近赤外光を利用した脳機能イメージング装置fNIRS: fNIRSの計測原理や応用事例について

摘要

電磁波は生体で吸収·散乱し、その光特性が波長ごとに異なることを利用して、さまざまな生体イメージングに利用されてきた。1895年にレントゲン博士によって発見されたX線領域の電磁波（0.01～10nm）は生体での吸収や散乱が小さく、つまり生体の透過力が高いため、生体を透過してきたX線を検出することで、物質による吸収係数の違いによる透過像を得ることができ、レントゲン撮影、胃透視撮影、X線CTなど、医療現場でさまざまに利用されている。可視領域（400～700nm）の光は、生体での吸収や散乱が大きく、生体表面での反射光を検出した像を得ることができ、一般に写真として利用されている。近赤外領域の光（700～900nm）は、比較的、吸収は小さく生体を透過し、散乱は大きく生体内を伝播しやすいという特長をもつ。このような光特性を有する近赤外光の生体応用として、1977年にJobsisらは、脳の酸素化状態を計測した。以後、生体組織における血流·酸素代謝モニタとして研究·開発が進められ、1993年に複数の研究機関により、近赤外光を用いて、脳の血液変化を計測することで、脳活動の計測が可能であることが報告された。この近赤外光を利用した脳機能イメージングは、機能的近赤外分光法（functional Near Infra-Red Spectroscopy: fNIRS）と呼ばれている。本稿では、fNIRSについて、検出方法、脳活動と血液変化の関係、計測原理やその応用事例について紹介する。