JP2002500909A - Ｒｍｓ電流密度図の測定、推定、および表示のための装置および方法 - Google Patents

Ｒｍｓ電流密度図の測定、推定、および表示のための装置および方法

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JP2002500909A JP2000528204A JP2000528204A JP2002500909A JP 2002500909 A JP2002500909 A JP 2002500909A JP 2000528204 A JP2000528204 A JP 2000528204A JP 2000528204 A JP2000528204 A JP 2000528204A JP 2002500909 A JP2002500909 A JP 2002500909A
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    • G06F2218/22—Source localisation; Inverse modelling

Abstract

(57)【要約】 対象器官の周辺に所定の方法で配置された生体磁気センサ列を用いて、対象器官からの信号に対して合成開口磁気測定を行う方法であって、センサ列の各センサは、対象器官を包含する共通座標系を基準とする位置ベクトルおよび方向ベクトルを有し、前記本発明の方法には、（ｉ）選択された時間間隔において、センサ列に配置された各センサからのＥＭ信号を同時に測定する段階と、（ｉｉ）選択された時間間隔内におけるユーザによって選択された副間隔時間に渡り、測定されたＥＭ信号の共分散マトリクスを計算する段階と、（ｉｉｉ）画像化される対象領域に対する１組の座標、およびボクセルの格子を形成するためにボクセル間の距離を選択する段階と、（ｉｖ）列センサ中の各センサに対する各ボクセルにおいて電流要素に対する順方向の解を計算する段階と、（ｖ）前記ボクセルに対する共分散マトリクスおよび順方向の解から、各ボクセルに対してＲＭＳ電流密度推定値を計算する段階と、（ｖｉ）ＲＭＳ電流密度を推定するボクセルを第１の画像として表示する段階と、が含まれる。本方法は、人間である被検体における脳の活動の評価に対して、特に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 技術分野 本発明は、電気的に活性な器官における生体電磁気活動の測定および分析に関
するものである。更に具体的には、本発明は、その測定値をそれに対応する電流
分布図に変換するための方法に関し、その発生源を推定し、また、器官の活動状
態を示す２つ以上の電流分布図を組合せて、その異なる状態に対して活動が異な
る器官の部位を表す差異図を得るための方法に関するものである。
【０００２】 背景 脳や心臓などの電気的に活性な器官のイオン電流は磁界を生成し、この磁界は
、生体表皮外部での測定が可能である。更に、生体に電流が流れた場合、器官自
体のそれに対応する電位は、表皮電極を用いて皮膚上で測定したり、あるいは侵
襲性の深部電極を用いて生体内部で測定することができる。生体源電流すなわち
観測によって得られる磁気的または電気的測定値の元となる電流を計算するプロ
セスは、通常、“生体電磁気的逆問題”と呼ばれている。生体磁気的または生体
電気的逆解を得ることの重要性は、それを用いて電気生理学的関数を生体内の特
定の座標と関連させることができるということである。逆に、このことを利用し
て、正常な機能や機能障害を特定の解剖学的構造と関連させることができるが、
潜在的な発生源の数や構成を仮定するなどして、その解に制約を設けない限り、
３次元において固有な生体電磁気的逆解はあり得ないことが解かっている。しか
しながら、このことにもかかわらず、電気生理学的測定値から発生源活動の分布
や強度計算により、有用な推定値または近似値を得ることが可能である。
【０００３】 現在の技術において、脳磁気（ＭＥＧ）信号および脳波（ＥＥＧ）信号は、例
えば、周波数や振幅によって特徴付られる独立な周波数帯での波形形態について
検査が行なわれることがある。更に、複数の部位から記録されたＭＥＧおよび／
またはＥＥＧの測定値は、頭部に関する信号強度図の形式で、自励信号あるいは
誘発信号の地形分布として表現される。また、このような地形図は、通常、ＭＥ
Ｇ／ＥＥＧに関して固有の周波数帯で提供される。
【０００４】 また、被検体に与えられる刺激、あるいは被検体からの任意の刺激運動と同期
させて、ＭＥＧ信号およびＥＥＧ信号を平均化することが知られている。信号を
平均化することによって、特定の感覚事象あるいは刺激事象の根底にある脳の活
動の信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善することができる。その結果得られる平均化
された信号は、従来、事象関連電位（ＥＲＰ）または事象関連場（ＥＲＦ）とし
て知られている。平均化された誘発反応は、刺激と反応間の遅延時間の変動が小
さい一次大脳皮質におけるＳＮＲあるいは活動を改善するために最も有用である
。しかしながら、連想大脳皮質に係わるより高度な認識機能に関する誘発反応は
、駆動刺激に対する遅延時間および持続期間において、より変動する可能性があ
る。従って、信号の平均化は、より高度な認識機能の評価を行うためには、それ
ほど有用ではない。信号の平均化のＥＥＧおよびＭＥＧ脳信号への適用は、根底
を成す神経性の事象が、個々のおよび全ての刺激事象と同じであるという考えを
前提としたものである。常識や個人的な経験によって、このことは、より高度な
レベルの脳の機能には必ずしも適切でないことが判断される。外部の事象とそれ
に関係する思考過程の間の遅延は、大きく変動することが知られている。従って
、言語の生成や理解など、より高度で重要な心理的プロセスと関連する脳の活動
は、平均化された誘発反応では適切に表現され得ない。
【０００５】 ＭＥＧ信号およびＥＥＧ信号の他に知られた表現方法には、等価電流双極子（
ＥＣＤ）がある。このＥＣＤは、位置、電流ベクトルおよび大きさで各々特徴付
けられる電流双極子（または多重双極子）の単純化されたモデルを、ある選択さ
れた瞬間におけるＭＥＧおよび／またはＥＥＧの測定値に合わせることによって
、通常、最小２乗法で計算することが可能である。最小基準電流分布法において
は、より複雑な、多くの場合、不確定なモデルが、ある瞬間の測定値に最小２乗
法を用いて適合される。ＥＣＤ法および最小基準法は共に、雑音がＥＥＧ信号ま
たはＭＥＧ信号に存在する場合、間違った結果（例えば、皮質発生部の位置付け
やその大きさが不正確である等）をもたらす可能性がある。最小基準解が不確定
となった場合（ほとんど常にそうではあるが）、逆問題の非固有性は、この結果
が、測定値を説明し得る多くの潜在的発生源構成の内、その一構成に過ぎないこ
とを暗示している。従って、てんかん性スパイク、および振幅が異常に大きい“
低速波”（頭部内損傷の徴候）など、高い信号対雑音比およびパラメータがほと
んど無いことで特徴付けられる発生源を有する自励的なＥＥＧまたはＭＥＧの信
号にみ、これらの２つの方法によって、正確に位置付けすることが可能である。
脳内の正常な（病的ではない）事象は、かなり低い振幅を有する。従って、可能
な場合、従来信号の平均化を用いて、このような事象の信号対雑音比を改善して
いる。
【０００６】 上述の従来技術の多くは、Ｂ．クレイマー［Ｂ．Ｋｒａｍｅｒ］によって編集
された“基礎および応用物理学における測定度量学の技術”（１９８８年）の中
の、マンフリッド・ホーク［Ｍａｎｆｒｉｅｄ Ｈｏｋｅ］による“ＳＱＵＩＤ
に基づく測定技法”に説明されており、この内容は、参考のために本明細書に引
用してある。
【０００７】 また、脳などの電気的に活性な器官の活動も、陽電子射出断層撮影法（ＰＥＴ
）および機能的磁気共鳴影像法（ｆＭＲＩ）を用いて、モニタリングや画像化が
可能である。これらの画像診断療法は、いずれも神経活動を構成する電気化学的
事象の直接的な測定手段ではなく、その代わり、脳における代謝の局所的な変化
、代謝の産物、あるいは血流を検出する。これらの変化は、電気化学的事象のエ
ネルギ要求の結果として起こるものであるが、電気化学的事象は、１ミリ秒未満
で起こり、それに対応して起こる代謝の局所的な変化および血流は、はるかに遅
く、数秒単位の時定数を有する。従って、ＰＥＴおよびｆＭＲＩは、脳の活動の
間接的測定手段であるため、ＥＥＧおよびＭＥＧの時間分解能が不足している。
【０００８】 進み場分析（ＬＦＳ）は、従来の生体電磁測定値の分析方法とは異なるもので
ある。ＬＦＳは、Ｓ．Ｅ．ロビンソン（Ｓ．Ｅ．Ｒｏｂｉｎｓｏｎ）およびＷ．
Ｃ．ブラック（Ｗ．Ｃ．Ｂｌａｃｋ）による“センサ列からのデータを用いた生
体信号の分析”と題した米国特許第４，９７７，８９６号（ロビンソン、他）お
よび米国特許（一部継続出願）第５，２６９，３２５号（ロビンソン、他）に開
示されている。ＬＦＳは、脳の活動を局所化する代わりに、加重観測値を合計す
ることによって、ＭＥＧのセンサ列の空間選択性を高めるものである。これらの
加重値は、頭部の指定された座標により高い空間選択性を与えるように選択され
ている。測定された信号とこれらの加重値との積和によって、選択された位置に
おいて、電気的活動を時間の関数として推定する“仮想センサ”が生成される。
【０００９】 また、生体電磁気的逆解は、発生源電流の位置を脳の皮質に制限することによ
って、改善できることが分かっている。これは、測定される磁界および電位に影
響を及ぼす主な因子が、神経細胞の樹状突起と細胞体の間を流れる電流であるた
めである。更に、発生源電流は、逆解に対して更に制約を加える皮質の表面上の
各点に対してほぼ垂直方向に流れることが分かっている。皮質の表面を表す座標
とベクトルは、脳の解剖学的画像から抽出することができる。これらの画像は、
例えば、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）またはコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）に基
づき頭部走査を行うことにより得ることが可能である。
【００１０】 この技術分野はある程度進歩したが、まだ多くの改善の余地がある。例えば、
これまで、従来技術の手法では、自励的（平均化されていない）活動（例えば、
脳の活動）、特に、正常なより高い認識機能の活動を適切に表現できるように脳
の活動を局所化することは不可能であった。
【００１１】 特に、ある特定の従来技術の手法（例えば、上述のＥＣＤおよび最小基準法）
は、通常以下の段階と係わる “モデル適合”技法に依存している。 （ｉ）初めに、ある瞬間あるいはある標本時間において、信号を観測する。 （ｉｉ）パラメータモデルを用いて、測定値に対する順方向の解を予測する。
【００１２】 （ｉｉｉ）各センサにおいて測定された信号と予測された信号との差異が同時
に最小になるように、通常、最小２乗法によって、そのモデルのパラメータを調
整する。
【００１３】 一例として、単一のＥＣＤは、磁気測定値に対する５つの自由パラメータ、すな
わち、位置パラメータを３つ、接線双極子モーメントベクトル（磁気測定におい
て、半径方向の電流は“流れない”状態である）を表すパラメータを１つ、およ
び双極子モーメントの大きさを表すパラメータを１つ用いて、表わすことができ
る。更に、ＥＣＤ表記が使えるようになるためには、比較的大きい信号対雑音（
ＳＮＲ）比が必要である。しかしながら、脳などの特定の器官の場合、狭い機能
部位によって生成される自励信号では、適切なＳＮＲ比を得ることができない（
このことは、脳の場合、対象範囲外の領域においても、脳の機能が果たされてい
るという事実によるためである）。従って、ＳＮＲ比を改善するためには、信号
平均化技法を用いることが必要である。信号平均化技法を使えるようにするため
には、例えば、脳内の対象領域が、連想領域の視野を乏しくしている外部の事象
と正確に同期している必要がある。従って、ＭＥＧ信号およびＥＥＧ信号から高
度な脳の機能を実際に画像化することは、これまでは、（不可能でないにしても
）少なくとも実現が困難であった。最小基準の解においては、何倍もの自由パラ
メータが存在する。センサ（測定値）より多くのパラメータがある場合、その問
題は、不確定となる。
【００１４】 他のある特定の従来技術の手法（例えば、上述のＬＦＳ法）は、通常以下の段
階を含んでいる。 （ｉ）初めに、信号を観測する。 （ｉｉ）観測された信号を、ある係数によって重み付けする。 （ｉｉｉ）活動（例えば、脳の活動）の推定値となる他の信号を導き出す。 この手法では、特定の器官（例えば、脳）の活動（信頼性）が急激に変動するた
めに、より高度な認識機能を評価する場合、値が制限される。
【００１５】 従来技術が持つ上述の制限を取り除くか、あるいは低減できる２乗平均平方根
（ＲＭＳ）電流密度図の測定、推定および表示を行うためのシステムおよび方法
を有することが望まれる。
【００１６】 発明の要約 本発明の目的は、脳の活動を表すＲＭＳ電流密度図の測定、推定および表示を
行うための新規の装置および方法を提供し、これによって、電気生理学的測定値
から発生源活動の分布および強度の推定値を計算するための従来技術の方法が有
する欠点の内、少なくとも１つの欠点を取り除くか、あるいは低減することであ
る。
【００１７】 本明細書において合成開口磁気測定（ＳＡＭ）法と称する本発明のシステムお
よび方法によって、脳の活動の断層撮影画像を得ることができ、また、ＭＥＧお
よび／またはＥＥＧのデータを分析するための既に説明した従来技術の方法とは
根本的に異なるものである。従来技術（例えば、ロビンソン他の特許で示すＥＣ
Ｄ、最小基準法およびＬＦＳ）とは異なり、ＳＡＭは、例えば、脳の活動が評価
される場合、ある時間セグメント（単一の瞬間ではなく）において、ＭＥＧおよ
び／またはＥＥＧのセンサ列からの被測定データを、頭部の指定される位置がい
ずれであってもその位置のＲＭＳ発生源電流密度の推定値に変換する。本発明は
、また、脳の活動を評価する例において、２つ以上の脳活動状態の間で異なる脳
の活動を表示するための方法を提供するものである。この後者のプロセスは、本
明細書において、差動電流密度マッピング（ＤＣＤＭ）と称する。ＤＣＤＭを適
用した場合、個々のＳＡＭ画像は、不連続な時間セグメントに区切られたＭＥＧ
および／またはＥＥＧのデータから導き出される。この時間セグメントは、検査
中の少なくとも２つの精神状態に相当する。各精神状態毎に導き出されたＳＡＭ
画像は、次に、少なくとも２つの精神状態間で異なる脳の位置および強度を表示
するために、ＤＣＤＭを用いて組み合わされる。通常状態の脳の活動は、減算プ
ロセスによって減衰されるため、脳の２つの状態間において異なる脳の活動であ
れば、その位置および相互作用は容易に特定することができる。
【００１８】 従って、本発明の１つの側面において、対象器官（例えば、脳）の周囲に所定
の方法で配置された生体磁気センサの列を用いて、対象器官からの信号に基づき
合成開口磁気測定を行う方法が提供される。この方法では、センサ列の各センサ
は、対象器官（例えば、脳）を包含する共通座標系に対する位置ベクトルおよび
方向ベクトルを有しており、また、本方法には、次の段階が含まれる。
【００１９】 （ｉ）選択された時間間隔において、センサ列に配置された各センサからのＥ
Ｍ信号を同時に測定する段階。 （ｉｉ）選択された時間間隔内のユーザによって選択された副間隔時間中に測
定されたＥＭ信号の共分散マトリクスを計算する段階。
【００２０】 （ｉｉｉ）画像化される対象領域に対する１組の座標およびボクセルの格子を
形成するために、ボクセル間の距離を選択する段階。 （ｉｖ）列センサ中の各センサが有する各ボクセルにおける電流要素に対する
順方向の解を計算する段階。
【００２１】 （ｖ）前記共分散マトリクスおよび前記該ボクセルに対する順方向の解から各
ボクセルに対するＲＭＳ電流密度推定値を計算する段階。 （ｖｉ）ＲＭＳ電流密度を推定するボクセルを第１の画像として表示する段階
。この方法は、ＳＡＭに特有なものである。
【００２２】 このように、本発明においては、以下に示すように、対象器官の周囲に所定の
方法で生体磁気センサを位置決めすることに対して言及する場合、このことは、
センサを対象器官付近、通常、生体表皮外部に配置することを意味するものであ
ることは、当業者によって理解されるであろう。当該技術において知られている
ように、生態磁気センサの感度は、距離と共に急速に低下する（単一磁気計の逆
３乗則、一次グラジオメータの逆４乗則など）。また、異なる発生源を区別する
ために必要な生体磁界の微細な（すなわち、“より高次の”）空間的な形状も距
離と共に衰退する。このことは、生体磁気センサは、実際に可能な限り生体に近
付けて配置しなければならないことを意味している。可能な限り多くの異なる“
全体的な”測定値を得るために充分な数の生体センサを、対象器官の周囲あるい
は付近に配置することが理想的である。更に、対象器官を包含する共通座標系は
、センサ列における各センサの位置ベクトルおよび方向ベクトルに関係している
。対象器官（例えば、脳および他の器官）の磁界は、ベクトル量である。このよ
うな磁界の形状は、各皮質生成部（発生源）の位置および強度に関する情報を伝
達する。この磁界のサンプリングは、位置付けおよび画像化に必要な情報を伝達
するのに充分な、空間的に小さな間隔で、対象器官を可能な限り多く取り囲み実
行しなければならない。
【００２３】 本明細書全体を通して用いているように、“ＥＭ信号”と云う用語は、電気的
に活性な器官のイオン電流から生成された信号を意味するように意図している。
一般に、これらの信号は、生体電気信号、生体磁気信号、またはこれらが組み合
わさった信号である。従って、電気的に活性な器官が脳である場合、ＥＭ信号は
、脳磁気（ＭＥＧ）信号、脳波（ＥＥＧ）信号、またはこれらが組み合わさった
信号である。一方、電気的に活性な器官が心臓である場合、ＥＭ信号は、心電図
（ＥＣＧ）信号、心磁気（ＭＣＧ）信号、またはこれらが組み合わさった信号で
ある。あるいはまた、電気的に活性な器官が目である場合、ＥＭＧ信号は、眼電
図（ＥＯＧ）信号、眼磁気（ＭＯＧ）信号、またはこれらが組み合わさった信号
である。当業者は、本発明において有用なＥＭ信号の正確な命名は、個々の対象
器官によって異なることを理解されるであろう。
【００２４】 更に、本明細書全体を通して用いられているように、“順方向の解”と云う用
語は、数学的にモデル化されたセンサまたは電極の磁界または電位が、数学的に
モデル化された導電性体積内の数学的にモデル化された電流分布に対して示す反
応の計算をするということを意図している。当業者は理解されるように、発生源
からの信号の順方向の固有な解に対しては、閉じた数学的解が存在する。対称的
に、生体電磁気的逆解に対しては、閉じた数学的解や固有の数学的解は存在しな
い。従って、全ての逆解は、順方向の解に依存している。順方向の解に関しては
、Ｊ．サーヴァス（Ｊ．Ｓａｒｖａｓ）による“生体磁気的逆問題に関する数学
的および電磁気学的基礎概念”（物理医学生物学３２：１１−２２（１９８７年
））に詳述している。また、この内容は、参考のために本明細書に引用している
。
【００２５】 本方法には、選択された時間間隔内の２回目のサブ間隔において、段階（ｉｉ
）から（ｖｉ）までを繰り返し、第２のＲＭＳ電流密度画像を生成する段階と、
その第２のＲＭＳ電流密度画像を、ボクセル毎に第１の画像から減算し、第１と
第２との時間枠の間の脳における差異発生源活動を表す第３のＲＭＳ電流密度画
像を形成する別の段階と、が含まれることが好ましい。この好適な実施例は、Ｄ
ＣＤＭに特有なものである。
【００２６】 説明 本発明の方法は、本明細書において、便宜上、合成開口磁気測定（ＳＡＭ）法
と称しているが、これは、通常、無線通信等に使用される合成開口アンテナ列を
構成するために従来用いられている技法に類似するものである。合成開口法では
、アンテナ列を組合せることによって、アンテナの個々の要素を独立に取出した
ものよりも、はるかに指向性が高いアンテナを形成することが可能である。本願
発明者は、本発明の方法は、磁気測定や脳磁気（ＭＥＧ）データ測定に用いても
大きな利点が得られる一方で、脳波（ＥＥＧ）データ測定、あるいは、ＭＥＧお
よびＥＥＧデータ測定を組み合わせた測定にも用い得ることを言及しておく。本
明細書の大部分は、如何にＳＡＭ法を用いて、脳からの磁気信号を測定できるか
について述べたものであるが、本発明の方法は、心臓、神経、平滑筋、骨格筋お
よび分泌器官など、これに限定はしないが、これらを含む生体の電気的に活性な
あらゆる器官からのあらゆる電気測定値および／または磁気測定値に適用可能で
あることは、当業者には、容易に理解されるであろう。ＭＥＧおよびＥＥＧのデ
ータ測定は、特に、脳の電気生理学的データ測定に適しているが、本方法におい
ては、他の電気的に活性な器官からの信号データも用いることができる。上述の
ように、かかるデータの根底を成す信号に対する命名は、特定の対象器官に依存
する。本明細書の大部分において、また、本方法を理解し易くするために、この
開示の骨子は、ＭＥＧデータ測定に関するものであるが、これに限定されるもの
ではない。
【００２７】 複数のＭＥＧおよび／またはＥＥＧのセンサによって構成されたセンサ列から
の測定値にＳＡＭが適用された場合、発生源活動に対するセンサ列の空間選択性
は、個別のセンサの空間選択性より極めて高くなる。本発明の方法の結果は、発
生源の活動の推定値を、電気的脳活動の位置対強度の画像形式で表示するもので
あり、当業者には、“機能的神経画像処理”に含まれる技術として知られている
。機能的神経画像処理は、従来、主にＰＥＴ、ｆＭＲＩおよび単一光子放出式コ
ンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）に用いられてきている。尚、このことに関
しては、編集者：サッチャー（Ｔｈａｔｃｈｅｒ）他、アカデミックプレス社（
１９９４年）による“機能的神経画像処理”（副題：基礎技術）ＩＳＢＮ：０１
２６８５８４５４を参照されたい。また、この内容は、参考のために、本明細書
に引用されている。従って、これらの画像は、健康な状態と病変のある状態両方
の脳の活動分布を示すが、医学的診断ツールとして直接用いることができる。し
かしながら、正常な脳は、その全領域において、活動の度合いが変わるため、言
語、感情、および他の高度な認識機能など特定能力に関する中枢の活動を認識す
ることは困難であることが多い。従って、被検体に刺激を与えることによって、
あるいは、好ましくは性質が一つだけ異なるタスクを実行させることによって、
各々の活動状態の画像を生成することができる。次に、これらの画像は、互いに
減算され同相の脳の活動が除去される。この方法の結果は、選択された認識状態
を代表する脳の活動の画像を表す。
【００２８】 一例として、被検体のＭＥＧは、１度に１語すなわち瞬間露出器のように呈示
される判読不能な言葉を含む物語を読んでいる間に測定する。次に、この脳の活
動の測定値から、２つのＳＡＭ画像を生成する。すなわち、その物語の言葉を認
識する間の脳の活動を示す１つの画像と、判読不能な言葉を認識する間の脳の活
動を示す第２の画像を生成する。脳の活動を示すこれら２つの画像を減算するこ
とによって、両方の状態に共通の活動すなわち“同相”の脳の活動が除去された
第３の“差異画像”が導き出される。この脳の活動を差異画像により表現するこ
とによって、脳のどの部分で読む活動が起こるのかを位置付けることができる。
【００２９】 従って、脳の活動の断層撮影画像を得ることを可能とするＳＡＭ法は、ＭＥＧ
信号および／またはＥＥＧ信号を分析するための上述したこれまでの従来技術の
方法とはおおきく異なる。従来の方法に対して、ＳＡＭは、脳内の指定されたあ
らゆる位置において、単一の瞬間的な時間よりもむしろユーザが選択した時間枠
において、センサ列のデータ測定値をＲＭＳ発生源電流密度の推定値に変換する
ものである。
【００３０】 図１において、本方法を実施するために有用な１４３全頭部生体磁気計システ
ム１００の略図を示す。システム１００には、最も高い感度を得るためのＳＱＵ
ＩＤ（“超伝導量子干渉素子”の略語）検出器および超伝導グラジオメータ・コ
イルが用いられている。システム１００には、支持台１０８によって支持されて
いるデュワー１０４、および、患者の頭部がヘルメット１１６に挿入されている
際、患者を支持する患者支持部１２０が含まれており、また、デュワー１０４は
、その下端部に、頭部の形をしたヘルメット１１６を有する。
【００３１】 更に、デュワー１０４には、ヘルメット１１６の周囲に磁気センサの列１１２
、および、ヘルメット１１６上にある磁気基準センサシステム１２４が含まれて
いる。磁気センサの列１１２には、グラジオメータ・センサ、磁気計センサ、Ｍ
ＥＧセンサおよびそれに類するセンサを含んでも良い。磁気センサの列１１２お
よび基準センサシステム１２４と連動するＳＱＵＩＤ（図示せず）は、デュワー
１０４内において基準センサシステム１２４の上に配置されており、このデュワ
ー１０４は、既設の凍結剤（例えば、低温超伝導体用の液体ヘリウムまたは高温
超伝導体用の液体窒素）が充填されているが、機械的な手段によって冷却しても
良い。磁気センサの列１１２および基準センサシステム１２４の両者から得られ
る測定値は、機械的振動による誤差の影響を受けやすいため、支持台１０８は、
振動を最低限に抑えるように、また比較的高い固有周波数、好ましくは脳信号の
固有周波数の範囲外にある周波数を有するように設計されている。当業者は理解
されるように、当然、磁気センサの列１１２と基準センサシステム１２４を有す
る支持台１０８とデュワー１０４とは、センサ列および生体磁気発生源が異なる
場合、異なる特性を持たせて設計することも可能である。例えば、心臓の測定を
行う場合、ヘルメット１１６を用いる代わりに、胸壁の近くにセンサを移動して
配置された異なる支持台およびデュワーを用いるのが一般的である。このような
システムの設計は、特に限定されるものではなく、当業者にとって、様々な技法
および設計を適用することができる。
【００３２】 使用に当たっては、磁気センサの列１１２および基準センサシステム１２４に
連動するＳＱＵＩＤからの１組の出力信号１１８は、ＳＱＵＩＤの前置増幅器１
３２によって所望のレベルに増幅され、その結果得られる信号１３６は、電子シ
ステム１４０によって処理される。
【００３３】 電子システム１４０には、磁気センサの列１１２と基準センサシステム１２４
によって測定される磁界および磁界の勾配から成る信号１３６を、デジタル値に
変換するための複数のＳＱＵＩＤ制御装置およびアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）
変換装置と、これらデジタル値に対して所望の処理を行うための複数のデジタル
信号処理装置（ＤＳＰ）とが含まれている。システム１００に用いるＤＳＰの選
択は、特に限定されず、当業者の判断に拠る。
【００３４】 一旦、処理が行われると、その結果得られた信号は、ＳＣＳＩインタフェース
などの適切な通信リンクを介して、データ収集用コンピュータ１４４に送信され
、その後、イーサネットインタフェースなどの他の通信リンクを介して、処理用
コンピュータ１４８に送られる。データ収集用コンピュータ１４４と処理用コン
ピュータ１４８は、異なるコンピュータシステムであることが好ましいが、状況
においては、これらを、単一のコンピュータシステムに統合しても良い。
【００３５】 データ収集用コンピュータ１４４と処理用コンピュータ１４８は、例えば、適
切に装備されているＵＮＩＸをベースとしたワークステーション、あるいはアッ
プル社（Ａｐｐｌｅ）製のマッキントッシュ系のマイクロコンピュータの機種な
ど、画像処理ワークステーションの能力を有する適切なコンピュータならば、ど
のようなものでも良い。データ収集用コンピュータ１４４は、ＳＱＵＩＤの調整
と、データの収集および記憶と、刺激システムやＥＥＧシステムなどオプション
の周辺構成要素の制御とを含む幾つかのタスクを実行する。処理用コンピュータ
１４８は、記憶されたデータ、リアルタイム・データあるいは記憶されたデータ
の表示、およびそのデータ分析の結果のオフライン・データ処理を行う。当業者
には明らかであるように、処理用コンピュータ１４８は、生体磁気計からのデー
タを、ＭＲＩまたはＣＡＴ走査などの他のデータと組み合わせ、より直感的に解
釈できる画像表示を行うようにしても良い。
【００３６】 更に、ＥＥＧまたは他の対象データは、磁気センサの列１１２および基準セン
サシステム１２４によって得られる測定値と同時に収集されるようにしても良く
、また、例えば、電子システム１４０が、このような入力値を受けられる６４追
加チャネルを含んでも良い。
【００３７】 図２は、ヘルメット１１６、磁気センサの列１１２、基準センサシステム１２
４およびデュワー１０４の一部をより詳しく示す図である。同図に示すように、
ヘルメット１１６は、２つの間隔を空けて略平行に配置された壁１４９、１５０
によって形成されている。磁気センサの列１１２を構成する一連の個々のセンサ
・グラジオメータ１５２は、平行な壁１４９、１５０に隣接する液体ヘリウム槽
内に配置されている。壁１４９は、人の頭を収容するように成形されている。ヘ
ルメット１１６は、各センサ１５２がヘルメットの中に収容される人の頭の表面
に確実に近接して配置されるように成形されている。ヘルメット１１６を様々な
人の頭に確実に合せようとする試みの過程において、人種が異なっても使えるこ
とを目的とする生体磁気計システムの場合、人体測定線に沿えば、異なるヘルメ
ットを構成できることが分かっている。
【００３８】 ヘルメット１１６は、センサ列に対して頭部の位置と頭部枠座標系を決定する
何らかの手段と組み合わせて使用される。例えば、当該技術において、“ヘッド
コイル”としても知られている複数（例えば３つ）の小型のコイルを、両面粘着
テープを用いて、それぞれ頭の複数の基準点（例えば、図４に示すように、ナジ
オン（ＮＡＳ）、左耳介前方（ＬＰＡ）点および右耳介前方（ＲＰＡ）点）に貼
り付ける。頭の座標が測定される際には、ヘッドコイルには、電子システム１４
０のデジタル−アナログ変換器によって生成された小さなＡＣ電流が、それぞれ
異なる周波数で同時に通電される。ＭＥＧおよび基準センサは、コイルによって
放射されるＡＣ磁界を測定するために用いられる。その後、センサ列座標に対し
て、各ヘッドコイルの位置に対する正確な逆解を計算することができる。頭部の
他のあらゆる座標、例えば、ＥＥＧ電極の座標を決定できるように、別のヘッド
コイル（すなわち、元々３つのコイルを用いている場合、４番目のコイル）を通
電することもできる。
【００３９】 本発明を実施するために有用なシステムに関しては、既刊の国際出願特許申請
番号ＷＯ９６／４１２０９［ヴィルバ（Ｖｒｂａ）、他］において更に詳細に記
載されており、この内容は、参考のために、本明細書に引用している。
【００４０】 本方法は、処理用コンピュータ１４８（図１）または補助コンピュータ（図示
せず）で実施するのが都合が良い。次に図３において、本発明の方法を表すフロ
ーチャート全体を１０で示してある。図３に示すように、この方法の第１段階は
、観測下にある器官からＥＭ信号を得ることである（ブロック１４）。既に述べ
たように、器官の電気的な活動を表すデータは、生体磁気センサ（例えば、ＭＥ
Ｇ、ＭＣＧ、ＭＯＧ等）、または生体電気センサ（例えば、ＥＥＧ、ＥＣＧ、Ｅ
ＯＧ等）のいずれか一方を用いて、あるいは、両方の形式のセンサを用いて測定
される。また、後に明らかにするように、これらセンサは、基準センサなどの周
辺の生体磁気的な、また生体電気的な信号を検出する手段、並びに頭部局所化（
例えば、対象器官が脳である場合）として知られるセンサに対して、頭部の座標
を測定する手段を含む。本発明の方法を実施する場合、データは、随意、基準セ
ンサと組合せて、センサ列中の複数のセンサによって同時に測定される。更に、
データは、測定サンプル周波数によって決定される離散的かつ規則的な時間間隔
で測定される。更に、ＳＡＭ法は、多数の時間間隔に対する標本時間等、あらゆ
る標本時間に適用することができる。時間間隔は、通常、検査の条件およびオペ
レータによって決定され、また、対象器官の少なくとも一状態で適切に測定がで
きるだけの充分な長さがなければならない。
【００４１】 この検査の正確な条件は、評価される対象器官に、少なくとも一部依存する。
例えば、対象器官が脳である場合、検査の条件に、“物体命名”言語パラダイム
が含まれていても良い。“物体命名”言語パラダイムにおいて、物体には、物体
の所定の画像数（例えば、１２０画像）が含まれており、１度に１画像、被検体
に呈示される。被検体は、画像が呈示されると直ぐに、各物体の名前を言うよう
に指示を受ける。物体の各画像が被検体に呈示される毎に、発声前の所定の時間
間隔（例えば、１秒）、ＭＥＧデータから（以下において詳細に説明するように
）“活性状態の共分散”が計算される。また、物体の各画像が被検体に呈示され
る毎に、発声が終了した後、所定の時間間隔（例えば、１秒）、ＭＥＧデータか
ら（以下において詳細に説明するように）“制御状態”の共分散が計算される。
従って、このデータは、あらゆる論理的な方法で分割し、脳の活動が共通状態に
ある多数の間隔を含み、脳の活動の間隔を区別しても良い。
【００４２】 ある状況下で、本願発明者は、ＣＴＦ・システムズ社（ＣＴＦ Ｓｙｓｔｅｍ
ｓ，Ｉｎｃ．TM）の１４３−チャネル全皮質性ＭＥＧシステムを用い、データ測
定用のホストコンピュータとして、ヒューレット・パッカード社（Ｈｅｗｌｅｔ
ｔ−Ｐａｃｋａｒｄ）の型式Ｃ−１００ＵＮＩＸワークステーションを用いた。
しかしながら、当業者には明らかであるように、他のＭＥＧおよびコンピュータ
システムを用いて、同じような成果を上げることができる。
【００４３】 図３のブロック１８において、センサ列中の各センサの位置は、観測される器
官を基準として決定される。この場合、センサおよび器官の位置は共に、共通座
標系に対して表現される。ブロック１８の実施の一例として、検査される器官が
人の脳である場合として、図４を参照する。本例においては、上記において挙げ
た全皮質性ＭＥＧシステムが用いられており、その座標系は、“頭部の枠”に設
定されている。ＭＥＧシステム特有の事情で、頭部の枠は、（上記で述べたよう
に）頭部の３つの基準印に基づく座標系である。これらは、具体的には、ナジオ
ン（ＮＡＳ；すなわち鼻梁が額と出会う窪み点）および左右の耳介前方点（それ
ぞれＬＰＡおよびＲＰＡ；すなわち耳道の前方にある点）である。これらの目印
を用いて、次のように、座標系を定義する。
【００４４】 （ｉ）Ｙ軸は、２つの耳介前方点を結ぶ線によって定義する。 （ｉｉ）Ｘ軸は、ナジオンとＹ軸とを結ぶ線で、Ｙ軸に垂直な軸（すなわち、
必ずしも２つの耳介前方点の中央にある点ではない）として定義する。 （ｉｉｉ）Ｚ軸は、原点において、ＸＹ面に垂直な軸として定義する。 頭部の枠の原点は、３つの主軸の交点にある。他の基準点（外部または内部の点
）に基づく他の座標系も頭部に対して存在し、互いに整合性がある限り、用いて
良い。初めは、センサ座標は、基準“ヘルメット”枠内においてのみ既知である
。基準点は、この基準“ヘルメット”枠を基準にして測定される。一旦、基準点
の位置が決定されると、頭部の枠が構成され、センサは、頭部基準枠へと変換さ
れる。ＭＥＧまたはＥＥＧのセンサによって検出される信号は、（ｉ）センサ、
（ｉｉ）発生源生成部（ｉｉｉ）、および、干渉を行う導電性媒体（例えば、脳
、頭蓋骨、頭皮、等）の相対的な位置とベクトルに依存しているため、脳および
センサに対して共通の基準の枠を設けることが重要である。
【００４５】 図４に示すように、複数のセンサ１５２ａから１５２ｎは、頭の周辺に所定の
方法で位置付けされる。図１および図２を参照して上記で述べたように、複数の
センサは、各センサ１５２の幾何学的関係および方向を知ることができるように
、被検体によって着用されるヘルメットに取り付けられている。図４においては
、Ｘ、ＹおよびＺ軸によって表わされる座標系を示してあり、また、原点は、測
定に望ましい近位点を適当に選択してある。当業者は理解されるように、この座
標系は、本来、必ずしもデカルト座標系である必要はなく、この特定の用途に適
する他のどのようなシステムでも良い。図４に示すように、複数のセンサ１５２
ａ…ｎの各位置は、原点を基準として、ベクトルｒiによって位置を特定するこ とができる。各センサの方向を表すベクトルは、ｎiと表記されている。
【００４６】 次に、図３において、所望の対象領域（ＲＯＩ）内において測定されたデータ
をボクセル画像列にマッピングする場合、ボクセル間の空間が選択され、座標系
（ブロック２２）を基準とするＲＯＩ内にボクセルの格子が形成される。図４に
示すように、全てのボクセルの位置は、座標系の原点からの大きさおよび方向の
両方を有するベクトルｒ0によって位置を特定することができる。従って、ｒ0に
おける電流ベクトルは、ｕ0である。この段階は、図３のブロック２６に相当す る。各ボクセルにおける電流ベクトルは、解剖学的制約を用いることによって、
最も正確に決定される。例えば、脳における皮質性の活動による発生源電流は、
局所的な皮質表面上の各点に対して垂直方向に流れることが知られている。この
ベクトルデータは、頭部の磁気共鳴画像（ＭＲＩ）またはコンピュータ断層撮影
（ＣＴ）等の解剖学的画像から得ることができる。このことは、この画像がＳＡ
Ｍ法の用途として決定された共通座標系に変換されることを前提にしている。解
剖学的画像がない場合、当業者には明らかであるように、電流ベクトルは、ｕに
関して、各ボクセルにおける電流密度の極大値を検索することによって推定する
ことができる。
【００４７】 再度図３のブロック３０において、生体電気センサによって測定された電位デ
ータおよび／または生体磁気センサによって測定された磁界データに対する単位
発生源電流当たりの順方向の解が計算される。標本時間ｋにおいて、センサ雑音
を無視した場合のセンサ列中の各センサによって測定されるデータは、次の式に
よって与えられる。
【００４８】
【数１】 ここで、Ｊ（ｒ）は、頭部Ωの全導電性領域中の発生源電流の分布であり、Ｇi （ｒ）は、ｉ番目のセンサの感度パターンであり、これは、グリーン関数として
も知られている。この関数は、ＳＱＵＩＤ（超電動量子干渉素子）磁気計または
グラジオメータなどの磁気センサや頭皮に付ける電極の内、いずれかに適用され
る。式１は、順方向の解を表す一般式ではあるが、解くのは容易ではない。実用
的には、グリーン関数によって、電流密度の大きさと範囲、電流が流れる導電性
媒体とその範囲の境界、およびセンサの幾何学的構成と位置などの因子を説明す
る。
【００４９】 当該技術においては、実用的な順方向の解が知られている。これらの公開され
た研究の例を幾つか挙げれば通りである。“自由空間における電流双極子”（ビ
オ・サバールの法則）および“等質導電球体における電流双極子”（例えば、生
物物理ジャーナル１３：９１１−９２５（１９７３年）に掲載されたグラインツ
パン［Ｆ．Ｇｒｙｎｚｐａｎ］とゲゼルウィッツ［Ｄ．Ｇ．Ｇｅｓｅｌｏｗｉｔ
ｚ］による“心電磁図のモデル研究”および物理医学生態学３２：１１−２２（
１９８７年）に掲載されたＪ．サーヴァス（Ｊ．Ｓａｒｖａｓ）による“生体磁
気的逆問題の数学的および電磁的基礎概念”を参照のこと）があり、両者の内容
は、参考として本明細書に引用している。また、“有限メッシュ（例えば、サー
ヴァスの研究を参照のこと）によって境界を定められた均質導電性領域における
電流双極子”が挙げられる。また “各々異なる導電率を有する多数の同心円状
球体における電流双極子”（例えば、ブロウディ［Ｄ．Ａ．Ｂｒｏｄｙ］、テリ
ー［Ｆ．Ｈ．Ｔｅｒｒｙ］およびアイデカ［Ｅ．Ｉｄｅｋｅｒ］による“球状媒
体における偏心円状双極子、表面電極の一般式”（ＩＥＥＥ生体工学に関する紀
要、ＢＭＥ−２０：１４１，１４３）があり、この内容は参照のために、本明細
書に引用してある。通常、全空間における電流密度Ｊ（ｒ）を知る必要があるが
、電流双極子モデルによって、単に「空間の一つの点を除き全領域で電流密度が
ゼロである」という単純な仮定を用いることができる。自由空間における電流双
極子の例外はあるが、既に述べた様々な順方向の解モデルは、複数の区画を有す
ることもあるが、有界均質導電性空間を利用するものである。更に、これらは、
生体の様々な器官および様々な組織構造から成る実際の媒体を単純化したもので
ある。より細かいレベルで捉えると、例えば、血管の内部とそれを取り巻く組織
の間の導電性は、急激に変動する。しかしながら、本発明の方法は、巨視的なレ
ベルでデータを測定するために、これらの影響は、平均化される傾向がある。従
って、各組織の区画における導電性が均一であるという仮定によって、正確な順
方向の解が導き出される。
【００５０】 再び、図３のブロック３４において、オペレータは、随意、測定された生態電
気データおよび／または生体磁気データのフィルタリングを行い、対象とする選
択された周波数帯を有するデータとする。特に、脳の活動の分布は、周波数によ
って異なることがあるため、特定の周波数帯において、脳の活動の画像を調査す
ることは有用なことである。このため、例えば、収集されたデータを、２次のデ
ジタル帯域通過フィルタを用いて、別個の周波数帯に分割することがある。ある
状況においては、例えば、口や目等の動きによる人為的な影響を分離するために
、データにフィルタリングを施すことが好ましい。また、このフィルタリングは
、各周波数帯において多少異なる発生源が現れることがあるという観測によって
も正当化されている。
【００５１】 次に、オペレータは、所定の時間間隔内に少なくとも１つの時間枠を選択する
が、この所定の時間間隔内にデータが分析され（ブロック３８）、また、その間
に画像が構成される。ブロック４２において、随意フィルタリングされ、さらに
セグメント化されたデータを用い、測定されたデータの共分散が計算される。こ
の共分散マトリクスの各要素は、次の式によって与えられる。
【００５２】
【数２】 ここで、ｉ，ｊ＝１，２，…，Ｍであり、平均信号は、次の式で従来通り計算さ
れる。
【００５３】
【数３】 上式は、データｍの共分散を計算するために用いられ、また、性質上、生体電
気あるいは生体磁気の両方の被測定データに用いられる。Ｍ個のチャネルの場合
、共分散マトリクスの大きさは、ＭｘＭとなる。共分散は、あらゆる時間枠ある
いは該当する時間間隔内の複数の時間枠における時間積分として計算される。実
際の測定値には、センサに起因するＤＣオフセットが含まれ、このため電気生理
学的測定値の一部ではないことがあるため、相関マトリクスＲよりも、平均信号
が取り除かれた共分散が好ましい。
【００５４】 図３のブロック４６において、次に、ブロック３０および４２の結果が組合さ
れ、ボクセルＲＭＳ電流密度の推定値が計算される。座標ｒ0におけるこの平均 ＲＭＳ電流密度は、全て、次の線形代数関係式によって表される。
【００５５】
【数４】 ここで、ｒ0は、選択された３次元座標であり、ｕ0は、図４に照らし合わせ既
に説明したように、ｒ0における単位電流ベクトルである。Ｃは、測定値の共分 散マトリクスであり、Ｓは、全測定値のセンサ雑音の非相関分散であり、また、
μは、電流密度推定値の雑音と空間選択性間のトレードオフを制御するために選
択された正規化パラメータである。このマトリクス表記において、Ｇ（下付き文
字なし）は、全てのセンサ（すなわち、Ｇ＝Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3，…ＧM）のグリーン
関数を指し、上付き文字“Ｔ”は、マトリクスの転置を指している。マトリクス
およびベクトル変数は、太字によって表されている。与えられた如何なる座標ｒ 0 においても、電流の方向を規定するベクトルｕ0は、例えば、被検体の脳のセグ
メント化されたＭＲＩまたはＣＴ画像から抽出された大脳皮質の表面上の点に対
して垂直なベクトルを用いて選択することができる。式３の結果は、ｒ0に位置 するボクセルのＲＭＳ電流密度に対するＳＡＭの解であり、電流（単位）ベクト
ルの方向ｕ0を有している。
【００５６】 他の選択可能な方法は、各位置ｒ0においてＲＭＳ電流密度を最大化する角度 ｕ0を探すことであるが、これは、単に近似値としてのみ有用である。 ある指定された時間期間におけるＭＥＧ測定値および／またはＥＥＧ測定値の
式３によるＲＭＳ電流への直接的な変換は、式１からによる測定値を共分散の式
２へ代入することによって解るが、この結果は、次の式によって近似される。
【００５７】
【数５】 角括弧内の量は、従来、“グラムシュミット・マトリクス”と呼ばれており、
逆問題の線形代数において頻出するものである。これは、通常、全ての潜在的な
発生源のアプリオリモデルを用いて計算される。ここでは、測定値の共分散は、
測定値の元になった電流密度の二乗平均によって重み付けされたグラムシュミッ
ト・マトリクスと等しいことが解かる。従って、共分散を用いることによって、
逆算を行うための発生源のアプリオリモデルを用いる必要性がなくなる。
【００５８】 通常、脳の自励信号は、信号を平均化することなく収集されることが好ましい
。相関マトリクスまたは共分散マトリクスは、ある時間間隔、または測定された
信号の一部または全体から選択された間隔にある信号から計算される。他の選択
肢として、共分散を計算する前に、センサ列からの信号は、被検体に投与される
刺激と同期させて平均化しても良く、あるいは、被検体がスイッチを押すなどの
外部の事象によってトリガをかけても良い。この刺激は、視覚的なもの、聴覚に
よるもの、あるいは体知覚的なもののいずれであっても良い。
【００５９】 その後、ＲＭＳ電流密度を推定するボクセルが、１次画像または２次画像とし
て、例えば、モニタ上に表示される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法を実施するために有用な多チャンネルの生体磁力計
システムを示す図である。
【図２】 図１の生体磁力計システムに用いるヘルメット、センサアレイお
よび基準システムの構成を示す断面図である。
【図３】 本発明の一実施例の方法を示すフローチャートである。
【図４】 本発明における座標、ベクトル、センサシステムの間の関係を示
す略図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１１年１２月２２日（１９９９．１２．２２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】 上述の従来技術の多くは、Ｂ．クレイマー［Ｂ．Ｋｒａｍｅｒ］によって編集
された“基礎および応用物理学における測定度量学の技術”（１９８８年）の中
の、マンフリッド・ホーク［Ｍａｎｆｒｉｅｄ Ｈｏｋｅ］による“ＳＱＵＩＤ
に基づく測定技法”に説明されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２４】 更に、本明細書全体を通して用いられているように、“順方向の解”と云う用
語は、数学的にモデル化されたセンサまたは電極の磁界または電位が、数学的に
モデル化された導電性体積内の数学的にモデル化された電流分布に対して示す反
応の計算をするということを意図している。当業者は理解されるように、発生源
からの信号の順方向の固有な解に対しては、閉じた数学的解が存在する。対称的
に、生体電磁気的逆解に対しては、閉じた数学的解や固有の数学的解は存在しな
い。従って、全ての逆解は、順方向の解に依存している。順方向の解に関しては
、Ｊ．サーヴァス（Ｊ．Ｓａｒｖａｓ）による“生体磁気的逆問題に関する数学
的および電磁気学的基礎概念”（物理医学生物学３２：１１−２２（１９８７年
））に詳述している。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２７】 複数のＭＥＧおよび／またはＥＥＧのセンサによって構成されたセンサ列から
の測定値にＳＡＭが適用された場合、発生源活動に対するセンサ列の空間選択性
は、個別のセンサの空間選択性より極めて高くなる。本発明の方法の結果は、発
生源の活動の推定値を、電気的脳活動の位置対強度の画像形式で表示するもので
あり、当業者には、“機能的神経画像処理”に含まれる技術として知られている
。機能的神経画像処理は、従来、主にＰＥＴ、ｆＭＲＩおよび単一光子放出式コ
ンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）に用いられてきている。尚、このことに関
しては、編集者：サッチャー（Ｔｈａｔｃｈｅｒ）他、アカデミックプレス社（
１９９４年）による“機能的神経画像処理”（副題：基礎技術）ＩＳＢＮ：０１
２６８５８４５４を参照されたい。従って、これらの画像は、健康な状態と病変
のある状態両方の脳の活動分布を示すが、医学的診断ツールとして直接用いるこ
とができる。しかしながら、正常な脳は、その全領域において、活動の度合いが
変わるため、言語、感情、および他の高度な認識機能など特定能力に関する中枢
の活動を認識することは困難であることが多い。従って、被検体に刺激を与える
ことによって、あるいは、好ましくは性質が一つだけ異なるタスクを実行させる
ことによって、各々の活動状態の画像を生成することができる。次に、これらの
画像は、互いに減算され同相の脳の活動が除去される。この方法の結果は、選択
された認識状態を代表する脳の活動の画像を表す。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３９】 本発明を実施するために有用なシステムに関しては、既刊の国際出願特許申請
番号ＷＯ９６／４１２０９［ヴィルバ（Ｖｒｂａ）、他］において更に詳細に記
載されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４５】 図４に示すように、複数のセンサ１５２ａから１５２ｎは、頭の周辺に所定の
方法で位置付けされる。図１および図２を参照して上記で述べたように、複数の
センサは、各センサ１５２の幾何学的関係および方向を知ることができるように
、被検体によって着用されるヘルメットに取り付けられている。図４においては
、Ｘ、ＹおよびＺ軸によって表わされる座標系を示してあり、また、原点は、測
定に望ましい近位点を適当に選択してある。当業者は理解されるように、この座
標系は、本来、必ずしもデカルト座標系である必要はなく、この特定の用途に適
する他のどのようなシステムでも良い。図４に示すように、複数のセンサ１５２
ａ…ｎの各位置は、原点を基準として、ベクトルｒiによって位置を特定するこ とができる。各センサの方向を表すベクトルは、ｕiと表記されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４６】 次に、図３において、所望の対象領域（ＲＯＩ）内において測定されたデータ
をボクセル画像列にマッピングする場合、ボクセル間の空間が選択され、座標系
（ブロック２２）を基準とするＲＯＩ内にボクセルの格子が形成される。図４に
示すように、全てのボクセルの位置は、座標系の原点からの大きさおよび方向の
両方を有するベクトルｒ0によって位置を特定することができる。従って、ｒ0に
おける電流ベクトルは、ｊ0であり、単位長電流ベクトルｎ０に対応する。この 段階は、図３のブロック２６に相当する。各ボクセルにおける電流ベクトルは、
解剖学的制約を用いることによって、最も正確に決定される。例えば、脳におけ
る皮質性の活動による発生源電流は、局所的な皮質表面上の各点に対して垂直方
向に流れることが知られている。このベクトルデータは、頭部の磁気共鳴画像（
ＭＲＩ）またはコンピュータ断層撮影（ＣＴ）等の解剖学的画像から得ることが
できる。このことは、この画像がＳＡＭ法の用途として決定された共通座標系に
変換されることを前提にしている。解剖学的画像がない場合、当業者には明らか
であるように、電流ベクトルは、ｕに関して、各ボクセルにおける電流密度の極
大値を検索することによって推定することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４９】 当該技術においては、実用的な順方向の解が知られている。これらの公開され
た研究の例を幾つか挙げれば通りである。“自由空間における電流双極子”（ビ
オ・サバールの法則）および“等質導電球体における電流双極子”（例えば、生
物物理ジャーナル１３：９１１−９２５（１９７３年）に掲載されたグラインツ
パン［Ｆ．Ｇｒｙｎｚｐａｎ］とゲゼルウィッツ［Ｄ．Ｇ．Ｇｅｓｅｌｏｗｉｔ
ｚ］による“心電磁図のモデル研究”および物理医学生態学３２：１１−２２（
１９８７年）に掲載されたＪ．サーヴァス（Ｊ．Ｓａｒｖａｓ）による“生体磁
気的逆問題の数学的および電磁的基礎概念”を参照のこと）がある。また、“有
限メッシュ（例えば、サーヴァスの研究を参照のこと）によって境界を定められ
た均質導電性領域における電流双極子”が挙げられる。また “各々異なる導電
率を有する多数の同心円状球体における電流双極子”（例えば、ブロウディ［Ｄ
．Ａ．Ｂｒｏｄｙ］、テリー［Ｆ．Ｈ．Ｔｅｒｒｙ］およびアイデカ［Ｅ．Ｉｄ
ｅｋｅｒ］による“球状媒体における偏心円状双極子、表面電極の一般式”（Ｉ
ＥＥＥ生体工学に関する紀要、ＢＭＥ−２０：１４１，１４３）がある。通常、
全空間における電流密度Ｊ（ｒ）を知る必要があるが、電流双極子モデルによっ
て、単に「空間の一つの点を除き全領域で電流密度がゼロである」という単純な
仮定を用いることができる。自由空間における電流双極子の例外はあるが、既に
述べた様々な順方向の解モデルは、複数の区画を有することもあるが、有界均質
導電性空間を利用するものである。更に、これらは、生体の様々な器官および様
々な組織構造から成る実際の媒体を単純化したものである。より細かいレベルで
捉えると、例えば、血管の内部とそれを取り巻く組織の間の導電性は、急激に変
動する。しかしながら、本発明の方法は、巨視的なレベルでデータを測定するた
めに、これらの影響は、平均化される傾向がある。従って、各組織の区画におけ
る導電性が均一であるという仮定によって、正確な順方向の解が導き出される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５５】
【数４】 ここで、ｒ0は、選択された３次元座標であり、ｎ0は、図４に照らし合わせ既
に説明したように、ｒ0における単位電流ベクトルである。Ｃは、測定値の共分 散マトリクスであり、Ｓは、全測定値のセンサ雑音の非相関分散であり、また、
μは、電流密度推定値の雑音と空間選択性間のトレードオフを制御するために選
択された正規化パラメータである。このマトリクス表記において、Ｇ（下付き文
字なし）は、全てのセンサ（すなわち、Ｇ＝Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3，…ＧM）のグリーン
関数を指し、上付き文字“Ｔ”は、マトリクスの転置を指している。マトリクス
およびベクトル変数は、太字によって表されている。与えられた如何なる座標ｒ 0 においても、電流の方向を規定するベクトルｎ0は、例えば、被検体の脳のセグ
メント化されたＭＲＩまたはＣＴ画像から抽出された大脳皮質の表面上の点に対
して垂直なベクトルを用いて選択することができる。式３の結果は、ｒ0に位置 するボクセルのＲＭＳ電流密度に対するＳＡＭの解であり、電流（単位）ベクト
ルの方向ｎ0を有している。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５６】 他の選択可能な方法は、各位置ｒ0においてＲＭＳ電流密度を最大化する角度 ｎ0を 探すことであるが、これは、単に近似値としてのみ有用である。 ある指定された時間期間におけるＭＥＧ測定値および／またはＥＥＧ測定値の
式３によるＲＭＳ電流への直接的な変換は、式１からによる測定値を共分散の式
２へ代入することによって解るが、この結果は、次の式によって近似される。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ， ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (71)出願人 15−1750 ＭｃＬｅａｎ Ａｖｅｎｕｅ， Ｐｏｒｔ Ｃｏｑｕｉｔｌａｍ，Ｂｒｉｔ ｉｓｈ Ｃｏｌｕｍｂｉａ，ＣＡＮＡＤＡ Ｖ３Ｃ １Ｍ９ Ｆターム(参考） 4C027 AA03 AA10 EE01 FF02 GG00 HH11 HH13 KK01 【要約の続き】 動の評価に対して、特に有用である。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対象器官の周辺に所定の方法で配置された生体磁気センサ列
    を用いて、対象器官からの信号に対して合成開口磁気測定を行う方法であって、
    センサ列の各センサは、対象器官を包含する共通座標系を基準とする位置ベクト
    ルおよび方向ベクトルを有し、前記方法には、 （ｉ）選択された時間間隔において、センサ列に配置された各センサからのＥ
    Ｍ信号を同時に測定する段階と、 （ｉｉ）選択された時間間隔内におけるユーザによって選択された副間隔時間
    に渡り、測定されたＥＭ信号の共分散マトリクスを計算する段階と、 （ｉｉｉ）画像化される対象領域に対する１組の座標、およびボクセルの格子
    を形成するためにボクセル間の距離を選択する段階と、 （ｉｖ）列センサ中の各センサに対する各ボクセルにおいて電流要素に対する
    順方向の解を計算する段階と、 （ｖ）前記ボクセルに対する共分散マトリクスおよび順方向の解から、各ボク
    セルに対してＲＭＳ電流密度推定値を計算する段階と、 （ｖｉ）ＲＭＳ電流密度を推定するボクセルを第１の画像として表示する段階
    と、が含まれることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記器官は、脳であることを特徴とする請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 前記ボクセルは、デカルト座標を形成するために間隔を空け
    て配置されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記ＥＭ信号は、脳磁気（ＭＥＧ）信号であることを特徴と
    する請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記ＥＭ信号は、脳波（ＥＥＧ）信号であることを特徴とす
    る請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記ＥＭ信号は、ＭＥＧ信号とＥＥＧ信号を組合せた信号で
    あることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 段階（ｉｉ）に先立ち、さらに、前記ＥＭ信号にフィルタリ
    ングを施し、指定された対象の周波数帯域の信号にする段階を含むことを特徴と
    する請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記段階（ｉｉ）から段階（ｖｉ）を繰り返す段階をさらに
    含み、これによって、選択された第２の時間間隔の範囲において、第２のＲＭＳ
    電流密度を計算し、また、前記第１の画像から、ボクセル毎に、前記第２のＲＭ
    Ｓ電流密度を減算し第３の差異画像を生成することを特徴とする請求項１に記載
    の方法。
  9. 【請求項９】 前記第１のＲＭＳ電流密度画像は、前記器官の解剖学的構造
    を基準にして表示されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記第２のＲＭＳ電流密度画像は、前記器官の解剖学的構
    造を基準にして表示されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記第３の差異画像は、前記器官の解剖学的構造を基準に
    して表示されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 電気的に活性な器官に対して合成開口磁気測定を行う方法
    であって、 （ｉ）前記器官の周辺に配置されたセンサ列から複数のＥＭ信号を同時に測定
    する段階と、 （ｉｉ）前記センサ列と共通の基準枠にある器官の位置を測定する段階と、 （ｉｉｉ）選択された第１の時間間隔の範囲に渡って、前記信号の共分散マト
    リクスを計算する段階と、 （ｉｖ）画像化される対象領域の１組の座標、およびボクセルの格子を形成す
    るためにボクセル間の距離を選択する段階と、 （ｖ）各センサ電流ベクトルを有する前記各ボクセルにおいて、前記センサ列
    中の各センサに対する順方向の解を計算する段階と、 （ｖｉ）各ボクセルに対してＲＭＳ電流密度推定値を計算する段階と、 （ｖｉｉ）ＲＭＳ電流密度を推定する前記ボクセルを第１の画像として表示す
    る段階と、が含まれることを特徴とする方法。
  13. 【請求項１３】 前記器官は、脳であることを特徴とする請求項１２に記載
    の方法。
  14. 【請求項１４】 前記ボクセルは、デカルト座標格子を形成するために間隔
    を空けて配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
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