JPH05220124A - Biomagnetism measuring instrument - Google Patents

Biomagnetism measuring instrument

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Publication number
JPH05220124A
JPH05220124A JP4026908A JP2690892A JPH05220124A JP H05220124 A JPH05220124 A JP H05220124A JP 4026908 A JP4026908 A JP 4026908A JP 2690892 A JP2690892 A JP 2690892A JP H05220124 A JPH05220124 A JP H05220124A
Authority
JP
Japan
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magnetic field
current source
strength
current
grid
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Withdrawn
Application number
JP4026908A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takehiko Hayashi
武彦 林
Takao Goto
隆男 後藤
Nobushiro Shimura
孚城 志村
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP4026908A priority Critical patent/JPH05220124A/en
Publication of JPH05220124A publication Critical patent/JPH05220124A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To determine the distribution of a current source with good accuracy with a relatively small number of pickup coils with the biomagnetism measuring instrument which measures the magnetic field generated from the inside of a living body by using a high-sensitive magnetic field sensor. CONSTITUTION:A current dipole estimating grid 2 to be placed in a scanning region 1 is constituted by providing a means for scanning this grid over an arbitrary region in the scanning region 1 at the time of calculating the intensity of the respective current sources on the grid points from the intensity of measured magnetic fields on assumption that the current sources are distributed on the virtual grid points placed in the scanning region 1 and obtaining the solution to minimize the difference between the magnetic fields based on the calculated values and the measured magnetic fields.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高感度な磁界センサを
用いて、生体内から発生する磁界を測定する生体磁気計
測装置において、磁界の発生源となる生体内の活動領域
を位置推定するための技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention, in a biomagnetism measuring apparatus for measuring a magnetic field generated in a living body using a highly sensitive magnetic field sensor, estimates the position of an active region in the living body which is a source of the magnetic field. For technology.

【0002】近年の超伝導デバイス技術の発展に伴い、
SQUID ( Superconducting QUantum Interference
Devices ) と呼ばれる高感度な磁界センサを利用した生
体磁気計測装置が、医療診断装置の一つとして実用化さ
れつつある。生体内で生じる電気現象は、同時に微弱な
磁界を発生する。この微弱な磁界分布を計測する装置
は、疾患部位の診断に役立つものとして期待されてい
る。
With the recent development of superconducting device technology,
SQUID (Superconducting QUantum Interference
A biomagnetic measuring device using a highly sensitive magnetic field sensor called Devices) is being put to practical use as one of medical diagnostic devices. The electric phenomenon occurring in the living body simultaneously generates a weak magnetic field. The device for measuring the weak magnetic field distribution is expected to be useful for diagnosing a diseased part.

【0003】しかし、心疾患や脳機能を解明するために
は、測定磁界からその磁界の発生源である電流源の位置
を逆推定する必要がある。そのためには、導体中に短い
電流素片である電流ダイポールを仮定した計算モデルを
用いて、計算磁場と計測磁場とが等しくなるような電流
ダイポールの分布を探していくという逆問題を解く必要
がある。
However, in order to clarify the heart disease and the brain function, it is necessary to inversely estimate the position of the current source, which is the source of the magnetic field, from the measured magnetic field. For that purpose, it is necessary to solve the inverse problem of searching for a distribution of current dipoles in which the calculated magnetic field and the measured magnetic field are equal using a calculation model assuming a current dipole that is a short current element in a conductor. is there.

【0004】[0004]

【従来の技術】従来の生体磁気計測装置は、図7に示す
ような流れ図に従って動作していた。図面において英字
符Sで始まる参照符は、処理番号を示すが、以下、従来
の技術をこの処理番号に沿って説明する。まず、形状デ
ータとして、例えば心臓の電流源推定を行なう場合には
均質無限導体を用い、例えば脳の電流源推定を行なう場
合には均質あるいは多層の同心円導体球を用いる(S7
0)。
2. Description of the Related Art A conventional biomagnetism measuring device operates according to a flow chart shown in FIG. In the drawings, reference numerals starting with the letter S indicate a processing number, and the conventional technique will be described below along with the processing number. First, as shape data, for example, a homogeneous infinite conductor is used when estimating the current source of the heart, and a homogeneous or multi-layered concentric circular conductor sphere is used when estimating the current source of the brain (S7).
0).

【0005】この導体中に仮想電流ダイポールを設定し
(S71)、設定に基づく磁場計算を行なう(S7
2)。一方では、生体が発する磁界を計測し(S7
3)、計測データをデジタル変換して計算機に取り込む
(S74)。この計測データは、計算した磁場と比較さ
れ(S75)、一致すれば(S76)電流源が表示され
る(S78)。不一致の時には、設定値の変更が行なわ
れる(S77)。
A virtual current dipole is set in this conductor (S71), and magnetic field calculation based on the setting is performed (S7).
2). On the other hand, the magnetic field generated by the living body is measured (S7
3), digitally convert the measurement data and import it into the computer (S74). This measurement data is compared with the calculated magnetic field (S75), and if they match (S76), the current source is displayed (S78). If they do not match, the set value is changed (S77).

【0006】仮想電流ダイポールの設定値の変更は、測
定した磁界と算出した磁場との差が小さくなるように行
なう。この計算モデル中では、仮想した一つの電流ダイ
ポールを移動しながら測定磁界と計算磁場との差を比較
している。しかし、この方法では、計算が有限回で収束
しない場合があるばかりでなく、収束する場合であって
も、電流源の正確な位置を求めるまでには多大の時間を
要することとなる。
The setting value of the virtual current dipole is changed so that the difference between the measured magnetic field and the calculated magnetic field becomes small. In this calculation model, the difference between the measured magnetic field and the calculated magnetic field is compared while moving one virtual current dipole. However, in this method, not only the calculation may not be converged in a finite number of times, but even if the calculation is converged, it takes a lot of time to obtain an accurate position of the current source.

【0007】更には、似たような出力分布を出す別の解
であるローカルミニマムに陥る可能性もあるので、電流
源の正しい位置推定を行なうことは困難である。このよ
うに、非線形な系の最小二乗法は、反復した演算を必要
とする。これを回避する方法としては、電流ダイポール
の位置を複数とし、その位置を格子点上に固定し、問題
を線形な系に置き換える方法があり、以下の論文に発表
されている。
Furthermore, it is difficult to accurately estimate the position of the current source because there is a possibility of falling into another solution, that is, a local minimum that produces a similar output distribution. Thus, the least-squares method of non-linear systems requires iterative operations. As a method for avoiding this, there is a method in which the current dipoles are set at a plurality of positions, the positions are fixed on the lattice points, and the problem is replaced with a linear system, which is presented in the following paper.

【0008】 Brain Jeffs, Richard Leahy and Manb
ir Singh:"An Evaluation ofMethods for Neuromagneti
c Image Reconstruction",IEEE Transactions onBiomed
ical Engineering,Vol.BME-34,No.9,September 1987; Warren E. Smith, William J. Dallas, Walter H. K
ullmann and Heidi H.Schlitt : "Linear estimation t
heory applied to the reconstruction of a3-D vector
current distribution", Applied Optics, Vol.29, N
o.5(1990); Jukka Sarvas:"Basic mathematical and electromag
netic concepts of the biomagnetic inverse proble
m".
Brain Jeffs, Richard Leahy and Manb
ir Singh: "An Evaluation of Methods for Neuromagneti
c Image Reconstruction ", IEEE Transactions on Biomed
ical Engineering, Vol.BME-34, No.9, September 1987; Warren E. Smith, William J. Dallas, Walter H. K
ullmann and Heidi H. Schlitt: "Linear estimation t
heory applied to the reconstruction of a3-D vector
current distribution ", Applied Optics, Vol.29, N
o.5 (1990); Jukka Sarvas: "Basic mathematical and electromag
netic concepts of the biomagnetic inverse problem
m ".

【0009】次に、測定磁界と仮想電流ダイポールの電
流強度とを連立一次方程式で表わし、測定磁界と計算磁
場との差に関しての最小二乗解を求める方法について説
明する。ピックアップコイルが拾う測定磁界と各格子点
上の仮想電流ダイポールの電流密度とを連立一次方程式
で表わすには、仮想電流ダイポールの分布を固定した三
次元の格子点上に定める。
Next, a method of expressing the measured magnetic field and the current intensity of the virtual current dipole by simultaneous linear equations and obtaining the least squares solution for the difference between the measured magnetic field and the calculated magnetic field will be described. In order to express the measured magnetic field picked up by the pickup coil and the current density of the virtual current dipole on each lattice point by a simultaneous linear equation, the distribution of the virtual current dipole is determined on a fixed three-dimensional lattice point.

【0010】いま、n個の仮想電流ダイポールの各三方
向の電流強度を(q1x,q1y,q1z),・・・,
(qnx,qny,qnz)とし、位置を(x1',y1'
1'),・・・,(xn',yn',zn')とする。また、
m個のピックアップコイルの設置場所における磁界強度
を(b1x,b1y,b1z),・・・,(bmx,bmy
mz)とし、その位置を(x1,y1,z1),・・・,
(xm,ym,zm)とする。
Now, the current intensities of the n virtual current dipoles in each of the three directions are (q 1x , q 1y , q 1z ) ,.
(Q nx , q ny , q nz ) and the position is (x 1 ′ , y 1 ′ ,
z 1 ′ ), ..., (x n ′ , y n ′ , z n ′ ). Also,
The magnetic field strengths at the installation locations of the m pickup coils are (b 1x , b 1y , b 1z ), ..., (b mx , b my ,
b mz ), and the position is (x 1 , y 1 , z 1 ), ...,
(X m, y m, z m) to.

【0011】このとき、ビオサバールの法則により、測
定磁界bは、仮想電流ダイポールの電流強度qを用い
て、 b1 = a111 + a122 + a133 + ・・・ + a1nn2 = a211 + a222 + a233 + ・・・ + a2nn ・ ・ ・ ・ ・ bm = am11 + am22 + am33 + ・・・ + amnn と表わすことができる。ただし、
At this time, according to the Biot-Savart law, the measurement magnetic field b is calculated by using the current intensity q of the virtual current dipole: b 1 = a 11 q 1 + a 12 q 2 + a 13 q 3 + ... + a 1n q n b 2 = a 21 q 1 + a 22 q 2 + a 23 q 3 + ... + a 2n q n ··· · · b m = a m1 q 1 + a m2 q 2 + a m3 q It can be expressed as 3 + ... + a mn q n . However,

【0012】[0012]

【数1】 [Equation 1]

【0013】である。ここで、仮想電流ダイポールの電
流強度を成分とする列ベクトル{q1,q2,・・・,q
nTをQとする。また、測定磁界を成分とする列ベクト
ル{b1,b2,・・・,bmTをBとし、前掲した連立
一次方程式の係数行列[aij]をAとする。このとき、
B=AQが成り立つ。
[0013] Here, a column vector {q 1 , q 2 , ..., Q having the current intensity of the virtual current dipole as a component is used.
Let n } T be Q. Also, let B be the column vector {b 1 , b 2 , ..., B m } T having the measured magnetic field as a component, and let A be the coefficient matrix [a ij ] of the simultaneous linear equations described above. At this time,
B = AQ holds.

【0014】この式は、仮想電流ダイポールの設定位置
(x1',y1',z1'),・・・,(xn',yn',zn'
と、ピックアップコイルの設置場所(x1,y1
1),・・・,(xm,ym,zm)とで決定される線形
な方程式である。この方程式を解くことで、仮想電流ダ
イポールの密度分布Qを求めることができる。以下、そ
の求め方について説明する。
This equation is obtained by setting the virtual current dipole setting positions (x 1 ' , y 1' , z 1 ' ), ..., (x n' , y n ' , z n' ).
And the installation location of the pickup coil (x 1 , y 1 ,
z 1), ···, a linear equation which is determined out with (x m, y m, z m). By solving this equation, the density distribution Q of the virtual current dipole can be obtained. Hereinafter, how to obtain it will be described.

【0015】係数行列Aが正方行列で、かつ、その列ベ
クトルが互いに独立している正則行列である場合には、
係数行列Aには、逆行列A-1が存在する。よって、電流
ダイポールQは、 Q = A-1B <式50> から直接解くことができる。
If the coefficient matrix A is a square matrix and its column vectors are regular matrices independent of each other,
The coefficient matrix A has an inverse matrix A −1 . Therefore, the current dipole Q can be directly solved from Q = A -1 B <equation 50>.

【0016】しかし、一般に係数行列Aは正方行列では
ないので、逆行列を直接求めることはできない。すなわ
ち、一意な解は存在しない。しかし、係数行列Aとその
転置行列ATとの積は正方行列となるので、係数行列A
の列ベクトルが互いに独立していれば、行列ATAには
逆行列(ATA)-1が存在する。
However, since the coefficient matrix A is generally not a square matrix, the inverse matrix cannot be directly obtained. That is, there is no unique solution. However, since the product of the coefficient matrix A and its transposed matrix AT is a square matrix, the coefficient matrix A
If the column vectors of are independent of each other, the matrix A T A has an inverse matrix (A T A) -1 .

【0017】このとき、正規方程式 Q = (ATA)-1TB <式60> により、測定値Bmと計算値Bc=AQcとの差の二乗和 Σ (Bm−Bc2 が最小となる最小二乗解を求めることができる( Gil
bert Strang : LinearAlgebra and its Application
s)。
At this time, according to the normal equation Q = (A T A) -1 A T B <equation 60>, the sum of squares of the difference between the measured value B m and the calculated value B c = AQ c Σ (B m -B c ) We can find a least-squares solution that minimizes 2 (Gil
bert Strang: LinearAlgebra and its Application
s).

【0018】また、Aの列ベクトルが独立していない階
数落ち”rank(A)<n”の場合には、ATAの逆
行列は存在しない。この場合には、一意な解を求めるこ
とができない。しかし、このような場合には、特異値分
解という手法を利用することができる。
Further, when the rank vector "rank (A) <n" in which the column vector of A is not independent, the inverse matrix of A T A does not exist. In this case, a unique solution cannot be obtained. However, in such a case, a method called singular value decomposition can be used.

【0019】任意のm×n行列Aは、m×mの直交行列
Uと、m×nの対角行列Λと、n×nの直交行列Vとに
より、 A = UΛVT に分解することが可能である。
An arbitrary m × n matrix A can be decomposed into A = UΛV T by an m × m orthogonal matrix U, an m × n diagonal matrix Λ, and an n × n orthogonal matrix V. It is possible.

【0020】なお、ΛはAAT及びATAの固有値の平方
根λ(特異値と呼ぶ)を大きい順に対角上に並べた対角
行列である。UはAATの固有ベクトルで構成され、V
はATAの固有ベクトルで構成される( George E, Fo
rsythe, Michael A. Macolmand Cleave B. Moler : Com
puter Methods for Mathematical Computations,Prenti
ce-Hall, New Jersey, 1978)。
[0020] Incidentally, lambda is a AA T and A T A of the eigenvalues of the square root lambda (singular value called) diagonal matrix arranged in descending order in pairs on the corner of. U is composed of eigenvectors of AA T, V
Is composed of the eigenvectors of A T A (George E, Fo
rsythe, Michael A. Macolmand Cleave B. Moler: Com
puter Methods for Mathematical Computations, Prenti
ce-Hall, New Jersey, 1978).

【0021】このとき、前掲した<式50>の最小二乗
最小ノルム解Q+は、 Q+ = VΛ+Tm = A+m <式70> より求めることができる。
[0021] In this case, the supra least squares minimum norm solution Q + <expression 50>, Q + = VΛ + U T B m = A + B m can be determined from the <Equation 70>.

【0022】ここで、Λ+はΛの対角成分λの逆数 λ+ = 1/λ を対角成分とする対角行列である。また、A+は、逆行
列A-1をn×nの正方行列からm×nの任意な次数の行
列に拡張したものであり、擬似逆行列と呼ばれる(前掲
論文)。
Where Λ + is a diagonal matrix whose diagonal component is the reciprocal λ + = 1 / λ of the diagonal component λ of Λ. A + is an inverse matrix A -1 expanded from a square matrix of n × n to a matrix of arbitrary order of m × n, and is called a pseudo-inverse matrix (the aforementioned paper).

【0023】このような正規方程式を用いる一般逆行列
による手法あるいは特異値分解を用いる手法は、複数の
電流ダイポールを仮定している。そのため、複数個の電
流ダイポールの密度分布を求める際には有効な方法であ
る。一度正規方程式または特異値分解により逆行列の係
数が求まれば、<式60>及び<式70>から計測値B
mに係数行列A+を乗ずるだけで電流源の密度分布Qc
求まる。
A method using a general inverse matrix using such a normal equation or a method using singular value decomposition assumes a plurality of current dipoles. Therefore, it is an effective method for obtaining the density distribution of a plurality of current dipoles. Once the coefficient of the inverse matrix is obtained by the normal equation or the singular value decomposition, the measured value B can be calculated from <Equation 60> and <Equation 70>.
The density distribution Q c of the current source can be obtained only by multiplying m by the coefficient matrix A + .

【0024】このような複数個の電流ダイポールを仮定
した計算モデルによる手法は、図7に示すような、一つ
の仮想電流ダイポールを動かしながら位置推定を行なう
非線形な最小二乗法を解く手法に比べて、高速に電流ダ
イポールの密度分布を求めることができる。
The method based on the calculation model assuming such a plurality of current dipoles is compared with the method of solving the nonlinear least squares method for estimating the position while moving one virtual current dipole as shown in FIG. , It is possible to obtain the density distribution of the current dipole at high speed.

【0025】しかし、このような連立一次方程式の最小
二乗解から、電流ダイポールの電流強度分布を正確に求
めるためには、磁界センサの個数mを仮想電流ダイポー
ルの設定個数nと等しいか、それ以上の数にしなくては
ならない。
However, in order to accurately obtain the current intensity distribution of the current dipole from the least squares solution of such simultaneous linear equations, the number m of magnetic field sensors is equal to or more than the set number n of virtual current dipoles. Must be the number of.

【0026】[0026]

【発明が解決しようとする課題】従って、医療診断に必
要な数ミリメートルの精度で、電流ダイポールの位置推
定を行なうためには、莫大な数のピツクアップコイル
と、その磁界強度を測定するためのSQUID磁束計が
必要となる。以上の理由により、従来では、生体内の磁
界分布の変化を実時間で表示する診断装置を実現するこ
とは困難であるという問題点があった。
Therefore, in order to estimate the position of the current dipole with an accuracy of several millimeters necessary for medical diagnosis, a huge number of pick-up coils and their magnetic field strengths must be measured. A SQUID magnetometer is required. For the above reasons, there has been a problem in the related art that it is difficult to realize a diagnostic device that displays changes in the magnetic field distribution in a living body in real time.

【0027】本発明は、このような従来の問題点に鑑
み、電流源推定の方法として、正規方程式や特異値分解
法を用いて連立一次方程式の最小二乗解を求める手法を
利用すると共に、比較的少ないピックアップコイル数で
電流源の分布を精度よく求め、その分布範囲を任意の大
きさに拡大表示する機能を有する生体磁気計測装置を提
供することを目的とする。
In view of such conventional problems, the present invention utilizes a method for obtaining a least squares solution of simultaneous linear equations by using a normal equation or a singular value decomposition method as a current source estimation method, and a comparison is made. An object of the present invention is to provide a biomagnetism measuring device having a function of accurately obtaining the distribution of a current source with a relatively small number of pickup coils and enlarging and displaying the distribution range to an arbitrary size.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述の
目的は、前記特許請求の範囲に記載した手段にて達成さ
れる。
According to the present invention, the above object is achieved by means as set forth in the claims.

【0029】すなわち、請求項1の発明は、複数のピッ
クアップコイルを有する高感度な磁束計を用いて、生体
が発する磁気を計測することによって、生体内に存在す
る一つまたは複数の電流源の位置推定を行ない、その結
果を表示する装置であって、電流源が計測領域内に置い
た仮想的な格子点上に分布すると仮定し、格子点上の各
電流源の強度を計測磁界の強度から計算して、計算値に
基づく磁界と計測磁界との差が最小となる解を出力する
ように動作し、計測領域内に置く前記格子を、任意の領
域にわたり走査する手段を具備する生体磁気計測装置で
ある。
That is, the invention according to claim 1 uses one of a plurality of current sources existing in the living body by measuring the magnetism emitted by the living body by using a highly sensitive magnetometer having a plurality of pickup coils. It is a device that estimates the position and displays the result.Assuming that the current source is distributed on a virtual grid point placed in the measurement region, the strength of each current source on the grid point is measured and the strength of the magnetic field is measured. Calculated from the above, the biomagnetism that operates so as to output a solution that minimizes the difference between the magnetic field based on the calculated value and the measured magnetic field, and that scans the grid placed in the measurement region over an arbitrary region. It is a measuring device.

【0030】また、請求項2の発明は、格子点上の各電
流源の強度と、各ピックアップコイルが検出する計測磁
界の強度との関係を、物理法則に基づいて連立一次方程
式で表わし、その係数行列の正規方程式を解くことによ
って電流源の強度分布を計算する手段を具備する生体磁
気計測装置である。
Further, in the invention of claim 2, the relation between the strength of each current source on the lattice point and the strength of the measurement magnetic field detected by each pickup coil is represented by simultaneous linear equations based on the physical law, and It is a biomagnetism measuring device provided with means for calculating the intensity distribution of a current source by solving a normal equation of a coefficient matrix.

【0031】また、請求項3の発明は、格子点上の各電
流源の強度と、各ピックアップコイルが検出する計測磁
界の強度との関係を、物理法則に基づいて連立一次方程
式で表わし、その係数行列を特異値分解して、最小二乗
最小ノルム解から電流源の強度分布を計算する手段を具
備する生体磁気計測装置である。
Further, in the invention of claim 3, the relationship between the strength of each current source on the lattice point and the strength of the measurement magnetic field detected by each pickup coil is expressed by simultaneous linear equations based on the physical law, and The biomagnetism measuring device is provided with a means for performing singular value decomposition on a coefficient matrix and calculating an intensity distribution of a current source from a least square least norm solution.

【0032】また、請求項4の発明は、特異値分解し
て、最小二乗最小ノルム解を求める場合における特異値
の累積数を、初期の位置推定では少なく設定し、徐々に
増加させる手段を具備する生体磁気計測装置である。
Further, the invention of claim 4 comprises means for setting the cumulative number of singular values in the case of performing the singular value decomposition to obtain the least squares minimum norm solution to be small in the initial position estimation and gradually increasing. This is a biomagnetism measuring device.

【0033】また、請求項5の発明は、特異値分解し
て、最小二乗最小ノルム解を求める場合における特異値
の累積数の設定を、各格子点ごとに独立して行なう手段
を具備する生体磁気計測装置である。
The invention according to claim 5 further comprises a means for independently setting, for each grid point, the cumulative number of singular values when performing singular value decomposition to obtain a least squares minimum norm solution. It is a magnetic measuring device.

【0034】また、請求項6の発明は、格子を走査する
ことによって得られる複数の電流源の強度分布を積算
し、全体の強度分布を再構成する手段を具備する生体磁
気計測装置である。
Further, the invention of claim 6 is a biomagnetism measuring device, comprising means for integrating intensity distributions of a plurality of current sources obtained by scanning a grid and reconstructing the entire intensity distribution.

【0035】また、請求項7の発明は、個々の電流源の
強度分布に対して、既知の医学的情報に基づいて予め決
められた重み付け係数を乗算し、その乗算結果を積算す
る手段を具備する生体磁気計測装置である。
Further, the invention of claim 7 comprises means for multiplying the intensity distribution of each current source by a predetermined weighting coefficient based on known medical information, and integrating the multiplication result. This is a biomagnetism measuring device.

【0036】[0036]

【作用】本発明では、図1に示すように、電流ダイポー
ルが存在する可能性がある領域である走査領域1の一部
の領域に、電流ダイポール推定グリッド2を設定する。
そして、電流ダイポール存在可能領域の中で、電流ダイ
ポール推定グリッド2を移動させながら、正規方程式ま
たは特異値分解により一般逆行列A+を求める。続い
て、この一般逆行列A+を、最初に求めた計測磁界Bm
乗じる。
In the present invention, as shown in FIG. 1, the current dipole estimation grid 2 is set in a part of the scanning area 1 where the current dipole may exist.
Then, in the current dipole existence possible region, the general inverse matrix A + is obtained by normal equation or singular value decomposition while moving the current dipole estimation grid 2. Then, the general inverse matrix A + is multiplied by the measurement magnetic field B m obtained first.

【0037】こうして、各格子位置での電流ダイポール
の分布を求めたならば、その分布の重ね合わせから、元
の存在可能領域全体の電流ダイポールQc分布の再構成
を行なう。このように少数の電流ダイポールを載せた小
さい格子を移動させながら、電流源の推定を行なうこと
で、比較的少ないピックアップコイル数でより分解能の
高い逆推定が可能となる。
After the distribution of the current dipole at each lattice position is obtained in this way, the distribution of the current dipole Q c of the entire existing possible region is reconstructed from the superposition of the distributions. By performing the estimation of the current source while moving the small grid on which a small number of current dipoles are mounted, it is possible to perform the reverse estimation with higher resolution with a relatively small number of pickup coils.

【0038】図1において、ピックアップコイル3〜7
は、心臓8の存在する領域にある電流ダイポール9から
発せられる磁界を測定している。なお、このように磁場
強度と電流ダイポールとの関係を連立一次方程式で表わ
し、正規方程式から一般逆行列を求める手法において、
初期推定値を元に電流ダイポール強度の大きい部分を更
に細分割する手法は、次の論文において公知である。
In FIG. 1, pickup coils 3 to 7
Measures the magnetic field emitted by a current dipole 9 in the region of the heart 8. In this way, in the method of expressing the relationship between the magnetic field strength and the current dipole with simultaneous linear equations and obtaining the general inverse matrix from the normal equation,
A method of further subdividing a portion having a large current dipole strength based on the initial estimated value is known in the following paper.

【0039】( Y.C.Okada, J.C.Huang : "Current De
nsity Imaging as a method ofvisualizing neuronal a
ctivity of the brain", Society for NeuroscienceAbs
tructs, 509.16(1990)p1241) しかし、この公知例で
は、電流ダイポールの設定点が細分割により増加するた
め、細分割に際しては、ピックアップコイル数による制
限を受けるという欠点がある。
(YCOkada, JCHuang: "Current De
nsity Imaging as a method of visualizing neuronal a
ctivity of the brain ", Society for NeuroscienceAbs
tructs, 509.16 (1990) p1241) However, in this known example, the set point of the current dipole is increased by subdivision, so that there is a drawback that the number of pickup coils is limited during subdivision.

【0040】[0040]

【実施例】図2は、本発明の一実施例を示す図であり、
脳磁界から電流源の位置推定を行なう場合の生体磁気計
測装置の構成例を示す。図2において、ピックアップコ
イル15は、人体頭部10から生じる磁界を捕らえる。
デュワー17の中に入れたSQUIDアレイ16は、磁
界信号をその強さに比例した電気信号に変換する。SQ
UIDチップ制御回路18は、アナログ信号をデジタル
信号に変換する。
FIG. 2 is a view showing an embodiment of the present invention,
The structural example of the biomagnetism measuring device in the case of estimating the position of the current source from the brain magnetic field is shown. In FIG. 2, the pickup coil 15 captures the magnetic field generated from the human head 10.
The SQUID array 16 contained in the dewar 17 converts the magnetic field signal into an electrical signal proportional to its strength. SQ
The UID chip control circuit 18 converts an analog signal into a digital signal.

【0041】計算機19は、このデジタル信号を取り込
み、人体頭部11の磁界分布を逆推定する。同時に、計
算機19は、測定データとともにMRIデータ画像入力
装置21から画像データを得る。そして、電流ダイポー
ルの分布と人体頭部10の断層像とが表示装置20に出
力される。なお、電波ベクトルセンサ14は、発信機1
3の送信電波を受信する。
The computer 19 takes in this digital signal and inversely estimates the magnetic field distribution of the human head 11. At the same time, the computer 19 obtains the image data from the MRI data image input device 21 together with the measurement data. Then, the distribution of the current dipole and the tomographic image of the human head 10 are output to the display device 20. The radio wave vector sensor 14 is used for the transmitter 1.
Receives the radio wave transmitted in 3.

【0042】電流ダイポールの存在可能領域全体にわた
る磁界分布を求めるためのハードウェア構成の一例を図
3に示す。図3において、各行列乗算回路31〜34
は、SQUID磁束計30が出力する計測データと、各
走査位置での係数行列の逆行列A-1 (i)とを乗算する。
こうして、各格子位置における電流ダイポールの密度分
布Q(i)を求める。
FIG. 3 shows an example of a hardware configuration for obtaining the magnetic field distribution over the entire region where the current dipole can exist. In FIG. 3, each matrix multiplication circuit 31 to 34
Is multiplied by the measurement data output from the SQUID magnetometer 30 and the inverse matrix A −1 (i) of the coefficient matrix at each scanning position.
Thus, the density distribution Q (i) of the current dipole at each lattice position is obtained.

【0043】乗算器35〜38は、MRIの画像データ
や医学的情報を元に、格子点ごとに予め定められる重み
付け係数を保持している。そして、この重み付け係数を
電流分布Q(i)に乗じる際に、重ね合わせによる誤差が
最小になるように、乗算器35〜38は、予め加工して
おくようにする。
The multipliers 35 to 38 hold weighting coefficients that are predetermined for each grid point based on the MRI image data and medical information. When multiplying the current distribution Q (i) by this weighting coefficient, the multipliers 35 to 38 are processed in advance so that the error due to superposition is minimized.

【0044】加算回路39は、各格子上に分布するデー
タQ(i)を、推定可能領域全体にわたる分布のデータに
なるように振り分ける。こうして、全体の分布を再構成
することが可能になる。なお、このような回路構成に相
当する演算は、計算機を用いて、ソフトウェアで実施す
ることも可能である。
The adder circuit 39 distributes the data Q (i) distributed on each grid so as to become the data of the distribution over the entire estimable region. In this way it is possible to reconstruct the whole distribution. Note that the calculation corresponding to such a circuit configuration can also be implemented by software using a computer.

【0045】図4は、逆推定のためのアルゴリズムの一
例を示す流れ図である。図4においては、まず、関心領
域の磁場を測定する(S40)。次に、関心領域を小さ
な格子に分割し、その格子についての係数行列を、磁界
センサの設置位置と格子設定位置とから求める(S4
1)。続いて、正規方程式または特異値分解により、各
格子上における一般逆行列A+ (i)を求める(S42)。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of an algorithm for inverse estimation. In FIG. 4, first, the magnetic field in the region of interest is measured (S40). Next, the region of interest is divided into small grids, and a coefficient matrix for the grids is obtained from the installation position of the magnetic field sensor and the grid setting position (S4).
1). Then, the general inverse matrix A + (i) on each lattice is obtained by normal equation or singular value decomposition (S42).

【0046】処理S40で計測した磁場分布Bには、一
般逆行列を乗じて、各推定分布Q(i )を求める(S4
3)。この推定値Q(i)各々には、重み付け係数を乗算
して(S44)、乗算結果を全格子上に展開しながら積
算を行ない、関心領域全体の分布を求める(S45)。
最後に、電流ダイポールの分布を、色や輝度変化をつけ
た画像データに変換し、MRIデータと共に表示装置に
出力する(S46)。
The magnetic field distribution B measured in the process S40 is multiplied by a general inverse matrix to obtain each estimated distribution Q (i ) (S4 ).
3). Each of these estimated values Q (i) is multiplied by a weighting coefficient (S44), and the multiplication result is integrated while being expanded on all grids to obtain the distribution of the entire region of interest (S45).
Finally, the distribution of the current dipole is converted into image data with a change in color and brightness, and the image data is output together with the MRI data to the display device (S46).

【0047】図5は、本発明の他の実施例を示す図であ
る。上述した図1では、電流ダイポール推定グリッド2
を平面状にとっていた。一方、図5では、電流ダイポー
ル推定グリッド51の形状を三次元の直方体状にとって
ある。電流ダイポールの存在可能領域である走査領域5
0は、三次元に広がっているので、位置推定を三次元分
布で行なうことによる分解能の向上が図れる。
FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the present invention. In FIG. 1 described above, the current dipole estimation grid 2
Was placed on a flat surface. On the other hand, in FIG. 5, the shape of the current dipole estimation grid 51 is a three-dimensional rectangular parallelepiped. Scanning area 5 where current dipole can exist
Since 0 spreads in three dimensions, the resolution can be improved by performing position estimation with a three-dimensional distribution.

【0048】なお、この場合には、磁界センサの配列を
二次元平面に拡大することが望まれる。図5では、ピッ
クアップコイル52の図示を一部省略してある。実際に
は、ピックアップコイル52は、二次元平面一帯に拡大
して設けてあり、走査領域50全体の磁界を計測してい
る。
In this case, it is desired to expand the array of magnetic field sensors to a two-dimensional plane. In FIG. 5, the illustration of the pickup coil 52 is partially omitted. Actually, the pickup coil 52 is provided so as to be enlarged over the two-dimensional plane and measures the magnetic field of the entire scanning region 50.

【0049】図6は、本発明のその他の実施例を示す図
である。上述した図1では、走査する格子を存在可能領
域よりも小さくとったが、この図6では、電流ダイポー
ル推定グリッド61,63を存在可能領域全体に粗く設
定してある。電流ダイポール推定グリッド61,63の
移動を、走査範囲60,62の狭い範囲に限ることで、
格子間を含めた広い範囲内において、精度の高い逆推定
が可能である。
FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the present invention. In FIG. 1 described above, the grid to be scanned is made smaller than the possible area, but in FIG. 6, the current dipole estimation grids 61 and 63 are roughly set in the entire possible area. By limiting the movement of the current dipole estimation grids 61 and 63 to a narrow range of the scanning ranges 60 and 62,
It is possible to perform highly accurate inverse estimation in a wide range including grids.

【0050】また、図2及び図3においては、電流ダイ
ポールが各推定格子の上に存在する場合について示し
た。しかし、係数行列Aの階数rまでの全ての特異値 Λ = {λ1,λ2,・・・,λr} を使って、格子状にない電流ダイポールを再構成する場
合には、格子上にない電流ダイポールの影響が大きくな
るために位置推定ができない。
Further, FIGS. 2 and 3 show the case where the current dipole exists on each estimation grid. However, when reconstructing a non-lattice current dipole using all singular values Λ = {λ 1 , λ 2 , ..., λ r } of the coefficient matrix A up to the rank r, The position cannot be estimated because the influence of the current dipole, which is not found in the above, becomes large.

【0051】そこで、特異値の累積数を操作して、特異
値の大きなものから qi = Σλiiib によって順に加算していき、ある程度の位置推定ができ
るところで積算を止める手法が考えられる。この手法で
は分解能が若干劣化するが、電流ダイポールの分布範囲
を推定することができる再構成像を得ることができる。
Therefore, there is a method in which the cumulative number of singular values is manipulated to sequentially add from the largest singular value by q i = Σλ i v i u i b, and the integration is stopped when the position can be estimated to some extent. Conceivable. Although the resolution is slightly degraded by this method, a reconstructed image capable of estimating the distribution range of the current dipole can be obtained.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
生体から発生する磁界から電流源の位置推定を比較的少
ないピックアップコイル数で精度よく行なうことが可能
となる。そのため、心疾患や脳疾患の診断にたいへん役
立つこととなり、係る生体磁気計測装置の性能向上に寄
与するところが大きい。
As described above, according to the present invention,
It is possible to accurately estimate the position of the current source from the magnetic field generated from the living body with a relatively small number of pickup coils. Therefore, it is very useful for diagnosis of heart disease and brain disease, and it greatly contributes to improvement of the performance of the biomagnetism measuring device.

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

【図1】本発明の原理説明図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention.

【図2】本発明の一実施例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the present invention.

【図3】演算回路の構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of an arithmetic circuit.

【図4】逆推定のためのアルゴリズムの一例を示す流れ
図である。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of an algorithm for inverse estimation.

【図5】本発明の他の実施例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the present invention.

【図6】本発明のその他の実施例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the present invention.

【図7】従来の技術を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,50,60,62 走査領域 2,51,61,63 電流ダイポール推定グリッド 3〜7,15,52 ピックアップコイル 8 心臓 9,12 電流ダイポール 11 人体頭部 13 発振機 14 電波ベクトルセンサ 16 SQUIDアレイ 17 デュワー 18 SQUIDチップ制御回路 19 計算機 20 表示装置 21 MRIデータ画像入力装置 30 SQUID磁束計 31〜34 行列乗算演算回路 35〜38 乗算器 39 加算回路 1, 50, 60, 62 Scanning area 2, 51, 61, 63 Current dipole estimation grid 3 to 7, 15, 52 Pickup coil 8 Heart 9, 12 Current dipole 11 Human head 13 Oscillator 14 Radio wave vector sensor 16 SQUID array 17 Dewar 18 SQUID chip control circuit 19 Calculator 20 Display device 21 MRI data image input device 30 SQUID magnetometer 31-34 Matrix multiplication operation circuit 35-38 Multiplier 39 Adder circuit

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数のピックアップコイルを有する高感度
な磁束計を用いて、生体が発する磁気を計測することに
よって、生体内に存在する一つまたは複数の電流源の位
置推定を行ない、その結果を表示する装置であって、 電流源が計測領域内に置いた仮想的な格子点上に分布す
ると仮定し、格子点上の各電流源の強度を計測磁界の強
度から計算するように動作し、計測領域内に置く前記格
子を、任意の領域にわたり走査する手段を具備すること
を特徴とする生体磁気計測装置。
1. A high-sensitivity magnetometer having a plurality of pickup coils is used to measure the magnetism emitted by a living body to estimate the position of one or a plurality of current sources existing in the living body. Is a device that displays the current source, and assumes that the current source is distributed on a virtual grid point placed in the measurement area, and operates to calculate the strength of each current source on the grid point from the strength of the measured magnetic field. A biomagnetism measuring device comprising means for scanning the grid placed in the measurement region over an arbitrary region.
【請求項2】電流源が計測領域内に置いた仮想的な格子
点上に分布すると仮定し、格子点上の各電流源の強度を
計測磁界の強度から計算して、計算値に基づく磁界と計
測磁界との差が最小となる解を出力するように動作し、
計測領域内に置く前記格子を、任意の領域にわたり走査
する手段を具備する請求項1記載の生体磁気計測装置。
2. A magnetic field based on the calculated value is calculated by calculating the strength of each current source on the grid point from the strength of the measured magnetic field, assuming that the current source is distributed on a virtual grid point placed in the measurement area. Operates to output the solution that minimizes the difference between the
The biomagnetism measuring device according to claim 1, further comprising means for scanning the grid placed in the measurement region over an arbitrary region.
【請求項3】格子点上の各電流源の強度と、各ピックア
ップコイルが検出する計測磁界の強度との関係を、物理
法則に基づいて連立一次方程式で表わし、その係数行列
の正規方程式を解くことによって電流源の強度分布を計
算する手段を具備する請求項1記載の生体磁気計測装
置。
3. The relationship between the strength of each current source on the grid point and the strength of the measurement magnetic field detected by each pickup coil is represented by simultaneous linear equations based on the physical law, and the normal equation of the coefficient matrix is solved. The biomagnetism measuring device according to claim 1, further comprising means for calculating the intensity distribution of the current source.
【請求項4】格子点上の各電流源の強度と、各ピックア
ップコイルが検出する計測磁界の強度との関係を、物理
法則に基づいて連立一次方程式で表わし、その係数行列
を特異値分解して、最小二乗最小ノルム解から電流源の
強度分布を計算する手段を具備する請求項1記載の生体
磁気計測装置。
4. The relationship between the strength of each current source on the grid point and the strength of the measurement magnetic field detected by each pickup coil is represented by simultaneous linear equations based on physical laws, and the coefficient matrix is decomposed into singular values. 2. The biomagnetism measuring apparatus according to claim 1, further comprising means for calculating the intensity distribution of the current source from the least-squares least-norm solution.
【請求項5】特異値分解して、最小二乗最小ノルム解を
求める場合における特異値の累積数を、初期の位置推定
では少なく設定し、徐々に増加させる手段を具備する請
求項3記載の生体磁気計測装置。
5. The living body according to claim 3, further comprising means for setting the cumulative number of singular values in the case of obtaining the least squares minimum norm solution by performing singular value decomposition to be small in initial position estimation and gradually increasing. Magnetic measuring device.
【請求項6】特異値分解して、最小二乗最小ノルム解を
求める場合における特異値の累積数の設定を、各格子点
ごとに独立して行なう手段を具備する請求項3記載の生
体磁気計測装置。
6. The biomagnetic measurement according to claim 3, further comprising means for independently setting, for each grid point, the cumulative number of singular values when the least squares minimum norm solution is obtained by performing singular value decomposition. apparatus.
【請求項7】格子を走査することによって得られる複数
の電流源の強度分布を積算し、全体の強度分布を再構成
する手段を具備する請求項1記載の生体磁気計測装置。
7. The biomagnetism measuring apparatus according to claim 1, further comprising means for integrating intensity distributions of a plurality of current sources obtained by scanning the grid to reconstruct the entire intensity distribution.
【請求項8】個々の電流源の強度分布に対して、既知の
医学的情報に基づいて予め決められた重み付け係数を乗
算し、その乗算結果を積算する手段を具備する請求項6
記載の生体磁気計測装置。
8. A means for multiplying an intensity distribution of each current source by a predetermined weighting coefficient based on known medical information, and integrating the multiplication result.
The biomagnetism measuring device described.
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Cited By (4)

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