JP2797665B2 - Magnetoencephalograph - Google Patents
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Description
この発明は、人間などの脳において発生する磁界を計
測し、脳の活動部位を推定する装置に関する。The present invention relates to an apparatus that measures a magnetic field generated in a brain of a human or the like and estimates an active site of the brain.
【従来の技術】 従来より、人間の脳において発生する磁界を計測する
ことにより脳活動部位の位置を求めることが研修されて
おり、てんかんの位置推定、自発脳磁（とくにα波）の
研究、誘発脳磁の研究等、臨床医療に応用されている。 脳磁界は、SQUID（Superconducting Quantum Interfe
rence Device:超伝導量子干渉型デバイス）センサを用
いて計測される。多数の測定点において脳磁界の測定を
行うとともに、その磁界計測点と頭部との関係を求め、
等磁界地図を作成する。他方、MRI装置などを用いて得
た頭部画像を撮影し、その頭部画像より頭部に近似する
モデルを作成する。そしてそのモデルについて複数の電
流双極子の位置・大きさ・方向を仮定し、それら電流双
極子群が上記脳磁界の計測点に作る磁界分布と上記の等
磁界地図との差が最小になるような電流双極子群を求め
る。こうして求めた電流双極子群の各位置・方向をMR画
像などの上に表示する。 この場合、電流双極子は脳表構造上に求めることがで
きれば脳活動部位のより正確な把握ができる。そのた
め、測定のために位置決めされたSQUIDセンサの脳表構
造全体に対する位置関係を知ることが必要となる。従来
では、MR精密スライス画像から脳表３次元画像を作り、
この像の上でSQUIDセンサの位置・方向を求めることが
考えられている。2. Description of the Related Art Hitherto, training has been conducted on obtaining the position of a brain activity site by measuring a magnetic field generated in the human brain, estimating the position of epilepsy, researching spontaneous brain magnetism (especially alpha waves), It is applied to clinical medicine such as the study of induced brain magnetism. Brain magnetic field is SQUID (Superconducting Quantum Interfe
rence Device: superconducting quantum interference device) is measured using a sensor. Measure the brain magnetic field at many measurement points, find the relationship between the magnetic field measurement point and the head,
Create an isomagnetic map. On the other hand, a head image obtained using an MRI apparatus or the like is photographed, and a model that approximates the head is created from the head image. Assuming the position, size, and direction of a plurality of current dipoles for the model, the difference between the magnetic field distribution created by the current dipole group at the measurement point of the brain magnetic field and the isomagnetic map described above is minimized. The current dipole group. The positions and directions of the current dipole group thus obtained are displayed on an MR image or the like. In this case, if the current dipole can be obtained on the surface structure of the brain, a more accurate grasp of the brain active site can be obtained. Therefore, it is necessary to know the positional relationship of the SQUID sensor positioned for measurement with respect to the entire brain surface structure. Conventionally, a 3D brain surface image is created from MR precision slice images,
It is considered to determine the position and direction of the SQUID sensor on this image.
しかしながら、MR精密スライス画像から脳表３次画像
を作る場合、脳表面の輪郭抽出が必要であるが、精密ス
ライス画像上での脳表面の輪郭抽出は簡単なしきい値処
理では求められないため、オンライフでマニュアルによ
る輪郭抽出作業が必要となって多大の時間と労力を費や
さなげればならないという問題かある。 この発明は、時間や労力をかけることなく、脳表構造
に対するSQUIDセンサ位置・方向を把握でき、脳表構造
上での脳活動部位の位置を捉えることを容易にする、脳
磁計測装置を提供することを目的とする。However, when creating a tertiary brain table image from MR precise slice images, it is necessary to extract the outline of the brain surface, but extraction of the outline of the brain surface on the precise slice image cannot be obtained by simple threshold processing. There is a problem in that a manual contour extraction operation is required on-life, and a great deal of time and effort must be expended. The present invention provides a magnetoencephalograph that can grasp the position and direction of the SQUID sensor with respect to the surface structure of the brain without spending time and effort, and facilitates the position of the brain active site on the surface structure of the brain. The purpose is to do.
上記目的を達成するため、この発明による脳磁計測装
置においては、SQUIDセンサと、該SQUIDセンサの頭部座
標系に関する３次元的な位置・方向を入力する装置と、
頭部の内部を撮像するMRI装置と、該MRI装置で得たデー
タより作成した頭部の近似モデルを用いて上記SQUIDセ
ンサから得た脳磁界測定データ及び上記の位置関係デー
タより電流双極子を算出する演算装置と、該電流双極子
及び上記SQUIDセンサを、上記MRI装置で得た脳表構造画
像上に表示する装置とが備えられている。In order to achieve the above object, in a magnetoencephalography measurement apparatus according to the present invention, a SQUID sensor, a device for inputting a three-dimensional position and direction of the head coordinate system of the SQUID sensor,
An MRI apparatus for imaging the inside of the head, and a current dipole from the brain magnetic field measurement data and the positional relationship data obtained from the SQUID sensor using an approximate model of the head created from data obtained by the MRI apparatus, An arithmetic device for calculating, and a device for displaying the current dipole and the SQUID sensor on a brain surface structure image obtained by the MRI device are provided.
SQUIDセンサにより脳磁界の測定が行われ、同時にそ
の測定点、つまりSQUIDセンサの頭部座標系に関する３
次元的な位置・方向が入力される。 他方、MRI装置により、頭部の内部か撮像される。 MRI装置によって得たマルチスライスMR像データより
頭部の近似モデルが作成され、上記の脳磁界測定データ
とその測定点データを用いて、その近似モデル上で電流
双極子が算出される。 この電流双極子及びSQUIDセンサは、MRI装置によって
撮像した脳表構造画像上に表示される。 そこで、電流双極子及びSQUIDセンサの、脳表構造画
像に対する位置関係の把握が可能になる。 このように、電流双極子が脳表構造画像上に表示され
るので、脳活動部位の把握が正確にできる。The brain magnetic field is measured by the SQUID sensor, and at the same time, the measurement point, that is, three points related to the head coordinate system of the SQUID sensor
A dimensional position / direction is input. On the other hand, the inside of the head is imaged by the MRI apparatus. An approximate model of the head is created from the multi-slice MR image data obtained by the MRI apparatus, and the current dipole is calculated on the approximate model using the above-mentioned brain magnetic field measurement data and its measurement point data. The current dipole and the SQUID sensor are displayed on a brain surface structure image captured by the MRI apparatus. Therefore, it is possible to grasp the positional relationship between the current dipole and the SQUID sensor with respect to the brain surface structure image. As described above, since the current dipole is displayed on the brain surface structure image, the brain active site can be accurately grasped.
つぎにこの発明の一実施例について図面を参照しなが
ら説明する。第１図に示すように、この発明の一実施例
にかかる脳磁計測装置は、SQUIDセンサ１と、データ収
集装置２と、コンピュータ３と、３次元座標入力装置４
と、MRI装置５と、CRTディスプレーなどの表示装置31
と、磁器ディスク、光ディスク等の記録装置32とから構
成される。 第２図の動作フローチャートを参照しながら説明する
と、まず最初のステップで、MRI装置５により被検者の
頭部のマルチスライス撮像が行われ、また脳表構造撮影
が行われる。これらの画像データはコンピュータ３に取
り込まれる。 マルチスライス画像のデータは頭部の３次元的の構造
を表すため、コンピュータ３ではこれを用いて頭部の近
似モデルが作成される。 他方、脳表構造撮影は、T2強調を利用した撮像法によ
り行われ、第４図に示すような脳表構造を表すトランス
バース像、サジタル像、コロナル像が得られる。これら
トランスバース像、サジタル像、コロナル像の各スライ
ス位置は第３図A,Bに示されるようなものである。スラ
イス厚さＤはたとえば６〜8cmとする。なお、このT2強
調を利用した脳表構造撮像法については、「高速T2撮影
法（STERF）を用いた脳表撮像法」（日医雑誌vol.9 Sup
plementp−2 p105 1989）、「MRIによる脳表構造撮像法
の考案」（日医雑誌vol.9 No.3 p215−224 1989）など
に詳しい。 つぎにSQUIDセンサ１を用いて頭部各測定点における
脳磁界の測定を行う。その各測定点つまりSQUIDセンサ
のコイルの、頭部座標系にあける３次元位置・方向を入
力する。 そのため、３次元座標入力装置４を用いる。この３次
元座標入力装置は、発信器側で３軸直交コイルを用いて
直交３軸方向に磁場を形成し、その磁場中に３軸直交コ
イルを有する移動可能な受信器を置いて３軸方向の磁場
強度を計測することにより、発信器によって形成されと
磁場による直交３次元座標（発信器座標）における受信
器位置を求めることを原理とするものである。 たとえばこの発信器をSQUIDセンサ１が収納されとデ
ュワーの外側面の適当の位置に取り付け、移動可能な受
信器をセンサのコイルに対応した位置に置くことによっ
て発信器座標におけるコイル位置・方向の入力を行う。
すなわち、あらかじめデュワー内部のセンサのコイルの
位置及び方向を表すようなマーク等を、デュワー外側面
において設けておいて、その位置に受信器を置くことに
よるコイル位置・方向の入力を行うのである。 さらに、MR画像上に現れる頭部特徴点（NASION、INIO
N、左右耳上部付け根など）を通る直交３軸により頭部
座標系を構成するものとし、これらの特徴点に受信器を
置くことにより、発信器座標における特徴点の位置の入
力を行う。これらの入力データはコンピュータ３に取り
込まれ、発信器座標系を媒介として、頭部座標系におけ
る測定点座標（コイルの位置・方向）が求められること
になる。また、特徴点はMR画像上に現れるため、MR画像
は頭部座標系で表現されるとも言えるので、MR画像上に
対するコイル位置・方向も把握できることになる。 こうして測定点の位置関係が把握された上で、SQUID
センサ１により脳磁界の計測が行われ、そこで得られた
脳磁計測データはデータ収集装置２を介してコンピュー
タ３に取り込まれ、コンピュータ３では電流双極子の算
出が行われる。この電流双極子はたとえば、先に作成し
た頭部に近似する適当なモデル上に電流双極子の大きさ
・位置・方向を仮定し、この仮定した電流双極子が近似
モデル上で作る磁束密度分布と計測した磁束密度分布と
の12乗誤差が最小になるような電流双極子の大きさ・位
置・方向を求めることによって、算出することができ
る。 こうして求められた電流双極子、及びセンサ（コイ
ル）な大脳皮質近似モデルへ投影された上、第４図のよ
うに脳表構造画像上に表示される。この例べはSQUIDセ
ンサとして７チャンネルの検出コイルを有することが使
用されており、７つのコイルの位置が算出され、その像
が第４図の点線のように脳構造画像上に表示されてい
る。ここではセンサのコイル（円とは限らず正方形や長
方形などがある）をMRスライス面に投影した像として表
示されており、これにより方向が分かる。MR画像を白黒
画像で表示し、コイルの投影像をカラーで表示すれば、
その位置・方向の把握はより容易となる。この場合のSQ
UIDセンサのセッティング位置は、右手首刺激の誘発脳
磁計測のためのものである。この第４図ではコイルの像
のみが表示されているが、電流双極子は矢印などのマー
クにより表示される。 ここで、脳表構造画像上へのセンサ（コイル）の画像
の投影について、第５図及び第６図に示すようなサジタ
ル像への投影が例にして詳しく説明する、まず、第５図
で示すように、マルチスライスのMR画像より大脳皮質に
近似する球（あるいは楕円）などの適当なモデル51を、
頭部座標系（ｘ−ｙ−ｚ）において作成しておいて、セ
ンサ53（正確にはその先端に配置されたコイル）をこの
モデル51上に投影する。センサ（コイル）53の位置・方
向は上で述べたように頭部座標系において求められてい
るので、これが可能となる。モデル51上での投影点54
は、つぎに脳表構造画像（この場合スライス面52のサジ
タル像）上の点55に投影される。このようにセンサ53の
投影されとサジタル像は第６図のようになる。第６図で
点線が投影されたコイル形状を表す。 この脳表構造画像では、上記したようにスライス面52
の厚さが比較的厚く、これが１枚の画像として現れるた
め、その厚さ方向の位置情報を持たない。そこで、第７
図に示すように、このセンサ（コイル）53の画像をサジ
タル像のスライス面52上に表示するとき、センサ（コイ
ル）53に関するスライス面52内の２次元位置情報を使用
して投影するならば、センサ（コイル）53の方向がスラ
イス面52に対して傾いていることが無視され、第８図に
示すように脳表構造画像に対するセンサ（点線で示す）
の位置がずれてしまうという不都合がある。このことは
電流双極子を表示する場合でも同様である。 上記の第５図及び第６図で説明したように表示するこ
とにより、この位置ずれという不都合が解消され、厚さ
方向の位置情報を持たない脳表構造画像上に３次元的な
位置情報を与え、センサ（コイル）及び電流双極子の表
示を正確に行うことができる。したがって、立体画像や
３方向画像を用いなくても、１方向の脳表構造画像のみ
でも、センサ及び電流双極子の位置関係を正確に捉える
ことが可能となる。このように脳活動部位と脳表構造と
の３次元的位置関係が明確になるため、とくに誘発脳磁
の解明に役立つ。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a magnetoencephalograph according to an embodiment of the present invention includes a SQUID sensor 1, a data collection device 2, a computer 3, and a three-dimensional coordinate input device 4.
, MRI device 5, and display device 31 such as a CRT display
And a recording device 32 such as a porcelain disk or an optical disk. Referring to the operation flowchart of FIG. 2, first, in the first step, multi-slice imaging of the subject's head is performed by the MRI apparatus 5 and brain surface structure imaging is performed. These image data are taken into the computer 3. Since the data of the multi-slice image represents the three-dimensional structure of the head, the computer 3 uses this to create an approximate model of the head. On the other hand, brain surface structure photographing is performed by an imaging method using T2-weighting, and a transverse image, a sagittal image, and a coronal image representing the brain surface structure as shown in FIG. 4 are obtained. The slice positions of the transverse image, sagittal image, and coronal image are as shown in FIGS. 3A and 3B. The slice thickness D is, for example, 6 to 8 cm. Regarding the brain surface structure imaging method using T2-weighted, see “Brain surface imaging method using high-speed T2 imaging method (STERF)” (Japanese medical journal vol.9 Sup
plementp-2 p105 1989), and "Invention of brain surface structure imaging method by MRI" (Japanese medical journal vol.9 No.3 p215-2241989). Next, the brain magnetic field at each measurement point on the head is measured using the SQUID sensor 1. The three-dimensional position and direction of each measurement point, that is, the coil of the SQUID sensor in the head coordinate system is input. Therefore, the three-dimensional coordinate input device 4 is used. This three-dimensional coordinate input device forms a magnetic field in the three orthogonal directions using a three-axis orthogonal coil on the transmitter side, and places a movable receiver having the three-axis orthogonal coil in the magnetic field and places the movable receiver in the three-axis direction. The principle is to determine the position of the receiver in three-dimensional orthogonal coordinates (transmitter coordinates) formed by the transmitter and by the magnetic field by measuring the magnetic field strength of the transmitter. For example, this transmitter is mounted at an appropriate position on the outer surface of the dewar when the SQUID sensor 1 is stored, and a movable receiver is placed at a position corresponding to the coil of the sensor, thereby inputting the coil position and direction in the coordinates of the transmitter. I do.
That is, a mark or the like indicating the position and direction of the coil of the sensor inside the dewar is provided in advance on the outer surface of the dewar, and the coil position / direction is input by placing the receiver at that position. In addition, head feature points (NASION, INIO
N, the right and left upper ear bases) constitute a head coordinate system, and a receiver is placed at these feature points to input the positions of the feature points in the transmitter coordinates. These input data are taken into the computer 3 and the coordinates of the measuring point (the position and direction of the coil) in the head coordinate system are obtained through the transmitter coordinate system. In addition, since the feature points appear on the MR image, it can be said that the MR image is expressed in the head coordinate system, so that the coil position and direction with respect to the MR image can be grasped. After the positional relationship of the measurement points is grasped in this way, the SQUID
The brain magnetic field is measured by the sensor 1, and the obtained brain magnetic measurement data is taken into the computer 3 via the data collection device 2, and the computer 3 calculates the current dipole. This current dipole, for example, supposes the size, position, and direction of the current dipole on an appropriate model that approximates the head created earlier, and the magnetic flux density distribution created by the assumed current dipole on the approximate model And the size, position, and direction of the current dipole that minimizes the 12th power error between the measured magnetic flux density distribution and the measured magnetic flux density distribution can be calculated. The current dipole and the sensor (coil) thus obtained are projected onto a cerebral cortex approximation model and displayed on a brain surface structure image as shown in FIG. This example uses a 7-channel detection coil as a SQUID sensor, the positions of the 7 coils are calculated, and the image is displayed on the brain structure image as shown by the dotted line in FIG. . Here, the sensor coil (not limited to a circle but a square or a rectangle) is displayed as an image projected on the MR slice surface, whereby the direction can be known. If the MR image is displayed in black and white and the projected image of the coil is displayed in color,
It is easier to grasp the position and direction. SQ in this case
The setting position of the UID sensor is for measuring the induced magnetoencephalogram of right wrist stimulation. In FIG. 4, only the image of the coil is displayed, but the current dipole is displayed by a mark such as an arrow. Here, the projection of the image of the sensor (coil) onto the brain surface structure image will be described in detail by taking as an example the projection onto a sagittal image as shown in FIGS. 5 and 6. First, FIG. As shown, an appropriate model 51 such as a sphere (or an ellipse) that approximates the cerebral cortex from a multi-slice MR image,
The sensor 53 (to be precise, a coil disposed at the tip) is projected on the model 51 in the head coordinate system (xyz). This is possible because the position and direction of the sensor (coil) 53 are obtained in the head coordinate system as described above. Projection point 54 on model 51
Is then projected onto a point 55 on the brain surface structure image (in this case, a sagittal image of the slice plane 52). In this way, the sagittal image projected by the sensor 53 is as shown in FIG. In FIG. 6, a dotted line represents the projected coil shape. In this brain surface structure image, the slice plane 52
Is relatively thick and appears as a single image, and therefore has no position information in the thickness direction. Therefore, the seventh
As shown in the figure, when the image of the sensor (coil) 53 is displayed on the slice plane 52 of the sagittal image, if the image is projected using the two-dimensional position information in the slice plane 52 regarding the sensor (coil) 53 It is ignored that the direction of the sensor (coil) 53 is inclined with respect to the slice plane 52, and the sensor for the brain surface structure image (shown by a dotted line) as shown in FIG.
Is displaced. This is the same when displaying the current dipole. By displaying as described in FIG. 5 and FIG. 6, the inconvenience of this displacement is eliminated, and three-dimensional position information is displayed on the brain surface structure image having no position information in the thickness direction. And accurate display of the sensor (coil) and current dipole. Therefore, the positional relationship between the sensor and the current dipole can be accurately grasped without using a three-dimensional image or a three-directional image, and using only a one-way brain surface structure image. In this way, the three-dimensional positional relationship between the brain activity site and the surface structure of the brain is clarified, which is particularly useful for elucidating the induced magnetoencephalogram.
この発明の脳磁計測装置によれば、時間や労力をかけ
ることなく、脳表構造に対すSQUIDセンサ及び算出され
た電流双極子の位置関係を正確に把握できる。According to the magnetoencephalography measurement apparatus of the present invention, the positional relationship between the SQUID sensor and the calculated current dipole with respect to the brain surface structure can be accurately grasped without spending time or effort.
第１図はこの発明の一実施例にかかる全体システムを示
すブロック図、第２図は第１図の動作を説明するための
フローチャート、第３図A,Bは脳表構造を表す断層像の
スライス面を示す図、第４図は脳表構造を表す各断層像
を示す図、第５図は上記実施例におけるセンサのサジタ
ル像への投影を説明するための説明図、第６図は第５図
に基づくサジタル像への表示例を示す図、第７図は参考
例におけるセンサのサジタル像への投影を説明するため
の説明図、第８図は第７図に基づくサジタル像への表示
例を示す図である。 １……SQUIDセンサ、２……データ収集装置、３……コ
ンピュータ、４……３次元座標入力装置、５……MRI装
置、31……表示装置、32……記録装置、51……大脳皮質
近似モデル、52……サジタル像のスライス面、53……SQ
UIDセンサ。FIG. 1 is a block diagram showing an entire system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of FIG. 1, and FIGS. 3A and 3B are tomographic images showing a brain surface structure. FIG. 4 is a view showing a slice plane, FIG. 4 is a view showing each tomographic image showing a brain surface structure, FIG. 5 is an explanatory view for explaining projection of a sensor onto a sagittal image in the above embodiment, and FIG. 5 is a diagram showing a display example on a sagittal image based on FIG. 5, FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining projection of a sensor on a sagittal image in a reference example, and FIG. 8 is a table on a sagittal image based on FIG. It is a figure showing an example. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... SQUID sensor, 2 ... Data collection device, 3 ... Computer, 4 ... 3D coordinate input device, 5 ... MRI device, 31 ... Display device, 32 ... Recording device, 51 ... Cerebral cortex Approximate model, 52: Slice plane of sagittal image, 53: SQ
UID sensor.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−246926（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−249530（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−147977（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−31736（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−226340（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) A61B 5/05────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-2-246926 (JP, A) JP-A-2-249530 (JP, A) JP-A-2-147977 (JP, A) JP-A-2-246 31736 (JP, A) JP-A-63-226340 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) A61B 5/05
Claims (1)
系に関する３次元的な位置・方向を入力する装置と、頭
部の内部を撮像するMRI装置と、該MRI装置で得たデータ
より作成した頭部の近似モデルを用いて上記SQUIDセン
サから得た脳磁界測定データ及び上記の位置関係データ
より電流双極子を算出する演算装置と、該電流双極子及
び上記SQUIDセンサを、上記MRI装置で得た脳表構造画像
上に表示する装置とを備えることを特徴とする脳磁計測
装置。1. A SQUID sensor, a device for inputting a three-dimensional position and direction of the SQUID sensor with respect to a head coordinate system, an MRI device for imaging the inside of the head, and data obtained by the MRI device An arithmetic unit for calculating a current dipole from the brain magnetic field measurement data obtained from the SQUID sensor and the positional relationship data obtained using the created approximate model of the head, and the current dipole and the SQUID sensor, the MRI apparatus And a device for displaying on the brain surface structure image obtained in (1).
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