JP2002000582A - 磁気的核スピン共鳴により生物の機能的脳活動を時間および位置的に分解して表示する方法および装置 - Google Patents

磁気的核スピン共鳴により生物の機能的脳活動を時間および位置的に分解して表示する方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多数の刺激関数に基づく生物内の活動変化を
検知し、それらを開始する刺激関数に正しく対応付ける
多くの並列の刺激関数によりfMRI実験を実行する方法お
よびこの方法を実行するための装置を提供する。 【解決手段】 少なくとも2つの相関関係になくかつ互
いに直交する刺激関数f S1(t)、fS2(t)、f
Sn(t)により生物内の生理学的過程を刺激する過程、
核共鳴信号を励起しかつ読出すためパルスシーケンスに
より時間および位置的に分解された核共鳴信号S
MR(t)を発生する過程、発生した核共鳴信号S
MR(t)と刺激関数fS1(t)、fS2(t)、f
Sn(t)に対し各々直交する相関関数forth(t)との
相互相関を求める過程および少なくとも2つの刺激関数
S1(t)、fS2(t)、fSn(t)の非線形結合に基
づく生物内の活動変化P(τ)を検知すべく相関関数f
orth(t)を変更する過程を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、生物内の活動変化
を検知するため磁気的核共鳴を用いて得た核共鳴信号を
時間および位置的に分解して評価するための、生物内に
少なくとも2つの刺激関数の使用の下に生理学的な過程
を刺激する装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】刺激により惹起される人間の大脳皮質内
の脳活動を核スピントモグラフにより検知できることが
確認された。この種の実験は、例えば視覚的な刺激によ
り、また指運動による一次モーターコーテックスの周り
の刺激により実行された。機能的な脳検査は他の技術、
例えばPET(陽子放出トモグラフィ)又はEEGによっても
実行される。しかし核スピントモグラフィによれば、は
るかに良い位置的な分解能が得られる。
【0003】典型的な方法で核スピントモグラフィを用
いて実行される実験は所謂fRMI-BOLD実験である。その
際、BOLDはBlood Oxigenation Dependent(血液酸素
含有量に依存する)を意味する。刺激に基づく組織内の
活動は一時的な酸素不足を、組織を囲む血液内に発生す
る。これはオーガニズムスにより検出される。周囲の血
管を介して新しい酸素が供給される。こうして組織内の
急な活動の際に先ず酸素含有量の短時間の軽い低下が生
じ、それにオーガニズムスの調節反応の結果として血液
中の酸素含有量が長時間にわたり減衰する明らかな過振
動が続く。局所的な血液酸素含有量のこの時間的な変化
が、fRMI(機能的な磁気共鳴トモグラフィ)BOLD実験の
際に核スピントモグラフを用いて測定かつ局所化され
る。このような局所的な血液酸素濃度の時間的経過の例
を図4に示す。
【0004】実時間でのデータ取得に関しては、核共鳴
技術における取得速度の制限に基づき時間分解能も制限
される。従って、機能的な撮像のためのデータ取得を、
刺激により開始することが提案されている。その際、刺
激に応じ完全な像データセットに対して必要な生データ
の一部分のみが取得される。従って、データ取得を、脳
活動を始動するタスクの周期的な反復と同期化すること
が提案された。比較可能な方法は、既に心臓運動の“フ
ィルム撮影”のために使用されている。
【0005】機能的撮像の問題は、刺激又は脳活動によ
り生ずる信号変化を他の信号変化、例えば運動により惹
起される信号変化から分離することにある。そのため特
に、各画素に対し、刺激関数と、得られた時間的信号経
過との相関係数を計算することが提案された。その際刺
激関数として、周期的に反復し、休止時間により隔てら
れる刺激が使用される。しかし周期的な刺激関数は多く
の欠点を有する。−周期的な擾乱プロセス(例えば心
拍、呼吸)を活動信号から分離できず、“生理学的なノ
イズ”として現れる。反復周期の整数倍の遅延を持つプ
ロセスは同様に正しく認識されない。この実験の延長
は、これらの場合のいずれにおいてもより良い擾乱抑制
に通じない。−さらに周期的な刺激関数は不均等な周波
数スペクトルを持つ。従って若干のスペクトル構成要素
は刺激により弱くしか励起されず、又は全く励起されな
い。このことは系統的な誤りをシステム同定に、即ち数
学的モデルのパラメータの決定に導入してしまう。
【0006】上記問題の解決のためドイツ特許第195 29
639号明細書は、患者の機能的な脳活動を時間および位
置的に分解して表示する方法を提案する。その際、刺激
関数により生理学的な過程が患者内に生起される。刺激
関数は非周期的であり、かつ自己相関関数に可能な限り
僅かな副ピークを有する。核共鳴信号を励起し読出すた
めのパルスシーケンスにより時間および位置的に分解さ
れた核共鳴信号が得られ、像情報に変換される。こうし
て得られた情報と刺激関数との時間的な相関により、時
間および位置的に分解された患者内の活動変化が検知さ
れる。
【0007】必要なMRデータは、時間および位置的な
分解を考慮に入れて可能な限り速く取得せねばならな
い。従って先ず第1に速いパルスシーケンスが使用され
る。現在の技術による最も速いMR撮像シーケンスは、
所謂EPI(Echo Planer Imaging)シーケンスである。し
かしこのシーケンスは実行案でしかなく、例えばターボ
スピンエコーシーケンス、FISP又はFLASHシーケンスの
ような他の速いパルスシーケンスも考察の対象となる。
【0008】EPIシーケンスでは先ず高周波パルスが入
射される。同時に、高周波パルスの周波数スペクトルお
よび層選択勾配の強さに関係して検査対象物の唯一の層
が励起されるように、層選択勾配が作用する。層選択勾
配の正の部分パルスに負の部分パルスが続き、それによ
って正の部分パルスにより惹起されるデフェージングが
再び取り消される。
【0009】層選択勾配の負の部分パルスと同時に、2
つのプリフェージングパルスが位相コーディング方向又
は読出し方向に入射される。
【0010】続いて交互の極性を有する読出し勾配が入
射される。読出し勾配の交互の符号により核共鳴信号は
常に再びリフェージングをされ、その際、読出し勾配の
各部分パルスの下に信号が生ずる。
【0011】信号は、位相を信号から信号へと、信号間
の小さい位相コード化パルスにより進めることによっ
て、それぞれ相異なって位相コード化される。
【0012】信号は位相判別をして復調され、かつラス
ター内でディジタル化される。信号毎に、得たディジタ
ル値が生データマトリックスの行内に書込まれる。EPI
法の最も速い変形例、所謂“シングルショットEPI”で
は、単一励起後に、像に対する完全な生データセットを
作成するに十分な多くの信号が取得される。像は公知の
方法で生データマトリックスから二次元のフーリエ変換
で得られる。
【0013】機能的な撮像のためには、信号の位置的な
分解だけでなく時間的な分解も行わなければならない。
そのため、次々と異なる時点に対応する像データが得ら
れるように、シーケンスが可能な限り速く反復される。
【0014】像データセットの最小の要素は画素と呼ば
れる。機能的な撮像では、一般に従来通常の核スピント
モグラフィ像の際よりも荒い分解能、例えば256×2
56画素の典型的な分解能で済ますことができる。
【0015】図5は、ドイツ特許第195 29 639号明細書
による従来の技術による方法の進行の概要を示す。その
際、核共鳴信号AMR(k)を励起しかつ読出すためのパ
ルスシーケンスと刺激関数fS1(k)とは互いに無関係
に進行する。これらの双方はシステム・人間/磁気共鳴
トモグラフ51に作用し、また図示しない中央の制御計
算機によりクロックされるが、例えば刺激関数f
S1(k)によるパルスシーケンスAMR(k)の始動は行
われない。パルスシーケンスAMR(k)に基づき生デー
タセットSMR(k)が、またこれらから再び二次元のフ
ーリエ変換52により像データセットB(t)が取得さ
れる。生データマトリックスSMR(k)内の各要素又は
像データマトリックスB(t)内の各画素に対し、時間
的な信号経過が得られる。続いてこの信号経過S
MR(k)又はB(t)と刺激関数fS1(k)との間の相
互相関54が行われる。刺激関数fS1(k)は前もって
遅延τを持つ適当な遅延要素53を通過する。本方法の
実行のため、生データセットSMR(k)又は像データセ
ットB(t)との相互相関がフーリエ変換52の前に行
われるか、後に行われるかはどちらでもよいことであ
る。
【0016】上記の欠点を避けるため、刺激関数f
S1(k)は周期的であってはならず、かつその自己相関
関数の副ピークを考慮に入れて最適化されていなければ
ならない。例えば適当な2進コードが考慮の対象にな
る。
【0017】このようなコードの自己相関関数内での副
ピークの最小化は、平らなパワースペクトルおよび擾乱
源の関数の長さと共に増大する最適な抑制と等しい意義
がある。さらに自己相関関数内の副ピークの最小化に非
周期性が反映する。このような刺激関数と各画素に対し
MRデータから取得される時間に関係する関数との相互相
関により、MRデータから刺激の影響が抽出される。例え
ば運動(呼吸、心拍、脈動するCSF)による擾乱プロセ
スは相互相関の際に殆ど無くなる。
【0018】相互相関の結果P1(τ)は各々の画素に対
してモニターの上に表示される。図6には各画素に対す
る信号の時間的経過の概要を示す。既に図5に関連して
説明したように、相関解析により刺激関数とそれにより
開まる脳活動との間の関連が確立される。この相関解析
の結果P1(τ)は、次いで画素毎にモニター上に表示さ
れる。その際特定の脳領域、即ち対応する画素を選び出
し、かつこれらの脳領域に対し相関解析の結果を考察す
ることができる。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、多数
の刺激関数に帰すべき、考察される生物内の活動変化を
検知し、かつそれらを開始する刺激関数に正しく対応付
ける多くの並列の刺激関数によりfMRI実験を実行するこ
とを可能とする方法を提供することである。さらに本発
明の課題は、この方法を実行するための装置を提供する
ことである。
【0020】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明の請求
項1、8、13および20に記載の方法および装置によ
り解決される。本発明の実施例は従属請求項に記載され
ている。
【0021】本発明の1つの形態によれば、磁気的核ス
ピン共鳴により生物の機能的脳活動を時間および位置的
に分解して表示するための方法において、 a)少なくとも2つの相関関係になくかつ互いに直交す
る刺激関数により生物内の生理学的過程を刺激する過程
と、 b)核共鳴信号を励起しかつ読出すためパルスシーケン
スにより時間および位置的に分解された核共鳴信号を発
生する過程と、 c)各刺激関数に帰すべき生物内の活動変化を検知する
ため発生された核共鳴信号と刺激関数との相互相関を求
める過程と を含むことを特徴とする方法が提案される。
【0022】少なくとも2つの刺激関数が相関せず、か
つ互いに直交するので、核共鳴信号と刺激関数との後続
の時間的な相関を利用して、刺激関数の1つに帰すべき
生物内の線形の活動変化を一義的に特定の刺激関数に対
応付けることができる。信号の伝搬時間差をなくすた
め、刺激関数は適当な遅延要素を通過する。
【0023】こうして、本発明の方法により、多くのfM
RI実験を同時に、即ちfMRI実験が検査すべき生物内の生
理学的な過程の際に少なくとも2つの刺激関数により刺
激され、実験の相互の擾乱なしに実行できる。この結
果、実験を実行するのに必要な時間と、その際にかかる
コストの大幅な節減とにつながる。
【0024】本発明の第2の形態によれば、磁気的核ス
ピン共鳴により生物の機能的脳活動を時間および位置的
に分解して表示する方法において、 a)少なくとも2つの相関関係になくかつ互いに直交す
る刺激関数により生物内の生理学的過程を刺激する過程
と、 b)核共鳴信号を励起しかつ読出すためパルスシーケン
スにより時間および位置的に分解された核共鳴信号を発
生する過程と、 c)発生した核共鳴信号と、刺激関数に対してそれぞれ
直交する相関関数との相互相関を求める過程と、 d)少なくとも2つの刺激関数の非線形結合に帰すべき
生物内の活動変化を検知するため相関関数を変更する過
程と を含むことを特徴とする方法が提案される。
【0025】少なくとも2つの刺激関数が相関せず、か
つ互いに直交しており、さらに相関関数も刺激関数に対
して直交するので、本発明によれば、核共鳴信号と刺激
関数に対し各々直交する共通の相関関数との時間的な相
関を利用して、刺激関数の組み合わせに基づく生物内の
より高い次数の活動変化を検知できる。その際相関関数
は、必ずしも単一の特定の関数ではなく、上記条件を満
足する関数の一群として生ずる。刺激関数に対し各々直
交する相関関数の相関の際、線形作用は抑制されるの
で、相関の後に得られる信号は2つ又はより多くの刺激
関数の非線形結合にのみ基づくものである。結果に結び
付く相関関数は後験的に判っているので、刺激関数のど
の組み合わせが生物内で測定された活動変化を生じたか
の帰納的推理が行える。さらに、例えば検査される生物
の意図せざる運動のような擾乱信号が除かれる。信号の
伝搬時間差を除くため、ここでも相関関数を、適当な遅
延要素を通過させる。こうして本発明の方法により、よ
り高い次数の作用、即ち多くの刺激(=刺激関数)の同
時存在に応答し、かつこうして直接的な刺激には応答し
ない脳機能(所謂より高い次数の脳機能)に基づく生物
内の活動変化を、機能的な磁気共鳴トモグラフィを用い
て検知できる。脳領域が、例えば2つの刺激が同時に存
在する際にのみ応答する場合、刺激の非線形な結合とも
呼ばれる。
【0026】両方法において、本発明で用いる刺激関数
が非周期的で、かつその自己相関に可能な限り僅かな副
ピークを持つのが望ましい。そうすれば信号の時間的な
相関により、特に心拍又はパルスシーケンスに基づく周
期的な擾乱信号を除ける。
【0027】具体的には、本発明では刺激関数として2
進コードを使用するとよい。これは特に刺激関数が生物
に、活動に関する指令を前以て与えるときに有利であ
る。
【0028】2進コードは生物の簡単な刺激を可能とす
る(明白な信号作用関係、例えば“光信号の際に小指を
動かす”)。さらに、公知の方法で容易に刺激関数と直
交する関数を導き出せる。
【0029】核共鳴信号を励起しかつ読出すパルスシー
ケンスと、刺激関数との反作用を除くため、本発明で
は、パルスシーケンスと刺激関数とを互いに無関係にす
る。
【0030】2つの刺激の非線形な結合を検知する場
合、本発明は、少なくとも2つの刺激関数の非線形結合
に基づく生物内の活動変化の検知を、統計的な方法を用
いて実行する。その際、相互相関の結果は、例えば“hi
gher order statistics”のような適当な統計的な方
法を用いてさらに評価される。これらの方法は、特に信
号内の非線形な項の検出および評価のために適してい
る。
【0031】2つの刺激の非線形結合を検知するには、
相関関数が主要な役割を演ずる。本発明では、シフトレ
ジスタを用いて相関関数を変更する。シフトレジスタを
用いて、全てが個々の刺激関数に各々直交する適当な一
群の関数を通過させる。
【0032】本発明の第3および第4の形態では、上記
の方法を実行する装置を開示する。
【0033】
【発明の実施の形態】以下、図1ないし6により本発明
を一層詳細に説明する。
【0034】本発明を実現するfMRI実験の一般的な構成
を以下に簡潔に説明する。
【0035】図3による概要図に相応し、患者31が、
基本磁界を発生する磁石32内に入れられる。この磁石
32は、図を見易くするために図示しない基本磁界発生
のための内蔵物と、高周波信号の送信と受信のための高
周波アンテナとを有する。勾配コイルと高周波アンテナ
は、プロセッサユニット34と接続されている。MR設
備の機能は、その構成が本質的に従来通常の設備と一致
しているので、周知であると仮定している。
【0036】パルス発生器35から刺激関数が発生さ
れ、それにより例えば光発生器33が駆動される。しか
し例えば電気的な刺激も使えるし、又は患者が、例えば
光学的な信号により、刺激関数に相応して運動を行うよ
う促される。プロセッサユニット34により取得された
MRデータおよびパルス発生器35内で発生された刺激
関数は、相関計算ユニット36内で相互の相関を求めら
れる。こうして得られたデータは、プロセス計算機39
内でさらに編集され、モニター38上に表示される。そ
の際、像信号への磁気共鳴トモグラフの出力信号の変換
は、公知の方法で二次元フーリエ変換を用いて行われ
る。
【0037】プロセッサユニット34、相関計算ユニッ
ト36およびパルス発生器35は、中央の制御計算機3
7により制御される。
【0038】この構成により、患者/生物内で刺激関数
を用いて生理学的過程を刺激し、かつ患者/生物内の刺
激関数の結果としての活動変化を検知するfMRI実験が実
行可能である。
【0039】図1は相互の擾乱なしに多くのfMRI実験を
並列的に、同時に実行するための本発明による方法の進
行の概要を示す。
【0040】患者体内に生理学的過程を引起こすため、
人間/MRシステム11(MRは磁気共鳴トモグラフを表
す)が、相関関係になくかつ互いに直交する2つの刺激
関数f S1(t)、fS2(t)により励起される。システ
ム11の出力端に、詳細は示さない内部処理ステップに
従い、核共鳴信号SMR(t)が得られる。これら核共鳴
信号SMR(t)は、2つの別々の相互相関14、15内
で各々刺激関数fS1(t)、fS2(t)の1つとの時間
的な相関を求められる。システムに付随する伝搬時間差
を等化するため、刺激関数fS1(t)、fS2(t)は先
ず各々遅延τ1、τ2を持つ適当な遅延回路12、13を
通過する。両方の相互相関14、15の出力端に生ずる
信号P1(τ1)、P2(τ2)は各刺激、即ち各刺激関数
S1(t)、fS2(t)に基づく人間/患者内の活動変
化を示す。
【0041】2つの刺激関数fS1(t)、fS2(t)は
相関関係になくかつ互いに直交するので、核共鳴信号S
MR(t)と刺激関数fS1(t)、fS2(t)との時間的
な相関に基づき、刺激関数fS1(t)、fS2(t)の1
つに基づく人間/患者内の線形の活動変化を一義的に特
定の刺激関数fS1(t)、fS2(t)に対応付けること
ができる。こうして本発明の方法によって、2つのfMRI
実験を同時に、相互の擾乱なしに実行できる。それによ
り従来技術と比べて、実験を行うのに必要な時間と、そ
の際にかかるコストとの大幅な節減が可能である。
【0042】本発明による方法は、図3に示す装置によ
り実現される。その際、人間/MRシステム11は、患
者31、磁石32およびプロセッサユニット34から成
る組み合わせに相当する。システム51は、刺激関数f
S1(t)、fS2(t)をパルス発生器35と、1つ又は
それ以上の光発生器33とを用いて発生する。核共鳴信
号SMR(t)と刺激関数fS1(t)、fS2(t)との相
互相関14、15は相関計算ユニット36内で行われ
る。遅延回路12、13はパルス発生器35内で実現し
てもよい。例えばプロセス計算機39内で行われるフー
リエ変換の後に、こうして得たデータがモニター38の
上に表示される。プロセッサユニット34、相関計算ユ
ニット36およびパルス発生器35の制御は、ここでも
中央の制御計算機37により行われる。
【0043】図2は、磁気的核スピン共鳴により、所謂
より高い次数の活動変化、即ちより多くの刺激が同時に
存在する際にのみ応答する患者内の活動変化を検知する
ことを可能とする本発明による方法の進行の概要を示
す。
【0044】患者内の生理学的刺激過程を開始するた
め、人間/MRシステム21が相関関係になくかつ互いに
直交する多くの刺激関数fS1(t)、fS2(t)、fSn
(t)により励起される。本発明で用いる刺激関数fS1
(t)、fS2(t)、fSn(t)は非周期的であり、か
つその自己相関に可能な限り僅かな副ピークを有する。
この実施例では刺激関数として2進コードを使用する。
患者と磁気共鳴トモグラフとを含むシステム21の出力
端に核共鳴信号SMR(t)が得られる。これら核共鳴信
号SMR(t)は相互相関23内で、刺激関数f
S1(t)、fS2(t)、f Sn(t)に対し各々直交する
相関関数forth(t)との相互相関を求められる。信号
の伝搬時間差を除くため、相関関数forth(t)は遅延
τを持つ適当な遅延要素を通過する。相関関数f
orth(t)とは、個々の刺激関数fS1(t)、f
S2(t)、fSn(t)に各々直交する一群の関数から成
る任意の関数である。それは公知の数学的方法を用いて
求められる。類似の関数を決定する試みは“Advanced
Methods of Physiological System Modeling”(第
3巻、V.Z.Marmarelis編、ニューヨーク、Plenum、第8
7〜110頁;1994)の出版物、EthanA.Benardete
およびJonathan D.Victor “An extension of the
m-sequencetechnique for the analysis of Mul
ti-input Nonlinear systems”に記載されている。勿
論一群の適当な関数は他の方法でも導出できる。一群の
適当な相関関数forth(t)は、例えばシフトレジスタ
を通過し、こうして相関関数forth(t)が変更され
る。
【0045】少なくとも2つの刺激関数fS1(t)、f
S2(t)、fSn(t)が相関関係になくかつ互いに直交
しており、かつ相関関数forth(t)も刺激関数f
S1(t)、fS2(t)、fSn(t)に対しそれぞれ直交
するので、本発明に従い、核共鳴信号SMR(t)と相関
関数forth(t)の1つとの時間的な相関を利用して相
互相関23の出力端に、刺激関数fS1(t)、f
S2(t)、fSn(t)の組み合わせに基づくより高い次
数の活動変化を人間/MRシステム21に描出する信号P
(τ)が得られる。相関23における線形の作用は、刺
激関数fS1(t)、fS2(t)、fSn(t)に対して各
々直交する相関関数forth(t)により抑制されるの
で、得られた有意義な信号P(τ)は2つ又はそれ以上
の多くの刺激関数fS1(t)、fS2(t)、fSn(t)
の非線形の結合のみに基づくものである。
【0046】刺激関数fS1(t)、fS2(t)、f
Sn(t)と、信号P(τ)を生み出す後験的に知り得る
相関関数forth(t)との時間的経過を考慮に入れ、刺
激関数のどの組み合わせが生物内の測定された活動変化
に基づくかの帰納的推理が行われる。こうして本発明の
提案する方法により、より高い次数の作用、即ち多くの
刺激が同時に存在する際に応答する作用を検知すること
が可能である。この場合、刺激の非線形な結合とも呼ば
れる。
【0047】この実施例では、相互相関23の出力信号
P(τ)内に含まれる非線形の項は統計的な方法24(H
OS=higher order statistics)を用いて抑制され
る。信号内の非線形の項を評価するこの方法は出版物
“Introducing higher orderstatistics(HOS) for
the detection of non-linearities”(UK Nonli
near News、1995年9月)、“Non-linearity det
ection for conditionmonitoring using higher o
rder statistics”および“The higher order stat
istics of speech signals゛(゛Techniques for S
peech SignalProcessing and their Application
s”に関するIEEEコロキューム、ロンドン、1994年
6月1日に発表;Digest No.1994/138 p7
/1〜7/6)に開示されている。これら3つの論文の
主著者はJ.W.A.FackrellおよびS.McLaughlinである。
【0048】実験の評価を簡単化するため、相互相関の
結果を相互相関図として表示すると有利である。これ
は、公知の方法で、相互相関の出力端に得られる信号の
二次元のフーリエ変換により行われる。この表示形態は
得られたデータの直観性を顕著に高め、かつ結果の迅速
かつ正確な評価を可能とする。
【0049】本発明による方法は、図3の装置で実行で
きる。ここで人間/MRシステム21は患者31、磁石3
2およびプロセッサユニット34から成る組み合わせに
相当する。刺激関数fS1(t)、fS2(t)を、システ
ム51はパルス発生器35と、1つ又はそれ以上の光発
生器33とを用いて励起する。勿論音響的、熱的および
/又は電動的な発生器も使用できる。核共鳴信号S
MR(t)と相関関数forth(t)との相互相関23は、
相関計算ユニット36内で行われる。相関関数f
or th(t)はプロセッサユニット34(又は中央の制御
計算機37)内で導き出され、かつ変更される。遅延回
路22はパルス発生器35(又は相関計算ユニット3
6)内で実現される。例えばプロセス計算機39内で行
われるフーリエ変換の前又は後に、相互相関23内で取
得された信号P(τ)は、データをモニター38上に表
示する前に、プロセス計算機39内で統計的な方法によ
りさらに処理される。プロセッサユニット34、相関計
算ユニット36およびパルス発生器35の制御は、ここ
でも中央の制御計算機37により行われる。勿論プロセ
ス計算機39の制御も中央の制御計算機37により行わ
れる。
【0050】本発明で説明する方法および装置により、
多くの並列な刺激関数を有するfMRI実験を実行すること
ができる。考察する生物内の多数の刺激関数に基づく活
動変化を検知し、かつこれらの活動変化を、それらを開
始する刺激関数に正しく対応付けることが可能である。
【0051】より正確に言えば、本発明が提案する方法
および装置により、多くの個々のfMRI実験を同時に並列
に実行することも、所謂より高い次数の脳機能、即ち直
接的な刺激には応答しない脳機能を検出することも可能
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法の第1実施例の概要図。
【図2】本発明方法の第2実施例の概要図。
【図3】機能的な撮像のためのMR設備の構成を示す概
要図。
【図4】組織内での急な活動時周囲の血液における血中
酸素含有量の経過を示す概要図。
【図5】従来方法の概要図。
【図6】個々の画素内の信号経過を示す概要図。
【符号の説明】 11、21 人間/MRシステム 12、13、22 遅延回路 14、15、23 相互相関 24 統計的な方法 31 患者 32 磁石 33 光発生器 34 プロセッサユニット 35 パルス発生器 36 相関計算ユニット 37 制御計算機 38 モニター 39 プロセス計算機

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁気的核スピン共鳴により生物の機能的
    脳活動を時間および位置的に分解して表示する方法にお
    いて、 a)少なくとも2つの相関関係になくかつ互いに直交す
    る刺激関数(fs1(t)、fs2(t)、fsn(t))に
    より生物内の生理学的過程を刺激する過程と、 b)核共鳴信号を励起しかつ読出すためパルスシーケン
    スにより時間および位置的に分解した核共鳴信号(SMR
    (t))を発生する過程と、 c)発生した核共鳴信号(SMR(t))と、刺激関数
    (fs1(t)、fs2(t)、fsn(t))に対してそれ
    ぞれ直交する相関関数(forth(t))との相互の相関
    を求める過程と、 d)少なくとも2つの刺激関数(fs1(t)、f
    s2(t)、fsn(t))の非線形結合に帰すべき生物内
    の活動変化(P(τ))を検知するため相関関数(f
    orth(t))を変更する過程とを含むことを特徴とする
    方法。
  2. 【請求項2】 刺激関数(fs1(t)、fs2(t)、f
    sn(t))が非周期的であり、かつその自己相関に可能
    な限り僅かな副ピークを有することを特徴とする請求項
    1記載の方法。
  3. 【請求項3】 刺激関数(fs1(t)、fs2(t)、f
    sn(t))として2進コードを使用することを特徴とす
    る請求項1又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 刺激関数(fs1(t)、fs2(t)、f
    sn(t))が生物に対し、活動に関する指令を前もって
    与えることを特徴とする請求項1ないし3の1つに記載
    の方法。
  5. 【請求項5】 少なくとも2つの刺激関数(f
    s1(t)、fs2(t)、fsn(t))の非線形結合に帰
    すべき生物内の活動変化(P(τ))の検知を、統計的
    な方法(HOS)を用いて行うことを特徴とする請求項1
    ないし4の1つに記載の方法。
  6. 【請求項6】 相関関数(forth(t))を、シフトレ
    ジスタを用いて変更することを特徴とする請求項1ない
    し5の1つに記載の方法。
  7. 【請求項7】 核共鳴信号を励起しかつ読出すためのパ
    ルスシーケンスと、刺激関数(fs1(t)、f
    s2(t)、fsn(t))とが互いに無関係であることを
    特徴とする請求項1ないし6の1つに記載の方法。
  8. 【請求項8】 磁気的核スピン共鳴により生物の機能的
    脳活動を時間および位置的に分解して表示する方法にお
    いて、 a)少なくとも2つの相関関係になくかつ互いに直交す
    る刺激関数(fs1(t)、fs2(t)、fsn(t))に
    より生物内の生理学的過程を刺激する過程と、 b)核共鳴信号を励起しかつ読出すためパルスシーケン
    スにより時間および位置的に分解された核共鳴信号(S
    MR(t))を発生する過程と、 c)各刺激関数(fs1(t)、fs2(t))に基づく生
    物内の活動変化(P1(τ1)、P2(τ2))を検知する
    ため、発生した核共鳴信号(SMR(t))と刺激関数
    (fs1(t)、fs2(t))との相互相関を求める過程
    とを含むことを特徴とする方法。
  9. 【請求項9】 刺激関数(fs1(t)、fs2(t))が
    非周期的であり、かつその自己相関に可能な限り僅かな
    副ピークを有することを特徴とする請求項8記載の方
    法。
  10. 【請求項10】 刺激関数(fs1(t)、fs2(t))
    として2進コードを使用することを特徴とする請求項8
    又は9記載の方法。
  11. 【請求項11】 刺激関数(fs1(t)、fs2(t))
    が、生物に対し活動に関する指令を前もって与えること
    を特徴とする請求項8ないし10の1つに記載の方法。
  12. 【請求項12】 核共鳴信号を励起しかつ読出すためパ
    ルスシーケンスおよび刺激関数(fs1(t)、f
    s2(t))が互いに無関係であることを特徴とする請求
    項8ないし11の1つに記載の方法。
  13. 【請求項13】 磁気的核スピン共鳴により生物の機能
    的脳活動を時間および位置的に分解して表示する装置に
    おいて、 a)少なくとも2つの相関関係になくかつ互いに直交す
    る刺激関数(fs1(t)、fs2(t)、fsn(t))に
    より生物内の生理学的過程を刺激するための関数発生器
    (33、35)と、 b)時間および位置的に分解された核共鳴信号(S
    MR(t))を発生するMR設備(32、34)と、 c)MR設備(32、34)を用いて得た核共鳴信号(S
    MRt))と、刺激関数(fs1(t)、fs2(t)、fsn
    (t))に対し各々直交する相関関数(for th(t))
    との相互相関を求める相互相関計算ユニット(36)
    と、 d)少なくとも2つの刺激関数(fs1(t)、f
    s2(t)、fsn(t))の非線形結合に帰すべき生物
    (31)内の活動変化(P(τ))を検知するための評
    価装置(39)とを含むことを特徴とする装置。
  14. 【請求項14】 刺激関数(fs1(t)、fs2(t)、
    sn(t))が非周期的であり、かつその自己相関に可
    能な限り僅かな副ピークを有することを特徴とする請求
    項13記載の装置。
  15. 【請求項15】 刺激関数(fs1(t)、fs2(t)、
    sn(t))として2進コードが使用されることを特徴
    とする請求項13又は14記載の装置。
  16. 【請求項16】 関数発生器(33、35)が生物(3
    1)に対し活動に関する指令を前もって与えることを特
    徴とする請求項13ないし15の1つに記載の装置。
  17. 【請求項17】 少なくとも2つの刺激関数(f
    s1(t)、fs2(t)、f sn(t))の非線形結合に帰
    すべき生物内の活動変化(P(τ))の検知が統計的な
    方法(HOS)を用いて行われることを特徴とする請求項
    13ないし16の1つに記載の装置。
  18. 【請求項18】 評価装置(39)および相関計算ユニ
    ット(36)がプロセス計算機又はパーソナルコンピュ
    ータであることを特徴とする請求項13ないし17の1
    つに記載の装置。
  19. 【請求項19】 核共鳴信号を励起しかつ読出すためパ
    ルスシーケンスおよび刺激関数(fs1(t)、f
    s2(t))が互いに無関係であることを特徴とする請求
    項13ないし18の1つに記載の装置。
  20. 【請求項20】 磁気的核スピン共鳴により生物の機能
    的脳活動を時間および位置的に分解して表示する装置に
    おいて、 a)少なくとも2つの相関関係になくかつ互いに直交す
    る刺激関数(fs1(t)、fs2(t)、fsn(t))に
    より生物内の生理学的過程を刺激するための関数発生器
    (33、35)と、 b)時間および位置的に分解された核共鳴信号(S
    MR(t))を発生するMR設備(32、34)と、 c)MR設備(32、34)を用いて得た核共鳴信号
    (SMRt))と、刺激関数(fs1(t)、fs2(t)、
    sn(t))に対し各々直交する相関関数(f
    orth(t))との相互相関を求める相関計算ユニット
    (36)と、 d)相関関数(forth(t))を変更するための制御ユ
    ニット(37)と、 e)少なくとも2つの刺激関数(fs1(t)、f
    s2(t)、fsn(t))の非線形結合に帰すべき生物
    (31)内の活動変化(P(τ))を検知する評価装置
    (39)とを含むことを特徴とする装置。
  21. 【請求項21】 刺激関数(fs1(t)、fs2(t)、
    sn(t))が非周期的であり、かつその自己相関に可
    能な限り僅かな副ピークを有することを特徴とする請求
    項20記載の装置。
  22. 【請求項22】 刺激関数(fs1(t)、fs2(t)、
    sn(t))として2進コードが使用されることを特徴
    とする請求項20又は21記載の装置。
  23. 【請求項23】 関数発生器(33、35)が生物(3
    1)に対し、活動に関する指令を前もって与えることを
    特徴とする請求項20ないし22の1つに記載の装置。
  24. 【請求項24】 核共鳴信号を励起しかつ読出すためパ
    ルスシーケンスおよび刺激関数(fs1(t)、f
    s2(t))が互いに無関係であることを特徴とする請求
    項20ないし23の1つに記載の装置。
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