JP4721693B2 - Intracranial volume and local brain structure analysis program, recording medium, and intracranial volume and local brain structure analysis method - Google Patents
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Description
本発明は、脳画像データの処理をコンピュータに実行させるための頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム等に関し、特に、コンピュータ断層撮像法により測定された被験者の脳の脳画像データに基づき、頭蓋内または脳の解剖学的な部位毎に関心領域を自動的に設定すると共に、当該関心領域の容積を自動的に測定する処理をコンピュータに実行させるための頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム等に関する。 The present invention relates to an intracranial volume and a local brain structure analysis program for causing a computer to process brain image data, and more particularly, based on brain image data of a subject's brain measured by computer tomography. Intracranial volume and local brain structure analysis program for automatically setting a region of interest for each internal or anatomical part of the brain and causing a computer to execute processing for automatically measuring the volume of the region of interest Etc.
近年、医学の進歩と共に画像診断はめざましく進歩している。患者等に大きな負担をかけずに、身体内の様子を画像として捕らえ正確な診断を行なうためのコンピュータ画像診断手法、例えば、磁気共鳴画像法または核磁気共鳴診断装置(magnetic resonance imaging : MRI)、X線断層写真撮影法またはX線断層写真撮影機(computer tomography : CT)、超音波診断法または超音波診断機、および放射線診断法または放射線診断機は、現在の医療の現場において必須のものとなっている(非特許文献1参照)。上述のコンピュータ画像診断法を用いた画像診断は、患者の病気の早期診断、治療法の選択、治療効果の予測および判定などの機能情報を提供するものとして広く用いられている。特に、MRIによる画像(MRI画像)およびCTによる画像(CT画像)は脳の形態を表した解剖学的画像であるため、一般的に分解能は高く、脳内の位置的情報が明確な画像である。 In recent years, diagnostic imaging has advanced remarkably with the advance of medicine. Computer imaging techniques for capturing the state of the body as an image and making an accurate diagnosis without imposing a heavy burden on the patient, such as magnetic resonance imaging or magnetic resonance imaging (MRI), X-ray tomography or X-ray tomography (CT), ultrasonography or ultrasonography, and radiography or radiography are essential in current medical settings. (See Non-Patent Document 1). Image diagnosis using the above-described computer image diagnosis method is widely used as providing functional information such as early diagnosis of a disease of a patient, selection of a treatment method, prediction and determination of a treatment effect, and the like. In particular, since an image by MRI (MRI image) and an image by CT (CT image) are anatomical images representing the morphology of the brain, they are generally images with high resolution and clear positional information in the brain. is there.
人間の脳の容積を生きた状態のまま調べることは神経科学、医学、医療の上で重要である。上述のMRIを用いることにより、生きた状態で人間の脳の形態を画像として描出できる。医療の現場ではこのMRI画像を使って、アルツハイマー病(Alzheimer’s disease : AD。非特許文献2参照)のような疾患のために萎縮をきたした脳と正常者の脳とを鑑別し診断している。 Examining the human brain volume in a living state is important in neuroscience, medicine, and medicine. By using the above-described MRI, the form of the human brain can be depicted as an image in a living state. In the medical field, this MRI image is used to distinguish and diagnose a brain that has atrophy due to a disease such as Alzheimer's disease (AD; see Non-Patent Document 2) and a normal person's brain. .
上述のように、MRI画像を使って脳の鑑別および診断を行う場合、脳の萎縮の度合いを定量評価するためには脳の容積測定が必要となる。具体的には、脳の部位に関心領域を設定し、この関心領域が設定された部分の容積を測定することになる。従来、脳の部位における関心領域の設定と、当該関心領域が設定された部分の脳の容積の測定とは手動に頼っており、経験と多大な時間とを要していた。手動によらず、全脳または大脳、小脳のレベルで自動的に関心領域を設定し容積を測定する方法は、従来から考案されていた。しかし、従来の方法では、正確性に乏しいだけではなく、脳のさらに細かい局所の部分、例えば側頭葉(temporal lobe)への関心領域の設定および容積の測定、またはさらに細かい海馬または海馬旁回(parahippocampal grrus)等のような脳の構造物への関心領域の設定および容積の測定は行なうことができなかった。近年、ある程度の手動操作を介して半自動的に海馬への関心領域の設定および容積の測定を行なう方法が考案されているが、依然としてその操作は煩雑であるため、臨床の現場では実用化されていないという問題があった。 As described above, when performing brain discrimination and diagnosis using MRI images, it is necessary to measure the volume of the brain in order to quantitatively evaluate the degree of brain atrophy. Specifically, a region of interest is set in the brain region, and the volume of the portion where the region of interest is set is measured. Conventionally, the setting of the region of interest in the brain region and the measurement of the volume of the brain of the portion where the region of interest is set depend on manual operation, and experience and a great deal of time have been required. Conventionally, a method for automatically setting a region of interest and measuring a volume at the level of the whole brain, cerebrum, or cerebellum has been devised. However, traditional methods are not only inaccurate, but also set the region of interest and measure the volume in a finer local area of the brain, such as the temporal lobe, or finer hippocampus or hippocampal wrapping Regions of interest and volume measurements for brain structures such as (parahippocampal grrus) could not be performed. In recent years, methods for semi-automatically setting the region of interest and measuring the volume of the hippocampus through some manual operation have been devised, but these operations are still complicated and have been put to practical use in clinical settings. There was no problem.
そこで、本発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであり、全脳または大脳、小脳のレベルだけでなく、脳のさらに細かい解剖学的な部位毎に自動的に且つ精度良く関心領域を設定することができ、且つ臨床の現場で実用的に使用することができる頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム等を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and not only at the level of the whole brain, the cerebrum, or the cerebellum but also automatically and accurately for each finer anatomical part of the brain. An object of the present invention is to provide an intracranial volume and local brain structure analysis program that can set a region of interest and can be used practically in a clinical field.
本発明の第2の目的は、上述のように設定された関心領域の容積を自動的に且つ精度良く測定することができ、且つ臨床の現場で実用的に使用することができる頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム等を提供することにある。 The second object of the present invention is to provide an intracranial volume that can automatically and accurately measure the volume of the region of interest set as described above, and that can be used practically in a clinical field. The purpose is to provide a local brain structure analysis program and the like.
この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラムは、脳画像データの処理をコンピュータに実行させるための頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラムであって、コンピュータに、コンピュータ断層撮像法により測定され脳画像データ記録部に記録された被験者の脳の脳画像データについて、所定の範囲の被験者の脳の脳画像データを抽出する抽出ステップ、前記抽出ステップで抽出された被験者の脳の脳画像データにおける前交連−後交連ラインを標準脳の脳画像データにおける前交連−後交連ラインの近傍へ合わせる画像重ね合わせを行う画像重ね合わせステップ、前記画像重ね合わせステップで画像重ね合わせが行なわれた被験者の脳の脳画像データから、頭蓋内容積の算出を行わない場合は少なくとも灰白質部分の脳画像データを分離して分離後脳画像データ記録部に記録する分離ステップ、標準脳の脳画像データ内に関心領域を設定して関心領域記録部に記録する関心領域設定ステップ、前記関心領域記録部に記録された標準脳の脳画像データを標準脳における灰白質部分の脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された前記被験者の脳における灰白質部分の脳画像データとに基づき変形することにより、関心領域が設定された標準脳の脳画像データを被験者の脳画像データへ合わせる逆の解剖学的正規化を行って、該被験者の脳の脳画像データ内へ該関心領域を変換して該関心領域記録部に記録する関心領域変換ステップを実行させるための頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラムである。 The intracranial volume and local brain structure analysis program of the present invention is an intracranial volume and local brain structure analysis program for causing a computer to process brain image data, and is measured by a computer tomography method on a computer. An extraction step of extracting brain image data of the subject's brain within a predetermined range from the brain image data of the subject's brain recorded in the brain image data recording unit, and brain image data of the subject's brain extracted in the extraction step An image superposition step for superimposing an anterior commissure-rear commissure line in the vicinity of the anterior commissure-rear commissure line in the brain image data of the standard brain; If the intracranial volume is not calculated from the brain image data of the brain, at least the gray matter brain image Separation step of recording data on the brain image data recording unit after separation separates the region of interest setting step of recording the region of interest recording unit sets a region of interest in the brain image data of the standard brain, in the region of interest recording unit The recorded brain image data of the standard brain is deformed based on the brain image data of the gray matter portion in the standard brain and the brain image data of the gray matter portion in the subject's brain recorded in the post-separation brain image data recording unit. By performing reverse anatomical normalization to match the brain image data of the standard brain in which the region of interest is set with the brain image data of the subject, the region of interest is converted into the brain image data of the subject's brain. An intracranial volume and local brain structure analysis program for executing a region-of-interest conversion step recorded in the region-of-interest recording unit.
ここで、この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラムにおいて、前記抽出ステップに先立ち、コンピュータ断層撮像法により測定され第1のフォーマットで第1脳画像データ記録部に記録された被験者の脳の脳画像データを第2のフォーマットへ変換して第2脳画像データ記録部に記録するフォーマット変換ステップをさらに備え、前記抽出ステップは、前記フォーマット変換ステップで第2脳画像データ記録部に記録された被験者の脳の脳画像データについて頭頂部を同定し、同定された該頭頂部から所定の範囲の被験者の脳の脳画像データを抽出することができる。 Here, in the intracranial volume and local brain structure analysis program of the present invention , prior to the extraction step, the brain of the subject measured by the computer tomography method and recorded in the first brain image data recording unit in the first format Further comprising a format conversion step of converting the brain image data into a second format and recording it in a second brain image data recording unit , wherein the extraction step is recorded in the second brain image data recording unit in the format conversion step. It was identified parietal brain image data of a subject's brain, brain image data of the subject's brain in a predetermined range from the identified said head top can be extracted.
ここで、この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラムにおいて、前記関心領域変換ステップに先立ち、前記分離後脳画像データ記録部に記録された前記被験者の脳における灰白質部分の脳画像データに所定の平滑化を施して該分離後脳画像データ記録部に記録する平滑化ステップをさらに備えるこができる。 Here, in the intracranial volume and local brain structure analysis program of the present invention, the brain image data of the gray matter portion in the brain of the subject recorded in the post-separation brain image data recording unit prior to the region of interest conversion step Can be further provided with a smoothing step of applying predetermined smoothing to the post-separation brain image data recording unit.
ここで、この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラムにおいて、前記前処理ステップにおけるコンピュータ断層撮像法は磁気共鳴画像法であり、前記関心領域変換ステップで前記関心領域記録部に記録された被験者の脳の脳画像データ内に変換された前記関心領域に基づき、該関心領域の容積を算出する容積算出ステップをさらに備えることができる。 Here, in the intracranial volume and local brain structure analysis program according to the present invention, the computed tomography in the preprocessing step is magnetic resonance imaging, and is recorded in the region of interest recording unit in the region of interest conversion step. A volume calculating step of calculating a volume of the region of interest based on the region of interest converted into the brain image data of the brain of the subject can be further provided.
ここで、この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラムにおいて、前記前処理ステップで取得され前記分離後脳画像データ記録部に記録された脳画像データは、各々分離された灰白質部分の脳画像データと白質部分の脳画像データと脳脊髄液部分の脳画像データとを含み、前記関心領域設定ステップは、標準脳の脳画像データ内に頭蓋内全体の頭蓋内関心領域を設定して標準脳の脳画像データを前記関心領域記録部に記録し、前記関心領域変換ステップは、前記関心領域記録部に記録された頭蓋内関心領域が設定された標準脳の脳画像データを標準脳における灰白質部分の脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された前記被験者の脳における灰白質部分の脳画像データとに基づき変形することにより、該被験者の脳の脳画像データ内へ該頭蓋内関心領域を変換して該関心領域記録部に記録し、前記容積算出ステップは、前記分離後脳画像データ記録部に記録された脳画像データを用いることにより、前記関心領域記録部に記録された頭蓋内関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データから頭蓋内関心領域を識別する頭蓋内識別脳画像データを作成して識別脳画像データ記録部に記録する頭蓋内識別脳画像データ作成ステップと、前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データ及び白質部分の脳画像データと、前記識別脳画像データ記録部に記録された頭蓋内識別脳画像データとに基づき、全灰白質及び全白質を識別する全灰白質・全白質識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する全灰白質・全白質識別脳画像データ作成ステップと、前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された白質部分の脳画像データとに基づき、全灰白質を識別する全灰白質識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する全灰白質識別脳画像データ作成ステップと、頭蓋内関心領域の容積を算出する場合、前記識別脳画像データ記録部に記録された頭蓋内識別脳画像データにより識別される頭蓋内関心領域における総ボクセル値に所定の数値を乗じて該頭蓋内関心領域の容積を算出するステップと、前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データ及び白質部分の脳画像データとに基づき、全灰白質及び全白質の領域における総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該全灰白質及び全白質の領域の容積を算出する全灰白質・全白質領域容積算出ステップと、前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質識別脳画像データにより識別される全灰白質の領域において、前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと対応するボクセルにおけるボクセル値の合計値を求め、該合計値に所定の数値を乗ずることにより該全灰白質の領域の容積を算出する全灰白質領域容積算出ステップと、前記全灰白質・全白質領域容積算出ステップで求められた全灰白質及び全白質の領域における総ボクセル値から前記全灰白質領域容積算出ステップで求められた前記合計値を減じることにより、全白質の領域における総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該全白質の領域の容積を算出する全白質領域容積算出ステップとを備えることができる。 Here, in the intracranial volume and local brain structure analysis program according to the present invention, the brain image data acquired in the preprocessing step and recorded in the post-separation brain image data recording unit are the separated gray matter portions. Brain image data, white matter brain image data, and cerebrospinal fluid brain image data, and the region of interest setting step sets an intracranial region of interest within the skull in the standard brain brain image data. The brain image data of the standard brain is recorded in the region-of-interest recording unit, and the region-of-interest conversion step includes the brain image data of the standard brain in which the intracranial region of interest recorded in the region-of-interest recording unit is set in the standard brain. By transforming the brain image data of the gray matter portion and the brain image data of the gray matter portion in the subject's brain recorded in the post-separation brain image data recording unit, the subject's brain The region of interest within the skull is converted into brain image data and recorded in the region of interest recording unit, and the volume calculating step uses the brain image data recorded in the post-separation brain image data recording unit, Intracranial identification brain image data for identifying the intracranial region of interest is created from the brain image data of the subject's brain converted from the intracranial region of interest recorded in the region of interest recording unit, and is recorded in the identification brain image data recording unit. Intracranial identification brain image data creation step, gray matter brain image data and white matter brain image data recorded in the post-separation brain image data recording unit, and skull recorded in the identification brain image data recording unit Based on the internal identification brain image data, all gray matter and all white matter identification brain image data for identifying all gray matter and all white matter are created and recorded in the identification brain image data recording unit. Based on the brain image data creation step, the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data recorded in the discrimination brain image data recording unit, and the brain image data of the white matter portion recorded in the separated brain image data recording unit In the case of calculating the whole gray matter identification brain image data for creating the whole gray matter identification brain image data for identifying the whole gray matter and recording it in the identification brain image data recording unit, and calculating the volume of the intracranial region of interest, Calculating the volume of the intracranial region of interest by multiplying the total voxel value in the intracranial region of interest identified by the intracranial region of identification brain image data recorded in the discriminating brain image data recording unit by a predetermined numerical value; and Whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data recorded in the discrimination brain image data recording unit, gray matter brain image data and white matter brain image recorded in the separated brain image data recording unit Based on the image data, find the total voxel value in the whole gray matter and the whole white matter region, and calculate the volume of the whole gray matter and the whole white matter region by multiplying the total voxel value by a predetermined numerical value. -Total white matter region volume calculation step, and in the total gray matter region identified by the whole gray matter identification brain image data recorded in the identification brain image data recording unit, recorded in the post-separation brain image data recording unit A total gray matter region volume calculating step of calculating a total value of voxel values in the voxels corresponding to the gray matter brain image data and calculating the volume of the total gray matter region by multiplying the total value by a predetermined numerical value; The total gray matter region volume calculating step determines the total gray matter region volume calculation step from the total gray matter and total white matter region total voxel values determined in the total gray matter region A total white matter region volume calculating step of calculating a total voxel value in the total white matter region by subtracting the measured value and calculating a volume of the total white matter region by multiplying the total voxel value by a predetermined numerical value. Can do.
ここで、この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラムにおいて、前記全灰白質・全白質領域容積算出ステップは、前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データの輪郭部では前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと白質部分の脳画像データとの対応するボクセルのボクセル値の中で大きい方のボクセル値を用い、該全灰白質・全白質識別脳画像データの内部ではボクセル値1を用いることにより、全灰白質及び全白質の領域における総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該全灰白質及び全白質の領域の容積を算出することができる。 Here, in the intracranial volume and local brain structure analysis program according to the present invention, the total gray matter / total white matter region volume calculating step includes the whole gray matter / total white matter discrimination brain recorded in the discrimination brain image data recording unit. In the contour portion of the image data, the larger voxel value of the voxel values of the voxels corresponding to the brain image data of the gray matter portion and the brain image data of the white matter portion recorded in the post-separation brain image data recording portion is used. By using the voxel value 1 in the whole gray matter / whole white matter identification brain image data, the total voxel value in the whole gray matter and the whole white matter region is obtained, and the total voxel value is multiplied by a predetermined numerical value. The total gray matter and the volume of the whole white matter region can be calculated.
ここで、この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラムにおいて、前記関心領域設定ステップは、標準脳の脳画像データ内に頭蓋内全体の頭蓋内関心領域を設定すると共に、別の標準脳の脳画像データ内に頭蓋内の一部の局所関心領域を設定して各々の標準脳の脳画像データを前記関心領域記録部に記録し、前記関心領域変換ステップは、前記関心領域記録部に記録された頭蓋内関心領域が設定された標準脳の脳画像データを標準脳における灰白質部分の脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された前記被験者の脳における灰白質部分の脳画像データとに基づき変形することにより、該被験者の脳の脳画像データ内へ該頭蓋内関心領域を変換して該関心領域記録部に記録すると共に、前記関心領域記録部に記録された局所関心領域が設定された標準脳の脳画像データを標準脳における灰白質部分の脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された前記被験者の脳における灰白質部分の脳画像データとに基づき変形することにより、該被験者の脳の脳画像データ内へ該局所関心領域を変換して該関心領域記録部に記録し、前記容積算出ステップは、局所内関心領域の容積を算出する場合、前記全灰白質・全白質識別脳画像データ作成ステップで作成され前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データにより識別される全灰白質及び全白質の領域と前記関心領域変換ステップで前記関心領域記録部に記録された局所関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データにより示される局所関心領域との共通領域において、前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データ及び白質部分の脳画像データとに基づき、該局所関心領域における灰白質及び白質の総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該局所関心領域における灰白質及び白質の容積を算出する局所灰白質・白質容積算出ステップと、前記全灰白質識別脳画像データ作成ステップで作成され前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質識別脳画像データにより識別される全灰白質の領域と前記関心領域変換ステップで前記関心領域記録部に記録された局所関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データにより示される局所関心領域との共通領域において、前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと対応するボクセルにおけるボクセル値の合計値を求め、該合計値に所定の数値を乗ずることにより該局所関心領域における灰白質の容積を算出する局所灰白質容積算出ステップと、前記局所灰白質・白質容積算出ステップで求められた局所関心領域における灰白質及び白質の総ボクセル値から、前記局所灰白質容積算出ステップで求められた前記合計値を減じることにより、局所関心領域の白質の領域における総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該局所関心領域における白質の容積を算出する局所白質領域容積算出ステップとをさらに備えることができる。 Here, in the intracranial volume and local brain structure analysis program of the present invention, the region-of-interest setting step sets an intracranial region of interest in the entire skull in the brain image data of the standard brain, and another standard brain A part of the region of interest within the skull is set in the brain image data of the brain, and the brain image data of each standard brain is recorded in the region of interest recording unit, and the region of interest converting step is performed in the region of interest recording unit The recorded brain image data of the standard brain in which the region of interest within the skull is set are the brain image data of the gray matter portion in the standard brain and the gray matter portion in the brain of the subject recorded in the post-separation brain image data recording unit. By transforming based on the brain image data, the intracranial region of interest is converted into the brain image data of the subject's brain and recorded in the region of interest recording unit, and recorded in the region of interest recording unit Brain image data of a standard brain in which a local region of interest is set, brain image data of a gray matter portion in the standard brain, and brain image data of a gray matter portion in the subject's brain recorded in the post-separation brain image data recording unit The local region of interest is converted into the brain image data of the subject's brain and is recorded in the region of interest recording unit, and the volume calculating step calculates the volume of the local region of interest , All gray matter and all white matter regions identified by the whole gray matter / white matter discrimination brain image data created in the all gray matter / whole white matter discrimination brain image data creation step and recorded in the discrimination brain image data recording unit In the common area with the local region of interest indicated by the brain image data of the subject's brain converted from the local region of interest recorded in the region of interest recording unit in the region of interest conversion step, Based on the brain image data of the gray matter portion and the brain image data of the white matter portion recorded in the post-separation brain image data recording unit, a total voxel value of gray matter and white matter in the local region of interest is obtained, and the total voxel value The gray matter and white matter volume calculating step for calculating the gray matter and white matter volume in the local region of interest by multiplying by the predetermined numerical value and the whole gray matter discriminating brain image data creating step and the discriminating brain image data The brain of the subject's brain in which the region of the whole gray matter identified by the whole gray matter identification brain image data recorded in the recording unit and the local region of interest recorded in the region of interest recording unit in the region of interest conversion step are converted A box corresponding to the brain image data of the gray matter portion recorded in the post-separation brain image data recording unit in the common area with the local region of interest indicated by the image data. A local gray matter volume calculating step for calculating a gray matter volume in the local region of interest by multiplying the total value by a predetermined numerical value; and the local gray matter / white matter volume calculating step The total voxel value in the white matter region of the local region of interest is obtained by subtracting the total value obtained in the local gray matter volume calculating step from the total gray matter and white matter voxel values in the local region of interest obtained in step (b). And a local white matter region volume calculating step of calculating a white matter volume in the local region of interest by multiplying the total voxel value by a predetermined numerical value.
ここで、この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラムにおいて、前記局所灰白質・白質容積算出ステップは、前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データにより識別される全灰白質及び全白質の領域と前記関心領域記録部に記録された局所関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データにより示される局所関心領域との共通領域において、該共通領域の輪郭部では前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと白質部分の脳画像データとの対応するボクセルのボクセル値の中で大きい方のボクセル値を用い、該共通領域の内部ではボクセル値1を用いることにより、該局所関心領域における灰白質及び白質の領域における総ボクセルを求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該局所関心領域における灰白質及び白質の容積を算出することができる。 Here, in the intracranial volume and local brain structure analysis program according to the present invention, the local gray matter / white matter volume calculating step includes the whole gray matter / white matter discrimination brain image data recorded in the discrimination brain image data recording unit. In the common region of the whole gray matter and the whole white matter region identified by the region of interest and the local region of interest indicated by the brain image data of the subject's brain converted from the region of interest recorded in the region of interest recording unit. In the contour portion of the region, the larger voxel value of the voxel values of the corresponding voxels of the gray matter portion brain image data and the white matter portion brain image data recorded in the post-separation brain image data recording portion is used, By using the voxel value 1 inside the common region, the total voxels in the gray matter and white matter regions in the local region of interest are obtained, and the total voxel value is set to a predetermined value. It is possible to calculate the gray matter and white matter of the volume in said local region of interest by multiplying the value.
ここで、この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラムにおいて、前記頭蓋内識別脳画像データ作成ステップは、前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと白質部分の脳画像データと脳脊髄液部分の脳画像データとを加算する脳画像データ加算ステップと、前記脳画像データ加算ステップで加算された脳画像データに所定の平滑化を施す脳画像データ平滑化ステップと、前記脳画像データ平滑化ステップで平滑化が施された脳画像データについて所定の閾値に基づき2値化を行なう脳画像データ2値化ステップと、前記脳画像データ2値化ステップで2値化された脳画像データと前記関心領域変換ステップで頭蓋内関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データとの論理積をとることにより、頭蓋内関心領域を識別する頭蓋内識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する頭蓋内論理積ステップとを備えることができる。 Here, in the intracranial volume and local brain structure analysis program according to the present invention, the intracranial identification brain image data creating step includes the gray matter brain image data and white matter recorded in the post-separation brain image data recording unit. A brain image data adding step for adding the brain image data of the portion and the brain image data of the cerebrospinal fluid portion, and brain image data smoothing for performing predetermined smoothing on the brain image data added in the brain image data adding step A brain image data binarization step for binarizing the brain image data smoothed in the brain image data smoothing step based on a predetermined threshold; By calculating the logical product of the brain image data that has been converted into the brain image data of the brain of the subject whose intracranial region of interest has been converted in the region of interest conversion step, the skull is obtained. You can create intracranial identification brain image data for identifying the region of interest and a intracranial logical step of recording the identification brain image data recording unit.
ここで、この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラムにおいて、前記全灰白質・全白質識別脳画像データ作成ステップは、前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データについて所定の閾値に基づき2値化を行なう灰白質部分脳画像データ2値化ステップと、前記分離後脳画像データ記録部に記録された白質部分の脳画像データについて所定の閾値に基づき2値化を行なう白質部分脳画像データ2値化ステップと、前記灰白質部分脳画像データ2値化ステップで2値化された灰白質部分の脳画像データと前記白質部分脳画像データ2値化ステップで2値化された白質部分の脳画像データとの論理和を求める灰白質・白質部分脳画像データ論理和ステップと、前記灰白質・白質部分脳画像データ論理和ステップで論理和が求められた脳画像データについて、所定の部分を1値で埋め込む操作を施す埋め込みステップと、前記埋め込みステップで埋め込む操作を施された脳画像データと前記識別脳画像データ記録部に記録された頭蓋内識別脳画像データとの論理積をとることにより、全灰白質及び全白質を識別する全灰白質・全白質識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する全灰白質・全白質論理積ステップとを備え、前記全灰白質識別脳画像データ作成ステップは、前記白質部分脳画像データ2値化ステップで2値化された白質部分の脳画像データについて、所定の部分を1値で埋め込む操作を施す白質部分埋め込みステップと、前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データから、前記白質部分埋め込みステップで埋め込む操作が施された白質部分の脳画像データを差分することにより、全灰白質識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する全灰白質差分ステップとを備えることができる。 Here, in the intracranial volume and local brain structure analysis program of the present invention, the whole gray matter / whole white matter identification brain image data creation step includes the step of producing the brain of the gray matter portion recorded in the post-separation brain image data recording unit. The gray matter partial brain image data binarization step for binarizing the image data based on a predetermined threshold, and the white matter brain image data recorded in the post-separation brain image data recording unit 2 based on the predetermined threshold White matter partial brain image data binarization step for performing binarization, gray matter brain image data binarized by the gray matter partial brain image data binarization step, and white matter partial brain image data binarization step A gray matter / white matter partial brain image data logical sum step for obtaining a logical sum with the brain image data of the white matter portion binarized in step (b), and the gray matter / white matter partial brain image data logical sum step. In the brain image data for which logical sum is obtained in the step, an embedding step for embedding a predetermined portion with a single value, a brain image data subjected to an embedding operation in the embedding step, and the identification brain image data recording unit By taking the logical product with the recorded intracranial identification brain image data, all gray matter and all white matter identification brain image data is created and recorded in the identification brain image data recording unit. And the whole gray matter discrimination brain image data creating step includes the white matter portion brain image data binarized in the white matter partial brain image data binarization step. From the white matter partial embedding step for performing an operation of embedding a predetermined portion with one value, and from the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data recorded in the discrimination brain image data recording unit, A whole gray matter difference step of creating a whole gray matter identification brain image data and recording it in the identification brain image data recording unit by subtracting the brain image data of the white matter portion subjected to the embedding operation in the matter portion embedding step; Can be provided.
この発明の記録媒体は、本発明のいずれかまたは複数の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体である。 The recording medium of the present invention is a computer-readable recording medium on which any one or a plurality of intracranial volumes and a local brain structure analysis program of the present invention are recorded.
この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法は、脳画像データの処理をコンピュータに実行させるための頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法であって、コンピュータ断層撮像法により測定され脳画像データ記録部に記録された被験者の脳の脳画像データについて、所定の範囲の被験者の脳の脳画像データを抽出する抽出ステップと、前記抽出ステップで抽出された被験者の脳の脳画像データにおける前交連−後交連ラインを標準脳の脳画像データにおける前交連−後交連ラインの近傍へ合わせる画像重ね合わせを行う画像重ね合わせステップと、前記画像重ね合わせステップで画像重ね合わせが行なわれた被験者の脳の脳画像データから、頭蓋内容積の算出を行わない場合は少なくとも灰白質部分の脳画像データを分離して分離後脳画像データ記録部に記録する分離ステップと、標準脳の脳画像データ内に関心領域を設定して関心領域記録部に記録する関心領域設定ステップと、前記関心領域記録部に記録された標準脳の脳画像データを標準脳における灰白質部分の脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された前記被験者の脳における灰白質部分の脳画像データとに基づき変形することにより、関心領域が設定された標準脳の脳画像データを被験者の脳画像データへ合わせる逆の解剖学的正規化を行って、該被験者の脳の脳画像データ内へ該関心領域を変換して該関心領域記録部に記録する関心領域変換ステップとを備えたことを特徴とする。 The intracranial volume and local brain structure analysis method according to the present invention is an intracranial volume and local brain structure analysis method for causing a computer to perform processing of brain image data, and is measured by a computer tomography method. An extraction step for extracting brain image data of the subject's brain within a predetermined range for the brain image data of the subject's brain recorded in the data recording unit, and a previous step in the brain image data of the subject's brain extracted in the extraction step An image superimposing step for superimposing the commissure-posterior commissural line to the vicinity of the anterior commissural-posterior commissural line in the brain image data of the standard brain, and the brain of the subject on which image superposition is performed in the image superimposing step If the intracranial volume is not calculated from the brain image data of the brain, at least the brain image data of the gray matter portion is separated and separated A separation step of recording the image data recording unit, and the region of interest setting step of recording the region of interest recording unit sets a region of interest in the brain image data of the standard brain, the standard brain recorded in the region of interest recording unit By transforming the brain image data based on the brain image data of the gray matter portion in the standard brain and the brain image data of the gray matter portion in the subject's brain recorded in the post-separation brain image data recording unit, the region of interest is Reverse anatomical normalization that matches the set brain image data of the standard brain with the brain image data of the subject, converts the region of interest into the brain image data of the subject's brain , and the region of interest recording unit And a region-of-interest conversion step for recording the information.
ここで、この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法において、前記抽出ステップに先立ち、コンピュータ断層撮像法により測定され第1のフォーマットで第1脳画像データ記録部に記録された被験者の脳の脳画像データを第2のフォーマットへ変換して第2脳画像データ記録部に記録するフォーマット変換ステップをさらに備え、前記抽出ステップは、前記フォーマット変換ステップで第2脳画像データ記録部に記録された被験者の脳の脳画像データについて頭頂部を同定し、同定された該頭頂部から所定の範囲の被験者の脳の脳画像データを抽出することができる。
Here, in the intracranial volume and local brain structure analysis method of the present invention , prior to the extraction step, the brain of the subject measured by the computer tomography method and recorded in the first brain image data recording unit in the first format Further comprising a format conversion step of converting the brain image data into a second format and recording it in a second brain image data recording unit , wherein the extraction step is recorded in the second brain image data recording unit in the format conversion step. It was identified parietal brain image data of a subject's brain, brain image data of the subject's brain in a predetermined range from the identified said head top can be extracted.
ここで、この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法において、前記関心領域変換ステップに先立ち、前記分離後脳画像データ記録部に記録された前記被験者の脳における灰白質部分の脳画像データに所定の平滑化を施して該分離後脳画像データ記録部に記録する平滑化ステップをさらに備えることができる。 Here, in the intracranial volume and local brain structure analysis method of the present invention, the brain image data of the gray matter portion in the brain of the subject recorded in the post-separation brain image data recording unit prior to the region of interest conversion step And a smoothing step of performing a predetermined smoothing on the post-separation brain image data recording unit.
ここで、この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法において、前記前処理ステップにおけるコンピュータ断層撮像法は磁気共鳴画像法であり、前記関心領域変換ステップで前記関心領域記録部に記録された被験者の脳の脳画像データ内に変換された前記関心領域に基づき、該関心領域の容積を算出する容積算出ステップをさらに備えることができる。 Here, in the intracranial volume and local brain structure analysis method of the present invention, the computed tomography in the preprocessing step is magnetic resonance imaging, and is recorded in the region of interest recording unit in the region of interest conversion step. A volume calculating step of calculating a volume of the region of interest based on the region of interest converted into the brain image data of the brain of the subject can be further provided.
ここで、この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法において、前記前処理ステップで取得され前記分離後脳画像データ記録部に記録された脳画像データは、各々分離された灰白質部分の脳画像データと白質部分の脳画像データと脳脊髄液部分の脳画像データとを含み、前記関心領域設定ステップは、標準脳の脳画像データ内に頭蓋内全体の頭蓋内関心領域を設定すると共に、別の標準脳の脳画像データ内に頭蓋内の一部の局所関心領域を設定して各々の標準脳の脳画像データを前記関心領域記録部に記録し、前記関心領域変換ステップは、前記関心領域記録部に記録された頭蓋内関心領域が設定された標準脳の脳画像データを標準脳における灰白質部分の脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された前記被験者の脳における灰白質部分の脳画像データとに基づき変形することにより、該被験者の脳の脳画像データ内へ該頭蓋内関心領域を変換して該関心領域記録部に記録し、前記関心領域記録部に記録された局所関心領域が設定された標準脳の脳画像データを標準脳における灰白質部分の脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された前記被験者の脳における灰白質部分の脳画像データとに基づき変形することにより、該被験者の脳の脳画像データ内へ該局所関心領域を変換して該関心領域記録部に記録し、前記容積算出ステップは、前記分離後脳画像データ記録部に記録された脳画像データを用いることにより、前記関心領域記録部に記録された頭蓋内関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データから頭蓋内関心領域を識別する頭蓋内識別脳画像データを作成して識別脳画像データ記録部に記録する頭蓋内識別脳画像データ作成ステップと、前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データ及び白質部分の脳画像データと、前記識別脳画像データ記録部に記録された頭蓋内識別脳画像データとに基づき、全灰白質及び全白質を識別する全灰白質・全白質識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する全灰白質・全白質識別脳画像データ作成ステップと、前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された白質部分の脳画像データとに基づき、全灰白質を識別する全灰白質識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する全灰白質識別脳画像データ作成ステップと、頭蓋内関心領域の容積を算出する場合、前記識別脳画像データ記録部に記録された頭蓋内識別脳画像データにより識別される頭蓋内関心領域における総ボクセル値に所定の数値を乗じて該頭蓋内関心領域の容積を算出するステップと、前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データ及び白質部分の脳画像データとに基づき、全灰白質及び全白質の領域における総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該全灰白質及び全白質の領域の容積を算出する全灰白質・全白質領域容積算出ステップと、前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質識別脳画像データにより識別される全灰白質の領域において、前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと対応するボクセルにおけるボクセル値の合計値を求め、該合計値に所定の数値を乗ずることにより該全灰白質の領域の容積を算出する全灰白質領域容積算出ステップと、前記全灰白質・全白質領域容積算出ステップで求められた全灰白質及び全白質の領域における総ボクセル値から前記全灰白質領域容積算出ステップで求められた前記合計値を減じることにより、全白質の領域における総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該全白質の領域の容積を算出する全白質領域容積算出ステップとを備えることができる。 Here, in the intracranial volume and local brain structure analysis method according to the present invention, the brain image data acquired in the preprocessing step and recorded in the post-separation brain image data recording unit are the gray matter portions that are separated. Including brain image data, brain image data of a white matter portion, and brain image data of a cerebrospinal fluid portion, and the region-of-interest setting step sets an intracranial region of interest within the skull in the brain image data of a standard brain , Setting a part of the local region of interest in the skull in the brain image data of another standard brain, recording the brain image data of each standard brain in the region of interest recording unit, the region of interest conversion step, The brain image data of the standard brain in which the intracranial region of interest recorded in the region of interest recording unit is set, the brain image data of the gray matter portion in the standard brain and the brain of the subject recorded in the post-separation brain image data recording unit In And transforming the region of interest within the skull into the brain image data of the subject's brain, and recording the region of interest in the region of interest recording unit. The brain image data of the standard brain in which the local region of interest recorded is set, the brain image data of the gray matter portion in the standard brain, and the gray matter portion brain in the brain of the subject recorded in the post-separation brain image data recording unit The local region of interest is transformed into the brain image data of the subject's brain by being deformed based on the image data and recorded in the region of interest recording unit, and the volume calculating step includes the post-separation brain image data recording By using the brain image data recorded in the region, the intracranial information for identifying the intracranial region of interest from the brain image data of the subject's brain converted from the intracranial region of interest recorded in the region of interest recording unit. Intracranial identification brain image data creation step for creating brain image data and recording it in the identification brain image data recording unit, gray matter brain image data and white matter brain recorded in the post-separation brain image data recording unit Based on the image data and the intracranial identification brain image data recorded in the identification brain image data recording unit, the whole gray matter and the whole white matter identification brain image data for identifying the whole gray matter and the whole white matter are created and the identification is performed. Whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data creation step to be recorded in the brain image data recording unit, whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data and the separated brain image data recorded in the discrimination brain image data recording unit Based on the brain image data of the white matter portion recorded in the recording unit, the whole gray matter identifying brain image data for identifying the whole gray matter is generated and recorded in the identifying brain image data recording unit. And when calculating the volume of the intracranial region of interest, a predetermined numerical value is set as the total voxel value in the intracranial region of interest identified by the intracranial discernment brain image data recorded in the discriminating brain image data recording unit. To calculate the volume of the region of interest within the skull, and the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data recorded in the discrimination brain image data recording unit and the post-separation brain image data recording unit Based on the brain image data of the gray matter part and the brain image data of the white matter part, a total voxel value in the whole gray matter and the whole white matter region is obtained, and the total gray matter and Whole gray matter / whole white matter region volume calculating step for calculating the volume of the whole white matter region, and the whole gray matter identified by the whole gray matter identification brain image data recorded in the discrimination brain image data recording unit In the region, a total value of voxel values in voxels corresponding to the brain image data of the gray matter portion recorded in the post-separation brain image data recording unit is obtained, and the total gray value is obtained by multiplying the total value by a predetermined value. The total gray matter region from the total gray matter and total white matter regions obtained in the total gray matter / total white matter region volume calculation step and the total gray matter region volume calculation step for calculating the volume of the quality region The total white matter that calculates the total voxel value in the total white matter region by subtracting the total value obtained in the volume calculating step and calculates the volume of the total white matter region by multiplying the total voxel value by a predetermined value A region volume calculating step.
ここで、この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法において、前記全灰白質・全白質領域容積算出ステップは、前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データの輪郭部では前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと白質部分の脳画像データとの対応するボクセルのボクセル値の中で大きい方のボクセル値を用い、該全灰白質・全白質識別脳画像データの内部ではボクセル値1を用いることにより、全灰白質及び全白質の領域における総ボクセルを求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該全灰白質及び全白質の領域の容積を算出することができる。 Here, in the intracranial volume and local brain structure analysis method according to the present invention, the total gray matter / total white matter region volume calculating step includes the whole gray matter / total white matter discrimination brain recorded in the discrimination brain image data recording unit. In the contour portion of the image data, the larger voxel value of the voxel values of the voxels corresponding to the brain image data of the gray matter portion and the brain image data of the white matter portion recorded in the post-separation brain image data recording portion is used. The total gray matter / white matter discrimination brain image data uses a voxel value of 1 to obtain a total voxel in the whole gray matter and the whole white matter region and multiply the total voxel value by a predetermined numerical value to obtain the total voxel value. The volume of the whole gray matter and the whole white matter region can be calculated.
ここで、この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法において、局所内関心領域の容積を算出する場合、前記全灰白質・全白質識別脳画像データ作成ステップで作成され前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データにより識別される全灰白質及び全白質の領域と前記関心領域変換ステップで前記関心領域記録部に記録された局所関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データにより示される局所関心領域との共通領域において、前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データ及び白質部分の脳画像データとに基づき、該局所関心領域における灰白質及び白質の総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該局所関心領域における灰白質及び白質の容積を算出する局所灰白質・白質容積算出ステップと、前記全灰白質識別脳画像データ作成ステップで作成され前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質識別脳画像データにより識別される全灰白質の領域と前記関心領域変換ステップで前記関心領域記録部に記録された局所関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データにより示される局所関心領域との共通領域において、前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと対応するボクセルにおけるボクセル値の合計値を求め、該合計値に所定の数値を乗ずることにより該局所関心領域における灰白質の容積を算出する局所灰白質容積算出ステップと、前記局所灰白質・白質容積算出ステップで求められた局所関心領域における灰白質及び白質の総ボクセル値から、前記局所灰白質容積算出ステップで求められた前記合計値を減じることにより、局所関心領域の白質の領域における総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該局所関心領域における白質の容積を算出する局所白質領域容積算出ステップとをさらに備えることができる。 Here, in the intracranial volume and local brain structure analysis method of the present invention, when calculating the volume of the region of local interest, the discriminated brain image data is created in the whole gray matter / whole white matter discriminating brain image data creating step. The whole gray matter and the whole white matter region identified by the whole gray matter / whole white matter identification brain image data recorded in the recording unit and the local region of interest recorded in the region of interest recording unit in the region of interest conversion step are converted. Based on the brain image data of the gray matter portion and the brain image data of the white matter portion recorded in the post-separation brain image data recording unit in a common area with the local region of interest indicated by the brain image data of the subject's brain, A total voxel value of gray matter and white matter in the local region of interest is obtained, and the amount of gray matter and white matter in the local region of interest is obtained by multiplying the total voxel value by a predetermined numerical value. And the whole gray matter identified by the whole gray matter identification brain image data created in the whole gray matter discrimination brain image data creation step and recorded in the discrimination brain image data recording unit. A post-separated brain image in a common region of a region of interest and a local region of interest indicated by brain image data of the subject's brain converted from the region of interest recorded in the region of interest recording unit in the region of interest conversion step The sum of the voxel values in the voxels corresponding to the brain image data of the gray matter portion recorded in the data recording unit is calculated, and the volume of the gray matter in the local region of interest is calculated by multiplying the total value by a predetermined value Total gray matter and white matter voxels in the local region of interest determined in the local gray matter volume calculating step and the local gray matter / white matter volume calculating step From the above, the total value obtained in the local gray matter volume calculating step is subtracted to obtain a total voxel value in the white matter region of the local region of interest, and the total interest value is multiplied by a predetermined numerical value. And a local white matter region volume calculating step of calculating a white matter volume in the region.
ここで、この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法において、前記局所灰白質・白質容積算出ステップは、前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データにより識別される全灰白質及び全白質の領域と前記関心領域記録部に記録された局所関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データにより示される局所関心領域との共通領域において、該共通領域の輪郭部では前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと白質部分の脳画像データとの対応するボクセルのボクセル値の中で大きい方のボクセル値を用い、該共通領域の内部ではボクセル値1を用いることにより、該局所関心領域における灰白質及び白質の領域における総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該局所関心領域における灰白質及び白質の容積を算出することができる。 Here, in the intracranial volume and local brain structure analysis method according to the present invention, the local gray matter / white matter volume calculating step includes the whole gray matter / white matter discrimination brain image data recorded in the discrimination brain image data recording unit. In the common region of the whole gray matter and the whole white matter region identified by the region of interest and the local region of interest indicated by the brain image data of the subject's brain converted from the region of interest recorded in the region of interest recording unit. In the contour portion of the region, the larger voxel value of the voxel values of the corresponding voxels of the gray matter portion brain image data and the white matter portion brain image data recorded in the post-separation brain image data recording portion is used, By using a voxel value of 1 inside the common region, a total voxel value in the gray matter and white matter regions in the local region of interest is obtained, and a predetermined numerical value is obtained as the total voxel value. Gray matter and white matter of the volume in said local region of interest by multiplying can be calculated.
ここで、この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法において、前記頭蓋内識別脳画像データ作成ステップは、前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと白質部分の脳画像データと脳脊髄液部分の脳画像データとを加算する脳画像データ加算ステップと、前記脳画像データ加算ステップで加算された脳画像データに所定の平滑化を施す脳画像データ平滑化ステップと、前記脳画像データ平滑化ステップで平滑化が施された脳画像データについて所定の閾値に基づき2値化を行なう脳画像データ2値化ステップと、前記脳画像データ2値化ステップで2値化された脳画像データと前記関心領域変換ステップで頭蓋内関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データとの論理積をとることにより、頭蓋内関心領域を識別する頭蓋内識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する頭蓋内論理積ステップとを備えることができる。 Here, in the intracranial volume and local brain structure analysis method of the present invention, the intracranial identification brain image data creation step includes the gray matter portion brain image data and white matter recorded in the post-separation brain image data recording unit. A brain image data adding step for adding the brain image data of the portion and the brain image data of the cerebrospinal fluid portion, and brain image data smoothing for performing predetermined smoothing on the brain image data added in the brain image data adding step A brain image data binarization step for binarizing the brain image data smoothed in the brain image data smoothing step based on a predetermined threshold; Intracranial interest is obtained by taking a logical product of the digitized brain image data and the brain image data of the subject's brain whose intracranial region of interest has been converted in the region of interest conversion step. You can create intracranial identification brain image data for identifying the frequency and a intracranial logical step of recording the identification brain image data recording unit.
ここで、この発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法において、前記全灰白質・全白質識別脳画像データ作成ステップは、前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データについて所定の閾値に基づき2値化を行なう灰白質部分脳画像データ2値化ステップと、前記分離後脳画像データ記録部に記録された白質部分の脳画像データについて所定の閾値に基づき2値化を行なう白質部分脳画像データ2値化ステップと、前記灰白質部分脳画像データ2値化ステップで2値化された灰白質部分の脳画像データと前記白質部分脳画像データ2値化ステップで2値化された白質部分の脳画像データとの論理和を求める灰白質・白質部分脳画像データ論理和ステップと、前記灰白質・白質部分脳画像データ論理和ステップで論理和が求められた脳画像データについて、所定の部分を1値で埋め込む操作を施す埋め込みステップと、前記埋め込みステップで埋め込む操作を施された脳画像データと前記識別脳画像データ記録部に記録された頭蓋内識別脳画像データとの論理積をとることにより、全灰白質及び全白質を識別する全灰白質・全白質識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する全灰白質・全白質論理積ステップとを備え、前記全灰白質識別脳画像データ作成ステップは、前記白質部分脳画像データ2値化ステップで2値化された白質部分の脳画像データについて、所定の部分を1値で埋め込む操作を施す白質部分埋め込みステップと、前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データから、前記白質部分埋め込みステップで埋め込む操作が施された白質部分の脳画像データを差分することにより、全灰白質識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する全灰白質差分ステップとを備えることができる。 Here, in the intracranial volume and local brain structure analysis method of the present invention, the whole gray matter / whole white matter discriminating brain image data creating step includes the gray matter portion of the brain recorded in the post-separation brain image data recording unit. The gray matter partial brain image data binarization step for binarizing the image data based on a predetermined threshold, and the white matter brain image data recorded in the post-separation brain image data recording unit 2 based on the predetermined threshold White matter partial brain image data binarization step for performing binarization, gray matter brain image data binarized by the gray matter partial brain image data binarization step, and white matter partial brain image data binarization step The gray matter / white matter partial brain image data logical sum step for obtaining the logical sum with the brain image data of the white matter portion binarized in step 1 and the gray matter / white matter partial brain image data logical sum step The brain image data for which the logical sum is obtained is recorded in the embedding step for embedding a predetermined portion with one value, the brain image data subjected to the embedding operation in the embedding step, and the identification brain image data recording unit. All-white matter and all-white matter discriminating brain image data for identifying all gray matter and all white matter are created and recorded in the discriminating brain image data recording unit. A gray matter / whole white matter logical product step, wherein the whole gray matter discrimination brain image data creation step is configured to perform a predetermined processing on the brain image data of the white matter portion binarized in the white matter partial brain image data binarization step. A white matter portion embedding step of performing an operation of embedding a portion with one value, and the white matter portion from the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data recorded in the discrimination brain image data recording portion; A whole gray matter difference step of creating a whole gray matter identification brain image data by recording the brain image data of the white matter portion subjected to the embedding operation in the embedding step and recording it in the discrimination brain image data recording unit. be able to.
本発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム等によれば、まずコンピュータ断層撮像法により測定された被験者の脳の脳画像データに所定の前処理を施し、少なくとも灰白質部分の脳画像データを取得して分離後脳画像データ記録部に記録する。次に、標準脳の脳画像データ内に関心領域を設定し、当該関心領域が設定された標準脳の脳画像データを関心領域記録部に記録する。関心領域記録部に記録された標準脳の脳画像データを標準脳における灰白質部分の脳画像データと分離後脳画像データ記録部に記録された被験者の脳における灰白質部分の脳画像データとに基づき変形することにより、被験者の脳の脳画像データ内へ関心領域を変換して関心領域記録部に被験者の脳の脳画像データとして記録する。以上のように、本発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム等によれば、予め所望のROIsを標準脳の脳画像データ上に設定しておき、このROIsが設定された標準脳の脳画像データを被験者の脳の脳画像データへ変形することができる。この結果、術者の経験等によらず精度良く被験者の脳の脳画像データ上に所望の関心領域を設定することができる。この結果、全脳または大脳、小脳のレベルだけでなく、脳のさらに細かい解剖学的な部位毎に自動的に且つ精度良くROIsを設定することができ、且つ臨床の現場で実用的に使用することができるという効果がある。 According to the intracranial volume and local brain structure analysis program of the present invention, the brain image data of the subject's brain measured by the computer tomography method is first subjected to predetermined preprocessing, and at least the brain image data of the gray matter portion Is obtained and recorded in the brain image data recording unit after separation. Next, a region of interest is set in the brain image data of the standard brain, and the brain image data of the standard brain in which the region of interest is set is recorded in the region of interest recording unit. The brain image data of the standard brain recorded in the region of interest recording unit is converted into the brain image data of the gray matter portion in the standard brain and the brain image data of the gray matter portion in the subject's brain recorded in the post-separation brain image data recording unit. Based on the transformation, the region of interest is converted into the brain image data of the subject's brain and recorded as brain image data of the subject's brain in the region of interest recording unit. As described above, according to the intracranial volume and local brain structure analysis program of the present invention, desired ROIs are set in advance on the brain image data of the standard brain, and the standard brain in which the ROIs are set are set. The brain image data can be transformed into brain image data of the subject's brain. As a result, a desired region of interest can be set on the brain image data of the subject's brain with high accuracy regardless of the operator's experience or the like. As a result, ROIs can be set automatically and accurately not only at the level of the whole brain, cerebrum, or cerebellum but also at a finer anatomical region of the brain and used practically in clinical settings. There is an effect that can be.
以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の各実施例において適宜使用するデータの全体像を示す。各データについての詳細は後述するが、説明の便宜上、まず最初に使用するデータの関連を述べる。図1において、符号1はコンピュータ断層撮像法により測定された被験者の脳の脳画像データ3を第1のフォーマットで記録する第1脳画像データ記録部、2は被験者の脳の脳画像データ3を所定のフォーマットへ変換した結果の被験者の脳の脳画像データ3AN(「AN」は後述する「Analyze」の頭2文字)を記録する第2脳画像データ記録部である。被験者の脳の脳画像データ3ANからは灰白質(gray matter : GM)部分の脳画像データ3GM、白質(white matter : WM)部分の脳画像データ3WM、脳脊髄液(cerebrospinal fluid : CSF)部分の脳画像データ3CSFが各々分離されて取り出され、分離後脳画像データ記録部5に記録される。本発明の各実施例において、処理の対象となる脳の領域は関心領域記録部6に記録される。図1に示されるように、関心領域記録部6は頭蓋内関心領域側6ic(「ic」は頭蓋内(intra cranial)の頭文字)と局所関心領域側6VOIとを有しており、頭蓋内関心領域側6icでは頭蓋内関心領域が設定された標準脳の脳画像データ7icと当該標準脳の脳画像データ7icに対して後述する変形処理が施された被験者の脳の脳画像データ3icとが記録されている。局所関心領域側6VOIでも同様に、局所関心領域が設定された標準脳の脳画像データ7VOIと当該標準脳の脳画像データ7VOIに対して後述する変形処理が施された被験者の脳の脳画像データ3VOIとが記録されている。関心領域記録部6に記録された被験者の脳の脳画像データ3ic等と分離後脳画像データ記録部5に記録された灰白質部分の脳画像データ3GM等とを用いることにより、頭蓋内を識別する頭蓋内識別脳画像データ9ic、全灰白質および全白質を識別する全灰白質・全白質識別脳画像データ9ALL(「ALL」は「全」の意味)および全灰白質を識別する全灰白質識別脳画像データ9GMが得られ、識別脳画像データ記録部8に記録される。識別脳画像データ記録部8に記録された識別脳画像データと分離後脳画像データ記録部5に記録された脳画像データとを用いることにより、頭蓋内等のボクセル値を求めることができ、当該ボクセル値から所望の関心領域の容積を求めることができる。本明細書において、各記録部はデータベースであってもよく、単なるフォルダであってもよい。各画像データは所望の形式で記録されたファイル等とすることができる。 FIG. 1 shows an overview of data used as appropriate in each embodiment of the present invention. Details of each data will be described later, but for the convenience of explanation, first, the relation of data to be used will be described. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a first brain image data recording unit for recording brain image data 3 of a subject's brain measured by a computer tomography method in a first format, and 2 denotes brain image data 3 of the subject's brain. It is a second brain image data recording unit that records brain image data 3AN of the subject's brain as a result of conversion into a predetermined format (“AN” is the first two letters of “Analyze” described later). From the brain image data 3AN of the subject's brain, the brain image data 3GM of the gray matter (GM) portion, the brain image data 3WM of the white matter (WM) portion, the cerebrospinal fluid (CSF) portion The brain image data 3CSF is separated and taken out, and is recorded in the brain image data recording unit 5 after the separation. In each embodiment of the present invention, the region of the brain to be processed is recorded in the region of interest recording unit 6. As shown in FIG. 1, the region-of-interest recording unit 6 has an intracranial region of interest 6 ic (“ic” is an acronym for intra cranial) and a local region of interest 6 VOI. On the region of interest side 6ic, the brain image data 7ic of the standard brain in which the intracranial region of interest is set and the brain image data 3ic of the subject's brain that has been subjected to a deformation process described later on the brain image data 7ic of the standard brain are provided. It is recorded. Similarly, in the local region of interest 6VOI, the brain image data 7VOI of the standard brain in which the local region of interest is set and the brain image data of the subject's brain that has been subjected to deformation processing described later on the brain image data 7VOI of the standard brain 3 VOI is recorded. By using the brain image data 3ic of the subject's brain recorded in the region-of-interest recording unit 6 and the brain image data 3GM of the gray matter portion recorded in the brain image data recording unit 5 after separation, the inside of the skull is identified. Intracranial identifying brain image data 9ic, all gray matter and all white matter identifying brain image data 9ALL ("ALL" means "all") and all gray matter identifying all gray matter Identification brain image data 9GM is obtained and recorded in the identification brain image data recording unit 8. By using the identification brain image data recorded in the identification brain image data recording unit 8 and the brain image data recorded in the post-separation brain image data recording unit 5, a voxel value such as in the skull can be obtained, The volume of the desired region of interest can be determined from the voxel values. In the present specification, each recording unit may be a database or a simple folder. Each image data can be a file recorded in a desired format.
以下、図1に示された各記録部および各データを参照しつつ、実施例1について各図面を参照して説明する。図2は、本発明の実施例1における頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラムまたは方法の全体の流れをフローチャートで示す。図2に示されるように、まず、コンピュータ断層撮像法により測定された被験者の脳の脳画像データ3に所定の前処理を施し、少なくとも灰白質部分の脳画像データを取得して分離後脳画像データ記録部5に記録する(前処理ステップ。ステップS10)。ここで、コンピュータ断層撮像法により測定された脳画像としては解剖学的画像であるMRI画像が好適であるが、CT画像および放射線診断法を用いて測定された脳画像等を用いることもできる。例えば、核医学の臨床の場において利用されている脳画像である、患者体内に放射性同位元素(ラジオアイソトープ、radioisotope : RI)を導入し、そこから発せられるγ線を利用する単光子放出コンピュータ断層撮影(single photon emission computed tomography : SPECT)によるSPECT画像または陽電子放出断層撮影(positron emission tomography : PET)によるPET画像等を用いてもよい。SPECT画像およびPET画像は、薬剤または検査薬等の注射前後における血流等の機能を表した機能画像である。 Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to the drawings while referring to the recording units and the data shown in FIG. FIG. 2 is a flowchart showing the overall flow of the intracranial volume and local brain structure analysis program or method according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, first, the brain image data 3 of the subject's brain measured by the computer tomography is subjected to predetermined preprocessing, and brain image data of at least the gray matter portion is acquired to obtain the separated brain image. It records in the data recording part 5 (pre-processing step, step S10). Here, an MRI image that is an anatomical image is suitable as a brain image measured by a computed tomography method, but a brain image measured using a CT image and a radiation diagnostic method can also be used. For example, a single-photon emission computed tomography that uses a radioisotope (RI), which is a brain image used in nuclear medicine clinical settings, and then uses γ-rays emitted from it. A SPECT image obtained by imaging (single photon emission computed tomography: SPECT), a PET image obtained by positron emission tomography (PET), or the like may be used. The SPECT image and the PET image are functional images representing functions such as blood flow before and after injection of a drug or a test drug.
次に、標準脳の脳画像データ内に関心領域を設定し、当該関心領域が設定された標準脳の脳画像データ7icを関心領域記録部6に記録する(関心領域設定ステップ。ステップS12)。関心領域は脳画像データのスライスに平面的に設定され(region of interest : ROI)、複数スライスのROIsが集まって立体的な3DROI(volume of interest : VOI)が設定される。具体例については後述する。以下では、特に区別する場合を除き、関心領域は「ROIs」と呼ぶ。 Next, a region of interest is set in the brain image data of the standard brain, and the brain image data 7ic of the standard brain in which the region of interest is set is recorded in the region of interest recording unit 6 (region of interest setting step, step S12). The region of interest is planarly set to a slice of brain image data (region of interest: ROI), and a three-dimensional 3D ROI (volume of interest: VOI) is set by collecting ROIs of a plurality of slices. Specific examples will be described later. In the following, the region of interest is referred to as “ROIs” unless otherwise distinguished.
関心領域記録部6に記録された標準脳の脳画像データ7icおよび/または7VOIを標準脳における灰白質部分の脳画像データと分離後脳画像データ記録部5に記録された被験者の脳における灰白質部分の脳画像データ3GMとに基づき変形することにより、被験者の脳の脳画像データ内へROIsを変換して関心領域記録部6に被験者の脳の脳画像データ3icおよび/または3VOIとして記録する(関心領域変換ステップ。ステップS14)。 The brain image data 7ic and / or 7VOI of the standard brain recorded in the region of interest recording unit 6 is recorded in the brain image data of the gray matter portion in the standard brain and the gray matter in the subject's brain recorded in the brain image data recording unit 5 after separation. By transforming based on the brain image data 3GM of the portion, ROIs are converted into the brain image data of the subject's brain and recorded as the brain image data 3ic and / or 3VOI of the subject's brain in the region of interest recording unit 6 ( Region of interest conversion step (step S14).
標準脳では頭蓋内全体の形態および海馬等の局所的部位の脳内位置情報がスライス毎に標準的に定まっているため、例えば海馬等の局所的部位にROIsを設定することも術者の経験等によらず精度良く行なうことができる。そこで本発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム等では、予め所望のROIsを標準脳の脳画像データ上に設定しておき、このROIsが設定された標準脳の脳画像データを被験者の脳の脳画像データへ変形する。この結果、術者の経験等によらず精度良く被験者の脳の脳画像データ上に所望のROIsを設定することができる。通常の解剖学的正規化では被験者の脳の脳画像データを標準脳の脳画像データへ合わせるように変形(正規化)するが、本発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム等では逆に、ROIsが設定された標準脳の脳画像データを被験者の脳の脳画像データへ変形している。機能画像であるSPECT画像およびPET画像は、解剖学的画像であるMRI画像と比べて全体的にぼやけた状態の画像であるため、脳内の位置的情報に乏しい。このため、SPECT画像上にROIsを設定するには経験を要するものとされている。本発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム等を用いることにより、予め所望のROIsを標準脳の脳画像データ上に設定しておき、このROIsが設定された標準脳の脳画像データを被験者のSPECT脳画像またはPET脳画像へ変形することができる。この結果、術者の経験等によらず精度良く被験者のSPECT脳画像またはPET脳画像上に所望のROIsを設定することができる。 In the standard brain, the entire intracranial morphology and the intracerebral positional information of the local region such as the hippocampus are standardized for each slice, so it is also possible for the operator to set ROIs in the local region such as the hippocampus. This can be performed with high accuracy regardless of the above. Therefore, in the intracranial volume and local brain structure analysis program of the present invention, desired ROIs are set in advance on the brain image data of the standard brain, and the brain image data of the standard brain on which the ROIs are set is set on the subject's brain. Transforms into brain image data. As a result, it is possible to set desired ROIs on the brain image data of the subject's brain with high accuracy regardless of the operator's experience or the like. In normal anatomical normalization, the brain image data of the subject's brain is deformed (normalized) so as to match the brain image data of the standard brain, but in the intracranial volume and local brain structure analysis program etc. of the present invention, In addition, the brain image data of the standard brain in which ROIs are set is transformed into brain image data of the subject's brain. Since the SPECT image and the PET image, which are functional images, are images that are totally blurred as compared with the MRI image, which is an anatomical image, the positional information in the brain is poor. For this reason, experience is required to set ROIs on a SPECT image. By using the intracranial volume and local brain structure analysis program of the present invention, the desired ROIs are set in advance on the brain image data of the standard brain, and the brain image data of the standard brain in which the ROIs are set It can be transformed into a subject's SPECT brain image or PET brain image. As a result, it is possible to set desired ROIs on the SPECT brain image or PET brain image of the subject with high accuracy regardless of the operator's experience or the like.
以下、本発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム等における各部の機能を説明する。図3は、本発明の実施例1における前処理ステップ(ステップS10)の詳細な処理をフローチャートで示す。図3に示されるように、まず、コンピュータ断層撮像法により測定され第1のフォーマットで第1脳画像データ記録部1に記録された被験者の脳の脳画像データ3を第2のフォーマットへ変換して第2脳画像データ記録部2に記録する(フォーマット変換ステップ。ステップS20)。ここで、第1のフォーマットとしては例えばACR−NEMA(American College of Radiology − National Electrical Manufactures Association)標準化委員会で制定された、医用画像ネットワーク転送のための統一規格であるDICOM(Digital imaging and communication in medicine)フォーマットとすることができる。勿論、医療機メーカ毎のフォーマットであってもよい。 Hereinafter, the function of each part in the intracranial volume and local brain structure analysis program of the present invention will be described. FIG. 3 is a flowchart showing detailed processing of the preprocessing step (step S10) in the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, first, brain image data 3 of the subject's brain, which is measured by the computer tomography method and recorded in the first brain image data recording unit 1 in the first format, is converted into the second format. Is recorded in the second brain image data recording unit 2 (format conversion step, step S20). Here, as the first format, for example, DICOM (Digital imaging and communication in) which is a unified standard for medical image network transfer established by the ACR-NEMA (American College of Radiology-National Electrical Manufactures Association) standardization committee. medicine) format. Of course, the format for each medical device manufacturer may be used.
図4は、DICOMフォーマット形式20を示す。図4に示されるように、各レコード1等は、2バイトのグループ(Group)番号21、2バイトのエレメント(Elelment)番号22、2バイトのデータタイプ23、2バイトのデータ長24、データ長24で定義されたサイズのデータ25から構成されている。図4の例に示されているように、グループ番号21とエレメント番号22との組が(0x0028、0x0010)の場合、データタイプ23はRows、つまりy軸方向のマトリックスサイズを示す。グループ番号21とエレメント番号22との組が(0x0028、0x0011)の場合、データタイプ23はColumns、つまりx軸方向のマトリックスサイズを示す。グループ番号21とエレメント番号22との組が(0x7FE0、0x0010)の場合、データタイプ23はPixel Data、つまり画像データを示す。画像データの構造は後述するアナライズ・フォーマット(第2のフォーマット)と同じである。 FIG. 4 shows the DICOM format format 20. As shown in FIG. 4, each record 1 or the like includes a 2-byte group number 21, a 2-byte element number 22, a 2-byte data type 23, a 2-byte data length 24, and a data length. 24 is composed of data 25 having a size defined by 24. As shown in the example of FIG. 4, when the set of the group number 21 and the element number 22 is (0x0028, 0x0010), the data type 23 indicates Rows, that is, the matrix size in the y-axis direction. When the group of the group number 21 and the element number 22 is (0x0028, 0x0011), the data type 23 indicates Columns, that is, the matrix size in the x-axis direction. When the set of the group number 21 and the element number 22 is (0x7FE0, 0x0010), the data type 23 indicates Pixel Data, that is, image data. The structure of the image data is the same as the analyze format (second format) described later.
次に、第2のフォーマットについて説明する。第2のフォーマットとしてはアナライズ(Analyze)・フォーマットを用いることができる。図5はアナライズ・フォーマットを説明するための3次元空間30を示す。図5に示されるような方向のx軸、y軸およびz軸で構成される3次元空間30に、対象31が存在しているものとする。 Next, the second format will be described. An Analyze format can be used as the second format. FIG. 5 shows a three-dimensional space 30 for explaining the analysis format. Assume that a target 31 exists in a three-dimensional space 30 composed of an x-axis, a y-axis, and a z-axis in the direction as shown in FIG.
図6はアナライズ・フォーマットを定義するプログラム40を例示する。プログラム40はc言語により記述されているが、他のプログラミング言語で記述してもよいことは勿論である。図6に示されるように、プログラム40は画像データファイル(*.img)41とヘッダーファイル(*.hdr)42とを定義しており、図6に示される各軸の定義は定義部43に記述され、データ型dataはプログラム部44により記述されている。 FIG. 6 illustrates a program 40 that defines an analyze format. Although the program 40 is described in the c language, it is needless to say that the program 40 may be described in another programming language. As shown in FIG. 6, the program 40 defines an image data file (* .img) 41 and a header file (* .hdr) 42, and the definition of each axis shown in FIG. The data type “data” is described by the program unit 44.
図7は画像データファイル41の構成を示す。図7に示されるように、x軸方向のデータ43xは図7上、左から右へ記録されている。これらx軸方向のデータ43xが図7上、上から下へ矢印のように繋がってy軸方向のデータ43y、すなわち1スライス分のデータを構成する。これら1スライス分のデータ43yが図7上、上から下へ記録されてz軸方向のデータ43z、すなわち全スライス分のデータを構成する。 FIG. 7 shows the structure of the image data file 41. As shown in FIG. 7, data 43x in the x-axis direction is recorded from left to right in FIG. These x-axis direction data 43x are connected as shown by arrows from top to bottom in FIG. 7 to form y-axis direction data 43y, that is, data for one slice. The data 43y for one slice is recorded from the top to the bottom in FIG. 7, and constitutes data 43z in the z-axis direction, that is, data for all slices.
図8はヘッダーファイル42の構成を示す。図8に示されるように、ヘッダーファイル42のデータアドレスの第0バイトからの2バイトはヘッダーファイル42のサイズ45を記録し、第42バイトからの6バイトは画像データのマトリックスサイズ46をx軸方向のマトリックスサイズ、y軸方向のマトリックスサイズ、z軸方向のマトリックスサイズの順に各々2バイトずつ記録し、第70バイトからの2バイトは画像データの型47を記録し、第78バイトからの6バイトは画像データのピクセルサイズ48をx軸方向のピクセルサイズ、y軸方向のピクセルサイズ、z軸方向のピクセルサイズの順に各々2バイトずつ記録し、第347バイトからの2バイトはファイルの終わり(EOF)49を記録している。以上のように、ヘッダーファイル42は348バイトで構成されている。図9は、アナライズ・フォーマットへ変換された被験者の脳の脳画像データ3ANの模式的表示51を示す。模式的表示51において、左上は被験者の脳の脳画像データ3ANの冠状断面像(coronal)、右上は矢状断面像(sagittal)、左下は横断面像(axial)を示す。 FIG. 8 shows the structure of the header file 42. As shown in FIG. 8, 2 bytes from the 0th byte of the data address of the header file 42 record the size 45 of the header file 42, and 6 bytes from the 42nd byte indicate the matrix size 46 of the image data on the x-axis. 2 bytes each are recorded in the order of the matrix size in the direction, the matrix size in the y-axis direction, and the matrix size in the z-axis direction. The 2 bytes from the 70th byte record the type 47 of the image data, and 6 bytes from the 78th byte. The byte records the pixel size 48 of the image data in the order of the pixel size in the x-axis direction, the pixel size in the y-axis direction, and the pixel size in the z-axis direction, and 2 bytes from the 347th byte are the end of the file ( EOF) 49 is recorded. As described above, the header file 42 is composed of 348 bytes. FIG. 9 shows a schematic display 51 of the brain image data 3AN of the subject's brain converted into the analyze format. In the schematic display 51, the upper left shows a coronal section image (coronal) of the brain image data 3AN of the subject's brain, the upper right shows a sagittal section image (sagittal), and the lower left shows a transverse section image (axial).
次に、フォーマット変換ステップ(ステップS20)で第2脳画像データ記録部2に記録された被験者の脳の脳画像データ3ANについて頭頂部を同定し、同定された頭頂部から所定の範囲の被験者の脳の脳画像データを抽出するスライス・カッティングを行なう(抽出ステップ。ステップS22)。一般的に頭頂部から約18cm以上のデータは頸部のデータであるため、所定の範囲としては、頭頂部から約18cm程度が好適である。図10は、被験者の脳の脳画像データ3ANに対しスライス・カッティングを行なう処理を模式的表示51および52により示す。スライス・カッティングを行なった結果を模式的に示す模式的表示52においても模式的表示51と同様に、左上は冠状断面像、右上は矢状断面像、左下は横断面像を示す。 Next, the head of the brain is identified for the brain image data 3AN of the subject's brain recorded in the second brain image data recording unit 2 in the format conversion step (step S20), and the subjects within a predetermined range from the identified top of the head. Slice cutting for extracting brain image data of the brain is performed (extraction step, step S22). In general, since data of about 18 cm or more from the top of the head is data of the neck, the predetermined range is preferably about 18 cm from the top of the head. FIG. 10 schematically shows processes 51 and 52 for slicing and cutting the brain image data 3AN of the subject's brain. Similarly to the schematic display 51, the schematic display 52 schematically showing the result of slicing and cutting shows a coronal cross-sectional image at the upper left, a sagittal cross-sectional image at the upper right, and a horizontal cross-sectional image at the lower left.
一般に撮像時に被験者の頭部を長時間にわたり完全に固定することは困難であり、被験者の頭部が傾くこともある。このため、抽出ステップ(ステップS22)で抽出された被験者の脳の脳画像データにおける前交連−後交連(anterior comissure − posterior comissure : AC−PC)ラインを標準脳の脳画像データにおけるAC−PCラインの近傍へ合わせる画像重ね合わせ(レジストレーション:registration)を行う(画像重ね合わせステップ。ステップS24)。 In general, it is difficult to completely fix a subject's head for a long time during imaging, and the subject's head may tilt. For this reason, the anterior comissure-posterior comissure (AC-PC) line in the brain image data of the subject's brain extracted in the extraction step (step S22) is used as the AC-PC line in the brain image data of the standard brain. Registration (registration) is performed (image registration step, step S24).
図11は、抽出ステップ(ステップS22)で抽出された被験者の脳の脳画像データに対し、MNI座標系の標準脳を基準としてレジストレーションを行なう処理を模式的表示52、53および54により示す。MNI(Montreal Neurological Institute)座標系の標準脳を示す模式的表示53と画像重ね合わせを行なった結果を模式的に示す模式的表示54とにおいても模式的表示51と同様に、左上は冠状断面像、右上は矢状断面像、左下は横断面像を示す。 FIG. 11 schematically shows processing for registering the brain image data of the subject's brain extracted in the extraction step (step S22) using the standard brain of the MNI coordinate system as a reference by using the schematic displays 52, 53, and 54. Similarly to the schematic display 51 in the schematic display 53 showing the standard brain of the MNI (Montreal Neurological Institute) coordinate system and the schematic display 54 schematically showing the result of image superposition, the upper left is the coronal cross-sectional image. The upper right shows a sagittal section image, and the lower left shows a transverse section image.
画像重ね合わせ(レジストレーション)とはある空間から別の空間への変換のことである。本実施例1では、抽出ステップ(ステップS22)で抽出された被験者の脳の脳画像データを、MNI座標系の標準脳(MNI atlas)を基準としてSPM(Statistical parametric mapping)99の解剖学的正規化によって線形変換のみの剛体変換を行なうことにより、被験者の脳のAC−PCラインを上記標準脳のAC−PCラインに合わせる。MNI座標系の標準脳としては、Brain Web: Simulated Brain Database (http://www.bic.mni.mcgill.ca/brainweb/ 以下、Brain Web)でダウンロードできるDigital Phantomに半値幅(Full Width Half Maximum : FWHM)6mmのガウシアン・スムージング(Gaussian smoothing)を行ったものを使用する。ガウシアン・スムージングは1つのピクセルの値を求めるのに際し、当該ピクセルの付近に分布する値を大きく遠い所を小さくするように重みを付けて加重平均するスムージングの1つであり、具体的にはガウシアン・フィルタを用いる。SPM99はフリーソフトウェアであり、最新バージョンのSPM2を用いてもよい。あるいは、3D−SSP(three-dimensional stereotactic surface projections)を用いることもできる。線形変換(平行移動、回転)のみの剛体変換を行なうのは被験者の脳の脳画像データを変形させないためである。AC−PCラインに合わせる処理を行った脳画像データ(模式的表示54)は、182×218×182のマトリックスサイズおよびボクセルサイズ1mm×1mm×1mmとして記録する。 Image superposition (registration) is a conversion from one space to another. In the first embodiment, the brain image data of the subject's brain extracted in the extraction step (step S22) is converted into the anatomical normal of SPM (Statistical parametric mapping) 99 with reference to the standard brain (MNI atlas) of the MNI coordinate system. The AC-PC line of the subject's brain is matched with the AC-PC line of the standard brain by performing rigid body transformation only by linear transformation by conversion. The standard brain of the MNI coordinate system is the Full Width Half Maximum in the Digital Phantom that can be downloaded from Brain Web: Simulated Brain Database (http://www.bic.mni.mcgill.ca/brainweb/). : FWHM) Use 6 mm Gaussian smoothing. Gaussian smoothing is one type of smoothing that weights and averages the values distributed in the vicinity of a pixel by weighting the values distributed in the vicinity of the pixel so as to reduce the distant part.・ Use filters. SPM99 is free software, and the latest version of SPM2 may be used. Alternatively, 3D-SSP (three-dimensional stereotactic surface projections) can be used. The reason for performing rigid body transformation only by linear transformation (parallel movement, rotation) is to prevent the brain image data of the subject's brain from being deformed. Brain image data (schematic display 54) that has been processed to match the AC-PC line is recorded as a matrix size of 182 × 218 × 182 and a voxel size of 1 mm × 1 mm × 1 mm.
図12は、画像重ね合わせステップ(ステップS24)における線形変換のみの剛体変換で用いられる6つのパラメータについて示す。図12において、被験者の脳60はX軸、Y軸およびZ軸で示される3次元空間にある。この被験者の脳60の画像のレジストレーションを行なうために、X方向の平行移動dx、Y方向の平行移動dy、Z方向の平行移動dzの3方向のベクトルに加えて、X軸の周りの回転dθx、Y軸の周りの回転dθy、Z軸の周りの回転dθzという3つの回転成分を有する6つのパラメータを用いる。6つのパラメータを用いて回転/平行移動を行なった結果と、模式的表示53で示されるガウシアン・スムージングを行なったMNI座標系の標準脳との差分がとられ、当該差分が評価される。評価の結果、所定の収束条件を満たしていると判定された場合は模式的表示54で示されるようなAC−PCラインが合った脳画像データを得ることができ、レジストレーションは終了する。一方、収束条件を満たしていると判定されなかった場合は6つのパラメータの更新を行なって回転/平行移動を繰返す。上述の評価および所定の収束条件としては、差分の平均二乗和が所望の小さい値以下となるような評価等を用いることができる。 FIG. 12 shows six parameters used in the rigid transformation using only linear transformation in the image superimposing step (step S24). In FIG. 12, the brain 60 of the subject is in a three-dimensional space indicated by the X axis, the Y axis, and the Z axis. In order to register the image of the brain 60 of the subject, in addition to a vector in three directions of a translation dx in the X direction, a translation dy in the Y direction, and a translation dz in the Z direction, rotation around the X axis Six parameters having three rotation components, dθx, rotation dθy around the Y axis, and rotation dθz around the Z axis, are used. The difference between the result of the rotation / translation using the six parameters and the standard brain of the MNI coordinate system subjected to the Gaussian smoothing shown by the schematic display 53 is taken, and the difference is evaluated. As a result of the evaluation, if it is determined that the predetermined convergence condition is satisfied, brain image data matching the AC-PC line as shown by the schematic display 54 can be obtained, and the registration ends. On the other hand, if it is not determined that the convergence condition is satisfied, the six parameters are updated and the rotation / translation is repeated. As the above evaluation and the predetermined convergence condition, it is possible to use an evaluation or the like such that the mean square sum of the differences is not more than a desired small value.
画像重ね合わせステップ(ステップS24)で画像重ね合わせが行なわれた被験者の脳の脳画像データ(模式的表現54)から、少なくとも灰白質部分の脳画像データ3GMを分離して分離後脳画像データ記録部5に記録する(分離ステップ。ステップS26)。SPM99のセグメンテーション(segmentation)アルゴリズムは、被験者の脳の脳画像データ3ANを灰白質部分、白質部分および脳脊髄液部分に分離することができる。図13(A)はSPM99のセグメンテーションアルゴリズムにより分離された灰白質部分の脳画像データ3GMを示し、図13(B)は同アルゴリズムにより分離された白質部分の脳画像データ3WMを示す。分離された脳脊髄液部分の脳画像データ3CSFについての図面は省略する。灰白質部分の脳画像データ3GM等はいずれもボクセル値が0.0から1.0の値を有する画像である。例えば、図13(A)に示される灰白質部分の脳画像データ3GMにおいて、完全に灰白質部分で埋まっているボクセルのボクセル値は1.0となる。同様にして、図13(B)に示される白質部分の脳画像データ3WMにおいて、完全に白質部分で埋まっているボクセルのボクセル値は1.0となる。一方、灰白質部分と白質部分との境界におけるボクセルのボクセル値は、各々が占める割合に応じて定まる。例えば灰白質部分が56%であり白質部分が44%のボクセルでは、灰白質部分のボクセル値が0.56となり白質部分のボクセル値が0.44となる。本実施例1における分離ステップ(ステップS26)ではSPM99のセグメンテーションアルゴリズムを使用することにより、少なくとも灰白質部分の脳画像データ3GMを分離することができる。他のソフトウェア、例えば3D−SSPを用いることもできる。後述する実施例2等では他の部分の脳画像データを用いるが、本実施例1では他の部分の脳画像データは特に用いなくて済む。 The brain image data 3GM of at least the gray matter portion is separated from the brain image data (schematic representation 54) of the subject's brain subjected to the image superposition in the image superposition step (step S24), and the post-separation brain image data is recorded. Record in part 5 (separation step, step S26). The segmentation algorithm of SPM99 can separate the brain image data 3AN of the subject's brain into a gray matter portion, a white matter portion, and a cerebrospinal fluid portion. 13A shows gray matter brain image data 3GM separated by the SPM99 segmentation algorithm, and FIG. 13B shows white matter brain image data 3WM separated by the algorithm. The drawing about the brain image data 3CSF of the separated cerebrospinal fluid portion is omitted. The gray matter brain image data 3GM and the like are all images having a voxel value of 0.0 to 1.0. For example, in the brain image data 3GM of the gray matter portion shown in FIG. 13A, the voxel value of the voxel completely filled with the gray matter portion is 1.0. Similarly, in the brain image data 3WM of the white matter portion shown in FIG. 13B, the voxel value of the voxel completely filled with the white matter portion is 1.0. On the other hand, the voxel value of the voxel at the boundary between the gray matter portion and the white matter portion is determined according to the ratio of each voxel. For example, in a voxel having a gray matter portion of 56% and a white matter portion of 44%, the voxel value of the gray matter portion is 0.56 and the voxel value of the white matter portion is 0.44. In the separation step (step S26) in the first embodiment, it is possible to separate at least the brain image data 3GM of the gray matter portion by using the segmentation algorithm of SPM99. Other software such as 3D-SSP can also be used. The brain image data of the other part is used in Example 2 and the like to be described later, but the brain image data of the other part is not particularly used in Example 1.
上述した関心領域設定ステップ(ステップS12)で標準脳の脳画像データ内に設定されるROIsは、標準脳内の部位毎に予めその座標を定義しておき、定義ファイル等に記録しておくことができる。本発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラムは、術者が指定した部位の名前、例えば海馬等に基づき自動的に定義ファイル等から当該部位に対応する座標を読取り、指定した部位にROIsを設定することができる。勿論、術者に手動でマウス等により任意の領域にROIsを設定させることもできる。両者の組合せとして、術者に部位を名前で指定させると共に、術者に手動でマウス等により任意の領域にROIsを設定させることもできる。一度設定させた任意の領域のROIsは適当な名称を付けて定義ファイル等に記録させておくこともできる。図14(A)は海馬の部位に局所ROIsを設定した例を横断面像70により示す。図14(A)において、頭頂部から下方向へ、左上のスライスSL1から右上のスライスSL5、続いて左下のスライスSL6から右下のスライスSL9へと順に示されており、符号Hrは右脳の海馬領域に設定されたROI、Hlは左脳の海馬領域に設定されたROIである。図14(A)に示されるように、右脳に設定されたROI(Hr)および左脳に設定されたROI(Hl)はスライスSL3からSL8まで表示され、これら複数のROIが集まって海馬領域のROIs(VOI)が設定される。図14(B)は脳幹(brainstem)の部位に局所ROIsを設定した例を横断面像71により示す。図14(B)においても図14(A)と同様の順で頭頂部から下方向へスライスSL1ないしSL9が示されており、符号Bsは脳幹に設定されたROIである。図14(B)に示されるように、脳幹に設定されたROI(Bs)はスライスSL2からSL8まで表示され、これら複数のROIが集まって脳幹のROIs(VOI)が設定される。図14(C)は任意の領域に局所ROIsを設定した例を横断面像72により示す。図14(C)においても図14(A)と同様の順で頭頂部から下方向へスライスSL1ないしSL8が示されており、符号Arは右脳の任意の領域に設定されたROI、Alは左脳の任意の領域に設定されたROIである。図14(C)に示されるように、ROI(Ar)はスライスSL2からSL5まで表示され、一方、ROI(Al)はスライスSL4からSL7まで表示されており、これら複数のROIが集まって任意の領域におけるROIs(VOI)が設定される。 The coordinates of ROIs set in the brain image data of the standard brain in the region of interest setting step (step S12) described above are defined in advance for each part in the standard brain and recorded in a definition file or the like. Can do. The intracranial volume and local brain structure analysis program according to the present invention automatically reads the coordinates corresponding to the region from the definition file or the like based on the name of the region designated by the operator, such as the hippocampus. Can be set. Of course, the operator can manually set ROIs in an arbitrary region with a mouse or the like. As a combination of both, the operator can designate a site by name, and the operator can manually set ROIs in an arbitrary region with a mouse or the like. Once set, ROIs in an arbitrary region can be recorded in a definition file or the like with an appropriate name. FIG. 14A shows an example in which local ROIs are set in the hippocampal region as a cross-sectional image 70. In FIG. 14 (A), from the top of the head downward, the upper left slice SL1 is shown in order to the upper right slice SL5, followed by the lower left slice SL6 to the lower right slice SL9, and the symbol Hr is the hippocampus of the right brain ROI and Hl set in the region are ROIs set in the hippocampus region of the left brain. As shown in FIG. 14A, the ROI (Hr) set for the right brain and the ROI (H1) set for the left brain are displayed from slices SL3 to SL8, and these ROIs are gathered to gather ROIs in the hippocampus region. (VOI) is set. FIG. 14B shows a cross-sectional image 71 of an example in which local ROIs are set in a brain stem region. In FIG. 14B, slices SL1 to SL9 are shown downward from the top of the head in the same order as in FIG. 14A, and symbol Bs is an ROI set in the brain stem. As shown in FIG. 14B, the ROI (Bs) set for the brainstem is displayed from slices SL2 to SL8, and these ROIs are gathered to set the ROIs (VOI) for the brainstem. FIG. 14C shows an example in which local ROIs are set in an arbitrary region by a cross-sectional image 72. In FIG. 14C, slices SL1 to SL8 are shown from the top to the bottom in the same order as in FIG. 14A. Symbol Ar is ROI set in an arbitrary region of the right brain, and Al is the left brain. ROI set in an arbitrary area. As shown in FIG. 14 (C), ROI (Ar) is displayed from slices SL2 to SL5, while ROI (Al) is displayed from slices SL4 to SL7. ROIs (VOI) in the area are set.
上述した関心領域変換ステップ(ステップS14)における分離後脳画像データ記録部5に記録された被験者の脳における灰白質部分の脳画像データ3GMは、上述のようにSPM99のセグメンテーションアルゴリズム等を使用して分離された脳画像データである。図15は、本発明の実施例1における関心領域変換ステップ(ステップS14)の処理を示す。図15で図1と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。図15において、符号80はBrain WebでダウンロードできるMNI座標系の標準脳の灰白質部分の脳画像データである。図15に示されるように、標準脳の脳画像データ7VOIおよび/または7icを、MNI座標系の標準脳の灰白質部分の脳画像データ80と被験者の脳における灰白質部分の脳画像データ3GMとに基づき変形することにより、被験者の脳の脳画像データ内へROIsを変換し、関心領域記録部6に被験者の脳の脳画像データ3VOIおよび/または3icとして記録する。上記変形はSPM99の解剖学的正規化アルゴリズムを用いて行なうことができる。この場合、テンプレートとしては被験者の脳における灰白質部分の脳画像データ3GMを使用する。すなわち、被験者の脳を標準脳に見立てて、ROIsが設定された標準脳を被験者の脳へ合わせる変形を行なう。局所ROIsが変換された被験者の脳の脳画像データ3VOIおよび頭蓋内ROIsが変換された被験者の脳の脳画像データ3icは、ボクセル値が0の場合は0、0より大きい場合は1とした2値化画像データとする。 As described above, the brain image data 3GM of the gray matter portion in the subject's brain recorded in the post-separation brain image data recording unit 5 in the region-of-interest conversion step (step S14) uses the segmentation algorithm of SPM99 as described above. It is the separated brain image data. FIG. 15 shows the processing of the region of interest conversion step (step S14) in the first embodiment of the present invention. In FIG. 15, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG. In FIG. 15, reference numeral 80 denotes brain image data of the gray matter portion of the standard brain of the MNI coordinate system that can be downloaded by Brain Web. As shown in FIG. 15, the brain image data 7VOI and / or 7ic of the standard brain is converted into brain image data 80 of the gray matter portion of the standard brain of the MNI coordinate system and brain image data 3GM of the gray matter portion in the subject's brain. The ROIs are converted into the brain image data of the subject's brain, and are recorded as the brain image data 3VOI and / or 3ic of the subject's brain in the region-of-interest recording unit 6. The deformation can be performed using the SPM99 anatomical normalization algorithm. In this case, the brain image data 3GM of the gray matter portion in the subject's brain is used as a template. That is, the subject's brain is regarded as a standard brain, and the standard brain in which ROIs are set is deformed to match the subject's brain. The brain image data 3VOI of the subject's brain to which the local ROIs are converted and the brain image data 3ic of the subject's brain to which the intracranial ROIs are converted are 0 when the voxel value is 0, and 1 when the voxel value is greater than 0 2 It is set as the valued image data.
関心領域変換ステップ(ステップS14)における分離後脳画像データ記録部5に記録された被験者の脳における灰白質部分の脳画像データ3GMをそのまま使用する替わりに、所定の平滑化を施した灰白質部分の脳画像データ3GM’を使用することができる。この場合、所定の平滑化を施した灰白質部分の脳画像データ3GM’が脳画像データ3GMの替わりに分離後脳画像データ記録部5に記録される。図16は、被験者の脳における灰白質部分の脳画像データ3GMに所定の平滑化を施して灰白質部分の脳画像データ3GM’とする処理を示す。所定の平滑化としては、FWHMが8mmのガウシアン・スムージングを用いることができる。図17は、所定の平滑化を施した被験者の脳の灰白質部分の脳画像データ3GM’を用いた場合の関心領域変換ステップ(ステップS14)の処理を示す。図17で図15と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。図17に示されるように、標準脳の脳画像データ7VOIおよび/または7icを、MNI座標系の標準脳の灰白質部分の脳画像データ80と被験者の脳における灰白質部分の脳画像データ3GMに所定の平滑化を施した脳画像データ3GM’とに基づき変形することにより、被験者の脳の脳画像データ内へROIsを変換し、関心領域記録部6に被験者の脳の脳画像データ3VOIおよび/または3icとして記録する。上記変形はSPM99の解剖学的正規化アルゴリズムを用いて行なうことができる。この場合、テンプレートとしては被験者の脳における灰白質部分の脳画像データ3GMに所定の平滑化を施した脳画像データ3GM’を使用する。 Instead of using the brain image data 3GM of the gray matter portion in the subject's brain recorded in the post-separation brain image data recording unit 5 in the region of interest conversion step (step S14), the gray matter portion subjected to predetermined smoothing is used. The brain image data 3GM ′ can be used. In this case, the brain image data 3GM ′ of the gray matter portion subjected to predetermined smoothing is recorded in the post-separation brain image data recording unit 5 instead of the brain image data 3GM. FIG. 16 shows a process in which the brain image data 3GM of the gray matter portion in the subject's brain is subjected to predetermined smoothing to obtain the brain image data 3GM ′ of the gray matter portion. As the predetermined smoothing, Gaussian smoothing with an FWHM of 8 mm can be used. FIG. 17 shows the processing of the region of interest conversion step (step S14) when the brain image data 3GM 'of the gray matter portion of the subject's brain subjected to predetermined smoothing is used. In FIG. 17, portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. As shown in FIG. 17, the brain image data 7VOI and / or 7ic of the standard brain is converted into the brain image data 80 of the gray matter portion of the standard brain of the MNI coordinate system and the brain image data 3GM of the gray matter portion in the subject's brain. The ROIs are transformed into the brain image data of the subject's brain by transforming based on the brain image data 3GM ′ subjected to the predetermined smoothing, and the brain image data 3VOI of the subject's brain is stored in the region of interest recording unit 6 and / or Or record as 3 ic. The deformation can be performed using the SPM99 anatomical normalization algorithm. In this case, brain image data 3GM ′ obtained by performing predetermined smoothing on the brain image data 3GM of the gray matter portion in the subject's brain is used as a template.
以上説明したように、本発明の実施例1によれば、まずコンピュータ断層撮像法により測定された被験者の脳の脳画像データ3に所定の前処理を施し、少なくとも灰白質部分の脳画像データを取得して分離後脳画像データ記録部5に記録する。ここで、コンピュータ断層撮像法により測定された脳画像としては解剖学的画像であるMRI画像が好適であるが、CT画像、SPECT画像、PET画像等を用いることもできる。次に、標準脳の脳画像データ内にROIsを設定し、当該ROIsが設定された標準脳の脳画像データ7icを関心領域記録部6に記録する。関心領域記録部6に記録された標準脳の脳画像データ7icおよび/または7VOIを標準脳における灰白質部分の脳画像データと分離後脳画像データ記録部5に記録された被験者の脳における灰白質部分の脳画像データ3GMとに基づき変形することにより、被験者の脳の脳画像データ内へROIsを変換して関心領域記録部6に被験者の脳の脳画像データ3icおよび/または3VOIとして記録する。以上のように、本発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム等では、予め所望のROIsを標準脳の脳画像データ上に設定しておき、このROIsが設定された標準脳の脳画像データを被験者の脳の脳画像データへ変形する。この結果、術者の経験等によらず精度良く被験者の脳の脳画像データ上に所望のROIsを設定することができる。すなわち、本発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム等では通常の解剖学的正規化とは逆に、ROIsが設定された標準脳の脳画像データを被験者の脳の脳画像データへ変形している。この結果、全脳または大脳、小脳のレベルだけでなく、脳のさらに細かい解剖学的な部位毎に自動的に且つ精度良くROIsを設定することができ、且つ臨床の現場で実用的に使用することができる頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム等を提供することができる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, the brain image data 3 of the subject's brain measured by the computer tomography is first subjected to predetermined preprocessing, and at least the brain image data of the gray matter portion is obtained. Obtained and recorded in the separated brain image data recording unit 5. Here, an MRI image that is an anatomical image is suitable as the brain image measured by the computed tomography, but a CT image, a SPECT image, a PET image, or the like can also be used. Next, ROIs are set in the brain image data of the standard brain, and the brain image data 7 ic of the standard brain in which the ROIs is set is recorded in the region of interest recording unit 6. The brain image data 7ic and / or 7VOI of the standard brain recorded in the region of interest recording unit 6 is recorded in the brain image data of the gray matter portion in the standard brain and the gray matter in the subject's brain recorded in the brain image data recording unit 5 after separation. By transforming based on the partial brain image data 3GM, the ROIs are converted into the brain image data of the subject's brain and recorded as the brain image data 3ic and / or 3VOI of the subject's brain in the region-of-interest recording unit 6. As described above, in the intracranial volume and local brain structure analysis program of the present invention, the desired ROIs are set in advance on the brain image data of the standard brain, and the brain image of the standard brain in which the ROIs are set. Transform the data into brain image data of the subject's brain. As a result, it is possible to set desired ROIs on the brain image data of the subject's brain with high accuracy regardless of the operator's experience or the like. That is, in the intracranial volume and local brain structure analysis program of the present invention, the brain image data of the standard brain set with ROIs is transformed into the brain image data of the subject's brain, contrary to normal anatomical normalization. is doing. As a result, ROIs can be set automatically and accurately not only at the level of the whole brain, cerebrum, or cerebellum but also at a finer anatomical region of the brain and used practically in clinical settings. It is possible to provide an intracranial volume and a program for analyzing a local brain structure .
本実施例2では、脳の形態を表した解剖学的画像としてのMRI画像の特徴を利用することにより、実施例1における関心領域変換ステップ(ステップS12)で関心領域記録部6に記録された被験者の脳の脳画像データ3ic内に変換されたROIsに基づき、当該ROIsの容積を算出する容積算出ステップをさらに備えることができる。従って、本実施例2におけるコンピュータ断層撮像法はMRIを用いる。 In the second embodiment, by using the feature of the MRI image as an anatomical image representing the morphology of the brain, it is recorded in the region of interest recording unit 6 in the region of interest conversion step (step S12) in the first embodiment. A volume calculating step of calculating the volume of the ROIs based on the ROIs converted into the brain image data 3ic of the subject's brain can be further provided. Therefore, the computed tomography in the second embodiment uses MRI.
容積算出ステップをさらに備えることに伴い、実施例1における前処理ステップ(ステップS10)、関心領域設定ステップ(ステップS12)および関心領域変換ステップ(ステップS14)は以下のように変更する。前処理ステップ(ステップS10)で取得され分離後脳画像データ記録部5に記録された脳画像データは、各々分離された灰白質部分の脳画像データ3GMと白質部分の脳画像データ3WMと脳脊髄液部分の脳画像データ3CSFとを含むものとする。実施例1で説明したように、SPM99のセグメンテーションアルゴリズムは、被験者の脳の脳画像データ3ANを灰白質部分、白質部分および脳脊髄液部分に分離することができる。実施例1ではこの内、灰白質部分の脳画像データのみを使用したが、実施例2では3つ共使用する。関心領域設定ステップ(ステップS12)では、標準脳の脳画像データ内に頭蓋内全体の頭蓋内ROIsを設定して標準脳の脳画像データ(7ic)を関心領域記録部6に記録しておく。関心領域変換ステップ(ステップS14)では、関心領域記録部6に記録された頭蓋内ROIsが設定された標準脳の脳画像データ7icをMNI座標系の標準脳における灰白質部分の脳画像データ80と分離後脳画像データ記録部5に記録された被験者の脳における灰白質部分の脳画像データ3GMまたは3GM’とに基づき変形することにより、被験者の脳の脳画像データ内へ当該ROIsを変換して関心領域記録部6に被験者の脳の脳画像データ3icとして記録する。 Along with the volume calculation step, the preprocessing step (step S10), the region of interest setting step (step S12), and the region of interest conversion step (step S14) in the first embodiment are changed as follows. The brain image data acquired in the pre-processing step (step S10) and recorded in the post-separation brain image data recording unit 5 are the gray matter portion brain image data 3GM, the white matter portion brain image data 3WM, and the cerebrospinal cord, respectively. It is assumed that the brain image data 3CSF of the liquid part is included. As described in the first embodiment, the SPM99 segmentation algorithm can separate the brain image data 3AN of the subject's brain into a gray matter portion, a white matter portion, and a cerebrospinal fluid portion. In the first embodiment, only the brain image data of the gray matter portion is used, but in the second embodiment, three are used together. In the region of interest setting step (step S12), the intracranial ROIs of the entire intracranial region are set in the brain image data of the standard brain, and the brain image data (7ic) of the standard brain is recorded in the region of interest recording unit 6. In the region of interest conversion step (step S14), the brain image data 7ic of the standard brain set with the intracranial ROIs recorded in the region of interest recording unit 6 is converted into the brain image data 80 of the gray matter portion in the standard brain of the MNI coordinate system. The ROIs are converted into the brain image data of the subject's brain by transforming based on the brain image data 3GM or 3GM ′ of the gray matter portion in the subject's brain recorded in the post-separation brain image data recording unit 5 The area of interest recording unit 6 records the brain image data 3 ic of the subject's brain.
実施例2では頭蓋内ROIsの容積の算出について説明する。まず、容積算出ステップの全体の流れについて説明し、次に、各処理について詳説する。図18は、本発明の実施例2における容積算出ステップの全体の流れをフローチャートで示す。図18に示されるように、まず、分離後脳画像データ記録部5に記録された脳画像データ3GM等を用いることにより、関心領域記録部6に記録された頭蓋内ROIsが変換された被験者の脳の脳画像データ3icから頭蓋内ROIsを識別する頭蓋内識別脳画像データ9icを作成して識別脳画像データ記録部8に記録する(頭蓋内識別脳画像データ作成ステップ。ステップS40)。 In the second embodiment, calculation of the volume of intracranial ROIs will be described. First, the overall flow of the volume calculation step will be described, and then each process will be described in detail. FIG. 18 is a flowchart showing the overall flow of the volume calculation step in the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 18, first, by using the brain image data 3GM or the like recorded in the post-separation brain image data recording unit 5, the intracranial ROIs recorded in the region of interest recording unit 6 are converted. Intracranial identification brain image data 9ic for identifying intracranial ROIs is created from the brain brain image data 3ic and recorded in the identification brain image data recording unit 8 (intracranial identification brain image data creation step, step S40).
次に、分離後脳画像データ記録部5に記録された灰白質部分の脳画像データ3GMおよび白質部分の脳画像データ3WMと、識別脳画像データ記録部8に記録された頭蓋内識別脳画像データ9icとに基づき、全灰白質および全白質を識別する全灰白質・全白質識別脳画像データ9ALLを作成して識別脳画像データ記録部8に記録する(全灰白質・全白質識別脳画像データ作成ステップ。ステップS42)。 Next, the gray matter brain image data 3GM and the white matter brain image data 3WM recorded in the post-separation brain image data recording unit 5 and the intracranial identification brain image data recorded in the identification brain image data recording unit 8 are recorded. Based on 9 ic, all gray matter and all white matter discrimination brain image data 9ALL for identifying all gray matter and all white matter is created and recorded in the discrimination brain image data recording unit 8 (all gray matter and all white matter discrimination brain image data Creating step, step S42).
識別脳画像データ記録部8に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データ9ALLと分離後脳画像データ記録部5に記録された白質部分の脳画像データ3WMとに基づき、全灰白質を識別する全灰白質識別脳画像データ9GMを作成して識別脳画像データ記録部8に記録する(全灰白質識別脳画像データ作成ステップ。ステップS44)。 Based on the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data 9ALL recorded in the discrimination brain image data recording unit 8 and the brain image data 3WM of the white matter portion recorded in the separated brain image data recording unit 5, The whole gray matter identification brain image data 9GM to be identified is created and recorded in the discrimination brain image data recording unit 8 (total gray matter discrimination brain image data creation step, step S44).
頭蓋内ROIsの容積を算出するか否かを判断する(ステップS46)。上述のように、実施例2では頭蓋内ROIsの容積を算出するためステップS48へ進む。そうでない場合は頁外接合子Aで示される処理(実施例3。図25参照)へ進む。ステップS48では、識別脳画像データ記録部8に記録された頭蓋内識別脳画像データ9icにより識別される頭蓋内ROIsにおける総ボクセル値に所定の数値を乗じて当該頭蓋内ROIsの容積を算出する。所定の数値としては、1/1000が好適である。実施例1で説明したように、灰白質部分の脳画像データ3GM等はボクセル値が0.0から1.0の値を有する画像であり、完全に灰白質部分等で埋まっているボクセルのボクセル値は1.0となる。従って、完全に灰白質部分等で埋まっているボクセルの総ボクセル値は、総ボクセル数と実数か整数かは別として一致する。但し、実際には総ボクセル値は部分的に灰白質部分等で埋まっているボクセルのボクセル値も含むため、総ボクセル数とは一致しない。しかし、部分的に(例えば、ボクセル値=0.6)灰白質部分等で埋まっているボクセルのカウント方法を埋まっている割合(例えば、0.6)でカウントするようにすれば、総ボクセル値は総ボクセル数と一致する。本明細書等における総ボクセル値は上述のようにカウントされた総ボクセル数(実数)と言い換えてもよい。 It is determined whether to calculate the volume of the intracranial ROIs (step S46). As described above, in Example 2, the process proceeds to step S48 in order to calculate the volume of the intracranial ROIs. Otherwise, the process proceeds to the process indicated by the out-of-page connector A (Example 3, see FIG. 25). In step S48, the volume of the intracranial ROIs is calculated by multiplying the total voxel value in the intracranial ROIs identified by the intracranial identification brain image data 9ic recorded in the identification brain image data recording unit 8 by a predetermined numerical value. As the predetermined numerical value, 1/1000 is preferable. As explained in the first embodiment, the brain image data 3GM of the gray matter portion is an image having a voxel value of 0.0 to 1.0, and the voxel of the voxel completely filled with the gray matter portion or the like. The value is 1.0. Therefore, the total voxel value of voxels completely filled with gray matter or the like matches whether the total number of voxels is a real number or an integer. However, since the total voxel value includes the voxel value of the voxel partially filled with the gray matter portion or the like, it does not coincide with the total number of voxels. However, if the counting method of the voxels partially filled (for example, voxel value = 0.6) is filled with the gray matter portion or the like is counted at the filled ratio (for example, 0.6), the total voxel value Corresponds to the total number of voxels. The total voxel value in this specification and the like may be paraphrased as the total number of voxels (real number) counted as described above.
識別脳画像データ記録部8に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データ9ALLと分離後脳画像データ記録部5に記録された灰白質部分の脳画像データ3GMおよび白質部分の脳画像データ3WMとに基づき、全灰白質および全白質の領域における総ボクセル値を求め、当該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより全灰白質および全白質の領域の容積を算出する(全灰白質・全白質領域容積算出ステップ。ステップS50)。所定の数値としては、1/1000が好適である。 Whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data 9ALL recorded in the discrimination brain image data recording unit 8, brain image data 3GM of the gray matter portion and brain image data of the white matter portion recorded in the separated brain image data recording unit 5 Based on 3WM, the total voxel value in the whole gray matter and the whole white matter region is obtained, and the total voxel value is multiplied by a predetermined value to calculate the volume of the whole gray matter and the whole white matter region (total gray matter Total white matter region volume calculating step (step S50). As the predetermined numerical value, 1/1000 is preferable.
識別脳画像データ記録部8に記録された全灰白質識別脳画像データ9GMにより識別される全灰白質の領域において、分離後脳画像データ記録部5に記録された灰白質部分の脳画像データ3GMの対応するボクセルにおけるボクセル値の合計値を求め、当該合計値に所定の数値を乗ずることにより全灰白質の領域の容積を算出する(全灰白質領域容積算出ステップ。ステップS52)。所定の数値としては、1/1000が好適である。 Brain image data 3GM of the gray matter portion recorded in the post-separation brain image data recording unit 5 in the whole gray matter region identified by the whole gray matter identification brain image data 9GM recorded in the identification brain image data recording unit 8 The total value of the voxel values in the corresponding voxels is obtained, and the total gray matter area volume is calculated by multiplying the total value by a predetermined numerical value (total gray matter area volume calculating step, step S52). As the predetermined numerical value, 1/1000 is preferable.
全灰白質・全白質領域容積算出ステップ(ステップ50)で求められた全灰白質および全白質の領域における総ボクセル値から全灰白質領域容積算出ステップ(ステップ52)で求められた上記合計値を減じることにより、全白質の領域における総ボクセル値を求め、当該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより全白質の領域の容積を算出する(全白質領域容積算出ステップ。ステップS54)。所定の数値としては、1/1000が好適である。 The total gray matter / total white matter region volume calculating step (step 50) and the total gray matter region volume calculating step (step 52) from the total gray matter and the total voxel values in the total white matter region, By subtracting, the total voxel value in the entire white matter region is obtained, and the volume of the entire white matter region is calculated by multiplying the total voxel value by a predetermined numerical value (total white matter region volume calculating step, step S54). As the predetermined numerical value, 1/1000 is preferable.
次に、各処理の詳細について説明する。図19は頭蓋内識別脳画像データ作成ステップ(ステップS40)の詳細な流れをフローチャートで示し、図20は頭蓋内識別脳画像データ作成ステップ(ステップS40)の処理を脳画像データにより示す。図19および図20に示されるように、まず、分離後脳画像データ記録部5に記録された灰白質部分の脳画像データ3GMと白質部分の脳画像データ3WMと脳脊髄液部分の脳画像データ3CSFとを加算する(脳画像データ加算ステップ。ステップS60)。 Next, details of each process will be described. FIG. 19 is a flowchart showing the detailed flow of the intracranial identification brain image data creation step (step S40), and FIG. 20 shows the process of the intracranial identification brain image data creation step (step S40) using brain image data. 19 and 20, first, the gray matter portion brain image data 3GM, the white matter portion brain image data 3WM, and the cerebrospinal fluid portion brain image data recorded in the post-separation brain image data recording unit 5 3CSF is added (brain image data addition step, step S60).
次に、脳画像データ加算ステップ(ステップS60)で加算された脳画像データに所定の平滑化を施す(脳画像データ平滑化ステップ。ステップS62)。所定の平滑化としては、FWHMが6mmのガウシアン・スムージングを用いることができる。 Next, the brain image data added in the brain image data addition step (step S60) is subjected to predetermined smoothing (brain image data smoothing step, step S62). As the predetermined smoothing, Gaussian smoothing with a FWHM of 6 mm can be used.
続いて、脳画像データ平滑化ステップ(ステップS62)で平滑化が施された脳画像データについて、所定の閾値に基づき2値化を行なう(脳画像データ2値化ステップ。ステップS64)。所定の閾値としては、例えば、上記平滑化が施された脳画像データ中のボクセル値の最大値の40%を用いることができ、当該脳画像データ中のボクセル値が最大値の40%以上である場合は1、そうでない場合は0として2値化画像を得ることができる。最大値の40%という閾値はオプションであって、各施設におけるMRI画像の画質により変更可能であることは勿論である。 Subsequently, the brain image data smoothed in the brain image data smoothing step (step S62) is binarized based on a predetermined threshold (brain image data binarization step, step S64). As the predetermined threshold, for example, 40% of the maximum value of the voxel value in the smoothed brain image data can be used, and the voxel value in the brain image data is 40% or more of the maximum value. A binary image can be obtained by setting 1 in some cases and 0 otherwise. The threshold value of 40% of the maximum value is optional and can be changed depending on the image quality of the MRI image at each facility.
脳画像データ2値化ステップ(ステップS64)で2値化された脳画像データと関心領域変換ステップ(ステップS14)で頭蓋内ROIsが変換された被験者の脳の脳画像データ3icとの論理積(AND)をとることにより、頭蓋内ROIsを識別する頭蓋内識別脳画像データ9icを作成して識別脳画像データ記録部8に記録する(頭蓋内論理積ステップ。ステップS66)。頭蓋内ROIsを識別する頭蓋内識別脳画像データとしては脳画像データ3icを用いても理論的には十分であるが、実際には脳画像データ3icにノイズがのることがある。そこで、脳画像データ3icと脳画像データ2値化ステップ(ステップS64)で2値化された脳画像データとの論理積をとることにより、ノイズを除去した精度の良い頭蓋内識別脳画像データ9icを得ることができる。 Logical product of the brain image data binarized in the brain image data binarization step (step S64) and the brain image data 3ic of the subject's brain whose intracranial ROIs are converted in the region of interest conversion step (step S14) ( AND), intracranial identification brain image data 9ic for identifying intracranial ROIs is created and recorded in the identification brain image data recording unit 8 (intracranial logical product step, step S66). Although it is theoretically sufficient to use the brain image data 3ic as the intracranial identification brain image data for identifying the intracranial ROIs, in reality, there may be noise in the brain image data 3ic. Therefore, by taking the logical product of the brain image data 3ic and the brain image data binarized in the brain image data binarization step (step S64), the accurate intracranial identification brain image data 9ic from which noise is removed is obtained. Can be obtained.
図21は全灰白質・全白質識別脳画像データ作成ステップ(ステップS42)の詳細な流れをフローチャートで示し、図22は全灰白質・全白質識別脳画像データ作成ステップ(ステップS42)の処理を脳画像データにより示す。図21および図22に示されるように、まず、分離後脳画像データ記録部5に記録された灰白質部分の脳画像データ3GMについて所定の閾値に基づき2値化を行なう(灰白質部分脳画像データ2値化ステップ。ステップS70)。所定の閾値としては、例えば、上記灰白質部分の脳画像データ3GM中のボクセル値の最大値の65%を用いることができ、灰白質部分の脳画像データ3GM中のボクセル値が最大値の65%以上である場合は1、そうでない場合は0として2値化画像を得ることができる。最大値の65%という閾値はオプションであって、各施設におけるMRI画像の画質により変更可能であることは勿論である。 FIG. 21 is a flowchart showing the detailed flow of the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data creation step (step S42), and FIG. 22 shows the processing of the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data creation step (step S42). Shown by brain image data. As shown in FIGS. 21 and 22, first, binarization is performed on the gray matter brain image data 3GM recorded in the post-separation brain image data recording unit 5 based on a predetermined threshold (gray matter partial brain image). Data binarization step (step S70). As the predetermined threshold, for example, 65% of the maximum value of the voxel value in the brain image data 3GM of the gray matter portion can be used, and the voxel value in the brain image data 3GM of the gray matter portion has a maximum value of 65%. A binary image can be obtained by setting 1 if it is% or more, and 0 otherwise. The threshold value of 65% of the maximum value is optional and can be changed depending on the image quality of the MRI image at each facility.
同様にして、分離後脳画像データ記録部5に記録された白質部分の脳画像データ3WMについて所定の閾値に基づき2値化を行なう(白質部分脳画像データ2値化ステップ。ステップS72)。所定の閾値としては、例えば、上記白質部分の脳画像データ3WM中のボクセル値の最大値の35%を用いることができ、白質部分の脳画像データ3WM中のボクセル値が最大値の35%以上である場合は1、そうでない場合は0として2値化画像を得ることができる。最大値の35%という閾値はオプションであって、各施設におけるMRI画像の画質により変更可能であることは勿論である。 Similarly, the white matter brain image data 3WM recorded in the post-separation brain image data recording unit 5 is binarized based on a predetermined threshold (white matter partial brain image data binarization step, step S72). As the predetermined threshold, for example, 35% of the maximum value of the voxel value in the brain image data 3WM of the white matter portion can be used, and the voxel value in the brain image data 3WM of the white matter portion is 35% or more of the maximum value. A binary image can be obtained by setting 1 if it is and 0 otherwise. The threshold value of 35% of the maximum value is optional and can be changed depending on the image quality of the MRI image at each facility.
続いて、灰白質部分脳画像データ2値化ステップ(ステップS70)で2値化された灰白質部分の脳画像データと白質部分脳画像データ2値化ステップ(ステップS72)で2値化された白質部分の脳画像データとの論理和を求める(灰白質・白質部分脳画像データ論理和ステップ。ステップS74)。 Subsequently, the gray matter brain image data binarized in the gray matter partial brain image data binarization step (step S70) and the binarized in the white matter partial brain image data binarization step (step S72). A logical sum with the brain image data of the white matter portion is obtained (gray matter / white matter partial brain image data logical sum step, step S74).
灰白質・白質部分脳画像データ論理和ステップ(ステップS74)で論理和が求められた脳画像データについて、所定の部分を1値で埋め込む操作を施す(埋め込みステップ。ステップS76)。所定の部分とは、上記論理和が求められた脳画像データの内部において、所謂虫食い状態のようになっている小さな隙間の部分のことである。 An operation of embedding a predetermined portion with one value is performed on the brain image data for which the logical sum is obtained in the gray matter / white matter partial brain image data logical sum step (step S74) (embedding step, step S76). The predetermined portion is a portion of a small gap that looks like a so-called worm-eaten state inside the brain image data for which the logical sum is obtained.
埋め込みステップ(ステップS74)で埋め込む操作を施された脳画像データと識別脳画像データ記録部8に記録された頭蓋内識別脳画像データ9icとの論理積をとることにより、全灰白質および全白質を識別する全灰白質・全白質識別脳画像データ9ALLを作成して識別脳画像データ記録部8に記録する(全灰白質・全白質論理積ステップ。ステップS78)。全灰白質および全白質を識別する全灰白質・全白質識別脳画像データとしては、埋め込みステップ(ステップS74)で埋め込む操作を施された上記脳画像データを用いても理論的には十分である。しかし、実際には上記脳画像データにはノイズがのることがある。そこで、埋め込みステップ(ステップS74)で埋め込む操作を施された脳画像データと頭蓋内識別脳画像データ9icとの論理積をとることにより、ノイズを除去した全灰白質・全白質識別脳画像データ9ALLを得ることができる。 By calculating the logical product of the brain image data subjected to the embedding operation in the embedding step (step S74) and the intracranial identification brain image data 9ic recorded in the identification brain image data recording unit 8, total gray matter and total white matter are obtained. Is generated and recorded in the discrimination brain image data recording unit 8 (all gray matter / all white matter logical product step, step S78). It is theoretically sufficient to use the brain image data subjected to the embedding operation (step S74) as the whole gray matter / white matter discrimination brain image data for identifying all gray matter and all white matter. . However, in practice, there may be noise in the brain image data. Therefore, by taking the logical product of the brain image data subjected to the embedding operation in the embedding step (step S74) and the intracranial identification brain image data 9ic, the entire gray matter / white matter identification brain image data 9ALL from which noise has been removed is obtained. Can be obtained.
図23は全灰白質識別脳画像データ作成ステップ(ステップS44)の詳細な流れをフローチャートで示し、図24は全灰白質識別脳画像データ作成ステップ(ステップS44)の処理を脳画像データにより示す。図23および図24に示されるように、まず、白質部分脳画像データ2値化ステップ(ステップS72)で2値化された白質部分の脳画像データについて、所定の部分を1値で埋め込む操作を施す(白質部分埋め込みステップ。ステップS80)。所定の部分とは、上記2値化された白質部分の脳画像データの内部において、所謂虫食い状態のようになっている小さな隙間の部分のことである。これらの部分は白質部分と考えられるが、0値となっているためである。 FIG. 23 is a flowchart showing the detailed flow of the whole gray matter identification brain image data creation step (step S44), and FIG. 24 shows the processing of the whole gray matter discrimination brain image data creation step (step S44) using brain image data. As shown in FIG. 23 and FIG. 24, first, for the white matter brain image data binarized in the white matter partial brain image data binarization step (step S72), an operation of embedding a predetermined portion with one value is performed. (Step for embedding white matter part. Step S80). The predetermined portion is a small gap portion in a so-called worm-eaten state inside the binarized white matter brain image data. These portions are considered to be white matter portions because they are zero values.
続いて、識別脳画像データ記録部8に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データ9ALLから、白質部分埋め込みステップ(ステップS80)で埋め込む操作が施された白質部分の脳画像データを差分することにより、全灰白質識別脳画像データ9GMを作成して識別脳画像データ記録部8に記録する(全灰白質差分ステップ。ステップS82)。以上により、全灰白質部分を識別する全灰白質識別脳画像データ9GMを作成することができる。 Subsequently, the brain image data of the white matter portion subjected to the embedding operation in the white matter portion embedding step (step S80) is subtracted from the all gray matter / whole white matter discrimination brain image data 9ALL recorded in the discrimination brain image data recording unit 8. By doing so, the whole gray matter identification brain image data 9GM is created and recorded in the discrimination brain image data recording unit 8 (total gray matter difference step, step S82). As described above, the whole gray matter identification brain image data 9GM for identifying the whole gray matter portion can be created.
次に、全灰白質・全白質領域容積算出ステップ(ステップS50)の詳細について説明する。識別脳画像データ記録部8に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データ9ALLの輪郭部(図22参照。脳画像の縁の白い部分)では分離後脳画像データ記録部5に記録された灰白質部分の脳画像データ3GMと白質部分の脳画像データ3WMとの対応するボクセルのボクセル値の中で大きい方のボクセル値を用い、一方、全灰白質・全白質識別脳画像データ9ALLの内部(図22参照。脳画像の内部の灰色部分)ではボクセル値1を用いることにより、全灰白質および全白質の領域における総ボクセル値を求める。当該総ボクセル値に所定の数値(上述のように、好適には1/1000)を乗ずることにより全灰白質および全白質の領域の容積を算出する。 Next, the details of the all gray matter / total white matter region volume calculating step (step S50) will be described. In the outline portion of the all gray matter / whole white matter discrimination brain image data 9ALL recorded in the discrimination brain image data recording section 8 (see FIG. 22, the white portion at the edge of the brain image), it is recorded in the post-separation brain image data recording section 5. The larger voxel value of the corresponding voxel values of the gray matter portion brain image data 3GM and the white matter portion brain image data 3WM is used, while the whole gray matter / whole white matter distinguishing brain image data 9ALL By using the voxel value 1 in the inside (see FIG. 22, gray portion inside the brain image), the total voxel value in the whole gray matter and the whole white matter region is obtained. The total voxel value is multiplied by a predetermined numerical value (preferably 1/1000 as described above) to calculate the total gray matter and the volume of the whole white matter region.
以上説明したように、本発明の実施例2によれば、脳の形態を表した解剖学的画像としてのMRI画像の特徴を利用することにより、実施例1における関心領域変換ステップ(ステップS12)で関心領域記録部6に記録された被験者の脳の脳画像データ3ic内に変換されたROIsに基づき、頭蓋内ROIsの容積を算出する容積算出ステップをさらに備えることができる。容積算出ステップでは、頭蓋内容積だけではなく、全灰白質容積と全白質容積とを求めることができる。実施例2では、頭蓋内識別脳画像データ9icを求める際に、脳画像データ3icと脳画像データ2値化ステップ(ステップS64)で2値化された脳画像データとの論理積をとっているため、ノイズを除去した精度の良い頭蓋内識別脳画像データ9icを得ることができる。全灰白質・全白質識別脳画像データ9ALL等を求める際に、埋め込みステップ(ステップS74)で埋め込む操作を施された脳画像データと頭蓋内識別脳画像データ9icとの論理積をとっているため、ノイズを除去した全灰白質・全白質識別脳画像データ9ALLを得ることができる。以上により、設定された頭蓋内ROIsの容積を自動的に且つ精度良く測定することができ、且つ臨床の現場で実用的に使用することができる頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム等を提供することができる。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, the region of interest conversion step (step S12) in the first embodiment is performed by using the feature of the MRI image as the anatomical image representing the brain form. The volume calculation step of calculating the volume of the intracranial ROIs based on the ROIs converted into the brain image data 3ic of the subject's brain recorded in the region-of-interest recording unit 6 can be further provided. In the volume calculation step, not only the intracranial volume but also the total gray matter volume and the total white matter volume can be obtained. In the second embodiment, when the intracranial identification brain image data 9 ic is obtained, the logical product of the brain image data 3 ic and the brain image data binarized in the brain image data binarization step (step S 64) is taken. Therefore, accurate intracranial identification brain image data 9ic from which noise is removed can be obtained. When obtaining the whole gray matter / whole white matter identification brain image data 9ALL and the like, the logical product of the brain image data subjected to the embedding operation in the embedding step (step S74) and the intracranial identification brain image data 9ic is taken. Further, it is possible to obtain all gray matter / whole substance discrimination brain image data 9ALL from which noise is removed. As described above, the volume of the set intracranial ROIs can be automatically and accurately measured, and the intracranial volume and local brain structure analysis program etc. that can be used practically in the clinical field are provided. can do.
実施例3では、局所内ROIsの容積の算出について説明する。基本的には実施例2と同様であり、脳の形態を表した解剖学的画像としてのMRI画像の特徴を利用することにより、実施例1における関心領域変換ステップ(ステップS12)で関心領域記録部6に記録された被験者の脳の脳画像データ3VOI内に変換されたROIsに基づき、当該ROIsの容積を算出する。 In the third embodiment, calculation of the volume of the local ROIs will be described. This is basically the same as in the second embodiment, and the region of interest is recorded in the region of interest conversion step (step S12) in the first embodiment by using the features of the MRI image as an anatomical image representing the brain form. Based on the ROIs converted into the brain image data 3VOI of the subject's brain recorded in the unit 6, the volume of the ROIs is calculated.
局所内ROIsの容積の算出に伴い、実施例2における関心領域設定ステップ(ステップS12)および関心領域変換ステップ(ステップS14)は以下のように変更する。関心領域設定ステップ(ステップS12)では、標準脳の脳画像データ内に頭蓋内全体の頭蓋内ROIsを設定すると共に、別の標準脳の脳画像データ内に頭蓋内の一部の局所ROIsを設定して各々の標準脳の脳画像データ(7icおよび7VOI)を関心領域記録部6に記録しておく。関心領域変換ステップ(ステップS14)では、関心領域記録部6に記録された頭蓋内ROIsが設定された標準脳の脳画像データ7icをMNI座標系の標準脳における灰白質部分の脳画像データ80と分離後脳画像データ記録部5に記録された被験者の脳における灰白質部分の脳画像データ3GMまたは3GM’とに基づき変形することにより、被験者の脳の脳画像データ内へ当該ROIsを変換して関心領域記録部6に被験者の脳の脳画像データ3icとして記録する。さらに、関心領域記録部6に記録された局所ROIsが設定された標準脳の脳画像データ7VOIをMNI座標系の標準脳における灰白質部分の脳画像データ80と分離後脳画像データ記録部5に記録された被験者の脳における灰白質部分の脳画像データ3GMまたは3GM’とに基づき変形することにより、被験者の脳の脳画像データ内へ当該ROIsを変換して関心領域記録部6に被験者の脳の脳画像データ3VOIとして記録する。 With the calculation of the volume of the local ROIs, the region-of-interest setting step (step S12) and the region-of-interest conversion step (step S14) in the second embodiment are changed as follows. In the region-of-interest setting step (step S12), the entire intracranial ROIs are set in the brain image data of the standard brain, and some local ROIs in the skull are set in the brain image data of another standard brain. Then, the brain image data (7ic and 7VOI) of each standard brain is recorded in the region of interest recording unit 6. In the region of interest conversion step (step S14), the brain image data 7ic of the standard brain set with the intracranial ROIs recorded in the region of interest recording unit 6 is converted into the brain image data 80 of the gray matter portion in the standard brain of the MNI coordinate system. The ROIs are converted into the brain image data of the subject's brain by transforming based on the brain image data 3GM or 3GM ′ of the gray matter portion in the subject's brain recorded in the post-separation brain image data recording unit 5 The area of interest recording unit 6 records the brain image data 3 ic of the subject's brain. Furthermore, the brain image data 7VOI of the standard brain set with the local ROIs recorded in the region of interest recording unit 6 is transferred to the brain image data 80 of the gray matter portion in the standard brain of the MNI coordinate system and the brain image data recording unit 5 after separation. The ROIs are transformed into the brain image data of the subject's brain by transforming based on the recorded gray matter brain image data 3GM or 3GM 'in the subject's brain, and the subject's brain is stored in the region of interest recording unit 6. Brain image data of 3 VOI.
実施例2の処理フローチャート(図18参照)のステップS46において、頭蓋内ROIsの容積を算出しないと判断された場合、すなわち局所ROIsの容積を算出する場合、頁外接合子Aで示される処理へ進む。図25は、本発明の実施例3における局所ROIsの容積を算出する処理の流れをフローチャートで示す。図25の頁外接合子Aからのフローチャートに示されるように、まず上述の全灰白質・全白質識別脳画像データ作成ステップ(ステップS42)で作成され識別脳画像データ記録部8に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データ9ALLにより識別される全灰白質および全白質の領域と、関心領域変換ステップ(ステップS14)で関心領域記録部6に記録された局所ROIsが変換された被験者の脳の脳画像データ3VOIにより示される局所ROIsとの共通領域において、分離後脳画像データ記録部5に記録された灰白質部分の脳画像データ3GMおよび白質部分の脳画像データ3WMとに基づき、局所ROIsにおける灰白質および白質の総ボクセル値を求める。次に、当該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより局所ROIsにおける灰白質および白質の容積を算出する(局所灰白質・白質容積算出ステップ。ステップS90)。所定の数値としては1/1000が好適である。図14(A)または図14(C)に示されるように、局所ROIsに左右の区別がある場合は、左右別々に値を算出する。 When it is determined in step S46 of the process flowchart (see FIG. 18) of the second embodiment that the volume of the intracranial ROIs is not calculated, that is, when the volume of the local ROIs is calculated, the process proceeds to the process indicated by the out-of-page connector A. . FIG. 25 is a flowchart showing the flow of processing for calculating the volume of local ROIs according to the third embodiment of the present invention. As shown in the flowchart from the out-of-page connector A in FIG. 25, first, all the gray matter / white matter discrimination brain image data creation step (step S42) described above and recorded in the discrimination brain image data recording unit 8 are recorded. The gray matter / whole white matter identification brain image data 9ALL and the area of the whole gray matter and the whole white matter, and the local ROIs recorded in the region of interest recording unit 6 in the region of interest conversion step (step S14) are converted. Based on the gray matter brain image data 3GM and the white matter brain image data 3WM recorded in the post-separation brain image data recording unit 5 in the common area with the local ROIs indicated by the brain brain image data 3VOI, Find the total voxel value of gray matter and white matter in ROIs. Next, the gray matter and white matter volumes in the local ROIs are calculated by multiplying the total voxel value by a predetermined numerical value (local gray matter / white matter volume calculating step, step S90). As the predetermined numerical value, 1/1000 is preferable. As shown in FIG. 14 (A) or FIG. 14 (C), when there is a left-right distinction in the local ROIs, values are calculated separately on the left and right.
続いて、全灰白質識別脳画像データ作成ステップ(ステップS44)で作成され識別脳画像データ記録部8に記録された全灰白質識別脳画像データ9GMにより識別される全灰白質の領域と、関心領域変換ステップ(ステップS14)で関心領域記録部6に記録された局所ROIsが変換された被験者の脳の脳画像データ3VOIにより示される局所ROIsとの共通領域において、分離後脳画像データ記録部5に記録された灰白質部分の脳画像データ3GMの対応するボクセルにおけるボクセル値の合計値を求める。当該合計値に所定の数値を乗ずることにより局所ROIsにおける灰白質の容積を算出する(局所灰白質容積算出ステップ。ステップS92)。所定の数値としては1/1000が好適である。図14(A)または図14(C)に示されるように、局所ROIsに左右の区別がある場合は、左右別々に値を算出する。 Subsequently, the region of the whole gray matter identified by the whole gray matter discrimination brain image data 9GM created in the all gray matter discrimination brain image data creation step (step S44) and recorded in the discrimination brain image data recording unit 8, and the interest The post-separation brain image data recording unit 5 in the common region with the local ROIs indicated by the brain image data 3VOI of the subject's brain converted from the local ROIs recorded in the region of interest recording unit 6 in the region conversion step (step S14). The total value of the voxel values in the corresponding voxels of the gray matter portion brain image data 3GM recorded in (1) is obtained. The gray matter volume in the local ROIs is calculated by multiplying the total value by a predetermined numerical value (local gray matter volume calculating step, step S92). As the predetermined numerical value, 1/1000 is preferable. As shown in FIG. 14 (A) or FIG. 14 (C), when there is a left-right distinction in the local ROIs, values are calculated separately on the left and right.
局所灰白質・白質容積算出ステップ(ステップS90)で求められた局所ROIsにおける灰白質および白質の総ボクセル値から、局所灰白質容積算出ステップ(ステップ92)で求められた上記合計値を減じることにより、局所ROIsの白質の領域における総ボクセル値を求める。当該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより局所ROIsにおける白質の容積を算出する(局所白質領域容積算出ステップ。ステップS94)。所定の数値としては1/1000が好適である。図14(A)または図14(C)に示されるように、局所ROIsに左右の区別がある場合は、左右別々に値を算出する。 By subtracting the total value obtained in the local gray matter volume calculating step (step 92) from the total voxel value of the gray matter and white matter in the local ROIs obtained in the local gray matter / white matter volume calculating step (step S90). The total voxel value in the white matter region of the local ROIs is obtained. The volume of white matter in the local ROIs is calculated by multiplying the total voxel value by a predetermined value (local white matter region volume calculating step, step S94). As the predetermined numerical value, 1/1000 is preferable. As shown in FIG. 14 (A) or FIG. 14 (C), when there is a left-right distinction in the local ROIs, values are calculated separately on the left and right.
次に、上述の局所灰白質・白質容積算出ステップ(ステップS90)の詳細について説明する。まず、識別脳画像データ記録部8に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データ9ALLにより識別される全灰白質および全白質の領域と、関心領域記録部6に記録された局所ROIsが変換された被験者の脳の脳画像データ3VOIにより示される局所ROIsとの共通領域において、共通領域の輪郭部(図22参照。脳画像の縁の白い部分)では分離後脳画像データ記録部5に記録された灰白質部分の脳画像データ3GMと白質部分の脳画像データ3WMとの対応するボクセルのボクセル値の中で大きい方のボクセル値を用い、一方、共通領域の内部(図22参照。脳画像の内部の灰色の部分)ではボクセル値1を用いることにより、局所ROIsにおける灰白質および白質の領域における総ボクセルを求める。当該総ボクセル値に所定の数値(好適には1/1000)を乗ずることにより、局所ROIsにおける灰白質および白質の容積を算出することができる。図14(A)または図14(C)に示されるように、局所ROIsに左右の区別がある場合は、左右別々に値を算出する。 Next, details of the above-mentioned local gray matter / white matter volume calculating step (step S90) will be described. First, the whole gray matter and the whole white matter region identified by the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data 9ALL recorded in the discrimination brain image data recording unit 8 and the local ROIs recorded in the region of interest recording unit 6 are In the common area with the local ROIs indicated by the converted brain image data 3VOI of the subject's brain, the outline portion of the common area (see FIG. 22, the white portion at the edge of the brain image) is stored in the post-separation brain image data recording unit 5. Among the voxel values of the voxels corresponding to the recorded gray matter portion brain image data 3GM and white matter portion brain image data 3WM, the larger voxel value is used, while the inside of the common region (see FIG. 22). In the gray portion of the image), the voxel value 1 is used to obtain the gray matter in the local ROIs and the total voxels in the white matter region. By multiplying the total voxel value by a predetermined numerical value (preferably 1/1000), the gray matter and white matter volume in the local ROIs can be calculated. As shown in FIG. 14 (A) or FIG. 14 (C), when there is a left-right distinction in the local ROIs, values are calculated separately on the left and right.
以上説明したように、本発明の実施例3によれば、基本的には実施例2と同様に、脳の形態を表した解剖学的画像としてのMRI画像の特徴を利用することにより、実施例1における関心領域変換ステップ(ステップS12)で関心領域記録部6に記録された被験者の脳の脳画像データ3VOI内に変換されたROIsに基づき、局所ROIsの容積を算出することができる。局所ROIs全体の容積だけではなく、局所ROIsの全灰白質容積と全白質容積とを求めることができる。以上により、任意の領域に設定された局所ROIsの容積を自動的に且つ精度良く測定することができ、且つ臨床の現場で実用的に使用することができる頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム等を提供することができる。 As described above, according to the third embodiment of the present invention, basically, as in the second embodiment, the feature of the MRI image as an anatomical image representing the morphology of the brain is used. Based on the ROIs converted into the brain image data 3VOI of the subject's brain recorded in the region-of-interest recording unit 6 in the region-of-interest conversion step (step S12) in Example 1, the volume of the local ROIs can be calculated. Not only the volume of the entire local ROIs but also the total gray matter volume and the total white matter volume of the local ROIs can be determined. As described above, the volume of local ROIs set in an arbitrary region can be automatically and accurately measured, and the intracranial volume and local brain structure analysis program can be practically used in the clinical field. Etc. can be provided.
次に、本発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム等を検証するために行なわれた実験について説明する。 Next, experiments conducted to verify the intracranial volume and local brain structure analysis program of the present invention will be described.
方法および対象.
対象はアルツハイマー病患者15名、正常高齢者15名で3次元脳MRIを施行し、得られたデータから頭蓋内容積、全脳体積、海馬体積を手動ならびに本発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム(以下、「本法」と言う。)で測定し、両者間の相関係数を求めた。
Methods and subjects.
The subjects were 15 Alzheimer's disease patients and 15 normal elderly persons, and three-dimensional brain MRI was performed. From the obtained data, the intracranial volume, total brain volume, and hippocampal volume were manually determined, and the intracranial volume and local brain structure of the present invention were used. Measurement was performed with a physical analysis program (hereinafter referred to as “the present method”), and a correlation coefficient between the two was obtained.
結果.
本法と手動測定との間の相関係数rは 頭蓋内容積r=0.910、全脳体積r=0.902、海馬体積r=0.918と良好な結果を得た。
result.
The correlation coefficient r between this method and manual measurement was as follows: intracranial volume r = 0.910, whole brain volume r = 0.902, hippocampal volume r = 0.918.
結論.
本法は短時間且つ全自動で頭蓋内容積、全脳体積、海馬体積を測定することができ、臨床での使用も有用であると考えられる。
Conclusion.
This method can measure the intracranial volume, total brain volume, and hippocampal volume in a short time and fully automatically, and is considered useful for clinical use.
具体的な対象.
アルツハイマー病患者15名(平均年齢63.4±6.9歳、男:女=4:11)および年齢をマッチした正常ボランティア15名(平均年齢61.3±5.9歳、男:女= 4:11)である。
Specific target.
15 Alzheimer's disease patients (average age 63.4 ± 6.9 years, male: female = 4: 11) and 15 age-matched normal volunteers (average age 61.3 ± 5.9 years, male: female = 4:11).
具体的な方法.
MRI撮像法として、1.5テスラのMRI装置を使用して頭部MRIを施行した。軸位断のT2強調画像および冠状断3D−SPGR像(TR 14ミリ秒、TE 3ミリ秒、フリップ角20度、マトリックスサイズ256×256、ピクセルサイズ0.86×0.86mm、スライス厚1.5mm×124スライス)を撮像した。
Specific method.
As MRI imaging, head MRI was performed using a 1.5 Tesla MRI apparatus. Axis T2-weighted image and coronal 3D-SPGR image (TR 14 ms, TE 3 ms, flip angle 20 degrees, matrix size 256 × 256, pixel size 0.86 × 0.86 mm, slice thickness 1. 5 mm × 124 slices) were imaged.
解析.
冠状断3D−SPGR像はアナライズ(analyze)・フォーマットに変換された後、ピクセルサイズ1.0mm×1.0mm、スライス厚1.0mmの軸位断に再構成された。頭蓋内容積は手動で各スライス毎に硬膜および脳脊髄液との境界を同定し切り出した。全脳容積は切り出した画像上で脳脊髄液の信号値の平均×0.8の信号値を閾値として脳脊髄腔を除外して得られた容積を全脳容積とした。海馬体積はJackらの方法(Jack CR Jr, Twomey CK, Zinsmeister AR, Sharbrough FW, Petersen RC, Cascino GD: Anterior temporal lobes and hippocampal formations: Normative volumetric measurements from MR images in young adults. Radiology 1989; 172: 549-554.)により手動およびセグメンテーション法を使用して算出した。
analysis.
The coronal section 3D-SPGR image was converted into an analyze format and then reconstructed into an axial section with a pixel size of 1.0 mm × 1.0 mm and a slice thickness of 1.0 mm. The intracranial volume was manually excised by identifying the boundary with the dura mater and cerebrospinal fluid for each slice. For the total brain volume, the volume obtained by excluding the cerebrospinal cavity with the signal value of average of cerebrospinal fluid × 0.8 signal value as a threshold on the cut image was defined as the total brain volume. Hippocampal volume is determined by the method of Jack et al. (Jack CR Jr, Twomey CK, Zinsmeister AR, Sharbrough FW, Petersen RC, Cascino GD: Anterior temporal lobes and hippocampal formations: Normative volumetric measurements from MR images in young adults. Radiology 1989; 172: 549 -554.) Using manual and segmentation methods.
本法および手動で得られた30名の頭蓋内容積、全脳容積、海馬体積の相関係数を求め、定量性を検証した。また、本法および手動で求めたアルツハイマー病群、正常群との頭蓋内容積、全脳容積、海馬体積間で有意差の有無をt検定を用いて検証した。 Correlation coefficients of the intracranial volume, total brain volume, and hippocampal volume of 30 persons obtained by this method and manually were obtained to verify the quantitativeness. In addition, the presence or absence of significant differences between the intracranial volume, the whole brain volume, and the hippocampal volume of the Alzheimer's disease group and the normal group obtained by this method and the manual group was verified using a t-test.
Jackらの方法について補足する。海馬の境界はアンモン角、海馬白板、歯状回、海馬台を含むようにトレースする。この中でピクセル値が大脳灰白質の最高値と脳脊髄液の最高値の半分の値から大脳灰白質の最高値の間をとるピクセル数を数え、ピクセルサイズとスライス厚を掛け海馬の体積を算出した。 I will supplement the method of Jack et al. The hippocampus boundary is traced to include Ammon horn, hippocampal white board, dentate gyrus, and hippocampus. The number of pixels in which the pixel value is between the maximum value of cerebral gray matter and the maximum value of cerebrospinal fluid to the maximum value of cerebral gray matter is counted, and the volume of the hippocampus is multiplied by the pixel size and slice thickness. Calculated.
結果.
手動で頭蓋内容積、全脳容積、海馬体積を求めるのに1例につき約4時間を要した。本法では約10分で測定できた。
result.
It took about 4 hours per case to manually calculate the intracranial volume, total brain volume, and hippocampal volume. In this method, measurement was possible in about 10 minutes.
本法と手動測定との間の相関係数rは、頭蓋内容積r=0.910、全脳体積r=0.902、海馬体積r=0.918であった。各方法で得られたアルツハイマー病群、正常群の頭蓋内容積を図26に示す。図26において、TIVは頭蓋内容積、Whole brainは全脳体積、Hippocampiは海馬体積、ADはアルツハイマー病患者、NCは正常ボランティア、Manualは手動測定、AMSISは本法による測定を示す。数値の単位はccまたはmlである。図27ないし図29は、各々TIV(頭蓋内容積)、Hippocampi(海馬体積)、Whole brain(全脳体積)についての本法と手動測定との相関を示す。図27ないし図29において、縦軸は本法(AMSIS)、横軸は手動測定(manual)であり、単位は両軸ともccまたはmlである。 The correlation coefficient r between this method and manual measurement was intracranial volume r = 0.910, whole brain volume r = 0.902, hippocampal volume r = 0.918. FIG. 26 shows the intracranial volumes of the Alzheimer's disease group and normal group obtained by each method. In FIG. 26, TIV is the intracranial volume, Whole brain is the whole brain volume, Hippocampi is the hippocampal volume, AD is an Alzheimer's disease patient, NC is a normal volunteer, Manual is a manual measurement, and AMSIS is a measurement by this method. The unit of the numerical value is cc or ml. 27 to 29 show the correlation between this method and manual measurement for TIV (intracranial volume), Hippocampi (hippocampal volume), and whole brain (whole brain volume), respectively. 27 to 29, the vertical axis represents this method (AMSIS), the horizontal axis represents manual measurement (manual), and the unit is cc or ml for both axes.
考察.
SPMの解剖学的標準化法は形、大きさの違う個々人の脳を標準脳に合わせ込む方法である。標準脳上に予め設定されたROIテンプレートを個々人の脳に合わせ込むことにより体積を測定するということで、本法はSPMの解剖学的標準化法を逆手に利用した、発想の転換ともいえる。
Discussion.
The anatomical standardization method of SPM is a method in which individual brains of different shapes and sizes are combined with the standard brain. Since the volume is measured by fitting a ROI template set in advance on the standard brain to each person's brain, this method can be said to be a change of mind using the anatomical standardization method of SPM.
本法のような全自動体積測定法は手動の場合のような測定者によるばらつきがなく、測定者の経験によらず常に同じ結果がでるという特徴を有している。また手動測定では頭蓋内容積、全脳体積、海馬体積を測定するのに1例につき約4時間必要であったものが、わずか10分でできるようになった。また本法は海馬のような小さな構造物も頭蓋内容積、全脳体積と同程度の精度で測定できるため実際の臨床診断に応用できるという大きな期待がもてる。 The fully automatic volume measurement method like this method has the characteristics that there is no variation by the measurer as in the case of manual operation, and the same result is always obtained regardless of the experience of the measurer. In manual measurement, it took about 4 hours per case to measure the intracranial volume, the whole brain volume, and the hippocampal volume, but it can be done in only 10 minutes. In addition, since this method can measure small structures such as the hippocampus with the same accuracy as the intracranial volume and the whole brain volume, it can be applied to actual clinical diagnosis.
本法はSPM99の解剖学的標準化法とセグメンテーション法を使用しており、その解剖学的標準化とセグメンテーションの精度はSPMに依っており、これからもSPMの改善によりさらに精度が高まるものと予想される。またセグメンテーションに限ってはLemieuxらの方法(Lemieux L, Hammers A, Mackinnon T, Liu RS. Automatic segmentation of the brain and intracranial cerebrospinal fluid in T1-weighted volume MRI scans of the head, and its application to serial cerebral and intracranial volumetry. Magn Reson Med. 2003;49:872-84.)を採用するというバリエーションも可能である。 This method uses the anatomical standardization method and segmentation method of SPM99, and the accuracy of the anatomical standardization and segmentation depends on SPM, and it is expected that the accuracy will be further improved by improving SPM in the future. . For segmentation only, the method of Lemieux et al. (Lemieux L, Hammers A, Mackinnon T, Liu RS. Automatic segmentation of the brain and intracranial cerebrospinal fluid in T1-weighted volume MRI scans of the head, and its application to serial cerebral and Intracranial volumetry. Magn Reson Med. 2003; 49: 872-84.) is also possible.
本実験例では、全脳体積、海馬体積を求めたが、脳のテンプレートさえ予め作成しておけば灰白質、白質、脳脊髄腔・脳室、その他の構造物を分離して体積測定することも可能である。 In this experimental example, the total brain volume and hippocampal volume were obtained, but as long as the brain template was prepared in advance, the gray matter, white matter, cerebrospinal cavity / ventricle, and other structures could be separated and measured. Is also possible.
アルツハイマー病で病期の早い段階で海馬を含む内側側頭葉の萎縮がみられるが、これを体積測定することによりどの程度萎縮しているかを客観的に知ることができ、正常者の体積と比較することにより早期診断をすることができる。本法は約10分で体積測定が可能であることより日常診療のルーチンとして実施できる。 In the early stage of Alzheimer's disease, atrophy of the medial temporal lobe including the hippocampus is seen, but by measuring this volume it is possible to objectively know how much it is atrophy, and the volume of the normal person An early diagnosis can be made by comparison. Since this method can measure the volume in about 10 minutes, it can be implemented as a routine of daily medical care.
本法を予め各社MRI装置の操作コンピュータにインストールしておけば、MRIの撮像が終了後10分で目的とする部位の体積を算出することが可能である。 If this method is installed in advance in the operation computer of each company's MRI apparatus, the volume of the target region can be calculated 10 minutes after the MRI imaging is completed.
また本法は、MRIとSPECT・PET画像とを重ね合わせることにより、SPECT・PETが持つ血流・代謝量を局所的に測定することが可能となり、本法は多方面において多大な拡張性を有している。 In addition, this method can locally measure the blood flow and metabolism of SPECT / PET by superimposing MRI and SPECT / PET images. Have.
図30は、本発明のコンピュータ・プログラム(頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム)を実行するコンピュータの内部回路90を示すブロック図である。図30に示されるように、CPU91、ROM92、RAM93、画像制御部96、コントローラ98、入力制御部100および外部インタフェース(Interface : I/F)部101はバス102に接続されている。図30において、上述の本発明のコンピュータ・プログラムは、ROM92、ディスク97aまたはCD−ROM97n等の記録媒体(脱着可能な記録媒体を含む)に記録されている。ディスク97aまたはCD−ROM97n等の記録媒体には、上述した第1脳画像データ記録部1、第2脳画像データ記録部2、分離後脳画像データ記録部5、関心領域記録部6および識別脳画像データ記録部8等が記録されている。 FIG. 30 is a block diagram showing an internal circuit 90 of a computer that executes the computer program ( intracranial volume and local brain structure analysis program) of the present invention. As shown in FIG. 30, the CPU 91, ROM 92, RAM 93, image control unit 96, controller 98, input control unit 100 and external interface (Interface: I / F) unit 101 are connected to a bus 102. In FIG. 30, the above-described computer program of the present invention is recorded on a recording medium (including a removable recording medium) such as a ROM 92, a disk 97a or a CD-ROM 97n. The recording medium such as the disk 97a or the CD-ROM 97n includes the first brain image data recording unit 1, the second brain image data recording unit 2, the post-separation brain image data recording unit 5, the region of interest recording unit 6, and the discriminating brain. An image data recording unit 8 and the like are recorded.
本発明のコンピュータ・プログラムは、ROM92からバス102を介し、またはディスク97a若しくはCD−ROM97n等の記録媒体からコントローラ98を経由してバス102を介しRAM93へロードされる。画像制御部96は脳画像データをVRAM95へ送出し、表示部94はVRAM95から送出された脳画像データに基づいて脳画像を表示するディスプレイ等の表示装置である。VRAM95は表示部94の一画面分のデータ容量に相当する容量を有している画像メモリである。入力操作部99はコンピュータに入力を行うためのマウス、テンキー等の入力装置であり、入力制御部100は入力操作部99と接続され入力制御等を行う。外部I/F部101は、例えばインターネット等の外部の通信網(不図示)と接続する際のインタフェース機能を有している。 The computer program of the present invention is loaded into the RAM 93 from the ROM 92 via the bus 102 or from a recording medium such as the disk 97a or CD-ROM 97n via the controller 98 via the bus 102. The image control unit 96 sends brain image data to the VRAM 95, and the display unit 94 is a display device such as a display that displays a brain image based on the brain image data sent from the VRAM 95. The VRAM 95 is an image memory having a capacity corresponding to the data capacity of one screen of the display unit 94. The input operation unit 99 is an input device such as a mouse or a numeric keypad for inputting to the computer. The input control unit 100 is connected to the input operation unit 99 and performs input control and the like. The external I / F unit 101 has an interface function when connecting to an external communication network (not shown) such as the Internet.
上述のようにCPU91が本発明のコンピュータ・プログラムを実行することにより、本発明の目的を達成することができる。当該コンピュータ・プログラムは上述のようにCD−ROM97n等の記録媒体の形態でコンピュータCPU91に供給することができ、当該コンピュータ・プログラムを記録したCD−ROM97n等の記録媒体も同様に本発明を構成することになる。当該コンピュータ・プログラムを記録した記録媒体としては上述された記録媒体の他に、例えばメモリ・カード、メモリ・スティック、DVD、光ディスク、FD等を用いることができる。 As described above, the CPU 91 executes the computer program of the present invention to achieve the object of the present invention. The computer program can be supplied to the computer CPU 91 in the form of a recording medium such as a CD-ROM 97n as described above, and a recording medium such as a CD-ROM 97n on which the computer program is recorded also constitutes the present invention. It will be. As the recording medium on which the computer program is recorded, for example, a memory card, a memory stick, a DVD, an optical disk, an FD, or the like can be used in addition to the recording medium described above.
本発明の活用例として、特に海馬のような脳の小さな構造物に対する実際の臨床診断に適用することができる。短時間(約10分)で体積測定が可能であるため、日常診療のルーチンに適用することができる。本発明の頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラムによりROIsが設定されたMRIとSPECTまたはPET画像とを重ね合わせることにより、SPECT・PETが持つ血流・代謝量を局所的に測定することが可能となるため、多方面に適用することができる。 As an application example of the present invention, it can be applied to an actual clinical diagnosis for a small brain structure such as the hippocampus. Since volume measurement is possible in a short time (about 10 minutes), it can be applied to routines of daily medical care. It is possible to locally measure the blood flow / metabolic amount of SPECT / PET by superimposing the MRI in which ROIs are set by the intracranial volume and local brain structure analysis program of the present invention and the SPECT or PET image. Since it becomes possible, it can be applied to various fields.
1 第1脳画像データ記録部、 2 第2脳画像データ記録部、 3、3AN、3ic、3VOI 被験者の脳の脳画像データ、 3GM、3GM’ 灰白質部分の脳画像データ、 3WM 白質部分の脳画像データ、 3CSF 脳脊髄液部分の脳画像データ、 5 分離後脳画像データ記録部、 6、6ic、6VOI 関心領域記録部、 7ic、7VOI 標準脳の脳画像データ、 8 識別脳画像データ記録部、 9ic 頭蓋内識別脳画像データ、 9ALL 全灰白質・白質識別脳画像データ、 9GM 全灰白質識別脳画像データ、 20 DICOMフォーマット形式、 21 グループ番号、 22 エレメント番号、 23 データタイプ、 24 データ長、 25 データ、 30 3次元空間、 31 対象、 40 プログラム、 41 画像データファイル、 42 ヘッダーファイル、 43 定義部、 44 プログラム部、 43x x軸方向のデータ、 43y y軸方向のデータ、 43z z軸方向のデータ、 45 ヘッダーファイル42のサイズ、 46 画像データのマトリックスサイズ、 47 画像データの型、 48 画像データのピクセルサイズ、 49 ファイルの終わり(EOF)、 51、52、53、54 被験者の脳の脳画像データ3ANの模式的表示、 60 被験者の脳、 70、71、72 横断面像、 80 MNI座標系の標準脳の灰白質部分の脳画像データ、 90 内部回路、 91 CPU、 92 ROM、 93 RAM、 95 VRAM、 96 画像制御部、 97a ディスク、 97n CD−ROM、 98 コントローラ、 99 入力操作部、 100 入力制御部、 101 外部I/F部、 102 バス。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st brain image data recording part, 2 2nd brain image data recording part, 3, 3AN, 3ic, 3VOI Brain image data of a test subject's brain, 3GM, 3GM 'Gray matter part brain image data, 3WM White matter part brain Image data, 3CSF brain image data of cerebrospinal fluid portion, 5 post-separation brain image data recording unit, 6, 6ic, 6VOI region of interest recording unit, 7ic, 7VOI brain image data of standard brain, 8 identification brain image data recording unit, 9ic intracranial identification brain image data, 9ALL all gray matter / white matter identification brain image data, 9GM all gray matter identification brain image data, 20 DICOM format, 21 group number, 22 element number, 23 data type, 24 data length, 25 Data, 30 3D space, 31 object, 40 program, 41 image data file, 42 header File, 43 definition part, 44 program part, 43x x-axis direction data, 43y y-axis direction data, 43z z-axis direction data, 45 header file 42 size, 46 image data matrix size, 47 image data type , 48 pixel size of image data, 49 end of file (EOF), 51, 52, 53, 54 schematic representation of brain image data 3AN of subject's brain, 60 subject's brain, 70, 71, 72 cross-sectional image, Brain image data of gray matter portion of standard brain of 80 MNI coordinate system, 90 internal circuit, 91 CPU, 92 ROM, 93 RAM, 95 VRAM, 96 image control unit, 97a disk, 97n CD-ROM, 98 controller, 99 inputs Operation unit, 100 input control unit, 101 external I / F unit, 102 bus.
Claims (21)
コンピュータ断層撮像法により測定され脳画像データ記録部に記録された被験者の脳の脳画像データについて、所定の範囲の被験者の脳の脳画像データを抽出する抽出ステップ、
前記抽出ステップで抽出された被験者の脳の脳画像データにおける前交連−後交連ラインを標準脳の脳画像データにおける前交連−後交連ラインの近傍へ合わせる画像重ね合わせを行う画像重ね合わせステップ、
前記画像重ね合わせステップで画像重ね合わせが行なわれた被験者の脳の脳画像データから、頭蓋内容積の算出を行わない場合は少なくとも灰白質部分の脳画像データを分離して分離後脳画像データ記録部に記録する分離ステップ、
標準脳の脳画像データ内に関心領域を設定して関心領域記録部に記録する関心領域設定ステップ、
前記関心領域記録部に記録された標準脳の脳画像データを標準脳における灰白質部分の脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された前記被験者の脳における灰白質部分の脳画像データとに基づき変形することにより、関心領域が設定された標準脳の脳画像データを被験者の脳画像データへ合わせる逆の解剖学的正規化を行って、該被験者の脳の脳画像データ内へ該関心領域を変換して該関心領域記録部に記録する関心領域変換ステップを実行させるための頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム。 An intracranial volume and local brain structure analysis program for causing a computer to execute processing of brain image data, comprising:
An extraction step of extracting brain image data of the subject's brain in a predetermined range for the brain image data of the subject's brain measured by computer tomography and recorded in the brain image data recording unit;
An image superposition step for performing image superposition for matching the anterior commissure-posterior commissural line in the brain image data of the subject's brain extracted in the extraction step to the vicinity of the anterior commissure-posterior commissural line in the brain image data of the standard brain;
When the intracranial volume is not calculated from the brain image data of the subject's brain that has undergone image superposition in the image superimposing step, at least the gray matter brain image data is separated and the post-separated brain image data recorded Separation step to record in the part,
A region-of-interest setting step in which a region of interest is set in the brain image data of the standard brain and recorded in the region-of-interest recording unit;
The brain image data of the standard brain recorded in the region of interest recording unit is the brain image data of the gray matter part in the standard brain and the brain image of the gray matter part in the subject's brain recorded in the post-separation brain image data recording unit. The brain image data of the standard brain in which the region of interest is set is subjected to the reverse anatomical normalization to match the brain image data of the subject, and into the brain image data of the subject's brain . An intracranial volume and local brain structure analysis program for executing a region of interest conversion step of converting the region of interest and recording it in the region of interest recording unit.
コンピュータ断層撮像法により測定され第1のフォーマットで第1脳画像データ記録部に記録された被験者の脳の脳画像データを第2のフォーマットへ変換して第2脳画像データ記録部に記録するフォーマット変換ステップをさらに備え、
前記抽出ステップは、前記フォーマット変換ステップで第2脳画像データ記録部に記録された被験者の脳の脳画像データについて頭頂部を同定し、同定された該頭頂部から所定の範囲の被験者の脳の脳画像データを抽出することを特徴とする頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム。 In the intracranial volume and local brain structure analysis program according to claim 1 , prior to the extraction step,
A format in which brain image data of a subject's brain measured by a computer tomography method and recorded in a first brain image data recording unit in a first format is converted into a second format and recorded in a second brain image data recording unit A conversion step ,
The extraction step identifies the head of the brain image data of the subject's brain recorded in the second brain image data recording unit in the format conversion step, and the brain of the subject within a predetermined range from the identified top of the head. intracranial volume and local brain structure analysis program and extracting the brain image data.
前記前処理ステップにおけるコンピュータ断層撮像法は磁気共鳴画像法であり、
前記関心領域変換ステップで前記関心領域記録部に記録された被験者の脳の脳画像データ内に変換された前記関心領域に基づき、該関心領域の容積を算出する容積算出ステップをさらに備えたことを特徴とする頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム。 In the intracranial volume and local brain structure analysis program according to any one of claims 1 to 3,
The computed tomography in the preprocessing step is magnetic resonance imaging,
A volume calculation step of calculating a volume of the region of interest based on the region of interest converted in the brain image data of the subject's brain recorded in the region of interest recording unit in the region of interest conversion step; Characteristic intracranial volume and local brain structure analysis program.
前記前処理ステップで取得され前記分離後脳画像データ記録部に記録された脳画像データは、各々分離された灰白質部分の脳画像データと白質部分の脳画像データと脳脊髄液部分の脳画像データとを含み、
前記関心領域設定ステップは、標準脳の脳画像データ内に頭蓋内全体の頭蓋内関心領域を設定して標準脳の脳画像データを前記関心領域記録部に記録し、
前記関心領域変換ステップは、前記関心領域記録部に記録された頭蓋内関心領域が設定された標準脳の脳画像データを標準脳における灰白質部分の脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された前記被験者の脳における灰白質部分の脳画像データとに基づき変形することにより、該被験者の脳の脳画像データ内へ該頭蓋内関心領域を変換して該関心領域記録部に記録し、
前記容積算出ステップは、
前記分離後脳画像データ記録部に記録された脳画像データを用いることにより、前記関心領域記録部に記録された頭蓋内関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データから頭蓋内関心領域を識別する頭蓋内識別脳画像データを作成して識別脳画像データ記録部に記録する頭蓋内識別脳画像データ作成ステップと、
前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データ及び白質部分の脳画像データと、前記識別脳画像データ記録部に記録された頭蓋内識別脳画像データとに基づき、全灰白質及び全白質を識別する全灰白質・全白質識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する全灰白質・全白質識別脳画像データ作成ステップと、
前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された白質部分の脳画像データとに基づき、全灰白質を識別する全灰白質識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する全灰白質識別脳画像データ作成ステップと、
頭蓋内関心領域の容積を算出する場合、
前記識別脳画像データ記録部に記録された頭蓋内識別脳画像データにより識別される頭蓋内関心領域における総ボクセル値に所定の数値を乗じて該頭蓋内関心領域の容積を算出するステップと、
前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データ及び白質部分の脳画像データとに基づき、全灰白質及び全白質の領域における総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該全灰白質及び全白質の領域の容積を算出する全灰白質・全白質領域容積算出ステップと、
前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質識別脳画像データにより識別される全灰白質の領域において、前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと対応するボクセルにおけるボクセル値の合計値を求め、該合計値に所定の数値を乗ずることにより該全灰白質の領域の容積を算出する全灰白質領域容積算出ステップと、
前記全灰白質・全白質領域容積算出ステップで求められた全灰白質及び全白質の領域における総ボクセル値から前記全灰白質領域容積算出ステップで求められた前記合計値を減じることにより、全白質の領域における総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該全白質の領域の容積を算出する全白質領域容積算出ステップとを備えたことを特徴とする頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム。 In the intracranial volume and local brain structure analysis program according to claim 4,
The brain image data acquired in the pre-processing step and recorded in the post-separation brain image data recording unit are the brain image data of the gray matter portion, the brain image data of the white matter portion, and the brain image of the cerebrospinal fluid portion, respectively. Data and
The region-of-interest setting step sets an intracranial region of interest in the entire skull within the brain image data of the standard brain, records the brain image data of the standard brain in the region of interest recording unit,
In the region of interest conversion step, the brain image data of the standard brain in which the intracranial region of interest recorded in the region of interest recording unit is set, the brain image data of the gray matter portion in the standard brain and the post-separated brain image data recording unit The intracranial region of interest is converted into the brain image data of the subject's brain and is recorded in the region of interest recording unit by being deformed based on the brain image data of the gray matter portion in the subject's brain recorded in And
The volume calculating step includes
By using the brain image data recorded in the post-separation brain image data recording unit, the intracranial region of interest is obtained from the brain image data of the subject's brain converted from the intracranial region of interest recorded in the region of interest recording unit. Intracranial identification brain image data creating step of creating intracranial identification brain image data to be identified and recording the identification brain image data recording unit;
Based on the gray matter brain image data and white matter brain image data recorded in the post-separation brain image data recording unit, and the intracranial identification brain image data recorded in the identification brain image data recording unit, A gray matter / whole white matter identification brain image data creating step for creating a whole gray matter / whole white matter identification brain image data for identifying gray matter and whole white matter and recording it in the identification brain image data recording unit;
Based on the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data recorded in the discrimination brain image data recording section and the brain image data of the white matter portion recorded in the post-separation brain image data recording section, the total gray matter is identified. Creating a whole gray matter identification brain image data and recording it in the identification brain image data recording unit;
When calculating the volume of the region of interest within the skull,
Multiplying the total voxel value in the intracranial region of interest identified by the intracranial identification brain image data recorded in the discriminating brain image data recording unit by calculating a volume of the intracranial region of interest;
Whole gray matter / whole white matter identification brain image data recorded in the identification brain image data recording unit, gray matter portion brain image data and white matter portion brain image data recorded in the separated brain image data recording unit Based on the total gray matter and the total white matter region, a total voxel value in the whole gray matter and the total white matter region is obtained, and the total gray matter and the total white matter region are calculated by multiplying the total voxel value by a predetermined numerical value. A volume calculating step;
Corresponding to the brain image data of the gray matter portion recorded in the post-separation brain image data recording unit in the whole gray matter region identified by the whole gray matter identification brain image data recorded in the identification brain image data recording unit A total gray matter region volume calculating step of calculating a total value of voxel values in the voxels to be calculated and calculating a volume of the total gray matter region by multiplying the total value by a predetermined numerical value;
By subtracting the total value determined in the total gray matter region volume calculation step from the total voxel value in the total gray matter and total white matter region determined in the total gray matter / total white matter region volume calculation step, total white matter obtains the total voxel value in the region, intracranial volume, characterized in that a total white matter area volume calculation step of calculating the volume of the region of該全white matter by multiplying a predetermined value to said total voxel value and Local brain structure analysis program.
前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データの輪郭部では前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと白質部分の脳画像データとの対応するボクセルのボクセル値の中で大きい方のボクセル値を用い、該全灰白質・全白質識別脳画像データの内部ではボクセル値1を用いることにより、全灰白質及び全白質の領域における総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該全灰白質及び全白質の領域の容積を算出することを特徴とする頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム。 The intracranial volume and local brain structure analysis program according to claim 5, wherein the total gray matter / total white matter region volume calculating step includes:
In the outline portion of the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data recorded in the discrimination brain image data recording unit, the brain image data of the gray matter portion and the brain image of the white matter portion recorded in the post-separation brain image data recording unit Using the larger voxel value of the voxel values corresponding to the data, and using the voxel value 1 in the whole gray matter / whole white matter identification brain image data, the whole gray matter and the whole white matter region A program for analyzing intracranial volume and a local brain structure , wherein the total voxel value is calculated and the total gray matter and the volume of the whole white matter region are calculated by multiplying the total voxel value by a predetermined numerical value.
前記関心領域設定ステップは、標準脳の脳画像データ内に頭蓋内全体の頭蓋内関心領域を設定すると共に、別の標準脳の脳画像データ内に頭蓋内の一部の局所関心領域を設定して各々の標準脳の脳画像データを前記関心領域記録部に記録し、
前記関心領域変換ステップは、前記関心領域記録部に記録された頭蓋内関心領域が設定された標準脳の脳画像データを標準脳における灰白質部分の脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された前記被験者の脳における灰白質部分の脳画像データとに基づき変形することにより、該被験者の脳の脳画像データ内へ該頭蓋内関心領域を変換して該関心領域記録部に記録すると共に、前記関心領域記録部に記録された局所関心領域が設定された標準脳の脳画像データを標準脳における灰白質部分の脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された前記被験者の脳における灰白質部分の脳画像データとに基づき変形することにより、該被験者の脳の脳画像データ内へ該局所関心領域を変換して該関心領域記録部に記録し、
前記容積算出ステップは、局所内関心領域の容積を算出する場合、
前記全灰白質・全白質識別脳画像データ作成ステップで作成され前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データにより識別される全灰白質及び全白質の領域と前記関心領域変換ステップで前記関心領域記録部に記録された局所関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データにより示される局所関心領域との共通領域において、前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データ及び白質部分の脳画像データとに基づき、該局所関心領域における灰白質及び白質の総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該局所関心領域における灰白質及び白質の容積を算出する局所灰白質・白質容積算出ステップと、
前記全灰白質識別脳画像データ作成ステップで作成され前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質識別脳画像データにより識別される全灰白質の領域と前記関心領域変換ステップで前記関心領域記録部に記録された局所関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データにより示される局所関心領域との共通領域において、前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと対応するボクセルにおけるボクセル値の合計値を求め、該合計値に所定の数値を乗ずることにより該局所関心領域における灰白質の容積を算出する局所灰白質容積算出ステップと、
前記局所灰白質・白質容積算出ステップで求められた局所関心領域における灰白質及び白質の総ボクセル値から、前記局所灰白質容積算出ステップで求められた前記合計値を減じることにより、局所関心領域の白質の領域における総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該局所関心領域における白質の容積を算出する局所白質領域容積算出ステップとをさらに備えたことを特徴とする頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム。 In the intracranial volume and local brain structure analysis program according to claim 5 or 6,
In the region-of-interest setting step, an entire intracranial region of interest within the skull is set in the brain image data of the standard brain, and a local region of interest within the skull is set in another brain image data of the standard brain. Record the brain image data of each standard brain in the region of interest recording unit,
In the region of interest conversion step, the brain image data of the standard brain in which the intracranial region of interest recorded in the region of interest recording unit is set, the brain image data of the gray matter portion in the standard brain and the post-separated brain image data recording unit The intracranial region of interest is converted into the brain image data of the subject's brain and is recorded in the region of interest recording unit by being deformed based on the brain image data of the gray matter portion in the subject's brain recorded in In addition, the brain image data of the standard brain in which the local region of interest recorded in the region of interest recording unit is set, the brain image data of the gray matter portion in the standard brain and the post-separated brain image data recording unit By transforming based on the brain image data of the gray matter portion in the subject's brain, the local region of interest is converted into the brain image data of the subject's brain and recorded in the region of interest recording unit,
The volume calculating step calculates the volume of the local region of interest,
Whole gray matter and whole white matter regions identified by the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data created in the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data creation step and recorded in the discrimination brain image data recording unit; In the common region with the local region of interest indicated by the brain image data of the subject's brain converted from the local region of interest recorded in the region of interest recording unit in the region of interest conversion step, the post-separation brain image data recording unit Based on the recorded gray matter portion brain image data and white matter portion brain image data, a total voxel value of gray matter and white matter in the local region of interest is obtained, and the total voxel value is multiplied by a predetermined numerical value. A local gray matter / white matter volume calculating step for calculating gray matter and white matter volume in the local region of interest;
A region of total gray matter identified by the whole gray matter identification brain image data created in the whole gray matter identification brain image data creation step and recorded in the discrimination brain image data recording unit, and the region of interest in the region of interest conversion step The brain image of the gray matter portion recorded in the post-separation brain image data recording unit in the common region with the local region of interest indicated by the brain image data of the subject's brain converted from the local region of interest recorded in the recording unit Determining a total value of voxel values in the voxel corresponding to the data, and calculating a gray matter volume in the local region of interest by multiplying the total value by a predetermined numerical value; and
By subtracting the total value determined in the local gray matter volume calculation step from the total gray matter and white matter voxel values in the local interest region determined in the local gray matter / white matter volume calculation step, obtains the total voxel value in the area of white matter, characterized by further comprising a local white matter region volume calculation step of calculating the white matter volume in said local region of interest by multiplying the predetermined number to said total voxel value cranium Internal volume and local brain structure analysis program.
前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データにより識別される全灰白質及び全白質の領域と前記関心領域記録部に記録された局所関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データにより示される局所関心領域との共通領域において、該共通領域の輪郭部では前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと白質部分の脳画像データとの対応するボクセルのボクセル値の中で大きい方のボクセル値を用い、該共通領域の内部ではボクセル値1を用いることにより、該局所関心領域における灰白質及び白質の領域における総ボクセルを求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該局所関心領域における灰白質及び白質の容積を算出することを特徴とする頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム。 The intracranial volume and local brain structure analysis program according to claim 7, wherein the local gray matter / white matter volume calculating step includes:
The whole gray matter and the whole white matter region identified by the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data recorded in the discriminating brain image data recording unit and the local region of interest recorded in the region of interest recording unit are converted. In the common area with the local region of interest indicated by the brain image data of the subject's brain, the brain image data of the gray matter portion and the brain of the white matter portion recorded in the post-separation brain image data recording portion in the outline portion of the common region The voxel value of the voxel corresponding to the image data is used, and the voxel value 1 is used inside the common region, thereby obtaining the total voxels in the gray matter and white matter regions in the local region of interest. determined, intracranial volume and topical and calculates the gray matter and white matter of the volume in said local region of interest by multiplying the predetermined number in the aggregate voxel value Structural analysis program.
前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと白質部分の脳画像データと脳脊髄液部分の脳画像データとを加算する脳画像データ加算ステップと、
前記脳画像データ加算ステップで加算された脳画像データに所定の平滑化を施す脳画像データ平滑化ステップと、
前記脳画像データ平滑化ステップで平滑化が施された脳画像データについて所定の閾値に基づき2値化を行なう脳画像データ2値化ステップと、
前記脳画像データ2値化ステップで2値化された脳画像データと前記関心領域変換ステップで頭蓋内関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データとの論理積をとることにより、頭蓋内関心領域を識別する頭蓋内識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する頭蓋内論理積ステップとを備えたことを特徴とする頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム。 The intracranial volume and local brain structure analysis program according to any one of claims 5 to 8, wherein the intracranial identification brain image data creation step includes:
A brain image data addition step of adding the brain image data of the gray matter portion, the brain image data of the white matter portion and the brain image data of the cerebrospinal fluid portion recorded in the post-separation brain image data recording unit;
A brain image data smoothing step for applying a predetermined smoothing to the brain image data added in the brain image data adding step;
A brain image data binarization step for binarizing the brain image data smoothed in the brain image data smoothing step based on a predetermined threshold;
By calculating the logical product of the brain image data binarized in the brain image data binarizing step and the brain image data of the subject's brain whose intracranial region of interest has been converted in the region of interest conversion step, An intracranial volume and local brain structure analysis program, comprising: an intracranial logical product step of creating intracranial identification brain image data for identifying a region of interest and recording it in the discriminating brain image data recording unit.
前記全灰白質・全白質識別脳画像データ作成ステップは、
前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データについて所定の閾値に基づき2値化を行なう灰白質部分脳画像データ2値化ステップと、
前記分離後脳画像データ記録部に記録された白質部分の脳画像データについて所定の閾値に基づき2値化を行なう白質部分脳画像データ2値化ステップと、
前記灰白質部分脳画像データ2値化ステップで2値化された灰白質部分の脳画像データと前記白質部分脳画像データ2値化ステップで2値化された白質部分の脳画像データとの論理和を求める灰白質・白質部分脳画像データ論理和ステップと、
前記灰白質・白質部分脳画像データ論理和ステップで論理和が求められた脳画像データについて、所定の部分を1値で埋め込む操作を施す埋め込みステップと、
前記埋め込みステップで埋め込む操作を施された脳画像データと前記識別脳画像データ記録部に記録された頭蓋内識別脳画像データとの論理積をとることにより、全灰白質及び全白質を識別する全灰白質・全白質識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する全灰白質・全白質論理積ステップとを備え、
前記全灰白質識別脳画像データ作成ステップは、
前記白質部分脳画像データ2値化ステップで2値化された白質部分の脳画像データについて、所定の部分を1値で埋め込む操作を施す白質部分埋め込みステップと、
前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データから、前記白質部分埋め込みステップで埋め込む操作が施された白質部分の脳画像データを差分することにより、全灰白質識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する全灰白質差分ステップとを備えたことを特徴とする頭蓋内容積および局所脳構造物解析プログラム。 In the intracranial volume and local brain structure analysis program according to any one of claims 5 to 9,
The whole gray matter / whole white matter identification brain image data creation step includes:
A gray matter partial brain image data binarization step for binarizing the gray matter brain image data recorded in the post-separation brain image data recording unit based on a predetermined threshold;
A white matter partial brain image data binarization step for binarizing the brain image data of the white matter portion recorded in the post-separation brain image data recording unit based on a predetermined threshold;
Logic between the gray matter brain image data binarized in the gray matter partial brain image data binarization step and the white matter brain image data binarized in the white matter partial brain image data binarization step Gray matter / white matter partial brain image data logical sum step for sum,
An embedding step of performing an operation of embedding a predetermined portion with one value for the brain image data obtained by the logical sum in the gray matter / white matter partial brain image data logical step,
By taking the logical product of the brain image data subjected to the embedding operation in the embedding step and the intracranial identification brain image data recorded in the identification brain image data recording unit, all gray matter and all white matter are identified. A gray matter / whole white matter discrimination brain image data is created and recorded in the discrimination brain image data recording unit, and a gray matter / whole white matter AND step,
The whole gray matter identification brain image data creation step includes:
A white matter partial embedding step of performing an operation of embedding a predetermined portion with one value for the white matter brain image data binarized in the white matter partial brain image data binarization step;
By subtracting the white matter portion brain image data subjected to the embedding operation in the white matter portion embedding step from the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data recorded in the discrimination brain image data recording unit, An intracranial volume and local brain structure analysis program, comprising: a whole gray matter difference step for creating discrimination brain image data and recording the discrimination brain image data in the discrimination brain image data recording unit.
コンピュータ断層撮像法により測定され脳画像データ記録部に記録された被験者の脳の脳画像データについて、所定の範囲の被験者の脳の脳画像データを抽出する抽出ステップと、
前記抽出ステップで抽出された被験者の脳の脳画像データにおける前交連−後交連ラインを標準脳の脳画像データにおける前交連−後交連ラインの近傍へ合わせる画像重ね合わせを行う画像重ね合わせステップと、
前記画像重ね合わせステップで画像重ね合わせが行なわれた被験者の脳の脳画像データから、頭蓋内容積の算出を行わない場合は少なくとも灰白質部分の脳画像データを分離して分離後脳画像データ記録部に記録する分離ステップと、
標準脳の脳画像データ内に関心領域を設定して関心領域記録部に記録する関心領域設定ステップと、
前記関心領域記録部に記録された標準脳の脳画像データを標準脳における灰白質部分の脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された前記被験者の脳における灰白質部分の脳画像データとに基づき変形することにより、関心領域が設定された標準脳の脳画像データを被験者の脳画像データへ合わせる逆の解剖学的正規化を行って、該被験者の脳の脳画像データ内へ該関心領域を変換して該関心領域記録部に記録する関心領域変換ステップとを備えたことを特徴とする頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法。 An intracranial volume and local brain structure analysis method for causing a computer to process brain image data,
Extracting the brain image data of the subject's brain in a predetermined range for the brain image of the subject's brain measured by the computer tomography method and recorded in the brain image data recording unit;
An image superposition step for performing image superposition for matching the anterior commissure-posterior commissure line in the brain image data of the subject's brain extracted in the extraction step to the vicinity of the anterior commissure-posterior commissure line in the brain image data of the standard brain;
When the intracranial volume is not calculated from the brain image data of the subject's brain that has undergone image superposition in the image superimposing step, at least the gray matter brain image data is separated and the post-separated brain image data recorded A separation step to record in a part;
A region of interest setting step of setting a region of interest in the brain image data of the standard brain and recording it in the region of interest recording unit,
The brain image data of the standard brain recorded in the region of interest recording unit is the brain image data of the gray matter part in the standard brain and the brain image of the gray matter part in the subject's brain recorded in the post-separation brain image data recording unit. The brain image data of the standard brain in which the region of interest is set is subjected to the reverse anatomical normalization to match the brain image data of the subject, and into the brain image data of the subject's brain . A region-of-cranial volume and local brain structure analysis method comprising: a region-of-interest conversion step of converting the region of interest and recording the region of interest in a region-of-interest recording unit.
コンピュータ断層撮像法により測定され第1のフォーマットで第1脳画像データ記録部に記録された被験者の脳の脳画像データを第2のフォーマットへ変換して第2脳画像データ記録部に記録するフォーマット変換ステップをさらに備え、
前記抽出ステップは、前記フォーマット変換ステップで第2脳画像データ記録部に記録された被験者の脳の脳画像データについて頭頂部を同定し、同定された該頭頂部から所定の範囲の被験者の脳の脳画像データを抽出することを特徴とする頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法。 The intracranial volume and local brain structure analysis method according to claim 12, wherein , prior to the extraction step,
A format in which brain image data of a subject's brain measured by a computer tomography method and recorded in a first brain image data recording unit in a first format is converted into a second format and recorded in a second brain image data recording unit A conversion step ,
The extraction step identifies the head of the brain image data of the subject's brain recorded in the second brain image data recording unit in the format conversion step, and the brain of the subject within a predetermined range from the identified top of the head. intracranial volume and local brain structure analysis method and extracting the brain image data.
前記前処理ステップにおけるコンピュータ断層撮像法は磁気共鳴画像法であり、
前記関心領域変換ステップで前記関心領域記録部に記録された被験者の脳の脳画像データ内に変換された前記関心領域に基づき、該関心領域の容積を算出する容積算出ステップをさらに備えたことを特徴とする頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法。 The intracranial volume and local brain structure analysis method according to any one of claims 12 to 14,
The computed tomography in the preprocessing step is magnetic resonance imaging,
A volume calculation step of calculating a volume of the region of interest based on the region of interest converted in the brain image data of the subject's brain recorded in the region of interest recording unit in the region of interest conversion step; Characteristic method for analyzing intracranial volume and local brain structure .
前記前処理ステップで取得され前記分離後脳画像データ記録部に記録された脳画像データは、各々分離された灰白質部分の脳画像データと白質部分の脳画像データと脳脊髄液部分の脳画像データとを含み、
前記関心領域設定ステップは、標準脳の脳画像データ内に頭蓋内全体の頭蓋内関心領域を設定して標準脳の脳画像データを前記関心領域記録部に記録し、
前記関心領域変換ステップは、前記関心領域記録部に記録された頭蓋内関心領域が設定された標準脳の脳画像データを標準脳における灰白質部分の脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された前記被験者の脳における灰白質部分の脳画像データとに基づき変形することにより、該被験者の脳の脳画像データ内へ該頭蓋内関心領域を変換して該関心領域記録部に記録し、
前記容積算出ステップは、
前記分離後脳画像データ記録部に記録された脳画像データを用いることにより、前記関心領域記録部に記録された頭蓋内関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データから頭蓋内関心領域を識別する頭蓋内識別脳画像データを作成して識別脳画像データ記録部に記録する頭蓋内識別脳画像データ作成ステップと、
前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データ及び白質部分の脳画像データと、前記識別脳画像データ記録部に記録された頭蓋内識別脳画像データとに基づき、全灰白質及び全白質を識別する全灰白質・全白質識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する全灰白質・全白質識別脳画像データ作成ステップと、
前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された白質部分の脳画像データとに基づき、全灰白質を識別する全灰白質識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する全灰白質識別脳画像データ作成ステップと、
頭蓋内関心領域の容積を算出する場合、
前記識別脳画像データ記録部に記録された頭蓋内識別脳画像データにより識別される頭蓋内関心領域における総ボクセル値に所定の数値を乗じて該頭蓋内関心領域の容積を算出するステップと、
前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データ及び白質部分の脳画像データとに基づき、全灰白質及び全白質の領域における総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該全灰白質及び全白質の領域の容積を算出する全灰白質・全白質領域容積算出ステップと、
前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質識別脳画像データにより識別される全灰白質の領域において、前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと対応するボクセルにおけるボクセル値の合計値を求め、該合計値に所定の数値を乗ずることにより該全灰白質の領域の容積を算出する全灰白質領域容積算出ステップと、
前記全灰白質・全白質領域容積算出ステップで求められた全灰白質及び全白質の領域における総ボクセル値から前記全灰白質領域容積算出ステップで求められた前記合計値を減じることにより、全白質の領域における総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該全白質の領域の容積を算出する全白質領域容積算出ステップとを備えたことを特徴とする頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法。 The intracranial volume and local brain structure analysis method according to claim 15,
The brain image data acquired in the pre-processing step and recorded in the post-separation brain image data recording unit are the brain image data of the gray matter portion, the brain image data of the white matter portion, and the brain image of the cerebrospinal fluid portion, respectively. Data and
The region-of-interest setting step sets an intracranial region of interest in the entire skull within the brain image data of the standard brain, records the brain image data of the standard brain in the region of interest recording unit,
In the region of interest conversion step, the brain image data of the standard brain in which the intracranial region of interest recorded in the region of interest recording unit is set, the brain image data of the gray matter portion in the standard brain and the post-separated brain image data recording unit The intracranial region of interest is converted into the brain image data of the subject's brain and is recorded in the region of interest recording unit by being deformed based on the brain image data of the gray matter portion in the subject's brain recorded in And
The volume calculating step includes
By using the brain image data recorded in the post-separation brain image data recording unit, the intracranial region of interest is obtained from the brain image data of the subject's brain converted from the intracranial region of interest recorded in the region of interest recording unit. Intracranial identification brain image data creating step of creating intracranial identification brain image data to be identified and recording the identification brain image data recording unit;
Based on the gray matter brain image data and white matter brain image data recorded in the post-separation brain image data recording unit, and the intracranial identification brain image data recorded in the identification brain image data recording unit, A gray matter / whole white matter identification brain image data creating step for creating a whole gray matter / whole white matter identification brain image data for identifying gray matter and whole white matter and recording it in the identification brain image data recording unit;
Based on the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data recorded in the discrimination brain image data recording section and the brain image data of the white matter portion recorded in the post-separation brain image data recording section, the total gray matter is identified. Creating a whole gray matter identification brain image data and recording it in the identification brain image data recording unit;
When calculating the volume of the region of interest within the skull,
Multiplying the total voxel value in the intracranial region of interest identified by the intracranial identification brain image data recorded in the discriminating brain image data recording unit by calculating a volume of the intracranial region of interest;
Whole gray matter / whole white matter identification brain image data recorded in the identification brain image data recording unit, gray matter portion brain image data and white matter portion brain image data recorded in the separated brain image data recording unit Based on the total gray matter and the total white matter region, a total voxel value in the whole gray matter and the total white matter region is obtained, and the total gray matter and the total white matter region are calculated by multiplying the total voxel value by a predetermined numerical value. A volume calculating step;
Corresponding to the brain image data of the gray matter portion recorded in the post-separation brain image data recording unit in the whole gray matter region identified by the whole gray matter identification brain image data recorded in the identification brain image data recording unit A total gray matter region volume calculating step of calculating a total value of voxel values in the voxels to be calculated and calculating a volume of the total gray matter region by multiplying the total value by a predetermined numerical value;
By subtracting the total value determined in the total gray matter region volume calculation step from the total voxel value in the total gray matter and total white matter region determined in the total gray matter / total white matter region volume calculation step, total white matter obtains the total voxel value in the region, intracranial volume, characterized in that a total white matter area volume calculation step of calculating the volume of the region of該全white matter by multiplying a predetermined value to said total voxel value and Local brain structure analysis method.
前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データの輪郭部では前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと白質部分の脳画像データとの対応するボクセルのボクセル値の中で大きい方のボクセル値を用い、該全灰白質・全白質識別脳画像データの内部ではボクセル値1を用いることにより、全灰白質及び全白質の領域における総ボクセルを求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該全灰白質及び全白質の領域の容積を算出することを特徴とする頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法。 The intracranial volume and local brain structure analysis method according to claim 16, wherein the total gray matter / total white matter region volume calculating step includes:
In the outline portion of the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data recorded in the discrimination brain image data recording unit, the brain image data of the gray matter portion and the brain image of the white matter portion recorded in the post-separation brain image data recording unit Using the larger voxel value of the voxel values corresponding to the data, and using the voxel value 1 in the whole gray matter / whole white matter identification brain image data, the whole gray matter and the whole white matter region A method for analyzing intracranial volume and a local brain structure, comprising: calculating total voxel values and multiplying the total voxel value by a predetermined numerical value to calculate the volume of the total gray matter and the total white matter region.
前記関心領域設定ステップは、標準脳の脳画像データ内に頭蓋内全体の頭蓋内関心領域を設定すると共に、別の標準脳の脳画像データ内に頭蓋内の一部の局所関心領域を設定して各々の標準脳の脳画像データを前記関心領域記録部に記録し、
前記関心領域変換ステップは、前記関心領域記録部に記録された頭蓋内関心領域が設定された標準脳の脳画像データを標準脳における灰白質部分の脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された前記被験者の脳における灰白質部分の脳画像データとに基づき変形することにより、該被験者の脳の脳画像データ内へ該頭蓋内関心領域を変換して該関心領域記録部に記録すると共に、前記関心領域記録部に記録された局所関心領域が設定された標準脳の脳画像データを標準脳における灰白質部分の脳画像データと前記分離後脳画像データ記録部に記録された前記被験者の脳における灰白質部分の脳画像データとに基づき変形することにより、該被験者の脳の脳画像データ内へ該局所関心領域を変換して該関心領域記録部に記録し、
前記容積算出ステップは、局所内関心領域の容積を算出する場合、
前記全灰白質・全白質識別脳画像データ作成ステップで作成され前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データにより識別される全灰白質及び全白質の領域と前記関心領域変換ステップで前記関心領域記録部に記録された局所関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データにより示される局所関心領域との共通領域において、前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データ及び白質部分の脳画像データとに基づき、該局所関心領域における灰白質及び白質の総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該局所関心領域における灰白質及び白質の容積を算出する局所灰白質・白質容積算出ステップと、
前記全灰白質識別脳画像データ作成ステップで作成され前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質識別脳画像データにより識別される全灰白質の領域と前記関心領域変換ステップで前記関心領域記録部に記録された局所関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データにより示される局所関心領域との共通領域において、前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと対応するボクセルにおけるボクセル値の合計値を求め、該合計値に所定の数値を乗ずることにより該局所関心領域における灰白質の容積を算出する局所灰白質容積算出ステップと、
前記局所灰白質・白質容積算出ステップで求められた局所関心領域における灰白質及び白質の総ボクセル値から、前記局所灰白質容積算出ステップで求められた前記合計値を減じることにより、局所関心領域の白質の領域における総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該局所関心領域における白質の容積を算出する局所白質領域容積算出ステップとをさらに備えたことを特徴とする頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法。 The intracranial volume and local brain structure analysis method according to claim 16 or 17,
In the region-of-interest setting step, an entire intracranial region of interest within the skull is set in the brain image data of the standard brain, and a local region of interest within the skull is set in another brain image data of the standard brain. Record the brain image data of each standard brain in the region of interest recording unit,
In the region of interest conversion step, the brain image data of the standard brain in which the intracranial region of interest recorded in the region of interest recording unit is set, the brain image data of the gray matter portion in the standard brain and the post-separated brain image data recording unit The intracranial region of interest is converted into the brain image data of the subject's brain and is recorded in the region of interest recording unit by being deformed based on the brain image data of the gray matter portion in the subject's brain recorded in In addition, the brain image data of the standard brain in which the local region of interest recorded in the region of interest recording unit is set, the brain image data of the gray matter portion in the standard brain and the post-separated brain image data recording unit By transforming based on the brain image data of the gray matter portion in the subject's brain, the local region of interest is converted into the brain image data of the subject's brain and recorded in the region of interest recording unit,
The volume calculating step calculates the volume of the local region of interest,
Whole gray matter and whole white matter regions identified by the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data created in the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data creation step and recorded in the discrimination brain image data recording unit; In the common region with the local region of interest indicated by the brain image data of the subject's brain converted from the local region of interest recorded in the region of interest recording unit in the region of interest conversion step, the post-separation brain image data recording unit Based on the recorded gray matter portion brain image data and white matter portion brain image data, a total voxel value of gray matter and white matter in the local region of interest is obtained, and the total voxel value is multiplied by a predetermined numerical value. A local gray matter / white matter volume calculating step for calculating gray matter and white matter volume in the local region of interest;
A region of total gray matter identified by the whole gray matter identification brain image data created in the whole gray matter identification brain image data creation step and recorded in the discrimination brain image data recording unit, and the region of interest in the region of interest conversion step The brain image of the gray matter portion recorded in the post-separation brain image data recording unit in the common region with the local region of interest indicated by the brain image data of the subject's brain converted from the local region of interest recorded in the recording unit Determining a total value of voxel values in the voxel corresponding to the data, and calculating a gray matter volume in the local region of interest by multiplying the total value by a predetermined numerical value; and
By subtracting the total value determined in the local gray matter volume calculation step from the total gray matter and white matter voxel values in the local interest region determined in the local gray matter / white matter volume calculation step, obtains the total voxel value in the area of white matter, characterized by further comprising a local white matter region volume calculation step of calculating the white matter volume in said local region of interest by multiplying the predetermined number to said total voxel value cranium Internal volume and local brain structure analysis method.
前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データにより識別される全灰白質及び全白質の領域と前記関心領域記録部に記録された局所関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データにより示される局所関心領域との共通領域において、該共通領域の輪郭部では前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと白質部分の脳画像データとの対応するボクセルのボクセル値の中で大きい方のボクセル値を用い、該共通領域の内部ではボクセル値1を用いることにより、該局所関心領域における灰白質及び白質の領域における総ボクセル値を求め、該総ボクセル値に所定の数値を乗ずることにより該局所関心領域における灰白質及び白質の容積を算出することを特徴とする頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法。 The intracranial volume and local brain structure analysis method according to claim 18, wherein the local gray matter / white matter volume calculating step includes:
The whole gray matter and the whole white matter region identified by the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data recorded in the discriminating brain image data recording unit and the local region of interest recorded in the region of interest recording unit are converted. In the common area with the local region of interest indicated by the brain image data of the subject's brain, the brain image data of the gray matter portion and the brain of the white matter portion recorded in the post-separation brain image data recording portion in the outline portion of the common region By using the larger voxel value of the voxel values of the corresponding voxel with the image data and using the voxel value 1 inside the common region, the total voxel value in the gray matter and white matter regions in the local region of interest look, intracranial volume and station, characterized by calculating the gray matter and white matter of the volume in said local region of interest by multiplying the predetermined number in the aggregate voxel value Brain structure analysis method.
前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データと白質部分の脳画像データと脳脊髄液部分の脳画像データとを加算する脳画像データ加算ステップと、
前記脳画像データ加算ステップで加算された脳画像データに所定の平滑化を施す脳画像データ平滑化ステップと、
前記脳画像データ平滑化ステップで平滑化が施された脳画像データについて所定の閾値に基づき2値化を行なう脳画像データ2値化ステップと、
前記脳画像データ2値化ステップで2値化された脳画像データと前記関心領域変換ステップで頭蓋内関心領域が変換された被験者の脳の脳画像データとの論理積をとることにより、頭蓋内関心領域を識別する頭蓋内識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する頭蓋内論理積ステップとを備えたことを特徴とする頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法。 The intracranial volume and local brain structure analysis method according to any one of claims 16 to 19, wherein the intracranial identification brain image data creation step includes:
A brain image data addition step of adding the brain image data of the gray matter portion, the brain image data of the white matter portion and the brain image data of the cerebrospinal fluid portion recorded in the post-separation brain image data recording unit;
A brain image data smoothing step for applying a predetermined smoothing to the brain image data added in the brain image data adding step;
A brain image data binarization step for binarizing the brain image data smoothed in the brain image data smoothing step based on a predetermined threshold;
By calculating the logical product of the brain image data binarized in the brain image data binarizing step and the brain image data of the subject's brain whose intracranial region of interest has been converted in the region of interest conversion step, A method for analyzing intracranial volume and local brain structure, comprising: an intracranial logical product step of creating intracranial identification brain image data for identifying a region of interest and recording it in the identification brain image data recording unit.
前記全灰白質・全白質識別脳画像データ作成ステップは、
前記分離後脳画像データ記録部に記録された灰白質部分の脳画像データについて所定の閾値に基づき2値化を行なう灰白質部分脳画像データ2値化ステップと、
前記分離後脳画像データ記録部に記録された白質部分の脳画像データについて所定の閾値に基づき2値化を行なう白質部分脳画像データ2値化ステップと、
前記灰白質部分脳画像データ2値化ステップで2値化された灰白質部分の脳画像データと前記白質部分脳画像データ2値化ステップで2値化された白質部分の脳画像データとの論理和を求める灰白質・白質部分脳画像データ論理和ステップと、
前記灰白質・白質部分脳画像データ論理和ステップで論理和が求められた脳画像データについて、所定の部分を1値で埋め込む操作を施す埋め込みステップと、
前記埋め込みステップで埋め込む操作を施された脳画像データと前記識別脳画像データ記録部に記録された頭蓋内識別脳画像データとの論理積をとることにより、全灰白質及び全白質を識別する全灰白質・全白質識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する全灰白質・全白質論理積ステップとを備え、
前記全灰白質識別脳画像データ作成ステップは、
前記白質部分脳画像データ2値化ステップで2値化された白質部分の脳画像データについて、所定の部分を1値で埋め込む操作を施す白質部分埋め込みステップと、
前記識別脳画像データ記録部に記録された全灰白質・全白質識別脳画像データから、前記白質部分埋め込みステップで埋め込む操作が施された白質部分の脳画像データを差分することにより、全灰白質識別脳画像データを作成して前記識別脳画像データ記録部に記録する全灰白質差分ステップとを備えたことを特徴とする頭蓋内容積および局所脳構造物解析方法。 The intracranial volume and local brain structure analysis method according to any one of claims 16 to 20,
The whole gray matter / whole white matter identification brain image data creation step includes:
A gray matter partial brain image data binarization step for binarizing the gray matter brain image data recorded in the post-separation brain image data recording unit based on a predetermined threshold;
A white matter partial brain image data binarization step for binarizing the brain image data of the white matter portion recorded in the post-separation brain image data recording unit based on a predetermined threshold;
Logic between the gray matter brain image data binarized in the gray matter partial brain image data binarization step and the white matter brain image data binarized in the white matter partial brain image data binarization step Gray matter / white matter partial brain image data logical sum step for sum,
An embedding step of performing an operation of embedding a predetermined portion with one value for the brain image data obtained by the logical sum in the gray matter / white matter partial brain image data logical step,
By taking the logical product of the brain image data subjected to the embedding operation in the embedding step and the intracranial identification brain image data recorded in the identification brain image data recording unit, all gray matter and all white matter are identified. A gray matter / whole white matter discrimination brain image data is created and recorded in the discrimination brain image data recording unit, and a gray matter / whole white matter AND step,
The whole gray matter identification brain image data creation step includes:
A white matter partial embedding step of performing an operation of embedding a predetermined portion with one value for the white matter brain image data binarized in the white matter partial brain image data binarization step;
By subtracting the white matter portion brain image data subjected to the embedding operation in the white matter portion embedding step from the whole gray matter / whole white matter discrimination brain image data recorded in the discrimination brain image data recording unit, A method for analyzing intracranial volume and local brain structure, comprising: a whole gray matter difference step of creating discrimination brain image data and recording the discrimination brain image data in the discrimination brain image data recording unit.
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