JP2500715B2 - Living activity current source estimation device - Google Patents

Living activity current source estimation device

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JP2500715B2
JP2500715B2 JP3342028A JP34202891A JP2500715B2 JP 2500715 B2 JP2500715 B2 JP 2500715B2 JP 3342028 A JP3342028 A JP 3342028A JP 34202891 A JP34202891 A JP 34202891A JP 2500715 B2 JP2500715 B2 JP 2500715B2
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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、生体活動電流によっ
て生じる磁界の測定データから、生体活動電流源の位
置,向き,大きさを推定する装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for estimating the position, orientation and size of a bioactivity current source from measurement data of a magnetic field generated by a bioactivity current.

【0002】[0002]

【従来の技術】生体に対して光や音のような外界の刺激
を与えると、感覚神経に信号(活動電流)が発生する。
この生体活動電流によって形成される磁界を、SQUI
D(Superconducting Quantum
InterferenceDvice:超電導量子干
渉計)を用いたセンサで計測し、その計測データから生
体活動電流源の位置,大きさ,方向を推定する。推定さ
れた生体活動電流源(以下、単に電流源と略す)は、X
線CT装置やMRI装置などで撮像された体内断層像上
に表示され、患部等の物理的位置の特定などに使用され
る。
2. Description of the Related Art When an external stimulus such as light or sound is given to a living body, a signal (active current) is generated in a sensory nerve.
The magnetic field formed by this biological activity current is SQUI
D (Superconducting Quantum
Interference Device (superconducting quantum interferometer) is used for measurement, and the position, size, and direction of the biological activity current source are estimated from the measurement data. The estimated biological activity current source (hereinafter simply referred to as current source) is X
It is displayed on a tomographic image in the body taken by a line CT apparatus or an MRI apparatus, and is used for specifying the physical position of the affected area or the like.

【0003】従来の電流源の推定装置としては、例えば
以下のようなものが知られている。 (a)頭部を球体モデル化して、頭部の導電率、すなわ
ち、脳の内部の導電率や頭蓋骨の導電率を全て一定であ
ると仮定し、脳の内部の任意の点において任意の向き,
任意の大きさの電流源を想定する。想定した電流源によ
って数値計算して得られた磁界データと、前記SQUI
Dセンサで得られた計測データとの二乗誤差を求め、誤
差が最小となるように電流源の位置,向き,大きさを変
化させる。このようにして得られた電流源の位置,向
き,大きさを、SQUIDセンサで計測された磁界の電
流源であると推定する。
For example, the following is known as a conventional current source estimating device. (A) Assuming that the conductivity of the head, that is, the conductivity of the inside of the brain and the conductivity of the skull are all constant by modeling the head as a sphere, the orientation of the head in any direction ,
Assume a current source of arbitrary size. Magnetic field data obtained by numerical calculation with an assumed current source, and the SQUI
The squared error from the measurement data obtained by the D sensor is obtained, and the position, orientation, and size of the current source are changed so that the error is minimized. The position, orientation, and size of the current source thus obtained are estimated to be the current source of the magnetic field measured by the SQUID sensor.

【0004】(b)まず、頭部の形状を複数の微小な要
素(例えば、三角形など)の組み合わせで表現して精密
にモデル化し、各要素で表される領域(例えば、頭蓋
骨,脳,頭表皮等)に対して導電率を夫々設定する。脳
の内部の任意の点において任意の向き,任意の大きさの
電流源を想定し、想定した電流源による磁界を導電率を
考慮して計算する(境界要素法などの計算手法が用いら
れる)。計算された磁界データと、前記SQUIDセン
サで得られた計測データとの二乗誤差を求め、誤差が最
小となるように電流源の位置,向き,大きさを変化させ
る。このようにして得られた電流源の位置,向き,大き
さを、SQUIDセンサで計測された磁界の電流源であ
ると推定する。
(B) First, the shape of the head is represented by a combination of a plurality of minute elements (for example, triangles) and is precisely modeled, and the area represented by each element (for example, skull, brain, head) The conductivity is set for each of the skins). Assuming a current source of any direction and size at any point inside the brain, calculate the magnetic field by the assumed current source in consideration of conductivity (a calculation method such as the boundary element method is used) . The square error between the calculated magnetic field data and the measurement data obtained by the SQUID sensor is obtained, and the position, orientation, and size of the current source are changed so that the error is minimized. The position, orientation, and size of the current source thus obtained are estimated to be the current source of the magnetic field measured by the SQUID sensor.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】一般に、生体の脳の内
部に発生した生体活動電流は導電性を有する脳の内部に
おいて分布し、その分布の様子は頭部の導電率および頭
部形状に依存する。SQUIDセンサで計測された磁界
データは、そのような分布電流からの磁界と、電流源か
らの磁界とが混在したデータとなる。数値計算による磁
界データもこれに従い、想定した電流源からの磁界と、
その想定した位置の導電率および形状から求めた分布電
流からの磁界とを算出し、これらの磁界データを加えた
ものを推定に用いる磁界データとしている。
Generally, the bioactive current generated in the brain of a living body is distributed inside the brain having conductivity, and the distribution state depends on the conductivity of the head and the shape of the head. To do. The magnetic field data measured by the SQUID sensor is data in which the magnetic field from such a distributed current and the magnetic field from the current source are mixed. According to the magnetic field data obtained by numerical calculation, the magnetic field from the assumed current source,
The magnetic field from the distributed current obtained from the conductivity at the assumed position and the shape is calculated, and the sum of these magnetic field data is used as the magnetic field data used for estimation.

【0006】しかしながら、従来例の(a)に記載した
装置では、頭部を球体モデル化し、頭部の導電率を一定
であると仮定して磁界データを算出している。実際には
脳の内部の導電率が一定であることはなく、また脳組織
と頭蓋骨との導電率にも格段の相違がある。頭部形状も
決して球体ではない。これら導電率と頭部形状との相
違、すなわち、前記の分布電流による磁界の相違から、
数値計算された磁界データには多くの誤差が含まれるこ
とになり、電流源の位置,向き,大きさの推定誤差も著
しいものであった。
However, in the apparatus described in the conventional example (a), the head is modeled as a sphere, and the magnetic field data is calculated on the assumption that the conductivity of the head is constant. In reality, the conductivity inside the brain is not constant, and there is a marked difference in the conductivity between the brain tissue and the skull. The head shape is also not a sphere. From the difference between these conductivity and the head shape, that is, the difference in the magnetic field due to the distributed current,
The numerically calculated magnetic field data includes many errors, and the estimation error of the position, orientation, and size of the current source was also significant.

【0007】そこで、従来例の(a)に記載した装置を
用いる場合には、数値計算データとして、頭部表面に垂
直な方向の磁界だけを取り扱うようにしている。こうす
ることで、分布電流の影響を低減できることが知られて
おり、数値計算データの誤差分を少なくできるからであ
る。しかし、前述のように、実際の計測データには分布
電流からの磁界データも含まれており、数値計算データ
を頭部表面に垂直な方向の磁界だけとした場合には、そ
の分布電流からの磁界を考慮しないため推定の精度が低
く、電流源の大まかな位置,向き,大きさしか把握でき
なかった。
Therefore, when the apparatus described in the conventional example (a) is used, only the magnetic field in the direction perpendicular to the head surface is handled as the numerical calculation data. By doing so, it is known that the influence of the distributed current can be reduced, and the error amount of the numerical calculation data can be reduced. However, as described above, the actual measurement data also includes the magnetic field data from the distributed current, and when the numerical calculation data is only the magnetic field in the direction perpendicular to the head surface, The accuracy of the estimation was low because the magnetic field was not taken into consideration, and only the rough position, orientation, and size of the current source could be grasped.

【0008】これに対し、従来例の(b)に記載した装
置では、頭部の形状を精密にモデル化し、導電率も部位
に応じて夫々設定しているから、数値計算された磁界デ
ータは前述のように、電流源からの磁界と分布電流から
の磁界とが考慮されたものとなり、計測データとの誤差
も少なく、推定精度も高い。しかし、精密にモデル化さ
れた脳の全領域に対してその形状,導電率を考慮した磁
界データの数値計算量は膨大であり、推定時間が著しく
延長されるという問題がある。
On the other hand, in the apparatus described in the conventional example (b), the shape of the head is accurately modeled, and the electric conductivity is set in accordance with each part. As described above, the magnetic field from the current source and the magnetic field from the distributed current are taken into consideration, the error from the measurement data is small, and the estimation accuracy is high. However, there is a problem that the numerical calculation amount of the magnetic field data considering the shape and the conductivity of the whole region of the precisely modeled brain is huge, and the estimation time is remarkably extended.

【0009】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、上記の数値計算による誤差をなく
し、かつ、少ない計算量で精度の高い推定を行うことが
できる生体活動電流源推定装置を提供することを目的と
している。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to eliminate the error due to the above-mentioned numerical calculation and to estimate the living body current source capable of performing highly accurate estimation with a small amount of calculation. The purpose is to provide a device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために次のような構成をとる。すなわち、この
発明の生体活動電流源推定装置は、(a)生体内の関心
領域に現れた生体活動電流によって生じる磁界の直交す
る3方向成分をそれぞれ測定する3軸型ピックアップコ
イルを多数内蔵したマルチチャンネルSQUID(超電
導量子干渉計)センサを備え、(b)前記マルチチャン
ネルSQUIDセンサの各チャンネル(各3軸型ピック
アップコイル)毎に測定された前記3方向の測定磁界デ
ータを記憶し、(c)前記3軸型ピックアップコイルを
構成する3つのコイルの向きと前記生体の関心領域の表
面に垂直な方向との関係に基づき、前記記憶された3方
向測定磁界データから、前記関心領域の表面に垂直な方
向の磁界データ(垂直測定磁界データ)を各チャンネル
毎に求め、(d)前記求められた各チャンネル毎の垂直
測定磁界データを記憶し、(e)前記関心領域内の任意
の位置に想定した、任意の大きさで任意の方向の仮想電
流源によって生じる、前記関心領域の表面に垂直な方向
の仮想磁界データ(垂直仮想磁界データ)を、各チャン
ネル毎に求め、(f)前記算出された垂直仮想磁界デー
タと前記記憶された垂直測定磁界データとの二乗誤差が
最小となる生体活動電流源を前記関心領域を簡略的に表
したモデル内で推定し、(g)前記推定された生体活動
電流源を前記関心領域を精密に表したモデル内に想定し
て、この生体活動電流源によって生じる磁界の前記3方
向成分に対応した仮想磁界データ(3方向仮想磁界デー
タ)を各チャンネル毎に求め、(h)前記各チャンネル
毎の3方向仮想磁界データと前記記憶されている3方向
測定磁界データとの二乗誤差が最小となる生体活動電流
源を前記関心領域の精密モデル内で推定する、ことを特
徴とする。
The present invention has the following constitution in order to achieve the above object. That is, the biological activity current source estimation apparatus according to the present invention includes: (a) a multi-axis pickup coil that includes a large number of three-axis pickup coils that measure orthogonal three-direction components of a magnetic field generated by a biological activity current that appears in a region of interest in the living body. comprising a channel SQUID (superconducting quantum interference device) sensors, store the (b) the measured magnetic field data of said measured three directions for each channel (each triaxial pickup coil) of the multi-channel SQUID sensor, (c) Based on the relationship between the directions of the three coils forming the triaxial pickup coil and the direction perpendicular to the surface of the region of interest of the living body, the stored three-direction measurement magnetic field data is used to determine the direction perpendicular to the surface of the region of interest. seeking direction of the magnetic field data (vertical measuring magnetic field data) for each channel, such, measuring the vertical for each channel obtained above (d) Storing magnetic field data, (e) the assumed at any position within the region of interest, any resulting from virtual current source any direction size, a virtual magnetic field data in a direction perpendicular to the surface of the region of interest ( Vertical virtual magnetic field data) is obtained for each channel, and (f) a biological activity current source that minimizes the square error between the calculated vertical virtual magnetic field data and the stored vertical measured magnetic field data is set to the region of interest. Estimating in a simplified model, (g) Assuming the estimated biological activity current source in a model that accurately represents the region of interest, the three directions of the magnetic field generated by the biological activity current source. obtains a virtual magnetic field data corresponding to the component (3 directions virtual field data) for each channel, (h) said the three-way virtual field data and the the stored three directions measured magnetic field data for each channel JP multiplication error estimate the smallest bioelectric current sources in a precise model of the region of interest, that
To collect.

【0011】[0011]

【作用】この発明の構成による作用は、次のとおりであ
る。マルチチャンネルSQUIDセンサで測定された3
方向の測定磁界データ、各チャンネル毎に記憶する。
前記記憶された測定磁界データから、関心領域の表面に
垂直な方向の磁界データ(垂直測定磁界データ)を算出
し、この垂直測定磁界データを記憶する。一方、関心領
域内の任意の位置に想定した、任意の大きさで任意の方
向の仮想電流源によって生じる、前記関心領域の表面に
垂直な方向の仮想磁界データ(垂直仮想磁界データ)を
各チャンネル毎に求める。前記求められた垂直仮想磁界
データと前記記憶された垂直測定磁界データとの二乗誤
差が最小となる生体活動電流源を前記関心領域を簡略的
に表したモデル内で推定する。このように生体の表面に
垂直な方向の磁界データのみを用いて推定された生体活
動電流源は、生体内で分布する生体活動電流からの磁界
を低減して数値計算の誤差を少なくした反面、推定の精
度はあまり高くない、暫定的に大まかに推定された生体
活動電流源となる。前記推定された生体活動電流源を前
記関心領域を精密に表したモデル内に想定して、この生
体活動電流源によって生じる磁界の3方向成分に対応し
た仮想磁界データ(3方向仮想磁界データ)を各チャン
ネル毎に算出する。そして、前記各チャンネル毎の3方
向仮想磁界データと前記記憶されている3方向測定磁界
データとの二乗誤差が最小となる生体活動電流源を前記
関心領域の精密モデル内で推定する。この推定は、先に
大まかに推定された生体活動電流源の位置付近において
のみ行われ、計測の対象となる生体の全領域に対して行
われるものでないからその椎定時間は短いもので済む。
The function of the present invention is as follows. 3 measured with multi-channel SQUID sensor
The measured magnetic field data in the direction is stored for each channel .
The calculated from the stored measured magnetic field data, magnetic field data in the direction perpendicular to the surface of the region of interest (vertical measurement field data)
Then, the vertically measured magnetic field data is stored . Hand, it assumed at any position related heart region, any resulting from virtual current source any direction size, a virtual magnetic field data in a direction perpendicular to the surface of the region of interest (vertical virtual field data) Ru required for each channel. Estimated in front Symbol the obtained vertical virtual field data and previous SL stored vertically measurement model squared error between the magnetic field data representing the smallest bioelectric current sources in a simplified manner the region of interest. In this way, the biological activity current source estimated by using only the magnetic field data in the direction perpendicular to the surface of the living body reduces the magnetic field from the biological activity current distributed in the living body and reduces the error in the numerical calculation. The estimation accuracy is not very high, and it is a provisionally roughly estimated biological activity current source. Assuming in the estimated model of bioelectric current sources have precisely represents the region of interest, a virtual magnetic field data (three-way virtual field data) corresponding to the three directional components of the magnetic field generated by the bioelectric current sources Calculate for each channel. And it estimates the previous SL bioelectric current sources squared error between three-way virtual field data and previous SL the stored three directions measured magnetic field data for each channel is minimized at the precise model of the region of interest. Estimation of this is done only in the vicinity of the position of bioelectric current sources that are <br/> roughly estimated earlier, between the vertebral scheduled do not intended to be performed on the entire area of the living body to be measured Is short.

【0012】[0012]

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
説明する。 [1−1] 図1(a)に示すような、3軸型ピックアッ
プコイル1を多数内蔵してなるマルチチャンネルSQU
IDセンサ2(同図(b)参照)を用いて、被検者mの
脳内に現れた生体活動電流により形成される磁界のデー
タを測定する。3軸型ピックアップコイル1は、3方向
の磁界の大きさをそれぞれに検出するコイル1a,1
b,1cを円筒ボビン3の上下に巻回したものであり、
図1(a)のものに限らず、図2(a),(b)に示す
ような構成のものを使用してもよい。
EXAMPLES Hereinafter, it described based on an embodiment of the invention with reference to the accompanying drawings. [1-1] Multi-channel SQU including a large number of triaxial pickup coils 1 as shown in FIG.
Using the ID sensor 2 (see (b) in the figure), data of the magnetic field formed by the bioactive current appearing in the brain of the subject m is measured. The triaxial pickup coil 1 includes coils 1a and 1a for respectively detecting the magnitudes of magnetic fields in three directions.
b and 1c are wound around the top and bottom of the cylindrical bobbin 3,
The structure shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) is not limited to that shown in FIG. 1 (a).

【0013】マルチチャンネルSQUIDセンサ2のチ
ャンネル数をnとして、各チャンネル毎に測定された各
方向の磁界データをB1a,・・・,Bna、B1b,
・・・,Bnb、B1c,・・・,Bncとし、これら
の計測データをBra,Brb,Brcとして図3のよ
うにファイルに格納する。
When the number of channels of the multi-channel SQUID sensor 2 is n, the magnetic field data in each direction measured for each channel are B1a, ..., Bna, B1b,
· · ·, Bnb, and B1c, · · ·, a Bnc, stores these measurement data Bra, Brb, the file as shown in FIG. 3 as Brc.

【0014】[1−2]3軸型ピックアップコイル1の
各コイル1a,1b,1cの向きと、被検者mの頭部表
面に垂直な方向との関係を求める。まず、マルチチャン
ネルSQUIDセンサ2の容器(デュワーと呼ぶ)を基
準とした3次元座標系に対する各コイル1a,1b,1
cの向きを設計図を参照して把握しておく。次に、デュ
ワーに投光器を取り付けて光ビームを被検者mに照射し
たり、また、被検者mの複数箇所に小コイルを取り付
け、小コイルから発生した磁界をマルチチャンネルSQ
UIDセンサ2で検出するなどの方法で、デュワーの座
標系に対する被検者mの頭部表面に垂直な方向を把握す
る。
[1-2] The relationship between the orientations of the coils 1a, 1b, 1c of the triaxial pickup coil 1 and the direction perpendicular to the head surface of the subject m is determined. First, each coil 1a, 1b, 1 with respect to the three-dimensional coordinate system based on the container (referred to as Dewar) of the multi-channel SQUID sensor 2 is used.
Know the direction of c with reference to the design drawing. Next, a light projector is attached to the dewar to irradiate the subject m with a light beam, or small coils are attached to a plurality of positions of the subject m so that the magnetic field generated from the small coils is generated by the multi-channel SQ.
The direction perpendicular to the head surface of the subject m with respect to the Dewar coordinate system is grasped by a method such as detection by the UID sensor 2.

【0015】これらの情報、すなわち、デュワーの3次
元座標系に対する各コイル1a,1b,1cの向きと、
デュワーの3次元座標系に対する被検者mの頭部表面に
垂直な方向との関係から、各コイル1a,1b,1cの
向きと被検者mの頭部表面に垂直な方向との関係を求め
る。例えば、図4に示すように、各コイル1a,1b,
1cの向きa,b,cが互いに直交する3軸方向である
とし、これに対して、被検者mの頭部表面に垂直な方向
が符号dで示す関係であったとする。
These pieces of information, that is, the directions of the coils 1a, 1b and 1c with respect to the Dewar three-dimensional coordinate system,
From the relationship with the direction perpendicular to the head surface of the subject m with respect to Dewar's three-dimensional coordinate system, the relationship between the orientation of each coil 1a, 1b, 1c and the direction perpendicular to the head surface of the subject m is shown. Ask. For example, as shown in FIG. 4, each coil 1a, 1b,
It is assumed that the directions a, b, and c of 1c are three-axis directions that are orthogonal to each other, and that the direction perpendicular to the head surface of the subject m has a relationship indicated by a symbol d.

【0016】[1−3]ファイルに格納した計測データ
Bra,Brb,Brcから、被検者mの頭部表面に垂
直な方向d(以下、これを単に垂直方向dと記す)の磁
界データを求める。すなわち、図4に示した関係から、
垂直方向dの磁界データB1d,・・・,Bndを次の
数1で算出し、磁界データBrdとして図5のようにフ
ァイルに格納する。
[0016] [1-3] measurement data Bra stored in files, Brb, from Brc, the magnetic field data in the direction perpendicular to the head surface of the subject m d (hereinafter, simply referred to as the vertical direction d so) Ask for. That is, from the relationship shown in FIG.
Field data B1d vertical d, · · ·, calculates Bnd by the following Equation 1, and stores the full <br/> § i le as shown in Figure 5 as the magnetic field data Brd.

【0017】[0017]

【数1】 [Equation 1]

【0018】「1−4−1]被検者mの脳内の任意の位
置Piに任意の大きさIj任意の方向φkの電流源M
ijkを想定する。この電流源Mijkによって生じ
る垂直方向dの磁界データをマルチチャンネルSQUI
Dセンサ2のチャンネル数nだけ数値計算して求める。
この計算方法は公知であり、従来技術においても用いら
れている手法である。計算された磁界データをB1i
jk,B2ijk,・・・,Bnijkとし、垂直
方向dの磁界データBrdとの二乗誤差Δijkを数
2で算出する。
[1-4-1] Current source M 0 of arbitrary size Ij, arbitrary direction φk, at arbitrary position Pi in the brain of subject m
We assume the ijk. Multichannel SQUI the magnetic field data in the vertical direction d generated by the current source M 0 ijk this
The number of channels n of the D sensor 2 is calculated numerically.
This calculation method is a known method and is a method also used in the related art. Calculate the calculated magnetic field data to B 0 1i
jk, B 0 2ijk, ···, and B 0 NIJK, calculates the square error delta 0 ijk between the magnetic field data Brd vertical d by the number 2.

【0019】[0019]

【数2】 [Equation 2]

【0020】次に、電流源Mijkの位置Piおよび
大きさIj,方向φkを変えたときの電流源Mijk
によって生じる垂直方向dの磁界データB1ijk,
2ijk,・・・,Bnijkを数値計算して求
め、上の数2を用いて垂直方向dの磁界データBrdと
の二乗誤差Δijkを算出する。このΔijkと、
先に算出したΔijkとの差を求め、差が小さくなれ
ば、電流源Mijkの位置Piおよび大きさIj,方
向φkの変化の方向付けが正しいとして、さらに変化さ
せ、垂直方向dの磁界データBrdとの二乗誤差が最も
小さくなる電流源Mijk(obj)を得る。また、Δ
ijkとΔijkとの差が大きくなるようであれ
ば、電流源Mijkの位置Piおよび大きさIj,方
向φkの変化の方向付けが誤りであるとして、異なった
方向へ変化させていき、最終的に垂直方向dの磁界デー
タBrdとの二乗誤差が最も小さくなる電流源Mijk
(obj)を得る。
[0020] Next, the current source M 1 ijk when varying current source M 0 ijk position Pi and size Ij of the direction φk
Magnetic field data B 1 1ijk in the vertical direction d
B 1 2ijk, ···, obtained by the B 1 NIJK numerically calculated, calculates the square error delta 1 ijk between the magnetic field data Brd vertical d using equation 2 above. This Δ 1 ijk,
The difference from the previously calculated Δ 0 ijk is obtained, and if the difference becomes small, the position Pi and the magnitude Ij of the current source M 0 ijk and the change in the direction φk are determined to be correct. A current source Mijk (obj) having the smallest squared error with respect to the magnetic field data Brd of is obtained. Also, Δ
If the difference between 1 ijk and Δ 0 ijk is large, the position Pi and the magnitude Ij of the current source M 0 ijk and the direction φk are determined to be incorrect, and they are changed to different directions. Then, finally, the current source Mijk having the smallest squared error from the magnetic field data Brd in the vertical direction d.
Get (obj).

【0021】この電流源Mijk(obj)は、被検者
mの頭部表面に垂直な方向の磁界データのみを用いて推
定された電流源である。すなわち、「発明が解決しよう
とする課題」に記載したように、分布電流による磁界を
低減して数値計算の誤差を少なくした反面、推定の精度
はあまり高くない、暫定的に大まかに推定された電流源
である。この電流源Mijk(obj)の推定を第1段
階の推定とし、推定された電流源Mijk(obj)を
電流源M1(obj)とする。また、電流源M1(ob
j)がもつ位置をP1(obj),大きさを11(ob
j),方向をφ1(obj)とする。
The current source Mijk (obj) is a current source estimated using only magnetic field data in a direction perpendicular to the head surface of the subject m. That is, as described in “Problems to be Solved by the Invention”, the magnetic field due to the distributed current is reduced to reduce the error of numerical calculation, but the accuracy of the estimation is not very high. It is a current source. The estimation of the current source Mijk (obj) is the first stage estimation, and the estimated current source Mijk (obj) is the current source M1 (obj). In addition, the current source M1 (ob
j) has a position of P1 (obj) and a size of 11 (ob
j) and the direction is φ1 (obj).

【0022】[1−4−2]第1段階の推定に関しての
別の方法をここで紹介しておく。これは上記の[1−4
−1]に対する変形例である。まず、脳内に想定した電
流源Mijkの位置Pi,大きさIj,方向φkをそれ
ぞれ変えたときの垂直方向dの磁界データを数値計算
し、シュミレーションデータSijkとしてファイルに
格納する。
[1-4-2] Another method for estimating the first stage will be introduced here. This is the above [1-4
-1] is a modified example. First, the magnetic field data in the vertical direction d when the position Pi, the magnitude Ij, and the direction φk of the assumed current source Mijk in the brain are changed are numerically calculated and stored in the file as simulation data Sijk.

【0023】このシュミレーションデータSijkをよ
り詳しくすると、 (a)位置Piおよび大きさIjが同一で、k(=1,
2,・・,w)をパラメータとして、方向φkが、φ
1,φ2,・・・,φwのように異なる全てのシュミレ
ーションデータ、 (b)位置Piおよび方向φkが同一で、j(=1,
2,・・,v)をパラメータとして、大きさIjが、I
1,I2,・・,Ivのように異なる全てのシュミレー
ションデータ、 (c)大きさIjおよび方向φkが同一で、i(=1,
2,・・,u)をパラメータとして、位置PiがP1,
P2,・・,Puのように異なる全てのシュミレーショ
ンデータ、の群からなっている。このシュミレーション
データSijkは、iのパラメータ数u,jのパラメー
タ数v,kのパラメータ数wを掛け算した数(u×v×
w)個だけある。
This simulation data Sijk will be described in more detail. (A) The position Pi and the size Ij are the same, and k (= 1,
2, ..., W) as a parameter, the direction φk is
1, φ2, ..., φw, all different simulation data, (b) The position Pi and the direction φk are the same, and j (= 1,
2, ..., V) as parameters, the magnitude Ij is I
1, I2, ..., Iv, all different simulation data, (c) The size Ij and the direction φk are the same, and i (= 1, 1,
2, ..., u) as parameters, the position Pi is P1,
It consists of a group of all different simulation data such as P2, ..., Pu. This simulation data Sijk is a number (u × v ×) obtained by multiplying the number of parameters u of i, the number of parameters v of j, and the number of parameters w of k.
w) There are only one.

【0024】次に、計測データから求めた垂直方向dの
磁界データBrdと、1つずつのシュミレーションデー
タSijkとの二乗誤差ΔSijkを前記の数2によっ
て算出する。この二乗誤差ΔSijkも、(u×v×
w)個だけある。次に、この(u×v×w)個の二乗誤
差ΔSijkのうちの最小値ΔSijk(obj)を求
め、(u×v×w)個あるシュミレーションデータSi
jkのうち最小値ΔSijk(obj)に対応するシュ
ミレーションデータSijk(obj)を割り出す。こ
のシュミレーションデータSijk(obj)に対応し
ている電流源Mijk(obj)がこの第1段階の推定
で得られる電流源M1(obj)となる。
Next, the squared error ΔSijk between the magnetic field data Brd in the vertical direction d obtained from the measurement data and the simulation data Sijk one by one is calculated by the above-mentioned equation 2. This squared error ΔSijk is also (u × v ×
w) There are only one. Next, the minimum value ΔSijk (obj) of the (u × v × w) squared errors ΔSijk is obtained, and (u × v × w) pieces of simulation data Si are obtained.
The simulation data Sijk (obj) corresponding to the minimum value ΔSijk (obj) of jk is calculated. The current source Mijk (obj) corresponding to this simulation data Sijk (obj) becomes the current source M1 (obj) obtained by this first-stage estimation.

【0025】[2−1]被検者mの頭部の形状を複数の
微小な要素(例えば、三角形など)の組み合わせで表現
して精密にモデル化し、解剖学的な見地から各要素の部
位に対して導電率を夫々設定する。 [2−2]精密モデルに対して、第1段階の推定で得ら
れた電流源M1(obj)を想定する。すなわち、脳内
の位置P1(obj)において、大きさI1(ob
j),方向φ1(obj)の電流源を想定する。
[2-1] The shape of the head of the subject m is expressed by a combination of a plurality of minute elements (for example, triangles) and accurately modeled, and the site of each element from an anatomical point of view. The conductivity is set for each. [2-2] The current source M1 (obj) obtained in the first-stage estimation is assumed for the precise model. That is, at the position P1 (obj) in the brain, the size I1 (ob
j), the current source in the direction φ1 (obj) is assumed.

【0026】[2−3−1]電流源M1(obj)によ
って生じる磁界のうち、3軸型ピックアップコイル1の
各コイル1a,1b,1cの向き、すなわち、図4の
a,b,cの方向に生じる磁界をマルチチャンネルSQ
UIDセンサ2のチャンネル数nだけ数値計算して求め
る。この計算方法も公知であり、従来技術においても用
いられている手法である。計算されたa方向の磁界デー
タBa,Ba,・・・,BanをBsaとし、b
方向の磁界データBb,Bb,・・・,BbnをB
sbとし、c方向の磁界データBc,Bc,・・
・,BcnをBscとする。これらの磁界データBs
,Bsb,Bscと、既に計測されてファイル
に格納されているBra,Brb,Brc との二乗誤
差Δa,Δb,Δcを前記の数2を用いて算出す
る。
[0026] [2-3-1] current source M1 (obj) of the magnetic field produced by the coil 1a of a three-axis type pickup coil 1, 1b, 1c orientation, i.e., a in FIG. 4, b, c The magnetic field generated in the direction of
The number of channels n of the UID sensor 2 is calculated numerically. This calculation method is also known and is a method that is also used in the related art. Let the calculated magnetic field data Ba 1 , Ba 2 , ..., Ban in the a direction be Bsa 1, and b
Direction magnetic field data Bb 1 , Bb 2 , ..., Bbn to B
sb 1 and magnetic field data in the c direction Bc 1 , Bc 2 , ...
-, you the Bcn and Bsc 1. These magnetic field data Bs
The squared errors Δa 1 , Δb 1 , Δc 1 between a 1 , Bsb 1 , Bsc 1 and Bra, Brb, Brc that have already been measured and stored in the file are calculated using Equation 2 above.

【0027】次に、電流源M1(obj)の位置P1
(obj),大きさI1(obj),方向φ1(ob
j)を任意に変えたときの電流源M2(obj)によっ
て生じるa方向の磁界データBsa,b方向の磁界デ
ータBsb,c方向の磁界データBscを計算して
求め、計測データBra,Brb,Brc との二乗誤
差Δa,Δb,Δcを算出する。この二乗誤差Δ
,Δb,Δcの総和と、前記で算出された二乗
誤差Δa,Δb,Δcの総和とを比較し、誤差が
小さくなるようであれば、電流源M1(obj)の位置
P1(obj),大きさI1(obj),方向φ1(o
bj)の変化の方向付けが正しいとして、さらに変化さ
せ、計測データBra,Brb,Brcとの二乗誤差が
最も小さくなる電流源M(obj)を得る。
[0027] The position of the next, current source M1 (obj) P1
(Obj), size I1 (obj), direction φ1 (ob
j), the magnetic field data Bsa 2 in the a direction, the magnetic field data Bsb 2 in the b direction, and the magnetic field data Bsc 2 in the c direction generated by the current source M2 (obj) are calculated, and the measured data Bra, The squared errors Δa 2 , Δb 2 and Δc 2 from Brb and Brc are calculated. This squared error Δ
The sum of a 2 , Δb 2 and Δc 2 is compared with the sum of the squared errors Δa 1 , Δb 1 and Δc 1 calculated above, and if the error is small, the current source M1 (obj) Position P1 (obj), size I1 (obj), direction φ1 (o
Assuming that the direction of change of bj) is correct, it is further changed to obtain a current source M (obj) that has the smallest squared error with the measured data Bra, Brb, Brc.

【0028】また、二乗誤差Δa,Δb,Δc
総和と、二乗誤差Δa,Δb,Δcの総和との比
較で、誤差が大きくなるようであれば、電流源M1(o
bj)の位置P1(obj),大きさI1(obj),
方向φ1(obj)の変化の方向付けが誤りであるとし
て、異なった方向へ変化させていき、最終的に計測デー
タBra,Brb,Brcとの二乗誤差が最も小さくな
る電流源M(obj)を得る。
If the sum of the squared errors Δa 2 , Δb 2 and Δc 2 and the sum of the squared errors Δa 1 , Δb 1 and Δc 1 show a large error, the current source M1 (o
bj) position P1 (obj), size I1 (obj),
Assuming that the direction of the change in the direction φ1 (obj) is wrong, the direction is changed to a different direction, and finally the current source M (obj) having the smallest square error with the measurement data Bra, Brb, Brc is selected. obtain.

【0029】この電流源M(obj)は、被検者mの頭
部を精密にモデル化し、脳の内部や頭蓋骨などの部位に
応じて導電率を夫々設定して、かつ、3方向の磁界デー
タを用いて推定された電流源である。すなわち、導電率
と頭部形状に依存する分布電流からの磁界を考慮した磁
界データ(計測データに近い数値計算データ)を用い
て、高精度に推定された電流源である。また、1方向か
らではなく、3方向からの多数の磁界データを用いてい
ることも推定の高精度化に寄与している。
This current source M (obj) accurately models the head of the subject m, sets the conductivity in accordance with the inside of the brain, the skull, and the like, and sets the magnetic field in three directions. This is the current source estimated using the data. That is, it is a current source estimated with high accuracy using magnetic field data (numerical calculation data close to measurement data) considering a magnetic field from a distributed current that depends on conductivity and head shape. Further, the use of a large number of magnetic field data from three directions instead of one direction also contributes to the high accuracy of estimation.

【0030】この第2段階となる推定は、第1段階で大
まかに推定された電流源の位置,大きさ,方向を初期値
として、最適化の手法を用いたものであるから、その最
適化処理に費やす時間(上記の[2−3−1]の処理時
間)は短いもので済む。
This second-stage estimation uses an optimization method with the position, size, and direction of the current source roughly estimated in the first stage as initial values. The time spent for processing (the processing time of the above [2-3-1]) can be short.

【0031】[2−3−2]第2段階の推定に関しての
別の方法を以下に示す。これは前述の[1−4−2]に
対応した方法であり、簡単に説明する。まず、頭部の精
密モデルに対して、第1段階の推定により得られた電流
源M1(obj)を想定し、その電流源M1(obj)
を含む任意の領域を設定する。この領域内において、任
意の位置,大きさ,方向をもつ電流源を多数想定して、
各電流源による3方向(a,b,c)の磁界データを算
出する。
[2-3-2] Another method for estimating the second stage will be described below. This is a method corresponding to the above [1-4-2], and will be briefly described. First, a current source M1 (obj) obtained by the first-stage estimation is assumed for the precise model of the head, and the current source M1 (obj) is assumed.
Set any area including. Within this area, assuming many current sources with arbitrary positions, sizes, and directions,
Magnetic field data in three directions (a, b, c) by each current source is calculated.

【0032】算出した各方向の多数の磁界データと、計
測されている3方向の磁界データBra,Brb,Br
cとの二乗誤差を求め、3方向ともに誤差が最小となる
電流源M(obj)を得る。脳の全領域に対して推定す
るのではなく、設定された領域内だけの推定に留まるか
らその時間は短いもので済む。
A large number of calculated magnetic field data in each direction and measured magnetic field data Bra, Brb, Br in three directions.
The squared error with respect to c is obtained, and the current source M (obj) having the smallest error in the three directions is obtained. The time is short because the estimation is not performed for the entire area of the brain but only within the set area.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明の生体活動電流源推定装置によれば、まず、生体の表
面に垂直な方向の磁界データから暫定的に大まかに生体
活動電流源を推定しておき(第1段階の推定)、次に、
暫定的な生体活動電流源の位置付近においてのみ、生体
内部の導電率を設定した精密モデルに対しての3方向の
磁界データを用いて推定を行うようにしたので(第2
の推定)、数値計算による誤差をなくし、かつ、推定
に用いるデータが多数得られるため、推定精度を向上さ
せることができる。また、精密モデルに対しての数値計
算による磁界の算出は、第1段階で推定された生体活動
電流源の位置付近のみであるから、計算量が少なくな
り、推定時間を短縮することができる。
As is apparent from the above description, according to the biological activity current source estimating apparatus of the present invention, first, the biological activity current source is temporarily and roughly determined from the magnetic field data in the direction perpendicular to the surface of the biological body. Estimate (first stage estimation), then
Only in the vicinity of the position of the tentative biological activity current source, the estimation is performed by using the magnetic field data in three directions with respect to the precise model in which the conductivity inside the living body is set (second step).
The estimation accuracy can be improved because an error due to numerical calculation and numerical calculation can be eliminated and a large amount of data used for estimation can be obtained. In addition, the calculation of the magnetic field by the numerical calculation with respect to the precise model is performed only near the position of the biological activity current source estimated in the first step , so the amount of calculation is reduced and the estimation time can be shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】生体内に設定した電流源をマルチチャンネルS
QUIDセンサで計測する様子を示す図である。
FIG. 1 shows a multi-channel S current source set in the living body.
It is a figure which shows a mode that it measures with a QUID sensor.

【図2】3軸型ピックアップコイルのその他の例を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing another example of a triaxial pickup coil.

【図3】計測データを格納したファイルを示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a file in which measurement data is stored.

【図4】3軸型ピックアップコイルの向きと被検者の頭
部に垂直な方向との関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a direction of a triaxial pickup coil and a direction perpendicular to a subject's head.

【図5】被検者の頭部に垂直な方向の計測磁界データを
格納したファイルを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a file in which measured magnetic field data in a direction perpendicular to the subject's head is stored.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・3軸型ピックアップコイル 2・・・マルチチャンネルSQUIDセンサ Bra,Brb,Brc・・・計測データ 1 ... 3-axis pickup coil 2 ... Multi-channel SQUID sensor Bra, Brb, Brc ... Measurement data

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 (a)生体内の関心領域に現れた生体活
動電流によって生じる磁界の直交する3方向成分をそれ
ぞれ測定する3軸型ピックアップコイルを多数内蔵した
マルチチャンネルSQUID(超電導量子干渉計)セン
を備え、(b)前記マルチチャンネルSQUIDセン
サの各チャンネル(各3軸型ピックアップコイル)毎に
測定された前記3方向の測定磁界データを記憶し
(c)前記3軸型ピックアップコイルを構成する3つの
コイルの向きと前記生体の関心領域の表面に垂直な方向
との関係に基づき、前記記憶された3方向測定磁界デー
タから、前記関心領域の表面に垂直な方向の磁界データ
(垂直測定磁界データ)を各チャンネル毎に求め
(d)前記求められた各チャンネル毎の垂直測定磁界デ
ータを記憶し、(e)前記関心領域内の任意の位置に想
定した、任意の大きさで任意の方向の仮想電流源によっ
て生じる、前記関心領域の表面に垂直な方向の仮想磁界
データ(垂直仮想磁界データ)を、各チャンネル毎に
、(f)前記算出された垂直仮想磁界データと前記記
された垂直測定磁界データとの二乗誤差が最小となる
生体活動電流源を前記関心領域を簡略的に表したモデル
内で推定し、(g)前記推定された生体活動電流源を前
記関心領域を精密に表したモデル内に想定して、この生
体活動電流源によって生じる磁界の前記3方向成分に対
応した仮想磁界データ(3方向仮想磁界データ)を各チ
ャンネル毎に求め、(h)前記各チャンネル毎の3方向
仮想磁界データと前記記憶されている3方向測定磁界デ
ータとの二乗誤差が最小となる生体活動電流源を前記関
心領域の精密モデル内で推定する、ことを特徴とする生
体活動電流源推定装置。
1. A multi-channel SQUID (superconducting quantum interferometer) having a large number of three-axis pickup coils for measuring orthogonal three-direction components of a magnetic field generated by a biological activity current appearing in a region of interest in a living body. A sensor , and (b) stores the measured magnetic field data in the three directions measured for each channel (each triaxial pickup coil) of the multi-channel SQUID sensor,
(C) Based on the relationship between the directions of the three coils forming the triaxial pickup coil and the direction perpendicular to the surface of the region of interest of the living body, the stored three-direction measurement magnetic field data is used to determine the region of interest. calculated for each channel in the vertical direction of the magnetic field data (vertical measuring magnetic field data) on the surface,
(D) storing the obtained vertical measurement magnetic field data for each channel, and (e) generating a virtual current source in an arbitrary size and in an arbitrary direction, which is assumed at an arbitrary position in the region of interest. the virtual field data in the direction perpendicular to the surface of the region of interest (vertical virtual field data), determined for each channel
Because the Symbol and (f) the calculated vertical virtual field data
A biological activity current source that minimizes the squared error from the stored vertical measurement magnetic field data is estimated in a model that simply represents the region of interest, and (g) the estimated biological activity current source is the region of interest. , The virtual magnetic field data (three-direction virtual magnetic field data) corresponding to the three-direction components of the magnetic field generated by the biological activity current source is obtained for each channel. A biological activity characterized by estimating , within the precise model of the region of interest, a biological activity current source that minimizes the square error between the three-direction virtual magnetic field data for each channel and the stored three-direction measured magnetic field data. Current source estimation device.
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US6473518B1 (en) 1997-10-02 2002-10-29 Hitachi, Ltd. Method of measuring a biomagnetic field, method of analyzing a measured biomagnetic field, method of displaying biomagnetic field data, and apparatus therefor
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US6842637B2 (en) 1997-10-24 2005-01-11 Hitachi, Ltd. Magnetic field measurement apparatus
US6609019B1 (en) 1999-02-02 2003-08-19 Hitachi, Ltd. Physiological magnetic field measuring instrument for measuring magnetic field at plural positions of living body

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