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

• 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）

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。

当使用近红外线（NIR）在700至2400 nm的波长范围内分别测量对乙酰氨基酚粉末和水（H2O）时，确认了许多对乙酰氨基酚特有的谱带，从而可以确认该物质的定位。认为这可能是 NIRS 测量的充分目标。接下来，他们通过将水滴到对乙酰氨基酚粉末上，继续观察光谱形状的变化，结果证实，即使在水溶液中也可以追踪对乙酰氨基酚的特异性谱带。接下来，我们以对乙酰氨基酚水溶液为样品进行测试，将对乙酰氨基酚的浓度从1%变化到0.01%，发现可以令人满意地校准。特别是，1850～1950nm附近的波长最具特征，在该波长范围内绘制校准曲线时，可以确认该水平是充分可定量的（R2=约0.999）。然而，为了将其应用于非侵入性大脑测量，有必要重新考虑所谓“生物窗口”区域（700 至 1000 nm）的目标波长，该区域对人体组织高度透明。经过进一步研究，预计 873 nm 左右的波长范围可用于测量。当对乙酰氨基酚浓度为0.01%时，在该波长范围内观察到与水存在差异，因此虽然对对乙酰氨基酚浓度可能难以定量，但可以确定对乙酰氨基酚分子的存在或不存在。认为可以用来判断。此外，与过去使用MRS的测量结果相比，预计使用NIRS的方法可以以稍高的灵敏度进行测量。此外，关于未来计划的深度学习方法，我们将研究用于去除 NIRS 信号中的噪声并识别物质的深度学习模型的最新方法，重点是基于我进行的基于序列数据的模型。

项目成果

18F-THK5351 PET imaging in neurodegenerative tauopathies

18F-THK5351 PET 成像在神经退行性 tau蛋白病中的应用

• DOI: 10.3389/fnagi.2021.761010
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 4.8
• 作者: Ezura M; Kikuchi A; Okamura N; Ishiki A; Hasegawa T; Harada R; Watanuki S; Funaki Y; Hiraoka K; Baba T; Sugeno N; Yoshida S; Kobayashi J; Kobayashi M; Tano O; Ishiyama S; Nakamura T; Nakashima I; Mugikura S; Iwata R; Taki Y; Furukawa K; Arai H; Furumoto S
• 通讯作者: Furumoto S

MRSを用いたヒト脳内薬物濃度推定法の開発

开发利用 MRS 估算人脑药物浓度的方法

• 发表时间: 2022
• 作者: 田代学;久保均;松田豪;Marcus Maurer;伊藤浩;渡部浩司;佐々木真理
• 通讯作者: 佐々木真理