私の出発点：血液水の横弛緩時間を使用して血液酸素化を測定するためのNMR方法の発見

1979年から2010年までの期間をカバーするこの招待された個人的な話は、赤血球のヘモグロビンの酸素化状態への血液中の水の横弛緩時間の依存の発見を説明しています。異なる酸素化状態におけるヘモグロビンの異なる磁気感受性のコンパートメントの基礎となるメカニズムは、fMRIで使用される血液酸素化レベル依存性コントラストの根底にあるメカニズムも説明しています。ストーリーは、高磁場でのin vivo 31p NMR分光法によって検出された小さなげっ歯類の虚血中のライン広がりの最初の観察から始まります。この分光線の広がりまたはT2*弛緩効果は、血液の酸素化状態に関連していることが実証されました。この効果は、Carr-Purcell-Meiboom-Gill法で測定されたT2値を使用して、より正確に定量化されました。この効果は、赤血球の異なる酸素化溶液と懸濁溶液の間の異なる酸素化状態におけるヘモグロビンの鉄鉄の変化するスピン状態によって生じる異なる磁気感受性を区別するための赤血球の完全性に依存していました。ヘマトクリットと磁場依存性、赤血球の完全性の要件、およびT1依存性の欠如は、磁気感受性効果がT2*およびT2の酸素化状態依存性を説明したことを確認しました。このT2/T2*効果は、血流のT1ベースの測定と組み合わせて、動物の酸素消費量を測定しました。この血液酸素化アッセイとその基礎となる磁気感受性勾配メカニズムは、1982年に生化学の文献に掲載され、ほとんど忘れられていました。1980年代半ばまでに、人間のMRイメージングが磁場強度が1.5 Tに増加したため、脳血腫の進化するイメージングの特徴を説明するために観察が復活しました。このアッセイのイメージングバージョンは、1991年までに1.5-Tでヒトの脳酸素消費のグローバルな代謝率を測定するために使用されましたが、グローバル測定には臨床的価値はほとんどありませんでした。対照的に、分光観察の10年後、オガワと同僚が7 tでげっ歯類で行われたイメージング実験により、血管外T2*血液酸素化効果のイメージング特性が特定され、最も重要なことには、脳機能状態との変化が関連しています。小川は、この血液酸素化レベルに依存するメカニズムを大胆なコントラストとして適切にブランド化しました。このメカニズムは、その後、局所脳機能に関連する局所的なMR信号の変化の基礎であることが示されました。この接続により、人間の脳マッピングにおけるfMRI革命が発生しました。

This invited personal story, covering the period from 1979 to 2010, describes the discovery of the dependence of the transverse relaxation time of water in blood on the oxygenation state of hemoglobin in the erythrocytes. The underlying mechanism of the compartmentation of the different magnetic susceptibilities of hemoglobin in its different oxygenation states also explains the mechanism that underlies blood oxygenation level dependent contrast used in fMRI. The story begins with the initial observation of line broadening during ischemia in small rodents detected by in vivo 31P NMR spectroscopy at high field. This spectroscopic line broadening or T2* relaxation effect was demonstrated to be related to the oxygenation state of blood. The effect was quantified more accurately using T2 values measured by the Carr-Purcell-Meiboom-Gill method. The effect was dependent on the integrity of the erythrocytes to compartmentalize the different magnetic susceptibilities produced by the changing spin state of the ferrous iron of hemoglobin in its different oxygenation states between the erythrocytes and the suspending solution. The hematocrit and magnetic field dependence, the requirement for erythrocyte integrity and lack of T1 dependence confirmed that the magnetic susceptibility effect explained the oxygenation state dependence of T2* and T2. This T2/T2* effect was combined with T1 based measurements of blood flow to measure oxygen consumption in animals. This blood oxygenation assay and its underlying magnetic susceptibility gradient mechanism was published in the biochemistry literature in 1982 and largely forgotten. The observation was revived to explain evolving imaging features of cerebral hematoma as MR imaging of humans increased in field strength to 1.5 T by the mid 1980s. Although the imaging version of this assay was used to measure a global metabolic rate of cerebral oxygen consumption in humans at 1.5-T by 1991, the global measurement had little clinical value. By contrast, a decade after the spectroscopic observation, imaging experiments performed on rodents at 7 T by Ogawa and colleagues identified the extravascular T2* imaging characteristics of the blood oxygenation effect and, most importantly, associated that change with brain functional states. Ogawa appropriately branded this blood oxygenation level dependent mechanism as BOLD contrast. This mechanism was subsequently shown to be the basis of localized MR signal changes associated with local brain function. This connection led to the fMRI revolution in human brain mapping.