近赤外光イメージング装置

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神経リハビリテーションにおけるfNIRSの応用

宮井 一郎 先生
特定医療法人大道会 ボバース記念病院
宮井 一郎

はじめに

欧米の複数のrandomized controlled trialから、脳卒中ユニット(SU)という脳卒中に特化した病棟におけるリハビリテーション(リハ)をふくめた多角的専門チームアプローチが、患者の日常生活動作や歩行などの能力障害を改善、在院日数を短縮し、自宅復帰率を高めることが明らかになった。1)  SUの効果は早期リハ、集中リハ、そして多角的専門チームアプローチによるところが大きいと考えられる。しかし具体的なリハの方法論の大部分は経験則に依存し、いわゆるEBMの立場から推奨される具体的なストラテジーは多くない。実際にどのようなリハを行うかはセラピストの教育や環境に左右されるのが現状である。リハの有効性を証明するときに「リハ効果」として何を測定するかも問題である。たとえば、患者の現実的な日常生活動作の改善(例えばベッドからいすに移乗する)の背景には、機能障害(例えば片麻痺)の改善だけでなく健側の機能代償や廃用などの二次障害改善、生活環境改善なども関与するからである。
さて脳卒中による運動麻痺や感覚障害などの機能障害はいうまでもなく脳損傷から生じたものである。脳損傷部位がつかさどっていた機能が残存する神経ネットワークで代償されれば、機能回復(つまり麻痺の改善)が得られるはずである。近年、脳卒中後の機能回復に伴って損傷を受けた神経ネットワークの再構成が起こることがわかってきた。2) どのような再構成が機能回復に結びつくか明らかになれば、リハ介入がもたらす効果を現実的な機能予後と脳内メカニズムを関連づけながら検証できるはずである。このような脳科学の進歩に大きく貢献してきたのがPETやfMRIに代表される機能的脳画像である。これらの研究で用いられるタスクは比較的よく回復した上肢ないし手指の運動や感覚に関するものが中心である。一方、患者の社会復帰の鍵は歩行機能である。PETやfMRIは被験者の安静が必須であるので歩行に関連した脳活動を調べるのには適さない。わたしたちは近赤外光を用いたスペクトロスコピー(NIRS :near-infrared spectroscopy)による光イメージング(機能的NIRS : fNIRS)を応用し、ヒトの歩行に関連した大脳皮質のヘモグロビンの酸素化情報を測定することに成功した。現在、同様の手法を用いて歩行機能回復に伴う脳活動の変化や脳科学に基づくリハの方法論の検証を試みているのでそれらを中心に概説したい。

1) Miyai I, Reding M. Stroke Recovery and Rehabilitation. In Cerebrovascular
Disease: Pathology, Diagnosis, and Management. Ginsberg MD, Bogousslavsky
J Eds. Blackwell Scientific Publications, Malden, 1998, 2043-56.
2) 宮井一郎. 脳科学に立脚したリハビリテーション. 医学のあゆみ2003;205:869-872.
光イメージング装置によるトレッドミル歩行時の脳賦活測定
A fNIRSの測定風景
B 照射用光ファイバーと検出用光ファイバーの配置。頭部の光ファイバー接触位置に脂肪を成分とするマーカーを貼りつけてMRI構造画像を撮像し三次元レンダリングした図である。照射と検出の間隔は3cmで、この例では9本の照射と12本の検出との組み合わせで30チャンネルの計測をおこなっている。中央の照射ファイバーをCzに配置した。
C 歩行時のチャンネル14(左内側一次感覚運動野付近)のHb波形の健常人8例の平均値を示す。毎回の変化の様子は多少異なるが、歩行によってoxyHbが増加するが、deoxyHbはほとんど変化しなかった。赤がoxyHb、青がdeoxyHb,緑が総ヘモグロビン(oxyHb+deoxyHb)の濃度変化を示す。

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