を測定することにより，脳の活動を間 接的に評価することができる。18_{FDGは細胞内に取} り込まれヘキソキナーゼによりリン酸化されると 代謝が止まり，脳組織に蓄積する。この性質を利 用して脳糖代謝の定量測定や脳機能評価に利用さ れる。 パーキンソニズムを呈する変性疾患ではそれぞ れ特徴的なFDG-PET所見がある。しかし，PDの FDG-PET所見は特徴に乏しく，関心領域を用いた 検討では統一見解がなかった。レビー小体型認知 症で後頭葉のブドウ糖代謝の低下が知られている が，最近のSPMや3D-SSPなど統計画像解析を使用 した報告では，PDでも後頭葉のブドウ糖代謝が低 下していることが報告された４）_。 ３）ドーパミン代謝イメージ i ）ドパミンシナプス前イメージ ＜脳ドーパミントランスポーターシンチグラフィ （SPECT）＞ 123_{I-β-CITあるいは} 123_{I-FP-CITを投与すると血液脳} 関門を通過し，ドパミントランスポータと結合す る。ドパミントランスポータは主として，線条体 ドパミン系ニューロシナプス前の細胞膜に存在し， シナプス間隙に放出されたドパミンの再取り込み を行っている。したがって，これら薬剤により PETの18_{F-FDOPA同様にシナプス前機能が評価でき} る。パーキンソン病では症状のない時期から線条 体においてドパミントランスポーターが低下する ため，早期診断に用いることができる５）_。これに 対して，本態性振戦では低下しないため，鑑別診 断に用いることができる（図３）。 ＜18_{F-DOPA（PET）＞} PETでシナプス前機能を評価するためには18 F-DOPAを用いて，ドパミン代謝を評価する方法が ある。PDではドパミン作動性神経細胞の低下によ り線条体でのドパミン分泌が低下する。初期は背 側被殻から低下し，尾状核や腹側被殻は比較的保 図１　A: T2強調像軸位断像(PD)，B: T2強調像軸位断像(PD) 図２ A: T2強調像軸位断像(健常者)，B:T2強調像軸位断 像(健常者) T2強調像軸位断像で赤核と黒質網様質，大脳脚の間隙を 黒質緻密層の幅として計測すると健常者（図2-A）に比 べPD患者（図1-A）で黒質緻密層は狭小化している。T2 強調像軸位断像（図1-B）で左被殻の後外側部に低信号 域が認められる。健常者（図2-B）では見られない。　 A _B

特集 神経疾患とニューロイメージング

小児急性脳症と

ニューロイメージング

Neuroimaging in acute encephalopathy in children

高梨　潤一

_{・多田　弘子}

１）_{亀田メディカルセンター小児科} ２）_{千葉県済生会習志野病院小児科}

Key Words: Encephalopathy, ANE, AESD, MERS 高梨　潤一（たかなし じゅんいち） 1988年千葉大学医学部卒業。2001年 UCSF神経放射線科，'02年放射線医学 総合研究所 客員協力研究員。'05年より 現職。'10年東邦大学医療センター佐倉 病院放射線科 客員教授。研究テーマ： 小児神経放射線，特に急性脳症，変性 代謝疾患 ■急性脳症の概要 急性脳症は，病理学的には非炎症性浮腫を主体 とし，意識障害，けいれん，異常言動・行動など の脳機能障害を呈する症候群である。小児では感 染を契機とするものが多い。 感染性脳症の病原体は種々であるが，インフル エンザウイルス，ヒトヘルペスウイルス6型 (HHV-6)，ロタウイルスの頻度が高い。病態は感染を契 機とした免疫反応やサイトカインにより神経細胞 の代謝異常をきたしていると推定される。 インフルエンザ脳症，HHV-6 脳症と起因病原体 により呼称されることが多い。しかし，各々単一 の疾患ではなく複数の臨床・画像症候群の集合体 で あ る 。 症 候 群 と し て 急 性 壊 死 性 脳 症 (acute necrotizing encephalopathy of childhood [ANE])，出 血性ショック脳症症候群，二相性けいれんと遅発 性拡散能低下を呈する急性脳症 (二相性脳症， acute encephalopathy with biphasic seizures and late reduced diffusion [AESD]，けいれん重積型急性脳症 を含む)， Reye症候群，可逆性脳梁膨大部病変を 有する脳炎・脳症 （clinically mild encephalitis/ encephalopathy with a reversible splenial lesion [MERS]）などに分類される。本稿では日本の小児 に特有な二つの脳症，ANE，AESDに加え，MERS について解説する。 ■急性壊死性脳症 (ANE) ANE は Mizuguchi らにより提唱された小児期の 急性脳症であり，病変が両側の視床を含む特定の 脳領域に左右対称性に生じる１）_{。東アジアの乳幼} 児に好発し，欧米にはごくまれである。ANE発症 に先行して発熱を伴うウイルス感染症が認められ， インフルエンザ，突発性発疹 (HHV-6, 7感染症)， ロタウイルス腸炎の頻度が高い。「サイトカインの ■Jun-ichi Takanashi１）_{, Hiroko Tada}２）

１）_{Department of Pediatrics, Kameda Medical Center}

２）_{Devision of Pediatrics, Chibaken Saiseikai Narashino Hospital}

急性脳炎の診断は，病理学的な炎症の３所見（グリア 増殖，血管周囲の白血球・マクロファージ浸潤，神経 細胞変性壊死）をもってなされる。急性脳症は脳浮腫 を主体とし炎症所見を欠くものとされる。感染以外に， 低酸素，高血圧，代謝異常（肝不全，高アンモニア血 症，尿毒症など）などが原因となりうる。感染に伴う 急性脳症は日本の乳幼児に好発し，インフルエンザ脳 症，ヒトヘルペスウイルス6型脳症と起因病原体により 呼称されることが多い。しかし，各々単一の疾患では なく複数の臨床・画像症候群（病態分類）の集合体で ある。画像所見が決め手となる以下の３つの脳症：① 急性壊死性脳症 (ANE)，②二相性けいれんと遅発性拡 散能低下を呈する急性脳症 (AESD)，③一過性脳梁膨大 部病変を有する脳炎・脳症 (MERS) について概説する。