JP2005328933A - Transcranial brain function measuring apparatus - Google Patents

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JP2005328933A JP2004148440A JP2004148440A JP2005328933A JP 2005328933 A JP2005328933 A JP 2005328933A JP 2004148440 A JP2004148440 A JP 2004148440A JP 2004148440 A JP2004148440 A JP 2004148440A JP 2005328933 A JP2005328933 A JP 2005328933A
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競 久保田
Kimiharu Shimizu
公治 清水
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily perform significant data comparison without performing the complicated three-dimensional arithmetic processing of the entire brain in a transcranial brain function measuring apparatus. <P>SOLUTION: This brain function measuring apparatus comprises: a transcranial brain activity data acquisition part 11 for determining the detection position of brain activity data with the shape of the cranial surface 21 of a patient as a reference and acquiring the brain activity data at the detection position; a brain image data acquisition part 12 for attaining the correspondence of the position relation of the cranial surface and a brain surface at the time of sampling the brain activity data by the transcranial brain activity data acquisition part 11 and acquiring brain image data; and a synthetic image display part 13 for forming a brain surface image on the basis of the brain image data, forming a brain activity image on the basis of the brain activity data, and forming and displaying synthetic images for which the brain surface image and the brain activity image are superimposed. The synthetic image display part 13 is provided with an image conversion processing part 14 for performing image conversion to enlarge and reduce the synthetic image with a feature point on the brain surface determined on the basis of the brain image data as a reference, the synthetic image is enlarged and reduced with the feature point as the reference, and the significant comparison of the brains with each other is made possible. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、生体の脳活動データを非侵襲で計測して脳機能を測定する経頭蓋的脳機能測定装置に関し、さらに詳細には頭蓋表面上に設けた基準点を元に測定位置を定めて脳活動データを計測する経頭蓋的脳機能測定装置に関する。
本発明は、具体的には、近赤外分光分析計(NIRS)、脳磁計(MEG)などの脳機能測定装置に関する。
The present invention relates to a transcranial brain function measuring apparatus that measures brain function by non-invasively measuring brain activity data of a living body, and more specifically, determines a measurement position based on a reference point provided on the surface of the skull. The present invention relates to a transcranial brain function measuring device that measures brain activity data.
Specifically, the present invention relates to a brain function measuring device such as a near-infrared spectrometer (NIRS) and a magnetoencephalograph (MEG).

近年、脳活動の経頭蓋的測定、すなわち、頭部の外側から非侵襲的に脳活動の測定を行うことができる近赤外分光分析計(以下NIRSと略す)、脳磁計(以下MEGと略す)が利用されている。
例えば、NIRSは、被験者の頭蓋表面上に送光ファイバを配置して、近赤外線を照射し、同じく頭蓋表面上に配置した受光ファイバにより、脳で反射した近赤外線を検出する。近赤外線は、皮膚組織や骨組織を光学的に透過し、かつ、血液中のオキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビンにより光学的に吸収される。NIRSでは、近赤外光のこのような性質を利用して、脳の測定部位でのオキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度、さらにはこれらから算出される全ヘモグロビン濃度を求める。NIRSは、このヘモグロビン濃度の時間的な変化から脳の活動状態を計測し、取得した脳活動データに平均化処理などの画像処理、マッピングを行って画像化するものである。
In recent years, a transcranial measurement of brain activity, that is, a near-infrared spectrometer (hereinafter abbreviated as NIRS) and a magnetoencephalometer (hereinafter abbreviated as MEG) capable of non-invasively measuring brain activity from the outside of the head. ) Is used.
For example, in the NIRS, a light transmission fiber is arranged on the surface of the subject's skull, irradiated with near infrared rays, and the near infrared ray reflected from the brain is detected by a light receiving fiber also arranged on the surface of the skull. Near-infrared light is optically transmitted through skin tissue and bone tissue, and is optically absorbed by oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin in blood. In NIRS, using such properties of near-infrared light, oxyhemoglobin concentration, deoxyhemoglobin concentration at the measurement site of the brain, and total hemoglobin concentration calculated from these are obtained. NIRS measures the activity state of the brain from the temporal change in the hemoglobin concentration, and performs image processing such as averaging processing and mapping on the acquired brain activity data to form an image.

NIRSでは、測定部位が脳(脳表面)であるにもかかわらず、実際には、脳の外側に頭蓋が存在することにより、脳自体の位置を確認しながら、検出位置であるチャンネル位置(送光ファイバおよび受光ファイバの位置で定まる検出感度の高い位置、具体的には送光ファイバ位置と受光ファイバ位置の中間点)の位置決めをすることはできない。   In NIRS, despite the fact that the measurement site is the brain (brain surface), there is actually a skull outside the brain, so that the position of the channel (sending position) is detected while confirming the position of the brain itself. It is impossible to position a position with high detection sensitivity determined by the position of the optical fiber and the light receiving fiber, specifically, an intermediate point between the light transmitting fiber position and the light receiving fiber position.

そのため、脳の位置を基準にしてチャンネルの位置決めをするのではなく、頭蓋表面に設けた基準点を元にしてチャンネルの位置を決め、これにより、測定の再現性を得るようにしている。つまり、NIRSで得た各チャンネル位置でのデータは、頭蓋表面との位置の対応は付いているものの脳(脳表面)との位置関係は推定するしかない。
したがって、NIRSの各チャンネル位置のデータと脳位置との対応をつけるためには、頭蓋表面と脳表面との対応付けが必要となり、測定においては、NIRSのデータとともに、MRIなどによって頭蓋表面と脳表面を含む頭部の3次元画像データを取得し、チャンネル位置と脳表面との対応が付くようにしている。
Therefore, instead of positioning the channel based on the brain position, the position of the channel is determined based on a reference point provided on the surface of the skull, thereby obtaining measurement reproducibility. In other words, the data at each channel position obtained by NIRS can only estimate the positional relationship with the brain (brain surface), although the position of the data corresponds to the skull surface.
Therefore, in order to associate the data of each NIRS channel position with the brain position, it is necessary to associate the skull surface with the brain surface. In the measurement, the skull surface and the brain are measured by MRI together with the NIRS data. Three-dimensional image data of the head including the surface is acquired, and the correspondence between the channel position and the brain surface is attached.

ところで、NIRSで取得した脳活動データについて、被験者間のデータ比較を行おうとすると、同一の解剖学的脳構造どうしをそれぞれ比較(例えば感覚野どうし、運動野どうしを比較)する必要がある。しかしながら、脳の解剖学的構造には個人差がある。すなわち、実際の脳および頭蓋の形状が個人ごとに大きく異なる。そのため、NIRSの各チャンネル位置での信号(あるいはこれを画像処理したマッピングデータ)は、個人ごとに異なる脳位置の信号を検出したものであり、被験者ごとのNIRSのデータを単純に比較しても意味はなく、これまでNIRSで取得した脳活動データの個体間のデータ比較はなされていなかった。   By the way, regarding brain activity data acquired by NIRS, when comparing data between subjects, it is necessary to compare the same anatomical brain structures (for example, sensory areas and motor areas). However, there are individual differences in the anatomy of the brain. That is, the actual brain and skull shapes vary greatly from person to person. Therefore, the signal at each channel position of NIRS (or mapping data obtained by image processing thereof) is a signal obtained by detecting a signal at a different brain position for each individual, and even if NIRS data for each subject is simply compared. There is no meaning, and until now, there has been no comparison of individual brain activity data obtained by NIRS.

一方、最近、NIRSデータの個体間でのデータ比較を行えるようにするために、脳全体の三次元的処理による標準化(標準脳化)を行い、頭蓋表面と脳表面との正確な統計的対応付けを行うようにすることが試みられている(非特許文献1参照)。
これによれば、頭蓋形状を基準として測定する際の測定位置の基準である国際10−20法に基づく、頭蓋表面と脳表面との対応付けが発表されている。
“Three-dimensional probabilistic anatomical cranio-cerebral correlation via the international 10-20 system oriented for transcranial functional brain mapping” ( NeuroImage 21 (2004) 99-111)
On the other hand, in recent years, in order to be able to compare NIRS data between individuals, standardization (standard brainization) by three-dimensional processing of the entire brain has been performed, and accurate statistical correspondence between the skull surface and the brain surface Attempts have been made to perform the attachment (see Non-Patent Document 1).
According to this, the association between the skull surface and the brain surface based on the International 10-20 method, which is the reference of the measurement position when measuring based on the skull shape, has been announced.
“Three-dimensional probabilistic anatomical cranio-cerebral correlation via the international 10-20 system oriented for transcranial functional brain mapping” (NeuroImage 21 (2004) 99-111)

上述した先行技術(非特許文献1)のように、三次元処理による脳の標準化により得られた標準脳に変換することで、個体ごとのデータを比較することが原理的には可能であるが、標準化による頭蓋表面と脳表面の対応付けの処理に関しては、まだ、完全には確立されていない。   As in the prior art (Non-patent Document 1) described above, it is possible in principle to compare individual data by converting to a standard brain obtained by standardization of the brain by three-dimensional processing. Regarding the processing of the correspondence between the skull surface and the brain surface by standardization, it has not been completely established yet.

そこで、本発明は、NIRSやMEGなどの経頭蓋的脳機能測定装置において、標準脳に変換することなく、すなわち、脳全体の複雑な三次元演算処理を行うことなく、容易に、かつ、有意なデータ比較が可能な脳機能測定装置を提供することを目的とする。
また、脳全体の複雑な三次元演算処理を行わず、データ収集時間、演算時間を短縮することにより、短時間のうちに簡便にデータ比較を行うことができる経頭蓋的脳機能測定装置を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention is easy and significant in a transcranial brain function measuring apparatus such as NIRS or MEG without being converted into a standard brain, that is, without performing complicated three-dimensional arithmetic processing of the entire brain. An object of the present invention is to provide a brain function measuring apparatus capable of comparing various data.
Also provided is a transcranial brain function measuring device that can easily perform data comparison in a short time by shortening the data collection time and calculation time without performing complicated three-dimensional calculation processing of the entire brain. The purpose is to do.

上記課題を解決するためになされた本発明の経頭蓋的脳機能測定装置は、被験者の頭蓋表面の形状を基準にして脳活動データの検出位置を定め、この検出位置からの脳活動データを取得する経頭蓋的脳活動データ取得部と、経頭蓋的脳活動データ取得部による脳活動データの採取の際における頭蓋表面と脳表との位置関係の対応が付くようにして脳画像データを取得する脳画像データ取得部と、脳画像データに基づいて脳表画像を形成するとともに、脳活動データに基づいて脳活動画像を形成し、脳表画像と脳活動画像とを重ね合わせた合成画像を形成して表示する合成画像表示部とを備えた経頭蓋的脳機能測定装置であって、合成画像表示部は、脳画像データに基づいて定められる脳表上の特徴点を基準にして合成画像を拡大縮小する画像変換を行う画像変換処理部を有するようにしている。   The transcranial brain function measuring device of the present invention made to solve the above-mentioned problem determines the detection position of brain activity data based on the shape of the skull surface of the subject, and acquires the brain activity data from this detection position Brain image data is acquired so that the positional relationship between the surface of the skull and the brain surface is matched when the brain activity data is collected by the transcranial brain activity data acquisition unit and the transcranial brain activity data acquisition unit. A brain image data acquisition unit and a brain surface image are formed based on the brain image data, a brain activity image is formed based on the brain activity data, and a composite image is formed by superimposing the brain surface image and the brain activity image. A transcranial brain function measuring device including a composite image display unit for displaying the composite image, wherein the composite image display unit displays a composite image based on feature points on the brain surface determined based on the brain image data. Image to scale So that an image conversion processing unit that performs conversion.

この発明によれば、まず、経頭蓋的脳活動データ収集部は、被験者それぞれの頭部の形状を基準にして、脳活動データの検出位置を定め、この検出位置からの脳活動データを取得する。経頭蓋的脳活動データ収集部としては、NIRSやMEGなどを用いることができる。
例えば、経頭蓋的脳活動データ収集部にNIRSが利用されるときは、NIRSの送光ファイバ、受光ファイバの取付位置により脳活動の検出位置(チャンネル位置)を定める。また、経頭蓋的脳活動データ収集部にMEGが利用されるときは、SQUIDによる検出信号のピックアップ位置を、各被験者の頭部形状に基づいて決定する。
According to this invention, first, the transcranial brain activity data collection unit determines the detection position of brain activity data based on the shape of the head of each subject, and acquires brain activity data from this detection position. . As the transcranial brain activity data collection unit, NIRS, MEG, or the like can be used.
For example, when NIRS is used in the transcranial brain activity data collection unit, the detection position (channel position) of brain activity is determined by the attachment position of the NIRS transmission fiber and light reception fiber. When the MEG is used for the transcranial brain activity data collection unit, the pickup position of the detection signal based on the SQUID is determined based on the head shape of each subject.

脳画像データ取得部は、経頭蓋的脳活動データ取得部による脳活動データの頭蓋表面上の採取位置が脳表面構造と位置対応できるようにして脳画像データを取得する。脳画像データ取得部としては、例えば核磁気共鳴画像診断装置(以下MRIという)を用いることができる。そして頭蓋表面と脳表面との位置関係の対応は、脳画像データを取得する際に位置特定のマーカーを含むようにして対応が付くようにしてある。   The brain image data acquisition unit acquires brain image data in such a manner that the collection position on the skull surface of the brain activity data by the transcranial brain activity data acquisition unit can correspond to the brain surface structure. As the brain image data acquisition unit, for example, a nuclear magnetic resonance diagnostic imaging apparatus (hereinafter referred to as MRI) can be used. The correspondence of the positional relationship between the skull surface and the brain surface is made to include a position specifying marker when acquiring brain image data.

合成画像表示部は、脳画像データに基づいて脳表面画像を形成するとともに、脳活動データに基づいて脳活動画像を形成し、脳表面画像と脳活動画像とを(マーカーにより位置を対応させながら)重ね合わせた合成画像を形成して表示する。
脳表面画像としては脳レンダリング画像が好ましく、また、脳活動画像としてはカラーマッピングしたトポグラフィ像が好ましいが、画像形式はこれらに限られるものではない。脳表面画像と脳活動画像を重ね合わせた合成画像とすることにより、脳の活動情報と脳表面上での位置との対応が付くようにして表示を行う。
The composite image display unit forms a brain surface image based on the brain image data, forms a brain activity image based on the brain activity data, and associates the brain surface image and the brain activity image (with the positions corresponding to the markers). ) A superimposed composite image is formed and displayed.
The brain surface image is preferably a brain rendered image, and the brain activity image is preferably a color-mapped topography image, but the image format is not limited thereto. By displaying a composite image obtained by superimposing the brain surface image and the brain activity image, the display is performed so that the correspondence between the brain activity information and the position on the brain surface is attached.

そして、画像変換処理部は、脳画像データに基づいて定められる脳表面上の特徴点を基準にして、合成画像表示部により表示された合成画像に対して拡大縮小する画像変換を行い、画像変換された画像を再表示させる。   Then, the image conversion processing unit performs image conversion for enlarging / reducing the synthesized image displayed by the synthesized image display unit with reference to the feature point on the brain surface determined based on the brain image data. The displayed image is displayed again.

ここで脳表面上の特徴点としては、中心溝と正中線の交点を基準として求めることができる、運動性皮質と体性感覚皮質との境界点を選択することができる。また、前交連と後交連とを結ぶ線を基準として幾何学的に求めることができる、前頭連合野(前頭前野ともいわれる)と運動性皮質(運動前野と運動野)との境界点(運動前野と運動野との境界点)を選択することができる。また、脳レンダリング画像の前後の端点、左右の端点を選択することができる。
これらの特徴点を元にして、合成画像を拡大縮小する画像変換を行うことにより、その合成画像を、異なる脳構造を持った他の被験者の合成画像(比較対象となる合成画像)と特徴点を合わせるように合成画像の長さを調整する。
Here, as a feature point on the brain surface, a boundary point between the motor cortex and the somatosensory cortex, which can be obtained on the basis of the intersection of the central groove and the midline, can be selected. In addition, the boundary point between the frontal cortex (also called prefrontal cortex) and the motor cortex (premotor cortex and motor cortex) that can be obtained geometrically with reference to the line connecting the front and rear commissures (premotor cortex) Can be selected. In addition, the front and rear end points and the left and right end points of the brain rendered image can be selected.
Based on these feature points, by performing image conversion to enlarge / reduce the composite image, the composite image is combined with another subject's composite image (composite image to be compared) and feature points with different brain structures. Adjust the length of the composite image to match.

これにより、特徴点を基準にして規格化した合成画像を表示することができ、異なる被験者間での脳活動情報のデータ比較が可能になる。   As a result, it is possible to display a composite image standardized with reference to feature points, and to compare data of brain activity information between different subjects.

また、画像変換処理部が、脳表面上の特徴点により合成画像を複数に分割し、分割されたそれぞれの合成画像ごとに拡大縮小する画像変換を行うことができるように構成すれば、解剖学的に脳構造の境界となる点を特徴点として選択することにより、脳を同一の解剖学的構造ごとに分けて規格化して、データの比較をすることができる。   Further, if the image conversion processing unit is configured to be able to divide a composite image into a plurality of feature points on the brain surface and perform image conversion to enlarge / reduce each of the divided composite images, an anatomy By selecting a point that is a boundary of the brain structure as a feature point, it is possible to divide and normalize the brain for each identical anatomical structure and compare the data.

また、脳表面上の特徴点として、前頭連合野と運動性皮質(運動前野と運動野)との間、運動性皮質と体性感覚皮質との間、の少なくともいずれかを分ける特徴点を含むようにすれば、それぞれの脳構造部分に局在する脳機能(思考、運動、感覚)ごとの比較行うことができる。   In addition, as a feature point on the brain surface, a feature point that divides at least one of the frontal association cortex and motor cortex (premotor cortex and motor cortex) and motor cortex and somatosensory cortex is included. By doing so, it is possible to make a comparison for each brain function (thinking, movement, sense) localized in each brain structure part.

また、経頭蓋的脳活動データ取得部に、近赤外分光分析計(NIRS)または脳磁計(MEG)を用いることで、これまで被験者間でのデータ比較が容易ではなかったNIRSやMEG測定においても、簡便に脳機能のデータ比較を行うことができる。   In addition, by using a near-infrared spectrometer (NIRS) or a magnetoencephalograph (MEG) for the transcranial brain activity data acquisition unit, in NIRS and MEG measurement, data comparison between subjects has not been easy so far. In addition, it is possible to easily compare brain function data.

以下、本発明である経頭蓋脳機能測定装置の一実施例について、図面を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施形態である経頭蓋脳機能測定装置の構成を示すブロック図である。この経頭蓋脳機能測定装置10は、経頭蓋的脳活動データ取得部11と、脳画像データ取得部12と、合成画像表示部13と、画像変換処理部14とから構成される。
Hereinafter, an embodiment of a transcranial brain function measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a transcranial brain function measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. The transcranial brain function measuring device 10 includes a transcranial brain activity data acquisition unit 11, a brain image data acquisition unit 12, a composite image display unit 13, and an image conversion processing unit 14.

経頭蓋的脳活動データを採取する経頭蓋的脳活動データ取得部11には、NIRSを用いる。NIRSによる経頭蓋的な脳機能測定について説明する。図2に示すように、被験者の頭蓋表面(頭皮上)21上に、検出位置となるチャンネル(♯1、♯2、・・・)を定める。チャンネルの配置は、例えば格子状に並べるようにすればよい(あるいは国際10−20システムによる配置でもよい)が、このとき、被験者の耳、鼻等の外見的な特徴点を基準にして、チャンネルの位置を定める。そして、各チャンネル位置での検出感度が最も高くなるように、送光ファイバS、受光ファイバDの取付位置を定める。具体的には、送光ファイバSと受光ファイバDとの中点がチャンネル位置にくるように、送光ファイバSと受光ファイバDとを配置する。
このように、NIRSは、頭蓋表面に対する位置を基準にしてデータが取得されることとなる。
The NIRS is used for the transcranial brain activity data acquisition unit 11 that collects transcranial brain activity data. The transcranial brain function measurement by NIRS will be described. As shown in FIG. 2, channels (# 1, # 2,...) Serving as detection positions are defined on the skull surface (scalp) 21 of the subject. For example, the channels may be arranged in a grid pattern (or may be arranged according to the international 10-20 system). At this time, the channels are arranged based on the appearance feature points of the subject's ear, nose, and the like. Determine the position. And the attachment position of the light transmission fiber S and the light reception fiber D is defined so that the detection sensitivity in each channel position may become the highest. Specifically, the light transmitting fiber S and the light receiving fiber D are arranged so that the midpoint between the light transmitting fiber S and the light receiving fiber D is at the channel position.
In this way, NIRS acquires data with reference to the position relative to the skull surface.

一方、脳画像データを取得する脳画像データ取得部12には、MRIを用いる。MRIによる脳画像データの取得の際に、チャンネル位置にマーカーを含めておくことにより、マーカーを手がかりとして脳活動データにおける脳と頭蓋表面との位置対応を付ける。これにより、頭蓋表面に対する位置を基準にして取得されたNIRSのデータと、MRIのデータとの位置対応が付くようにしてある。   On the other hand, MRI is used for the brain image data acquisition unit 12 that acquires brain image data. When acquiring brain image data by MRI, by including a marker in the channel position, the brain and the skull surface in the brain activity data are associated with each other using the marker as a clue. As a result, the NIRS data acquired with reference to the position relative to the skull surface and the MRI data are associated with each other.

合成画像表示部13および画像変換処理部14は、データ処理用のコンピュータにより構成されるが、このコンピュータはデータ処理用コンピュータとして独立して設けてもよいし、NIRSまたはMRIの制御に使用するコンピュータを利用してもよい。
NIRSやMRIによって取得されたデータは、合成画像表示部13に送られ、画像化処理がなされるとともに平均化処理、カラー化などの画像処理がなされる。
このとき、上述したように、合成画像処理部13での合成画像は、脳画像データに含まれているマーカーを基準にして画像間の位置関係が合わされる。これにより、NIRSによる脳活動データと、対応する脳画像データとが正しく位置を合わせて表示することができるようになる。
The composite image display unit 13 and the image conversion processing unit 14 are configured by a data processing computer. However, this computer may be provided independently as a data processing computer, or a computer used for NIRS or MRI control. May be used.
Data acquired by NIRS or MRI is sent to the composite image display unit 13 for image processing and image processing such as averaging processing and colorization.
At this time, as described above, the composite image in the composite image processing unit 13 is matched with the positional relationship between the images with reference to the marker included in the brain image data. As a result, the brain activity data by NIRS and the corresponding brain image data can be displayed correctly aligned.

画像変換処理部14は、異なる被験者のデータ間でのデータ比較のための画像変換処理を行うものであり、MRIによって取得した脳画像データに基づいて定められる脳表面上の特徴点を基準にして、合成画像を拡大縮小する画像変換を行う。
脳表面上の特徴点としては、ここでは、中心溝と正中線の交点として求めることができる(特徴点Xとして図3に示す)運動性皮質と体性感覚皮質との境界点と、前交連と後交連とを結ぶ線を基準にして脳表面に向け垂線を立てることにより、幾何学的に求めることができる運動性皮質と前頭連合野との境界点(特徴点Yとして図2に示す)とを用いる。さらに、これらの特徴点X、Yの他に、脳レンダリング画像の前後の端点、左右の端点を特徴点として用いる。
The image conversion processing unit 14 performs image conversion processing for data comparison between data of different subjects, and is based on feature points on the brain surface determined based on brain image data acquired by MRI. Then, image conversion for enlarging or reducing the composite image is performed.
The feature points on the surface of the brain can be obtained here as the intersection of the central groove and the midline (shown as feature point X in FIG. 3), the boundary point between the motor cortex and the somatosensory cortex, and the anterior commissure The boundary point between the motor cortex and the frontal association area that can be obtained geometrically by setting a perpendicular to the brain surface with reference to the line connecting the posterior commissure (shown as a feature point Y in FIG. 2) And are used. In addition to these feature points X and Y, the front and rear end points and the left and right end points of the brain rendering image are used as feature points.

画像変換処理部14は、これらの特徴点を元にして、脳画像の形状、大きさが、比較しようとする脳の合成画像と基準とする脳の合成画像との間で一致するように画像変換する。
この画像変換により、全体の大きさを合わせるようにすれば、2つの合成画像間での対応が付きやすくなり、それだけでもデータ比較が可能になる。
Based on these feature points, the image conversion processing unit 14 determines that the shape and size of the brain image match between the brain composite image to be compared and the reference brain composite image. Convert.
If the overall size is adjusted by this image conversion, correspondence between the two composite images can be easily achieved, and data comparison can be made by itself.

このとき、単に、全体の大きさを合わせるだけではなく、解剖学的な特徴点X、Yを基準にして脳画像を分割し、分割したそれぞれの部分的な脳画像ごとに、脳画像の形状、大きさを画像変換し、規格化する。すなわち、前頭連合野、運動性皮質、体性感覚皮質ごとに、脳画像の画像変換を行う。これにより、合成画像に含まれる脳活動情報についても、前頭連合野、運動性皮質、体性感覚皮質ごとの規格化が行われることになり、平均、分散などの各種統計処理を、それぞれの解剖学的構造単位で行うことができる。
次に、別々の被験者による2つの合成画像どうしを比較する場合を例として、本発明の経頭蓋脳機能測定装置による画像変換処理を説明する。
At this time, the brain image is divided based on the anatomical feature points X and Y, not just by matching the whole size, and the shape of the brain image is determined for each divided partial brain image. , Convert the size into an image and normalize it. That is, image conversion of brain images is performed for each frontal association area, motor cortex, and somatosensory cortex. As a result, the brain activity information contained in the composite image is also standardized for each frontal association area, motor cortex, and somatosensory cortex, and various statistical processes such as averaging and variance are performed for each anatomy. Can be carried out in a structural unit.
Next, image conversion processing by the transcranial brain function measuring apparatus of the present invention will be described by taking as an example a case where two synthesized images by different subjects are compared.

(実施例)
図3〜図7は、本発明の一実施形態である経頭蓋脳機能測定装置による画像変換処理手順を説明する図であり、それぞれ、MRIで取得した脳表面レンダリン画像上に、NIRSにより取得した脳活動データをカラーマッピングで重ねて表示し、合成画像(いわゆる脳機能マップ)としたものである。図中、破線で囲った領域には、脳活動データが活動量の大きさに応じてカラーマッピングされている。
なお、図3〜図7の各図において、A列、B列は、それぞれ異なる被験者A、Bの画像である。ここで「A」はデータ比較を行うときの基準側合成画像、「B」は比較しようとする側の合成画像を指すものとする。
(Example)
FIGS. 3 to 7 are diagrams for explaining image conversion processing procedures by the transcranial brain function measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. Each of them is acquired by NIRS on a brain surface render image acquired by MRI. The brain activity data is superimposed and displayed by color mapping to form a composite image (so-called brain function map). In the figure, the brain activity data is color-mapped according to the amount of activity in the area surrounded by the broken line.
3 to 7, columns A and B are images of different subjects A and B, respectively. Here, “A” indicates a reference-side composite image when performing data comparison, and “B” indicates a composite image on the side to be compared.

図3に示す合成画像A、B(b)は、ともに被験者A、Bそれぞれについての画像変換処理を行う前のオリジナルな合成画像である。この合成画像Aと合成画像Bとは、解剖学的な構造が大きく異なり、2つの合成画像(機能マップ)を単純に比較しても、意味のある比較は全くできない。   Composite images A and B (b) shown in FIG. 3 are both original composite images before image conversion processing for subjects A and B is performed. The composite image A and the composite image B are greatly different in anatomical structure, and no meaningful comparison can be made even if the two composite images (function maps) are simply compared.

データ比較を行うためのひとつの改善方法として、合成画像における脳の前後および左右の長さが同じになるように、画像変換処理を行う。すなわち、画像変換処理の特徴点として前後、左右の端点を選択し、2つの合成画像をほぼ同じ大きさにして比較を行う。この方法によってもある程度の規格化がなされるので有効であるが、必ずしも脳の解剖学的な構造を考慮したものではないため、十分ではない。   As one improvement method for performing data comparison, image conversion processing is performed so that the front and rear and left and right lengths of the synthesized image are the same. That is, the front and rear, left and right end points are selected as the feature points of the image conversion process, and the two composite images are compared to have the same size. This method is also effective because some standardization is made, but it is not sufficient because it does not necessarily take into account the anatomical structure of the brain.

脳の解剖学的な構造においては、運動野、感覚野など、機能ごとに大きく領域が分かれている。したがって、この領域ごとに脳を分割し、それぞれの単位で2つの脳の活動データを比較することが有効である。
そこで、機能ごとに脳構造を分割して脳活動データを比較する際に、特徴点として、前頭連合野と運動性皮質とを分割するための特徴点、運動性皮質と体性感覚皮質とを分割するための特徴点を定義し、これらの特徴点に基づいて脳を分割して、それぞれの分割領域ごとで合成画像を規格化する。
In the anatomical structure of the brain, areas such as motor areas and sensory areas are largely divided according to function. Therefore, it is effective to divide the brain for each region and compare the activity data of two brains in each unit.
Therefore, when dividing brain structures for each function and comparing brain activity data, the feature points for dividing the frontal association area and motor cortex, motor cortex and somatosensory cortex, are used as feature points. Feature points to be divided are defined, the brain is divided based on these feature points, and the synthesized image is normalized for each divided region.

図3B(a)のVACライン31は、前頭連合野と運動性皮質とを分割するために定義したラインである。このラインは、図2で示したように、前交連aと後交連bとを結ぶ直線に対し、前交連aから垂線を立てたときの脳表面との交点を特徴点Yとして、特徴点Yを通り正中線に垂直に引いたラインとして定義される。   The VAC line 31 in FIG. 3B (a) is a line defined for dividing the frontal association area and the motor cortex. As shown in FIG. 2, this line has a feature point Y that is an intersection point with the brain surface when a perpendicular is established from the front commissure a with respect to a straight line connecting the front commissure a and the rear commissure b. Defined as a line drawn through and perpendicular to the midline.

また、図3B(a)の特徴点Xは、運動性皮質と体性感覚皮質とを分割するために定義した点である。この特徴点Xは、正中線と中心溝との交点として定義される。そして、特徴点Xをとおり、正中線に垂直に引いたCSライン32(図3B(b)参照)により運動性皮質と体性感覚皮質とが分割される。   3B (a) is a point defined for dividing the motor cortex and the somatosensory cortex. This feature point X is defined as the intersection of the midline and the central groove. Then, the motor cortex and the somatosensory cortex are divided by the CS line 32 (see FIG. 3B (b)) drawn along the feature point X and perpendicular to the median line.

図4、図5は、VACライン31、CSライン32に基づいて分割した合成画像Bの規格化を行うときの説明図である。
まず、図4(a)に示すように、合成画像Bの前方部分を合成画像Aに合わせるように、前後方向に拡大(縮小)して、部分的に規格化する。
続いて、図4(b)に示すように、合成画像Bの中央部分を合成画像Aに合わせるように、前後方向に拡大(縮小)して、部分的に規格化する。
さらに、図4(c)に示すように、合成画像Bの後方部分を合成画像Aに合わせるように、前後方向に拡大(縮小)して、部分的に規格化する。
そして、図5に示すように、図4(a)〜図4(c)で規格化した合成画像Bの前方、中央、後方部分を統合一体化する。図5の合成画像Bでは、合成画像Bの前後方向が特徴点を基準として規格化されたことになる。
FIG. 4 and FIG. 5 are explanatory diagrams when normalizing the composite image B divided based on the VAC line 31 and the CS line 32.
First, as shown in FIG. 4A, the front part of the composite image B is enlarged (reduced) in the front-rear direction so as to match the composite image A, and partially normalized.
Subsequently, as shown in FIG. 4B, the center portion of the composite image B is enlarged (reduced) in the front-rear direction so as to match the composite image A, and partially normalized.
Further, as shown in FIG. 4C, the rear part of the composite image B is enlarged (reduced) in the front-rear direction so as to match the composite image A, and partially normalized.
Then, as shown in FIG. 5, the front, center, and rear portions of the composite image B standardized in FIGS. 4A to 4C are integrated and integrated. In the composite image B in FIG. 5, the front-rear direction of the composite image B is normalized with reference to the feature points.

次に、図6に示すように、合成画像Bの左右方向の長さを合成画像Aに合わせて拡大(縮小)する。左右方向の規格化は、単純に左右の端点を定め、合成画像Aと合成画像Bの左右の長さが同じになるようにする。   Next, as shown in FIG. 6, the length of the composite image B in the left-right direction is enlarged (reduced) according to the composite image A. In the normalization in the left-right direction, the left and right end points are simply determined so that the left and right lengths of the composite image A and the composite image B are the same.

図7は、図4〜図6で説明した画像変換処理による合成画像Bの変化の最初と最後とをまとめた図であり、図7B(a)は画像変換処理前の合成画像Bを示し、図7B(b)は特徴点X,Yを利用した画像変換処理により規格化された最終的な合成画像Bを示している。
特徴点X、Yを利用した画像変換処理の結果、合成画像Bに含まれる脳活動データも、特徴点X、Yごとに分かれて規格化されているので、機能単位で規格化された脳活動データに基づいて、脳機能に関する有意なデータ比較を行うことができる。
FIG. 7 is a diagram summarizing the first and last changes of the composite image B by the image conversion processing described in FIGS. 4 to 6, and FIG. 7B (a) shows the composite image B before the image conversion processing. FIG. 7B (b) shows a final composite image B standardized by image conversion processing using feature points X and Y.
As a result of the image conversion processing using the feature points X and Y, the brain activity data included in the composite image B is also standardized separately for each feature point X and Y. Based on the data, significant data comparisons regarding brain function can be made.

上記実施例では、連合野と運動野とを分割するための特徴点X、運動野と感覚野とを分割するための特徴点Yについて説明したが、特徴点の選択は、これらに限られず、脳活動を計測する上で有効な点であれば、他の特徴点であってもよい。また、脳を分割する特徴点としてX、Yの2つを選択したが、特徴点を1つにしてもよいし、3つ以上に増やしてもよい。   In the above embodiment, the feature point X for dividing the association area and the motor area and the feature point Y for dividing the motor area and the sensory area have been described. However, the selection of the feature points is not limited to these. Other feature points may be used as long as they are effective in measuring brain activity. In addition, two feature points X and Y are selected as feature points for dividing the brain. However, the feature points may be one, or may be increased to three or more.

さらに、本実施形態では、経頭蓋的脳活動データ取得部としてNIRSを用いたが、NIRSに代えて、MEGを用いた場合も同様であり、また、これらは一例にすぎず、NIRSやMEG以外の経頭蓋的な測定を行う計測機器を用いてもよい。   Furthermore, in this embodiment, NIRS is used as the transcranial brain activity data acquisition unit. However, the same applies when MEG is used instead of NIRS, and these are merely examples, and other than NIRS and MEG. A measuring instrument that performs transcranial measurement may be used.

本発明は、経頭蓋的に脳機能を測定する経頭蓋脳機能測定装置に利用することができる。   The present invention can be used for a transcranial brain function measuring apparatus that measures brain function transcranially.

本発明の一実施形態である経頭蓋脳機能測定装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the transcranial brain function measuring apparatus which is one Embodiment of this invention. NIRSにおける送光ファイバ、受光ファイバの位置と、頭蓋表面と、脳表面との関係を説明する図。The figure explaining the relationship between the position of the light transmission fiber in NIRS, a light reception fiber, the skull surface, and the brain surface. 本発明の一実施形態である経頭蓋脳機能測定装置における合成画像を説明する図。The figure explaining the synthesized image in the transcranial brain function measuring apparatus which is one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態である経頭蓋脳機能測定装置における画像変換処理を説明する図。The figure explaining the image conversion process in the transcranial brain function measuring apparatus which is one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態である経頭蓋脳機能測定装置における画像変換処理を説明する図。The figure explaining the image conversion process in the transcranial brain function measuring apparatus which is one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態である経頭蓋脳機能測定装置における画像変換処理を説明する図。The figure explaining the image conversion process in the transcranial brain function measuring apparatus which is one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態である経頭蓋脳機能測定装置における画像変換処理を説明する図。The figure explaining the image conversion process in the transcranial brain function measuring apparatus which is one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10:経頭蓋的脳機能測定装置
11:経頭蓋的脳活動データ取得部(NIRS)
12:脳画像データ取得部(MRI)
13:合成画像表示部
14:画像変換処理部
21:頭蓋表面
22:脳
31:VACライン
32:CSライン
10: Transcranial brain function measuring device 11: Transcranial brain activity data acquisition unit (NIRS)
12: Brain image data acquisition unit (MRI)
13: Composite image display unit 14: Image conversion processing unit 21: Skull surface 22: Brain 31: VAC line 32: CS line

Claims (4)

被験者の頭蓋表面の形状を基準にして脳活動データの検出位置を定め、この検出位置での脳活動データを取得する経頭蓋的脳活動データ取得部と、
経頭蓋的脳活動データ取得部による脳活動データの採取の際における頭蓋表面と脳表面との位置関係の対応が付くようにして脳画像データを取得する脳画像データ取得部と、
脳画像データに基づいて脳表面画像を形成するとともに、脳活動データに基づいて脳活動画像を形成し、脳表面画像と脳活動画像とを重ね合わせた合成画像を形成して表示する合成画像表示部とを備えた経頭蓋的脳機能測定装置であって、
合成画像表示部は、脳画像データに基づいて定められる脳表面上の特徴点を基準にして合成画像を拡大縮小する画像変換を行う画像変換処理部を有することを特徴とする経頭蓋的脳機能測定装置。
Determine the detection position of brain activity data on the basis of the shape of the skull surface of the subject, and acquire a brain activity data at this detection position, a transcranial brain activity data acquisition unit,
A brain image data acquisition unit for acquiring brain image data so that the correspondence of the positional relationship between the skull surface and the brain surface at the time of collecting brain activity data by the transcranial brain activity data acquisition unit;
A composite image display that forms a brain surface image based on brain image data, forms a brain activity image based on brain activity data, and forms and displays a composite image in which the brain surface image and brain activity image are superimposed A transcranial cerebral function measuring device comprising:
The composite image display unit has an image conversion processing unit that performs image conversion for enlarging or reducing the composite image with reference to feature points on the brain surface determined based on the brain image data. measuring device.
画像変換処理部は、脳表面上の特徴点により合成画像を複数に分割し、分割されたそれぞれの合成画像ごとに拡大縮小する画像変換を行うことができるように構成されることを特徴とする請求項1に記載の経頭蓋的脳機能測定装置。 The image conversion processing unit is configured to divide a composite image into a plurality of features based on feature points on the brain surface, and to perform image conversion for enlarging or reducing each of the divided composite images. The transcranial brain function measuring device according to claim 1. 脳表面上の特徴点として、前頭連合野と運動性皮質との間、運動性皮質と体性感覚皮質との間の少なくともいずれかを分ける特徴点を含むことを特徴とする請求項2に記載の経頭蓋的脳機能測定装置。 The feature point on the brain surface includes a feature point that divides at least one of the frontal association area and the motor cortex and the motor cortex and the somatosensory cortex. Transcranial brain function measuring device. 経頭蓋的脳活動データ取得部には、近赤外分光分析計(NIRS)または脳磁計(MEG)を用いることを特徴とする請求項1に記載の経頭蓋的脳機能測定装置。
The transcranial brain function measuring device according to claim 1, wherein a near-infrared spectrometer (NIRS) or a magnetoencephalograph (MEG) is used for the transcranial brain activity data acquisition unit.
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