(57)【要約】【課題】近赤外光イメージング装置を用いて脳計測実験を行なう際に、被験者の頭表に装着した信号観測点に対応する脳機能部位を正確に推定する。【解決手段】脳機能部位推定システムは、被験者の頭表形状並びに信号観測点を計測する３次元位置計測装置と、３次元位置計測装置から出力される３次元位置情報を演算処理するコンピュータで構成される。コンピュータ上では、被験者の頭表での信号点の位置を標準脳頭表での位置に空間写像をとり、さらに標準脳頭表の位置から脳表での位置を推定し、推定した脳表の位置から脳機能部位を推定する処理が実施される。【選択図】  図２
2009160281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の頭表位置から脳機能を推定する脳機能部位推定システムであって、
測定した被験者の頭表座標と標準脳の頭表座標との関係から、幾何変形によって被験者の特定の頭表位置を標準脳の特定の頭表位置に変換する頭表位置変換手段と、
標準脳頭表及び標準脳を含むＭＲＩデータを用いて、標準脳の頭表位置から最も近い距離にある脳表位置を探索アルゴリズムによって求める脳表位置探索手段と、
標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを推定する脳機能推定手段と、
を具備することを特徴とする脳機能部位推定システム。
【請求項２】
コンピュータ上で構築される脳機能部位推定システムにおいて、被験者の頭表位置から脳機能を推定する脳機能部位推定方法であって、
前記コンピュータが備える頭表位置変換手段が、測定した被験者の頭表座標と標準脳の頭表座標との関係から、幾何変形によって被験者の特定の頭表位置を標準脳の特定の頭表位置に変換する頭表位置変換ステップと、
前記コンピュータが備える脳表位置探索手段が、標準脳頭表及び標準脳を含むＭＲＩデータを用いて、標準脳の頭表位置から最も近い距離にある脳表位置を探索アルゴリズムによって求める脳表位置探索ステップと、
前記コンピュータが備える脳機能推定手段が、標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを推定する脳機能推定ステップと、
を具備することを特徴とする脳機能部位推定方法。
【請求項３】
被験者の頭表位置から脳機能を推定するための処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータを、
測定した被験者の頭表座標と標準脳の頭表座標との関係から、幾何変形によって被験者の特定の頭表位置を標準脳の特定の頭表位置に変換する頭表位置変換手段と、
標準脳頭表及び標準脳を含むＭＲＩデータを用いて、標準脳の頭表位置から最も近い距離にある脳表位置を探索アルゴリズムによって求める脳表位置探索手段と、
標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを推定する脳機能推定手段と、
として機能させるためのコンピュータ・プログラム。
【請求項４】
被験者の頭表位置から脳機能を推定する脳機能部位推定システムであって、
被験者の頭表上に設定された複数の基準点における３次元位置情報からなる被験者の頭表形状に関する情報を取得する被験者頭表形状取得手段と、
被験者の頭表に取り付けられた信号観測点の３次元位置情報を、前記の被験者頭表形状に基づいて、標準脳頭表上の対応する位置に変換する頭表位置変換手段と、
前記頭表位置変換手段によって被験者脳頭表上の信号観測点に対応付けられた標準脳頭表位置から標準脳の脳表位置を推定する脳表位置推定手段と、
前記脳表位置推定手段によって推定された標準脳の脳表位置に対応する脳機能を推定する脳機能推定手段と、
を具備することを特徴とする脳機能部位推定システム。
【請求項５】
前記頭表位置変換手段は、
任意の３つの基準点を選んで部分空間を形成する処理を繰り返して、被験者及び標準脳の頭表の各々を複数の部分空間に分割して、各部分空間に斜交座標系を割り当てる手段と、
被験者の頭表から前記信号観測点の座標位置が含まれる第１の部分空間を特定する手段と、
前記信号観測点の座標位置が含まる標準脳頭表上の第２の部分空間に対応する部分空間を選択し、前記第１及び第２の部分空間の斜交座標間でアフィン変換して、標準脳頭表上での信号観測点を求める手段と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の脳機能部位推定システム。
【請求項６】
前記被験者頭表形状取得手段は、被験者の頭表上において国際１０−２０システム又はこれを基にした規格によって定められた複数の規準位置を特定することによって、被験者の頭表形状に関する情報を取得する、
ことを特徴とする請求項４に記載の脳機能部位推定システム。
【請求項７】
コンピュータを用いて構築される脳機能部位推定システム上において、被験者の頭表位置から脳機能を推定する脳機能部位推定方法であって、
前記コンピュータが備える被験者頭表形状取得手段が、被験者の頭表上に設定された複数の基準点における３次元位置情報からなる被験者の頭表形状に関する情報を取得する被験者頭表形状取得ステップと、
前記コンピュータが備える頭表位置変換手段が、被験者の頭表に取り付けられた信号観測点の３次元位置情報を、前記の被験者頭表形状に基づいて、標準脳頭表上の対応する位置に変換する頭表位置変換ステップと、
前記コンピュータが備える脳表位置推定手段が、前記頭表位置変換手段によって被験者脳頭表上の信号観測点に対応付けられた標準脳頭表位置から標準脳の脳表位置を推定する脳表位置推定ステップと、
前記コンピュータが備える脳機能推定手段が、前記脳表位置推定手段によって推定された標準脳の脳表位置に対応する脳機能を推定する脳機能推定ステップと、
を具備することを特徴とする脳機能部位推定方法。
【請求項８】
前記頭表位置変換ステップは、
任意の３つの基準点を選んで部分空間を形成する処理を繰り返して、被験者及び標準脳の頭表の各々を複数の部分空間に分割して、各部分空間に斜交座標系を割り当てるステップと、
被験者の頭表から前記信号観測点の座標位置が含まれる第１の部分空間を特定するステップと、
前記信号観測点の座標位置が含まる標準脳頭表上の第２の部分空間に対応する部分空間を選択し、前記第１及び第２の部分空間の斜交座標間でアフィン変換して、標準脳頭表上での信号観測点を求めるステップと、
を備えることを特徴とする請求項７に記載の脳機能部位推定方法。
【請求項９】
前記被験者頭表形状取得ステップでは、被験者の頭表上において国際１０−２０システム又はこれを基にした規格によって定められた複数の規準位置を特定することによって、被験者の頭表形状に関する情報を取得する、
ことを特徴とする請求項７に記載の脳機能部位推定方法。
【請求項１０】
被験者の頭表位置から脳機能を推定するための処理をコンピュータ上で実行させるようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータを、
被験者の頭表上に設定された複数の基準点における３次元位置情報からなる被験者の頭表形状に関する情報を取得する被験者頭表形状取得手段と、
被験者の頭表に取り付けられた信号観測点の３次元位置情報を、前記の被験者頭表形状に基づいて、標準脳頭表上の対応する位置に変換する頭表位置変換手段と、
前記頭表位置変換手段によって被験者脳頭表上の信号観測点に対応付けられた標準脳頭表位置から標準脳の脳表位置を推定する脳表位置推定手段と、
前記脳表位置推定手段によって推定された標準脳の脳表位置に対応する脳機能を推定する脳機能推定手段と、
として機能させるためのコンピュータ・プログラム。
【請求項１１】
被験者の頭表上において国際１０−２０システム又はこれを基にした規格によって定められた複数の規準位置を特定することによってその頭皮形状の測定作業を支援する頭皮形状測定支援装置であって、
空間の３次元位置情報を計測する３次元位置計測手段と、
３次元位置計測装置から出力される３次元位置情報を演算処理する演算処理手段と、
前記３次元位置計測手段により計測され、又は前記演算処理手段により演算処理された３次元位置情報に関する画面を提示するディスプレイと、
オペレータが前記３次元位置計測手段を用いて被験者の頭表上で測定した４つの基準位置Ｎｚ（鼻根）、Ｉｚ（頭蓋骨後部の突起先端）、ＬＰＡ（左耳介点）、ＲＰＡ（右耳介点）の位置を保持する手段と、
Ｎｚ−ＩｚとＬＰＡ−ＲＰＡの２線分の中間点を結ぶ直線と頭表面と交わる点をＣｚ（中心部）として仮測定を行なう際に、前記ディスプレイ上でＮｚ−ＩｚとＬＰＡ−ＲＰＡの２線分の中間点を結ぶ直線を３次元表示するとともに、仮のＣｚの計測目標位置と前記３次元位置計測手段を用いて測定されている現在位置との関係を示すＣｚ仮測定支援手段と、
前記Ｃｚ仮測定支援手段による支援を通じてオペレータが測定した仮のＣｚの位置を保持する手段と、
Ｎｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間の距離測定を行なう際に、前記ディスプレイ上で４つの基準位置Ｎｚ、Ｉｚ、ＬＰＡ、ＲＰＡ、並びに、Ｎｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間を結ぶ直線を３次元表示し、Ｎｚ、Ｉｚ、Ｃｚの合計３点を通る直線上の頭表位置でオペレータが複数点を計測するのを支援するとともに、オペレータが前記３次元位置計測手段を用いて該直線上の頭表位置で計測した複数点を経由してＮｚとＩｚの間を繋ぐパラメトリック曲線を生成して３次元表示するＮｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間距離測定支援手段と、
Ｎｚ及びＩｚを繋ぐ前記パラメトリック曲線の中間点を正式なＣｚの位置に決定するとともに、前記パラメトリック曲線上に分布している４つの基準点Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、及びＯｚを決定するＮｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間距離測定手段と、
該決定された（正式の）Ｃｚと、４つの基準点Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、及びＯｚの位置を保持する手段と、
前記の既に確定した基準点Ｎｚ、Ｉｚ、ＬＰＡ、ＲＰＡ、Ｃｚ、Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、Ｏｚを用い、３つの直線ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ、 Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚのそれぞれについて、前記ディスプレイ上で直線を３次元表示してオペレータの計測を支援するとともに、該直線上の頭表位置でオペレータが計測した複数点を経由して繋ぐパラメトリック曲線を生成してその距離を測定するＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間距離測定手段と、
前記ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間距離測定手段による測定結果に基づいて、前記ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間を繋ぐ各パラメトリック曲線上で各基準点Ｃ３、Ｃ４、Ｔ３、Ｔ４、Ｆｐ１、Ｆｐ２、Ｆ７、Ｆ８、Ｔ５、Ｔ６、Ｏ１、Ｏ２の位置を決定する手段と、
該決定された各基準点Ｃ３、Ｃ４、Ｔ３、Ｔ４、Ｆｐ１、Ｆｐ２、Ｆ７、Ｆ８、Ｔ５、Ｔ６、Ｏ１、Ｏ２の位置を保持する手段と、
３つの基準点Ｆ７、Ｆｚ、Ｆ８を含む平面内で線分Ｆ７−Ｆｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｆ３として決定し、３つの基準点Ｆ７、Ｆｚ、Ｆ８を含む平面内で線分Ｆ８−Ｆｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｆ４として決定し、３つの基準点Ｔ５、Ｐｚ、Ｔ６を含む平面内で線分Ｔ５−Ｐｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｐ３として決定し、３つの基準点Ｔ５、Ｐｚ、Ｔ６を含む平面内で線分Ｔ６−Ｐｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｐ４として決定する手段と、
該決定された各基準点Ｆ３、Ｆ４、Ｐ３、及びＰ４を保持する手段と、
を具備することを特徴とする頭皮形状測定支援装置。
【請求項１２】
コンピュータを用いて構築される頭皮形状測定支援システム上で、オペレータが空間の３次元位置情報を計測する３次元位置計測手段を用いて被験者の頭表上において国際１０−２０システム又はこれを基にした規格によって定められた複数の規準位置を特定することによってその頭皮形状の測定作業を支援する頭皮形状測定支援方法であって、
前記コンピュータが備える保持手段が、オペレータが前記３次元位置計測手段を用いて被験者の頭表上で測定した４つの基準位置Ｎｚ（鼻根）、Ｉｚ（頭蓋骨後部の突起先端）、ＬＰＡ（左耳介点）、ＲＰＡ（右耳介点）の位置を保持するステップと、
前記コンピュータが備える仮測定支援手段が、Ｎｚ−ＩｚとＬＰＡ−ＲＰＡの２線分の中間点を結ぶ直線と頭表面と交わる点をＣｚ（中心部）として仮測定を行なう際に、前記ディスプレイ上でＮｚ−ＩｚとＬＰＡ−ＲＰＡの２線分の中間点を結ぶ直線を３次元表示するとともに、仮のＣｚの計測目標位置と前記３次元位置計測手段を用いて測定されている現在位置との関係を示すＣｚ仮測定支援ステップと、
前記コンピュータが備える保持手段が、前記Ｃｚ仮測定支援手段による支援を通じてオペレータが測定した仮のＣｚの位置を保持するステップと、
前記コンピュータが備えるＮｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間距離測定支援手段が、Ｎｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間の距離測定を行なう際に、前記ディスプレイ上で４つの基準位置Ｎｚ、Ｉｚ、ＬＰＡ、ＲＰＡ、並びに、Ｎｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間を結ぶ直線を３次元表示し、Ｎｚ、Ｉｚ、Ｃｚの合計３点を通る直線上の頭表位置でオペレータが複数点を計測するのを支援するとともに、オペレータが前記３次元位置計測手段を用いて該直線上の頭表位置で計測した複数点を経由してＮｚとＩｚの間を繋ぐパラメトリック曲線を生成して３次元表示するＮｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間距離測定支援ステップと、
前記コンピュータが備えるＮｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間距離測定手段が、Ｎｚ及びＩｚを繋ぐ前記パラメトリック曲線の中間点を正式なＣｚの位置に決定するとともに、前記パラメトリック曲線上に分布している４つの基準点Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、及びＯｚを決定するＮｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間距離測定ステップと、
前記コンピュータが備える保持手段が、該決定された（正式の）Ｃｚと、４つの基準点Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、及びＯｚの位置を保持するステップと、
前記コンピュータが備えるＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間距離測定手段が、前記の既に確定した基準点Ｎｚ、Ｉｚ、ＬＰＡ、ＲＰＡ、Ｃｚ、Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、Ｏｚを用い、３つの直線ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ、 Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚのそれぞれについて、前記ディスプレイ上で直線を３次元表示してオペレータの計測を支援するとともに、該直線上の頭表位置でオペレータが計測した複数点を経由して繋ぐパラメトリック曲線を生成してその距離を測定するＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間距離測定ステップと、
前記コンピュータが備える決定手段が、前記ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間距離測定手段による測定結果に基づいて、前記ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間を繋ぐ各パラメトリック曲線上で各基準点Ｃ３、Ｃ４、Ｔ３、Ｔ４、Ｆｐ１、Ｆｐ２、Ｆ７、Ｆ８、Ｔ５、Ｔ６、Ｏ１、Ｏ２の位置を決定する手段と、
前記コンピュータが備える保持手段が、該決定された各基準点Ｃ３、Ｃ４、Ｔ３、Ｔ４、Ｆｐ１、Ｆｐ２、Ｆ７、Ｆ８、Ｔ５、Ｔ６、Ｏ１、Ｏ２の位置を保持するステップと、
前記コンピュータが備える決定手段が、３つの基準点Ｆ７、Ｆｚ、Ｆ８を含む平面内で線分Ｆ７−Ｆｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｆ３として決定し、３つの基準点Ｆ７、Ｆｚ、Ｆ８を含む平面内で線分Ｆ８−Ｆｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｆ４として決定し、３つの基準点Ｔ５、Ｐｚ、Ｔ６を含む平面内で線分Ｔ５−Ｐｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｐ３として決定し、３つの基準点Ｔ５、Ｐｚ、Ｔ６を含む平面内で線分Ｔ６−Ｐｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｐ４として決定するステップと、
前記コンピュータが備える保持手段が、該決定された各基準点Ｆ３、Ｆ４、Ｐ３、及びＰ４を保持するステップと、
を具備することを特徴とする頭皮形状測定支援方法。
【請求項１３】
オペレータが空間の３次元位置情報を計測する３次元位置計測手段を用いて被験者の頭表上において国際１０−２０システム又はこれを基にした規格によって定められた複数の規準位置を特定することによってその頭皮形状の測定作業を支援するための処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータを、
オペレータが前記３次元位置計測手段を用いて被験者の頭表上で測定した４つの基準位置Ｎｚ（鼻根）、Ｉｚ（頭蓋骨後部の突起先端）、ＬＰＡ（左耳介点）、ＲＰＡ（右耳介点）の位置を保持する手段と、
Ｎｚ−ＩｚとＬＰＡ−ＲＰＡの２線分の中間点を結ぶ直線と頭表面と交わる点をＣｚ（中心部）として仮測定を行なう際に、前記ディスプレイ上でＮｚ−ＩｚとＬＰＡ−ＲＰＡの２線分の中間点を結ぶ直線を３次元表示するとともに、仮のＣｚの計測目標位置と前記３次元位置計測手段を用いて測定されている現在位置との関係を示すＣｚ仮測定支援手段と、
前記Ｃｚ仮測定支援手段による支援を通じてオペレータが測定した仮のＣｚの位置を保持する手段と、
Ｎｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間の距離測定を行なう際に、前記ディスプレイ上で４つの基準位置Ｎｚ、Ｉｚ、ＬＰＡ、ＲＰＡ、並びに、Ｎｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間を結ぶ直線を３次元表示し、Ｎｚ、Ｉｚ、Ｃｚの合計３点を通る直線上の頭表位置でオペレータが複数点を計測するのを支援するとともに、オペレータが前記３次元位置計測手段を用いて該直線上の頭表位置で計測した複数点を経由してＮｚとＩｚの間を繋ぐパラメトリック曲線を生成して３次元表示するＮｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間距離測定支援手段と、
Ｎｚ及びＩｚを繋ぐ前記パラメトリック曲線の中間点を正式なＣｚの位置に決定するとともに、前記パラメトリック曲線上に分布している４つの基準点Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、及びＯｚを決定するＮｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間距離測定手段と、
該決定された（正式の）Ｃｚと、４つの基準点Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、及びＯｚの位置を保持する手段と、
前記の既に確定した基準点Ｎｚ、Ｉｚ、ＬＰＡ、ＲＰＡ、Ｃｚ、Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、Ｏｚを用い、３つの直線ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ、 Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚのそれぞれについて、前記ディスプレイ上で直線を３次元表示してオペレータの計測を支援するとともに、該直線上の頭表位置でオペレータが計測した複数点を経由して繋ぐパラメトリック曲線を生成してその距離を測定するＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間距離測定手段と、
前記ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間距離測定手段による測定結果に基づいて、前記ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間を繋ぐ各パラメトリック曲線上で各基準点Ｃ３、Ｃ４、Ｔ３、Ｔ４、Ｆｐ１、Ｆｐ２、Ｆ７、Ｆ８、Ｔ５、Ｔ６、Ｏ１、Ｏ２の位置を決定する手段と、
該決定された各基準点Ｃ３、Ｃ４、Ｔ３、Ｔ４、Ｆｐ１、Ｆｐ２、Ｆ７、Ｆ８、Ｔ５、Ｔ６、Ｏ１、Ｏ２の位置を保持する手段と、
３つの基準点Ｆ７、Ｆｚ、Ｆ８を含む平面内で線分Ｆ７−Ｆｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｆ３として決定し、３つの基準点Ｆ７、Ｆｚ、Ｆ８を含む平面内で線分Ｆ８−Ｆｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｆ４として決定し、３つの基準点Ｔ５、Ｐｚ、Ｔ６を含む平面内で線分Ｔ５−Ｐｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｐ３として決定し、３つの基準点Ｔ５、Ｐｚ、Ｔ６を含む平面内で線分Ｔ６−Ｐｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｐ４として決定する手段と、
該決定された各基準点Ｆ３、Ｆ４、Ｐ３、及びＰ４を保持する手段と、
として機能させるためのコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被験者の頭表位置から脳機能を推定する脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、被験者のＭＲＩデータを用いずに、頭皮の信号観測点と脳機能との対応関係を推定する脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【背景技術】
【０００３】
ヒトの心の状態は、脳の活動（以下では、「脳機能」とも呼ぶ）により与えられる。近年では、生物学的アプローチにより脳のメカニズムを解明する研究が行なわれている。刺激によって生じる脳の現象（情動、認知、記憶など）を定量的に評価するためには、人に刺激を提示して、刺激に関連した脳機能を高い時空間分解能で直接計測すること必要がある。
【０００４】
例えば、機能的磁気共鳴イメージング装置（ｆＭＲＩ：ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌＭａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）を用い、被験者に視覚的な刺激を与えてそのときの脳の活性化部位すなわち脳機能を測ることが行なわれている。視覚刺激を与えるために、ｆＭＲＩを配設したシールド室内に視覚刺激の表示装置を配置し、被験者がその表示装置を目視しながら計測することができる。現在、ｆＭＲＩは医療のさまざまな場面で用いられており、その計測精度も向上している。例えば、被験者の頭部にマスクを装着した上で、眼の前の空間をあけるアイキャップを付け、視覚刺激を刺激発生装置から光ファイバを通してマスクに伝達し、ミラーを用いて刺激が被験者の眼に当たるように構成された脳機能計測装置について提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。
【０００５】
また、近赤外分光測光（ＮＩＲＳ）や脳波を用いた脳機能計測法についても、幾つかの提案がなされている。近赤外光や脳波による脳機能計測では、頭表の特定位置に信号観測点を設け、その観測点での信号変化を観察及び解析することで脳の働きを理解することができる。
【０００６】
近赤外線領域の光を脳外から投射して散乱光並びに反射光を分光すると、酸素結合型及び酸素脱離型ヘモグロビンの近赤外吸収スペクトルの違いに基づいて、脳組織中での各濃度を無侵襲で推定することができる。脳活動に伴う酸素代謝をモニタできることや、サブ秒以下の時間分解能をもち、光計測であるためｆＭＲＩやＭＥＧ、ＥＥＧなどに較べて電磁的ノイズへの耐性が高いこと、測定解析装置や頭部への装着機具が小型軽量であることなどが利点として挙げられる。例えば、近赤外光を用いた生体光計測法におけるベースライン変動を除去し、正確な測定値を得る生体光計測方法について提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。
【０００７】
また、脳波による脳機能計測方法についても提案がなされている。脳機能は脳波信号を始め頭皮電位として外部から観測することができる。例えば、生体若しくは体液から生体信号を検出するセンサと、該センサから時系列データを受信し、該時系列データを時間遅れの一定値τを用いて高次元ｍ空間におけるｍ点の時系列データに再構成し、該ｍ点での時系列データをバス・インターフェース、加減算器及び記憶手段より成る計算機に転送して相関積分を計算させ、該計算結果の相関積分を受取り、該相関積分の相関指数を用いて相関次元を求めるホストコンピュータを備え、小型な構成で高速解析ができる生体信号処理装置について提案がなされている（例えば、特許文献３を参照のこと）。
【０００８】
近赤外分光測光や脳波など頭皮での脳機能計測には、被験者の頭表上のある位置が信号観測点となり、脳の働きを知るためには得られた信号の出所が脳の何処の位置に相当するかを推定する必要がある。頭表を観測点とする脳機能計測では、この種の問題は普遍的である。
【０００９】
例えば脳波計測の分野では、頭表に複数の基準点を設定する国際１０−２０システムが知られている（また、国際１０−２０システムを拡張した国際１０−１０システムなど、国際１０−２０システムを基にした規格も存在する）。国際１０−２０システムでは、鼻根、耳介、後頭結節（頭の後ろの突出部）を基準点として、それらの間の距離を１０％、２０％、２０％、というように分割し、さらなる基準点を設定していく。各基準点に対応する脳表上の点の標準座標値はいずれも個人間標準偏差が僅かであることから、脳機能局在を考える際に国際１０−２０システムを目安とすることができる。また、これら頭表位置に設定された各基準点を調べる器具“Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｃａｐ”が既に販売されており（例えば、非特許文献１を参照のこと）、脳波による脳機能計測では国際１０−２０システムに沿った頭表位置に信号観測点を設定することが一般的であり、Ｅｌｅｃｔｏｒ−Ｃａｐのような器具を利用することができる。
【００１０】
他方、近赤外分光測光による頭皮での脳機能計測では２０ｍｍ以下という細かい間隔で且つ任意の位置を観測点とした計測が可能であることから、高い位置精度で頭表上のどの位置であっても脳機能の位置を推定することが要求されているため、Ｅｌｅｃｔｏｒ−Ｃａｐのような器具を利用することはできない。
【００１１】
これまでにも頭皮の信号観測点に対応する脳機能を計測するための脳機能計測方法が幾つか提案されてきたが、概ね、被験者の頭表位置を計測するプロセスと、被験者の頭表位置を標準脳の脳表位置に変換するプロセスと、標準脳の脳表位置を基に脳機能を特定するプロセスからなる。ここで言う「標準脳」とは複数の被験者のデータを正規化して、各被験者の脳画像を座標により解剖学的な位置が同定できるようにモデル化したものであり、脳の定位脳座標系であるタライラッハ（Ｔａｌａｉｒａｃｈ）の標準脳アトラスなどが知られている。被験者の頭表位置を標準脳の脳表位置に合わせ込むことで、標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを得ることができる。
【００１２】
図６６には、脳機能計測方法の一例を模式的に示している（例えば、非特許文献２を参照のこと）。図示の方法では、以下のステップ（１）〜（３）により被験者の頭表位置から脳機能を推定するようになっている。
（１）頭表及び標準脳を含む被験者のＭＲＩデータを用いて、特定の頭表位置から最も近い距離にある脳表位置を探索アルゴリズムによって求める。
（２）被験者脳のＭＲＩデータと標準脳のＭＲＩデータから３次元座標変換マップを生成し、求めた変換マップを用いて被験者の特定の脳表位置から標準脳の脳表位置を求める。
（３）標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを得る。
【００１３】
図６６に示した方法によれば、ｆＭＲＩ研究で利用可能な程度の位置決め精度を得ることができる（約１０ｍｍ）。しかしながら、脳の位置を推定するために被験者毎の頭部のＭＲＩデータが必要である。ＭＲＩは非常に高価で且つ大掛かりな装置であり、大学病院やその他の大規模な医療機関にしか設置されておらず、計測にはオペレータや被験者の作業負担も大きい。また、位置精度は標準脳変換アルゴリズムに依存する。
【００１４】
また、図６７には、脳機能計測方法の他の例を模式的に示している（例えば、非特許文献３を参照のこと）。図示の方法では、以下のステップ（１）〜（４）により被験者の頭表位置から脳機能を推定するようになっている。
（１）被験者の頭表とＭＲＩデータベース内から取り出した１つの頭表との位置関係を簡略的に求め、その位置関係を基に被験者の特定の頭表位置からＭＲＩデータベース内から取り出した１つの頭表位置を求める。この作業を、ＭＲＩデータベースに含まれるＭＲＩデータの数だけ繰り返す。
（２）ＭＲＩデータベース内から取り出した１つの頭表及び標準脳を含むＭＲＩデータを用いて、（１）で求めた特定の頭表位置から最も近い距離にある脳表位置を探索アルゴリズムによって求める。この作業を、ＭＲＩデータベースに含まれるＭＲＩデータの数だけ繰り返す。
（３）ＭＲＩデータベース内から取り出した１つのＭＲＩデータと標準脳のＭＲＩデータから３次元座標変換マップを生成し、求めた変換マップを用いて標準脳の脳表位置を求める。この作業を、ＭＲＩデータベースに含まれるＭＲＩデータの数だけ繰り返す。最後に、求められた複数の標準脳の脳表位置から、平均値を取り最終的な解とする。
（４）標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを得る。
【００１５】
図６７に示した方法によれば、被験者毎のＭＲＩデータは不要であるが、他の複数の被験者のＭＲＩデータが必要となる。また、位置精度は他の被験者のＭＲＩデータからなるデータベースの質に依存する。
【００１６】
【特許文献１】特開平８−１７３３９８号公報
【特許文献２】特開２００７−１１１１０１号公報
【特許文献３】特開平９−５６８３３号公報
【非特許文献１】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ／ｅｌｅｃｔｒｏ−ｃａｐ．ｃｏｍ／
【非特許文献２】Ｏｋａｍｏｔｏ，Ｍ．，Ｄａｎ，Ｈ．，Ｓａｋａｍｏｔｏ，Ｋ．，Ｔａｋｅｏ，Ｋ．，Ｏｄａ，Ｉ．，Ｉｓｏｂｅ，Ｓ．，Ｓｕｚｕｋｉ，Ｔ．，Ｋｏｈｙａｍａ，Ｋ．，ａｎｄ  Ｄａｎ，Ｉ．“Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃ  ａｎａｔｏｍｉｃａｌ  ｃｒａｎｉｏ−ｃｅｒｅｂｒａｌ  ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｖｉａ  ｔｈｅ  ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  １０−２０  ｓｙｓｔｅｍ  ｏｒｉｅｎｔｅｄ  ｆｏｒ  ｔｒａｎｓｃｒａｎｉａｌ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｂｒａｉｎ  ｍａｐｐｉｎｇ”（ＮｅｕｒｏＩｍａｇｅ  ２１  ９９−１１１（２００４））
【非特許文献３】Ｓｉｎｇｈ，Ａ．，Ｏｋａｍｏｔｏ，Ｍ．，Ｄａｎ，Ｈ．，Ｊｕｒｃａｋ，Ｖ．ａｎｄ  Ｄａｎ，Ｉ．“Ｓｐａｔｉａｌ  ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍｕｌｔｉ−ｃｈａｎｎｅｌ  ｍｕｌｔｉ−ｓｕｂｊｅｃｔ  ｆＮＩＲＳ  ｄａｔａ  ｔｏ  ＭＮＩ  ｓｐａｃｅ  ｗｉｔｈｏｕｔ  ＭＲＩ”（ＮｅｕｒｏＩｍａｇｅ，７，８４２−５１（２００５））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
近赤外光や脳波による脳機能計測では、頭表の特定位置に信号観測点を設け、その観測点での信号変化を観察及び解析することで脳の働きを理解することができる（前述）。この場合、被験者の頭表上のある位置が観測点となり、脳の働きを知るためには得られた信号の出所が脳の何処の位置に相当するか、すなわち信号観測点と脳機能との対応関係を推定する必要がある。
【００１８】
ところが、従来の脳機能計測方法では、頭表を計測する際の精度が低いことや、脳の位置を推定するために被験者頭部のＭＲＩデータが必要となるという問題がある。
【００１９】
近赤外光での脳機能計測では２０ｍｍ以下という細かい間隔で、且つ任意の位置を観測点とした計測が可能である。このため、高い位置精度で頭表上のどの位置であっても脳機能の位置を推定したいという要望がある。
【００２０】
また、被験者頭部のＭＲＩデータを得るためには一部の病院や研究機関・大学でしか設置されていないＭＲＩ計測装置を使用する必要があり、近赤外光や脳波による脳機能計測のためにこのような高価な装置を用意することは一般に難しい。
【００２１】
本発明は上述した技術的課題を勘案したものであり、その主な目的は、被験者の頭表位置から脳機能を高精度に推定することができる、優れた脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２２】
本発明のさらなる目的は、頭皮の信号観測点と脳機能との対応関係を高精度に推定することができる、優れた脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２３】
本発明のさらなる目的は、被験者のＭＲＩデータを用いずに、頭皮の信号観測点と脳機能との対応関係を高精度に推定することができる、優れた脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、被験者の頭表位置から脳機能を推定する脳機能部位推定システムであって、
測定した被験者の頭表座標と標準脳の頭表座標との関係から、幾何変形によって被験者の特定の頭表位置を標準脳の特定の頭表位置に変換する頭表位置変換手段と、
標準脳頭表及び標準脳を含むＭＲＩデータを用いて、標準脳の頭表位置から最も近い距離にある脳表位置を探索アルゴリズムによって求める脳表位置探索手段と、
標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを推定する脳機能推定手段と、
を具備することを特徴とする脳機能部位推定システムである。
【００２５】
また、本発明の第２の側面は、被験者の頭表位置から脳機能を推定する脳機能部位推定システムであって、
被験者の頭表上に設定された複数の基準点における３次元位置情報からなる被験者の頭表形状に関する情報を取得する被験者頭表形状取得手段と、
被験者の頭表に取り付けられた信号観測点の３次元位置情報を、前記の被験者頭表形状に基づいて、標準脳頭表上の対応する位置に変換する頭表位置変換手段と、
前記頭表位置変換手段によって被験者脳頭表上の信号観測点に対応付けられた標準脳頭表位置から標準脳の脳表位置を推定する脳表位置推定手段と、
前記脳表位置推定手段によって推定された標準脳の脳表位置に対応する脳機能を推定する脳機能推定手段と、
を具備することを特徴とする脳機能部位推定システムである。
【００２６】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【００２７】
刺激によって生じる脳の現象（情動、認知、記憶など）を定量的に評価するためには、人に刺激を提示して、刺激に関連した脳機能を高い時空間分解能で直接計測すること必要がある。
【００２８】
医療のさまざまな場面で用いられるＭＲＩやｆＭＲＩは計測精度が向上しており、ｆＭＲＩを用いることで被験者に視覚的な刺激を与えてそのときの脳の活性化部位すなわち脳機能を測ることができる。しかしながら、被験者頭部のＭＲＩデータを得るためには一部の病院や研究機関・大学でしか設置されていないＭＲＩ計測装置を使用する必要があり、近赤外光や脳波による脳機能計測のためにこのような高価な装置を用意することは一般に難しい。
【００２９】
これに対し、本発明の第１の側面に係る脳機能部位推定システムによれば、まず測定した被験者の頭表座標と標準脳の頭表座標との関係から、幾何変形によって被験者の特定の頭表位置を標準脳の特定の頭表位置に変換し、次いで、標準脳頭表及び標準脳を含むＭＲＩデータを用いて、標準脳の頭表位置から最も近い距離にある脳表位置を探索アルゴリズムによって求め、そして、標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを得るようになっている。したがって、被験者毎のＭＲＩデータは不要であり、被験者の頭表位置から脳機能を高精度に推定することができる。
【００３０】
また、本発明の第２の側面に係る脳機能部位推定システムによれば、被験者の頭表上に設定された複数の基準点における３次元位置情報からなる被験者の頭表形状に関する情報を取得しておき、被験者の頭表に取り付けられた信号観測点の３次元位置情報を、前記の被験者頭表形状に基づいて、標準脳頭表上の対応する位置に変換するようになっている。すなわち、験者の頭部における信号観測点の頭表位置を標準脳の頭表位置に空間写像することによって、被験者のＭＲＩデータを用いずに、頭皮の信号観測点と脳機能部位との対応関係を推定することができる。そして、既存の標準脳・標準脳頭表データを用いて標準脳の頭表位置を標準脳の脳表位置に変換することができ、さらに標準脳の脳表位置に対応する脳機能を特定することができる。
【００３１】
ここで、本発明の第２の側面に係る脳機能部位推定システムにおいて、前記頭表位置変換手段は、まず、任意の３つの基準点を選んで部分空間を形成する処理を繰り返して、被験者及び標準脳の頭表の各々を複数の部分空間に分割して、各部分空間に斜交座標系を割り当て、被験者の頭表から前記信号観測点の座標位置が含まれる第１の部分空間を特定すると、前記信号観測点の座標位置が含まる標準脳頭表上の第２の部分空間に対応する部分空間を選択し、前記第１及び第２の部分空間の斜交座標間でアフィン変換して、標準脳頭表上での信号観測点を求めることができる。
【００３２】
また、前記被験者頭表形状取得手段は、被験者の頭表上において国際１０−２０システム又はこれを基にした規格によって定められた複数の規準位置を特定することによって、被験者の頭表形状に関する情報を取得することができる。
【００３３】
また、本発明の第３の側面は、被験者の頭表上において国際１０−２０システム又はこれを基にした規格によって定められた複数の規準位置を特定することによってその頭皮形状の測定作業を支援する頭皮形状測定支援装置であって、
空間の３次元位置情報を計測する３次元位置計測手段と、
３次元位置計測装置から出力される３次元位置情報を演算処理する演算処理手段と、
前記３次元位置計測手段により計測され、又は前記演算処理手段により演算処理された３次元位置情報に関する画面を提示するディスプレイと、
オペレータが前記３次元位置計測手段を用いて被験者の頭表上で測定した４つの基準位置Ｎｚ（鼻根）、Ｉｚ（頭蓋骨後部の突起先端）、ＬＰＡ（左耳介点）、ＲＰＡ（右耳介点）の位置を保持する手段と、
Ｎｚ−ＩｚとＬＰＡ−ＲＰＡの２線分の中間点を結ぶ直線と頭表面と交わる点をＣｚ（中心部）として仮測定を行なう際に、前記ディスプレイ上でＮｚ−ＩｚとＬＰＡ−ＲＰＡの２線分の中間点を結ぶ直線を３次元表示するとともに、仮のＣｚの計測目標位置と前記３次元位置計測手段を用いて測定されている現在位置との関係を示すＣｚ仮測定支援手段と、
前記Ｃｚ仮測定支援手段による支援を通じてオペレータが測定した仮のＣｚの位置を保持する手段と、
Ｎｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間の距離測定を行なう際に、前記ディスプレイ上で４つの基準位置Ｎｚ、Ｉｚ、ＬＰＡ、ＲＰＡ、並びに、Ｎｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間を結ぶ直線を３次元表示し、Ｎｚ、Ｉｚ、Ｃｚの合計３点を通る直線上の頭表位置でオペレータが複数点を計測するのを支援するとともに、オペレータが前記３次元位置計測手段を用いて該直線上の頭表位置で計測した複数点を経由してＮｚとＩｚの間を繋ぐパラメトリック曲線を生成して３次元表示するＮｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間距離測定支援手段と、
Ｎｚ及びＩｚを繋ぐ前記パラメトリック曲線の中間点を正式なＣｚの位置に決定するとともに、前記パラメトリック曲線上に分布している４つの基準点Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、及びＯｚを決定するＮｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間距離測定手段と、
該決定された（正式の）Ｃｚと、４つの基準点Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、及びＯｚの位置を保持する手段と、
前記の既に確定した基準点Ｎｚ、Ｉｚ、ＬＰＡ、ＲＰＡ、Ｃｚ、Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、Ｏｚを用い、３つの直線ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ、 Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚのそれぞれについて、前記ディスプレイ上で直線を３次元表示してオペレータの計測を支援するとともに、該直線上の頭表位置でオペレータが計測した複数点を経由して繋ぐパラメトリック曲線を生成してその距離を測定するＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間距離測定手段と、
前記ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間距離測定手段による測定結果に基づいて、前記ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間を繋ぐ各パラメトリック曲線上で各基準点Ｃ３、Ｃ４、Ｔ３、Ｔ４、Ｆｐ１、Ｆｐ２、Ｆ７、Ｆ８、Ｔ５、Ｔ６、Ｏ１、Ｏ２の位置を決定する手段と、
該決定された各基準点Ｃ３、Ｃ４、Ｔ３、Ｔ４、Ｆｐ１、Ｆｐ２、Ｆ７、Ｆ８、Ｔ５、Ｔ６、Ｏ１、Ｏ２の位置を保持する手段と、
３つの基準点Ｆ７、Ｆｚ、Ｆ８を含む平面内で線分Ｆ７−Ｆｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｆ３として決定し、３つの基準点Ｆ７、Ｆｚ、Ｆ８を含む平面内で線分Ｆ８−Ｆｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｆ４として決定し、３つの基準点Ｔ５、Ｐｚ、Ｔ６を含む平面内で線分Ｔ５−Ｐｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｐ３として決定し、３つの基準点Ｔ５、Ｐｚ、Ｔ６を含む平面内で線分Ｔ６−Ｐｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｐ４として決定する手段と、
該決定された各基準点Ｆ３、Ｆ４、Ｐ３、及びＰ４を保持する手段と、
を具備することを特徴とする頭皮形状測定支援装置である。
【００３４】
本発明の第２の側面に係る脳機能部位推定システムでは、前記被験者頭表形状取得手段が被験者に設けられた信号観測点の頭表位置から脳機能を推定する際、被験者の頭表形状測定や、信号観測点の３次元位置計測などに、オペレータによる３次元位置計測装置の操作も必要とする。本発明の第３の側面に係る頭皮形状測定支援装置によれば、かかるオペレータ操作の際には、ユーザ・インターフェースを通じてオペレータの作業負担を軽減することができる。
【００３５】
また、本発明の第４の側面は、被験者の頭表位置から脳機能を推定するための処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータを、
測定した被験者の頭表座標と標準脳の頭表座標との関係から、幾何変形によって被験者の特定の頭表位置を標準脳の特定の頭表位置に変換する頭表位置変換手段と、
標準脳頭表及び標準脳を含むＭＲＩデータを用いて、標準脳の頭表位置から最も近い距離にある脳表位置を探索アルゴリズムによって求める脳表位置探索手段と、
標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを推定する脳機能推定手段と、
として機能させるためのコンピュータ・プログラムである。
【００３６】
また、本発明の第５の側面は、被験者の頭表位置から脳機能を推定するための処理をコンピュータ上で実行させるようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータを、  被験者の頭表上に設定された複数の基準点における３次元位置情報からなる被験者の頭表形状に関する情報を取得する被験者頭表形状取得手段と、
被験者の頭表に取り付けられた信号観測点の３次元位置情報を、前記の被験者頭表形状に基づいて、標準脳頭表上の対応する位置に変換する頭表位置変換手段と、
前記頭表位置変換手段によって被験者脳頭表上の信号観測点に対応付けられた標準脳頭表位置から標準脳の脳表位置を推定する脳表位置推定手段と、
前記脳表位置推定手段によって推定された標準脳の脳表位置に対応する脳機能を推定する脳機能推定手段と、
として機能させるためのコンピュータ・プログラムである。
【００３７】
また、本発明の第６の側面は、オペレータが空間の３次元位置情報を計測する３次元位置計測手段を用いて被験者の頭表上において国際１０−２０システム又はこれを基にした規格によって定められた複数の規準位置を特定することによってその頭皮形状の測定作業を支援するための処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータを、
オペレータが前記３次元位置計測手段を用いて被験者の頭表上で測定した４つの基準位置Ｎｚ（鼻根）、Ｉｚ（頭蓋骨後部の突起先端）、ＬＰＡ（左耳介点）、ＲＰＡ（右耳介点）の位置を保持する手段と、
Ｎｚ−ＩｚとＬＰＡ−ＲＰＡの２線分の中間点を結ぶ直線と頭表面と交わる点をＣｚ（中心部）として仮測定を行なう際に、前記ディスプレイ上でＮｚ−ＩｚとＬＰＡ−ＲＰＡの２線分の中間点を結ぶ直線を３次元表示するとともに、仮のＣｚの計測目標位置と前記３次元位置計測手段を用いて測定されている現在位置との関係を示すＣｚ仮測定支援手段と、
前記Ｃｚ仮測定支援手段による支援を通じてオペレータが測定した仮のＣｚの位置を保持する手段と、
Ｎｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間の距離測定を行なう際に、前記ディスプレイ上で４つの基準位置Ｎｚ、Ｉｚ、ＬＰＡ、ＲＰＡ、並びに、Ｎｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間を結ぶ直線を３次元表示し、Ｎｚ、Ｉｚ、Ｃｚの合計３点を通る直線上の頭表位置でオペレータが複数点を計測するのを支援するとともに、オペレータが前記３次元位置計測手段を用いて該直線上の頭表位置で計測した複数点を経由してＮｚとＩｚの間を繋ぐパラメトリック曲線を生成して３次元表示するＮｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間距離測定支援手段と、
Ｎｚ及びＩｚを繋ぐ前記パラメトリック曲線の中間点を正式なＣｚの位置に決定するとともに、前記パラメトリック曲線上に分布している４つの基準点Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、及びＯｚを決定するＮｚ−仮のＣｚ−Ｉｚ間距離測定手段と、
該決定された（正式の）Ｃｚと、４つの基準点Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、及びＯｚの位置を保持する手段と、
前記の既に確定した基準点Ｎｚ、Ｉｚ、ＬＰＡ、ＲＰＡ、Ｃｚ、Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、Ｏｚを用い、３つの直線ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ、 Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚのそれぞれについて、前記ディスプレイ上で直線を３次元表示してオペレータの計測を支援するとともに、該直線上の頭表位置でオペレータが計測した複数点を経由して繋ぐパラメトリック曲線を生成してその距離を測定するＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間距離測定手段と、
前記ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間距離測定手段による測定結果に基づいて、前記ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間を繋ぐ各パラメトリック曲線上で各基準点Ｃ３、Ｃ４、Ｔ３、Ｔ４、Ｆｐ１、Ｆｐ２、Ｆ７、Ｆ８、Ｔ５、Ｔ６、Ｏ１、Ｏ２の位置を決定する手段と、  該決定された各基準点Ｃ３、Ｃ４、Ｔ３、Ｔ４、Ｆｐ１、Ｆｐ２、Ｆ７、Ｆ８、Ｔ５、Ｔ６、Ｏ１、Ｏ２の位置を保持する手段と、
３つの基準点Ｆ７、Ｆｚ、Ｆ８を含む平面内で線分Ｆ７−Ｆｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｆ３として決定し、３つの基準点Ｆ７、Ｆｚ、Ｆ８を含む平面内で線分Ｆ８−Ｆｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｆ４として決定し、３つの基準点Ｔ５、Ｐｚ、Ｔ６を含む平面内で線分Ｔ５−Ｐｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｐ３として決定し、３つの基準点Ｔ５、Ｐｚ、Ｔ６を含む平面内で線分Ｔ６−Ｐｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが前記３次元位置計測手段を用いて測定した点を基準点Ｐ４として決定する手段と、  該決定された各基準点Ｆ３、Ｆ４、Ｐ３、及びＰ４を保持する手段と、
として機能させるためのコンピュータ・プログラムである。
【００３８】
本発明の第４乃至６の各側面に係るコンピュータ・プログラムは、コンピュータ上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムを定義したものである。換言すれば、本発明の第４乃至６の各側面に係るコンピュータ・プログラムをコンピュータにインストールすることによって、コンピュータ上では協働的作用が発揮され、本発明の第１乃至第３の各側面に係る脳機能部位推定システム若しくは頭皮形状測定支援装置と同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、被験者の頭表位置から脳機能を高精度に推定することができる、優れた脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００４０】
また、本発明によれば、頭皮の信号観測点と脳機能との対応関係を高精度に推定することができる、優れた脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００４１】
また、本発明によれば、３次元位置計測装置のみを用いて、頭皮の信号観測点と脳機能との対応関係を高精度に推定することができる、優れた脳機能部位推定システム及び脳機能部位推定方法、頭皮形状測定支援装置及び頭皮形状測定支援方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００４２】
本発明に係る脳機能部位推定システムによれば、被験者毎のＭＲＩデータは不要である。また、脳機能部位を推定する位置精度は幾何変形アルゴリズムに依存するが、頭表を領域に分割し、領域毎に幾何変形を行なうことで精度を確保することができる。
【００４３】
本発明は、例えば近赤外光イメージング装置を用いて脳計測実験を行なう際に適用することによって、被験者の頭表に装着した信号観測点が脳のどの機能部位に対応しているのかを正確に推定することができる。
【００４４】
本発明は、頭表の特定位置に信号観測点を設ける脳機能計測分野に適用することができ、簡便で且つ高精度に頭表位置から脳機能を推定することが可能となり、脳機能信号計測によって得られるデータの解釈に大きな発展を期待することができる。
【００４５】
本発明に係る脳機能部位推定装置によれば、頭表上の位置と脳機能との対応関係を確認しながら信号観測点を決定することができるので、脳機能信号を取り出したい信号観測点を探索して選んだ後に、脳機能信号計測を始めることができる。
【００４６】
また、本発明に係る頭皮形状測定支援装置を用いて計測した被験者の頭皮形状を保存しておけば、同一被験者で再利用が可能であり、複数回にまたがった計測であっても、信号観測点の位置再現性を確保することができる。
【００４７】
本発明は、将来の非浸襲脳機能計測分野においても広く適用される可能性を秘めており、例えば非浸襲ブレイン・マシン・インターフェースへの適用も十分に考えられる。
【００４８】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００５０】
図１には、本発明に係る脳機能部位推定方法の手順を模式的に示している。図示の方法では、以下のステップ（１）〜（３）により被験者の頭表位置から脳機能を推定するようになっている。
（１）測定した被験者の頭表座標と標準脳の頭表座標との関係から、幾何変形によって被験者の特定の頭表位置を標準脳の特定の頭表位置に変換する。
（２）標準脳頭表及び標準脳を含むＭＲＩデータを用いて、標準脳の頭表位置から最も近い距離にある脳表位置を探索アルゴリズムによって求める。
（３）標準脳の各座標に割り当てられている脳機能テーブルを参照し、特定の標準脳位置がどの脳機能を示しているかを得る。
【００５１】
図１に示した脳機能部位推定方法では、被験者毎のＭＲＩデータは不要である。また、脳機能部位を推定する位置精度は幾何変形アルゴリズムに依存するが、頭表を領域に分割し、領域毎に幾何変形を行なうことで精度を確保することができる。
【００５２】
近赤外分光測光や脳波など頭皮での脳機能計測では、被験者の頭表上のある位置が観測点となり、脳の働きを知るためには得られた信号の出所が脳の何処の位置に相当するか（すなわち脳機能部位）を推定する必要がある。頭表を観測点とする脳機能計測において、信号観測点と脳機能との対応関係を推定することが普遍的な技術的課題であることは、既に述べた通りである。
【００５３】
脳波による脳機能計測では、国際１０−２０システムで定義されている基準点を信号観測点とし、頭表位置に設定された各基準点を調べる市販の器具を用いて脳は計測を行なうことができる（また、国際１０−２０システムを拡張した国際１０−１０システムなど、国際１０−２０システムを基にした規格も存在する）。他方、近赤外光での脳機能計測では２０ｍｍ以下という細かい間隔で、且つ任意の位置を観測点とした計測が可能であることから、高い位置精度で頭表上のどの位置であっても脳機能の位置を推定することが要求されている。
【００５４】
図１に示した脳機能部位推定方法を適用することによって、被験者の頭表に装着した信号観測点が脳のどの機能部位に対応しているのかを正確に推定することができる。この脳機能部位推定方法によれば、比較的安価な３次元位置計測装置のみを用いて、頭表の任意の位置の信号観測点と脳機能との対応関係を推定することができ、被験者毎のＭＲＩデータを必要としない。
【００５５】
頭皮の信号観測点と脳機能との対応関係を推定するための処理は以下の手順１〜３により構成される。
【００５６】
手順１：３次元位置計測装置を用いて被験者の頭表形状を測定する。
手順２：３次元位置計測装置を用いて信号観測点を計測し、被験者の頭表での信号観測点の位置から標準脳頭表の位置を空間写像によって得る。
手順３：標準脳頭表の位置から標準脳の脳表での位置を推定し、推定した標準脳の脳表位置からその脳機能を調べる。
【００５７】
図２には、本発明の一実施形態に係る脳機能部位推定システムの概観構成を示している。図示の脳機能部位推定システムは、被験者の頭表形状並びに信号観測点を計測する３次元位置計測装置と、３次元位置計測装置から出力される３次元位置情報を演算処理するコンピュータで構成される。３次元位置計測装置は、空間の３次元位置情報を計測することができる装置であればよく、例えば、米ＰＯＬＨＥＵＳ社製のＦＡＳＴＲＡＫを適用することができる。また、コンピュータは、３次元位置計測装置に接続されて３次元位置情報を入力すると、被験者の頭表での信号点の位置を標準脳頭表での位置に空間写像をとり、さらに標準脳頭表の位置から脳表での位置を推定し、推定した脳表の位置から脳機能部位を推定する処理が実施される。この脳機能部位推定システムによれば、被験者において、その人の頭表に装着した信号観測点の位置が、脳ではどの位置に相当して、そこがどういった脳機能を持つのかを調べることができる。
【００５８】
なお、コンピュータは、３次元位置計測装置から通知される情報を処理するのに加え、３次元グラフィックス、あるいは文字や音によってオペレータが容易に測定を行なうためのユーザ・インターフェース機能をさらに備えていてもよい。
【００５９】
図３には、コンピュータのハードウェア構成例を模式的に示している。図示のコンピュータは、制御装置が記憶装置上に展開される環境変数やシステム変数を用いて各種の処理を実行するように構成されている。また、出力装置と入力装置を用いて上記のユーザ・インターフェース機能が実現される。
【００６０】
図４には、図３に示したコンピュータ上で３次元位置情報の処理（より具体的には、被験者の頭表位置と脳機能部位との対応関係の推定処理）を行なうための機能的構成を模式的に示している。
【００６１】
入力モジュール群は、３次元位置計測値入力部と、マウス・キーボード入力部を含んでいる。
【００６２】
３次元位置計測値入力部は、３次元位置計測装置からコンピュータへ随時送られてくる３次元位置情報を取得する役割を持つ。送られて来たデータを画面上に表示するために、画面出力モジュール（後述）へ３次元位置情報を送信する他、データの保持や演算のために計測進行状態の管理モジュールへも３次元情報を送信する。
【００６３】
マウス・キーボード入力部を介した管理モジュールへ伝達され、画面表示に関する入力（３次元表示画面への視点変更など）や、計測進行に関する入力の処理（直前計測データの取消やファイルへの保存など）に用いられる。
【００６４】
出力モジュール群は、画面出力部と、サウンド出力部を含んでいる。
【００６５】
画面出力部は、被験者の頭表上で国際１０−２０システム又はこれを基にした規格が定める基準点を測定する際の、各基準点の３次元位置情報を表示する画面を出力する。この画面上にさらに補助線や数値を表示することで、オペレータが定められた計測順序の中で次に計測すべき位置を容易に見つけられるようサポートする、重要な役割を持つ。
【００６６】
サウンド出力部は、画面出力部の動作と連動して、必要な場面で適切なサウンドを出力し測定者の計測補助を行なう。オペレータは主に被験者の頭部を観察しながら計測を行う必要があり、画面出力で計測情報を随時確認することが困難を伴うことがある。その場合、目線を移動させずに利用できる音による情報は非常に有用である。特に、Ｎｚ−仮Ｃｚ−Ｉｚ間の距離測定（後述）のような連続的に複数点を計測する場面では、画面出力だけの場合と比べて計測時間の大幅な短縮が図れる。
【００６７】
保持モジュール群は、被験者の頭皮から計測した頭表の３次元位置に関する頭表計測・演算データや、あらかじめ求められた標準脳の頭表座標データなどを保持している。
【００６８】
頭表計測・演算データは、出力モジュールや演算モジュールから使用される。計測データを基に演算モジュールによって算出されたデータもここで保持される。
【００６９】
標準脳の頭表座標データは、被験者の頭表に設定した脳計測観測位置から標準脳頭表位置を求めるため、並びに、３次元画面上への出力の際に用いられる。
【００７０】
管理モジュール群は、入力、出力、保持、並びに演算のすべてのモジュール群と関係を持ち、３次元位置計測地の画面出力、マウス・キーボードを介したユーザの指示に応じた直前計測値の取消（Ｕｎｄｏ）やファイル保存、計測手順の進行状態に適応した画面並びにサウンド出力、計測手順の進行地謡に応じた演算モジュールにおける演算・保持データ更新などの計測進行状態の管理を行なう。
【００７１】
演算モジュール群は、２線分中間点を結ぶ直線の算出部、パラメトリック曲線補間部、平面内２点間の中間点を結ぶ直線の算出部、点と直線との距離の演算部、頭表の複数の３次元部分空間への分割部、被験者頭表上の位置から標準脳頭表上での位置の算出部を含んでいる。
【００７２】
２線分中間点を結ぶ直線の算出部は、頭表上２つの計測点から、その中間点を計測する際に利用する演算モジュールである。
【００７３】
パラメトリック曲線補間部は、離散的な３次元位置情報から特定区間の距離を求める際に利用する演算モジュールである。
【００７４】
平面内２点間の中間点を結ぶ直線の算出部は、頭皮上３つの計測点から、そのうちの２点の中間点を計測する際に利用する演算モジュールである。
【００７５】
点と直線との距離の演算部は、点と直線を結ぶ最短距離を演算するモジュールであり、オペレータの３次元計測支援のために随時使用される。上記の各演算モジュールで算出された直線と、頭表計測オペレータが現在指し示している３次元位置との距離をこの演算モジュールで算出し、リアルタイムに画面や音を通して通知することで、オペレータの負荷低減に大きな役割を果たすことができる（後述）。
【００７６】
頭表の複数の３次元部分空間への分割部は、複数の３次元位置情報を三角形の集合に再編し、それぞれの３角形を別の３次元空間とみなすことで、頭表を複数の３次元部分空間へ分割する演算モジュールである。
【００７７】
被験者頭表上の位置から標準脳頭表上での位置の算出部は、被験者頭皮上のある３次元位置から、標準脳頭表上での３次元位置を求めるモジュールである。
【００７８】
以下では、図２に示した脳機能部位推定システム上で実行される各手順について紹介する。但し、手順３において標準脳の頭表位置を脳表位置へ変換する方法と、標準脳の脳表位置に対応する脳機能を特定する方法は当業界において既に知られているので、以下では手順１並びに手順２についてのみ扱う。
【００７９】
手順１：
手順１では、３次元位置計測装置を用いて被験者の頭表形状を測定する。この処理で得られたデータの精度は手順２以降に強い影響を及ぼすため、高い位置精度が要求される。頭表計測を行うオペレータの負荷を低減しながら迅速に頭表形状を測定し、得られたデータの高い位置精度を確保するため、本発明者らは、以下の４つの要素を複合的に利用した手法を考案した。
【００８０】
（１）２線分の中間点を結ぶ直線
（２）平面内２点間の中間点を結ぶ直線
（３）パラメトリック曲線を用いた離散的な位置情報の補間
（４）ユーザ・インターフェースによるオペレータの負荷軽減
【００８１】
また、被験者の頭皮形状の測定は、国際１０−２０システム（前述）又はこれを基にした規格によって定められた頭表上にある複数の基準位置を特定することによって行なう。図５には、国際１０−２０システムで定められた基準位置を示しているが、頭表と脳部位との位置関係に個人差がないことが確認されている。本発明は頭表と脳との位置関係を調べることが主な目的であり、国際１０−２０システムを好適に利用することができる。
【００８２】
図６には、被験者の頭表の基準位置を測定することによる頭皮形状の測定手順をフローチャートの形式で示している。
【００８３】
まず、オペレータは、３次元位置計測装置を用いて、直接被験者の頭部形状を確認しながら特定が可能な４つの基準位置［Ｎｚ（鼻根），Ｉｚ（頭蓋骨後部の突起先端），ＬＰＡ（左耳介点），ＲＰＡ（右耳介点）]を測定する（ステップＳ１）。
【００８４】
次いで、ステップＳ１で３次元位置測定を行なった４つの点のうち対向する２組の２点を結ぶ２線分の中間点を結ぶ直線を用いて、Ｃｚ（中心部）の仮測定を行なう（ステップＳ２）。「２線分の中間点を結ぶ直線」の詳細については、後述に譲る。
【００８５】
仮測定を行なうのがＣｚの場合、ここで言う２線分はＮｚ−ＩｚとＬＰＡ−ＲＰＡである。そして、これら２線分の中間点を結ぶ直線と頭表面と交わる点が仮のＣｚである。ここで、Ｎｚ−Ｉｚ間とＬＰＡ−ＲＰＡ間が歪みの無い均一な曲線であればそこが中心部となる。現実には、人間の頭部は個々人によって頭部形状に歪みがあるため、ステップＳ２で測定される点は仮の位置となる。正式なＣｚの位置は次ステップＳ３で決定する。
【００８６】
２線分Ｎｚ−Ｉｚ及びＬＰＡ−ＲＰＡの中間点を結ぶ直線と頭表面と交わる点を仮のＣｚとするのは、Ｃｚ（中心部）は、ＮｚからＩｚまで頭部に沿って引いた直線の中間点で、且つ、ＬＰＡからＲＰＡまで頭部に沿って引いた直線の中間点である位置とする国際１０−２０システムの定義に依拠するものである。Ｎｚ−Ｉｚ間の距離とＬＰＡ−ＲＰＡ間の距離を測るまでＣｚは定まらず、しかも一度の計測で得たＮｚ−Ｉｚ間の距離の中点がＬＰＡ−ＲＰＡ間の距離の中点でなければ繰り返し再計測が必要である。
【００８７】
本実施形態では、理想状態（歪みのない均一な曲線）と仮定した場合でのＣｚを測定し、その点を利用してＮｚ−Ｉｚ間の距離測定を行なう。その後、Ｎｚ−Ｉｚ間の中間点を正式なＣｚとする。これによって、位置精度を保ちながら繰り返し再計測の手間を省くことが可能になる。
【００８８】
また、本実施形態に係る脳機能部位推定システムでは、オペレータによるこのような繰り返し再計測の作業を支援するようになっている。
【００８９】
図７には、オペレータがＣｚの仮測定を行なう際に、コンピュータのディスプレイ上で提示される入力支援画面の構成例を示している。２線分がＮｚ−ＩｚとＬＰＡ−ＲＰＡである場合、これらの線分は理想的には水平面上で直交する。図７Ａは、オペレータによって測定されたこれら４つの基準点を上から眺望した様子を３次元表示している。また、図７Ｂは、オペレータによって測定されたこれら４つの基準点を斜めから眺望した様子を３次元示している。図示の画面の略中央の太線で描かれた十字の中心が仮のＣｚの計測目標位置となる。また、各画面に表示された数字は、現在の計測位置と計測目標位置との距離を示している。計測目標位置からの距離が近づくにつれ、距離を表示する文字の色を、例えば黄→橙→赤といった具合に変化させ、あるいは距離に応じた音を鳴らすといったフィードバックを与える。このように、２線分Ｎｚ−Ｉｚ及びＬＰＡ−ＲＰＡの中間点を結ぶ直線を３次元グラフィックスで表示し、また文字や色によって仮のＣｚの計測目標となる位置と３次元位置計測装置によって測定されている現在の位置との関係を明示し、さらに音を用いて迅速に正確な計測が可能になるようにして、ユーザ・インターフェースによるオペレータの負荷低減を図ることができる。
【００９０】
次いで、パラメトリック曲線を用いた離散的な位置情報の補間に基づいて、Ｎｚ−仮Ｃｚ−Ｉｚ間の距離測定を行なう（ステップＳ３）。「パラメトリック曲線を用いた離散的な位置情報の補間」の詳細については、後述に譲る。
【００９１】
この距離測定時には、ステップＳ１で測定されたＮｚ及びＩｚと、ステップＳ２で得た仮のＣｚの合計３点を通る直線上の頭表位置を複数点計測する。そして、計測した複数点を経由してＮｚとＩｚの間を繋ぐパラメトリック曲線を生成して、距離を測る。その結果、Ｎｚ及びＩｚを繋ぐパラメトリック曲線の中間点の座標が決まり、そこが正式なＣｚの位置となる。また、計測によって得られたパラメトリック曲線上に分布している４点Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、及びＯｚも併せて決定する。
【００９２】
頭表上のある区間の距離を計測する際、３次元位置計測装置による計測はメジャーを用いた計測と状況が異なる。３次元位置計測装置を用いる場合、離散的に得られた３次元位置から距離を算出することになるからである。人間の頭部は複雑な曲面であるため、本実施形態ではパラメトリック曲線を用いて高精度な距離測定を行なうようにしている。
【００９３】
また、本実施形態に係る脳機能部位推定システムでは、Ｎｚ−仮Ｃｚ−Ｉｚ間の距離測定を行なう際に、ユーザ・インターフェースを通じてオペレータの作業を支援するようになっている。
【００９４】
図８には、オペレータがＮｚ−仮Ｃｚ−Ｉｚ間の距離測定を行なう際に、コンピュータのディスプレイ上で提示される入力支援画面の構成例を示している。図８Ａは、オペレータによって測定されたこれら４つの基準点［Ｎｚ（鼻根），Ｉｚ（頭蓋骨後部の突起先端），ＬＰＡ（左耳介点），ＲＰＡ（右耳介点）]、並びに仮のＣｚを上から眺望した様子を３次元表示している。また、図８Ｂは、既に計測された４つの基準点Ｎｚ、Ｉｚ、ＬＰＡ、ＲＰＡ、並びに仮のＣｚに加え、Ｎｚ、Ｉｚ、Ｃｚの合計３点を通る直線上の頭表位置でオペレータが計測した複数点を経由してＮｚとＩｚの間を繋ぐパラメトリック曲線を斜めから眺望した様子を３次元示している。このとき、オペレータが３次元位置計測装置を用いてＮｚ、Ｉｚ、Ｃｚの合計３点を通る直線上の頭表位置で計測すると、現在の計測位置と計測目標位置との距離を表す数字が上記の画面内に表示される。また、計測位置が計測目標位置からの距離が近づくにつれ、距離を表示する文字の色を、例えば黄→橙→赤といった具合に変化させ、あるいは距離に応じた音を鳴らすといったフィードバックを与える。
【００９５】
このように、３点Ｎｚ、仮Ｃｚ、Ｉｚを通る直線や計測点、パラメトリック曲線を３次元グラフィックスで表示し、また文字や色によって計測目標となる位置と現在の位置との関係を明示し、さらに音を用いて迅速に正確な計測が可能になる。
【００９６】
次いで、ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間の距離測定を行なう（ステップＳ４）。これまでのステップＳ１〜Ｓ３を通じて、基準点Ｎｚ、Ｉｚ、ＬＰＡ、ＲＰＡ、Ｃｚ、Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、Ｏｚの位置が既に確定している。そこで、これらの点を利用して、ステップＳ３と同様の手順によって、ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、並びに Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間をそれぞれ繋ぐパラメトリック曲線を生成し、それらの距離測定を順次行なう。そして、これらの距離測定結果を用いて、ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、並びに Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間を繋ぐ各パラメトリック曲線上で各基準点Ｃ３、Ｃ４、Ｔ３、Ｔ４、Ｆｐ１、Ｆｐ２、Ｆ７、Ｆ８、Ｔ５、Ｔ６、Ｏ１、Ｏ２の位置を決定する。
【００９７】
最後に、基準点Ｆ３、Ｆ４、Ｐ３、及びＰ４の３次元位置の測定を行なう（ステップＳ５）。Ｆ３、Ｆ４、Ｐ３、及びＰ４の位置を特定するために、「平面内２点間の中間点を結ぶ直線」を利用する。「平面内２点間の中間点を結ぶ直線」の詳細については、後述に譲る。
【００９８】
例えば基準点Ｆ３の３次元位置の測定を行なう場合、既に位置が決定されている３つの基準点Ｆ７、Ｆｚ、Ｆ８を含む平面内で線分Ｆ７−Ｆｚの中間点を結ぶ直線である。そして、この直線上で頭表面と交わる点においてオペレータが３次元位置計測装置を用いて測定した点を基準点Ｆ３として決定する。勿論、上述したステップＳ１〜Ｓ４と同じ処理により距離を測定することでＦ３の位置を特定することもできる。しかし、距離の測定は数回から数十回に渡る位置測定が必要であり、オペレータの作業負担が過大となるので、ここでは１回の位置測定で直接その位置を特定するようにしている。
【００９９】
また、３つの基準点Ｆ７、Ｆｚ、Ｆ８を含む平面内で線分Ｆ８−Ｆｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが３次元位置計測装置を用いて測定した点を基準点Ｆ４として決定する。
【０１００】
また、３つの基準点Ｔ５、Ｐｚ、Ｔ６を含む平面内で線分Ｔ５−Ｐｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが３次元位置計測装置を用いて測定した点を基準点Ｐ３として決定する。
【０１０１】
また、３つの基準点Ｔ５、Ｐｚ、Ｔ６を含む平面内で線分Ｔ６−Ｐｚの中間点を結ぶ直線上で頭皮と交わる点においてオペレータが３次元位置計測装置を用いて測定した点を基準点Ｐ４として決定する。
【０１０２】
手順１における被験者の頭表形状測定は、国際１０−２０システムで定義される各基準点の幾何学的な特徴を利用して効率的に実施されるが、オペレータによる３次元位置計測装置の操作も必要とする。本実施形態では、例えば図７や図８を参照しながら説明したように、ユーザ・インターフェースを通じてオペレータの作業負担を軽減しているという点も十分理解されたい。
【０１０３】
２線分の中間点を結ぶ直線：
国際１０−２０システムでは、図５に示したように、点ＬＰＡとＲＰＡとを繋げる頭表上の中点と、点ＮｚとＩｚとを繋げる頭表上の中点が、１点に交わる位置をＣｚと定義している。しかしながら、点ＬＰＡとＲＰＡの頭表上の中点と、点ＮｚとＩｚの頭表上の中点が１点に交わる位置をメジャーなどの測定機器によって特定するのは難しい。通常、試行錯誤的に点Ｃｚを探す作業となる。
【０１０４】
これに対し、本実施形態では、空間の幾何的な性質を利用して、測定者の負荷を低減しながら精度の高い測定方法を用いている。この測定方法は、２線分Ｎｚ−ＩｚとＬＰＡ−ＲＰＡの中間点を結ぶ直線を用いて仮のＣｚを一旦測定するものであるが、この方法について詳解する。
【０１０５】
ステップＳ１において４つの基準点Ｎｚ、Ｉｚ、ＬＰＡ、ＲＰＡが決定すると、図９に示すように２つの線分Ｎｚ−ＩｚとＬＰＡ−ＲＰＡを定義することができる。
【０１０６】
次に、それぞれの線分の中点を求め、各中点をｍ1、ｍ2と定義する。そして、図１０に示すように線分ＬＰＡ−ＲＰＡを法線ベクトルとし点ｍ1を通る平面をΠ1と定義するとともに、図１１に示すように線分Ｎｚ−Ｉｚを法線ベクトルとし点ｍ2を通る平面をΠ2と定義する。
【０１０７】
このとき、平面Π1上の任意のすべての点が基準点ＬＰＡ及びＲＰＡから等距離であり、また、平面Π2上の任意のすべての点が基準点Ｎｚ及びＩｚから等距離である。
【０１０８】
そして、図１２に示すように、平面Π1とΠ2の交線をＬ1と定義すると、この直線Ｌ1上の任意のすべての点は基準点ＬＰＡ及びＲＰＡから等距離であるとともに、基準点Ｎｚ及びＩｚから等距離である。
【０１０９】
図７に示したオペレータの入力支援画面上では、直線Ｌ1を視覚的に提示することによって、オペレータが３次元位置計測装置を用いて直線Ｌ1と頭表とが交わる点を特定し易くしている。この直線Ｌ1と頭表との交点が仮のＣｚである。ここで測定された仮のＣｚと４つの基準点Ｎｚ、Ｉｚ、ＬＰＡ、ＲＰＡのそれぞれとを結ぶ直線の距離は、図１３に示すように等距離であり、被験者の頭表形状（の歪み）が考慮されていない。
【０１１０】
国際１０−２０システムの定義によれば、Ｎｚ及びＩｚを繋ぐパラメトリック曲線の中間点の座標がＣｚの位置となる（図１４を参照のこと）。正しいＣｚを得るためには、被験者の頭表形状を測定する必要がある。基準点Ｎｚ、仮のＣｚ、及び基準点Ｉｚを通る頭表上の曲線を測定するために、図８に示したオペレータの入力支援画面上ではこれらの３点を３次元表示し、離散的な３次元位置測定から頭表上の曲線（パラメトリック曲線）を得る。
【０１１１】
そして、Ｎｚ及びＩｚを繋ぐパラメトリック曲線の中間点の座標が決まり、そこが正式なＣｚの位置となる。
【０１１２】
パラメトリック曲線を用いた離散的な位置情報の補間：
国際１０−２０システムでは、基準点Ｎｚ、Ｉｚ、Ｃｚ間や、基準点ＬＰＡ、Ｃｚ、ＲＰＡ間など、複数の区間で頭表形状と距離の情報を利用する。メジャーなどの測定機器で被験者の頭部を測ろうとすると、被験者の髪型によって作業が難しくなることがある。
【０１１３】
本実施形態では、３次元位置計測装置を使って被験者の頭表上の各点の３次元位置を離散的に測定し、その間をパラメトリック曲線によって補間することで、正確に頭表形状と区間距離を特定する計測方法を採用している。
【０１１４】
ここでは、基準点ＬＰＡ、Ｃｚ、ＲＰＡ間の頭表形状と距離の情報を取得する場合について説明する。
【０１１５】
図６に示したフローチャートのステップＳ３までの処理が終了した時点で、図１５に示すように３つの基準点ＬＰＡ、Ｃｚ、ＲＰＡが決定されている。
【０１１６】
次に、図１６に示すように（図８と同様）、これらの基準点ＬＰＡ、Ｃｚ、ＲＰＡを通る３次元空間上の線分をオペレータに視覚的に提示する。オペレータは、３次元位置計測装置を用いて、この線分間における頭表上の複数の位置を離散的にプロットしていく。その結果、図１７に示すように、３つの基準点ＬＰＡ、Ｃｚ、ＲＰＡを繋ぐ複数の点が得られる。
【０１１７】
これら３つの基準点ＬＰＡ、Ｃｚ、ＲＰＡを通る線分間においてオペレータが３次元位置計測装置を用いてプロットした複数の点を繋ぐために、パラメトリック曲線を用いる。
【０１１８】
本実施形態では、オペレータがプロットした各点の通過を保証し、頭表のように滑らかな曲線を描画できるように、ｎａｔｕｒａｌ  ｃｕｂｉｃ  ｓｐｌｉｎｅを採用した。パラメトリック曲線は、以下の式で定義される。勿論、本発明の要旨は特定の離散的な点を曲線に補間する特定の方法に限定されるものではなく、同等の効果の得られる補間式を用いることも可能である。
【０１１９】
【数１】
2009160281.tif 000003
【０１２０】
図１８には、図１７に示す離散的にプロットされた複数の点をパラメトリック曲線で補間した結果を示している。パラメトリック曲線から、頭表形状と距離を測定することができる。
【０１２１】
上記の結果を利用すると、国際１０−２０システムで定義されている他の基準点を自動的に求めることができる。図１９には、ＬＰＡ、Ｃｚ、ＲＰＡを通るパラメトリック曲線上で他の基準点Ｔ３、Ｃ３、Ｔ４、Ｃ４が求められる様子を示している。これらの基準点Ｔ３、Ｃ３、Ｔ４、Ｃ４は、図示のように全体長の１０％若しくは２０％毎に設定された位置で、頭表形状と距離の情報の両方が必要である。
【０１２２】
平面内２点間の中間点を結ぶ直線：
国際１０−２０システムでは、図５に示すように、基準点Ｆ７、Ｆｚ、Ｆ８を繋げる頭表上の曲線において、Ｆ７とＦｚの中間点をＦ３と定義している。
【０１２３】
通常はメジャーなどの測定機器によって距離を測定する必要がある。これに対し、本実施形態では、空間の幾何学的な性質を利用して、１回の３次元一測定によって、Ｆ３を特定する測定方法を用いている。
【０１２４】
図６に示したフローチャートのステップＳ４が終了した時点で、３つの基準点Ｆ７、Ｆｚ、Ｆ８が決定され、図２０に示すように２つの線分Ｆ７−ＦｚとＦ８−Ｆｚが定義できる。
【０１２５】
次に、図２１に示すように３つの基準点Ｆ７、Ｆｚ、Ｆ８を通る平面をΠ3、２点Ｆ７、Ｆｚの中点をｍ3と定義する。そして、図２２に示すように、点ｍ3を通り、線分Ｆ７−Ｆｚとは垂直に交わり、平面Π3に属する直線をＬ2と定義する。直線Ｌ2上のすべての点は、点Ｆ７とＦｚから等距離である（図２３を参照のこと）。
【０１２６】
図２４には、オペレータが点Ｆ３の３次元位置計測を行なう際に、コンピュータのディスプレイ上で提示される入力支援画面の構成例を示している。図２４Ａ並びに図２４Ｂに示すように、４つの基準点Ｎｚ、Ｉｚ、ＬＰＡ、ＲＰＡ、並びにこれらに基づいてこれまでに決定されている他の基準点が３次元表示される。点Ｆ３は、直線Ｌ2と頭表が交わる点であり、図２４に示す画面上では、その計測目標位置が十字の中心で表示される。そして、オペレータが３次元位置計測装置を用いて被験者の頭表上で点Ｆ３を計測すると、現在の計測位置と計測目標位置との距離を表す数字が上記の画面内に表示される。また、計測位置が計測目標位置からの距離が近づくにつれ、距離を表示する文字の色を、例えば黄→橙→赤といった具合に変化させ、あるいは距離に応じた音を鳴らすといったフィードバックを与える。
【０１２７】
図２４に示した入力支援画面を介した操作を通じて、オペレータは、直線Ｌ2が被験者の頭表と交わる点を、基準点Ｆ３として計測することができる（図２３を参照のこと）。
【０１２８】
上述した測定方法は、Ｆ８とＦｚの中間点Ｆ４、Ｔ５とＰｚの中間点Ｐ３、Ｔ６とＰｚの中間点Ｐ４を測定する際にも同様に適用することができる。
【０１２９】
手順２：
手順２では、手順１で得られた被験者の頭皮形状、すなわち測定された頭表上の複数の基準位置の座標を用いて、被験者の頭表に取り付けられた信号点が、標準となる脳（標準脳）の頭表（標準脳頭表）上のどの位置に対応しているのかを調べる。
【０１３０】
この手順２において、標準脳頭表上の位置に対応付ける理由は、被験者の頭表位置と脳表位置との対応関係を示すデータを持っていないからである。被験者の頭表位置と脳表位置との対応関係を持たない場合、そのままでは頭表上のある位置が脳表のどの位置と対応しているかを調べられない。そこで、本実施形態では、被験者の頭表位置に対応する標準脳の頭表位置を調べ、続いて、標準脳の頭表位置から標準脳の脳表位置を求める方法を採っている。標準脳・標準脳頭表データの代表的なものとして、Ｍｏｎｔｒｅａｌ  Ｎｅｕｒｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅが提供している“ＭＮ１１５２”を挙げることができる。
【０１３１】
被験者の頭表位置と脳表位置との対応関係を示すデータは、例えばＭＲＩを用いて計測することができる（図６６中の（１）を参照のこと）。逆に言えば、手順２において被験者の頭表位置と脳表位置との対応関係を使用しないことにより、本実施形態では被験者のＭＲＩデータを用いずに、頭皮の信号観測点と脳機能との対応関係を推定することを可能にしている。
【０１３２】
図２５には、被験者の頭表上の信号観測点に対応する標準脳頭表位置を推定するための処理手順をフローチャートの形式で示している。
【０１３３】
まず、被験者並びに標準脳の各頭表を部分（３次元）空間に分割する（ステップＳ１１）。
【０１３４】
手順１で得た頭表上の基準位置から任意の３点を選ぶことで１つの部分空間が形成される。これを繰り返すことで、２５個前後の部分空間に分割することができる。点の選び方によって部分空間の形は変わる。図２６には、被験者並びに標準脳の各頭表を部分空間に分割した様子を示している。頭表を複数の部分空間に分割する方法の詳細については後述に譲る。
【０１３５】
また、頭表を分割して得られたそれぞれの部分空間に座標を割り当てる。座標割り当てには各種の方法が考えられるが、本実施形態では斜交座標系を割り当てる。空間を形成する３点の中から１点を原点とし、そこから他の２点へのベクトルをそれぞれＸ軸並びにＹ軸とする。各軸の単位ベクトル長は２点間の距離とする。Ｚ軸の方向は３点から形成される平面の外積とし、単位ベクトル長は外積で得られた解の平方根（つまりＸ軸及びＹ軸の単位ベクトル長の平均）とした。
【０１３６】
次いで、被験者の頭表に設定された信号観測点の３次元位置を計測し、被験者の頭表から信号観測点を含んでいる部分空間を特定する（ステップＳ１２）。
【０１３７】
オペレータは、３次元位置計測装置を用いて、被験者の頭表に信号観測点の３次元位置を計測する。コンピュータ側では、３次元位置計測装置から信号観測点の３次元位置情報を入力すると、その座標位置がどの部分空間に含まれているかを調べる。部分空間の特定には各種の方法が考えられるが、本実施形態では、各部分空間のＸＹ平面と信号観測点が垂直に交わる点を求め、さらに求められた点がその部分空間の３点で囲われた領域にどの程度近いかを調べ、最も近いものをその観測点が含まれる部分空間に決定するようにしている。
【０１３８】
図２７Ａ及び図２７Ｂには、信号観測点を含む被験者の頭表上の部分空間を特定した様子を示している。同図において、信号観測点が●で示され、これを含む部分空間が色図付け表示されている。また、特定された部分空間を規定するＸＹＺの各単位ベクトルが矢印で表示されている。
【０１３９】
そして、信号観測点の標準脳頭表上での３次元位置を求める（ステップＳ１３）。具体的には、ステップＳ１２で選ばれた部分空間に対応する部分空間を標準脳頭表上から選択し、２つの斜交座標間でアフィン変換することで、標準脳頭表上での信号観測点を得ることができる。頭表に取り付けた信号観測点から標準脳頭表上の対応する位置を特定する方法の詳細については後述に譲る。
【０１４０】
図２８Ａ及び図２８Ｂには、標準脳頭表上で信号観測点の位置を求めた画面を示している。同図では、標準脳頭表上で求められた信号観測点の位置が●で示されている。また、この信号観測点を含む部分空間が色図付け表示されている。また、特定された部分空間を規定するＸＹＺの各単位ベクトルが矢印で表示されている。
【０１４１】
このようにして、信号観測点の標準脳の頭表位置が求められる。そして、既に述べたように、ＭＮ１１５２などの標準脳・標準脳頭表データを用いて、標準脳の頭表位置を標準脳の脳表位置に変換することができる。そして、後続の手順３では、当業界において周知のいずれかの方法を用いて、標準脳の脳表位置に対応する脳機能を特定することができる。
【０１４２】
これまで説明してきたように、本実施形態では、被験者の頭部における信号観測点の頭表位置を標準脳の頭表位置に空間写像することによって、被験者のＭＲＩデータを用いずに、頭皮の信号観測点と脳機能部位との対応関係を推定することができる、ということを十分理解されたい。
【０１４３】
頭表を複数の部分空間に分割する方法：
測定によって得られた国際１０−２０システムの複数点に対し、点と点の間を３角形ができるように直線で結んでいくと、図２９に示すような複数の３角形の組合せが出来上がる。
【０１４４】
結び方によって異なった３角形の組合せが考えられるが、それは特に重要なことではない。
【０１４５】
また、３角形を生成するときに参照となる点が国際１０−２０システムで定義されている点と一致している必要はない。国際１０−１０システムを使っても良いし、図２９でも一部定義されていない点（Ｆｐｚ，Ｏｚ）を使用している。
【０１４６】
本実施形態では、任意の３つの基準点を選んで形成される個々の３角形を部分空間と捉え、頭表形状を複数の部分空間から成るものと見なす。例として、点Ｃｚ、Ｃ３、Ｆ３で囲まれた３角形について考える。点Ｃｚ、Ｃ３、Ｆ３で囲まれた３角形の平面Π4は、図３０で示したような位置関係である。
【０１４７】
ここで、図３１に示すように、Ｃｚを原点として、線分Ｃｚ−Ｆ３をｘ1軸の単位ベクトル、線分Ｃｚ−Ｃ３をｙ1軸の単位ベクトルとする。また、ｚ1軸の単位ベクトルは平面Π4の法線ベクトルで、この単位ベクトル長はｘ1軸、ｙ1軸の単位ベクトル長の平均とする。このとき、このｘ1ｙ1ｚ1軸で定義された空間は互いの軸が直交しない斜交座標系となる。
【０１４８】
ｘｙｚ軸の座標系に存在する点Ｐxyzをｘ1ｙ1ｚ1軸の座標系から見たとき、これを点Ｐx1y1z1とすると、これらの関係は４×４の写像マトリックスＭ1を用いて下式のように表される。
【０１４９】
【数２】
2009160281.tif 000004
【０１５０】
このように、３角形の数だけ部分座標を生成し、それぞれの写像マトリックスを用意する。
【０１５１】
次に、標準脳の頭表に関しても同様に、三角形の組合せを作成し部分座標を生成する。上の例と同様に、標準脳頭表での点Ｃｚ、Ｃ３、Ｆ３で囲まれた部分空間をｘ2ｙ2ｚ2軸で定義すると、ｘｙｚ軸の座標系に存在する点Ｐxyz’は、同様に、下式のように表される。
【０１５２】
【数３】
2009160281.tif 000005
【０１５３】
ここで、Ｐx1y1z1とＰx2y2z2を同一値とすると、上記の２つの式を用いて下式が成り立つことが導出される。
【０１５４】
【数４】
2009160281.tif 000006
【０１５５】
点Ｐxyz’は点Ｐxyzに２つの車道マトリックスを掛けた結果であるが、これは測定した頭表上の位置が、標準脳頭表上ではどの位置に相当するのかを示す結果となっている。
【０１５６】
上記の変換式は、部分空間数だけ用意する必要がある。
【０１５７】
頭表に取り付けた信号観測点から標準脳頭表上の対応する位置を特定する方法：
オペレータによって、光脳計測のための信号観測点が３次元位置計測装置によってプロットされる。例えば図３２に示すようにオペレータによって指定された点がＱの位置だったとすると、次のような演算によって部分空間の特定が行なわれる。
【０１５８】
それぞれの部分空間におけるｘｙ平面に対して点Ｑを通る法線を求め、その法線とｘｙ平面との交点と、ｘｙ平面までの距離を求める。図３３には、点Ｃｚ、Ｃ３、Ｆ３で囲まれた部分空間に対する処理を行なった例を示している。
【０１５９】
次に、前述の演算によって求められた交点が部分空間を生成するために用いた３角形の中に入っているかどうかを調べる。交点が、３角形の中に入っているか、若しくは、３角形の直近の位置であった場合には、その部分空間が候補となる。そして、候補が１つであればそれが選ばれ、複数の候補がある場合は、ｘｙ平面までの距離が最も短いものが選ばれる。
【０１６０】
部分空間が選ばれると先ほど導出した以下の式を用いて、標準脳頭表上での位置を特定することができる。
【０１６１】
【数５】
2009160281.tif 000007
【０１６２】
図３４には、信号観測点Ｑから標準脳頭表上における信号観測点Ｑ’を求めた状態を示している。
【０１６３】
ユーザ・インターフェースを通じたオペレータの操作支援：
本実施形態では、被験者に設けられた信号観測点の頭表位置から脳機能を推定する際、被験者の頭表形状測定や、信号観測点の３次元位置計測などに、オペレータによる３次元位置計測装置の操作も必要とする。かかるオペレータ操作の際には、ユーザ・インターフェースを通じてオペレータの作業負担を軽減している。以下では、手順１〜２を実行する際のコンピュータのディスプレイに提示される入力支援画面の遷移について説明する。
【０１６４】
まず、オペレータに左耳介前点（ＬＰＡ）のプロットを促す画面が提示される（図３５を参照のこと）。同画面は、オペレータの操作を指示するための表示エリアと、計測情報を出力する３次元画面表示エリアで構成される。計測情報を出力する３次元画面表示エリアには、測定座標の原点とＸＹＺ軸が示される。そして、オペレータが３次元位置計測装置でＬＰＡを指し示すと、該当する位置に３次元位置カーソルが表示される。この３次元位置カーソルは、オペレータが指し示している３次元位置をリアルタイムに更新して表示する（図３６を参照のこと）。
【０１６５】
オペレータがＬＰＡの測定を終えると、画面内では測定したＬＰＡの位置が３次元表示されるとともに、オペレータの操作を指示するための表示エリアでは、続いて右耳介前点（ＲＰＡ）のプロットを促す（図３７を参照のこと）。そして、ＲＰＡの測定を終えると、同様に、鼻根（Ｎｚ）、後頭結節（Ｉｚ）のプロットを促すとともに、測定後の各基準点が３次元表示される（図３８〜３８を参照のこと）。
【０１６６】
そして、これら４つの基準点ＬＰＡ、ＲＰＡ、Ｎｚ、Ｉｚを測定し終えると、続いて、中心部（Ｃｚ）のプロットを促す画面に切り替わる（図４０を参照のこと）。まず、Ｎｚ−Ｉｚ間とＬＰＡ−ＲＰＡ間が歪みの無い均一な曲線であると仮定し、仮のＣｚの入力を促す。Ｃｚは、ＮｚからＩｚまで頭部に沿って引いた直線の中間点で、且つ、ＬＰＡからＲＰＡまで頭部に沿って引いた直線の中間点であり、２線分Ｎｚ−Ｉｚ及びＬＰＡ−ＲＰＡと、仮のＣｚの計測目標位置が３次元表示される。そして、オペレータが３次元位置計測装置を用いて仮のＣｚを指示すると、画面には、現在の計測位置と計測目標位置との距離が数値表示される（図４１を参照のこと）。計測目標位置からの距離が近づくにつれ、距離を表示する文字の色を、例えば黄→橙→赤といった具合に変化させ、あるいは距離に応じた音を鳴らすといったフィードバックを与える（図４２を参照のこと）。
【０１６７】
仮のＣｚが計測されると、パラメトリック曲線を用いた離散的な位置情報の補間に基づいて、Ｎｚ−仮Ｃｚ−Ｉｚ間の距離測定を行なうための画面に切り替わる（図４３を参照のこと）。同画面上では、Ｎｚ、Ｉｚ、Ｃｚの合計３点を通るパラメトリック曲線が表示される。オペレータは、この補助線に沿って３次元位置を複数点計測する。このとき、現在の計測位置と計測目標位置との距離を表す数字が上記の画面内に表示される。また、計測位置が計測目標位置からの距離が近づくにつれ、距離を表示する文字の色を、例えば黄→橙→赤といった具合に変化させ、あるいは距離に応じた音を鳴らすといったフィードバックを与える（図４４〜４６を参照のこと）。
【０１６８】
計測した複数点を経由してＮｚとＩｚの間を繋ぐパラメトリック曲線を生成して、距離を測る。その結果、Ｎｚ及びＩｚを繋ぐパラメトリック曲線の中間点の座標が決まり、そこが正式なＣｚの位置となる。また、計測によって得られたパラメトリック曲線上に分布している４点Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、及びＯｚも併せて決定する。
【０１６９】
これまでのオペレータによる３次元位置計測作業によって、基準点Ｎｚ、Ｉｚ、ＬＰＡ、ＲＰＡ、Ｃｚ、Ｆｐｚ、Ｆｚ、Ｐｚ、Ｏｚの位置が確定している。続いて、ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、並びに Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間をそれぞれ繋ぐパラメトリック曲線を生成し、それらの距離測定を順次行なう。そして、これらの距離測定結果を用いて、ＬＰＡ−Ｃｚ−ＲＰＡ間、Ｆｐｚ−Ｔ３−Ｏｚ間、並びに Ｆｐｚ−Ｔ４−Ｏｚ間を繋ぐ各パラメトリック曲線上で各基準点Ｃ３、Ｃ４、Ｔ３、Ｔ４、Ｆｐ１、Ｆｐ２、Ｆ７、Ｆ８、Ｔ５、Ｔ６、Ｏ１、Ｏ２の位置を決定する。
【０１７０】
図４８には、Ａ１−Ａ２の距離計測をＡ１−Ａ２と同様に補助線を用いて計測した画面を示している。
【０１７１】
図４９には、Ｆｐ１−Ｔ３−Ｏｚの距離計測を、Ａ１−Ａ２と同様に補助線を用いて計測した後の画面を示している。
【０１７２】
図５０には、Ｆｐ１−Ｔ４−Ｏｚの距離計測を、Ａ１−Ａ２と同様に補助線を用いて計測した後の画面を示している。
【０１７３】
被験者の頭皮形状を計測する最後のオペレータ操作として、基準点Ｆ３、Ｆ４、Ｐ３、及びＰ４の３次元位置の測定を行なう。
【０１７４】
例えば基準点Ｆ３の３次元位置の測定を行なう場合、既に位置が決定されている３つの基準点Ｆ７、Ｆｚ、Ｆ８を含む平面内で線分Ｆ７−Ｆｚの中間点を結ぶ直線である。そして、この直線上で頭表面と交わる点においてオペレータが３次元位置計測装置を用いて測定した点を基準点Ｆ３として決定する。ここでは、オペレータの作業負担を考慮して、１回の位置測定で直接これらの基準点の位置を特定するようにしている。
【０１７５】
図５１には、Ｆ３を計測するために、計測目標位置が表示された画面を示している。
【０１７６】
図５２には、Ｆ３を計測するために、計測目標位置へ３次元一カーソルを近づけていく途中の画面を示している。
【０１７７】
図５３には、Ｆ３を計測する直前の画面を示している。
【０１７８】
図５４には、Ｆ３と同様に、Ｆ４を計測する画面を示している。
【０１７９】
図５５には、Ｆ３と同様に、Ｐ３を計測する画面を示している。
【０１８０】
図５６には、Ｆ３と同様に、Ｐ４を計測する画面を示している。
【０１８１】
図５７には、被験者の頭表形状の計測完了を確認する画面を示している。
【０１８２】
図５８には、被験者の頭表形状の計測データを保存する画面を示している。
【０１８３】
手順１で上述のようなオペレータによる３次元位置計測装置の操作を通じて被験者の頭表形状を計測し終えると、続いて手順２では、被験者の頭皮形状、すなわち測定された頭表上の複数の基準位置の座標を用いて、被験者の頭表に取り付けられた信号点が、標準となる脳（標準脳）の頭表（標準脳頭表）上のどの位置に対応しているのかを調べる。
【０１８４】
まず、被験者並びに標準脳の各頭表を部分（３次元）空間に分割する。
【０１８５】
図５９には、計測データを基に被験者の頭表形状を複数の３次元部分空間へ分割し、同様に標準脳頭表を複数の３次元部分空間へ分割し、これらを表示した画面を示している。
【０１８６】
次いで、被験者の頭表に設定された信号観測点の３次元位置を計測し、被験者の頭表から信号観測点を含んでいる部分空間を特定する。
【０１８７】
図６０には、オペレータに対して計測観測点を３次元位置計測装置で測定する操作を促す画面を示している。
【０１８８】
図６１には、３次元カーソルの移動に伴って、３次元部分空間が切り替わる様子を表わした画面を示している。
【０１８９】
図６２には、信号観測点を測定した直後の画面を示している。
【０１９０】
そして、信号観測点の標準脳頭表上での３次元位置を求める。
【０１９１】
図６３には、被験者の信号観測点が標準脳頭表に投影された様子を表示した画面を示している。
【０１９２】
図６４には、複数の信号観測点が標準脳頭表に投影された様子を表示した画面を示している。
【０１９３】
図６５には、信号観測点のデータをファイルに保存する画面を示している。
【産業上の利用可能性】
【０１９４】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【０１９５】
本発明は、頭表の特定位置に信号観測点を設ける脳機能計測分野に適用することができ、簡便で且つ高精度に頭表位置から脳機能を推定することが可能となり、脳機能信号計測によって得られるデータの解釈に大きな発展を期待することができる。
【０１９６】
本発明は、将来の非浸襲脳機能計測分野においても広く適用される可能性を秘めており、例えば非浸襲ブレイン・マシン・インターフェースへの適用も十分に考えられる。
【０１９７】
また、本明細書では、国際１０−２０システムを利用した実施形態について説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。国際１０−２０システムを拡張した国際１０−１０システムなど、国際１０−２０システムを基にした規格も存在し、これらのうちいずれかの規格を適宜利用することができる。
【０１９８】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１９９】
【図１】図１は、本発明に係る脳機能部位推定方法の手順を模式的に示した図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る脳機能部位推定システムの概観構成を示した図である。
【図３】図３は、コンピュータのハードウェア構成例を模式的に示した図である。
【図４】図４は、コンピュータ上で３次元位置情報の処理を行なうための機能的構成を模式的に示した図である。
【図５】図５は、国際１０−２０システムで定められた基準位置を示した図である。
【図６】図６は、被験者の頭表の基準位置を測定することによる頭皮形状の測定手順を示したフローチャートである。
【図７Ａ】図７Ａは、オペレータがＣｚの仮測定を行なう際に、コンピュータのディスプレイ上で提示される入力支援画面の構成例を示した図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、オペレータがＣｚの仮測定を行なう際に、コンピュータのディスプレイ上で提示される入力支援画面の構成例を示した図である。
【図８Ａ】図８Ａは、Ｎｚ−仮Ｃｚ−Ｉｚ間の距離測定を行なう際に、コンピュータのディスプレイ上で提示される入力支援画面の構成例を示した図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、Ｎｚ−仮Ｃｚ−Ｉｚ間の距離測定を行なう際に、コンピュータのディスプレイ上で提示される入力支援画面の構成例を示した図である。
【図９】図９は、４つの基準点Ｎｚ、Ｉｚ、ＬＰＡ、ＲＰＡから２つの線分Ｎｚ−ＩｚとＬＰＡ−ＲＰＡを定義する様子を示した図である。
【図１０】図１０は、線分ＬＰＡ−ＲＰＡを法線ベクトルとし点ｍ1を通る平面Π1を示した図である。
【図１１】図１１は、線分Ｎｚ−Ｉｚを法線ベクトルとし点ｍ2を通る平面Π2を示した図である。
【図１２】図１２は、平面Π1とΠ2の交線Ｌ1上の任意のすべての点は基準点ＬＰＡ及びＲＰＡから等距離であるとともに、基準点Ｎｚ及びＩｚから等距離である様子を示した図である。
【図１３】図１３は、仮のＣｚと４つの基準点Ｎｚ、Ｉｚ、ＬＰＡ、ＲＰＡのそれぞれとを結ぶ直線の距離となる様子を示した図である。
【図１４】図１４は、Ｎｚ及びＩｚを繋ぐパラメトリック曲線の中間点の座標がＣｚの位置となる様子を示した図である。
【図１５】図１５は、図６に示したフローチャートのステップＳ３までの処理が終了した時点で３つの基準点ＬＰＡ、Ｃｚ、ＲＰＡが決定されている様子を示した図である。
【図１６】図１６は、基準点ＬＰＡ、Ｃｚ、ＲＰＡを通る３次元空間上の線分をオペレータに視覚的に提示する様子を示した図である。
【図１７】図１７は、オペレータは、３次元位置計測装置を用いて基準点ＬＰＡ、Ｃｚ、ＲＰＡを通る線分間において離散的にプロットした複数の点を示した図である。
【図１８】図１８は、図１７に示す離散的にプロットされた複数の点をパラメトリック曲線で補間した結果を示した図である。
【図１９】図１９は、ＬＰＡ、Ｃｚ、ＲＰＡを通るパラメトリック曲線上で他の基準点Ｔ３、Ｃ３、Ｔ４、Ｃ４が求められる様子を示した図である。
【図２０】図２０は、３つの基準点Ｆ７、Ｆｚ、Ｆ８により２つの線分Ｆ７−ＦｚとＦ８−Ｆｚが定義される様子を示した図である。
【図２１】図２１は、３つの基準点Ｆ７、Ｆｚ、Ｆ８を通る平面をΠ3、２点Ｆ７、Ｆｚの中点をｍ3と定義する様子を示した図である。
【図２２】図２２は、点ｍ3を通り、線分Ｆ７−Ｆｚとは垂直に交わり、平面Π3に属する直線をＬ2と定義する様子を示した図である。
【図２３】図２３は、直線Ｌ2上のすべての点が点Ｆ７とＦｚから等距離となり、直線Ｌ2が被験者の頭表と交わる点を基準点Ｆ３として計測する様子を示した図である。
【図２４Ａ】図２４Ａは、オペレータが点Ｆ３の３次元位置計測を行なう際に、コンピュータのディスプレイ上で提示される入力支援画面の構成例を示した図である。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、オペレータが点Ｆ３の３次元位置計測を行なう際に、コンピュータのディスプレイ上で提示される入力支援画面の構成例を示した図である。
【図２５】図２５は、被験者の頭表上の信号観測点に対応する標準脳頭表位置を推定するための処理手順を示したフローチャートである。
【図２６】図２６は、被験者並びに標準脳の各頭表を部分空間に分割した様子を示した図である。
【図２７Ａ】図２７Ａは、信号観測点を含む被験者の頭表上の部分空間を特定した画面を示した図である。
【図２７Ｂ】図２７Ｂは、信号観測点を含む被験者の頭表上の部分空間を特定した画面を示した図である。
【図２８Ａ】図２８Ａは、標準脳頭表上で信号観測点の位置を求めた画面を示した図である。
【図２８Ｂ】図２８Ｂは、標準脳頭表上で信号観測点の位置を求めた画面を示した図である。
【図２９】図２９は、測定によって得られた国際１０−２０システムの複数点に対し、点と点の間を３角形ができるように直線で結んでいくことで形成された複数の３角形の組合せを示した図である。
【図３０】図３０は、点Ｃｚ、Ｃ３、Ｆ３で囲まれた３角形の平面Π4の位置関係を示した図である。
【図３１】図３１は、Ｃｚを原点として、線分Ｃｚ−Ｆ３をｘ1軸の単位ベクトル、線分Ｃｚ−Ｃ３をｙ1軸の単位ベクトルとし、平面Π4の法線ベクトルをｚ1軸の単位ベクトルとする様子を示した図である。
【図３２】図３２は、オペレータが３次元位置計測装置によって信号観測点として点Ｑをプロットした様子を示した図である。
【図３３】図３３は、点Ｃｚ、Ｃ３、Ｆ３で囲まれた部分空間に対する処理を行なった例を示した図である。
【図３４】図３４は、信号観測点Ｑから標準脳頭表上における信号観測点Ｑ’を求めた状態を示した図である。
【図３５】図３５は、オペレータに左耳介前点（ＬＰＡ）のプロットを促す画面を示した図である。
【図３６】図３６は、オペレータに左耳介前点（ＬＰＡ）のプロットを促す画面を示した図である。
【図３７】図３７は、オペレータに右耳介前点（ＲＰＡ）のプロットを促す画面を示した図である。
【図３８】図３８は、オペレータに鼻根（Ｎｚ）のプロットを促す画面を示した図である。
【図３９】図３９は、オペレータに後頭結節（Ｉｚ）のプロットを促す画面を示した図である。
【図４０】図４０は、オペレータに中心部（Ｃｚ）のプロットを促す画面を示した図である。
【図４１】図４１は、オペレータに中心部（Ｃｚ）のプロットを促す画面を示した図である。
【図４２】図４２は、オペレータに中心部（Ｃｚ）のプロットを促す画面を示した図である。
【図４３】図４３は、Ｎｚ−仮Ｃｚ−Ｉｚ間の距離測定を行なうための画面を示した図である。
【図４４】図４４は、補助線に３次元カーソルを近づけていく途中の画面を示した図である。
【図４５】図４５は、補助線上に３次元カーソルが最も近づいたときの画面を示した図である。
【図４６】図４６は、補助線上で５つの基準点ＬＰＡ、ＲＰＡ、Ｎｚ、Ｉｚ、及びＣｚの３次元位置計測を行なった後の画面を示した図である。
【図４７】図４７は、補助線上での３次元位置計測を終了する直前の画面を示した図である。
【図４８】図４８は、Ａ１とＡ２の距離計測をＡ１とＡ２と同様に補助線を用いて計測した画面を示した図である。
【図４９】図４９は、Ｆｐ１−Ｔ３−Ｏｚの距離計測を、Ａ１−Ａ２と同様に補助線を用いて計測した後の画面を示した図である。
【図５０】図５０は、Ｆｐ１−Ｔ４−Ｏｚの距離計測を、Ａ１−Ａ２と同様に補助線を用いて計測した後の画面を示した図である。
【図５１】図５１は、Ｆ３を計測するために、計測目標位置が表示された画面を示した図である。
【図５２】図５２は、Ｆ３を計測するために、計測目標位置へ３次元一カーソルを近づけていく途中の画面を示した図である。
【図５３】図５３は、Ｆ３を計測する直前の画面を示した図である。
【図５４】図５４は、Ｆ３と同様に、Ｆ４を計測する画面を示した図である。
【図５５】図５５は、Ｆ３と同様に、Ｐ３を計測する画面を示した図である。
【図５６】図５６は、Ｆ３と同様に、Ｐ４を計測する画面を示した図である。
【図５７】図５７は、被験者の頭表形状の計測完了を確認する画面を示した図である。
【図５８】図５８は、被験者の頭表形状の計測データを保存する画面を示した図である。
【図５９】図５９は、それぞれ複数の３次元部分空間に分割した被験者の頭表形状及び標準脳頭表を表示した画面を示した図である。
【図６０】図６０は、オペレータに対して計測観測点を３次元位置計測装置で測定する操作を促す画面を示した図である。
【図６１】図６１は、３次元カーソルの移動に伴って、３次元部分空間が切り替わる様子を表わした画面を示した図である。
【図６２】図６２は、信号観測点を測定した直後の画面を示した図である。
【図６３】図６３は、被験者の信号観測点が標準脳頭表に投影された様子を表示した画面を示した図である。
【図６４】図６４は、複数の信号観測点が標準脳頭表に投影された様子を表示した画面を示した図である。
【図６５】図６５は、信号観測点のデータをファイルに保存する画面を示した図である。
【図６６】図６６は、脳機能計測方法の一例を模式的に示した図である。
【図６７】図６７は、脳機能計測方法の他の例を模式的に示した図である。
【図１】
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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６６】
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【図６７】
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【図２】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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