JP5060025B2 - 脳波双極子解析装置、脳波双極子解析方法、脳波双極子解析用プログラム及び該プログラムを記憶した記憶媒体 - Google Patents
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Description
Tbshimitsu Musha & Yoshiwo Okamoto:Forward and Inverse Problems of EEG Dipole Localization,Critical Reviews in Biomedical Engineering,vol.27,no.3-5,189-239,1999
請求項1乃至3記載の発明によれば、主計算機及び複数の副計算機を用い、頭部内への非侵襲な構成の基に、頭部における頭皮表面上に配置した複数の電極で測定され、かつ、オフセット、ドリフト除去処理された電位分布から脳内の起電力を近似する双極子の位置とベクトル成分を計算機による並列処理を実行することで実時間で高速決定(推定)し、決定結果を実時間で表示したり印刷したり、更には記憶保持することが可能な脳波双極子解析装置を提供することができる。
図1、図2は、本発明の実施例に係る実時間処理が可能な脳波双極子解析装置1の構成を示すものである。
本発明の実施例に係る脳波双極子解析装置1は、被験者の頭部30における頭皮上に配置された脳波計測用の複数の電極2と、各電極2を効率的に配置するための電極キャップ3と、前記各電極2の電位を増幅する多チャンネルの脳波用増幅器4と、脳波用増幅器4の出力をディジタルデータに変換するA/D変換器5と、A/D変換器5から出力される電位データを取り込み、実時間の双極子解析用のプログラム(詳細は後述する)に基く最小二乗法による双極子解析、そのための前処理、初期設定等を行う解析処理手段6を構成する主計算機7及び複数の副計算機8A、8B・・・8N(Nは正の整数)と、図2に示すように解析処理手段6の処理結果を表示するための表示装置9と、処理結果を印刷するプリンタ10と、処理結果を記憶する記憶手段であるハードディスク、CD−RAM等の補助記憶部11と、脳組織の導電率等のデータを指定するためのデータ入力を行うキーボード等の入力部12とからなる入出力機器13と、前記解析処理手段6の計算処理に必要な各種データを記憶するためのデータ格納ファイルを含むファイルシステム14とを有している。
被検体(被験者)の頭部30のMRI画像、あるいはX線CT画像が利用できる場合は、これらの断層像から被験者に個人適合する頭蓋モデルを構築する。このような断層像が利用できない場合は、標準の頭蓋モデルを被検体に合わせて変形する。つまり、被検体の眉間・外後頭隆起間距離、左右両耳介前点間距離、及び頭皮沿いに眉間から頭項を経て外後頭隆に至るまでの距離を計測し、これらが一致するように標準モデルを各軸方向に伸長圧縮して頭蓋モデルを構築する。
3層頭蓋モデルであれば、脳組織、骨組織及び表皮の導電率を指定し、4層頭蓋モデルではそれらに加えて脳脊髄液の導電率を指定する。必要ならば通流実験等によって得られる導電率を使用するが、通常は標準値を採用する。
国際標準の10・20法に基づいて電極を配置する場合には、頭蓋モデルを基に主計算機7の内部で自動的に電極位置を算出する。独自の手法で電極を配置する場合には、個々の電極位置を計測してそのデータを主計算機7に入力する。
上述した頭蓋モデル、導電率、電極配置の各データを前記ファイルシステム14のデータ格納ファイルへ格納する。
主計算機7は、ファイルシステム14のデータ格納ファイルに格納した頭蓋モデル、導電率、電極配置の各データを使用して伝達行列を計算する。通常、伝達行列の計算は、各被検体に対して1度だけ実施すれば良い。ただし、電極配置を変更した場合や、開頭術等で頭蓋の形状や導電率分布が変化した場合には再度の計算が必要となる。
主計算機7は、計算し求めた伝達行列を前記ファイルシステム14のデータ格納ファイルへ格納する。
主計算機7は、ファイルシステム14のデータ格納ファイルに予め設定され格納された双極子の初期位置のリストを読み込む(ステップS21)この場合初期位置がN通りある場合には、主計算機7は高速処理を実現するためにN個の副計算機8A、8B・・・8Nにそれぞれ異なる初期位置のデータを配信する(ステップS22)。
次に、主計算機7はデータ格納ファイルから当該被検体の伝達行列のデータを読み込み(ステップS23)、ステップS22の処理で初期位置を配布した全ての副計算機8A、8B・・・8Nに伝達行列のデータを配信する(ステップS24)。その結果、主計算機7はオペレータによる計算開始指令の待機状態となる。
主計算機7は、オペレータによる計算開始指令があると(ステップS31)以下の手順を繰り返し実行する。すなわち、主計算機7は、まずA/D変換器5に変換開始指令を送信する(ステップS32)。これにより、A/D変換器5は各電極2から出力される脳波の実測データをディジタルデータに変換して、主計算機7の入出力インターフェース22へ送る。
1 脳波双極子解析装置
2 電極
3 電極キャップ
4 脳波用増幅器
5 A/D変換器
6 解析処理手段
7 主計算機
8A 副計算機
8B 副計算機
8N 副計算機
9 表示装置
10 プリンタ
11 補助記憶部
12 入力部
13 入出力機器
14 ファイルシステム
21 副計算機用インターフェース
22 入出力インターフェース
23 プログラム格納部
24 CPU
30 頭部
Claims (12)
- 脳内に仮定した双極子が発生する電位分布と、実測の電位分布との二乗誤差を最小とするように各双極子の位置とベクトル成分を実時間で決定する脳波双極子解析装置であって、
被検体の頭皮上に配置する脳波計測用の複数の電極と、
予め構築した脳内の双極子から頭皮上への電位の伝達行列及び脳内に仮定した任意数の双極子の初期位置のデータを格納したファイルシステムと、
主計算機及び複数の副計算機を用い、前記複数の電極による電位の実測データと、前記ファイルシステムから読み込んだ伝達行列及び初期位置のデータとを使用し、主計算機により前記電位の実測データに対するオフセット、ドリフト除去処理を行い、複数の副計算機によりオフセット、ドリフト除去処理後の前記電位の実測データと、前記ファイルシステムから読み込んだ伝達行列及び初期位置のデータとを使用して、最小二乗法による解析処理を初期位置毎の並列処理により実時間で行い、前記主計算機により複数の副計算機の処理結果を収集して、電位分布の実測値と計算値との二乗誤差が最小となるものの中から最も小さいものを選択して、最適な脳内の双極子の位置とベクトル成分を実時間で決定する解析処理手段と、
解析結果を出力する出力手段と、
を有することを特徴とする脳波双極子解析装置。 - 脳内に仮定した双極子が発生する電位分布と、実測の電位分布との二乗誤差を最小とするように各双極子の位置とベクトル成分を実時間で決定する脳波双極子解析装置であって、
被検体の頭皮上に配置する脳波計測用の複数の電極と、
各電極を効率的に配置するための電極キャップと、
各電極の計測電位を増幅する多チャンネルの脳波用増幅器と、
増幅後の電位をディジタルデータに変換するA/D変換器と、
予め構築した脳内の双極子から頭皮上への電位の伝達行列及び脳内に仮定した任意数の双極子の初期位置のデータを格納したファイルシステムと、
主計算機及び複数の副計算機を用い、前記A/D変換器から出力される電位の実測データと、前記ファイルシステムから読み込んだ伝達行列及び初期位置のデータとを使用し、主計算機により前記電位の実測データに対するオフセット、ドリフト除去処理を行い、複数の副計算機によりオフセット、ドリフト除去処理後の前記電位の実測データと、前記ファイルシステムから読み込んだ伝達行列及び初期位置のデータとを使用して、最小二乗法による解析処理を初期位置毎の並列処理により実時間で行い、前記主計算機により複数の副計算機の処理結果を収集して、電位分布の実測値と計算値との二乗誤差が最小となるものの中から最も小さいものを選択して、最適な脳内の双極子の位置とベクトル成分を実時間で決定する解析処理手段と、
解析結果を可視的に出力する出力手段と、
を有することを特徴とする脳波双極子解析装置。 - 脳内に仮定した双極子が発生する電位分布と、実測の電位分布との二乗誤差を最小とするように各双極子の位置とベクトル成分を実時間で決定する脳波双極子解析装置であって、
被検体の頭皮上に配置する脳波計測用の複数の電極と、
各電極を効率的に配置するための電極キャップと、
各電極の計測電位を増幅する多チャンネルの脳波用増幅器と、
増幅後の電位をディジタルデータに変換するA/D変換器と、
予め構築した脳内の双極子から頭皮上への電位の伝達行列及び脳内に仮定した任意数の双極子の初期位置のデータを格納したファイルシステムと、
主計算機及び複数の副計算機を用い、前記A/D変換器から出力される電位の実測データと、前記ファイルシステムから読み込んだ伝達行列及び初期位置のデータとを使用し、主計算機により前記電位の実測データに対するオフセット、ドリフト除去処理を行い、複数の副計算機によりオフセット、ドリフト除去処理後の前記電位の実測データと、前記ファイルシステムから読み込んだ伝達行列及び初期位置のデータとを使用して、最小二乗法による解析処理を初期位置毎の並列処理により実時間で行い、前記主計算機により複数の副計算機の処理結果を収集して、電位分布の実測値と計算値との二乗誤差が最小となるものの中から最も小さいものを選択して、最適な脳内の双極子の位置とベクトル成分を実時間で決定する解析処理手段と、
解析結果を可視的に出力する表示装置及びプリンタ及び解析結果を記憶する記憶手段と、
を有することを特徴とする脳波双極子解析装置。 - 予め設定した被検体の頭蓋モデルと被検体の頭皮上の複数の電極の配置により脳内の双極子から頭皮上への電位の伝達行列を求める過程と、
脳内に仮定する双極子の初期位置のデータを設定する過程と、
被検体の頭皮上に配置する脳波計測用の複数の電極からの実測データを得る過程と、
主計算機及び複数の副計算機を用い、前記伝達行列、初期位置のデータ、実測データを使用して、主計算機により前記電位の実測データに対するオフセット、ドリフト除去処理を行い、複数の副計算機によりオフセット、ドリフト除去処理後の前記電位の実測データと、前記伝達行列及び初期位置のデータとを使用して、最小二乗法による解析処理を初期位置毎の並列処理により実時間で行い、前記主計算機により複数の副計算機の処理結果を収集して、電位分布の実測値と計算値との二乗誤差が最小となるものの中から最も小さいものを選択して、最適な脳内の双極子の位置とベクトル成分を実時間で決定する過程と、
を有することを特徴とする脳波双極子解析方法。 - 予め設定した被検体の頭部の各組織分画の形状及び導電率によって定まる頭蓋モデルと被検体の頭皮上の複数の電極の配置により脳内の双極子から頭皮上への電位の伝達行列を求める過程と、
脳内に仮定する双極子の初期位置のデータを設定する過程と、
被検体の頭皮上に配置する脳波計測用の複数の電極から出力されディジタル変換された実測データを得る過程と、
主計算機及び複数の副計算機を用い、前記伝達行列、初期位置のデータ、実測データを使用して、主計算機により前記電位の実測データに対するオフセット、ドリフト除去処理を行い、複数の副計算機によりオフセット、ドリフト除去処理後の前記電位の実測データと、前記伝達行列及び初期位置のデータとを使用して、最小二乗法による解析処理を初期位置毎の並列処理により実時間で行い、前記主計算機により複数の副計算機の処理結果を収集して、電位分布の実測値と計算値との二乗誤差が最小となるものの中から最も小さいものを選択して、最適な脳内の双極子の位置とベクトル成分を実時間で決定する過程と、
選定結果を可視的に出力する過程と、
を有することを特徴とする脳波双極子解析方法。 - 予め設定した被検体の頭部の各組織分画の形状及び導電率によって定まる頭蓋モデルと被検体の頭皮上の複数の電極の配置により脳内の双極子から頭皮上への電位の伝達行列を求める過程と、
脳内に仮定する双極子の初期位置のデータを設定する過程と、
被検体の頭皮上に配置する脳波計測用の複数の電極から出力されディジタル変換された実測データを得る過程と、
主計算機及び複数の副計算機を用い、前記伝達行列、初期位置のデータ、実測データを使用して、主計算機により前記電位の実測データに対するオフセット、ドリフト除去処理を行い、複数の副計算機によりオフセット、ドリフト除去処理後の前記電位の実測データと、前記伝達行列及び初期位置のデータとを使用して、最小二乗法による解析処理を初期位置毎の並列処理により実時間で行い、前記主計算機により複数の副計算機の処理結果を収集して、電位分布の実測値と計算値との二乗誤差が最小となるものの中から最も小さいものを選択して、最適な脳内の双極子の位置とベクトル成分を実時間で決定する過程と、
選定結果の表示処理、印刷処理、記憶処理を行う過程と、
を有することを特徴とする脳波双極子解析方法。 - 予め設定した被検体の頭蓋モデルと被検体の頭皮上の複数の電極の配置により脳内の双極子から頭皮上への電位の伝達行列を求める処理と、
脳内に仮定する双極子の初期位置のデータを設定する処理と、
被検体の頭皮上に配置する脳波計測用の複数の電極からの実測データを得る処理と、
前記伝達行列、初期位置のデータ、実測データを使用して、前記電位の実測データに対するオフセット、ドリフト除去処理と、オフセット、ドリフト除去処理後の前記電位の実測データと、前記伝達行列及び初期位置のデータとを使用して、最小二乗法による解析処理を初期位置毎の並列処理により実時間で行う処理と、この処理結果を収集して、電位分布の実測値と計算値との二乗誤差が最小となるものの中から最も小さいものを選択して、最適な脳内の双極子の位置とベクトル成分を実時間で決定する処理と、
をコンピュータに行わせるための構成としたことを特徴とする脳波双極子解析用プログラム。 - 予め設定した被検体の頭部の各組織分画の形状及び導電率によって定まる頭蓋モデルと被検体の頭皮上の複数の電極の配置により脳内の双極子から頭皮上への電位の伝達行列を求める処理と、
脳内に仮定する双極子の初期位置のデータを設定する処理と、
被検体の頭皮上に配置する脳波計測用の複数の電極から出力されディジタル変換された実測データを得る処理と、
前記伝達行列、初期位置のデータ、実測データを使用して、前記電位の実測データに対するオフセット、ドリフト除去処理と、オフセット、ドリフト除去処理後の前記電位の実測データと、前記伝達行列及び初期位置のデータとを使用して、最小二乗法による解析処理を初期位置毎の並列処理により実時間で行う処理と、この処理結果を収集して、電位分布の実測値と計算値との二乗誤差が最小となるものの中から最も小さいものを選択して、最適な脳内の双極子の位置とベクトル成分を実時間で決定する処理と、
選定結果の可視的な出力処理と、
をコンピュータに行わせるための構成としたことを特徴とする脳波双極子解析用プログラム。 - 予め設定した被検体の頭部の各組織分画の形状及び導電率によって定まる頭蓋モデルと被検体の頭皮上の複数の電極の配置により脳内の双極子から頭皮上への電位の伝達行列を求める処理と、
脳内に仮定する双極子の初期位置のデータを設定する処理と、
被検体の頭皮上に配置する脳波計測用の複数の電極から出力されディジタル変換された実測データを得る処理と、
前記伝達行列、初期位置のデータ、実測データを使用して、前記電位の実測データに対するオフセット、ドリフト除去処理と、オフセット、ドリフト除去処理後の前記電位の実測データと、前記伝達行列及び初期位置のデータとを使用して、最小二乗法による解析処理を初期位置毎の並列処理により実時間で行う処理と、この処理結果を収集して、電位分布の実測値と計算値との二乗誤差が最小となるものの中から最も小さいものを選択して、最適な脳内の双極子の位置とベクトル成分を実時間で決定する処理と、
選定結果の表示、印刷及び記憶の各処理と、
をコンピュータに行わせるための構成としたことを特徴とする脳波双極子解析用プログラム。 - 予め設定した被検体の頭蓋モデルと被検体の頭皮上の複数の電極の配置により脳内の双極子から頭皮上への電位の伝達行列を求める処理と、
脳内に仮定する双極子の初期位置のデータを設定する処理と、
被検体の頭皮上に配置する脳波計測用の複数の電極からの実測データを得る処理と、
前記伝達行列、初期位置のデータ、実測データを使用して、前記電位の実測データに対するオフセット、ドリフト除去処理と、オフセット、ドリフト除去処理後の前記電位の実測データと、前記伝達行列及び初期位置のデータとを使用して、最小二乗法による解析処理を初期位置毎の並列処理により実時間で行う処理と、この処理結果を収集して、電位分布の実測値と計算値との二乗誤差が最小となるものの中から最も小さいものを選択して、最適な脳内の双極子の位置とベクトル成分を実時間で決定する処理と、
を行う脳波双極子解析用プログラムを記憶したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。 - 予め設定した被検体の頭部の各組織分画の形状及び導電率によって定まる頭蓋モデルと被検体の頭皮上の複数の電極の配置により脳内の双極子から頭皮上への電位の伝達行列を求める処理と、
脳内に仮定する双極子の初期位置のデータを設定する処理と、
被検体の頭皮上に配置する脳波計測用の複数の電極から出力されディジタル変換された実測データを得る処理と、
前記伝達行列、初期位置のデータ、実測データを使用して、前記電位の実測データに対するオフセット、ドリフト除去処理と、オフセット、ドリフト除去処理後の前記電位の実測データと、前記伝達行列及び初期位置のデータとを使用して、最小二乗法による解析処理を初期位置毎の並列処理により実時間で行う処理と、この処理結果を収集して、電位分布の実測値と計算値との二乗誤差が最小となるものの中から最も小さいものを選択して、最適な脳内の双極子の位置とベクトル成分を実時間で決定する処理と、
選定結果の可視的な出力処理と、
を行う脳波双極子解析用プログラムを記憶したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。 - 予め設定した被検体の頭部の各組織分画の形状及び導電率によって定まる頭蓋モデルと被検体の頭皮上の複数の電極の配置により脳内の双極子から頭皮上への電位の伝達行列を求める処理と、
脳内に仮定する双極子の初期位置のデータを設定する処理と、
被検体の頭皮上に配置する脳波計測用の複数の電極から出力されディジタル変換された実測データを得る処理と、
前記伝達行列、初期位置のデータ、実測データを使用して、前記電位の実測データに対するオフセット、ドリフト除去処理と、オフセット、ドリフト除去処理後の前記電位の実測データと、前記伝達行列及び初期位置のデータとを使用して、最小二乗法による解析処理を初期位置毎の並列処理により実時間で行う処理と、この処理結果を収集して、電位分布の実測値と計算値との二乗誤差が最小となるものの中から最も小さいものを選択して、最適な脳内の双極子の位置とベクトル成分を実時間で決定する処理と、
選定結果の表示、印刷及び記憶の各処理と、
を行う脳波双極子解析用プログラムを記憶したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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