(57)【要約】  患者の脳内の解剖学的構造に特有の活性化データを得るシステム及び方法が提供される。一実施形態において、患者の脳内の解剖学的構造に特有の活性化データを得る方法が、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）装置の使用によって得られる脳の磁気共鳴（ＭＲ）データを受信するステップと、複数のジオメトリを輪郭描出するように脳のＭＲデータをセグメント化するステップであって、前記複数のジオメトリの各々が脳内の個々の解剖学的構造に対応する、ステップと、ＭＲＩ装置の使用によって得られる脳の機能的磁気共鳴（ｆＭＲＩ）データを受信するステップと、ＭＲデータとｆＭＲＩデータをアラインするステップと、アラインされたＭＲデータとｆＭＲＩデータに基づいて、各輪郭描出されたジオメトリに各々対応する複数の活性化レベルを決定するステップと、解剖学的構造の輪郭描出されたジオメトリに対応する脳内の動的活性のグラフィック表現を出力するステップと、を有する。
2021531891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の脳内の解剖学的構造に特有の活性化データを得る方法であって、
磁気共鳴イメージング装置の使用によって取得される脳の磁気共鳴データを受信するステップと、
複数のジオメトリを輪郭描出するように前記脳の磁気共鳴データをセグメント化するステップであって、前記複数のジオメトリの各々が、前記脳内の個々の解剖学的構造に対応する、ステップと、
磁気共鳴イメージング装置の使用によって取得される前記脳の機能的磁気共鳴データを受信ステップと、
前記磁気共鳴データと前記機能的磁気共鳴データをアラインするステップと、
前記アラインされた磁気共鳴データ及び機能的磁気共鳴データに基づいて、複数の活性化レベルを決定するステップであって、前記複数の活性化レベルの各々が、個々の輪郭描出されたジオメトリに対応する、ステップと、
前記解剖学的構造の前記輪郭描出されたジオメトリに対応する前記脳内の動的活動のグラフィック表現を出力するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記輪郭描出されたジオメトリ及び対応する活性化レベルに基づいて、前記解剖学的構造の活性化のシーケンスを決定するステップを更に有し、前記動的活動のグラフィック表現が更に前記活性化のシーケンスを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
或る輪郭描出されたジオメトリから別の輪郭描出されたジオメトリへの活動の伝播を決定するステップを更に有し、前記動的活動のグラフィック表現が更に前記活動の伝播を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記動的活動のグラフィック表現が、前記ジオメトリのうちの少なくとも１つを含む脳活動マップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つの決定された活性化レベル及び輪郭描出されたジオメトリを患者の診断に関連付けるステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記磁気共鳴データをセグメントする前記ステップが、変形可能な３次元脳モデル及び変形可能な形状拘束脳モデルの少なくとも一方に基づく、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記活性化レベルのうちの少なくとも１つが、平均活性化レベルを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記平均活性化レベルがイベント平均活性化レベルを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
患者の脳内の解剖学的構造に特有の活性化データを得るシステムであって、磁気共鳴イメージング装置と通信するコンピューティング装置を有し、前記コンピューティング装置は、
磁気共鳴イメージング装置の使用により得られる脳の磁気共鳴データを受信するステップと、
複数のジオメトリを輪郭描出するように前記脳の磁気共鳴データをセグメント化するステップであって、前記複数のジオメトリの各々が、前記脳内の個々の解剖学的構造に対応する、ステップと、
磁気共鳴イメージング装置の使用により得られる前記脳の機能的磁気共鳴データを受信するステップと、
前記磁気共鳴データと前記機能的磁気共鳴データをアラインするステップと、
前記アラインされた磁気共鳴データ及び機能的磁気共鳴データに基づいて、複数の活性化レベルを決定するステップであって、前記複数の活性化レベルの各々が、個々の輪郭描出されたジオメトリに対応する、ステップと、
前記解剖学的構造の前記輪郭描出されたジオメトリに対応する前記脳内の動的活動のグラフィック表現を出力するステップと、
を実行するよう動作可能であるシステム。
【請求項１０】
前記磁気共鳴イメージング装置及び前記データベースの少なくとも一方を更に有する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コンピューティング装置が更に、前記輪郭描出されたジオメトリ及び対応する活性化レベルに基づいて、前記解剖学的構造の活性化のシーケンスを決定するよう動作可能であり、前記動的活動の伝播のグラフィック表現が、前記活性化のシーケンスを更に含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コンピューティング装置が更に、前記ジオメトリ内の活性化レベルと前記脳内の前記解剖学的構造間の前記活性化のシーケンスとを含む、前記脳内の活動の伝播のグラフィック表現を生成するよう動作可能である、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装置が更に、解剖学的構造内の活性化レベル及び活性化のシーケンスを、前記脳に関する前記患者の診断と関連付けるよう動作可能である、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装置が更に、個々の解剖学的構造の活性化レベルと前記解剖学的構造の活性化のシーケンスを、前記脳に関する前記患者の診断と共に、データベースに記憶するよう動作可能である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記コンピューティング装置が更に、変形可能な３次元脳モデル及び変形可能な形状拘束脳モデルの少なくとも一方に従って、前記脳の磁気共鳴データをセグメント化するよう動作可能である、請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、機能的磁気共鳴イメージングに関し、特に、解剖学的構造に特有の機能的磁気共鳴イメージングのための装置、システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機能的磁気共鳴イメージング（ｆＭＲＩ）は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）の一種である。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拠する。脳血流はニューロンの活性化と直接相関するため、脳領域の血液需要を測定することにより、ｆＭＲＩはその脳領域の活性化レベルを測定する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ｆＭＲＩスキャン中に、局所的な脳活動を増加させるように設計された課題(task)が患者に施され、ＭＲＩ装置は、酸素化血液と脱酸素化血液との比の変化を検出することができる。酸素化及び脱酸素化血液の比率の変化は、患者の脳内の異なる領域の、課題に関連する時間連続の代謝活性に関して使用されることができる。このｆＭＲＩ技術は、注意欠陥障害、外傷性脳損傷、アルツハイマー病などの神経変性疾患患者の認知機能の研究に使用されてきた。
【０００４】
神経変性疾患に罹患した患者は、認知要求（cognitive demand）に対し認知処理活動及び資源をマッチさせる能力の変化に苦しむことが分かった。従来、資源と需要をマッチさせるためのこの改変された能力は、ｆＭＲＩの使用により画像化することができるが、ｆＭＲＩ画像取得にはかなりの技術的専門知識が必要であり、ｆＭＲＩデータの主観的な解釈的性質により、ｆＭＲＩの広範な臨床使用が妨げられている。したがって、改善されたｆＭＲＩシステム及び方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の実施形態は、患者の脳内の解剖学的構造に特有の活性化データを得るシステム及び方法を提供する。例えば、本開示の実施形態は、解剖学的構造のジオメトリを輪郭描出するよう脳のＭＲデータを自動的にセグメント化するステップと、ｆＭＲＩデータを受信するステップと、ＭＲデータをｆＭＲＩデータとアライン（位置合わせ）するステップと、解剖学的構造の活性化レベルを抽出するステップと、ジオメトリ及び活性化レベルのグラフィック表現を出力するステップとを有する方法に向けられている。解剖学的構造の活性化レベルに焦点を当てることによって、本開示の方法はまた、抑制されたノイズレベルをもたらす、より合理化されたｆＭＲＩ取得プロシージャを可能にする。
【０００６】
患者の脳における解剖学的構造特有の活性化データを得るためのシステム及び方法が提供される。一実施形態において、患者の脳内の解剖学的構造特有の活性化データを得る方法は、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）装置の使用によって得られる脳の磁気共鳴（ＭＲ）データを受信するステップと、脳内の第１の解剖学的構造の第１のジオメトリを輪郭描出するように脳のＭＲデータをセグメント化するステップと、ＭＲＩ装置の使用によって得られた脳の機能的磁気共鳴（ｆＭＲＩ）データを受信するステップと、ＭＲデータとｆＭＲＩデータをアラインするステップと、アラインされたＭＲデータとｆＭＲＩデータに基づいて第１の解剖学的構造の第１のジオメトリ内の第１の活性化レベルを決定するステップと、第１のジオメトリ及び第１の活性化レベルのグラフィック表現を出力するステップと、を有する。
【０００７】
いくつかの実施形態において、この方法は更に、脳内の第２の解剖学的構造の第２のジオメトリを輪郭描出するように脳のＭＲデータをセグメント化するステップと、アラインされたＭＲデータ及びｆＭＲＩデータに基づいて、脳内の第２の解剖学的構造の第２のジオメトリ内の第２の活性化レベルを決定するステップと、脳内の第１及び第２の解剖学的構造間の活性化のシーケンスを決定するステップと、を有する。いくつかの実施形態において、グラフィック表現が更に、第２のジオメトリ、第２の活性化レベル、及び活性化のシーケンスを含む。いくつかの実施態様において、グラフィック表現を出力することは、第１及び第２の解剖学的構造の第１及び第２のジオメトリを含む脳活動マップを出力することを含む。いくつかの実施形態において、方法は、第１の活性化レベル又は第１のジオメトリのうちの少なくとも一方を、脳に関する患者の診断と関連付けるステップを更に有する。いくつかの実施態様では、本方法は、脳に関する患者の診断に関連付けられる第１の活性化レベル又は第１のジオメトリのうちの少なくとも一方をデータベースに記憶するステップを更に有する。いくつかの実施形態において、第１の活性化レベルは、平均活性化レベルを含む。いくつかの実施形態において、平均活性化レベルは、イベント平均活性化レベルを含む。
【０００８】
別の実施形態において、患者の脳内の解剖学的構造に特有の活性化データを得る方法は、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）装置の使用によって得られる脳の磁気共鳴（ＭＲ）データを受信するステップと、複数のジオメトリを輪郭描出するよう脳のＭＲデータをセグメント化するステップであって、前記複数のジオメトリの各々が、脳内の個々の解剖学的構造に対応する、ステップと、ＭＲＩ装置の使用によって得られる脳の機能的磁気共鳴（ｆＭＲＩ）データを受信するステップと、ＭＲデータとｆＭＲＩデータをアラインするステップと、アラインされたＭＲデータとｆＭＲＩデータに基づいて、複数の活性化レベルを決定するステップであって、前記複数の活性化レベルの各々が個々の輪郭描出されたジオメトリに対応する、ステップと、活性化レベルと個々の輪郭描出されたジオメトリに基づいて、脳内の活動の伝播のグラフィック表現を出力するステップとを有する。本方法のいくつかの実施形態は、輪郭描出されたジオメトリ及び対応する活性化レベルに基づいて、解剖学的構造の活性化のシーケンスを決定するステップを更に有し、活動の伝播のグラフィック表現が、活性化のシーケンスをも含む。本方法の実施形態のいくつかは、伝播活動の時間的特徴のグラフィック表現を更に含む。解剖学的構造内の活性化レベルと、１つの解剖学的構造から別の解剖学的構造への活動の経時的な伝播とに焦点を当てることによって、本開示の方法は更に、抑制されたノイズレベルをもたらす、より合理化されたｆＭＲＩ取得プロシージャを可能にする。別の実施形態において、患者の脳における解剖学的構造特有の活性化データを取得するためのシステムが提供される。このシステムは、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置と通信するコンピューティング装置を有する。コンピューティング装置は、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）装置の使用によって脳の磁気共鳴（ＭＲ）データを取得し；脳内の第１の解剖学的構造の第１のジオメトリを輪郭描出するように脳のＭＲデータをセグメント化し；ＭＲＩ装置を使用することにより、脳の機能的磁気共鳴（ｆＭＲＩ）データを取得し；ＭＲデータとｆＭＲＩデータをアラインし；アラインされたＭＲデータとｆＭＲＩデータに基づいて、第１の解剖学的構造の第１のジオメトリ内の第１の活性化レベルを決定し；第１のジオメトリと第１の活性化レベルのグラフィック表現を出力する、ように動作可能である。いくつかの実施形態において、システムは更にＭＲＩ装置を有する。いくつかの実施形態において、コンピューティング装置は更に、脳内の第２の解剖学的構造の第２のジオメトリを輪郭描出するように脳のＭＲデータをセグメント化し、アラインされたＭＲデータ及びｆＭＲＩデータに基づいて、脳内の第２の解剖学的構造の第２のジオメトリ内の第２の活性化レベルを抽出し、脳内の第１及び第２の解剖学的構造間の活性化のシーケンスを抽出する、ように動作可能である。
【０００９】
本開示の実施形態は、患者の脳における解剖学的構造に特有の活性化データを得るためのシステム及び方法を提供する。例えば、本開示の一実施形態は、解剖学的構造のジオメトリを輪郭描出するように脳のＭＲデータを自動的にセグメント化するステップと、ｆＭＲＩデータを受信するステップと、ＭＲデータをｆＭＲＩデータにアラインするステップと、解剖学的構造内の活性化レベルを抽出するステップと、輪郭描出された脳領域のジオメトリ及び活性化レベルのグラフィック表現を出力するステップとを有する方法に向けられる。解剖学的構造内の活性化レベルと、時間の経過に伴う１つの解剖学的領域から別の解剖学的領域への活動の伝播とに焦点を当てることによって、本開示の方法は更に、抑制されたノイズレベルをもたらす、より合理化されたｆＭＲＩ取得プロシージャを可能にする。
【００１０】
患者の脳内の解剖学的構造に特有の活性化データを得るシステム及び方法を提供する。一実施形態において、患者の脳内の解剖学的構造に特有の活性化データを得る方法は、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）装置の使用によって得られる脳の磁気共鳴（ＭＲ）データを取得するステップと、脳内の個々の解剖学的構造に対応する複数のジオメトリを輪郭描出するように脳のＭＲデータをセグメント化するステップと、ＭＲＩ装置の使用によって得られる脳の機能的磁気共鳴（ｆＭＲＩ）データを受信するステップと、ＭＲデータとｆＭＲＩデータをアラインするステップと、アラインされたＭＲデータとｆＭＲＩデータに基づいて、複数の活性化レベルを決定するステップであって、前記複数の活性化レベルの各々が個々の輪郭描出されたジオメトリに対応する、ステップと、解剖学的構造の輪郭描出されたジオメトリに対応する脳内の動的活性のグラフィック表現を出力するステップと、を有する。
【００１１】
いくつかの実施形態において、方法は、輪郭描出されたジオメトリ及び対応する活性化レベルに基づいて、解剖学的構造の活性化のシーケンスを決定するステップを更に有し、動的活動のグラフィック表現は活性化のシーケンスを更に含む。いくつかの実施形態において、方法は更に、１つの輪郭描出されたジオメトリから別の輪郭描出されたジオメトリへの活動の伝播を決定するステップを有し、動的活動のグラフィック表現は活動の伝播を更に含む。いくつかの実現形態において、動的活動のグラフィック表現を出力するステップは、ジオメトリのうちの少なくとも１つを含む脳活動マップを出力することを含む。いくつかの実現形態において、本方法は、患者の診断に関連する活性化レベル又はジオメトリをデータベースに記憶するステップを更に含む。いくつかの実施形態において、活性化レベルは平均活性化レベルを含む。いくつかの実施形態において、平均活性化レベルはイベント平均活性化レベルを含む。
【００１２】
別の実施形態において、患者の脳内の解剖学的構造に特有の活性化データを取得するためのシステムが提供される。このシステムは、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置と通信するコンピューティング装置を有する。コンピューティング装置は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置の使用によって得られる脳の磁気共鳴（ＭＲ）データを受信し；各ジオメトリが脳内の個々の解剖学的構造に対応する複数のジオメトリを輪郭描出するように脳のＭＲデータをセグメント化し；ＭＲＩ装置の使用によって得られる脳の機能的磁気共鳴（ｆＭＲＩ）データを受信し；ＭＲデータとｆＭＲＩデータをアラインし；アラインされたＭＲデータとｆＭＲＩデータに基づいて複数の活性化レベルを決定するよう動作可能であり、前記複数の活性化レベルの各々は、個々の輪郭描出されたジオメトリに対応する。いくつかの実施形態において、コンピューティング装置は更に、解剖学的構造の輪郭描出されたジオメトリに対応する脳内の動的活動のグラフィック表現を出力するように動作可能である。いくつかの実現形態において、コンピューティング装置は更に、活性化レベル、対応するジオメトリ、及び活性化のシーケンスのうちの少なくとも１つを、脳に関する患者の診断と関連付けるように動作可能である。いくつかの例において、コンピューティング装置は更に、脳に関する患者の診断に関連付けられた活性化レベル、対応するジオメトリ、及び活性化のシーケンスを、データベースに記憶するように動作可能である。いくつかの実施形態において、システムは更にデータベースを有する。
【００１３】
そのような装置とインターフェースし、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装置、システム、及び方法も提供される。
【００１４】
本開示の更なる態様、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のであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本開示の態様による、患者の脳内の解剖学的構造に特有の活性化データを取得するシステムの概略図。
【図２】本開示の態様による、患者の脳内の解剖学的構造に特有の活性化データを取得する方法を示すフローチャート。
【図３】本開示の態様による、解剖学的構造のジオメトリを輪郭描出するようにＭＲ画像をセグメント化するプロセスフローを示す概略図。
【図４】本開示の態様による、複数の異なる刺激レベルでの患者の脳における活性化レベルのｆＭＲＩ画像を示す図。
【図５】本開示の態様による、解剖学的構造のジオメトリの強調された境界がオーバレイされた患者の脳のＭＲ画像を示す図。
【図６】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ック表現を示す図。
【図７】本開示の態様による、患者の脳内の解剖学的構造に特有の活性化データを取得する別の方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示の態様は、添付の図面を参照して読むことにより以下の詳細な説明から最も良く理解される。産業における標準的な慣行により、様々な特徴が一定の縮尺で描かれていないことを強調しておく。実際、様々な特徴の寸法は説明を明確にするために任意に増減されることができる。更に、本開示は、様々な例において参照数字及び／又は文字を繰り返すことがある。この繰り返しは単純化及び明確化の目的のためであり、それ自体では議論される様々な実施形態及び／又は構成の間の関係を示さない。
【００１７】
本開示の原理の理解を促進する目的で、図面に示された実施形態が参照され、特定の言語がそれを説明するためにを使用される。それにもかかわらず、本開示の範囲の限定が意図されないことが、理解される。説明される装置、システム、及び方法に対する任意の変更及び他の変形、並びに本開示の原理の任意の更なる応用は、本開示が関係する当業者に通常想起されるように、完全に企図され、本開示内に含まれる。
【００１８】
ここで図１を参照すると、患者の脳内の解剖学的構造に特有の活性化データを取得するシステム１００の概略図が示されている。システム１００は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置１１０、ユーザ入力装置１３０、及びディスプレイ１４０に接続されたコンピューティング装置１２０を有する。コンピューティング装置１２０は、メモリと通信する１つ又は複数のプロセッサのような処理回路を有する。メモリは、１つ又は複数のプロセッサによって実行可能な命令を記憶する有形のコンピュータ可読記憶媒体でありうる。コンピューティング装置１２０は、ＭＲＩ装置１１０とディスプレイ１４０との間のインターフェースとして働くワークステーション又はコントローラでありうる。いくつかの実施形態において、ＭＲＩ装置１１０は、磁気共鳴（ＭＲ）イメージング、拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ）、及びポジトロンエミッショントモグラフィ（ＰＥＴ）イメージング、機能的磁気共鳴イメージング（ｆＭＲＩ）を含むが、これららに限定されない異なるモダリティで動作することができ、コンピューティング装置１２０に撮像データを出力することができる。いくつかの実現形態において、ＭＲＩ装置１１０は、複数の異なるモダリティにおいて同時に動作することができる。例えば、ＭＲＩ装置は、ＭＲスキャン及びＰＥＴスキャンを同時に実行することができ、又はＭＲスキャン及びＤＴＩスキャンを同時に実行することができる。
【００１９】
いくつかの実施形態において、コンピューティング装置１２０は、ＭＲＩ装置１１０からＭＲデータを受信し、それを処理し、ディスプレイ１４０にＭＲ画像データを出力することができ、それにより、ディスプレイ１４０は、ＭＲ画像を表示することができる。いくつかの実施形態において、コンピューティング装置１２０は、ＭＲＩ装置１１０からｆＭＲＩデータを受信し、ｆＭＲＩ画像の表示のためにそれを処理し、ｆＭＲＩデータをディスプレイ１４０に出力することができる。いくつかの実施形態において、コンピューティング装置１２０は、サーベイスキャン、剛体レジストレーション、ボリュームローカライゼーション、及び方向余弦などの適切な処理を介してＭＲデータ及びｆＭＲＩデータをアライン（位置合わせ）することができる。
【００２０】
いくつかの実施形態において、ＭＲデータは、Ｔ１重み付け（Ｔ１Ｗ）ＭＲ画像とすることができ、コンピューティング装置１２０は、患者の脳内の解剖学的構造のジオメトリを輪郭描出するようにＭＲ画像を自動的にセグメント化することができる。いくつかの実現形態において、コンピューティング装置１２０は、３次元（３Ｄ）脳モデルに基づいてＭＲ画像データをセグメント化することができる。いくつかの例において、３Ｄ脳モデルは、記憶媒体から、又はサーバ若しくはリモートワークステーションへの有線若しくは無線接続を介して、コンピューティング装置１２０によって受信される。いくつかの他の例において、３Ｄ脳モデルは、コンピューティング装置１２０内の記憶デバイス、又はコンピューティング装置１２０によって取り出されることができる記憶デバイスに記憶されることができる。いくつかの実現形態において、３Ｄ脳モデルは、変形可能な形状拘束脳モデルである。いくつかの例において、３Ｄ脳モデルは、"Evaluation of traumatic brain injury patients using a shape-constrained deformable model," by L. Zagorchev, C. Meyer, T. Stehle, R. Kneser, S. Young and J. Weese, 2011, in Multimodal Brain Image Analysis by Liu T., Shen D., Ibanez L., Tao X. (eds). MBIA 2011. Lecture Notes in Computer Science, vol. 7012. Springer, Berlin, Heidelbergに記載される脳モデルでありえ、その全体が参照によりここに盛り込まれる。いくつかの実施形態において、３Ｄ脳モデルは、"SYSTEM FOR RAPID AND ACCURATE QUANTITATIVE ASSESSMENT OF TRAUMATIC BRAIN INJURY"とういう名称の米国特許第９，２５６，９５１号公報に記載の変形可能な脳モデル、又は"METHOD AND SYSTEM FOR QUANTITATIVE EVALUATION OF IMAGE SEGMENTATION"という名称の米国特許出願公開第２０１５０１４６９５１号公報に記載されており、それら各々の内容は、参照によりその全体が本明細書に盛り込まれる。
【００２１】
いくつかの実施形態において、自動セグメンテーションが、脳内の解剖学的構造のジオメトリを輪郭描出するだけでなく、各ジオメトリにおいて複数のボクセルを規定する。ＭＲデータ及びｆＭＲＩデータがアラインされる場合、ジオメトリ及びボクセルは、ｆＭＲＩ空間に伝達されることができる。いくつかの実現形態において、コンピューティング装置１２０は、ボクセル内の活性化レベルを決定することができ、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、又はイベント平均活性化レベルとすることができる。各ボクセルの活性化レベルが既知である場合、コンピューティング装置１２０は、ジオメトリ内の全てのボクセルの活性化レベルを積分することによって、解剖学的構造のジオメトリ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において、コンピューティング装置１２０は、複数の異なる活性化レベルを示すためにカラー符号化を使用することができ、それらの活性化レベルは、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、又はイベント平均活性化レベルである。いくつかの実現形態において、コンピューティング装置１２０は、ジオメトリ内のボクセルの活性化レベルに基づいて、ジオメトリ内の活性化レベル輪郭を出力することもできる。いくつかの実施形態において、コンピューティング装置１２０がディスプレイ１４０のジオメトリ内に、決定された活性化レベルのグラフィック表現を出力することができる。
【００２２】
いくつかの実施形態において、ＭＲデータ及びｆＭＲＩデータは、患者の脳の個々の異なる解剖学的構造の複数のジオメトリに関する情報を含む。局所脳活動を増加させるように設計された課題が患者に投与される場合、異なる複数の解剖学的構造のジオメトリ内の活性化レベルが、時間シーケンス又はパターンを示すことができる。例えば、第１の高い平均活性化レベルが、第１の解剖学的構造内で観察されることができ、次いで、第２の高い平均活性化レベルが、第２の解剖学的構造内で観察されることができる。コンピューティング装置１２０は更に、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。
【００２３】
いくつかの実施形態において、コンピューティング装置１２０を使用して、神経障害のバイオマーカを開発することができる。いくつかの実現形態において、コンピューティング装置１２０は、患者の神経障害（又はその欠如）の診断を受け取ることができ、各解剖学的構造の活性化レベル及び様々な解剖学的構造間の活性化のシーケンス／パターンを診断と関連付けることができる。いくつかの実施形態において、コンピューティング装置１２０は、コンピューティング装置１２０と通信するデータベース１５０に、受け取られた診断に従って、活性化レベル、解剖学的構造、及び活性化のシーケンス／パターンを記憶することができる。コンピューティング装置１２０は、データベース１５０にアクセスして、神経障害のバイオマーカ又はシグネチャを決定することができる。
【００２４】
ここで図２を参照すると、患者の脳内の解剖学的構造に特有の活性化データを取得する例示的な方法２００を示すフローチャートが示されている。方法２００は、処理２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、及び２１６を有する。方法２００の処理は、図２に示されるものとは異なる順序で実行されてもよく、処理の前、間、及び後に、追加の処理が提供されてもよく、及び／又は説明される処理のいくつかは、他の実施形態において置き換えられ又は除去されてもよいことが理解される。方法２００の処理は、システム１００のコンピューティング装置１２０のようなｆＭＲＩシステム内のコンピューティング装置によって実行されることができる。方法２００は、図３、図４、図５及び図６を参照して以下に説明される。
【００２５】
方法２００の処理２０２において、患者の脳のＭＲデータが、コンピューティング装置１２０において受信される。ＭＲデータは、ＭＲＩ装置１１０を用いて取得される。いくつかの実施形態において、ＭＲＩ装置１１０は、コンピューティング装置１２０と通信する。コンピューティング装置１２０は、患者の脳のＭＲデータを処理し、ＭＲ画像データをディスプレイ１４０に出力して、図３のＭＲ画像３２０のようなＭＲ画像を表示することができる。いくつかの実施形態において、ＭＲデータは、Ｔ１Ｗ  ＭＲデータを含む。図３に示すＭＲ画像３２０は、患者の脳の上面図であるが、当業者であれば、他の方向から見た患者の脳のＭＲ画像も、コンピューティング装置１２０によって取得され又は導出されることができることを理解するであろう。処理２０２で受信されるＭＲデータは、患者の脳内の解剖学的構造のＭＲデータを含む。
【００２６】
方法２００の処理２０４において、患者の脳のＭＲデータが、患者の脳内の第１の解剖学的構造の第１のジオメトリと、第２の解剖学的構造の第２のジオメトリを輪郭描出するようにセグメント化される。ここで図３を参照すると、患者の脳内の解剖学的構造のジオメトリを輪郭描出するようにＭＲデータをセグメント化するプロセスフロー３００が示されている。いくつかの実施形態において、コンピューティング装置１２０は、３Ｄ脳モデル３１０に基づいて、ＭＲ画像３２０によって表される患者の脳のＭＲデータをセグメント化することができる。いくつかの実施形態において、３Ｄ脳モデル３１０は、変形可能な形状拘束脳モデルとすることができる。いくつかの例において、３Ｄ脳モデル３１０は、"Evaluation of traumatic brain injury patients using a shape-constrained deformable model," by L. Zagorchev, C. Meyer, T. Stehle, R. Kneser, S. Young and J. Weese, 2011, in Multimodal Brain Image Analysis by Liu T., Shen D., Ibanez L., Tao X. (eds). MBIA 2011. Lecture Notes in Computer Science, vol. 7012. Springer, Berlin, Heidelbergに記載される脳モデルでありえ、この文献の内容は、参照により全体がここに盛り込まれるものとする。いくつかの例において、３Ｄ脳モデルは、"SYSTEM FOR RAPID AND ACCURATE QUANTITATIVE ASSESSMENT OF TRAUMATIC BRAIN INJURY"という名称の米国特許第９，２５６，９５１号公報に記載される変形可能な脳モデル、又は"METHOD AND SYSTEM FOR QUANTITATIVE EVALUATION OF IMAGE SEGMENTATION"という名称の米国特許出願公開第２０１５０１４６９５１号公報に記載の変形可能な形状拘束脳モデルでありえ、それらの内容は参照により全体がここに盛り込まれるものとする。いくつかの実現形態において、３Ｄ脳モデル３１０は、コンピューティング装置１２０に、又はコンピューティング装置１２０によって取り出されことができる記憶装置又は記憶媒体に記憶される。
【００２７】
ＭＲ画像３３０に示されるように、３Ｄ脳モデル３１０は、脳のＭＲ画像３２０に対しマッチングされることによって初期化される。次に、一般化ハフ変換（ＧＨＴ）が、３Ｄ脳モデル３１０に対して実行され、ＭＲ画像３４０に示されるように、３Ｄ脳モデル３１０を、位置及び向きに関してＭＲ画像３２０内の解剖学的構造のジオメトリに一致させる。その後、ＭＲ画像３５０に示されるように、３Ｄ脳モデル３１０は、パラメトリック適応を経て、位置、向き、及びスケーリングが、ＭＲ画像３２０内の解剖学的構造により良く適応するように、グローバル類似性変換及び／又はマルチリニア変換を使用して調整される。ＭＲ画像３６０によって示されるように、３Ｄ脳モデル３１０は、変形可能な適応を受け、３Ｄ脳モデル３１０内の境界検出及びメッシュの調整の複数の反復が、３Ｄ脳モデルを脳内の解剖学的構造に適応させるように実行される。
【００２８】
方法２００の処理２０６において、患者の脳のｆＭＲＩデータが、コンピューティング装置１２０において受信される。ｆＭＲＩデータは、ＭＲＩ装置を用いて取得される。いくつかの実施形態において、ＭＲデータを取得するためのＭＲＩ装置１１０は、ｆＭＲＩデータを取得するためのＭＲＩ装置１１０と同一である。いくつかの実施形態において、ＭＲＩ装置１１０は、コンピューティング装置１２０と通信する。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それぞれ異なる磁気特性を有するという事実に依拠する。脳血流は神経細胞の活性化と直接的な相関があるため、ｆＭＲＩでは、脳領域の血流を測定することで、脳領域の活性化レベルを測定する。更に、血液の需要は酸素の需要を表すことができるため、ｆＭＲＩは脳領域の酸素需要を測定するためのツールや手法にもなりうる。ｆＭＲＩスキャン中に、局所的な脳活動を増加させるように設計された課題が患者に施され、ＭＲＩ装置は、酸素化血液と脱酸素化血液との比の変化を検出することができる。
【００２９】
例えば、課題は、デュアルＮ−ｂａｃｋ課題でありうる。デュアルＮ−ｂａｃｋ課題では、一連の視覚刺激と聴覚刺激が同時に患者に提示される。いくつかの実施態様では、患者は、１−ｂａｃｋ状態から開始し、ここでは、患者は、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ことが求められる。同様に、現在の聴覚刺激が直前の聴覚刺激と一致する場合、患者は肯定反応を与えることが求められる。現在の視覚刺激と聴覚刺激の両方が、直前の視覚刺激と聴覚刺激に一致する場合、患者は、二重肯定応答を与えるように指示される。いずれの刺激も一致しない場合、応答は必要とされない。患者の精度レートがあるレベルに達した場合、ｎ−ｂａｃｋレベルは１だけ（例えば、１−ｂａｃｋから２−ｂａｃｋへ）増加される。精度レベルが或るレベルを下回る場合、ｎ−ｂａｃｋレベルは、１だけ（例えば、３−ｂａｃｋから２−ｂａｃｋへ）減少される。いくつかの例において、患者の精度レベルが或るレベルに維持されている場合、ｎ−ｂａｃｋレベルは変化しないままである。デュアルＮ−ｂａｃｋ課題は、Susanne M. Jaeggi et al., Improving Fluid Intelligence with Training on Working Memory, Pro. Natl. Acad. Sc. U.S. A., 2008 May 13; 105(19): 6829-6833に記載されている。
【００３０】
方法２００の処理２０８において、患者の脳のＭＲデータが、患者の脳のｆＭＲＩデータとアラインされる。いくつかの実施形態において、コンピューティング装置１２０は、サーベイスキャン、剛体レジストレーション、ボリュームローカライゼーション、及び方向余弦のような適切な処理を介してＭＲデータ及びｆＭＲＩデータをアライン（位置合わせ）することができる。いくつかの実施形態において、放射線科医が１つ又は複数の標的解剖学的構造のｆＭＲＩ画像を取得することのみを必要とする場合、放射線科医は１つ又は複数の標的解剖学的構造について所定の望ましい活性化レベルが満たされることを保証することのみを必要とする。所定の望ましい活性化レベルがｆＭＲＩ視野内の全ての解剖学的構造にわたって満たされなければならない従来のプラクティスと比較して、本開示の方法２００は、時間を節約し、より短い期間で実行されることができる。
【００３１】
方法２００の処理２１０において、複数の解剖学的構造のジオメトリ内の活性化レベル及びこれらの解剖学的構造間の活性化のシーケンスが決定される。ここで図５を参照すると、視床５１０及び脳梁５２０のジオメトリを含む解剖学的構造のジオメトリの強調された境界がオーバレイされた患者の脳のＭＲ画像５００が示されている。いくつかの実施形態において、ＭＲデータが処理２０４において自動的にセグメント化され、処理２０８においてｆＭＲＩデータとアラインされる場合、コンピューティング装置１２０は、第１のジオメトリ（例えば、視床５１０のジオメトリ）内の第１の活性化レベルと、第２のジオメトリ（例えば、脳梁５２０のジオメトリ）内の第２の活性化レベルとを決定することができる。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、又はイベント平均活性化レベルでありうる。更に、コンピューティング装置１２０は、複数の異なる解剖学的構造における活性化のパターン又はシーケンスを決定することができる。例えば、視床５１０のジオメトリにおける第１の活性化レベルは、脳梁５２０のジオメトリにおける第２の活性化レベルが増加している間に増加することができ、次いで、第２の活性化レベルはデュアルＮ−ｂａｃｋ課題に応答して増加することができ、一方、第１の活性化レベルは、同じ課題に応答して減少する。活性化レベルの量的強度の他に、課題又は刺激に応答する個々の異なる解剖学的構造間の活性化のパターン／シーケンスも、神経障害又は神経状態を示すことができる。
【００３２】
図４は、被験者がデュアルＮ−ｂａｃｋ課題に晒されたときの、対照被験者の脳における活性化レベル及び軽度外傷性脳損傷（ＭＴＢＩ）を有する被験者の脳における活性化レベルを示す。Ｎ−ｂａｃｋレベルが１−ｂａｃｋから０−ｂａｃｋに変化すると、対照被験者の脳における活性化レベルはｆＭＲＩ画像４１０に、ＭＴＢＩ被験者の脳における活性化レベルはｆＭＲＩ画像４２０に示される。Ｎ−ｂａｃｋレベルが２−ｂａｃｋから１−ｂａｃｋに変化すると、対照被験者の脳における活性化レベルはｆＭＲＩ画像４１２に、ＭＴＢＩ被験者の脳における活性化レベルはｆＭＲＩ画像４２２に示される。Ｎ−ｂａｃｋレベルが３−ｂａｃｋから２−ｂａｃｋに変化すると、対照被験者の脳における活性化レベルはｆＭＲＩ画像４１４に、ＭＴＢＩ被験者の脳における活性化レベルはｆＭＲＩ画像４２４に示される。酸素化及び脱酸素化血液の比率の変化は、患者の脳内の異なる領域の、課題に関連する時間連続の代謝活性に関して使用することができる。図４から分かるように、ｆＭＲＩ画像４１０、４１２、４１４、４２０、４２２、及び４２４では活性化レベルのパターン及び強度の差が観察可能であるが、活性化レベルは特定の解剖学的構造のいかなるジオメトリにも起因しない。解剖学的構造に特有の活性化レベルがない場合、特定の解剖学的構造内の活性化レベルを定量化することはできず、特定の神経障害と有意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、まさにそれを可能にする。ＭＲデータをセグメント化し、ＭＲデータをｆＭＲＩデータとアラインすることにより、解剖学的構造の各ジオメトリにおける、例えば累積活性化レベル、瞬間活性化レベル、時間平均活性化レベル、又はイベント平均活性化レベルでありうる活性化レベルが決定され、患者の診断と関連付けられることができる。
【００３３】
方法２００の処理２１２において、第１のジオメトリ内の第１の活性化レベル、第２のジオメトリ内の第２の活性化レベル、第１及び第２の解剖学的構造間の活性化のシーケンスのグラフィック表現が生成される。図６を参照すると、脳の視床５１０の第１のジオメトリ内の活性化レベルの例示的なグラフ表示６００が示されている。図６のグラフィック表現６００はまた、脳活動マップ又は解剖学的構造に特有の脳活動マップと呼ぶこともできる。図６に示すように、視床５１０のジオメトリ内の第１の活性化レベルは、グラフィックオーバレイ６１０によってグラフィックに表される。図６によって表されるいくつかの実施形態において、グラフィックオーバレイ６１０が異なる活性化レベルの色分けされた輪郭を含む。本明細書で使用されるように、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、又はイベント平均活性化レベルとすることができる。これらの実施形態において、視床５１０の第１のジオメトリのエッジ付近の暗い色が視床５１０の第１のジオメトリの中心付近の明るい色よりも低い活性化レベルを表す。同様に、脳梁５２０のジオメトリ内の第２の活性化レベルは、グラフィックオーバレイ６２０によってグラフィックに表現される。グラフィックオーバレイ６２０はまた、異なる活性化レベルのカラー符号化された輪郭を含む。脳梁５２０の第２のジオメトリの長さに沿ったより暗い色は脳梁５２０の第２のジオメトリのいずれかの端部（例えば、脳梁の脾臓及び脳梁の遺伝子）付近のより明るい色よりも低い活性化レベルを表す。グラフィック表現６００は例示の目的のためだけのものであり、必ずしも現実の脳活動マップに対応しないことに留意されたい。
【００３４】
図４に示すｆＭＲＩ画像とは異なり、第１の活性化レベルは視床５１０の第１のジオメトリに固有のものであり、第１のジオメトリのみを含む領域にわたる活性化レベルではない。したがって、本開示の方法２００は、解剖学的構造に特有の活性化レベルの決定を可能にする。解剖学的構造特有の活性化レベルを決定する能力は活動レベルを解剖学的構造に視覚的にマッチングさせる際の主観性を排除し、したがって、ｆＭＲＩデータを解釈するために必要とされる専門知識のレベルを低減する。
【００３５】
方法２００の処理２１４において、第１の活性化レベル、第２の活性化レベル、第１のジオメトリ、第２のジオメトリ並びに第１及び第２の解剖学的構造間の活性化のシーケンスが、脳に関する患者の診断と関連付けられる。いくつかの実施形態において、医師の診断がコンピューティング装置１２０によって受信されることができる。診断は、患者が少なくとも１つの神経障害を患っていることを示す肯定(positive)であるか、又は患者が全ての神経障害を有していないことを示す否定(negative)であるかのいずれかである。ここでの診断は、必ずしもｆＭＲＩデータのみに基づいて下されるわけではなく、患者に対して実施された全ての検査及び検査に基づいていることに留意されたい。いくつかの実施形態において、患者の診断が否定である場合、活性化レベル、解剖学的構造のジオメトリ、及び活性化のシーケンスは、健常被験者に関連付けられる。いくつかの実施形態において、患者の診断が肯定である場合、活性化レベル、解剖学的構造のジオメトリ、及び活性化のシーケンスは、患者の診断において識別される神経障害と関連付けられる。
【００３６】
方法２００の処理２１６では、脳に関する患者の診断に関連付けられた解剖学的構造のジオメトリ内の活性化レベル、解剖学的構造のジオメトリ、及び解剖学的構造間の活性化のシーケンスが、データベース１５０のようなデータベースに記憶される。時間の経過とともに、データベース１５０は、より多くの健常被験者の活性化レベル及び活性化のシーケンス、並びに神経障害を有するより多くの被験者の活性化レベル及び活性化のシーケンスを記憶することができる。神経障害のｆＭＲＩバイオマーカが、データベース１５０に記憶されたデータに基づいて検出され、開発されることができる。
【００３７】
ここで図７を参照すると、患者の脳における解剖学的構造固有の活性化データを得るための例示的な方法７００を示すフローチャートが示されている。方法７００は、処理７０２、７０４、７０６、７０８、７１０、７１２、７１４、及び７１６を含む。方法７００の処理は図７に示されるものとは異なる順序で実行されてもよく、処理の前、間、及び後に追加の処理が提供されることができ、及び／又は説明される処理のいくつかは他の実施形態において置き換えられ又は除去されてもよいことが理解される。方法７００の処理は、システム１００のコンピューティング装置１２０のようなｆＭＲＩシステム内のコンピューティング装置によって実行されることができる。方法７００は、図３、図４、図５及び図６を参照して以下に説明される。
【００３８】
方法７００の処理７０２において、患者の脳のＭＲデータが、コンピューティング装置１２０において受信される。ＭＲデータは、ＭＲＩ装置１１０の使用により取得される。いくつかの実施形態において、ＭＲＩ装置１１０は、コンピューティング装置１２０と通信する。コンピューティング装置１２０は、患者の脳のＭＲデータを処理し、ＭＲ画像データをディスプレイ１４０に出力して、図３のＭＲ画像３２０などのＭＲ画像を表示することができる。いくつかの実施形態において、ＭＲデータは、Ｔ１Ｗ  ＭＲデータを含む。図３に示すＭＲ画像３２０は患者の脳の上面図であるが、当業者は他の方向から見た患者の脳のＭＲ画像も、コンピューティング装置１２０によって取得され又は導出されることができることが分かるであろう。処理７０２で受信されたＭＲデータは、患者の脳内の解剖学的構造のＭＲデータを含む。
【００３９】
方法７００の処理７０４では、患者の脳のＭＲデータがセグメント化され、複数のジオメトリの輪郭が描出される。複数のジオメトリの各々は、患者の脳内のそれぞれの解剖学的構造に対応する。ここで図３を参照すると、患者の脳内の解剖学的構造のジオメトリを輪郭描出するようにＭＲデータをセグメント化するプロセスフロー３００が示されている。いくつかの実施形態において、コンピューティング装置１２０は、３Ｄ脳モデル３１０に基づいて、ＭＲ画像３２０によって表される患者の脳のＭＲデータをセグメント化することができる。いくつかの実施形態において、３Ｄ脳モデル３１０は、変形可能な形状拘束脳モデルでありうる。いくつかの例において、３Ｄ脳モデルは、"Evaluation of traumatic brain injury patients using a shape-constrained deformable model," by L. Zagorchev, C. Meyer, T. Stehle, R. Kneser, S. Young and J. Weese, 2011, in Multimodal Brain Image Analysis by Liu T., Shen D., Ibanez L., Tao X. (eds). MBIA 2011. Lecture Notes in Computer Science, vol. 7012. Springer, Berlin, Heidelbergに記載される脳モデルでありえ、その内容は全体が参照によりここに盛り込まれる。いくつかの実施形態において、３Ｄ脳モデルは、"SYSTEM FOR RAPID AND ACCURATE QUANTITATIVE ASSESSMENT OF TRAUMATIC BRAIN INJURY"という名称の米国特許第９，２５６，９５１号公報に記載の変形可能な脳モデル、又は"METHOD AND SYSTEM FOR QUANTITATIVE EVALUATION OF IMAGE SEGMENTATION"という名称の米国特許出願公開第２０１５０１４６９５１号公報に記載される変形可能な形状拘束脳モデルでありえ、これら文献の各々の内容は、参照によりその全体が本明細書に盛り込まれる。いくつかの実現形態において、３Ｄ脳モデル３１０がコンピューティング装置１２０、又はコンピューティング装置１２０によって取り出すことができる記憶装置又は記憶媒体に記憶される。
【００４０】
ＭＲ画像３３０に示されるように、３Ｄ脳モデル３１０は、脳のＭＲ画像３２０にマッチングされることによって初期化される。次に、一般化ハフ変換（ＧＨＴ）が３Ｄ脳モデル３１０に対して実行され、ＭＲ画像３４０に示されるように、３Ｄ脳モデル３１０を、位置及び向きに関してＭＲ画像３２０内の解剖学的構造のジオメトリに一致させる。その後、ＭＲ画像３５０に示されるように、３Ｄ脳モデル３１０は位置、向き、及びスケーリングがＭＲ画像３２０内の解剖学的構造により良く適応するように、グローバル類似性変換及び／又はマルチリニア変換を使用して調整されるパラメトリック適応を経る。ＭＲ画像３６０によって示されるように、３Ｄ脳モデル３１０は、変形可能な適応を受け、３Ｄ脳モデル３１０内の境界検出及びメッシュの調整の複数の反復が３Ｄ脳モデルを脳内の解剖学的構造に適応させるために実行される。
【００４１】
方法７００の処理７０６において、患者の脳のｆＭＲＩデータがコンピューティング装置１２０で受信される。ｆＭＲＩデータは、ＭＲＩ装置を用いて得られる。いくつかの実施形態において、ＭＲデータを取得するためのＭＲＩ装置１１０がｆＭＲＩデータを取得するためのＭＲＩ装置１１０と同じである。いくつかの実施形態において、ＭＲＩ装置１１０がコンピューティング装置１２０と通信する。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拠する。脳血流はニューロンの活性化と直接相関するため、脳領域の血液需要を測定することにより、ｆＭＲＩはその脳領域の活性化レベルを測定する。更に、血液に対する需要は酸素に対する需要を表し得るので、ｆＭＲＩはまた、脳領域における酸素需要を測定するためのツール及び技術であり得る。ｆＭＲＩスキャン中に、局所的な脳活動を増加させるように設計された課題が患者に施され、ＭＲＩ装置は、酸素化された血液と脱酸素化された血液との比の変化を検出することができる。
【００４２】
例えば、課題は、デュアルＮ−ｂａｃｋ課題でありうる。デュアルＮ−ｂａｃｋ課題では、一連の視覚刺激と聴覚刺激を同時に患者に提示する。いくつかの実施態様では、患者が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ことが要求される１−ｂａｃｋ状態で開始する。同様に、現在の聴覚刺激が直前の聴覚刺激と一致する場合、患者は肯定的な反応を与えることが求められる。現在の視覚刺激と聴覚刺激の両方が、直前の視覚刺激と聴覚刺激に一致する場合、患者に二重肯定応答を与えるように指示する。いずれの刺激も一致しない場合、応答は必要とされない。患者の精度レートがあるレベルに達した場合、ｎ‐ｂａｃｋレベルは１だけ増加される（例えば、１‐ｂａｃｋから２‐ｂａｃｋへ）。精度レベルがあるレベルを下回る場合、ｎ‐ｂａｃｋレベルは１だけ減少される（例えば、３‐ｂａｃｋから２‐ｂａｃｋへ）。ある場合には、患者の精度レベルがあるレベルに維持される場合、ｎ‐ｂａｃｋレベルは変化しないままである。デュアルＮ‐ｂａｃｋ課題は、Susanne M. Jaeggi et al., Improving Fluid Intelligence with Training on Working Memory, Pro. Natl. Acad. Sc. U.S. A., 2008 May 13; 105(19): 6829-6833に記載されている。
【００４３】
方法７００の処理７０８において、患者の脳のＭＲデータは、患者の脳のｆＭＲＩデータとアラインされる。いくつかの実施形態において、コンピューティング装置１２０は、サーベイスキャン、剛体レジストレーション、ボリュームローカライゼーション、及び方向余弦のような適切な処理を介してＭＲデータ及びｆＭＲＩデータをアラインすることができる。いくつかの実施形態において放射線科医が１つ又は複数の標的解剖学的構造のｆＭＲＩ画像を取得することのみを必要とする場合、放射線科医は１つ又は複数の標的解剖学的構造について所定の望ましい活性化レベルが満たされることを保証することのみを必要とする。所定の望ましい活性化レベルがｆＭＲＩ視野内の全ての解剖学的構造全体にわたって満たされなければならない従来の実施と比較して、本開示の方法７００は時間を節約し、より短い期間で実行することができる。
【００４４】
方法７００の処理７１０において、複数の活性化レベルが決定される。活性化レベルは、解剖学的構造の描出されたジオメトリ内の活性に関係する。別の言い方をすれば、活性化レベルは、解剖学的構造のジオメトリ内の活動に対応する。したがって、複数のジオメトリの活性化レベルが決定される。活性化レベルは、アラインされたＭＲデータ及びｆＭＲＩデータに基づいて決定される。
【００４５】
図４は、被験者をデュアルＮ−ｂａｃｋ課題に晒した場合の、対照被験者の脳における活性化レベル及び軽度外傷性脳損傷（ＭＴＢＩ）を有する被験者の脳における活性化レベルを示す。Ｎ−ｂａｃｋレベルが１−ｂａｃｋから０−ｂａｃｋに変化すると、対照被験者の脳における活性化レベルはｆＭＲＩ画像４１０に、ＭＴＢＩ被験者の脳における活性化レベルはｆＭＲＩ画像４２０に示される。Ｎ−ｂａｃｋレベルが２−ｂａｃｋから１−ｂａｃｋに変化すると、対照被験者の脳における活性化レベルはｆＭＲＩ画像４１２に、ＭＴＢＩ被験者の脳における活性化レベルはｆＭＲＩ画像４２２に示される。Ｎ−ｂａｃｋレベルが３−ｂａｃｋから２−ｂａｃｋに変化すると、対照被験者の脳における活性化レベルはｆＭＲＩ画像４１４に、ＭＴＢＩ被験者の脳における活性化レベルはｆＭＲＩ画像４２４に示される。酸素化及び脱酸素化血液の比率の変化は、患者の脳内の異なる領域の、課題に関連する時間連続の代謝活性に関して使用されることができる。図４から分かるように、ｆＭＲＩ画像４１０、４１２、４１４、４２０、４２２、及び４２４では活性化レベルのパターン及び強度の差が観察可能であるが、活性化レベルは特定の解剖学的構造のいかなるジオメトリにも起因しない。解剖学的構造特有の活性化レベルがなければ、特定の解剖学的構造内の活性化レベルを定量化することはできず、特定の神経学的障害と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データと整合させることにより、解剖学的構造の各ジオメトリにおける、蓄積された活性化レベル、瞬間的活性化レベル、時間平均活性化レベル、又はイベント平均活性化レベルとなり得る活性化レベルを決定し、患者の診断と関連付けることができる。
【００４６】
ここで図５を参照すると、視床５１０及び脳梁５２０のジオメトリを含む、複数の解剖学的構造のジオメトリの強調された境界が重ね合わされた患者の脳のＭＲ画像５００が示されている。いくつかの実施形態において、処理７０４でＭＲデータが自動的にセグメント化され、処理７０８でＭＲデータがｆＭＲＩデータと位置合わせされる場合、コンピューティング装置１２０は、ジオメトリ（例えば、視床５１０のジオメトリ）内の活性化レベルと、別のジオメトリ（例えば、脳梁５２０のジオメトリ）内の別の活性化レベルとを決定することができる。これらの活性化レベルは、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、イベント平均活性化レベル、又は別のタイプの活性化レベルとすることができる。いくつかの実施形態において、活性化レベルが追加の他の形状についても決定される。
【００４７】
方法７００の処理７１２において、活性化のシーケンスが決定される。コンピューティング装置１２０は、異なる解剖学的構造における活性化のパターン又はシーケンスを決定することができる。例えば、視床５１０のジオメトリにおける活性化レベルは増加するが、脳梁５２０のジオメトリにおける活性化レベルは増加し、次いで、脳梁５２０のジオメトリにおける活性化レベルはデュアルＮ−ｂａｃｋ課題に応答して増加することができ、一方、視床５１０のジオメトリにおける活性化レベルは同じ課題に応答して減少する。他の実施形態において、更に多くのジオメトリにおける活性化レベルのシーケンスが決定されることができる。活性化レベルの量的強度の他に、課題又は刺激に応答する異なる解剖学的構造間の活性化のパターン／シーケンスも、神経障害又は状態を示すことができる。活性化のシーケンスは、ＭＲデータ及びｆＭＲＩデータの順序又はタイミングに基づいて決定される。
【００４８】
方法７００の処理７１４において、解剖学的構造間の活動の伝播が決定される。例えば、解剖学的構造のそれぞれの輪郭描出されたジオメトリに対応する決定された活性化レベルに基づいて、或る解剖学的構造から別の解剖学的構造への、及び別の解剖学的構造への活動の経時的な進行が決定されることができ、それによって、患者の脳における活動の伝播を示す。活動の伝播は、ＭＲデータ及びｆＭＲＩデータの順序又はタイミングに基づいて決定される。いくつかの実施形態において、決定された活性化レベルは、神経疾患又は神経精神障害に関する患者の診断による脳活動の伝播に応じて、単一の構造又は全ての輪郭描出された構造、又は特定の順序の構造のサブセットに関連付けられる。
【００４９】
方法７００の処理７１６において、脳内の動的活動のグラフィック表現が出力される。動的活動は、解剖学的構造の活性化のシーケンス及び解剖学的構造間の活動の伝播のうちの少なくとも一方を含む。グラフィック表現は、表現に含まれる解剖学的構造の輪郭描出されたジオメトリ、及びそれらの輪郭描出されたジオメトリの対応する活性化レベルを更に含むことができる。いくつかの実施形態は、動的活動に関連する時間的特徴を更に含むことができる。いくつかの実施形態において、グラフィック表現は、脳活動マップ又は解剖学的構造に特有の脳活動マップを含む。
【００５０】
図６を参照すると、脳の視床５１０のジオメトリ内の活性化レベルの例示的なグラフィック表示６００が示されている。図６のグラフィック表現６００は更に、脳活動マップ又は解剖学的構造に特有の脳活動マップと呼ぶこともできる。図６に示すように、視床５１０のジオメトリ内の活性化レベルは、グラフィックオーバレイ６１０によってグラフィックに表される。図６によって表されるいくつかの実施形態において、グラフィックオーバレイ６１０は、それぞれ異なる活性化レベルのカラー符号化された輪郭を含む。本明細書で使用されるように、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りうる。これらの実施形態において、視床５１０のジオメトリのエッジ付近のより暗い色は、視床５１０のジオメトリの中心付近のより明るい色よりも低い活性化レベルを表す。同様に、脳梁５２０のジオメトリ内の活性化レベルは、グラフィックオーバレイ６２０によってグラフィックに表現される。グラフィックオーバレイ６２０もまた、それぞれ異なる活性化レベルのカラー符号化された輪郭を含む。脳梁５２０の第２のジオメトリの長さに沿ったより暗い色は、脳梁５２０の第２のジオメトリのいずれかの端部（例えば、脳梁の脾臓及び脳梁の遺伝子）付近のより明るい色よりも低い活性化レベルを表す。グラフィック表現６００は、例示の目的のためだけのものであり、必ずしも現実の脳活動マップに対応しないことに留意されたい。
【００５１】
図４に示すｆＭＲＩ画像とは異なり、活性化レベルは、視床５１０のジオメトリに特有のものであり、ジオメトリを単に含む領域にわたる活性化レベルではない。したがって、本開示の方法７００は、解剖学的構造に特有の活性化レベルの決定を可能にする。解剖学的構造特有の活性化レベルを決定する能力は、活性化レベルを解剖学的構造に視覚的にマッチングさせる際の主観性を排除し、したがって、ｆＭＲＩデータを解釈するために必要とされる専門知識のレベルを引き下げる。いくつかの実施形態において、医師の診断が、コンピューティング装置１２０によって受信されることができる。診断は、患者が少なくとも１つの神経障害を患っていることを示す肯定であるか、又は患者が全ての神経障害を有していないことを示す否定であるかのいずれかである。ここでの診断は、必ずしもｆＭＲＩデータのみに基づいて下されるわけではなく、患者に対して実施された全てのテスト及び検査に基づいていることに留意されたい。いくつかの実施形態において、患者の診断が否定である場合、活性化レベル、解剖学的構造のジオメトリ、及び活性化のシーケンスは、健常被験者に関連付けられる。いくつかの実施形態において、患者の診断が肯定である場合、活性化レベル、解剖学的構造のジオメトリ、及び活性化のシーケンスは、患者の診断において識別された神経障害と関連付けられる。
【００５２】
方法７００の処理７１６において、脳に関する患者の診断に関連付けられる、解剖学的構造のジオメトリ内の活性化レベル、解剖学的構造のジオメトリ、及び解剖学的構造間の活性化のシーケンスが、データベース１５０のようなデータベースに記憶される。時間の経過とともに、データベース１５０は、より多くの健常被験者の活性化レベル及び活性化のシーケンス、並びに神経障害を有するより多くの被験者の活性化レベル及び活性化のシーケンスを記憶することができる。神経障害のｆＭＲＩバイオマーカは、データベース１５０に記憶されたデータに基づいて検出され、開発されることができる。
【００５３】
本開示のシステム、装置、及び方法は、米国仮出願第６２／７１１，８１２号（出願人整理番号２０１７ＰＦ０２５４１／４４７５５．１８５７ＰＶ０１）に記載されている特徴を有することができ、その内容全体が参照により本明細書に盛り込まれる。
【００５４】
当業者は、上述の装置、システム、及び方法が様々な方法で変形されることができることを理解するのであろう。したがって、当業者は、本開示によって包含される実施形態が、上述の特定の例示的な実施形態に限定されないことを理解するであろう。その点に関して、例示的な実施形態が、図示及び説明されてきたが、広い範囲の変形、変更、及び置き換えが、前述の開示において企図される。このような変形は、本開示の範囲から逸脱することなく、上述したものになされ得ると理解される。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示と一致する態様で広く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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