近赤外線分光法
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近赤外線分光法 (きんせきがいせんぶんこうほう) は、近赤外線領域での分光法であり、以下に示すような様々な応用がなされている。英語 Near-Infrared Spectroscopy を省略してNIRSとも呼ばれる。近赤外線分光器 Near-Infrared Spectroscope を指してNIRSと呼ぶ場合もある。近赤外線は皮膚や頭蓋骨によっても完全には遮られないため、生体組織を非観血的に調べることもできる。
- 宇宙 - 天体の組成を調べる。例えば宇宙探査機「はやぶさ」はこの装置によって小惑星「イトカワ」を調査した。
- 農業 - 野菜の硝酸イオン濃度、ミカンなどの糖度評価／選別に用いられる。
- 畜産 - 鶏などの腹腔内脂肪の検査。
- 医科学・神経科学 - ヘモグロビンやミオグロビンは酸素と結合した時としない時とで近赤外領域での吸光度が異なる。この性質を利用して大脳皮質を初めとしたヒトの組織における血流量、酸素消費などを調べることができる。脳に用いるものは、現在も計測原理と技術進歩が継続している。1977年Jobsis（米国）によって提案された直進光を用いた光ＣＴと呼ばれる技術と散乱反射光を用いた方法がある。その後、米国の別なグループが1989年に散乱反射光によっても頭部の３次元的な奥行きを考慮した血液分布計測技術を提案した(現在ＤＯＴと呼称している）。しかし、いずれの光計測技術のアイデアは、頭皮と頭蓋骨で覆われた脳実質を確実に計測するに至らなかった。この壁は、1991年に日本、加藤俊徳らによる研究で突破された。外部刺激、課題遂行に対応して局所の脳領域が反応することを２つのペアチャンネルで計測することで解決をしたのである。頭皮上から散乱反射する光を照射して検出するだけでは、脳内の位置情報が確定できなかったが、異なった脳細胞分布から、それぞれ異なった脳反応を得ることで、全く新しい脳機能に関する位置情報マッピングが実現したのである。この加藤の光機能画像法は、NIRSを用いた脳機能計測法の基本原理となっている。
- 脳酸素交換機能マッピング（COE: Cerebral functional mapping of oxygen exchange)- 光ＣＴは、安静時の脳血液分布図を描こうとする目的であったが、散乱・反射光を用いた光機能画像法の原理によって、脳機能に対応した脳血液分布図を描く目的にかわった。この後、国内外の研究者、企業によって、光機能画像法の原理を応用した装置が自作されたり販売されている。光機能画像法の原理によって、脳のヘモグロビン関連の局在信号が、何を意味しているか？新たな問題が浮上した。既存の考え方や市販の装置もこの問題点を解決したものではなく、研究用の装置として未完成であった。Grattonら（米国）は、EROSと呼ばれる計測法によって、２波長によってヘモグロビン換算する前の電気活動そのものを抽出している。しかし、2001年光脳機能計測の第一発見者の加藤俊徳は、このヘモグロビン変化の意味する大脳生理学上の問題を酸素交換波動方程式を導くことで解決した。すなわち、毛細血管内で、酸化ヘモグロビンが酸素を放して、還元ヘモグロビンに変化する酸素交換反応は、数学上もっとも美しい式とされるオイラーの公式を用いて、すべて記述できるとしたのである。この式を応用することで酸素動態が直接、頭皮上からも観察できるCOE検査が実現している。
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