光学多点計測とマルチスペクトル画像解析による術前・術中脳機能イメージング法

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13558116
• Research Institution: KEIO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 岡田 英史 慶應義塾大学, 理工学部, 助教授 (40221840)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊関 洋 東京女子医科大学, 大学院・医学研究科, 助教授 (90119892) ; 牧 敦 株式会社日立製作所, 基礎研究所, 研究員 ; 神成 文彦 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (40204804)
• Keywords: 脳機能計測 / 光脳機能トポグラフィー / マルチスペクトル画像 / 術中モニタリング

Research Abstract

1)マルチスペクトル画像解析による脳機能計測
昨年度までの研究で構築した複数の狭帯域スペクトル画像を取得するシステムを用いて,モルモットの聴覚刺激時の脳機能を測定した.マルチスペクトル画像から酸化・還元ヘモグロビン濃度変化を定量化する場合,各波長の光が脳組織中を伝播した距離が必要となる.マルチスペクトル画像を主成分分析したときの第1主成分が脳組織中の光路長とヘモグロビンの吸収スペクトルの積と相関しているという昨年までの研究成果から,実験的に求めた光路長を利用して酸化・還元ヘモグロビンの濃度変化を画像化した.聴覚刺激開始直後にモルモットの聴覚野において酸化ヘモグロビン量が増加し,還元ヘモグロビン量が減少する傾向を捉えることができた.
2)脳機能のトポグラフィック画像の空間分解能向上に関する検討
頭皮に複数の入射-検出ファイバ対を配置して各ファイバ対の検出光量変化から脳機能を画像化する手法の空間分解能向上について,ハードウエア(ファイバ密度)とソフトウエア(画像再構築法)の両面からシミュレーションによる検討を行った.測定を行うファイバ対の間隔を4〜28mmに変化させて取得したデータを,一般に使用されているマッピングアルゴリズムと空間感度分布を用いた画像再構築アルゴリズムで処理し,得られた脳機能部位の位置と大きさの精度を評価した.位置に関しては,ファイバ対間隔が16mm以下になると,再構築アルゴリズムに関係なく良好な精度の結果が得られた.大きさに関しては,従来のマッピング法ではファイバ対間隔を小さくしても,20mmより小さな賦活領域の大きさは弁別が困難であった.これに対して空間感度分布を利用した方法では,ファィバ対間隔を小さくすることで,賦活領域が10mm以下であっても賦活領域の大きさを精度良く求めることができた.

Research Products

• [Publications] Yuichi Fukui, Tsuyoshi Yamamoto, Toshinori Kato, Eiji Okada: "Analysis of light propagation in a three-dimensional realistic head model for topographic imaging by finite difference method"Optical Review. 10・5. 470-473 (2003)
• [Publications] Toshiyuki Hayashi, Yoshihiko Kashio, Eiji Okada: "Effect of superficial tissue on spatial sensitivity profile of optical brain activity measurement evaluated by direct hybrid Monte Carlo - diffusion method"Optical Review. 10・5. 501-505 (2003)
• [Publications] Motoshi Watanabe, Kentaro Yokoyama, Kazushi Honjyo, Eiji Okada: "Effect of scattering on spectral imaging of exposed cortical tissue for brain functional measurement"Optical Review. 10・5. 474-477 (2003)
• [Publications] 岡田英史: "シミュレーションによる生体内光伝播解析"日本エム・イー学会誌BME. 17・4. 2-7 (2003)