JP2005205007A - 脳疾患部位診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 脳機能疾患患者の脳内の疾患箇所を診察中又は手術中に疾患箇所を高速計算及び表示し、診断及び手術の精度を高める。
【解決手段】 患者の頭表に配置した脳波電極又は脳内に挿入した深部電極又は硬膜下電極で記録した脳波情報とＸ線ＣＴやＭＲＩ画像情報で脳波記録電極位置を三次元座標数値化した情報で等価脳内電流双極子の位置を脳内等価電流双極子計算し、さらにその計算結果である脳内等価電流双極子の位置、発生電位の大きさ及び方向をＸ線ＣＴやＭＲＩ画像上に重ね書きするコンピュータと、重ね書きされた等価脳内電流双極子の位置等を表示する装置とによって構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、脳疾患診断において、患者の脳内疾患箇所を決定するために、患者の頭表に配置した脳波電極又は頭表に配置した脳波電極又は脳内に挿入した硬膜下電極や深部電極を用いた脳疾患診断装置である。

脳神経外科等の医療現場では脳疾患患者の脳摘出部の特定のための検査や、手術による後遺症を最小限に抑えるために脳機能の温存をはかるための検査が、患者脳波の観測が昼夜にわたり長期間行なわれている。

しかし、脳波観測による脳内患部の同定には長期の脳波観測期間が必要とされているにもかかわらず患部が同定されない場合もある。又、手術のために開頭した脳形状は、開頭前の脳形状と大きく異なるため、長時間の患部摘出部の検索が必要とされ、患部の一部を取り残す場合もある。

また、患者の脳内に局在する運動野、視覚野、記憶野、その他の脳機能に対する影響を最小にするため、患者に対し各種の刺激を与え、その反応脳波から当該脳機能局在の同定検査が行なわれているが、同定するまでには長時間の検査が必要であり、又同定不可能な場合もあり、患者及びその家族や医師らの負担には大きなものがある。
特開平１０−０２４０２４

本発明による脳疾患部位診断装置は、上述した患部の同定及び脳機能局在の同定を、その脳波情報と脳波を記録した電極位置情報から患部及び脳機能局在位置を高速計算及び計算結果をモニター表示することにより、手術前、手術中の患部探索時間や脳機能局在位置の検査時間を大幅に短縮し、手術精度を高める。

本発明による脳疾患診断装置は、脳波情報を読み込む頭皮上に配置された脳波記録電極や脳内に配置された硬膜下電極および深部電極からの脳波情報を入力する脳波データ入力装置と、Ｘ線ＣＴ画像及びMRI画像データを入力する画像データ入力装置と、この画像データ入力装置が読み取ったＸ線ＣＴ画像及びMRI画像情報から脳波記録電極位置を三次元座標数値化すると共に、この三次元座標数値情報と脳波データ入力装置から読み込んだ脳波情報を元に、N個（N＝１〜８）の脳内等価電流双極子計算を行い、その計算結果をＸ線ＣＴ画像及びＭＲＩ画像上に表示するコンピュータとこれを表示する表示装置とによって構成する。

本発明の脳疾患部位診断装置により、脳疾患患者の脳内疾患部位や脳機能局在位置の同定が容易となり、診断及び手術時間も短縮され医療従事者への負担軽減のみならず、患者への大きな福音となる効果がある。

本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。図２は、脳疾患診断装置を示すブロック図である。

図２において、画像入力装置１はＸ線ＣＴ画像データやＭＲＩ画像データを入力しコンピュータ３の補助記憶装置に格納する。

脳波データ入力装置２は観測・記録した脳波データを入力しコンピュータ３の補助記憶装置に格納する。

コンピュータ３は、画像データより脳波記録電極位置を三次元座標化し、脳波データと共に脳内等価電流双極子計算を行い、その結果をＸ線ＣＴ画像又はＭＲＩ画像上にベクトル表示する。

以下、脳疾患診断装置を用いて脳内等価電流双極子を計算する手順を図１を参照しながら説明する。

ステップ１（Ｓ１）において、脳波記録電極の三次元座標値を数値化する。
Ｘ線ＣＴ画像及びＭＲＩ画像両データは、ｘ、ｙ、ｚの３軸を表すマーカーが写り、かつ脳波記録電極が全て写るように１ｍｍ〜２ｍｍ間隔で撮影する。

コンピュータ３上でこれらの画像上から全ての記録電極位置をマウスでプロットし、さらに３軸のマーカー位置、角度を用いて記録電極位置を補正し三次元座標値を数値化し、補助記憶装置に格納する。

ステップ２（Ｓ２）において、脳内等価電流双極子計算を行なう。
半径８０ｍｍ以内に２４個〜３６個の計算開始点を配置し、各脳波記録電極に対して多重極分解計算を行い、各計算開始点に対する脳内等価電流双極子位置を求め、これらの脳内等価電流双極子が各記録電極に発生する計算電位と実測電位との二乗誤差が小さい脳内等価電流双極子位置及びベクトル成分を求める。計算詳細は後述する。

ステップ３（Ｓ３）において、脳内等価電流双極子をベクトル表示する。
ステップ２（Ｓ２）で求めた電流双極子位置及びベクトル成分をＸ線ＣＴ画像及びＭＲＩ画像上に重ね書きして、表示装置４に表示すると同時に、電流双極子位置及びベクトル成分を計算電位と実測電位との二乗誤差値別に色分けして表示する。

ステップ２（Ｓ２）における脳内等価電流双極子の計算方法は、次の通りである。

ポテンシャル

をつくる外部電場の中に置かれた電位分布

のエネルギーは

で与えられ、電場も電荷分布自身によってつくられるとすると、静電場のエネルギーは

で与えられる。

局所的な電化分布

が充分遠方でつくる電場のポテンシャルは、

で多重極展開することにより、

で表せる。ここで、

であらわされ、

のとき、

は原点のえらびに方に依存しない。
また、

のとき、

のえらびかたに依存しない。

すなわち、単一の双極子

を多重極展開した場合、双極子成分は展開の中心

に依存せず、常に

であり、単極子成分は常に零である。一方、４重双極子成分は

によって変化し、

が双極子の位置

に一致した場合に限って全てが零となる。従って電位分布の実測値から計算される４重双極子以上の成分を全て零にするように

を選ぶことにより

に位置する単一双極子を求めることができる。
しかしながら、電位測定値には雑音が含まれるため、４重双極子以上の成分を零にすることはできない。

そこで、５個の４重双極子を零とおき、

に関する５個の線形方程式を解く。この方程式の最小二乗解は、Arthur−Geselowitz方程式

により得ることができる。
ここで、

は３次の単位行列、

は双極子ベクトル、

は任意に定めた展開中心

に対する４重双極子テンソルで、対角和が零である対称行列

で与えられる。

このことから、脳内等価電流双極子の計算において、脳内の

や

の成分は次ぎのように求める。

形状内に展開中心

を任意に選び、

各記録電極電位

は、

で求めることができる。
但し、

を４重極子テンソルの独立な5個成分とする。

実測された電位

と計算電位

との二乗誤差を最小にする

を求める。

これより求められた

の成分として

の成分が決定するため、この値を式５に代入し、最小二乗解である双極子の位置

を得ることができる。

本発明により脳疾患部位の同定が容易となるため、脳神経外科等の医療機関における脳疾患部位診断に適用できる。

本発明による脳疾患診断方法を示すフローチャート。 本発明による脳疾患診断装置の構成を示すブロック図。 脳波記録電極の三次元座標数値化（例） 計算開始点の配置（例） 脳内等価電流双極子の表示（例）

符号の説明

１画像データ入力装置（Ｓ１：ステップ１、Ｓ２：ステップ２、Ｓ３：ステップ３）
２脳波データ入力装置
３コンピュータ
４表示装置

Claims (1)

1. 患者の頭表に配置した脳波記録電極、又は脳表や脳内に配置した硬膜下電極や深部電極によって記録収集した脳波情報とＸ線ＣＴやＭＲＩ画像情報から三次元座標化した記録電極位置情報に基づいて、脳内等価電流双極子計算を行いその計算結果である脳内等価電流双極子の位置をＸ線ＣＴ画像やＭＲＩ画像上にスーパー・インポーズするコンピュータと、Ｘ線ＣＴ画像やＭＲＩ画像上に脳内等価電流双極子の電位の大きさ、方向を表示する表示装置とによって構成したことを特徴とする脳疾患部位の診断装置。
   

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