JPH05220124A - 生体磁気計測装置 - Google Patents
生体磁気計測装置Info
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- JPH05220124A JPH05220124A JP4026908A JP2690892A JPH05220124A JP H05220124 A JPH05220124 A JP H05220124A JP 4026908 A JP4026908 A JP 4026908A JP 2690892 A JP2690892 A JP 2690892A JP H05220124 A JPH05220124 A JP H05220124A
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- Japan
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- magnetic field
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- current
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- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】高感度な磁界センサを用いて、生体内から発生
する磁界を測定する生体磁気計測装置に関し、比較的少
ないピックアップコイル数で電流源の分布を精度よく求
めることを目的とする。 【構成】電流源が走査領域１に置いた仮想的な格子点上
に分布すると仮定し、格子点上の各電流源の強度を計測
磁界の強度から計算して、計算値に基づく磁界と計測磁
界との差が最小となる解を求めるに際し、走査領域１に
置く電流ダイポール推定グリッド２を、走査領域１内の
任意の領域にわたり走査する手段を設けることにより構
成する。
する磁界を測定する生体磁気計測装置に関し、比較的少
ないピックアップコイル数で電流源の分布を精度よく求
めることを目的とする。 【構成】電流源が走査領域１に置いた仮想的な格子点上
に分布すると仮定し、格子点上の各電流源の強度を計測
磁界の強度から計算して、計算値に基づく磁界と計測磁
界との差が最小となる解を求めるに際し、走査領域１に
置く電流ダイポール推定グリッド２を、走査領域１内の
任意の領域にわたり走査する手段を設けることにより構
成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高感度な磁界センサを
用いて、生体内から発生する磁界を測定する生体磁気計
測装置において、磁界の発生源となる生体内の活動領域
を位置推定するための技術に関する。
用いて、生体内から発生する磁界を測定する生体磁気計
測装置において、磁界の発生源となる生体内の活動領域
を位置推定するための技術に関する。
【０００２】近年の超伝導デバイス技術の発展に伴い、
ＳＱＵＩＤ ( Superconducting QUantum Interference
Devices ) と呼ばれる高感度な磁界センサを利用した生
体磁気計測装置が、医療診断装置の一つとして実用化さ
れつつある。生体内で生じる電気現象は、同時に微弱な
磁界を発生する。この微弱な磁界分布を計測する装置
は、疾患部位の診断に役立つものとして期待されてい
る。
ＳＱＵＩＤ ( Superconducting QUantum Interference
Devices ) と呼ばれる高感度な磁界センサを利用した生
体磁気計測装置が、医療診断装置の一つとして実用化さ
れつつある。生体内で生じる電気現象は、同時に微弱な
磁界を発生する。この微弱な磁界分布を計測する装置
は、疾患部位の診断に役立つものとして期待されてい
る。
【０００３】しかし、心疾患や脳機能を解明するために
は、測定磁界からその磁界の発生源である電流源の位置
を逆推定する必要がある。そのためには、導体中に短い
電流素片である電流ダイポールを仮定した計算モデルを
用いて、計算磁場と計測磁場とが等しくなるような電流
ダイポールの分布を探していくという逆問題を解く必要
がある。
は、測定磁界からその磁界の発生源である電流源の位置
を逆推定する必要がある。そのためには、導体中に短い
電流素片である電流ダイポールを仮定した計算モデルを
用いて、計算磁場と計測磁場とが等しくなるような電流
ダイポールの分布を探していくという逆問題を解く必要
がある。
【０００４】
【従来の技術】従来の生体磁気計測装置は、図７に示す
ような流れ図に従って動作していた。図面において英字
符Ｓで始まる参照符は、処理番号を示すが、以下、従来
の技術をこの処理番号に沿って説明する。まず、形状デ
ータとして、例えば心臓の電流源推定を行なう場合には
均質無限導体を用い、例えば脳の電流源推定を行なう場
合には均質あるいは多層の同心円導体球を用いる（Ｓ７
０）。
ような流れ図に従って動作していた。図面において英字
符Ｓで始まる参照符は、処理番号を示すが、以下、従来
の技術をこの処理番号に沿って説明する。まず、形状デ
ータとして、例えば心臓の電流源推定を行なう場合には
均質無限導体を用い、例えば脳の電流源推定を行なう場
合には均質あるいは多層の同心円導体球を用いる（Ｓ７
０）。
【０００５】この導体中に仮想電流ダイポールを設定し
（Ｓ７１）、設定に基づく磁場計算を行なう（Ｓ７
２）。一方では、生体が発する磁界を計測し（Ｓ７
３）、計測データをデジタル変換して計算機に取り込む
（Ｓ７４）。この計測データは、計算した磁場と比較さ
れ（Ｓ７５）、一致すれば（Ｓ７６）電流源が表示され
る（Ｓ７８）。不一致の時には、設定値の変更が行なわ
れる（Ｓ７７）。
（Ｓ７１）、設定に基づく磁場計算を行なう（Ｓ７
２）。一方では、生体が発する磁界を計測し（Ｓ７
３）、計測データをデジタル変換して計算機に取り込む
（Ｓ７４）。この計測データは、計算した磁場と比較さ
れ（Ｓ７５）、一致すれば（Ｓ７６）電流源が表示され
る（Ｓ７８）。不一致の時には、設定値の変更が行なわ
れる（Ｓ７７）。
【０００６】仮想電流ダイポールの設定値の変更は、測
定した磁界と算出した磁場との差が小さくなるように行
なう。この計算モデル中では、仮想した一つの電流ダイ
ポールを移動しながら測定磁界と計算磁場との差を比較
している。しかし、この方法では、計算が有限回で収束
しない場合があるばかりでなく、収束する場合であって
も、電流源の正確な位置を求めるまでには多大の時間を
要することとなる。
定した磁界と算出した磁場との差が小さくなるように行
なう。この計算モデル中では、仮想した一つの電流ダイ
ポールを移動しながら測定磁界と計算磁場との差を比較
している。しかし、この方法では、計算が有限回で収束
しない場合があるばかりでなく、収束する場合であって
も、電流源の正確な位置を求めるまでには多大の時間を
要することとなる。
【０００７】更には、似たような出力分布を出す別の解
であるローカルミニマムに陥る可能性もあるので、電流
源の正しい位置推定を行なうことは困難である。このよ
うに、非線形な系の最小二乗法は、反復した演算を必要
とする。これを回避する方法としては、電流ダイポール
の位置を複数とし、その位置を格子点上に固定し、問題
を線形な系に置き換える方法があり、以下の論文に発表
されている。
であるローカルミニマムに陥る可能性もあるので、電流
源の正しい位置推定を行なうことは困難である。このよ
うに、非線形な系の最小二乗法は、反復した演算を必要
とする。これを回避する方法としては、電流ダイポール
の位置を複数とし、その位置を格子点上に固定し、問題
を線形な系に置き換える方法があり、以下の論文に発表
されている。
【０００８】 Brain Jeffs, Richard Leahy and Manb
ir Singh:"An Evaluation ofMethods for Neuromagneti
c Image Reconstruction",IEEE Transactions onBiomed
ical Engineering,Vol.BME-34,No.9,September 1987; Warren E. Smith, William J. Dallas, Walter H. K
ullmann and Heidi H.Schlitt : "Linear estimation t
heory applied to the reconstruction of a3-D vector
current distribution", Applied Optics, Vol.29, N
o.5(1990); Jukka Sarvas:"Basic mathematical and electromag
netic concepts of the biomagnetic inverse proble
m".
ir Singh:"An Evaluation ofMethods for Neuromagneti
c Image Reconstruction",IEEE Transactions onBiomed
ical Engineering,Vol.BME-34,No.9,September 1987; Warren E. Smith, William J. Dallas, Walter H. K
ullmann and Heidi H.Schlitt : "Linear estimation t
heory applied to the reconstruction of a3-D vector
current distribution", Applied Optics, Vol.29, N
o.5(1990); Jukka Sarvas:"Basic mathematical and electromag
netic concepts of the biomagnetic inverse proble
m".
【０００９】次に、測定磁界と仮想電流ダイポールの電
流強度とを連立一次方程式で表わし、測定磁界と計算磁
場との差に関しての最小二乗解を求める方法について説
明する。ピックアップコイルが拾う測定磁界と各格子点
上の仮想電流ダイポールの電流密度とを連立一次方程式
で表わすには、仮想電流ダイポールの分布を固定した三
次元の格子点上に定める。
流強度とを連立一次方程式で表わし、測定磁界と計算磁
場との差に関しての最小二乗解を求める方法について説
明する。ピックアップコイルが拾う測定磁界と各格子点
上の仮想電流ダイポールの電流密度とを連立一次方程式
で表わすには、仮想電流ダイポールの分布を固定した三
次元の格子点上に定める。
【００１０】いま、ｎ個の仮想電流ダイポールの各三方
向の電流強度を（ｑ1x，ｑ1y，ｑ1z），・・・，
（ｑnx，ｑny，ｑnz）とし、位置を（ｘ1'，ｙ1'，
ｚ1'），・・・，（ｘn'，ｙn'，ｚn'）とする。また、
ｍ個のピックアップコイルの設置場所における磁界強度
を（ｂ1x，ｂ1y，ｂ1z），・・・，（ｂmx，ｂmy，
ｂmz）とし、その位置を（ｘ1，ｙ1，ｚ1），・・・，
（ｘm，ｙm，ｚm）とする。
向の電流強度を（ｑ1x，ｑ1y，ｑ1z），・・・，
（ｑnx，ｑny，ｑnz）とし、位置を（ｘ1'，ｙ1'，
ｚ1'），・・・，（ｘn'，ｙn'，ｚn'）とする。また、
ｍ個のピックアップコイルの設置場所における磁界強度
を（ｂ1x，ｂ1y，ｂ1z），・・・，（ｂmx，ｂmy，
ｂmz）とし、その位置を（ｘ1，ｙ1，ｚ1），・・・，
（ｘm，ｙm，ｚm）とする。
【００１１】このとき、ビオサバールの法則により、測
定磁界ｂは、仮想電流ダイポールの電流強度ｑを用い
て、 ｂ1 ＝ ａ11ｑ1 ＋ ａ12ｑ2 ＋ ａ13ｑ3 ＋ ・・・ ＋ ａ1nｑn ｂ2 ＝ ａ21ｑ1 ＋ ａ22ｑ2 ＋ ａ23ｑ3 ＋ ・・・ ＋ ａ2nｑn ・ ・ ・ ・ ・ ｂm ＝ ａm1ｑ1 ＋ ａm2ｑ2 ＋ ａm3ｑ3 ＋ ・・・ ＋ ａmnｑn と表わすことができる。ただし、
定磁界ｂは、仮想電流ダイポールの電流強度ｑを用い
て、 ｂ1 ＝ ａ11ｑ1 ＋ ａ12ｑ2 ＋ ａ13ｑ3 ＋ ・・・ ＋ ａ1nｑn ｂ2 ＝ ａ21ｑ1 ＋ ａ22ｑ2 ＋ ａ23ｑ3 ＋ ・・・ ＋ ａ2nｑn ・ ・ ・ ・ ・ ｂm ＝ ａm1ｑ1 ＋ ａm2ｑ2 ＋ ａm3ｑ3 ＋ ・・・ ＋ ａmnｑn と表わすことができる。ただし、
【００１２】
【数１】
【００１３】である。ここで、仮想電流ダイポールの電
流強度を成分とする列ベクトル｛ｑ1，ｑ2，・・・，ｑ
n｝TをＱとする。また、測定磁界を成分とする列ベクト
ル｛ｂ1，ｂ2，・・・，ｂm｝TをＢとし、前掲した連立
一次方程式の係数行列［ａij］をＡとする。このとき、
Ｂ＝ＡＱが成り立つ。
流強度を成分とする列ベクトル｛ｑ1，ｑ2，・・・，ｑ
n｝TをＱとする。また、測定磁界を成分とする列ベクト
ル｛ｂ1，ｂ2，・・・，ｂm｝TをＢとし、前掲した連立
一次方程式の係数行列［ａij］をＡとする。このとき、
Ｂ＝ＡＱが成り立つ。
【００１４】この式は、仮想電流ダイポールの設定位置
（ｘ1'，ｙ1'，ｚ1'），・・・，（ｘn'，ｙn'，ｚn'）
と、ピックアップコイルの設置場所（ｘ1，ｙ1，
ｚ1），・・・，（ｘm，ｙm，ｚm）とで決定される線形
な方程式である。この方程式を解くことで、仮想電流ダ
イポールの密度分布Ｑを求めることができる。以下、そ
の求め方について説明する。
（ｘ1'，ｙ1'，ｚ1'），・・・，（ｘn'，ｙn'，ｚn'）
と、ピックアップコイルの設置場所（ｘ1，ｙ1，
ｚ1），・・・，（ｘm，ｙm，ｚm）とで決定される線形
な方程式である。この方程式を解くことで、仮想電流ダ
イポールの密度分布Ｑを求めることができる。以下、そ
の求め方について説明する。
【００１５】係数行列Ａが正方行列で、かつ、その列ベ
クトルが互いに独立している正則行列である場合には、
係数行列Ａには、逆行列Ａ-1が存在する。よって、電流
ダイポールＱは、 Ｑ ＝ Ａ-1Ｂ ＜式５０＞ から直接解くことができる。
クトルが互いに独立している正則行列である場合には、
係数行列Ａには、逆行列Ａ-1が存在する。よって、電流
ダイポールＱは、 Ｑ ＝ Ａ-1Ｂ ＜式５０＞ から直接解くことができる。
【００１６】しかし、一般に係数行列Ａは正方行列では
ないので、逆行列を直接求めることはできない。すなわ
ち、一意な解は存在しない。しかし、係数行列Ａとその
転置行列ＡTとの積は正方行列となるので、係数行列Ａ
の列ベクトルが互いに独立していれば、行列ＡTＡには
逆行列（ＡTＡ）-1が存在する。
ないので、逆行列を直接求めることはできない。すなわ
ち、一意な解は存在しない。しかし、係数行列Ａとその
転置行列ＡTとの積は正方行列となるので、係数行列Ａ
の列ベクトルが互いに独立していれば、行列ＡTＡには
逆行列（ＡTＡ）-1が存在する。
【００１７】このとき、正規方程式 Ｑ ＝ （ＡTＡ）-1ＡTＢ ＜式６０＞ により、測定値Ｂmと計算値Ｂc＝ＡＱcとの差の二乗和 Σ （Ｂm−Ｂc）2 が最小となる最小二乗解を求めることができる（ Gil
bert Strang : LinearAlgebra and its Application
s）。
bert Strang : LinearAlgebra and its Application
s）。
【００１８】また、Ａの列ベクトルが独立していない階
数落ち”ｒａｎｋ（Ａ）＜ｎ”の場合には、ＡTＡの逆
行列は存在しない。この場合には、一意な解を求めるこ
とができない。しかし、このような場合には、特異値分
解という手法を利用することができる。
数落ち”ｒａｎｋ（Ａ）＜ｎ”の場合には、ＡTＡの逆
行列は存在しない。この場合には、一意な解を求めるこ
とができない。しかし、このような場合には、特異値分
解という手法を利用することができる。
【００１９】任意のｍ×ｎ行列Ａは、ｍ×ｍの直交行列
Ｕと、ｍ×ｎの対角行列Λと、ｎ×ｎの直交行列Ｖとに
より、 Ａ ＝ ＵΛＶT に分解することが可能である。
Ｕと、ｍ×ｎの対角行列Λと、ｎ×ｎの直交行列Ｖとに
より、 Ａ ＝ ＵΛＶT に分解することが可能である。
【００２０】なお、ΛはＡＡT及びＡTＡの固有値の平方
根λ（特異値と呼ぶ）を大きい順に対角上に並べた対角
行列である。ＵはＡＡTの固有ベクトルで構成され、Ｖ
はＡTＡの固有ベクトルで構成される（ George E, Fo
rsythe, Michael A. Macolmand Cleave B. Moler : Com
puter Methods for Mathematical Computations,Prenti
ce-Hall, New Jersey, 1978）。
根λ（特異値と呼ぶ）を大きい順に対角上に並べた対角
行列である。ＵはＡＡTの固有ベクトルで構成され、Ｖ
はＡTＡの固有ベクトルで構成される（ George E, Fo
rsythe, Michael A. Macolmand Cleave B. Moler : Com
puter Methods for Mathematical Computations,Prenti
ce-Hall, New Jersey, 1978）。
【００２１】このとき、前掲した＜式５０＞の最小二乗
最小ノルム解Ｑ+は、 Ｑ+ ＝ ＶΛ+ＵTＢm ＝ Ａ+Ｂm ＜式７０＞ より求めることができる。
最小ノルム解Ｑ+は、 Ｑ+ ＝ ＶΛ+ＵTＢm ＝ Ａ+Ｂm ＜式７０＞ より求めることができる。
【００２２】ここで、Λ+はΛの対角成分λの逆数 λ+ ＝ １／λ を対角成分とする対角行列である。また、Ａ+は、逆行
列Ａ-1をｎ×ｎの正方行列からｍ×ｎの任意な次数の行
列に拡張したものであり、擬似逆行列と呼ばれる（前掲
論文）。
列Ａ-1をｎ×ｎの正方行列からｍ×ｎの任意な次数の行
列に拡張したものであり、擬似逆行列と呼ばれる（前掲
論文）。
【００２３】このような正規方程式を用いる一般逆行列
による手法あるいは特異値分解を用いる手法は、複数の
電流ダイポールを仮定している。そのため、複数個の電
流ダイポールの密度分布を求める際には有効な方法であ
る。一度正規方程式または特異値分解により逆行列の係
数が求まれば、＜式６０＞及び＜式７０＞から計測値Ｂ
mに係数行列Ａ+を乗ずるだけで電流源の密度分布Ｑcが
求まる。
による手法あるいは特異値分解を用いる手法は、複数の
電流ダイポールを仮定している。そのため、複数個の電
流ダイポールの密度分布を求める際には有効な方法であ
る。一度正規方程式または特異値分解により逆行列の係
数が求まれば、＜式６０＞及び＜式７０＞から計測値Ｂ
mに係数行列Ａ+を乗ずるだけで電流源の密度分布Ｑcが
求まる。
【００２４】このような複数個の電流ダイポールを仮定
した計算モデルによる手法は、図７に示すような、一つ
の仮想電流ダイポールを動かしながら位置推定を行なう
非線形な最小二乗法を解く手法に比べて、高速に電流ダ
イポールの密度分布を求めることができる。
した計算モデルによる手法は、図７に示すような、一つ
の仮想電流ダイポールを動かしながら位置推定を行なう
非線形な最小二乗法を解く手法に比べて、高速に電流ダ
イポールの密度分布を求めることができる。
【００２５】しかし、このような連立一次方程式の最小
二乗解から、電流ダイポールの電流強度分布を正確に求
めるためには、磁界センサの個数ｍを仮想電流ダイポー
ルの設定個数ｎと等しいか、それ以上の数にしなくては
ならない。
二乗解から、電流ダイポールの電流強度分布を正確に求
めるためには、磁界センサの個数ｍを仮想電流ダイポー
ルの設定個数ｎと等しいか、それ以上の数にしなくては
ならない。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】従って、医療診断に必
要な数ミリメートルの精度で、電流ダイポールの位置推
定を行なうためには、莫大な数のピツクアップコイル
と、その磁界強度を測定するためのＳＱＵＩＤ磁束計が
必要となる。以上の理由により、従来では、生体内の磁
界分布の変化を実時間で表示する診断装置を実現するこ
とは困難であるという問題点があった。
要な数ミリメートルの精度で、電流ダイポールの位置推
定を行なうためには、莫大な数のピツクアップコイル
と、その磁界強度を測定するためのＳＱＵＩＤ磁束計が
必要となる。以上の理由により、従来では、生体内の磁
界分布の変化を実時間で表示する診断装置を実現するこ
とは困難であるという問題点があった。
【００２７】本発明は、このような従来の問題点に鑑
み、電流源推定の方法として、正規方程式や特異値分解
法を用いて連立一次方程式の最小二乗解を求める手法を
利用すると共に、比較的少ないピックアップコイル数で
電流源の分布を精度よく求め、その分布範囲を任意の大
きさに拡大表示する機能を有する生体磁気計測装置を提
供することを目的とする。
み、電流源推定の方法として、正規方程式や特異値分解
法を用いて連立一次方程式の最小二乗解を求める手法を
利用すると共に、比較的少ないピックアップコイル数で
電流源の分布を精度よく求め、その分布範囲を任意の大
きさに拡大表示する機能を有する生体磁気計測装置を提
供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述の
目的は、前記特許請求の範囲に記載した手段にて達成さ
れる。
目的は、前記特許請求の範囲に記載した手段にて達成さ
れる。
【００２９】すなわち、請求項１の発明は、複数のピッ
クアップコイルを有する高感度な磁束計を用いて、生体
が発する磁気を計測することによって、生体内に存在す
る一つまたは複数の電流源の位置推定を行ない、その結
果を表示する装置であって、電流源が計測領域内に置い
た仮想的な格子点上に分布すると仮定し、格子点上の各
電流源の強度を計測磁界の強度から計算して、計算値に
基づく磁界と計測磁界との差が最小となる解を出力する
ように動作し、計測領域内に置く前記格子を、任意の領
域にわたり走査する手段を具備する生体磁気計測装置で
ある。
クアップコイルを有する高感度な磁束計を用いて、生体
が発する磁気を計測することによって、生体内に存在す
る一つまたは複数の電流源の位置推定を行ない、その結
果を表示する装置であって、電流源が計測領域内に置い
た仮想的な格子点上に分布すると仮定し、格子点上の各
電流源の強度を計測磁界の強度から計算して、計算値に
基づく磁界と計測磁界との差が最小となる解を出力する
ように動作し、計測領域内に置く前記格子を、任意の領
域にわたり走査する手段を具備する生体磁気計測装置で
ある。
【００３０】また、請求項２の発明は、格子点上の各電
流源の強度と、各ピックアップコイルが検出する計測磁
界の強度との関係を、物理法則に基づいて連立一次方程
式で表わし、その係数行列の正規方程式を解くことによ
って電流源の強度分布を計算する手段を具備する生体磁
気計測装置である。
流源の強度と、各ピックアップコイルが検出する計測磁
界の強度との関係を、物理法則に基づいて連立一次方程
式で表わし、その係数行列の正規方程式を解くことによ
って電流源の強度分布を計算する手段を具備する生体磁
気計測装置である。
【００３１】また、請求項３の発明は、格子点上の各電
流源の強度と、各ピックアップコイルが検出する計測磁
界の強度との関係を、物理法則に基づいて連立一次方程
式で表わし、その係数行列を特異値分解して、最小二乗
最小ノルム解から電流源の強度分布を計算する手段を具
備する生体磁気計測装置である。
流源の強度と、各ピックアップコイルが検出する計測磁
界の強度との関係を、物理法則に基づいて連立一次方程
式で表わし、その係数行列を特異値分解して、最小二乗
最小ノルム解から電流源の強度分布を計算する手段を具
備する生体磁気計測装置である。
【００３２】また、請求項４の発明は、特異値分解し
て、最小二乗最小ノルム解を求める場合における特異値
の累積数を、初期の位置推定では少なく設定し、徐々に
増加させる手段を具備する生体磁気計測装置である。
て、最小二乗最小ノルム解を求める場合における特異値
の累積数を、初期の位置推定では少なく設定し、徐々に
増加させる手段を具備する生体磁気計測装置である。
【００３３】また、請求項５の発明は、特異値分解し
て、最小二乗最小ノルム解を求める場合における特異値
の累積数の設定を、各格子点ごとに独立して行なう手段
を具備する生体磁気計測装置である。
て、最小二乗最小ノルム解を求める場合における特異値
の累積数の設定を、各格子点ごとに独立して行なう手段
を具備する生体磁気計測装置である。
【００３４】また、請求項６の発明は、格子を走査する
ことによって得られる複数の電流源の強度分布を積算
し、全体の強度分布を再構成する手段を具備する生体磁
気計測装置である。
ことによって得られる複数の電流源の強度分布を積算
し、全体の強度分布を再構成する手段を具備する生体磁
気計測装置である。
【００３５】また、請求項７の発明は、個々の電流源の
強度分布に対して、既知の医学的情報に基づいて予め決
められた重み付け係数を乗算し、その乗算結果を積算す
る手段を具備する生体磁気計測装置である。
強度分布に対して、既知の医学的情報に基づいて予め決
められた重み付け係数を乗算し、その乗算結果を積算す
る手段を具備する生体磁気計測装置である。
【００３６】
【作用】本発明では、図１に示すように、電流ダイポー
ルが存在する可能性がある領域である走査領域１の一部
の領域に、電流ダイポール推定グリッド２を設定する。
そして、電流ダイポール存在可能領域の中で、電流ダイ
ポール推定グリッド２を移動させながら、正規方程式ま
たは特異値分解により一般逆行列Ａ+を求める。続い
て、この一般逆行列Ａ+を、最初に求めた計測磁界Ｂmに
乗じる。
ルが存在する可能性がある領域である走査領域１の一部
の領域に、電流ダイポール推定グリッド２を設定する。
そして、電流ダイポール存在可能領域の中で、電流ダイ
ポール推定グリッド２を移動させながら、正規方程式ま
たは特異値分解により一般逆行列Ａ+を求める。続い
て、この一般逆行列Ａ+を、最初に求めた計測磁界Ｂmに
乗じる。
【００３７】こうして、各格子位置での電流ダイポール
の分布を求めたならば、その分布の重ね合わせから、元
の存在可能領域全体の電流ダイポールＱc分布の再構成
を行なう。このように少数の電流ダイポールを載せた小
さい格子を移動させながら、電流源の推定を行なうこと
で、比較的少ないピックアップコイル数でより分解能の
高い逆推定が可能となる。
の分布を求めたならば、その分布の重ね合わせから、元
の存在可能領域全体の電流ダイポールＱc分布の再構成
を行なう。このように少数の電流ダイポールを載せた小
さい格子を移動させながら、電流源の推定を行なうこと
で、比較的少ないピックアップコイル数でより分解能の
高い逆推定が可能となる。
【００３８】図１において、ピックアップコイル３〜７
は、心臓８の存在する領域にある電流ダイポール９から
発せられる磁界を測定している。なお、このように磁場
強度と電流ダイポールとの関係を連立一次方程式で表わ
し、正規方程式から一般逆行列を求める手法において、
初期推定値を元に電流ダイポール強度の大きい部分を更
に細分割する手法は、次の論文において公知である。
は、心臓８の存在する領域にある電流ダイポール９から
発せられる磁界を測定している。なお、このように磁場
強度と電流ダイポールとの関係を連立一次方程式で表わ
し、正規方程式から一般逆行列を求める手法において、
初期推定値を元に電流ダイポール強度の大きい部分を更
に細分割する手法は、次の論文において公知である。
【００３９】( Y.C.Okada, J.C.Huang : "Current De
nsity Imaging as a method ofvisualizing neuronal a
ctivity of the brain", Society for NeuroscienceAbs
tructs, 509.16(1990)p1241) しかし、この公知例で
は、電流ダイポールの設定点が細分割により増加するた
め、細分割に際しては、ピックアップコイル数による制
限を受けるという欠点がある。
nsity Imaging as a method ofvisualizing neuronal a
ctivity of the brain", Society for NeuroscienceAbs
tructs, 509.16(1990)p1241) しかし、この公知例で
は、電流ダイポールの設定点が細分割により増加するた
め、細分割に際しては、ピックアップコイル数による制
限を受けるという欠点がある。
【００４０】
【実施例】図２は、本発明の一実施例を示す図であり、
脳磁界から電流源の位置推定を行なう場合の生体磁気計
測装置の構成例を示す。図２において、ピックアップコ
イル１５は、人体頭部１０から生じる磁界を捕らえる。
デュワー１７の中に入れたＳＱＵＩＤアレイ１６は、磁
界信号をその強さに比例した電気信号に変換する。ＳＱ
ＵＩＤチップ制御回路１８は、アナログ信号をデジタル
信号に変換する。
脳磁界から電流源の位置推定を行なう場合の生体磁気計
測装置の構成例を示す。図２において、ピックアップコ
イル１５は、人体頭部１０から生じる磁界を捕らえる。
デュワー１７の中に入れたＳＱＵＩＤアレイ１６は、磁
界信号をその強さに比例した電気信号に変換する。ＳＱ
ＵＩＤチップ制御回路１８は、アナログ信号をデジタル
信号に変換する。
【００４１】計算機１９は、このデジタル信号を取り込
み、人体頭部１１の磁界分布を逆推定する。同時に、計
算機１９は、測定データとともにＭＲＩデータ画像入力
装置２１から画像データを得る。そして、電流ダイポー
ルの分布と人体頭部１０の断層像とが表示装置２０に出
力される。なお、電波ベクトルセンサ１４は、発信機１
３の送信電波を受信する。
み、人体頭部１１の磁界分布を逆推定する。同時に、計
算機１９は、測定データとともにＭＲＩデータ画像入力
装置２１から画像データを得る。そして、電流ダイポー
ルの分布と人体頭部１０の断層像とが表示装置２０に出
力される。なお、電波ベクトルセンサ１４は、発信機１
３の送信電波を受信する。
【００４２】電流ダイポールの存在可能領域全体にわた
る磁界分布を求めるためのハードウェア構成の一例を図
３に示す。図３において、各行列乗算回路３１〜３４
は、ＳＱＵＩＤ磁束計３０が出力する計測データと、各
走査位置での係数行列の逆行列Ａ-1 (i)とを乗算する。
こうして、各格子位置における電流ダイポールの密度分
布Ｑ(i)を求める。
る磁界分布を求めるためのハードウェア構成の一例を図
３に示す。図３において、各行列乗算回路３１〜３４
は、ＳＱＵＩＤ磁束計３０が出力する計測データと、各
走査位置での係数行列の逆行列Ａ-1 (i)とを乗算する。
こうして、各格子位置における電流ダイポールの密度分
布Ｑ(i)を求める。
【００４３】乗算器３５〜３８は、ＭＲＩの画像データ
や医学的情報を元に、格子点ごとに予め定められる重み
付け係数を保持している。そして、この重み付け係数を
電流分布Ｑ(i)に乗じる際に、重ね合わせによる誤差が
最小になるように、乗算器３５〜３８は、予め加工して
おくようにする。
や医学的情報を元に、格子点ごとに予め定められる重み
付け係数を保持している。そして、この重み付け係数を
電流分布Ｑ(i)に乗じる際に、重ね合わせによる誤差が
最小になるように、乗算器３５〜３８は、予め加工して
おくようにする。
【００４４】加算回路３９は、各格子上に分布するデー
タＱ(i)を、推定可能領域全体にわたる分布のデータに
なるように振り分ける。こうして、全体の分布を再構成
することが可能になる。なお、このような回路構成に相
当する演算は、計算機を用いて、ソフトウェアで実施す
ることも可能である。
タＱ(i)を、推定可能領域全体にわたる分布のデータに
なるように振り分ける。こうして、全体の分布を再構成
することが可能になる。なお、このような回路構成に相
当する演算は、計算機を用いて、ソフトウェアで実施す
ることも可能である。
【００４５】図４は、逆推定のためのアルゴリズムの一
例を示す流れ図である。図４においては、まず、関心領
域の磁場を測定する（Ｓ４０）。次に、関心領域を小さ
な格子に分割し、その格子についての係数行列を、磁界
センサの設置位置と格子設定位置とから求める（Ｓ４
１）。続いて、正規方程式または特異値分解により、各
格子上における一般逆行列Ａ+ (i)を求める（Ｓ４２）。
例を示す流れ図である。図４においては、まず、関心領
域の磁場を測定する（Ｓ４０）。次に、関心領域を小さ
な格子に分割し、その格子についての係数行列を、磁界
センサの設置位置と格子設定位置とから求める（Ｓ４
１）。続いて、正規方程式または特異値分解により、各
格子上における一般逆行列Ａ+ (i)を求める（Ｓ４２）。
【００４６】処理Ｓ４０で計測した磁場分布Ｂには、一
般逆行列を乗じて、各推定分布Ｑ(i )を求める（Ｓ４
３）。この推定値Ｑ(i)各々には、重み付け係数を乗算
して（Ｓ４４）、乗算結果を全格子上に展開しながら積
算を行ない、関心領域全体の分布を求める（Ｓ４５）。
最後に、電流ダイポールの分布を、色や輝度変化をつけ
た画像データに変換し、ＭＲＩデータと共に表示装置に
出力する（Ｓ４６）。
般逆行列を乗じて、各推定分布Ｑ(i )を求める（Ｓ４
３）。この推定値Ｑ(i)各々には、重み付け係数を乗算
して（Ｓ４４）、乗算結果を全格子上に展開しながら積
算を行ない、関心領域全体の分布を求める（Ｓ４５）。
最後に、電流ダイポールの分布を、色や輝度変化をつけ
た画像データに変換し、ＭＲＩデータと共に表示装置に
出力する（Ｓ４６）。
【００４７】図５は、本発明の他の実施例を示す図であ
る。上述した図１では、電流ダイポール推定グリッド２
を平面状にとっていた。一方、図５では、電流ダイポー
ル推定グリッド５１の形状を三次元の直方体状にとって
ある。電流ダイポールの存在可能領域である走査領域５
０は、三次元に広がっているので、位置推定を三次元分
布で行なうことによる分解能の向上が図れる。
る。上述した図１では、電流ダイポール推定グリッド２
を平面状にとっていた。一方、図５では、電流ダイポー
ル推定グリッド５１の形状を三次元の直方体状にとって
ある。電流ダイポールの存在可能領域である走査領域５
０は、三次元に広がっているので、位置推定を三次元分
布で行なうことによる分解能の向上が図れる。
【００４８】なお、この場合には、磁界センサの配列を
二次元平面に拡大することが望まれる。図５では、ピッ
クアップコイル５２の図示を一部省略してある。実際に
は、ピックアップコイル５２は、二次元平面一帯に拡大
して設けてあり、走査領域５０全体の磁界を計測してい
る。
二次元平面に拡大することが望まれる。図５では、ピッ
クアップコイル５２の図示を一部省略してある。実際に
は、ピックアップコイル５２は、二次元平面一帯に拡大
して設けてあり、走査領域５０全体の磁界を計測してい
る。
【００４９】図６は、本発明のその他の実施例を示す図
である。上述した図１では、走査する格子を存在可能領
域よりも小さくとったが、この図６では、電流ダイポー
ル推定グリッド６１，６３を存在可能領域全体に粗く設
定してある。電流ダイポール推定グリッド６１，６３の
移動を、走査範囲６０，６２の狭い範囲に限ることで、
格子間を含めた広い範囲内において、精度の高い逆推定
が可能である。
である。上述した図１では、走査する格子を存在可能領
域よりも小さくとったが、この図６では、電流ダイポー
ル推定グリッド６１，６３を存在可能領域全体に粗く設
定してある。電流ダイポール推定グリッド６１，６３の
移動を、走査範囲６０，６２の狭い範囲に限ることで、
格子間を含めた広い範囲内において、精度の高い逆推定
が可能である。
【００５０】また、図２及び図３においては、電流ダイ
ポールが各推定格子の上に存在する場合について示し
た。しかし、係数行列Ａの階数ｒまでの全ての特異値 Λ ＝ ｛λ1，λ2，・・・，λr｝ を使って、格子状にない電流ダイポールを再構成する場
合には、格子上にない電流ダイポールの影響が大きくな
るために位置推定ができない。
ポールが各推定格子の上に存在する場合について示し
た。しかし、係数行列Ａの階数ｒまでの全ての特異値 Λ ＝ ｛λ1，λ2，・・・，λr｝ を使って、格子状にない電流ダイポールを再構成する場
合には、格子上にない電流ダイポールの影響が大きくな
るために位置推定ができない。
【００５１】そこで、特異値の累積数を操作して、特異
値の大きなものから ｑi ＝ Σλiｖiｕiｂ によって順に加算していき、ある程度の位置推定ができ
るところで積算を止める手法が考えられる。この手法で
は分解能が若干劣化するが、電流ダイポールの分布範囲
を推定することができる再構成像を得ることができる。
値の大きなものから ｑi ＝ Σλiｖiｕiｂ によって順に加算していき、ある程度の位置推定ができ
るところで積算を止める手法が考えられる。この手法で
は分解能が若干劣化するが、電流ダイポールの分布範囲
を推定することができる再構成像を得ることができる。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
生体から発生する磁界から電流源の位置推定を比較的少
ないピックアップコイル数で精度よく行なうことが可能
となる。そのため、心疾患や脳疾患の診断にたいへん役
立つこととなり、係る生体磁気計測装置の性能向上に寄
与するところが大きい。
生体から発生する磁界から電流源の位置推定を比較的少
ないピックアップコイル数で精度よく行なうことが可能
となる。そのため、心疾患や脳疾患の診断にたいへん役
立つこととなり、係る生体磁気計測装置の性能向上に寄
与するところが大きい。
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】本発明の一実施例を示す図である。
【図３】演算回路の構成例を示す図である。
【図４】逆推定のためのアルゴリズムの一例を示す流れ
図である。
図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す図である。
【図６】本発明のその他の実施例を示す図である。
【図７】従来の技術を説明する図である。
１，５０，６０，６２ 走査領域 ２，５１，６１，６３ 電流ダイポール推定グリッド ３〜７，１５，５２ ピックアップコイル ８ 心臓 ９，１２ 電流ダイポール １１ 人体頭部 １３ 発振機 １４ 電波ベクトルセンサ １６ ＳＱＵＩＤアレイ １７ デュワー １８ ＳＱＵＩＤチップ制御回路 １９ 計算機 ２０ 表示装置 ２１ ＭＲＩデータ画像入力装置 ３０ ＳＱＵＩＤ磁束計 ３１〜３４ 行列乗算演算回路 ３５〜３８ 乗算器 ３９ 加算回路
Claims (8)
- 【請求項１】複数のピックアップコイルを有する高感度
な磁束計を用いて、生体が発する磁気を計測することに
よって、生体内に存在する一つまたは複数の電流源の位
置推定を行ない、その結果を表示する装置であって、 電流源が計測領域内に置いた仮想的な格子点上に分布す
ると仮定し、格子点上の各電流源の強度を計測磁界の強
度から計算するように動作し、計測領域内に置く前記格
子を、任意の領域にわたり走査する手段を具備すること
を特徴とする生体磁気計測装置。 - 【請求項２】電流源が計測領域内に置いた仮想的な格子
点上に分布すると仮定し、格子点上の各電流源の強度を
計測磁界の強度から計算して、計算値に基づく磁界と計
測磁界との差が最小となる解を出力するように動作し、
計測領域内に置く前記格子を、任意の領域にわたり走査
する手段を具備する請求項１記載の生体磁気計測装置。 - 【請求項３】格子点上の各電流源の強度と、各ピックア
ップコイルが検出する計測磁界の強度との関係を、物理
法則に基づいて連立一次方程式で表わし、その係数行列
の正規方程式を解くことによって電流源の強度分布を計
算する手段を具備する請求項１記載の生体磁気計測装
置。 - 【請求項４】格子点上の各電流源の強度と、各ピックア
ップコイルが検出する計測磁界の強度との関係を、物理
法則に基づいて連立一次方程式で表わし、その係数行列
を特異値分解して、最小二乗最小ノルム解から電流源の
強度分布を計算する手段を具備する請求項１記載の生体
磁気計測装置。 - 【請求項５】特異値分解して、最小二乗最小ノルム解を
求める場合における特異値の累積数を、初期の位置推定
では少なく設定し、徐々に増加させる手段を具備する請
求項３記載の生体磁気計測装置。 - 【請求項６】特異値分解して、最小二乗最小ノルム解を
求める場合における特異値の累積数の設定を、各格子点
ごとに独立して行なう手段を具備する請求項３記載の生
体磁気計測装置。 - 【請求項７】格子を走査することによって得られる複数
の電流源の強度分布を積算し、全体の強度分布を再構成
する手段を具備する請求項１記載の生体磁気計測装置。 - 【請求項８】個々の電流源の強度分布に対して、既知の
医学的情報に基づいて予め決められた重み付け係数を乗
算し、その乗算結果を積算する手段を具備する請求項６
記載の生体磁気計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4026908A JPH05220124A (ja) | 1992-02-13 | 1992-02-13 | 生体磁気計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4026908A JPH05220124A (ja) | 1992-02-13 | 1992-02-13 | 生体磁気計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05220124A true JPH05220124A (ja) | 1993-08-31 |
Family
ID=12206321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4026908A Withdrawn JPH05220124A (ja) | 1992-02-13 | 1992-02-13 | 生体磁気計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05220124A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5601081A (en) * | 1993-06-04 | 1997-02-11 | Shimdaszu Corporation | Method and apparatus for deducing bioelectric current sources |
| US6941165B2 (en) * | 2000-07-18 | 2005-09-06 | Japan Science And Technology Corporation | Cardiac magnetic field diagnosing apparatus by late ventricular potential and method of locating intramyocardial excitement uneven propagation portion |
| JP2007236737A (ja) * | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Kanazawa Inst Of Technology | 電流素片推定方法および装置 |
| JP2014176757A (ja) * | 2009-10-06 | 2014-09-25 | Seiko Epson Corp | 磁気データから電流情報を得るプログラムおよび磁気データから電流情報を得るコンピューターシステム |
-
1992
- 1992-02-13 JP JP4026908A patent/JPH05220124A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5601081A (en) * | 1993-06-04 | 1997-02-11 | Shimdaszu Corporation | Method and apparatus for deducing bioelectric current sources |
| US5671740A (en) * | 1993-06-04 | 1997-09-30 | Shimadzu Corporation | Method and apparatus for deducing bioelectric current sources |
| US5682889A (en) * | 1993-06-04 | 1997-11-04 | Shimadzu Corporation | Method and apparatus for deducing bioelectric current sources |
| US5755227A (en) * | 1993-06-04 | 1998-05-26 | Shimadzu Corporation | Method and apparatus for deducing bioelectric current sources |
| US6941165B2 (en) * | 2000-07-18 | 2005-09-06 | Japan Science And Technology Corporation | Cardiac magnetic field diagnosing apparatus by late ventricular potential and method of locating intramyocardial excitement uneven propagation portion |
| JP2007236737A (ja) * | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Kanazawa Inst Of Technology | 電流素片推定方法および装置 |
| JP2014176757A (ja) * | 2009-10-06 | 2014-09-25 | Seiko Epson Corp | 磁気データから電流情報を得るプログラムおよび磁気データから電流情報を得るコンピューターシステム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990518 |