Separating brain activity from hemodynamic change by analysis of temporal changes in signals of near-infrared spectroscopy

• Project/Area Number: 26420403
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Measurement engineering
• Research Institution: Tokyo Metropolitan College of Industrial Technology
• Principal Investigator: Fukuda Keiko 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 教授 (70396266)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): SEKIHARA KENSUKE 首都大学東京, システムデザイン学部, 教授 (40326020)
• Research Collaborator: ITO YOSHITOSHI
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2016: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2015: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2014: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: 生体情報・計測 / 近赤外分光法 / 脳機能計測 / 皮膚血流 / NIRS / 医用光工学 / 電気電子計測 / 脳血流

Outline of Final Research Achievements

In brain function measurements by near-infrared spectroscopy (NIRS), we focus on the temporal changes in the oxygenated and deoxygenated hemoglobin concentrations and propose an analytical approach to the temporal changes of the hemoglobin concentrations' cross-correlation coefficient in the brain functional signals. The cross-correlation coefficient between the oxygenated and deoxygenated hemoglobin concentrations shows negative values for brain activity and positive values for hemodynamic changes. Experiments with a 16-channel functional NIRS system show that our proposed approach clarifies the interpretation of the measured NIRS signals and it is effective for estimating the influence of hemodynamic change on brain activity.

Research Products

• [Journal Article] Analytical approach to the temporal changes in NIRS signals to separate hemodynamic change from brain activity (2016)
  • Author(s): Keiko Fukuda, Hiroki Takemoto, Akira Ikeda
  • Journal Title: Conference Proceedings of IEEE Eng Med Biol Socc.2016 Volume: - Pages: 1393-1396
  • DOI: 10.1109/embc.2016.7590968
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Multichannel Signal Processing Method for Disturbance Cancelation in Brain Function Measurements Using Near-Infrared Spectroscopy (2016)
  • Author(s): Keiko Fukuda and Akira Takao
  • Journal Title: Advanced Biomedical Engineering Volume: 5 Issue: 0 Pages: 49-55
  • DOI: 10.14326/abe.5.49
  • NAID: 130005152796
  • ISSN: 2187-5219
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 近赤外分光法による脳機能信号の特性評価に向けた計測課題の作成と評価 (2017)
  • Author(s): 池田彬,福田恵子
  • Organizer: 電子情報通信学会総合大会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2017-03-23
• [Presentation] 筋肉の収縮弛緩運動に伴う酸素代謝と血液量変化の分離計測と評価への試み (2016)
  • Author(s): 福田恵子
  • Organizer: 第53回日本臨床生理学会総会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-10-29
• [Presentation] Analytical approach to the temporal changes in NIRS signals to separate hemodynamic change from brain activity (2016)
  • Author(s): Keiko Fukuda, Hiroki Takemoto, Akira Ikeda
  • Organizer: 38th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • Place of Presentation: オーランド(米国）
  • Year and Date: 2016-08-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 近赤外分光法による脳機能計測を用いた集中度の評価方法に関する一検討 (2016)
  • Author(s): 福田恵子，竹元裕樹
  • Organizer: 日本交通科学学会総会・学術講演
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-06-19
• [Presentation] NIRSによる脳機能計測における脳機能信号と反応部位の推定に関する一検討 (2016)
  • Author(s): 福田恵子，竹元裕樹
  • Organizer: 第55回日本生体医工学会大会
  • Place of Presentation: 富山
  • Year and Date: 2016-04-26
• [Presentation] 酸素代謝を指標とした筋肉の収縮・弛緩運動の評価 (2015)
  • Author(s): 福田恵子，桐越皓大
  • Organizer: 生体医工学シンポジウム
  • Place of Presentation: 岡山国際会議場
  • Year and Date: 2015-09-25
• [Presentation] Multichannel Signal Processing Method for Disturbance Cancellation in Brain Function Measurements using Near-infrared Spectroscopy (2015)
  • Author(s): Keiko Fukuda, Akira Takao
  • Organizer: 生体医工学シンポジウム
  • Place of Presentation: 岡山国際会議場
  • Year and Date: 2015-09-25
• [Presentation] NIRSを用いた脳機能計測における血液量変化の検出方法の検討 (2015)
  • Author(s): 池田彬 福田恵子
  • Organizer: 日本光脳機能イメージング学会 第１８回学術集会
  • Place of Presentation: 星陵会館
  • Year and Date: 2015-07-25
• [Presentation] NIRSを用いた脳機能計測における血液量変化の分離に関する一検討 (2015)
  • Author(s): 福田 恵子、関原 謙介、池田 彰、岡田 裕貴
  • Organizer: 第54回日本生体医工学会大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2015-05-07
• [Presentation] NIRSを用いた脳機能計測における血液量変化の解析 (2014)
  • Author(s): 池田彬, 福田恵子, 関原謙介
  • Organizer: 日本人間工学会 関東支部第 44 回大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2014-12-06
• [Presentation] 脳機能の局所的な反応の計測 (2014)
  • Author(s): 岡田裕貴, 福田恵子, 関原謙介
  • Organizer: 日本人間工学会 関東支部第 44 回大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2014-12-06
• [Presentation] 近赤外分光法計測における外乱補正技術に向けた多チャネル信号処理方法の検討 (2014)
  • Author(s): 五島渓介、高尾滉、福田恵子
  • Organizer: 日本生体医工学会 生体医工学シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京農工大学
  • Year and Date: 2014-09-26
• [Presentation] NIRSによる脳機能計測における チャネル間の信号の類似性の評価 (2014)
  • Author(s): 福田恵子, 後庵初貴, 古谷野紘樹
  • Organizer: 日本制御自動学会 ライフエンジニアリング部門シンポジウム2014（LE2014）
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2014-09-19
• [Presentation] 近赤外分光法による脳機能計測における多チャネル信号処理方法の検討 (2014)
  • Author(s): 福田恵子，高尾滉
  • Organizer: 第53回日本生体医工学会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター
  • Year and Date: 2014-06-24
• [Book] 電気・電子計測工学 (2016)
  • Author(s): 吉澤昌純、降矢典雄、福田恵子、吉村拓巳、高崎和之、西山明彦
  • Total Pages: 206
  • Publisher: コロナ社