JP2013118999A - コンパートメント解析システム、コンパートメント解析方法、コンパートメント解析装置、プログラム、及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】脳内のトレーサーの動態をコンパートメント解析すること。
【解決手段】トレーサーからの電磁波の強度を測定する測定装置１２０と、測定装置１２０によって測定された脳内のトレーサーからの電磁波の強度に基づいて、脳内のトレーサーの動態をコンパートメント解析するコンパートメント解析装置１１０とを備え、コンパートメント解析装置１１０は、測定装置１２０によって測定された脳内の脳血管に該当する第１のコンパートメントにおける電磁波の強度、又は大のコンパートメントにおけるインプット関数と、測定装置１２０によって測定された脳内の脳組織に該当する第２のコンパートメントにおける電磁波の強度と、測定装置１２０によって測定された脳内の脳溝又は脳室に該当する第３のコンパートメントにおける電磁波の強度とに基づいて、各コンパートメント間をトレーサーが移行するときの速度定数を算出する速度定数算出部を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンパートメント解析システム、コンパートメント解析方法、コンパートメント解析装置、プログラム、及び記録媒体に関する。特に本発明は、脳内のトレーサーの動態をコンパートメント解析するコンパートメント解析システム、測定装置によって測定された脳内のトレーサーからの電磁波の強度に基づいて、脳内のトレーサーの動態をコンパートメント解析するコンパートメント解析方法、コンパートメント解析装置、コンピュータを当該コンパートメント解析装置として機能させるプログラム、並びに当該プログラムを記録した記録媒体に関する。

脳血管障害や認知症等の疾患は、脳血流量を指標にして評価されることがある。脳血流量の解析方法としては、脳血管からしみ出した脳血流の動態をコンパートメント解析する方法が知られている（例えば、非特許文献１、２参照。）。より具体的に説明すると、脳血流の動態は、例えば、放射性薬品をトレーサーにして、ポジトロン断層法にて測定される。そして、脳血流の動態は、脳血管と脳組織の２つのコンパートメントから成り立つ２コンパートメントモデルにより解析される。２コンパートメントモデルによる解析においては、脳局所に達した動脈血全てが脳組織に移行すると仮定する。

２コンパートメントモデルによる脳血流の動態を解析方法においては、通常、Ｘ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置にて患者の脳の解剖学的な詳細立体画像、即ち、形態画像を撮像する。そして、Ｘ線ＣＴ装置にて撮像された画像を参照して、脳血流の動態を解析すべき脳血管と脳組織の各領域を決定する。次に、患者にトレーサーとなる放射性薬品を注射して、脳における機能画像を撮像し、次いで、脳血管と脳組織の各領域における放射線量の経時変化を測定する。更に、測定された放射線量に基づいて、脳血管から脳組織へトレーサーが移行するときの速度定数Ｋ１と、脳組織から脳血管へトレーサーが移行するときの速度定数Ｋ２とを算出する。なおまた、算出した速度定数Ｋ１、Ｋ２は、脳血流量（血管から流れてきた放射性トレーサーが脳細胞組織に取り込まれた量を意味する。）の算出に利用される。

千田 道雄、"第２０回 インフラックスと分布体積"、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成２１年１２月、核医学文献情報研究会、［平成２３年１０月６日検索］、インターネット、＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｓｃａ−ｃｏ．ｃｏｍ／ｎｕｃｌｅａｒ／２００９／１２／ｐｏｓｔ−２２．ｈｔｍｌ＞ 千田 道雄、"第２４回 脳の血流と代謝のイメージング"、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成２２年４月、核医学文献情報研究会、［平成２３年１０月６日検索］、インターネット、＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｓｃａ−ｃｏ．ｃｏｍ／ｎｕｃｌｅａｒ／２０１０／０４／ｐｏｓｔ−２６．ｈｔｍｌ＞

２コンパートメントモデルによる解析により算出された速度定数Ｋ１、Ｋ２は、脳内の脳血流の動態を解析するのに有用なパラメータとなる。ここで、脳内の脳血流の動態は、脳溝や脳室における脳脊髄液の動態とも相関がある。しかしながら、上述した２コンパートメントモデルによる解析は、脳血管と脳組織間のトレーサーの動態だけにしか着目しておらず、脳内の脳血流の動態を解析するために本当に有用なパラメータを算出し得るとは言い難い。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によると、脳内のトレーサーの動態をコンパートメント解析するコンパートメント解析システムであって、脳内のトレーサーからの電磁波の強度を測定する測定装置と、測定装置によって測定された脳内のトレーサーからの電磁波の強度に基づいて、脳内のトレーサーの動態をコンパートメント解析するコンパートメント解析装置とを備え、コンパートメント解析装置は、測定装置によって測定された脳内の脳血管に該当する第１のコンパートメントにおける電磁波の強度、又は第１のコンパートメントにおけるインプット関数と、測定装置によって測定された脳内の脳組織に該当する第２のコンパートメントにおける電磁波の強度と、測定装置によって測定された脳内の脳溝又は脳室に該当する第３のコンパートメントにおける電磁波の強度とに基づいて、各コンパートメント間をトレーサーが移行するときの速度定数を算出する速度定数算出部を有する。

コンパートメント解析装置は、脳を区分した複数の各区分領域内の脳の部位が、各コンパートメントのうち、いずれのコンパートメントに該当するか特定するコンパートメント特定部を更に有し、速度定数算出部は、コンパートメント特定部が第１のコンパートメントに該当すると特定した区分領域における電磁波の強度と、コンパートメント特定部が第２のコンパートメントに該当すると特定した区分領域における電磁波の強度と、コンパートメント特定部が第３のコンパートメントに該当すると特定した区分領域における電磁波の強度とに基づいて、各コンパートメント間をトレーサーが移行するときの速度定数を算出してよい。

コンパートメント解析装置は、脳を複数の区分領域に区分する領域区分部を更に有し、コンパートメント特定部は、領域区分部が区分した複数の各区分領域内の脳の部位が、各コンパートメントのうち、いずれのコンパートメントに該当するか特定してよい。

コンパートメント解析装置は、コンパートメント解析の対象とすべき脳の関心領域を指定する旨の指示を受け付ける指示受付部を更に有し、領域区分部は、指示受付部が受け付けた指示によって指定された脳の関心領域を複数の区分領域に区分してよい。

トレーサーは、Ｈ_２ ^１７Ｏであってよい。

測定装置は、ＭＲＩ装置であってよい。

本発明の第２の形態によると、測定装置によって測定された脳内のトレーサーからの電磁波の強度に基づいて、脳内のトレーサーの動態をコンパートメント解析するコンパートメント解析方法であって、測定装置によって測定された脳内の脳血管に該当する第１のコンパートメントにおける電磁波の強度、又は第１のコンパートメントにおけるインプット関数と、測定装置によって測定された脳内の脳組織に該当する第２のコンパートメントにおける電磁波の強度と、測定装置によって測定された脳内の脳溝又は脳室に該当する第３のコンパートメントにおける電磁波の強度とに基づいて、各コンパートメント間をトレーサーが移行するときの速度定数を算出する速度定数算出段階を備える。

本発明の第３の形態によると、測定装置によって測定された脳内のトレーサーからの電磁波の強度に基づいて、脳内のトレーサーの動態をコンパートメント解析するコンパートメント解析装置であって、測定装置によって測定された脳内の脳血管に該当する第１のコンパートメントにおける電磁波の強度、又は第１のコンパートメントにおけるインプット関数と、測定装置によって測定された脳内の脳組織に該当する第２のコンパートメントにおける電磁波の強度と、測定装置によって測定された脳内の脳溝又は脳室に該当する第３のコンパートメントにおける電磁波の強度とに基づいて、各コンパートメント間をトレーサーが移行するときの速度定数を算出する速度定数算出部を備える。

本発明の第４の形態によると、コンピュータを、測定装置によって測定された脳内のトレーサーからの電磁波の強度に基づいて、脳内のトレーサーの動態をコンパートメント解析するコンパートメント解析装置として機能させるプログラムであって、コンピュータを、測定装置によって測定された脳内の脳血管に該当する第１のコンパートメントにおける電磁波の強度、又は第１のコンパートメントにおけるインプット関数と、測定装置によって測定された脳内の脳組織に該当する第２のコンパートメントにおける電磁波の強度と、測定装置によって測定された脳内の脳溝又は脳室に該当する第３のコンパートメントにおける電磁波の強度とに基づいて、各コンパートメント間をトレーサーが移行するときの速度定数を算出する速度定数算出部として機能させる。

本発明の第５の形態によると、コンピュータを、測定装置によって測定された脳内のトレーサーからの電磁波の強度に基づいて、脳内のトレーサーの動態をコンパートメント解析するコンパートメント解析装置として機能させるプログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータを、測定装置によって測定された脳内の脳血管に該当する第１のコンパートメントにおける電磁波の強度、又は第１のコンパートメントにおけるインプット関数と、測定装置によって測定された脳内の脳組織に該当する第２のコンパートメントにおける電磁波の強度と、測定装置によって測定された脳内の脳溝又は脳室に該当する第３のコンパートメントにおける電磁波の強度とに基づいて、各コンパートメント間をトレーサーが移行するときの速度定数を算出する速度定数算出部として機能させる。

なおまた、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

以上の説明から明らかなように、この発明によっては、脳内の脳血流の動態を解析するためのパラメータとして、２コンパートメントモデルによる解析により得られるパラメータよりも有用なパラメータを算出することができる。

一実施形態に係るコンパートメント解析システム１００の利用環境の一例を示す図である。 コンパートメント解析装置１１０のブロック構成の一例を示す図である。 関心領域情報格納部１１９に格納される情報の一例をテーブル形式で示す図である。 コンパートメント解析装置１１０の動作フローの一例を示す図である。 本実施形態に係るコンパートメント解析装置１１０を構成するコンピュータ８００のハードウェア構成の一例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、一実施形態に係るコンパートメント解析システム１００の利用環境の一例を示す。コンパートメント解析システム１００は、脳内のＨ_２ ^１７Ｏの動態をコンパートメント解析するシステムである。ここで、Ｈ_２ ^１７Ｏとは、質量数の大きい同位体の水分子を多く含み、通常の水より比重の大きい水のことである。なおまた、Ｈ_２ ^１７Ｏは、この発明における「トレーサー」の一例であってよい。

コンパートメント解析システム１００は、コンパートメント解析装置１１０、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置１２０、入力装置１３０、及び出力装置１４０を備える。コンパートメント装置１１０は、ＭＲＩ装置１２０、入力装置１３０、及び出力装置１４０とそれぞれ電気的に接続されている。なおまた、ＭＲＩ装置１２０は、この発明における「測定装置」の一例であってよい。

コンパートメント解析装置１１０は、ＭＲＩ装置１２０によって測定された脳内のＨ_２ ^１７Ｏからの核磁気共鳴信号の強度に基づいて、脳内のＨ_２ ^１７Ｏの動態をコンパートメント解析する装置である。なおまた、核磁気共鳴信号は、この発明における「電磁波」の一例であってよい。

ＭＲＩ装置１２０は、核磁気共鳴現象を利用して生体内の内部の情報を３次元画像にする装置である。より具体的に説明すると、ＭＲＩ装置１２０は、脳内の核磁気共鳴信号の強度を測定する。

入力装置１３０は、コンパートメント解析装置１１０にデータや情報、指示等を与えるための装置である。

出力装置１４０は、コンパートメント解析装置１１０からデータや情報を受け取って、人間に認識できる形で提示する装置である。

図２は、コンパートメント解析装置１１０のブロック構成の一例を示す。コンパートメント解析装置１１０は、画像データ取得部１１１、画像データ出力部１１２、指示受付部１１３、領域区分部１１４、コンパートメント特定部１１５、強度データ取得部１１６、速度定数算出部１１７、画像データ記憶部１１８、及び関心領域情報格納部１１９を備える。以下、各構成要素の機能及び動作を説明する。

画像データ取得部１１１は、脳内が撮影された３次元画像データを、ＭＲＩ装置１２０から取得する。

画像データ出力部１１２は、脳内が撮影された３次元画像データを、出力装置１４０へ出力する。

指示受付部１１３は、コンパートメント解析の対象とすべき脳の関心領域を指定する旨の指示を、入力装置１３０を介して受け付ける。

領域区分部１１４は、脳を複数のボクセルに区分する。より具体的に説明すると、領域区分部１１４は、指示受付部１１３が受け付けた指示によって指定された脳の関心領域を複数のボクセルに区分する。ここで、ボクセルとは、体積の要素であり、３次元空間における直方体単位の値を表す。例えば、縦１０（ｃｍ）×横１０（ｃｍ）×高さ５（ｃｍ）の立体が関心領域である場合、縦×横の平面は、マトリクスに区分することができる。ここで、マトリクスに区分されて得られる各格子状の平面は、ピクセルと呼ばれる。この場合、ボクセルは、ピクセルに高さを乗じたものとなる。なおまた、ボクセルは、この発明における「区分領域」の一例であってよい。

コンパートメント特定部１１５は、脳を区分した複数の各ボクセル内の脳の部位が、脳血管に該当する第１のコンパートメント、脳組織に該当する第２のコンパートメント、脳溝又は脳室に該当する第３のコンパートメントのうち、いずれのコンパートメントに該当するか特定する。より具体的に説明すると、コンパートメント特定部１１５は、領域区分部１１４が区分した複数の各ボクセル内の脳の部位が、各コンパートメントのうち、いずれのコンパートメントに該当するか特定する。

強度データ取得部１１６は、脳内のボクセル毎の核磁気共鳴信号の強度を示すデータを、ＭＲＩ装置１２０から取得する。

速度定数算出部１１７は、ＭＲＩ装置１２０によって測定された脳内の第１のコンパートメントにおける核磁気共鳴信号の強度と、ＭＲＩ装置１２０によって測定された脳内の第２のコンパートメントにおける核磁気共鳴信号の強度と、ＭＲＩ装置１２０によって測定された脳内の第３のコンパートメントにおける核磁気共鳴信号の強度とに基づいて、各コンパートメント間をＨ_２ ^１７Ｏが移行するときの速度定数を算出する。より具体的に説明すると、速度定数算出部１１７は、コンパートメント特定部１１５が第１のコンパートメントに該当すると特定したボクセルにおける核磁気共鳴信号の強度と、コンパートメント特定部１１５が第２のコンパートメントに該当すると特定したボクセルにおける核磁気共鳴信号の強度と、コンパートメント特定部１１５が第３のコンパートメントに該当すると特定したボクセルにおける核磁気共鳴信号の強度とに基づいて、各コンパートメント間をＨ_２ ^１７Ｏが移行するときの速度定数を算出する。

図３は、関心領域情報格納部１１９に格納される情報の一例をテーブル形式で示す。関心領域情報格納部１１９には、ボクセルＩＤ、座標、コンパートメント、及び強度の各情報が対応付けられて格納される。

ボクセルＩＤの情報は、複数のボクセルの中で各ボクセルを一意に識別するための識別符号である。座標の情報は、ボクセルＩＤによって識別されるボクセルの位置を特定するための情報である。コンパートメントの情報は、ボクセルＩＤによって識別されるボクセル内の脳の部位が該当するコンパートメントを示す情報である。強度の情報は、ボクセルＩＤによって識別されるボクセル内における核磁気共鳴信号の強度を示す情報である。

図４は、コンパートメント解析装置１１０の動作フローの一例を示す。この動作フローの説明においては、図１から図３を共に参照する。

医師は、患者にＨ_２ ^１７Ｏを注射する前に、ＭＲＩ装置１２０にて患者の脳内を撮影する。ＭＲＩ装置１２０は、核磁気共鳴現象を利用して脳内の情報を３次元画像データにして、コンパートメント解析装置１１０へ出力する。

コンパートメント解析装置１１０の画像データ取得部１１１は、脳内が撮影された３次元画像データを、ＭＲＩ装置１２０から取得すると（Ｓ１０１）、その３次元画像データを画像データ出力部１１２へ送ると共に、画像データ記憶部１１８に記憶させる。

コンパートメント解析装置１１０の画像データ出力部１１２は、画像データ取得部１１１から送られた３次元画像データを受け取ると、その３次元画像データを、出力装置１４０へ出力する（Ｓ１０２）。このようにして、出力装置１４０は、脳内が撮影された３次元画像を出力することになる。

医師は、出力装置１４０から出力された脳内の３次元画像において、コンパートメント解析の対象とすべき脳の関心領域を決定する。例えば、患者が虚血障害であれば、医師は、その虚血部位を関心領域として決定する。そして、医師は、入力装置１３０を利用して、決定した関心領域を指定する旨の指示を行う。

コンパートメント解析装置１１０の指示受付部１１３は、コンパートメント解析の対象とすべき脳の関心領域を指定する旨の指示を、入力装置１３０を介して受け付けると（Ｓ１０３）、指定された脳の関心領域を示すデータを、領域区分部１１４へ送る。例えば、指示受付部１１３は、脳の関心領域を示すデータとして、３次元画像において、指定された脳の関心領域の外縁を示す複数の座標を示すデータを、領域区分部１１４へ送る。

コンパートメント解析装置１１０の領域区分部１１４は、指示受付部１１３から送られたデータを受け取ると、画像データ格納部１１８に格納されている３次元画像データを参照して、指示受付部１１３から受け取ったデータによって示される関心領域を複数のボクセルに区分する（Ｓ１０４）。例えば、領域区分部１１４は、関心領域を数十〜数百、又はそれ以上のボクセルに区分する。そして、領域区分部１１４は、各ボクセルの位置を特定するための座標の情報を、各ボクセルを識別するためのボクセルＩＤの情報に対応付けて、関心領域情報格納部１１９に格納する。ここで、座標の情報は、例えば、ボクセルの８つの頂点の座標とすることができる。

コンパートメント解析装置１１０のコンパートメント特定部１１５は、関心領域情報格納部１１９にボクセルの位置の情報が格納されると、画像データ格納部１１８に格納されている３次元画像データを参照して、脳を区分した複数の各ボクセル内の脳の部位が、脳血管に該当する第１のコンパートメント、脳組織に該当する第２のコンパートメント、脳溝又は脳室に該当する第３のコンパートメントのうち、いずれのコンパートメントに該当するか特定する（Ｓ１０５）。ここで、脳血管、脳組織、脳溝又は脳室の各部位に存在する水の環境は、それぞれ異なっている。これら各部位においては、Ｈの緩和時間も異なるものとなる。ＭＲＩ装置１２０は、このような情報に基づいて、脳の３次元画像を生成している。したがって、コンパートメント特定部１１５は、例えば、３次元画像データを画像解析することによって、各ボクセル内に写っている脳の部位が、脳血管、脳組織、脳溝又は脳室の各部位のうち、いずれの部位に該当するか特定することができる。そして、コンパートメント特定部１１５は、各ボクセル内の脳の部位に該当するコンパートメントを特定すると、その情報を、関心領域情報格納部１１９に格納する。

医師は、これらステップＳ１０１〜Ｓ１０５の処理が成された後に、患者にＨ_２ ^１７Ｏを注射する。そして、医師は、ＭＲＩ装置１２０にて患者の脳内のボクセル毎の核磁気共鳴信号の強度を経時的に測定する。ここで、^１７Ｏは、結合しているＨに影響を与える。したがって、Ｈ_２ ^１７ＯのＨに起因する核磁気共鳴信号の強度は、脳内に存在するＨ_２ ^１６ＯのＨとは異なる強度となる。一方、患者に注射されるＨ_２ ^１７Ｏは、脳に到達するまでに血液中のＨ_２ ^１６Ｏに薄められてしまう。したがって、ＭＲＩ装置１２０にてＨ_２ ^１７ＯのＨに起因する明瞭な核磁気共鳴信号を得るためには、Ｈ_２ ^１７Ｏの含量が天然水よりも高濃度に濃縮されたものが必要である。具体的には、１０（％）以上に濃縮されたＨ_２ ^１７Ｏを用いるようにすることが好ましい。なおまた、ＭＲＩ装置１２０が核磁気共鳴信号の強度を測定する領域の単位となるボクセルは、ステップＳ１０４にて区分されたボクセルである。例えば、ＭＲＩ装置１２０は、コンパートメント解析装置１１０の関心領域情報格納部１１９に格納されているボクセルの位置の情報を参照しながら、脳内のボクセル毎の核磁気共鳴信号の強度を測定する。そして、ＭＲＩ装置１２０は、経時的に測定した脳内のボクセル毎の核磁気共鳴信号の強度を示すデータを、コンパートメント解析装置１１０へ順次出力する。

コンパートメント解析装置１１０の強度データ取得部１１６は、脳内のボクセル毎の核磁気共鳴信号の強度を示すデータを、ＭＲＩ装置１２０から順次取得すると（Ｓ１０６）、脳内にＨ_２ ^１７Ｏが達した時点のデータによって示される脳内のボクセル毎の核磁気共鳴信号の強度の情報を、関心領域情報格納部１１９に格納する。ここで、脳内にＨ_２ ^１７Ｏが達した時点とは、例えば、Ｈ_２ ^１７Ｏを注射してから所定時間が経過した時点としたり、脳内の所定部位における核磁気共鳴信号の強度が所定のしきい値を超えた時点としたりすることができる。

コンパートメント解析装置１１０の速度定数算出部１１７は、関心領域情報格納部１１９にボクセル毎の核磁気共鳴信号の強度の情報が格納されると、第１のコンパートメントにおける核磁気共鳴信号の強度と、第２のコンパートメントにおける核磁気共鳴信号の強度と、第３のコンパートメントにおける核磁気共鳴信号の強度とに基づいて、各コンパートメント間をＨ_２ ^１７Ｏが移行するときの速度定数を算出する（Ｓ１０７）。ここで、核磁気共鳴信号の強度は、その部位におけるＨ_２ ^１７Ｏの濃度とみなすことができる。即ち、ある部位にＨ_２ ^１７Ｏが存在している場合、その部位における核磁気共鳴信号の強度は、Ｈ_２ ^１７Ｏの濃度とみなすことができる。

以下の説明においては、第１のコンパートメントにおけるある時刻ｔのＨ_２ ^１７Ｏの濃度をＢｌ（ｔ）とし、第２のコンパートメントにおける同時刻ｔのＨ_２ ^１７Ｏの濃度をＢｒ（ｔ）とし、第３のコンパートメントにおける同時刻ｔのＨ_２ ^１７Ｏの濃度をＣ（ｔ）とする。また、以下の説明においては、第１のコンパートメントから第２のコンパートメントへＨ_２ ^１７Ｏが移行するときの速度定数をＫ１とし、第２のコンパートメントから第１のコンパートメントへＨ_２ ^１７Ｏが移行するときの速度定数をＫ２とし、第１のコンパートメントから第３のコンパートメントへＨ_２ ^１７Ｏが移行するときの速度定数をＫ３とし、第３のコンパートメントから第１のコンパートメントへＨ_２ ^１７Ｏが移行するときの速度定数をＫ４とし、第３のコンパートメントから第２のコンパートメントへＨ_２ ^１７Ｏが移行するときの速度定数をＫ５とし、第２のコンパートメントから第３のコンパートメントへＨ_２ ^１７Ｏが移行するときの速度定数をＫ６とする。

このとき、Ｂｒ（ｔ）の時間変化ｄＢｒ（ｔ）／ｄｔは、例えば、式（１）のように表すことができる。

また、Ｃ（ｔ）の時間変化ｄＣ（ｔ）／ｄｔは、例えば、式（２）のように表すことができる。

また、Ｂｌ（ｔ）の時間変化ｄＢｌ（ｔ）／ｄｔは、例えば、式（３）のように表すことができる。

速度定数算出部１１７は、関心領域情報格納部１１９に格納されているボクセル毎の核磁気共鳴信号の強度の値を、式（１）〜（３）のＢｌ（ｔ）、Ｂｒ（ｔ）、Ｃ（ｔ）に適用すると共に、ガウスニュートン法、共役傾斜法、最小二乗法、修正マルコート法、シンプレックス法等の通常の数学的手法により速度定数Ｋ１〜Ｋ６を算出する。

このように、脳溝又は脳室に該当する第３のコンパートメントとの関係を想定して得られた速度定数Ｋ１、Ｋ２は、脳血管と脳組織の関係のみを想定した２コンパートメントモデルによる解析法にて算出されるＫ１、Ｋ２とは異なる値となる可能性がある。また、脳溝又は脳室に該当する第３のコンパートメントとの関係を想定して得られた速度定数Ｋ３〜Ｋ６は、脳血管と脳組織の関係のみを想定した２コンパートメントモデルによる解析法によっては得られなかった速度定数である。

以上説明したように、コンパートメント解析システム１００によっては、脳内の脳血流の動態を解析するためのパラメータとして、２コンパートメントモデルによる解析により得られる速度定数よりも有用な速度定数を算出することができる。例えば、詳細な場所毎の血流や脳脊髄液の循環動態を把握することができる。既存検査では、空間分解能が悪く（ＳＰＥＣＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）なら１０（ｍｍ）×１０（ｍｍ）のピクセル（信号取得単位）、ＭＲＩなら１（ｍｍ）×１（ｍｍ）ピクセル（これ以下も可能））、局所の詳細な脳血流量画像は取得することができない。更に、脳脊髄液の流れは全く勘案されていない。これに対して、本発明によれば、局所の詳細な脳血流、脳脊髄液動態をより精確に把握することができるため、患者に適用すべき治療法を決定するための高度な判断基準が得られる。例えば、脳梗塞患者では、血栓溶解療法を行うべきか否かの高度な判断基準が得られる。つまり、血栓溶解療法により、脳ダメージ部の回復が見込めるか否かが既存検査よりも明確に判定することができる。また、脳血管の機能情報（脳血流、脳脊髄液循環能力）が得られ、脳血管が血栓溶解療法に耐え得るか等の判定に用いることができる可能性がある。また、近年、認知症の結果として、脳脊髄液循環量が少なくなっていることも示唆されている。この点から言えば、脳脊髄液循環を精確に把握することができ、診断だけでなく、脳脊髄液を正常に戻す治療薬等の開発に貢献し得る可能性もある。

なおまた、この発明における「トレーサー」は、Ｈ_２ ^１７Ｏに代えて、放射性薬品とすることもできるが、次のような理由からＨ_２ ^１７Ｏを用いることが好ましい。既存の放射性薬剤は、半減期が短い（例えば、^１５Ｏの半減期は、数分と極端に短い。）ため、診断剤としての効能が長続きしない。このため、在庫できず、脳梗塞等の緊急患者には適用することができない。脳梗塞は、発症から数時間以内の診断、治療が最も効果的であるが、この急性期での診断ができないという致命的な欠点を持つ。また、放射性同位元素であり、本質的に安全な物質ではない。診断剤の形態も、ＳＰＥＣＴ製剤等では、生理的な物質ではなく、人体が通常取り込まない化学物質を使用している点も欠点である。これに対して、Ｈ_２ ^１７Ｏは、水であることから、より精確な生理機構を反映した結果を取得することができる。更に、放射性診断薬を使用することができる施設は、全国で１０００件以下であるが、今般提案したＭＲＩ用の製剤であれば、放射性診断施設の３倍以上で実施することができる可能性がある。なおまた、トレーサーとして放射性薬剤を用いる場合、この発明における「測定装置」は、ＭＲＩ装置１２０に代えて、ＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置やＳＰＥＣＴ装置を用いる。

また、この発明における「速度定数算出部」は、速度定数を算出するにあたり、各コンパートメントについて、任意の個数のボクセルの信号強度を用いるようにしてもよい。

また、この発明における「速度定数算出部」は、第１のコンパートメントにおける電磁波の強度を用いずに、各コンパートメント間をトレーサーが移行するときの速度定数を算出することもできる。その場合、この発明における「速度定数算出部」は、第１のコンパートメントにおける電磁波の強度に代えて、トレーサーが患者に投与された後に、患者の動脈血から採取されたトレーサー量の経時的な測定結果を用いて、各コンパートメント間をトレーサーが移行するときの速度定数を算出する。または、この発明における「速度定数算出部」は、第１のコンパートメントにおける電磁波の強度に代えて、トレーサーの脳血管への導入量を想定するインプット関数を用いて、各コンパートメント間をトレーサーが移行するときの速度定数を算出する。

図５は、本実施形態に係るコンパートメント解析装置１１０を構成するコンピュータ８００のハードウェア構成の一例を示す。本実施形態に係るコンピュータ８００は、ホストコントローラ８０１により相互に接続されるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）８０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）８０３、及びグラフィックコントローラ８０４、及びディスプレイ８０５を有するＣＰＵ周辺部と、入出力コントローラ８０６により相互に接続される通信インターフェース８０７、ハードディスクドライブ８０８、及びＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）ドライブ８０９を有する入出力部と、入出力コントローラ８０６に接続されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）８１０、フレキシブルディスクドライブ８１１、及び入出力チップ８１２を有するレガシー入出力部とを備える。

ホストコントローラ８０１は、ＲＡＭ８０３と、高い転送レートでＲＡＭ８０３をアクセスするＣＰＵ８０２、及びグラフィックコントローラ８０４とを接続する。ＣＰＵ８０２は、ＲＯＭ８１０、及びＲＡＭ８０３に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御をする。グラフィックコントローラ８０４は、ＣＰＵ８０２等がＲＡＭ８０３内に設けたフレームバッファ上に生成する画像データを取得し、ディスプレイ８０５上に表示させる。これに代えて、グラフィックコントローラ８０４は、ＣＰＵ８０２等が生成する画像データを格納するフレームバッファを、内部に含んでもよい。

入出力コントローラ８０６は、ホストコントローラ８０１と、比較的高速な入出力装置である通信インターフェース８０７、ハードディスクドライブ８０８、及びＣＤ−ＲＯＭドライブ８０９を接続する。ハードディスクドライブ８０８は、コンピュータ８００内のＣＰＵ８０２が使用するプログラム、及びデータを格納する。ＣＤ−ＲＯＭドライブ８０９は、ＣＤ−ＲＯＭ８９２からプログラム、又はデータを読み取り、ＲＡＭ８０３を介してハードディスクドライブ８０８に提供する。

また、入出力コントローラ８０６には、ＲＯＭ８１０と、フレキシブルディスクドライブ８１１、及び入出力チップ８１２の比較的低速な入出力装置とが接続される。ＲＯＭ８１０は、コンピュータ８００が起動時に実行するブートプログラム、及び／又はコンピュータ８００のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。フレキシブルディスクドライブ８１１は、フレキシブルディスク８９３からプログラム、又はデータを読み取り、ＲＡＭ８０３を介してハードディスクドライブ８０８に提供する。入出力チップ８１２は、フレキシブルディスクドライブ８１１を入出力コントローラ８０６へと接続すると共に、例えばパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して各種の入出力装置を入出力コントローラ８０６へと接続する。

ＲＡＭ８０３を介してハードディスクドライブ８０８に提供されるプログラムは、フレキシブルディスク８９３、ＣＤ−ＲＯＭ８９２、又はＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）カード等の記録媒体に格納されて利用者によって提供される。プログラムは、記録媒体から読み出され、ＲＡＭ８０３を介してコンピュータ８００内のハードディスクドライブ８０８にインストールされ、ＣＰＵ８０２において実行される。

コンピュータ８００にインストールされ、コンピュータ８００をコンパートメント解析装置１１０として機能させるプログラムは、コンピュータ８００を、ステップＳ１０７において、ＭＲＩ装置１２０によって測定された脳内の第１のコンパートメントにおける核磁気共鳴信号の強度と、ＭＲＩ装置１２０によって測定された脳内の第２のコンパートメントにおける核磁気共鳴信号の強度と、ＭＲＩ装置１２０によって測定された脳内の第３のコンパートメントにおける核磁気共鳴信号の強度とに基づいて、各コンパートメント間をＨ_２ ^１７Ｏが移行するときの速度定数を算出する速度定数算出部１１７として機能させる。

更に、当該プログラムは、コンピュータ８００を、ステップＳ１０５において、脳を区分した複数の各ボクセル内の脳の部位が、脳血管に該当する第１のコンパートメント、脳組織に該当する第２のコンパートメント、脳溝又は脳室に該当する第３のコンパートメントのうち、いずれのコンパートメントに該当するか特定するコンパートメント特定部１１５と、コンパートメント特定部１１５が第１のコンパートメントに該当すると特定したボクセルにおける核磁気共鳴信号の強度と、コンパートメント特定部１１５が第２のコンパートメントに該当すると特定したボクセルにおける核磁気共鳴信号の強度と、コンパートメント特定部１１５が第３のコンパートメントに該当すると特定したボクセルにおける核磁気共鳴信号の強度とに基づいて、ステップＳ１０７において、各コンパートメント間をＨ_２ ^１７Ｏが移行するときの速度定数を算出する速度定数算出部１１７として機能させてもよい。

更に、当該プログラムは、コンピュータ８００を、ステップＳ１０４において、脳を複数のボクセルに区分する領域区分部１１４と、領域区分部１１４が区分した複数の各ボクセル内の脳の部位が、各コンパートメントのうち、いずれのコンパートメントに該当するか、ステップＳ１０５において特定する領域区分部１１４として機能させてもよい。

更に、当該プログラムは、コンピュータ８００を、ステップＳ１０３において、コンパートメント解析の対象とすべき脳の関心領域を指定する旨の指示を、入力装置１３０を介して受け付ける指示受付部１１３と、指示受付部１１３が受け付けた指示によって指定された脳の関心領域を、ステップＳ１０４において、複数のボクセルに区分する領域区分部１１４として機能させてもよい。

更に、当該プログラムは、コンピュータ８００を、ステップＳ１０１において、脳内が撮影された３次元画像データを、ＭＲＩ装置１２０から取得する画像データ取得部１１１として機能させてもよい。

更に、当該プログラムは、コンピュータ８００を、ステップＳ１０２において、脳内が撮影された３次元画像データを、出力装置１４０へ出力する画像データ出力部１１２として機能させてもよい。

更に、当該プログラムは、コンピュータ８００を、ステップＳ１０６において、脳内のボクセル毎の核磁気共鳴信号の強度を示すデータを、ＭＲＩ装置１２０から取得する強度データ取得部１１６として機能させてもよい。

これらのプログラムに記述された情報処理は、コンピュータ８００に読み込まれることにより、ソフトウェアと上述した各種のハードウェア資源とが協働した具体的手段である画像データ取得部１１１、画像データ出力部１１２、指示受付部１１３、領域区分部１１４、コンパートメント特定部１１５、強度データ取得部１１６、速度定数算出部１１７、画像データ記憶部１１８、及び関心領域情報格納部１１９として機能する。そして、これらの具体的手段によって、本実施形態におけるコンピュータ８００の使用目的に応じた情報の演算、又は加工を実現することにより、使用目的に応じた特有のコンパートメント解析装置１１０が構築される。

一例として、コンピュータ８００と外部の装置等との間で通信を行う場合には、ＣＰＵ８０２は、ＲＡＭ８０３上にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理内容に基づいて、通信インターフェース８０７に対して通信処理を指示する。通信インターフェース８０７は、ＣＰＵ８０２の制御を受けて、ＲＡＭ８０３、ハードディスクドライブ８０８、フレキシブルディスク８９３、又はＣＤ−ＲＯＭ８９２等の記憶装置上に設けた送信バッファ領域等に記憶された送信データを読み出してネットワークへと送信し、もしくは、ネットワークから受信した受信データを記憶装置上に設けた受信バッファ領域等へと書き込む。このように、通信インターフェース８０７は、ダイレクトメモリアクセス方式により記憶装置との間で送受信データを転送してもよく、これに代えて、ＣＰＵ８０２が転送元の記憶装置、又は通信インターフェース８０７からデータを読み出し、転送先の通信インターフェース８０７、又は記憶装置へとデータを書き込むことにより送受信データを転送してもよい。

また、ＣＰＵ８０２は、ハードディスクドライブ８０８、ＣＤ−ＲＯＭ８９２、フレキシブルディスク８９２等の外部記憶装置に格納されたファイル、又はデータベース等の中から、全部、又は必要な部分をダイレクトメモリアクセス転送等によりＲＡＭ８０３へと読み込ませ、ＲＡＭ８０３上のデータに対して各種の処理を行う。そして、ＣＰＵ８０２は、処理を終えたデータを、ダイレクトメモリアクセス転送等により外部記憶装置へと書き戻す。

このような処理において、ＲＡＭ８０３は、外部記憶装置の内容を一時的に保持するものとみなせるから、本実施形態においてはＲＡＭ８０３、及び外部記憶装置等をメモリ、記憶部、又は記憶装置等と総称する。本実施形態における各種のプログラム、データ、テーブル、データベース等の各種の情報は、このような記憶装置上に格納されて、情報処理の対象となる。なおまた、ＣＰＵ８０２は、ＲＡＭ８０３の一部をキャッシュメモリに保持し、キャッシュメモリ上で読み書きを行うこともできる。このような形態においても、キャッシュメモリはＲＡＭ８０３の機能の一部を担うから、本実施形態においては、区別して示す場合を除き、キャッシュメモリもＲＡＭ８０３、メモリ、及び／又は記憶装置に含まれるものとする。

また、ＣＰＵ８０２は、ＲＡＭ８０３から読み出したデータに対して、プログラムの命令列により指定された、本実施形態中に記載した各種の演算、情報の加工、条件判断、情報の検索、置換等を含む各種の処理を行い、ＲＡＭ８０３へと書き戻す。例えば、ＣＰＵ８０２は、条件判断を行う場合においては、本実施形態において示した各種の変数が、他の変数、又は定数と比較して、大きい、小さい、以上、以下、又は等しい等の条件を満たすかどうかを判断し、条件が成立した場合、又は不成立であった場合に、異なる命令列へと分岐し、又はサブルーチンを呼び出す。

また、ＣＰＵ８０２は、記憶装置内のファイル、又はデータベース等に格納された情報を検索することができる。例えば、第１属性の属性値に対し第２属性の属性値がそれぞれ対応付けられた複数のエントリが記憶装置に格納されている場合において、ＣＰＵ８０２は、記憶装置に格納されている複数のエントリの中から第１属性の属性値が指定された条件と一致するエントリを検索し、そのエントリに格納されている第２属性の属性値を読み出すことにより、所定の条件を満たす第１属性に対応付けられた第２属性の属性値を得ることができる。

以上に示したプログラム、又はモジュールは、外部の記憶媒体に格納されてもよい。記憶媒体としては、フレキシブルディスク８９３、ＣＤ−ＲＯＭ８９２の他に、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、又はＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ）等の光学記録媒体、ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ）等の光磁気記録媒体、テープ媒体、ＩＣカード等の半導体メモリ等を用いることができる。また、専用通信ネットワーク、又はインターネットに接続されたサーバシステムに設けたハードディスク、又はＲＡＭ等の記憶媒体を記録媒体として使用して、ネットワークを介したプログラムをコンピュータ８００に提供してもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は、上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更、又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更、又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示したシステム、方法、装置、プログラム、及び記録媒体における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現し得ることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００ コンパートメント解析システム
１１０ コンパートメント解析装置
１１１ 画像データ取得部
１１２ 画像データ出力部
１１３ 指示受付部
１１４ 領域区分部
１１５ コンパートメント特定部
１１６ 強度データ取得部
１１７ 速度定数算出部
１１８ 画像データ格納部
１１９ 関心領域情報格納部
１２０ ＭＲＩ装置
１３０ 入力装置
１４０ 出力装置
８０１ ホストコントローラ
８０２ ＣＰＵ
８０３ ＲＡＭ
８０４ グラフィックコントローラ
８０５ ディスプレイ
８０６ 入出力コントローラ
８０７ 通信インターフェース
８０８ ハードディスクドライブ
８０９ ＣＤ−ＲＯＭドライブ
８１０ ＲＯＭ
８１１ フレキシブルディスクドライブ
８１２ 入出力チップ
８９２ ＣＤ−ＲＯＭ
８９３ フレキシブルディスク

Claims (10)

1. 脳内のトレーサーの動態をコンパートメント解析するコンパートメント解析システムであって、
   脳内の前記トレーサーからの電磁波の強度を測定する測定装置と、
   前記測定装置によって測定された脳内の前記トレーサーからの電磁波の強度に基づいて、脳内の前記トレーサーの動態をコンパートメント解析するコンパートメント解析装置と
   を備え、
   前記コンパートメント解析装置は、
   前記測定装置によって測定された脳内の脳血管に該当する第１のコンパートメントにおける電磁波の強度、又は前記第１のコンパートメントにおけるインプット関数と、前記測定装置によって測定された脳内の脳組織に該当する第２のコンパートメントにおける電磁波の強度と、前記測定装置によって測定された脳内の脳溝又は脳室に該当する第３のコンパートメントにおける電磁波の強度とに基づいて、前記各コンパートメント間を前記トレーサーが移行するときの速度定数を算出する速度定数算出部
   を有するコンパートメント解析システム。
2. 前記コンパートメント解析装置は、
   脳を区分した複数の各区分領域内の脳の部位が、前記各コンパートメントのうち、いずれのコンパートメントに該当するか特定するコンパートメント特定部
   を更に有し、
   前記速度定数算出部は、前記コンパートメント特定部が前記第１のコンパートメントに該当すると特定した区分領域における電磁波の強度と、前記コンパートメント特定部が前記第２のコンパートメントに該当すると特定した区分領域における電磁波の強度と、前記コンパートメント特定部が前記第３のコンパートメントに該当すると特定した区分領域における電磁波の強度とに基づいて、前記各コンパートメント間を前記トレーサーが移行するときの速度定数を算出する
   請求項１に記載のコンパートメント解析システム。
3. 前記コンパートメント解析装置は、
   脳を複数の区分領域に区分する領域区分部
   を更に有し、
   前記コンパートメント特定部は、前記領域区分部が区分した複数の各区分領域内の脳の部位が、前記各コンパートメントのうち、いずれのコンパートメントに該当するか特定する
   請求項２に記載のコンパートメント解析システム。
4. 前記コンパートメント解析装置は、
   コンパートメント解析の対象とすべき脳の関心領域を指定する旨の指示を受け付ける指示受付部
   を更に有し、
   前記領域区分部は、前記指示受付部が受け付けた指示によって指定された脳の関心領域を複数の区分領域に区分する
   請求項３に記載のコンパートメント解析システム。
5. 前記トレーサーは、Ｈ_２ ^１７Ｏである
   請求項１から４のいずれか一項に記載のコンパートメント解析システム。
6. 前記測定装置は、ＭＲＩ装置である
   請求項１から５のいずれか一項に記載のコンパートメント解析システム。
7. 測定装置によって測定された脳内のトレーサーからの電磁波の強度に基づいて、脳内の前記トレーサーの動態をコンパートメント解析するコンパートメント解析方法であって、
   前記測定装置によって測定された脳内の脳血管に該当する第１のコンパートメントにおける電磁波の強度、又は前記第１のコンパートメントにおけるインプット関数と、前記測定装置によって測定された脳内の脳組織に該当する第２のコンパートメントにおける電磁波の強度と、前記測定装置によって測定された脳内の脳溝又は脳室に該当する第３のコンパートメントにおける電磁波の強度とに基づいて、前記各コンパートメント間を前記トレーサーが移行するときの速度定数を算出する速度定数算出段階
   を備えるコンパートメント解析方法。
8. 測定装置によって測定された脳内のトレーサーからの電磁波の強度に基づいて、脳内の前記トレーサーの動態をコンパートメント解析するコンパートメント解析装置であって、
   前記測定装置によって測定された脳内の脳血管に該当する第１のコンパートメントにおける電磁波の強度、又は前記第１のコンパートメントにおけるインプット関数と、前記測定装置によって測定された脳内の脳組織に該当する第２のコンパートメントにおける電磁波の強度と、前記測定装置によって測定された脳内の脳溝又は脳室に該当する第３のコンパートメントにおける電磁波の強度とに基づいて、前記各コンパートメント間を前記トレーサーが移行するときの速度定数を算出する速度定数算出部
   を備えるコンパートメント解析装置。
9. コンピュータを、測定装置によって測定された脳内のトレーサーからの電磁波の強度に基づいて、脳内の前記トレーサーの動態をコンパートメント解析するコンパートメント解析装置として機能させるプログラムであって、
   前記コンピュータを、
   前記測定装置によって測定された脳内の脳血管に該当する第１のコンパートメントにおける電磁波の強度、又は前記第１のコンパートメントにおけるインプット関数と、前記測定装置によって測定された脳内の脳組織に該当する第２のコンパートメントにおける電磁波の強度と、前記測定装置によって測定された脳内の脳溝又は脳室に該当する第３のコンパートメントにおける電磁波の強度とに基づいて、前記各コンパートメント間を前記トレーサーが移行するときの速度定数を算出する速度定数算出部
   として機能させるプログラム。
10. コンピュータを、測定装置によって測定された脳内のトレーサーからの電磁波の強度に基づいて、脳内の前記トレーサーの動態をコンパートメント解析するコンパートメント解析装置として機能させるプログラムを記録した記録媒体であって、
    前記コンピュータを、
    前記測定装置によって測定された脳内の脳血管に該当する第１のコンパートメントにおける電磁波の強度、又は前記第１のコンパートメントにおけるインプット関数と、前記測定装置によって測定された脳内の脳組織に該当する第２のコンパートメントにおける電磁波の強度と、前記測定装置によって測定された脳内の脳溝又は脳室に該当する第３のコンパートメントにおける電磁波の強度とに基づいて、前記各コンパートメント間を前記トレーサーが移行するときの速度定数を算出する速度定数算出部
    として機能させるプログラムを記録した記録媒体。

Images