JP2009160281A - Brain function site estimation system and method, scalp-shape measuring support apparatus and method, and computer program - Google Patents

Brain function site estimation system and method, scalp-shape measuring support apparatus and method, and computer program Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately estimate a brain function site corresponding to a signal observation point attached on a subject' scalp when executing a brain measurement experiment using a near-infrared optical imaging apparatus. <P>SOLUTION: This brain function site estimation system includes a three-dimensional position measuring instrument for measuring the shape of the subject's head surface and the signal observation point, and a computer computing three-dimensional position information output from the three-dimensional position measuring instrument. The computer takes a spatial map of the position of the signal point on the subject's head surface on a position of standard brain/head surfaces, estimates the position on the brain surface from the position of the standard brain/head surfaces, and estimates the brain function site from the estimated position of the brain surface. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、被験者の頭表位置から脳機能を推定する脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、被験者のMRIデータを用いずに、頭皮の信号観測点と脳機能との対応関係を推定する脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。   The present invention relates to a brain function site estimation system and a brain function site estimation method, a scalp shape measurement support device and a scalp shape measurement support method, and a computer program that estimate a brain function from a subject's head surface position. Brain function site estimation system, brain function site estimation method, scalp shape measurement support device, scalp shape measurement support method, and computer program for estimating the correspondence between scalp signal observation points and brain functions without using MRI data About.

さらに詳しくは、本発明は、脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。   More particularly, the present invention relates to a brain function site estimation system, a brain function site estimation method, a scalp shape measurement support device, a scalp shape measurement support method, and a computer program, and in particular, a brain function site estimation system and a brain function site. The present invention relates to an estimation method, a scalp shape measurement support device, a scalp shape measurement support method, and a computer program.

ヒトの心の状態は、脳の活動(以下では、「脳機能」とも呼ぶ)により与えられる。近年では、生物学的アプローチにより脳のメカニズムを解明する研究が行なわれている。刺激によって生じる脳の現象(情動、認知、記憶など)を定量的に評価するためには、人に刺激を提示して、刺激に関連した脳機能を高い時空間分解能で直接計測すること必要がある。   The state of the human heart is given by brain activity (hereinafter also referred to as “brain function”). In recent years, research to elucidate the mechanism of the brain by biological approaches has been conducted. In order to quantitatively evaluate brain phenomena (emotion, cognition, memory, etc.) caused by stimulation, it is necessary to present the stimulation to a person and directly measure the brain function related to the stimulation with high spatio-temporal resolution. is there.

例えば、機能的磁気共鳴イメージング装置(fMRI:functionalMagnetic Resonance Imaging)を用い、被験者に視覚的な刺激を与えてそのときの脳の活性化部位すなわち脳機能を測ることが行なわれている。視覚刺激を与えるために、fMRIを配設したシールド室内に視覚刺激の表示装置を配置し、被験者がその表示装置を目視しながら計測することができる。現在、fMRIは医療のさまざまな場面で用いられており、その計測精度も向上している。例えば、被験者の頭部にマスクを装着した上で、眼の前の空間をあけるアイキャップを付け、視覚刺激を刺激発生装置から光ファイバを通してマスクに伝達し、ミラーを用いて刺激が被験者の眼に当たるように構成された脳機能計測装置について提案がなされている(例えば、特許文献1を参照のこと)。   For example, a functional magnetic resonance imaging apparatus (fMRI: functional Magnetic Resonance Imaging) is used to give a visual stimulus to a subject and measure the brain activation site, that is, the brain function at that time. In order to give a visual stimulus, a display device for visual stimulus can be placed in a shielded room in which an fMRI is provided, and the subject can measure while viewing the display device. At present, fMRI is used in various medical situations, and its measurement accuracy is also improved. For example, wearing a mask on the subject's head, attaching an eyecap that opens a space in front of the eyes, transmitting visual stimuli from the stimulus generator to the mask through an optical fiber, and using a mirror to stimulate the subject's eyes A proposal has been made for a brain function measuring apparatus configured to fall under the above (for example, see Patent Document 1).

また、近赤外分光測光(NIRS)や脳波を用いた脳機能計測法についても、幾つかの提案がなされている。近赤外光や脳波による脳機能計測では、頭表の特定位置に信号観測点を設け、その観測点での信号変化を観察及び解析することで脳の働きを理解することができる。   Several proposals have also been made for brain function measurement methods using near infrared spectrophotometry (NIRS) and brain waves. In brain function measurement using near-infrared light or brain waves, a signal observation point is provided at a specific position on the head surface, and the function of the brain can be understood by observing and analyzing signal changes at that observation point.

近赤外線領域の光を脳外から投射して散乱光並びに反射光を分光すると、酸素結合型及び酸素脱離型ヘモグロビンの近赤外吸収スペクトルの違いに基づいて、脳組織中での各濃度を無侵襲で推定することができる。脳活動に伴う酸素代謝をモニタできることや、サブ秒以下の時間分解能をもち、光計測であるためfMRIやMEG、EEGなどに較べて電磁的ノイズへの耐性が高いこと、測定解析装置や頭部への装着機具が小型軽量であることなどが利点として挙げられる。例えば、近赤外光を用いた生体光計測法におけるベースライン変動を除去し、正確な測定値を得る生体光計測方法について提案がなされている(例えば、特許文献2を参照のこと)。   When light in the near-infrared region is projected from outside the brain and scattered light and reflected light are dispersed, each concentration in the brain tissue is determined based on the difference in the near-infrared absorption spectra of oxygen-bound and oxygen-desorbed hemoglobin. It can be estimated non-invasively. It can monitor oxygen metabolism accompanying brain activity, has sub-second sub-second resolution, and has high resistance to electromagnetic noise compared to fMRI, MEG, EEG, etc. due to optical measurement, measurement analyzer and head An advantage is that the mounting equipment is small and light. For example, a biological light measurement method that removes baseline fluctuations in a biological light measurement method using near infrared light and obtains an accurate measurement value has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

また、脳波による脳機能計測方法についても提案がなされている。脳機能は脳波信号を始め頭皮電位として外部から観測することができる。例えば、生体若しくは体液から生体信号を検出するセンサと、該センサから時系列データを受信し、該時系列データを時間遅れの一定値τを用いて高次元m空間におけるm点の時系列データに再構成し、該m点での時系列データをバス・インターフェース、加減算器及び記憶手段より成る計算機に転送して相関積分を計算させ、該計算結果の相関積分を受取り、該相関積分の相関指数を用いて相関次元を求めるホストコンピュータを備え、小型な構成で高速解析ができる生体信号処理装置について提案がなされている(例えば、特許文献3を参照のこと)。   In addition, proposals have also been made for methods for measuring brain function using electroencephalograms. The brain function can be observed from the outside as a scalp potential including an electroencephalogram signal. For example, a sensor that detects a biological signal from a living body or a body fluid, and receives time-series data from the sensor, and converts the time-series data into m-point time-series data in a high-dimensional m-space using a time delay constant value τ. Reconstructing, transferring the time series data at the m points to a computer comprising a bus interface, an adder / subtractor and a storage means to calculate a correlation integral, receiving a correlation integral of the calculation result, and receiving a correlation index of the correlation integral There has been proposed a biological signal processing apparatus that includes a host computer that obtains a correlation dimension using, and that can perform high-speed analysis with a small configuration (see, for example, Patent Document 3).

近赤外分光測光や脳波など頭皮での脳機能計測には、被験者の頭表上のある位置が信号観測点となり、脳の働きを知るためには得られた信号の出所が脳の何処の位置に相当するかを推定する必要がある。頭表を観測点とする脳機能計測では、この種の問題は普遍的である。   For brain function measurement on the scalp such as near infrared spectrophotometry and brain waves, a certain position on the subject's head surface becomes the signal observation point, and in order to know the function of the brain, the source of the obtained signal is where in the brain It is necessary to estimate whether it corresponds to the position. This kind of problem is universal in brain function measurement using the head surface as an observation point.

例えば脳波計測の分野では、頭表に複数の基準点を設定する国際10−20システムが知られている(また、国際10−20システムを拡張した国際10−10システムなど、国際10−20システムを基にした規格も存在する)。国際10−20システムでは、鼻根、耳介、後頭結節(頭の後ろの突出部)を基準点として、それらの間の距離を10%、20%、20%、というように分割し、さらなる基準点を設定していく。各基準点に対応する脳表上の点の標準座標値はいずれも個人間標準偏差が僅かであることから、脳機能局在を考える際に国際10−20システムを目安とすることができる。また、これら頭表位置に設定された各基準点を調べる器具“Electro−Cap”が既に販売されており(例えば、非特許文献1を参照のこと)、脳波による脳機能計測では国際10−20システムに沿った頭表位置に信号観測点を設定することが一般的であり、Elector−Capのような器具を利用することができる。   For example, in the field of electroencephalogram measurement, an international 10-20 system that sets a plurality of reference points on the head surface is known (also an international 10-20 system such as an international 10-10 system that is an extension of the international 10-20 system). There are also standards based on this). In the international 10-20 system, the nasal root, pinna and occipital nodule (protrusion behind the head) are used as reference points, and the distance between them is divided into 10%, 20%, 20%, etc. Set the reference point. Since the standard coordinate value of each point on the brain table corresponding to each reference point has a small inter-individual standard deviation, the international 10-20 system can be used as a guide when considering brain functional localization. In addition, an instrument “Electro-Cap” for checking each reference point set at the head surface position has already been sold (for example, see Non-Patent Document 1). It is common to set a signal observation point at a head surface position along the system, and an instrument such as an Electric-Cap can be used.

他方、近赤外分光測光による頭皮での脳機能計測では20mm以下という細かい間隔で且つ任意の位置を観測点とした計測が可能であることから、高い位置精度で頭表上のどの位置であっても脳機能の位置を推定することが要求されているため、Elector−Capのような器具を利用することはできない。   On the other hand, in brain function measurement on the scalp by near infrared spectrophotometry, it is possible to measure at an observation point at an arbitrary position with a fine interval of 20 mm or less. However, since it is required to estimate the position of the brain function, an instrument such as Electric-Cap cannot be used.

これまでにも頭皮の信号観測点に対応する脳機能を計測するための脳機能計測方法が幾つか提案されてきたが、概ね、被験者の頭表位置を計測するプロセスと、被験者の頭表位置を標準脳の脳表位置に変換するプロセスと、標準脳の脳表位置を基に脳機能を特定するプロセスからなる。ここで言う「標準脳」とは複数の被験者のデータを正規化して、各被験者の脳画像を座標により解剖学的な位置が同定できるようにモデル化したものであり、脳の定位脳座標系であるタライラッハ(Talairach)の標準脳アトラスなどが知られている。被験者の頭表位置を標準脳の脳表位置に合わせ込むことで、標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを得ることができる。   Several brain function measurement methods for measuring the brain function corresponding to the signal observation point of the scalp have been proposed so far, but in general, the process of measuring the subject's head surface position and the subject's head surface position Is converted into the brain surface position of the standard brain, and the process of specifying the brain function based on the brain surface position of the standard brain. The “standard brain” mentioned here is a model that normalizes the data of multiple subjects and models each subject's brain image so that the anatomical position can be identified by coordinates. The standard brain atlas of Talairach is known. By aligning the head surface position of the subject with the brain surface position of the standard brain, the brain function table assigned to each coordinate of the standard brain is referred to and the brain function indicated by the specific standard brain position is obtained. be able to.

図66には、脳機能計測方法の一例を模式的に示している(例えば、非特許文献2を参照のこと)。図示の方法では、以下のステップ(1)〜(3)により被験者の頭表位置から脳機能を推定するようになっている。
(1)頭表及び標準脳を含む被験者のMRIデータを用いて、特定の頭表位置から最も近い距離にある脳表位置を探索アルゴリズムによって求める。
(2)被験者脳のMRIデータと標準脳のMRIデータから3次元座標変換マップを生成し、求めた変換マップを用いて被験者の特定の脳表位置から標準脳の脳表位置を求める。
(3)標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを得る。
FIG. 66 schematically shows an example of a brain function measurement method (for example, see Non-Patent Document 2). In the illustrated method, the brain function is estimated from the head surface position of the subject by the following steps (1) to (3).
(1) Using the MRI data of the subject including the head surface and the standard brain, the brain surface position closest to the specific head surface position is obtained by a search algorithm.
(2) A three-dimensional coordinate conversion map is generated from the MRI data of the subject brain and the MRI data of the standard brain, and the brain surface position of the standard brain is obtained from the specific brain surface position of the subject using the obtained conversion map.
(3) By referring to the brain function table assigned to each coordinate of the standard brain, it is obtained which brain function the specific standard brain position indicates.

図66に示した方法によれば、fMRI研究で利用可能な程度の位置決め精度を得ることができる(約10mm)。しかしながら、脳の位置を推定するために被験者毎の頭部のMRIデータが必要である。MRIは非常に高価で且つ大掛かりな装置であり、大学病院やその他の大規模な医療機関にしか設置されておらず、計測にはオペレータや被験者の作業負担も大きい。また、位置精度は標準脳変換アルゴリズムに依存する。   According to the method shown in FIG. 66, it is possible to obtain positioning accuracy that can be used in fMRI studies (about 10 mm). However, in order to estimate the position of the brain, MRI data of the head for each subject is necessary. MRI is a very expensive and large-scale apparatus, and is installed only in a university hospital or other large-scale medical institution. Also, the position accuracy depends on the standard brain conversion algorithm.

また、図67には、脳機能計測方法の他の例を模式的に示している(例えば、非特許文献3を参照のこと)。図示の方法では、以下のステップ(1)〜(4)により被験者の頭表位置から脳機能を推定するようになっている。
(1)被験者の頭表とMRIデータベース内から取り出した1つの頭表との位置関係を簡略的に求め、その位置関係を基に被験者の特定の頭表位置からMRIデータベース内から取り出した1つの頭表位置を求める。この作業を、MRIデータベースに含まれるMRIデータの数だけ繰り返す。
(2)MRIデータベース内から取り出した1つの頭表及び標準脳を含むMRIデータを用いて、(1)で求めた特定の頭表位置から最も近い距離にある脳表位置を探索アルゴリズムによって求める。この作業を、MRIデータベースに含まれるMRIデータの数だけ繰り返す。
(3)MRIデータベース内から取り出した1つのMRIデータと標準脳のMRIデータから3次元座標変換マップを生成し、求めた変換マップを用いて標準脳の脳表位置を求める。この作業を、MRIデータベースに含まれるMRIデータの数だけ繰り返す。最後に、求められた複数の標準脳の脳表位置から、平均値を取り最終的な解とする。
(4)標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを得る。
FIG. 67 schematically shows another example of the brain function measuring method (for example, see Non-Patent Document 3). In the illustrated method, the brain function is estimated from the head surface position of the subject by the following steps (1) to (4).
(1) The positional relationship between the subject's head surface and one head surface extracted from the MRI database is simply obtained, and one of the subject's specific head surface positions is extracted from the MRI database based on the positional relationship. Find the head surface position. This operation is repeated for the number of MRI data included in the MRI database.
(2) Using the MRI data including one head surface and the standard brain extracted from the MRI database, the brain surface position closest to the specific head surface position determined in (1) is obtained by a search algorithm. This operation is repeated for the number of MRI data included in the MRI database.
(3) A three-dimensional coordinate conversion map is generated from one MRI data taken out of the MRI database and the MRI data of the standard brain, and the brain surface position of the standard brain is obtained using the obtained conversion map. This operation is repeated for the number of MRI data included in the MRI database. Finally, an average value is obtained from the obtained brain surface positions of a plurality of standard brains to obtain a final solution.
(4) With reference to the brain function table assigned to each coordinate of the standard brain, which brain function the specific standard brain position indicates is obtained.

図67に示した方法によれば、被験者毎のMRIデータは不要であるが、他の複数の被験者のMRIデータが必要となる。また、位置精度は他の被験者のMRIデータからなるデータベースの質に依存する。   According to the method shown in FIG. 67, MRI data for each subject is not necessary, but MRI data for other subjects is necessary. In addition, the position accuracy depends on the quality of the database composed of MRI data of other subjects.

特開平8−173398号公報JP-A-8-173398 特開2007−111101号公報JP 2007-111101 A 特開平9−56833号公報JP-A-9-56833 http://www/electro−cap.com/http: // www / electro-cap. com / Okamoto,M.,Dan,H.,Sakamoto,K.,Takeo,K.,Oda,I.,Isobe,S.,Suzuki,T.,Kohyama,K.,and Dan,I.“Three−dimensional probabilistic anatomical cranio−cerebral correlation via the international 10−20 system oriented for transcranial functional brain mapping”(NeuroImage 21 99−111(2004))Okamoto, M .; Dan, H .; , Sakamoto, K .; Takeo, K .; Oda, I .; , Isobe, S .; , Suzuki, T .; , Kohyama, K .; , And Dan, I .; “Three-dimensional probabilistic anatomic cranio-cerebral correlation via the international 10-20 system oriented fortran amplification 99 (N) Singh,A.,Okamoto,M.,Dan,H.,Jurcak,V.and Dan,I.“Spatial registration of multi−channel multi−subject fNIRS data to MNI space without MRI”(NeuroImage,7,842−51(2005))Singh, A .; Okamoto, M .; Dan, H .; , Jurkak, V .; and Dan, I .; “Spatial registration of multi-channel multi-subject fNIRS data to MNI space without MRI” (NeuroImage, 7, 842-51 (2005))

近赤外光や脳波による脳機能計測では、頭表の特定位置に信号観測点を設け、その観測点での信号変化を観察及び解析することで脳の働きを理解することができる(前述)。この場合、被験者の頭表上のある位置が観測点となり、脳の働きを知るためには得られた信号の出所が脳の何処の位置に相当するか、すなわち信号観測点と脳機能との対応関係を推定する必要がある。   In brain function measurement using near-infrared light or EEG, a signal observation point is provided at a specific position on the head surface, and the function of the brain can be understood by observing and analyzing signal changes at that observation point (see above) . In this case, a certain position on the subject's head surface becomes the observation point, and in order to know the working of the brain, where the source of the obtained signal corresponds to the position of the brain, that is, between the signal observation point and the brain function It is necessary to estimate the correspondence.

ところが、従来の脳機能計測方法では、頭表を計測する際の精度が低いことや、脳の位置を推定するために被験者頭部のMRIデータが必要となるという問題がある。   However, the conventional brain function measuring method has problems that the accuracy when measuring the head surface is low and that MRI data of the subject's head is required to estimate the position of the brain.

近赤外光での脳機能計測では20mm以下という細かい間隔で、且つ任意の位置を観測点とした計測が可能である。このため、高い位置精度で頭表上のどの位置であっても脳機能の位置を推定したいという要望がある。   In brain function measurement with near-infrared light, it is possible to perform measurement with a fine interval of 20 mm or less and an arbitrary position as an observation point. For this reason, there is a demand for estimating the position of the brain function at any position on the head surface with high position accuracy.

また、被験者頭部のMRIデータを得るためには一部の病院や研究機関・大学でしか設置されていないMRI計測装置を使用する必要があり、近赤外光や脳波による脳機能計測のためにこのような高価な装置を用意することは一般に難しい。   In addition, in order to obtain MRI data of the subject's head, it is necessary to use an MRI measuring apparatus that is installed only in some hospitals, research institutions, and universities. For brain function measurement using near-infrared light or brain waves It is generally difficult to prepare such an expensive device.

本発明は上述した技術的課題を勘案したものであり、その主な目的は、被験者の頭表位置から脳機能を高精度に推定することができる、優れた脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。   The present invention takes into account the technical problems described above, and its main purpose is to provide an excellent brain function site estimation system and brain function site capable of estimating brain function from the head surface position of the subject with high accuracy. An estimation method, a scalp shape measurement support device, a scalp shape measurement support method, and a computer program are provided.

本発明のさらなる目的は、頭皮の信号観測点と脳機能との対応関係を高精度に推定することができる、優れた脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。   A further object of the present invention is to provide an excellent brain function site estimation system, brain function site estimation method, scalp shape measurement support device, and scalp capable of accurately estimating the correspondence between scalp signal observation points and brain functions. To provide a shape measurement support method and a computer program.

本発明のさらなる目的は、被験者のMRIデータを用いずに、頭皮の信号観測点と脳機能との対応関係を高精度に推定することができる、優れた脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。   A further object of the present invention is to provide an excellent brain function site estimation system and brain function site estimation capable of accurately estimating the correspondence between scalp signal observation points and brain functions without using MRI data of a subject. A method, a scalp shape measurement support device, a scalp shape measurement support method, and a computer program are provided.

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第1の側面は、被験者の頭表位置から脳機能を推定する脳機能部位推定システムであって、
測定した被験者の頭表座標と標準脳の頭表座標との関係から、幾何変形によって被験者の特定の頭表位置を標準脳の特定の頭表位置に変換する頭表位置変換手段と、
標準脳頭表及び標準脳を含むMRIデータを用いて、標準脳の頭表位置から最も近い距離にある脳表位置を探索アルゴリズムによって求める脳表位置探索手段と、
標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを推定する脳機能推定手段と、
を具備することを特徴とする脳機能部位推定システムである。
The present invention has been made in view of the above problems, and the first aspect thereof is a brain function site estimation system that estimates brain function from the head surface position of a subject,
From the relationship between the measured head surface coordinates of the subject and the head surface coordinates of the standard brain, a head surface position converting means for converting a specific head surface position of the subject into a specific head surface position of the standard brain by geometric deformation,
A brain surface position searching means for determining a brain surface position closest to the head surface position of the standard brain by a search algorithm using MRI data including the standard brain head surface and the standard brain;
A brain function estimation means for referring to a brain function table assigned to each coordinate of the standard brain and estimating which brain function a specific standard brain position indicates;
It is a brain functional part estimation system characterized by comprising.

また、本発明の第2の側面は、被験者の頭表位置から脳機能を推定する脳機能部位推定システムであって、
被験者の頭表上に設定された複数の基準点における3次元位置情報からなる被験者の頭表形状に関する情報を取得する被験者頭表形状取得手段と、
被験者の頭表に取り付けられた信号観測点の3次元位置情報を、前記の被験者頭表形状に基づいて、標準脳頭表上の対応する位置に変換する頭表位置変換手段と、
前記頭表位置変換手段によって被験者脳頭表上の信号観測点に対応付けられた標準脳頭表位置から標準脳の脳表位置を推定する脳表位置推定手段と、
前記脳表位置推定手段によって推定された標準脳の脳表位置に対応する脳機能を推定する脳機能推定手段と、
を具備することを特徴とする脳機能部位推定システムである。
The second aspect of the present invention is a brain function site estimation system that estimates brain function from the head surface position of a subject,
A subject head surface shape acquisition means for acquiring information on the head surface shape of the subject consisting of three-dimensional position information at a plurality of reference points set on the head surface of the subject;
A head surface position converting means for converting the three-dimensional position information of the signal observation point attached to the subject's head surface into a corresponding position on the standard brain head surface based on the subject head surface shape;
A brain surface position estimating means for estimating a brain surface position of a standard brain from a standard brain head surface position associated with a signal observation point on a subject brain head surface by the head surface position converting means;
A brain function estimating means for estimating a brain function corresponding to the brain surface position of the standard brain estimated by the brain surface position estimating means;
It is a brain functional part estimation system characterized by comprising.

但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置(又は特定の機能を実現する機能モジュール)が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。   However, “system” here refers to a logical collection of a plurality of devices (or functional modules that realize specific functions), and each device or functional module is in a single housing. It does not matter whether or not.

刺激によって生じる脳の現象(情動、認知、記憶など)を定量的に評価するためには、人に刺激を提示して、刺激に関連した脳機能を高い時空間分解能で直接計測すること必要がある。   In order to quantitatively evaluate brain phenomena (emotion, cognition, memory, etc.) caused by stimulation, it is necessary to present the stimulation to a person and directly measure the brain function related to the stimulation with high spatio-temporal resolution. is there.

医療のさまざまな場面で用いられるMRIやfMRIは計測精度が向上しており、fMRIを用いることで被験者に視覚的な刺激を与えてそのときの脳の活性化部位すなわち脳機能を測ることができる。しかしながら、被験者頭部のMRIデータを得るためには一部の病院や研究機関・大学でしか設置されていないMRI計測装置を使用する必要があり、近赤外光や脳波による脳機能計測のためにこのような高価な装置を用意することは一般に難しい。   MRI and fMRI used in various medical scenes have improved measurement accuracy, and by using fMRI, it is possible to give a visual stimulus to a subject and measure the brain activation site, that is, the brain function at that time. . However, in order to obtain MRI data of the subject's head, it is necessary to use an MRI measuring device that is installed only in some hospitals, research institutions, and universities. It is generally difficult to prepare such an expensive device.

これに対し、本発明の第1の側面に係る脳機能部位推定システムによれば、まず測定した被験者の頭表座標と標準脳の頭表座標との関係から、幾何変形によって被験者の特定の頭表位置を標準脳の特定の頭表位置に変換し、次いで、標準脳頭表及び標準脳を含むMRIデータを用いて、標準脳の頭表位置から最も近い距離にある脳表位置を探索アルゴリズムによって求め、そして、標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを得るようになっている。したがって、被験者毎のMRIデータは不要であり、被験者の頭表位置から脳機能を高精度に推定することができる。   On the other hand, according to the brain functional region estimation system according to the first aspect of the present invention, the specific head of the subject is determined by geometric deformation based on the relationship between the measured head surface coordinates of the subject and the head surface coordinates of the standard brain. The table position is converted into a specific head surface position of the standard brain, and then the brain surface position nearest to the head surface position of the standard brain is searched using the MRI data including the standard brain head table and the standard brain Then, the brain function table assigned to each coordinate of the standard brain is referred to, and the brain function indicated by the specific standard brain position is obtained. Therefore, MRI data for each subject is unnecessary, and the brain function can be estimated with high accuracy from the head surface position of the subject.

また、本発明の第2の側面に係る脳機能部位推定システムによれば、被験者の頭表上に設定された複数の基準点における3次元位置情報からなる被験者の頭表形状に関する情報を取得しておき、被験者の頭表に取り付けられた信号観測点の3次元位置情報を、前記の被験者頭表形状に基づいて、標準脳頭表上の対応する位置に変換するようになっている。すなわち、験者の頭部における信号観測点の頭表位置を標準脳の頭表位置に空間写像することによって、被験者のMRIデータを用いずに、頭皮の信号観測点と脳機能部位との対応関係を推定することができる。そして、既存の標準脳・標準脳頭表データを用いて標準脳の頭表位置を標準脳の脳表位置に変換することができ、さらに標準脳の脳表位置に対応する脳機能を特定することができる。   In addition, according to the brain functional part estimation system according to the second aspect of the present invention, information on the shape of the head surface of the subject, which includes three-dimensional position information at a plurality of reference points set on the head surface of the subject, is acquired. The three-dimensional position information of the signal observation point attached to the subject's head surface is converted into a corresponding position on the standard brain head surface based on the subject head surface shape. That is, by mapping the head surface position of the signal observation point on the examiner's head to the head surface position of the standard brain, the correspondence between the signal observation point on the scalp and the brain functional part without using the MRI data of the subject. Can be estimated. Then, using the existing standard brain / standard brain head surface data, the head surface position of the standard brain can be converted to the brain surface position of the standard brain, and the brain function corresponding to the brain surface position of the standard brain is specified. be able to.

ここで、本発明の第2の側面に係る脳機能部位推定システムにおいて、前記頭表位置変換手段は、まず、任意の3つの基準点を選んで部分空間を形成する処理を繰り返して、被験者及び標準脳の頭表の各々を複数の部分空間に分割して、各部分空間に斜交座標系を割り当て、被験者の頭表から前記信号観測点の座標位置が含まれる第1の部分空間を特定すると、前記信号観測点の座標位置が含まる標準脳頭表上の第2の部分空間に対応する部分空間を選択し、前記第1及び第2の部分空間の斜交座標間でアフィン変換して、標準脳頭表上での信号観測点を求めることができる。   Here, in the brain functional part estimation system according to the second aspect of the present invention, the head surface position conversion means first repeats the process of selecting any three reference points to form a partial space, Each of the heads of the standard brain is divided into a plurality of subspaces, an oblique coordinate system is assigned to each subspace, and the first subspace including the coordinate position of the signal observation point is identified from the subject's head surface Then, a partial space corresponding to the second partial space on the standard brain brain surface including the coordinate position of the signal observation point is selected, and affine transformation is performed between the oblique coordinates of the first and second partial spaces. Thus, the signal observation point on the standard brain surface can be obtained.

また、前記被験者頭表形状取得手段は、被験者の頭表上において国際10−20システム又はこれを基にした規格によって定められた複数の規準位置を特定することによって、被験者の頭表形状に関する情報を取得することができる。   In addition, the subject head surface shape obtaining means specifies information on the head surface shape of the subject by specifying a plurality of reference positions defined by the international 10-20 system or a standard based on the international 10-20 system on the head surface of the subject. Can be obtained.

また、本発明の第3の側面は、被験者の頭表上において国際10−20システム又はこれを基にした規格によって定められた複数の規準位置を特定することによってその頭皮形状の測定作業を支援する頭皮形状測定支援装置であって、
空間の3次元位置情報を計測する3次元位置計測手段と、
3次元位置計測装置から出力される3次元位置情報を演算処理する演算処理手段と、
前記3次元位置計測手段により計測され、又は前記演算処理手段により演算処理された3次元位置情報に関する画面を提示するディスプレイと、
オペレータが前記3次元位置計測手段を用いて被験者の頭表上で測定した4つの基準位置Nz(鼻根)、Iz(頭蓋骨後部の突起先端)、LPA(左耳介点)、RPA(右耳介点)の位置を保持する手段と、
Nz−IzとLPA−RPAの2線分の中間点を結ぶ直線と頭表面と交わる点をCz(中心部)として仮測定を行なう際に、前記ディスプレイ上でNz−IzとLPA−RPAの2線分の中間点を結ぶ直線を3次元表示するとともに、仮のCzの計測目標位置と前記3次元位置計測手段を用いて測定されている現在位置との関係を示すCz仮測定支援手段と、
前記Cz仮測定支援手段による支援を通じてオペレータが測定した仮のCzの位置を保持する手段と、
Nz−仮のCz−Iz間の距離測定を行なう際に、前記ディスプレイ上で4つの基準位置Nz、Iz、LPA、RPA、並びに、Nz−仮のCz−Iz間を結ぶ直線を3次元表示し、Nz、Iz、Czの合計3点を通る直線上の頭表位置でオペレータが複数点を計測するのを支援するとともに、オペレータが前記3次元位置計測手段を用いて該直線上の頭表位置で計測した複数点を経由してNzとIzの間を繋ぐパラメトリック曲線を生成して3次元表示するNz−仮のCz−Iz間距離測定支援手段と、
Nz及びIzを繋ぐ前記パラメトリック曲線の中間点を正式なCzの位置に決定するとともに、前記パラメトリック曲線上に分布している4つの基準点Fpz、Fz、Pz、及びOzを決定するNz−仮のCz−Iz間距離測定手段と、
該決定された(正式の)Czと、4つの基準点Fpz、Fz、Pz、及びOzの位置を保持する手段と、
前記の既に確定した基準点Nz、Iz、LPA、RPA、Cz、Fpz、Fz、Pz、Ozを用い、3つの直線LPA−Cz−RPA、Fpz−T3−Oz、 Fpz−T4−Ozのそれぞれについて、前記ディスプレイ上で直線を3次元表示してオペレータの計測を支援するとともに、該直線上の頭表位置でオペレータが計測した複数点を経由して繋ぐパラメトリック曲線を生成してその距離を測定するLPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、Fpz−T4−Oz間距離測定手段と、
前記LPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、Fpz−T4−Oz間距離測定手段による測定結果に基づいて、前記LPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、Fpz−T4−Oz間を繋ぐ各パラメトリック曲線上で各基準点C3、C4、T3、T4、Fp1、Fp2、F7、F8、T5、T6、O1、O2の位置を決定する手段と、
該決定された各基準点C3、C4、T3、T4、Fp1、Fp2、F7、F8、T5、T6、O1、O2の位置を保持する手段と、
3つの基準点F7、Fz、F8を含む平面内で線分F7−Fzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点F3として決定し、3つの基準点F7、Fz、F8を含む平面内で線分F8−Fzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点F4として決定し、3つの基準点T5、Pz、T6を含む平面内で線分T5−Pzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点P3として決定し、3つの基準点T5、Pz、T6を含む平面内で線分T6−Pzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点P4として決定する手段と、
該決定された各基準点F3、F4、P3、及びP4を保持する手段と、
を具備することを特徴とする頭皮形状測定支援装置である。
In addition, the third aspect of the present invention supports the scalp shape measurement work by specifying a plurality of reference positions defined by the international 10-20 system or a standard based thereon on the subject's head surface. A scalp shape measurement support device,
3D position measurement means for measuring 3D position information in space;
Arithmetic processing means for arithmetically processing the three-dimensional position information output from the three-dimensional position measuring device;
A display that presents a screen related to the three-dimensional position information that is measured by the three-dimensional position measuring means or that has been arithmetically processed by the arithmetic processing means;
Four reference positions Nz (nasal root), Iz (protrusion tip of the posterior skull), LPA (left auricle point), RPA (right ear) measured by the operator on the head surface of the subject using the three-dimensional position measuring means. Means for maintaining the position of the intermediary point);
When a temporary measurement is performed using Cz (center portion) as a point where a straight line connecting the midpoint of two line segments of Nz-Iz and LPA-RPA intersects the head surface, 2 of Nz-Iz and LPA-RPA is displayed on the display. A Cz temporary measurement support means for displaying a relationship between a temporary Cz measurement target position and a current position measured using the three-dimensional position measurement means;
Means for holding a temporary Cz position measured by an operator through support by the Cz temporary measurement support means;
When measuring the distance between Nz-provisional Cz-Iz, the three reference lines Nz, Iz, LPA, RPA, and the straight line connecting Nz-provisional Cz-Iz are displayed on the display in three dimensions. , Nz, Iz, and Cz, the operator can measure a plurality of points at a head surface position on a straight line passing through a total of three points, and the operator can use the three-dimensional position measuring means to measure the head surface position on the straight line. Nz-provisional Cz-Iz distance measurement support means for generating a parametric curve connecting Nz and Iz via a plurality of points measured in step 3D and displaying them three-dimensionally;
The intermediate point of the parametric curve connecting Nz and Iz is determined as a formal Cz position, and four reference points Fpz, Fz, Pz, and Oz distributed on the parametric curve are determined. Cz-Iz distance measuring means;
Means for holding the position of the determined (formal) Cz and the four reference points Fpz, Fz, Pz and Oz;
For each of the three straight lines LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, and Fpz-T4-Oz using the already determined reference points Nz, Iz, LPA, RPA, Cz, Fpz, Fz, Pz, Oz. In addition to supporting the operator's measurement by displaying a three-dimensional line on the display, a parametric curve is generated by connecting a plurality of points measured by the operator at the head surface position on the line, and the distance is measured. LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, Fpz-T4-Oz distance measuring means,
Based on the measurement results of the LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, Fpz-T4-Oz distance measuring means, the LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, Fpz-T4- Means for determining the position of each reference point C3, C4, T3, T4, Fp1, Fp2, F7, F8, T5, T6, O1, O2 on each parametric curve connecting Oz;
Means for holding the position of each of the determined reference points C3, C4, T3, T4, Fp1, Fp2, F7, F8, T5, T6, O1, O2;
A point measured by the operator using the three-dimensional position measuring means at a point where the operator crosses the scalp on a straight line connecting the intermediate points of the line segments F7-Fz in a plane including the three reference points F7, Fz, F8 is a reference point F3. The point measured by the operator using the three-dimensional position measuring means at a point where the operator crosses the scalp on a straight line connecting the midpoints of the line segments F8-Fz in a plane including the three reference points F7, Fz, F8. Is determined as a reference point F4, and the operator uses the three-dimensional position measurement means at a point where the operator crosses the scalp on a straight line connecting the midpoints of the line segments T5-Pz in a plane including the three reference points T5, Pz, T6. The measured point is determined as a reference point P3, and the operator moves the three-dimensional position at a point where the operator intersects the scalp on a straight line connecting the midpoints of the line segments T6-Pz in a plane including the three reference points T5, Pz, T6. Measuring hand It means for determining the point of measurement as a reference point P4 with,
Means for holding each determined reference point F3, F4, P3, and P4;
A scalp shape measurement support device.

本発明の第2の側面に係る脳機能部位推定システムでは、前記被験者頭表形状取得手段が被験者に設けられた信号観測点の頭表位置から脳機能を推定する際、被験者の頭表形状測定や、信号観測点の3次元位置計測などに、オペレータによる3次元位置計測装置の操作も必要とする。本発明の第3の側面に係る頭皮形状測定支援装置によれば、かかるオペレータ操作の際には、ユーザ・インターフェースを通じてオペレータの作業負担を軽減することができる。   In the brain functional part estimation system according to the second aspect of the present invention, when the subject head surface shape acquisition means estimates the brain function from the head surface position of the signal observation point provided in the subject, the head surface shape measurement of the subject is performed. In addition, the operator needs to operate the three-dimensional position measuring device for measuring the three-dimensional position of the signal observation point. According to the scalp shape measurement support device according to the third aspect of the present invention, the operator's work burden can be reduced through the user interface during such an operator operation.

また、本発明の第4の側面は、被験者の頭表位置から脳機能を推定するための処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータを、
測定した被験者の頭表座標と標準脳の頭表座標との関係から、幾何変形によって被験者の特定の頭表位置を標準脳の特定の頭表位置に変換する頭表位置変換手段と、
標準脳頭表及び標準脳を含むMRIデータを用いて、標準脳の頭表位置から最も近い距離にある脳表位置を探索アルゴリズムによって求める脳表位置探索手段と、
標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを推定する脳機能推定手段と、
として機能させるためのコンピュータ・プログラムである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a computer program written in a computer-readable format so that a process for estimating a brain function from a head surface position of a subject is executed on the computer. ,
From the relationship between the measured head surface coordinates of the subject and the head surface coordinates of the standard brain, a head surface position converting means for converting a specific head surface position of the subject into a specific head surface position of the standard brain by geometric deformation,
A brain surface position searching means for determining a brain surface position closest to the head surface position of the standard brain by a search algorithm using MRI data including the standard brain head surface and the standard brain;
A brain function estimation means for referring to a brain function table assigned to each coordinate of the standard brain and estimating which brain function a specific standard brain position indicates;
It is a computer program for making it function as.

また、本発明の第5の側面は、被験者の頭表位置から脳機能を推定するための処理をコンピュータ上で実行させるようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータを、 被験者の頭表上に設定された複数の基準点における3次元位置情報からなる被験者の頭表形状に関する情報を取得する被験者頭表形状取得手段と、
被験者の頭表に取り付けられた信号観測点の3次元位置情報を、前記の被験者頭表形状に基づいて、標準脳頭表上の対応する位置に変換する頭表位置変換手段と、
前記頭表位置変換手段によって被験者脳頭表上の信号観測点に対応付けられた標準脳頭表位置から標準脳の脳表位置を推定する脳表位置推定手段と、
前記脳表位置推定手段によって推定された標準脳の脳表位置に対応する脳機能を推定する脳機能推定手段と、
として機能させるためのコンピュータ・プログラムである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a computer program written in a computer-readable format so that a process for estimating a brain function from a head surface position of a subject is executed on the computer. Subject head surface shape acquisition means for acquiring information on the subject's head surface shape consisting of three-dimensional position information at a plurality of reference points set on the subject's head surface;
A head surface position converting means for converting the three-dimensional position information of the signal observation point attached to the subject's head surface into a corresponding position on the standard brain head surface based on the subject head surface shape;
A brain surface position estimating means for estimating a brain surface position of a standard brain from a standard brain head surface position associated with a signal observation point on a subject brain head surface by the head surface position converting means;
A brain function estimating means for estimating a brain function corresponding to the brain surface position of the standard brain estimated by the brain surface position estimating means;
It is a computer program for making it function as.

また、本発明の第6の側面は、オペレータが空間の3次元位置情報を計測する3次元位置計測手段を用いて被験者の頭表上において国際10−20システム又はこれを基にした規格によって定められた複数の規準位置を特定することによってその頭皮形状の測定作業を支援するための処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータを、
オペレータが前記3次元位置計測手段を用いて被験者の頭表上で測定した4つの基準位置Nz(鼻根)、Iz(頭蓋骨後部の突起先端)、LPA(左耳介点)、RPA(右耳介点)の位置を保持する手段と、
Nz−IzとLPA−RPAの2線分の中間点を結ぶ直線と頭表面と交わる点をCz(中心部)として仮測定を行なう際に、前記ディスプレイ上でNz−IzとLPA−RPAの2線分の中間点を結ぶ直線を3次元表示するとともに、仮のCzの計測目標位置と前記3次元位置計測手段を用いて測定されている現在位置との関係を示すCz仮測定支援手段と、
前記Cz仮測定支援手段による支援を通じてオペレータが測定した仮のCzの位置を保持する手段と、
Nz−仮のCz−Iz間の距離測定を行なう際に、前記ディスプレイ上で4つの基準位置Nz、Iz、LPA、RPA、並びに、Nz−仮のCz−Iz間を結ぶ直線を3次元表示し、Nz、Iz、Czの合計3点を通る直線上の頭表位置でオペレータが複数点を計測するのを支援するとともに、オペレータが前記3次元位置計測手段を用いて該直線上の頭表位置で計測した複数点を経由してNzとIzの間を繋ぐパラメトリック曲線を生成して3次元表示するNz−仮のCz−Iz間距離測定支援手段と、
Nz及びIzを繋ぐ前記パラメトリック曲線の中間点を正式なCzの位置に決定するとともに、前記パラメトリック曲線上に分布している4つの基準点Fpz、Fz、Pz、及びOzを決定するNz−仮のCz−Iz間距離測定手段と、
該決定された(正式の)Czと、4つの基準点Fpz、Fz、Pz、及びOzの位置を保持する手段と、
前記の既に確定した基準点Nz、Iz、LPA、RPA、Cz、Fpz、Fz、Pz、Ozを用い、3つの直線LPA−Cz−RPA、Fpz−T3−Oz、 Fpz−T4−Ozのそれぞれについて、前記ディスプレイ上で直線を3次元表示してオペレータの計測を支援するとともに、該直線上の頭表位置でオペレータが計測した複数点を経由して繋ぐパラメトリック曲線を生成してその距離を測定するLPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、Fpz−T4−Oz間距離測定手段と、
前記LPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、Fpz−T4−Oz間距離測定手段による測定結果に基づいて、前記LPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、Fpz−T4−Oz間を繋ぐ各パラメトリック曲線上で各基準点C3、C4、T3、T4、Fp1、Fp2、F7、F8、T5、T6、O1、O2の位置を決定する手段と、 該決定された各基準点C3、C4、T3、T4、Fp1、Fp2、F7、F8、T5、T6、O1、O2の位置を保持する手段と、
3つの基準点F7、Fz、F8を含む平面内で線分F7−Fzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点F3として決定し、3つの基準点F7、Fz、F8を含む平面内で線分F8−Fzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点F4として決定し、3つの基準点T5、Pz、T6を含む平面内で線分T5−Pzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点P3として決定し、3つの基準点T5、Pz、T6を含む平面内で線分T6−Pzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点P4として決定する手段と、 該決定された各基準点F3、F4、P3、及びP4を保持する手段と、
として機能させるためのコンピュータ・プログラムである。
Further, the sixth aspect of the present invention is defined by an international 10-20 system or a standard based on this on the subject's head surface using a three-dimensional position measuring means by which an operator measures three-dimensional position information of a space. A computer program written in a computer-readable format to execute a process for supporting a scalp shape measurement operation on a computer by specifying a plurality of reference positions,
Four reference positions Nz (nasal root), Iz (protrusion tip of the posterior skull), LPA (left auricle point), RPA (right ear) measured by the operator on the head surface of the subject using the three-dimensional position measuring means. Means for maintaining the position of the intermediary point);
When a temporary measurement is performed using Cz (center portion) as a point where a straight line connecting the midpoint of two line segments of Nz-Iz and LPA-RPA intersects the head surface, 2 of Nz-Iz and LPA-RPA is displayed on the display. A Cz temporary measurement support means for displaying a relationship between a temporary Cz measurement target position and a current position measured using the three-dimensional position measurement means;
Means for holding a temporary Cz position measured by an operator through support by the Cz temporary measurement support means;
When measuring the distance between Nz-provisional Cz-Iz, the three reference lines Nz, Iz, LPA, RPA, and the straight line connecting Nz-provisional Cz-Iz are displayed on the display in three dimensions. , Nz, Iz, and Cz, the operator can measure a plurality of points at a head surface position on a straight line passing through a total of three points, and the operator can use the three-dimensional position measuring means to measure the head surface position on the straight line. Nz-provisional Cz-Iz distance measurement support means for generating a parametric curve connecting Nz and Iz via a plurality of points measured in step 3D and displaying them three-dimensionally;
The intermediate point of the parametric curve connecting Nz and Iz is determined as a formal Cz position, and four reference points Fpz, Fz, Pz, and Oz distributed on the parametric curve are determined. Cz-Iz distance measuring means;
Means for holding the position of the determined (formal) Cz and the four reference points Fpz, Fz, Pz and Oz;
For each of the three straight lines LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, and Fpz-T4-Oz using the already determined reference points Nz, Iz, LPA, RPA, Cz, Fpz, Fz, Pz, Oz. In addition to supporting the operator's measurement by displaying a three-dimensional line on the display, a parametric curve is generated by connecting a plurality of points measured by the operator at the head surface position on the line, and the distance is measured. LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, Fpz-T4-Oz distance measuring means,
Based on the measurement results of the LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, Fpz-T4-Oz distance measuring means, the LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, Fpz-T4- Means for determining the position of each reference point C3, C4, T3, T4, Fp1, Fp2, F7, F8, T5, T6, O1, O2 on each parametric curve connecting Oz, and each determined reference point Means for holding the positions of C3, C4, T3, T4, Fp1, Fp2, F7, F8, T5, T6, O1, O2,
A point measured by the operator using the three-dimensional position measuring means at a point where the operator crosses the scalp on a straight line connecting the intermediate points of the line segments F7-Fz in a plane including the three reference points F7, Fz, F8 is a reference point F3. The point measured by the operator using the three-dimensional position measuring means at a point where the operator crosses the scalp on a straight line connecting the midpoints of the line segments F8-Fz in a plane including the three reference points F7, Fz, F8. Is determined as a reference point F4, and the operator uses the three-dimensional position measurement means at a point where the operator crosses the scalp on a straight line connecting the midpoints of the line segments T5-Pz in a plane including the three reference points T5, Pz, T6. The measured point is determined as a reference point P3, and the operator moves the three-dimensional position at a point where the operator intersects the scalp on a straight line connecting the midpoints of the line segments T6-Pz in a plane including the three reference points T5, Pz, T6. Measuring hand It means for determining the point of measurement as a reference point P4 using, and means for holding the respective reference points determined F3, F4, P3, and P4,
It is a computer program for making it function as.

本発明の第4乃至6の各側面に係るコンピュータ・プログラムは、コンピュータ上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムを定義したものである。換言すれば、本発明の第4乃至6の各側面に係るコンピュータ・プログラムをコンピュータにインストールすることによって、コンピュータ上では協働的作用が発揮され、本発明の第1乃至第3の各側面に係る脳機能部位推定システム若しくは頭皮形状測定支援装置と同様の作用効果を得ることができる。   The computer program according to each of the fourth to sixth aspects of the present invention defines a computer program described in a computer-readable format so as to realize predetermined processing on the computer. In other words, by installing the computer program according to the fourth to sixth aspects of the present invention in the computer, a cooperative action is exhibited on the computer, and the first to third aspects of the present invention are achieved. The same function and effect as those of the brain function site estimation system or scalp shape measurement support device can be obtained.

本発明によれば、被験者の頭表位置から脳機能を高精度に推定することができる、優れた脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。   According to the present invention, an excellent brain function site estimation system and brain function site estimation method, a scalp shape measurement support device, and a scalp shape measurement support method, which can estimate a brain function from a head surface position of a subject with high accuracy, In addition, a computer program can be provided.

また、本発明によれば、頭皮の信号観測点と脳機能との対応関係を高精度に推定することができる、優れた脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。   In addition, according to the present invention, an excellent brain function site estimation system, brain function site estimation method, scalp shape measurement support device, and scalp shape measurement support device capable of estimating the correspondence between the scalp signal observation point and the brain function with high accuracy, A scalp shape measurement support method and a computer program can be provided.

また、本発明によれば、3次元位置計測装置のみを用いて、頭皮の信号観測点と脳機能との対応関係を高精度に推定することができる、優れた脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。   In addition, according to the present invention, an excellent brain function site estimation system and brain function that can estimate the correspondence between scalp signal observation points and brain functions with high accuracy using only a three-dimensional position measurement device. A site estimation method, a scalp shape measurement support device, a scalp shape measurement support method, and a computer program can be provided.

本発明に係る脳機能部位推定システムによれば、被験者毎のMRIデータは不要である。また、脳機能部位を推定する位置精度は幾何変形アルゴリズムに依存するが、頭表を領域に分割し、領域毎に幾何変形を行なうことで精度を確保することができる。   According to the brain functional region estimation system according to the present invention, MRI data for each subject is not necessary. Moreover, although the position accuracy for estimating the brain function site depends on the geometric deformation algorithm, the accuracy can be ensured by dividing the head surface into regions and performing geometric deformation for each region.

本発明は、例えば近赤外光イメージング装置を用いて脳計測実験を行なう際に適用することによって、被験者の頭表に装着した信号観測点が脳のどの機能部位に対応しているのかを正確に推定することができる。   The present invention can be applied to, for example, a brain measurement experiment using a near-infrared light imaging apparatus to accurately determine which functional part of the brain corresponds to the signal observation point attached to the subject's head surface. Can be estimated.

本発明は、頭表の特定位置に信号観測点を設ける脳機能計測分野に適用することができ、簡便で且つ高精度に頭表位置から脳機能を推定することが可能となり、脳機能信号計測によって得られるデータの解釈に大きな発展を期待することができる。   The present invention can be applied to the field of brain function measurement in which a signal observation point is provided at a specific position on the head surface, and it is possible to estimate brain function from the head surface position easily and with high accuracy. We can expect great development in the interpretation of the data obtained by

本発明に係る脳機能部位推定装置によれば、頭表上の位置と脳機能との対応関係を確認しながら信号観測点を決定することができるので、脳機能信号を取り出したい信号観測点を探索して選んだ後に、脳機能信号計測を始めることができる。   According to the brain function site estimation apparatus according to the present invention, the signal observation point can be determined while confirming the correspondence between the position on the head surface and the brain function. After searching and selecting, brain function signal measurement can be started.

また、本発明に係る頭皮形状測定支援装置を用いて計測した被験者の頭皮形状を保存しておけば、同一被験者で再利用が可能であり、複数回にまたがった計測であっても、信号観測点の位置再現性を確保することができる。   In addition, if the scalp shape of the subject measured using the scalp shape measurement support device according to the present invention is stored, it can be reused by the same subject, and signal observation is possible even when measurement is performed multiple times. The position reproducibility of the point can be ensured.

本発明は、将来の非浸襲脳機能計測分野においても広く適用される可能性を秘めており、例えば非浸襲ブレイン・マシン・インターフェースへの適用も十分に考えられる。   The present invention has the potential to be widely applied in the field of non-invasive brain function measurement in the future. For example, it can be sufficiently applied to a non-invasive brain-machine interface.

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。   Other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from more detailed description based on embodiments of the present invention described later and the accompanying drawings.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1には、本発明に係る脳機能部位推定方法の手順を模式的に示している。図示の方法では、以下のステップ(1)〜(3)により被験者の頭表位置から脳機能を推定するようになっている。
(1)測定した被験者の頭表座標と標準脳の頭表座標との関係から、幾何変形によって被験者の特定の頭表位置を標準脳の特定の頭表位置に変換する。
(2)標準脳頭表及び標準脳を含むMRIデータを用いて、標準脳の頭表位置から最も近い距離にある脳表位置を探索アルゴリズムによって求める。
(3)標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを得る。
FIG. 1 schematically shows a procedure of a brain function site estimation method according to the present invention. In the illustrated method, the brain function is estimated from the head surface position of the subject by the following steps (1) to (3).
(1) The specific head surface position of the subject is converted into the specific head surface position of the standard brain by geometric deformation from the relationship between the measured head surface coordinates of the subject and the head surface coordinates of the standard brain.
(2) A brain surface position closest to the head surface position of the standard brain is obtained by a search algorithm using the MRI data including the standard brain head surface and the standard brain.
(3) By referring to the brain function table assigned to each coordinate of the standard brain, it is obtained which brain function the specific standard brain position indicates.

図1に示した脳機能部位推定方法では、被験者毎のMRIデータは不要である。また、脳機能部位を推定する位置精度は幾何変形アルゴリズムに依存するが、頭表を領域に分割し、領域毎に幾何変形を行なうことで精度を確保することができる。   In the brain functional site estimation method shown in FIG. 1, MRI data for each subject is not necessary. Moreover, although the position accuracy for estimating the brain function site depends on the geometric deformation algorithm, the accuracy can be ensured by dividing the head surface into regions and performing geometric deformation for each region.

近赤外分光測光や脳波など頭皮での脳機能計測では、被験者の頭表上のある位置が観測点となり、脳の働きを知るためには得られた信号の出所が脳の何処の位置に相当するか(すなわち脳機能部位)を推定する必要がある。頭表を観測点とする脳機能計測において、信号観測点と脳機能との対応関係を推定することが普遍的な技術的課題であることは、既に述べた通りである。   In brain function measurement on the scalp, such as near-infrared spectrophotometry and electroencephalogram, a position on the subject's head is the observation point, and the source of the obtained signal is located anywhere in the brain in order to know how the brain works. It is necessary to estimate whether it corresponds (that is, a brain functional part). As described above, in the brain function measurement using the head surface as the observation point, estimating the correspondence between the signal observation point and the brain function is a universal technical problem.

脳波による脳機能計測では、国際10−20システムで定義されている基準点を信号観測点とし、頭表位置に設定された各基準点を調べる市販の器具を用いて脳は計測を行なうことができる(また、国際10−20システムを拡張した国際10−10システムなど、国際10−20システムを基にした規格も存在する)。他方、近赤外光での脳機能計測では20mm以下という細かい間隔で、且つ任意の位置を観測点とした計測が可能であることから、高い位置精度で頭表上のどの位置であっても脳機能の位置を推定することが要求されている。   In brain function measurement using electroencephalograms, the reference point defined in the international 10-20 system is used as a signal observation point, and the brain can measure using a commercially available instrument that examines each reference point set at the head surface position. Yes, there are also standards based on the international 10-20 system, such as the international 10-10 system, which is an extension of the international 10-20 system. On the other hand, in brain function measurement with near-infrared light, it is possible to measure with a fine interval of 20 mm or less and an arbitrary position as an observation point. There is a demand for estimating the position of brain function.

図1に示した脳機能部位推定方法を適用することによって、被験者の頭表に装着した信号観測点が脳のどの機能部位に対応しているのかを正確に推定することができる。この脳機能部位推定方法によれば、比較的安価な3次元位置計測装置のみを用いて、頭表の任意の位置の信号観測点と脳機能との対応関係を推定することができ、被験者毎のMRIデータを必要としない。   By applying the brain functional part estimation method shown in FIG. 1, it is possible to accurately estimate which functional part of the brain the signal observation point attached to the subject's head surface corresponds to. According to this brain function site estimation method, it is possible to estimate the correspondence between the signal observation point at any position on the head surface and the brain function using only a relatively inexpensive three-dimensional position measurement device. No MRI data is required.

頭皮の信号観測点と脳機能との対応関係を推定するための処理は以下の手順1〜3により構成される。   The process for estimating the correspondence between the signal observation point on the scalp and the brain function is constituted by the following procedures 1 to 3.

手順1:3次元位置計測装置を用いて被験者の頭表形状を測定する。
手順2:3次元位置計測装置を用いて信号観測点を計測し、被験者の頭表での信号観測点の位置から標準脳頭表の位置を空間写像によって得る。
手順3:標準脳頭表の位置から標準脳の脳表での位置を推定し、推定した標準脳の脳表位置からその脳機能を調べる。
Procedure 1: A subject's head surface shape is measured using a three-dimensional position measuring device.
Procedure 2: A signal observation point is measured using a three-dimensional position measurement device, and the position of the standard brain head surface is obtained by spatial mapping from the position of the signal observation point on the subject's head surface.
Procedure 3: The position of the standard brain on the brain surface is estimated from the position of the standard brain head surface, and the brain function is examined from the estimated brain surface position of the standard brain.

図2には、本発明の一実施形態に係る脳機能部位推定システムの概観構成を示している。図示の脳機能部位推定システムは、被験者の頭表形状並びに信号観測点を計測する3次元位置計測装置と、3次元位置計測装置から出力される3次元位置情報を演算処理するコンピュータで構成される。3次元位置計測装置は、空間の3次元位置情報を計測することができる装置であればよく、例えば、米POLHEUS社製のFASTRAKを適用することができる。また、コンピュータは、3次元位置計測装置に接続されて3次元位置情報を入力すると、被験者の頭表での信号点の位置を標準脳頭表での位置に空間写像をとり、さらに標準脳頭表の位置から脳表での位置を推定し、推定した脳表の位置から脳機能部位を推定する処理が実施される。この脳機能部位推定システムによれば、被験者において、その人の頭表に装着した信号観測点の位置が、脳ではどの位置に相当して、そこがどういった脳機能を持つのかを調べることができる。   FIG. 2 shows an overview configuration of a brain function site estimation system according to an embodiment of the present invention. The illustrated brain functional region estimation system includes a three-dimensional position measurement device that measures the head surface shape and signal observation points of a subject, and a computer that performs arithmetic processing on the three-dimensional position information output from the three-dimensional position measurement device. . The three-dimensional position measurement device may be any device that can measure the three-dimensional position information of the space. For example, FASTRAK manufactured by POLHEUS may be applied. In addition, when the computer is connected to a three-dimensional position measurement device and inputs three-dimensional position information, the position of the signal point on the subject's head surface is spatially mapped to the position on the standard brain head surface, and further the standard brain head A process of estimating a position on the brain surface from the position of the table and estimating a brain functional part from the estimated position of the brain table is performed. According to this brain functional region estimation system, in a subject, the position of the signal observation point attached to the person's head surface corresponds to which position in the brain, and what kind of brain function it has Can do.

なお、コンピュータは、3次元位置計測装置から通知される情報を処理するのに加え、3次元グラフィックス、あるいは文字や音によってオペレータが容易に測定を行なうためのユーザ・インターフェース機能をさらに備えていてもよい。   In addition to processing the information notified from the three-dimensional position measuring device, the computer further includes a three-dimensional graphics or a user interface function for the operator to easily perform measurement using characters and sounds. Also good.

図3には、コンピュータのハードウェア構成例を模式的に示している。図示のコンピュータは、制御装置が記憶装置上に展開される環境変数やシステム変数を用いて各種の処理を実行するように構成されている。また、出力装置と入力装置を用いて上記のユーザ・インターフェース機能が実現される。   FIG. 3 schematically shows a hardware configuration example of a computer. The illustrated computer is configured so that the control device executes various processes using environment variables and system variables developed on the storage device. Further, the user interface function is realized by using the output device and the input device.

図4には、図3に示したコンピュータ上で3次元位置情報の処理(より具体的には、被験者の頭表位置と脳機能部位との対応関係の推定処理)を行なうための機能的構成を模式的に示している。   FIG. 4 shows a functional configuration for performing three-dimensional position information processing (more specifically, processing for estimating the correspondence between the head surface position of the subject and the brain function site) on the computer shown in FIG. Is schematically shown.

入力モジュール群は、3次元位置計測値入力部と、マウス・キーボード入力部を含んでいる。   The input module group includes a three-dimensional position measurement value input unit and a mouse / keyboard input unit.

3次元位置計測値入力部は、3次元位置計測装置からコンピュータへ随時送られてくる3次元位置情報を取得する役割を持つ。送られて来たデータを画面上に表示するために、画面出力モジュール(後述)へ3次元位置情報を送信する他、データの保持や演算のために計測進行状態の管理モジュールへも3次元情報を送信する。   The three-dimensional position measurement value input unit has a role of acquiring three-dimensional position information transmitted from the three-dimensional position measurement device to the computer as needed. In order to display the sent data on the screen, in addition to sending the 3D position information to the screen output module (described later), the 3D information is also sent to the measurement progress management module for data holding and calculation. Send.

マウス・キーボード入力部を介した管理モジュールへ伝達され、画面表示に関する入力(3次元表示画面への視点変更など)や、計測進行に関する入力の処理(直前計測データの取消やファイルへの保存など)に用いられる。   Input to the management module via the mouse / keyboard input unit, input related to screen display (change of viewpoint to 3D display screen, etc.), input processing related to measurement progress (cancellation of previous measurement data, saving to file, etc.) Used for.

出力モジュール群は、画面出力部と、サウンド出力部を含んでいる。   The output module group includes a screen output unit and a sound output unit.

画面出力部は、被験者の頭表上で国際10−20システム又はこれを基にした規格が定める基準点を測定する際の、各基準点の3次元位置情報を表示する画面を出力する。この画面上にさらに補助線や数値を表示することで、オペレータが定められた計測順序の中で次に計測すべき位置を容易に見つけられるようサポートする、重要な役割を持つ。   The screen output unit outputs a screen that displays the three-dimensional position information of each reference point when measuring the reference point defined by the international 10-20 system or a standard based on the international 10-20 system on the head surface of the subject. By further displaying auxiliary lines and numerical values on this screen, it has an important role of supporting the operator to easily find the position to be measured next in the predetermined measurement order.

サウンド出力部は、画面出力部の動作と連動して、必要な場面で適切なサウンドを出力し測定者の計測補助を行なう。オペレータは主に被験者の頭部を観察しながら計測を行う必要があり、画面出力で計測情報を随時確認することが困難を伴うことがある。その場合、目線を移動させずに利用できる音による情報は非常に有用である。特に、Nz−仮Cz−Iz間の距離測定(後述)のような連続的に複数点を計測する場面では、画面出力だけの場合と比べて計測時間の大幅な短縮が図れる。   The sound output unit cooperates with the operation of the screen output unit to output an appropriate sound in a necessary scene to assist the measurer in measurement. The operator mainly needs to perform the measurement while observing the head of the subject, and it may be difficult to check the measurement information at any time with the screen output. In that case, information based on sound that can be used without moving the line of sight is very useful. In particular, in a case where a plurality of points are continuously measured, such as distance measurement between Nz and provisional Cz-Iz (described later), the measurement time can be greatly reduced as compared with the case of only screen output.

保持モジュール群は、被験者の頭皮から計測した頭表の3次元位置に関する頭表計測・演算データや、あらかじめ求められた標準脳の頭表座標データなどを保持している。   The holding module group holds the head surface measurement / calculation data related to the three-dimensional position of the head surface measured from the scalp of the subject, the head surface coordinate data of the standard brain obtained in advance, and the like.

頭表計測・演算データは、出力モジュールや演算モジュールから使用される。計測データを基に演算モジュールによって算出されたデータもここで保持される。   Head surface measurement / calculation data is used from an output module or a computation module. Data calculated by the calculation module based on the measurement data is also held here.

標準脳の頭表座標データは、被験者の頭表に設定した脳計測観測位置から標準脳頭表位置を求めるため、並びに、3次元画面上への出力の際に用いられる。   The standard brain head surface coordinate data is used for obtaining the standard brain head surface position from the brain measurement observation position set on the subject's head surface and when outputting to the three-dimensional screen.

管理モジュール群は、入力、出力、保持、並びに演算のすべてのモジュール群と関係を持ち、3次元位置計測地の画面出力、マウス・キーボードを介したユーザの指示に応じた直前計測値の取消(Undo)やファイル保存、計測手順の進行状態に適応した画面並びにサウンド出力、計測手順の進行地謡に応じた演算モジュールにおける演算・保持データ更新などの計測進行状態の管理を行なう。   The management module group is related to all module groups for input, output, hold, and calculation, and outputs the screen of the 3D position measurement location, cancels the previous measurement value according to the user's instruction via the mouse / keyboard ( (Undo), file storage, screen and sound output adapted to the progress state of the measurement procedure, and management of the measurement progress state such as calculation / retention data update in the operation module according to the progress position of the measurement procedure.

演算モジュール群は、2線分中間点を結ぶ直線の算出部、パラメトリック曲線補間部、平面内2点間の中間点を結ぶ直線の算出部、点と直線との距離の演算部、頭表の複数の3次元部分空間への分割部、被験者頭表上の位置から標準脳頭表上での位置の算出部を含んでいる。   The calculation module group includes a straight line calculation unit connecting the midpoints of the two segments, a parametric curve interpolation unit, a straight line calculation unit connecting the midpoints between the two points in the plane, a calculation unit for the distance between the points and the straight line, A division unit into a plurality of three-dimensional subspaces and a calculation unit for a position on the standard brain surface from a position on the subject's head surface are included.

2線分中間点を結ぶ直線の算出部は、頭表上2つの計測点から、その中間点を計測する際に利用する演算モジュールである。   A straight line calculation unit that connects two line segment intermediate points is an arithmetic module that is used when measuring an intermediate point from two measurement points on the head surface.

パラメトリック曲線補間部は、離散的な3次元位置情報から特定区間の距離を求める際に利用する演算モジュールである。   The parametric curve interpolation unit is an arithmetic module used when obtaining the distance of a specific section from discrete three-dimensional position information.

平面内2点間の中間点を結ぶ直線の算出部は、頭皮上3つの計測点から、そのうちの2点の中間点を計測する際に利用する演算モジュールである。   A straight line calculation unit connecting intermediate points between two points in the plane is an arithmetic module used when measuring two intermediate points from three measurement points on the scalp.

点と直線との距離の演算部は、点と直線を結ぶ最短距離を演算するモジュールであり、オペレータの3次元計測支援のために随時使用される。上記の各演算モジュールで算出された直線と、頭表計測オペレータが現在指し示している3次元位置との距離をこの演算モジュールで算出し、リアルタイムに画面や音を通して通知することで、オペレータの負荷低減に大きな役割を果たすことができる(後述)。   The calculation unit for the distance between a point and a straight line is a module that calculates the shortest distance connecting the point and the straight line, and is used as needed to support the operator's three-dimensional measurement. The calculation module calculates the distance between the straight line calculated by each of the above-mentioned calculation modules and the three-dimensional position currently indicated by the head surface measurement operator, and notifies the operator through real-time screens and sounds to reduce the load on the operator. It can play a big role (described later).

頭表の複数の3次元部分空間への分割部は、複数の3次元位置情報を三角形の集合に再編し、それぞれの3角形を別の3次元空間とみなすことで、頭表を複数の3次元部分空間へ分割する演算モジュールである。   The division unit of the head surface into a plurality of three-dimensional subspaces reorganizes the plurality of three-dimensional position information into a set of triangles, and regards each triangle as another three-dimensional space, thereby making the head table a plurality of three-dimensional spaces. It is an arithmetic module that divides into a dimensional subspace.

被験者頭表上の位置から標準脳頭表上での位置の算出部は、被験者頭皮上のある3次元位置から、標準脳頭表上での3次元位置を求めるモジュールである。   The position calculation unit from the position on the subject's head surface to the position on the standard brain head surface is a module for obtaining the three-dimensional position on the standard brain head surface from a certain three-dimensional position on the subject's scalp.

以下では、図2に示した脳機能部位推定システム上で実行される各手順について紹介する。但し、手順3において標準脳の頭表位置を脳表位置へ変換する方法と、標準脳の脳表位置に対応する脳機能を特定する方法は当業界において既に知られているので、以下では手順1並びに手順2についてのみ扱う。   Below, each procedure performed on the brain functional region estimation system shown in FIG. 2 will be introduced. However, since the method of converting the head surface position of the standard brain to the brain surface position in the procedure 3 and the method of specifying the brain function corresponding to the brain surface position of the standard brain are already known in the art, the procedure is described below. Only 1 and procedure 2 are handled.

手順1:
手順1では、3次元位置計測装置を用いて被験者の頭表形状を測定する。この処理で得られたデータの精度は手順2以降に強い影響を及ぼすため、高い位置精度が要求される。頭表計測を行うオペレータの負荷を低減しながら迅速に頭表形状を測定し、得られたデータの高い位置精度を確保するため、本発明者らは、以下の4つの要素を複合的に利用した手法を考案した。
Step 1:
In procedure 1, the head surface shape of the subject is measured using a three-dimensional position measuring device. Since the accuracy of the data obtained by this processing has a strong influence on the procedure 2 and subsequent steps, high position accuracy is required. In order to quickly measure the head surface shape while reducing the burden on the operator who performs head surface measurement and to ensure high positional accuracy of the obtained data, the present inventors use the following four elements in combination. I devised the technique.

(1)2線分の中間点を結ぶ直線
(2)平面内2点間の中間点を結ぶ直線
(3)パラメトリック曲線を用いた離散的な位置情報の補間
(4)ユーザ・インターフェースによるオペレータの負荷軽減
(1) A straight line connecting the midpoints of two line segments (2) A straight line connecting the midpoints between two points in the plane (3) Interpolation of discrete position information using a parametric curve (4) Operator's interface by user interface Load reduction

また、被験者の頭皮形状の測定は、国際10−20システム(前述)又はこれを基にした規格によって定められた頭表上にある複数の基準位置を特定することによって行なう。図5には、国際10−20システムで定められた基準位置を示しているが、頭表と脳部位との位置関係に個人差がないことが確認されている。本発明は頭表と脳との位置関係を調べることが主な目的であり、国際10−20システムを好適に利用することができる。   The scalp shape of the subject is measured by specifying a plurality of reference positions on the head surface defined by the International 10-20 System (described above) or a standard based on the system. FIG. 5 shows the reference position defined by the international 10-20 system, but it has been confirmed that there is no individual difference in the positional relationship between the head surface and the brain region. The main purpose of the present invention is to examine the positional relationship between the head surface and the brain, and the international 10-20 system can be suitably used.

図6には、被験者の頭表の基準位置を測定することによる頭皮形状の測定手順をフローチャートの形式で示している。   FIG. 6 shows a scalp shape measurement procedure by measuring the reference position of the subject's head surface in the form of a flowchart.

まず、オペレータは、3次元位置計測装置を用いて、直接被験者の頭部形状を確認しながら特定が可能な4つの基準位置[Nz(鼻根),Iz(頭蓋骨後部の突起先端),LPA(左耳介点),RPA(右耳介点)]を測定する(ステップS1)。   First, the operator uses a three-dimensional position measuring device to directly identify the subject's head shape while confirming four reference positions [Nz (nasal root), Iz (protrusion tip at the rear of the skull), LPA ( Left auricle point, RPA (right auricle point)] are measured (step S1).

次いで、ステップS1で3次元位置測定を行なった4つの点のうち対向する2組の2点を結ぶ2線分の中間点を結ぶ直線を用いて、Cz(中心部)の仮測定を行なう(ステップS2)。「2線分の中間点を結ぶ直線」の詳細については、後述に譲る。   Next, provisional measurement of Cz (center portion) is performed using a straight line connecting the midpoints of two line segments connecting two sets of two opposing points among the four points subjected to the three-dimensional position measurement in step S1 ( Step S2). Details of the “straight line connecting the midpoints of two lines” will be described later.

仮測定を行なうのがCzの場合、ここで言う2線分はNz−IzとLPA−RPAである。そして、これら2線分の中間点を結ぶ直線と頭表面と交わる点が仮のCzである。ここで、Nz−Iz間とLPA−RPA間が歪みの無い均一な曲線であればそこが中心部となる。現実には、人間の頭部は個々人によって頭部形状に歪みがあるため、ステップS2で測定される点は仮の位置となる。正式なCzの位置は次ステップS3で決定する。   When it is Cz that performs temporary measurement, the two line segments referred to here are Nz-Iz and LPA-RPA. And the point which intersects the straight line which connects the intermediate point of these two line segments, and the head surface is temporary Cz. Here, if there is a uniform curve without distortion between Nz-Iz and between LPA-RPA, this is the center. Actually, since the human head has a distortion in the head shape of each individual, the point measured in step S2 is a temporary position. The official Cz position is determined in the next step S3.

2線分Nz−Iz及びLPA−RPAの中間点を結ぶ直線と頭表面と交わる点を仮のCzとするのは、Cz(中心部)は、NzからIzまで頭部に沿って引いた直線の中間点で、且つ、LPAからRPAまで頭部に沿って引いた直線の中間点である位置とする国際10−20システムの定義に依拠するものである。Nz−Iz間の距離とLPA−RPA間の距離を測るまでCzは定まらず、しかも一度の計測で得たNz−Iz間の距離の中点がLPA−RPA間の距離の中点でなければ繰り返し再計測が必要である。   The point where the straight line connecting the midpoint between the two line segments Nz-Iz and LPA-RPA and the surface of the head intersects with the head surface is Cz. Cz (center part) is a straight line drawn from Nz to Iz along the head. And is based on the definition of the international 10-20 system, which is the midpoint of the straight line drawn along the head from LPA to RPA. Cz is not determined until the distance between Nz-Iz and the distance between LPA and RPA is measured, and the midpoint of the distance between Nz and Iz obtained by one measurement is not the midpoint of the distance between LPA and RPA. Repeated re-measurement is required.

本実施形態では、理想状態(歪みのない均一な曲線)と仮定した場合でのCzを測定し、その点を利用してNz−Iz間の距離測定を行なう。その後、Nz−Iz間の中間点を正式なCzとする。これによって、位置精度を保ちながら繰り返し再計測の手間を省くことが可能になる。   In the present embodiment, Cz is measured under the assumption of an ideal state (a uniform curve without distortion), and the distance between Nz and Iz is measured using this point. Thereafter, the intermediate point between Nz and Iz is defined as formal Cz. As a result, it is possible to save the trouble of repeated remeasurement while maintaining the positional accuracy.

また、本実施形態に係る脳機能部位推定システムでは、オペレータによるこのような繰り返し再計測の作業を支援するようになっている。   Moreover, in the brain function site | part estimation system which concerns on this embodiment, the operation | work of such repeated remeasurement by an operator is supported.

図7には、オペレータがCzの仮測定を行なう際に、コンピュータのディスプレイ上で提示される入力支援画面の構成例を示している。2線分がNz−IzとLPA−RPAである場合、これらの線分は理想的には水平面上で直交する。図7Aは、オペレータによって測定されたこれら4つの基準点を上から眺望した様子を3次元表示している。また、図7Bは、オペレータによって測定されたこれら4つの基準点を斜めから眺望した様子を3次元示している。図示の画面の略中央の太線で描かれた十字の中心が仮のCzの計測目標位置となる。また、各画面に表示された数字は、現在の計測位置と計測目標位置との距離を示している。計測目標位置からの距離が近づくにつれ、距離を表示する文字の色を、例えば黄→橙→赤といった具合に変化させ、あるいは距離に応じた音を鳴らすといったフィードバックを与える。このように、2線分Nz−Iz及びLPA−RPAの中間点を結ぶ直線を3次元グラフィックスで表示し、また文字や色によって仮のCzの計測目標となる位置と3次元位置計測装置によって測定されている現在の位置との関係を明示し、さらに音を用いて迅速に正確な計測が可能になるようにして、ユーザ・インターフェースによるオペレータの負荷低減を図ることができる。   FIG. 7 shows a configuration example of an input support screen presented on the computer display when the operator makes a temporary measurement of Cz. When the two line segments are Nz-Iz and LPA-RPA, these line segments are ideally orthogonal on the horizontal plane. FIG. 7A shows a three-dimensional display of the four reference points measured by the operator as viewed from above. FIG. 7B shows a three-dimensional view of the four reference points measured by the operator viewed from an oblique direction. The center of the cross drawn by the thick line at the approximate center of the screen shown in the figure is the temporary Cz measurement target position. Also, the numbers displayed on each screen indicate the distance between the current measurement position and the measurement target position. As the distance from the measurement target position approaches, feedback is given such as changing the color of the character displaying the distance, for example, from yellow to orange to red, or to sound a sound according to the distance. In this way, a straight line connecting the midpoints of the two line segments Nz-Iz and LPA-RPA is displayed with three-dimensional graphics, and the position to be a temporary Cz measurement target and the three-dimensional position measurement device by characters and colors. It is possible to clarify the relationship with the current position being measured, and to enable quick and accurate measurement using sound, thereby reducing the load on the operator through the user interface.

次いで、パラメトリック曲線を用いた離散的な位置情報の補間に基づいて、Nz−仮Cz−Iz間の距離測定を行なう(ステップS3)。「パラメトリック曲線を用いた離散的な位置情報の補間」の詳細については、後述に譲る。   Next, based on the interpolation of discrete position information using a parametric curve, a distance measurement between Nz and provisional Cz-Iz is performed (step S3). Details of “interpolation of discrete position information using parametric curves” will be described later.

この距離測定時には、ステップS1で測定されたNz及びIzと、ステップS2で得た仮のCzの合計3点を通る直線上の頭表位置を複数点計測する。そして、計測した複数点を経由してNzとIzの間を繋ぐパラメトリック曲線を生成して、距離を測る。その結果、Nz及びIzを繋ぐパラメトリック曲線の中間点の座標が決まり、そこが正式なCzの位置となる。また、計測によって得られたパラメトリック曲線上に分布している4点Fpz、Fz、Pz、及びOzも併せて決定する。   At the time of this distance measurement, a plurality of head surface positions on a straight line passing through a total of three points of Nz and Iz measured in step S1 and provisional Cz obtained in step S2 are measured. Then, a parametric curve connecting Nz and Iz is generated via a plurality of measured points, and the distance is measured. As a result, the coordinates of the intermediate point of the parametric curve connecting Nz and Iz are determined, and this is the official Cz position. Further, the four points Fpz, Fz, Pz, and Oz distributed on the parametric curve obtained by measurement are also determined.

頭表上のある区間の距離を計測する際、3次元位置計測装置による計測はメジャーを用いた計測と状況が異なる。3次元位置計測装置を用いる場合、離散的に得られた3次元位置から距離を算出することになるからである。人間の頭部は複雑な曲面であるため、本実施形態ではパラメトリック曲線を用いて高精度な距離測定を行なうようにしている。   When measuring the distance of a certain section on the head surface, the measurement by the three-dimensional position measurement device is different from the measurement using the measure. This is because when a three-dimensional position measuring device is used, the distance is calculated from discretely obtained three-dimensional positions. Since the human head is a complicated curved surface, in this embodiment, a highly accurate distance measurement is performed using a parametric curve.

また、本実施形態に係る脳機能部位推定システムでは、Nz−仮Cz−Iz間の距離測定を行なう際に、ユーザ・インターフェースを通じてオペレータの作業を支援するようになっている。   Moreover, in the brain function site | part estimation system which concerns on this embodiment, when measuring the distance between Nz-temporary Cz-Iz, an operator's operation | work is supported through a user interface.

図8には、オペレータがNz−仮Cz−Iz間の距離測定を行なう際に、コンピュータのディスプレイ上で提示される入力支援画面の構成例を示している。図8Aは、オペレータによって測定されたこれら4つの基準点[Nz(鼻根),Iz(頭蓋骨後部の突起先端),LPA(左耳介点),RPA(右耳介点)]、並びに仮のCzを上から眺望した様子を3次元表示している。また、図8Bは、既に計測された4つの基準点Nz、Iz、LPA、RPA、並びに仮のCzに加え、Nz、Iz、Czの合計3点を通る直線上の頭表位置でオペレータが計測した複数点を経由してNzとIzの間を繋ぐパラメトリック曲線を斜めから眺望した様子を3次元示している。このとき、オペレータが3次元位置計測装置を用いてNz、Iz、Czの合計3点を通る直線上の頭表位置で計測すると、現在の計測位置と計測目標位置との距離を表す数字が上記の画面内に表示される。また、計測位置が計測目標位置からの距離が近づくにつれ、距離を表示する文字の色を、例えば黄→橙→赤といった具合に変化させ、あるいは距離に応じた音を鳴らすといったフィードバックを与える。   FIG. 8 shows a configuration example of an input support screen presented on the computer display when the operator measures the distance between Nz and provisional Cz-Iz. FIG. 8A shows these four reference points measured by the operator [Nz (nasal root), Iz (protrusion tip of posterior skull), LPA (left pinna), RPA (right pinna)]], and temporary A three-dimensional display of Cz viewed from above. Further, FIG. 8B shows that the operator measures at the head surface position on a straight line passing through the total of three points of Nz, Iz, Cz in addition to the four reference points Nz, Iz, LPA, RPA and temporary Cz that have already been measured. 3D shows a state in which a parametric curve connecting Nz and Iz via a plurality of points is viewed obliquely. At this time, when the operator uses a three-dimensional position measuring device to measure at the head surface position on a straight line passing through a total of three points of Nz, Iz, and Cz, the number representing the distance between the current measurement position and the measurement target position is Displayed on the screen. Further, as the distance from the measurement target position approaches the measurement position, feedback is given such as changing the color of the character displaying the distance, for example, from yellow to orange to red, or sounding a sound according to the distance.

このように、3点Nz、仮Cz、Izを通る直線や計測点、パラメトリック曲線を3次元グラフィックスで表示し、また文字や色によって計測目標となる位置と現在の位置との関係を明示し、さらに音を用いて迅速に正確な計測が可能になる。   In this way, straight lines, measurement points, and parametric curves that pass through the three points Nz, provisional Cz, and Iz are displayed in three-dimensional graphics, and the relationship between the measurement target position and the current position is clearly indicated by characters and colors. In addition, quick and accurate measurement is possible using sound.

次いで、LPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、Fpz−T4−Oz間の距離測定を行なう(ステップS4)。これまでのステップS1〜S3を通じて、基準点Nz、Iz、LPA、RPA、Cz、Fpz、Fz、Pz、Ozの位置が既に確定している。そこで、これらの点を利用して、ステップS3と同様の手順によって、LPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、並びに Fpz−T4−Oz間をそれぞれ繋ぐパラメトリック曲線を生成し、それらの距離測定を順次行なう。そして、これらの距離測定結果を用いて、LPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、並びに Fpz−T4−Oz間を繋ぐ各パラメトリック曲線上で各基準点C3、C4、T3、T4、Fp1、Fp2、F7、F8、T5、T6、O1、O2の位置を決定する。   Next, distances between LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, and Fpz-T4-Oz are measured (step S4). Through the steps S1 to S3 so far, the positions of the reference points Nz, Iz, LPA, RPA, Cz, Fpz, Fz, Pz, Oz have already been determined. Therefore, using these points, a parametric curve that connects LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, and Fpz-T4-Oz, respectively, is generated by the same procedure as step S3. Perform distance measurements sequentially. And using these distance measurement results, each reference point C3, C4, T3, T4, on each parametric curve connecting LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, and Fpz-T4-Oz. The positions of Fp1, Fp2, F7, F8, T5, T6, O1, and O2 are determined.

最後に、基準点F3、F4、P3、及びP4の3次元位置の測定を行なう(ステップS5)。F3、F4、P3、及びP4の位置を特定するために、「平面内2点間の中間点を結ぶ直線」を利用する。「平面内2点間の中間点を結ぶ直線」の詳細については、後述に譲る。   Finally, the three-dimensional positions of the reference points F3, F4, P3, and P4 are measured (step S5). In order to specify the positions of F3, F4, P3, and P4, a “straight line connecting intermediate points between two points in the plane” is used. Details of the “straight line connecting intermediate points between two points in the plane” will be described later.

例えば基準点F3の3次元位置の測定を行なう場合、既に位置が決定されている3つの基準点F7、Fz、F8を含む平面内で線分F7−Fzの中間点を結ぶ直線である。そして、この直線上で頭表面と交わる点においてオペレータが3次元位置計測装置を用いて測定した点を基準点F3として決定する。勿論、上述したステップS1〜S4と同じ処理により距離を測定することでF3の位置を特定することもできる。しかし、距離の測定は数回から数十回に渡る位置測定が必要であり、オペレータの作業負担が過大となるので、ここでは1回の位置測定で直接その位置を特定するようにしている。   For example, when measuring the three-dimensional position of the reference point F3, it is a straight line connecting the midpoints of the line segments F7-Fz in the plane including the three reference points F7, Fz, F8 whose positions have already been determined. And the point which the operator measured using the three-dimensional position measuring device in the point which cross | intersects the head surface on this straight line is determined as the reference point F3. Of course, the position of F3 can also be specified by measuring the distance by the same processing as in steps S1 to S4 described above. However, the distance measurement requires several to several tens of position measurements, and the work burden on the operator is excessive. Therefore, the position is directly specified by one position measurement here.

また、3つの基準点F7、Fz、F8を含む平面内で線分F8−Fzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが3次元位置計測装置を用いて測定した点を基準点F4として決定する。   In addition, a point measured by the operator using a three-dimensional position measuring device at a point where the scalp intersects on a straight line connecting the midpoint of the line segment F8-Fz in a plane including the three reference points F7, Fz, F8. Determine as F4.

また、3つの基準点T5、Pz、T6を含む平面内で線分T5−Pzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが3次元位置計測装置を用いて測定した点を基準点P3として決定する。   In addition, the point measured by the operator using the three-dimensional position measuring device at the point where the scalp intersects the straight line connecting the midpoint of the line segment T5-Pz in the plane including the three reference points T5, Pz, T6 is the reference point. Determine as P3.

また、3つの基準点T5、Pz、T6を含む平面内で線分T6−Pzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが3次元位置計測装置を用いて測定した点を基準点P4として決定する。   Further, a point measured by the operator using a three-dimensional position measuring device at a point where it intersects the scalp on a straight line connecting the midpoints of the line segments T6-Pz in a plane including the three reference points T5, Pz, T6. Determine as P4.

手順1における被験者の頭表形状測定は、国際10−20システムで定義される各基準点の幾何学的な特徴を利用して効率的に実施されるが、オペレータによる3次元位置計測装置の操作も必要とする。本実施形態では、例えば図7や図8を参照しながら説明したように、ユーザ・インターフェースを通じてオペレータの作業負担を軽減しているという点も十分理解されたい。   The measurement of the head surface shape of the subject in the procedure 1 is efficiently performed using the geometric characteristics of each reference point defined by the international 10-20 system. Also need. In this embodiment, as described with reference to FIGS. 7 and 8, for example, it should be well understood that the operator's work load is reduced through the user interface.

2線分の中間点を結ぶ直線:
国際10−20システムでは、図5に示したように、点LPAとRPAとを繋げる頭表上の中点と、点NzとIzとを繋げる頭表上の中点が、1点に交わる位置をCzと定義している。しかしながら、点LPAとRPAの頭表上の中点と、点NzとIzの頭表上の中点が1点に交わる位置をメジャーなどの測定機器によって特定するのは難しい。通常、試行錯誤的に点Czを探す作業となる。
A straight line connecting the midpoints of two lines:
In the international 10-20 system, as shown in FIG. 5, the midpoint on the head surface connecting the points LPA and RPA and the midpoint on the head surface connecting the points Nz and Iz intersect at one point. Is defined as Cz. However, it is difficult to specify the position where the midpoint on the head surface of the points LPA and RPA and the midpoint on the head surface of the points Nz and Iz intersect with one point by a measuring instrument such as a measure. Usually, it is an operation of searching for the point Cz by trial and error.

これに対し、本実施形態では、空間の幾何的な性質を利用して、測定者の負荷を低減しながら精度の高い測定方法を用いている。この測定方法は、2線分Nz−IzとLPA−RPAの中間点を結ぶ直線を用いて仮のCzを一旦測定するものであるが、この方法について詳解する。   On the other hand, in the present embodiment, a highly accurate measurement method is used while reducing the load on the measurer using the geometric properties of the space. In this measurement method, temporary Cz is temporarily measured using a straight line connecting the midpoint between the two line segments Nz-Iz and LPA-RPA. This method will be described in detail.

ステップS1において4つの基準点Nz、Iz、LPA、RPAが決定すると、図9に示すように2つの線分Nz−IzとLPA−RPAを定義することができる。   When the four reference points Nz, Iz, LPA, and RPA are determined in step S1, two line segments Nz-Iz and LPA-RPA can be defined as shown in FIG.

次に、それぞれの線分の中点を求め、各中点をm1、m2と定義する。そして、図10に示すように線分LPA−RPAを法線ベクトルとし点m1を通る平面をΠ1と定義するとともに、図11に示すように線分Nz−Izを法線ベクトルとし点m2を通る平面をΠ2と定義する。 Next, the midpoint of each line segment is obtained, and the midpoints are defined as m 1 and m 2 . Then, the defined as 1 plane Π the line LPA-RPA through to point m 1 and normal vector as shown in FIG. 10, points to a normal vector to the line segment Nz-Iz, as shown in FIG. 11 m The plane passing through 2 is defined as Π2.

このとき、平面Π1上の任意のすべての点が基準点LPA及びRPAから等距離であり、また、平面Π2上の任意のすべての点が基準点Nz及びIzから等距離である。 At this time, all the arbitrary points on the plane Π 1 are equidistant from the reference points LPA and RPA, and all the arbitrary points on the plane Π 2 are equidistant from the reference points Nz and Iz.

そして、図12に示すように、平面Π1とΠ2の交線をL1と定義すると、この直線L1上の任意のすべての点は基準点LPA及びRPAから等距離であるとともに、基準点Nz及びIzから等距離である。 Then, as shown in FIG. 12, when an intersection line between planes Π 1 and Π 2 is defined as L 1 , all arbitrary points on this straight line L 1 are equidistant from the reference points LPA and RPA, and the reference It is equidistant from the points Nz and Iz.

図7に示したオペレータの入力支援画面上では、直線L1を視覚的に提示することによって、オペレータが3次元位置計測装置を用いて直線L1と頭表とが交わる点を特定し易くしている。この直線L1と頭表との交点が仮のCzである。ここで測定された仮のCzと4つの基準点Nz、Iz、LPA、RPAのそれぞれとを結ぶ直線の距離は、図13に示すように等距離であり、被験者の頭表形状(の歪み)が考慮されていない。 Operator input support screen is a shown in FIG. 7, by visually presenting the straight line L 1, and is easy to identify the point at which the operator intersection between the straight line L 1 and the head surface with a three-dimensional position measuring device ing. The intersection of the straight line L 1 and the head surface is a temporary Cz. The distances of the straight lines connecting the temporary Cz measured here and each of the four reference points Nz, Iz, LPA, and RPA are equidistant as shown in FIG. Is not taken into account.

国際10−20システムの定義によれば、Nz及びIzを繋ぐパラメトリック曲線の中間点の座標がCzの位置となる(図14を参照のこと)。正しいCzを得るためには、被験者の頭表形状を測定する必要がある。基準点Nz、仮のCz、及び基準点Izを通る頭表上の曲線を測定するために、図8に示したオペレータの入力支援画面上ではこれらの3点を3次元表示し、離散的な3次元位置測定から頭表上の曲線(パラメトリック曲線)を得る。   According to the definition of the international 10-20 system, the coordinate of the intermediate point of the parametric curve connecting Nz and Iz is the position of Cz (see FIG. 14). In order to obtain correct Cz, it is necessary to measure the head surface shape of the subject. In order to measure the curve on the head surface passing through the reference point Nz, the provisional Cz, and the reference point Iz, these three points are displayed three-dimensionally on the input support screen of the operator shown in FIG. A curve on the head surface (parametric curve) is obtained from the three-dimensional position measurement.

そして、Nz及びIzを繋ぐパラメトリック曲線の中間点の座標が決まり、そこが正式なCzの位置となる。   Then, the coordinates of the intermediate point of the parametric curve connecting Nz and Iz are determined, and this is the official Cz position.

パラメトリック曲線を用いた離散的な位置情報の補間:
国際10−20システムでは、基準点Nz、Iz、Cz間や、基準点LPA、Cz、RPA間など、複数の区間で頭表形状と距離の情報を利用する。メジャーなどの測定機器で被験者の頭部を測ろうとすると、被験者の髪型によって作業が難しくなることがある。
Interpolation of discrete location information using parametric curves:
In the international 10-20 system, information on the head surface shape and distance is used in a plurality of sections such as between the reference points Nz, Iz, and Cz and between the reference points LPA, Cz, and RPA. When trying to measure the subject's head with a measuring device such as a measure, the work may be difficult depending on the subject's hairstyle.

本実施形態では、3次元位置計測装置を使って被験者の頭表上の各点の3次元位置を離散的に測定し、その間をパラメトリック曲線によって補間することで、正確に頭表形状と区間距離を特定する計測方法を採用している。   In this embodiment, the three-dimensional position measurement device is used to discretely measure the three-dimensional position of each point on the subject's head surface and interpolate between them with a parametric curve, so that the head surface shape and the section distance are accurately measured. The measurement method that identifies is adopted.

ここでは、基準点LPA、Cz、RPA間の頭表形状と距離の情報を取得する場合について説明する。   Here, a case where information on the head surface shape and distance between the reference points LPA, Cz, and RPA is acquired will be described.

図6に示したフローチャートのステップS3までの処理が終了した時点で、図15に示すように3つの基準点LPA、Cz、RPAが決定されている。   When the processing up to step S3 in the flowchart shown in FIG. 6 is completed, three reference points LPA, Cz, and RPA are determined as shown in FIG.

次に、図16に示すように(図8と同様)、これらの基準点LPA、Cz、RPAを通る3次元空間上の線分をオペレータに視覚的に提示する。オペレータは、3次元位置計測装置を用いて、この線分間における頭表上の複数の位置を離散的にプロットしていく。その結果、図17に示すように、3つの基準点LPA、Cz、RPAを繋ぐ複数の点が得られる。   Next, as shown in FIG. 16 (similar to FIG. 8), line segments in the three-dimensional space passing through these reference points LPA, Cz, and RPA are visually presented to the operator. The operator uses a three-dimensional position measuring device to discretely plot a plurality of positions on the head surface in this line segment. As a result, as shown in FIG. 17, a plurality of points connecting the three reference points LPA, Cz, and RPA are obtained.

これら3つの基準点LPA、Cz、RPAを通る線分間においてオペレータが3次元位置計測装置を用いてプロットした複数の点を繋ぐために、パラメトリック曲線を用いる。   A parametric curve is used to connect a plurality of points plotted by the operator using a three-dimensional position measuring device in a line segment passing through these three reference points LPA, Cz, and RPA.

本実施形態では、オペレータがプロットした各点の通過を保証し、頭表のように滑らかな曲線を描画できるように、natural cubic splineを採用した。パラメトリック曲線は、以下の式で定義される。勿論、本発明の要旨は特定の離散的な点を曲線に補間する特定の方法に限定されるものではなく、同等の効果の得られる補間式を用いることも可能である。   In the present embodiment, the natural cubic spline is employed so as to guarantee the passage of each point plotted by the operator and to draw a smooth curve like the head surface. The parametric curve is defined by the following equation. Of course, the gist of the present invention is not limited to a specific method of interpolating a specific discrete point into a curve, and an interpolation formula that can obtain an equivalent effect can also be used.

図18には、図17に示す離散的にプロットされた複数の点をパラメトリック曲線で補間した結果を示している。パラメトリック曲線から、頭表形状と距離を測定することができる。   FIG. 18 shows the result of interpolating a plurality of discretely plotted points shown in FIG. 17 with a parametric curve. From the parametric curve, the head surface shape and distance can be measured.

上記の結果を利用すると、国際10−20システムで定義されている他の基準点を自動的に求めることができる。図19には、LPA、Cz、RPAを通るパラメトリック曲線上で他の基準点T3、C3、T4、C4が求められる様子を示している。これらの基準点T3、C3、T4、C4は、図示のように全体長の10%若しくは20%毎に設定された位置で、頭表形状と距離の情報の両方が必要である。   Using the above results, other reference points defined in the international 10-20 system can be automatically determined. FIG. 19 shows how other reference points T3, C3, T4, and C4 are obtained on a parametric curve passing through LPA, Cz, and RPA. These reference points T3, C3, T4, and C4 are positions set every 10% or 20% of the overall length as shown in the drawing, and both the head surface shape and distance information are required.

平面内2点間の中間点を結ぶ直線:
国際10−20システムでは、図5に示すように、基準点F7、Fz、F8を繋げる頭表上の曲線において、F7とFzの中間点をF3と定義している。
A straight line connecting the midpoints between two points in the plane:
In the international 10-20 system, as shown in FIG. 5, in the curve on the head surface connecting the reference points F7, Fz, F8, the intermediate point between F7 and Fz is defined as F3.

通常はメジャーなどの測定機器によって距離を測定する必要がある。これに対し、本実施形態では、空間の幾何学的な性質を利用して、1回の3次元一測定によって、F3を特定する測定方法を用いている。   Usually, it is necessary to measure the distance with a measuring device such as a measure. On the other hand, in the present embodiment, a measurement method for specifying F3 by one three-dimensional one measurement using the geometric property of space is used.

図6に示したフローチャートのステップS4が終了した時点で、3つの基準点F7、Fz、F8が決定され、図20に示すように2つの線分F7−FzとF8−Fzが定義できる。   When step S4 of the flowchart shown in FIG. 6 is completed, three reference points F7, Fz, F8 are determined, and two line segments F7-Fz and F8-Fz can be defined as shown in FIG.

次に、図21に示すように3つの基準点F7、Fz、F8を通る平面をΠ3、2点F7、Fzの中点をm3と定義する。そして、図22に示すように、点m3を通り、線分F7−Fzとは垂直に交わり、平面Π3に属する直線をL2と定義する。直線L2上のすべての点は、点F7とFzから等距離である(図23を参照のこと)。 Next, as shown in FIG. 21, a plane passing through the three reference points F7, Fz, and F8 is defined as Π 3 , and a midpoint between the two points F7 and Fz is defined as m 3 . Then, as shown in FIG. 22, a straight line passing through the point m 3 and intersecting with the line segment F7-Fz perpendicularly and belonging to the plane Π 3 is defined as L 2 . All points on the straight line L 2 are equidistant from the points F7 and Fz (see FIG. 23).

図24には、オペレータが点F3の3次元位置計測を行なう際に、コンピュータのディスプレイ上で提示される入力支援画面の構成例を示している。図24A並びに図24Bに示すように、4つの基準点Nz、Iz、LPA、RPA、並びにこれらに基づいてこれまでに決定されている他の基準点が3次元表示される。点F3は、直線L2と頭表が交わる点であり、図24に示す画面上では、その計測目標位置が十字の中心で表示される。そして、オペレータが3次元位置計測装置を用いて被験者の頭表上で点F3を計測すると、現在の計測位置と計測目標位置との距離を表す数字が上記の画面内に表示される。また、計測位置が計測目標位置からの距離が近づくにつれ、距離を表示する文字の色を、例えば黄→橙→赤といった具合に変化させ、あるいは距離に応じた音を鳴らすといったフィードバックを与える。 FIG. 24 shows a configuration example of an input support screen presented on the computer display when the operator measures the three-dimensional position of the point F3. As shown in FIG. 24A and FIG. 24B, the four reference points Nz, Iz, LPA, RPA and other reference points determined so far based on these are displayed in three dimensions. Point F3 is a point where the straight line L 2 and the head surface intersect, on the screen shown in FIG. 24, the measurement target position is displayed at the center of the cross. Then, when the operator measures the point F3 on the head surface of the subject using the three-dimensional position measurement device, a number representing the distance between the current measurement position and the measurement target position is displayed in the above screen. Further, as the distance from the measurement target position approaches the measurement position, feedback is given such as changing the color of the character displaying the distance, for example, from yellow to orange to red, or sounding a sound according to the distance.

図24に示した入力支援画面を介した操作を通じて、オペレータは、直線L2が被験者の頭表と交わる点を、基準点F3として計測することができる(図23を参照のこと)。 Through operation via the input support screen shown in FIG. 24, the operator, linear L 2 can measure the point of intersection with the head surface of the subject, as a reference point F3 (see FIG. 23).

上述した測定方法は、F8とFzの中間点F4、T5とPzの中間点P3、T6とPzの中間点P4を測定する際にも同様に適用することができる。   The measurement method described above can be similarly applied when measuring the intermediate point F4 between F8 and Fz, the intermediate point P3 between T5 and Pz, and the intermediate point P4 between T6 and Pz.

手順2:
手順2では、手順1で得られた被験者の頭皮形状、すなわち測定された頭表上の複数の基準位置の座標を用いて、被験者の頭表に取り付けられた信号点が、標準となる脳(標準脳)の頭表(標準脳頭表)上のどの位置に対応しているのかを調べる。
Step 2:
In the procedure 2, using the scalp shape of the subject obtained in the procedure 1, that is, the coordinates of a plurality of reference positions on the measured head surface, signal points attached to the subject's head surface become standard brains ( The position on the head surface (standard brain head surface) of the standard brain is examined.

この手順2において、標準脳頭表上の位置に対応付ける理由は、被験者の頭表位置と脳表位置との対応関係を示すデータを持っていないからである。被験者の頭表位置と脳表位置との対応関係を持たない場合、そのままでは頭表上のある位置が脳表のどの位置と対応しているかを調べられない。そこで、本実施形態では、被験者の頭表位置に対応する標準脳の頭表位置を調べ、続いて、標準脳の頭表位置から標準脳の脳表位置を求める方法を採っている。標準脳・標準脳頭表データの代表的なものとして、Montreal Neurological Instituteが提供している“MN1152”を挙げることができる。   The reason for associating with the position on the standard brain surface in this procedure 2 is that there is no data indicating the correspondence between the head surface position of the subject and the brain surface position. If there is no correspondence between the head surface position of the subject and the brain surface position, it is not possible to examine to which position on the brain surface a certain position on the head surface corresponds. Therefore, in the present embodiment, a method is employed in which the head surface position of the standard brain corresponding to the head surface position of the subject is examined, and subsequently the brain surface position of the standard brain is obtained from the head surface position of the standard brain. A typical example of the standard brain / standard brain surface data is “MN1152” provided by the Montreal Neurological Institute.

被験者の頭表位置と脳表位置との対応関係を示すデータは、例えばMRIを用いて計測することができる(図66中の(1)を参照のこと)。逆に言えば、手順2において被験者の頭表位置と脳表位置との対応関係を使用しないことにより、本実施形態では被験者のMRIデータを用いずに、頭皮の信号観測点と脳機能との対応関係を推定することを可能にしている。   Data indicating the correspondence between the head surface position and the brain surface position of the subject can be measured using, for example, MRI (see (1) in FIG. 66). In other words, by not using the correspondence between the head surface position and the brain surface position of the subject in the procedure 2, in this embodiment, the signal observation point of the scalp and the brain function are not used without using the MRI data of the subject. It is possible to estimate the correspondence.

図25には、被験者の頭表上の信号観測点に対応する標準脳頭表位置を推定するための処理手順をフローチャートの形式で示している。   FIG. 25 shows a processing procedure for estimating a standard brain brain surface position corresponding to a signal observation point on the head surface of the subject in the form of a flowchart.

まず、被験者並びに標準脳の各頭表を部分(3次元)空間に分割する(ステップS11)。   First, each head surface of the subject and the standard brain is divided into partial (three-dimensional) spaces (step S11).

手順1で得た頭表上の基準位置から任意の3点を選ぶことで1つの部分空間が形成される。これを繰り返すことで、25個前後の部分空間に分割することができる。点の選び方によって部分空間の形は変わる。図26には、被験者並びに標準脳の各頭表を部分空間に分割した様子を示している。頭表を複数の部分空間に分割する方法の詳細については後述に譲る。   One subspace is formed by selecting three arbitrary points from the reference position on the head surface obtained in the procedure 1. By repeating this, it can be divided into about 25 partial spaces. The shape of the subspace changes depending on how the points are selected. FIG. 26 shows a state in which each head surface of the subject and the standard brain is divided into partial spaces. Details of the method of dividing the head table into a plurality of partial spaces will be described later.

また、頭表を分割して得られたそれぞれの部分空間に座標を割り当てる。座標割り当てには各種の方法が考えられるが、本実施形態では斜交座標系を割り当てる。空間を形成する3点の中から1点を原点とし、そこから他の2点へのベクトルをそれぞれX軸並びにY軸とする。各軸の単位ベクトル長は2点間の距離とする。Z軸の方向は3点から形成される平面の外積とし、単位ベクトル長は外積で得られた解の平方根(つまりX軸及びY軸の単位ベクトル長の平均)とした。   Also, coordinates are assigned to each partial space obtained by dividing the head table. Various methods can be considered for the coordinate assignment. In the present embodiment, an oblique coordinate system is assigned. One of the three points forming the space is set as the origin, and vectors from the other two points are set as the X axis and the Y axis, respectively. The unit vector length of each axis is the distance between two points. The direction of the Z axis was the outer product of the plane formed by three points, and the unit vector length was the square root of the solution obtained by the outer product (that is, the average of the unit vector lengths of the X axis and the Y axis).

次いで、被験者の頭表に設定された信号観測点の3次元位置を計測し、被験者の頭表から信号観測点を含んでいる部分空間を特定する(ステップS12)。   Next, the three-dimensional position of the signal observation point set on the subject's head surface is measured, and the partial space including the signal observation point is specified from the subject's head surface (step S12).

オペレータは、3次元位置計測装置を用いて、被験者の頭表に信号観測点の3次元位置を計測する。コンピュータ側では、3次元位置計測装置から信号観測点の3次元位置情報を入力すると、その座標位置がどの部分空間に含まれているかを調べる。部分空間の特定には各種の方法が考えられるが、本実施形態では、各部分空間のXY平面と信号観測点が垂直に交わる点を求め、さらに求められた点がその部分空間の3点で囲われた領域にどの程度近いかを調べ、最も近いものをその観測点が含まれる部分空間に決定するようにしている。   The operator measures the three-dimensional position of the signal observation point on the head surface of the subject using the three-dimensional position measuring device. On the computer side, when the three-dimensional position information of the signal observation point is input from the three-dimensional position measuring device, it is checked in which subspace the coordinate position is included. Various methods are conceivable for specifying the subspace. In this embodiment, a point where the XY plane of each subspace and the signal observation point intersect perpendicularly is obtained, and the obtained points are three points in the subspace. The degree of proximity to the enclosed area is examined, and the closest one is determined as the subspace containing the observation point.

図27A及び図27Bには、信号観測点を含む被験者の頭表上の部分空間を特定した様子を示している。同図において、信号観測点が●で示され、これを含む部分空間が色図付け表示されている。また、特定された部分空間を規定するXYZの各単位ベクトルが矢印で表示されている。   27A and 27B show a state in which a partial space on the head surface of the subject including the signal observation point is specified. In the figure, the signal observation point is indicated by ● and the subspace including this is displayed with a color map. Each unit vector of XYZ that defines the specified subspace is displayed by an arrow.

そして、信号観測点の標準脳頭表上での3次元位置を求める(ステップS13)。具体的には、ステップS12で選ばれた部分空間に対応する部分空間を標準脳頭表上から選択し、2つの斜交座標間でアフィン変換することで、標準脳頭表上での信号観測点を得ることができる。頭表に取り付けた信号観測点から標準脳頭表上の対応する位置を特定する方法の詳細については後述に譲る。   Then, the three-dimensional position of the signal observation point on the standard brain surface is obtained (step S13). Specifically, signal observation on the standard brain brain surface is performed by selecting a partial space corresponding to the partial space selected in step S12 from the standard brain brain surface and performing affine transformation between two oblique coordinates. You can get points. Details of the method for identifying the corresponding position on the standard brain surface from the signal observation point attached to the head surface will be described later.

図28A及び図28Bには、標準脳頭表上で信号観測点の位置を求めた画面を示している。同図では、標準脳頭表上で求められた信号観測点の位置が●で示されている。また、この信号観測点を含む部分空間が色図付け表示されている。また、特定された部分空間を規定するXYZの各単位ベクトルが矢印で表示されている。   28A and 28B show screens for obtaining the positions of signal observation points on the standard brain surface. In the figure, the position of the signal observation point obtained on the standard brain surface is indicated by ●. In addition, the partial space including the signal observation point is displayed with a color map. Each unit vector of XYZ that defines the specified subspace is displayed by an arrow.

このようにして、信号観測点の標準脳の頭表位置が求められる。そして、既に述べたように、MN1152などの標準脳・標準脳頭表データを用いて、標準脳の頭表位置を標準脳の脳表位置に変換することができる。そして、後続の手順3では、当業界において周知のいずれかの方法を用いて、標準脳の脳表位置に対応する脳機能を特定することができる。   In this way, the head surface position of the standard brain at the signal observation point is obtained. Then, as already described, the standard brain head surface position can be converted into the standard brain surface position using standard brain / standard brain head surface data such as MN1152. In the subsequent procedure 3, the brain function corresponding to the brain surface position of the standard brain can be specified using any method known in the art.

これまで説明してきたように、本実施形態では、被験者の頭部における信号観測点の頭表位置を標準脳の頭表位置に空間写像することによって、被験者のMRIデータを用いずに、頭皮の信号観測点と脳機能部位との対応関係を推定することができる、ということを十分理解されたい。   As described so far, in this embodiment, the head surface position of the signal observation point on the subject's head is spatially mapped to the head surface position of the standard brain, so that the scalp of the scalp is not used without using the subject's MRI data. It should be fully understood that the correspondence between the signal observation point and the brain function site can be estimated.

頭表を複数の部分空間に分割する方法:
測定によって得られた国際10−20システムの複数点に対し、点と点の間を3角形ができるように直線で結んでいくと、図29に示すような複数の3角形の組合せが出来上がる。
To divide the head surface into multiple subspaces:
When a plurality of points of the international 10-20 system obtained by measurement are connected with a straight line so that a triangle can be formed between the points, a combination of a plurality of triangles as shown in FIG. 29 is completed.

結び方によって異なった3角形の組合せが考えられるが、それは特に重要なことではない。   Different triangle combinations are possible depending on how they are tied, but this is not particularly important.

また、3角形を生成するときに参照となる点が国際10−20システムで定義されている点と一致している必要はない。国際10−10システムを使っても良いし、図29でも一部定義されていない点(Fpz,Oz)を使用している。   In addition, the reference point when generating the triangle does not need to match the point defined in the international 10-20 system. An international 10-10 system may be used, and points (Fpz, Oz) not partially defined in FIG. 29 are used.

本実施形態では、任意の3つの基準点を選んで形成される個々の3角形を部分空間と捉え、頭表形状を複数の部分空間から成るものと見なす。例として、点Cz、C3、F3で囲まれた3角形について考える。点Cz、C3、F3で囲まれた3角形の平面Π4は、図30で示したような位置関係である。 In the present embodiment, each triangle formed by selecting arbitrary three reference points is regarded as a partial space, and the head surface shape is regarded as consisting of a plurality of partial spaces. As an example, consider a triangle surrounded by points Cz, C3, and F3. A triangular plane 4 surrounded by points Cz, C3, and F3 has a positional relationship as shown in FIG.

ここで、図31に示すように、Czを原点として、線分Cz−F3をx1軸の単位ベクトル、線分Cz−C3をy1軸の単位ベクトルとする。また、z1軸の単位ベクトルは平面Π4の法線ベクトルで、この単位ベクトル長はx1軸、y1軸の単位ベクトル長の平均とする。このとき、このx111軸で定義された空間は互いの軸が直交しない斜交座標系となる。 Here, as shown in FIG. 31, Cz is the origin, line Cz-F3 is the x 1 axis unit vector, and line Cz-C3 is the y 1 axis unit vector. The unit vector of z 1 axis is the normal vector of plane 4 and the unit vector length is the average of the unit vector lengths of x 1 axis and y 1 axis. At this time, the space defined by the x 1 y 1 z 1 axes is an oblique coordinate system in which the axes are not orthogonal to each other.

xyz軸の座標系に存在する点Pxyzをx111軸の座標系から見たとき、これを点Px1y1z1とすると、これらの関係は4×4の写像マトリックスM1を用いて下式のように表される。 When the point P xyz existing in the coordinate system of the xyz axis is viewed from the coordinate system of the x 1 y 1 z 1 axis, and this is the point P x1y1z1 , these relationships are expressed using a 4 × 4 mapping matrix M 1. It is expressed as the following formula.

このように、3角形の数だけ部分座標を生成し、それぞれの写像マトリックスを用意する。   In this way, partial coordinates are generated by the number of triangles, and respective mapping matrices are prepared.

次に、標準脳の頭表に関しても同様に、三角形の組合せを作成し部分座標を生成する。上の例と同様に、標準脳頭表での点Cz、C3、F3で囲まれた部分空間をx222軸で定義すると、xyz軸の座標系に存在する点Pxyz’は、同様に、下式のように表される。 Next, similarly for the head surface of the standard brain, a combination of triangles is created to generate partial coordinates. Similarly to the above example, when the subspace surrounded by the points Cz, C3, and F3 in the standard brain brain surface is defined by the x 2 y 2 z 2 axis, the point P xyz 'existing in the coordinate system of the xyz axis is Similarly, it is expressed as the following equation.

ここで、Px1y1z1とPx2y2z2を同一値とすると、上記の2つの式を用いて下式が成り立つことが導出される。 Here, if P x1y1z1 and P x2y2z2 have the same value, it is derived that the following expression is established using the above two expressions.

点Pxyz’は点Pxyzに2つの車道マトリックスを掛けた結果であるが、これは測定した頭表上の位置が、標準脳頭表上ではどの位置に相当するのかを示す結果となっている。 The point P xyz ′ is a result of multiplying the point P xyz by two roadway matrices, and this is a result indicating which position on the standard brain head corresponds to the measured position on the head surface. Yes.

上記の変換式は、部分空間数だけ用意する必要がある。   The above conversion formula needs to be prepared for the number of subspaces.

頭表に取り付けた信号観測点から標準脳頭表上の対応する位置を特定する方法:
オペレータによって、光脳計測のための信号観測点が3次元位置計測装置によってプロットされる。例えば図32に示すようにオペレータによって指定された点がQの位置だったとすると、次のような演算によって部分空間の特定が行なわれる。
To identify the corresponding position on the standard brain surface from signal observation points attached to the head surface:
A signal observation point for optical brain measurement is plotted by the operator using a three-dimensional position measurement device. For example, assuming that the point designated by the operator is the position of Q as shown in FIG. 32, the partial space is specified by the following calculation.

それぞれの部分空間におけるxy平面に対して点Qを通る法線を求め、その法線とxy平面との交点と、xy平面までの距離を求める。図33には、点Cz、C3、F3で囲まれた部分空間に対する処理を行なった例を示している。   A normal line passing through the point Q with respect to the xy plane in each partial space is obtained, and an intersection between the normal line and the xy plane and a distance to the xy plane are obtained. FIG. 33 shows an example in which processing is performed on a partial space surrounded by points Cz, C3, and F3.

次に、前述の演算によって求められた交点が部分空間を生成するために用いた3角形の中に入っているかどうかを調べる。交点が、3角形の中に入っているか、若しくは、3角形の直近の位置であった場合には、その部分空間が候補となる。そして、候補が1つであればそれが選ばれ、複数の候補がある場合は、xy平面までの距離が最も短いものが選ばれる。   Next, it is checked whether or not the intersection obtained by the above-described calculation is in the triangle used for generating the subspace. If the intersection is in the triangle or is the nearest position of the triangle, the subspace is a candidate. If there is one candidate, it is selected. If there are a plurality of candidates, the one having the shortest distance to the xy plane is selected.

部分空間が選ばれると先ほど導出した以下の式を用いて、標準脳頭表上での位置を特定することができる。   When a subspace is selected, the position on the standard brain surface can be specified using the following formula derived earlier.

図34には、信号観測点Qから標準脳頭表上における信号観測点Q’を求めた状態を示している。   FIG. 34 shows a state where the signal observation point Q ′ on the standard brain head surface is obtained from the signal observation point Q.

ユーザ・インターフェースを通じたオペレータの操作支援:
本実施形態では、被験者に設けられた信号観測点の頭表位置から脳機能を推定する際、被験者の頭表形状測定や、信号観測点の3次元位置計測などに、オペレータによる3次元位置計測装置の操作も必要とする。かかるオペレータ操作の際には、ユーザ・インターフェースを通じてオペレータの作業負担を軽減している。以下では、手順1〜2を実行する際のコンピュータのディスプレイに提示される入力支援画面の遷移について説明する。
Operator operation support through user interface:
In this embodiment, when estimating the brain function from the head surface position of the signal observation point provided in the subject, the operator performs three-dimensional position measurement for the head surface shape measurement of the subject, the three-dimensional position measurement of the signal observation point, or the like. Equipment operation is also required. When such an operator operation is performed, the burden on the operator is reduced through the user interface. Below, the transition of the input assistance screen shown on the display of a computer at the time of performing procedure 1-2 is demonstrated.

まず、オペレータに左耳介前点(LPA)のプロットを促す画面が提示される(図35を参照のこと)。同画面は、オペレータの操作を指示するための表示エリアと、計測情報を出力する3次元画面表示エリアで構成される。計測情報を出力する3次元画面表示エリアには、測定座標の原点とXYZ軸が示される。そして、オペレータが3次元位置計測装置でLPAを指し示すと、該当する位置に3次元位置カーソルが表示される。この3次元位置カーソルは、オペレータが指し示している3次元位置をリアルタイムに更新して表示する(図36を参照のこと)。   First, a screen prompting the operator to plot the left anterior pinna (LPA) is presented (see FIG. 35). The screen is composed of a display area for instructing an operator's operation and a three-dimensional screen display area for outputting measurement information. In the three-dimensional screen display area for outputting measurement information, the origin of measurement coordinates and the XYZ axes are shown. When the operator points the LPA at the three-dimensional position measuring device, a three-dimensional position cursor is displayed at the corresponding position. The three-dimensional position cursor updates and displays the three-dimensional position indicated by the operator in real time (see FIG. 36).

オペレータがLPAの測定を終えると、画面内では測定したLPAの位置が3次元表示されるとともに、オペレータの操作を指示するための表示エリアでは、続いて右耳介前点(RPA)のプロットを促す(図37を参照のこと)。そして、RPAの測定を終えると、同様に、鼻根(Nz)、後頭結節(Iz)のプロットを促すとともに、測定後の各基準点が3次元表示される(図38〜38を参照のこと)。   When the operator finishes measuring the LPA, the position of the measured LPA is displayed three-dimensionally on the screen, and a plot of the right anterior pinna (RPA) is subsequently displayed in the display area for instructing the operator's operation. Prompt (see FIG. 37). When the RPA measurement is finished, the nasal root (Nz) and the occipital nodule (Iz) are prompted to be plotted and the reference points after the measurement are displayed three-dimensionally (see FIGS. 38 to 38). ).

そして、これら4つの基準点LPA、RPA、Nz、Izを測定し終えると、続いて、中心部(Cz)のプロットを促す画面に切り替わる(図40を参照のこと)。まず、Nz−Iz間とLPA−RPA間が歪みの無い均一な曲線であると仮定し、仮のCzの入力を促す。Czは、NzからIzまで頭部に沿って引いた直線の中間点で、且つ、LPAからRPAまで頭部に沿って引いた直線の中間点であり、2線分Nz−Iz及びLPA−RPAと、仮のCzの計測目標位置が3次元表示される。そして、オペレータが3次元位置計測装置を用いて仮のCzを指示すると、画面には、現在の計測位置と計測目標位置との距離が数値表示される(図41を参照のこと)。計測目標位置からの距離が近づくにつれ、距離を表示する文字の色を、例えば黄→橙→赤といった具合に変化させ、あるいは距離に応じた音を鳴らすといったフィードバックを与える(図42を参照のこと)。   Then, when the measurement of these four reference points LPA, RPA, Nz, and Iz is completed, the screen is switched to a screen that prompts plotting of the central portion (Cz) (see FIG. 40). First, it is assumed that there is a uniform curve without distortion between Nz-Iz and LPA-RPA, and a temporary Cz input is prompted. Cz is a midpoint of a straight line drawn along the head from Nz to Iz, and a midpoint of a straight line drawn along the head from LPA to RPA. Two line segments Nz-Iz and LPA-RPA Then, the temporary measurement target position of Cz is displayed three-dimensionally. When the operator designates temporary Cz using the three-dimensional position measurement device, the distance between the current measurement position and the measurement target position is numerically displayed on the screen (see FIG. 41). As the distance from the measurement target position approaches, feedback is given such as changing the color of the character indicating the distance, for example, from yellow to orange to red, or to sound a sound according to the distance (see FIG. 42). ).

仮のCzが計測されると、パラメトリック曲線を用いた離散的な位置情報の補間に基づいて、Nz−仮Cz−Iz間の距離測定を行なうための画面に切り替わる(図43を参照のこと)。同画面上では、Nz、Iz、Czの合計3点を通るパラメトリック曲線が表示される。オペレータは、この補助線に沿って3次元位置を複数点計測する。このとき、現在の計測位置と計測目標位置との距離を表す数字が上記の画面内に表示される。また、計測位置が計測目標位置からの距離が近づくにつれ、距離を表示する文字の色を、例えば黄→橙→赤といった具合に変化させ、あるいは距離に応じた音を鳴らすといったフィードバックを与える(図44〜46を参照のこと)。   When the provisional Cz is measured, the screen is switched to a screen for measuring the distance between Nz and provisional Cz-Iz based on the interpolation of discrete position information using a parametric curve (see FIG. 43). . On the same screen, a parametric curve passing through a total of three points of Nz, Iz, and Cz is displayed. The operator measures a plurality of three-dimensional positions along this auxiliary line. At this time, a number representing the distance between the current measurement position and the measurement target position is displayed in the above screen. In addition, as the distance from the measurement position to the measurement target position approaches, feedback is given such as changing the color of the character indicating the distance, for example, from yellow to orange to red, or sounding the sound according to the distance (Fig. 44-46).

計測した複数点を経由してNzとIzの間を繋ぐパラメトリック曲線を生成して、距離を測る。その結果、Nz及びIzを繋ぐパラメトリック曲線の中間点の座標が決まり、そこが正式なCzの位置となる。また、計測によって得られたパラメトリック曲線上に分布している4点Fpz、Fz、Pz、及びOzも併せて決定する。   A parametric curve connecting Nz and Iz is generated via a plurality of measured points, and the distance is measured. As a result, the coordinates of the intermediate point of the parametric curve connecting Nz and Iz are determined, and this is the official Cz position. Further, the four points Fpz, Fz, Pz, and Oz distributed on the parametric curve obtained by measurement are also determined.

これまでのオペレータによる3次元位置計測作業によって、基準点Nz、Iz、LPA、RPA、Cz、Fpz、Fz、Pz、Ozの位置が確定している。続いて、LPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、並びに Fpz−T4−Oz間をそれぞれ繋ぐパラメトリック曲線を生成し、それらの距離測定を順次行なう。そして、これらの距離測定結果を用いて、LPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、並びに Fpz−T4−Oz間を繋ぐ各パラメトリック曲線上で各基準点C3、C4、T3、T4、Fp1、Fp2、F7、F8、T5、T6、O1、O2の位置を決定する。   The positions of the reference points Nz, Iz, LPA, RPA, Cz, Fpz, Fz, Pz, and Oz are determined by the three-dimensional position measurement work performed by the operator so far. Subsequently, parametric curves that connect LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, and Fpz-T4-Oz are generated, and their distances are measured sequentially. And using these distance measurement results, each reference point C3, C4, T3, T4, on each parametric curve connecting LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, and Fpz-T4-Oz. The positions of Fp1, Fp2, F7, F8, T5, T6, O1, and O2 are determined.

図48には、A1−A2の距離計測をA1−A2と同様に補助線を用いて計測した画面を示している。   FIG. 48 shows a screen obtained by measuring the distance measurement of A1-A2 using an auxiliary line in the same manner as A1-A2.

図49には、Fp1−T3−Ozの距離計測を、A1−A2と同様に補助線を用いて計測した後の画面を示している。   FIG. 49 shows a screen after the distance measurement of Fp1-T3-Oz is measured using an auxiliary line in the same manner as A1-A2.

図50には、Fp1−T4−Ozの距離計測を、A1−A2と同様に補助線を用いて計測した後の画面を示している。   FIG. 50 shows a screen after measuring the distance measurement of Fp1-T4-Oz using an auxiliary line in the same manner as A1-A2.

被験者の頭皮形状を計測する最後のオペレータ操作として、基準点F3、F4、P3、及びP4の3次元位置の測定を行なう。   As the final operator operation for measuring the scalp shape of the subject, the three-dimensional positions of the reference points F3, F4, P3, and P4 are measured.

例えば基準点F3の3次元位置の測定を行なう場合、既に位置が決定されている3つの基準点F7、Fz、F8を含む平面内で線分F7−Fzの中間点を結ぶ直線である。そして、この直線上で頭表面と交わる点においてオペレータが3次元位置計測装置を用いて測定した点を基準点F3として決定する。ここでは、オペレータの作業負担を考慮して、1回の位置測定で直接これらの基準点の位置を特定するようにしている。   For example, when measuring the three-dimensional position of the reference point F3, it is a straight line connecting the midpoints of the line segments F7-Fz in the plane including the three reference points F7, Fz, F8 whose positions have already been determined. And the point which the operator measured using the three-dimensional position measuring device in the point which cross | intersects the head surface on this straight line is determined as the reference point F3. Here, the positions of these reference points are directly specified by one position measurement in consideration of the operator's work load.

図51には、F3を計測するために、計測目標位置が表示された画面を示している。   FIG. 51 shows a screen on which the measurement target position is displayed in order to measure F3.

図52には、F3を計測するために、計測目標位置へ3次元一カーソルを近づけていく途中の画面を示している。   FIG. 52 shows a screen in the middle of moving the three-dimensional one cursor closer to the measurement target position in order to measure F3.

図53には、F3を計測する直前の画面を示している。   FIG. 53 shows a screen immediately before F3 is measured.

図54には、F3と同様に、F4を計測する画面を示している。   FIG. 54 shows a screen for measuring F4 as in F3.

図55には、F3と同様に、P3を計測する画面を示している。   FIG. 55 shows a screen for measuring P3 as in F3.

図56には、F3と同様に、P4を計測する画面を示している。   FIG. 56 shows a screen for measuring P4 as in F3.

図57には、被験者の頭表形状の計測完了を確認する画面を示している。   FIG. 57 shows a screen for confirming completion of measurement of the head surface shape of the subject.

図58には、被験者の頭表形状の計測データを保存する画面を示している。   FIG. 58 shows a screen for storing measurement data of the head surface shape of the subject.

手順1で上述のようなオペレータによる3次元位置計測装置の操作を通じて被験者の頭表形状を計測し終えると、続いて手順2では、被験者の頭皮形状、すなわち測定された頭表上の複数の基準位置の座標を用いて、被験者の頭表に取り付けられた信号点が、標準となる脳(標準脳)の頭表(標準脳頭表)上のどの位置に対応しているのかを調べる。   When the measurement of the head surface shape of the subject is completed through the operation of the three-dimensional position measuring apparatus by the operator as described above in step 1, subsequently, in step 2, the scalp shape of the subject, that is, a plurality of standards on the measured head surface Using the coordinates of the position, it is checked which position on the head surface (standard brain head surface) of the standard brain (standard brain) the signal point attached to the subject's head surface corresponds to.

まず、被験者並びに標準脳の各頭表を部分(3次元)空間に分割する。   First, each head surface of the subject and the standard brain is divided into partial (three-dimensional) spaces.

図59には、計測データを基に被験者の頭表形状を複数の3次元部分空間へ分割し、同様に標準脳頭表を複数の3次元部分空間へ分割し、これらを表示した画面を示している。   FIG. 59 shows a screen on which the head surface shape of the subject is divided into a plurality of three-dimensional subspaces based on the measurement data, and similarly, the standard brain head table is divided into a plurality of three-dimensional subspaces, and these are displayed. ing.

次いで、被験者の頭表に設定された信号観測点の3次元位置を計測し、被験者の頭表から信号観測点を含んでいる部分空間を特定する。   Next, the three-dimensional position of the signal observation point set on the subject's head surface is measured, and the subspace including the signal observation point is specified from the subject's head surface.

図60には、オペレータに対して計測観測点を3次元位置計測装置で測定する操作を促す画面を示している。   FIG. 60 shows a screen that prompts the operator to measure the measurement observation point with the three-dimensional position measurement device.

図61には、3次元カーソルの移動に伴って、3次元部分空間が切り替わる様子を表わした画面を示している。   FIG. 61 shows a screen showing how the three-dimensional subspace is switched in accordance with the movement of the three-dimensional cursor.

図62には、信号観測点を測定した直後の画面を示している。   FIG. 62 shows a screen immediately after measuring the signal observation point.

そして、信号観測点の標準脳頭表上での3次元位置を求める。   Then, the three-dimensional position of the signal observation point on the standard brain surface is obtained.

図63には、被験者の信号観測点が標準脳頭表に投影された様子を表示した画面を示している。   FIG. 63 shows a screen on which a signal observation point of a subject is projected on the standard brain surface.

図64には、複数の信号観測点が標準脳頭表に投影された様子を表示した画面を示している。   FIG. 64 shows a screen displaying a state in which a plurality of signal observation points are projected onto the standard brain surface.

図65には、信号観測点のデータをファイルに保存する画面を示している。   FIG. 65 shows a screen for storing signal observation point data in a file.

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。   The present invention has been described in detail above with reference to specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can make modifications and substitutions of the embodiment without departing from the gist of the present invention.

本発明は、頭表の特定位置に信号観測点を設ける脳機能計測分野に適用することができ、簡便で且つ高精度に頭表位置から脳機能を推定することが可能となり、脳機能信号計測によって得られるデータの解釈に大きな発展を期待することができる。   The present invention can be applied to the field of brain function measurement in which a signal observation point is provided at a specific position on the head surface, and it is possible to estimate brain function from the head surface position easily and with high accuracy. We can expect great development in the interpretation of the data obtained by

本発明は、将来の非浸襲脳機能計測分野においても広く適用される可能性を秘めており、例えば非浸襲ブレイン・マシン・インターフェースへの適用も十分に考えられる。   The present invention has the potential to be widely applied in the field of non-invasive brain function measurement in the future. For example, it can be sufficiently applied to a non-invasive brain-machine interface.

また、本明細書では、国際10−20システムを利用した実施形態について説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。国際10−20システムを拡張した国際10−10システムなど、国際10−20システムを基にした規格も存在し、これらのうちいずれかの規格を適宜利用することができる。   Moreover, although this specification demonstrated embodiment using the international 10-20 system, the summary of this invention is not limited to this. There are standards based on the international 10-20 system, such as the international 10-10 system that is an extension of the international 10-20 system, and any of these standards can be used as appropriate.

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。   In short, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and the description of the present specification should not be interpreted in a limited manner. In order to determine the gist of the present invention, the claims should be taken into consideration.

図1は、本発明に係る脳機能部位推定方法の手順を模式的に示した図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a procedure of a brain function site estimation method according to the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係る脳機能部位推定システムの概観構成を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing an overview configuration of a brain function site estimation system according to an embodiment of the present invention. 図3は、コンピュータのハードウェア構成例を模式的に示した図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a hardware configuration example of a computer. 図4は、コンピュータ上で3次元位置情報の処理を行なうための機能的構成を模式的に示した図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing a functional configuration for processing the three-dimensional position information on the computer. 図5は、国際10−20システムで定められた基準位置を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing a reference position defined by the international 10-20 system. 図6は、被験者の頭表の基準位置を測定することによる頭皮形状の測定手順を示したフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for measuring the scalp shape by measuring the reference position of the subject's head surface. 図7Aは、オペレータがCzの仮測定を行なう際に、コンピュータのディスプレイ上で提示される入力支援画面の構成例を示した図である。FIG. 7A is a diagram showing a configuration example of an input support screen presented on a computer display when an operator performs a temporary measurement of Cz. 図7Bは、オペレータがCzの仮測定を行なう際に、コンピュータのディスプレイ上で提示される入力支援画面の構成例を示した図である。FIG. 7B is a diagram illustrating a configuration example of an input support screen presented on the computer display when the operator performs a temporary measurement of Cz. 図8Aは、Nz−仮Cz−Iz間の距離測定を行なう際に、コンピュータのディスプレイ上で提示される入力支援画面の構成例を示した図である。FIG. 8A is a diagram showing a configuration example of an input support screen presented on a computer display when measuring a distance between Nz and provisional Cz-Iz. 図8Bは、Nz−仮Cz−Iz間の距離測定を行なう際に、コンピュータのディスプレイ上で提示される入力支援画面の構成例を示した図である。FIG. 8B is a diagram illustrating a configuration example of an input support screen presented on the computer display when measuring the distance between Nz and provisional Cz-Iz. 図9は、4つの基準点Nz、Iz、LPA、RPAから2つの線分Nz−IzとLPA−RPAを定義する様子を示した図である。FIG. 9 is a diagram showing how two line segments Nz-Iz and LPA-RPA are defined from four reference points Nz, Iz, LPA, and RPA. 図10は、線分LPA−RPAを法線ベクトルとし点m1を通る平面Π1を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing a plane Π 1 passing through the point m 1 with the line segment LPA-RPA as a normal vector. 図11は、線分Nz−Izを法線ベクトルとし点m2を通る平面Π2を示した図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a plane Π 2 that passes through the point m 2 with the line segment Nz−Iz as a normal vector. 図12は、平面Π1とΠ2の交線L1上の任意のすべての点は基準点LPA及びRPAから等距離であるとともに、基準点Nz及びIzから等距離である様子を示した図である。12, along with any and all points on the intersection line L 1 of the plane [pi 1 and [pi 2 are equidistant from the reference point LPA and RPA, showing how it is equidistant from the reference point Nz and Iz FIG It is. 図13は、仮のCzと4つの基準点Nz、Iz、LPA、RPAのそれぞれとを結ぶ直線の距離となる様子を示した図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a state in which the distance is a straight line connecting the temporary Cz and each of the four reference points Nz, Iz, LPA, and RPA. 図14は、Nz及びIzを繋ぐパラメトリック曲線の中間点の座標がCzの位置となる様子を示した図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a state in which the coordinates of the intermediate point of the parametric curve connecting Nz and Iz are the Cz position. 図15は、図6に示したフローチャートのステップS3までの処理が終了した時点で3つの基準点LPA、Cz、RPAが決定されている様子を示した図である。FIG. 15 is a diagram showing a state in which three reference points LPA, Cz, and RPA are determined when the processing up to step S3 in the flowchart shown in FIG. 6 is completed. 図16は、基準点LPA、Cz、RPAを通る3次元空間上の線分をオペレータに視覚的に提示する様子を示した図である。FIG. 16 is a diagram showing a state in which a line segment in a three-dimensional space passing through the reference points LPA, Cz, and RPA is visually presented to the operator. 図17は、オペレータは、3次元位置計測装置を用いて基準点LPA、Cz、RPAを通る線分間において離散的にプロットした複数の点を示した図である。FIG. 17 is a diagram showing a plurality of points plotted discretely in a line segment passing through the reference points LPA, Cz, and RPA by using the three-dimensional position measurement apparatus. 図18は、図17に示す離散的にプロットされた複数の点をパラメトリック曲線で補間した結果を示した図である。FIG. 18 is a diagram showing a result of interpolating a plurality of discretely plotted points shown in FIG. 17 with a parametric curve. 図19は、LPA、Cz、RPAを通るパラメトリック曲線上で他の基準点T3、C3、T4、C4が求められる様子を示した図である。FIG. 19 is a diagram illustrating how other reference points T3, C3, T4, and C4 are obtained on a parametric curve that passes through LPA, Cz, and RPA. 図20は、3つの基準点F7、Fz、F8により2つの線分F7−FzとF8−Fzが定義される様子を示した図である。FIG. 20 is a diagram showing how two line segments F7-Fz and F8-Fz are defined by three reference points F7, Fz, and F8. 図21は、3つの基準点F7、Fz、F8を通る平面をΠ3、2点F7、Fzの中点をm3と定義する様子を示した図である。Figure 21 is a diagram of three reference points F7, Fz, a plane passing through the F8 [pi 3, 2 points F7, the midpoint of Fz showing how to define the m 3. 図22は、点m3を通り、線分F7−Fzとは垂直に交わり、平面Π3に属する直線をL2と定義する様子を示した図である。FIG. 22 is a diagram showing a state where a straight line passing through the point m 3 and perpendicularly intersecting with the line segment F7-Fz and belonging to the plane Π 3 is defined as L 2 . 図23は、直線L2上のすべての点が点F7とFzから等距離となり、直線L2が被験者の頭表と交わる点を基準点F3として計測する様子を示した図である。Figure 23 becomes the same distance all points on the straight line L 2 from the point F7 and Fz, diagrams linear L 2 is showing how to measure as a reference point F3 of the point of intersection with the head surface of the subject. 図24Aは、オペレータが点F3の3次元位置計測を行なう際に、コンピュータのディスプレイ上で提示される入力支援画面の構成例を示した図である。FIG. 24A is a diagram illustrating a configuration example of an input support screen presented on the computer display when the operator performs the three-dimensional position measurement of the point F3. 図24Bは、オペレータが点F3の3次元位置計測を行なう際に、コンピュータのディスプレイ上で提示される入力支援画面の構成例を示した図である。FIG. 24B is a diagram showing a configuration example of an input support screen presented on the computer display when the operator performs the three-dimensional position measurement of the point F3. 図25は、被験者の頭表上の信号観測点に対応する標準脳頭表位置を推定するための処理手順を示したフローチャートである。FIG. 25 is a flowchart showing a processing procedure for estimating a standard brain surface position corresponding to a signal observation point on the head surface of a subject. 図26は、被験者並びに標準脳の各頭表を部分空間に分割した様子を示した図である。FIG. 26 is a diagram showing a state in which each head surface of the subject and the standard brain is divided into partial spaces. 図27Aは、信号観測点を含む被験者の頭表上の部分空間を特定した画面を示した図である。FIG. 27A is a diagram showing a screen specifying a partial space on the head surface of a subject including a signal observation point. 図27Bは、信号観測点を含む被験者の頭表上の部分空間を特定した画面を示した図である。FIG. 27B is a diagram showing a screen in which the partial space on the head surface of the subject including the signal observation point is specified. 図28Aは、標準脳頭表上で信号観測点の位置を求めた画面を示した図である。FIG. 28A is a diagram showing a screen for obtaining the position of the signal observation point on the standard brain surface. 図28Bは、標準脳頭表上で信号観測点の位置を求めた画面を示した図である。FIG. 28B is a diagram showing a screen for obtaining the position of the signal observation point on the standard brain surface. 図29は、測定によって得られた国際10−20システムの複数点に対し、点と点の間を3角形ができるように直線で結んでいくことで形成された複数の3角形の組合せを示した図である。FIG. 29 shows a combination of a plurality of triangles formed by connecting the points with a straight line so that a triangle can be formed between the points of the international 10-20 system obtained by measurement. It is a figure. 図30は、点Cz、C3、F3で囲まれた3角形の平面Π4の位置関係を示した図である。FIG. 30 is a diagram showing the positional relationship of a triangular plane 4 surrounded by points Cz, C3, and F3. 図31は、Czを原点として、線分Cz−F3をx1軸の単位ベクトル、線分Cz−C3をy1軸の単位ベクトルとし、平面Π4の法線ベクトルをz1軸の単位ベクトルとする様子を示した図である。Figure 31 is the origin of Cz, a line segment Cz-F3 unit vectors x 1 axis, a line segment Cz-C3 as the unit vector of y 1 axis unit vector z 1 axis normal vector of the plane [pi 4 FIG. 図32は、オペレータが3次元位置計測装置によって信号観測点として点Qをプロットした様子を示した図である。FIG. 32 is a diagram illustrating a state in which the operator plots the point Q as a signal observation point by the three-dimensional position measurement device. 図33は、点Cz、C3、F3で囲まれた部分空間に対する処理を行なった例を示した図である。FIG. 33 is a diagram illustrating an example in which processing is performed on the partial space surrounded by the points Cz, C3, and F3. 図34は、信号観測点Qから標準脳頭表上における信号観測点Q’を求めた状態を示した図である。FIG. 34 is a diagram showing a state where the signal observation point Q ′ on the standard brain head surface is obtained from the signal observation point Q. 図35は、オペレータに左耳介前点(LPA)のプロットを促す画面を示した図である。FIG. 35 is a diagram showing a screen that prompts the operator to plot the left anterior pinna (LPA). 図36は、オペレータに左耳介前点(LPA)のプロットを促す画面を示した図である。FIG. 36 is a diagram showing a screen that prompts the operator to plot the left anterior pinna point (LPA). 図37は、オペレータに右耳介前点(RPA)のプロットを促す画面を示した図である。FIG. 37 is a diagram showing a screen that prompts the operator to plot the right anterior pinna (RPA). 図38は、オペレータに鼻根(Nz)のプロットを促す画面を示した図である。FIG. 38 is a diagram showing a screen that prompts the operator to plot the nose root (Nz). 図39は、オペレータに後頭結節(Iz)のプロットを促す画面を示した図である。FIG. 39 is a diagram showing a screen that prompts the operator to plot the occipital nodule (Iz). 図40は、オペレータに中心部(Cz)のプロットを促す画面を示した図である。FIG. 40 is a diagram showing a screen that prompts the operator to plot the central portion (Cz). 図41は、オペレータに中心部(Cz)のプロットを促す画面を示した図である。FIG. 41 is a diagram showing a screen that prompts the operator to plot the central portion (Cz). 図42は、オペレータに中心部(Cz)のプロットを促す画面を示した図である。FIG. 42 is a diagram showing a screen that prompts the operator to plot the central portion (Cz). 図43は、Nz−仮Cz−Iz間の距離測定を行なうための画面を示した図である。FIG. 43 is a diagram showing a screen for measuring the distance between Nz and provisional Cz-Iz. 図44は、補助線に3次元カーソルを近づけていく途中の画面を示した図である。FIG. 44 is a diagram showing a screen in the middle of bringing the three-dimensional cursor closer to the auxiliary line. 図45は、補助線上に3次元カーソルが最も近づいたときの画面を示した図である。FIG. 45 is a diagram showing a screen when the three-dimensional cursor is closest to the auxiliary line. 図46は、補助線上で5つの基準点LPA、RPA、Nz、Iz、及びCzの3次元位置計測を行なった後の画面を示した図である。FIG. 46 is a diagram showing a screen after three-dimensional position measurement of five reference points LPA, RPA, Nz, Iz, and Cz on the auxiliary line. 図47は、補助線上での3次元位置計測を終了する直前の画面を示した図である。FIG. 47 is a diagram showing a screen immediately before the end of the three-dimensional position measurement on the auxiliary line. 図48は、A1とA2の距離計測をA1とA2と同様に補助線を用いて計測した画面を示した図である。FIG. 48 is a diagram showing a screen obtained by measuring the distance between A1 and A2 using auxiliary lines in the same manner as A1 and A2. 図49は、Fp1−T3−Ozの距離計測を、A1−A2と同様に補助線を用いて計測した後の画面を示した図である。FIG. 49 is a diagram illustrating a screen after the distance measurement of Fp1-T3-Oz is measured using an auxiliary line in the same manner as A1-A2. 図50は、Fp1−T4−Ozの距離計測を、A1−A2と同様に補助線を用いて計測した後の画面を示した図である。FIG. 50 is a diagram illustrating a screen after measuring the distance measurement of Fp1-T4-Oz using an auxiliary line in the same manner as A1-A2. 図51は、F3を計測するために、計測目標位置が表示された画面を示した図である。FIG. 51 is a diagram showing a screen on which a measurement target position is displayed in order to measure F3. 図52は、F3を計測するために、計測目標位置へ3次元一カーソルを近づけていく途中の画面を示した図である。FIG. 52 is a diagram showing a screen in the middle of bringing the three-dimensional one cursor closer to the measurement target position in order to measure F3. 図53は、F3を計測する直前の画面を示した図である。FIG. 53 is a diagram showing a screen immediately before F3 is measured. 図54は、F3と同様に、F4を計測する画面を示した図である。FIG. 54 is a diagram showing a screen for measuring F4, similar to F3. 図55は、F3と同様に、P3を計測する画面を示した図である。FIG. 55 is a diagram showing a screen for measuring P3, similar to F3. 図56は、F3と同様に、P4を計測する画面を示した図である。FIG. 56 is a diagram showing a screen for measuring P4, similar to F3. 図57は、被験者の頭表形状の計測完了を確認する画面を示した図である。FIG. 57 is a diagram showing a screen for confirming the completion of measurement of the head surface shape of the subject. 図58は、被験者の頭表形状の計測データを保存する画面を示した図である。FIG. 58 is a diagram showing a screen for storing measurement data of the head surface shape of the subject. 図59は、それぞれ複数の3次元部分空間に分割した被験者の頭表形状及び標準脳頭表を表示した画面を示した図である。FIG. 59 is a view showing a screen displaying the head surface shape and the standard brain head surface of the subject divided into a plurality of three-dimensional subspaces. 図60は、オペレータに対して計測観測点を3次元位置計測装置で測定する操作を促す画面を示した図である。FIG. 60 is a diagram illustrating a screen that prompts the operator to perform an operation of measuring the measurement observation point with the three-dimensional position measurement device. 図61は、3次元カーソルの移動に伴って、3次元部分空間が切り替わる様子を表わした画面を示した図である。FIG. 61 is a view showing a screen showing a state in which the three-dimensional partial space is switched in accordance with the movement of the three-dimensional cursor. 図62は、信号観測点を測定した直後の画面を示した図である。FIG. 62 is a diagram showing a screen immediately after measuring the signal observation point. 図63は、被験者の信号観測点が標準脳頭表に投影された様子を表示した画面を示した図である。FIG. 63 is a diagram showing a screen on which a signal observation point of a subject is projected on the standard brain surface. 図64は、複数の信号観測点が標準脳頭表に投影された様子を表示した画面を示した図である。FIG. 64 is a diagram showing a screen displaying a state in which a plurality of signal observation points are projected on the standard brain surface. 図65は、信号観測点のデータをファイルに保存する画面を示した図である。FIG. 65 is a diagram showing a screen for storing signal observation point data in a file. 図66は、脳機能計測方法の一例を模式的に示した図である。FIG. 66 is a diagram schematically illustrating an example of a brain function measuring method. 図67は、脳機能計測方法の他の例を模式的に示した図である。FIG. 67 is a diagram schematically showing another example of the brain function measuring method.

Claims (13)

被験者の頭表位置から脳機能を推定する脳機能部位推定システムであって、
測定した被験者の頭表座標と標準脳の頭表座標との関係から、幾何変形によって被験者の特定の頭表位置を標準脳の特定の頭表位置に変換する頭表位置変換手段と、
標準脳頭表及び標準脳を含むMRIデータを用いて、標準脳の頭表位置から最も近い距離にある脳表位置を探索アルゴリズムによって求める脳表位置探索手段と、
標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを推定する脳機能推定手段と、
を具備することを特徴とする脳機能部位推定システム。
A brain functional region estimation system that estimates brain function from a subject's head surface position,
From the relationship between the measured head surface coordinates of the subject and the head surface coordinates of the standard brain, a head surface position converting means for converting a specific head surface position of the subject into a specific head surface position of the standard brain by geometric deformation,
A brain surface position searching means for determining a brain surface position closest to the head surface position of the standard brain by a search algorithm using MRI data including the standard brain head surface and the standard brain;
A brain function estimation means for referring to a brain function table assigned to each coordinate of the standard brain and estimating which brain function a specific standard brain position indicates;
A brain functional region estimation system comprising:
コンピュータ上で構築される脳機能部位推定システムにおいて、被験者の頭表位置から脳機能を推定する脳機能部位推定方法であって、
前記コンピュータが備える頭表位置変換手段が、測定した被験者の頭表座標と標準脳の頭表座標との関係から、幾何変形によって被験者の特定の頭表位置を標準脳の特定の頭表位置に変換する頭表位置変換ステップと、
前記コンピュータが備える脳表位置探索手段が、標準脳頭表及び標準脳を含むMRIデータを用いて、標準脳の頭表位置から最も近い距離にある脳表位置を探索アルゴリズムによって求める脳表位置探索ステップと、
前記コンピュータが備える脳機能推定手段が、標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを推定する脳機能推定ステップと、
を具備することを特徴とする脳機能部位推定方法。
In a brain function site estimation system constructed on a computer, a brain function site estimation method for estimating brain function from a head surface position of a subject,
The head surface position conversion means provided in the computer converts a specific head surface position of the subject to a specific head surface position of the standard brain by geometric deformation based on the relationship between the measured head surface coordinates of the subject and the head surface coordinates of the standard brain. A head surface position conversion step to convert;
The brain surface position searching means provided in the computer uses a search algorithm to find a brain surface position closest to the head surface position of the standard brain using MRI data including the standard brain head table and the standard brain. Steps,
The brain function estimation means provided in the computer refers to a brain function table assigned to each coordinate of the standard brain, and estimates a brain function indicating which brain function a specific standard brain position indicates;
The brain functional region estimation method characterized by comprising.
被験者の頭表位置から脳機能を推定するための処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータを、
測定した被験者の頭表座標と標準脳の頭表座標との関係から、幾何変形によって被験者の特定の頭表位置を標準脳の特定の頭表位置に変換する頭表位置変換手段と、
標準脳頭表及び標準脳を含むMRIデータを用いて、標準脳の頭表位置から最も近い距離にある脳表位置を探索アルゴリズムによって求める脳表位置探索手段と、
標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを推定する脳機能推定手段と、
として機能させるためのコンピュータ・プログラム。
A computer program written in a computer-readable format to execute a process for estimating a brain function from a head surface position of a subject on a computer, the computer comprising:
From the relationship between the measured head surface coordinates of the subject and the head surface coordinates of the standard brain, a head surface position converting means for converting a specific head surface position of the subject into a specific head surface position of the standard brain by geometric deformation,
A brain surface position searching means for determining a brain surface position closest to the head surface position of the standard brain by a search algorithm using MRI data including the standard brain head surface and the standard brain;
A brain function estimation means for referring to a brain function table assigned to each coordinate of the standard brain and estimating which brain function a specific standard brain position indicates;
Computer program to function as
被験者の頭表位置から脳機能を推定する脳機能部位推定システムであって、
被験者の頭表上に設定された複数の基準点における3次元位置情報からなる被験者の頭表形状に関する情報を取得する被験者頭表形状取得手段と、
被験者の頭表に取り付けられた信号観測点の3次元位置情報を、前記の被験者頭表形状に基づいて、標準脳頭表上の対応する位置に変換する頭表位置変換手段と、
前記頭表位置変換手段によって被験者脳頭表上の信号観測点に対応付けられた標準脳頭表位置から標準脳の脳表位置を推定する脳表位置推定手段と、
前記脳表位置推定手段によって推定された標準脳の脳表位置に対応する脳機能を推定する脳機能推定手段と、
を具備することを特徴とする脳機能部位推定システム。
A brain functional region estimation system that estimates brain function from a subject's head surface position,
A subject head surface shape acquisition means for acquiring information on the head surface shape of the subject consisting of three-dimensional position information at a plurality of reference points set on the head surface of the subject;
A head surface position converting means for converting the three-dimensional position information of the signal observation point attached to the subject's head surface into a corresponding position on the standard brain head surface based on the subject head surface shape;
A brain surface position estimating means for estimating a brain surface position of a standard brain from a standard brain head surface position associated with a signal observation point on a subject brain head surface by the head surface position converting means;
A brain function estimating means for estimating a brain function corresponding to the brain surface position of the standard brain estimated by the brain surface position estimating means;
A brain functional region estimation system comprising:
前記頭表位置変換手段は、
任意の3つの基準点を選んで部分空間を形成する処理を繰り返して、被験者及び標準脳の頭表の各々を複数の部分空間に分割して、各部分空間に斜交座標系を割り当てる手段と、
被験者の頭表から前記信号観測点の座標位置が含まれる第1の部分空間を特定する手段と、
前記信号観測点の座標位置が含まる標準脳頭表上の第2の部分空間に対応する部分空間を選択し、前記第1及び第2の部分空間の斜交座標間でアフィン変換して、標準脳頭表上での信号観測点を求める手段と、
を備えることを特徴とする請求項4に記載の脳機能部位推定システム。
The head surface position converting means includes:
Means for selecting an arbitrary three reference points and repeating the process of forming a subspace to divide each of the subject and the head of the standard brain into a plurality of subspaces and assign an oblique coordinate system to each subspace; ,
Means for identifying a first subspace in which the coordinate position of the signal observation point is included from the subject's head surface;
Selecting a partial space corresponding to a second partial space on the standard brain brain surface including the coordinate position of the signal observation point, and performing an affine transformation between the oblique coordinates of the first and second partial spaces; A means of obtaining signal observation points on the standard brain surface;
The brain functional region estimation system according to claim 4, further comprising:
前記被験者頭表形状取得手段は、被験者の頭表上において国際10−20システム又はこれを基にした規格によって定められた複数の規準位置を特定することによって、被験者の頭表形状に関する情報を取得する、
ことを特徴とする請求項4に記載の脳機能部位推定システム。
The subject head surface shape acquisition means acquires information on the head surface shape of the subject by specifying a plurality of reference positions defined by the international 10-20 system or a standard based on the international 10-20 system on the head surface of the subject. To
The brain functional region estimation system according to claim 4, wherein:
コンピュータを用いて構築される脳機能部位推定システム上において、被験者の頭表位置から脳機能を推定する脳機能部位推定方法であって、
前記コンピュータが備える被験者頭表形状取得手段が、被験者の頭表上に設定された複数の基準点における3次元位置情報からなる被験者の頭表形状に関する情報を取得する被験者頭表形状取得ステップと、
前記コンピュータが備える頭表位置変換手段が、被験者の頭表に取り付けられた信号観測点の3次元位置情報を、前記の被験者頭表形状に基づいて、標準脳頭表上の対応する位置に変換する頭表位置変換ステップと、
前記コンピュータが備える脳表位置推定手段が、前記頭表位置変換手段によって被験者脳頭表上の信号観測点に対応付けられた標準脳頭表位置から標準脳の脳表位置を推定する脳表位置推定ステップと、
前記コンピュータが備える脳機能推定手段が、前記脳表位置推定手段によって推定された標準脳の脳表位置に対応する脳機能を推定する脳機能推定ステップと、
を具備することを特徴とする脳機能部位推定方法。
On a brain function site estimation system constructed using a computer, a brain function site estimation method for estimating brain function from a head surface position of a subject,
The subject head surface shape acquisition means provided in the computer acquires a subject head surface shape acquisition step for acquiring information related to the head surface shape of the subject consisting of three-dimensional position information at a plurality of reference points set on the subject's head surface;
The head surface position converting means provided in the computer converts the three-dimensional position information of the signal observation point attached to the subject's head surface into a corresponding position on the standard brain head table based on the subject head surface shape. A head surface position converting step,
The brain surface position estimating means provided in the computer estimates the brain surface position of the standard brain from the standard brain head surface position associated with the signal observation point on the subject brain head surface by the head surface position converting means. An estimation step;
The brain function estimation means provided in the computer estimates a brain function corresponding to the brain surface position of the standard brain estimated by the brain surface position estimation means;
The brain functional region estimation method characterized by comprising.
前記頭表位置変換ステップは、
任意の3つの基準点を選んで部分空間を形成する処理を繰り返して、被験者及び標準脳の頭表の各々を複数の部分空間に分割して、各部分空間に斜交座標系を割り当てるステップと、
被験者の頭表から前記信号観測点の座標位置が含まれる第1の部分空間を特定するステップと、
前記信号観測点の座標位置が含まる標準脳頭表上の第2の部分空間に対応する部分空間を選択し、前記第1及び第2の部分空間の斜交座標間でアフィン変換して、標準脳頭表上での信号観測点を求めるステップと、
を備えることを特徴とする請求項7に記載の脳機能部位推定方法。
The head surface position conversion step includes:
Repeating the process of selecting any three reference points to form a subspace, dividing each of the subject and the head of the standard brain into a plurality of subspaces, and assigning an oblique coordinate system to each subspace; ,
Identifying a first subspace in which the coordinate position of the signal observation point is included from the subject's head surface;
Selecting a partial space corresponding to a second partial space on the standard brain brain surface including the coordinate position of the signal observation point, and performing an affine transformation between the oblique coordinates of the first and second partial spaces; Obtaining a signal observation point on the standard brain surface;
The brain functional region estimation method according to claim 7, further comprising:
前記被験者頭表形状取得ステップでは、被験者の頭表上において国際10−20システム又はこれを基にした規格によって定められた複数の規準位置を特定することによって、被験者の頭表形状に関する情報を取得する、
ことを特徴とする請求項7に記載の脳機能部位推定方法。
In the subject head surface shape acquisition step, information related to the head surface shape of the subject is acquired by specifying a plurality of reference positions determined by the international 10-20 system or a standard based on the international 10-20 system on the head surface of the subject. To
The brain functional site estimation method according to claim 7.
被験者の頭表位置から脳機能を推定するための処理をコンピュータ上で実行させるようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータを、
被験者の頭表上に設定された複数の基準点における3次元位置情報からなる被験者の頭表形状に関する情報を取得する被験者頭表形状取得手段と、
被験者の頭表に取り付けられた信号観測点の3次元位置情報を、前記の被験者頭表形状に基づいて、標準脳頭表上の対応する位置に変換する頭表位置変換手段と、
前記頭表位置変換手段によって被験者脳頭表上の信号観測点に対応付けられた標準脳頭表位置から標準脳の脳表位置を推定する脳表位置推定手段と、
前記脳表位置推定手段によって推定された標準脳の脳表位置に対応する脳機能を推定する脳機能推定手段と、
として機能させるためのコンピュータ・プログラム。
A computer program written in a computer-readable format to cause a computer to execute a process for estimating brain function from a head surface position of a subject, the computer comprising:
A subject head surface shape acquisition means for acquiring information on the head surface shape of the subject consisting of three-dimensional position information at a plurality of reference points set on the head surface of the subject;
A head surface position converting means for converting the three-dimensional position information of the signal observation point attached to the subject's head surface into a corresponding position on the standard brain head surface based on the subject head surface shape;
A brain surface position estimating means for estimating a brain surface position of a standard brain from a standard brain head surface position associated with a signal observation point on a subject brain head surface by the head surface position converting means;
A brain function estimating means for estimating a brain function corresponding to the brain surface position of the standard brain estimated by the brain surface position estimating means;
Computer program to function as
被験者の頭表上において国際10−20システム又はこれを基にした規格によって定められた複数の規準位置を特定することによってその頭皮形状の測定作業を支援する頭皮形状測定支援装置であって、
空間の3次元位置情報を計測する3次元位置計測手段と、
3次元位置計測装置から出力される3次元位置情報を演算処理する演算処理手段と、
前記3次元位置計測手段により計測され、又は前記演算処理手段により演算処理された3次元位置情報に関する画面を提示するディスプレイと、
オペレータが前記3次元位置計測手段を用いて被験者の頭表上で測定した4つの基準位置Nz(鼻根)、Iz(頭蓋骨後部の突起先端)、LPA(左耳介点)、RPA(右耳介点)の位置を保持する手段と、
Nz−IzとLPA−RPAの2線分の中間点を結ぶ直線と頭表面と交わる点をCz(中心部)として仮測定を行なう際に、前記ディスプレイ上でNz−IzとLPA−RPAの2線分の中間点を結ぶ直線を3次元表示するとともに、仮のCzの計測目標位置と前記3次元位置計測手段を用いて測定されている現在位置との関係を示すCz仮測定支援手段と、
前記Cz仮測定支援手段による支援を通じてオペレータが測定した仮のCzの位置を保持する手段と、
Nz−仮のCz−Iz間の距離測定を行なう際に、前記ディスプレイ上で4つの基準位置Nz、Iz、LPA、RPA、並びに、Nz−仮のCz−Iz間を結ぶ直線を3次元表示し、Nz、Iz、Czの合計3点を通る直線上の頭表位置でオペレータが複数点を計測するのを支援するとともに、オペレータが前記3次元位置計測手段を用いて該直線上の頭表位置で計測した複数点を経由してNzとIzの間を繋ぐパラメトリック曲線を生成して3次元表示するNz−仮のCz−Iz間距離測定支援手段と、
Nz及びIzを繋ぐ前記パラメトリック曲線の中間点を正式なCzの位置に決定するとともに、前記パラメトリック曲線上に分布している4つの基準点Fpz、Fz、Pz、及びOzを決定するNz−仮のCz−Iz間距離測定手段と、
該決定された(正式の)Czと、4つの基準点Fpz、Fz、Pz、及びOzの位置を保持する手段と、
前記の既に確定した基準点Nz、Iz、LPA、RPA、Cz、Fpz、Fz、Pz、Ozを用い、3つの直線LPA−Cz−RPA、Fpz−T3−Oz、 Fpz−T4−Ozのそれぞれについて、前記ディスプレイ上で直線を3次元表示してオペレータの計測を支援するとともに、該直線上の頭表位置でオペレータが計測した複数点を経由して繋ぐパラメトリック曲線を生成してその距離を測定するLPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、Fpz−T4−Oz間距離測定手段と、
前記LPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、Fpz−T4−Oz間距離測定手段による測定結果に基づいて、前記LPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、Fpz−T4−Oz間を繋ぐ各パラメトリック曲線上で各基準点C3、C4、T3、T4、Fp1、Fp2、F7、F8、T5、T6、O1、O2の位置を決定する手段と、
該決定された各基準点C3、C4、T3、T4、Fp1、Fp2、F7、F8、T5、T6、O1、O2の位置を保持する手段と、
3つの基準点F7、Fz、F8を含む平面内で線分F7−Fzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点F3として決定し、3つの基準点F7、Fz、F8を含む平面内で線分F8−Fzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点F4として決定し、3つの基準点T5、Pz、T6を含む平面内で線分T5−Pzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点P3として決定し、3つの基準点T5、Pz、T6を含む平面内で線分T6−Pzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点P4として決定する手段と、
該決定された各基準点F3、F4、P3、及びP4を保持する手段と、
を具備することを特徴とする頭皮形状測定支援装置。
A scalp shape measurement support device for supporting a scalp shape measurement operation by specifying a plurality of reference positions defined by an international 10-20 system or a standard based on the international 10-20 system on a subject's head surface,
3D position measurement means for measuring 3D position information in space;
Arithmetic processing means for arithmetically processing the three-dimensional position information output from the three-dimensional position measuring device;
A display that presents a screen related to the three-dimensional position information that is measured by the three-dimensional position measuring means or that has been arithmetically processed by the arithmetic processing means;
Four reference positions Nz (nasal root), Iz (protrusion tip of the posterior skull), LPA (left auricle point), RPA (right ear) measured by the operator on the head surface of the subject using the three-dimensional position measuring means. Means for maintaining the position of the intermediary point);
When a temporary measurement is performed using Cz (center portion) as a point where a straight line connecting the midpoint of two line segments of Nz-Iz and LPA-RPA intersects the head surface, 2 of Nz-Iz and LPA-RPA is displayed on the display. A Cz temporary measurement support means for displaying a relationship between a temporary Cz measurement target position and a current position measured using the three-dimensional position measurement means;
Means for holding a temporary Cz position measured by an operator through support by the Cz temporary measurement support means;
When measuring the distance between Nz-provisional Cz-Iz, the three reference lines Nz, Iz, LPA, RPA, and the straight line connecting Nz-provisional Cz-Iz are displayed on the display in three dimensions. , Nz, Iz, and Cz, the operator can measure a plurality of points at a head surface position on a straight line passing through a total of three points, and the operator can use the three-dimensional position measuring means to measure the head surface position on the straight line. Nz-provisional Cz-Iz distance measurement support means for generating a parametric curve connecting Nz and Iz via a plurality of points measured in step 3D and displaying them three-dimensionally;
The intermediate point of the parametric curve connecting Nz and Iz is determined as a formal Cz position, and four reference points Fpz, Fz, Pz, and Oz distributed on the parametric curve are determined. Cz-Iz distance measuring means;
Means for holding the position of the determined (formal) Cz and the four reference points Fpz, Fz, Pz and Oz;
For each of the three straight lines LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, and Fpz-T4-Oz using the already determined reference points Nz, Iz, LPA, RPA, Cz, Fpz, Fz, Pz, Oz. In addition to supporting the operator's measurement by displaying a three-dimensional line on the display, a parametric curve is generated by connecting a plurality of points measured by the operator at the head surface position on the line, and the distance is measured. LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, Fpz-T4-Oz distance measuring means,
Based on the measurement results of the LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, Fpz-T4-Oz distance measuring means, the LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, Fpz-T4- Means for determining the position of each reference point C3, C4, T3, T4, Fp1, Fp2, F7, F8, T5, T6, O1, O2 on each parametric curve connecting Oz;
Means for holding the position of each of the determined reference points C3, C4, T3, T4, Fp1, Fp2, F7, F8, T5, T6, O1, O2;
A point measured by the operator using the three-dimensional position measuring means at a point where the operator crosses the scalp on a straight line connecting the intermediate points of the line segments F7-Fz in a plane including the three reference points F7, Fz, F8 is a reference point F3. The point measured by the operator using the three-dimensional position measuring means at a point where the operator crosses the scalp on a straight line connecting the midpoints of the line segments F8-Fz in a plane including the three reference points F7, Fz, F8. Is determined as a reference point F4, and the operator uses the three-dimensional position measurement means at a point where the operator crosses the scalp on a straight line connecting the midpoints of the line segments T5-Pz in a plane including the three reference points T5, Pz, T6. The measured point is determined as a reference point P3, and the operator moves the three-dimensional position at a point where the operator intersects the scalp on a straight line connecting the midpoints of the line segments T6-Pz in a plane including the three reference points T5, Pz, T6. Measuring hand It means for determining the point of measurement as a reference point P4 with,
Means for holding each determined reference point F3, F4, P3, and P4;
A scalp shape measurement support apparatus comprising:
コンピュータを用いて構築される頭皮形状測定支援システム上で、オペレータが空間の3次元位置情報を計測する3次元位置計測手段を用いて被験者の頭表上において国際10−20システム又はこれを基にした規格によって定められた複数の規準位置を特定することによってその頭皮形状の測定作業を支援する頭皮形状測定支援方法であって、
前記コンピュータが備える保持手段が、オペレータが前記3次元位置計測手段を用いて被験者の頭表上で測定した4つの基準位置Nz(鼻根)、Iz(頭蓋骨後部の突起先端)、LPA(左耳介点)、RPA(右耳介点)の位置を保持するステップと、
前記コンピュータが備える仮測定支援手段が、Nz−IzとLPA−RPAの2線分の中間点を結ぶ直線と頭表面と交わる点をCz(中心部)として仮測定を行なう際に、前記ディスプレイ上でNz−IzとLPA−RPAの2線分の中間点を結ぶ直線を3次元表示するとともに、仮のCzの計測目標位置と前記3次元位置計測手段を用いて測定されている現在位置との関係を示すCz仮測定支援ステップと、
前記コンピュータが備える保持手段が、前記Cz仮測定支援手段による支援を通じてオペレータが測定した仮のCzの位置を保持するステップと、
前記コンピュータが備えるNz−仮のCz−Iz間距離測定支援手段が、Nz−仮のCz−Iz間の距離測定を行なう際に、前記ディスプレイ上で4つの基準位置Nz、Iz、LPA、RPA、並びに、Nz−仮のCz−Iz間を結ぶ直線を3次元表示し、Nz、Iz、Czの合計3点を通る直線上の頭表位置でオペレータが複数点を計測するのを支援するとともに、オペレータが前記3次元位置計測手段を用いて該直線上の頭表位置で計測した複数点を経由してNzとIzの間を繋ぐパラメトリック曲線を生成して3次元表示するNz−仮のCz−Iz間距離測定支援ステップと、
前記コンピュータが備えるNz−仮のCz−Iz間距離測定手段が、Nz及びIzを繋ぐ前記パラメトリック曲線の中間点を正式なCzの位置に決定するとともに、前記パラメトリック曲線上に分布している4つの基準点Fpz、Fz、Pz、及びOzを決定するNz−仮のCz−Iz間距離測定ステップと、
前記コンピュータが備える保持手段が、該決定された(正式の)Czと、4つの基準点Fpz、Fz、Pz、及びOzの位置を保持するステップと、
前記コンピュータが備えるLPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、Fpz−T4−Oz間距離測定手段が、前記の既に確定した基準点Nz、Iz、LPA、RPA、Cz、Fpz、Fz、Pz、Ozを用い、3つの直線LPA−Cz−RPA、Fpz−T3−Oz、 Fpz−T4−Ozのそれぞれについて、前記ディスプレイ上で直線を3次元表示してオペレータの計測を支援するとともに、該直線上の頭表位置でオペレータが計測した複数点を経由して繋ぐパラメトリック曲線を生成してその距離を測定するLPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、Fpz−T4−Oz間距離測定ステップと、
前記コンピュータが備える決定手段が、前記LPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、Fpz−T4−Oz間距離測定手段による測定結果に基づいて、前記LPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、Fpz−T4−Oz間を繋ぐ各パラメトリック曲線上で各基準点C3、C4、T3、T4、Fp1、Fp2、F7、F8、T5、T6、O1、O2の位置を決定する手段と、
前記コンピュータが備える保持手段が、該決定された各基準点C3、C4、T3、T4、Fp1、Fp2、F7、F8、T5、T6、O1、O2の位置を保持するステップと、
前記コンピュータが備える決定手段が、3つの基準点F7、Fz、F8を含む平面内で線分F7−Fzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点F3として決定し、3つの基準点F7、Fz、F8を含む平面内で線分F8−Fzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点F4として決定し、3つの基準点T5、Pz、T6を含む平面内で線分T5−Pzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点P3として決定し、3つの基準点T5、Pz、T6を含む平面内で線分T6−Pzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点P4として決定するステップと、
前記コンピュータが備える保持手段が、該決定された各基準点F3、F4、P3、及びP4を保持するステップと、
を具備することを特徴とする頭皮形状測定支援方法。
On the scalp shape measurement support system constructed using a computer, the operator uses the three-dimensional position measuring means for measuring the three-dimensional position information of the space on the subject's head surface based on the international 10-20 system or the system. A scalp shape measurement support method for supporting a scalp shape measurement operation by specifying a plurality of reference positions defined by the standard,
The holding means included in the computer includes four reference positions Nz (nasal root), Iz (protrusion tip of the posterior skull), LPA (left ear) measured by the operator on the head surface of the subject using the three-dimensional position measuring means. A step of maintaining the position of the RPA (right auricle point);
When the temporary measurement support means included in the computer performs temporary measurement with Cz (center portion) as a point where the straight line connecting the midpoint of the two line segments of Nz-Iz and LPA-RPA intersects the head surface, The three-dimensional display of the straight line connecting the midpoints of the two line segments of Nz-Iz and LPA-RPA at the same time, and the temporary Cz measurement target position and the current position measured using the three-dimensional position measurement means Cz provisional measurement support step showing the relationship;
A holding means provided in the computer holds the position of the temporary Cz measured by the operator through support by the Cz temporary measurement support means;
When the Nz-temporary Cz-Iz distance measurement support means included in the computer measures the distance between Nz-temporary Cz-Iz, four reference positions Nz, Iz, LPA, RPA, In addition, a straight line connecting Nz-temporary Cz-Iz is displayed in three dimensions, and the operator can measure a plurality of points at a head surface position on a straight line passing through a total of three points of Nz, Iz, and Cz. An operator generates a parametric curve connecting Nz and Iz via a plurality of points measured at the head surface position on the straight line by using the three-dimensional position measuring means, and displays it in a three-dimensional manner. Iz distance measurement support step;
The Nz-temporary Cz-Iz distance measuring means provided in the computer determines an intermediate point of the parametric curve connecting Nz and Iz as a formal Cz position, and is distributed on the parametric curve. Nz-temporary Cz-Iz distance measuring step for determining reference points Fpz, Fz, Pz, and Oz;
Holding means included in the computer holds the determined (formal) Cz and the positions of the four reference points Fpz, Fz, Pz, and Oz;
The LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, and Fpz-T4-Oz distance measuring means included in the computer are the reference points Nz, Iz, LPA, RPA, Cz, Fpz, Fz, For each of the three straight lines LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, and Fpz-T4-Oz using Pz and Oz, the three-dimensional display of the straight line on the display supports the operator's measurement. Distances between LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, and Fpz-T4-Oz that generate parametric curves connected via a plurality of points measured by the operator at the head surface position on a straight line and measure the distances Measuring steps;
Based on the measurement results by the distance measuring means between the LPA-Cz-RPA, between Fpz-T3-Oz, and Fpz-T4-Oz, the determining means provided in the computer is between FPA-Cz-RPA, Fpz-T3. Means for determining the position of each reference point C3, C4, T3, T4, Fp1, Fp2, F7, F8, T5, T6, O1, O2 on each parametric curve connecting between -Oz and Fpz-T4-Oz ,
Holding means provided in the computer holds the positions of the determined reference points C3, C4, T3, T4, Fp1, Fp2, F7, F8, T5, T6, O1, O2,
The determination means provided in the computer uses the three-dimensional position measurement means at a point where the determination means included in the computer intersects the scalp on a straight line connecting the midpoints of the line segments F7-Fz in a plane including three reference points F7, Fz, F8. The point measured in this manner is determined as a reference point F3, and the operator moves the three-dimensional position at a point where the operator crosses the scalp on a straight line connecting the midpoints of the line segments F8-Fz in a plane including three reference points F7, Fz, F8. A point measured using the measuring means is determined as a reference point F4, and the operator intersects with the scalp on a straight line connecting the midpoints of the line segments T5-Pz in a plane including three reference points T5, Pz, T6. A point measured using the three-dimensional position measuring means is determined as a reference point P3, and intersects with the scalp on a straight line connecting intermediate points of line segments T6-Pz in a plane including three reference points T5, Pz, T6. To the point Determining a point at which the operator was determined using the three-dimensional position measuring means as a reference point P4 Te,
A holding means included in the computer holds the determined reference points F3, F4, P3, and P4;
A scalp shape measurement support method comprising:
オペレータが空間の3次元位置情報を計測する3次元位置計測手段を用いて被験者の頭表上において国際10−20システム又はこれを基にした規格によって定められた複数の規準位置を特定することによってその頭皮形状の測定作業を支援するための処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータを、
オペレータが前記3次元位置計測手段を用いて被験者の頭表上で測定した4つの基準位置Nz(鼻根)、Iz(頭蓋骨後部の突起先端)、LPA(左耳介点)、RPA(右耳介点)の位置を保持する手段と、
Nz−IzとLPA−RPAの2線分の中間点を結ぶ直線と頭表面と交わる点をCz(中心部)として仮測定を行なう際に、前記ディスプレイ上でNz−IzとLPA−RPAの2線分の中間点を結ぶ直線を3次元表示するとともに、仮のCzの計測目標位置と前記3次元位置計測手段を用いて測定されている現在位置との関係を示すCz仮測定支援手段と、
前記Cz仮測定支援手段による支援を通じてオペレータが測定した仮のCzの位置を保持する手段と、
Nz−仮のCz−Iz間の距離測定を行なう際に、前記ディスプレイ上で4つの基準位置Nz、Iz、LPA、RPA、並びに、Nz−仮のCz−Iz間を結ぶ直線を3次元表示し、Nz、Iz、Czの合計3点を通る直線上の頭表位置でオペレータが複数点を計測するのを支援するとともに、オペレータが前記3次元位置計測手段を用いて該直線上の頭表位置で計測した複数点を経由してNzとIzの間を繋ぐパラメトリック曲線を生成して3次元表示するNz−仮のCz−Iz間距離測定支援手段と、
Nz及びIzを繋ぐ前記パラメトリック曲線の中間点を正式なCzの位置に決定するとともに、前記パラメトリック曲線上に分布している4つの基準点Fpz、Fz、Pz、及びOzを決定するNz−仮のCz−Iz間距離測定手段と、
該決定された(正式の)Czと、4つの基準点Fpz、Fz、Pz、及びOzの位置を保持する手段と、
前記の既に確定した基準点Nz、Iz、LPA、RPA、Cz、Fpz、Fz、Pz、Ozを用い、3つの直線LPA−Cz−RPA、Fpz−T3−Oz、 Fpz−T4−Ozのそれぞれについて、前記ディスプレイ上で直線を3次元表示してオペレータの計測を支援するとともに、該直線上の頭表位置でオペレータが計測した複数点を経由して繋ぐパラメトリック曲線を生成してその距離を測定するLPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、Fpz−T4−Oz間距離測定手段と、
前記LPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、Fpz−T4−Oz間距離測定手段による測定結果に基づいて、前記LPA−Cz−RPA間、Fpz−T3−Oz間、Fpz−T4−Oz間を繋ぐ各パラメトリック曲線上で各基準点C3、C4、T3、T4、Fp1、Fp2、F7、F8、T5、T6、O1、O2の位置を決定する手段と、
該決定された各基準点C3、C4、T3、T4、Fp1、Fp2、F7、F8、T5、T6、O1、O2の位置を保持する手段と、
3つの基準点F7、Fz、F8を含む平面内で線分F7−Fzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点F3として決定し、3つの基準点F7、Fz、F8を含む平面内で線分F8−Fzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点F4として決定し、3つの基準点T5、Pz、T6を含む平面内で線分T5−Pzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点P3として決定し、3つの基準点T5、Pz、T6を含む平面内で線分T6−Pzの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記3次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点P4として決定する手段と、
該決定された各基準点F3、F4、P3、及びP4を保持する手段と、
として機能させるためのコンピュータ・プログラム。
By specifying a plurality of reference positions defined by an international 10-20 system or a standard based on the international 10-20 system on the head surface of a subject using a three-dimensional position measuring means for measuring three-dimensional position information of a space by an operator A computer program written in a computer-readable format so as to execute processing for supporting the scalp shape measurement operation on a computer, the computer comprising:
Four reference positions Nz (nasal root), Iz (protrusion tip of the posterior skull), LPA (left auricle point), RPA (right ear) measured by the operator on the head surface of the subject using the three-dimensional position measuring means. Means for maintaining the position of the intermediary point);
When a temporary measurement is performed using Cz (center portion) as a point where a straight line connecting the midpoint of two line segments of Nz-Iz and LPA-RPA intersects the head surface, 2 of Nz-Iz and LPA-RPA is displayed on the display. A Cz temporary measurement support means for displaying a relationship between a temporary Cz measurement target position and a current position measured using the three-dimensional position measurement means;
Means for holding a temporary Cz position measured by an operator through support by the Cz temporary measurement support means;
When measuring the distance between Nz-provisional Cz-Iz, the three reference lines Nz, Iz, LPA, RPA, and the straight line connecting Nz-provisional Cz-Iz are displayed on the display in three dimensions. , Nz, Iz, and Cz, the operator can measure a plurality of points at a head surface position on a straight line passing through a total of three points, and the operator can use the three-dimensional position measuring means to measure the head surface position on the straight line. Nz-provisional Cz-Iz distance measurement support means for generating a parametric curve connecting Nz and Iz via a plurality of points measured in step 3D and displaying them three-dimensionally;
The intermediate point of the parametric curve connecting Nz and Iz is determined as a formal Cz position, and four reference points Fpz, Fz, Pz, and Oz distributed on the parametric curve are determined. Cz-Iz distance measuring means;
Means for holding the position of the determined (formal) Cz and the four reference points Fpz, Fz, Pz and Oz;
For each of the three straight lines LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, and Fpz-T4-Oz using the already determined reference points Nz, Iz, LPA, RPA, Cz, Fpz, Fz, Pz, Oz. In addition to supporting the operator's measurement by displaying a three-dimensional line on the display, a parametric curve is generated by connecting a plurality of points measured by the operator at the head surface position on the line, and the distance is measured. LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, Fpz-T4-Oz distance measuring means,
Based on the measurement results of the LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, Fpz-T4-Oz distance measuring means, the LPA-Cz-RPA, Fpz-T3-Oz, Fpz-T4- Means for determining the position of each reference point C3, C4, T3, T4, Fp1, Fp2, F7, F8, T5, T6, O1, O2 on each parametric curve connecting Oz;
Means for holding the position of each of the determined reference points C3, C4, T3, T4, Fp1, Fp2, F7, F8, T5, T6, O1, O2;
A point measured by the operator using the three-dimensional position measuring means at a point where the operator crosses the scalp on a straight line connecting the intermediate points of the line segments F7-Fz in a plane including the three reference points F7, Fz, F8 is a reference point F3. The point measured by the operator using the three-dimensional position measuring means at a point where the operator crosses the scalp on a straight line connecting the midpoints of the line segments F8-Fz in a plane including the three reference points F7, Fz, F8. Is determined as a reference point F4, and the operator uses the three-dimensional position measurement means at a point where the operator crosses the scalp on a straight line connecting the midpoints of the line segments T5-Pz in a plane including the three reference points T5, Pz, T6. The measured point is determined as a reference point P3, and the operator moves the three-dimensional position at a point where the operator intersects the scalp on a straight line connecting the midpoints of the line segments T6-Pz in a plane including the three reference points T5, Pz, T6. Measuring hand It means for determining the point of measurement as a reference point P4 with,
Means for holding each determined reference point F3, F4, P3, and P4;
Computer program to function as
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