Slicer 3チュートリアル SPL-PNLにおける脳アトラス Ion-Florin Talos, M.D. Surgical Planning Laboratory -1- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 謝辞 NIH P41RR013218 (Neuroimage Analysis Center) NIH U54EB005149 (NA-MIC) Surgical Planning Laboratory -2- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 免責条項 • 使用者は添付ライセンス内の内容と関連法に遵守 してslicerを使用すること Surgical Planning Laboratory -3- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 使用するソフトウェア,データセット • Slicer 3 (このチュートリアルではslicer3-3.0を使用) →http://www.slicer.org/pages/Special:SlicerDownloads • アトラスデータ →http://www.spl.harvard.edu/publications/item/view/1265 • MRI画像 • ラベルマップ • 3Dモデル Surgical Planning Laboratory -4- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 学習目標 • アトラスデータの読み込み • 神経構造における,独自 の3Dviewの製作と表示 Surgical Planning Laboratory -5- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital チュートリアルにおける必要条件 • Slicer Training データの読み込みと表示のチュートリアルを行うこと →http://wiki.na-mic.org/Wiki/index.php/Slicer:Workshops:User_Training_101 Surgical Planning Laboratory -6- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 要旨 • Part 1: 脳アトラスデータの読み込み • Part 2:神経構造における,独自の3Dviewの 製作と表示 Surgical Planning Laboratory -7- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 脳アトラスデータの読み込み チュートリアルデータセット内の読み込み可能なデータ • 解剖学的な濃淡値データ (CTやMRI等の画像データ) …………………. • MRMLシーン …………………………. • 3Dモデル……………………………… • ラベルマップ…………………………… Surgical Planning Laboratory -8- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital アトラスデータの読み込み Fileメニューより,Load Sceneを選択. ポップウィンドウにおいて, brain_atlas_03_2008.mrml(もしくは brain_atlas_2008.mrml)を選択し, Openをクリック. Surgical Planning Laboratory -9- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital アトラスデータの読み込み 3Dモデル ラベルマップで オーバーレイされた MRIデータ Surgical Planning Laboratory -10- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 要旨 • Part 1: 脳アトラスデータの読み込み • Part 2:神経構造における,独自の3Dviewの 製作と表示 Surgical Planning Laboratory -11- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 独自の3Dviewの製作 3Dモデルが各構造毎に表示するかどう かを選択できることから,独自の神経構造 の3Dviewを製作することが可能. Surgical Planning Laboratory -12- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 独自の3Dviewの製作 Surgical Planning Laboratory -13- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 独自の3Dviewの製作(1) Modulesより,Modelsモジュールを選択. Hierarchy & Displayタブを開く Model Display欄より,Select Model or Hierarchyにおいて,モデ ルを選択し,そのモデルを3DViewer 内で表示したいならば,Visibilityの チェック欄にチェックを入れる. (チェックを入れなければ,表示されない) Surgical Planning Laboratory -14- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 独自の3Dviewの製作(2) Modulesより,Dataモジュール を選択. Create Scene Snapshotをクリッ クし,ポップアップウィンドウにおい て,独自の3Dviewの名前を記入. (例： Limbic System) Surgical Planning Laboratory -15- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 独自の3Dviewの製作(3) •Scene Snapshotの右側の欄をク リックすると,これまでに作成したス ナップショットのデータファイル名も 出てくるので,そこから選ぶことも可 能である. •保存ファイル名が決定すれば ,Restoreをクリック. Surgical Planning Laboratory -16- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 指導書 •次のスライドからは,SPL-PNL脳アトラスで独自に作成した神経 構造のスナップショットを用いて,神経構造における手引書として 表す. •神経構造の詳細を表す文書などのような幅広いものとしてでは なく,視覚的な資料としてユーザーの手助けをする. •推薦される神経構造と,神経科学に関わっている研究の紹介は このチュートリアルの最後で提供する. Surgical Planning Laboratory -17- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 運動系 • 運動系は階層的に組織されている： →脊髄, 脳幹, より複雑な運動回路を持つ前脳 • 一次運動野は,自発的な運動をコントロールする： →皮質延髄路や皮質脊髄路を通して,個々に脳 幹や脊髄の運動神経細胞へ運動の計画・実行を指示 • 運動皮質と脳幹の活動は大脳基底核や小脳によっ て動かされる. Surgical Planning Laboratory -18- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 一次運動野 • 位置：前頭葉の中心前回 • 後方の境界：中心後回から中心前回を分割する中心溝 (一次体性感覚野) • 前方の境界：中心前溝 • 下方の境界：外側溝 (シルビウス) • 大脳半球内側面上の中心傍小葉に接触している. Surgical Planning Laboratory -19- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 一次運動野 中心傍小葉 中心前回 中心溝 Surgical Planning Laboratory -20- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 一次運動野 • 正中線近くにある脚の領域や,大脳半球凸面におけ る側部にある顔や頭の領域を持つ一次運動野にお いて,異なった体部位を正確に再現する. • 特有の体の部分における皮質表現の大きさは,その 部分における運動の複雑さに比例する. (例：手の領域の皮質は脚の領域の皮質よりも著しく大きい) Surgical Planning Laboratory -21- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 一次運動野 顔領域 脚領域 Surgical Planning Laboratory -22- http://www.slicer.org 手領域 Brigham and Women’s Hospital 皮質脊髄路 皮質脊髄路 中心前回 (一次運動野) 大脳の内包 Surgical Planning Laboratory -23- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 皮質脊髄路 • 皮質脊髄路は一次運動野の第5層のBetz細胞を含む錐体細 胞における軸索の大きな束である. • 皮質脊髄路の軸索は大脳の内包における後肢に集中する. • 中脳において,皮質脊髄路は大脳脚の腹側面を占有する. →神経繊維は橋腹部と延髄腹側部を通して下降し続ける. • 軸索とは,皮質延髄から反対側の頭蓋骨神経核における運動 ニューロンを持つシナプス. • 延髄下位において, 皮質脊髄軸索ほとんど(80％)は反対側(錐 体交叉)へ渡り,外側皮質脊髄路として脳幹,脊髄を通して,下降 し続ける. • 延髄では反対側へ渡らない皮質脊髄路の軸索は,前皮質脊髄 路として,脊髄を下降し続ける. →これらの神経繊維のほとんどは脊髄の前角にある下位運動 ニューロンに到達する前に,反対側へ渡る. Surgical Planning Laboratory -24- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 大脳基底核 尾状核 (頭) 尾状核被殻 淡蒼球 視床 Surgical Planning Laboratory -25- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 大脳基底核 - 左大脳基底核 尾状核の主部 尾状核の頭部 - 背後から見た図 - 尾状核の底部 尾状核被殻 大脳の内包 Surgical Planning Laboratory -26- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 大脳基底核 - 左大脳基底核 - 前面から見た図 - 尾状核の頭部 尾状核被殻 尾状核の主部 淡蒼球 尾状核の底部 Surgical Planning Laboratory -27- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 大脳基底核 • 大脳基底核は大脳皮質の視床に連結している皮質 下の回路にある要素の中でも主要な要素である. • 大脳基底核は自発的行為や認知機能,感情,動機付 け等の様々な機能を担っている. Surgical Planning Laboratory -28- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 大脳基底核 • 大脳基底核における主な部分: 1. 線条体 2. 被殻 3. 淡蒼球 (二つの異なった機能を持つ:淡蒼球外節,内節) 4. 黒質 5. 視床下核 Surgical Planning Laboratory -29- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 大脳基底核 • • 線条体は以下の要素で構成される: 1. 尾状核 2. 被殻 3. 腹側線条体 (側坐核を含む) 線条体は大脳基底核への主な入力部である. Surgical Planning Laboratory -30- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 大脳基底核 • アルファベットのCのような形状をした尾状核は大脳 基底核内部に存在し,側脳室の壁の部分を形成する. • 尾状核の頭部は前方有孔質の上部にあり,大脳の内 包の前肢によって被殻から分離される. • 被殻は尾状核の側面に沿って,島の内部に位置する. Surgical Planning Laboratory -31- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 大脳基底核 • 淡蒼球は淡蒼球内節と淡蒼球外節の2つから構成 される. • 淡蒼球内節は大脳基底核の主な出力部のうちの一 つある. Surgical Planning Laboratory -32- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 大脳基底核 • 視床下核は(頭側での)視床と(頭側での)黒質の前 方部分の間に位置する. • 視床下核は興奮性の出力信号を送る大脳基底核の 要素である. Surgical Planning Laboratory -33- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 大脳基底核 • • 黒質は中脳に存在している. 黒質は2つの微細構造であり,機能上別ものである 構成要素を持つ. 1. 緻密部 (背部) – ドーパミン作動性ニューロンを含む 2. 網状部 (腹側) – GABA(アミノ酪酸)作動性ニューロン Surgical Planning Laboratory -34- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 大脳基底核 – 機能 •GPiは抑制性の予測を視床(前腹側核) へ送る. •同様に,視床は興奮性の予測を大脳皮 質へ送る. •視床下核は興奮性の出力信号をGPiへ 送る. •直接経路はGPiを直接抑制することに よって運動を手助けすることで,視床(前 腹側核)を抑制されない. •間接経路はGPeを抑制することによって, 運動を抑制する. •これはGPiと視床下核の抑制を減少す ることにつながる. •同様に,視床皮質の予測における抑制を 増加させることにもつながる. Surgical Planning Laboratory -35- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 視覚系 構成要素: • • • • • • 網膜 視神経 視索(視神経路) 外側膝状核 視放線 一次視覚野 Surgical Planning Laboratory -36- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 視覚系 眼球 視神経 視索 視交叉 Surgical Planning Laboratory -37- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 視覚系 視放線 視索 外側膝状体 視神経 視交叉 眼球 Surgical Planning Laboratory -38- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 視覚系 • 網膜は視細胞を含む (桿体視細胞と錐体視細胞) • 桿体視細胞はほのかな光を感知する役割を持ち,錐 体視細胞は色情報を仲裁する役割を担う. • 網膜の出力は神経節細胞に由来する. • 視覚刺激は視細胞から神経節細胞へ介在ニューロ ンの複雑なネットワークを通して,送信される. Surgical Planning Laboratory -39- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 視覚系 • 網膜像は上下さかさまである. • 視神経を通して,網膜は視床の外側膝状核へ投影し ,同様にして,(瞳孔反射に関与している)中脳の視蓋 前野と(眼球の衝動性運動に関与している)上丘にも 投影する. • 視交叉において,鼻半側網膜に始まる視神経繊維は 反対側の視索へ渡るのに対し,耳半側網膜に始まる 視神経繊維は反対側へ行かない. Surgical Planning Laboratory -40- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 視覚系 • 外側膝状核から,視覚情報は視放線を通して一次視 覚野へ投影される. • 一次視覚野においてのニューロンは水平方向につ ながったコラムで組織化される. • コラムは近隣の受容野を持つニューロンを含む. Surgical Planning Laboratory -41- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 視覚系 • 視覚系の特異的断片の損傷は典型的な視やの欠 陥をまねく. →下記の図を参照 http://www.brown.edu/Research/Memlab/py47/di agrams/visual-field-defects.jpg Surgical Planning Laboratory -42- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 辺縁系 脳梁 Cingulate gyrus 側脳室 (後角) 円蓋 視床下部 扁桃体 Surgical Planning Laboratory -43- http://www.slicer.org 海馬 Brigham and Women’s Hospital 辺縁系 • 辺縁系 (辺縁葉としても知られている) はいくつかの 脳幹周辺の中心の構造から(系統発生的に)成る. 1. 大脳の帯状回 2. 海馬傍回 3. 海馬 (海馬体) 4. 扁桃体 5. 視床下部の部分 6. 側坐核 (腹側線条体) 7. 眼窩前頭皮質 Surgical Planning Laboratory -44- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 辺縁系 • 大脳の帯状回は脳梁の溝によって分離されている 大脳半球の内側面(脳梁の上部) に位置する. • 大脳の帯状回は帯状溝によって上方は制限される, 下方においては,灰白層(脳梁を覆う未発達の皮質 の薄い層)と接触している. Surgical Planning Laboratory -45- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 辺縁系 • 海馬は側頭葉の深部に位置する. →コロナル断面において,その形状はタツノオトシゴのように見 えるため,海馬と名づけられた. • 海馬は以下の要素で構成される： - 歯状回 - 適切な海馬(アンモンの角) - 鉤状回 - 内嗅皮質 • 歯状回の前底部(海馬の拡大された部分)である鉤状は鉤状の 下位の部分を鉤状回(前方部分)と,辺縁内回(後方部分)に分 離する. • 海馬は記憶や空間学習能力を主な役割として担っており,感情 ・興奮においては重大な役割を果たさない. Surgical Planning Laboratory -46- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 辺縁系 • 扁桃体は海馬の前方に位置する皮質下核の群であ る. • 扁桃体は基底外側核を通して感情・興奮における体 の表現に関与した皮質下の領域からの入力信号を 受け取る.そして,中心核を通して,感情・興奮の認知 的局面に関与した皮質領域へ出力信号を送る. Surgical Planning Laboratory -47- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 辺縁系 • 側坐核は尾状核の頭部と被殻間の輻輳にある. →ちょうど透明中隔の側部である. • 側坐核における組織構造と連結性のパターンは線条体のほ かの要素にとても似ている. • 側坐核ニューロンの大部分はGABA産生性の中型有棘神経 細胞である. • 側坐核への主な入力は腹側被蓋領域,前頭葉前部皮質,篇 桃体,海馬に由来する. • 側坐核は視床背内側核を通して,前頭葉前部皮質に投影す る. • 側坐核は報酬,嗜癖において主な役割を果たすと考えられる. →側坐核の活動の状態は腹側被蓋領域からのドーパミン作動性の予測 によって調整されていることを表す. Surgical Planning Laboratory -48- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 辺縁系 • 眼窩前頭皮質は眼窩の上部,前頭葉の底面に位置す る. • 嗅神経と眼窩溝は眼窩前頭皮質の表面を5つの脳回 に分ける. - 直回 - 眼窩回の中央部 - 眼窩回の前方部 - 眼窩回の後方部 - 眼窩回の側部 (たくさんの眼窩前頭皮質の解剖学的な異形が存在するため,実 質は上記の詳細とは異なる場合がある.) Surgical Planning Laboratory -49- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 追記 Nieuwenhuys, R., Voogd, J., and Van Huizen, C., The Human Nervous System. Springer, 1980 Martin, J.H., Neuroanatomy: Text and Atlas. Third Edition, McGrawHill, 2003 Kandel, E.R., Schwartz, J.H., Jessell, T.M. (eds.), Principles of Neural Science, Fourth Edition, McGraw Hill, 2000 Surgical Planning Laboratory -50- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital 翻訳 スライド翻訳：木西 基 ** 監守：波多 伸彦 * * Surgical Plannninng Laboratory, Harvard Medical School ** 知的画像処理研究室, 立命館大学 Surgical Planning Laboratory -51- http://www.slicer.org Brigham and Women’s Hospital
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