JP6782006B2 - Brain information analysis device and brain health index calculation device - Google Patents
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Description
本発明は、脳情報解析装置及び脳健康指標演算装置に関する。
より詳細には、MRI(magnetic resonance imaging:核磁気共鳴画像法)等の、人間の脳を非侵襲にて三次元撮像を行う装置が出力する脳画像データを用いて、生体情報を収集し、解析を行う脳情報解析装置と、脳情報解析装置が出力した特徴量を用いて、被験者の健康指標となる値を推定する、脳健康指標演算装置に関する。
The present invention relates to a brain information analysis device and a brain health index calculation device.
More specifically, biological information is collected using brain image data output by a device that performs three-dimensional imaging of the human brain non-invasively, such as MRI (magnetic resonance imaging). The present invention relates to a brain information analysis device that performs analysis and a brain health index calculation device that estimates a value that serves as a health index of a subject using a feature amount output by the brain information analysis device.
元々、MRIは非侵襲にて脳を含めた内臓疾患を発見し、診断するためのツールであった。しかし、近年、MRIにて人の脳を撮影し、三次元の脳画像データを取得することが永続的に行われてきたことにより、様々な人々の脳画像データが徐々に蓄積されるようになってきた。そこで、近年の脳科学者は、脳疾患に留まらず、脳画像データから得られる情報と、人の健康との相関性を模索するようになってきた。
これ以降、本明細書において脳画像データから得られる情報を、脳情報と総称する。例えば、脳画像データを画像解析した結果得られる、脳の特定部位における灰白質の量や、脳の特定部位における神経線維の異方性等である。
Originally, MRI was a non-invasive tool for discovering and diagnosing visceral diseases including the brain. However, in recent years, it has been permanently performed to photograph the human brain with MRI and acquire three-dimensional brain image data, so that the brain image data of various people are gradually accumulated. It has become. Therefore, in recent years, brain scientists have come to search not only for brain diseases but also for the correlation between the information obtained from brain image data and human health.
Hereinafter, the information obtained from the brain image data in the present specification is collectively referred to as brain information. For example, the amount of gray matter in a specific part of the brain obtained as a result of image analysis of brain image data, the anisotropy of nerve fibers in a specific part of the brain, and the like.
特許文献1には、撮影したMRI画像から脳断面の灰白質画像を作成し、その灰白質画像を健常者の灰白質画像と比較して、脳の特定部位の萎縮を判定することで、認知症等の兆候を診断する技術内容が開示されている。 In Patent Document 1, a gray matter image of a brain cross section is created from an captured MRI image, and the gray matter image is compared with a gray matter image of a healthy person to determine atrophy of a specific part of the brain. The technical contents for diagnosing signs such as illness are disclosed.
脳画像データから脳の部位毎に情報を取得する方法は様々なものが存在する。どの脳情報取得方法も、得られる情報は非常に詳細である。しかし、この詳細な情報、すなわち変数の数が多いことが、データの全体の傾向を統計的に類推する、いわゆるビッグデータの解析手法には馴染まない。
MRI装置は高価であり、国際比較においてはわが国は相対的に導入台数は多いものの、他の医療機器に比べると、導入台数は多くない。また、その運用コストも安くはない。このため、MRIによる脳画像データを蓄積することは容易なことではない。したがって、現状では統計的解析の基となるデータの母数があまり多くない。一方で、脳画像データから得られる情報、すなわち変数の数が多い。これは、統計的解析手法では、既知の値については正しい推定結果を出す一方で、未知の値については正しい推定結果が得られない、オーバーフィッティングという現象を引き起こす。
また、変数の数が多いことは、判断の指標が複雑になることを示す。このため、現状の詳細な脳解析情報のままでは、脳科学の専門家しかわからず、一般の人が脳の健康の指標等に利用するのに適していない。
There are various methods for acquiring information from brain image data for each part of the brain. The information obtained by any brain information acquisition method is very detailed. However, this detailed information, that is, the large number of variables, does not fit into the so-called big data analysis method that statistically infers the overall tendency of data.
MRI equipment is expensive, and although the number of MRI equipment introduced in Japan is relatively large in international comparison, the number of MRI equipment introduced is not large compared to other medical equipment. Moreover, its operating cost is not cheap. Therefore, it is not easy to accumulate brain image data by MRI. Therefore, at present, the population parameter of the data that is the basis of statistical analysis is not very large. On the other hand, the number of information obtained from brain image data, that is, variables is large. This causes a phenomenon called overfitting, in which the statistical analysis method gives correct estimation results for known values, but does not give correct estimation results for unknown values.
In addition, a large number of variables indicates that the index of judgment becomes complicated. For this reason, the current detailed brain analysis information can only be understood by brain science experts, and is not suitable for use by the general public as an index of brain health.
本発明はかかる課題を解決し、脳解析情報を扱い易い値に変換し、健康の指標として使用することができる、脳情報解析装置と脳健康指標演算装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a brain information analysis device and a brain health index calculation device that can solve such a problem, convert brain analysis information into a value that is easy to handle, and use it as a health index.
上記課題を解決するために、本発明の脳情報解析装置は、脳画像データを取得した被験者の脳画像データから複数の灰白質量データを得る灰白質量算出部と、複数の灰白質量データの平均値を算出した値であるGM−BHQを出力する平均値演算部と、脳画像データを取得した被験者を一意に識別する被験者IDと、GM−BHQとを紐付けて登録するBHQテーブルと、被験者IDと脳画像データを取得した被験者の健康診断結果を紐付けて登録する健康診断テーブルと、BHQテーブルと健康診断テーブルを、被験者IDにて紐付けた上で多変量解析を行い、任意の被験者に対するGM−BHQを推定するための特徴量を出力する多変量解析処理部とを具備する。 In order to solve the above problems, the brain information analysis apparatus of the present invention includes an gray white mass calculation unit that obtains a plurality of gray white mass data from the brain image data of a subject who has acquired the brain image data, and an average value of the plurality of gray white mass data. The average value calculation unit that outputs GM-BHQ, which is the calculated value, the subject ID that uniquely identifies the subject who acquired the brain image data, the BHQ table that registers the GM-BHQ in association with each other, and the subject ID. Multivariate analysis is performed after linking the health check table, the BHQ table, and the health check table, which register the health check results of the subjects who have acquired the brain image data, with the subject ID, and for any subject. It includes a multivariate analysis processing unit that outputs a feature amount for estimating GM-BHQ.
本発明により、脳解析情報を扱い易い値に変換し、健康の指標として使用することができる、脳情報解析装置と脳健康指標演算装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a brain information analysis device and a brain health index calculation device that can convert brain analysis information into a value that is easy to handle and use it as an index of health.
Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.
図1Aは、本発明の実施形態に係る、脳情報解析装置101の概略図である。
脳情報解析装置101は、大容量の不揮発性ストレージと、所定の演算能力を備えるパソコンあるいはサーバである。
脳情報解析装置101には、(1)被験者の脳をMRI装置102で撮影して得た、MRI画像ファイル群103と、(2)被験者が受診した健康診断の結果を記した、健康診断結果データ104と、(3)被験者が所定の生活環境アンケートに回答した結果を記した、生活環境アンケート結果データ105が入力され、データベースとして蓄積される。MRI画像ファイル群103、健康診断結果データ104、そして生活環境アンケート結果データ105は、全て被験者106を一意に識別する被験者IDによって紐付けされる。特に、MRI画像ファイル群103を保存するために、脳情報解析装置101には大容量の不揮発性ストレージが必要になる。
FIG. 1A is a schematic view of a brain
The brain
The brain
MRI画像ファイル群103とは、MRI装置102が被験者106の脳を撮影した複数の画像ファイルである。被験者106の脳を仮想的に輪切り状態にて撮影した画像ファイルが、頭頂部から首に至る迄、複数枚得られる。この、複数枚の画像ファイルを用いて、被験者106の脳を三次元空間的に解析する。
The MRI
健康診断結果データ104は、通常の健康診断にて得られる診断結果の情報の集合体である。被験者106の年齢、身長、体重、視力、聴力、体脂肪率、BMI(Body Mass Index:ボディマス指数)、血中中性脂肪値、γGTP(γ-glutamyltransferase:ガンマグルタミルトランスフェラーゼ)等、年に一回実施される健康診断の診断結果の情報である。これらのデータは、被験者106から機械的あるいは化学的な手段で取得される、被験者106の主観が入り込む余地のない、客観的な測定結果である。なお、健康診断に留まらず、被験者106から日常的に計測を行った体重や血圧等の生体計測データ、歩数や活動量等のライフログデータも、この健康診断結果データ104に含めることができる。
The health
生活環境アンケート結果データ105は、健康診断の際に設問され、被験者106が回答する種々のアンケートの他に、精神神経系の健康指標を推し量るためのアンケートも含まれる。例えば、以下の様な項目について設問を設け、被験者106に回答させる。
(1)階層帰属意識及び金融不安を含む社会経済的な状況の自覚
(2)生活に関する満足感と生活向上への意識を含む健康で安心なことについての自覚
(3)個人的な価値観、ポスト物質主義(物質や経済的な富よりも精神や心の安寧(リッチネス)を優先させる考え方)及びエピクロス主義(将来の為の準備よりも現在に生きることに優先権を与えて生きる主義)
すなわち、これらのデータは健康診断結果データ104とは異なり、被験者106の主観が混じるアンケート結果等の情報である。
The living environment questionnaire result
(1) Awareness of hierarchical belonging and socio-economic conditions including financial instability (2) Awareness of health and security including a sense of satisfaction and improvement of life (3) Personal values, Post-materialism (the idea of prioritizing spiritual and mental well-being (richness) over material and economic wealth) and epicrossism (the principle of living in the present rather than preparing for the future)
That is, these data are different from the health
脳情報解析装置101は、先ず、MRI画像ファイル群103から所定の画像解析処理を用いて、脳情報を取得する。次に、この脳情報の平均値を算出する。そして、脳情報解析装置101は算出した脳情報の平均値を目的変数として、健康診断結果データ104と生活環境アンケート結果データ105を説明変数として、重回帰分析を行い、重回帰式係数107を算出する。
The brain
図1Bは、脳情報解析装置101が算出した重回帰式係数107を利用した、脳健康指標演算装置111の概略図である。
脳健康指標演算装置111は、一般的なパソコンで実現できる。また、近年普及しているスマートフォン等の携帯型無線端末や、ワンチップマイコンを使用する体脂肪計等の健康器具でも実現できる。
脳健康指標演算装置111は、任意の被験者106の健康診断結果データ104と生活環境アンケート結果データ105を入力されると、脳情報解析装置101が使用していた重回帰式と、脳情報解析装置101が算出した重回帰式係数107を用いて、診断結果112として当該被験者106の脳情報の平均値を推定する。
つまり、脳情報の平均値は、人の健康の指標となる値である。脳情報の平均値は、図3以降で詳述する。
FIG. 1B is a schematic view of a brain health
The brain health
When the health diagnosis result
That is, the average value of brain information is a value that is an index of human health. The average value of brain information will be described in detail in FIG. 3 and subsequent sections.
図2は、脳情報解析装置101の、ハードウェア構成を示すブロック図である。
一般的なパソコンやサーバである脳情報解析装置101は、CPU201、ROM202、RAM203、液晶ディスプレイ等の表示部204、キーボードやマウス等の操作部205、ハードディスク装置等の不揮発性ストレージ206がバス207に接続されている。バス207にはこの他に、MRI画像ファイル群103と、健康診断結果データ104と、生活環境アンケート結果データ105を受け付けて、不揮発性ストレージ206内に形成するデータベースに登録するための、シリアルポート208やNIC(Network Interface Card)209が接続されている。不揮発性ストレージ206には、OSと、パソコンやサーバを脳情報解析装置101として稼働させるためのプログラムと、図3にて後述する種々のデータベースが格納されている。
なお、脳情報解析装置101がサーバである場合、NIC209は必須だが、表示部204と操作部205は必ずしも必要ではなく、シリアルポート208は不要である。その場合、ネットワークを通じてサーバを操作する端末が別途用意されていればよい。
図2に示す脳情報解析装置101のブロック図は、ほぼそのまま脳健康指標演算装置111にも共通する。
FIG. 2 is a block diagram showing a hardware configuration of the brain
In the brain
When the brain
The block diagram of the brain
図3は、脳情報解析装置101の、ソフトウェア機能を示すブロック図である。
図1Aにて説明したように、脳情報解析装置101は、MRI画像ファイル群103と、健康診断結果データ104と、生活環境アンケート結果データ105を受信する。
灰白質量算出部301は、MRI画像ファイル群103を読み込み、脳の特定部位における灰白質の量を示す、灰白質量データ群302を算出する。灰白質量データ群302は、脳の116箇所の部位における灰白質量データの集合体である。
神経線維異方性算出部303は、MRI画像ファイル群103を読み込み、脳の特定部位における白質を構成する神経線維の異方性の指標値を示す、神経線維異方性データ群304を算出する。神経線維異方性データ群304は、脳の48箇所の部位における白質を構成する神経線維の異方性の指標値の集合体である。
FIG. 3 is a block diagram showing a software function of the brain
As described with reference to FIG. 1A, the brain
The gray matter
The nerve fiber
灰白質量算出部301が算出した灰白質量データ群302と、神経線維異方性算出部303が算出した神経線維異方性データ群304は、被験者106の被験者ID305と共に、脳情報テーブル306に登録される。
脳情報テーブル306は、被験者IDフィールドと、116個の灰白質量データフィールドと、48個の神経線維異方性データフィールドよりなる。すなわち、灰白質量データ群302と神経線維異方性データ群304は、被験者106の被験者ID305に紐付けられて、脳情報テーブル306に登録される。
なお、MRI画像ファイル群103は貴重な画像データの集合体であるので、これも被験者ID305に紐付けられて、大容量の不揮発性ストレージ206に記憶される。本発明の実施形態では、MRI画像ファイル群103をこれ以降の説明では使用しないので、図示及び詳述を略す。
The gray white
The brain information table 306 comprises a subject ID field, 116 gray-white mass data fields, and 48 nerve fiber anisotropy data fields. That is, the gray-white
Since the MRI
脳情報テーブル306に格納された116個の灰白質量データ群302と、48個の神経線維異方性データ群304は、それぞれ平均値演算部307に入力される。
平均値演算部307は、116個の灰白質量データ群302の平均値を算出する。これ以降、灰白質量データ群302の平均値をGM−BHQ(Grey-Matter Brain Healthcare Quotient)と呼ぶ。GM−BHQは単一のスカラ値である。
同様に、平均値演算部307は、48個の神経線維異方性データ群304の平均値を算出する。これ以降、神経線維異方性データ群304の平均値をFA−BHQ(fractional anisotropy Brain Healthcare Quotient)と呼ぶ。FA−BHQもGM−BHQと同様、単一のスカラ値である。
The 116 gray-white
The average
Similarly, the average
平均値演算部307が算出したGM−BHQ及びFA−BHQは、被験者106の被験者ID305と共に、BHQテーブル308に登録される。
BHQテーブル308は、被験者IDフィールドと、GM−BHQフィールドと、FA−BHQフィールドよりなる。すなわち、GM−BHQとFA−BHQは、被験者106の被験者ID305に紐付けられて、BHQテーブル308に登録される。
これら、GM−BHQとFA−BHQが、後述する重回帰式における目的変数となる。
The GM-BHQ and FA-BHQ calculated by the average
The BHQ table 308 includes a subject ID field, a GM-BHQ field, and an FA-BHQ field. That is, the GM-BHQ and the FA-BHQ are associated with the
These GM-BHQ and FA-BHQ are objective variables in the multiple regression equation described later.
一方、健康診断結果データ104と、生活環境アンケート結果データ105は、被験者106の被験者ID305と共に、健康診断テーブル309に登録される。
健康診断テーブル309は、被験者IDフィールドと、項目毎の健康診断結果データフィールドと、項目毎の生活環境アンケート結果データフィールドよりなる。すなわち、健康診断結果データ104と生活環境アンケート結果データ105は、被験者106の被験者ID305に紐付けられて、健康診断テーブル309に登録される。
これら、健康診断結果データ104と生活環境アンケート結果データ105が、後述する重回帰式における説明変数となる。
On the other hand, the health
The health examination table 309 includes a subject ID field, a health examination result data field for each item, and a living environment questionnaire result data field for each item. That is, the health
These health
重回帰分析処理部310は、BHQテーブル308から目的変数であるGM−BHQを、健康診断テーブル309から説明変数である健康診断結果データ104と生活環境アンケート結果データ105を、それぞれ読み込み、被験者ID305で紐付けた上で、GM−BHQにおける重回帰式の係数を算出し、GM−BHQ推定のための重回帰式係数である、GM−BHQ用重回帰式係数311を出力する。
同様に、重回帰分析処理部310は、BHQテーブル308から目的変数であるFA−BHQを、健康診断テーブル309から説明変数である健康診断結果データ104と生活環境アンケート結果データ105を、それぞれ読み込み、被験者ID305で紐付けた上で、FA−BHQにおける重回帰式の係数を算出し、FA−BHQ推定のための重回帰式係数である、FA−BHQ用重回帰式係数312を出力する。
これら、GM−BHQ用重回帰式係数311及びFA−BHQ用重回帰式係数312が、図1A及び図1Bにて説明した、重回帰式係数107である。
The multiple regression
Similarly, the multiple regression
These multiple
図4は、脳健康指標演算装置111の、ソフトウェア機能を示すブロック図である。
重回帰式演算処理部401は、任意の被験者106の健康診断結果データ104と、生活環境アンケート結果データ105を読み込むと、図3にて説明した、脳情報解析装置101が出力したGM−BHQ用重回帰式係数311を用いて、脳情報解析装置101の重回帰分析処理部310で使用した重回帰式の演算を行い、当該被験者106の、GM−BHQ推定値402を出力する。
同様に、重回帰式演算処理部401は、任意の被験者106の健康診断結果データ104と、生活環境アンケート結果データ105を読み込むと、図3にて説明した、脳情報解析装置101が出力したFA−BHQ用重回帰式係数312を用いて、脳情報解析装置101の重回帰分析処理部310で使用した重回帰式の演算を行い、当該被験者106の、FA−BHQ推定値403を出力する。
これら、GM−BHQ推定値402及びFA−BHQ推定値403が、図1Bにて説明した、診断結果112である。
FIG. 4 is a block diagram showing a software function of the brain health index
When the multiple regression
Similarly, when the multiple regression
These GM-BHQ estimated
図1では理解を容易にするために診断結果112と書いたが、実際には被験者106の脳の健康指標を推定した「推定脳健康指標」という方が正確である。脳健康指標演算装置111に健康診断データとアンケート結果を入力すれば、MRI装置102を使わなくとも、被験者106の脳の健康状態を推定することができる。
In FIG. 1, the
勿論、重回帰式演算処理部401が読み込む健康診断結果データ104と、生活環境アンケート結果データ105は、脳情報解析装置101が読み込んだ、被験者106達が受診した健康診断やアンケートと同じ内容である必要がある。
すなわち、脳健康指標演算装置111の主要な演算処理は、1次関数である重回帰式の計算を行うだけである。この演算処理に大量のデータ処理等は存在しない。周知のように、重回帰式の計算は四則演算で実現できるので、ワンチップマイコン等、演算能力の乏しい低資源装置と呼ばれる計算機資源でも、十分実用になる。
Of course, the health
That is, the main arithmetic processing of the brain health index
例えば、体重、体脂肪率、内臓脂肪レベル、皮下脂肪率、基礎代謝、骨格筋率、BMI、体年齢等を測定できる体組成計に、本発明の実施形態に係る脳健康指標演算装置111を適用することを考える。体組成計には、利用者の生年月日と身長を登録することが可能である。しかし、健康診断における血液検査にて得られる値を登録することは面倒であるし、毎日使用される体組成計が得る前述の様々な値と測定日時が食い違うため、現実的ではない。そこで、脳情報解析装置101は、体組成計が取得可能な情報だけを使用した、GM−BHQ用重回帰式係数311とFA−BHQ用重回帰式係数312を算出する。この、体組成計用のGM−BHQ用重回帰式係数311とFA−BHQ用重回帰式係数312を用いれば、体組成計も脳健康指標演算装置111として機能することができる。健康診断や生活環境アンケート結果等の全ての情報が揃っている場合と比べると推定精度は落ちるが、有意な健康指標として、体組成計がGM−BHQ推定値402とFA−BHQ推定値403を出力することが可能になる。
For example, the brain health
また、発明者等は、脳情報解析装置101に登録された被験者106のGM−BHQ及びFA−BHQを説明変数に、そして被験者106の年齢を目的変数として重回帰分析を行ったところ、これもまた良好な結果が得られた。このことから、ある被験者106の脳画像データを得ると、重回帰分析にて「脳の年齢」を推定することが可能になる。
In addition, the inventors performed multiple regression analysis using the GM-BHQ and FA-BHQ of the subject 106 registered in the brain
図5は、被験者106の脳画像データから算出したGM−BHQと年齢との関係を示すグラフと、FA−BHQと年齢との関係を示すグラフである。グラフ中、横軸が年齢で、縦軸がGM−BHQ及びFA−BHQである。これらのグラフは、発明者等が本発明の実施形態に係る脳情報解析装置101及び脳健康指標演算装置111を完成するに至った、多数の被験者106の脳画像データを解析した結果である。
全てのデータの基となる被験者106は、男性80名、女性64名よりなる144名の健常者で、26歳から69歳である。平均年齢は48.5歳、年齢の標準偏差は8.05である。
本発明に関わる調査は、理化学研究所、京都大学、東京大学の倫理委員会によって承認されたものであり、これらの研究機関の規則及びガイドラインに従って実施された。全ての参加者から、参加前に文書による同意を得て行った。
全てのMRI画像データは、理化学研究所、京都大学及び東京大学で32チャンネルのヘッド・アレイ・コイルを用いて、3Tシーメンス・スキャナを使用して収集された。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between GM-BHQ and age calculated from the brain image data of the subject 106, and a graph showing the relationship between FA-BHQ and age. In the graph, the horizontal axis is age, and the vertical axis is GM-BHQ and FA-BHQ. These graphs are the results of analyzing the brain image data of a large number of
The subject 106, which is the basis of all the data, is 144 healthy subjects consisting of 80 males and 64 females, aged 26 to 69 years. The average age is 48.5 years and the standard deviation of age is 8.05.
The research relating to the present invention was approved by the ethics committees of RIKEN, Kyoto University, and the University of Tokyo, and was carried out in accordance with the rules and guidelines of these research institutes. Written consent was obtained from all participants prior to participation.
All MRI image data were collected at RIKEN, Kyoto University and the University of Tokyo using a 3T Siemens scanner with a 32-channel head array coil.
GM−BHQの基となる灰白質質量データを取得するために、構造MRI(sMRI)を用いて、三次元磁化準備高速グラディエント・エコー(MPRAGE)画像を取得した。画像データから灰白質のみをピクセルの濃度範囲を指定することで抽出し、DARTEL(diffeomorphic anatomical registration through exponentiated Lie algebra)による標準化を施した。そして、得られた画像に積分による平滑化処理を施した後、被験者106の頭蓋内容積で除算をすることで、脳の容積の個人差を打ち消して、最終的な灰白質量データを取得した。 In order to acquire the gray matter mass data that is the basis of GM-BHQ, a three-dimensional magnetization ready high-speed gradient echo (MPRAGE) image was acquired using structural MRI (sMRI). Only gray matter was extracted from the image data by specifying the pixel density range, and standardized by DARTEL (diffeomorphic anatomical registration through exponentiated Lie algebra). Then, after the obtained image was smoothed by integration, the individual difference in the volume of the brain was canceled by dividing by the intracranial volume of the subject 106, and the final gray-white mass data was acquired.
FA−BHQの基となる神経線維異方性データを取得するために、拡散テンソル画像(DTI:Diffusion Tensor Imaging)の基となる拡散テンソルデータを、SE−EPI(Spin-Echo Echo-Planner Imaging)を用いて取得した。DTIからFA(Fractional anisotropy:拡散の非等方性の程度を表す指標)を取得して、最終的な神経線維異方性データを取得した。 In order to acquire the neurofiber anisotropy data that is the basis of FA-BHQ, the diffusion tensor data that is the basis of diffusion tensor imaging (DTI) is used as SE-EPI (Spin-Echo Echo-Planner Imaging). Was obtained using. FA (Fractional anisotropy: an index showing the degree of anisotropy of diffusion) was obtained from DTI, and final nerve fiber anisotropy data was obtained.
GM−BHQのグラフを見ると、年齢とGM−BHQは比較的急峻な負の比例関係にあることが判る。GM−BHQの相関係数Rは0.61であった。なお、グラフ中の破線L501は、重回帰分析による重回帰式よりなる1次関数の線である。破線L501の傾きは−0.6、y切片は131である。この線が年齢に対するGM−BHQ推定値402に相当する。
FA−BHQのグラフを見ると、年齢とFA−BHQは比較的緩やかな負の比例関係にあることが判る。FA−BHQの相関係数Rは0.42であった。なお、グラフ中の破線L502は、重回帰分析による重回帰式よりなる1次関数の線である。破線L502の傾きは−0.2、y切片は109である。この線が年齢に対するFA−BHQ推定値403に相当する。
これら図5のグラフを見て判るように、GM−BHQ及びFA−BHQは、被験者106の年齢と有意な相関関係が認められる。
大雑把に言い換えると、人は加齢と共に脳の灰白質量が減少することが、このグラフから判る。また、人は加齢と共に脳の白質に含まれる神経線維の密度が低下することが、このグラフから判る。
Looking at the graph of GM-BHQ, it can be seen that age and GM-BHQ have a relatively steep negative proportional relationship. The correlation coefficient R of GM-BHQ was 0.61. The broken line L501 in the graph is a line of a linear function composed of a multiple regression equation by multiple regression analysis. The slope of the broken line L501 is −0.6, and the y-intercept is 131. This line corresponds to the GM-
Looking at the graph of FA-BHQ, it can be seen that age and FA-BHQ have a relatively loose negative proportional relationship. The correlation coefficient R of FA-BHQ was 0.42. The broken line L502 in the graph is a line of a linear function composed of a multiple regression equation by multiple regression analysis. The slope of the broken line L502 is −0.2, and the y-intercept is 109. This line corresponds to the FA-
As can be seen from the graphs in FIG. 5, GM-BHQ and FA-BHQ have a significant correlation with the age of the subject 106.
Roughly speaking, it can be seen from this graph that the gray mass of the brain decreases with age in humans. In addition, it can be seen from this graph that the density of nerve fibers contained in the white matter of the brain decreases with age.
従来、脳科学では116個の灰白質量データと、48個の神経線維異方性データについて、個別に研究を重ねてきた。しかし、基となる脳画像データのサンプル数が少ない状況で、これだけ変数の数が多いと、統計的解析手法に適さない。
発明者等は、この膨大な変数の数を減らす方法を試行錯誤してきた。その結果、単純な平均値にすることで、基となる多数の変数から生じるばらつきが良い具合に平準化され、人の身体及び精神の健康を示す、使い勝手が良い情報として利用可能であることが判った。
116個の灰白質量データと、48個の神経線維異方性データを、それぞれ単一のスカラ値である平均値として変換することで、シンプルな重回帰分析が利用可能になった。
Conventionally, in brain science, 116 gray-white mass data and 48 nerve fiber anisotropy data have been individually studied. However, if the number of samples of the underlying brain image data is small and the number of variables is so large, it is not suitable for the statistical analysis method.
The inventors have tried and errored a method of reducing the number of these huge variables. As a result, by making it a simple mean value, the variability generated from many underlying variables is well leveled, and it can be used as easy-to-use information indicating human physical and mental health. understood.
Simple multiple regression analysis became available by converting 116 gray-white mass data and 48 nerve fiber anisotropy data as mean values, each of which is a single scalar value.
なお、本発明の実施形態における脳情報解析装置101及び脳健康指標演算装置111では、多変量解析として重回帰分析を採用したが、周知のように多変量解析は重回帰分析に留まらない。ロジスティック回帰、主成分分析、ベイズ推定、サポートベクターマシン等、種々の多変量解析を適用可能である。但し、脳情報解析装置101にて採用する多変量解析と、脳健康指標演算装置111にて採用する多変量推定は同じものを使用する必要がある。例えば、ベイズ推定の場合は、脳健康指標演算装置111に脳情報解析装置101が作成したデータセットを持たせる必要がある。
すなわち、脳情報解析装置101における重回帰分析処理部310の上位概念は多変量解析処理部であり、多変量解析処理部が出力する重回帰式係数の上位概念は特徴量であり、脳健康指標演算装置111における重回帰式演算処理部401の上位概念は多変量推定処理部である。
The brain
That is, the superordinate concept of the multiple regression
本発明の実施形態では、脳情報解析装置101及び脳健康指標演算装置111を説明した。
脳情報解析装置101は、被験者106のMRI画像ファイル群103から、116個の灰白質量データと、48個の神経線維異方性データを取得する。そして、灰白質量データの平均値を算出したGM−BHQと、神経線維異方性データの平均値を算出したFA−BHQを目的変数として、被験者106の健康診断結果と生活環境アンケート結果を説明変数として、重回帰分析を行い、係数を算出する。脳健康指標演算装置111は、この係数を用いることで、健康の指標となるGM−BHQ及びFA−BHQを推定することができる。
In the embodiment of the present invention, the brain
The brain
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
例えば、上記した実施形態は本発明をわかりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行するためのソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の揮発性あるいは不揮発性のストレージ、または、ICカード、光ディスク等の記録媒体に保持することができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and other modifications and applications are provided as long as they do not deviate from the gist of the present invention described in the claims. including.
For example, the above-described embodiment describes in detail and concretely the configurations of the apparatus and the system in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those including all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and further, it is possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is also possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
In addition, each of the above configurations, functions, processing units, and the like may be realized by hardware, for example, by designing a part or all of them with an integrated circuit. In addition, each of the above configurations, functions, and the like may be realized by software for the processor to interpret and execute a program that realizes each function. Information such as programs, tables, and files that realize each function should be stored in memory, volatile or non-volatile storage such as hard disks and SSDs (Solid State Drives), or recording media such as IC cards and optical disks. Can be done.
In addition, control lines and information lines are shown as necessary for explanation, and not all control lines and information lines are shown in the product. In practice, it can be considered that almost all configurations are interconnected.
101…脳情報解析装置、102…MRI装置、103…MRI画像ファイル群、104…健康診断結果データ、105…生活環境アンケート結果データ、106…被験者、107…重回帰式係数、111…脳健康指標演算装置、112…診断結果、201…CPU、202…ROM、203…RAM、204…表示部、205…操作部、206…不揮発性ストレージ、207…バス、208…シリアルポート、209…NIC、301…灰白質量算出部、302…灰白質量データ群、303…神経線維異方性算出部、304…神経線維異方性データ群、305…被験者ID、306…脳情報テーブル、307…平均値演算部、308…BHQテーブル、309…健康診断テーブル、310…重回帰分析処理部、311…GM−BHQ用重回帰式係数、312…FA−BHQ用重回帰式係数、401…重回帰式演算処理部、402…GM−BHQ推定値、403…FA−BHQ推定値 101 ... Brain information analysis device, 102 ... MRI device, 103 ... MRI image file group, 104 ... Health diagnosis result data, 105 ... Living environment questionnaire result data, 106 ... Subject, 107 ... Multiple regression coefficient, 111 ... Brain health index Arithmetic logic unit, 112 ... Diagnosis result, 201 ... CPU, 202 ... ROM, 203 ... RAM, 204 ... Display unit, 205 ... Operation unit, 206 ... Non-volatile storage, 207 ... Bus, 208 ... Serial port, 209 ... NIC, 301 ... Gray white mass calculation unit, 302 ... Gray white mass data group, 303 ... Neurofiber anisotropy calculation unit, 304 ... Neurofiber anisotropy data group, 305 ... Subject ID, 306 ... Brain information table, 307 ... Average value calculation unit , 308 ... BHQ table, 309 ... Health diagnosis table, 310 ... Multiple regression analysis processing unit, 311 ... Multiple regression equation coefficient for GM-BHQ, 312 ... Multiple regression equation coefficient for FA-BHQ, 401 ... Multiple regression arithmetic processing unit , 402 ... GM-BHQ estimated value, 403 ... FA-BHQ estimated value
Claims (6)
複数の前記灰白質量データの平均値を算出した値であるGM−BHQを出力する平均値演算部と、
前記脳画像データを取得した被験者を一意に識別する被験者IDと、前記GM−BHQとを紐付けて登録するBHQテーブルと、
前記被験者IDと前記脳画像データを取得した被験者の健康診断結果を紐付けて登録する健康診断テーブルと、
前記BHQテーブルと前記健康診断テーブルを、前記被験者IDにて紐付けた上で多変量解析を行い、任意の被験者に対する前記GM−BHQを推定するための特徴量を出力する多変量解析処理部とを具備する、脳情報解析装置。 And gray mass calculation unit for obtaining a plurality of gray mass data from the brain image data of a subject acquired brain image data,
An average value calculation unit that outputs GM-BHQ, which is a value obtained by calculating the average value of a plurality of the gray and white mass data, and
A subject ID that uniquely identifies the subject from whom the brain image data has been acquired, a BHQ table that associates and registers the GM-BHQ, and a BHQ table.
A health diagnosis table for registering the subject ID and the health diagnosis result of the subject who acquired the brain image data in association with each other.
A multivariate analysis processing unit that links the BHQ table and the health examination table with the subject ID, performs multivariate analysis, and outputs a feature amount for estimating the GM-BHQ for an arbitrary subject. A brain information analyzer equipped with.
前記脳画像データを取得した被験者の前記脳画像データから複数の神経線維異方性データを得る神経線維異方性算出部とを具備し、
前記平均値演算部は、複数の前記神経線維異方性データの平均値を算出した値であるFA−BHQも出力するものであり、
前記BHQテーブルは、前記FA−BHQも前記被験者IDと紐付けて登録するものであり、
前記多変量解析処理部は、前記FA−BHQを推定するための特徴量も出力するものである、
請求項1に記載の脳情報解析装置。 In addition
; And a nerve fiber anisotropic calculating portion for obtaining a plurality of nerve fibers anisotropic data from the brain image data of a subject acquired the brain image data,
The average value calculation unit also outputs FA-BHQ, which is a value obtained by calculating the average value of a plurality of the nerve fiber anisotropy data.
In the BHQ table, the FA-BHQ is also registered in association with the subject ID.
The multivariate analysis processing unit also outputs a feature amount for estimating the FA-BHQ.
The brain information analysis device according to claim 1.
請求項2に記載の脳情報解析装置。 The multivariate analysis processing unit performs multiple regression analysis on the multivariate analysis, and has a multiple regression equation coefficient for GM-BHQ for estimating the GM-BHQ and a FA-BHQ for estimating the FA-BHQ. Outputs multiple regression coefficients,
The brain information analysis device according to claim 2.
を具備する、脳健康指標演算装置。 The subject is uniquely composed of a gray white mass calculation unit that obtains a plurality of gray white mass data from the brain image data of the subject, and an average value calculation unit that outputs a GM-BHQ that is a value obtained by calculating the average value of the plurality of gray white mass data. A BHQ table for registering the subject ID to be identified and the GM-BHQ in association with each other, a health examination table for registering the subject ID and the health examination result of the subject in association with each other, the BHQ table and the health examination table. The feature output by a brain information analysis device including a multivariate analysis processing unit that performs multivariate analysis after associating with the subject ID and outputs a feature amount for estimating the GM-BHQ. A brain health index calculation device including a multivariate estimation processing unit that estimates the health diagnosis result of an arbitrary subject based on multivariate analysis and outputs a GM-BHQ estimated value using the amount.
被験者の脳画像データから複数の神経線維異方性データを得る神経線維異方性算出部とを具備し、
前記平均値演算部は、複数の前記神経線維異方性データの平均値を算出した値であるFA−BHQも出力するものであり、
前記BHQテーブルは、前記FA−BHQも前記被験者IDと紐付けて登録するものであり、
前記多変量解析処理部は、前記FA−BHQを推定するための特徴量も出力するものであり、
前記多変量推定処理部は、前記任意の被験者の前記健康診断結果に多変量解析に基づく推定を行い、FA−BHQ推定値も出力するものである、
請求項4に記載の、脳健康指標演算装置。 The brain information analysis device further
It is equipped with a nerve fiber anisotropy calculation unit that obtains a plurality of nerve fiber anisotropy data from the brain image data of the subject.
The average value calculation unit also outputs FA-BHQ, which is a value obtained by calculating the average value of a plurality of the nerve fiber anisotropy data.
In the BHQ table, the FA-BHQ is also registered in association with the subject ID.
The multivariate analysis processing unit also outputs a feature amount for estimating the FA-BHQ.
The multivariate estimation processing unit estimates the health diagnosis result of the arbitrary subject based on the multivariate analysis, and also outputs the FA-BHQ estimated value.
The brain health index calculation device according to claim 4.
前記多変量推定処理部は、前記任意の被験者の前記健康診断結果に、前記GM−BHQ用重回帰式係数及び前記FA−BHQ用重回帰式係数に基づく重回帰式の演算を行い、GM−BHQ推定値及びFA−BHQ推定値を出力するものである、
請求項5に記載の脳健康指標演算装置。
The multivariate analysis processing unit performs multiple regression analysis on the multivariate analysis, and has a multiple regression equation coefficient for GM-BHQ for estimating the GM-BHQ and a FA-BHQ for estimating the FA-BHQ. It outputs multiple regression equation coefficients and outputs multiple regression equation coefficients.
The multivariate estimation processing unit calculates the multiple regression equation based on the multiple regression equation coefficient for GM-BHQ and the multiple regression equation coefficient for FA-BHQ on the health diagnosis result of the arbitrary subject, and GM- It outputs the BHQ estimated value and the FA-BHQ estimated value.
The brain health index calculation device according to claim 5.
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