1997 Fiscal Year Annual Research Report

マルチセンサ方式を導入した携帯可能な近赤外光組織酸素モニタの開発

Research Project

Project/Area Number	08558090
Research Institution	Hokkaido University
Principal Investigator	山本克之北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10088867)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	志賀利一オムロンライフサイエンス研究所, 研究員工藤信樹北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30271638) 高橋誠北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10154858) 清水孝一北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30125322)
Keywords	近赤外光 / 組織酸素モニタ / 筋組織 / 脂肪層 / モンテカルロシミュレーション
Research Abstract	近赤外光を用いた組織酸素計測は非侵襲的に実時間で組織の酸素濃度をモニタできるため,臨床的に極めて有用な測定法である.しかし,この手法は均質系の理論に基づいており,頭蓋,脂肪などが介在する実際の不均質組織では,測定感度が大きく異なることが問題点として認識され始めている.本研究は,筋組織酸素濃度計測において問題となる脂肪層に着目し,脂肪層の影響を補正して,筋組織酸素濃度の絶対値計測が可能な装置を開発することを目的としている.本年度までに,以下の成果を挙げた.1.同時多点計測が可能なように,送受光器間距離の異なるマルチセンサ方式の近赤外光組織酸素モニタを開発した.2.開発装置を用い,大腿外側広筋における自転車エルゴメータ負荷試験,前腕における虚血試験を実施するとともに,超音波診断装置で脂肪層の厚みを測定し,脂肪層の存在が測定感度に大きく影響することを実証した.3.脂肪層(寒天と酸化チタン粒子)と筋肉層(Intralipid溶液と牛血)からなるファントムを作成し,酸素化・脱酸素化ヘモグロビンの濃度と吸光度変化の関係を求め,脂肪層が厚くなると測定感度が著しく減少するとともに,非直線性が顕著になることを見いだした.4.脂肪層と筋肉層からなる2層3次元モデルでモンテカルロシミュレーションを実施し,シミュレーションの結果より実測およびファントム実験の結果の妥当性を確認するとともに,種々の条件下で系統的な解析を実施した.5.以上の結果から,近赤外光組織酸素計測法の測定感度と脂肪厚の関係を決定することができた.6.さらに,測定感度の低下とともに受光量は増加し,それらに直線関係があることを見いだし,その関係を用いて測定感度を補正する手法を提案して,その有効性をin vivo測定で検証した.

Research Products

(14 results)

All Other

All Publications (14 results)

[Publications] 庭山雅嗣: "近赤外光を用いた筋組織酸素計測における脂肪層の影響" 電子情報通信学会技術研究報告. MBE96-42. 51-56 (1996)
[Publications] K.Yamamoto: "Influence of subcutaneous fat layer on muscle oxygenation measurement using NIR" Proc.of International Symposium on Non-invasive Optical Diagnosis. 37-45 (1996)
[Publications] T.Shiga: "A study of a portable tissue oximeter using two-wavelength near-infrared spectroscopy and its basic performance" Proc.of International Symposium on Non-invasive Optical Diagnosis. 139-147 (1996)
[Publications] 庭山雅嗣: "近赤外光を用いた筋組織酸素計測の特性解析-マルチセンサ方式による定量計測の可能性-" 第11回生体生理工学シンポジウム論文集. 189-192 (1996)
[Publications] T.Shiga: "Study of an algorithm based on model experiments and diffusion theory for a portable tissue oximeter" J.Biomedical Optics. 2. 154-161 (1997)
[Publications] 山本克之: "近赤外光を用いた筋組織酸素計測における脂肪層の影響-マルチセンサ方式を用いた同時計測による検討-" Therapeutic Research. 18(7). 159-162 (1997)
[Publications] T.Nakai: "Expression of optical diffusion coefficient in high-absorption turbid media" Physics in Medicine and Biology. 42(12). 2541-2549 (1997)
[Publications] K.Yamamoto: "Accurate NIRS measurement of muscle oxygenation by correcting the influence of a subcutaneous fat layer" Proc.SPIE. 3194. 166-173 (1998)
[Publications] T.Shiga: "Real time monitoring of pulsatile change in hemoglobin concentrations of cerebral tissue by a portable tissue oximeter with a 10-Hz sampling rate" Proc.SPIE. 3194. 435-442 (1998)
[Publications] K.Yamamoto: "A near-infrared muscle oximeter that can correct the influence of a subcutaneous fat layer" Proc.SPIE. 3257(in press). (1998)
[Publications] L.Lin: "Two-layered phantom experiments for characterizing the influence of a fat layer on measurement of muscle oxygenation using NIRS" Proc.SPIE. 3257(in press). (1998)
[Publications] 中井達也: "吸収の大きい散乱媒質中における光拡散方程式の拡散係数" 電子情報通信学会論文誌. (in press). (1998)
[Publications] 庭山雅嗣: "近赤外光を用いた筋組織酸素計測における脂肪層の影響とその補正" 医用電子と生体工学. 36(1)(in press). (1998)
[Publications] 庭山雅嗣: "近赤外光を用いた筋組織酸素計測による酸素供給能力の評価法の検討-ノルディック複合選手と一般成人の比較、及び高所トレーニング前後の比較-" 日本オリンピック委員会スポーツ医・科学研究報告. 21(in press). (1998)

1997 Fiscal Year Annual Research Report

マルチセンサ方式を導入した携帯可能な近赤外光組織酸素モニタの開発

Principal Investigator

山本 克之 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10088867)

Research Products

[Publications] 庭山 雅嗣: "近赤外光を用いた筋組織酸素計測における脂肪層の影響" 電子情報通信学会技術研究報告. MBE96-42. 51-56 (1996)

[Publications] K.Yamamoto: "Influence of subcutaneous fat layer on muscle oxygenation measurement using NIR" Proc.of International Symposium on Non-invasive Optical Diagnosis. 37-45 (1996)

[Publications] T.Shiga: "A study of a portable tissue oximeter using two-wavelength near-infrared spectroscopy and its basic performance" Proc.of International Symposium on Non-invasive Optical Diagnosis. 139-147 (1996)

[Publications] 庭山 雅嗣: "近赤外光を用いた筋組織酸素計測の特性解析-マルチセンサ方式による定量計測の可能性-" 第11回生体 生理工学シンポジウム論文集. 189-192 (1996)

[Publications] T.Shiga: "Study of an algorithm based on model experiments and diffusion theory for a portable tissue oximeter" J.Biomedical Optics. 2. 154-161 (1997)

[Publications] 山本 克之: "近赤外光を用いた筋組織酸素計測における脂肪層の影響-マルチセンサ方式を用いた同時計測による検討-" Therapeutic Research. 18(7). 159-162 (1997)

[Publications] T.Nakai: "Expression of optical diffusion coefficient in high-absorption turbid media" Physics in Medicine and Biology. 42(12). 2541-2549 (1997)

[Publications] K.Yamamoto: "Accurate NIRS measurement of muscle oxygenation by correcting the influence of a subcutaneous fat layer" Proc.SPIE. 3194. 166-173 (1998)

[Publications] T.Shiga: "Real time monitoring of pulsatile change in hemoglobin concentrations of cerebral tissue by a portable tissue oximeter with a 10-Hz sampling rate" Proc.SPIE. 3194. 435-442 (1998)

[Publications] K.Yamamoto: "A near-infrared muscle oximeter that can correct the influence of a subcutaneous fat layer" Proc.SPIE. 3257(in press). (1998)

[Publications] L.Lin: "Two-layered phantom experiments for characterizing the influence of a fat layer on measurement of muscle oxygenation using NIRS" Proc.SPIE. 3257(in press). (1998)

[Publications] 中井 達也: "吸収の大きい散乱媒質中における光拡散方程式の拡散係数" 電子情報通信学会論文誌. (in press). (1998)

[Publications] 庭山 雅嗣: "近赤外光を用いた筋組織酸素計測における脂肪層の影響とその補正" 医用電子と生体工学. 36(1)(in press). (1998)

山本克之北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10088867)

[Publications] 庭山雅嗣: "近赤外光を用いた筋組織酸素計測における脂肪層の影響" 電子情報通信学会技術研究報告. MBE96-42. 51-56 (1996)

[Publications] 庭山雅嗣: "近赤外光を用いた筋組織酸素計測の特性解析-マルチセンサ方式による定量計測の可能性-" 第11回生体生理工学シンポジウム論文集. 189-192 (1996)

[Publications] 山本克之: "近赤外光を用いた筋組織酸素計測における脂肪層の影響-マルチセンサ方式を用いた同時計測による検討-" Therapeutic Research. 18(7). 159-162 (1997)

[Publications] 中井達也: "吸収の大きい散乱媒質中における光拡散方程式の拡散係数" 電子情報通信学会論文誌. (in press). (1998)

[Publications] 庭山雅嗣: "近赤外光を用いた筋組織酸素計測における脂肪層の影響とその補正" 医用電子と生体工学. 36(1)(in press). (1998)