JPH1024024A - 脳硬膜下の記録脳波による脳内双極子の追跡装置 - Google Patents
脳硬膜下の記録脳波による脳内双極子の追跡装置Info
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- JPH1024024A JPH1024024A JP8203298A JP20329896A JPH1024024A JP H1024024 A JPH1024024 A JP H1024024A JP 8203298 A JP8203298 A JP 8203298A JP 20329896 A JP20329896 A JP 20329896A JP H1024024 A JPH1024024 A JP H1024024A
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- 210000001951 dura mater Anatomy 0.000 title 1
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- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims abstract description 5
- 241001269524 Dura Species 0.000 claims description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 abstract description 8
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- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 患者の負担の軽減と、脳外科手術箇所の決定
精度を向上させる。 【解決手段】 脳硬膜下に挿入した記録電極によって脳
波情報を収集する脳波収集装置２と、Ｘ線ＣＴ写真とＭ
ＲＩ写真からの情報を読み取る透過型イメージ・スキャ
ナ１と、頭蓋骨の内側立体形状と脳実質の立体形状を作
成し、記録電極位置を座標数値化して伝達行列を計算
し、さらに、推定双極子位置、電位の大きさと方向を脳
実質の立体形状上にスーパー・インポーズするコンピュ
ータ３と、スーパー・インポーズされた双極子位置等を
表示する表示装置４とによって構成した。
精度を向上させる。 【解決手段】 脳硬膜下に挿入した記録電極によって脳
波情報を収集する脳波収集装置２と、Ｘ線ＣＴ写真とＭ
ＲＩ写真からの情報を読み取る透過型イメージ・スキャ
ナ１と、頭蓋骨の内側立体形状と脳実質の立体形状を作
成し、記録電極位置を座標数値化して伝達行列を計算
し、さらに、推定双極子位置、電位の大きさと方向を脳
実質の立体形状上にスーパー・インポーズするコンピュ
ータ３と、スーパー・インポーズされた双極子位置等を
表示する表示装置４とによって構成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、脳外科手術箇所を
決定するために、脳硬膜下に挿入した記録電極を用いた
脳内双極子の追跡装置に関する。
決定するために、脳硬膜下に挿入した記録電極を用いた
脳内双極子の追跡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、癲癇等の脳外科手術においては、
異常脳波の脳内発生箇所を決定するために脳硬膜下に脳
波記録電極を挿入しておき、長期間に亙って収集した記
録電極による脳波情報に基づいて、脳外科手術箇所を決
定していた。
異常脳波の脳内発生箇所を決定するために脳硬膜下に脳
波記録電極を挿入しておき、長期間に亙って収集した記
録電極による脳波情報に基づいて、脳外科手術箇所を決
定していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】脳硬膜下に記録電極を
挿入するためには頭蓋骨に穴を開ける手術が必要であ
り、また、記録電極による脳波情報に基づいて手術箇所
を決定するためには長期間に亙る脳波情報を収集する必
要があり、このため患者の身体を長期間拘束しなくては
ならず、患者の負担は大きかった。
挿入するためには頭蓋骨に穴を開ける手術が必要であ
り、また、記録電極による脳波情報に基づいて手術箇所
を決定するためには長期間に亙る脳波情報を収集する必
要があり、このため患者の身体を長期間拘束しなくては
ならず、患者の負担は大きかった。
【０００４】本発明は、上述した従来手術による患者の
負担を軽減させるように、記録電極による脳波記録収集
期間を短縮させ、かつ、脳外科手術箇所の決定精度を向
上させることを目的とするものである。
負担を軽減させるように、記録電極による脳波記録収集
期間を短縮させ、かつ、脳外科手術箇所の決定精度を向
上させることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明による脳硬膜下の
記録脳波による脳内双極子の追跡装置は、脳硬膜下に挿
入した記録電極によって脳電位情報を収集する脳波収集
装置と、Ｘ線ＣＴ写真およびＭＲＩ写真による脳断層写
真情報を読み取る透過型イメージ・スキャナと、この透
過型イメージ・スキャナが読み取ったＸ線ＣＴ写真情報
とＭＲＩ写真情報からそれぞれ構築した頭蓋骨の内側立
体形状と脳実質の立体形状を作成すると共に、前記立体
形状情報および３次元座標化した記録電極の３次元座標
値に基づいて脳２層構造での伝達行列計算を行い、さら
に、前記記録電極によって記録した脳波の１個又は２個
の等価双極子計算を行ってその計算結果を３次元立体形
状上にスーパー・インポーズするコンピュータと、これ
を表示する表示装置とによって構成した。
記録脳波による脳内双極子の追跡装置は、脳硬膜下に挿
入した記録電極によって脳電位情報を収集する脳波収集
装置と、Ｘ線ＣＴ写真およびＭＲＩ写真による脳断層写
真情報を読み取る透過型イメージ・スキャナと、この透
過型イメージ・スキャナが読み取ったＸ線ＣＴ写真情報
とＭＲＩ写真情報からそれぞれ構築した頭蓋骨の内側立
体形状と脳実質の立体形状を作成すると共に、前記立体
形状情報および３次元座標化した記録電極の３次元座標
値に基づいて脳２層構造での伝達行列計算を行い、さら
に、前記記録電極によって記録した脳波の１個又は２個
の等価双極子計算を行ってその計算結果を３次元立体形
状上にスーパー・インポーズするコンピュータと、これ
を表示する表示装置とによって構成した。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を、図面を参照し
ながら説明する。図２は、本発明の脳硬膜下の記録脳波
による脳内双極子の追跡装置の構成を示すブロック図で
ある。図２において、透過型イメージ・スキャナ１は、
Ｘ線ＣＴ写真情報やＭＲＩ写真情報を読み取ってコンピ
ュータ３の記録装置に格納させるものであり、脳波収集
装置２は、脳硬膜下に挿入された記録電極によって収集
された脳波情報をコンピュータ３の記憶装置に格納させ
るものである。コンピュータ３は、上述した各種情報に
基づいて頭蓋骨の内側立体形状と脳実質の立体形状を作
成すると共に、記録電極位置の座標数値化、伝達行列計
算、双極子位置の推定計算を行い、推定双極子の位置、
電位の大きさとその方向および測定電位と計算電位の近
似度を３次元立体形状上にスーパー・インポーズして表
示装置４に表示させる。
ながら説明する。図２は、本発明の脳硬膜下の記録脳波
による脳内双極子の追跡装置の構成を示すブロック図で
ある。図２において、透過型イメージ・スキャナ１は、
Ｘ線ＣＴ写真情報やＭＲＩ写真情報を読み取ってコンピ
ュータ３の記録装置に格納させるものであり、脳波収集
装置２は、脳硬膜下に挿入された記録電極によって収集
された脳波情報をコンピュータ３の記憶装置に格納させ
るものである。コンピュータ３は、上述した各種情報に
基づいて頭蓋骨の内側立体形状と脳実質の立体形状を作
成すると共に、記録電極位置の座標数値化、伝達行列計
算、双極子位置の推定計算を行い、推定双極子の位置、
電位の大きさとその方向および測定電位と計算電位の近
似度を３次元立体形状上にスーパー・インポーズして表
示装置４に表示させる。
【０００７】以下、本発明の脳硬膜下の記録脳波による
脳内双極子の追跡装置を用いて、双極子位置を推定する
手順を、図１を参照しながら説明する。
脳内双極子の追跡装置を用いて、双極子位置を推定する
手順を、図１を参照しながら説明する。
【０００８】ステップ１（Ｓ1 ）において、頭蓋骨の内
側立体形状を作成する。Ｘ線ＣＴ写真は頭蓋底から頭頂
まで、ＯＭラインに平行に撮影した２〜３mm幅の複数枚
の脳断層写真を用いる。夫々の断層写真を、透過型イメ
ージ・スキャナ１によりコンピュータ３に読み込む。読
み込まれた夫々の断層写真データを８ビット／画素のグ
レー・スケールで表わし、検出しようとする頭蓋骨内側
の境界の画素の平均値を閾値として２値化し、２値化し
た画像データの周辺をトレースして境界を座標数値化
し、頭蓋骨の内側立体形状を作成する。頭蓋骨の内側立
体形状の内容としては、三角形ワイヤ・メッシュで形状
を現すため、各三角形の頂点の３次元座標値とその座標
値の結線情報で構成され、コンピュータ３の記録装置に
格納する。座標系原点は、ＯＭラインを含む面上に置
く。この作成作業は、１被験者に対して１度必要であ
り、その実施例を図３に示す。
側立体形状を作成する。Ｘ線ＣＴ写真は頭蓋底から頭頂
まで、ＯＭラインに平行に撮影した２〜３mm幅の複数枚
の脳断層写真を用いる。夫々の断層写真を、透過型イメ
ージ・スキャナ１によりコンピュータ３に読み込む。読
み込まれた夫々の断層写真データを８ビット／画素のグ
レー・スケールで表わし、検出しようとする頭蓋骨内側
の境界の画素の平均値を閾値として２値化し、２値化し
た画像データの周辺をトレースして境界を座標数値化
し、頭蓋骨の内側立体形状を作成する。頭蓋骨の内側立
体形状の内容としては、三角形ワイヤ・メッシュで形状
を現すため、各三角形の頂点の３次元座標値とその座標
値の結線情報で構成され、コンピュータ３の記録装置に
格納する。座標系原点は、ＯＭラインを含む面上に置
く。この作成作業は、１被験者に対して１度必要であ
り、その実施例を図３に示す。
【０００９】ステップ２（Ｓ2 ）において、脳実質の立
体形状を作成する。ＭＲＩ断層写真は頭蓋底から頭頂ま
で、ＯＭラインに平行に撮影した２〜３mm幅の複数枚の
脳断層写真を用いる。夫々の断層写真を、透過型イメー
ジ・スキャナ１によりコンピュータ３に読み込む。読み
込まれた夫々の断層写真データを８ビット／画素のグレ
ー・スケールで表わし、検出しようとする脳実質内側の
境界の画素の平均値を閾値として２値化し、２値化した
画像データの周辺をトレースして境界を座標数値化し、
脳実質の立体形状を作成する。脳実質の立体形状の内容
としては、三角形ワイヤ・メッシュで形状を現すため、
各三角形の頂点の３次元座標値とその座標値の結線情報
で構成され、コンピュータ３の記録装置に格納する。座
標系元点はＯＭラインを含む面上に置く。この作成作業
は１被験者に１度行う必要があり、その実施例を図４に
示す。
体形状を作成する。ＭＲＩ断層写真は頭蓋底から頭頂ま
で、ＯＭラインに平行に撮影した２〜３mm幅の複数枚の
脳断層写真を用いる。夫々の断層写真を、透過型イメー
ジ・スキャナ１によりコンピュータ３に読み込む。読み
込まれた夫々の断層写真データを８ビット／画素のグレ
ー・スケールで表わし、検出しようとする脳実質内側の
境界の画素の平均値を閾値として２値化し、２値化した
画像データの周辺をトレースして境界を座標数値化し、
脳実質の立体形状を作成する。脳実質の立体形状の内容
としては、三角形ワイヤ・メッシュで形状を現すため、
各三角形の頂点の３次元座標値とその座標値の結線情報
で構成され、コンピュータ３の記録装置に格納する。座
標系元点はＯＭラインを含む面上に置く。この作成作業
は１被験者に１度行う必要があり、その実施例を図４に
示す。
【００１０】ステップ（Ｓ3 ）において、記録電極位置
を座標数値化する。ステップ１（Ｓ1 ）においてコンピ
ュータ３に読み込んだＸ線ＣＴ写真上の脳硬膜下の記録
電極位置を座標数値化し、コンピュータ３の記録装置に
格納する。図５に脳硬膜下に挿入した記録電極位置を示
す。
を座標数値化する。ステップ１（Ｓ1 ）においてコンピ
ュータ３に読み込んだＸ線ＣＴ写真上の脳硬膜下の記録
電極位置を座標数値化し、コンピュータ３の記録装置に
格納する。図５に脳硬膜下に挿入した記録電極位置を示
す。
【００１１】ステップ４（Ｓ4 ）において、２層構造
（脳脊髄液と脳実質）での伝達行列の計算を行う。境界
要素法を用いて双極子位置の推定計算を行うため、ステ
ップ１（Ｓ1 ）、ステップ２（Ｓ2 ）、ステップ３（Ｓ
3 ）で求めた数値データを使って伝達行列計算を行う
が、その詳細は後述する。なお、この計算は１被験者に
１度行う必要がある。
（脳脊髄液と脳実質）での伝達行列の計算を行う。境界
要素法を用いて双極子位置の推定計算を行うため、ステ
ップ１（Ｓ1 ）、ステップ２（Ｓ2 ）、ステップ３（Ｓ
3 ）で求めた数値データを使って伝達行列計算を行う
が、その詳細は後述する。なお、この計算は１被験者に
１度行う必要がある。
【００１２】ステップ５（Ｓ5 ）において、記録した電
位に基づいて双極子位置の推定計算を行う。脳内の複数
箇所（基本的には６箇所）に双極子の初期値を置き、そ
の初期値ごとにシンプレックス法を用いて双極子の位置
を移動し、記録電極位置における記録電位値と双極子が
発生する計算電位値の二乗誤差が最小になる双極子の位
置とベクトル成分を求める。推定計算については後述す
る。双極子の初期値の配置を、図６（１双極子）と図７
（２双極子）に示す。因みに、双極子の初期値は位置パ
ラメータのみである。
位に基づいて双極子位置の推定計算を行う。脳内の複数
箇所（基本的には６箇所）に双極子の初期値を置き、そ
の初期値ごとにシンプレックス法を用いて双極子の位置
を移動し、記録電極位置における記録電位値と双極子が
発生する計算電位値の二乗誤差が最小になる双極子の位
置とベクトル成分を求める。推定計算については後述す
る。双極子の初期値の配置を、図６（１双極子）と図７
（２双極子）に示す。因みに、双極子の初期値は位置パ
ラメータのみである。
【００１３】ステップ６（Ｓ6 ）において、双極子の推
定位置を表示する。ステップ５（Ｓ5 ）において求めた
双極子の位置、電位の大きさとその方向をステップ２
（Ｓ2 ）によって作成した脳実質の立体形状上にスーパ
ー・インポーズし、表示装置４に表示する。図８に実施
例を示すが、測定電位と計算電位の近似度は別途表示す
る。
定位置を表示する。ステップ５（Ｓ5 ）において求めた
双極子の位置、電位の大きさとその方向をステップ２
（Ｓ2 ）によって作成した脳実質の立体形状上にスーパ
ー・インポーズし、表示装置４に表示する。図８に実施
例を示すが、測定電位と計算電位の近似度は別途表示す
る。
【００１４】ステップ４（Ｓ4 ）における２層構造（脳
脊髄液と脳実質）での伝達行列計算を説明すると次の通
りである。 脳実質領域をΩ1 、その導電率をδ1 脳脊髄液領域をΩ2 、その導電率をδ2 脳内起電力が発生する電位をｕ、脳内起電力が導電率δ
1 の無限一様媒質内で発生する電位を
脊髄液と脳実質）での伝達行列計算を説明すると次の通
りである。 脳実質領域をΩ1 、その導電率をδ1 脳脊髄液領域をΩ2 、その導電率をδ2 脳内起電力が発生する電位をｕ、脳内起電力が導電率δ
1 の無限一様媒質内で発生する電位を
【００１５】
【数１】
【００１６】とすると、境界要素法の関係式（１）が成
立する。
立する。
【００１７】
【数２】
【００１８】電位及び電流密度の法線成分の連続性から
（２）式が成立するので、（３）式を定義して（１）式
を（３）式に代入すると、（４）式が得られる。
（２）式が成立するので、（３）式を定義して（１）式
を（３）式に代入すると、（４）式が得られる。
【００１９】
【数３】
【００２０】
【数４】
【００２１】
【数５】
【００２２】（４）式から（５）式が得られるので、
（５）式を（１）式に代入して整理すると（６）式が得
られる。
（５）式を（１）式に代入して整理すると（６）式が得
られる。
【００２３】
【数６】
【００２４】
【数７】
【００２５】（６）式における行列ＨとＧを（７）式に
よって表わし、Moore-Penrose の一般行列Ｈ+ を使用す
ると（８）式が得られる。
よって表わし、Moore-Penrose の一般行列Ｈ+ を使用す
ると（８）式が得られる。
【００２６】
【数８】
【００２７】
【数９】
【００２８】（６）式を（５）式に代入して整理すると
（９）式が得られ、脳髄液表面の電位をｕcsf とすると
（１０）式が得られる。
（９）式が得られ、脳髄液表面の電位をｕcsf とすると
（１０）式が得られる。
【００２９】
【数１０】
【００３０】
【数１１】
【００３１】脳実質領域の導電率δ1 は脳脊髄液領域の
導電率δ2 に比べて極めて小さいとすると、ｑ2 ≒０で
ある。従って、（６）式，（７）式，（８）式，（９）
式より（１１）式が得られ、（１１）式における伝達行
列は（１２）式によって求めることができる。
導電率δ2 に比べて極めて小さいとすると、ｑ2 ≒０で
ある。従って、（６）式，（７）式，（８）式，（９）
式より（１１）式が得られ、（１１）式における伝達行
列は（１２）式によって求めることができる。
【００３２】
【数１２】
【００３３】
【数１３】
【００３４】次に、ステップ５（Ｓ5 ）における双極子
推定計算について説明する。実測電位をＶmes 、双極子
の発生する電位をＶcal とし、二乗誤差をＳとすると
（１３）式によって表わせる。
推定計算について説明する。実測電位をＶmes 、双極子
の発生する電位をＶcal とし、二乗誤差をＳとすると
（１３）式によって表わせる。
【００３５】
【数１４】
【００３６】任意の双極子位置に対し、二乗誤差Ｓを最
小にする双極子ベクトルは（１４）式によって表わせ
る。（１４）式より、二乗誤差Ｓは双極子の位置のみの
関数として表わせることが判る。
小にする双極子ベクトルは（１４）式によって表わせ
る。（１４）式より、二乗誤差Ｓは双極子の位置のみの
関数として表わせることが判る。
【００３７】
【数１５】
【００３８】（１５）式を最小にする双極子位置は（１
６）式によって求められる。
６）式によって求められる。
【００３９】
【数１６】
【００４０】
【数１７】
【００４１】２双極子の場合におけるＶcal は（１７）
式によって表わせる。（１８）式を最小にする双極子位
置を求めると、（１９）式が得られ、（１９）式によっ
て２双極子の場合の双極子ベクトルを決定する。
式によって表わせる。（１８）式を最小にする双極子位
置を求めると、（１９）式が得られ、（１９）式によっ
て２双極子の場合の双極子ベクトルを決定する。
【００４２】
【数１８】
【００４３】
【数１９】
【００４４】
【数２０】
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による脳内
双極子の追跡装置によると、脳硬膜下に挿入して脳波収
集を行う期間を短縮化できるので患者の負担を軽減させ
ることができ、また、脳外科手術箇所を正確に決定でき
る効果がある。
双極子の追跡装置によると、脳硬膜下に挿入して脳波収
集を行う期間を短縮化できるので患者の負担を軽減させ
ることができ、また、脳外科手術箇所を正確に決定でき
る効果がある。
【図１】本発明による双極子位置推定方法を示すフロー
チャート。
チャート。
【図２】本発明による脳内双極子の追跡装置の構成を示
すブロック図。
すブロック図。
【図３】頭蓋骨の内側立体形状。
【図４】脳実質の立体形状。
【図５】脳硬膜下の記録電極位置。
【図６】初期値の配置（１双極子）。
【図７】初期値の配置（２双極子）。
【図８】双極子の表示例。
１ 透過型イメージ・スキャナ ２ 脳波収集装置 ３ コンピュータ ４ 表示装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西条 寿夫 富山県射水郡小杉町南太閤山２−２ 富山 医科薬科大学職員宿舎 ５−303 (72)発明者 宮本 啓一 東京都八王子市元本郷町１丁目９番９号 中央電子株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 脳硬膜下に挿入した記録電極によって脳
電位情報を収集する脳波収集装置と、 Ｘ線ＣＴによる複数の脳断層写真およびＭＲＩによる複
数の脳断層写真を読み取り、読み取った前記写真情報を
コンピュータに格納する透過型イメージ・スキャナと、 前記透過型イメージ・スキャナが読み取った複数のＸ線
ＣＴ写真情報から構築した頭蓋骨の内側立体形状と、複
数のＭＲＩ写真情報から構築した脳実質の立体形状とを
作成すると共に、前記Ｘ線ＣＴ写真情報から３次元座標
化した記録電極位置の３次元座標値と前記立体形状情報
とに基づいて脳２層構造での伝達行列計算を行い、さら
に、前記記録電極によって記録した脳波の１個又は２個
の等価双極子計算を行い、その計算結果を脳実質の３次
元立体形状上にスーパー・インポーズするコンピュータ
と、 前記３次元立体形状上にスーパー・インポーズされた計
算結果である双極子の位置、電位の大きさと方向、およ
び測定電位と計算電位との近似度を表示する表示装置
と、 によって構成したことを特徴とする脳硬膜下の記録脳波
による脳内双極子の追跡装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20329896A JP3191858B2 (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | 脳硬膜下の記録脳波による脳内双極子の追跡装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20329896A JP3191858B2 (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | 脳硬膜下の記録脳波による脳内双極子の追跡装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1024024A true JPH1024024A (ja) | 1998-01-27 |
| JP3191858B2 JP3191858B2 (ja) | 2001-07-23 |
Family
ID=16471722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20329896A Expired - Fee Related JP3191858B2 (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | 脳硬膜下の記録脳波による脳内双極子の追跡装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3191858B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103505203A (zh) * | 2013-09-30 | 2014-01-15 | 西安交通大学 | 基于脑电源定位方法的人体精神状态检测方法 |
-
1996
- 1996-07-12 JP JP20329896A patent/JP3191858B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103505203A (zh) * | 2013-09-30 | 2014-01-15 | 西安交通大学 | 基于脑电源定位方法的人体精神状态检测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3191858B2 (ja) | 2001-07-23 |
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