JP2004340954A - 脳画像データ処理システム、方法、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1の条件を満たした施設において取得された健常者の脳画像のデータベースから、脳画像データの各ピクセルまたはボクセル毎の標準偏差を求め、第2の条件を満たした他の施設において取得された少なくとも健常者1例の脳画像データにつき、ピクセルまたはボクセル毎の平均値(1例の場合は当該1例の値を平均値とする)を求める。上記他の施設の任意の健常者のデータ(平均値)に上記第1の条件を満たした施設の健常者標本の標準偏差を融合した人工脳標本を作成し、上記他の施設における被験者の脳画像データを上記人工脳標本を用いることにより統計的解析処理を行う。
【選択図】 図1
Description
(1)まず所定の脳画像データの撮像機器および取得条件(第1の条件)を満たした施設において取得された健常者の脳画像データに定位脳座標系を用いた解剖学的正規化を行い、健常者の脳画像のデータベース(脳画像のノーマルデータベース)に記録する。次に当該脳画像のノーマルデータベースに記録された脳画像データの各ピクセルまたはボクセル毎の標準偏差を求める。
(2)所定の脳画像データの撮像機器および取得条件(第2の条件)を満たした他の施設において取得された健常者1例の脳画像データに定位脳座標系を用いた解剖学的正規化を行い、当該脳画像データにつき、ピクセルまたはボクセル毎の平均値を求める。
(3)上記(2)で求められた平均値と上記(1)で求められた標準偏差とを有する人工脳画像データ(人工脳標本)を作成する。
(4)上記第2の条件を満たした上記他の施設における被験者の脳画像データに解剖学的正規化を行ったものと上記(3)で求められた人工脳画像データとを比較し、統計的解析処理を行う。当該人工脳標本を比較対照群として用いることが本願発明の特徴的な点である。以上により、当該被験者の脳画像データの取得条件(第2の条件)とは異なる第1の条件で得られた脳画像のノーマルデータベースにおける健常者の脳画像データを対比対象として、当該被験者の脳機能を診断することができる。
人工脳標本標準偏差 (式1)
(1)Mini Mental State Examination(MMSE)、長谷川式簡易知能評価スケール改訂版(HDS−R)正常である。
(2)Wechsler Memory Scale-Revised(WMS−R),Wechsler Adult Intelligence
Scale=Revised(WAIS−R)正常である。
(3)MRIで年齢相応の高信号が白質にT2強調画像でみられるのみである。
(4)高血圧、糖尿病などの脳血管障害の危険因子がない。
(1)第1の条件により上記カテゴリをクリアした健常者と思われる複数の被験者に薬剤を投与し、撮像機器26により撮像および再構成処理を行ない、脳SPECT画像データを作成する。
(2)(1)で作成した脳SPECT画像データおよび他の検査により健常者を決定する。
(3)(2)で決定したn例の健常者の脳SPECT画像データを撮像機器26から画像処理装置24へ転送する。
(4)転送したn例の脳SPECT画像データを“Analyze format”という画像データ形式に変換する。
(5)(4)で作成したn例の脳SPECT画像データ(個人特有の形をした脳SPECT画像データ)各々を標準脳座標系へ変換する。
(6)(5)で作成した脳画像データに対して平滑化(スムーシング)処理とカウントの正規化(例:全脳の平均カウントが1になるように脳画像データに1つのscale factorを乗じる)を行ない、健常者の脳画像データ(脳画像標本)を脳画像のノーマルデータベース28上に作成する(第1脳画像データ記録ステップ。ステップS12)。平滑化処理とは正規分布の平滑化フィルタをかけることをいう。
(7)(6)で作成されたn例の脳表抽出画像データから画素(ピクセルまたはボクセル)毎の平均値と標準偏差とを求め、平均値脳画像データと標準偏差脳画像データとを一組とした健常者の脳画像データを作成する(第1平均値算出ステップ(ステップS14)、標準偏差算出ステップ(ステップS16))。
(1)第1の条件により、健常者と思われる複数の被験者に対し撮像機器26により撮像および再構成処理を行ない、脳SPECT画像データを作成する。
(2)(1)で作成した脳SPECT画像データおよび他の検査により健常者を決定する。
(3)(2)で決定したn例の健常者の脳SPECT画像データを撮像機器26から画像処理装置24へ転送する。
(4)転送したn例の脳SPECT画像データを“3D−SSP用のformat”という画像データ形式に変換する。
(5)(4)で作成したn例の脳SPECT画像データ(個人特有の形をした脳SPECT画像データ)各々を標準脳座標系へ変換する。
(6)(5)で作成されたn例の脳画像データに対して脳表抽出処理を行ない、上述のカウントの正規化を行う。
(7)(6)で作成されたn例の脳表抽出画像データから画素(ピクセルまたはボクセル)毎の平均値と標準偏差とを求め、平均値脳画像データと標準偏差脳画像データとを一組とした健常者の脳画像データを作成する(第1平均値算出ステップ(ステップS14)、標準偏差算出ステップ(ステップS16))。
(1)第2の条件によりカテゴリをクリアした健常者と思われる1例の被験者に薬剤を投与し、撮像機器46により撮像および再構成処理を行ない、脳SPECT画像データを作成する。
(2)(1)で作成した脳SPECT画像データおよび他の検査により健常者を決定する。
(3)(2)で決定した1例の健常者の脳SPECT画像データを撮像機器46から画像処理装置44へ転送する。
(4)転送した1例の脳SPECT画像データを“Analyze format”という画像データ形式に変換する。
(5)(4)で作成した1例の脳SPECT画像データ(個人特有の形をした脳SPECT画像データ)各々を標準脳座標系へ変換する。
(6)(5)で作成した脳画像データに対して平滑化(スムーシング)処理とカウントの正規化を行ない、健常者の脳画像データ(脳画像標本)を脳画像データベース48上に作成する(第2脳画像データ記録ステップ。ステップS22)。
(7)(6)で作成された1例の脳表抽出画像データから画素(ピクセルまたはボクセル)毎の平均値を求め、平均値脳画像データを作成する(第2平均値算出ステップ(ステップS14))。
(1)第2の条件により、被験者に薬剤を投与し、撮像機器46により撮像および再構成処理を行ない、脳SPECT画像データを作成する。
(2)被験者の上記脳SPECT画像データを撮像機器46から画像処理装置44へ転送する。
(3)転送した被験者の脳SPECT画像データを“Analyze format”という画像データ形式に変換する。
(4)(3)で作成した被験者の脳SPECT画像データ(個人特有の形をした脳SPECT画像データ)を標準脳座標系へ変換する。
(5)(4)で作成した脳画像データに対して平滑化(スムーシング)処理とカウントの正規化を行ない、被験者の脳画像データを作成する。
(1)施設N20において、上述のカテゴリをクリアした健常者と思われる健常者標本作成用のデータを下記の収集および撮像条件並びに再構成処理条件(第1の条件)を同一にして収集した。
収集および撮像条件:
・カメラ機種、コリメータ、エネルギウィンド、サンプリング角度、収集方向、収集時間、収集マトリクス、収集拡大率、ピクセルサイズ。
再構成処理条件:
・前処理フィルタ、再構成フィルタ、散乱線除去、吸収補正。
(3)施設N20で作成した健常者標本から各ピクセルまたはボクセル毎の標準偏差を求める。
(4)施設X40で作成した健常者標本から各ピクセルまたはボクセル毎の平均値を求める。
(5)(3)で求められた標準偏差と(4)で求められた平均値とを各ピクセルまたはボクセル毎に融合(fusion)して人工脳標本を作成する。ここで融合とは、施設X40における人工脳標本の標準偏差として施設N20で求められた標準偏差を用いることをいう。
本願発明者らは、施設N20と施設X40とにおいて、異なる撮像機器26および46で撮像された以下の脳画像データを用いて、本発明の脳画像処理システム等の妥当性を検証した。
施設N20:上述のカテゴリをクリアした健常者に対し薬剤として99mTc−ECD(「ニューロライト(登録商標)注射液第一」第一ラジオアイソトープ研究所(登録商標)製)を用いた20例の脳画像データ。
施設X40:上述のカテゴリをクリアした健常者に対し薬剤として99mTc−ECD(「ニューロライト(登録商標)注射液第一」第一ラジオアイソトープ研究所(登録商標)製)を用いた15例の脳画像データ。および、被検者に対し薬剤として99mTc−ECD(「ニューロライト(登録商標)注射液第一」第一ラジオアイソトープ研究所(登録商標)製)を用いた1例の脳画像データ。
(1)施設X40の被検者と同一の施設X40の健常者標本(脳画像データベース48の15例)とを用いて統計解析処理を行う(図3参照)。
(2)施設X40の被検者と異なる施設N20の健常者標本(脳画像のノーマルデータベース28の20例)とを用いて統計解析処理を行う(図4参照)。
(3)施設X40の被検者と、同一の施設X40の任意の健常者データAに異なる施設N20の健常者標本(脳画像のノーマルデータベース28の20例)の標準偏差を融合させた人工脳標本Aとを用いて統計解析を行う(図5参照)。
(4)施設X40の被検者と、同一の施設X40の任意の健常者データBに異なる施設N20の健常者標本(脳画像のノーマルデータベース28の20例)の標準偏差を融合させた人工脳標本Bとを用いて統計解析を行う(図6参照)。
結果はRENDER表示方法とスライス画像にて、確率密度としてP値=0.05(P<0.5n。ここでnはカテゴリー数)を用いて統計学的異常値を示した(図3ないし図6参照)。図3ないし図6に示されるように、本脳画像データ処理システム等の表示処理部60は統計的解析処理の結果を確率密度Pが所定の値以下の部分の面積を他の部分と識別可能に、例えば1色で表示することができる。図3は、施設X40の被検者に対し同一の施設X40の健常者標本を対照群として統計解析処理をした「同条件」の結果、すなわち正しい統計解析処理結果を示す。図3(A)はRENDER表示(脳表投影表示。3次元)を示しており、図3(A)の上段の左側から、各々脳の下面(Inferior)、右側面(R-lateral)、後面(Posterior)、左内側面(L-medial)の表示を示し、図3(A)の下段の左側から、各々脳の上面(Superior)、左側面(L-lateral)、前面(Anterior)、右内側面(R-medial)の表示を示す。図3(A)に示されているように、両側頭頂皮質に血流低下部位(脳中の一部暗い部分)が見られた。図3(B)はTransaxial像表示(2次元)を示しており、図3(B)の7×5個の表示は図中左上から右下へ向かって、脳の上から下へ体軸に対して平行にスライスした画像解析結果の表示を示す。図3(B)にも示されているように、両側頭頂皮質に血流低下部位(脳中の一部暗い部分)が見られた。
(1)上述のようにして決定された12例の標本群(データ)から無作為に1例のデータを取り出して記録し、データを元に戻す(復元抽出)。
(2)上記(1)の操作を12回繰り返して1つの群とする。この操作を200回実施して、n=12の群を200個作る。
(3)各群毎に中央値を求める。
(4)各群毎に算出された中央値の平均値を求め、その標準偏差を算出する。
Claims (10)
- 異なる施設の異なる撮像機器により取得された脳画像データの処理をコンピュータに実行させる脳画像データ処理システムであって、
第1の施設のコンピュータは、
当該施設における複数の健常者に対し第1の条件下で第1の撮像機器により取得された脳画像データに定位脳座標系を用いた解剖学的正規化を行う第1正規化手段と、
前記第1正規化手段で解剖学的正規化が行われた脳画像データを第1の施設の健常者脳画像データベースに記録する第1脳画像データ記録手段と、
前記第1の施設の健常者脳画像データベースに記録された脳画像データの各ピクセル又はボクセル毎の平均値を求める第1平均値算出手段と、
前記第1平均値算出手段で求められた平均値を用いて、前記第1の施設の健常者脳画像データベースに記録された脳画像データの各ピクセル又はボクセル毎の標準偏差を求める標準偏差算出手段とを備え、
第2の施設のコンピュータは、
当該施設における少なくとも1名の健常者に対し第1の条件と異なる第2の条件下で第1の撮像機器と異なる第2の撮像機器により取得された脳画像データに定位脳座標系を用いた解剖学的正規化を行う第2正規化手段と、
前記第2正規化手段で解剖学的正規化が行われた脳画像データを第2の施設の健常者脳画像データベースに記録する第2脳画像データ記録手段と、
前記第2正規化手段における健常者が複数の場合、前記第2の施設の健常者脳画像データベースに記録された脳画像データの各ピクセル又はボクセル毎の平均値を求め、前記第2正規化手段における健常者が1名の場合、前記第2の施設の健常者脳画像データベースに記録された該1名の脳画像データの各ピクセル又はボクセル毎の値を平均値とする第2平均値算出手段と、
前記第2平均値算出手段で求められた平均値および前記標準偏差算出手段で求められた標準偏差を有する人工脳画像データと、被験者に対し第2の条件下で第2の撮像機器により取得された脳画像データについて定位脳座標系を用いた解剖学的正規化を行った脳画像データとを比較する統計的解析処理を行う統計的解析処理手段と、
前記統計的解析処理手段で行われた統計的解析処理を表示部に表示する表示処理手段とを備えたことを特徴とする脳画像データ処理システム。 - 請求項1記載の脳画像データ処理システムにおいて、前記標準偏差算出手段は、前記第1の施設の健常者脳画像データベースに記録された各ピクセル又はボクセル毎の脳画像データを用いて、統計的リサンプリング法により脳画像データの各ピクセル又はボクセル毎の標準偏差を求めることを特徴とする脳画像データ処理システム。
- 請求項2記載の脳画像データ処理システムにおいて、前記標準偏差算出手段における統計的リサンプリング法はブートストラップ法であることを特徴とする脳画像データ処理システム。
- 異なる施設の異なる撮像機器により取得された脳画像データの処理をコンピュータに実行させる脳画像データ処理方法であって、
第1の施設のコンピュータが、
当該施設における複数の健常者に対し第1の条件で第1の撮像機器により取得された脳画像データに定位脳座標系を用いた解剖学的正規化を行う第1正規化ステップと、
前記第1正規化ステップで解剖学的正規化が行われた脳画像データを第1の施設の健常者脳画像データベースに記録する第1脳画像データ記録ステップと、
前記第1の施設の健常者脳画像データベースに記録された脳画像データの各ピクセル又はボクセル毎の平均値を求める第1平均値算出ステップと、
前記第1平均値算出ステップで求められた平均値を用いて、前記第1の施設の健常者脳画像データベースに記録された脳画像データの各ピクセル又はボクセル毎の標準偏差を求める標準偏差算出ステップと、
第2の施設のコンピュータが、
当該施設における少なくとも1名の健常者に対し第1の条件と異なる第2の条件下で第1の撮像機器と異なる第2の撮像機器により取得された脳画像データに定位脳座標系を用いた解剖学的正規化を行う第2正規化ステップと、
前記第2正規化ステップで解剖学的正規化が行われた脳画像データを第2の施設の健常者脳画像データベースに記録する第2脳画像データ記録ステップと、
前記第2正規化ステップにおける健常者が複数の場合、前記第2の施設の健常者脳画像データベースに記録された脳画像データの各ピクセル又はボクセル毎の平均値を求め、前記第2正規化ステップにおける健常者が1名の場合、前記第2の施設の健常者脳画像データベースに記録された該1名の脳画像データの各ピクセル又はボクセル毎の値を平均値とする第2平均値算出ステップと、
前記第2平均値算出ステップで求められた平均値および前記標準偏差算出ステップで求められた標準偏差を有する人工脳画像データと、被験者に対し第2の条件下で第2の撮像機器により取得された脳画像データについて定位脳座標系を用いた解剖学的正規化を行った脳画像データとを比較する統計的解析処理を行う統計的解析処理ステップと、
前記統計的解析処理ステップで行われた統計的解析処理を表示部に表示する表示処理ステップとを備えたことを特徴とする脳画像データ処理方法。 - 請求項4記載の脳画像データ処理方法において、前記標準偏差算出ステップは、前記第1の施設の健常者脳画像データベースに記録された各ピクセル又はボクセル毎の脳画像データを用いて、統計的リサンプリング法により脳画像データの各ピクセル又はボクセル毎の標準偏差を求めることを特徴とする脳画像データ処理方法。
- 請求項5記載の脳画像データ処理方法において、前記標準偏差算出ステップにおける統計的リサンプリング法はブートストラップ法であることを特徴とする脳画像データ処理方法。
- 異なる施設の異なる撮像機器により取得された脳画像データの処理をコンピュータに実行させる脳画像データ処理プログラムであって、コンピュータを、
施設における少なくとも1名の健常者に対し所定の条件下で所定の撮像機器により取得された脳画像データに定位脳座標系を用いた解剖学的正規化を行う正規化手段、
前記正規化手段で解剖学的正規化が行われた脳画像データを前記施設の健常者脳画像データベースに記録する脳画像データ記録手段、
前記正規化手段における健常者が複数の場合、前記施設の健常者脳画像データベースに記録された脳画像データの各ピクセル又はボクセル毎の平均値を求め、前記正規化手段における健常者が1名の場合、前記施設の健常者脳画像データベースに記録された該1名の脳画像データの各ピクセル又はボクセル毎の値を平均値とする平均値算出手段、
前記平均値算出手段で求められた平均値と、前記施設と異なる他の施設のコンピュータにより、当該他の施設における複数の健常者に対し前記所定の条件と異なる他の条件下で前記所定の撮像機器と異なる他の撮像機器により取得された脳画像データに定位脳座標系を用いた解剖学的正規化が行われ、当該解剖学的正規化が行われた脳画像データであって当該他の施設の健常者脳画像データベースに記録された脳画像データの各ピクセル又はボクセル毎の平均値を求められ、当該平均値を用いて前記他の施設の健常者脳画像データベースに記録された脳画像データの各ピクセル又はボクセル毎に求められた標準偏差とを有する人工脳画像データと、被験者に対し前記所定の条件下で前記所定の撮像機器により取得された脳画像データについて定位脳座標系を用いた解剖学的正規化を行った脳画像データとを比較する統計的解析処理を行う統計的解析処理手段、
前記統計的解析処理手段で行われた統計的解析処理を表示部に表示する表示処理手段として機能させるためのプログラム。 - 請求項7記載のプログラムにおいて、前記標準偏差算出手段は、前記第1の施設の健常者脳画像データベースに記録された各ピクセル又はボクセル毎の脳画像データを用いて、統計的リサンプリング法により脳画像データの各ピクセル又はボクセル毎の標準偏差を求めることを特徴とするプログラム。
- 請求項8記載のプログラムにおいて、前記標準偏差算出手段における統計的リサンプリング法はブートストラップ法であることを特徴とするプログラム。
- 請求項7ないし9のいずれかに記載のプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
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