Transcript Introduction

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
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Brigham and Women’s Hospital
謝辞
NIH P41RR013218 (Neuroimage Analysis Center)
NIH U54EB005149 (NA-MIC)
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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
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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
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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
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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
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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
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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……………………………
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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.
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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
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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
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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.
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独自の3Dviewの製作
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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)
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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)
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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.
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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.
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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.
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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.
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一次運動野
中心傍小葉
中心前回
中心溝
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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)
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一次運動野
顔領域
脚領域
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手領域
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皮質脊髄路
皮質脊髄路
中心前回 (一次運動野)
大脳の内包
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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.
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大脳基底核
尾状核 (頭)
尾状核被殻
淡蒼球
視床
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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
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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視覚系
眼球
視神経
視索
視交叉
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視覚系
視放線
視索
外側膝状体
視神経
視交叉
眼球
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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.
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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.
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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.
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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
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辺縁系
脳梁
Cingulate gyrus
側脳室
(後角)
円蓋
視床下部
扁桃体
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海馬
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.)
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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
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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
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