JP2002355229A - 磁界解析方法および電流分布可視化装置 - Google Patents

磁界解析方法および電流分布可視化装置

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JP2002355229A JP2001164393A JP2001164393A JP2002355229A JP 2002355229 A JP2002355229 A JP 2002355229A JP 2001164393 A JP2001164393 A JP 2001164393A JP 2001164393 A JP2001164393 A JP 2001164393A JP 2002355229 A JP2002355229 A JP 2002355229A
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Masato Yoshizawa
正人 吉澤
Kenji Nakai
賢司 中居
Kohei Kawazoe
浩平 川副
Tomoaki Ueda
智章 上田
Keita Yamazaki
慶太 山崎
Kazuo Kato
和夫 加藤
Yoshihiko Nakamura
義彦 中村
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Japan Science and Technology Agency
Kansai Research Institute KRI Inc
Takenaka Komuten Co Ltd
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Kansai Research Institute KRI Inc
Takenaka Komuten Co Ltd
Japan Science and Technology Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 空間フィルタを用いた開口合成磁界解析装置
において、観測平面上の磁界センサの個数を増加せず
に、関心領域内電流密度分布の空間分解能を向上させる
ことができる磁界解析方法および電流分布可視化装置を
提供する。 【構成】 複数座標に配置された磁界センサで構成され
る磁界分布計測手段と、補間処理によってより多い個数
の複数座標における磁界分布データを演算する第1の演
算装置と、前記演算された磁界分布データ基づいて関心
領域内の任意のボクセルの電流密度ベクトル成分を求め
る第2の演算手段と、電流密度絶対値を求める第3の演
算手段と、複数の断層画像データを構造的画像データに
加工する第4の演算手段と、3次元表示を行う表示装置
より構成される磁界解析方法および電流分布可視化装
置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、関心領域を複数
のボクセルに分割し、観測平面上での非接触磁気計測に
より得られた複数の磁界時系列データに基づいて空間フ
ィルタ処理によって各ボクセル毎の電流密度分布を求め
る開口合成磁界解析装置等の電流分布可視化装置および
開口合成磁界解析方法等の磁界解析方法に関する。より
特定的には、より少ない個数の磁界センサで関心領域内
電流密度分布の空間分解能を向上させることが可能であ
る磁界解析方法および電流分布可視化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、非接触磁気計測で得られた脳磁界
分布時系列データから脳内電流密度分布を3次元的に可
視化・再構成する開口合成磁界解析方法(Synthetic Ape
rtureMagnetometry)が提案され、一部の脳磁界計測シス
テムで採用されている。
【0003】しかしながら、従来の開口合成磁界解析方
法では140チャンネルから250チャンネル程度の多
数の高価な超高感度磁気センサを配置して磁界分布を計
測する必要があった。しかも解析分解能はそれでも不十
分であり、脳機能部位の位置推定を行うのに十分な空間
分解能を達成するにはさらに多数のセンサを備えた計測
システムの開発を必要としていた。
【0004】これは、開口合成磁界解析方法が積和計算
を主体とする空間フィルタ処理であり、積和項数が十分
大きくないと空間フィルタの空間分離能を向上させるこ
とができないことに起因している。積和項数を増やすた
めにはセンサ数を増やす必要があり、センサを増やすこ
とは価格面で問題があり、普及しない最大要因となって
いた。
【0005】一方、地磁気の10億分の1程度の磁束を
高感度に検出することができる超電導量子干渉素子(Su
perconducting QUantum Interference Device:以下、
SQUIDと略する)を用いたSQUID磁束計がさま
ざまな分野で応用されている。特に、前述のように非侵
襲性の計測が強く要望されている生体計測の分野では、
SQUID磁束計を用いた人体の非接触磁気計測が試み
られている。
【0006】特に、近年の薄膜素子製造技術の進歩によ
りDC−SQUIDが開発されたことにより、SQUI
D磁束計を用いて心臓の磁界分布である心磁図を計測す
ることが試みられつつある。
【0007】しかし、心機能計測のためにSQUID磁
束計を用いる場合にはさらにシステム価格を抑える必要
が生じる。これは安価な多チャンネル心電図計測システ
ムによっても分解能は劣るが、およその患部位置の同定
が行えるためである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、心電図
計測は接触計測法であり、多数の電極を人体へ装着する
作業が面倒であり、手術において利用できるほどの患部
位置推定分解能は到底得られない。
【0009】またSQUID磁束計による心磁界計測シ
ステムを使用する場合においても、他の解析方法では人
体内における患部の位置、大きさ、形状を直接表示する
ことはできず、心臓内における患部の相対的な位置関係
を医師に的確に知らせることが困難であった。
【0010】開口合成磁界解析方法は原理的に十分な空
間分解能を達成することは可能であるが、そのためには
非常に多くの磁界センサ数を備えるシステムを用意する
必要があり、価格的に実現されなかった。
【0011】それゆえに、この発明の目的は、開口合成
磁界解析方法を用いた磁界解析装置において従来よりも
少ないセンサ数でありながら空間分解能を向上させるこ
とが可能な磁界解析方法および電流分布可視化装置を提
供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明による空間フィ
ルタを用いた開口合成磁界解析装置は、磁界計測手段
と、第1の演算手段と、第2の演算手段と、第3の演算
手段と、表示手段を備える。磁界計測手段は、観測平面
上の合計L個の複数座標における非接触磁気計測により
前記複数の座標に対応する複数の磁界時系列データを取
得する。第1の演算手段は、前記複数の磁界時系列デー
タの時刻jに対応する合計L個の磁界データに基づいて
前記観測平面上のL個よりも多い合計N個の磁界分布デ
ータを補間演算によって生成する。第2の演算手段は、
前記第1の演算手段によって生成された合計N個の磁界
分布データに基づいて関心領域内に分割された合計M個
のボクセルのうち任意のi番目のボクセル内を流れ互い
に直交する電流密度ベクトルを求める空間フィルタ処理
を各成分毎に演算する。第3の演算手段は、前記第2の
演算手段によって生成された時刻jに対応するボクセル
iの電流密度ベクトルの絶対値を演算する。表示手段
は、前記第3の演算手段によって生成されたM個のボク
セルの電流密度の絶対値を3次元的に濃淡表示する。こ
れにより観測磁界分布時系列データから関心領域内の電
流密度分布の時系列データを得て、これを3次元的に可
視化表示することができる。
【0013】好ましくは、別途得られた複数の断層画像
データあるいは設計データを加工して3次元的な関心領
域周辺の構造的画像データを生成する第4の演算手段を
備え、前記表示手段は、前記電流密度分布時系列データ
に基づいて、前記構造的画像上に複数の電気的旋回路の
位置を3次元的に表示することである。
【0014】この発明の他の局面に従うと、空間フィル
タを用いた開口合成磁界解析方法であって、観測平面上
の合計L個の複数座標における非接触磁気計測により前
記複数の座標に対応する複数の磁界時系列データを取得
する磁界計測ステップと、かつ前記複数の磁界時系列デ
ータの時刻jに対応する合計L個の磁界データに基づい
て前記観測平面上のL個よりも多い合計N個の磁界分布
データを補間演算によって生成する第1の演算ステップ
と、前記第1の演算ステップによって生成された合計N
個の磁界分布データに基づいて関心領域内に分割された
合計M個のボクセルのうち任意のi番目のボクセル内を
流れ互いに直交する電流密度ベクトルを求める空間フィ
ルタ処理を各成分毎に演算する第2の演算ステップと、
前記第2の演算ステップによって生成された時刻jに対
応するボクセルiの電流密度ベクトルの絶対値を演算す
る第3の演算ステップと、前記第3の演算ステップによ
って生成されたM個のボクセルの電流密度の絶対値を3
次元的に濃淡表示する表示ステップとを備えている。こ
れにより観測磁界分布時系列データから関心領域内の電
流密度分布の時系列データを得て、これを3次元的に可
視化することができる。
【0015】好ましくは、別途得られた複数の断層画像
データあるいは設計データを加工して3次元的な関心領
域周辺の構造的画像データを生成する第4の演算ステッ
プを備え、前記表示ステップは、前記電流密度分布時系
列データに基づいて、前記構造的画像上に複数の電気的
旋回路の位置を3次元的に表示する。
【0016】したがって、この発明によれば、空間フィ
ルタを用いた開口合成磁界解析装置において、観測平面
上に複数個配置された磁界センサの個数を増加させるこ
となく、関心領域内電流密度分布の空間分解能を向上さ
せることが可能である。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相
当部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【0018】[実施の形態]図1は、この発明の実施の
形態による、空間フィルタを用いた電流分布可視化装置
の構成を概略的に示す機能ブロック図である。
【0019】図1を参照して、磁界分布計測手段1は、
たとえば、後で詳述するSQUID磁束計のような計測
手段を用いて、被験者の胸部上の複数の座標における非
接触磁気計測を行ない、総数L個の複数の座標に対応す
る複数の磁界時系列データを取得する。
【0020】磁界分布計測手段1によって計測された心
臓の磁界分布時系列データの時刻jの磁界分布データL
個に基づいて、第1の演算手段2は、スプライン補間や
直線補間、あるいは特開平4−116481号公報に記
載されているサンプリング関数を用いた補間処理等の種
々の公知の計算手法を用いて、L個よりも多い総数N個
の補間処理された磁界分布データを得る。
【0021】第2の演算手段3では、関心領域を総数M
個のボクセルで近似し、積和計算からなる空間フィルタ
処理によって総数N個の観測平面上の磁界分布データか
ら任意のボクセルiの電流密度ベクトルの互いに直交す
る成分(x方向成分をix、y方向成分をiyと表記す
る。)を演算する。
【0022】第3の演算手段4によって、第2の演算手
段3で得られた時刻jにおけるボクセルiの電流密度ベ
クトルの絶対値(電流密度)を演算する。
【0023】一方、核磁気共鳴(MRI)、X線CT、
心エコー図、心筋SPECTなどの断層診断装置によっ
て別途得られた同一被験者の胸部の断層画像データ(複
数枚の断層画像のデータを含む)が、第4の演算手段6
に与えられ、第4の演算手段6は、これらの断層画像デ
ータを加工して3次元的な解剖学的画像を示す構造的デ
ータを生成して出力する。
【0024】ここで、上述の時刻jにおけるボクセルi
の電流密度ベクトルの絶対値データを画像で表現する
と、第1の演算手段3で得られた電気的活動状態がたと
えば心筋内の電流密度分布であるときには、電流密度分
布を表わす画像の濃淡の局所的旋回に着目することによ
って、電気的旋回路の3次元的な同定が可能となる。
【0025】表示装置4は、第3の演算手段によって生
成された各ボクセル毎の電流密度ベクトルの絶対値のデ
ータが示す心筋内の3次元電気的活動(たとえば電流密
度分布)を示す画像を、第4の演算装置6によって生成
された構造的データが示す被験者の胸部の3次元的解剖
学的画像に重ね合わせて表示する。この結果、解剖学的
画像上において心筋内の電気的旋回路の位置関係を3次
元的に同定することができる。
【0026】次に、図2は、図1に示したこの発明の実
施の形態による心臓磁界診断装置の構成をより具体化し
て示したブロック図である。図2を参照して、磁界分布
計測装置1は、磁気シールドルーム(Magnetic Shield
Room:以下、MSR)11内において、被験者12の胸
部上において非接触の磁気計測を行なうように設置され
た、SQUID磁束計を内蔵するデュワー13と、磁界
分布時系列データを得る演算部14とを備えている。
【0027】デュワー13内には液体ヘリウムが満たさ
れて超電導が生じる低温系の環境が形成されており、そ
の中に、超電導体からなる検出コイルで構成されたSQ
UID磁束計が収納されている。
【0028】図3は、図2に示したMSR11内のデュ
ワー13内の超低温系に設置されるSQUID磁束計1
5、および常温系のMSR11内に設置される演算部1
4をより詳細に示すブロック図である。なお、図3に示
した構成は、被験者の胸部上の1点の磁界データを計測
するための1チャネル分の構成であり、後述するよう
に、この発明では、被験者の胸部上において複数の座標
における磁場の多点同時計測を行なう。したがって、図
2のMSR11内には、図3に示す1チャネル分の構成
が、計測に必要な複数チャネル分設けられていることに
なる。
【0029】以下に、図3を参照して、1チャネル分の
SQUID磁束計による磁界データの生成について説明
する。まず、SQUID磁束計15は、被験者の胸部表
面から発生する磁場を検出するための、超電導体からな
るピックアップコイル16を備える。ピックアップコイ
ル16が磁場を捉えると電流が流れ、この電流はコイル
17に引き込まれてNbシールド20内に磁場を生じさ
せる。
【0030】この結果、この磁場に対して線形に変化す
る磁場が超電導ループ18内に形成され、この超電導ル
ープ18の両端の電圧を、常温系のMSR11内に設置
された演算部14の増幅器によって検出し、演算部14
は、検出電圧に変化が生じないよう、Nbシールド20
内のモジュレーションコイル19に流れる電流を調整す
る。
【0031】すなわち、このSQUIDによる生体の磁
場の検出は、発生する磁場を直接計測するものではな
く、いわゆるゼロ位法を用いて、超電導リング18内の
磁場が常に一定値となるようにフィードバックをかける
(具体的にはモジュレーションコイル19に流れる電流
を調整してモジュレーションコイル19に発生する磁場
を制御することにより、超電導ループ18内に常に一定
の磁場が生じるようにする)ことにより、ピックアップ
コイル16で検出される磁場を、演算部14が電気信号
に変換して出力するものである。このようなフィードバ
ックの手法は通常、フラックス・ロックト・ループ(fl
ux locked loop:以下、FLL)と呼ばれる周知の技術
である。このようなSQUID磁束計15およびその演
算部14は周知の技術であるため、これ以上の説明を省
略する。
【0032】前述のように、図3に示した構成は、1チ
ャネル分の磁界データの計測に必要な構成であり、被験
者の胸部前面上における1点で計測された磁場の磁界時
系列データを示す電気信号を出力するものである。
【0033】この発明では、前述のように被験者の胸部
前面に多くのセンサ(SQUID磁束計)を配列し、胸
部前面上の磁場を多点測定しようとするものである。磁
場は時間的に変化するものであり、たとえば1心拍に相
当する期間中においても、測定場所が異なれば磁場は場
所に応じた異なる変化をする。
【0034】図4は、被験者の胸部前面上における複数
のセンサ(各々が1チャネルのSQUID磁束計)の配
置の一例を示す図である。また、図5は、図4の複数の
センサのそれぞれの位置に対応してそれぞれのセンサか
ら得られた、1心拍期間における磁場の変化を示す1群
の磁界時系列データを示している。
【0035】図2に示す磁界分布計測装置1から出力さ
れるデータは、図5に示すような複数の測定位置(座
標)に対応する1群の磁界時系列データであるが、ある
特定の時刻jに着目してこれらの1群の磁界時系列デー
タを捉えると、測定対象である胸部前面上におけるある
時刻の磁場の強さの分布状態を示す実際の山谷の様子を
グラフ(図)で表現するのは困難なので、天気図の気圧
のように等高線図で表現している磁界分布データが得ら
れる。この意味からも、磁界分布計測装置1から出力さ
れるデータは、胸部前面上の磁界分布時系列データとし
て捉えることができる。
【0036】磁界分布計測装置1から出力されるこのよ
うな1群の磁界時系列データ、すなわち磁界分布時系列
データは、図1の第1の演算装置2に与えられ、この第
1の演算装置2は、ある時刻jの総数L個の磁界分布デ
ータに基づいて補間処理によりL個よりも多い個数N個
の磁界分布データを演算する。図6に補間処理の過程を
説明する図を図示する。図6Aは磁界分布計測装置1か
ら出力される総数L個の1群の磁界時系列データであ
る。図1の第1の演算手段2により特定の時刻jに対す
る磁界分布データ(図6B)を基に2次元補間処理を行
い、観測平面上のより多くの座標点における総数N個の
補間処理された磁界分布データ(図6C)を得る。全ての
時刻についてこの補間処理を行えば、仮想的に総数N個
の観測平面上の異なる座標点における磁界分布時系列デ
ータ(図6D)を得ることができる。
【0037】図1の第2の演算手段3は、時刻jに対す
る補間処理された磁界分布データを入力としてその瞬間
における胸部内の電気的活動、たとえばその瞬間に流れ
る胸部内の電流密度ベクトル成分を求めるように機能す
る。
【0038】第2の演算手段2が、第2の演算手段3に
よって生成された補間処理された磁界分布時系列データ
から、測定対象となる人体内の部位(この発明では心
臓)における3次元的な電気的活動の情報、たとえば当
該部位を流れる電流密度分布を求める手法について説明
する。
【0039】図7は、このような電流密度ベクトル成分
を求める方法を模式的に説明する図である。以下に説明
する方法では、解析しようとする人体内の特定の1つの
部位に仮に電流センサ(仮想センサ)が設けられていた
とすれば、あたかもそこに流れるはずの電流を間接的に
算出しようとするものである。このため、人体胸部前面
に設置されたすべてのセンサ(SQUID磁束計)から
得られる磁界時系列データの時刻jの情報に基づいて補
間処理された総数N個の磁界分布データにある係数をか
けてその総和を取る積和計算を行うことによって、当該
仮想センサの電流出力を得ることができる。そして、こ
の係数をどのように求めるかがこの演算における中心的
な課題となる。
【0040】以下に、図7を参照して電流密度を求める
手法についてより詳細に説明する。まず、人体表面(胸
部前面)上に仮想的に総数がN個の磁界センサが配列さ
れているものとする。一方、解析対象である人体(胸
部、特に心臓)を、各々が小さなブロックであるボクセ
ルの集合体とみなす。ここで、ボクセルの総数をM個と
する。
【0041】各センサkから得られる時刻jに対応する
磁界時系列データをBzk(j)とし、各センサ出力B
zk(j)に対応するボクセルiの電流密度ベクトルの
x方向成分にたいする空間フィルタ係数をβxikとし、
y方向成分をβyikとする。
【0042】観測平面において磁界成分のうちz方向成
分Bzのみ観測している場合には、計測している磁界B
zは直交する成分である電流密度分布ベクトルのx成分
とy成分によってのみ生成される。図8A、図8Bはボ
クセルiに対する電流密度分布ベクトルの各方向成分の
定義を示す図であり、図8Cは以下の空間フィルタ処理
を参照する図である。
【0043】ここで、ボクセルiに仮想電流センサがあ
るものと考えた場合、当該仮想電流センサiから得られ
る電流密度ベクトルのx方向成分に対応する仮想センサ
出力をixi(j)とすると、ixi(j)は次式で定義され
る。
【0044】
【数1】
【0045】また、当該仮想電流センサiから得られる
電流密度ベクトルのy方向成分に対応する仮想センサ出
力をiyi(j)とすると、iyi(j)は次式で定義され
る。
【0046】
【数2】
【0047】したがって、空間フィルタ係数βxik、β
yikを用いて各ボクセルiにおける電流密度を得ること
ができ、解析対象全体における3次元的電流密度分布を
得ることができる。
【0048】上述の空間フィルタ係数βxik、βyikを、
対応するボクセルiの分布電流に対してのみ鋭敏な感度
を有するように設定する手法としてはSAM(Syntheti
c Aperture Magnetometry)、MUSIC(Multiple Si
gnal Classification)などの種々の手法を用いること
ができる。SAMやMUSICは、これまで、レーダや
ソナーなどの分野で研究開発が行なわれてきたものであ
り、それぞれの手法は周知であるが、未だ心臓磁界の診
断に応用されたことはない。
【0049】SAMやMUSICの手法によって空間フ
ィルタ係数を用いて求められた各ボクセルのリアルタイ
ムに算出された仮想センサ出力は、非常に高いリアルタ
イム性を有するという利点を有している。
【0050】SAMやMUSICの技術そのものは周知
であり、またこれらの手法を用いて空間フィルタ係数を
求めるアルゴリズムは極めて複雑なため、ここではその
詳細な説明を省略するが、SAMについては、1999
年発行のProceedings of the11th International Confe
rence on Biomagnetismの“Reent Advances in Biomagn
etism”(Tohoku University Press発行)の第302頁
から第305頁のRobinson SE および Vrba J による
“Functional Neuroimaging by Synthetic Aperture Ma
gnetometry (SAM)”に詳細に説明されており、MUS
ICについては、平成9年1月25日発行の原宏および
栗城真也による「脳磁気科学−SQUID計測と医学応
用−」(オーム社)の第117頁から第119頁に詳細
に説明されている。
【0051】このようにして図1の第2の演算手段3は
第1の演算手段2によって補間処理されたN個の磁界分
布データからM個のボクセル毎に電流密度分布ベクトル
の互いに直交する各成分を生成する。
【0052】第3の演算手段4では、次式に基づいて電
流密度分布ベクトルの絶対値を算出している。
【0053】
【数3】
【0054】このようにして、第3の演算手段4は、各
ボクセルに対する電流密度分布ベクトルの各方向成分か
ら解析対象である心臓内の3次元的電流密度分布の絶対
値を示す時系列データ(3次元電流密度分布時系列デー
タ)を生成し、表示手段5の一方の入力に与える。
【0055】一方、図1に示す第4の演算手段6には、
図示しない他の断層診断装置、たとえばMRI、X線C
T、心エコー図、心筋SPECTなどを用いて予め、心
電図同期トリガをかけて撮影された同一被験者の胸部の
複数のスライス画像(たとえば5ミリピッチで十数枚程
度)の画像データが入力される。
【0056】第4の演算手段6は、これらの複数のスラ
イス画像のデータを加工(補間)して所定視点から3次
元透視変換を施し、解剖学的画像を示す構造的データを
生成する。このように複数のスライス画像から3次元的
な解剖学的画像を形成する技術は周知であり、たとえば
特開平11−128224号公報、国際公開WO98/
15226号公報などに詳細に開示されている。したが
って、その詳細はここでは説明しない。
【0057】このようにして、第4の演算手段6は、同
一被験者の心臓付近の胸部の3次元的な解剖学的画像を
示す構造的データを生成し、表示手段5の他方の入力に
与える。
【0058】図1の表示手段5は、第4の演算手段6に
おいて複数のスライス画像のデータに基づいて形成した
被験者の胸部の3次元的な解剖学的画像上に、第3の演
算手段4からの3次元電流密度分布時系列データに基づ
いて形成した心筋内の3次元的電流密度分布を示す画像
を重ね合わせて表示する。
【0059】図9の(a),(b)は各々、表示手段5
によって表示される3次元的な解剖学的画像に重ね合わ
された3次元的電流密度分布のリアルタイム表示の態様
を示す図であり、(a)と(b)とでは、時間の推移に
より電流密度分布が経時的に変化している。
【0060】図9の(a),(b)の各々は、たとえば
被験者の胸部を5ミリピッチでスライスして得た5枚程
度の断層画像を補間処理した3次元的画像であり、実際
の表示画像の奥行き感を図面上で表現することは困難で
ある。図9(a),(b)の各図では、各画像を構成す
る線図が重複した複数の線図によって表現されているこ
とから、複数のスライス画像の合成により形成された奥
行き感のある立体的な解剖学的画像であることを推測す
ることができる。
【0061】なお、図9の(a),(b)の各々におい
て、断層像の上側が人体の前面であり、下側が背面であ
る。また(a),(b)の各断層像は、下側(足側)か
ら見た断層像である。
【0062】図9の(a),(b)の各々において、A
で示す円の集合は、3次元的解剖学的画像に重ね合わさ
れた3次元的電流密度分布を表示するものであり、各円
の径の大きさが電流密度の大きさを表わしている。ま
た、電流密度の大小は、画面上の特定の色の濃淡で表示
することもできる。
【0063】また、図10は、図9の(a),(b)の
ような深さのある立体的解剖学的画像のある深さにおけ
る断層画像を抽出して表示するものであり、同様にAで
示す円の集合が当該断層画像上における電流密度分布を
表わしている。
【0064】このように、深さのある3次元的な解剖学
的画像上に心筋内の3次元的電流密度分布を表示するこ
とにより、医師は心筋内の電流密度分布の解剖学的画像
上における相対的な位置関係を的確に把握することがで
きる。特に、表示された電流密度分布が局所的旋回を示
しているときには、心房粗動および心房細動の原因とな
る電気的旋回路の生じている心筋内の患部の位置、大き
さ、および形状を的確に診断することができる。
【0065】図11は、以上の実施の形態による磁界診
断装置によって実行される心筋内の電流密度分布(特
に、異常な電気的旋回路)の同定方法を示すフロー図で
ある。
【0066】図11を参照すると、まずステップS1に
おいて、磁界分布計測手段1により、人体胸部上の複数
の座標において非接触磁気計測を行ない、複数の時系列
データを生成し、必要であれば記録する。
【0067】次に、ステップS2において、予め心電図
同期トリガをかけて撮影した複数のMRI画像に対し
て、第4の演算手段6により補間演算(所定視点からの
3次元透視変換)を施し、3次元の解剖学的画像を得
る。
【0068】次に、ステップS3において、解析の初期
時刻をts、解析の終了時刻をte、解析の時間間隔をΔ
tと定める。
【0069】次に、ステップS4において、解析時刻t
に初期時刻tsを代入して解析を開始する。そして、ス
テップS5において、解析時刻tが終了時刻teに達す
るまで、以下の処理を行なう。
【0070】すなわち、ステップS6において、第1演
算手段2により磁界分布の補間計算を行い、総数N個の
磁界分布データを得る。
【0071】次に、ステップS7において、第2の演算
手段3により指定解析時刻tにおける心臓磁界分布デー
タをSAM法またはMUSIC法で処理して心筋内電流
密度分布データを得る。
【0072】次に、ステップ8において、第3の演算手
段4により指定解析時刻tにおける心臓内電流分布の絶
対値データを得る。
【0073】次に、ステップS9において、表示手段5
により、心筋内電流密度分布データを所定始点から3次
元透視変換を施した解剖学的画像に重ね合わせて表示す
る。
【0074】なお、第1の演算手段2における前述の磁
界分布補間処理、第2の演算手段3によるSAMまたは
MUSICによる演算、第3の演算手段4による電流密
度分布ベクトルの絶対値演算は、リアルタイムで供給さ
れる時系列データに対して実行可能である。
【0075】次に、ステップS10において解析時刻t
にΔtを加算する。
【0076】これらのステップS6〜S10の処理が、
解析時刻tが終了時刻teに達したことがステップS5
で判断されるまで繰返され、終了時刻teに達すると、
解剖学的画像に重ね合わされた心筋内電流密度分布デー
タの表示を終了する。
【0077】以上のように、この発明の実施の形態によ
れば、より少ない磁気センサ数で高い空間分解能での電
流密度分布の解析を行うことができる。また、SQUI
D磁束計を用いた被験者の胸部上の非侵襲的な磁気計測
によって得られた心筋内の電流密度分布を示す画像を3
次元的解剖学的画像に重ねて表示することにより、心房
粗動および心房細動の原因となる心筋内の異常な興奮伝
播回路、すなわち電気的旋回路の解剖学的位置関係、大
きさ、形状を医師が3次元的に同定することが可能とな
る。
【0078】このため、外科的開胸手術によって多点同
時の心筋電位計測を行ないそのデータ解析により患部の
同定を行なっていた従来の診断方法を用いなくても、心
房粗動および心房細動の原因となる患部を、安全、迅
速、かつ高精度に同定することが可能となり、開胸手術
の手術時間を著しく短縮することができ、患者の負担を
軽減することができる。
【0079】また、胸部X線透視をしながらカテーテル
による電気生理学的検査を行なっていた従来の診断方法
を用いなくても、上述のように患部の安全、迅速、かつ
高精度な同定が可能となるため、医師や放射線技師のX
線被爆時間を著しく短縮することができ、医師および放
射線技師の負担を軽減することができる。
【0080】また、この実施の形態による電気的旋回路
の同定方法を、高周波によるカテーテル焼灼法と併用す
ることにより、低侵襲性の手術で心房粗動および心房細
動を治療することができ、患者の負担をさらに軽減する
ことができる。
【0081】さらに、この実施の形態では、心筋内の電
気的活動状態を示すデータとして電流密度分布を計測し
ているので、心筋内電流密度分布と、心筋に関する医学
的知見との整合性を容易にとりながら診断を行なうこと
ができる。開示された実施の形態はすべての点で例示で
あって制限的なものではないと考えられるべきである。
本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲
によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範
囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0082】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、より
少ないセンサ数で関心領域内の電流密度分布の空間分解
能を向上することができるので、低価格な心磁界計測シ
ステムを供給することが可能であるだけでなく、患者の
胸部上における非侵襲磁気計測によって得られた心筋内
電気的活動状態を、3次元的な解剖学的画像上で可視表
示することができるので、心筋内の電流密度分布時系列
データの位置、形状、個数を3次元的に同定することが
できる。
【0083】したがって、胸部X線透視をしながらカテ
ーテルによる電気生理学的検査を行なう場合の医師や放
射線技師の年間X線被爆時間を著しく低減することがで
き、また開胸手術をする場合の手術時間を著しく短縮す
ることができ、この結果、患者および医師双方の負担を
軽減することができる。
【0084】さらに、高周波を用いたカテーテル焼灼法
による治療と併用することにより、迅速かつより低侵襲
の治療を行なうことができる。
【0085】特に、生成される電気的活動状態が電流密
度分布データであるため、生成された電流密度分布と心
筋内電流密度分布との対応が容易にとりやすく、1個ま
たは複数個の電流ダイポールで磁場源を模倣していた従
来の解析方法のように、個数の設定や初期値次第で結果
が変わるという不都合が生じない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態による電流分布可視化
装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。
【図2】 図1に示した心臓磁界診断装置の構成をより
具体化して示したブロック図である。
【図3】 図2に示した磁界分布計測装置の詳細な構成
を示すブロック図である。
【図4】 被験者の胸部前面上における複数の磁界セン
サの配列例を示す図である。
【図5】 図4の複数のセンサのそれぞれから得られた
磁界時系列データを示す図である。
【図6】 L個の磁界時系列データからより多い個数N
の磁界分布データを補間する方法を模式的に説明する図
である。
【図7】 観測平面上のセンサと関心領域内のボクセル
の電流密度ベクトルを模式的に説明する図である。
【図8】 電流密度分布ベクトルの各成分ix、iyの
演算過程を説明する図である。
【図9】 表示手段5に表示される3次元的解剖学的画
像の例を示す図である。
【図10】 図9に示した3次元的解剖学的画像の一断
面を示す断層図である。
【図11】 この発明の実施の形態による磁界解析方法
の動作を説明するフロー図である。
【符号の説明】
1 磁界分布計測手段、2 第1の演算手段、3 第2
の演算手段、4 第3の演算手段、6 第4の演算手
段、5 表示手段、11 MSR、12 被験者、13
デュワー、14 演算部、15 SQUID磁束計、
16 検出コイル、17 コイル、18 超電導ルー
プ、19 モジュレーションコイル、20Nbシール
ド、21 心電計。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中居 賢司 岩手県盛岡市上田堤1−12−14 (72)発明者 川副 浩平 岩手県盛岡市三ツ割字久保屋敷21−8 (72)発明者 上田 智章 京都府京都市下京区中堂寺南町17番地 株 式会社関西新技術研究所内 (72)発明者 山崎 慶太 千葉県印西市大塚1丁目5番地1 株式会 社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 加藤 和夫 千葉県印西市大塚1丁目5番地1 株式会 社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 中村 義彦 岩手県盛岡市大沢川原2−5−16 Fターム(参考) 2G017 AA01 AC01 AD32 4C027 AA10 BB05 CC00 FF02 FF09 GG00 HH13 KK00 KK01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 空間フィルタを用いた開口合成磁界解析
    装置であって、観測平面上の合計L個の複数座標におけ
    る非接触磁気計測により前記複数の座標に対応する複数
    の磁界時系列データを取得し、かつ前記複数の磁界時系
    列データの時刻jに対応する合計L個の磁界データに基
    づいて前記観測平面上のL個よりも多い合計N個の磁界
    分布データを補間演算によって生成する第1の演算手段
    と、前記第1の演算手段によって生成された合計N個の
    磁界分布データに基づいて関心領域内に分割された合計
    M個のボクセルのうち任意のi番目のボクセル内を流れ
    互いに直交する電流密度ベクトルを求める空間フィルタ
    処理を各成分毎に演算する第2の演算手段と、前記第2
    の演算手段によって生成された時刻jに対応するボクセ
    ルiの電流密度ベクトルの絶対値を演算する第3の演算
    手段と、前記第3の演算手段によって生成されたM個の
    ボクセルの電流密度の絶対値を3次元的に濃淡表示する
    表示手段とを備え、これにより観測磁界分布時系列デー
    タから関心領域内の電流密度分布の時系列データを得
    て、これを3次元的に可視化することを特徴とする電流
    分布可視化装置。
  2. 【請求項2】 別途得られた複数の断層画像データある
    いは設計データを加工して3次元的な関心領域周辺の構
    造的画像データを生成する第4の演算手段を備え、前記
    表示手段は、前記電流密度分布時系列データに基づい
    て、前記構造的画像上に複数の電気的旋回路の位置を3
    次元的に表示する、請求項1に記載の電流分布可視化装
    置。
  3. 【請求項3】 空間フィルタを用いた開口合成磁界解析
    方法であって、観測平面上の合計L個の複数座標におけ
    る非接触磁気計測により前記複数の座標に対応する複数
    の磁界時系列データを取得する磁界計測ステップと、か
    つ前記複数の磁界時系列データの時刻jに対応する合計
    L個の磁界データに基づいて前記観測平面上のL個より
    も多い合計N個の磁界分布データを補間演算によって生
    成する第1の演算ステップと、前記第1の演算ステップ
    によって生成された合計N個の磁界分布データに基づい
    て関心領域内に分割された合計M個のボクセルのうち任
    意のi番目のボクセル内を流れ互いに直交する電流密度
    ベクトルを求める空間フィルタ処理を各成分毎に演算す
    る第2の演算ステップと、前記第2の演算ステップによ
    って生成された時刻jに対応するボクセルiの電流密度
    ベクトルの絶対値を演算する第3の演算ステップと、前
    記第3の演算ステップによって生成されたM個のボクセ
    ルの電流密度の絶対値を3次元的に濃淡表示する表示ス
    テップにより構成され、これにより観測磁界分布時系列
    データから関心領域内の電流密度分布の時系列データを
    得て、これを3次元的に可視化することを特徴とする磁
    界解析方法。
  4. 【請求項4】 別途得られた複数の断層画像データある
    いは設計データを加工して3次元的な関心領域周辺の構
    造的画像データを生成する第4の演算ステップを備え、
    前記表示ステップは、前記電流密度分布時系列データに
    基づいて、前記構造的画像上に複数の電気的旋回路の位
    置を3次元的に表示する、請求項3に記載の磁界解析方
    法。
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