JP3407509B2 - Biological activity current source display - Google Patents

Biological activity current source display

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JP3407509B2
JP3407509B2 JP30391795A JP30391795A JP3407509B2 JP 3407509 B2 JP3407509 B2 JP 3407509B2 JP 30391795 A JP30391795 A JP 30391795A JP 30391795 A JP30391795 A JP 30391795A JP 3407509 B2 JP3407509 B2 JP 3407509B2
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茂樹 梶原
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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】 【0001】 【発明の属する技術分野】この発明は、生体活動電流源
の物理量(位置,大きさなど)を推定しこれを表示する
生体活動電流源表示装置に関する。 【0002】 【従来の技術】生体に刺激を与えると、細胞膜を挟んで
形成されている分極が壊れて生体活動電流が流れる。こ
の生体活動電流は、脳や心臓において現れ、脳波,心電
図として記憶される。また、生体活動電流によって生じ
る磁界は、脳磁図,心磁図として記憶される。 【0003】近年、生体内の微小な磁界を計測する装置
として、SQUID(Superconduc-ting Quantum Inter
face Device :超電導量子干渉計)を用いたセンサが開
発されている。このセンサを頭部の外側に置き、脳内に
生じた生体活動電流源である電流双極子(以下、単に電
流源とも称する)による微小磁界をそのセンサで無侵襲
に計測することができる。計測された磁界データから病
巣に関連した電流源の物理量(位置,大きさなど)を、
最小ノルム法などを用いて推定し、図7に示すように、
推定した電流源を各格子点(電流源の位置)上に電流源
の大きさ(ダイポールモーメント)に比例したベクトル
(矢印)に変換して、X線CT装置やMRI装置で得ら
れた断層像上に表示させて患部等の物理的位置の特定な
どに用いている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。図7に示したような表示を行なう従来装置によれ
ば、格子点上の各電流源をベクトルで表示しているの
で、電流源の三次元的な拡がりを認識することが困難で
ある。電流源の拡がりの程度は、被検体の関心部位(患
部)の大きさに関連し、臨床的に重要な要素となるの
で、電流源の三次元的な拡がりを容易に認識できるよう
にすることが望まれている。 【0005】また、生体活動電流源の測定結果として、
電流源の集合体(電流源が密集している部分)の周囲に
ポツポツと離散した電流源が存在する場合がある。この
ような場合、電流源が密集している部分は、真の電流源
が存在する確率が高いものと推定される。しかし、その
周囲に離散した電流源のモーメントが比較的大きい場合
に、その電流源がベクトル(矢印)で表示されている
と、この電流源が表示上で強調されて、真の電流源を推
定認識する際に、この離散した電流源も真の電流源を特
定する集合体の一部として含めるか否かなど、診断を行
なう者に困惑を与えてしまうことがある。 【0006】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、上述の諸欠点を解消し、推定した電
流源の物理量から真の電流源位置を特定認識する際に必
要な電流源の拡がりを明確に表示することができる生体
活動電流源表示装置を提供することを目的としている。 【0007】 【課題を解決するための手段】この発明は、このような
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、この発明は、少なくとも位置および大きさが推定さ
れた生体活動電流源(以下、単に『電流源』という)の
分布状態を表示または印刷出力する装置であって、
(a)推定された電流源の各々について、その電流源
(着目電流源)からの離間距離が小さい順に所定個数の
電流源(近傍電流源)を抽出し、前記着目電流源と抽出
された各近傍電流源との平均距離を求め、その平均距離
に応じた立体を決定する立体変換手段と、(b)前記各
電流源(着目電流源)の大きさを対応する立体の大きさ
で除算した値(立体密度)を求める立体密度算出手段
と、(c)前記各立体密度の小さい方から表示用濃度を
昇順に割り付ける画像処理手段と、(d)各電流源の位
置に前記立体変換手段で求められた立体を、前記画像処
理手段で割り付けられた濃度で表示または印刷出力する
画像出力手段と、を備えたものである。 【0008】 【作用】この発明の作用は次のとおりである。先ず、少
なくとも位置および大きさが推定された生体活動電流源
(電流源)の各々について、立体変換手段で電流源(着
目電流源)からの離間距離が小さい順に所定個数の電流
源(近傍電流源)を抽出し、この着目電流源と抽出され
た各近傍電流源との平均距離を求めて、この平均距離に
応じた立体を決定する。次に、立体密度算出手段で、前
記各電流源(着目電流源)の大きさを、対応する立体の
大きさで除算した値(立体密度を求める)。続いて画像
処理手段で、各立体密度の小さい方から表示用濃度を昇
順に割り付ける。そして、各電流源の位置に前記立体変
換手段で求められた立体を、前記画像処理手段で割り付
けられた濃度で、画像出力手段が表示または印刷出力す
る。 【0009】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施例を説明する。図1はこの発明に係る生体活動電流
源表示装置の一実施例の概略構成を示したブロック図で
ある。図中、符号2は磁気シールドルームであり、この
磁気シールドルーム2内に被検体Mが仰臥されるベッド
3と、被検体Mの例えば脳に近接配備され、脳内に生じ
た生体活動電流源による微小磁界を無侵襲に計測するた
めのマルチチャンネルSQUIDセンサ1とが設けられ
ている。このマルチチャンネルSQUIDセンサ1は、
デュワー内に多数の磁気センサが冷媒に浸漬して収納さ
れている。 【0010】マルチチャンネルSQUIDセンサ1で検
出された磁界データは、データ変換ユニット4に与えら
れてデジタルデータに変換された後、データ収集ユニッ
ト5に集められる。刺激装置6は、被検体Mに電気的刺
激(あるいは音、光刺激など)を与えるためのものであ
る。ポジショニングユニット7は、マルチチャンネルS
QUIDセンサ1を基準とした3次元座標系に対する被
検体Mの位置関係を把握するための装置である。 【0011】電流源推定部8は、データ収集ユニット5
に集められた磁界データに基づいて、被検体Mの診断対
象領域内の電流源の物理量(位置,大きさなど)を推定
するためのものである。電流源推定部8には、この発明
の要部である電流源表示部9が接続されている。 【0012】電流源表示部9は、電流源推定部8で推定
された各電流源を三次元の立体に変換する立体変換部1
0と、電流源の大きさおよび立体の大きさに関連する値
(立体密度)を求める立体密度算出部11と、前記立体
密度に基づいて各々の立体に表示用濃度を割り付ける画
像処理部12と、各電流源の位置に立体変換部10で求
められた立体を、画像処理部12で割り付けられた濃度
で表示する画像出力手段としてのカラーモニタ13およ
び必要に応じて印刷出力するカラープリンタ14と、光
磁気ディスク15とで構成されている。 【0013】上記の電流源推定部8および電流源表示部
9の立体変換部10と立体密度算出部11および画像処
理部12は、コンピュータのソフトウェアなどで構成さ
れている。また、画像処理部12に接続された光磁気デ
ィスク15には、例えばX線CT装置やMRI装置で得
られた断層画像が記憶されており、電流源推定部8で推
定された電流源が、これらの断層像上に重ね合わされて
カラーモニタ13に表示されたり、あるいはカラープリ
ンタ14に印刷出力されるようになっている。 【0014】上述したように、マルチチャンネルSQU
IDセンサ1を基準とした3次元座標系に対する被検体
Mの位置関係を測定して記憶するとともに、マルチチャ
ンネルSQUIDセンサ1で被検体Mの診断対象領域で
ある例えば脳内の電流源からの微小磁界を計測して、そ
の磁界データをデータ収集ユニット5に集めた後、電流
源推定部8で電流源の推定処理が実行される。この発明
では、電流源の推定方法は特に限定されないが、例え
ば、最小ノルム法を用いて電流源が推定される(例え
ば、W.H.Kullmann, K.D.Jandt, K.Rehm, H.A.Schlitt,
W.J.Dallas and W.E.Smith, Advances in Biomagnetis
m, pp.571-574, Plenum Pless, New York, 1989)。 【0015】以下、図2を参照して、最小ノルム法を用
いた電流源推定方法を簡単に説明する。被検体Mの診断
対象領域である例えば脳に、多数の格子点(1) 〜(n) を
設定し、各格子点に未知の電流源(電流双極子)を仮定
し、各電流源を3次元ベクトルVPi (i =1〜n)で表
す。そうすると、SQUIDセンサ1の各磁気センサS
1 〜Sm で検出される磁界B1 〜Bm は次式(1) で表さ
れる。 【0016】 【数1】 【0017】 式(1) において、VPi =(Pix,Piy,Piz) αij=(αijx ,αijy ,αijz ) で表される。なお、αijは、格子点上にX,Y,Z方向
の単位大きさの電流源を置いた場合に磁気センサS1
m の各位置で検出される磁界の強さを表す既知の係数
である。 【0018】 ここで、〔B〕=(B1 ,B2 ,…,Bm ) 〔P〕=(P1x,P1y,P1z,P2x,P2y,P2z,…,
nx,Pny,Pnz) のように表すと、(1) 式は(2) 式のような線形の関係式
に書き換えられる。 〔B〕=A〔P〕 ………(2) (2) 式において、Aは次式(3) で表される3n×m個の
要素をもった行列である。 【0019】 【数2】【0020】ここで、Aの逆行列をA- で表すと、
〔P〕は次式(4) で表される。 〔P〕=A- 〔B〕 ………(4) 【0021】電流源〔P〕のノルム|〔P〕|を最小に
するという条件を付加することで、上式(4) は次式(5)
のように表される。 〔P〕=A+ 〔B〕 ………(5) ここで、A+ は次式(6) で表される一般逆行列である。 A+ =At (AAt -1 ………(6) ただし、At はAの転置行列である。 【0022】上式(5) を解いて各格子点上の電流源VPi
の大きさなどを推定する。これが最小ノルム法による電
流源推定方法の原理である。 【0023】このようにして推定された各々電流源を、
電流源表示部9でその分布状態に応じた立体濃度で表示
する処理を、図3に示すフローチャートを参照しながら
以下に説明する。 【0024】いま、電流源推定部8によって、図4に示
すような電流源Pi (i=1〜n)が推定されたとす
る。ここでは、各電流源の物理量として、位置,大きさ
および方向が推定されている。また、各電流源の位置
は、予め定められた格子点に対応付けられている。 【0025】ステップS1では、電流源P1 からPn
でを順に着目してゆき、着目した各電流源(以下、『着
目電流源』という)について、その着目電流源からの離
間距離が短い順に予め定められた個数の電流源(以下、
『近傍電流源』という)を抽出する。例えば、近傍電流
源の所定個数を8個として、着目電流源P1 に対応する
近傍電流源について説明すると、着目電流源P1 から近
い位置にある8個の近傍電流源はP2,5,3,4,6,
7,8,9 であり、これを一つのグループと考える。
また、着目する電流源をP27とすると、近傍電流源はP
20, 19, 21 , 6,18, 23, 22, 5 となる。
これを全ての電流源Pnまで同様に抽出し、グループ分
けを行う。なお、図4では説明の便宜上、中央にある電
流源(P1 )から周辺に向かって各電流源を着目してい
ったが着目する順位は任意である。 【0026】次にステップS2で、各グループ内におけ
る着目電流源と近傍電流源群との平均距離di(i=1
〜n)を求める。これは、予め設定されている格子点座
標(電流源の重心座標)に基づいて行う。例えば、着目
電流源P1 のグループの場合は、着目電流源P1 と近傍
電流源群P2,5,3,4,6,7,8,9 それぞれと
の離間距離(格子点座標間の直線距離)の平均値が〔d
1 〕である。また、着目電流源P27のグループの場合
は、着目電流源をP27と近傍電流源群P20, 19 ,
21, 6,18, 23, 22, 5 それぞれとの平均距離
が〔d27〕である。そして、全ての電流源Pnまでの平
均距離d1 〜dnを求める。この例では、電流源P1
その近傍電流源群とは近い(密集した)位置にあって、
求めた平均距離d1 は小さい値となる。また、電流源P
27とその近傍電流源群とは遠い(密集していない)位置
にあって、求めた平均距離d27は大きい値となる。すな
わち、この平均距離di値が小さい程その着目電流源を
中心とした近傍電流源の分布密度が高く、逆に、平均距
離di値が大きい程その着目電流源を中心とした近傍電
流源の分布密度が低いことを意味する。 【0027】そして、ステップS3で、各格子点上の電
流源の周りに存在する近傍電流源の拡がりの程度を表す
ために、図5に示すように、求めた平均距離di値を、
例えば一辺の長さとする立方体を作成する(ただし、図
5では二次元的に表している)。すなわち、各電流源P
i(P1 〜Pn)について、それぞれの近傍電流源の分
布状態に応じた大きさの立方体が求められる。上記の例
では電流源P1 は小さい立方体となり、また、電流源P
27はそれよりも大きい立方体となる。上記ステップS3
までの処理は、電流源表示部9の立体変換部10で処理
される。以下に、立体密度算出部11での処理について
説明する。 【0028】立体密度算出部11では、各立方体につい
て、各々の着目電流源の大きさ(ダイポールモーメン
ト)および近傍電流源の分布(立方体の大きさ)に関連
する値(立体密度)を算出する。手順としてはステップ
S4で、格子点の各電流源のモーメント(物理量の大き
さ)をMi(i=1〜n)として、このモーメントMi
を前記の平均距離di値を一辺とした各立方体の体積d
3 で除算した値を求め、この値を立体密度Ci(i=
1〜n)とする。例えば、着目電流源P1 では、この電
流源P1 のモーメントM1 を、ステップS2で求めた近
傍電流源群との平均距離d1 値の3乗(電流源P1 の立
方体の大きさ)で除算した値が、電流源P1 の立体密度
1 となる。また、電流源P27では、同様にして立体密
度C27が得られる。これを全ての電流源P1 〜Pnにつ
いて算出する。この立体密度Ciが大きいほど、その位
置の電流源のモーメントが大きく、かつ近傍電流源が密
集しており、逆に、立体密度Ciが小さいと電流源のモ
ーメントが小さいか、あるいは近傍電流源が密集してい
ないことになる。つまり、各着目電流源に対応した立方
体の立体密度が大きい程、その立方体内に真の電流源が
存在する確率が高いということができる。したがって、
比較的モーメントの大きい電流源(例えば、電流源
27)であっても、その近傍電流源群がポツポツと離散
している場合は、上記で求めたその着目電流源と近傍電
流源との平均距離(d27)が大きくなって、その電流源
の立体密度(C27)は小さくなるので、その電流源(P
27)は真の電流源でない可能性が高いと言える。 【0029】次に、ステップS5で、画像処理部12が
各電流源P1 〜Pnの立体密度Ciに、その値に応じた
表示用の濃度を割り付けてゆく。具体的には、カラーモ
ニタ13やカラープリンタ14などの画像出力手段が各
電流源の位置にそれぞれの立方体を表示あるいは印刷出
力する際に、立体密度の大きい立方体が目立つように、
換言すれば、真の電流源が存在する可能性の高い立方体
が目立つように、各立方体に濃淡を割り付けてゆく。例
えば、出力画像のバックグランド(背景)が淡色(白な
ど)であるときは濃色(黒など)が目立つので、立体密
度の値が大きくなるに従って、濃い色で表すようにす
る。以下、その手順の一例を説明する。 【0030】先ず、ステップS4で算出した立体密度C
iをその大きさに応じて昇順に並べ替える。そして、並
べ替えた立体密度Ciの係数iを例えば係数k(1〜
n)に置き換えてCkとしておく。次に、立体密度Ck
に基づいて一定色の濃淡を割り付ける。これは、例えば
カラーモニタでは0〜255段階の濃淡(階調)があ
り、この濃淡の段階数『256』を立体密度Ckの最大
値Cmaxで除算した値(256/Cmax)を定数と
し、この定数に各立体密度Ckを乗算することによって
立体密度Ckの大きさに応じた表示用の濃度を各立方体
に割り付けていく。結果、立体密度の値が大きい立方体
ほど高い濃度(表示画面上で目立つ色)が割り付けら
れ、立体密度の値が小さい立方体には低い濃度(表示下
面上で目立たない色)が割り付けられる。 【0031】次にステップS6において、各電流源の位
置Piに前記立体変換部10で求められた立方体を、画
像処理部12で割り付けられた濃度でカラーモニタ13
上に表示またはカラープリンタ14で印刷出力してゆ
く。このとき、各電流源の分布は立体(三次元的)であ
るが、出力画像は二次元であるので、真の電流源が存在
する可能性の高い立方体が二次元の出力画像上で確認で
きるように、濃度が低い(目立たない色の)立体から順
に、すなわち、立体密度Ckの昇順に各電流源の立方体
を割り付けられた濃度で重ね表示していく。上記の処理
結果によって得られた各電流源の分布状態を示す出力画
像の例を図6に示す。この図で黒点が密集している領域
が立体密度Ckの大きな立方体領域であり、黒点が離散
している領域が立体密度Ckの小さな立方体領域であ
る。なお、図6中の符号20は生体活動電流源の試験的
測定に用いられた円柱型のファントムを示す。 【0032】図6に示した出力画像の一例からも理解で
きるように、真の電流源が存在する可能性の高い領域が
拡がりをもった形態で強調表示されるとともに、離散的
な電流源は仮にそのモーメントが大きくても出力画像上
では殆ど目立たないように表示されるので、診断を行な
う者はこのような離散的な電流源に惑わされることな
く、真の電流源が存在する可能性の高い領域の拡がり具
合を正しく、かつ迅速に認識することができる。 【0033】この発明は以下のように変形実施すること
もできる。 上述した実施例における濃度付立体は、淡い色から
濃い色の立方体へ順に重なるように表示されているの
で、各立方体の境目では濃度が急激に変化するが、この
境目部分で濃度が滑らかに変化するような画像処理を行
なってもよい。 【0034】 上述の実施例では、生体活動電流源の
推定装置とこの発明の要部である電流源表示部9とが一
体となったものを例に採って説明したが、電流源推定部
8で得られた電流源の物理量のデータ等をフロッピーデ
ィスクなどに一旦記憶させるようにして、別体に構成し
た電流源表示部9で上記処理を行うようにしてもよい。
さらに上述の実施例では各電流源を立方体に変換し
たが、これは着目電流源と近傍電流源との平均距離に応
じた半径をもつ球体に変換するものであってもよい。 【0035】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、多数の格子点上に推定された電流源群につ
いて、各々の電流源の周りの近傍電流源の拡がり(分布
状態)を立体で表すとともに、その立体の表示濃度でも
ってその立体内に存在する電流源の密度を表すようにし
たので、真の電流源の集合体(拡がり)を三次元的に容
易に認識することができる。 【0036】また、離散的に存在する電流源は、仮にそ
のモーメントが大きくても、目立たない濃度で表示され
るので、この位置にある電流源が出力画像上で強調され
ることがなく、真の電流源を推定認識する際に診断する
者が困惑することもない。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a biological activity current source display device for estimating and displaying a physical quantity (position, size, etc.) of a biological activity current source. 2. Description of the Related Art When a living body is stimulated, the polarization formed across the cell membrane is broken and a living activity current flows. This biological activity current appears in the brain and heart, and is stored as an electroencephalogram and an electrocardiogram. The magnetic field generated by the biological activity current is stored as a magnetoencephalogram and a magnetocardiogram. Recently, as a device for measuring a minute magnetic field in a living body, SQUID (Superconducting Quantum Inter
face Device: A sensor using a superconducting quantum interferometer) has been developed. This sensor is placed outside the head, and the sensor can non-invasively measure a small magnetic field generated by a current dipole (hereinafter simply referred to as a current source), which is a biological activity current source, generated in the brain. From the measured magnetic field data, the physical quantity (position, size, etc.)
Estimation using the minimum norm method or the like, as shown in FIG.
The estimated current source is converted into a vector (arrow) in proportion to the size (dipole moment) of the current source on each grid point (position of the current source), and a tomographic image obtained by an X-ray CT apparatus or an MRI apparatus It is displayed above and used for specifying a physical position of an affected part or the like. [0004] However, in the case of the conventional example having such a configuration, there are the following problems. According to the conventional device that performs the display as shown in FIG. 7, since each current source on the grid point is displayed by a vector, it is difficult to recognize the three-dimensional spread of the current source. Since the extent of the current source is related to the size of the site of interest (affected area) of the subject and is a clinically important factor, the three-dimensional spread of the current source should be easily recognized. Is desired. Also, as a result of measurement of a living activity current source,
There is a case where a discrete current source exists around an aggregate of current sources (a portion where the current sources are densely packed). In such a case, a portion where the current sources are dense is estimated to have a high probability that a true current source exists. However, if the moment of the current source discrete around the current source is relatively large, and the current source is indicated by a vector (arrow), this current source is emphasized on the display and the true current source is estimated. When recognizing, it may be confusing for a person who makes a diagnosis, for example, whether or not this discrete current source is also included as a part of an aggregate specifying a true current source. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and solves the above-mentioned drawbacks, and requires a current necessary for specific recognition of a true current source position from an estimated physical quantity of the current source. It is an object of the present invention to provide a biological activity current source display device capable of clearly displaying the spread of a source. [0007] In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration. That is, the present invention is an apparatus that displays or prints out a distribution state of a biological activity current source whose position and size are estimated at least (hereinafter, simply referred to as “current source”),
(A) For each of the estimated current sources, a predetermined number of current sources (neighboring current sources) are extracted in ascending order of distance from the current source (current source of interest), and the current source of interest and each of the extracted current sources are extracted. A three-dimensional conversion means for determining an average distance to a nearby current source and determining a solid according to the average distance; and (b) dividing the size of each current source (current source of interest) by the size of the corresponding solid. (C) image processing means for allocating display densities in ascending order from the smaller of the three-dimensional densities, and (d) the three-dimensional conversion means at the position of each current source. Image output means for displaying or printing out the determined solid at the density assigned by the image processing means. The operation of the present invention is as follows. First, for each of the biological activity current sources (current sources) whose positions and sizes are estimated at least, a predetermined number of current sources (neighboring current sources) are ordered by the three-dimensional conversion means in ascending order of distance from the current source (current source of interest). ) Is extracted, the average distance between the current source of interest and each of the extracted nearby current sources is determined, and a solid corresponding to the average distance is determined. Next, a value obtained by dividing the size of each of the current sources (current source of interest) by the size of the corresponding solid is calculated by the solid density calculating means (determining the solid density). Subsequently, the image processing means assigns display densities in ascending order from the smaller solid density. Then, the image output unit displays or prints out the three-dimensional object determined by the three-dimensional conversion unit at the position of each current source at the density assigned by the image processing unit. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the biological activity current source display device according to the present invention. In the figure, reference numeral 2 denotes a magnetically shielded room, and a bed 3 on which the subject M is supine, and a living activity current source which is disposed in the brain of the subject M and is placed in the magnetically shielded room 2. And a multi-channel SQUID sensor 1 for non-invasively measuring a minute magnetic field due to. This multi-channel SQUID sensor 1
A large number of magnetic sensors are immersed in a coolant in a dewar. [0010] The magnetic field data detected by the multi-channel SQUID sensor 1 is applied to a data conversion unit 4 and converted into digital data, and then collected in a data collection unit 5. The stimulating device 6 is for giving an electrical stimulus (or a sound, a light stimulus, or the like) to the subject M. The positioning unit 7 is a multi-channel S
This is a device for grasping the positional relationship of the subject M with respect to a three-dimensional coordinate system based on the QUID sensor 1. The current source estimating unit 8 includes a data collection unit 5
This is for estimating the physical quantity (position, size, etc.) of the current source in the region to be diagnosed of the subject M based on the magnetic field data collected in the step (a). The current source estimating section 8 is connected to a current source display section 9 which is a main part of the present invention. The current source display unit 9 converts the current sources estimated by the current source estimating unit 8 into a three-dimensional solid.
0, a three-dimensional density calculating unit 11 for obtaining a value (three-dimensional density) relating to the size of the current source and the three-dimensional size, and an image processing unit 12 for assigning a display density to each three-dimensional object based on the three-dimensional density. A color monitor 13 as image output means for displaying the three-dimensional image obtained by the three-dimensional image conversion unit 10 at the position of each current source at the density assigned by the image processing unit 12, and a color printer 14 for printing and outputting as necessary. , And a magneto-optical disk 15. The three-dimensional conversion unit 10, three-dimensional density calculation unit 11, and image processing unit 12 of the current source estimating unit 8 and the current source display unit 9 are configured by computer software. The magneto-optical disk 15 connected to the image processing unit 12 stores, for example, tomographic images obtained by an X-ray CT apparatus or an MRI apparatus, and the current source estimated by the current source estimating unit 8 is The image is superimposed on these tomographic images and displayed on the color monitor 13 or printed out on the color printer 14. As described above, the multi-channel SQUA
The positional relationship of the subject M with respect to the three-dimensional coordinate system based on the ID sensor 1 is measured and stored, and the multi-channel SQUID sensor 1 is used as a diagnosis target area of the subject M, for example, a minute current from a current source in the brain. After measuring the magnetic field and collecting the magnetic field data in the data collection unit 5, the current source estimating unit 8 executes a current source estimation process. In the present invention, the method of estimating the current source is not particularly limited. For example, the current source is estimated using the minimum norm method (for example, WHKullmann, KDJandt, K. Rehm, HASchlitt,
WJDallas and WESmith, Advances in Biomagnetis
m, pp. 571-574, Plenum Pless, New York, 1989). Hereinafter, a current source estimating method using the minimum norm method will be briefly described with reference to FIG. A large number of grid points (1) to (n) are set in, for example, the brain which is a diagnosis target area of the subject M, and an unknown current source (current dipole) is assumed at each grid point. It is represented by a dimension vector VPi (i = 1 to n). Then, each magnetic sensor S of the SQUID sensor 1
The magnetic fields B 1 to B m detected at 1 to S m are represented by the following equation (1). ## EQU1 ## [0017] formula (1), VP i = ( P ix, P iy, P iz) α ij = (α ijx, α ijy, α ijz) represented by. Note that α ij is the magnetic sensors S 1 to S 1 when a current source having a unit size in the X, Y, and Z directions is placed on a grid point.
Is a known coefficient which represents the strength of the magnetic field detected by each position of the S m. [B] = (B 1 , B 2 ,..., B m ) [P] = (P 1x , P 1y , P 1z , P 2x , P 2y , P 2z ,.
(P nx , P ny , P nz ), the expression (1) can be rewritten into a linear relational expression like the expression (2). [B] = A [P] (2) In the equation (2), A is a matrix having 3n × m elements represented by the following equation (3). [Equation 2] Here, when the inverse matrix of A is represented by A ,
[P] is represented by the following equation (4). (P) = A - (B) ......... (4) [0021] Current source (P) norms | [P] | By the addition of conditions that minimize, the above equation (4) is the following formula (Five)
It is represented as [P] = A + [B] (5) where A + is a generalized inverse matrix expressed by the following equation (6). A + = A t (AA t ) -1 ......... (6) However, A t is the transpose matrix of A. By solving the above equation (5), the current sources VPi on each grid point
Estimate the size of This is the principle of the current source estimation method using the minimum norm method. Each current source estimated in this way is
The process of displaying the three-dimensional density according to the distribution state on the current source display unit 9 will be described below with reference to the flowchart shown in FIG. Now, it is assumed that the current source estimating section 8 has estimated the current sources P i (i = 1 to n) as shown in FIG. Here, the position, size, and direction are estimated as physical quantities of each current source. Further, the position of each current source is associated with a predetermined grid point. [0025] In step S1, Yuki by focusing the current source P 1 to P n sequentially, each current source that focuses (hereinafter, referred to as "focusing current source") for, in order distance is short from the focused current source A predetermined number of current sources (hereinafter, referred to as
“Nearby current source”). For example, the eight predetermined number of neighboring current source, to describe the neighborhood current sources corresponding to the target current source P 1, eight neighborhood current source in a position close to the focusing current source P 1 P 2, P 5 , P 3, P 4, P 6,
P 7, a P 8, P 9, think of this as one of the group.
If the current source of interest is P 27 , the nearby current source is P 27
20, the P 19, P 21, P 6 , P 18, P 23, P 22, P 5.
This is similarly extracted up to all current sources Pn, and grouping is performed. In FIG. 4, for convenience of explanation, each current source is focused from the current source (P 1 ) at the center toward the periphery, but the order of attention is arbitrary. Next, in step S2, the average distance di (i = 1) between the current source of interest and the nearby current source group in each group.
To n). This is performed based on grid point coordinates (coordinates of the center of gravity of the current source) that are set in advance. For example, in the case of a group of interest current source P 1, apart from the interest current source P 1 and near current source group P 2, P 5, P 3 , P 4, P 6, P 7, P 8, P 9 , respectively The average value of the distance (the straight line distance between the grid point coordinates) is [d
1 ]. In the case of a group of interest current source P 27, focusing current source P 27 and near current source group P 20, P 19, P
21, the average distance between P 6, P 18, P 23 , P 22, P 5 each is [d 27]. Then, average distances d 1 to dn to all the current sources Pn are obtained. In this example, (dense) close to the current source P 1 and its vicinity current source group in a position,
The obtained average distance d 1 is a small value. The current source P
27 and a group of current sources in the vicinity thereof are located far (not dense), and the calculated average distance d 27 is a large value. That is, the smaller the average distance di value is, the higher the distribution density of the nearby current sources around the current source of interest is, and conversely, the larger the average distance di value is, the higher the distribution density of the nearby current sources around the current current source of interest is Means low density. Then, in step S3, in order to indicate the extent of the spread of the neighboring current sources existing around the current sources on each grid point, as shown in FIG.
For example, a cube having a length of one side is created (however, it is shown two-dimensionally in FIG. 5). That is, each current source P
For i (P 1 ~Pn), the size of the cube in accordance with the distribution of each of the neighboring current source is obtained. In the above example, the current source P 1 is a small cube, and the current source P 1
27 becomes a larger cube. Step S3 above
The processing up to is performed by the three-dimensional conversion unit 10 of the current source display unit 9. Hereinafter, the processing in the three-dimensional density calculation unit 11 will be described. The solid density calculator 11 calculates, for each cube, a value (solid density) related to the size (dipole moment) of each current source of interest and the distribution (size of the cube) of nearby current sources. As a procedure, in step S4, the moment (the magnitude of the physical quantity) of each current source at the lattice point is set to Mi (i = 1 to n), and this moment Mi
Is the volume d of each cube with the above-mentioned average distance di value as one side.
A value obtained by dividing by i 3 is obtained, and this value is used as the solid density Ci (i =
1 to n). For example, the focusing current source P 1, the moment M 1 of the current source P 1, 3 cube of the average distance d 1 values between neighboring current source group obtained in step S2 (the size of the cube of the current source P 1) Is the solid density C 1 of the current source P 1 . In the current source P 27 , the solid density C 27 is obtained in the same manner. This is calculated for all the current source P 1 to PN. As the solid density Ci is larger, the moment of the current source at that position is larger and the nearby current sources are denser. Conversely, when the solid density Ci is smaller, the moment of the current source is smaller or the nearby current source is smaller. It will not be dense. In other words, it can be said that the higher the solid density of the cube corresponding to each current source of interest, the higher the probability that a true current source exists in the cube. Therefore,
Even in the case of a current source having a relatively large moment (for example, the current source P 27 ), if the group of nearby current sources is discrete, the average of the current source of interest and the nearby current source obtained above is obtained. Since the distance (d 27 ) increases and the solid density (C 27 ) of the current source decreases, the current source (P
27 ) is highly likely not a true current source. Next, in step S5, the image processing unit 12 is a three-dimensional density Ci of the current sources P 1 to PN, Yuku allocates the concentration for display in accordance with the value. Specifically, when an image output unit such as the color monitor 13 or the color printer 14 displays or prints out each cube at the position of each current source, a cube having a large solid density is conspicuous.
In other words, shades are assigned to each cube so that a cube having a high possibility of a true current source is prominent. For example, when the background (background) of the output image is light (eg, white), a dark color (eg, black) is conspicuous. Therefore, as the value of the three-dimensional density increases, the image is represented by a darker color. Hereinafter, an example of the procedure will be described. First, the three-dimensional density C calculated in step S4
Sort i in ascending order according to its size. Then, the coefficient i of the rearranged solid density Ci is, for example, a coefficient k (1 to
Ck instead of n). Next, the solid density Ck
Is assigned a constant color based on. This is because, for example, a color monitor has 0-255 gradations (gradations), and a value (256 / Cmax) obtained by dividing the number of gradations “256” by the maximum value Cmax of the solid density Ck is defined as a constant. By multiplying a constant by each solid density Ck, a display density corresponding to the size of the solid density Ck is allocated to each cube. As a result, a cube having a higher solid density value is assigned a higher density (a color that is more noticeable on the display screen), and a cube having a smaller solid density value is assigned a lower density (a color that is less noticeable on the lower surface of the display). Next, in step S6, the cube obtained by the three-dimensional conversion unit 10 is placed at the position Pi of each current source at the density assigned by the image processing unit 12 to the color monitor 13 at the density.
Displayed above or printed out by the color printer 14. At this time, the distribution of each current source is three-dimensional (three-dimensional), but the output image is two-dimensional, so that a cube having a high possibility that a true current source exists can be confirmed on the two-dimensional output image. As described above, the cubes of the respective current sources are superimposed and displayed with the assigned density in order from the solid with the lowest density (inconspicuous color), that is, in ascending order of the solid density Ck. FIG. 6 shows an example of an output image showing the distribution state of each current source obtained as a result of the above processing. In this figure, the area where the black points are dense is a cubic area having a large solid density Ck, and the area where the black points are discrete is a cubic area having a small solid density Ck. Reference numeral 20 in FIG. 6 indicates a cylindrical phantom used for test measurement of a living activity current source. As can be understood from the example of the output image shown in FIG. 6, the region where the true current source is likely to exist is highlighted in a widened form, and the discrete current sources are Even if the moment is large, it is displayed so as to be almost inconspicuous on the output image, so that the person making the diagnosis is not distracted by such a discrete current source, and the possibility that a true current source exists may be present. It is possible to correctly and quickly recognize the extent of the high area. The present invention can be modified as follows. Since the solid with density in the above-described embodiment is displayed so as to be superposed in order from a light color to a dark colored cube, the density changes rapidly at the boundary of each cube, but the density changes smoothly at this boundary. May be performed. In the above-described embodiment, an example has been described in which the apparatus for estimating a life activity current source and the current source display unit 9 which is a main part of the present invention are integrated. The data of the physical quantity of the current source obtained in the above may be temporarily stored in a floppy disk or the like, and the above-described processing may be performed by the current source display unit 9 which is separately configured.
Further, in the above-described embodiment, each current source is converted into a cube, but this may be converted into a sphere having a radius corresponding to the average distance between the current source of interest and a nearby current source. As is apparent from the above description, according to the present invention, for a group of current sources estimated on a large number of grid points, the spread of nearby current sources around each current source ( (Distribution state) is represented by a solid, and the density of the current sources existing in the solid is represented by the display density of the solid, so that the aggregate (spread) of true current sources can be easily three-dimensionally displayed. Can be recognized. Further, even if the current sources present discretely have a large moment, they are displayed with inconspicuous density, so that the current source at this position is not emphasized on the output image, and the When estimating and recognizing the current source, the diagnosing person is not confused.

【図面の簡単な説明】 【図1】この発明に係る生体活動電流源表示装置の一実
施例の概略構成を示したブロック図である。 【図2】実施例に係る電流源推定処理の説明図である。 【図3】実施例に係る電流源表示部の処理を示すフロー
チャートである。 【図4】各格子点の電流源を模式的に示した図である。 【図5】各格子点の電流源を立体に変換した様子を示す
図である。 【図6】実施例の処理によって得られた出力画像の一例
を示す図である。 【図7】従来例に係る生体活動電流源表示装置から得ら
れる結果を示す図である。 【符号の説明】 9 … 電流源表示部 10 … 立体変換部 11 … 立体密度算出部 12 … 画像処理部 13 … カラーモニタ 14 … カラープリンタ
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a biological activity current source display device according to the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of a current source estimation process according to the embodiment. FIG. 3 is a flowchart illustrating a process of a current source display unit according to the embodiment. FIG. 4 is a diagram schematically showing a current source at each grid point. FIG. 5 is a diagram showing a state in which a current source at each grid point is converted into a solid. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an output image obtained by the processing of the embodiment. FIG. 7 is a diagram showing a result obtained from a biological activity current source display device according to a conventional example. [Description of Signs] 9: current source display unit 10: three-dimensional conversion unit 11: three-dimensional density calculation unit 12: image processing unit 13: color monitor 14: color printer

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 少なくとも位置および大きさが推定され
た生体活動電流源(以下、単に『電流源』という)の分
布状態を表示または印刷出力する装置であって、(a)
推定された電流源の各々について、その電流源(着目電
流源)からの離間距離が小さい順に所定個数の電流源
(近傍電流源)を抽出し、前記着目電流源と抽出された
各近傍電流源との平均距離を求め、その平均距離に応じ
た立体を決定する立体変換手段と、(b)前記各電流源
(着目電流源)の大きさを対応する立体の大きさで除算
した値(立体密度)を求める立体密度算出手段と、
(c)前記各立体密度の小さい方から表示用濃度を昇順
に割り付ける画像処理手段と、(d)各電流源の位置に
前記立体変換手段で求められた立体を、前記画像処理手
段で割り付けられた濃度で表示または印刷出力する画像
出力手段と、を備えたことを特徴とする生体活動電流源
表示装置。
(57) [Claim 1] An apparatus for displaying or printing out the distribution state of a biological activity current source (hereinafter, simply referred to as “current source”) at least whose position and size have been estimated. , (A)
For each of the estimated current sources, a predetermined number of current sources (neighboring current sources) are extracted in ascending order of the distance from the current source (current source of interest), and the current source of interest and each of the extracted nearby current sources are extracted. And (b) a value obtained by dividing the size of each current source (current source of interest) by the size of the corresponding solid (solid). Density) calculating means for calculating the density);
(C) image processing means for assigning display densities in ascending order from the smaller solid density, and (d) assigning a solid determined by the solid conversion means to the position of each current source by the image processing means. A biological activity current source display device, comprising: image output means for displaying or printing out at a different density.
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