(57)【要約】  対象者の脳の解剖学的構造を評価するためのシステム及び方法が提供される。一実施形態では、対象者の脳の解剖学的構造を評価するためのシステムは、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイスと通信するコンピューティングデバイスを含む。コンピューティングデバイスは、解剖学的構造の形状内の検査活性化レベルを標準データベースのデータと比較することによって解剖学的構造の異常を決定し、ディスプレイデバイスに、解剖学的構造の異常のグラフィカル表示を出力するように動作可能である。検査活性化レベルは、ＭＲＩデバイスの使用により得られた機能的磁気共鳴イメージング（ｆＭＲＩ）データと解剖学的構造の形状とを位置合わせすることによって決定される。解剖学的構造の形状は、ＭＲＩデバイスの使用により得られた磁気共鳴（ＭＲ）データのセグメント化に基づいて輪郭を描かれる。標準データベースのデータは、神経学的に罹患していない複数の対象者の解剖学的構造の活性化レベルを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象者の脳の解剖学的構造を評価するためのシステムであって、前記システムが、
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイスと通信するコンピューティングデバイス
を含み、前記コンピューティングデバイスが、
前記解剖学的構造の形状内の検査活性化レベルを標準データベースのデータと比較することによって前記解剖学的構造の異常を決定することであって、前記検査活性化レベルが、前記ＭＲＩデバイスの使用により得られた機能的磁気共鳴イメージング（ｆＭＲＩ）データと前記解剖学的構造の前記形状とを位置合わせすることによって決定され、前記解剖学的構造の前記形状が、前記ＭＲＩデバイスの使用により得られた磁気共鳴（ＭＲ）データのセグメント化に基づいて輪郭を描かれる、解剖学的構造の異常を決定することと、
ディスプレイデバイスに、前記解剖学的構造の異常のグラフィカル表示を出力することと
を行うように動作可能であり、
前記標準データベースのデータが、神経学的に罹患していない複数の対象者の解剖学的構造の活性化レベルを含む、
システム。
【請求項２】
前記コンピューティングデバイスが、
前記異常に関連する前記検査活性化レベルをバイオマーカーデータベースのデータと比較することによって神経学的障害の可能性を決定するようにさらに動作可能であり、
前記バイオマーカーデータベースのデータが、神経学的に罹患している複数の対象者の前記解剖学的構造の活性化レベルを含み、
前記グラフィカル表示が、前記神経学的障害の可能性を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コンピューティングデバイスが、
前記解剖学的構造の前記形状内の検査電気的活動レベルを前記標準データベースのデータと比較することによって前記解剖学的構造の異常を決定することであって、前記検査電気的活動レベルが、脳波検査（ＥＥＧ）デバイスの使用により得られたＥＥＧデータと前記解剖学的構造の前記形状とを位置合わせすることによって決定される、前記解剖学的構造の異常を決定することと、
前記解剖学的構造の異常に関連する前記検査電気的活動レベルを前記バイオマーカーデータベースのデータと比較することによって前記神経学的障害の可能性を決定することと
を行うようにさらに動作可能であり、
前記コンピューティングデバイスが前記ＥＥＧデバイスと通信し、
前記標準データベースのデータが、前記神経学的に罹患していない複数の対象者の前記解剖学的構造の電気的活動レベルを含み、
前記バイオマーカーデータベースのデータが、前記神経学的に罹患している複数の対象者の前記解剖学的構造の電気的活動レベルを含む、
請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記コンピューティングデバイスが、
前記解剖学的構造の前記形状内の検査ニューロン活動レベルを前記標準データベースのデータと比較することによって前記解剖学的構造の異常を決定することであって、前記検査ニューロン活動レベルが、脳磁気図検査（ＭＥＧ）デバイスの使用により得られたＭＥＧデータと前記解剖学的構造の前記形状とを位置合わせすることによって決定される、前記解剖学的構造の異常を決定することと、
前記解剖学的構造の異常に関連する前記検査ニューロン活動レベルを前記バイオマーカーデータベースのデータと比較することによって前記神経学的障害の可能性を決定することと
を行うようにさらに動作可能であり、
前記コンピューティングデバイスが前記ＭＥＧデバイスと通信し、
前記標準データベースのデータが、前記神経学的に罹患していない複数の対象者の前記解剖学的構造のニューロン活動レベルを含み、
前記バイオマーカーデータベースのデータが、前記神経学的に罹患している複数の対象者の前記解剖学的構造のニューロン活動レベルを含む、
請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記コンピューティングデバイスが、
前記解剖学的構造の前記形状内の検査繊維路密度を前記標準データベースのデータと比較することによって前記解剖学的構造の異常を決定することであって、前記検査繊維路密度が、前記ＭＲＩデバイスの使用により得られた拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ）データと前記解剖学的構造の前記形状とを位置合わせすることによって決定される、前記解剖学的構造の異常を決定することと、
前記前記解剖学的構造の異常に関連する前記検査繊維路密度を前記バイオマーカーデータベースのデータと比較することによって前記神経学的障害の可能性を決定することと
を行うようにさらに動作可能であり、
前記標準データベースのデータが、前記神経学的に罹患していない複数の対象者の前記解剖学的構造の繊維路密度を含み、
前記バイオマーカーデータベースのデータが、前記神経学的に罹患している複数の対象者の前記解剖学的構造の繊維路密度を含む、
請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記グラフィカル表示が治療推奨を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記グラフィカル表示が処方推奨を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
前記グラフィカル表示が報告書を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
前記ＭＲＩデバイス及び前記ディスプレイデバイスをさらに含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項１０】
対象者の脳の解剖学的構造を評価するためのシステムであって、前記システムが、
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイスと通信するコンピューティングデバイス
を含み、前記コンピューティングデバイスが、
前記解剖学的構造の形状内の検査活性化レベルをバイオマーカーデータベースのデータと比較することによって神経学的障害の可能性を決定することであって、前記検査活性化レベルが、前記ＭＲＩデバイスの使用により得られた機能的磁気共鳴イメージング（ｆＭＲＩ）データと前記解剖学的構造の前記形状とを位置合わせすることによって決定され、前記解剖学的構造の前記形状が、前記ＭＲＩデバイスの使用により得られた磁気共鳴（ＭＲ）データのセグメント化に基づいて輪郭を描かれる、神経学的障害の可能性を決定することと、
ディスプレイデバイスに、前記神経学的障害の前記可能性のグラフィカル表示を出力することと
を行うように動作可能であり、
前記バイオマーカーデータベースのデータが、神経学的に罹患している複数の対象者の前記解剖学的構造の活性化レベルを含む、
システム。
【請求項１１】
前記コンピューティングデバイスが、
前記解剖学的構造の前記形状内の検査活性化レベルを標準データベースのデータと比較することによって前記解剖学的構造の異常を決定するようにさらに動作可能であり、
前記標準データベースのデータが、神経学的に罹患していない複数の対象者の前記解剖学的構造の活性化レベルを含み、
前記グラフィカル表示が、前記解剖学的構造の異常を含む、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コンピューティングデバイスが、
前記解剖学的構造の前記形状内の検査電気的活動レベルを前記標準データベースのデータと比較することによって前記解剖学的構造の異常を決定することであって、前記検査電気的活動レベルが、脳波検査（ＥＥＧ）デバイスの使用により得られたＥＥＧデータと前記解剖学的構造の前記形状とを位置合わせすることによって決定される、前記解剖学的構造の異常を決定することと、
前記検査電気的活動レベルを前記バイオマーカーデータベースのデータと比較することによって前記神経学的障害の可能性を決定することと
を行うようにさらに動作可能であり、
前記コンピューティングデバイスが前記ＥＥＧデバイスと通信し、
前記標準データベースのデータが、前記神経学的に罹患していない複数の対象者の前記解剖学的構造の電気的活動レベルを含み、
前記バイオマーカーデータベースのデータが、前記神経学的に罹患している複数の対象者の前記解剖学的構造の電気的活動レベルを含む、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記コンピューティングデバイスが、
前記解剖学的構造の前記形状内の検査ニューロン活動レベルを前記標準データベースのデータと比較することによって前記解剖学的構造の異常を決定することであって、前記検査ニューロン活動レベルが、脳磁気図検査（ＭＥＧ）デバイスの使用により得られたＭＥＧデータと前記解剖学的構造の前記形状とを位置合わせすることによって決定される、前記解剖学的構造の異常を決定することと、
前記検査ニューロン活動レベルを前記バイオマーカーデータベースのデータと比較することによって前記神経学的障害の可能性を決定することと
を行うようにさらに動作可能であり、
前記コンピューティングデバイスが前記ＭＥＧデバイスと通信し、
前記標準データベースのデータが、前記神経学的に罹患していない複数の対象者の前記解剖学的構造のニューロン活動レベルを含み、
前記バイオマーカーデータベースのデータが、前記神経学的に罹患している複数の対象者の前記解剖学的構造のニューロン活動レベルを含む、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記コンピューティングデバイスが、
前記解剖学的構造の前記形状内の検査繊維路密度を前記標準データベースのデータと比較することによって前記解剖学的構造の異常を決定することであって、前記検査繊維路密度が、前記ＭＲＩデバイスの使用により得られた拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ）データと前記解剖学的構造の前記形状とを位置合わせすることによって決定される、前記解剖学的構造の異常を決定することと、
前記検査繊維路密度を前記バイオマーカーデータベースのデータと比較することによって前記神経学的障害の可能性を決定することと
を行うようにさらに動作可能であり、
前記標準データベースのデータが、前記神経学的に罹患していない複数の対象者の前記解剖学的構造の繊維路密度を含み、
前記バイオマーカーデータベースのデータが、前記神経学的に罹患している複数の対象者の前記解剖学的構造の繊維路密度を含む、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記グラフィカル表示が治療推奨を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
前記グラフィカル表示が処方推奨を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
前記グラフィカル表示が報告書を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
前記ＭＲＩデバイス及び前記ディスプレイデバイスをさらに含む、請求項１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本開示は、一般に、神経学的検査に関し、特に、対象者の脳の異常を識別し、神経学的障害の可能性を決定するための神経学的検査システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  高い空間分解能及び優れた軟組織コントラストのために、構造磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）は、脳及び皮質下の萎縮の検出並びに白色／灰白質変化の縦追跡（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｔｒａｃｋｉｎｇ）に十分に適している。ＭＲＩには、神経学的障害を診断するのに有用な様々な変型及びモダリティがある。
【０００３】
[0003]  機能的磁気共鳴イメージング（ｆＭＲＩ）は、様々な信号強度値をもたらす酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンの磁気特性を利用するＭＲＩの変型である。酸素化血液と脱酸素化血液との比の経時変化を使用して、課題（ｔａｓｋ）関連代謝活動の画像を生成する。局所血液脳活動と、最終的には局所酸素需要及び血流とを向上させる課題が、ＭＲＩスキャナ内の対象者によって実行され、神経学的疾患及び精神障害をもつ個人の認知機能を研究するために使用される。
【０００４】
[0004]  拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ）は、水拡散の特性を利用して脳組織及び下線付き白質路の接続性及び機能的完全性に関する情報を提供する別のＭＲＩモダリティである。ＤＴＩは、局所拡散速度を記述するテンソルの主軸に沿って水分子が拡散するという原理に基づく。テンソルは、３次元のボクセルに中心があり、楕円体として視覚化される。その結果、白質路に沿ったボクセルは、個々のテンソルの長軸に沿って見る場合、繊維路としても知られている拡散ラインを形成する。ＤＴＩトラクトグラフィは、ユーザ定義のシード点／領域から開始することによって、そのような楕円体を長軸に沿って追跡する画像処理技法である。
【０００５】
[0005]  例えば、脳波検査（ＥＥＧ）及び脳磁気図検査（ＭＥＧ）が、アルツハイマー病、外傷性脳損傷、及び癲癇などの神経学的障害を研究するために使用される。ＥＥＧとＭＥＧの両方は、脳のニューロン内のイオン電流を測定する。ニューロン内のイオン電流は、ニューロン電流と呼ばれる。ＥＥＧは、ニューロン電流から生じる電圧変動を測定し、一方、ＭＥＧは、ニューロン電流によって誘導される磁場を測定する。ニューロン電流を測定することによって、ＥＥＧ及びＭＥＧの両方は、脳活動を評価するために使用される。それゆえに、ＭＥＧデータとＥＥＧデータとは、脳活動の様々な態様を評価するので、ｆＭＲＩデータを補足する。ＭＥＧデータ及びＥＥＧデータはまた、ＤＴＩデータの繊維路が対象者の脳のニューロン接続性の描写であるので、ＤＴＩデータと相互比較される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
[0006]  従来、ｆＭＲＩデータ、ＤＴＩデータ、ＥＥＧデータ、及びＭＥＧデータは、通常、領域ごとに別々に分析される。解剖学的構造単位のこれらのデータの追跡及び定量分析は利用できない。同じ理由で、標準データ及びバイオマーカーは、どちらも、解剖学的構造単位で作成及び開発されない。それゆえに、改善された神経学的検査システム及び方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
[0007]  本開示の実施形態は、解剖学的に固有のｆＭＲＩ、ＤＴＩ、ＥＥＧ、及びＭＥＧデータを標準データベースのデータと比較することによって、対象者の脳の異常を識別し、解剖学的に固有のｆＭＲＩ、ＤＴＩ、ＥＥＧ、及びＭＥＧデータをバイオマーカーデータベースのデータと比較することによって神経学的障害の可能性を決定するように構成される。標準データベースのデータは、神経学的障害と診断されていない健康な対象者の解剖学的に固有のｆＭＲＩ、ＤＴＩ、ＥＥＧ、及びＭＥＧデータ、並びにこれらの健康な対象者のゲノミクス、電子医療記録、放射線医学報告書などの非イメージングデータを含む。バイオマーカーデータベースのデータは、神経学的障害と診断された対象者の解剖学的に固有のｆＭＲＩ、ＤＴＩ、ＥＥＧ、及びＭＥＧデータ、並びに神経学的障害をもつこれらの対象者のゲノミクス、電子医療記録、放射線医学報告書などの非イメージングデータを含む。
【０００８】
[0008]  対象者の脳の解剖学的構造を評価するためのシステム及び方法が提供される。一実施形態では、対象者の脳の解剖学的構造を評価するためのシステムは、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイスと通信するコンピューティングデバイスを含む。コンピューティングデバイスは、解剖学的構造の形状内の検査活性化レベルを標準データベースのデータと比較することによって解剖学的構造の異常を決定し、ディスプレイデバイスに、解剖学的構造の異常のグラフィカル表示を出力するように動作可能である。検査活性化レベルは、ＭＲＩデバイスの使用により得られた機能的磁気共鳴イメージング（ｆＭＲＩ）データと解剖学的構造の形状とを位置合わせすることによって決定される。解剖学的構造の形状は、ＭＲＩデバイスの使用により得られた磁気共鳴（ＭＲ）データのセグメント化に基づいて輪郭を描かれる。標準データベースのデータは、神経学的に罹患していない複数の対象者の解剖学的構造の活性化レベルを含む。
【０００９】
[0009]  いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイスは、異常に関連する検査活性化レベルをバイオマーカーデータベースのデータと比較することによって神経学的障害の可能性を決定するようにさらに動作可能である。バイオマーカーデータベースのデータは、神経学的に罹患している複数の対象者の解剖学的構造の活性化レベルを含む。グラフィカル表示は、神経学的障害の可能性を含む。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイスは、解剖学的構造の形状内の検査電気的活動レベルを標準データベースのデータと比較することによって解剖学的構造の異常を決定し、異常に関連する検査電気的活動レベルをバイオマーカーデータベースのデータと比較することによって神経学的障害の可能性を決定するようにさらに動作可能である。検査電気的活動レベルは、脳波検査（ＥＥＧ）デバイスの使用により得られた脳波検査（ＥＥＧ）データと解剖学的構造の形状とを位置合わせすることによって決定される。コンピューティングデバイスはＥＥＧデバイスと通信する。標準データベースのデータは、神経学的に罹患していない複数の対象者の解剖学的構造の電気的活動レベルを含む。バイオマーカーデータベースのデータは、神経学的に罹患している複数の対象者の解剖学的構造の電気的活動レベルを含む。
【００１０】
[0010]  いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイスは、解剖学的構造の形状内の検査ニューロン活動レベルを標準データベースのデータと比較することによって解剖学的構造の異常を決定し、異常に関連する検査ニューロン活動レベルをバイオマーカーデータベースのデータと比較することによって神経学的障害の可能性を決定するようにさらに動作可能である。検査ニューロン活動レベルは、脳磁気図検査（ＭＥＧ）デバイスの使用により得られた脳磁気図検査（ＭＥＧ）データと解剖学的構造の形状とを位置合わせすることによって決定される。コンピューティングデバイスはＭＥＧデバイスと通信する。標準データベースのデータは、神経学的に罹患していない複数の対象者の解剖学的構造のニューロン活動レベルを含む。バイオマーカーデータベースのデータは、神経学的に罹患している複数の対象者の解剖学的構造のニューロン活動レベルを含む。
【００１１】
[0011]  いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイスは、解剖学的構造の形状内の検査繊維路密度を標準データベースのデータと比較することによって解剖学的構造の異常を決定し、異常に関連する検査繊維路密度をバイオマーカーデータベースのデータと比較することによって神経学的障害の可能性を決定するようにさらに動作可能である。検査繊維路密度は、ＭＲＩデバイスの使用により得られた拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ）データと解剖学的構造の形状とを位置合わせすることによって決定される。標準データベースのデータは、神経学的に罹患していない複数の対象者の解剖学的構造の繊維路密度を含む。バイオマーカーデータベースのデータは、神経学的に罹患している複数の対象者の解剖学的構造の繊維路密度を含む。いくつかの実施態様では、グラフィカル表示は治療推奨を含む。いくつかの実施態様では、グラフィカル表示は処方推奨を含む。いくつかの実施形態では、グラフィカル表示は報告書を含む。いくつかの実施形態では、システムは、ＭＲＩデバイス及びディスプレイデバイスをさらに含む。
【００１２】
[0012]  別の実施形態では、対象者の脳の解剖学的構造を評価するためのシステムは、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイスと通信するコンピューティングデバイスを含む。コンピューティングデバイスは、解剖学的構造の形状内の検査活性化レベルをバイオマーカーデータベースのデータと比較することによって神経学的障害の可能性を決定し、ディスプレイデバイスに、神経学的障害の可能性のグラフィカル表示を出力するように動作可能である。検査活性化レベルは、ＭＲＩデバイスの使用により得られた機能的磁気共鳴イメージング（ｆＭＲＩ）データと解剖学的構造の形状とを位置合わせすることによって決定される。解剖学的構造の形状は、ＭＲＩデバイスの使用により得られた磁気共鳴（ＭＲ）データのセグメント化に基づいて輪郭を描かれる。バイオマーカーデータベースのデータは、神経学的に罹患している複数の対象者の解剖学的構造の活性化レベルを含む。
【００１３】
[0013]  いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイスは、解剖学的構造の形状内の検査活性化レベルを標準データベースのデータと比較することによって解剖学的構造の異常を決定するようにさらに動作可能である。標準データベースのデータは、神経学的に罹患していない複数の対象者の解剖学的構造の活性化レベルを含む。グラフィカル表示は、解剖学的構造の異常を含む。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイスは、解剖学的構造の形状内の検査電気的活動レベルを標準データベースのデータと比較することによって解剖学的構造の異常を決定し、検査電気的活動レベルをバイオマーカーデータベースのデータと比較することによって神経学的障害の可能性を決定するようにさらに動作可能である。検査電気的活動レベルは、脳波検査（ＥＥＧ）デバイスの使用により得られた脳波検査（ＥＥＧ）データと解剖学的構造の形状とを位置合わせすることによって決定される。コンピューティングデバイスはＥＥＧデバイスと通信する。標準データベースのデータは、神経学的に罹患していない複数の対象者の解剖学的構造の電気的活動レベルを含む。バイオマーカーデータベースのデータは、神経学的に罹患している複数の対象者の解剖学的構造の電気的活動レベルを含む。
【００１４】
[0014]  いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイスは、解剖学的構造の形状内の検査ニューロン活動レベルを標準データベースのデータと比較することによって解剖学的構造の異常を決定し、検査ニューロン活動レベルをバイオマーカーデータベースのデータと比較することによって神経学的障害の可能性を決定するようにさらに動作可能である。検査ニューロン活動レベルは、脳磁気図検査（ＭＥＧ）デバイスの使用により得られた脳磁気図検査（ＭＥＧ）データと解剖学的構造の形状とを位置合わせすることによって決定される。コンピューティングデバイスはＭＥＧデバイスと通信する。標準データベースのデータは、神経学的に罹患していない複数の対象者の解剖学的構造のニューロン活動レベルを含む。バイオマーカーデータベースのデータは、神経学的に罹患している複数の対象者の解剖学的構造のニューロン活動レベルを含む。
【００１５】
[0015]  いくつかの実施態様では、コンピューティングデバイスは、解剖学的構造の形状内の検査繊維路密度を標準データベースのデータと比較することによって解剖学的構造の異常を決定し、検査繊維路密度をバイオマーカーデータベースのデータと比較することによって神経学的障害の可能性を決定するようにさらに動作可能である。検査繊維路密度は、ＭＲＩデバイスの使用により得られた拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ）データと解剖学的構造の形状とを位置合わせすることによって決定される。標準データベースのデータは、神経学的に罹患していない複数の対象者の解剖学的構造の繊維路密度を含む。バイオマーカーデータベースのデータは、神経学的に罹患している複数の対象者の解剖学的構造の繊維路密度を含む。いくつかの実施態様では、グラフィカル表示は治療推奨を含む。いくつかの事例では、グラフィカル表示は処方推奨を含む。いくつかの実施形態では、グラフィカル表示は報告書を含む。いくつかの実施形態では、システムは、ＭＲＩデバイス及びディスプレイデバイスを含む。
【００１６】
[0016]  そのようなデバイスとインタフェースする及び／又はそのような方法を実施するように特に構成された他のデバイス、システム、及び方法も提供される。
【００１７】
[0017]  本開示の追加の態様、特徴、及び利点は、図面とともに以下の詳細な説明から明らかになる。
【００１８】
[0018]  本開示の態様は、添付の図とともに読まれるとき以下の詳細な説明から最もよく理解される。産業界の標準の慣行に従って、様々なフィーチャは一定の縮尺で描かれていないことが強調される。実際、様々なフィーチャの寸法は、議論を明確にするために任意に拡大又は縮小される。加えて、本開示は、様々な例における参照番号及び／又は文字を繰り返すことがある。この繰り返しは、簡単及び明確にするためのものであり、それ自体、論じられる様々な実施形態及び／又は構成の間の関係を規定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】[0019]  本開示の態様による、神経学的検査システムの概略図である。
【図２】[0020]  本開示の態様による、解剖学的構造固有の分析のための標準データベース及びバイオマーカーデータベースを構築する方法を示す流れ図である。
【図３】[0021]  本開示の態様による、対象者の脳の解剖学的構造の異常及び神経学的障害の可能性を決定するための方法を示す流れ図である。
【図４】[0022]  本開示の態様による、解剖学的構造の形状の輪郭を描くためにＭＲ画像をセグメント化するためのプロセス流れを示す概略図である。図４（４１０）、図４（４２０）、図４（４３０）、図４（４４０）、図４（４５０）及び図４（４６０）は、図４に示されたアイテムの白黒バージョンを示す。
【図５】[0023]  本開示の態様による、脳の解剖学的構造内の活性化レベルのグラフィカル表現を示す図である。
【図６】[0024]  本開示の態様による、対象者の扁桃体海馬複合体（ＡＨＣ）のセグメント化モデルを重ね合わせた対象者の脳のＭＲ画像を示す図である。
【図７】[0025]  本開示の態様による、対象者のＡＨＣのセグメント化モデルを経由する繊維路を重ね合わせた対象者の脳のＭＲ画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
[0026]  次に、本開示の原理を理解しやすくするために、図面に示された実施形態が参照され、実施形態を記述するために特定の用語が使用される。それにもかかわらず、本開示の範囲への限定を意図していないことが理解されよう。記載されたデバイス、システム、及び方法への任意の改変及びさらなる変形、並びに本開示の原理のさらなる適用は、本開示に関連する当業者に通常思い浮かぶように、完全に意図され、本開示内に含まれる。
【００２１】
[0027]  次に図１を参照すると、そこに、本開示のいくつかの実施形態による神経学的検査システム１００の概略図が示される。システム１００は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）デバイス１１０、脳磁気図検査（ＭＥＧ）デバイス１３０、脳波検査（ＥＥＧ）デバイス１４０、ユーザ入力デバイス１５０、及びディスプレイ１６０と電気通信するコンピューティングデバイス１２０を含む。コンピューティングデバイス１２０は、メモリと通信する１つ又は複数のプロセッサなどの処理回路を含む。メモリは、１つ又は複数のプロセッサにより実行可能である命令を格納する有形コンピュータ可読記憶媒体である。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、一方ではＭＲＩデバイス１１０、ＭＥＧデバイス１３０、ＥＥＧデバイス１４０、及び他方ではディスプレイ１６０の間のインタフェースとして機能するワークステーション又はコントローラである。いくつかの他の実施形態では、コンピューティングデバイス１２０はＭＲＩデバイス１１０のみを制御する。これらの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、ＭＥＧデバイス１３０及びＥＥＧデバイス１４０の使用によって得られたデータにアクセスすることができるが、それらの動作を直接制御しない。いくつかの実施形態では、ＭＲＩデバイス１１０は、限定はしないが、磁気共鳴（ＭＲ）イメージング、拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ）、及び機能的磁気共鳴イメージング（ｆＭＲＩ）を含む様々なモダリティで動作し、イメージングデータをコンピューティングデバイス１２０に出力する。いくつかの実施態様では、ＭＲＩデバイス１１０は、様々なモダリティで同時に動作することができる。例えば、ＭＲＩデバイスは、ＭＲスキャンとＤＴＩスキャンを同時に実行することができる。
【００２２】
[0028]  いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、ＭＲＩデバイス１１０からのＭＲデータを受け取り、それを処理し、ＭＲ画像データをディスプレイ１６０に出力し、その結果、ディスプレイ１６０はＭＲ画像を表示する。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、ＭＲＩデバイス１１０からのｆＭＲＩデータを受け取り、それを処理し、ｆＭＲＩデータをディスプレイ１６０に出力する。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、調査スキャン、剛体位置合せ、ボリューム局在化、及び方向余弦などの適切なプロセスによりＭＲデータとｆＭＲＩデータを位置合わせ又は相互位置合わせする。いくつかの実施形態では、ｆＭＲＩデータの取得は、所定の活性化レベル又は閾値活性化レベルが達成されるまで終了しない。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、ＭＥＧ１３０からのデータを受け取り、それを処理して、ニューロン活動レベルを決定し、ニューロン活動レベルをディスプレイ１６０に出力する。同様に、いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、ＥＥＧ１４０からのデータを受け取り、それを処理して、電気的活動レベルを決定し、電気的活動レベルをディスプレイ１６０に出力する。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、調査スキャン、剛体位置合せ、ボリューム局在化、及び方向余弦などの適切なプロセスによりＭＲデータ並びにＥＥＧ及びＭＥＧデータを位置合わせ又は相互位置合わせする。いくつかの実施態様では、ＥＥＧデバイス１４０はＭＲＩデバイス１１０に適合し、ＥＥＧデータはＭＲスキャンと同時に得られる。これらの実施態様では、ＭＲデータ及びＥＥＧデータは、同じ視野の下で位置合わせ又は相互位置合わせされなければならない。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、ＭＲＩデバイス１１０からのＤＴＩデータを受け取り、それを処理して、繊維路を識別し、識別された繊維路をディスプレイ１６０に出力する。それらの実施形態では、ＭＲデータ及びＤＴＩデータは、ＭＲスキャンにより同時に又は順々に得られる。スキャンされている対象者がＭＲ／ＤＴＩスキャンの間静止したままでいる場合、調査スキャンは、ＭＲスキャンの視野及びＤＴＩスキャンの視野を位置合わせするのに十分である。対象者が動く場合、ＭＲスキャンとＤＴＩスキャンとの間の適切な位置合せを確実にするために、追加の調査スキャンを実行する必要がある場合がある。いくつかの事例では、コンピューティングデバイス１２０は、剛体位置合せ、ボリューム局在化、及び方向余弦などの適切なプロセスによりＭＲデータとＤＴＩデータとを位置合わせ又は相互位置合わせする。
【００２３】
[0029]  いくつかの実施形態では、ＭＲデータはＴ１重み付け（Ｔ１  Ｗ）ＭＲ画像であり、コンピューティングデバイス１２０は、対象者の脳の解剖学的構造の形状の輪郭を描くためにＭＲ画像を自動的にセグメント化する。いくつかの実施態様では、コンピューティングデバイス１２０は、ＭＲ画像データを３次元（３Ｄ）脳モデルに基づいてセグメント化する。いくつかの事例では、３Ｄ脳モデルは、記憶媒体から、又はサーバ若しくは遠隔ワークステーションへの有線若しくは無線接続を通して、コンピューティングデバイス１２０によって受け取られる。他のいくつかの事例では、３Ｄ脳モデルは、コンピューティングデバイス１２０内の記憶デバイスに、又はコンピューティングデバイス１２０により検索可能な記憶デバイスに格納される。いくつかの実施態様では、３Ｄ脳モデルは、形状制約された変形可能な脳モデルである。いくつかの事例では、３Ｄ脳モデルは、Ｌｉｕ  Ｔ．、Ｓｈｅｎ  Ｄ．、Ｉｂａｎｅｚ  Ｌ．、Ｔａｏ  Ｘ．（編）ＭＢＩＡ  ２０１１．  Ｌｅｃｔｕｒｅ  Ｎｏｔｅｓ  ｉｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  ｖｏｌ．  ７０１２．  Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，  Ｂｅｒｌｉｎ，  ＨｅｉｄｅｌｂｅｒｇによるＭｕｌｔｉｍｏｄａｌ  Ｂｒａｉｎ  Ｉｍａｇｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ．における、Ｌ．  Ｚａｇｏｒｃｈｅｖ、Ｃ．  Ｍｅｙｅｒ、Ｔ．  Ｓｔｅｈｌｅ、Ｒ．  Ｋｎｅｓｅｒ，  Ｓ、Ｙｏｕｎｇ、及びＪ．  Ｗｅｅｓｅによる「Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｒａｕｍａｔｉｃ  ｂｒａｉｎ  ｉｎｊｕｒｙ  ｓｕｂｊｅｃｔｓ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｓｈａｐｅ−ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ  ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ  ｍｏｄｅｌ」２０１１に記載された脳モデルであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの実施形態では、３Ｄ脳モデルは、「ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＲＡＰＩＤ  ＡＮＤ  ＡＣＣＵＲＡＴＥ  ＱＵＡＮＴＩＴＡＴＩＶＥ  ＡＳＳＥＳＳＭＥＮＴ  ＯＦ  ＴＲＡＵＭＡＴＩＣ  ＢＲＡＩＮ  ＩＮＪＵＲＹ」と題する米国特許第９，２５６，９５１号に記載された変形可能な脳モデル、又は「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＱＵＡＮＴＩＴＡＴＩＶＥ  ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＩＭＡＧＥ  ＳＥＧＭＥＮＴＡＴＩＯＮ」と題する米国特許出願公開第２０１５０１４６９５１号に記載された形状制約された変形可能な脳モデルであり、それらの各々はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００２４】
[0030]  いくつかの実施形態では、自動セグメンテーションが、脳の解剖学的構造の形状の輪郭を描くだけでなく、形状の各々における複数のボクセルも画定する。ＭＲデータをｆＭＲＩデータ、ＤＴＩデータ、ＥＥＧデータ、及びＭＥＧデータと位置合わせすると、形状及びボクセルをｆＭＲＩ、ＤＴＩ、ＥＥＧ、ＭＥＧ空間に移送することができ、又はｆＭＲＩ画像、ＤＴＩ画像、ＥＥＧ画像、及びＭＥＧ画像をＭＲ画像に重ね合わせることができる。いくつかの実施態様では、ＭＲＩデバイス１１０からのｆＭＲＩデータに基づいて、コンピューティングデバイス１２０は、ボクセル内の活性化レベルを決定する。活性化レベルは、累積活性化レベル、瞬間活性化レベル、時間平均活性化レベル、又は事象平均活性化レベルである。ボクセルの各々の活性化レベルが分かれば、次いで、コンピューティングデバイス１２０は、形状内のすべてのボクセルの活性化レベルを積分することによって、解剖学的構造の形状内の活性化レベルを決定することができる。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、活性化レベルが蓄積活性化レベル、瞬間活性化レベル、時間平均活性化レベル、又は事象平均活性化レベルであっても、様々な活性化レベルを表すために色分けを使用することができる。いくつかの実施態様では、コンピューティングデバイス１２０はまた、形状内のボクセルの活性化レベルに基づいて、形状内の活性化レベルの輪郭を出力する。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、形状内の決定された活性化レベルのグラフィカル表示をディスプレイ１６０に出力する。
【００２５】
[0031]  いくつかの実施形態では、ＭＲデータ及びｆＭＲＩデータは、対象者の脳の様々な解剖学的構造の多数の形状に関する情報を含む。局所的脳活動を増加させるように設計された課題が対象者に与えられると、様々な解剖学的構造の形状内の活性化レベルは、経時的にシーケンス又はパターンを想定することができる。例えば、第１の高平均活性化レベルは第１の解剖学的構造内で観察され、次いで、第２の高平均活性化レベルは第２の解剖学的構造内で観察される。コンピューティングデバイス１２０はまた、解剖学的構造間の活性化のシーケンス又はパターンを決定することができる。
【００２６】
[0032]  いくつかの実施態様では、ＭＲＩデバイス１１０からのＤＴＩデータに基づいて、コンピューティングデバイス１２０は、解剖学的構造の形状を経由する繊維路を識別する。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、解剖学的構造の形状内の繊維路密度を決定する。いくつかの実施態様では、繊維路密度は、解剖学的構造の形状の全体積のうちの繊維路体積の比率を含む。いくつかの実施態様では、コンピューティングデバイス１２０は、様々な解剖学的構造内の様々な繊維路密度を表すために色分けを使用する。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、形状内の繊維路密度のグラフィカル表示をディスプレイ１６０に出力する。いくつかの実施態様では、ＭＥＧデバイス１３０からのＭＥＧデータに基づいて、コンピューティングデバイス１２０は、解剖学的構造の形状内のニューロン活動レベルを識別する。いくつかの実施態様では、コンピューティングデバイス１２０は、様々な解剖学的構造のニューロン活動レベルの様々なレベルを表すために色分けを使用する。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、形状内のニューロン活動レベルのグラフィカル表示をディスプレイ１６０に出力する。いくつかの実施態様では、ＥＥＧデバイス１４０からのＥＥＧデータに基づいて、コンピューティングデバイス１２０は、解剖学的構造の形状内の電気的活動レベルを識別する。いくつかの実施態様では、コンピューティングデバイス１２０は、様々な解剖学的構造の電気的活動レベルの様々なレベルを表すために色分けを使用する。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、形状内の電気的活動レベルのグラフィカル表示をディスプレイ１６０に出力する。
【００２７】
[0033]  いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、標準データベース及びバイオマーカーデータベースを構築するために使用される。これらの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、対象者の診断結果を受け取る。診断結果が、陰性であり、健康な脳を示している場合、対象者は神経学的に罹患していない対象者であると識別され、対象者のそれぞれの解剖学的構造内のｆＭＲＩ活性化レベル、活性化のシーケンス、ＤＴＩ繊維路密度、ＭＥＧニューロン活動レベル、ＥＥＧ電気的活動レベルが、コンピューティングデバイス１２０と通信する標準データベース１７０にコンピューティングデバイス１２０によって格納される。しかしながら、診断結果が陽性であり、神経学的障害を示している場合、対象者は、神経学的に罹患している対象者であると識別され、前記の解剖学的構造固有のデータは、バイオマーカーデータベース１８０に格納される。時間とともに、標準データベースには、神経学的に罹患していない複数の対象者についてのそれぞれの解剖学的構造内のｆＭＲＩ活性化レベル、活性化のシーケンス、ＤＴＩ繊維路密度、ＭＥＧニューロン活動レベル、ＥＥＧ電気的活動レベルが含まれ、バイオマーカーデータベースには、神経学的に罹患している複数の対象者についてのそれぞれの解剖学的構造内のｆＭＲＩ活性化レベル、活性化のシーケンス、ＤＴＩ繊維路密度、ＭＥＧニューロン活動レベル、ＥＥＧ電気的活動レベルが含まれる。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、神経学的に罹患していない又は罹患している複数の対象者の頭部サイズ又は頭部形状記述子に基づいて、標準データベース１７０及びバイオマーカーデータベース１８０のデータを正規化する。そのように、頭部サイズによる変動を考慮して、より正確なデータセットが比較のために用意される。
【００２８】
[0034]  いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、診断された神経学的障害、ｆＭＲＩ活性化レベル、活性化のシーケンス、ＤＴＩ繊維路密度、ＭＥＧニューロン活動レベル、及びＥＥＧ電気的活動レベルを診断結果に関連付ける。バイオマーカーデータベース１８０に格納されたデータはすべて各解剖学的構造に対して正規化されているので、活動レベル、ニューロン活動レベル、電気的活動レベル、及びＤＴＩ繊維密度が、診断された神経学的障害に対して有意義に定量化及び分析される。同じデータの従来の使用では同じことは言えない。例えば、従来のＤＴＩは、対象者の脳の内の繊維路を識別する。しかしながら、有意義に規定された空間又は形状がなければ、繊維路密度や繊維路体積の比率を、計算することも、様々な対象者からの対応する値と相互比較することもできない。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、活性化レベル、活性化のシーケンス、ニューロン活動レベル、電気的活動、及び繊維路密度に関する特性又はバイオマーカーを統計的に識別することができる。
【００２９】
[0035]  いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０が、ＭＲＩデバイス１１０からの対象者のｆＭＲＩデータ及びＤＴＩデータ、ＭＥＧデバイス１３０からの対象者のＭＥＧデータ、及びＥＥＧデバイス１４０からの対象者のＥＥＧデータを受け取った後、コンピューティングデバイス１２０は、解剖学的構造単位で、対象者の活性化レベル、活性化のシーケンス、ニューロン活動レベル、電気的活動レベル、及び繊維路密度を標準データベース１７０に格納されているデータと比較する。そのような比較により、コンピューティングデバイス１２０は、特定の解剖学的構造に関して異常を識別する。いくつかの実施形態では、異常が識別された後、コンピューティングデバイス１２０は、解剖学的構造内の対象者の活性化レベル、活性化のシーケンス、ニューロン活動レベル、電気的活動、及び繊維路密度をバイオマーカーデータベース１８０に格納されているデータと比較する。コンピューティングデバイス１２０は、「異常な」解剖学的構造の活性化レベル、活性化のシーケンス、ニューロン活動レベル、電気的活動レベル、及び繊維路密度が、神経学的障害の固有のパターン又はバイオマーカーと一致するかどうか、及び神経学的障害を示す異常の可能性がどれくらいかを決定する。代替構成では、コンピューティングデバイス１２０は、異常の識別及び神経学的障害の可能性の決定の際に、標準データベース１７０とバイオマーカーデータベース１８０の両方に並行してアクセスする。いくつかの実施形態では、診断結果が陽性であるときはいつでも、推奨される療法又は処置のための治療推奨及び推奨される薬物のための処方推奨に関する情報もバイオマーカーデータベース１８０に格納される。それらの実施形態では、神経学的障害の可能性に加えて、コンピューティングデバイス１２０は、さらに、バイオマーカーデータベース１８０内の推奨される治療及び処方に基づいて、治療推奨及び処方推奨を決定することができる。本開示により得られた活性化レベル、活性化のシーケンス、ニューロン活動レベル、電気的活動レベル、及び繊維路密度の解剖学的構造固有の性質により、脳活動の変化の検査時追跡及び異なる検査にわたる縦追跡が可能になる。
【００３０】
[0036]  いくつかの実施態様では、コンピューティングデバイス１２０は、識別された異常、神経学的障害の可能性、推奨される治療、及び推奨される処方のグラフィカル表示を生成し、ディスプレイ１６０に出力する。グラフィカル表示には、色輪郭、テキスト、ポップアップダイアログボックス、クリック可能ハイパーリンクが含まれる。いくつかの実施態様では、グラフィカル表示は、報告書の形態を想定することができる。
【００３１】
[0037]  次に図２を参照すると、そこに、解剖学的構造固有の分析のための標準データベース及びバイオマーカーデータベースを構築する例示的な方法２００を示す流れ図が示される。方法２００は、工程２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６Ａ、及び２１６Ｂを含む。方法２００の工程は図２に示された順序とは異なる順序で実行されてもよく、追加の工程が工程の前、間、及び後に設けられてもよく、及び／又は記載された工程のうちのいくつかが他の実施形態では置き換えられるか又は除去されてもよいことを理解されたい。方法２００の工程は、システム１００のコンピューティングデバイス１２０などのＭＲＩシステムのコンピューティングデバイスによって実行される。方法２００は、図３、図４、図５、図６、及び図７を参照して以下で説明される。
【００３２】
[0038]  方法２００の工程２０２において、対象者の脳のＭＲデータが、コンピューティングデバイス１２０と通信するＭＲＩデバイス１１０を使用することによって得られる。コンピューティングデバイス１２０は、対象者の脳のＭＲデータを処理し、ＭＲ画像データをディスプレイ１６０に出力し、図４のＭＲ画像４２０などのＭＲ画像が表示される。いくつかの実施形態では、ＭＲデータは、Ｔ１  Ｗ  ＭＲデータを含む。図４に示されたＭＲ画像４２０は対象者の脳の上面図であるが、当業者は、他の方向から見た対象者の脳のＭＲ画像を、同様に、コンピューティングデバイス１２０によって得るか又は導出することができることを理解されよう。工程２０２で得られたＭＲデータは、対象者の脳の解剖学的構造のＭＲデータを含む。
【００３３】
[0039]  方法２００の工程２０４において、対象者の脳のＭＲデータが、対象者の脳の第１の解剖学的構造の第１の形状及び第２の解剖学的構造の第２の形状の輪郭を描くためにセグメント化される。
【００３４】
[0040]  次に図４を参照すると、そこに、対象者の脳の解剖学的構造の形状の輪郭を描くためにＭＲデータをセグメント化するためのプロセス流れ４００が示される。図４は、白黒の医用画像によって白黒で様々な態様を表すのは難しいので、当初はカラー図面として準備された。本出願の出願時に、世界中のほとんどの特許庁はカラー図面を受理していない。それゆえに、図４に示された態様を示すのに役立つように、追加の図の図４（４１０）、図４（４２０）、図４（４３０）、図４（４４０）、図４（４５０）、及び図４（４６０）を提供して、図４における以前にカラーで示された様々な態様を白黒で示している。図４と図４（４１０）、図４（４２０）、図４（４３０）、図４（４４０）、図４（４５０）、及び図４（４６０）のいずれかとの間の相違は、オリジナルである図４を優先して解釈されるべきである。図４のカラーバージョンは、本特許出願に関連する米国特許出願において米国特許商標庁から入手可能である。
【００３５】
[0041]  いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、３Ｄ脳モデル４１０に基づいて、ＭＲ画像４２０によって表された対象者の脳のＭＲデータをセグメント化する。いくつかの実施形態では、３Ｄ脳モデル４１０は、形状制約された変形可能な脳モデルである。いくつかの事例では、３Ｄ脳モデル４１０は、Ｌｉｕ  Ｔ．、Ｓｈｅｎ  Ｄ．、Ｉｂａｎｅｚ  Ｌ．、Ｔａｏ  Ｘ．（編）ＭＢＩＡ  ２０１１．  Ｌｅｃｔｕｒｅ  Ｎｏｔｅｓ  ｉｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  ｖｏｌ．  ７０１２．  Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，  Ｂｅｒｌｉｎ，  ＨｅｉｄｅｌｂｅｒｇによるＭｕｌｔｉｍｏｄａｌ  Ｂｒａｉｎ  Ｉｍａｇｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ．  における、Ｌ．  Ｚａｇｏｒｃｈｅｖ、Ｃ．  Ｍｅｙｅｒ、Ｔ．  Ｓｔｅｈｌｅ、Ｒ．  Ｋｎｅｓｅｒ，  Ｓ、Ｙｏｕｎｇ、及びＪ．  Ｗｅｅｓｅによる「Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｒａｕｍａｔｉｃ  ｂｒａｉｎ  ｉｎｊｕｒｙ  ｓｕｂｊｅｃｔｓ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｓｈａｐｅ−ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ  ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ  ｍｏｄｅｌ」２０１１に記載された脳モデルであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの事例では、３Ｄ脳モデルは、「ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＲＡＰＩＤ  ＡＮＤ  ＡＣＣＵＲＡＴＥ  ＱＵＡＮＴＩＴＡＴＩＶＥ  ＡＳＳＥＳＳＭＥＮＴ  ＯＦ  ＴＲＡＵＭＡＴＩＣ  ＢＲＡＩＮ  ＩＮＪＵＲＹ」と題する米国特許第９，２５６，９５１号に記載された変形可能な脳モデル、又は「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＱＵＡＮＴＩＴＡＴＩＶＥ  ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＩＭＡＧＥ  ＳＥＧＭＥＮＴＡＴＩＯＮ」と題する米国特許出願公開第２０１５０１４６９５１号に記載の形状制約された変形可能な脳モデルであり、それらの各々はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの実施態様では、３Ｄ脳モデル４１０は、コンピューティングデバイス１２０、又はコンピューティングデバイス１２０で検索可能な記憶デバイス若しくは媒体に格納される。工程２０４は、工程２０２と同時に実行されてもよく、又は工程２０２の後に続いて実行されてもよい。
【００３６】
[0042]  ＭＲ画像４３０に示されるように、３Ｄ脳モデル４１０は、脳のＭＲ画像４２０に一致させることによって初期化される。次いで、一般化ハフ変換（ＧＨＴ）を３Ｄ脳モデル４１０に実行して、ＭＲ画像４４０に示されるように、場所及び方位に関して、３Ｄ脳モデル４１０をＭＲ画像４２０の解剖学的構造の形状に一致させる。その後、ＭＲ画像４５０に示されるように、３Ｄ脳モデル４１０はパラメータ適応を経る。場所、方位、及び倍率変更が、ＭＲ画像４２０の解剖学的構造によりよく適合するようにグローバル相似変換及び／又は多重線形変換を使用して調節される。ＭＲ画像４６０によって示されるように、３Ｄ脳モデル４１０は変形可能適合を受ける。３Ｄ脳モデル４１０の境界検出及びメッシュの調整の多数の反復が実行されて、３Ｄ脳モデルが脳の解剖学的構造に適合される。
【００３７】
[0043]  方法２００の工程２０６において、対象者の脳のｆＭＲＩデータが得られる。ｆＭＲＩは、酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンが異なる磁気共鳴（ＭＲ）信号強度をもたらす異なる磁気特性を有するという事実に依存する。脳血流はニューロン活性化と直接的な相関があるので、脳領域の血液需要を測定することによって、ｆＭＲＩは、その脳領域の活性化レベルを測定する。加えて、血液の需要は酸素の需要を表すので、ｆＭＲＩは、脳領域の酸素需要を測定するツール及び技法でもある。ｆＭＲＩスキャン中に、局所的脳活動を増加させるように設計された課題が対象者に与えられ、ＭＲＩデバイスは、酸素化血液と脱酸素化血液の比の変化を検出する。工程２０６は、工程２０２及び２０４と同時に実行されてもよく、又はそれらの後に続いて実行されてもよい。
【００３８】
[0044]  例えば、課題は、二重Ｎバック課題である。二重Ｎバック課題では、対象者は、一連の視覚刺激及び聴覚刺激が同時に提示される。いくつかの実施態様では、対象者は１バック条件から始め、現在の視覚刺激が直前の視覚刺激と一致する場合に肯定応答を提供するように要求される。同様に、対象者は、現在の聴覚刺激が直前の聴覚刺激と一致する場合に肯定応答を提供するように要求される。現在の視覚及び聴覚刺激の両方が直前の視覚及び聴覚刺激と一致する場合、対象者は、二重肯定応答を提供するように求められる。刺激のどれも一致しない場合、応答は必要とされない。対象者の正解率が一定レベルに達する場合、ｎバックレベルを１だけ増加させる（例えば、１バックから２バックに）。正確さレベルが一定レベルを下回る場合、ｎバックレベルを１だけ減少させる（例えば、３バックから２バックに）。いくつかの事例では、対象者の正確さレベルが一定レベルに維持されている場合、ｎバックレベルはそのままである。二重Ｎバック課題は、Ｓｕｓａｎｎｅ  Ｍ．  Ｊａｅｇｇｉら、Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  Ｆｌｕｉｄ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ  ｗｉｔｈ  Ｔｒａｉｎｉｎｇ  ｏｎ  Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｍｅｍｏｒｙ、Ｐｒｏ．  Ｎａｔｌ．  Ａｃａｄ．  Ｓｃ．  Ｕ．Ｓ．Ａ．、２００８年５月１３日；１０５（１９）：６８２９〜６８３３に記載されている。図４は、対象者が二重Ｎバック課題を受けたときの対照対象者の脳の活性化レベルと軽度の外傷性脳損傷（ＭＴＢＩ）の対象者の脳の活性化レベルとを示す。解剖学的構造固有の活性化レベルなしでは、特定の解剖学的構造内の活性化レベルは、定量化することができず、特定の神経学的障害に有意義に関連付けることができない。本開示のシステム及び方法はまさにそれを達成する。ＭＲデータをセグメント化し、ＭＲデータをｆＭＲＩデータと位置合わせすることによって、解剖学的構造の形状の各々における活性化レベルが決定される。本明細書で使用される活性化レベルは、累積活性化レベル、瞬間活性化レベル、時間平均活性化レベル、又は事象平均活性化レベルである。
【００３９】
[0045]  工程２０６は、図５に関連して説明される。図５は、視床５１０及び脳梁５２０の形状を含む解剖学的構造の形状の強調された境界を重ね合わせた対象者の脳のＭＲ画像５００を示す。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、第１の形状（例えば、視床５１０の形状）内の第１の活性化レベル、及び第２の形状（例えば、脳梁５２０の形状）内の第２の活性化レベルを決定する。図５に示されるように、第１の活性化レベルは第１のグラフィカルオーバーレイ６１０で表され、第２の活性化レベルは第２のグラフィカルオーバーレイ６２０で表される。ここで、第１及び第２の活性化レベルは、累積活性化レベル、瞬間活性化レベル、時間平均活性化レベル、又は事象平均活性化レベルである。加えて、コンピューティングデバイス１２０は、様々な解剖学的構造の活性化のパターン又はシーケンスを決定する。例えば、視床５１０の形状の第１の活性化レベルは増加し、一方、脳梁５２０の形状の第２の活性化レベルは増加しつつある。次いで、第２の活性化レベルは二重Ｎバック課題に応じて増加し、一方、第１の活性化レベルは同じ課題に応じて小さくなる。活性化レベルの定量的強度に加えて、課題又は刺激に応じた様々な解剖学的構造の間の活性化のパターン／シーケンスはまた、神経学的障害又は症状を示す。
【００４０】
[0046]  方法２００の工程２０８において、対象者の脳のＥＥＧデータが得られる。ＭＲデータをセグメント化し、ＭＲデータをＥＥＧデータと位置合わせすることによって、解剖学的構造の形状の各々の中の電気的活動レベルが決定される。工程２０８は、工程２０２、２０４、及び２０６と同時に実行されてもよく、又はそれらの後に続いて実行されてもよい。
【００４１】
[0047]  方法２００の工程２１０において、対象者の脳のＭＥＧデータが得られる。ＭＲデータをセグメント化し、ＭＲデータをＭＥＧデータと位置合わせすることによって、解剖学的構造の形状の各々の中のニューロン活動レベルが決定される。
【００４２】
[0048]  方法２００の工程２１２において、対象者の脳のＤＴＩデータが得られる。ＭＲデータをセグメント化し、ＭＲデータをＤＴＩデータと位置合わせすることによって、コンピューティングデバイス１２０は、解剖学的構造を経由する繊維路を識別し、解剖学的構造内の繊維路密度又は繊維路体積の比率を決定する。工程２１２は、図６及び図７に関連して示される。コンピューティングデバイス１２０が解剖学的構造をセグメント化するやり方のうちの１つは、解剖学的構造をボクセルで表すことによるものである。例示的なボクセル表現が、図６によって示されており、対象者のＭＲ画像６００には、対象者の扁桃体海馬複合体（ＡＨＣ）のセグメント化表現６１０が含まれる。セグメント化表現６１０は、対象者のＡＨＣの形状を埋め尽くすボクセルを含む。図６は対象者のＡＨＣのセグメント化表現６１０を示しているが、そのようなセグメント化はすべての脳解剖学的構造に行うことができることを当業者は理解されよう。次に図７を参照すると、そこに、対象者のＡＨＣのセグメント化表現６１０を経由する繊維路７１０を重ね合わせた対象者の脳のＭＲ画像７００が示される。いくつかの実施形態では、セグメント化表現６１０におけるボクセルは、それらを経由する繊維路７１０を追跡するための開始点又は「シード」として役立ち、それにより、繊維路７１０を工程２１２において識別することができる。工程２１２は、工程２０２、２０４、２０６、及び２０８と同時に実行されてもよく、又はそれらの後に続いて実行されてもよい。
【００４３】
[0049]  方法２００の工程２１４において、活性化レベル、活性化のシーケンス、電気的活動レベル、ニューロン活動レベル、繊維路密度が、対象者の脳の診断に関連付けられる。図１に示されたシステム１００の文脈に置かれると、工程２１４において、コンピューティングデバイス１２０は、脳に関する患者の診断結果を受け取る。診断結果が、陰性であり、健康な脳を示している場合、コンピューティングデバイス１２０は、脳のそれぞれの解剖学的構造内のｆＭＲＩ活性化レベル、活性化のシーケンス、ＤＴＩ繊維路密度、ＭＥＧニューロン活動レベル、ＥＥＧ電気的活動レベルを、陰性の診断結果又は神経学的に罹患していない対象者と関連付ける。しかしながら、診断結果が陽性であり、神経学的障害を示している場合、コンピューティングデバイス１２０は、解剖学的構造固有のデータを神経学的に罹患している対象者と関連付ける。いくつかの実施形態では、診断結果が陽性であるときはいつでも、推奨される療法又は処置のための治療推奨及び推奨される薬物のための処方推奨に関する情報が、さらに、神経学的障害と診断された対象者に関連付けられる。
【００４４】
[0050]  次いで、方法２００は、工程２１６Ａ及び工程２１６Ｂに分岐する。工程２１６Ａにおいて、陰性の診断結果又は神経学的に罹患していない対象者に関連するそれぞれの解剖学的構造内のｆＭＲＩ活性化レベル、活性化のシーケンス、ＤＴＩ繊維路密度、ＭＥＧニューロン活動レベル、ＥＥＧ電気的活動レベルが、図１に示された標準データベース１７０などの標準データベースに格納される。時間とともに、標準データベースには、神経学的に罹患していない複数の対象者についてのそれぞれの解剖学的構造内のｆＭＲＩ活性化レベル、活性化のシーケンス、ＤＴＩ繊維路、ＭＥＧニューロン活動レベル、ＥＥＧ電気的活動レベルが含まれる。工程２１６Ｂにおいて、神経学的に罹患している対象者に関連するそれぞれの解剖学的構造内のｆＭＲＩ活性化レベル、活性化のシーケンス、ＤＴＩ繊維路密度、ＭＥＧニューロン活動レベル、ＥＥＧ電気的活動レベルが、図１に示されたバイオマーカーデータベース１８０などのバイオマーカーデータベースに格納される。時間とともに、バイオマーカーデータベースには、神経学的に罹患している複数の対象者についてのそれぞれの解剖学的構造内のｆＭＲＩ活性化レベル、活性化のシーケンス、ＤＴＩ繊維路密度、ＭＥＧニューロン活動レベル、ＥＥＧ電気的活動レベルが含まれる。治療推奨及び／又は処方推奨が、神経学的障害と診断された神経学的に罹患している対象者に関連付けられる事例では、治療推奨及び処方推奨もバイオマーカーデータベース１８０に格納される。例えば、癲癇と診察された対象者は、抗てんかん薬を処方される。それらの治療及び／又は処方推奨は、それらの関連するイメージング（ｆＭＲＩ、ＥＥＧ、ＭＥＧ、及びＤＴＩなど）、非イメージングデータ（ゲノミクス、臨床的エッセイ、電子医療記録、放射線医学報告書など）、及び／又は前の治療推奨と一緒に、データベースに格納される。いくつかの実施形態では、標準データベース及びバイオマーカーデータベースのデータは、年齢、性別、人種、又はそれらの組合せに基づいて区分される。
【００４５】
[0051]  次に図３を参照すると、そこに、対象者の脳の解剖学的構造の異常及び神経学的障害の可能性を決定するための方法３００が示される。方法３００は、工程３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、３１４、３１６、及び３１８を含む。方法３００の工程は図３に示された順序とは異なる順序で実行されてもよく、追加の工程が工程の前、間、及び後に設けられてもよく、及び／又は記載された工程のうちのいくつかは他の実施形態では置き換えられるか又は除去されてもよいことを理解されたい。方法３００の工程は、システム１００のコンピューティングデバイス１２０などのＭＲＩシステムのコンピューティングデバイスによって実行される。方法３００は、図３、図４、図５、図６、及び図７を参照して以下で説明される。方法３００の工程３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、及び３１２は、方法２００の工程２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、及び２１２と似ているので、以下ではあまり詳細に説明されない。
【００４６】
[0052]  方法３００の工程３０２において、対象者の脳のＭＲデータが、コンピューティングデバイス１２０と通信するＭＲＩデバイス１１０を使用することによって得られる。
【００４７】
[0053]  方法３００の工程３０４において、対象者の脳のＭＲデータが、対象者の脳の第１の解剖学的構造の第１の形状及び第２の解剖学的構造の第２の形状の輪郭を描くためにセグメント化される。
【００４８】
[0054]  方法３００の工程３０６において、対象者の脳のｆＭＲＩデータが得られる。ｆＭＲＩデータは、調査スキャンにより、又は体積局在化及び方向余弦などの適切な位置合せプロセスによりＭＲデータと位置合わせされる。ＭＲデータをセグメント化し、ＭＲデータをｆＭＲＩデータと位置合わせすることによって、解剖学的構造の形状の各々における検査活性化レベルが決定される。本明細書で使用される検査活性化レベルは、累積活性化レベル、瞬間活性化レベル、時間平均活性化レベル、又は事象平均活性化レベルである。
【００４９】
[0055]  方法３００の工程３０８において、対象者の脳のＥＥＧデータが得られる。ＥＥＧデータは、調査スキャン、剛体位置合せ、体積局在化、及び方向余弦などの適切な位置合せプロセスによりＭＲデータと位置合わせされる。ＭＲデータをセグメント化し、ＭＲデータをＥＥＧデータと位置合わせすることによって、解剖学的構造の形状の各々の中の検査電気的活動レベルが決定される。
【００５０】
[0056]  方法３００の工程３１０において、対象者の脳のＭＥＧデータが得られる。ＭＥＧデータは、調査スキャン、剛体位置合せ、体積局在化、及び方向余弦などの適切な位置合せプロセスによりＭＲデータと位置合わせされる。ＭＲデータをセグメント化し、ＭＲデータをＭＥＧデータと位置合わせすることによって、解剖学的構造の形状の各々の中の検査ニューロン活動レベルが決定される。
【００５１】
[0057]  方法３００の工程３１２において、対象者の脳のＤＴＩデータが得られる。ＤＴＩデータは、調査スキャンにより、又は調査スキャン、剛体位置合せ、体積局在化、及び方向余弦などの適切な位置合せプロセスによりＭＲデータと位置合わせされる。ＭＲデータをセグメント化し、ＭＲデータをＤＴＩデータと位置合わせすることによって、コンピューティングデバイス１２０は、解剖学的構造を経由する繊維路を識別し、解剖学的構造内の繊維路密度を決定する。
【００５２】
[0058]  方法３００の工程３１４において、解剖学的構造の異常が、コンピューティングデバイス１２０で、検査活性化レベル、検査電気的活動レベル、検査ニューロン活動レベル、及び検査繊維路密度を標準データベース１７０などの標準データベースのデータと比較することによって決定される。方法２００の工程２１６Ａに関して上述したように、標準データベースには、神経学的に罹患していない複数の対象者についてのそれぞれの解剖学的構造内のｆＭＲＩ活性化レベル、活性化のシーケンス、ＤＴＩ繊維路密度、ＭＥＧニューロン活動レベル、ＥＥＧ電気的活動レベルが含まれる。いくつかの実施形態では、標準データベースのデータは、対象者の年齢、社会的性別、性別、及び／又は頭部サイズに基づいて正規化され、その後、対象者の検査活性化レベル、検査電気的活動レベル、検査ニューロン活動レベル、及び検査繊維路密度と比較される。いくつかの実施形態では、解剖学的構造内の対象者の検査活性化レベル、検査電気的活動レベル、検査ニューロン活動レベル、及び検査繊維路密度が、標準値から閾値割合だけ逸脱している場合、解剖学的構造の異常が決定される。いくつかの実施態様では、閾値割合は、標準データベースのデータとバイオマーカーデータベースのデータとの相互比較に基づいて決定される割合である。いくつかの実施態様では、閾値割合は、正規形データの標準偏差の一部である。
【００５３】
[0059]  方法３００の工程３１６において、神経学的障害の可能性が、異常に関連する検査活性化レベル、検査電気的活動レベル、検査ニューロン活動レベル、及び検査繊維路密度をバイオマーカーデータベースのデータと比較することによって決定される。方法２００の工程２１６Ｂに関して上述したように、バイオマーカーデータベースには、神経学的に罹患している複数の対象者についてのそれぞれの解剖学的構造内のｆＭＲＩ活性化レベル、活性化のシーケンス、ＤＴＩ繊維路密度、ＭＥＧニューロン活動レベル、ＥＥＧ電気的活動レベルが含まれる。いくつかの実施形態では、バイオマーカーデータベースのデータは、対象者の年齢、社会的性別、性別、及び／又は頭部サイズに基づいて正規化され、その後、対象者の検査活性化レベル、検査電気的活動レベル、検査ニューロン活動レベル、及び検査繊維路密度と比較される。いくつかの実施形態では、神経学的障害の可能性は、解剖学的構造内の対象者の検査活性化レベル、検査電気的活動レベル、検査ニューロン活動レベル、及び検査繊維路密度をバイオマーカーデータベースの神経学的障害のバイオマーカーと一致させることによって決定される。例えば、解剖学的構造ＺにおけるＸ活性化レベル及びＹニューロン活動レベルをもつ神経学的に罹患している対象者が神経学的障害Ａと診断される９５％の可能性を有することをバイオマーカーデータベースのデータが統計的に示し、対象者の検査データが解剖学的構造ＺのＸ活性化レベル及びＹニューロン活動レベルと一致するか又は超える場合、対象者の神経学的障害Ａの可能性は９５％である。いくつかの実施態様では、バイオマーカーデータベースのデータを標準データベースのデータと相互比較して、工程３１４において異常を決定するための閾値割合を生成する。例えば、バイオマーカーデータベースにおける解剖学的構造内の平均活性化レベルが標準データベースの対応するものよりも１５％高い場合、１５％は、工程３１４において解剖学的構造内の異常を決定する目的のための閾値割合としての役割を果たす。
【００５４】
[0060]  いくつかの実施形態では、工程３１４及び３１６は、並行して、互いに独立に実行される。それらの実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、両方のデータベースに同時にアクセスし、工程３１４及び３１６で必要とされる比較を別々に実行する。いくつかの他の実施形態では、工程３１４及び３１６は順々に実行され、工程３１６は工程３１４の結果に依存する。これらの実施形態では、異常が解剖学的構造に関して識別された後、工程３１６は、その「異常な」解剖学的構造に関してのみ実行されて、収束結果が生成される。
【００５５】
[0061]  方法３００の工程３１８において、異常や神経学的障害の可能性のグラフィカル表示が、ディスプレイ１６０などのディスプレイに出力される。上述のように、バイオマーカーデータベースは、推奨される療法又は処置のための治療推奨及び推奨される薬物のための処方推奨に関する情報を含む。それらの実施形態では、グラフィカル表示は、さらに、神経学的障害の可能性が０％よりも大きい場合、神経学的障害に対する治療推奨及び処方推奨を含んでもよい。いくつかの他の実施形態では、グラフィカル表示は、神経学的障害の可能性が５０％よりも大きい場合、神経学的障害に対する治療推奨及び処方推奨しか含まない。いくつかの実施態様では、グラフィカル表示には、色輪郭、テキスト、ポップアップダイアログボックス、クリック可能ハイパーリンクが含まれる。いくつかの実施態様では、グラフィカル表示は、放射線医学報告書の形態を想定することができる。
【００５６】
[0062]  本開示のシステム、デバイス、及び方法は、米国特許仮出願Ａｔｔｙ．  Ｄｋｔ．  Ｎｏ．  ２０１７ＰＦ０２５８６／４４７５５．１８６２ＰＶ０１に記載されている特徴を含み、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００５７】
[0063]  上述の装置、システム、及び方法が様々なやり方で変更されてもよいことを当業者は認識されよう。その結果、本開示が包含する実施形態は上述の特定の例示的な実施形態に限定されないことを当業者は理解されよう。その点に関して、例示的な実施形態が図示及び記載されているが、広範囲の変形、改変、及び置換が前述の開示には意図されている。そのような変型が、本開示の範囲から逸脱することなく、前述のものに行われてもよいことが理解されよう。その結果、添付の特許請求の範囲は、広範に及び本開示と一致した形で解釈されることが適切である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４（４１０）】
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【図４（４２０）】
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【図４（４３０）】
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【図４（４４０）】
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【図４（４５０）】
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【図４（４６０）】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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