WO1989012422A1 - Method and apparatus for nmr measurement of living tissue - Google Patents

Description

明 細 書 《, ό

生体組織の N M R測定方法および装置

技術分野

本発明は灌流液の濃度を変化させながら生体組織の N M R測定を 行う方法およびその測定装置に関する。 背景技術

核磁気共鳴吸収は、 従来よ り、 化学物質の分析、 反応過程の解明 手段と して用いられていたが、 最近では、 N M Rズーグマ ト グラフ ィ 等による生体組織の成分分布を観測する手段と して医学の各分野 において注目を浴びている。

例えば、 臓器移植の適合性、 エネルギー代謝等の解明のため、 灌 流培養下における実験動物の臓器、 筋肉等の N M R測定実験が行わ れている。 これは、 灌流セル内に配置 した生物臓器を静磁場内に配 置し、 回転磁場をパルス状に印加する こ とによって得られる自由減 衰信号 （自由誘導信号） を、 セルの回りに配置された受信コイルに よって測定する ものである。 自由誘導信号を分析して得られる N M Rスペク トルからク レアチニン酸、 A T P、 無機リ ン酸等のリ ン化 合物に含まれる リ ン原子の状態を解明し、 臓器移植等の適合性を判 断することができる。

第 9図は測定装置の構成を示す図であり、 周囲に受信コイル 2 1 を巻回したセル 2 2 内に小動物の臓器等を入れると と もに灌流液 (生理食塩水等） を灌流させ、 受信コイル 2 1 の中心軸と直角に静 磁場 Hを印加して、 受信コイル 2 1 に生じた自由誘導信号を検出す る ものである。

これによれば、 臓器、 筋肉等の乾燥を灌流液で防御 しながら、 長 時間の N M R測定を行う ことができる。

し力、し、 上記の構成においては、 灌流液の濃度を時間とともに変 化させ、 これに応じた吸収スペク トルの時間変化を調べようとする と、 次のような問題があった。 すなわち、 灌流液の濃度を変化させ ながら測定する場合、 灌流液が受信コイルの内部を流れるため、 受 信コィルのィ ンダクタ ンスが灌流液の濃度変化に応じて変化し、 受 信コイルの同調やイ ンピーダンス整合がとれなく なってしまい、 吸 収スぺク 卜ルの現れる位置が変動したり、 吸収スぺク トル線が弱く なって雑音に埋もれたり して、 正確な測定が行えなかった。

このため、 従来では、 異なった濃度の灌流液を用意し、 それぞれ の灌流液を流す度に受信コィルの同調を取り直して測定していたが、 測定が面倒になる上、 連続的な濃度変化に対応するデータが採れな かった o - - ノ- また、 上記の構成においては、 セルを大型にして大型の臓器を収 容しても、 現在の技術では均一な静磁場の得られる範囲が小さく、 朦器の一部が均一磁場の領域をはみだしてしまい、 自由誘導信号を 分析して得られる N M Rスペク トル信号の分解能が低下するという 問題もあった。

本発明は、 灌流培養下における生体組織の N M R測定を行う場合 において、 灌流液の濃度を変化させて測定しても、 感度のよい測定 信号を得ることができ、 また、 大きな臓器にも対応可能な生体組織 の N M R測定方法および装置を提供することを目的とする。 発明の開示

上記の課題を解決するため、 本件発明者は、 N M Rの自由誘導信 号を受信する受信コイルの内部に臓器を配置するという従来の構成 をと らず、 臓器の大型化に対応させ、 かつ、 受信コイルの電気的性 質が灌流液の影響を極力受けないよう にするため、 受信コイルを灌 流液に接触させない状態で、 臓器からの信号を測定する こ とを試み た。 このため、 N M Rの自由誘導信号を受信する受信コイルの一部 または全部を灌流液と非接触状態に保ちながら、 当該受信コイルを 灌流液に浸された生体組織に対して片面から当接または近接させて N M R測定を行う方法を採用 した。

上記の測定方法によれば、 灌流液の濃度を変化させながら、 受信 コイルを、 灌流液に浸された生体組織に当接または近接させて測定 する。 このと き、 上記受信コイルの一部または全部が灌流液と非接 触の状態であるので、 灌流液の濃度変化による電磁的影響を受けに く く なり、 自由誘導信号が雑音のなかに埋もれる こ とはな く 、 良好 な感度で測定することができるこ とが見出された。

また、 大型臓器の場合であっても、 受信コイルを当該臓器の表面 に対して片面から当接または近接させて測定するので、 均等磁場領 域からの信号のみを取得する こ とができ るよう になる。 したがって、 高分解能の自由誘導信号を取得する こ とができる。

また、 本発明の生体組織の N M R測定装置は、 生体組織に対して 片面から N M Rの自由誘導信号を受信する受信コイルを設け、 この コイルの全体または一部を、 コイルが灌流液と接触しないよう に、 自由誘導信号の伝搬に悪影響を与えない材料で包囲している。

この装置によれば、 コイルの全体または一部を上記材料で包囲す る こ とにより灌流液の浸入を遮る こ とができ るので受信コイルの電 気的特性を変化させる こ とな く 正確な測定を行えるよう になる。 図面の簡単な説明 第 1図（a ) は生体組織の N M R測定装置の一実施例を示す斜視図、 第 1図（b ) は同装置の側断面図、

第 2図は受信コイルを榭脂でモールドした状態を示す図、

第 3図は受信コィルの一部のみを容器で包囲した実施例を示す図、 第 4図は生体組織の N M R測定装置の他の実施例を示す側断面図、 第 5図〜第 7図は生体組織の N M R測定方法を実施する他の装置 を示す部分図、

第 8図は N M Rスペク トルの実測データを示すグラフ、

第 9図は従来の生体組織の N M R測定装置を示す斜視図である。 発明を実施するための最良の形態

次いで、 本発明の実施例について図を参照しながら以下に説明す る。

第 1図（a) は、 生体組織の N M R測定装置の構成を示す斜視図で ある。 灌流セル 2内には、 灌流液 （例えばリ ン酸溶液、 生理食塩水） 4を灌流させている。 灌流液 4の灌流は、 灌流液タ ンク （図示せず） 内に満たした灌流液を灌流パイプ 5を通して導入することにより行 う。 また、 灌流セル 2の中は灌流液 4が流通できる孔が多数設けら れた受け板 3で上下に仕切られており、 受け板 3には、 生体組織

(例えば動物の臓器） 1が載置されている。

N M Rの自由誘導信号を受信する受信コィル 7 は、 灌流液 4が浸 入しないようにジユラコ ン樹脂、 ポ リ四フ ッ化工チレン榭脂、 ァク リル樹脂等で形成された円筒状容器 6の中に収容されている （第 1 図（b ) 参照） 。 ジユラコ ン樹脂、 ポリ四フ ッ化工チレン樹脂、 ァク リル榭脂等は自由誘導信号の伝搬に悪影響を与えないという条件で 選ばれている。 なお、 容器 6の中は、 空気で満たされている。 8 は 受信コイル 7 から引き出された リ ー ド線であり、 N M R測定装置 1 0 に接続されている。 容器 6 は、 〇 リ ング 1 1 を介して、 灌流セル 2 の上面に設けられた挿通孔 9 に挿通され、 容器 6 の底面が臓器 1 に当接可能となっている。 以下、 受信コイル 7 と容器 6 とを総称し てプローブ P という。 静磁場 Hは、 少なく と も受信コイル 7 の下部 において均一磁場を形成している。

灌流セル 2 内に臓器 1 を収容し、 灌流液 4 を灌流させた状態で、 プローブ Pを揷通孔 9から押し込み、 プローブ Fの底面を臓器 1 の 上面に当接させると、 受信コイル 7 は、 臓器 1 の自由誘導信号を検 出する ことができる。 このとき、 容器 6 の中には灌流液 4 が浸入し てこないので、 受信コイル 7 は灌流液と非接触状態である こ とがで きる。 また、 プローブ Pの底面が臓器 1 に当接しているので、 すな わち、 受信コイル 7 と臓器 1 との間に灌流液 4 が介在していないの で、 灌流液 4 の濃度が変化しても受信コイル 7 の電気的特性が直接 の影響をう ける こ とが少な く なり、 正確かつ高感度の信号を受信す る こ とができる。

なお、 以上の実施例において、 プローブ Pは、 第 2図に示すよう に、 上記樹脂 6 aでモール ドされた、 または周囲および内部を充塡 された受信コイル 7 のみからなるものでもよい。 また、 第 3図に示 すように、 受信コイル 7の一部のみを包囲する円筒状容器 6 bを採 用 してもよい。

上記第 1 図の実施例では、 臓器 1 を灌流液 4 で浸しながら測定を 行っているが、 臓器 1 を灌流液 4 で浸すと と もに臓器 1 の血管等に 薬剤を注入しながら測定を行ってもよい。 第 4 図はこの構成を示し ている。 第 4 図の構成では、 薬剤注入用のパイプ 5 aを設け、 パイ プ 5 aを臓器 1 の血管等に連結している。 これによ り、 薬剤注入に よる N M R信号の変化、 薬剤の濃度を変化させた場合の N M R信号 の変化等を測定することができる。

第 5図は、 本発明の N M R測定方法を実施する他の測定装置の構 成例を示したものである。 この例では、 灌流セル 2の上部を開口さ せ、 灌流セル 2内に満たされた灌流液 4がこの開口から溢れ出るよ うにしている。 灌流セル 2の受け板 3 には臓器 1 が載置されている が、 臓器 1 の上面が灌流液 4の水面直下にく るように、 受け板 3の 高さが調節されている。 この状態で、 コイル 7を直接臓器 1 に当接 させる。 すると、 受信コイル 7は、 その臓器 1 との当接面のみが灌 流液 4 と接触するに止どまり、 受信コイル 7 は灌流液 4に触れるこ となく信号を受信できる。 したがって、 正確な N M R測定をするこ とができる。

なお、 第 5図の実施例に代えて、 第 6図に示すように、 受信コィ ル 7 の一部が灌流液 4 に浸された状態で測定してもよい。 受信コィ ル 7の大部分は灌流液 4 に触れることなく信号を受信できるので、 良好な信号が受信できる。

第 7図は N M R測定方法を実施するさ らに他の測定装置の構成例 を示す。 灌流セル 2の底面に薄い膜 3 aを張り付けている。 灌流セ ノレ 2に澶流液 4を満たし、 この膜 3 aの上に臓器 1 を置き、 膜 3 a の下からコイル 7を当接させ、 信号を受信する。 この場合も、 上記 の実施例と同様、 受信コィル 7は灌流液 4 と接触することなく信号 を受信できるので、 正確な N M R測定をすることができる。

上記の各 N M R測定にあたり、 低温の灌流液を流して、 臓器の温 度を低温に保持しながら測定を行う ことも可能である。

なお、 本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、 例えば 第 1図、 第 3図、 第 4図、 第 6図の測定にあたってプローブを生体 に当接させないで、 若干離した状態で測定するこ と も可能であり、 この場合、 受信コイルと生体組織との間には若干の灌流液が介在さ れるが、 この場合でもかなり正確な信号を得るこ とができ る。 また 以上の実施例では、 受信コイルはソ レノ ィ ド状に巻かれていたが、 これに限られる ものではな く 、 例えば一重のコイルであってもよい その他本発明の要旨を変更しない範囲内において、 種々の変更を施 すこ とが可能である。 実験例

第 1 図の N M R測定装置を用いると と もに、 灌流液には生理食塩 水とプロ ピオン酸との混合溶液を用い、 N M R測定を行った。 生体 組織には、 ラ ッ トの脳を用いた。 この際、 生理食塩水中のプロ ピオ ン酸の濃度を、 当初 1 0 ミ リ モルと し、 これに 1 0 0 ミ リ モルのプ 口 ピオン酸溶液を徐々に加えて、 灌流セル 2 を灌流するプロピオン 酸の濃度を 1 0 ミ リ モルから 1 0 0 ミ リ モルまで変化させた。 以上 の条件で、 リ ンのスペク トルを測定したと ころ第 8 図に示す結果を 得た。 同図のカーブ（a ) 〜（e ) は、 1 0 0 ミ リ モルの溶液を追加し 始めた時からの各経過時間に対応したスぺク トルを示しており、 力 一ブ（a ) は 1 0分後、 力一ブ（b ) は 1 4 分後、 力一ブ（c〉 は 1 8分 後、 カーブ（d ) は 2 2分後、 カーブ（e ) は 2 6分後のスペク トルを 示す。 同図から明らかなように、 プロ ビオン酸の濃度を変えてもこ のスペク トル波形はシフ トせず、 かつ、 各ピーク高さは濃度に応じ て変化しており、 正確に N M R測定を行える こ とが確認された。 以上のように、 本発明の生体組織の N M R測定方法によれば、 受 信コイルの少なく と も一部を灌流液と非接触状態に して測定するの で、 灌流液の濃度の変化があっても、 受信コイルの電気的特性に与 える影響を軽減することができ、 正確で感度のよい信号を得ること ができる。 また、 コイルを生体組織に対して片面から当接または近 接させて測定するので、 大型組織の場合であっても、 均等磁場領域 からの信号のみを取得することができる。 したがって、 大型組織を 含む生体組織の灌流液の濃度変化による反応を良好な精度で測定す ることができる。

また、 本発明の生体組織の N M R測定装置によれば、 N M Rの自 由誘導信号を受信する受信コィルを灌流液に触れさせることなく、 信号の測定できるので、 上記の生体組織の N M R測定測定方法を簡 単に実施することができる。

Claims

請求の範囲 灌流液中に浸した生体組織の NM R測定を行う方法において NMRの自由誘導信号を受信する受信コイルを灌流液と非接触 に した状態で、 当該受信コイルを灌流液に浸された生体組織に 対して片面から当接または近接させて NMR測定を行う ことを 特徵とする生体組織の NMR測定方法。

NMRの自由誘導信号を受信する受信コイルの一部のみを灌 流液と接触させた状態で、 上記 N MR測定を行う請求項 1記載 の生体組織の NMR測定方法。

生体組織を浸す灌流液が流れており、 灌流液の濃度が時間的 に変化する請求項 1 または 2記載の生体組織の N MR測定方法, 灌流液中に浸した生体組織の NMR測定を行う測定装置にお いて、 NMRの自由誘導信号を受信する受信コイルが、 灌流液 と接触しないよう に、 自由誘導信号の伝搬に悪影響を与えない 材料で包囲され、 かつ、 生体組織に対して片面から当接または 接近する位置に配置されたこ とを特徴とする生体組織の NMR 測定装置。

上記材料が、 受信コイルの全体を包囲する容器を構成する請 求項 4記載の生体組織の NMR測定装置。

上記材料が、 受信コイルの一部を包囲する容器を構成する請 求項 4記載の生体組織の NMR測定装置。

上記材料が、 受信コイルの内部を充塡する樹脂である請求項 4記載の生体組織の NMR測定装置。

上記材料が、 ジユラ コ ン樹脂、 ポ リ 四フ ッ化工チ レン樹脂、 またはァク リ ル樹脂である請求項 4記載の生体組織の NM R測 10