光コヒーレンス断層法による脳微小血管及び神経細胞の3次元構築の解析

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13671479
• 研究機関: 国立循環器病センター研究所
• 研究代表者: 関 淳二 国立循環器病センター研究所, 生体工学部, 室長 (20163082)
• 研究分担者: 高見沢 計一 国立循環器病センター研究所, 生体工学部, 室員 (10163312) ; 中山 泰秀 国立循環器病センター研究所, 生体工学部, 室長 (50250262)
• キーワード: 光コヒーレンス断層法 / 大脳皮質 / 微小循環 / 神経循環カップリング / 血流調節 / ドップラ偏移 / 機能的コラム構造 / 3次元構築

研究概要

光コヒーレンス断層法(OCT)は、強い光散乱性のために通常の顕微鏡では観察出来ない生体組織において、数mmの深さにわたる断層像を10ミクロン程度の空間解像度で観察する事を可能にする。本研究では、生体計測に応用可能な光コヒーレンス断層システムを構築し、大脳皮質における微小血管や神経細胞の3次元構築を解析することにより神経活動と循環との空間的時間的なカップリングを解明することを目的とする。
光コヒーレンス断層法は、血流中の血球成分からの散乱光のドップラ周波数シフトを捉えることで微小血管内の血流速度計測が可能である。本年は、これまで開発してきたOCTシステムをラット脳軟膜微小血管に適用し、血流速度分布の計測可能性を確かめた。実際の計測は、OCTのサンプリングビームを軟膜微小血管の中央部に照射し、レファレンスミラーを振幅1mm、速度10mm/sで繰り返し掃引することによって、血管の深さ方向直径に沿ったOCT信号を数秒間サンプリングした。得られたOCT信号を短時間フーリエ変換を用いて時間周波数解析した結果、直径数10-200ミクロンの軟膜細動静脈における血管内血流速度分布及びその時間変化が計測可能であった。同時にモニターした大腿動脈圧波形と比較した結果、細動脈の血流速度の値は心拍動に伴い大きく変動したが、その分布形状はほぼ放物線形のポアズイユ分布を示した。とれは、レイノルズ数、ウォマースリー周波数パラメータ共に1より十分小さいことから、微小血管における血液流れが層流で時間的には準定常的な流れであると予想されることと一致する。本成果は、OCT法が脳皮質における血流の3次元情報を高い時間分解能で提供しうることを示している。

研究成果

• [文献書誌] Satomura Y, Seki J, Ooi Y, Yanagida T, Seiyama A: "In vivo imaging of the rat cerebral microvessels with optical coherence tomography"Clin Hemorheol Microcirc. In press.
• [文献書誌] Seki J, Satomura Y, Ooi Y: "Velocity pulse advances pressure pulse by close to 45 degrees in the rat pial arterioles"Biorheology. 41(1). 45-52 (2004)
• [文献書誌] Seiyama A, Seki J, et al.: "Circulatory basis of fMRI signals : Relationship between changes in the hemodynamic parameters and BOLD signal intensity"NeuroImage. 21(4). 1204-1214 (2004)
• [文献書誌] Seiyama A, Seki J, et al.: "Regulation of oxygen transport during brain activation : Stimulus-induced hemodynamic responses in human and animal cortices"Dynamic Medicine. 2. 6 (2003)
• [文献書誌] 関淳二, 里村泰光: "光コヒーレンス断層法(OCT)による微小循環計測"日本バイオレオロジー学会誌. 17(2). 67-74 (2003)
• [文献書誌] Satomura Y, Seki J, Ooi Y, Seiyama A, Yanagida T: "In vivo imaging of the rat brain microvasculature and nervous tissue with optical coherence tomography"Microcirculation Annual. 19. 105-106 (2003)