JP5077823B2 - 脳活動解析方法 - Google Patents

Description

本発明は、脳活動解析方法に関し、空間フィルタ法により所定の時刻での脳内の信号源の推定値を平均化して表示する脳活動解析方法に関するものである。

近年の超伝導デバイス技術の発展に伴い、超電導量子干渉デバイス（superconductive quantum interference device、以下磁束センサという)を利用した脳磁計システムが、医療診断装置として応用されつつある。測定磁場から心疾患や脳機能の解明を行うためには、その発生源である電流源の位置を特定する必要がある。そのためには、測定磁場から電流分布を探すための逆問題を解く必要がある。従って、このような逆問題を高速、かつ、高精度に解くことによって、生体内の活動領域を位置推定することができる脳活動解析方法が開発されつつある。

脳活動解析装置や解析方法に関する先行技術としては下記の特許文献が知られている。
特開２００６−１２２０８６号公報 特開２００７−０２０５９４号公報

このような医療診断装置としての脳波計または脳磁計を用いた信号源解析方法においては、従来、等価電流双極子法（以下、ＥＣＤという）が多く用いられていた。
しかし、ＥＣＤはその性質上、以下の問題があった。
１）近接した複数の信号源を分離できない。
２）ＥＣＤ解析に使用するセンサーの選び方によって結果が変わる。すなわち、
解析に際しセンサー選択に任意性が入ってしまう。

そこで、これらの問題を克服するために、現在では空間フィルタ法（以下、ＳＦという）が使用されてきている。
図４（ａ）は脳活動解析装置の一般的な構成を示すブロック構成図、図４（ｂ）はＳＦの要部を示す模式図、図４（ｃ）は図４（ａ）のフロー説明図である。

図４（ａ）において、１は計測手段であり、図４（ｂ）に示す磁束センサ２により脳内若しくは脳表３の磁場を計測しセンサ信号を出力する。４は解析手段で計測手段１により計測された脳磁場のデータに基づいて脳活動を解析する。

図４（ｃ）は脳活動解析装置の動作を示すフローチャートである。ステップ１において、計測手段１により脳磁場の計測を行う。次にステップ２，３において、図４（ａ）に示す解析手段４により空間フィルタ法を用いて脳活動の強度分布データを求める。次にステップ４において、脳活動の強度分布を表示モニタ５に表示する。

図５（ａ〜ｃ）はＥＣＤおよびＳＦによる信号源の位置の推定結果の一例を示す図である。図５（ａ）は近接した箇所にある真の信号源の位置を示している。図５（ｂ）は図５（ａ）の真の信号源の信号をＥＣＤにより推定した信号源の位置、図５（ｃ）は図５（ａ）の真の信号源の信号をＳＦにより推定した信号源の位置を示す図である。

図に示すようにＥＣＤでは近接した複数の信号源を分離できないという問題があり、ＳＦでは信号源がある広がりを持って（ぼやけて）推定されてしまうという問題があった。
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、信号源がぼやけることのない脳活動解析方法を実現することを目的としている。

このような課題を達成するための本発明の脳活動解析方法は、請求項１においては、
生体の活動に伴って発生する磁場分布を複数の磁束センサで同時に測定し、空間フィルタ法により脳内の信号源を推定して表示装置に表示する脳活動解析方法において、
信号源からの信号を推定して表示するに際しては空間的に最大値および極大値となる箇所のみをピックアップし平均化して表示することを特徴とする。

請求項２においては、請求項１に記載の脳活動解析方法において、
前記信号源からの信号を推定して表示するに際しては所定の時間ごとに区切って表示したことを特徴とする。

以上説明したことから明らかなように本発明の請求項１及び２によれば、次のような効果がある。
本発明では、信号源からの信号を推定して表示するに際し、空間的に最大値および極大値となる箇所のみをピックアップし所定の時間ごとに区切って平均化して表示するので、
信号源がぼやけることのないシャープな画像を表示することができる。

図１（ａ〜ｄ）は従来例を含めて本発明の脳活動解析方法の実施形態の一例を示す説明図である。
はじめにＳＦにおける信号の推定について図２を用いて説明する。
図２に示すようにＳＦは、その性質上、点状の信号源であっても点状の信号源として信号源推定をすることができず、ある広がりを持って信号源推定されてしまう。

図２において、横軸は脳内の位置、縦軸は脳活動の強さを示している。また、矢印（あ）で示す部分は実際の脳活動の信号の強さ、点線（う）で示す曲線はＳＦにより推定された脳活動の信号の強さを示している。

一方、臨床応用などで脳活動、特に自発的な脳活動を解析するにあたって、脳活動の時間平均が重要になる場合が多々ある。そのような場合、ＳＦの結果を用いてそのまま時間平均化処理を行ってしまうと、結果がぼやけてしまい、せっかく近接した信号源を分離したＳＦの特徴が活かされなくなる。

本発明は、ＳＦの特徴をそのまま活かして、脳活動の時間平均を求める脳活動解析方法を提供するものである。
図１（ａ）は脳波形や脳磁計の測定波形を示すもので、横軸は時間、縦軸は測定データの信号の強さを示している。図１（ｂ）は測定磁場からＳＦにより各時刻での推定された脳内の信号源を示すもので、信号源が広がりを持って表示された状態を示している。

図１（ｃ）は図１（ｂ）に示す信号源を一次元で表示した状態を示すもので、（イ），（ロ），（ハ）で示す波形は図１（ｂ）に示す信号に対応している。
（イ）で示す時刻での信号において、矢印（あ）で示す部分は実際の脳活動の信号の強さ、矢印（い）は脳内の位置、点線（う）で示す曲線はＳＦにより推定された脳活動の信号の強さを示している。

また、（ロ）で示す時刻では２つの極大値を示す信号が推定され、（ハ）で示す時刻では比較的強い信号が推定されている。曲線（ｄ）は（イ）〜（ハ）で示す時刻に推定された測定信号をそのまま平均化した結果を表示したもので、信号がぼやけた状態となっている。

図１（ｄ）は本発明のＳＦによる表示結果を示すもので、本発明においては測定された信号の空間的なピーク値および極大値となる箇所をピックアップする。即ち、（イ）で示す時刻では最大値であるあ’のピークのみを、（ロ）で示す時刻では極大値であるえ’および最大値であるのお’のピークのみを（ハ）で示す時刻では最大値であるか’のピークのみをピックアップする。そしてこれらのピークおよび極大値のみを平均化すればｅで示すようにぼやけることなく信号源を区別することができる。

図３（ａ）は従来のＳＦを用いて表示した脳腫瘍患者に対する解析例、図３（ｂ）は同じデータで本発明のＳＦを適用して表示した脳腫瘍患者に対する解析例を示すものである。図３（ａ）の解析結果では腫瘍と目される箇所の表示が全体に広がっているのに対し、図３（ｂ)の本発明を適用した解析結果では腫瘍と目される箇所の表示が狭い範囲に特定されていることがわかる。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。本実施例では脳波計・脳磁計について説明したが、脳機能を測定する装置、例えば、ｆＭＲＩ・ＮＩＲＳなどにも適用可能である。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

本発明および従来の脳活動解析方法の説明図である。 空間フィルタ法による測定信号の出力例を示す図である。 本発明および従来の脳活動解析方法における表示例を示す図である。 等価電流双極子法（ＥＣＤ）と空間フィルタ法（ＳＦ）の推定結果の違いを示す説明図である。 本発明および従来の脳活動解析装置の一例を示す図である。

符号の説明

１ 計測手段
２ 磁束センサ
３ 脳内若しくは脳表
４ 解析手段
５ 表示モニタ

Claims (2)

1. 生体の活動に伴って発生する磁場分布を複数の磁束センサで同時に測定し、空間フィルタ法により脳内の信号源を推定して表示装置に表示する脳活動解析方法において、
   信号源からの信号を推定して表示するに際しては空間的に最大値および極大値となる箇所のみを平均化して表示することを特徴とする脳活動解析方法。
2. 前記信号源からの信号を推定して表示するに際しては所定の時間ごとに区切って表示したことを特徴とする請求項１に記載の脳活動解析方法。

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