構造的および機能的神経画像診断

神経画像診断は、生体脳を画像化する一連の技術です。構造画像診断は、脳領域の形状、サイズ、組織組成といった解剖学的構造を示し、機能画像診断は、神経処理に伴う血流および血液酸素化の変化から活動を推測します。これらを組み合わせることで、脳の構造と機能を非侵襲的に研究することが可能になります。

Definition

構造的神経画像診断は脳の解剖学的構造と組織特性を可視化し、機能的神経画像診断は血流や酸素化などの神経活動の相関関係を測定することで、生体内で構造と機能の両方を評価することを可能にします。

Scope

このトピックでは、主要な構造モダリティ（コンピュータ断層撮影および構造MRI、拡散強調画像および形態計測を含む）と機能モダリティ（血液酸素化レベル依存性コントラストに基づく機能MRI、ならびに機能的および実効的結合性の解析）について扱います。各手法が何を測定するかを、臨床的ガイダンスとしてではなく、参照方法論として記述します。

Core questions

• 構造画像診断は何を測定し、機能画像診断とどのように異なりますか？
• 機能MRIは、血液酸素化信号からどのように神経活動を推測しますか？
• 画像はどのようにして脳構造と結合性の定量的測定値に変換されますか？

Key concepts

• コンピュータ断層撮影と構造MRI
• 拡散強調画像
• ボクセルベースおよび表面ベースの形態計測
• 血液酸素化レベル依存性（BOLD）コントラスト
• 機能的および実効的結合性
• 安静時画像診断とデフォルトモード
• 画像セグメンテーションと定量化

Mechanisms

構造MRIは、組織の磁気共鳴特性によって組織を区別し、拡散強調画像は、水の動きを利用して微細構造と線維の配向を調べます（Le Bihan et al., 1986）。機能MRIは、脱酸素化血液と酸素化血液が磁化率において異なるという発見に基づいており、神経活動に伴う局所的な血液酸素化の変化が測定可能な血液酸素化レベル依存性信号（BOLD信号）を生成します（Ogawa et al., 1990）。これらの信号が領域間でどのように共変動するかを分析することで、機能的および実効的結合性の測定値が得られ（Friston, 1994）、明示的な課題がない安静時にも見られるパターンが含まれます（Gusnard & Raichle, 2001）。自動化されたパイプラインは、画像をセグメント化し、ラベル付けすることで、定量的な解剖学的測定値に変換します（Fischl, 2012）。

Clinical relevance

神経画像診断法は、研究および実践において脳の構造と機能がどのように観察され測定されるかの基盤となっており、各モダリティが何を測定するかを理解することは、慎重な解釈を裏付けます。この項目は方法論的な参照資料であり、診断基準や治療に関する助言を提供するものではありません。

History

X線コンピュータ断層撮影は、生きた人間の脳の解剖学的構造を初めて可視化することを可能にし、その後、磁気共鳴画像法は、優れた軟部組織コントラストと拡散に基づく微細構造画像を提供しました（Le Bihan et al., 1986）。血液酸素化レベル依存性コントラストの発見（Ogawa et al., 1990）は機能MRIを立ち上げ、その後、結合性解析（Friston, 1994）と安静時活動の研究（Gusnard & Raichle, 2001）が、自動画像解析ツール（Fischl, 2012）に支えられ、この分野を広げました。

Debates

BOLD信号は実際に何を反映しているのか？

機能MRIは、神経活動の間接的な血管性代理指標である血液酸素化信号を測定するため、BOLD応答と根底にある神経イベントとの正確な関係は、解釈上の注意点として残っています。

Key figures

• Seiji Ogawa
• Denis Le Bihan
• Karl Friston
• Marcus Raichle
• Bruce Fischl

Seminal works

• ogawa-1990
• le-bihan-1986
• friston-1994

Frequently asked questions

構造的神経画像診断と機能的神経画像診断の違いは何ですか？

構造的神経画像診断は脳の解剖学的構造と組織を画像化するのに対し、機能的神経画像診断は、神経処理に伴う血液酸素化の変化など、活動の相関関係を測定します。

機能MRIはニューロンを直接測定しますか？

いいえ。機能MRIは、血液酸素化レベル依存性信号を測定します。これは、ニューロンの活動を直接記録するのではなく、神経活動に続く間接的な血管性代理指標です。