JP2022120755A - ニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記数式1において、CRνは、前記コントラスト比値であり、SIνは、前記各ボクセルの信号強度(signal intensity)であり、meanSIRefは、前記平均値を意味する。
ニューロメラニン(Neuromelanin)は、メラニン、タンパク質、脂質、金属イオンからなる不溶性の濃い色素である。
図1は、本発明に関連して、パーキンソン病情報提供装置のブロック構成図を示すものである。
図2は、本発明に関連して、画像前処理部のブロック構成図の一例を示したものである。
前記数式1において、CRνは前記コントラスト比値であり、SIνは前記各ボクセルの信号強度(signal intensity)であり、meanSIRefは前記平均値を意味する。
画像処理部30は、ニューロメラニン領域分類領域を分割し、volumeを計算する機能を提供する。
(1)Graph-cutを用いた方法
(2)Deep learningを用いた方法
(3)Specific thresholdingを用いた方法
最終的には、前記数式2をもとに、thresholdよりも高い値だけを残し、segmentationすることにより、ニューロメラニン領域の分割作業が行われることができる。
前述のように、画像処理部30は、第1の画像をもとに、前記ニューロメラニン領域のボリュームを算出することができ、本発明の実施形態によれば、臨床情報を取得する臨床情報受信部60がより活用されることができる。
数式3において、νindは、個人の抽出されたニューロメラニンvolume、μNCは、NC母集団の平均ニューロメラニンvolume、σNCNC母集団のニューロメラニンvolume標準偏差を意味する。
数式4において、νindは、個人の抽出されたニューロメラニンvolume、XはAgeが補正された期待値、σNCは、NC母集団のニューロメラニンvolume標準偏差を意味する。
前述した本発明の構成をもとに、パーキンソン病を診断する方法について説明する。
前述した本発明に係るパーキンソン病の診断方法および装置を、患者群及び健常群の選別に活用して臨床試験の成功確率を高めることができる。
本発明によるパーキンソン病情報提供装置及び方法によれば、MRIでニューロメラニン領域が含まれた画像のみを分類し、分類された画像においてニューロメラニン領域を解析し、パーキンソン病であるか否かを診断することができるという効果が得られる。
Claims (22)
- 患者の脳を撮影したMRI画像を取得する画像受信部と、
パーキンソン病の画像バイオマーカーとして用いられるニューロメラニン領域の観察が可能であるように、前記取得したMRI画像を前処理する画像前処理部と、
前記前処理されたMRI画像を解析し、前記ニューロメラニン領域が含まれた第1の画像を分類し、前記分類された第1の画像から前記ニューロメラニン領域を検出する画像処理部と、
前記検出されたニューロメラニン領域を解析し、パーキンソン病と関連する前記患者の情報を判断する画像解析部と、を含む、ニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。 - 前記画像前処理部は、
前記取得したMRI画像をもとに、コントラスト比(Contrast Ratio、CR)画像を生成することを特徴とする、請求項1に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。 - 前記画像前処理部は、
前記取得したMRI画像内で頭蓋骨領域を除去する頭蓋骨除去部と、
前記頭蓋骨領域が除去された画像をもとに、角度調節、画像の拡大と再分割(Reslice)のうち少なくとも一つの動作を行う画像再分割部と、
前記画像再分割部から伝達された画像をもとに、ディープニューラルネットワーク(Deep Neural Network)モデルを用いて、前記ニューロメラニンが含まれた第1の領域を検出するニューロメラニン領域分類部と、
前記第1の領域が検出された画像をもとに、テンプレート(template)画像を用いて、空間的正規化(spatial normalization)を行う空間的正規化部と、
前記空間的正規化された画像をもとに、画像の各ボクセル(voxel)に前記コントラスト比(Contrast Ratio、CR)値がマッピング(mapping)されたCR画像を生成するCR画像生成部と、
前記生成されたCR画像をもとに、予め指定された脆弱領域(Vulnerable region)を分割し、前記分割された脆弱領域内の平均CRを計算する計算部と、を含むことを特徴とする、請求項2に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。 - 前記ニューロメラニン領域分類部は、
前記第1の領域の境界が区分されるように表示し、前記第1の領域の画像をクロップ(crop)することを特徴とする、請求項3に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。 - 前記空間的正規化部は、
健常者ニューロメラニンMRI画像から生成された第1のテンプレート(template)画像とT1-weighted MRIを基盤とする解剖学的画像から生成された第2のテンプレート(template)画像のうち少なくとも一つを用いて、前記空間的正規化を行うことを特徴とする、請求項3に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。 - 前記空間的正規化部は、
前記第2のテンプレート画像を用いて整合した後、前記第1のテンプレート画像を整合することにより、前記空間的正規化を行うことを特徴とする、請求項5に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。 - 前記空間的正規化された画像をもとに、テンプレート空間上に定義された参照画像であるアトラス(Atlas)を用いるAtlas-based segmentation方法をもとに、参照領域を分割し、前記分割された参照領域内の平均値を算出する参照領域分割部をさらに含み、
前記CR画像生成部は、前記算出された平均値を用いて前記コントラスト比値を算出することを特徴とする、請求項3に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。 - 前記分割された参照領域は、大脳脚(Cerebral peduncles)領域であることを特徴とする、請求項7に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。
- 前記予め指定された脆弱領域は、
健常群のニューロメラニン領域と患者群のニューロメラニン領域とを比較したとき、予め指定された基準以上に有意差のある領域であることを特徴とする、請求項3に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。 - 前記予め指定された脆弱領域は、ニグロソーム1(nigrosome1)領域とニグロソーム2(nigrosome2)領域を含むことを特徴とする、請求項10に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。
- 同一客体を基準に、前記入力されるMRI画像が複数の場合、
前記複数のMRI画像に含まれたニューロメラニン領域のデータを用いて、時間の経過により平均化した画像であるwithin-subject templateを生成するテンプレート生成部をさらに含み、
前記空間的正規化部は、前記within-subject templateを用いて、前記空間的正規化を行い、
前記within-subject templateは、前記と同一客体に対する追跡検査(longitudinal study)に用いられることを特徴とする、請求項3に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。 - 前記画像処理部は、
前記第1の画像をもとに、前記ニューロメラニン領域のボリュームを算出し、
前記画像解析部は、
前記算出されたニューロメラニン領域のボリュームを用いて、前記パーキンソン病と関連する前記患者の情報を判断することを特徴とする、請求項1に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。 - 前記画像処理部は、
前記第1の画像に関連するボクセル数とボクセルサイズを用いて、前記ニューロメラニン領域のボリュームを算出することを特徴とする、請求項13に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。 - 前記画像処理部は、
前記ニューロメラニン領域が含まれる確率が高いボクセルからなる前景(foreground)画像と前記前景画像をもとに生成された背景(background)画像を用いるグラフカット(graph-cut)アルゴリズムをもとに、前記第1の画像を分類することを特徴とする、請求項13に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。 - 前記画像処理部は、
脳画像及びニューロメラニン領域画像がラベル付け(labeling)されたデータで学習されたディープニューラルネットワークをもとに、前記第1の画像を分類することを特徴とする、請求項13に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。 - 前記画像処理部は、
予め指定された信号強度(signal intensity)値以上のファクター(factor)を抽出し、
前記抽出されたファクターを用いて前記第1の画像を分類することを特徴とする、請求項13に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。 - 前記画像処理部は、
前記第1の画像をもとに、前記ニューロメラニン領域のボリュームを算出し、
臨床情報を取得する臨床情報受信部をさらに含み、
前記画像解析部は、
前記算出されたニューロメラニン領域のボリューム及び前記取得された臨床情報を共に用いて、ニューロメラニン萎縮度を算出し、
前記算出されたニューロメラニン萎縮度をもとに、前記パーキンソン病と関連する前記患者の情報を判断することを特徴とする、請求項1に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。 - 前記ニューロメラニン萎縮度は、
健常者集団の画像から抽出されたニューロメラニン領域のボリュームと、前記患者のニューロメラニン領域のボリュームを比較して算出することを特徴とする、請求項18に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。 - 前記画像解析部は、
前記算出されたニューロメラニン萎縮度を年齢別百分位情報に変換することを特徴とする、請求項18に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。 - 前記画像解析部は、
予め指定された周期で取得された複数のニューロメラニン萎縮度を用いて前記患者のニューロメラニン萎縮率を計算し、
前記患者のニューロメラニン萎縮率を表示する診断情報出力部をさらに含むことを特徴とする、請求項18に記載のニューロメラニン画像を用いたパーキンソン病情報提供装置。 - 画像受信部、画像前処理部、画像処理部および画像解析部を含む、パーキンソン病情報提供装置と、中央管理部および/または前記パーキンソン病情報提供装置と通信するサーバを用いて、パーキンソン病が存在する患者群を選別することにより、臨床試験の成功確率を高めるシステムにおいて、
前記画像受信部は、薬効能を実証するための臨床試験の実験候補群である複数の患者の脳を撮影したMRI画像を取得し、
前記画像前処理部は、パーキンソン病の画像バイオマーカーとして用いられるニューロメラニン領域の観察が可能であるように、前記取得したMRI画像を前処理し、
前記画像処理部は、前記前処理されたMRI画像を解析し、前記ニューロメラニン領域が含まれた第1の画像を分類し、前記分類された第1の画像から前記ニューロメラニン領域を検出し、
前記画像解析部は、前記検出されたニューロメラニン領域を解析し、パーキンソン病と関連する前記患者の情報を判断し、前記患者の情報をもとに前記複数の患者のうち、第1条件を満たす少なくも一つの第1患者に関する情報を、前記中央管理部および/または前記サーバに伝達し、
前記中央管理部および/または前記サーバは、前記第1患者に関する臨床試験の結果を、前記薬効能を実証することを特徴とするパーキンソン病が存在する患者を選別し、臨床試験の成功確率を高めるシステム。
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