内因性光学イメージング法を応用した新しい非侵襲術中脊髄機能モニタリング法の開発

利用内源性光学成像开发一种新的非侵入性术中脊髓功能监测方法

基本信息

批准号：
13877238
负责人：
佐藤容子
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tokyo Medical and Dental University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

神経細胞の興奮にともない、その周辺領域の微少循環系における局所血流の増大、神経細胞の酸素消費に伴う酸化型/還元型ヘモグロビン比率の変化、神経細胞の膨化等の2次的な内因性変化が起こる。内因性光学シグナル検出とは、神経細胞の興奮にともなうこれら2次的な内因性変化が光散乱や吸光などの光学的変化を生ずるという性質を利用し、神経細胞の活動を反射光強度の変化としてとらえるという方法である。体性感覚野や視覚野など大脳皮質からの内因性光学シグナルの検出は過去にも多数の報告があるものの、これを脊髄に応用した報告はまだない。今回我々は、ヒト脊髄への応用のための基礎データを得るため、In vivoラットを用いて末梢神経刺激により脊髄に誘発される内因性光学シグナルの特性について解析を行った。その結果は、以下のように要約される。1.頚髄において正中神経と尺骨神経の同時刺激により誘発される光学的変化は、C5-C8レベルに認められ、C6-7に最も強い変化を認めた。この変化は刺激開始後約2秒後に正のピークをとった(Fig.2)。2.続いて、脊髄からの光学的変化の最適刺激強度を確かめるため、刺激の強度を変化させ、得られた光学的変化を観察した(Fig.3)。刺激電流の強さに応じて光学的変化も強くなる傾向が見られたが(刺激強度依存性)、刺激強度が2.0mAを越えると、光学的変化の増強はあまり認められなかった。3.シグナルの得られる深度を解析するため、光学的切片法、すなわちイメージングする焦点深度を変えていき得られた光学的変化を観察した。このとき光学的変化は頚髄表面から深さ100〜800μmで記録され、深さ300〜400μm前後で最も強い光学的変化を記録した(Fig.4)。4.得られた光学的変化には照射光の波長ごとに違いが認められた(照射光波長依存性)が、光学的変化の時間経過は605nm、630nmではbiphasic patternとなり、730nm、750nm、850nmではmonophasic patternとなった。さらに605nmの光を利用したときに最も強い光学的シグナルを得た(Fig.5)。

随着神经元激发的发生，次生内源性变化，例如周围微循环系统中局部血流的增加，由于神经元氧的消耗而导致的氧化/氧化/降低血红蛋白比的变化，以及神经元的肿胀。内源性光信号检测是一种与神经元激发相关的这些次级内源性变化导致光学变化（例如光散射和光吸收），并将神经元活性视为反射光强度的变化。尽管有许多报道说，从大脑皮层（例如体感和视觉皮层）中检测内源性光学信号，但尚无有关将其应用于脊髓的报道。在本文中，我们分析了使用体内大鼠的外周神经刺激在脊髓中诱导的内源性光学信号的特性，以获取用于人脊髓的基本数据。结果总结如下：1。在C5-C8水平下同时刺激颈椎中位神经和尺神经引起的光学变化，在C6-7中发生了最大的变化。刺激发作后大约2秒钟达到正峰（图2）。 2。接下来，为了确认脊髓光学变化的最佳刺激强度，改变了刺激的强度并观察到所得的光学变化（图3）。尽管根据刺激电流的强度（刺激的依赖性），光学变化的趋势更强，但是当刺激的强度超过2.0 mA时，未观察到光学变化的增强。 3。为了分析信号的深度，使用了光学截距方法，即要成像的焦点深度，并观察到所得的光学变化。目前，在100-800μm的深度从颈绳表面记录了光学变化，并以300-400μm的深度记录了最强的光学变化（图4）。 4。所获得的光学变化在辐照光的每个波长（辐照光波长的依赖性）方面有所不同，但是光学变化的时间过程是在605 nm和630 nm处的双相模式，在730 nm，750 nm和850 nm和850 nm和850 nm和850 nm。此外，当使用605 nm处的光时，获得了最强的光学信号（图5）。