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近赤外分光組織酸素計測値と骨格筋酸素運搬機構の因果関係に関する実験的検証

研究課題

研究課題/領域番号 13480286
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 医用生体工学・生体材料学
研究機関北海道大学

研究代表者

山本 克之  北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10088867)

研究分担者 河原 剛一  北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (20125397)
浜岡 隆文  鹿屋体育大学, 体育学部, 教授 (70266518)
工藤 信樹  北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30271638)
研究期間 (年度) 2001 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
15,100千円 (直接経費: 15,100千円)
2003年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
2002年度: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2001年度: 10,900千円 (直接経費: 10,900千円)
キーワード近赤外光 / 組織酸素濃度 / 骨格筋 / 酸素消費量 / ヘモグロビン / ミオグロビン / 顕微分光 / 組織酵素濃度
研究概要

本研究は,近赤外分光法(NIRS)による筋組織酸素濃度測定値が組織酸素運搬機構といかなる因果関係にあるかを,実測,計算機シミュレーション,顕微分光法で明らかにし,NIRS測定値に対するヘモグロビン(Hb)とミオグロビン(Mb)の寄与率など,NIRS測定波形を解釈する上で不可欠な基礎資料を得ることを目的とした.
(1)筋組織酸素濃度イメージングによる筋代謝の時空間解析:絶対値計測が可能な空間分解法を導入し,組織酸素飽和度を画像化できるイメージング装置を試作した.運動時と回復期の組織酸素飽和度は,運動負荷の様式や酸素負債を反映した特徴的な変化を示し,本法の有用性を実証できた.
(2)運動時の筋酸素消費量の時間応答:高強度収縮時の筋血流遮断を利用し,筋収縮時の酸素濃度低下率から局所的筋酸素消費量を測定する新たな測定法を開発した.装置の時間分解能を約0.1sと高速化することにより,動脈阻血などを行うことなく筋収縮時の酸素消費量をほぼ瞬時に推定することが可能になった.
(3)筋組織酸酸素運搬モデルによるNIRS測定値の解析:好・嫌気性代謝系,クレアチンリン酸系,および組織酸素運搬系からなる筋代謝モデルを作成し,ヒト実測結果とモデル・シミュレーションの結果を比較検討した.その結果,HbとミオグロビンMbの測定値への寄与率に関しては,HbとMbの酸素解離曲線の違いを反映し,組織の酸素化レベルにより寄与率は大きく異なった.高強度収縮ではMbの脱酸素化が顕著になり,再酸素化の過程でMbに由来して飽和度上昇の遅延が生じることが明らかになった.
(4)顕微分光法による組織酸素飽和度の測定:波長500nm帯の6波長を用いて吸光度を測定し,重回帰により散乱成分を除去して酸素飽和度を求めるシステムを試作した.マウス,ラットの腸間膜,挙睾筋で実測を行い,微小血管の血液酸素飽和度を画像化できた.

報告書

(4件)
  • 2003 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (49件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (49件)

  • [文献書誌] K.Yamamoto: "Functional imaging muscle oxygenation using a 200-ch CW-NIRS system"Proc.SPIE. 4250. 142-152 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 山本克之: "皮下脂肪層を考慮した近赤外分光法の利用と今後の展開"体育の科学. 51(7). 518-521 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] J.Shao: "Theoretical and experimental studies on linear and nonlinear algorithms for the measurement of muscle oxygenation using continuous-wave near-infrared spectroscopy"Optical Engineering. 40(10). 2293-2301 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 中村和明: "超音波変調光による生体の光イメージングに関する基礎的検討-スペックルパターンの変動を利用した変調光の検出-"電子情報通信学会論文誌A. J84-A(12). 1525-1531 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 工藤信樹: "超音波照射下における微小気泡のふるまいの高速度カメラによる観察"電子情報通信学会論文誌A. J84-A(12). 1492-1499 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Niwayama: "A 200-channel imaging system of muscle oxygenation using CW near-infrared spectroscopy"IEICE Trans. E85-D(1). 115-123 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Yamamoto: "Optical topography for spatiotemporal analyses of muscle oxygenation during exercise"Lecture Notes of the ICB Seminars. 84-99 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hirai: "Development of an imaging system of muscle oxygenation based on spatially resolved near-infrared spectroscopy"Proceedings of Asian Symposium on Biomedical Optics and Photomedicine. 192-193 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Kudo: "Basic studies on optical imaging of biological tissues using speckle patterns of ultrasound-modulated light"Proceedings of Asian Symposium on Biomedical Optics and Photomedicine. 234-235 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Kudo: "Study on mechanisms of cell damage caused by microbubbles exposed to ultrasound"2002 IEEE Ultrasonics Symposium Proc.. 1351-1354 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 工藤信樹: "気泡のふるまいの可視化"映像情報メディカル. 34(6). 572-574 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 山本克之: "生体計測への近赤外分光法の応用"BME. 17(4). 54-60 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 工藤信樹: "超音波によるスペックルパターンの変調を利用した生体の光イメージング"超音波テクノ. 15(5). 65-68 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Kawahara: "Increased vulnerability to ishchemia/reperfusion-induced ventricular tachyarrythmias by pre-ischemia inhibition of nitric oxide synthase in isolated rat hearts"Cardiovascular Pathology. 12. 49-56 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Kawahara: "Ruthenium red-induced transition from ventricular fibrillation to tachycardia in isolated rat hearts : possible involvement of changes in mitochondrial calcium uptake"Cardiovascular Pathology. 12. 311-321 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Yamamoto, M.Niwayama, D.Kohata, N.Kudo, T.Hamaoka, R.Kime, T.Katsumura: "Functional imaging muscle oxygenation using a 200-ch CW NIRS system"Proc.SPIE. 4250. 142-152 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Yamamoto: "Applications and future progress of near-infrared spectroscopy taking into account the influence of subcutaneous adipose tissue (in Japanese)"Taiiku-no Kagaku. 51(7). 518-521 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] J.Shao, L.Lin, M.Niwayama, N.Kudo, K.Yamamoto: "Theoretical and experimental studies on linear and nonlinear algorithms for the measurement of muscle oxygenation using continuous-wave near-infrared spectroscopy"Optical Engineering. 40(10). 2293-2301 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Nakamura, S.Jun, N.Kudo, M.Kitama, K.Misawa, J.Arisawa, K.Yamamoto: "Basic studies on optical imaging of biological tissues using ultrasound-modulated light -Detection of ultrasound-modulated light using variations in speckle patterns -(in Japanese)"IEICE Transactions A. J84-A(12). 1525-1531 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Kudo, K.Kuribayashi, M.Nator, F.Moriyasu, K.Yamamoto: "Observations of microbubbles exposed to ultrasound using a high-speed camera (in Japanese)"IEICE Transactions A. J84-A(12). 1492-1499 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Niwayama, K.Yamamoto, D.Kohata, K.Hirai, N.Kudo, T.Hamaoka, R.Kime, T.Katsumura: "A 200-channel imaging system of muscle oxygenation using CW near-infrared spectroscopy"IEICE Trans. E85-D(1). 115-123 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Yamamoto, K.Hirai, D.Kohata, M.Niwayama, N.Kudo: "Optical topography for spatiotemporal analyses of muscle oxygenation during exercise"Lecture Notes of the ICB Seminars, Laser-Doppler Flowmetry and Near Infrared Spectroscopy in Medical Diagnosis. 84-99 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hirai, K.Maegawa, D.Kohata, N.Kudo, K.Yamamoto: "Development of an imaging system of muscle oxygenation based on spatially resolved near-infrared spectroscopy"Proceedings of Asian Symposium on Biomedical Optics and Photomedicine. 192-193 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Kudo, K.Nakamura, J.Shao, M.Kitama, K.Yamamoto: "Basic studies on optical imaging of biological tissues using speckle patterns of ultrasound-modulated light"Proceedings of Asian Symposium on Biomedical Optics and Photomedicine. 234-235 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Kudo, T.Miyaoka, K.Okada, K.Yamamoto: "Study on mechanisms of cell damage caused by microbubbles exposed to ultrasound"2002 IEEE Ultrasonics Symposium Proc.. 1351-1354 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Kudo, K.Yamamoto: "Imaging of behavior of microbubbles (in Japanese)"J.Medical Imaging and Information. 34(6). 572-574 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Yamamoto: "Applications of near-infrared spectroscopy to biological measurements (in Japanese)"BME. 17(4). 54-60 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Kudo, K.Yamamoto: "Biological optical imaging using ultrasound-modulated speckle patterns (in Japanese)"Ultrasonic Technology. 15(5). 65-68 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Kawahara.M.Takase, Y.Yamauchi: "Increased vulnerability to ishchemia/reperfusion-induced ventricular tachyarrythmias by pre-ischemia inhibition of nitric oxide synthase in isolated rat hearts"Cardiovascular Pathology. 12. 49-56 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Kawahara, M.Takase, Y.Yamauchi: "Ruthenium red-induced transition from ventricular fibrillation to tachycardia in isolated rat hearts : possible involvement of changes in mitochondrial calcium uptake"Cardiovascular Pathology. 12. 311-321 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Katsuyuki Yamamoto: "Optical topography for spatiotemporal analyses of muscle oxygenation during exercise"Lecture Notes of 67th ICB Seminar, Laser-Doppler Flowmetry and Near Infrared Spectroscopy in Medical Diagnosis. 84-99 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 山本克之: "生体計測への近赤外分光法の応用"BME. 17・4. 54-60 (2003)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 米山聡子: "NIRS組織酸素濃度計測における負荷応答解析のための筋代謝動態のシミュレーション"生体医工学シンポジウム2003講演予稿集. 109-113 (2003)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 工藤信樹: "超音波によるスペックルパターンの変調を利用した生体の光イメージング"超音波テクノ. 15・5. 65-68 (2003)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Koichi Kawahara: "Increased vulnerability to ischemia/reperfusion-induced ventricular tachyarrythmias by pre-ischemic inhibition of nitric oxide synthase in isolated rat hearts"Cardiovascular Pathology. 12・1. 49-56 (2003)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Kosuke Hirai: "Development of an imaging system of muscle oxygenation based on spatially resolved near-infrared spectroscopy"Proc. Biomdical Optics and Photomedicine. 192-193 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Nobuki Kudo: "Basic studies on optical imaging of biological tissues using speckle patterns of ultrasound-modulated light"Proc. Biomdical Optics and Photomedicine. 234-235 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 平井甲亮: "空間分解近赤外分光法による筋組織酸素イメージングシステムの開発"第17回生体・生理工学シンポジウム論文集. 341-344 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Katsuyuki Yamamoto: "Optical topography for spatiotemporal analyses of muscle oxygenation during exercise"Proc. 67th ICB Seminar, Laser-Doppler Flowmetry and Near Infrared Spectroscopy in Medical Diagnosis. (印刷中). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 山本克之: "生体計測への近赤外分光耄去の応用"BME. 17.7(印刷中). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Katsuyuki YAMAMOTO: "Functional imaging of muscle oxygenation using a 200-ch CW-NIRS system"Proceedings of SPIE. 4250. 142-152 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 中村和明: "音響光学効果を用いた生体の光イメージングに関する基礎的検討"北海道工業大学研究紀要. 29. 1-7 (2001)

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 平井甲亮: "多チャンネル近赤外分光法による筋組織酸素濃度のリアルタイムイメージング"電子情報通信学会技術研究報告. 101(130). 1-8 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 山本克之: "皮下脂肪層を考慮した近赤外分光法の利用と今後の展開"体育の科学. 51(7). 518-521 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 中村和明: "超音波変調光におけるスペックル変動を利用した生体の光イメージング"電子情報通信学会技術研究報告. 101(478). 87-92 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 中村和明: "超音波変調光による生体の光イメージングに関する基礎的検討-スペックルパターンの変動を利用した変調光の検出-"電子情報通信学会論文誌A. J84-A(12). 1525-1531 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Jun SHAO: "Theoretical and experimental studies on linear and nonlinear algorithms for the measurement of muscle oxygenation using continous-wave near-infrared spectroscopy"Optical Engineering. 40(10). 2293-2301 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Masatsugu NIWAYAMA: "A 200-Channel Imaging System of Muscle Oxygenation Using CW Near-Infrared Spectroscopy"IEICE Trans.. E85-D(1). 115-123 (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 中村和明: "超音波による光のスペックル変動を用いた生体の光イメージングに関する基礎的検討"北海道工業大学研究紀要. 30(印刷中). (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2016-04-21  

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