JP3598380B2 - 脳磁界計測データの逆問題解法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、脳機能の計測装置あるいは診断装置に用いることを目的としており、脳磁界計測データあるいは脳波計測データから脳の等価電流ダイポールを求めることのできる脳の等価電流ダイポール逆問題解法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
脳磁界計測装置は、脳の神経活動に伴って発生する微弱磁場を頭外から無侵襲で計測し脳磁界図（Ｍａｇｎｅｔｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｍ）を記録する装置である。これは、一般にＭＥＧ（Ｍａｇｎｅｔｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｐｈ）装置として知られている。脳磁界の発生する磁束密度は、１０−１２Ｔ〜１０−１３Ｔで、地磁気（０．５×１０−４Ｔ）に比べて、１億分の１以下である。このため、一般に、脳磁界の計測には、磁気シールドルームで周囲の磁気ノイズを遮蔽した雰囲気で、ＳＱＵＩＤ磁束計センサ（１０−１４Ｔ〜１０−１５Ｔの感度）が用いられる。
【０００３】
このような微弱磁場である脳磁界は、脳の神経活動に伴って起こり、大脳皮質が興奮すると生体電気現象に伴って皮質の内部に向かってイオン電流が流れることによって発生することが知られている。また、このイオン電流は、等価的に幾つかの等価電流ダイポール（ＥＣＤ： Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｄｉｐｏｌｅ）に近似して表現される。個々の等価電流ダイポールは、一般に数千〜数十万個のニューロン群の電気活動の総和を等価的に表現している。また、その等価電流ダイポールモーメントの単位はＡ・ｍ（アンペア・メータ）であり、磁気ダイポールとは異なる。この等価電流ダイポールの周りに磁場が生じる。これらのニューロン群の電気活動の総和の磁場を計測するのがＭＥＧである。また、分布電流が頭皮上を流れると、頭皮面の２ヶ所の電極間の電位差となる。この電位差を計測するのが脳波計測（ＥＥＧ： Ｅｌｅｃｔｒｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｐｈｙ）装置である。
【０００４】
上記の説明とは逆に、頭皮近くの磁場強度を測定して、上記のいくつかの等価電流ダイポールを見出すことが可能である。これは、脳磁界計測データの逆問題と呼ばれる。しかし、よく知られているように、この脳磁界計測データの逆問題の解は、電磁気学的には、必ずしも一意に得られるものではない。このため、解の可能性を狭めるための方法として様々な条件を付加する試みがなされている。そのひとつにｆＭＲＩ（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌＭａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ：機能的磁気共鳴画像）を用いた方法がある。また、同様に頭皮上の電位分布を測定して、上記のいくつかの等価電流ダイポールを見出すことが可能であり、これは、脳波計測データの逆問題と呼ばれる。
【０００５】
ｆＭＲＩは、核磁気共鳴を利用した断層撮影方法であるＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ、磁気共鳴画像法）のひとつの形態である。ｆＭＲＩにおける画像化には、通常のＭＲＩと同様に、主にプロトンの信号が利用される。また、画像のコントラストを作り出すに当たり、通常のＭＲＩに見られるように、プロトン密度や各種緩和時間だけではなく、他の生理的な機能も反映されている。特に、ｆＭＲＩは、課題遂行に伴う被験者の脳内活動の変化の画像化に用いられる。課題を遂行しているあいだに脳神経活動に伴なって局所的な酸素消費変化が起こる。また、これから引き起こされる血流量変化およびこれにより周囲の媒質（反磁性）とは磁化の符号が逆である（常磁性）脱酸素化ヘモグロピン濃度が変化する。このため、磁場の均一性が局所的に変化し、結果として、プロトン励起後の磁気共鳴信号の自由誘導減衰（ＦｒｅｅＩｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｄｅｃａｙ）における緩和過程の時定数が変化する。この効果は、ＢＯＬＤ（Ｂｌｏｏｄ Ｏｘｙｇｅｎ Ｌｅｖｅｌ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）効果として知られている。ｆＭＲＩは、このような効果を利用して、脳断層画像（スライス）を高速に撮影し、その活動情況を画像化する。ｆＭＲＩの空間分解能は、数ｍｍ程度であり、その可能性は高い。
【０００６】
このようなｆＭＲＩデータとＭＥＧデータとを結びつけて、上記のいくつかの等価電流ダイポールをｆＭＲＩデータから得られた脳活動ピーク位置に配置することは、例えば文献１（Ａ．Ｋｏｒｖｅｎｏｊａ ｅｔ ａｌ． ”Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｏｒｔｉｃａｌ ａｒｅａｓ ｉｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏｓｏｍａｔｏｓｅｎｓｏｒｙ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ： ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｍａｇｎｅｔｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｐｈｉｃ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ”， Ｈｕｍａｎ Ｂｒａｉｎ Ｍａｐｐｉｎｇ， Ｖｏｌ．８， ｐｐ．１３−２７， １９９９．）に報告されている。
【０００７】
また、上記のような観点から脳磁界計測データの逆問題を実際に解くために、さらに幾つかの工夫が報告されている。例えば、ｆＭＲＩの活動領域のみに等価電流ダイポールを置き、かつ、対象とする領域が大きい場合はそれを分割して、分割単位毎に等価電流ダイポールを置く、という解析方法が文献２（藤巻他、「ｆＭＲＩにより位置の制約条件を与えるＭＥＧ逆問題の検討」、日本生体磁気学会誌、Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．１，ｐｐ．１６２−１６３、２０００（第１５回日本生体磁気学会大会論文集・・’・・年５月２６−２７日、つくば））、あるいは文献３（Ｎ．Ｆｕｊｉｍａｋｉ ｅｔ ａｌ． “Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｆｉｔｔｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ ＭＥＧｉｎｖｅｒｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｗｉｔｈ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ”， ＮｅｕｒｏＩｍａｇｅ， Ｖｏｌ．１１， Ｎｏ．５， ｐ．Ｓ６５７，２０００ （６ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ ＨｕｍａｎＢｒａｉｎ， Ｊｕｎｅ １２−１６，‘００， Ｓａｎ Ａｎｔｏｎｎｉｏ））に報告されている。また、空間的に広がった信号源について、等価電流ダイポールの配置の仕方と、脳の等価電流ダイポールの逆問題解法における等価電流ダイポール間の相互依存性（クロストーク）の取り扱い方については、文献４（Ｎ．Ｆｕｊｉｍａｋ ｅｔ ａｌ． ”Ｃｒｉｔｅｒｉａ ｆｏｒ ｆｉｔｔｉｎｇ ＭＥＧ ｄｉｐｏｌｅｓ ｗｉｔｈ ｆＭＲＩ ｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ １２ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎＢｉｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ （Ａｕｇ． １３−１６，‘００， Ｈｅｌｓｉｎｋｉ））に報告されている。この文献４には、特に、特定の距離内に有る等価電流ダイポールをひとつにまとめて扱う方法が報告されている。また、ｆＭＲＩの脳活動部位を制約条件にして複数の等価電流ダイポール解析を行って分析した脳活動の時間特性については、文献５（早川他、「視覚探査に伴う脳磁界のマルチ等価電流ダイポール解析」、日本生体磁気学会誌、Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．１，ｐｐ．１８０−１８１、２００１（第１６回日本生体磁気学会大会論文集，‘０１年６月１−２日、小金井））に報告されている。また、ｆＭＲＩデータからの脳の活動部位の情報と、ＭＥＧデータに統計的手法を用いて雑音を考慮して多数の等価電流ダイポールモーメントについて解く方法が、文献６（Ａ．Ｍ． Ｄａｌｅ ｅｔ ａｌ． “Ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｍａｐｐｉｎｇ： ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｆＭＲＩ ａｎｄ ＭＥＧｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｃｏｒｔｉｃａｌ ａｃｔｉｖｉｔｙ”， Ｎｅｕｒｏｎ， Ｖｏｌ．２６， ｐｐ．５５−６７，２０００．）に報告されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
報告された従来の脳磁界計測データの逆問題解法では、
１）ｆＭＲＩから脳活動の位置情報を得て、
２）等価電流ダイポールをこれらの活動位置に配置し、
３）等価電流ダイポールモーメントの大きさと向きだけをＭＥＧデータに合わせこむ、という解法が取られている。
【０００９】
例えば文献４ではそれぞれ接近した２つの等価電流ダイポールについて、
４）２つの等価電流ダイポール間の距離が、予め決められた判定基準以下であるか、
５）２つの等価電流ダイポールモーメントの大きさが同時に充分大きい（雑音より有意に大きいレベル）ときには、
これらの等価電流ダイポールは、等価電流ダイポール間の相互依存性が大きく、従ってクロストークが大きい可能性があるため、これらをグループ化して（ベクトル和をとって）ひとつの等価電流ダイポールで置きかえる、ということを行っている。
【００１０】
しかし、上記の条件４）、５）について、２つの等価電流ダイポール間距離の判定基準を２ｃｍ程度に小さくすると、互いに依存しあう等価電流ダイポールを別々に残す可能性が高くなってグループ化が不十分になることがある。一方、それを４ｃｍ程度にすればその可能性は少なくなる。ところが、この場合、互いに４ｃｍ以下の距離にある複数の等価電流ダイポールが次々に隣とグループ化されるため、かなり離れた等価電流ダイポールまでグループ化される現象が生じる（以下これを「飛び石効果」と呼ぶ）。また４ｃｍ以内にクロストークの小さなダイポールがあっても、必要以上にグループ化されることがある。このようなことから、上記の条件４）、５）と同様にグループ化の判定基準を等価電流ダイポール間の距離と２つの等価電流ダイポールモーメントの大きさとに置いた場合、グループ化を最適化できないことが予想される。
【００１１】
実際のデータの例で、これを検討したところ、上記の条件４）、５）のみでは、適当なグループ化ができない場合があることがわかった。例えば、クロストークは、等価電流ダイポールの位置のみで無く、脳磁界を発生する真の脳内電流源の位置とモーメントの向きについても、強い依存性がある。このようなことから、等価電流ダイポール間の距離が上記の４）判定基準を超えても依存度が高い場合があり、また超えなくても依存度が低い場合がある。
【００１２】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、等価電流ダイポールのグループ化を従来の方法に比べてより最適化することができる脳磁界計測データの逆問題解法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における第１の発明は、脳の等価電流ダイポールの逆問題解法に関して、あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの等価電流ダイポールモーメントの大きさとその配向を調整して、脳磁界計測装置による観測データに、その等価電流ダイポールによる磁場を適合させる手続きと、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールのグループ化を行う手続きとを含むことを特徴としている。
【００１４】
また、本発明における第２の発明は、脳磁界計測データの逆問題解法について、あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの等価電流ダイポールモーメントの大きさとその配向を調整して、脳磁界計測装置による観測データに、その等価電流ダイポールによる磁場を適合させる手続きと、等価電流ダイポール間の距離についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールの第一のグループ化を行う手続きと、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールの第二のグループ化を行う手続きとを含むことを特徴としている。
【００１５】
また、本発明における第３の発明は、脳波計測装置により得た計測データについても第１の発明と同様の解決方法を使えることから、あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの等価電流ダイポールモーメントの大きさとその配向を調整して、脳波計測装置による観測データに、その等価電流ダイポールによる電位分布を適合させる手続きと、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールのグループ化を行う手続きとを含むことを特徴としている。
【００１６】
また、本発明における第４の発明は、脳波計測装置により得た計測データについても第２の発明と同様の解決方法を使えることから、脳の等価電流ダイポールの逆問題解法について、あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの等価電流ダイポールモーメントの大きさとその配向を調整して、脳波計測装置による観測データに、その等価電流ダイポールによる電位分布を適合させる手続きと、等価電流ダイポール間の距離についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールの第一のグループ化を行う手続きと、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールの第二のグループ化を行う手続きとを含むことを特徴としている。
【００１７】
また、本発明における第５の発明は、脳磁界計測装置と脳波計測装置とを用いて得た計測データについても第１の発明と類似の解決方法を使えることから、脳の等価電流ダイポールの逆問題解法について、あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの等価電流ダイポールモーメントの大きさとその配向を調整して、脳磁界計測装置と脳波計測装置による観測データに、その等価電流ダイポールによる磁場及び電位分布を適合させる手続きと、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールのグループ化を行う手続きとを含むことを特徴としている。
【００１８】
また、本発明における第６の発明は、脳磁界計測装置と脳波計測装置とを用いて得た計測データについても第２の発明と類似の解決方法を使えることから、脳の等価電流ダイポールの逆問題解法について、あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの等価電流ダイポールモーメントの大きさとその配向を調整して、脳磁界計測装置と脳波計測装置による観測データに、その等価電流ダイポールによる磁場及び電位分布を適合させる手続きと、等価電流ダイポール間の距離についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールの第一のグループ化を行う手続きと、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールの第二のグループ化を行う手続きとを含むことを特徴としている。
【００１９】
また、本発明における第７の発明は、ｆＭＲＩによる情報を用いて、あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの位置や方向を制約しておくことにより、問題の解決が容易になることから、第１ないし第６のいずれかの発明において、等価電流ダイポールをｆＭＲＩによる情報を基にあらかじめ決められた配置にならべることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明における第８の発明は、ＭＥＧの逆問題解法により得られた等価電流ダイポールの位置情報とｆＭＲＩによるその位置情報とを用いて、あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの位置や方向を制約しておくことにより、問題の解決が容易になることから、第１ないし第６のいずれかの発明において、脳磁界信号処理により推定された等価電流ダイポールの位置とｆＭＲＩによる情報を基に推定された等価電流ダイポールの位置とを含む位置に等価電流ダイポールの位置をあらかじめ設けることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明における第９の発明は、ＭＥＧの逆問題解法により得られた等価電流ダイポールの確率的に表現された位置情報とｆＭＲＩによるその確率的に表現された位置情報とを用いて、あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの位置や方向を制約しておくことにより、問題の解決が容易になることから、第１ないし第６のいずれかの発明において、脳磁界信号処理により推定された等価電流ダイポールの確率的位置とｆＭＲＩによる情報を基に推定された等価電流ダイポールの確率的位置とを含む位置に等価電流ダイポールの位置をあらかじめ設けることを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明の脳磁界計測データの逆問題解法におけるＭＥＧデータの処理を、図１に示すフローチャートに沿って説明する。
【００２３】
１）まず、ｆＭＲＩにより脳の活動状況を画像化する。ｆＭＲＩでは、高速に撮像を行う必要があることから、ＥＰＩ（Ｅｃｈｏ ｐｌａｎｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ）法が多く用いられるが、他のシークエンスも知られており、観察部位や装置の環境、あるいは撮像条件などにより使い分けることが望ましい。
２）次に、脳の領域分割を行う。これは、ｆＭＲＩ画像をもとに脳活動が観察された領域を分割し、分割単位毎に一つの等価電流ダイポールを置くものである。
３）配置されたそれぞれの等価電流ダイポールの強度と配向を調整してＭＥＧデータに適合させる。
４）雑音よりも有意に大きい等価電流ダイポールモーメントを持つ等価電流ダイポールを抽出し、判定基準に従ってグループ化する。この際、以下の２段階のグループ化を行う。
【００２４】
《第１段階のグループ化》
上記の４）、５）は、従来例と同様の判定基準を使い、等価電流ダイポール間距離が２ｃｍ程度の小さい判定基準でグループ化する。このグループ化では、近い距離にあって互いに依存しあう可能性の高い等価電流ダイポールをまずグループ化し、それらの等価電流ダイポールモーメントの総和をとって、その等価電流ダイポールモーメントを持った新たな等価電流ダイポールを設定する。ＭＥＧデータについて雑音に比べて顕著な強度が得られる時間に注目し、グループ化の条件として、上記の距離の制約に加えて、その顕著な強度が得られる時間の少なくとも一部を共有するという条件を加えてもよい。グループ化された等価電流ダイポールとまだグループ化されない等価電流ダイポールとをメンバーとして含んだ形態とする。なお、複数の等価電流ダイポールを含んだグループについて、その位置は、等価電流ダイポールモーメントの大きさで重みづけした重心位置とする。簡単のためには、単に、それらの平均位置とすることもできる。
【００２５】
《第２段階のグループ化》
次に、第１段階で設定したグループ化された等価電流ダイポールとまだグループ化されない等価電流ダイポールとをメンバーとして含んだ形態について、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数が８０％程度以上であって、なおかつ新メンバー間の距離が４ｃｍ程度以内のものがあれば再度グループ化する。これは、不要なグループ化を避けるためで、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数まで考慮して４ｃｍ程度の距離内の依存しあうグループあるいは等価電流ダイポールを見つけて再度グループ化するものである。またグループ化を２段階に分けた理由は飛び石効果を抑えるためである。なお、上記の相関係数は雑音によって影響される値であるため、上記の判定基準（価電流ダイポールモーメント強度の相関係数が８０％程度以上であって、なおかつ新メンバー間の距離が４ｃｍ程度以内）における閾値は厳密に決定することができず、概略の予想値ないし実際のデータから得た経験値を使うことになる。
【００２６】
ここで、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数が８０％程度以上というのは、次のような状況である。２つの等価電流ダイポールのもともとの相関係数をＣＣｄとし、クロストークＫが存在する場合に、相関係数がＣＣｄ’になるとすると、これらの量の間には、次の関係がある。
ＣＣｄ’＝［２Ｋ＋（ｌ＋Ｋ２）ＣＣｄ］／［１＋Ｋ２＋２Ｋ・ＣＣｄ］
たとえば元々相関がない場合（ＣＣｄ＝０）に、クロストークＫが５０％以上であるとすると、その結果相関係数（ＣＣｄ’）は８０％以上となる。
【００２７】
【実施例】
以下に、ｆＭＲＩで計測した脳活動部位の情報を使い、複数の等価電流ダイポールの位置を固定して解く解法を使って、内語課題データを分析した例について説明する。
【００２８】
この計測に当たっては、音韻ループに関する作業記憶課題として知られるスタンバーグ（Ｓｔｅｎｂｅｒｇ）課題を用い、あらかじめ記憶した６文字の無意味文字列を、固視点の輝度を高くする合図により内語する課題を行い、ｆＭＲＩおよびＭＥＧ計測した。この計測のテスト条件を図２に示す。ｆＭＲＩのコントロール条件では、文字の代わりにランダムドットパターンが呈示され、単純ボタン押しに対する反応が観察された。単純ボタン押しという動作は、合図があっても内語しないという動作に相当する。ｆＭＲＩの結果では、テスト条件とコントロール条件の脳活動の差が顕著であった部位が画像化され、テスト条件のための活動部位が示される。
【００２９】
次に、この結果に、図１のフローチャートに沿って、ＭＥＧデータの逆問題解法を適用した。ｆＭＲＩの計測結果において、有意な脳活動が検出されたボクセル（ｖｏｘｅｌ）の集まり（クラスター）を２ｃｍ（磁場相関係数８５％以上が得られる位置許容範囲に相当する）以下の寸法に分割し、分割単位ごとに等価電流ダイポールを置いて、その位置を固定してＭＥＧデータにフィットした。等価電流ダイポールモーメント強度が雑音に比べ有意に大きくなった時間帯を求め、有意な等価電流ダイポールに関して、従来の１段階グループ化により、あるいは、上記の２段階グループ化と同様の取り扱いによりモーメントの足し合わせを行って、等価電流ダイポールグループにまとめた上で、表示装置に表示し、あるいは、印刷装置で印刷した。また、この等価電流ダイポールグループを用いてＭＥＧデータの時系列を再現することにより、それぞれの脳部分の活動状況を理解することができた。
【００３０】
被験者１名（右きき）のｆＭＲＩおよびＭＥＧ計測結果の例をそれぞれ図３Ａおよび図３Ｂに示す。この結果を得るに当たっては、ｆＭＲＩで検出されたクラスターから、頭部全体で５６個の等価電流ダイポールの位置を抽出した。さらにｆＭＲＩデータにおいては、差し引かれているコントロール課題に相当する脳活動のために、視覚野付近に６個の等価電流ダイポールを加えた。本発明の２段階グループ化の結果、有意な等価電流ダイポール３５個は、１３のグループにまとめられた。これを図４に示す。図４は、２段階グループ化によりグループ化された各グループの挙動を示す図である。
【００３１】
今回解析したデータ例について見ると、左島および上側頭後部などの活動が１００ｍｓ台ないし２００ｍｓ付近に、またブローカ野付近の活動が２００ｍｓ台にあることが分かる。これは、内語処理に関わる脳活動の時間を示すものである。なお、頭の右半球におけるこれらの対応部位においても類似の潜時（刺激が与えられた時刻から、信号が観測されるまでの時間）帯での活動が見られた。これは、特に活動時間帯が類似する部位、例えばブローカ野と上側頭後部などが、内語処理に関して連動して機能していることを反映している。
【００３２】
このデータを、従来例である１段階グループ化、およびこれに等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数の判定基準を加えた拡張型１段階グループ化により解析した例を図５、６、７に示す。ここで、図５は、接線方向距離と法線方向距離に同じ判定基準を用いた１段階グループ化を示し、図６は、距離および相関係数（＞８０％）を判定基準に用いた拡張型１段階グループ化を示し、図７は、距離および相関係数（＞７０％）を判定基準に用いた拡張型１段階グループ化を示している。これらの図において、縦軸は脳の各部分の名称をその略称で示し、横軸は、距離を示している。これらの図によると、１段階のグループ化では、クロストークの検討結果から得られた目安として距離ｄを４ｃｍ程度に選ぶと、側頭後上部（Ｌ．ＳＴＧ）と前頭下部（ａＢｒｏｃａ／４７野）とは距離的にかなり離れていてまた機能も相当異なると思われる部位であるにも関わらず、同じグループにまとめられてしまう（図５の実線だ円）。また、１段階のグルーピングに、さらに、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数ＣＣｄ（図中ｄＣＯｆと記述）が８０％以上という条件をつけると、上記の２部位はグループ化されなくなり、側頭後上部（Ｌ．ＳＴＧ）と前頭下部（Ｉｎｓｕｌａ）とがグループ化されるだけに留まる（図６の実線だ円）。しかしながら、近い場所にあるＬ．ｐｒｅＣＳ１−３の３部位、ＲＦｕＧ１−２の２部位などは、グループ化されなくなる。例えば、条件を少しゆるめてＣＣｄ＝７０％とすると、これらがある程度グループ化されるが、今度は側頭後上部（Ｌ．ＳＴＧ）や前頭下部（Ｉｎｓｕｌａ）ならびに前中心溝付近（Ｌ．ｐｆｅＣＳ１−３）などのグループ化しないことが妥当と思われる部位が一つのグループにまとまる（図７の実線だ円）。このように１段階のグループ化およびこれに等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数の判定基準を加えた拡張型１段階グループ化では、当然グループ化されるべき部位がグループ化されず、ひとつのグループとはグループ化しづらい部位がグループ化されるという不具合が生じている。
【００３３】
しかし、本発明の提案する２段階グループ化によれば、等価電流ダイポール間の距離＝２ｃｍ以下という判定基準による第一のグループ化で、１３のグループ（図５破線のだ円）が得られたが、分離が妥当と思われる前述の領域が確かに分離されている。この例では、第２段階のグループ化では、新たなグループ化が生じなかったため、第１段階のグループ化が最終的なグループとして残り、図４のような結果が得られた。
【００３４】
上記の様に、３５個の有意な等価電流ダイポールに対して、従来の１段階グループ化およびこれに等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数の判定基準を加えた拡張型１段階グループ化では、分離が不当と思われる等価電流ダイポールがグループ化されてしまい、あるいは当然分離されるべき等価電流ダイポールがグループ化されなかった。これに対して、本発明の脳の等価電流ダイポールの逆問題解法では、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて等価電流ダイポールをグループ化することにより、そのような誤ったグループ化を防ぐことができ、飛び石効果を防止することができた。
【００３５】
上記の例においては、ＭＥＧデータを用いて、ＥＣＤを見積ったが、ＥＥＧデータを用いた場合も同様な手順で解析できる。両者の違いは、ダイポールを観測データにフィッティングする際に、ダイポールが生じる磁場を測定した磁場分布にフィッティングさせるか、あるいはダイポールが生じる電圧を測定した電圧分布にフィッティングさせるかの違いであるが、このようなフィッティングの方法は従来の逆問題解法においてよく知られており、市販のソフトウェアパッケージを用いて、容易に実現できることは明らかである。
【００３６】
また、上記の実施例においては、等価電流ダイポール位置の設定においては、ｆＭＲＩで検出されたクラスターから、頭部全体で５６個の等価電流ダイポール位置を抽出したが、ｆＭＲＩで検出されない部位の等価電流ダイポールによる効果を取り入れる方が望ましい場合がある。
【００３７】
例えば、文献７（Ｋ．Ｍａｔｓｕｂａｒａ ｅｔ．ａｌ． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｖｏｌ．４２， Ｎｏ．６，６０８−６１５ （１９９５）．）には、ＭＥＧの逆問題解法が記載されているが、この方法を適用して見出した等価電流ダイポールの位置は、必ずしも、上記のｆＭＲＩにより推定される等価電流ダイポールの位置と全てが一致するわけではない。このため、最初に設ける等価電流ダイポールとしては、ＭＥＧの逆問題解法によるその位置と、ｆＭＲＩにより得られるその位置とを含む複数の等価電流ダイポールに上記した等価電流ダイポールの逆問題解法を適用することにより、より望ましい解が得られることは明らかである。
【００３８】
また、上記した文献６には、存在確率をもって存在するものとした等価電流ダイポールと、ｆＭＲＩ信号との相関について記載されている。一般に、その存在確率が増大すると、その相関関係も増大するが、ｆＭＲＩ信号との相関がなくその存在確率の設定が困難な場合がある。このような場合には、まず、ＭＥＧの逆問題解法により等価電流ダイポールの大きさとその位置とを推定しておき、また、ｆＭＲＩにより得られるその位置と、複数の確率的に存在するものとした等価電流ダイポールの位置とを用いて、上記した等価電流ダイポールの逆問題解法を適用することにより、より望ましい解が得られる。
【００３９】
【発明の効果】
この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。第１段階のグループ化における判定基準の距離を、例えば２ｃｍ程度と短くすることで、ｆＭＲＩで検出された脳活動領域単位程度にグループ化し、また、第２段階のグループ化としてグループメンバーの等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数まで考慮して、例えば４ｃｍ程度の距離内の依存しあうグループメンバーの等価電流ダイポールを見つけて再度グループ化することにより、過不足のないグループ化を行うことができる様になり、これらのグループ化された等価電流ダイポールを用いて、脳内活動の時間的挙動を正しく追跡できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の解法におけるデータ処理を示すフローチャートである。
【図２】内語課題データを分析した例のテスト条件をブロック図である。
【図３】ｆＭＲＩデータ（ａ）、ＭＥＧデータ（ｂ）の例を示す図である。
【図４】２段階グループ化によりグループ化された各グループの挙動を示す図である。
【図５】接線方向距離と法線方向距離とに同じ判定基準を用いた１段階グループ化を示す図である。
【図６】距離および相関係数（＞８０％）を判定基準に用いた拡張型１段階グループ化を示す図である。
【図７】距離および相関係数（＞７０％）を判定基準に用いた拡張型１段階グループ化を示す図である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、脳機能の計測装置あるいは診断装置に用いることを目的としており、脳磁界計測データあるいは脳波計測データから脳の等価電流ダイポールを求めることのできる脳の等価電流ダイポール逆問題解法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
脳磁界計測装置は、脳の神経活動に伴って発生する微弱磁場を頭外から無侵襲で計測し脳磁界図（Ｍａｇｎｅｔｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｍ）を記録する装置である。これは、一般にＭＥＧ（Ｍａｇｎｅｔｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｐｈ）装置として知られている。脳磁界の発生する磁束密度は、１０−１２Ｔ〜１０−１３Ｔで、地磁気（０．５×１０−４Ｔ）に比べて、１億分の１以下である。このため、一般に、脳磁界の計測には、磁気シールドルームで周囲の磁気ノイズを遮蔽した雰囲気で、ＳＱＵＩＤ磁束計センサ（１０−１４Ｔ〜１０−１５Ｔの感度）が用いられる。
【０００３】
このような微弱磁場である脳磁界は、脳の神経活動に伴って起こり、大脳皮質が興奮すると生体電気現象に伴って皮質の内部に向かってイオン電流が流れることによって発生することが知られている。また、このイオン電流は、等価的に幾つかの等価電流ダイポール（ＥＣＤ： Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｄｉｐｏｌｅ）に近似して表現される。個々の等価電流ダイポールは、一般に数千〜数十万個のニューロン群の電気活動の総和を等価的に表現している。また、その等価電流ダイポールモーメントの単位はＡ・ｍ（アンペア・メータ）であり、磁気ダイポールとは異なる。この等価電流ダイポールの周りに磁場が生じる。これらのニューロン群の電気活動の総和の磁場を計測するのがＭＥＧである。また、分布電流が頭皮上を流れると、頭皮面の２ヶ所の電極間の電位差となる。この電位差を計測するのが脳波計測（ＥＥＧ： Ｅｌｅｃｔｒｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｐｈｙ）装置である。
【０００４】
上記の説明とは逆に、頭皮近くの磁場強度を測定して、上記のいくつかの等価電流ダイポールを見出すことが可能である。これは、脳磁界計測データの逆問題と呼ばれる。しかし、よく知られているように、この脳磁界計測データの逆問題の解は、電磁気学的には、必ずしも一意に得られるものではない。このため、解の可能性を狭めるための方法として様々な条件を付加する試みがなされている。そのひとつにｆＭＲＩ（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌＭａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ：機能的磁気共鳴画像）を用いた方法がある。また、同様に頭皮上の電位分布を測定して、上記のいくつかの等価電流ダイポールを見出すことが可能であり、これは、脳波計測データの逆問題と呼ばれる。
【０００５】
ｆＭＲＩは、核磁気共鳴を利用した断層撮影方法であるＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ、磁気共鳴画像法）のひとつの形態である。ｆＭＲＩにおける画像化には、通常のＭＲＩと同様に、主にプロトンの信号が利用される。また、画像のコントラストを作り出すに当たり、通常のＭＲＩに見られるように、プロトン密度や各種緩和時間だけではなく、他の生理的な機能も反映されている。特に、ｆＭＲＩは、課題遂行に伴う被験者の脳内活動の変化の画像化に用いられる。課題を遂行しているあいだに脳神経活動に伴なって局所的な酸素消費変化が起こる。また、これから引き起こされる血流量変化およびこれにより周囲の媒質（反磁性）とは磁化の符号が逆である（常磁性）脱酸素化ヘモグロピン濃度が変化する。このため、磁場の均一性が局所的に変化し、結果として、プロトン励起後の磁気共鳴信号の自由誘導減衰（ＦｒｅｅＩｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｄｅｃａｙ）における緩和過程の時定数が変化する。この効果は、ＢＯＬＤ（Ｂｌｏｏｄ Ｏｘｙｇｅｎ Ｌｅｖｅｌ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）効果として知られている。ｆＭＲＩは、このような効果を利用して、脳断層画像（スライス）を高速に撮影し、その活動情況を画像化する。ｆＭＲＩの空間分解能は、数ｍｍ程度であり、その可能性は高い。
【０００６】
このようなｆＭＲＩデータとＭＥＧデータとを結びつけて、上記のいくつかの等価電流ダイポールをｆＭＲＩデータから得られた脳活動ピーク位置に配置することは、例えば文献１（Ａ．Ｋｏｒｖｅｎｏｊａ ｅｔ ａｌ． ”Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｏｒｔｉｃａｌ ａｒｅａｓ ｉｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏｓｏｍａｔｏｓｅｎｓｏｒｙ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ： ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｍａｇｎｅｔｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｐｈｉｃ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ”， Ｈｕｍａｎ Ｂｒａｉｎ Ｍａｐｐｉｎｇ， Ｖｏｌ．８， ｐｐ．１３−２７， １９９９．）に報告されている。
【０００７】
また、上記のような観点から脳磁界計測データの逆問題を実際に解くために、さらに幾つかの工夫が報告されている。例えば、ｆＭＲＩの活動領域のみに等価電流ダイポールを置き、かつ、対象とする領域が大きい場合はそれを分割して、分割単位毎に等価電流ダイポールを置く、という解析方法が文献２（藤巻他、「ｆＭＲＩにより位置の制約条件を与えるＭＥＧ逆問題の検討」、日本生体磁気学会誌、Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．１，ｐｐ．１６２−１６３、２０００（第１５回日本生体磁気学会大会論文集・・’・・年５月２６−２７日、つくば））、あるいは文献３（Ｎ．Ｆｕｊｉｍａｋｉ ｅｔ ａｌ． “Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｆｉｔｔｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ ＭＥＧｉｎｖｅｒｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｗｉｔｈ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ”， ＮｅｕｒｏＩｍａｇｅ， Ｖｏｌ．１１， Ｎｏ．５， ｐ．Ｓ６５７，２０００ （６ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ ＨｕｍａｎＢｒａｉｎ， Ｊｕｎｅ １２−１６，‘００， Ｓａｎ Ａｎｔｏｎｎｉｏ））に報告されている。また、空間的に広がった信号源について、等価電流ダイポールの配置の仕方と、脳の等価電流ダイポールの逆問題解法における等価電流ダイポール間の相互依存性（クロストーク）の取り扱い方については、文献４（Ｎ．Ｆｕｊｉｍａｋ ｅｔ ａｌ． ”Ｃｒｉｔｅｒｉａ ｆｏｒ ｆｉｔｔｉｎｇ ＭＥＧ ｄｉｐｏｌｅｓ ｗｉｔｈ ｆＭＲＩ ｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ １２ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎＢｉｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ （Ａｕｇ． １３−１６，‘００， Ｈｅｌｓｉｎｋｉ））に報告されている。この文献４には、特に、特定の距離内に有る等価電流ダイポールをひとつにまとめて扱う方法が報告されている。また、ｆＭＲＩの脳活動部位を制約条件にして複数の等価電流ダイポール解析を行って分析した脳活動の時間特性については、文献５（早川他、「視覚探査に伴う脳磁界のマルチ等価電流ダイポール解析」、日本生体磁気学会誌、Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．１，ｐｐ．１８０−１８１、２００１（第１６回日本生体磁気学会大会論文集，‘０１年６月１−２日、小金井））に報告されている。また、ｆＭＲＩデータからの脳の活動部位の情報と、ＭＥＧデータに統計的手法を用いて雑音を考慮して多数の等価電流ダイポールモーメントについて解く方法が、文献６（Ａ．Ｍ． Ｄａｌｅ ｅｔ ａｌ． “Ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｍａｐｐｉｎｇ： ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｆＭＲＩ ａｎｄ ＭＥＧｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｃｏｒｔｉｃａｌ ａｃｔｉｖｉｔｙ”， Ｎｅｕｒｏｎ， Ｖｏｌ．２６， ｐｐ．５５−６７，２０００．）に報告されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
報告された従来の脳磁界計測データの逆問題解法では、
１）ｆＭＲＩから脳活動の位置情報を得て、
２）等価電流ダイポールをこれらの活動位置に配置し、
３）等価電流ダイポールモーメントの大きさと向きだけをＭＥＧデータに合わせこむ、という解法が取られている。
【０００９】
例えば文献４ではそれぞれ接近した２つの等価電流ダイポールについて、
４）２つの等価電流ダイポール間の距離が、予め決められた判定基準以下であるか、
５）２つの等価電流ダイポールモーメントの大きさが同時に充分大きい（雑音より有意に大きいレベル）ときには、
これらの等価電流ダイポールは、等価電流ダイポール間の相互依存性が大きく、従ってクロストークが大きい可能性があるため、これらをグループ化して（ベクトル和をとって）ひとつの等価電流ダイポールで置きかえる、ということを行っている。
【００１０】
しかし、上記の条件４）、５）について、２つの等価電流ダイポール間距離の判定基準を２ｃｍ程度に小さくすると、互いに依存しあう等価電流ダイポールを別々に残す可能性が高くなってグループ化が不十分になることがある。一方、それを４ｃｍ程度にすればその可能性は少なくなる。ところが、この場合、互いに４ｃｍ以下の距離にある複数の等価電流ダイポールが次々に隣とグループ化されるため、かなり離れた等価電流ダイポールまでグループ化される現象が生じる（以下これを「飛び石効果」と呼ぶ）。また４ｃｍ以内にクロストークの小さなダイポールがあっても、必要以上にグループ化されることがある。このようなことから、上記の条件４）、５）と同様にグループ化の判定基準を等価電流ダイポール間の距離と２つの等価電流ダイポールモーメントの大きさとに置いた場合、グループ化を最適化できないことが予想される。
【００１１】
実際のデータの例で、これを検討したところ、上記の条件４）、５）のみでは、適当なグループ化ができない場合があることがわかった。例えば、クロストークは、等価電流ダイポールの位置のみで無く、脳磁界を発生する真の脳内電流源の位置とモーメントの向きについても、強い依存性がある。このようなことから、等価電流ダイポール間の距離が上記の４）判定基準を超えても依存度が高い場合があり、また超えなくても依存度が低い場合がある。
【００１２】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、等価電流ダイポールのグループ化を従来の方法に比べてより最適化することができる脳磁界計測データの逆問題解法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における第１の発明は、脳の等価電流ダイポールの逆問題解法に関して、あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの等価電流ダイポールモーメントの大きさとその配向を調整して、脳磁界計測装置による観測データに、その等価電流ダイポールによる磁場を適合させる手続きと、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールのグループ化を行う手続きとを含むことを特徴としている。
【００１４】
また、本発明における第２の発明は、脳磁界計測データの逆問題解法について、あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの等価電流ダイポールモーメントの大きさとその配向を調整して、脳磁界計測装置による観測データに、その等価電流ダイポールによる磁場を適合させる手続きと、等価電流ダイポール間の距離についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールの第一のグループ化を行う手続きと、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールの第二のグループ化を行う手続きとを含むことを特徴としている。
【００１５】
また、本発明における第３の発明は、脳波計測装置により得た計測データについても第１の発明と同様の解決方法を使えることから、あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの等価電流ダイポールモーメントの大きさとその配向を調整して、脳波計測装置による観測データに、その等価電流ダイポールによる電位分布を適合させる手続きと、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールのグループ化を行う手続きとを含むことを特徴としている。
【００１６】
また、本発明における第４の発明は、脳波計測装置により得た計測データについても第２の発明と同様の解決方法を使えることから、脳の等価電流ダイポールの逆問題解法について、あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの等価電流ダイポールモーメントの大きさとその配向を調整して、脳波計測装置による観測データに、その等価電流ダイポールによる電位分布を適合させる手続きと、等価電流ダイポール間の距離についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールの第一のグループ化を行う手続きと、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールの第二のグループ化を行う手続きとを含むことを特徴としている。
【００１７】
また、本発明における第５の発明は、脳磁界計測装置と脳波計測装置とを用いて得た計測データについても第１の発明と類似の解決方法を使えることから、脳の等価電流ダイポールの逆問題解法について、あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの等価電流ダイポールモーメントの大きさとその配向を調整して、脳磁界計測装置と脳波計測装置による観測データに、その等価電流ダイポールによる磁場及び電位分布を適合させる手続きと、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールのグループ化を行う手続きとを含むことを特徴としている。
【００１８】
また、本発明における第６の発明は、脳磁界計測装置と脳波計測装置とを用いて得た計測データについても第２の発明と類似の解決方法を使えることから、脳の等価電流ダイポールの逆問題解法について、あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの等価電流ダイポールモーメントの大きさとその配向を調整して、脳磁界計測装置と脳波計測装置による観測データに、その等価電流ダイポールによる磁場及び電位分布を適合させる手続きと、等価電流ダイポール間の距離についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールの第一のグループ化を行う手続きと、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールの第二のグループ化を行う手続きとを含むことを特徴としている。
【００１９】
また、本発明における第７の発明は、ｆＭＲＩによる情報を用いて、あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの位置や方向を制約しておくことにより、問題の解決が容易になることから、第１ないし第６のいずれかの発明において、等価電流ダイポールをｆＭＲＩによる情報を基にあらかじめ決められた配置にならべることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明における第８の発明は、ＭＥＧの逆問題解法により得られた等価電流ダイポールの位置情報とｆＭＲＩによるその位置情報とを用いて、あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの位置や方向を制約しておくことにより、問題の解決が容易になることから、第１ないし第６のいずれかの発明において、脳磁界信号処理により推定された等価電流ダイポールの位置とｆＭＲＩによる情報を基に推定された等価電流ダイポールの位置とを含む位置に等価電流ダイポールの位置をあらかじめ設けることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明における第９の発明は、ＭＥＧの逆問題解法により得られた等価電流ダイポールの確率的に表現された位置情報とｆＭＲＩによるその確率的に表現された位置情報とを用いて、あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの位置や方向を制約しておくことにより、問題の解決が容易になることから、第１ないし第６のいずれかの発明において、脳磁界信号処理により推定された等価電流ダイポールの確率的位置とｆＭＲＩによる情報を基に推定された等価電流ダイポールの確率的位置とを含む位置に等価電流ダイポールの位置をあらかじめ設けることを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明の脳磁界計測データの逆問題解法におけるＭＥＧデータの処理を、図１に示すフローチャートに沿って説明する。
【００２３】
１）まず、ｆＭＲＩにより脳の活動状況を画像化する。ｆＭＲＩでは、高速に撮像を行う必要があることから、ＥＰＩ（Ｅｃｈｏ ｐｌａｎｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ）法が多く用いられるが、他のシークエンスも知られており、観察部位や装置の環境、あるいは撮像条件などにより使い分けることが望ましい。
２）次に、脳の領域分割を行う。これは、ｆＭＲＩ画像をもとに脳活動が観察された領域を分割し、分割単位毎に一つの等価電流ダイポールを置くものである。
３）配置されたそれぞれの等価電流ダイポールの強度と配向を調整してＭＥＧデータに適合させる。
４）雑音よりも有意に大きい等価電流ダイポールモーメントを持つ等価電流ダイポールを抽出し、判定基準に従ってグループ化する。この際、以下の２段階のグループ化を行う。
【００２４】
《第１段階のグループ化》
上記の４）、５）は、従来例と同様の判定基準を使い、等価電流ダイポール間距離が２ｃｍ程度の小さい判定基準でグループ化する。このグループ化では、近い距離にあって互いに依存しあう可能性の高い等価電流ダイポールをまずグループ化し、それらの等価電流ダイポールモーメントの総和をとって、その等価電流ダイポールモーメントを持った新たな等価電流ダイポールを設定する。ＭＥＧデータについて雑音に比べて顕著な強度が得られる時間に注目し、グループ化の条件として、上記の距離の制約に加えて、その顕著な強度が得られる時間の少なくとも一部を共有するという条件を加えてもよい。グループ化された等価電流ダイポールとまだグループ化されない等価電流ダイポールとをメンバーとして含んだ形態とする。なお、複数の等価電流ダイポールを含んだグループについて、その位置は、等価電流ダイポールモーメントの大きさで重みづけした重心位置とする。簡単のためには、単に、それらの平均位置とすることもできる。
【００２５】
《第２段階のグループ化》
次に、第１段階で設定したグループ化された等価電流ダイポールとまだグループ化されない等価電流ダイポールとをメンバーとして含んだ形態について、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数が８０％程度以上であって、なおかつ新メンバー間の距離が４ｃｍ程度以内のものがあれば再度グループ化する。これは、不要なグループ化を避けるためで、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数まで考慮して４ｃｍ程度の距離内の依存しあうグループあるいは等価電流ダイポールを見つけて再度グループ化するものである。またグループ化を２段階に分けた理由は飛び石効果を抑えるためである。なお、上記の相関係数は雑音によって影響される値であるため、上記の判定基準（価電流ダイポールモーメント強度の相関係数が８０％程度以上であって、なおかつ新メンバー間の距離が４ｃｍ程度以内）における閾値は厳密に決定することができず、概略の予想値ないし実際のデータから得た経験値を使うことになる。
【００２６】
ここで、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数が８０％程度以上というのは、次のような状況である。２つの等価電流ダイポールのもともとの相関係数をＣＣｄとし、クロストークＫが存在する場合に、相関係数がＣＣｄ’になるとすると、これらの量の間には、次の関係がある。
ＣＣｄ’＝［２Ｋ＋（ｌ＋Ｋ２）ＣＣｄ］／［１＋Ｋ２＋２Ｋ・ＣＣｄ］
たとえば元々相関がない場合（ＣＣｄ＝０）に、クロストークＫが５０％以上であるとすると、その結果相関係数（ＣＣｄ’）は８０％以上となる。
【００２７】
【実施例】
以下に、ｆＭＲＩで計測した脳活動部位の情報を使い、複数の等価電流ダイポールの位置を固定して解く解法を使って、内語課題データを分析した例について説明する。
【００２８】
この計測に当たっては、音韻ループに関する作業記憶課題として知られるスタンバーグ（Ｓｔｅｎｂｅｒｇ）課題を用い、あらかじめ記憶した６文字の無意味文字列を、固視点の輝度を高くする合図により内語する課題を行い、ｆＭＲＩおよびＭＥＧ計測した。この計測のテスト条件を図２に示す。ｆＭＲＩのコントロール条件では、文字の代わりにランダムドットパターンが呈示され、単純ボタン押しに対する反応が観察された。単純ボタン押しという動作は、合図があっても内語しないという動作に相当する。ｆＭＲＩの結果では、テスト条件とコントロール条件の脳活動の差が顕著であった部位が画像化され、テスト条件のための活動部位が示される。
【００２９】
次に、この結果に、図１のフローチャートに沿って、ＭＥＧデータの逆問題解法を適用した。ｆＭＲＩの計測結果において、有意な脳活動が検出されたボクセル（ｖｏｘｅｌ）の集まり（クラスター）を２ｃｍ（磁場相関係数８５％以上が得られる位置許容範囲に相当する）以下の寸法に分割し、分割単位ごとに等価電流ダイポールを置いて、その位置を固定してＭＥＧデータにフィットした。等価電流ダイポールモーメント強度が雑音に比べ有意に大きくなった時間帯を求め、有意な等価電流ダイポールに関して、従来の１段階グループ化により、あるいは、上記の２段階グループ化と同様の取り扱いによりモーメントの足し合わせを行って、等価電流ダイポールグループにまとめた上で、表示装置に表示し、あるいは、印刷装置で印刷した。また、この等価電流ダイポールグループを用いてＭＥＧデータの時系列を再現することにより、それぞれの脳部分の活動状況を理解することができた。
【００３０】
被験者１名（右きき）のｆＭＲＩおよびＭＥＧ計測結果の例をそれぞれ図３Ａおよび図３Ｂに示す。この結果を得るに当たっては、ｆＭＲＩで検出されたクラスターから、頭部全体で５６個の等価電流ダイポールの位置を抽出した。さらにｆＭＲＩデータにおいては、差し引かれているコントロール課題に相当する脳活動のために、視覚野付近に６個の等価電流ダイポールを加えた。本発明の２段階グループ化の結果、有意な等価電流ダイポール３５個は、１３のグループにまとめられた。これを図４に示す。図４は、２段階グループ化によりグループ化された各グループの挙動を示す図である。
【００３１】
今回解析したデータ例について見ると、左島および上側頭後部などの活動が１００ｍｓ台ないし２００ｍｓ付近に、またブローカ野付近の活動が２００ｍｓ台にあることが分かる。これは、内語処理に関わる脳活動の時間を示すものである。なお、頭の右半球におけるこれらの対応部位においても類似の潜時（刺激が与えられた時刻から、信号が観測されるまでの時間）帯での活動が見られた。これは、特に活動時間帯が類似する部位、例えばブローカ野と上側頭後部などが、内語処理に関して連動して機能していることを反映している。
【００３２】
このデータを、従来例である１段階グループ化、およびこれに等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数の判定基準を加えた拡張型１段階グループ化により解析した例を図５、６、７に示す。ここで、図５は、接線方向距離と法線方向距離に同じ判定基準を用いた１段階グループ化を示し、図６は、距離および相関係数（＞８０％）を判定基準に用いた拡張型１段階グループ化を示し、図７は、距離および相関係数（＞７０％）を判定基準に用いた拡張型１段階グループ化を示している。これらの図において、縦軸は脳の各部分の名称をその略称で示し、横軸は、距離を示している。これらの図によると、１段階のグループ化では、クロストークの検討結果から得られた目安として距離ｄを４ｃｍ程度に選ぶと、側頭後上部（Ｌ．ＳＴＧ）と前頭下部（ａＢｒｏｃａ／４７野）とは距離的にかなり離れていてまた機能も相当異なると思われる部位であるにも関わらず、同じグループにまとめられてしまう（図５の実線だ円）。また、１段階のグルーピングに、さらに、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数ＣＣｄ（図中ｄＣＯｆと記述）が８０％以上という条件をつけると、上記の２部位はグループ化されなくなり、側頭後上部（Ｌ．ＳＴＧ）と前頭下部（Ｉｎｓｕｌａ）とがグループ化されるだけに留まる（図６の実線だ円）。しかしながら、近い場所にあるＬ．ｐｒｅＣＳ１−３の３部位、ＲＦｕＧ１−２の２部位などは、グループ化されなくなる。例えば、条件を少しゆるめてＣＣｄ＝７０％とすると、これらがある程度グループ化されるが、今度は側頭後上部（Ｌ．ＳＴＧ）や前頭下部（Ｉｎｓｕｌａ）ならびに前中心溝付近（Ｌ．ｐｆｅＣＳ１−３）などのグループ化しないことが妥当と思われる部位が一つのグループにまとまる（図７の実線だ円）。このように１段階のグループ化およびこれに等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数の判定基準を加えた拡張型１段階グループ化では、当然グループ化されるべき部位がグループ化されず、ひとつのグループとはグループ化しづらい部位がグループ化されるという不具合が生じている。
【００３３】
しかし、本発明の提案する２段階グループ化によれば、等価電流ダイポール間の距離＝２ｃｍ以下という判定基準による第一のグループ化で、１３のグループ（図５破線のだ円）が得られたが、分離が妥当と思われる前述の領域が確かに分離されている。この例では、第２段階のグループ化では、新たなグループ化が生じなかったため、第１段階のグループ化が最終的なグループとして残り、図４のような結果が得られた。
【００３４】
上記の様に、３５個の有意な等価電流ダイポールに対して、従来の１段階グループ化およびこれに等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数の判定基準を加えた拡張型１段階グループ化では、分離が不当と思われる等価電流ダイポールがグループ化されてしまい、あるいは当然分離されるべき等価電流ダイポールがグループ化されなかった。これに対して、本発明の脳の等価電流ダイポールの逆問題解法では、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて等価電流ダイポールをグループ化することにより、そのような誤ったグループ化を防ぐことができ、飛び石効果を防止することができた。
【００３５】
上記の例においては、ＭＥＧデータを用いて、ＥＣＤを見積ったが、ＥＥＧデータを用いた場合も同様な手順で解析できる。両者の違いは、ダイポールを観測データにフィッティングする際に、ダイポールが生じる磁場を測定した磁場分布にフィッティングさせるか、あるいはダイポールが生じる電圧を測定した電圧分布にフィッティングさせるかの違いであるが、このようなフィッティングの方法は従来の逆問題解法においてよく知られており、市販のソフトウェアパッケージを用いて、容易に実現できることは明らかである。
【００３６】
また、上記の実施例においては、等価電流ダイポール位置の設定においては、ｆＭＲＩで検出されたクラスターから、頭部全体で５６個の等価電流ダイポール位置を抽出したが、ｆＭＲＩで検出されない部位の等価電流ダイポールによる効果を取り入れる方が望ましい場合がある。
【００３７】
例えば、文献７（Ｋ．Ｍａｔｓｕｂａｒａ ｅｔ．ａｌ． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｖｏｌ．４２， Ｎｏ．６，６０８−６１５ （１９９５）．）には、ＭＥＧの逆問題解法が記載されているが、この方法を適用して見出した等価電流ダイポールの位置は、必ずしも、上記のｆＭＲＩにより推定される等価電流ダイポールの位置と全てが一致するわけではない。このため、最初に設ける等価電流ダイポールとしては、ＭＥＧの逆問題解法によるその位置と、ｆＭＲＩにより得られるその位置とを含む複数の等価電流ダイポールに上記した等価電流ダイポールの逆問題解法を適用することにより、より望ましい解が得られることは明らかである。
【００３８】
また、上記した文献６には、存在確率をもって存在するものとした等価電流ダイポールと、ｆＭＲＩ信号との相関について記載されている。一般に、その存在確率が増大すると、その相関関係も増大するが、ｆＭＲＩ信号との相関がなくその存在確率の設定が困難な場合がある。このような場合には、まず、ＭＥＧの逆問題解法により等価電流ダイポールの大きさとその位置とを推定しておき、また、ｆＭＲＩにより得られるその位置と、複数の確率的に存在するものとした等価電流ダイポールの位置とを用いて、上記した等価電流ダイポールの逆問題解法を適用することにより、より望ましい解が得られる。
【００３９】
【発明の効果】
この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。第１段階のグループ化における判定基準の距離を、例えば２ｃｍ程度と短くすることで、ｆＭＲＩで検出された脳活動領域単位程度にグループ化し、また、第２段階のグループ化としてグループメンバーの等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数まで考慮して、例えば４ｃｍ程度の距離内の依存しあうグループメンバーの等価電流ダイポールを見つけて再度グループ化することにより、過不足のないグループ化を行うことができる様になり、これらのグループ化された等価電流ダイポールを用いて、脳内活動の時間的挙動を正しく追跡できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の解法におけるデータ処理を示すフローチャートである。
【図２】内語課題データを分析した例のテスト条件をブロック図である。
【図３】ｆＭＲＩデータ（ａ）、ＭＥＧデータ（ｂ）の例を示す図である。
【図４】２段階グループ化によりグループ化された各グループの挙動を示す図である。
【図５】接線方向距離と法線方向距離とに同じ判定基準を用いた１段階グループ化を示す図である。
【図６】距離および相関係数（＞８０％）を判定基準に用いた拡張型１段階グループ化を示す図である。
【図７】距離および相関係数（＞７０％）を判定基準に用いた拡張型１段階グループ化を示す図である。
Claims (9)
- あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの等価電流ダイポールモーメントの大きさとその配向を調整して、脳磁界計測装置による観測データに、その等価電流ダイポールによる磁場を適合させる手続きと、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールのグループ化を行う手続きとを含むことを特徴とする脳の等価電流ダイポールの逆問題解法。
- あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの等価電流ダイポールモーメントの大きさとその配向を調整して、脳磁界計測装置による観測データに、その等価電流ダイポールによる磁場を適合させる手続きと、等価電流ダイポール間の距離についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールの第１段階のグループ化を行う手続きと、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールの第２段階のグループ化を行う手続きとを含むことを特徴とする脳の等価電流ダイポールの逆問題解法。
- あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの等価電流ダイポールモーメントの大きさとその配向を調整して、脳波計測装置による観測データに、その等価電流ダイポールによる電位分布を適合させる手続きと、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールのグループ化を行う手続きとを含むことを特徴とする脳の等価電流ダイポールの逆問題解法。
- あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの等価電流ダイポールモーメントの大きさとその配向を調整して、脳波計測装置による観測データに、その等価電流ダイポールによる電位分布を適合させる手続きと、等価電流ダイポール間の距離についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールの第１段階のグループ化を行う手続きと、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールの第２段階のグループ化を行う手続きとを含むことを特徴とする脳の等価電流ダイポールの逆問題解法。
- あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの等価電流ダイポールモーメントの大きさとその配向を調整して、脳磁界計測装置と脳波計測装置による観測データに、その等価電流ダイポールによる磁場及び電位分布を適合させる手続きと、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールのグループ化を行う手続きとを含むことを特徴とする脳の等価電流ダイポールの逆問題解法。
- あらかじめ決められた配置にならべられた等価電流ダイポールの等価電流ダイポールモーメントの大きさとその配向を調整して、脳磁界計測装置と脳波計測装置による観測データに、その等価電流ダイポールによる磁場及び電位分布を適合させる手続きと、等価電流ダイポール間の距離についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールの第１段階のグループ化を行う手続きと、等価電流ダイポールモーメント強度の相関係数についてのあらかじめ決められた判定基準に基づいて上記の等価電流ダイポールの第２段階のグループ化を行う手続きとを含むことを特徴とする脳の等価電流ダイポールの逆問題解法。
- 請求項１ないし６のいずれかに記載の脳の等価電流ダイポールの逆問題解法において、等価電流ダイポールをｆＭＲＩによる情報を基にあらかじめ決められた配置にならべることを特徴とする脳の等価電流ダイポールの逆問題解法。
- 脳磁界信号処理により推定された等価電流ダイポールの位置とｆＭＲＩによる情報を基に推定された等価電流ダイポールの位置とを含む位置に等価電流ダイポールの位置をあらかじめ設けることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の脳の等価電流ダイポールの逆問題解法。
- 脳磁界信号処理により推定された等価電流ダイポールの確率的位置とｆＭＲＩによる情報を基に推定された等価電流ダイポールの確率的位置とを含む位置に等価電流ダイポールの位置をあらかじめ設けることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の脳の等価電流ダイポールの逆問題解法。
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