JP2022153083A - Measurement device, method for measurement, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、計測装置、計測方法、およびプログラムに関する。 The present invention relates to a measuring device, a measuring method, and a program.
従来、生体の診断のために、断層画像等を取得する方法がある(特許文献1-3参照)。このような方法の1つとして、生体の周囲に複数の電極を配置し、電流を流して測定した他の電極間の電位差によって、生体内の電気伝導度の分布を検出し、当該分布から生体の断面の画像を得る電気インピーダンストモグラフィー(EIT)がある。
特許文献1 米国特許出願公開第2017/0303991号明細書
特許文献2 国際公開第2011/086512号
特許文献3 国際公開第2010/113067号
Conventionally, there is a method of acquiring a tomographic image or the like for diagnosis of a living body (see
本発明の第1の態様においては、計測装置を提供する。計測装置は、生体の周囲に横並びで配置される、生体の周方向が短手方向となる縦長形状の複数の電極を有する電極ユニットを備えてよい。計測装置は、複数の磁気センサセルを有し、三次元空間内の複数の箇所において3軸方向の入力磁場を検出可能な磁気センサアレイを備えてよい。計測装置は、複数の電極のうちの少なくとも1つの電極対により生体に電流を流す電流印加部を備えてよい。計測装置は、生体に電流を流している間に磁気センサアレイが生体から検出した入力磁場に基づく計測データを取得する計測データ取得部を備えてよい。計測装置は、計測データに基づいて、生体内に流れる電流又は生体内の伝導率を推定する推定部を備えてよい。 SUMMARY OF THE INVENTION In a first aspect of the invention, a measurement device is provided. The measuring device may include an electrode unit having a plurality of vertically elongated electrodes arranged side by side around the living body, with the lateral direction being the circumferential direction of the living body. The measuring device may include a magnetic sensor array that has a plurality of magnetic sensor cells and is capable of detecting input magnetic fields in three axial directions at a plurality of locations in a three-dimensional space. The measuring device may include a current applying section that applies a current to the living body using at least one electrode pair of the plurality of electrodes. The measurement device may include a measurement data acquisition unit that acquires measurement data based on an input magnetic field detected from the living body by the magnetic sensor array while current is flowing through the living body. The measuring device may include an estimating unit that estimates the current flowing in the living body or the conductivity in the living body based on the measurement data.
複数の電極は、それぞれ、長手方向で、生体の計測対象部位の長さより長くてよい。 Each of the plurality of electrodes may be longer in the longitudinal direction than the length of the measurement target site of the living body.
複数の電極は、長手方向の長さが互いに同じであってよい。 The plurality of electrodes may have the same length in the longitudinal direction.
磁気センサアレイは、電極ユニットと非接触に配置されてよい。 The magnetic sensor array may be arranged without contact with the electrode unit.
磁気センサアレイは、電極ユニットに対して対向して配置されてよい。 The magnetic sensor array may be arranged facing the electrode unit.
磁気センサアレイは、複数の電極の長手方向で、複数の電極の長さよりも短い範囲に配置されてよい。 The magnetic sensor array may be arranged in the longitudinal direction of the plurality of electrodes in a range shorter than the length of the plurality of electrodes.
電流印加部は、少なくとも1つの電極対により生体に交流電流を流してよい。 The current applying section may apply alternating current to the living body using at least one electrode pair.
計測装置は、少なくとも1つの電極対により生体に流れる電流と、計測データ取得部による計測データの取得とを同期する制御部を備えてよい。 The measuring device may include a control unit that synchronizes the current flowing through the living body by the at least one electrode pair and the measurement data acquisition by the measurement data acquisition unit.
計測データ取得部は、計測データから、複数の電極に接続されたリード線から生じる磁場の成分を除去してよい。 The measurement data acquisition unit may remove magnetic field components generated from lead wires connected to the plurality of electrodes from the measurement data.
電流印加部は、隣接する2つの電極からなる電極対に、電極を1つ毎にずらしながら順に電流を印加して生体に電流を流してよい。 The current applying unit may sequentially apply current to an electrode pair consisting of two adjacent electrodes while shifting the electrodes one by one, thereby causing the current to flow through the living body.
推定部は、計測データによって示される磁場の空間分布を、生体からの測定対象磁場と外乱磁場とに分離する信号空間分離部を備えてよい。推定部は、分離した測定対象磁場に基づいて、生体内に流れる電流の電流値又は生体内の伝導率を算出する計算部を備えてよい。 The estimation unit may include a signal space separation unit that separates the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data into the magnetic field to be measured from the living body and the disturbance magnetic field. The estimation unit may include a calculation unit that calculates the current value of the current flowing in the living body or the conductivity in the living body based on the separated magnetic field to be measured.
複数の磁気センサセルはそれぞれ、磁気抵抗素子と磁気抵抗素子の両端に配置された磁気収束板とを有する磁気センサを複数有してよい。信号空間分離部は、磁場の空間分布を、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を磁気センサアレイで検出したときに磁気センサのそれぞれが出力する信号ベクトルを基底ベクトルとして分離してよい。 Each of the plurality of magnetic sensor cells may have a plurality of magnetic sensors each having a magnetoresistive element and magnetic concentrators positioned at opposite ends of the magnetoresistive element. The signal space separation unit may separate the spatial distribution of the magnetic field by using signal vectors output from each of the magnetic sensors when the magnetic sensor array detects a magnetic field having a spatial distribution of an orthonormal function as a basis vector.
本発明の第2の態様においては、計測方法を提供する。計測方法は、生体の周囲に横並びで配置される、生体の周方向が短手方向となる縦長形状の複数の電極のうちの少なくとも1つの電極対により生体に電流を流す段階を備えてよい。計測方法は、生体に電流を流している間に、複数の磁気センサセルを有する磁気センサアレイにより、三次元空間内の複数の箇所において3軸方向の入力磁場を検出する段階を備えてよい。計測方法は、磁気センサアレイが生体から検出した入力磁場に基づく計測データを取得する段階を備えてよい。計測方法は、計測データに基づいて、生体内に流れる電流又は生体内の伝導率を推定する段階を備えてよい。 A second aspect of the present invention provides a measurement method. The measurement method may include applying current to the living body by at least one electrode pair among a plurality of longitudinally elongated electrodes arranged side by side around the living body and having a lateral direction in the circumferential direction of the living body. The measurement method may comprise detecting an input magnetic field in three axial directions at multiple locations in three-dimensional space with a magnetic sensor array having multiple magnetic sensor cells while an electrical current is flowing through the living body. The measurement method may comprise acquiring measurement data based on an input magnetic field detected from the living body by the magnetic sensor array. The measurement method may comprise estimating current flowing in the living body or conductivity in the living body based on the measured data.
本発明の第3の態様においては、プログラムを提供する。プログラムは、コンピュータにより実行されて、コンピュータを、生体の周囲に横並びで配置される、生体の周方向が短手方向となる縦長形状の複数の電極のうちの少なくとも1つの電極対により生体に電流を流している間に、三次元空間内の複数の箇所において3軸方向の入力磁場を検出可能な磁気センサアレイにより生体から検出した入力磁場に基づく計測データによって示される磁場の空間分布を、生体からの測定対象磁場と外乱磁場とに分離する信号空間分離部として機能させてよい。プログラムは、コンピュータにより実行されて、コンピュータを、分離した測定対象磁場に基づいて、生体内に流れる電流の電流値又は生体内の伝導率を算出する計算部として機能させてよい。 A third aspect of the present invention provides a program. The program is executed by a computer, causing the computer to generate an electric current through at least one electrode pair of a plurality of longitudinally elongated electrodes arranged side by side around the living body, with the circumferential direction of the living body being the short side direction. The spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data based on the input magnetic field detected from the living body by a magnetic sensor array capable of detecting the input magnetic field in the three-axis direction at multiple points in the three-dimensional space while the It may function as a signal space separating section that separates the magnetic field to be measured from the magnetic field and the disturbance magnetic field. The program may be executed by a computer to cause the computer to function as a calculator that calculates the current value of the current flowing in the living body or the conductivity in the living body based on the separated magnetic field to be measured.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 It should be noted that the above summary of the invention does not list all the necessary features of the invention. Subcombinations of these feature groups can also be inventions.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential for the solution of the invention.
図1は、本実施形態に係る計測装置の構成を示す。計測装置10は、被験者等の生体50に電流を流して生じた磁場を計測し、計測した磁場を用いて、生体50内の電流を推定する。計測装置10は、生体50の内部画像の取得のために用いられてよい。
FIG. 1 shows the configuration of a measuring device according to this embodiment. The
計測装置10は、本体部20と、情報処理部30とを備える。本体部20は、生体50に電流を流して磁場をセンシングするためのコンポーネントであり、電流印加ユニット100と、磁気センサユニット110と、ヘッド120と、駆動部125と、ベース部130と、ポール部140とを有する。
The
電流印加ユニット100は、計測時に生体50の計測対象部位(一例として被験者の胃等)上の表面に接触して配置され、生体50に電流を流す。磁気センサユニット110は、計測時に生体50の計測対象部位に向かう位置に配置され、生体50からの磁場をセンシングする。ヘッド120は、磁気センサユニット110を支持し、磁気センサユニット110を生体50に対向させる。駆動部125は、磁気センサユニット110およびヘッド120の間に設けられ、キャリブレーションを行う場合にヘッド120に対する磁気センサユニット110の向きを変更する。本実施形態に係る駆動部125は、図中のZ軸を中心に磁気センサユニット110を360度回転させることができる第1アクチュエータと、Z軸と垂直な軸(図中の状態においてはX軸)を中心に磁気センサユニット110を回転させる第2アクチュエータとを含み、これらを用いて磁気センサユニット110の方位角および天頂角を変更する。なお、磁気センサユニット110は、さらに図中のY軸を中心に計測対象の周囲を回転可能であってよい。
The current applying
ベース部130は、他の部品を支える基台である。生体50である被験者は、測定時に当該ベース部130上に立ってもよいし、ベース部130の前に座ってもよい。ポール部140は、ヘッド120を生体50の計測対象の高さに支持する。ポール部140は、ヘッド120の高さを調整するべく上下方向に伸縮可能であってよい。
The
情報処理部30は、本体部20による計測データを処理して表示・印刷等により出力するためのコンポーネントである。情報処理部30は、PC(パーソナルコンピュータ)、タブレット型コンピュータ、スマートフォン、ワークステーション、サーバコンピュータ、または汎用コンピュータ等のコンピュータであってよく、複数のコンピュータが接続されたコンピュータシステムであってもよい。これに代えて、情報処理部30は、特定の情報処理用に設計された専用コンピュータであってもよく、専用回路によって実現された専用ハードウェアであってもよい。
The
図2は、本実施形態に係る磁気センサユニット110の構成を示す。磁気センサユニット110は、磁気センサアレイ210およびセンサデータ収集部230を有する。磁気センサアレイ210は、磁場を3軸方向で検出可能な複数の磁気センサセル220を三次元に配列して構成される。複数の磁気センサセル220は、一例として、各々が磁気抵抗素子と、磁気抵抗素子の一端および他端の少なくとも一方に配置された磁気収束板とを有する磁気センサを複数有する。なお、磁気収束板は、磁気抵抗素子の両端に配置される方が、後述する磁場の空間分布のサンプリング精度を高くすることができる点で好適である。本図において、磁気センサアレイ210は、X方向、Y方向およびZ方向のそれぞれに複数の磁気センサセル220(例えば、X方向に8個、Y方向に8個、およびZ方向に2個の計128個の磁気センサセル220)が平面状に配置されている。
FIG. 2 shows the configuration of the
センサデータ収集部230は、磁気センサアレイ210に含まれる複数の磁気センサセル220に電気的に接続され(図示せず)、複数の磁気センサセル220からの計測データ(検出信号)を収集、処理して情報処理部30へと供給する。
The sensor
図3は、本実施形態に係る磁気センサアレイ210中の磁気センサセル220の構成および配置を示す。各磁気センサセル220は、各々が磁気抵抗素子を有する複数のセンサ部300x~z(以下、「センサ部300」と総称する)を有する。本実施形態において、センサ部300xはX軸方向に沿って配置されX軸方向の磁場を検出可能である。また、センサ部300yはY軸方向に沿って配置されY軸方向の磁場を検出可能である。また、センサ部300zはZ軸方向に沿って配置されZ軸方向の磁場を検出可能である。本図において一点鎖線で示される拡大図によって示されるように、本実施形態において、各センサ部300は、それぞれ、磁気抵抗素子の両端に磁気収束板が配置されている。したがって、各センサ部300は、磁気収束板に挟まれた狭い位置に配置された磁気抵抗素子を用いて磁場の空間分布をサンプリングすることにより、各軸方向において、空間におけるサンプリング点を明確にすることができる。各センサ部300の構成の詳細については後述する。
FIG. 3 shows the configuration and arrangement of the
複数の磁気センサセル220は、X軸方向に沿ってΔx、Y軸方向に沿ってΔy、Z軸方向に沿ってΔzの間隔でそれぞれ等間隔に配列されている。磁気センサアレイ210における各磁気センサセル220の位置は、X方向の位置i、Y方向の位置j、およびZ方向の位置kの組[i,j,k]により表される。ここで、iは0≦i≦Nx-1を満たす整数であり(NxはX方向に配列された磁気センサセル220の個数を示す)、jは0≦j≦Ny-1を満たす整数であり(NyはY方向に配列された磁気センサセル220の個数を示す)、kは0≦k≦Nz-1を満たす整数である(NzはZ方向に配列された磁気センサセル220の個数を示す)。
The plurality of
本図において、センサ部300x、300y、および300zにより検出する磁場の3軸方向と、磁気センサセル220を配列する三次元の方向とが同一方向である。これにより、測定磁場の分布の各成分の把握が容易となる。また、センサ部300x、300y、および300zは、各磁気センサセル220内において、磁気センサセル220を配列する三次元方向それぞれから見て互いに重ならず、かつ、複数のセンサ部300の間に設けるギャップ側に一端が設けられ、他端が当該ギャップから離れるように3軸方向の各軸方向に延伸して配置されていることが好ましい。一例として、本図において、磁気センサセル220の正面視左下の角部に空隙(ギャップ)が設けられ、センサ部300x、300y、および300zは、一端が当該空隙に接するように設けられ、他端が当該空隙から離れるようにX軸、Y軸、およびZ軸方向の各軸方向に延伸して配置されている例を示す。本図において、センサ部300x、300y、および300zが、立方体状の磁気センサセル220の一角部から互いに垂直な3辺に沿って配置され、該一角部に空隙が設けられている。また、後に述べるセンサ部300x、300y、および300zが有するコイルまたは磁性体が、互いに重ならないように配置されていることが好ましい。これにより、測定点を明確にでき、測定磁場の各成分の把握がさらに容易となる。また、さらにセンサ部300x、300y、および300zが有する他軸感度を互いに等価なものとみなすことができ、後述の線形代数の較正演算が容易となる。この他軸感度は、センサ部300x、300y、および300zが有するコイル、または磁性体による相互干渉によって発生するものである。しかしながら、検出する磁場の3軸方向と磁気センサセル220を配列する三次元の方向とは異なっていてもよい。両者が異なる場合、磁気センサセル220内におけるセンサ部300の配置や、磁気センサセル220の配列方向に制約を受けることがなく、磁気センサアレイ210の設計の自由度を増すことができる。
In this figure, the three-axis directions of the magnetic fields detected by the sensor units 300x, 300y, and 300z are the same as the three-dimensional directions in which the
図4は、本実施形態に係る磁気抵抗素子を有する磁気センサの入出力特性の一例を示す。本図は、横軸が磁気センサに入力する入力磁場の大きさBを示し、縦軸が磁気センサの検出信号の大きさV_xMR0を示す。磁気センサは、例えば、巨大磁気抵抗(GMR:Giant Magneto-Resistance)素子またはトンネル磁気抵抗(TMR:Tunnel Magneto-Resistance)素子等を有し、予め定められた一軸方向の磁場の大きさを検出する。 FIG. 4 shows an example of input/output characteristics of a magnetic sensor having a magnetoresistive element according to this embodiment. In this figure, the horizontal axis indicates the magnitude B of the input magnetic field input to the magnetic sensor, and the vertical axis indicates the magnitude V_xMR0 of the detection signal of the magnetic sensor. The magnetic sensor has, for example, a giant magnetoresistance (GMR) element or a tunnel magnetoresistance (TMR) element, and detects the magnitude of a predetermined uniaxial magnetic field. .
このような磁気センサは、入力磁場Bに対する検出信号V_xMR0の傾きである磁気感度が高く、10pT程度の微小な磁場を検出することができる。その一方で、磁気センサは、例えば、入力磁場Bの絶対値が1μT程度で検出信号V_xMR0が飽和してしまい、入出力特性の直線性が良好な範囲が狭い。そこで、このような磁気センサにフィードバック磁場を発生させる閉ループを加えると、磁気センサの直線性を改善することができる。このような磁気センサについて次に説明する。 Such a magnetic sensor has high magnetic sensitivity, which is the gradient of the detection signal V_xMR0 with respect to the input magnetic field B, and can detect a minute magnetic field of about 10 pT. On the other hand, in the magnetic sensor, for example, the detection signal V_xMR0 is saturated when the absolute value of the input magnetic field B is about 1 μT, and the range in which the linearity of the input/output characteristics is good is narrow. Therefore, by adding a closed loop that generates a feedback magnetic field to such a magnetic sensor, the linearity of the magnetic sensor can be improved. Such a magnetic sensor will be described below.
図5は、本実施形態に係るセンサ部300の構成例を示す。センサ部300は、複数の磁気センサセル220のそれぞれの内部に設けられ、磁気センサ520と、磁場生成部530と、出力部540とを有する。なお、センサ部300の一部、例えば増幅回路532および出力部540は、磁気センサセル220側ではなくセンサデータ収集部230側に設けられてもよい。
FIG. 5 shows a configuration example of the
磁気センサ520は、図4で説明した磁気センサと同様に、GMR素子またはTMR素子等の磁気抵抗素子を有する。また、磁気センサ520は、磁気抵抗素子の両端に配置された磁気収束板を有する。磁気センサ520が有する磁気抵抗素子は、感磁軸の正の方向を+X方向とした場合に、+X方向の磁場が入力すると抵抗値が増加し、-X方向の磁場が入力すると抵抗値が減少するように形成されてよい。即ち、磁気センサ520が有する磁気抵抗素子の抵抗値の変化を観測することにより、当該磁気センサ520に入力する磁場Bの大きさを検出することができる。例えば、磁気センサ520の磁気感度をSとすると、磁気センサ520の入力磁場Bに対する検出結果は、S×Bと算出できる。なお、磁気センサ520は、一例として、電源等が接続され、抵抗値の変化に応じた電圧降下を、入力磁場の検出結果として出力する。磁気センサ520の構成の詳細については後述する。
The
磁場生成部530は、磁気センサ520が検出した入力磁場を低減させるフィードバック磁場を磁気センサ520に与える。磁場生成部530は、例えば、磁気センサ520に入力する磁場Bとは逆向きで、絶対値が当該入力磁場と略同一のフィードバック磁場B_FBを発生させ、入力磁場を打ち消すように動作する。磁場生成部530は、増幅回路532と、コイル534とを含む。
The
増幅回路532は、磁気センサ520の入力磁場の検出結果に応じた電流をフィードバック電流I_FBとして出力する。磁気センサ520が有する磁気抵抗素子が、少なくとも1つの磁気抵抗素子を含むブリッジ回路により構成される場合、増幅回路532の入力端子対には、ブリッジ回路の出力がそれぞれ接続される。そして、増幅回路532は、ブリッジ回路の出力に応じた電流をフィードバック電流I_FBとして出力する。増幅回路532は、例えば、トランスコンダクタンスアンプを含み、磁気センサ520の出力電圧に応じたフィードバック電流I_FBを出力する。例えば、増幅回路532の電圧・電流変換係数をGとすると、フィードバック電流I_FBは、G×S×Bと算出できる。
The
コイル534は、フィードバック電流I_FBに応じたフィードバック磁場B_FBを発生させる。コイル534は、磁気センサ520が有する磁気抵抗素子および磁気抵抗素子の両端に配置された磁気収束板を取り囲むように巻かれている。コイル534は、磁気センサ520の全体にわたって均一のフィードバック磁場B_FBを発生させることが望ましい。例えば、コイル534のコイル係数をβとすると、フィードバック磁場B_FBは、β×I_FBと算出できる。ここで、フィードバック磁場B_FBは、入力磁場Bを打ち消す向きに発生するので、磁気センサ520に入力する磁場は、B-B_FBに低減されることになる。したがって、フィードバック電流I_FBは、次式のように示される。
(数1)式をフィードバック電流I_FBについて解くと、センサ部300の定常状態におけるフィードバック電流I_FBの値を算出することができる。磁気センサ520の磁気感度Sおよび増幅回路532の電圧・電流変換係数Gが十分に大きいとすると、(数1)式から次式が算出される。
出力部540は、磁場生成部530がフィードバック磁場B_FBを発生するために流すフィードバック電流I_FBに応じた出力信号V_xMRを出力する。出力部540は、例えば、抵抗値Rの抵抗性素子を有し、当該抵抗性素子にフィードバック電流I_FBが流れることによって生じる電圧降下を出力信号V_xMRとして出力する。この場合、出力信号V_xMRは、(数2)式より次式のように算出される。
以上のように、センサ部300は、外部から入力する磁場を低減させるフィードバック磁場を発生するので、磁気センサ520に実質的に入力する磁場を低減させる。これにより、センサ部300は、例えば、磁気センサ520として図4の特性を有する磁気抵抗素子を用い、入力磁場Bの絶対値が1μTを超えても、検出信号V_xMRが飽和することを防止できる。このようなセンサ部300の入出力特性を次に説明する。
As described above, the
図6は、本実施形態に係るセンサ部300の入出力特性の一例を示す。本図は、横軸がセンサ部300に入力する入力磁場の大きさBを示し、縦軸がセンサ部300の検出信号の大きさV_xMRを示す。センサ部300は、磁気感度が高く、10pT程度の微小な磁場を検出することができる。また、センサ部300は、例えば、入力磁場Bの絶対値が100μTを超えても、検出信号V_xMRの良好な直線性を保つことができる。
FIG. 6 shows an example of input/output characteristics of the
即ち、本実施形態に係るセンサ部300は、例えば、入力磁場Bの絶対値が数百μT以下といった、予め定められた入力磁場Bの範囲において、当該入力磁場Bに対する検出結果が線形性を有するように構成される。このようなセンサ部300を用いることにより、例えば、生体50からの微弱な磁気的信号を簡便に検出することができる。
That is, in the
図7は、本実施形態に係る磁気センサ520の構成例を示す。一例として、本実施形態に係る磁気センサ520は、磁気抵抗素子702と、磁気抵抗素子702の一端および他端に配置された磁気収束板704、706を有する。磁気収束板704、706は磁気抵抗素子702を間に挟むように配置されている。すなわち、磁気抵抗素子702の両端に磁気収束板が配置されている。図7において、正面視で感磁軸に沿って磁気抵抗素子702の右端に配置されている磁気収束板704が、感磁軸の正側に設けられた磁気収束板であり、磁気抵抗素子702の左端に配置されている磁気収束板706が、感磁軸の負側に設けられた磁気収束板である。感磁軸の負側から正側に向かって磁場が磁気収束板704、706に入力すると、磁気抵抗素子702の抵抗が増加または減少してよい。なお、感磁軸は、磁気抵抗素子702を形成する磁化固定層で固定された磁化の方向に沿っていてよい。磁気収束板704、706は、例えば鉄等の軟磁性体材料により構成される。軟磁性体材料により構成される磁気収束板704、706を磁気抵抗素子702の一端および他端に配置することにより、磁気抵抗素子702を通過する磁力線を増やすことができ、これにより磁気センサ520の感度を高めることができる。
FIG. 7 shows a configuration example of a
なお、本図においては、磁気収束板が、磁気抵抗素子702の一端および他端の両方に配置された例を示したが、磁気収束板は磁気抵抗素子702の一端および他端のいずれか一方のみに設けられてもよい。しかしながら、磁気センサ520の感度をより高めるためには磁気抵抗素子702の一端および他端の両方に磁気収束板を設けることが好ましい。また、磁気抵抗素子702の一端および他端の両方に磁気収束板を設けると、2つの磁気収束板704および706に挟まれた狭い位置に配置される磁気抵抗素子702の位置が感磁部、すなわち、空間サンプリング点となるため、感磁部が明確となり、後述する信号空間分離技術との親和性をより高めることができる。このように、磁気抵抗素子702の両端に磁気収束板704および706が配置された磁気センサ520を各センサ部300に用いることにより、本実施形態に係る計測装置10は、図3に示されるように、各軸方向において、両端を磁気収束板に挟まれた極めて狭い(例えば100μm以下)位置において、磁場の空間分布をサンプルすることができるので、生体磁場を計測するSQUIDコイル(~2cm)を使用して磁場の空間分布をサンプリングする場合に比べて、サンプリングの精度(位置精度)が高くなる。
Although this figure shows an example in which the magnetic flux concentrating plate is arranged at both one end and the other end of the
図8は、本実施形態に係る計測装置10の構成を示す。一例として、図1に示す本体部20の電流印加ユニット100は、複数の電極800と、リード線805と、電流印加部810とを有し、磁気センサユニット110は、磁気センサアレイ210と、センサデータ収集部230とを有し、情報処理部30は、推定部870を有する。なお、本願の電極ユニットは、少なくとも複数の電極800を含むものであればよく、例えば電流印加ユニット100であってよい。
FIG. 8 shows the configuration of the measuring
複数の電極800は、それぞれ、リード線805を介して電流印加部810に電気的に接続され、生体50の周囲の表面に接触して配置される。図8では、複数の電極800のうち電極800(1)~(5)を示す。なお、電極800は、2個以上であればよく、特に限定されない。
The plurality of
電流印加部810は、磁気センサユニット110に接続され、複数の電極800のうちの少なくとも1つの電極対により生体50に電流を流す。電流印加部810は、少なくとも1つの電極対により生体50に交流電流を流してよい。電流印加部810は、電極対に交流電流を供給するための交流電源を有してよく、または外部の交流電源に接続されてよい。電流印加部810は、磁気センサユニット110の制御部820からの同期信号に応じて、複数の電極800の電極対に電流を流してよい。電流印加部810は、一例として同期信号に同期して1mA以下の交流電流を生体50に流してよい。
The current applying
磁気センサアレイ210は、複数の磁気センサセル220を有し、三次元空間内の複数の箇所において3軸方向の入力磁場を検出可能である。複数の磁気センサセル220のそれぞれは、上述のとおり複数のセンサ部300x~zを有する。本図においては、磁気センサアレイ210が各次元方向に有する複数の磁気センサセル220のうち、位置[i,j,k]、[i+1,j,k]、[i,j+1,k]、および、[i,j,k+1]に関する部分を示す。
The
センサデータ収集部230は、制御部820と、複数の計測データ取得部830と、複数のAD変換器840と、クロック発生器842と、較正演算部850と、記憶部860とを有する。
The sensor
制御部820は、電流印加部810と、複数の計測データ取得部830とにそれぞれ接続され、電流印加部810と計測データ取得部830との同期検波を制御する。制御部820は、少なくとも1つの電極対により生体50に流れる電流と、計測データ取得部830による計測データの取得とを同期する。制御部820は、共通の同期信号を電流印加部810と各計測データ取得部830とに出力する。制御部820は、共通の同期信号により、電流印加部810により電流を流すタイミングを、複数の計測データ取得部830により各センサセルからの計測データを取得するタイミングと一致させてよい。制御部820は、一例として10~100KHzの周波数の同期信号を出力する。
複数の計測データ取得部830は、それぞれ、対応する磁気センサセル220の複数のセンサ部300x~zと、対応するAD変換器840とに接続される。計測データ取得部830は、生体50に電流を流している間に磁気センサアレイ210の磁気センサセル220が生体50から検出した入力磁場に基づく計測データを取得する。計測データ取得部830は、計測データを、制御部820からの同期信号に応じて取得してよい。計測データ取得部830は、計測データに同期信号を乗算して出力してよい。計測データ取得部830は、それぞれ、電流印加部810により印加された電流信号を参照信号として、対応する磁気センサセル220の複数のセンサ部300x~zが出力した計測データを、参照信号と等しい周波数成分のみを取得してよい。計測データ取得部830は、計測データに対して、ローパスフィルタリング等の処理を行ってよい。
The multiple measurement
複数のAD変換器840は、それぞれ、クロック発生器842と、対応する較正演算部850とに接続され、対応する計測データ取得部830が取得したアナログの信号(図6の計測データV_xMR)をデジタルの計測データ(Vx,Vy,Vz)に変換する。ここで、Vx、Vy、およびVzは、センサ部300x、300y、および300zからの計測データをデジタルに変換した計測値(例えばデジタルの電圧値)である。
Each of the plurality of
クロック発生器842は、サンプリングクロックを発生させ、共通のサンプリングクロックを複数のAD変換器840のそれぞれへ供給する。そして、複数のAD変換器840のそれぞれは、クロック発生器842から供給された共通のサンプリングクロックに応じてアナログデジタル変換を行う。したがって、異なる位置に設けられた3軸のセンサ部300x~zの出力をそれぞれアナログデジタル変換する複数のAD変換器840の全てが同期動作をする。これにより、複数のAD変換器840は、異なる空間に設けられた3軸のセンサ部300x~zの検出結果を同時にサンプリングすることができる。
A
複数の較正演算部850は、それぞれ、対応する記憶部860に接続され、AD変換器840からの計測データを較正パラメータを用いて較正し、較正したデータを記憶部860に出力する。較正演算部850による計測データの較正の概要は以下のとおりである。位置[i,j,k]にある磁気センサセル220に入力される磁場をB(Bx,By,Bz)とし、センサ部300x、300y、300zによる3軸磁気センサの検出結果をV(Vx,Vy,Vz)とする。この場合、3軸磁気センサの磁気センサ特性を行列Sとすると、3軸磁気センサの検出結果Vは次式のように示すことができる。
ここで、Sxx、Syy、Szzは、それぞれセンサ部300x、300y、300zの主軸方向の感度を表し、Sxy、Sxz、Syx、Syz、Szx、Szyは他軸方向の感度を表している。また、Vos,x、Vos,y、Vos,zは、それぞれセンサ部300x、300y、300zの主軸方向のオフセットを表している。なお、3軸磁気センサの検出結果であるV(Vx,Vy,Vz)は、生体50に印加される交流電流と同期して検出されるため、これらのオフセットについては、無視することも可能である。
Here, Sxx, Syy, and Szz represent the sensitivities of the sensor units 300x, 300y, and 300z in the main axis direction, respectively, and Sxy, Sxz, Syx, Syz, Szx, and Szy represent the sensitivities in the other axis directions. Vos,x, Vos,y, and Vos,z represent offsets in the main axis direction of the sensor units 300x, 300y, and 300z, respectively. Note that V (Vx, Vy, Vz), which is the detection result of the three-axis magnetic sensor, is detected in synchronization with the AC current applied to the living
センサ部300のそれぞれが、検出すべき入力磁場の範囲において、当該入力磁場に対する検出結果が線形性を有するので、行列Sの各要素は、入力磁場Bの大きさとは無関係な略一定の係数となる。また、センサ部300が他軸感度を有していても、当該センサ部300の検出結果が線形性を有していれば、行列Sの各要素は、入力磁場Bの大きさとは無関係な略一定の係数となる。
Each of the
したがって、較正演算部850は、行列Sの逆行列S-1とオフセット(Vos,x,Vos,y,Vos,z)とを用いることで、次式のように、計測データV(Vx,Vy,Vz)を元の入力される磁場を示す磁場計測データB(Bx,By,Bz)に変換することができる。なお、この変換は、センサ部300x~zが上述の磁気収束板を備えている場合も成立する。これは、磁気センサセル220がセンサ部300x~zを利用した3軸磁気センサとして構成されるためであり、線形代数を利用した変換が可能となるからである。
較正演算部850は、環境磁場計測データを用いて行列Sの逆行列S-1およびオフセット(Vos,x,Vos,y,Vos,z)を算出し、計測データ取得部830で取得した計測データを、これらの較正パラメータを用いて計測データBに変換して記憶部860に供給する。
The
以上のように、各センサ部300が線形性を有するので、較正演算部850は、略一定の係数を用いて計測データを計測データBに変換することができる。すなわち、較正演算部850が用いる略一定の係数は、環境磁場データを用いて一組の較正パラメータとして定めることができる。
As described above, since each
記憶部860は、推定部870に接続され、較正演算部850によって較正された計測データBを記憶し、推定部870に供給する。
The
推定部870は、記憶部860からの計測データに基づいて、生体50内に流れる電流を推定する。推定部870は、基底ベクトル記憶部880と、信号空間分離部890と、計算部895とを有する。
The
基底ベクトル記憶部880は、信号空間分離部890に接続され、信号空間分離部890が磁場計測データBを信号分離するために必要な基底ベクトルを予め記憶し、これを信号空間分離部890へ供給する。
The basis
信号空間分離部890は、記憶部860と計算部895とに接続され、記憶部860が出力した計測データによって示される磁場の空間分布を、生体50からの測定対象磁場と外乱磁場とに分離する。信号空間分離部890は、例えば、計測データBによって示される磁場の空間分布を、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を磁気センサアレイ210で検出したときに複数の磁気センサ520のそれぞれが出力する信号ベクトルを基底ベクトルとして信号分離する。信号空間分離部890は、信号分離に必要な基底ベクトルを、基底ベクトル記憶部880から取得する。そして、信号空間分離部890は、基底ベクトル記憶部880から取得した基底ベクトルを用いて、計測データBによって示される磁場の空間分布を、測定対象磁場と外乱磁場とに信号分離し、外乱磁場を抑制して測定対象磁場を算出する。信号空間分離部890は、磁気センサアレイ210が配置されていない生体50の表面上の複数の磁場位置における測定対象磁場を算出して、これを出力してよい。
The signal
計算部895は、信号空間分離部890からの測定対象磁場を示すデータを受け取り、測定対象磁場に基づいて、生体50内の電流値又は伝導率を算出する。計算部895は、生体50の表面上の複数の位置における測定対象磁場から、電極対により電流が流された生体50における電流値の分布又は伝導率の分布を算出してよい。
The
計算部895は、電流値算出前に、電流印加部810から電極800に接続されたリード線805から生じる磁場の成分を計測データから除去してよい。計算部895は、計測時に電流が流される複数の電極対のそれぞれについて、異なるリード線805起因の磁場の成分を予め記憶してよい。計算部895は、リード線805により生じる磁場を記憶し、当該記憶した磁場の成分を計測データからキャンセルしてよい。例えば、リード線により生じる磁場は、各電極に接続されたリード線の経路(例えば、計測時に、生体50上、特には磁気センサアレイ210に対向する生体50上の領域に配置されるリード線805の長さ及び位置の少なくとも1つ)を決定し、当該経路から算出されたものであってよい。また、リード線805により生じる磁場は、電極対のそれぞれについて、電流が流れた場合に当該リード線805により生じる磁場を予め測定することにより取得されてよい。また、リード線805により生じる磁場は、リード線805の経路から、シミュレーションを行って推定されたものであってよい。
The
図9は、本実施形態の計測装置10の複数の電極800の配置例を示す。なお、図9は、電極(3)、(4)からなる電極対に電流を流す例を示し、計測対象部位(例えば胃等の組織)を点線で示す。複数の電極800(1)~(5)は、生体50の計測対象部位に対向する表面に配置されてよい。複数の電極800は、生体50の周囲に横並びで配置され、それぞれが、生体50の周方向(図9では、X軸方向)が短手方向となる縦長形状である。複数の電極800の長さaは、それぞれ、長手方向で、生体50の計測対象部位の長さcより長くてよい。各電極800は、縦の長さaより横の長さbが小さく、アスペクト比a/bは、6~10の範囲であってよく、例えば縦の長さaが200~300mm、横の長さbが20~50mmであってよい。複数の電極800は、長手方向の長さaが互いに同じであってよく、複数の電極800は、例えば縦長の楕円形又は長方形等の形状であってよく、互いに同じ形状であってよい。例えば8個から16個の電極800は、生体50の磁気センサアレイ210が配置された側の表面に接触して、生体50の断面(XZ平面)で計測対象を囲うように横並びに等間隔で配置されてよい。
FIG. 9 shows an arrangement example of a plurality of
複数の電極800は、例えば、それぞれ独立した電極をシール等により生体50の表面に貼り付けられてよい。また、複数の電極800は、腹巻き状のベルト(固定部)に接触面が露出した状態で固定されてよく、当該ベルトを生体50に巻いて固定することで生体50に接触した状態で配置されてもよい。
The plurality of
図10は、本実施形態の計測装置10が曲面状に配置された磁気センサアレイ210を用いて磁場を計測する例を示す。磁気センサアレイ210は、電流印加ユニット100の電極800と非接触で、例えば生体50から20~50mm離れた位置に、電流印加ユニット100の電極800に対向して配置されてよい。磁気センサアレイ210は、電極800の長手方向で、複数の電極800の長さ(図9では長さa)よりも短い範囲に配置されてよい。例えば、磁気センサアレイ210におけるY軸方向の両端の磁気センサセル220の間の長さは、電極800のY軸方向の長さ(図9では長さa)よりも短くてよい。
FIG. 10 shows an example in which the
磁気センサアレイ210は、X方向、Y方向およびZ方向のそれぞれに複数の磁気センサセル220(例えば、X方向に12個、Y方向に8個、およびZ方向に2個の計192個の磁気センサセル220)が曲面状に配置されている。各磁気センサセル220は、三次元格子空間における曲面形状に含まれる格子点にそれぞれ配置されている。なお、ここで、格子点とは、X方向、Y方向およびZ方向にそれぞれ予め定められた間隔(一例として、5~15mmの間隔)で等間隔に設けられた格子状の点である。一例として、各磁気センサセル220は、X方向、Y方向およびZ方向のいずれか一の方向から見たときに、一の方向に直交する方向に凸を有する曲面に沿うように配置されている。本図においては、各磁気センサセル220が、Y方向から見たときに、Z軸のプラス方向に凸を有する曲面に沿うように配置されている例を示す。この際、磁気センサアレイ210は、例えば、各磁気センサセル220の各頂点が、Z軸のプラス方向に凸を有する予め定められた曲面を超えない範囲で、できる限りZ軸のマイナス方向に配置されるように、各磁気センサセル220を三次元格子空間における格子点にそれぞれ配置することで、Z軸のプラス方向に凸を有する曲面形状を形成してよい。
The
計測装置10は、Y軸方向の中心位置が複数の電極800及び/又は計測対象部位の中心位置と一致し、生体50の計測対象部位のX軸方向の中心位置が曲面の中心に位置するように、磁気センサアレイ210を配置して磁場を計測する。これにより、計測装置10は、測定対象磁場源である生体50に近い位置で計測した計測データBを用いて信号空間分離することで、高精度に測定対象磁場と外乱磁場とを分離することができる。なお、この際、磁気センサアレイ210は、曲面の曲率が被験者の胸部周りの曲率と略同等であると、測定対象磁場源である生体50により近い位置で磁場を計測できるため、好ましい。
The measuring
図11は、本実施形態の計測装置10の計測時の生体50における電流の分布を示す。図11において電流の流れは点線で示す。計測装置10の電極800は、縦長形状であるため、電極対となる電極800(3)、(4)の間で電流が三次元的に拡散することを低減でき、測定対象部位の周りの電流密度を大きくすることができる。このため、計測装置10は、計測対象部位からの磁場を精度よく検出することができる。
FIG. 11 shows the current distribution in the living
図12は、比較例の電極807間の電流の分布を示す。図12において電流の流れは点線で示す。図12において電極807(1)、807(2)、807(3)は、それぞれ正方形であり、電極807(1)と電極807(2)の間に電流を流す。図12に示すように、電流は生体50内で三次元的に拡散しながら流れ、測定対象部位の周りの電流密度が低くなってしまう。
FIG. 12 shows the current distribution between the
図13は、本実施形態の計測装置10の一部のXZ平面に平行な断面を示す。図13において生体50内の点線の矢印は、生体50内の二次電流の流れを概略的に示す。計測装置10は、複数の電極800が、生体50に接触し、磁気センサアレイ210が、生体50の一方側における入力磁場を検出する。計測装置10は、例えば2つの電極800(3)および(4)からなる電極対に交流電流を流し、これにより生体50内に二次電流が流れる。計測装置10は、電極対により交流電流を流している間に生じる磁場を、磁気センサアレイ210で検出し、検出した磁場から生体50内の電流の分布を算出することができる。
FIG. 13 shows a cross section parallel to the XZ plane of part of the measuring
図14は、XZ平面に平行な断面における、本実施形態の計測装置10で検出した磁場と電流の分布を示す。本実施形態の計測装置10の信号空間分離部890は、磁気センサアレイ210で検出した磁場に基づいて、生体50の表面におけるM個(M≧1)の磁場位置1200の測定対象磁場を算出することができる。これにより計算部895は、当該M個の磁場位置1200の磁場を用いて、生体50内のN個(N≧1)の位置(ボクセル)の電流J1~JNを算出することができる。なお、当該磁場位置1200は、Y軸方向において、計測対象部位の中心位置と略同一であってよく、また、電極800の長さ範囲内又は中心位置と略同一であってよい。
FIG. 14 shows the distribution of the magnetic field and current detected by the measuring
図15は、本実施形態に係る計測装置10の計測フローを示す。
FIG. 15 shows a measurement flow of the measuring
ステップ1300において、基底ベクトル記憶部880は、基底ベクトルを記憶する。一例として、基底ベクトル記憶部880は、測定対象磁場の測定前に、球面調和関数の空間分布を持つ磁場を磁気センサアレイ210で検出したときに複数の磁気センサ520のそれぞれが出力する信号ベクトルを基底ベクトルとして記憶する。すなわち、基底ベクトル記憶部880は、空間内の予め定められた点を座標原点に指定した時に球面調和関数を空間サンプリングして得られる磁場信号ベクトルを基底ベクトルとして記憶する。ここで、球面調和関数とは、n次元ラプラス方程式の解となる斉次多項式を単位球面に制限することで得られる関数であり、球面上での正規直交性を有する。なお、基底ベクトル記憶部880は、計測装置10による信号空間分離(ステップ1330)の前に、基底ベクトルを記憶しておけばよい。また、基底ベクトル記憶部880は、シミュレーション結果等により予め決められている信号ベクトルを基底ベクトルとして記憶してもよい。
At step 1300, the basis
次に、ステップ1310において、計測装置10は、生体50に電流を流している間に検出した入力磁場に基づく計測データを取得する。制御部820は、同期検波のために同期信号を電流印加部810および計測データ取得部830に出力してよい。制御部820は、ユーザにより設定された周波数または予め定められた周波数の同期信号を出力してよい。
Next, at step 1310 , the measuring
電流印加部810は、同期信号を受信している期間に、同期信号と同じ周波数の交流電流を電極対により生体50に流し、一方、計測データ取得部830は、同期信号を受信している期間に計測データを取得してよい。電流印加部810は、複数の電極800のうち隣接する2つの電極からなる電極対に電流を印加して生体50に電流を流してよい。例えば、電流印加部810は、隣接する2つの電極800からなる電極対に、電極800を1つ毎にずらしながら順に電流を印加して生体50に電流を流してよい。
The current applying
具体的には、電流印加部810は、図11における、電極800(1)および(2)、電極800(2)および(3)、電極800(3)および(4)、電極800(4)および(5)、電極800(5)および(6)、電極800(6)および(7)、電極800(7)および(8)、電極800(8)および(9)、電極800(9)および(10)の電極対の順で、同期信号の1または複数周期毎に電極対をリレー等で切り替えて電流を流すことで、全ての組み合わせの電極対から電流を生体50に流してよい。
Specifically, the current applying
計測データ取得部830は、電極対毎に計測した計測データについて、同期信号と同じ周波数のみ取得してよい。計測データ取得部830は、計測データを、アナログローパスフィルタによってフィルタリングして出力してよい。
The measurement
複数のAD変換器840は、それぞれ、取得した計測データをアナログデジタル変換して出力する。較正演算部850は、取得した計測データを較正して記憶部860に出力してよい。較正演算部850は、較正前に、計測データを、デジタルローパスフィルタによりフィルタリングしてよい。信号空間分離部890は、較正された計測データBを、記憶部860から取得する。
The plurality of
ステップ1320において、信号空間分離部890は、ステップ1300において基底ベクトル記憶部880が基底ベクトルとして記憶した信号ベクトルを、基底ベクトル記憶部880から取得する。なお、本フローにおいて、ステップ1310とステップ1320とはどちらが先に行われてもよい。
At step 1320 , the signal
ステップ1330において、信号空間分離部890は、ステップ1310において取得した磁場計測データBによって示される磁場の空間分布を、ステップ1320において取得した信号ベクトルを基底ベクトルとして利用して級数展開する。そして、信号空間分離部890は、級数展開によって得られたベクトルから、磁場の空間分布を測定対象磁場と外乱磁場とに信号分離する。なお、正規直交関数は球面調和関数であってよい。また、信号空間分離部890は、信号分離するにあたって、基底ベクトルの係数を最小2乗法により計算する。
In step 1330, the
そして、ステップ1340において、信号空間分離部890は、ステップ1330において信号分離した結果に基づいて、外乱磁場を抑制して測定対象磁場だけを算出して計算部895に出力する。以下、これについて詳細に説明する。
Then, in step 1340 , the signal
静磁場B(r)は、ラプラス方程式Δ・V(r)=0を満たすポテンシャルV(r)を用いて、次式のように、ポテンシャルV(r)の空間勾配(gradient)として求められる。ここで、rは座標原点からの位置を表す位置ベクトルであり、Δはラプラシアンであり、μは透磁率であり、∇はベクトル微分演算を表す演算子である。
そして、ラプラス方程式の解は、一般に、正規直交関数系である球面調和関数Yl,m(θ,φ)を使った級数展開の形での解を持つため、ポテンシャルV(r)は次式で表すことができる。ここで、|r|は位置ベクトルrの絶対値(座標原点からの距離)であり、θおよびφは球座標における2つの偏角であり、lは方位量子数であり、mは磁気量子数であり、αおよびβは多極モーメントであり、LinおよびLoutはそれぞれ生体50から見て磁気センサアレイ210の手前の空間と奥の空間のそれぞれについての級数の数である。方位量子数lは正の整数をとり、磁気量子数mは-lから+lまでの整数をとる。すなわち、例えばlが1のとき、mは-1、0、および1であり、例えばlが2のとき、mは-2、-1、0、1、および2である。なお、磁場においては単磁極が存在しないことから、(数7)において方位量子数lは、0からではなく1から始まっている。(数7)における第1項は、座標原点からの距離に反比例する項であり、生体50から見て磁気センサアレイ210の手前の空間に存在するポテンシャルを示している。また、(数7)における第2項は、座標原点からの距離に比例する項であり、生体50から見て磁気センサアレイ210の奥の空間に存在するポテンシャルを示している。
したがって、(数6)および(数7)によれば、静磁場B(r)は、次式で表すことができる。ここで、(数8)における第1項は、被験者から見て磁気センサアレイ210の手前の空間に存在する磁場源(測定対象磁場)を示している。また、(数8)における第2項は、生体50から見て磁気センサアレイ210の奥の空間に存在する磁場源が作る外乱磁場を示している。
球面調和関数を使った級数展開の形でラプラス方程式の解を表した場合、その一般解は無限級数となるが、生体50からの磁場を計測するのに十分なSNR(信号ノイズ比、すなわち、外乱磁場及びセンサノイズに対する測定対象磁場信号の比)が得られればよく、実際には10項程度の級数で表せば十分であると言われている。また、例えば脳磁計における信号空間分離の級数については、Lin=8、Lout=3程度でよいと言われている。したがって、本実施形態においても、Lin=8、Lout=3の場合を一例として説明する。しかしながら、LinおよびLoutの値は、これに限定されるものではなく、外乱磁場を十分抑制し測定対象磁場だけを算出するのに十分な、いかなる数値であってもよい。 When the solution of Laplace's equation is expressed in the form of a series expansion using spherical harmonics, the general solution is an infinite series, but the SNR (signal-to-noise ratio, i.e., It is sufficient to obtain the ratio of the magnetic field signal to be measured to the disturbance magnetic field and the sensor noise, and in fact, it is said that a series of about 10 terms is sufficient. In addition, it is said that about Lin=8 and Lout=3 are sufficient for the series of spatial signal separation in magnetoencephalography, for example. Therefore, also in this embodiment, the case of Lin=8 and Lout=3 will be described as an example. However, the values of Lin and Lout are not limited to these, and may be any numerical values sufficient to sufficiently suppress the disturbance magnetic field and calculate only the magnetic field to be measured.
ここで、各磁気センサセル220におけるセンサ部300x、y、およびzの感磁軸方向と磁気感度を表すベクトルを、それぞれ、nx、ny、およびnzとし、添字tを転置行列として、al,mおよびbl,mを次式のように定義する。すなわち、al,mおよびbl,mを、センサ部300x、y、およびzの感磁軸方向と磁気感度を表す各ベクトル)nx、ny、nzと、三次元のベクトル信号である球面調和関数との内積を成分として有するベクトルとして定義する。これは、各磁気センサセル220において、球面調和関数を直交座標系でサンプリングすることを意味している。なお、このal,mおよびbl,mは磁気センサセル220の個数を3倍した数の次元を持つベクトルとなる。また、各センサ部300の感磁軸方向と磁気感度を表す各ベクトルnx、ny、nzは、先述した主軸方向の感度、および、他軸方向の感度と対応したベクトルでよい。nxは、Sxx、Sxy、Sxzに対応してよい。nyは、Syx、Syy、Syzに対応してよい。nzは、Szx、Szy、Szzに対応してよい。このように、センサ部300x、y、およびzの主軸方向の感度と他軸方向の感度補正を含めて計算されたal,mおよびbl,mの値は基底ベクトル記憶部880に記憶される。基底ベクトル記憶部880が、磁気感度(主軸感度、他軸感度)の補正を含めて計算されたal,mおよびbl,mの値を記憶する本実施形態に係る磁気計測装置10は、動作時に、取得された計測データに対して較正演算部850における補正を行うことで、各磁気センサセル220の磁気感度(主軸感度、他軸感度)の補正を行うことが可能となる。
そうすると、ある時刻に磁気センサアレイ210において出力されるセンサ出力ベクトルΦは、以下の式で表すことができる。
さらに、Sin、Sout、Xin、およびXoutをそれぞれ次のように定義する。すなわち、Sinを、l=1からl=Linまで、各lにおいてm=-lからlまでの整数をとった時の各ベクトルaを順に列に並べた、計Lin・(Lin+2)列のベクトルと定義する。また、Soutを、l=1からL=Loutまで、各lにおいてm=-lからlまでの整数をとった時の各ベクトルbを順に列に並べた、計Lout・(Lout+2)列のベクトルと定義する。また、Xinを、l=1からl=Linまで、各lにおいてm=-lからlまでの整数をとった時の各多極モーメントαを順に列に並べたベクトルを転置した、計Lin・(Lin+2)行のベクトルと定義する。また、Xoutを、l=1からl=Linまで、各lにおいてm=-1からlまでの整数をとった時の各多極モーメントβを順に列に並べたベクトルを転置した、計Lout・(Lout+2)行のベクトルと定義する。
そうすると、センサ出力ベクトルΦは、次式に示すように、行列Sと縦ベクトルXの内積の形で表すことができる。ここで、行列Sは、基底ベクトルを示し、例えば、ステップ1320において、信号空間分離部890が基底ベクトル記憶部880から取得したものである。また、縦ベクトルXは、基底ベクトルに係る係数を示す。
この(数12)で得られたセンサ出力ベクトルΦのモデル式に基づいて、次式を用いてΦ=S・Xを最小2乗近似で満たす縦ベクトルXを決定する。これにより、信号空間分離部890は、磁場の空間分布を解くことができる。
本実施形態において、図14に示すように、生体50の表面上の複数の磁場位置1200の磁場を算出する場合には、(数13)で求めたXを用いた(数14)により、センサ出力ベクトルΦに基づいて、当該複数の磁場位置1200のベクトルrにおける磁場を算出することができる。(数14)において、第1項は、生体50の表面上の磁場位置1200の測定対象磁場を示し、第2項は外乱磁場を示す。
In this embodiment, as shown in FIG. 14, when calculating the magnetic field at a plurality of
本実施形態に係る信号空間分離部890は、複数の磁場位置1200(1)~(M)のそれぞれについて(数14)を用いて磁場を算出することができる。信号空間分離部890は、外乱磁場成分(すなわち、(数14)における第2項の成分)を抑制した結果を出力する。信号空間分離部890は、磁場位置1200のベクトルrにおける測定対象磁場、すなわち、(数14)における第1項の成分だけを出力してよい。
The
次に、ステップ1350において、計算部895は、信号空間分離部890からの測定対象磁場成分の磁場データBに基づいて生体50内に流れる電流を算出する。計算部895は、信号空間分離部890からのM個の磁場データB1~BMから、図11に示すようなN個の電流J1~JNを求めてよい。まず、電流から磁場に変換する順問題は、リードフィールド行列Lを用いて(数15)のように表すことができる。ここで、磁場B1~BM、および電流J1~JNは、それぞれ3次元ベクトルである。リードフィールド行列Lの行列要素の値は、生体50をモデル化する有限要素法(FEM)によって算出されてよい。なお、計算部895は、磁場位置1200における測定対象磁場Bではなく、磁気センサアレイ210の検出磁場Bに基づいて、電流を同様に算出してもよい。
Next, at step 1350 , the
計算部895は、順問題でリードフィールド行列を算出した後に、その逆問題としてN個の電流J1~JNを算出してよい。計算部895は、逆問題において、(数16)に示すような2乗誤差を最小にするように、(数17)に示す式で電流J1~JNをそれぞれ算出することができる。
After calculating the lead field matrix by the forward problem, the
また、ステップ1350において、計算部895は、電流値Jに代えて又は加えて、信号空間分離部890からの測定対象磁場成分の磁場データBに基づいて生体50内の伝導率σを算出してよい。計算部895は、信号空間分離部890からのM個の磁場データB1~BMから、図14に示すような生体50の断面を含む範囲をメッシュ状に分割したN個の領域における伝導率σ1~σNを求めてよい。まず、伝導率σから磁場Bに変換する順問題は、伝導率分布を推定する際のリードフィールド行列Aを用いて(数18)のように表すことができる。ここで、磁場B1~BMは、それぞれ3次元ベクトルである。リードフィールド行列Aの行列要素の値は、生体50をモデル化する有限要素法(FEM)によって算出されてよい。なお、計算部895は、磁場位置1200における測定対象磁場Bではなく、磁気センサアレイ210の検出磁場Bに基づいて、伝導率σを同様に算出してもよい。
Further, in step 1350, the
計算部895は、順問題でリードフィールド行列を算出した後に、その逆問題としてN個の伝導率σ1~σNを算出してよい。計算部895は、逆問題において、(数19)に示すような2乗誤差を最小にするように、(数20)に示す式で伝導率σ1~σNをそれぞれ算出することができる。
After calculating the lead field matrix by the forward problem, the
計算部895は、電流又は伝導率を算出する前に、電極対毎に計測した計測データについて、リード線805起因の磁場の成分を除去してよい。計算部895は、リード線805の経路を決定し、決定した経路から上記した電流算出計算の逆算により、リード線805起因の磁場の成分を取得してよい。計算部895は、例えば、決定したリード線805の経路と電流値から、ビオサバールの式を用いて、リード線805起因の磁場の成分を算出してよい。また、計算部895は、例えば、決定した経路を流れる電流値から、(数15)~(数17)等を用いて、磁気センサアレイ210で検出される磁場の成分を逆算してよい。計算部895は、さらに、電極800(特には、磁気センサアレイ210と対向する生体50の領域上に配置された電極800)から生じる磁場の成分を、リード線805から生じる磁場の成分と同様に算出して、計測データから除去してよい。
The
以上のように、計算部895は、生体50内の複数位置における電流又は伝導率を算出して生体50内の電流密度分布又は伝導率分布を出力することができる。ステップ1310は、繰り返し実行されてよく、全ての電極対に対応する計測データを取得した後にも、同様に、電流対毎の計測データの取得を繰り返してよい。ステップ1330~1350は、ステップ1310と並行に行われてよく、電流印加および磁場測定しながらリアルタイムで算出結果を出力することができる。また、本実施形態の計測装置10は、例えば、情報処理部30のディスプレイ等により、EITの技術の一部を用いて、算出結果の電流分布に応じた生体50内のインピーダンス分布を示す画像(例えば、電極800で囲われた生体50のxz平面の断面の画像又は当該断面を含む円筒形状の三次元画像)を生成して多値化表示することができる。
As described above, the
本実施形態の計測装置10は、信号空間分離部890により外乱磁場を抑制して、生体50の外表面上の磁場を精度よく検出することができる。本実施形態の計測装置10は、磁気センサアレイ210の磁場検出結果に基づいて、生体50の外表面上の多数の位置の磁場を算出することができるため、分解能を高めることができる。また、本実施形態の計測装置10は、磁気センサアレイ210の磁場検出結果を用いるため、生体50の表面状態及び動きに依存しない計測を行うことができる。
The
図16は、本実施形態の計測装置10における電流印加ユニット100と磁気センサユニット110の配置の他の例を示す。図16の電流印加ユニット100の複数の縦長の電極800は、図1,9,及び13において生体50の全周に配置された複数の電極800とは異なり、生体50の一方の面にのみ配置される。電流印加ユニット100の複数の電極800は、磁気センサユニット110が配置された側とは反対側の生体50の表面上に接触するように配置される。電流印加ユニット100及び磁気センサユニット110は、腹巻き状の固定部1500に取り付けられて生体50に固定される。固定部1500は、中空部分の直径が変更可能な円筒状であってよく、生体50が中空部分に入って固定されることで、生体50と電流印加ユニット100の少なくとも1部および磁気センサユニット110の少なくとも1部との位置関係を固定してよい。なお、図16の計測装置10は、図1に示すヘッド120と、駆動部125と、ベース部130と、ポール部140とを有さなくてもよい。
FIG. 16 shows another example of arrangement of the current applying
なお、計測装置10は、所定の基準状態での磁束密度からの計測時の磁場データの差分ΔBを取得し、リードフィールド行列L又はAを用いて電流の差分ΔJ又は伝導率の差分Δσを、式ΔB=LΔJ又はΔB=AΔσにより算出してもよい。基準状態の磁束密度は、生体50の内部を一様としてシミュレーションして取得された磁束密度、又は、前の計測において測定された磁束密度であってよい。基準状態での磁束密度及び計測時の磁束密度の測定方法上記と同様であってよく、電流又は伝導率の算出方法も上記と同様であってよい。また、基準状態での磁束密度と計測時の磁場データとからそれぞれ電流又は伝導率を算出して、当該基準状態での電流又は伝導率から計測時の電流又は伝導率を引いてΔJ又はΔσを算出してもよい。このような磁束密度の変化により生体内の電流密度分布又は伝導率分布の変化を算出することで、電極800に接続されたリード線805起因の磁場等の外乱要因を低減でき、算出された電流又は伝導率から高精度な画像を生成できる。
The measuring
なお、複数の電極800は、電流印加ユニット100の複数の電極800と磁気センサユニット110は生体50の同じ側にのみ配置されてもよく、この場合、複数の電極800は、生体50の表面と磁気センサユニット110との間に、当該表面に接触して配置されてよい。
The plurality of
本発明の様々な実施形態は、フローチャートおよびブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、(1)操作が実行されるプロセスの段階または(2)操作を実行する役割を持つ装置のセクションを表わしてよい。特定の段階およびセクションが、専用回路、コンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、および/またはコンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタルおよび/またはアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路(IC)および/またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、論理AND、論理OR、論理XOR、論理NAND、論理NOR、および他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プログラマブルロジックアレイ(PLA)等のようなメモリ要素等を含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。 Various embodiments of the invention may be described with reference to flowchart illustrations and block diagrams, where blocks refer to (1) steps in a process in which operations are performed or (2) devices responsible for performing the operations. may represent a section of Certain steps and sections may be implemented by dedicated circuitry, programmable circuitry provided with computer readable instructions stored on a computer readable medium, and/or processor provided with computer readable instructions stored on a computer readable medium. you can Dedicated circuitry may include digital and/or analog hardware circuitry, and may include integrated circuits (ICs) and/or discrete circuitry. Programmable circuits include logic AND, logic OR, logic XOR, logic NAND, logic NOR, and other logic operations, memory elements such as flip-flops, registers, field programmable gate arrays (FPGAs), programmable logic arrays (PLAs), etc. and the like.
コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー(登録商標)ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリメモリ(ROM)、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EPROMまたはフラッシュメモリ)、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EEPROM)、静的ランダムアクセスメモリ(SRAM)、コンパクトディスクリードオンリメモリ(CD-ROM)、デジタル多用途ディスク(DVD)、ブルーレイ(RTM)ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。 Computer-readable media may include any tangible device capable of storing instructions to be executed by a suitable device, such that computer-readable media having instructions stored thereon may be designated in flowcharts or block diagrams. It will comprise an article of manufacture containing instructions that can be executed to create means for performing the operations described above. Examples of computer-readable media may include electronic storage media, magnetic storage media, optical storage media, electromagnetic storage media, semiconductor storage media, and the like. More specific examples of computer readable media include floppy disks, diskettes, hard disks, random access memory (RAM), read only memory (ROM), erasable programmable read only memory (EPROM or flash memory), Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM), Static Random Access Memory (SRAM), Compact Disc Read Only Memory (CD-ROM), Digital Versatile Disc (DVD), Blu-ray (RTM) Disc, Memory Stick, Integration Circuit cards and the like may be included.
コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ(ISA)命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはSmalltalk(登録商標)、JAVA(登録商標)、C++等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、および「C」プログラミング言語または同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、1または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。 The computer readable instructions may be assembler instructions, Instruction Set Architecture (ISA) instructions, machine instructions, machine dependent instructions, microcode, firmware instructions, state setting data, or instructions such as Smalltalk, JAVA, C++, etc. any source or object code written in any combination of one or more programming languages, including object-oriented programming languages, and conventional procedural programming languages such as the "C" programming language or similar programming languages; may include
コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク(LAN)、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク(WAN)を介して提供され、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。 Computer readable instructions may be transferred to a processor or programmable circuitry of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing apparatus, either locally or over a wide area network (WAN), such as a local area network (LAN), the Internet, or the like. ) and may be executed to create means for performing the operations specified in the flowcharts or block diagrams. Examples of processors include computer processors, processing units, microprocessors, digital signal processors, controllers, microcontrollers, and the like.
図17は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ2200の例を示す。コンピュータ2200にインストールされたプログラムは、コンピュータ2200に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられる操作または当該装置の1または複数のセクションとして機能させることができ、または当該操作または当該1または複数のセクションを実行させることができ、および/またはコンピュータ2200に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ2200に、本明細書に記載のフローチャートおよびブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定の操作を実行させるべく、CPU2212によって実行されてよい。
FIG. 17 illustrates an
本実施形態によるコンピュータ2200は、CPU2212、RAM2214、グラフィックコントローラ2216、およびディスプレイデバイス2218を含み、それらはホストコントローラ2210によって相互に接続されている。コンピュータ2200はまた、通信インターフェイス2222、ハードディスクドライブ2224、DVD-ROMドライブ2226、およびICカードドライブのような入/出力ユニットを含み、それらは入/出力コントローラ2220を介してホストコントローラ2210に接続されている。コンピュータはまた、ROM2230およびキーボード2242のようなレガシの入/出力ユニットを含み、それらは入/出力チップ2240を介して入/出力コントローラ2220に接続されている。
CPU2212は、ROM2230およびRAM2214内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ2216は、RAM2214内に提供されるフレームバッファ等またはそれ自体の中にCPU2212によって生成されたイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス2218上に表示されるようにする。
通信インターフェイス2222は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブ2224は、コンピュータ2200内のCPU2212によって使用されるプログラムおよびデータを格納する。DVD-ROMドライブ2226は、プログラムまたはデータをDVD-ROM2201から読み取り、ハードディスクドライブ2224にRAM2214を介してプログラムまたはデータを提供する。ICカードドライブは、プログラムおよびデータをICカードから読み取り、および/またはプログラムおよびデータをICカードに書き込む。
ROM2230はその中に、アクティブ化時にコンピュータ2200によって実行されるブートプログラム等、および/またはコンピュータ2200のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入/出力チップ2240はまた、様々な入/出力ユニットをパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入/出力コントローラ2220に接続してよい。
プログラムが、DVD-ROM2201またはICカードのようなコンピュータ可読媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読媒体から読み取られ、コンピュータ可読媒体の例でもあるハードディスクドライブ2224、RAM2214、またはROM2230にインストールされ、CPU2212によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ2200に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ2200の使用に従い情報の操作または処理を実現することによって構成されてよい。
A program is provided by a computer-readable medium such as a DVD-
例えば、通信がコンピュータ2200および外部デバイス間で実行される場合、CPU2212は、RAM2214にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インターフェイス2222に対し、通信処理を命令してよい。通信インターフェイス2222は、CPU2212の制御下、RAM2214、ハードディスクドライブ2224、DVD-ROM2201、またはICカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ処理領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信された受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ処理領域等に書き込む。
For example, when communication is performed between the
また、CPU2212は、ハードディスクドライブ2224、DVD-ROMドライブ2226(DVD-ROM2201)、ICカード等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がRAM2214に読み取られるようにし、RAM2214上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。CPU2212は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックする。
In addition, the
様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、およびデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。CPU2212は、RAM2214から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプの操作、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索/置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をRAM2214に対しライトバックする。また、CPU2212は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第2の属性の属性値に関連付けられた第1の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、CPU2212は、第1の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第2の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第1の属性に関連付けられた第2の属性の属性値を取得してよい。
Various types of information, such as various types of programs, data, tables, and databases, may be stored on recording media and subjected to information processing.
上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ2200上またはコンピュータ2200近傍のコンピュータ可読媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはRAMのような記録媒体が、コンピュータ可読媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ2200に提供する。
The programs or software modules described above may be stored in a computer readable medium on or near
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It is obvious to those skilled in the art that various modifications and improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the scope of claims that forms with such modifications or improvements can also be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The execution order of each process such as actions, procedures, steps, and stages in the devices, systems, programs, and methods shown in the claims, the specification, and the drawings is particularly "before", "before etc., and it should be noted that they can be implemented in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the specification, and the drawings, even if the description is made using "first," "next," etc. for the sake of convenience, it means that it is essential to carry out in this order. not a thing
10 計測装置
20 本体部
30 情報処理部
50 生体
100 電流印加ユニット
110 磁気センサユニット
120 ヘッド
125 駆動部
130 ベース部
140 ポール部
210 磁気センサアレイ
220 磁気センサセル
230 センサデータ収集部
300 センサ部
520 磁気センサ
530 磁場生成部
532 増幅回路
534 コイル
540 出力部
702 磁気抵抗素子
704 磁気収束板
706 磁気収束板
800 電極
805 リード線
807 電極
810 電流印加部
820 制御部
830 計測データ取得部
840 AD変換器
842 クロック発生器
850 較正演算部
860 記憶部
870 推定部
880 基底ベクトル記憶部
890 信号空間分離部
895 計算部
1200 磁場位置
1500 固定部
2200 コンピュータ
2201 DVD-ROM
2210 ホストコントローラ
2212 CPU
2214 RAM
2216 グラフィックコントローラ
2218 ディスプレイデバイス
2220 入/出力コントローラ
2222 通信インターフェイス
2224 ハードディスクドライブ
2226 DVD-ROMドライブ
2230 ROM
2240 入/出力チップ
2242 キーボード
10
2210
2214 RAM
2216
2240 input/
Claims (14)
複数の磁気センサセルを有し、三次元空間内の複数の箇所において3軸方向の入力磁場を検出可能な磁気センサアレイと、
前記複数の電極のうちの少なくとも1つの電極対により前記生体に電流を流す電流印加部と、
前記生体に電流を流している間に前記磁気センサアレイが前記生体から検出した前記入力磁場に基づく計測データを取得する計測データ取得部と、
前記計測データに基づいて、前記生体内に流れる電流又は生体内の伝導率を推定する推定部とを備える
計測装置。 an electrode unit having a plurality of vertically elongated electrodes arranged side by side around a living body and having a lateral direction in the circumferential direction of the living body;
a magnetic sensor array having a plurality of magnetic sensor cells and capable of detecting input magnetic fields in three axial directions at a plurality of locations in a three-dimensional space;
a current applying unit that applies a current to the living body using at least one electrode pair of the plurality of electrodes;
a measurement data acquisition unit that acquires measurement data based on the input magnetic field detected from the living body by the magnetic sensor array while current is flowing through the living body;
An estimating unit that estimates current flowing in the living body or conductivity in the living body based on the measurement data.
請求項1に記載の計測装置。 The measuring device according to claim 1, wherein each of the plurality of electrodes is longer in the longitudinal direction than the length of the measurement target site of the living body.
請求項1又は2に記載の計測装置。 The measuring device according to claim 1 or 2, wherein the plurality of electrodes have the same longitudinal length.
請求項1から3のいずれか一項に記載の計測装置。 The measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetic sensor array is arranged without contact with the electrode unit.
請求項4に記載の計測装置。 The measuring device according to claim 4, wherein the magnetic sensor array is arranged to face the electrode unit.
請求項1から5のいずれか一項に記載の計測装置。 The measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein the magnetic sensor array is arranged in a range shorter than the length of the plurality of electrodes in the longitudinal direction of the plurality of electrodes.
請求項1から6のいずれか一項に記載の計測装置。 The measuring device according to any one of claims 1 to 6, wherein the current applying section applies an alternating current to the living body through the at least one electrode pair.
請求項1から7のいずれか一項に記載の計測装置。 The measuring device according to any one of claims 1 to 7, further comprising a control section that synchronizes current flowing through the living body by the at least one electrode pair and acquisition of the measurement data by the measurement data acquisition section.
請求項1から8のいずれか一項に記載の計測装置。 The measurement apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the measurement data acquisition unit removes magnetic field components generated from lead wires connected to the plurality of electrodes from the measurement data.
請求項1から9のいずれか一項に記載の計測装置。 10. The current applying unit according to any one of claims 1 to 9, wherein the current applying unit sequentially applies a current to an electrode pair consisting of two adjacent electrodes while shifting the electrodes one by one to pass the current to the living body. measuring device.
前記計測データによって示される磁場の空間分布を、前記生体からの測定対象磁場と外乱磁場とに分離する信号空間分離部と、
分離した前記測定対象磁場に基づいて、前記生体内に流れる電流の電流値又は生体内の伝導率を算出する計算部とを備える
請求項1から10のいずれか一項に記載の計測装置。 The estimation unit
A signal space separation unit that separates the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data into a magnetic field to be measured from the living body and a disturbance magnetic field;
11. The measuring device according to any one of claims 1 to 10, further comprising a calculation unit that calculates a current value of current flowing in the living body or a conductivity in the living body based on the separated magnetic field to be measured.
前記信号空間分離部は、前記磁場の空間分布を、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を前記磁気センサアレイで検出したときに前記磁気センサのそれぞれが出力する信号ベクトルを基底ベクトルとして分離する
請求項11に記載の計測装置。 each of the plurality of magnetic sensor cells has a plurality of magnetic sensors each having a magnetoresistive element and a magnetic flux converging plate disposed at both ends of the magnetoresistive element;
The signal space separation unit separates the spatial distribution of the magnetic field from signal vectors output by each of the magnetic sensors when the magnetic sensor array detects a magnetic field having a spatial distribution of an orthonormal function as a basis vector. Item 12. The measuring device according to item 11.
前記生体に電流を流している間に、複数の磁気センサセルを有する磁気センサアレイにより、三次元空間内の複数の箇所において3軸方向の入力磁場を検出する段階と、
前記磁気センサアレイが前記生体から検出した前記入力磁場に基づく計測データを取得する段階と、
前記計測データに基づいて、前記生体内に流れる電流又は生体内の伝導率を推定する段階とを備える
計測方法。 applying a current to the living body by at least one electrode pair of a plurality of vertically elongated electrodes arranged side by side around the living body and having a lateral direction in the circumferential direction of the living body;
detecting an input magnetic field in three axial directions at a plurality of locations in a three-dimensional space with a magnetic sensor array having a plurality of magnetic sensor cells while current is flowing through the living body;
obtaining measurement data based on the input magnetic field detected from the living body by the magnetic sensor array;
and estimating current flowing in the living body or conductivity in the living body based on the measurement data.
生体の周囲に横並びで配置される、前記生体の周方向が短手方向となる縦長形状の複数の電極のうちの少なくとも1つの電極対により前記生体に電流を流している間に、三次元空間内の複数の箇所において3軸方向の入力磁場を検出可能な磁気センサアレイにより前記生体から検出した入力磁場に基づく計測データによって示される磁場の空間分布を、前記生体からの測定対象磁場と外乱磁場とに分離する信号空間分離部と、
分離した前記測定対象磁場に基づいて、前記生体内に流れる電流の電流値又は生体内の伝導率を算出する計算部、
として機能させるためのプログラム。 executed by a computer to cause said computer to:
A three-dimensional space is generated while an electric current is being supplied to the living body by at least one electrode pair among a plurality of vertically elongated electrodes arranged side by side around the living body and having a lateral direction in the circumferential direction of the living body. The spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data based on the input magnetic field detected from the living body by a magnetic sensor array capable of detecting the input magnetic field in three axial directions at multiple points in the living body, and the magnetic field to be measured and the disturbance magnetic field from the living body. a signal space separation unit that separates into
a calculation unit that calculates the current value of the current flowing in the living body or the conductivity in the living body based on the separated magnetic field to be measured;
A program to function as
Priority Applications (1)
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JP2021056126A JP2022153083A (en) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | Measurement device, method for measurement, and program |
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