JPH04226632A - 生体磁気計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、人間の脳や心臓など
において発生する磁界を計測することによって、脳や心
臓の活動部位の推定などを行う生体磁気計測装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、微小な磁気を計測するセンサ
として、ＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ
Ｑｕａｎｔｕｍ　　ＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＤｅｖｉ
ｃｅ：超電導量子干渉型デバイス）センサが知られてい
る。このＳＱＵＩＤは超電導状態を維持するため液体ヘ
リウムで冷却する必要があり、通常デュワーと呼ばれる
容器中に満たされた液体ヘリウム中に浸されている。

【０００３】このＳＱＵＩＤセンサを用いることにより
、人体から発生する微小な磁気を多数の測定点において
計測することができる。一方、人体内部の構造はＭＲＩ
装置やＸ線ＣＴ装置などの断層撮影装置を用いれば知る
ことができる。そこで、磁界計測点と生体との位置関係
が分かれば、これらより人体内部のどこで電流が発生し
たかを推定することが可能となる。具体的には内部構造
を表すデータより生体近似の適当なモデルを作り、その
モデルについて複数の電流ダイポールの位置・大きさ・
方向を仮定し、それら電流双極子群が上記磁界の計測点
に作る磁界分布と上記の計測データとの差が最小になる
ような電流ダイポール群を求める。こうして求めた電流
ダイポール群の各位置・大きさ・方向をＭＲ画像などの
上に表示すれば、人体内部での活動電流の分布を知るこ
とができる。

【０００４】このような生体磁気計測においては、測定
対象となる生体に対してどの位置にどの方向からＳＱＵ
ＩＤセンサをあてて、どの位置・方向で磁気を計測した
かを正確に把握することは非常に重要である。生体とＳ
ＱＵＩＤセンサとの位置関係把握のため、従来ではたと
えば生体の保持装置とＳＱＵＩＤセンサの保持装置の両
方に位置・方向検出機構を持たせることなどが考えられ
ている（特開平２−１１６７６７号公報）。

【０００５】また、３次元磁界を利用した３次元座標入
力装置などを用いて生体と測定位置・方向との関係を求
めることも考えられている（特願平２−５０７０３号参
照）。この３次元座標入力装置は、商品化されたものと
してはマクダネル・ダグラス社の「３ＳＰＡＣＥ」（商
標）３次元ディジタイザーなどが知られており、磁場を
発生する発信器と磁場を受信する受信器とを用いる。発
信器、受信器とも３つの直交コイルを有している。発信
器から、相互に識別可能な（たとえば周波数を違える）
３次元磁界を発生させておき、その３次元磁界の中に受
信器を置いて各コイルにより、各方向の磁界を検出する
ことによって、その３次元磁界中での受信器の３次元的
な位置及び角度方向を計測するというものである。

【０００６】このような３次元座標入力装置を用いる場
合、生体の表面皮膚上の複数の特徴点を、点指定可能な
スライラス型受信器のスタイラス先端で指して生体の特
徴点の３次元座標を入力し、また、デュワーの表面数カ
所に上記のスタイラス先端を当ててその内部のＳＱＵＩ
Ｄセンサコイルの３次元位置を入力するようにしている
。そして、標準型の受信器を生体表面に取り付け、磁気
計測中のＳＱＵＩＤセンサと生体との位置の変動を検出
するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
場合は、いずれも生体とＳＱＵＩＤセンサとの位置関係
を正確に把握することが困難であるという問題がある。

【０００８】すなわち、生体保持装置とＳＱＵＩＤセン
サ保持装置の両方に位置・方向検出機構を持たせる場合
、生体は生体保持装置に正確な位置関係で保持されてい
るわけではなく、生体保持装置の位置・方向を検出して
も、かならずしも生体自体の位置・方向は正確には分か
らないからである。また、この場合、生体保持装置とＳ
ＱＵＩＤセンサ保持装置の両方に位置・方向検出機構を
持たせたので、大がかりな機構が必要となり、簡便でな
く、コストもかかるという問題もある。

【０００９】スタイラス型受信器の先端を生体表面に当
てて特徴点を入力する場合には、入力すべき特徴点が複
数あるので手間がかかり、誤差要因ともなる。さらに、
標準型の受信器を生体に取り付けて位置の変動を検出す
る場合に、その受信器の位置がずれてももとに戻すこと
ができず、再現性が悪い。

【００１０】この発明は、上記に鑑み、磁気測定点の位
置・測定方向の生体に対する位置関係を容易且つ正確に
把握して磁気測定を行うことができるように改善した、
生体磁気計測装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明による生体磁気計測装置においては、生体
特徴点を指す指標を有する非磁性体フレームを生体に装
着し、そのフレームに３次元座標入力装置の受信器を固
定することが特徴となっている。受信器はフレームに取
り付けられているので、フレームの指標とは位置関係が
不変である。そしてこのフレームは生体に装着され、そ
の指標が生体特徴点を指しているので、結局、生体特徴
点と受信器との位置関係は固定されることになる。その
ため、受信器と指標との位置関係をあらかじめ求めてお
けば、フレームを生体に装着して受信器で位置計測する
だけで、複数の特徴点の座標の入力ができることになる
。また、生体に装着されたフレームがずれた場合、指標
が生体特徴点を指すようにフレーム位置を直せばよいの
で、再現性が良好である。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら詳細に説明する。この実施例では図１に示す
ようにして、被検者の頭部とデュワー１１との位置関係
を検出しながら、デュワー１１内のＳＱＵＩＤセンサに
よる生体磁気計測を行う。発信器４１、受信器４２が３
次元座標入力装置を構成する。これらはそれぞれ互いに
直交する３つのコイルを備え、図示しない制御及び信号
処理装置に接続される。発信器４１から、相互に識別可
能な（たとえば周波数を変える、時分割する）３次元磁
界を発生させておき、その３次元磁界の中に置かれた受
信器４２の各コイルにより、各方向の磁界を検出するこ
とによって、その３次元磁界中での、つまり発信器４１
の３次元座標での受信器４２の３次元的な位置及び角度
方向を計測する。

【００１３】受信器４２は非磁性体のフレーム４４に取
り付けられており、このフレーム４４は図２に示すよう
に３つの突起４５を有している。このフレーム４４は実
際に磁気計測する被検者に固有に作られることが望まし
い。このように各被検者に専用のものとして作ると、フ
レーム４４の内側面が体表面に密着することとなり、フ
レーム４４を被検者に装着すればその突起４５の先端が
かならずその被検者の特徴点を指すようにできる。この
フレーム４４は固定用ベルト４６により被検者頭部に着
脱自在に装着される。突起４５は頭部特徴点、ここでは
鼻根及び左右の耳のつけ根の３点を指す指標として機能
する。フレーム４４の内側面形状と頭部表面形状とが一
致することにより、頭部への装着時に突起４５の先端が
特徴点を指すようにすることが容易になる。このことは
、ずれたときや再装着時にフレーム４４の位置合わせが
容易になることを意味しており、再現性が良好になる。

【００１４】この受信器４２と突起４５の先端、つまり
点指定点との位置関係は固定したものであり、受信器４
２の座標系に対して固定の座標に突起４５の先端が位置
するため、デュワー１１に取り付けられた発振器４１の
３次元座標系での受信器４２の３次元座標、方向角度を
測定すれば、それら３つの特徴点の発振器４１の３次元
座標系での座標が一度に求められる。

【００１５】受信器４２の３次元座標系における突起４
５のそれぞれの先端位置は、次のようにしてあらかじめ
求めておく。発信器４１、受信器４２は上記の通りそれ
ぞれ３組の直交コイルを有しており、発信器４１の１つ
のコイルを励磁すると受信器４２（または４３）の３つ
のコイルに、それぞれ電圧が誘起される。これらの電圧
は発信器４１からの距離及び受信器４２の角度方向に応
じたものとなる。そこで、発信器４１の３次元座標系に
おける受信器４２の座標と方向角度（Ａｚｉｍｕｔｈ，
Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ，Ｒｏｌｌ）の６つのパラメータが
算出される。

【００１６】ここでは発信器４１は机の上などに固定し
ておくこととし、、フレーム４４も机の上に置く。そし
て、１つの突起４５の先端が机上のある１点Ｑを指すよ
うにする。このとき、発信器４１の３軸コイルの中心Ｏ
を原点とする発信器座標系（Ｏ；Ｘ，Ｙ，Ｚ）での受信
器４２の座標をＰ（ａ，ｂ，ｃ）、受信器４２の方向角
度をそれぞれＡ，Ｅ，Ｒとし、また受信器４２の３軸コ
イルの中心Ｐを原点とする受信器座標系（Ｐ；Ｕ，Ｖ，
Ｗ）での点Ｑの座標を（α，β、γ）とすれば、発信器
座標系での点Ｑの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、（Ｘ，Ｙ，Ｚ
）＝（ａ，ｂ，ｃ）＋（α，β，γ）・Ｔ１・Ｔ２・Ｔ
３となる。ただし、

【数１】 である。

【００１７】そこで、突起４５の先端が同じ点Ｑを指す
ようにしてフレーム４４を回転させて２回計測を行えば
、未知数Ｘ，Ｙ，Ｚ，α，β、γについての６つの式が
得られ、これを解くことによりα，β、γが求められる
。こうして突起４５の先端が受信器４２の座標系のどこ
に位置しているかが分かるため、この突起４５の先端に
より指定された点の発信器４１の座標系での３次元座標
は、その時の受信器４２の、発信器４１の座標系におけ
る座標と方向角度から、求められることになる。

【００１８】このように各突起４５による点指定点の、
受信器４２の座標系での座標を求めた後、発信器４１を
デュワー１の表面の適当な位置に固定する。そしてフレ
ーム４を被検者頭部に装着し、各突起４５の先端が頭部
特徴点を指すようにする。この状態で、発信器４１の３
次元座標系での受信器４２の位置・方向を求めれば、頭
部の３つの特徴点の座標が、発信器４１の３次元座標系
での３次元座標として一度に入力されたことになる。

【００１９】デュワー１１内のＳＱＵＩＤセンサコイル
の位置・方向については、たとえば図３に示すような１
点指定フレーム４７に固定された受信器４３を用いる。 この受信器４３とフレーム４７の先端の点指定点との位
置関係は固定であるから、上記と同様にして、受信器４
３の３次元座標系でのフレーム４７の先端の座標を求め
ておく。そして、このフレーム４７の先端でデュワー１
１の表面における、内蔵ＳＱＵＩＤセンサコイルの位置
・方向に関連した複数の点を指して、それらの位置の発
信器４１の３次元座標系での座標を入力し、それから発
信器４１の３次元座標系でのＳＱＵＩＤセンサコイルの
３次元座標及び方向を求める。こうして頭部の特徴点を
基準として頭部に対する磁気計測点及び計測方向の入力
ができたことになる。

【００２０】図１に示したような状態で、頭部あるいは
デュワー１１が動かされて多数の測定点で磁気計測が行
われる。発信器４１の３次元座標系での受信器４２の３
次元座標及び方向角度より、発信器４１の３次元座標系
での頭部特徴点の座標が分かり、他方、発信器４１の３
次元座標系でのＳＱＵＩＤセンサコイル座標・方向が分
かっているので、上記のように頭部またはデュワー１１
が移動したときでも磁気計測点・方向の頭部に対する位
置関係が捉えられることになる。

【００２１】なお、ここではフレーム４４に１個の受信
器４２を取り付け、その受信器４２の発信器４１の３次
元座標系での座標及び方向角度から頭部の位置関係を捉
えているが、フレーム４４の異なる位置に３個の受信器
をそれぞれ取り付ければ、それらの方向角度は測定せず
にそれらの座標のみを測定するだけで頭部の位置関係把
握ができ、位置関係の測定精度が向上する。

【００２２】図４は生体磁気計測装置のシステム全体を
示すものである。この図において上記のように３次元座
標入力装置４によって頭部に対する計測点・方向の入力
を行いながら、ＳＱＵＩＤセンサ１による磁気計測を行
う。測定データはデータ収集装置２によって収集された
後コンピュータ３に取り込まれる。これにより、生体に
対して位置的に関係づけられた磁束密度分布データがコ
ンピュータ３に取り込まれることになる。

【００２３】他方、ＭＲＩ装置５（あるいは図示しない
Ｘ線ＣＴ装置）により被検者の頭部の断層像を撮影する
。この撮影は上記の磁気計測の前でも後でもよく、得ら
れた画像データはオンラインあるいはオフラインでコン
ピュータ３に送られる。この撮影時にはＭＲ画像（ある
いはＸ線ＣＴ画像など）でも写るような指標を頭部特徴
点につけておく。こうして得られた指標像の現れた画像
データと、上記の３次元座標入力装置で入力した頭部特
徴点のデータとがコンピュータ３においてつき合わされ
る。これにより、断層像の上でどの位置・方向から磁気
計測されたかを正確に知ることができ、上記の磁束密度
分布データを断層像データと位置的に正確に関連付ける
ことができる。

【００２４】コンピュータ３はこの断層像データから頭
部の適当な近似モデルを作成し、電流双極子の算出を行
う。すなわち、その頭部近似モデル上に電流双極子の大
きさ・位置・方向を仮定し、この仮定した電流双極子が
近似モデル上で作る磁束密度分布と計測した磁束密度分
布との２乗誤差が最小になるような電流双極子の大きさ
・位置・方向を求めることによって、この電流双極子の
大きさ・位置・方向が算出される。上記のように、計測
した磁束密度分布が正確に近似モデルに対して位置決め
されるため、電流双極子の算出精度を向上させることが
できる。こうして算出された電流双極子はたとえば矢印
などで表示することとし、この矢印をＣＴ像やＭＲ像な
どの断層像の上に重ねた状態で、コンピュータ３に接続
された表示装置３１において表示する。また、この求め
られた電流双極子の大きさ・位置・方向は断層像データ
とともに記録装置３２で記録される。

【００２５】なお、上記では被検者の頭部の磁気計測を
行う場合を例として説明したが、このような脳磁計測に
限らず、心磁計測などに適用することもできる。

【００２６】

【発明の効果】以上実施例について説明したように、こ
の発明の生体磁気計測装置によれば、生体に装着したフ
レームにその特徴点を指す指標を持たせるとともに、そ
のフレームに３次元座標入力装置の受信器を固定し、受
信器と指標との位置関係をあらかじめ求めておいて、受
信器の座標を計測することによって特徴点の３次元座標
を入力するため、位置関係の把握が正確で且つ短時間に
行える。また、フレームの指標が生体特徴点を指してい
るかどうかを目視により常に確認できるため、計測デー
タの信頼性が向上するとともに、生体に装着されたフレ
ームがずれた場合、指標が生体特徴点を指すようにフレ
ーム位置を直せばよいので、再現性が良好である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の模式図。

【図２】フレームを表す模式的な斜視図。

【図３】点指定可能なフレームを有する受信器を表す模
式的な斜視図。

【図４】同実施例の全体のブロック図。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　　　　　　　ＳＱＵＩＤセンサ
１１　　　　　　　　　　　　　　デュワー２　　　　
　　　　　　　　　　　　データ収集装置３　　　　　
　　　　　　　　　　　コンピュータ３１　　　　　　
　　　　　　　　表示装置３２　　　　　　　　　　　
　　　記録装置４　　　　　　　　　　　　　　　　３
次元座標入力装置４１　　　　　　　　　　　　　　発
信器４２、４３　　　　　　　　受信器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ＳＱＵＩＤセンサと、このＳＱＵＩＤ
   センサを収納するデュワーと、生体に装着され、その生
   体の特徴点を指す指標を有する非磁性体フレームと、上
   記デュワー及びフレームにそれぞれ取り付けられた３次
   元磁場を発生・受信する発信器及び受信器を有する３次
   元座標入力装置とを備えることを特徴とする生体磁気計
   測装置。