Non-invasive monitoring of intra-brain drug concentration using near-infrared spectroscopy (chemical NIRS)

使用近红外光谱（化学 NIRS）无创监测脑内药物浓度

基本信息

批准号：
21K19320
负责人：
田代学
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19320/
关键词：
近赤外線分光計（NIRS）核磁気共鳴スペクトロスコピー（MRS）アセトアミノフェンジフェンヒドラミン薬物濃度近赤外線分光法（NIRS）赤外線分光法（FT-IR）核磁気共鳴分光法（MRS）フーリエ変換赤外線分光計（FT-IR）薬物治療ポジトロン断層法（PET）

项目摘要

近赤外線(NIR)を用いてアセトアミノフェンの粉末と水（H2O）を700～2400 nmの波長域において別々に測定したところ、アセトアミノフェン固有のバンドが多数確認されたため、物質の局在確認のためのNIRS測定の対象には十分になりうると考えられた。次に、アセトアミノフェンの粉末に水をドロップする方法でスペクトルの形状変化の観察を続けた結果、アセトアミノフェン固有のバンドの追跡は水溶液中でも可能であることが確認できた。次にアセトアミノフェン水溶液をサンプルとしてアセトアミノフェン濃度を1％～0.01％に可変して調べたところ、十分に検量可能であることを確認した。特に1850～1950 nm付近の波長が最も特徴的であり、この波長域で検量線を引くと十分に定量可能レベルであることが確認された(R2＝0.999程度)。しかしながら、非侵襲的な脳測定に応用するには、人体組織の透過性が高いいわゆる「生体の窓」領域（700～1000 nm）の波長を対象にした再検討が必要と考えられた。追加的検討の結果、873 nm付近の波長域が測定に利用可能と期待された。アセトアミノフェン濃度が0.01％の場合にはこの波長域において水と差があることが認められたため、アセトアミノフェン濃度の定量は困難な可能性があるものの、アセトアミノフェン分子の存在の有無の判定には利用できる可能性があると考えられた。また、過去のMRSを用いた測定結果と比較したところ、NIRSを用いた方法のほうが若干高感度で測定できるものと推測された。加えて、将来的に予定されているdeep learning手法に関連して、NIRS信号のノイズ除去・物質特定を行うための深層学習モデルについて、系列データに基づいたモデルを中心に最新の手法に関する調査を進めた。

当对乙酰氨基酚粉末和水（HO）分别使用近红外（NIR）在700-2400 nm的波长范围内测量时，确认了许多对乙酰氨基酚固有的频段，并且认为这可以足以足以使NIRS测量以确认该物质的定位。接下来，我们继续通过将水滴在对乙酰氨基粉末上来观察光谱形状的变化，结果，即使在水溶液中，也可以证实对乙酰氨基酚特异性带的跟踪。接下来，使用对乙酰氨基酚水溶液作为样品，对乙酰氨基酚的浓度从1％到0.01％变化，并且可以证实对乙酰氨基酚的浓度已充分校准。在1850-1950 nm左右的波长特别独特，当在此波长范围内绘制校准曲线时，可以证实定量水平足够量化（R2 = 0.999）。但是，人们认为，应用于非侵入性脑测量结果将需要重新检查所谓的“生物窗口”区域（700-1000 nm）的波长，这对人体组织非常渗透。由于进行了额外的调查，预计波长范围约为873 nm。发现当对乙酰氨基酚的浓度为0.01％时，水和对乙酰氨基酚的浓度之间存在差异，因此，尽管对乙酰氨基酚浓度的定量可能很困难，但人们认为它可用于确定乙酰氨基酚分子的存在或不存在。此外，在将结果与先前使用MRS的测量结果进行比较时，估计可以以更高的灵敏度测量使用NIR的方法。此外，与将来计划的深度学习方法有关，我们对最新方法进行了研究，重点是基于串联数据的模型，用于消除噪声和物质识别NIRS信号的深度学习模型。