時間分解法による生体組織中の光信号感度分布解析と脳機能イメージングへの応用

时间分辨方法分析生物组织中光信号灵敏度分布及其在脑功能成像中的应用

• 批准号: 13750397
• 负责人: 岡田 英史
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750397/
• 关键词: 近赤外分光法; 時間分解計測; 生体計測; 光計測; 脳機能計測; 光マッピング法; マルチスペクトル画像

1)光信号の空間感度分布特性を考慮した脳機能イメージ再構築アルゴリズムの検討頭部に配置した入射・検出ファイバ対が捉える脳機能の感度分布を用いて,脳機能分布を再構築するアルゴリズムについて検討を行った.頭皮上に4〜32mmの間隔で1次元的に入射・検出ファイバ対を配置し,得られた光信号を,入射点と検出点の中点にマッピングして補間する従来法と提案法によって処理し,脳機能賦活部位の分布を求めた.ファイバ対間隔が16mm以上の場合には,2つの処理法による結果にほとんど差異はなく,賦活部位は実際よりも2倍以上に広がって推定された.これに対して,ファイバ間隔が16mmより狭くなると,マッピング法の結果はファイバ間隔が16mmのときの結果とほとんど変化がなかったのに対して,提案法では実際の賦活部位とほぼ等しい分布が推定された.このことから,ファイバ間隔が16mm以上の場合には,ハードウエアの制約によって空間分解能が低下しており,空間感度分布を利用した画像再構築で効果的に賦活領域を求めるためには,ファイバ間隔を16mm未満に設定する必要があることが明らかになった.2)マルチスペクトル画像からの信号起源の推定に関する検討脳組織における散乱,吸収をモンテカルロ法でシミュレーションすることによって,酸化・還元ヘモグロビン濃度が変化したときの分光反射率を求め,得られたマルチスペクトル画像を主成分分析した.得られた主成分を解析した結果,第1主成分はヘモグロビンの吸収スペクトルを検出光の実効光路長で重みづけしたもの,第2主成分は酸化,還元ヘモグロビンの吸収スペクトルの差分を実効光路長で重みづけしたものに対応していることが明らかになった.これらの結果から,マルチスペクトル画像を主成分分析することによって,血液濃度と酸素飽和度の分布を分離した形で解析できる可能性が示唆された.

1) optical signal の space distribution features of the degree of を consider し た 脳 function イ メ ー ジ to construct ア ル ゴ リ ズ ム の 検 for head に configuration し た incident, 検 out フ ァ イ バ が seaborne catch え る 脳 function の を sensitivity distribution with い て, を 脳 function distribution to construct す る ア ル ゴ リ ズ ム に つ い て 検 line for を っ た. Scalp に 4 ~ 32 mm の interval で 1 yuan に incident, 検 out フ ァ イ バ を configuration し polices, have ら れ た を light signal, the incident point と 検 something の midpoint に マ ッ ピ ン グ し て curation す る 従 to と proposal method に よ っ て 処 し, 脳 function fu の live parts distribution を o め た. フ ァ イ バ interval seaborne が above 16 mm の occasions に は, 2 つ の 処 Method に よ る results に ほ と ん ど differences は な く, fu は live parts be interstate よ り も 2 times more than に hiroo が っ て presumption さ れ た. こ れ に し seaborne て, フ ァ イ バ interval が 16 mm よ り narrow く な る と, マ ッ ピ ン グ method の results は フ ァ イ バ interval が 16 mm の と き の results と ほ と ん ど variations change が な か っ た の に し seaborne て, proposal method で は be international の fu live parts と ほ ぼ etc し い distribution が presumption さ れ た. こ の こ と か ら, フ ァ イ が バ interval more than 16 mm の occasions に は, ハ ー ド ウ エ ア の restrict に よ っ て space decomposition can lower が し て お り, space distribution を using し た portraits to construct で unseen fruit を に fu living field and め る た め に は, フ ァ イ バ interval を 16 mm not against に Set す る necessary が あ る こ と が Ming ら か に な っ た. 2) マ ル チ ス ペ ク ト ル portrait か ら の signal origin の presumption に masato す る beg 脳 検 organization に お け る scattered, suction 収 を モ ン テ カ ル ロ method で シ ミ ュ レ ー シ ョ ン す る こ と に よ っ て, acidification, and yuan ヘ モ グ ロ ビ が ン concentration variations change し た と き の spectral reflectance を め, too ら れ た Youdaoplaceholder3 チスペ ト ト ト ト を portrait を principal component analysis た た. Have ら れ た principal component analytical し を た as a result, the first principal component は ヘ モ グ ロ ビ ン の suction 収 ス ペ ク ト ル を の 検 out light be working light path length で み づ け し た も の, 2 principal component は acidification, also yuan ヘ モ グ ロ ビ ン の suction 収 ス ペ ク ト ル の difference を be unseen light path length で み づ け し た も の に 応 seaborne し て い る こ と が Ming ら か に な っ た. こ れ ら の Results か ら, マ ル チ ス ペ ク ト ル portrait を pca す る こ と に よ っ て, blood concentration と acid saturation distribution を の separation し た form analytical で で き が る possibility in stopping さ れ た.

项目成果

岡田英史: "脳内光伝播のシミュレーション"レーザー研究. 30・11. 630-635 (2002)

冈田秀俊：“大脑中光传播的模拟”激光研究30・11（2002）。

Eiji Okada, David T.Delpy: "Near infrared light propagation in an adult head model. II. Effect of superficial tissues thickness on the sensitivity of the NIRS signal"Applied Optics. 42・13(in press). (2003)

Eiji Okada、David T.Delpy：“成人头部模型中的近红外光传播。II. 浅表组织厚度对 NIRS 信号灵敏度的影响”Applied Optics 42・13（出版中）。

田中健之, 谷川ゆかり, 荒木隆一郎, 山田幸生, 岡田英史: "透過型時間分解法による生体組織の光学特性測定"光学. 31・12. 886-892 (2002)

田中武之、谷川由香里、荒木龙一郎、山田幸雄、冈田秀文：“通过传输时间分辨方法测量生物组织的光学特性”光学31・12（2002）。

T.Kadoya: "Monte Carlo investigation of separation of two absorbers in topographic image"Proc.SPIE. Vol.4431. 176-183 (2001)

T.Kadoya：“地形图像中两个吸收体分离的蒙特卡罗研究”Proc.SPIE。

Y.Fukui: "Analysis of light propagation in neonatal head model by finite difference method"Proc.SPIE. Vol.4431. 184-191 (2001)

Y.Fukui：“通过有限差分法分析新生儿头部模型中的光传播”Proc.SPIE。