JP2000325323A - Organism action current source estimating device - Google Patents

Organism action current source estimating device

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JP2000325323A
JP2000325323A JP11140075A JP14007599A JP2000325323A JP 2000325323 A JP2000325323 A JP 2000325323A JP 11140075 A JP11140075 A JP 11140075A JP 14007599 A JP14007599 A JP 14007599A JP 2000325323 A JP2000325323 A JP 2000325323A
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茂樹 梶原
Naoichi Yamaki
直一 八巻
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Shizuoka University NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To quickly obtain a favorable estimation result by moving a lattice point with the minimum estimated current in each group to rearrange the lattice point group in a position estimated to enlarge a current source when the square error of a calculated magnetic field and a measured magnetic field data is not minimum. SOLUTION: A micro-magnetic field from an organism action current measured by in a diagnostic object area of a subject M is measured by a multi-channel SQUID sensor 1 and collected in a data collecting unit 5, and then the estimation processing for a current source is executed by a data analyzing unit 8. When it is judged that the square error of a magnetic field calculated from the current source and the magnetic field data actually measured and stored in the data collecting unit 5 is not minimum in the large, the lattice point group is divided into sub-groups by the respective apexes of plural polyhedrons. In each group, the lattice point with the minimum estimated current is moved to estimate the magnitude of a current source of the moved lattice point, and the lattice point group is rearranged in a position estimated to enlarge a current source.

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、生体活動電流源の位
置,向き,大きさを推定する生体活動電流源推定装置に
係り、生体活動電流源の物理量についての良好な推定結
果を迅速に得るための技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a biological activity current source estimating apparatus for estimating the position, orientation, and size of a biological activity current source, and quickly obtains a good estimation result of a physical quantity of the biological activity current source. For technology.

【0002】[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
図として記録される。また、生体活動電流によって生じ
る磁界は、脳磁図,心磁図として記録される。
2. Description of the Related Art When a living body is stimulated, the polarization formed across a cell membrane is broken and a living activity current flows. This biological activity current appears in the brain and heart, and is recorded as an electroencephalogram and an electrocardiogram. The magnetic field generated by the biological activity current is recorded as a magnetoencephalogram and a magnetocardiogram.

【0003】近年、生体内の微小な磁界を計測するセン
サとして、SQUID(Superconduc-ting Quantum Int
erface 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位置, 向き, 大きさを推定し、
推定した電流源を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。
In recent years, as a sensor for measuring a minute magnetic field in a living body, a SQUID (Superconducting Quantum Int.)
erface 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. Estimate the position, direction, and size of the current source related to the lesion from the measured magnetic field data,
The estimated current source is displayed on a tomographic image obtained by an X-ray CT apparatus or an MRI apparatus and used for specifying a physical position of an affected part or the like.

【0004】従来、電流源の推定方法の一つとして、最
小ノルム法を用いた手法がある(例えば、W.H.Kullman
n, K.D.Jandt, K.Rehm, H.A.Schlitt, W.J.Dallas and
W.E.Smith, Advances in Biomagnetism, pp.571-574, P
lenum Pless, New York, 1989) 。以下、図6を参照し
て、最小ノルム法を用いた従来の電流源推定方法を説明
する。図6に示すように、被検体Mに近接してマルチチ
ャンネルSQUIDセンサ1が配備される。マルチチャ
ンネルSQUIDセンサ1は、デュアーと呼ばれる容器
内に多数の磁気センサ(ピックアップコイル)S1 〜S
m を液体窒素などの冷媒に浸漬して収納している。
Conventionally, as one of current source estimation methods, there is a method using a minimum norm method (for example, WHKullman
n, KDJandt, K. Rehm, HASchlitt, WJDallas and
WESmith, Advances in Biomagnetism, pp.571-574, P
lenum Pless, New York, 1989). Hereinafter, a conventional current source estimating method using the minimum norm method will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, a multi-channel SQUID sensor 1 is provided near the subject M. The multi-channel SQUID sensor 1 includes a number of magnetic sensors (pickup coils) S 1 to S in a container called a dewar.
m is immersed in a refrigerant such as liquid nitrogen and stored.

【0005】一方、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
元ベトクルVPj (j=1〜n)で表す。そうすると、S
QUIDセンサ1の各磁気センS1 〜Sm で検出される
磁界Bi 〜Bm は、次式(1) で表される。
On the other hand, 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. Each current source is represented by a three-dimensional vector VP j (j = 1 to n). Then, S
Magnetic field B i .about.B m detected by the magnetic sensor S 1 to S m of QUID sensor 1 is expressed by the following equation (1).

【0006】[0006]

【数1】 (Equation 1)

【0007】式(1) において、VPj =(Pjx,Pjy,P
jz) 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。
In equation (1), VP j = (P jx , P jy , P
jz ) α ij = (α ijx, α ijy, α ijz ). 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.

【0008】ここで、〔B〕=(B1 ,B2 ,…,
m ) 〔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(リードフィールド行列)である。
[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 (lead field matrix) having 3n × m elements represented by the following equation (3).

【0009】[0009]

【数2】 (Equation 2)

【0010】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) ここで、最小ノルム法は、式の個数m(磁気センサS1
〜Sm の個数)よりも、未知数の個数3n(各格子点に
仮定される電流源のX,Y,Z方向の大きさを考慮した
場合の未知数)が多い場合を前提として、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
ことで電流源〔P〕の解を求めるものである。なお、上
述した式の個数mと未知数の個数3nとを等しくとるこ
とで、解は一意的に求めることができるが、かかる場合
には、解が非常に不安定となることからこの最小ノルム
法が用いられている。
Here, when the inverse matrix of A is represented by A ,
[P] is represented by the following equation (4). (P) = A - (B) ......... (4), where the minimum norm method, the number of the formula m (magnetic sensor S 1
~S number of m) than, assuming the case where X of the current source, which is assumed the number of unknowns 3n (each lattice point, Y, unknown in the case of considering the size of the Z-direction) is large, the current source [ P]
Of the current source [P] by adding a condition that the norm | [P] | Note that a solution can be uniquely obtained by making the number m of the above equations equal to the number 3n of unknowns. In such a case, however, the solution becomes very unstable, so the minimum norm method is used. Is used.

【0011】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。
By adding the condition that the norm | [P] | of the current source [P] is minimized, the above equation (4) becomes the following equation (5).
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.

【0012】上式(5) を解いて各格子点上の電流源VPj
の方向,大きさを推定し、その中で値の最も大きなもの
を真の電流源に近いものとしている。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。
By solving the above equation (5), the current sources VP j on each grid point
Are estimated, and the one having the largest value among them is assumed to be close to the true current source. This is the principle of the current source estimation method using the minimum norm method.

【0013】さらに、最小ノルム法の位置分解能を向上
させるために格子点分割を細分しながら最小ノルム解を
繰り返し求め、より真の電流源に近い電流源を推定する
方法も提案されている。しかし、この場合は(5) 式のベ
クトル〔P〕の要素が多くなり、最小ノルム解の計算精
度が低下するという難点がある。そこで、本出願人は、
先に特開平6−343613号及び特開平6−3436
14号によって、最小ノルム法によって推定された電流
源の内、値の大きな電流源が存在する格子点付近に他の
格子点群を移動させて、格子点の数を前回と同じくし
て、格子点間隔のみを狭くした状態で電流源を推定する
ことで、最小ノルム解の精度を維持しながら、電流源を
精度よく推定する格子点移動最小ノルム法を提案してい
る。しかし、この場合も、格子点間隔に基づく収束判定
値の適切な値の設定困難等により、安定した推定結果が
得られないという難点がある。
Further, there has been proposed a method of estimating a current source that is closer to a true current source by repeatedly obtaining a minimum norm solution while subdividing grid points in order to improve the positional resolution of the minimum norm method. However, in this case, there is a problem that the number of elements of the vector [P] in the equation (5) increases and the calculation accuracy of the minimum norm solution decreases. Therefore, the applicant has
First, JP-A-6-343613 and JP-A-6-3436
According to No. 14, another group of grid points was moved to the vicinity of a grid point where a current source having a large value was present among the current sources estimated by the minimum norm method, and the number of grid points was changed to the same as the previous time. We propose a grid point moving minimum norm method that estimates the current source accurately while maintaining the accuracy of the minimum norm solution by estimating the current source with only the point interval narrowed. However, also in this case, there is a difficulty that a stable estimation result cannot be obtained due to difficulty in setting an appropriate value of the convergence determination value based on the grid point interval.

【0014】そこで、更に本出願人は、特願平6−47
220号によって、電流源算出の際、格子点上の電流源
が及ぼす磁界と実際の計測磁界の2乗誤差を最小にする
という条件を付加することにより、格子点間隔に基づく
収束判定値を不要として、安定した推定結果を得るよう
にする手法を提案している。しかし、この手法でも、推
定された各電流源のモーメントにバラツキが発生し易
く、計測磁場の離散的なノイズを解(電流源)として推
定してしまう難点があるので、更に出願人は、特開平7
−327943号によって、電流源算出の際、設定した
各格子点上の未知の電流源が及ぼす磁界と実際の計測磁
界(磁界データ)の2乗誤差(磁界2乗誤差項)と、電
流源の重み係数λ付き2乗和(ペナルティ関数項)との
和を最小にするという条件を付加する手法を提案してい
る。
Therefore, the present applicant further proposes Japanese Patent Application No. 6-47.
According to No. 220, when calculating the current source, a condition that minimizes the square error between the magnetic field exerted by the current source on the grid point and the actual measured magnetic field is added, so that the convergence judgment value based on the grid point interval is unnecessary. A method for obtaining a stable estimation result is proposed. However, even in this method, the estimated moment of each current source tends to vary, and there is a problem that the discrete noise of the measurement magnetic field is estimated as a solution (current source). Kaihei 7
According to JP-A-327943, when calculating a current source, a square error (magnetic field square error term) between a magnetic field exerted by an unknown current source on each set grid point and an actual measured magnetic field (magnetic field data), and a current source A method of adding a condition of minimizing a sum with a square sum with a weighting factor λ (penalty function term) has been proposed.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来手
法の場合、良好な推定結果を迅速に得ることが難しいと
いう問題がある。算出された電流源が適当ではないと判
定された場合に格子点群を再配置して算出を繰り返す
(反復する)のであるが、格子点群を適切に再配置する
ことは必ずしも容易ではなく、算出過程を何度も繰り返
し実行しなければならないという難点がある。従来の格
子点群再配置の場合、推定電流源の中の大きな電流源の
方へ小さな電流源が集中するよう格子点群を再配置す
る。具体的には、例えば、算出された各電流源の大きさ
を質量と考え、重力によって各格子点間に引力が働くと
仮定する。そうすると、各格子点は、質量の大きな格子
点へ移動し、質量の大きな格子点に他の格子点が集中す
る格子群配置となる。さらに、別の格子点移動法として
は、例えば、推定電流の大きい格子点を中心とする立方
体の頂点に推定電流の小さい各格子点8個を移動させ
る。そうすると、やはり推定電流の大きい格子点へ推定
電流の小さい格子点が集中する格子群配置となる。た
だ、真の電流源が、同程度の大きさの複数個の電流源か
らなる場合や、広範囲に電流源が分布する非集中的な電
流源の場合、推定電流の大きな電流源に他の電流源を単
純なルールに従い機械的に集中させる格子点群の再配置
の仕方は実際の状況に対する相応性に乏しく、算出過程
が何度も繰り返されることになる。
However, the conventional method has a problem that it is difficult to quickly obtain a good estimation result. When it is determined that the calculated current source is not appropriate, the grid points are rearranged and the calculation is repeated (iterated). However, it is not always easy to rearrange the grid points appropriately. There is a drawback in that the calculation process must be repeatedly performed. In the case of the conventional grid point group rearrangement, the grid point group is rearranged so that small current sources are concentrated toward larger current sources in the estimated current sources. Specifically, for example, it is assumed that the calculated magnitude of each current source is considered to be a mass, and that an attractive force acts between lattice points due to gravity. Then, each lattice point moves to a lattice point having a large mass, and a lattice group arrangement in which other lattice points are concentrated on a lattice point having a large mass. Further, as another grid point moving method, for example, eight grid points each having a small estimated current are moved to a vertex of a cube centered on a grid point having a large estimated current. Then, a lattice group arrangement in which lattice points having a small estimated current are concentrated on lattice points having a large estimated current is also obtained. However, if the true current source consists of multiple current sources of the same size, or if the current source is a non-intensive current source with a wide range of The way of rearranging the grid points that mechanically concentrate the sources according to simple rules is not suitable for the actual situation, and the calculation process is repeated many times.

【0016】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、電流源の算出を反復する際の格子点
群の再配置が適切に行えて良好な推定結果を迅速に得る
ことのできる生体活動電流源推定装置を提供することを
課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to appropriately rearrange grid points when iteratively calculating a current source and to quickly obtain a good estimation result. It is an object of the present invention to provide a life activity current source estimating device capable of performing the above.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明は、生体活動電流によって生じる磁界を複
数個の磁気センサで検出することによって、生体活動電
流源の位置,大きさ,方向等の物理量を推定する生体活
動電流源推定装置であって、(a)被検体の診断対象領
域に近接配備され、前記診断対象領域内の生体活動電流
源による微小磁界を計測する複数個の磁気センサと、
(b)前記各磁気センサによって計測された磁界データ
をデジタルデータに変換するデータ変換手段と、(c)
前記デジタルデータに変換された磁界データを収集して
記憶するデータ収集手段と、(d)前記診断対象領域
に、複数個の格子点(格子点群)を設定する格子点設定
手段と、(e)前記各格子点上の未知の電流源が及ぼす
磁界と前記データ収集手段に記憶された磁界データの2
乗誤差と、前記電流源の重み付き2乗和との和を最小に
するという条件を付加することにより未知の電流源を求
める電流源算出手段と、(f)前記求めた電流源から計
算した磁界と前記磁気センサにより実際に計測されて前
記データ収集手段に記憶された磁界データとの2乗誤差
が大域的に最小となったか否かを判断する判断手段と、
(g)前記2乗誤差が大域的に最小でないと判断された
場合に、格子点群を複数の多面体の各頂点でグループ分
けするとともに、各グループ毎に推定電流の最も小さな
格子点を動かして移動後の格子点の電流源の大きさを予
測し、その結果から電流源が大きくなると期待される位
置を格子点の再配置位置として決定して格子点群を再配
置する格子点群再配置手段と、(h)前記電流源算出手
段、前記判断手段、および前記格子点群再配置手段によ
る各処理を繰り返し、前記判断手段で2乗誤差が大域的
に最小と判断された場合の磁界に対応する電流源を真の
電流源と推定する電流源特定手段と、(i)前記電流源
特定手段で推定された電流源を、前記被検体の診断対象
領域の断層像に重ね合わせて表示する表示手段とを備え
ている。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention detects a magnetic field generated by a biological activity current with a plurality of magnetic sensors, thereby detecting the position, size, and direction of the biological activity current source. A biological activity current source estimating apparatus for estimating a physical quantity such as: (a) a plurality of magnetic fields arranged close to a diagnosis target area of a subject and measuring a minute magnetic field by the biological activity current source in the diagnostic target area; Sensors and
(B) data conversion means for converting magnetic field data measured by each of the magnetic sensors into digital data, and (c)
Data collection means for collecting and storing the magnetic field data converted into the digital data; (d) grid point setting means for setting a plurality of grid points (grid point group) in the diagnosis target area; 2) the magnetic field exerted by the unknown current source on each of the grid points and the magnetic field data stored in the data collection means;
Current source calculating means for obtaining an unknown current source by adding a condition of minimizing a sum of a squared error and a weighted sum of squares of the current source; and (f) calculating from the obtained current source. Determining means for determining whether or not the square error between the magnetic field and the magnetic field data actually measured by the magnetic sensor and stored in the data collecting means is globally minimum;
(G) When it is determined that the square error is not globally minimum, the grid point group is grouped by each vertex of the plurality of polyhedrons, and the grid point having the smallest estimated current is moved for each group. Predict the size of the current source at the grid point after moving, determine the position where the current source is expected to be large from the result as the rearrangement position of the grid point, and rearrange the grid point group And (h) repeating the processing by the current source calculating means, the judging means, and the grid point group rearranging means, and reducing the magnetic field when the square error is judged to be globally minimum by the judging means. Current source specifying means for estimating the corresponding current source as a true current source; and (i) displaying the current source estimated by the current source specifying means so as to be superimposed on a tomographic image of the diagnosis target area of the subject. Display means.

【0018】〔作用〕この発明の作用は次のとおりであ
る。各磁気センサで計測された微小磁界はデータ変換手
段でデジタルデータに変換された後、データ収集手段に
記憶される。そして、格子点設定手段により、診断対象
領域に複数個の格子点が仮想的に設定される。この格子
点の個数は、普通、磁気セサンの個数よりも少なく設定
される。各格子点上の未知の電流源が及ぼす磁界と前記
データ収集手段に記憶された磁界データとの2乗誤差
と、前記電流源の重み付き2乗和との和を最小にすると
いう条件を付加して、各格子点上の電流源が電流源算出
手段により求められる。
[Operation] The operation of the present invention is as follows. The minute magnetic field measured by each magnetic sensor is converted into digital data by the data conversion unit, and then stored in the data collection unit. Then, a plurality of grid points are virtually set in the diagnosis target area by the grid point setting means. Usually, the number of the lattice points is set smaller than the number of the magnetic cesans. A condition is added that minimizes the sum of the square error between the magnetic field exerted by the unknown current source on each grid point and the magnetic field data stored in the data collection means, and the weighted sum of squares of the current source. Then, the current source on each grid point is obtained by the current source calculating means.

【0019】続いて、電流源算出手段で求められた電流
源から計算した磁界と、磁気センサで実際に計測されて
データ収集手段に記憶されている磁界データとの2乗誤
差が大域的に最小となったか否かが判断手段により判断
される。最小でないと判断された場合、格子点群再配置
手段により、格子点群を複数の多面体の各頂点でグルー
プ分けするとともに、各グループ毎に推定電流の最も小
さな格子点を動かして移動後の格子点の電流源の大きさ
を予測し、その結果から電流源が大きくなると期待され
る位置が格子点の再配置位置として決定されて格子点群
が再配置される。そして、前記電流源算出手段、判断手
段、および格子点群再配置手段による各処理を繰り返
し、判断手段で2乗誤差が大域的に最小と判断された場
合に、電流源特定手段によりその磁界に対応する電流源
が真の電流源として推定される。電流源特定手段で推定
された電流源は、表示手段により被検体の診断対象領域
の断層像に重ね合わせて表示される。
Subsequently, the square error between the magnetic field calculated from the current source calculated by the current source calculating means and the magnetic field data actually measured by the magnetic sensor and stored in the data collecting means is globally minimized. Is determined by the determining means. If it is determined that it is not the minimum, the grid point group rearrangement unit divides the grid point group into vertices of a plurality of polyhedrons, and moves the grid point having the smallest estimated current for each group to move the grid point. The size of the current source at the point is predicted, and a position where the current source is expected to be large is determined as a relocation position of the lattice point from the result, and the lattice point group is rearranged. The current source calculation means, the determination means, and the grid point group rearrangement means repeat the respective processes. When the determination means determines that the square error is globally minimum, the current source identification means applies the magnetic field to the magnetic field. The corresponding current source is estimated as a true current source. The current source estimated by the current source specifying unit is displayed by the display unit so as to be superimposed on the tomographic image of the diagnosis target region of the subject.

【0020】そして、この発明の装置における格子点群
の再配置の場合、格子点群が複数の多面体の各頂点でグ
ループ分けし、各グループ毎に再配置用の位置が決めら
れるので、特定の推定電流の大きな電流源に他の電流源
が画一的に集中する事態が避けられる。さらに、従来の
ように単純なルールに従って格子点を移動して格子点の
再配置用の位置が決められるのではなく、推定電流の最
も小さな格子点の試験的な移動に伴う電流源の大きさの
予測結果に従って格子点の再配置用の位置が決められる
ので、真の電流源の状況を十分に反映した的確な格子点
群の再配置がなされる。すなわち、この発明の格子点群
再配置手段では、(後に具体的に詳述するように)最小
化問題解決に用いられる直接探索法のひとつであるシン
プレックス法を適用し、シンプレックス法のアルゴリズ
ムに基づき、格子点群がグループ分けされるとともに、
グループ分けされた格子点群の各グループ毎に施鏡像・
拡張・収縮・縮小の各操作を行って、格子点群を適切に
再配置するのである。
In the case of the rearrangement of the grid point group in the apparatus of the present invention, the grid point group is grouped at each vertex of a plurality of polyhedrons, and the rearrangement position is determined for each group. A situation where other current sources are uniformly concentrated on a current source having a large estimated current can be avoided. Furthermore, instead of moving the grid points according to the simple rules as in the past and determining the position for relocation of the grid points, the size of the current source accompanying the trial movement of the grid point with the smallest estimated current is determined. Is determined in accordance with the prediction result of the above, so that the grid point group can be accurately rearranged sufficiently reflecting the status of the true current source. That is, the grid point group rearrangement means of the present invention applies the simplex method, which is one of the direct search methods used for solving the minimization problem (as will be described in detail later), based on the algorithm of the simplex method. , Grid points are grouped,
Mirror image for each group of grid points
By performing each operation of expansion, contraction, and reduction, the grid point group is appropriately rearranged.

【0021】[0021]

【実施例】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推定装置
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。
上述したように、マルチチャンネルSQUIDセンサ1
は、デュア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。本実施例において、各磁気センサは被検
体Mの脳を球体と仮定した場合に、その半径方向の磁界
成分を検出する一対のコイルでそれぞれ構成されてい
る。
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 a life activity current source estimating apparatus 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.
As described above, the multi-channel SQUID sensor 1
Has a large number of magnetic sensors immersed in a coolant in a Dewar. In the present embodiment, when the brain of the subject M is assumed to be a sphere, each magnetic sensor is constituted by a pair of coils for detecting a magnetic field component in the radial direction.

【0022】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。例え
ば、被検体Mの複数個所に小コイルを取り付け、これら
の小コイルにポジショニングユニット7から給電する。
そして、各コイルから発生した磁界をマルチチャンネル
SQUIDセンサ1で検出することにより、マルチチャ
ンネルSQUIDセンサ1に対する被検体Mの位置関係
を把握する。なお、SQUIDセンサ1に対する被検体
Mの位置関係を把握するための手法は、これ以外に、デ
ュワーに投光器を取り付けて光ビームを被検体Mに照射
して両者の位置関係を把握するものや、あるいは、特開
平5─237065号、特開平6─788925号など
に開示された種々の手法が用いられる。
The magnetic field data detected by the multi-channel SQUID sensor 1 is provided 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. For example, small coils are attached to a plurality of locations of the subject M, and power is supplied to these small coils from the positioning unit 7.
Then, the magnetic field generated from each coil is detected by the multi-channel SQUID sensor 1 to grasp the positional relationship of the subject M with respect to the multi-channel SQUID sensor 1. In addition, other methods for grasping the positional relationship of the subject M with respect to the SQUID sensor 1 include a method of attaching a projector to a dewar and irradiating the subject M with a light beam to grasp the positional relationship between the two. Alternatively, various methods disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-237065 and 6-788925 are used.

【0023】データ解析ユニット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を推定するためのものである。
このデータ解析ユニット8は、後述する説明から明らか
になるように、この発明における格子点設定手段、電流
源算出手段、判断手段、格子点群再配置手段、および電
流源特定手段としての機能を備える。データ解析ユニッ
ト8に関連して設けられた光磁気ディスク9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、データ解析ユニット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1
0に表示されたり、あるいはカラープリンタ11に印字
出力されるようになっている。なお、X線CT装置やM
RI装置で得られた断層画像は、図1に示した通信回線
12を介してデータ解析ユニット8に直接伝送するよう
に構成してもよい。
The data analysis unit 8 is for estimating the current source in the diagnosis target area of the subject M based on the magnetic field data collected by the data collection unit 5.
The data analysis unit 8 has functions as a grid point setting unit, a current source calculation unit, a determination unit, a grid point group rearrangement unit, and a current source identification unit according to the present invention, as will be apparent from the following description. . The magneto-optical disk 9 provided in association with the data analysis unit 8 stores, for example, a tomographic image obtained by an X-ray CT apparatus or an MRI apparatus, and a current source estimated by the data analysis unit 8 is The color monitor 1 is superimposed on these tomographic images.
0 or printed out on the color printer 11. Note that an X-ray CT device or M
The tomographic image obtained by the RI device may be configured to be directly transmitted to the data analysis unit 8 via the communication line 12 shown in FIG.

【0024】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
ある例えば脳内の生体活動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、データ解析ユニット8で電流源の推定処理が実行さ
れる。以下、図2に示したフローチャートを参照して説
明する。
As described above, the multi-channel SKU
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 to detect a diagnosis target region of the subject M from a biological activity current source in the brain, for example. After collecting the magnetic field data in the data collection unit 5, the data analysis unit 8 executes a current source estimation process. Hereinafter, description will be given with reference to the flowchart shown in FIG.

【0025】図6に示した従来例と同様に、診断対象領
域である例えば脳内に3次元の格子点群Nを想定する
(ステップS1)。ここで、格子点群Nについての未知
数3n(各格子点についてX,Y,Z方向に想定される
電流源の個数)が、マルチチャンネルSQUIDセンサ
1を構成する各磁気センサS1 〜Sm の個数mよりも少
なくなるように、格子点群Nの格子点の数が設定され
る。ここでは、3次元の格子点群における格子点の総数
は32個、磁気センサの数は129個とする。
Similar to the conventional example shown in FIG. 6, a three-dimensional grid point group N is assumed in a diagnosis target area, for example, the brain (step S1). Here, the unknown number 3n (the number of current sources assumed in the X, Y, and Z directions for each grid point) for the grid point group N is the number of magnetic sensors S 1 to S m constituting the multi-channel SQUID sensor 1. The number of grid points of the grid point group N is set so as to be smaller than the number m. Here, the total number of grid points in the three-dimensional grid point group is 32, and the number of magnetic sensors is 129.

【0026】そして、式(3) で表されるリードフィール
ド行列Aの各係数をビオ・サバールの法則を使って算出
(行列Aの各係数は、後述する格子点の移動ごとに算出
される)する。ここでは、診断対象領域を球体と仮定
し、各センサで球体の半径方向成分の磁界を検出してい
るので、要素数2の電流源が32個であり、発生磁場が
129個である。したがって、リードフィールド行列A
は129行64列となる。リードフィールド行列Aが求
まると、各格子点上の電流源をペナルティ項付きの線形
最小2乗法で求める(ステップS2)。以下、このステ
ップS2の処理を詳細に説明する。
Then, each coefficient of the lead field matrix A represented by the equation (3) is calculated using Biot-Savart's law (each coefficient of the matrix A is calculated every time a lattice point described later is moved). I do. Here, the diagnosis target area is assumed to be a sphere, and the magnetic field of the radial component of the sphere is detected by each sensor. Therefore, there are 32 current sources having 2 elements and 129 generated magnetic fields. Therefore, the lead field matrix A
Is 129 rows and 64 columns. When the lead field matrix A is obtained, current sources on each grid point are obtained by a linear least squares method with a penalty term (step S2). Hereinafter, the process of step S2 will be described in detail.

【0027】上述した式(4) を使って、磁気センサS1
〜Sm によって計測され、データ収集ユニット5に記憶
された磁界データ〔Bd〕から各格子点上の電流源
〔P〕を求める。式(4) を改めて以下に示す。 〔P〕=A- 〔Bd〕 ………(4)
Using the above equation (4), the magnetic sensor S 1
Measured by to S m, determine the magnetic field data stored in the data collecting unit 5 current sources on each grid point from [Bd] [P]. Equation (4) is shown below again. (P) = A - [Bd] ......... (4)

【0028】行列Aは上述した(3) 式で表される普通3
n×m個の要素の行列であるが、ここでは129行×6
4列の個数の要素をもった行列である。(4) 式におい
て、式の個数(磁気センサS1 〜Sm の個数)が、未知
数の個数よりも多いために解が求まらない。そこで、測
定された磁界〔Bd〕と、各格子点上に仮定した電流源
〔P〕が磁気センサS1 〜Sm に及ぼす磁界〔B〕との
2乗誤差|〔Bd〕−〔B〕|に、以下に示すペナルテ
ィ項を加算した形で表された評価関数fを最小にすると
いう条件を付加することにより、線形最小2乗法を用い
て電流源〔P〕を算出する。この評価関数を式(7) に示
す。
The matrix A is expressed by the above-mentioned equation (3).
It is a matrix of n × m elements, but here 129 rows × 6
This is a matrix having four columns of elements. In equation (4), no solution is obtained because the number of equations (the number of magnetic sensors S 1 to S m ) is greater than the number of unknowns. Therefore, the measured field [Bd], the square error between the magnetic field assumed current sources on each grid point (P) is on the magnetic sensor S 1 to S m (B) | [Bd] - [B] By adding a condition to minimize the evaluation function f expressed by adding a penalty term shown below to |, the current source [P] is calculated using the linear least squares method. This evaluation function is shown in equation (7).

【0029】[0029]

【数3】 (Equation 3)

【0030】評価関数の第1項が磁場の2乗誤差、第2
項がペナルティ項である。ペナルティ項中のλはペナル
ティ項の重み係数、wiは磁気センサから磁場測定面ま
での距離による影響をキャンセルするための係数であ
る。ペナルティ項は、電流源が固まって存在する程、そ
の値が小さくなるという性質があるので、評価関数中の
第1項の磁場の2乗誤差のみを最小にするという条件で
電流源を求めた場合に、電流源がバラツキ易いという傾
向が抑制されるとともに、離散的に存在するノイズ成分
が解として採用されることが軽減される。
The first term of the evaluation function is the square error of the magnetic field,
The term is a penalty term. In the penalty term, λ is a weight coefficient of the penalty term, and wi is a coefficient for canceling the influence of the distance from the magnetic sensor to the magnetic field measurement surface. Since the penalty term has a property that its value becomes smaller as the current source is solidified, the current source is obtained under the condition that only the square error of the magnetic field of the first term in the evaluation function is minimized. In this case, the tendency that the current source is likely to vary is suppressed, and the adoption of discrete noise components as solutions is reduced.

【0031】上記の評価関数fを最小にするという条件
を付加することにより、式(4) は 〔P〕=A+ 〔Bd〕 ………(8) で表される。ここで、A+ は次式(9) により求められ
る。 A+ =(At A+λ・W)-1 ・At ………(9) (9) 式中のWは、次式(10)で表されるペナルティ関数行
列である。ここでは電流源の要素数が2なのでWは64
行64列の行列である。
By adding the condition of minimizing the evaluation function f, equation (4) is represented by [P] = A + [Bd] (8). Here, A + is obtained by the following equation (9). A + = (A t A + λ · W) −1 · A t (9) (9) W in the equation is a penalty function matrix represented by the following equation (10). Here, since the number of elements of the current source is 2, W is 64
It is a matrix with 64 rows.

【0032】[0032]

【数4】 (Equation 4)

【0033】ここで、一般に、電流源Piが磁場測定面
に近いほど大きな磁場が測定されるので、行列Wを次式
(11)のようにすることで、求める電流源Piについて、
磁場測定面との距離による影響(すなわち、電流源Pi
が磁場測定面の近くに推定されるという傾向)をキャン
セルすることができる。
Here, in general, as the current source Pi is closer to the magnetic field measurement surface, a larger magnetic field is measured.
By performing as in (11), for the current source Pi to be obtained,
The effect of the distance to the magnetic field measurement surface (ie, the current source Pi
Tend to be estimated close to the magnetic field measurement plane).

【0034】[0034]

【数5】 (Equation 5)

【0035】また、ペナルティ項の重みλを次式(12)の
ようにすることで、磁場の2乗誤差の項(At A)とペ
ナルティ項(W)を同程度の大きさにとることができ
る。 λ=|At A|/|W| ………(12)
Further, by setting the weight λ of the penalty term as in the following equation (12), the terms of the square error of the magnetic field (A t A) and the penalty term (W) can be set to the same magnitude. Can be. λ = | A t A | / | W | ............ (12)

【0036】上記した(8) 式と(9) 式により電流源
〔P〕が求まると、ステップS3に進んで、推定された
電流源〔P〕が磁気センサS1 〜Sm に及ぼす磁界
〔B〕と測定された磁界〔Bd〕との2乗誤差が大域的
に最小であるか否かを判断する。ここで、磁場の2乗誤
差が大域的に最小であるとは、後述するステップS4を
繰り返す過程で格子点群を複数回移動させた場合に、そ
れぞれの格子点の位置で上述した方法により求めた磁場
の2乗誤差の中で、値が最小のものをいう。磁場の2乗
誤差が大域的に最小であるか否かの判断は、後述するス
テップS4を繰り返す過程で、再配置された格子点群に
ついて、上述したステップS2、S3の処理により、そ
れぞれ求めた磁場の2乗誤差を記憶しておき、それぞれ
の値を比較して極小となる値を大域的な最小値とすれば
よい。
[0036] When the above-mentioned (8) and (9) current source by formula (P) is obtained, the process proceeds to step S3, the magnetic field estimated current source (P) is on the magnetic sensor S 1 to S m [ It is determined whether or not the square error between B] and the measured magnetic field [Bd] is globally minimum. Here, it is determined that the square error of the magnetic field is globally minimum when the grid point group is moved a plurality of times in the process of repeating step S4, which will be described later, at each grid point position by the above-described method. Among the square errors of the applied magnetic field, those having the smallest value. The determination as to whether or not the square error of the magnetic field is globally minimum was obtained by performing the above-described processing in steps S2 and S3 for the rearranged grid point group in the process of repeating step S4 described below. The square error of the magnetic field may be stored, and the respective values may be compared to determine the minimum value as the global minimum value.

【0037】最小でないと判断された場合はステップS
4に進み、格子点数32個の3次元格子点群の再配置を
行う。ステップS4では、最小化問題解決に用いられる
直接探索法のひとつであるシンプレックス法に基づき、
格子点群の再配置が行われることになる。通常、シンプ
レックス法の場合、n次元空間の(n+1)個の点の集
合が最小化問題対象のシンプレックス(単体)を形成す
る。ここでは格子点群が3次元であるから、1個のシン
プレックスを構成する格子点の数は4個であることにな
る。したがって、ここでは32個の格子点を三角錐(4
面体)の頂点で8個にグループ分けして8個のシンプレ
ックスSP1〜SP8を設定する。
If it is determined that it is not the minimum, step S
Proceeding to No. 4, the rearrangement of the three-dimensional grid point group having 32 grid points is performed. In step S4, based on the simplex method, which is one of the direct search methods used for solving the minimization problem,
The rearrangement of the lattice point group is performed. Usually, in the case of the simplex method, a set of (n + 1) points in an n-dimensional space forms a simplex (simplex) to be minimized. Here, since the lattice point group is three-dimensional, the number of lattice points constituting one simplex is four. Therefore, in this case, 32 lattice points are defined as triangular pyramids (4
The eight simplexes SP1 to SP8 are set by grouping them into eight groups at the vertices of the (hedron).

【0038】そして、設定したシンプレックスSP1〜
SP8の各々について、シンプレックス法のアルゴリズ
ムにおける鏡像・拡張・収縮・縮小の各操作に従って、
各グループ毎に推定電流の最も小さな格子点だけを動か
して移動後の格子点の電流源の大きさを予測し、その結
果から電流源が大きくなると期待される位置を格子点の
再配置位置として決定することになる。つまり、4個の
格子点のうち推定電流の最も小さな格子点をシンプレッ
クス法のアルゴリズムに従って動かして移動後に推定電
流が大きくなるか否かを予測算出し、この予測結果に従
って電流源が大きくなると期待される位置を決定するの
である。
Then, the set simplex SP1
For each of SP8, according to each operation of mirror image, expansion, contraction, and reduction in the simplex algorithm,
By moving only the grid point with the smallest estimated current for each group, the size of the current source at the grid point after movement is predicted, and the position where the current source is expected to be large is determined as the relocation position of the grid point from the result. Will decide. In other words, the grid point having the smallest estimated current is moved according to the simplex algorithm out of the four grid points to predict and calculate whether or not the estimated current increases after the movement, and the current source is expected to increase according to the prediction result. To determine the location where

【0039】一方、シンプレックス法のアルゴリズムに
おける各操作には目的関数が必要であるが、移動後の電
流源P' =(Psa,Psb)の大きさの逆数であるfs=
〔√(Psa2 ,Psb2 )〕-1が目的関数fsとなる。こ
こでは電流源は要素2のベクトルであり、電流源が大き
くなる位置を求めたいわけであるから、目的関数fsの
値が小さくなるほど電流源が大きくなるよう、電流源
P' (Psa,Psb)の大きさの逆数を目的関数fsにし
ている。
On the other hand, each operation in the algorithm of the simplex method requires an objective function, and fs = the reciprocal of the magnitude of the moved current source P ′ = (Psa, Psb).
[√ (Psa 2 , Psb 2 )] −1 is the objective function fs. Here, the current source is a vector of the element 2, and it is desired to find a position where the current source becomes large. Therefore, the current source P ′ (Psa, Psb) is set so that the current source becomes larger as the value of the objective function fs becomes smaller. Is set as the objective function fs.

【0040】以下では、シンプレックスSP1の4個の
格子点の位置,電流源およびその目的関数fsの値は、
格子点の位置r1(電流源Ps1,目的関数値fs1),格子
点の位置r2(電流源Ps2,目的関数値fs2),格子点の
位置r3(電流源Ps3,目的関数値fs3),格子点の位置
r4(電流源Ps4,目的関数値fs4)とし、かつfs1>f
s2>fs3>fs4であるとして説明する。つまり、格子点
の位置r1の電流源Ps1が最も小さく、格子点の位置r4の
電流源Ps4が最も大きいものとする。
In the following, the positions of the four grid points of the simplex SP1, the current source and the value of its objective function fs are:
Lattice point position r1 (current source Ps1, objective function value fs1), lattice point position r2 (current source Ps2, objective function value fs2), lattice point position r3 (current source Ps3, objective function value fs3), lattice point Position of
r4 (current source Ps4, objective function value fs4), and fs1> f
Description will be made on the assumption that s2>fs3> fs4. That is, the current source Ps1 at the grid point position r1 is the smallest, and the current source Ps4 at the grid point position r4 is the largest.

【0041】また、実施例の場合、電流源P' は次の式
(13)により近似算出される。 P' =(A' t A' +λW')-1A' t (Bd−A''P'') ……(13) 〔但し,A' は移動電流源のリードフィールド行列(1
29行2列),A''は非移動電流源のリードフィールド
行列(129行62列),P''は非移動電流源の大きさ
ベクトル(要素数62) W' は移動電流源に対するペナルティ関数行列(2行2
列),Bdは計測磁場ベクトル(要素数129),λは
重み係数〕 (9) 式の場合は64行64列の逆行列を計算する必要が
あるが、(13)式の場合は2行2列の逆行列を計算である
ので計算量が少ない。なお、移動後の位置が、A' と
W' に因子として入る。他は全て既知である。
In the case of the embodiment, the current source P 'is given by the following equation:
Approximation is calculated by (13). P ′ = (A ′ t A ′ + λW ′) −1 A ′ t (Bd−A ″ P ″) (13) where A ′ is a lead field matrix (1
A ″ is the lead field matrix of the non-moving current source (129 rows and 62 columns), P ″ is the magnitude vector of the non-moving current source (62 elements), and W ′ is the penalty for the moving current source. Function matrix (2 rows 2
Column), Bd is the measured magnetic field vector (129 elements), λ is a weighting factor] In the case of equation (9), it is necessary to calculate an inverse matrix of 64 rows and 64 columns, but in the case of equation (13), 2 rows Since the calculation is an inverse matrix of two columns, the amount of calculation is small. The position after the movement is included in A 'and W' as factors. Everything else is known.

【0042】続いて、鏡像・拡張・収縮・縮小の各操作
に従って各シンプレックスにおける格子点の再配置位置
が決定される過程を、図3および図4を参照しながら説
明する。図3は実施例での格子点群の再配置の求出経過
の際の電流源の移動位置を示す模式図、図4は実施例で
の格子点群再配置位置の求出経過を示すフローチャート
である。 〔ステップF1〕最も大きな目的関数値fs1(最も小さ
な電流源Ps1)をもつ格子点の位置r1の鏡像の位置raを
求めるとともに、鏡像の位置raの目的関数値fraを求め
る。鏡像の位置raは、図3に示すように、位置r1から他
の3つの格子点の作る三角形への垂線の上であって、三
角形に対する距離の等しい位置である。
Next, the process of determining the relocation position of the lattice point in each simplex according to each operation of mirror image, expansion, contraction, and reduction will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic diagram showing the movement position of the current source when the search for the rearrangement of the grid point group is performed in the embodiment. FIG. It is. [Step F1] The position ra of the mirror image of the position r1 of the lattice point having the largest objective function value fs1 (the smallest current source Ps1) is determined, and the objective function value fr of the position ra of the mirror image is determined. As shown in FIG. 3, the position ra of the mirror image is on a perpendicular line from the position r1 to the triangle formed by the other three grid points, and is a position having the same distance to the triangle.

【0043】〔ステップF2〕鏡像の位置raの目的関数
値fraが、2番目に大きな目的関数値fs2以下か否かを
調べて、以下であれば次のステップに進み、否であれば
ステップF6に進む。
[Step F2] It is checked whether or not the objective function value fra at the mirror image position ra is equal to or smaller than the second largest objective function value fs2. Proceed to.

【0044】〔ステップF3〕鏡像の位置raの目的関数
値fraが、最小目的関数値fs4未満か否かを調べて、未
満であれば、鏡像の位置raを格子点の再配置位置として
確定する。否であれば、次のステップF4に進む。
[Step F3] It is checked whether or not the objective function value fra of the mirror image position ra is less than the minimum objective function value fs4. If the objective function value fra is less than the minimum objective function value fs4, the mirror image position ra is determined as the relocation position of the lattice point. . If no, the process proceeds to the next step F4.

【0045】〔ステップF4〕拡張の位置rbを求めると
ともに,拡張の位置rbの目的関数値frbを求める。拡張
の位置rbは、図3に示すように、位置r1から他の3つの
格子点の作る三角形への垂線の上であって、鏡像の位置
raより適当な距離だけ先の位置である。
[Step F4] The extension position rb is determined, and the objective function value frb of the extension position rb is determined. As shown in FIG. 3, the extended position rb is on a perpendicular line from the position r1 to the triangle formed by the other three grid points, and is a position of the mirror image.
This is a position ahead of ra by an appropriate distance.

【0046】〔ステップF5〕拡張の位置rbの目的関数
値frbが、鏡像の位置raの目的関数値fra未満か否かを
チェックする。未満であれば、拡張の位置rbを格子点の
再配置位置として確定する。否であれば、鏡像の位置ra
を格子点の再配置位置として確定する。
[Step F5] It is checked whether the objective function value frb at the extended position rb is less than the objective function value fra at the mirror image position ra. If less, the extension position rb is determined as the relocation position of the lattice point. If not, mirror image position ra
Is determined as the relocation position of the lattice point.

【0047】〔ステップF6〕前記ステップF2で、鏡
像の位置raの目的関数値fraが2番目に大きな目的関数
値fs2よりも大きいと判断された場合は、鏡像の位置ra
の目的関数値fraが、最大目的関数値fs1未満か否かを
チェックする。未満であれば、鏡像の位置raを格子点の
再配置位置として確定する。否であれば、次のステップ
F7に進む。
[Step F6] If it is determined in step F2 that the objective function value fr of the mirror image position ra is larger than the second largest objective function value fs2, the mirror image position ra
Is checked whether or not the objective function value fra is less than the maximum objective function value fs1. If less than, the position ra of the mirror image is determined as the relocation position of the lattice point. If no, the process proceeds to the next step F7.

【0048】〔ステップF7〕収縮の位置rcを求めると
ともに、収縮の位置rcの目的関数値frcを求める。収縮
の位置rcは、図3に示すように、位置r1から他の3つの
格子点の作る三角形への垂線の上であって、三角形から
適当な距離だけ位置r1側へ近寄った位置である。
[Step F7] The shrink position rc is obtained, and the objective function value frc of the shrink position rc is obtained. As shown in FIG. 3, the contraction position rc is on a perpendicular line from the position r1 to the triangle formed by the other three grid points, and is a position closer to the position r1 by an appropriate distance from the triangle.

【0049】〔ステップF8〕収縮の位置rcの目的関数
値frcが、最大目的関数値fs1未満か否かをチェックす
る。未満であれば、収縮の位置rcを格子点の再配置位置
として確定する。否であれば、次のステップF9に進
む。
[Step F8] It is checked whether the objective function value frc at the contraction position rc is less than the maximum objective function value fs1. If less than, the contraction position rc is determined as the relocation position of the lattice point. If no, the process proceeds to the next step F9.

【0050】〔ステップF9〕縮小操作により、位置r1
と位置r4の中間位置を位置r1mに対応する格子点の再配
置位置とし、位置r2と位置r4の中間位置r2mを位置r2に
対応する格子点の再配置位置とし、位置r3と位置r4の中
間位置r3mを位置r3に対応する格子点の再配置位置とし
て確定することになる。以上で、シンプレックスSP1
に対する処理が終わることになる。
[Step F9] The position r1 is obtained by the reduction operation.
The intermediate position between the position r4 and the position r4 is the relocation position of the lattice point corresponding to the position r1m, the intermediate position r2m between the position r2 and the position r4 is the relocation position of the lattice point corresponding to the position r2, and the position between the positions r3 and r4. The position r3m is determined as the relocation position of the grid point corresponding to the position r3. Above, simplex SP1
Will end.

【0051】さらに、残りの7個のシンプレックスSP
2〜SP8についてもシンプレックスSP1と同様の処
理が行われる。したがって、ステップS4が1回行われ
ると、各シンプレックス毎に1個、合計8個の電流源に
ついて処理が行われることになる。
Further, the remaining seven simplex SPs
The same processing as that of the simplex SP1 is performed for 2 to SP8. Therefore, once step S4 is performed, processing is performed for a total of eight current sources, one for each simplex.

【0052】格子点を移動させた後、ステップS2に戻
って、移動させた格子点群について、上述した評価関数
を最小にするという条件を付加して、線形最小2乗法で
電流源〔P〕を新たに求める。電流源P' は近似的に求
めた値であるので、格子点群の再配置後、正確に電流源
を算出し直すことになるのである。そして、ステップS
3で再び2乗誤差が大域的に最小であるか否かの判断を
行い、最小でないと判断した場合は上述したステップS
2〜S4を繰り返し行う。
After moving the grid points, the process returns to step S2, and the condition that the above-mentioned evaluation function is minimized is added to the moved grid point group, and the current source [P] is calculated by the linear least square method. Ask for a new one. Since the current source P 'is a value approximately obtained, the current source is accurately recalculated after the rearrangement of the lattice point group. And step S
In step 3, it is again determined whether or not the square error is globally minimum.
Steps 2 to S4 are repeated.

【0053】ステップS3で最小であると判断された場
合は、ステップS5において大域的に最小となった磁界
〔B〕に対する電流源〔P〕を真の電流源と推定する。
真の電流源として推定された電流源〔P〕は、図1に示
した光磁気ディスク9に記憶されたX線CT像やMR断
層像上に重ね合わされて、例えばカラーモニタ10に表
示される。
If it is determined in step S3 that the current is the minimum, the current source [P] for the globally minimum magnetic field [B] in step S5 is estimated as a true current source.
The current source [P] estimated as a true current source is superimposed on the X-ray CT image or MR tomographic image stored in the magneto-optical disk 9 shown in FIG. .

【0054】〔シミュレーション〕実施例の生体活動電
流源推定装置による電流源推定機能を視覚的に確認する
ためのシミュレーション例を図面を参照しながら説明す
る。図5はシミュレーションの状況示す図であって、白
抜きのバツマークが示す位置に真の電流源(電流双極
子)が置かれる。計測磁場の信号対雑音比であるS/N
比は10とした。図5(a)は、格子点群の再配置を行
わない最初の電流源の算出状況を示している。第1回目
の格子点群の再配置後は、図5(b)に示すように、真
の電流源に算出電流源が若干近くなり、第2回目の格子
点群の再配置後は、図5(c)に示すように、真の電流
源に算出電流源がぐんと近くなり、第3回目の格子点群
の再配置後は、図5(d)に示すように、真の電流源に
算出電流源が殆ど一致しており、実施例の生体活動電流
源推定装置での格子点群の再配置が的確で、良好な推定
結果が迅速に得られることが良く分かる。
[Simulation] A simulation example for visually confirming the current source estimating function of the life activity current source estimating apparatus of the embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a diagram showing a situation of the simulation, in which a true current source (current dipole) is placed at a position indicated by a white cross mark. S / N which is the signal-to-noise ratio of the measured magnetic field
The ratio was 10. FIG. 5A shows the calculation state of the first current source without rearranging the grid point group. After the first grid point group rearrangement, as shown in FIG. 5B, the calculated current source is slightly closer to the true current source. As shown in FIG. 5 (c), the calculated current source is much closer to the true current source, and after the third rearrangement of the lattice point group, as shown in FIG. It can be clearly understood that the calculated current sources almost coincide with each other, and the relocation of the grid point group in the life activity current source estimating apparatus of the embodiment is accurate, and a good estimation result can be obtained quickly.

【0055】この発明は上記の実施例に限られるもので
はなく、以下のように変形して実施することができる。 (1)実施例の場合、1個のシンプレックスに対し、鏡
像・拡張・収縮・縮小の操作処理が1回であったが、1
個のシンプレックスに対し、鏡像・拡張・収縮・縮小の
操作処理が所定の停止条件を満たすまで繰り返し行われ
る構成の装置が、変形例として挙げられる。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be modified as follows. (1) In the case of the embodiment, the operation of mirror image, expansion, contraction, and reduction is performed once for one simplex.
As a modified example, an apparatus having a configuration in which mirror image / expansion / shrinkage / reduction operation processing is repeatedly performed on individual simplexes until a predetermined stop condition is satisfied.

【0056】(2)この発明の生体活動電流源推定装置
における格子点群の再配置に用いられるシンプレックス
法の具体的なアルゴリズムは、実施例に示したアルゴリ
ズムに限られるものではない。
(2) The specific algorithm of the simplex method used for rearranging the grid points in the living activity current source estimating apparatus of the present invention is not limited to the algorithm shown in the embodiment.

【0057】[0057]

【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、電流源の算出を
繰り返す前に行う格子点群の再配置は、いわゆる直接探
索法のひとつであるシンプレックス法のアルゴリズムに
基づき格子点群がグループ分けされるとともに、シンプ
レックス法のアルゴリズムに従って格子点群の各グルー
プに対する鏡像・拡張・収縮・縮小の各操作により、推
定電流の最も小さな格子点の試験的な移動に伴う電流源
の大きさの予測結果に従って各グループ毎に格子点の再
配置用の位置が決まるよう構成されているので、特定の
推定電流の大きな電流源に他の電流源が画一的に集中す
る事態が避けられると同時に、従来のように単純なルー
ルによる一律的な移動ではなく試験的な予測に基づいて
再配置用の位置が決められることから、真の電流源の状
況を十分に反映した的確な格子点群の再配置がなされる
ようになる。その結果、診断対象領域における真の電流
源が、同程度の大きさの複数個の電流源からなる場合
や、広範囲に電流源が分布する非集中的な電流源の場合
であっても、格子点群の再配置が的確に行われるので、
電流源算出の繰り返し回数が少なくなり、良好な推定結
果を迅速に得ることができる。
As is apparent from the above description, according to the biological activity current source estimating apparatus of the present invention, the rearrangement of the grid points performed before the calculation of the current source is repeated is one of the so-called direct search methods. The grid points are grouped into groups based on the simplex algorithm, and mirror image, expansion, contraction, and reduction operations are performed on each group of grid points according to the simplex algorithm. Since the position for relocating the grid points is determined for each group according to the prediction result of the size of the current source accompanying the test movement, another current source is used for the current source having a large estimated estimated current. This avoids a situation where the user concentrates uniformly, and at the same time, the position for relocation is determined based on experimental predictions instead of uniform movement using simple rules as in the past. Since is because, so repositioning of exact grid point group was sufficiently reflects the situation of the true current source is made. As a result, even if the true current source in the diagnosis target area is composed of a plurality of current sources of the same size or a non-intensive current source in which the current sources are distributed over a wide range, Since the rearrangement of the point cloud is performed accurately,
The number of repetitions of the current source calculation is reduced, and a good estimation result can be obtained quickly.

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

【図1】この発明に係る生体活動電流源推定装置の一実
施例の概略構成を示したブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a life activity current source estimating apparatus according to the present invention.

【図2】実施例に係る推定処理全体のフローチャートで
ある。
FIG. 2 is a flowchart of an entire estimation process according to the embodiment.

【図3】実施例での格子点群の再配置の求出経過の際の
電流源の移動位置を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a movement position of a current source when a process of obtaining a rearrangement of a lattice point group in the embodiment is progressed.

【図4】実施例での格子点群再配置位置の求出経過を示
すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a process of obtaining a lattice point group rearrangement position in the embodiment.

【図5】実施例に係る推定処理のシミュレーション結果
を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph illustrating a simulation result of an estimation process according to the embodiment.

【図6】従来例に係る推定処理の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of an estimation process according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…マルチチャンネルSQUIDセンサ 2…磁気シールドルーム 4…データ変換ユニット 5…データ収集ユニット 8…データ解析ユニット 10…カラーモニタ M…被検体 S1 〜Sm …磁気センサ1 ... multichannel SQUID sensor 2 ... magnetic shield room 4 ... data conversion unit 5 ... data collection unit 8 ... data analysis unit 10 ... color monitor M ... subject S 1 to S m ... magnetic sensor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八巻 直一 静岡県浜松市城北3−5−1 静岡大学 工学部内 Fターム(参考) 2G017 AA01 AC01 AD32 BA15 BA18 4C027 AA10 BB05 DD01 DD02 DD03 FF01 GG13 HH02 HH08 HH11 HH13 HH16 JJ01 KK00 KK05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Naoichi Yamaki 3-5-1 Jokita, Hamamatsu-shi, Shizuoka Pref. Shizuoka University Faculty of Engineering F-term (reference) HH11 HH13 HH16 JJ01 KK00 KK05

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 生体活動電流によって生じる磁界を複数
個の磁気センサで検出することによって、生体活動電流
源の位置,大きさ,方向等の物理量を推定する生体活動
電流源推定装置であって、(a)被検体の診断対象領域
に近接配備され、前記診断対象領域内の生体活動電流源
による微小磁界を計測する複数個の磁気センサと、
(b)前記各磁気センサによって計測された磁界データ
をデジタルデータに変換するデータ変換手段と、(c)
前記デジタルデータに変換された磁界データを収集して
記憶するデータ収集手段と、(d)前記診断対象領域
に、複数個の格子点(格子点群)を設定する格子点設定
手段と、(e)前記各格子点上の未知の電流源が及ぼす
磁界と前記データ収集手段に記憶された磁界データの2
乗誤差と、前記電流源の重み付き2乗和との和を最小に
するという条件を付加することにより未知の電流源を求
める電流源算出手段と、(f)前記求めた電流源から計
算した磁界と前記磁気センサにより実際に計測されて前
記データ収集手段に記憶された磁界データとの2乗誤差
が大域的に最小となったか否かを判断する判断手段と、
(g)前記2乗誤差が大域的に最小でないと判断された
場合に、格子点群を複数の多面体の各頂点でグループ分
けするとともに、各グループ毎に推定電流の最も小さな
格子点を動かして移動後の格子点の電流源の大きさを予
測し、その結果から電流源が大きくなると期待される位
置を格子点の再配置位置として決定して格子点群を再配
置する格子点群再配置手段と、(h)前記電流源算出手
段、前記判断手段、および前記格子点群再配置手段によ
る各処理を繰り返し、前記判断手段で2乗誤差が大域的
に最小と判断された場合の磁界に対応する電流源を真の
電流源と推定する電流源特定手段と、(i)前記電流源
特定手段で推定された電流源を、前記被検体の診断対象
領域の断層像に重ね合わせて表示する表示手段とを備え
たことを特徴とする生体活動電流源推定装置。
1. A biological activity current source estimating apparatus for estimating a physical quantity such as a position, a size, and a direction of a biological activity current source by detecting a magnetic field generated by the biological activity current with a plurality of magnetic sensors, (A) a plurality of magnetic sensors arranged in proximity to a diagnosis target area of a subject and measuring a minute magnetic field by a biological activity current source in the diagnosis target area;
(B) data conversion means for converting magnetic field data measured by each of the magnetic sensors into digital data, and (c)
Data collection means for collecting and storing the magnetic field data converted into the digital data; (d) grid point setting means for setting a plurality of grid points (grid point group) in the diagnosis target area; 2) the magnetic field exerted by the unknown current source on each of the grid points and the magnetic field data stored in the data collection means;
Current source calculating means for obtaining an unknown current source by adding a condition of minimizing the sum of the squared error and the weighted sum of squares of the current source; and (f) calculating from the obtained current source. Determining means for determining whether or not the square error between the magnetic field and the magnetic field data actually measured by the magnetic sensor and stored in the data collecting means is globally minimum;
(G) When it is determined that the square error is not globally minimum, the grid point group is grouped by each vertex of the plurality of polyhedrons, and the grid point having the smallest estimated current is moved for each group. Predict the size of the current source at the grid point after moving, determine the position where the current source is expected to be large from the result as the rearrangement position of the grid point, and rearrange the grid point group And (h) repeating the processing by the current source calculating means, the judging means, and the grid point group rearranging means, and reducing the magnetic field when the square error is judged to be globally minimum by the judging means. Current source specifying means for estimating the corresponding current source as a true current source; and (i) displaying the current source estimated by the current source specifying means so as to be superimposed on a tomographic image of the diagnosis target area of the subject. Display means. Bioelectric current source estimating apparatus.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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