JP6694832B2 - 脳の機能的な撮像のための方法及びデバイス - Google Patents
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Description
本発明は、脳の機能的な撮像のための方法及びデバイスに関する。
脳の機能的な撮像は、動物又はヒトの、ニューロン活動と関連した脳の部位の過渡変化を撮像することからなる。異なる特定の機能(例えば、いくつかの肢の変位、いくつかの感覚検出部の使用、感情、記憶など)に対応する脳の部位は、さまざまな動物種又は人間にそれぞれ対応して、周知の機能的な解剖地図(例えば「Paxinos」地図)に列挙され、脳の機能的な撮像は、機能的な撮像が実践されるヒト又は動物のいくつかの活動と合致するこれらの機能的な部位のいくつかでニューロン活動の位置を決定して測定することを可能にする。
−血流の変化に関連した酸化の変化を撮像する機能的MRI(「MRIf」とも呼ばれる)。
−血流によってもたらされるグルコースの結合を撮像する核撮像(PET)。
−機能的な超音波撮像。
本発明の目的は、特にこれらの欠点を克服することである。
(a)ヒト又は動物被験体の脳が、検討される脈管画像を得るために、超音波撮像によって撮像される脈管撮像段階であり、前記被験体が被験体のいくつかの分類に属する、段階。
(b)形状認識によって、検討される脈管画像の少なくとも一部分が被験体の前記分類に対応する脳脈管の地図と自動で比較され、これにより、検討される脈管画像が、脳脈管の地図に位置を決定される、定位段階。
(c)脳の機能的な地図が、前記脳脈管の地図に対応して使用され、この脳脈管の地図に位置を決定された脳の機能的な部位を含み、その結果、少なくとも1つの脳の機能的な部位が、検討される脈管画像上で識別される識別段階。
−定位段階(b)の間に、脳脈管の地図の一部分が、検討される脈管画像と合致され、識別段階の間に、脳脈管の地図の前記部分に対応する機能的な部位のマップが決定され、検討される脈管画像が、機能的な部位の前記マップと重ね合わされる。
−定位段階の間に、脳脈管の地図の前記少なくとも一部分から検討される脈管画像にうつすことを可能にする幾何変形が、決定され、識別段階の間に、検討される脈管画像の機能的なマップが、検討される脈管画像に対応する脳脈管の地図の前記部分に対応して、脳の機能的な地図の一部分にこの幾何変形を適用することによって、決定される。
−定位段階(b)において、前記形状認識が、検討される脈管画像と脳脈管の地図との間の相関によって実行される。
−検討される脈管画像が、脳の少なくとも一部分の血流を表す。
−検討される脈管画像が、脳脈管容量(Mace et al, "Functional ultrasound imaging of the brain: theory and basic principle", IEEE Trans Ultrasonic Ferroelectric Freq. Control. 2013 March;60(3): 492-506参照)、ドップラー力、血流速さ、ドップラーカラー、循環抵抗の代表値(Pourcelot指数又はその他)から選択される少なくとも1つの血液動態情報を包含する。
−機能的な参照脈管マッピングは、3次元マッピングであり、例えば、連続的な平面に複数の脳断面を含むことができる。
−脳脈管の地図が、超音波撮像、血管スキャナ、MRI、CTスキャナから選択される撮像から生じるデータを包含する。
−方法が、撮像段階(a)と定位段階(b)との間に、検討される任意の被験体及び脳脈管の地図に通常存在する少なくとも1つの特徴部位が、検討される脈管画像上で自動で検出され、これにより、検討される脈管画像が、脳脈管の地図に位置を決定される予備定位段階(b0)を更に含む。
−前記特徴部位が、ウイリス多角形、シルビアン静脈、前脳動脈、脳の最大動脈から選択される。
−方法が、以下の副段階を含む機能的な参照脈管マッピングのための少なくとも1つの予備段階(p)を包含する。
(p1)参照撮像副段階であり、
−考慮される被験体の分類から少なくとも1つの被験体の前記脳脈管の地図と、
−超音波撮像より正確な脳の解剖学的な画像をもたらす第2のタイプの撮像によって、考慮される被験体の分類の前記少なくとも1つの被験体の脳を撮像することによって生成される参照解剖地図と、
を生成する参照撮像副段階。
(p2)前記脳の機能的な地図が、脳の、及び典型的な解剖地図上に位置を決定される機能的な部位の、少なくとも1つの典型的な解剖地図を含む機能的な解剖地図から決定される機能的な参照マッピング副段階であって、前記脳脈管の地図上に機能的な解剖地図の機能的な部位の位置を決定するために、前記参照解剖地図を典型的な解剖地図に合致させることによって実行される、機能的な参照マッピング副段階。
−参照撮像のための副段階(p1)の間に、前記脳脈管の地図が、脳の脈管超音波撮像によって生成される。
−機能的な参照マッピング副段階(p2)の間に、参照解剖地図が、形状認識によって典型的な解剖地図と合致される。
−参照マッピングの副段階(p2)の間に、前記参照解剖地図から典型的な解剖地図にうつすことを可能にする幾何変形が決定され、この幾何変形が、脳脈管の地図に適用されて、したがって、脳脈管の地図が、機能的な解剖地図の機能的な部位と合致される。
−前記参照撮像副段階(p1)の間に、いくつかの脈管初期画像が脳の脈管超音波撮像によって、いくつかの初期解剖学的な画像が前記第2のタイプの撮像によって、考慮される被験体の分類のいくつかの被験体に関して連続的に生成され、前記脳脈管の地図及び前記参照解剖地図が、前記初期脈管画像及び初期解剖学的な画像からそれぞれ統計学的な計算により決定される。
−各々の初期脈管画像が3次元である。
−各々の初期脈管画像が2次元であり、機能的な参照脈管マッピングが、複数の連続的な平面に沿って生成された参照脈管画像から得られる。
−被験体の各々の分類が、種、性、年齢、体重から選択される少なくとも1つの基準に対応する。
−刺激が被験体に加えられ、脳脈管画像(VI0)上でこの刺激後の少なくとも1つの周波数部位(1c)の活性化が検出される。
−脳脈管画像上で、脳脈管画像上の少なくとも1つの識別された機能的な部位に向けられる動作が視認され、この動作が前記第2の識別された機能的な部位へ誘導される。
−前記動作が、電極植込、流体注入、波(電磁波、音波、超音波、光波)による遠隔刺激から選択される。
−撮像段階が、モータ駆動組織によって移動することができる少なくとも1つの超音波プローブで実行され、脳脈管画像が少なくとも1つの所望の機能的な部位に対応するまで、前記少なくとも1つのプローブが変位する。
−撮像段階(a)が、3次元画像を生成する少なくとも1つの適合超音波プローブで達成され、2次元画像が、少なくとも1つの所望の機能的な部位に合致する前記3次元画像から抽出される。
−検討される脈管画像を得るために、超音波撮像によってヒト又は動物被験体の脳を撮像するように適合された脈管撮像組織であり、前記被験体が被験体のいくつかの分類に属する、脈管撮像組織と、
−検討される脈管画像を被験体の前記分類に対応する機能的な参照脈管マッピングと自動で比較するように適合された、形状認識による定位のための組織であって、前記機能的な参照脈管マッピングは、被験体の及び脳の機能的な部位の前記分類が典型的な脳脈管ネットワークに対応する、典型的な脳脈管ネットワークを含み、機能的な参照脈管マッピングのどの脳の機能的な部位が検討される脈管画像に対応するかをこの方法で決定するように適合される前記定位組織と、
を含む、上で定められたような方法を適用するデバイスである。
異なる図面では、同じ参照番号は、同一又は類似の要素を表す。
−例えば数百のトランスデューサ2aを含むn超音波トランスデューサ2a(T1〜Tn)のネットワーク2、このネットワーク2は、例えば、2次元画像(2D)を生成するのに好適なトランスデューサ(ネットワーク1D)、又は、更に3次元(3D)画像を生成するように適合された2次元ネットワークのバーであり得る;
−トランスデューサ2のネットワークを制御する、トランスデューサのネットワークにより超音波を発信してこのトランスデューサのネットワークによって捕捉された信号を取得するように適合された電子回路3;
−電子回路3を制御して前記捕捉された信号から得られる超音波を視認するためのコンピュータ4又は類似のデバイス;
を含む。
−トランスデューサのネットワーク2のnトランスデューサT1〜TNに別々に接続されたnアナログ/デジタル変換器11(A/D1)、
−nアナログ/デジタル変換器11にそれぞれ接続されたnバッファメモリ12(B1)、
−バッファメモリ12及びコンピュータ4と通信する、トランスデューサ2のネットワークの方へ送出され前記トランスデューサのネットワークから受け取った信号の処理に適合された中央演算処理装置13(CPU)、
−中央演算処理装置13に接続されたメモリ14(MEM)、
を含むことができる。
(p1)参照撮像副段階であり:
−考慮される被験体の分類から少なくとも1つの被験体の(脳の超音波脈管撮像によって、又は更に血管スキャナ、MRI、CTスキャナによって生成される)前記脳脈管の地図と、
−超音波撮像より正確な脳の解剖学的な画像をもたらす第2のタイプの撮像によって、例えばMRIによって、被験体の考慮される分類から前記少なくとも1つの被験体の脳を撮像することによって生成される参照解剖地図と、
を生成する参照撮像副段階。
(p2)前記脳の機能的な地図が、脳の、及び典型的な解剖地図上に位置を決定される機能的な部位の、少なくとも1つの典型的な解剖地図を含む機能的な解剖地図(Paxinos又はその他)から決定される機能的な参照マッピングのための副段階であって、前記脳脈管の地図上に機能的な解剖地図の機能的な部位の位置を決定するために、前記参照解剖地図を典型的な解剖地図に合致させることによって達成される、機能的な参照マッピング副段階。
(a)撮像:
被験体の脳1は、検討される脈管画像VI0を得るために、超音波撮像によって撮像される。
(b0)任意の予備定位:
任意に、検討される任意の被験体及び脳脈管の地図VAに通常存在する少なくとも1つの特徴部位が自動で検出される大まかな予備定位が、最初に実行される。前記特徴部位は、脳の点又は不変構造、例えば、ウイリス多角形、シルビアン静脈、前脳動脈、脳の最大動脈、であり得る。
(b)定位:
形状認識によって、検討される脈管画像VI0は、検討される被験体が属する被験体の分類に対応する脳脈管の地図VAとの相関により、自動で比較され、これにより、検討される脈管画像VI0は、脳脈管の地図VAに位置を決定される。実際には、脈管の地図VA中に検討される脈管画像VI0を定位するこの段階は、形状認識による決定によって達成され、脈管画像VIRが、脈管の地図VAから生じ、最高で検討される脈管画像VI0に対応する。脈管の地図VAは、連続的な隣接する平面(例えば前頭面又は他の平面)において撮影された一連の2次元脳脈管画像系列VIによって、任意に形成され、上述した定位は、簡略版では、(この場合は2次元画像である)検討される脈管画像VI0に最も近い脳脈管画像VIRを選択することからなる。精密版では、検討される脈管画像VI0が2次元であるときに、この定位はまた、形状認識、画像VI0の平面の配向及び位置、並びに(地図が3次元であるか、又は連続的な隣接する平面において撮影された一連の2次元の脳脈管画像VIによって形成されるかどうかにかかわらず)この平面中に脈管の地図VAから画像VIRを再構成する配向及び位置により決定することからなる。
(c)識別:
前記脳脈管の地図VAに対応する脳の機能的な地図FAの組織によって、少なくとも1つの脳の機能的な部位1cは、検討される脈管画像VI0上に識別される。より詳しくは、上述したVIRに対応した、機能的な地図FAから生じる画像FIRが、決定され、この画像FIRは、幾何変形によって、検討される脈管画像VI0と合致され、これにより(機能的な部位1cの限定によって形成される)機能的なマップFI0を決定し、機能的なマップFI0は、検討される脈管画像VI0に重ね合わされて、これにより脳1の機能的な脈管画像FVI0を得る。
Claims (15)
- 超音波による脳の機能的な撮像のための方法であって、
(a)検討される脈管画像(VI0)を得るために、ヒト又は動物の被験体の脳(1)が、超音波撮像によって撮像される脈管撮像段階であり、ヒト又は動物の被験体が、少なくとも1つの基準に対応するヒト又は動物の被験体のセットをグループ化する分類に属する、段階と、
(b)検討される脈管画像(VI0)の少なくとも一部分と前記分類に対応する脳脈管の地図(VA)との形状を認識することによって、検討される脈管画像(VI0)の少なくとも一部分が前記脳脈管の地図(VA)と自動で比較され、これにより、検討される脈管画像(VI0)を脳脈管の地図(VA)上に位置決めする定位段階と、
(c)前記脳脈管の地図(VA)に対応した機能的な地図(FA)であって、この脳脈管の地図(VA)の中に位置を決定された脳の機能的な部位(1c)を含む脳の機能的な地図(FA)が使用され、その結果、少なくとも1つの脳の機能的な部位(1c)が、検討される脈管画像(VI0)上で識別される少なくとも1つの脳の機能的な部位(1c)の識別段階と、
を含む、方法。 - 定位段階(b)の間に、脳脈管の地図(VA)の一部分(VIR)が、検討される脈管画像(VI0)と合致され、
識別段階の間に、脳脈管の地図(VA)の前記部分に対応する機能的な部位(FI0)のマップが決定され、検討される脈管画像(VI0)が、機能的な部位(FI0)の前記マップと重ね合わされる、請求項1に記載の方法。 - 定位段階の間に、脳脈管の地図(VA)の前記少なくとも一部分(VIR)から検討される脈管画像(VI0)にうつすことを可能にする幾何変形が、決定され、識別段階の間に、検討される脈管画像の機能的なマップ(FI0)が、検討される脈管画像(VI0)に対応する脳脈管の地図(VA)の前記部分(VIR)に対応して、脳の機能的な地図(FA)の一部分(FIR)にこの幾何変形を適用することによって、決定される、請求項2に記載の方法。
- 定位段階(b)において、前記形状認識が、検討される脈管画像(VI0)と脳脈管の地図(VA)との間の相関によって実行される、請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の方法。
- 検討される脈管画像(VI0)の濃淡が、脳脈管容量、ドップラー力、血液の流速、ドップラーカラー、循環抵抗を表す値から選択される少なくとも1つの血液動態情報を包含する、請求項1〜4のうちのいずれか1項に記載の方法。
- 脳脈管の地図(VA)が、超音波撮像、血管スキャナ、MRI、CTスキャナから選択される撮像から生じるデータを包含する、請求項1〜5のうちのいずれか1項に記載の方法。
- 脈管撮像段階(a)と定位段階(b)との間に、検討される脈管画像(VI0)上で、検討される任意の被験体及び脳脈管の地図(VA)に通常存在する少なくとも1つの特徴部位が、自動で検出され、したがって、検討される脈管画像(VI0)が、脳脈管の地図(VA)に大まかなに位置を決定される予備定位段階(b0)を更に含む、請求項1〜6のうちのいずれか1項に記載の方法。
- 前記特徴部位が、ウイリス多角形、シルビアン静脈、前脳動脈、脳の最大動脈から選択される、請求項7に記載の方法。
- (p1)参照撮像副段階であり:
−前記分類から少なくとも1つの被験体の前記脳脈管の地図(VA)と、
−超音波撮像より正確な脳の解剖学的な画像をもたらす第2のタイプの撮像によって、前記分類の前記少なくとも1つの被験体の脳を撮像することによって生成される参照解剖地図と、
を生成する参照撮像副段階と、
(p2)前記脳の機能的な地図(FA)が、脳の少なくとも1つの典型的な解剖地図、及び典型的な解剖地図上に位置を決定される機能的な部位の1つの地図、を含む機能的な解剖地図から決定される機能的な参照マッピング副段階であって、前記脳脈管の地図(VA)上に機能的な解剖地図の機能的な部位の位置を決定するために、前記参照解剖地図を典型的な解剖地図と合致させることによって実行される、機能的な参照マッピング副段階と、
を含む機能的な参照脈管マッピングのための予備段階(p)を包含する、請求項1〜8のうちのいずれか1項に記載の方法。 - 参照撮像副段階(p1)の間に、前記脳脈管の地図(VA)が、脳の脈管超音波撮像によって生成される、請求項9に記載の方法。
- 機能的な参照マッピング副段階(p2)の間に、参照解剖地図が、形状認識によって典型的な解剖地図と合致される、請求項9又は10に記載の方法。
- 参照マッピング副段階(p2)の間に、前記参照解剖地図から典型的な解剖地図にうつすことを可能にする幾何変形が決定され、この幾何変形が、脳脈管の地図(VA)に適用されて、したがって、脳脈管の地図(VA)が、機能的な解剖地図の機能的な部位と合致される、請求項11に記載の方法。
- 前記参照撮像副段階(p1)の間に、それぞれ、前記分類のいくつかの被験体に関して、いくつかの初期脈管画像(VI)が、脳の脈管超音波撮像によって連続的に実行され、いくつかの初期解剖学的な画像が、前記第2のタイプの撮像によって連続的に実行され、前記脳脈管の地図(VA)及び前記参照解剖地図が、前記初期脈管画像及び初期解剖学的な画像からそれぞれ統計学的な計算により決定される、請求項9〜12のうちのいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1つの基準が種、性、年齢、体重から選択される請求項1〜13のうちのいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1〜14のうちのいずれか1項に記載の方法を適用するデバイスであって、
−検討される脈管画像(VI0)を得るために、超音波撮像によってヒト又は動物の被験体の脳を撮像するように適合された脈管撮像手段であり、ヒト又は動物の被験体が、少なくとも1つの基準に対応するヒト又は動物の被験体のセットをグループ化する分類に属する、脈管撮像手段(2〜4)と、
−検討される脈管画像(VI0)を脳脈管の地図(VA)と自動で比較し、これにより、検討される脈管画像(VI0)を脳脈管の地図(VA)上に位置決めするように適合された、検討される脈管画像(VI0)の少なくとも一部分と前記分類に対応する脳脈管の地図(VA)との形状を認識することによる定位手段(4)と、
−前記脳脈管の地図(VA)に対応した機能的な地図(FA)であって、この脳脈管の地図(VA)の中に位置を決定された脳の機能的な部位(1c)を含む脳の機能的な地図(FA)を使用する少なくとも1つの脳の機能的な部位(1c)の識別手段であり、検討される脈管画像(VI0)上で少なくとも1つの脳の機能的な部位(1c)を識別するように適合された識別手段(4)と、
を含む、デバイス。
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