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目前，作为脑功能研究的手段主要有脑电图、fMRI（功能性磁共振成像）、PET、MEG等。fNIRS：（functional Near Infrared Spectroscopy）功能性近红外光学成像技术，是近年来日本发明的新型脑功能测量手法。它可以通过生物体穿透性高的近红外光谱对脑功能进行无侵袭性测量。其原理是通过通过三个特定波长的近红外光来测量大脑皮层的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白以及总血 红蛋白的含量，从而表征大脑在接受外界刺激或思维过程中不同区域的反应和功能表达。
岛津制作所1980年开始了近红外光谱测量身体组织内氧动力学的研究，1991年发售了日本国内首台临床用无侵袭氧监测仪OM-100A，目前，在全世界范围内发售多通道型红外光学
成像装置（OMM-3000系列，FOIRE-3000系列）。近红外光学脑成像系统可广泛应用于脑功能、脑认知领域，在医疗、教育、脑疾病康复、诊断、产业、基础研究等领域有着广泛的应用前景！
特点&优势
技术规格
仪器规格
主要技术指标
选配件
| 型号 | 发送/接收光纤数量 | 通道数量 |
| FOIRE-3000/4 | 4组 | 10 |
| FOIRE-3000/8 | 8组 | 24 |
| FOIRE-3000/12 | 12组 | 38 |
| FOIRE-3000/16 | 16组 | 52 |
| 测量物质 | 氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白和总血红蛋白的含量变化 |
| 光源 | 三波长近红外半导体激光器，Class 1M(1EC-60825-1) |
| 探测器 | 光电倍增管 |
| 测量方法 | 三波长吸收率 |
| 电源 | 100/110/120VAC 50/60Hz or200/220/230/240VAC 50/60Hz |
| 外部尺寸 | 610 (W) x 1164 (H) x746 (D) (单位：mm, 不包括凸起) |
| 重量 | 170kg |
- 全头用光纤支架
- 前额用光纤支架
- 实时数据传输软件
- 新生儿专用光纤支架
- 核磁共振成像合成软件
- 三维定位测量系统
- 同步EEG测量系统
- 视频记录系统
- 刺激呈现系统
- 光纤支架套件
产品应用
| 医疗 | 视力视觉障碍、失语失认、痴呆、听觉障碍、恐慌症、自闭症、意识障碍、忧郁症、精神分裂症、脑功能障碍、中风、护理机器人、针灸治疗、康复、疼痛、运动医学 |
| 感性 情感 心理 | 沟通、躯体感觉、注意系统、睡眠、情感、觉醒 、潜在记忆、决策、压力、神经营销学、感性工学、音乐、认知科学、节奏、意识、气功、可塑性、记忆系统 |
| 环境 产业 | 食品、香味、操作、舒适环境、疲劳、化妆品、噪音、机器人工学、信息工学、游戏、BMI、城市设计、运动医学、人机界面、舒适的肌肤触感 |
| 教育 | 发展心理、技能熟练、脑与教育、学习效果、临界期与脑、广范围发展性障碍、语言获得、个性与脑、人类科学 |
| 基础研究 | 基础生理学神经科学、分子成像、创药研究 、与MRI PET MEG EEG的同时测量 |
应用实例
脑功能成像研究例：fNIRS对神经康复的应用研究
近年来，正在进行fNIRS在神经康复领域的应用研究（脑中风后的机 能恢复等）。应用PET和fMRI时需要受试者保持安静，而fNIRS在伴随身体运动的作业环境中 也可以进行脑功能计量，因此可以得到与步行等运动相关的大脑皮质的活化信息。
在跑步机上进行步行运动时fNIRS对大脑激活的测定
健康人步行及进行相关活动时的脑激活
上图显示了跑步机上进行步行运动时的脑活动。内侧的初级感觉运 动皮层出现由步行引起的Oxy-Hb的升高。与fMRI和PET不同，fNIRS可以测定步行和手臂运动 等动态活动时的脑激活。目前，fNIRS正在用于评价脑中风患者偏瘫步态时的脑激活研究，改 善感觉运动皮质的不对称行，运动前区激活增强，步行改善等。
（数据提供：社会医疗法人大道会 森之宫医院 宫井一郎医生）
参考资 料：宫井一郎,（2004）,“在神经康复中fNIRS的应用”, MEDICAL NOW, No.52:33-36
脑功能成像研究例子：功能近红外光谱（fNIRS）和功能性磁共振成像（fMRI） 的比较
A：采用fMRI进行测量
抓握动作引起对侧运 动皮质显著的激活。下图显示BOLD*信号在有任务（task）期间（蓝）升高。
B ：采用fNIRS进行测量
B图显示，在运动中氧合Hb的二维图像（重叠在MRI影像 上）。下层表示运动皮层（圆印）的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的变化。在任务（task） （40秒）期间，可见伴随有氧合血红蛋白和总血红蛋白的升高，脱氧血红蛋白的下降。
*BOLD：血氧水平依赖（Blood Oxygen Level Dependent）
功能近红外光谱（fNIRS）不受电噪声和磁场的影响，同时测量时的体位限制较少 ，因此对于无法使用血氧水平依赖脑功能性成像（BOLD-fMRI）进行测量的病例，比如，采用 深部脑刺激疗法（DBS*）使用金属电极的患者，也能计量脑功能。C：接受DBS 治疗的原发性震颤患者的功能近红外光谱（fNIRS）成像（与MRI影像重叠）
1. DBS的电刺激关闭时（上层）
手指轻叩手指试验中左上肢有强烈 的震颤。此时，以右运动皮质为中心，氧合血红蛋白显著升高，同时脱氧血红蛋白也升高。
（脱氧血红蛋白的升高表示氧代谢的异常亢进。）
2. DBS的电刺激开启时（下 层）
手指轻叩手指试验中未发生震颤，脱氧血红蛋白的升高消失。
D ：运动任务（task）中，合氧血红蛋白、脱氧血红蛋白，总血红蛋白的变化
*DBS：深部脑刺激（Deep Brain Stimulation）
由于fNIRS不仅能测量脱氧血红蛋白，也能测量氧合血红蛋白和血流 量的变化，因此，特别适用于脑氧代谢和血流动力学异常患者的脑功能成像。目前，BOLD- fMRI是脑功能成像的主流，通过与fNIRS的联用，能将疾病状态的脑功能更准确地反映在图像 上。
（数据的提供：日本大学医学部 脑神经外科 酒谷薰先生）
参考资料：酒谷薰， （2006）“脑疾病患者中脑功能成像：fNIRS和fMRI的比较”，MEDICAL NOW. No.59:44- 46.
脑功能成像研究案例：对新生儿视皮层的应用研究
以测定新生儿、早产儿的发达的视皮层机能变化为目的，在自然睡 眠的情况下，给与光刺激，将伴随光刺激的视皮层的反应与成人案例进行了比较。
通过使用fNIRS，在床头、保育器中，不使用镇定剂进行简单刺激， 使测定其反应成为可能。
在试验中，对新生儿进行10次的光刺激（测定开始后15-30秒 8Hz flash），观察了Oxy-Hb、Deoxy-Hb和Total-Hb的加算平均的24ch的变化（图1）。在被视为 视皮层的中心部分的变化很大，其局部存在已经明确。
探头的位置关系
图1 24通道得出的测定结果
新生儿和成人案例伴随光刺激在后头部的Oxy-Hb、Deoxy-Hb以及 Total-Hb的变化如2D图像所示（图2）。观察到成人案例中Oxy-Hb、Total-Hb减少，新生儿与 其呈相反反应模式。
图2 Oxy-Hb、Deoxy -Hb、Total-Hb变化的2D图像
在Oxy-Hb变化最大的通道，尽管成人案例中Oxy-Hb和Total-Hb显著 性增加，新生儿则Oxy-Hb和Total-Hb显著性减少，Deoxy-Hb增加，判定出这种变化最大化时 为止相对于成人而言有所延迟(图3)。
图3 Oxy-Hb在变化最 大的通道的各Hb的变化
综上所述，在成人因光刺激产生的视皮层反应中，发现伴随 刺激脑血容量出现增加，而新生儿则与成人相反，出现脑血容量的减少。认为是今后值得深 入研究的有趣的现象。
（数据提供：香川大学医学部 周产母子中心 日下 隆老师）
参考资料：1.日下 隆（ 2004）“光成像在新生儿视觉区的应用”,MEDICAL NOW No.54:15-19 2.Kusaka T, Kawada K, Okubo K, Nagano K, Namba M, Okada H, Imai T, Isobe K, Itoh S (2004) Noninvasive optical imaging in the visual cortex in young infants. Human brain mapping 22, 122-132.
fNIRS与脑波（EEG）的同时测定的实例
最近为了发挥空间分辨率、时间分辨率方面的优势，fNIRS无创脑功 能测量方法的同时计量法备受瞩目。
同时使用fNIRS与EEG对躯体感觉皮层进行测量，以研究电刺激正中 神经所引起的脑皮层的神经活动与血流动力学之间的关系。
在全头型支 架（图1）中，脑波电极用插孔（ 
）被安置在送光以及受光用的NIRS探头（ 
）的中间，NIRS通道（测定点）与脑 波电极的位置保持一致（图2a、图3a）。*正中神经由臂从神经发出，沿上肢腹侧大致正 中的位置行走。
图2a 送受光纤 （103ch）的测定范围 图2b 电刺激产生的 Oxy-Hb的变化
图3a 脑波电 极（32ch）的测定范围 图3b 对电刺激产生的体感诱发电位
图4 电刺激后不同时间（ 秒）的脑激活状态
在Oxy-Hb以及体感诱发电位（图3b）的全部测定部位中， P22（潜 伏期为22ms的正向波）的体感诱发电位在电刺激的相反侧（左）的耳的初级体感觉皮质区出 现了增加（图3a、b）。
此外，电刺激5秒后电刺激的相反侧耳的初级体感觉皮质区Oxy-Hb浓 度升高（图4）。 NIRS与EEG的同时测定在研究血液动态反应与神经活动的关联上极为有效。
（数据提供：富山大学大学院药学部 西条 寿夫老师） 参考资料：Takeuchi M, Hori E, Takamoto K, Tran AH, Satoru K, Ishikawa A, Ono T, Endo S, Nishijo H (2009) Brain Cortical Mapping by Simultaneous Recording of Functional Near Infrared Spectroscopy and Electroencephalograms from the Whole Brain During Right Median Nerve Stimulation. Brain Topography 22, 197-214.