JP3876322B2 - 非侵襲脳活動計測方法 - Google Patents
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Description
本発明者は、
H.Eda et al. MRI based FEM model for analysis of Near infrared spectroscopy, NeuroImage, 13,6,113, 2001で、実際の頭部構造を取り込んだ光伝播解析システムに関して報告している。
江田英雄、他.脳への光伝播及び電磁場の理論解析システムの研究.生体医工学第41刊特別号.2003では、そのシステムに電磁場を解析するソルバを組み込み、種々の信号を同じpre−postによって統合的に理論解析することを可能にしたことも報告している。
従来技術では、脳からの反射が、全て脳の血液状態変化を示しているものとして扱われていた。頭皮の皮膚血流による影響などは考慮されていなかった。
近赤外分光画像を用いた視覚野、運動野、言語野などの知見は、近年多く発表されている。光脳活動計測システムの特徴は、光ファイバーなどを用いて頭皮上から光を照射して、その照射位置と異なる位置で光強度を検出し、検出された光強度変化から脳の血液状態変化を算出する点にある。
そのため、この照射と検出の光路上に存在する部位、特に頭皮部分の皮膚血流のヘモグロビン変動は、近赤外分光画像の誤差になりうる。
260秒時点で、被験者の姿勢を前傾に変えたことによって、波形が大きく変わっている。
皮膚血流の変化をもたらすタスクには、このような姿勢変化の他に、呼吸や心拍数の変化といった自律神経の働きや、動作、情動変化などがある。
近赤外線としては、780、805、830nmの3波長で計測し、ドップラー血流計では、670nmで計測した。
同様に、図3は、座位45°前傾で書く姿勢、90°前傾、起立、立位45°前傾、90°前傾のタスクを行ない、被験者の前額部を、酸素モニタによる光計測と、ドップラー血流計とで同時に光計測した結果を示すグラフである。
ドップラー血流計は皮膚血流を計測するものであるから、この結果は脳活動を示す近赤外線による光計測データに、皮膚血流が影響を及ぼしていることを示している。
このため、ドップラー血流計を用いて、頭皮部分における皮膚血流も求め、近赤外線による光計測データから、このドップラー血流計による皮膚血流に起因するデータ成分を減算することによって、光計測データを補正することができる。
ドップラー血流計は、ドップラー効果、すなわちレーザー光が赤血球のように動いている物体に衝突し、そこで散乱される際に受ける周波数変化を利用している。プローブの先端のトランスミッター等から照射されたレーザー光は、組織へ浸透し散乱や屈折を繰り返すうちに吸収されるが、赤血球に衝突した光はドップラーシフトする。そのため、体細胞によって散乱された光は、赤血球でドップラーシフトされた光と、静止組織で散乱されドップラーシフトしていない光の混合となる。
このような散乱光は、受光ファイバーでピックアップされフォトディテクター等へ導かれ電気信号に変換される。その電気信号は、信号処理回路を介してリニアライザーに送られ、運動している血球濃度と血流速度との積である血流量として出力表示される。
そのため、皮膚から放射されてくる遠赤外線を非接触で測定する放射温度計を用いて頭皮部分の温度を求め、その温度変化が所定の閾値より大きい場合には、皮膚血流変化による誤差要因があることを指標するようにしてもよい。
すなわち、従来公知のヘッドギアと一脚との構成物など、少なくとも頭部を固定して被験者の姿勢を一定に保つホルダーを用い、被験者の特定の姿勢に依存する測定結果への影響を予め求め、近赤外線による光計測データからこの特定姿勢に起因するデータ成分を減算して、光計測データを補正するようにしてもよい。
Claims (3)
- 頭皮上から脳へ近赤外線を照射する手段と、その反射を照射位置と異なる位置で受光する手段と、検出された光強度変化から脳の血液状態変化を求める演算手段を有する非侵襲脳活動計測システムにおいて、
前記非侵襲脳活動計測システムにおける演算部は、
ドップラー血流計を用いて得られた頭皮部分における皮膚血流と、前記近赤外線による光計測データとを入力され、
光計測データから得られる脱酸素化ヘモグロビンまたは酸素化ヘモグロビン量から、ドップラー血流計による皮膚血流から得られる脱酸素化ヘモグロビンまたは酸素化ヘモグロビン量を減算して、光計測データを補正して出力する
ことを特徴とする非侵襲脳活動計測方法。 - 前記非侵襲脳活動計測システムにおける演算部は、
放射温度計を用いて得られた頭皮部分における温度を入力され、
その温度変化が所定の閾値より大きい場合には、皮膚血流変化による誤差要因があることを出力する
請求項1に記載の非侵襲脳活動計測方法。 - 前記非侵襲脳活動計測システムにおける演算部は、
少なくとも頭部を固定して被験者の姿勢を一定に保つホルダーを用いて得られた被験者の特定の姿勢に依存する測定結果への影響を予め入力され、
前記近赤外線による光計測データから、この特定姿勢に起因するデータ成分を減算して、光計測データを補正して出力する
請求項1または2に記載の非侵襲脳活動計測方法。
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