LABNIRS(ラボニルス)

近赤外光脳機能イメージング装置

原理としくみ

NIRSとは・・・

イメージ図

人間の脳内にはニューロンが,約1000億個存在します。 人間は,視覚,聴覚,触覚,嗅覚,味覚などの情報を目,耳などの感覚器から取り込み,それらを電気信号にかえ,脳に伝達します。そして脳内にあるニューロンが相互にそれらの情報を伝達・処理することによって,次の行動を決定します。その時に 酸素化ヘモグロビン(oxyHb) は毛細血管経由して酸素供給を行います。NIRSはその反応を近赤外光によってリアルタイムに計測して脳の機能局在を解析することができます。

近赤外分光法の原理 ~なぜ近赤外光をつかうのか~

スペクトル

血液成分のヘモグロビンは光を散乱させますが,そこに酸素がくっついていると,その吸収・散乱の度合いが変化します。NIRSはその度合いを測定し,酸素化ヘモグロビンの濃度変化を計測します。
生体組織の光計測は波長が700~900nmの近赤外光が使用されます。可視光(400~700nm)はヘモグロビンやそのほかの生体構成物質の吸収が大きく,また,近赤外光よりも長い波長では水の吸収が大きくなるため生体内を光が進むことができません。これに対して近赤外線の波長の領域は生体を透過しやすいため,「生体の窓」とも呼ばれます。

スペクトル2

この波長域での光の吸収は, 主に 酸素化ヘモグロビン (oxyHb) 脱酸素化ヘモグロビン (deoxyHb) によって生じますが, 両者は異なる吸収スペクトルを持ち, 右図に示すように805nm近傍が等吸収点となっています。このため, oxyHbとdeoxyHbのモル分子吸光係数が既知であれば, 2波長以上での吸光度変化を計測することでoxyHbとdeoxyHbの濃度変化を算出することが出来ます。

近赤外光による脳機能計測の原理

近赤外光は比較的生体を透過するものの,人間の頭部を透過させることが困難です。そのため,光ファイバを用いて頭表から近赤外光を脳内に照射し, 大脳皮質で吸収・散乱を起こした光を, 成人の場合30mm程度離れた頭表上の光ファイバで集光します。この時, 光は頭表から約20mm程度の深部まで到達し, 大脳皮質でのヘモグロビンの吸収を受けることになります。
生体は強い散乱体なので,光ファイバによって導入された近赤外線は組織のいろいろな部分によって散乱されます。散乱しながら,受光部の光ファイバに一部が到達します。この光が光電子増倍管に導かれて電気信号に変えられます。

ファイバホルダ装着の様子

大脳皮質で反射された近赤外線を検出

入射・受光間隔を30mmにした場合、光は頭皮から15~20mm程度の大脳皮質まで到達します。

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