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2021 年度 実績報告書

脳組織酸素飽和度の簡易計測法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K04412
研究機関東海大学

研究代表者

栗田 太作  東海大学, 理系教育センター, 准教授 (10547970)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードNIRS / 修正ビア・ランバート則 / 拍動成分 / 酸素化ヘモグロビン / 脱酸素化ヘモグロビン / 血圧心拍波形 / 積算アルゴリズム / 脳組織酸素飽和度
研究実績の概要

近年、近赤外分光法(NIRS)において、定性的ヘモグロビン(Hb)濃度変化を測定する修正ビア・ランバート則(MBL)により酸素化および脱酸素化Hb濃度長変化(ΔHbO2、ΔHb)の経時変化であるNIRS信号が、高時間分解能で得られるようになった。我々は、MBLにより得られた脳のNIRS信号に含まれる微弱な脈派(拍動成分)に着目している。ΔHbの拍動成分(P-ΔHb)は、P-ΔHbO2と比べ検出感度や信号対雑音(SN)比が低いため、観測困難であったが、前年度の成果として、高SN比が得られるNIRSデータの積算アルゴリズムを開発し、P-ΔHbが観測可能となった。最終年度の研究実施計画では、この積算アルゴリズムを用い、脳酸素化状態を変化させP-ΔHbO2とP-ΔHbの動態を更に調査した。
実施内容として、前年度と同様にラットの頭蓋半透明モデルを作製し、オプトード(光照射部と光検出部の対)の分離距離(SD)を2.5、5.0、7.5、10.0 mmとして大脳辺縁上に設置した。NIRS信号は、血圧データと同時にサンプリング時間5.12×10-3 secで取得した。NIRSデータは、積算アルゴリズムにより、P-ΔHbO2の起点と終点が確認できるように、オフセットを含めたデータポイント数を45-49に設定して、16分間約5000回積算した。ラット呼吸管理は、人工呼吸器を使用し、1回換気量を8 ml/kg、吸入酸素濃度を12-100 %、呼吸数を19-140 回/分とし、脳酸素化状態を変化させた。
研究の成果として、正常換気において、SD 2.5-7.5 mmのP-ΔHbの時間依存性は、P-ΔHbO2がプラス側に変化する波形であったのに対し、位相が反転した波形となった。低O2血症および低O2・高CO2血症時のP-ΔHb波形は、P-ΔHbO2と同位相に転じ、双方の波形の強度が各SDで増加した。
今後の研究の展開として、P-ΔHbおよびP-ΔHbO2波形の強度や形状が、脳酸素化状態の有用なパラメーターと成り得るか検討する。

備考

東海大学公式ホームページから「東海大学研究者ガイド(英語版)」および「東海大学研究者ガイド(日本語版)」が閲覧可能となった。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 学会発表 (2件) 備考 (2件)

  • [学会発表] 脳NIRS信号の拍動成分の解析法(第2報)―PaO2とPaCO2との関係2022

    • 著者名/発表者名
      栗田太作、灰田宗孝、沓澤智子
    • 学会等名
      第24回 日本光脳機能イメージング学会 学術集会
  • [学会発表] 脳NIRS信号の拍動成分の解析法2021

    • 著者名/発表者名
      栗田太作、灰田宗孝、沓澤智子、瀧澤俊也
    • 学会等名
      第23回 日本光脳機能イメージング学会 オンライン学術集会
  • [備考] 東海大学研究者ガイド(英語版)

    • URL

      http://dgbook.light-sha.co.jp/dgbook/u-tokai_education-research2020en/html5.html#page=139

  • [備考] 東海大学研究者ガイド(日本語版)

    • URL

      https://www.u-tokai.ac.jp/education-research/book/html5.html#page=235

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公開日: 2022-12-28  

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