JP2007181564A

JP2007181564A - 生体計測装置および生体計測方法

Info

Publication number: JP2007181564A
Application number: JP2006001695A
Authority: JP
Inventors: Masao Omi; 政雄近江
Original assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Current assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Priority date: 2006-01-06
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2007-07-19

Abstract

【課題】ＭＥＧによるデータをＭＲＩ画像上に正しく重ねる。
【解決手段】第１マーカ１０は、被験者の頭部に複数個取り付けられる。生体計測装置の撮像部は、第１マーカ１０が取り付けられた状態で脳を撮像し、第１マーカ１０が投影されたＭＲＩ画像を取得する。第２マーカ２０は、被験者の頭部に取り付けられ、自ら磁場を発生させる。生体計測装置の磁場計測部は、第１マーカ１０が取り付けられていた位置に第２マーカ２０を取り付けた状態で、磁場計測部は、ＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interfarence Device）により脳の神経活動にともなって発生する磁場の強度を計測する。一部の第１マーカ１０と第２マーカ２０は耳穴へ挿入可能に形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、人体から発生する磁場を計測する技術に関し、主には、脳の神経活動にともなって発生する磁場を計測する技術、に関する。

一般的に「脳磁計」とよばれるＭＥＧ（Magnetoencephalography）は、超伝導量子干渉素子（SQUID:Superconducting Quantum Interference Device）により、脳の神経活動にともなって発生する微弱磁場を頭皮上から計測できる。ＭＥＧは、計測精度において優れており、知覚や感情、学習、言語等の高次な脳機能を解明するためのツールとして期待されている。
特開２００４−１６００８５号公報

しかし、ＭＥＧは、磁場が脳のどの部位から発生しているかを正確に特定するのは苦手である。これに対し、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）は、磁気共鳴の原理により脳の内部を画像化する機能を備える。そこで、ＭＥＧによって、脳から発生する磁場の強度分布を示す磁場分布データを取得し、これをＭＲＩによって得られる脳の画像上に重ね合わせれば、脳のどの部位からどの程度の磁場が発生しているかを視覚的に特定しやすくなる。この位置合わせは、通常、以下の様な方法によってなされる。

１．被験者の頭部の所定位置にビタミンＥ錠剤などの水分を含むマーカ（以下、「第１マーカ」とよぶ）を取り付ける。そして、この状態でＭＲＩにより脳の内部を撮像する。このとき、ＭＲＩは第１マーカ内の水分を検出するので、ＭＲＩ画像中には第１マーカが投影される。
２．次に、被験者の頭部の同じ位置に、電磁コイルによって磁場を発生させる別種のマーカ（以下、「第２マーカ」とよぶ）を取り付ける（なお、第１マーカと第２マーカをまとめていうときには、単に、「マーカ」とよぶ）。そして、この状態でＭＥＧにより磁場分布データを取得する。このとき、ＭＥＧは、第２マーカが発生する磁場も検出するので、磁場分布データ中には第２マーカが発生する磁場が投影される。
３．磁場分布データ中に現れている第２マーカの位置とＭＲＩ画像中に現れている第１マーカの位置が一致するように、磁場分布データをＭＲＩ画像中に重ね合わせれば、脳から発生する磁場の強度分布と脳の部位の位置関係を特定できる。いわば、マーカの位置が磁場分布データとＭＲＩ画像を重ね合わせるための基準点となっている。

磁場分布データとＭＲＩ画像を正しく重ね合わせるためには、第１マーカと同じ位置に第２マーカが取り付けられなければならない。通常、第１マーカおよび第２マーカはそれぞれ複数個が頭部に取り付けられ、それらの取り付け位置は、頭のある程度ばらけた各部に設定される。典型的には、マーカは、額に３個、口を開けたときに生じる左右のくぼみ（以下、単に「くぼみ」とよぶ）に１個ずつ、計５個が配置される。本発明者は、このような配置方法においては、特に「くぼみ」に設置されるマーカの位置を一致させるのが困難な点を課題として認識した。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、人体から発生する磁場を計測するときに、その発生部位を正確に特定するための技術、を提供することにある。

本発明のある態様は、人体の内部状態を計測するための装置である。
この装置は、第１マーカと第２マーカという２種類のマーカを使用する。第１マーカと第２マーカは耳穴へ挿入可能に形成されている。
この装置は、人体頭部に第１マーカを取り付けた状態で人体頭部の内部を撮像し、第１マーカが投影された撮像画像を取得する。次に、第１マーカが取り付けられていた位置と同じ位置に自ら磁気を発生させる第２マーカを取り付けた状態で、人体頭部の内部から発生する磁気の分布状態を計測する。

耳穴に、いわば、イヤフォンや耳栓のような形状にてマーカを設置するので、「くぼみ」にくらべてマーカを安定して取り付けやすい。また、「くぼみ」と異なり、耳穴の方が取り付け位置を特定しやすいため、第１マーカと第２マーカの位置を一致させやすくなる。

本発明によれば、人体から発生する磁場を計測するときに、その発生部位を正確に特定しやすくなる。

図１は、ＭＥＧの基本原理を説明するための模式図である。
脳内には数億ともいわれる神経細胞があり、神経細胞の興奮によって脳は情報処理を行っている。神経興奮にともなって軸索３０からシナプス間隙３２、細胞体３４に向けての電位が変化すると、磁力線３８が発生する。磁力線３８の一部は、頭表面３６を突き抜けて頭外にも現れる。ＭＥＧとしての機能を備える生体計測装置１００は、この磁力線３８を検出して、脳内の神経活動を計測するための装置である。

生体計測装置１００は、複数個のセンサ装置４０を頭表面３６の外に配置する。センサ装置４０は、脳の各部から発生する磁力線３８を検出する。センサ装置４０は、磁束検出コイル４２とＳＱＵＩＤ４４を含む。磁束検出コイル４２は、外部からの磁界の影響を排除しつつ、脳から発生する磁場をＳＱＵＩＤ４４に導く。ＳＱＵＩＤ４４は、この磁場の強度を検出する。生体計測装置１００は、複数のセンサ装置４０から検出される磁場の強度を集計して、脳から発生する磁場の強度分布を示す磁場分布データを取得する。この磁場分布データは、等磁力線図として図形化されてもよい。

ＭＥＧは、時間分解能と空間分解能の双方において優れた計測装置である。そのため、ＭＥＧは、脳の臨床診断はもちろん、人間の心のメカニズムを解明するための有効なツールとして期待されている。ただし、ＭＥＧは、磁場の分布を求めるための装置であり、脳の画像そのものを取得する装置ではない。したがって、ＭＥＧによって検出される磁場が、脳のどの部位から発生した磁場であるかを正確に特定する必要がある。

広く利用されているＭＲＩは、核磁気共鳴現象を利用して生体内部を画像化することができる計測装置である。そこで、ＭＥＧによって計測される磁場分布データをＭＲＩ画像に重ね合わせれば、磁場の発生源を視覚的に特定しやすくなる。このとき、ＭＲＩ画像と磁場分布データを重ね合わせるとき、その位置合わせの基準点を定める必要がある。この基準点を決めるために、後述の第１マーカ１０および第２マーカ２０を用いることになる。以下においては、まず、生体計測装置１００の機能ブロックについて説明した後に、ＭＲＩ画像と磁場分布データを重ね合わせ方法について説明する。

図２は、生体計測装置の機能ブロック図である。
ここに示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

第１マーカ１０は、内部に水分を含むマーカであり、被験者の頭部の所定位置に設置される。撮像部１１０は、被験者の脳をＭＲＩの原理により撮像する。このとき、第１マーカ１０の水分が撮像部１１０により検出されるので、ＭＲＩ画像中には第１マーカ１０が投影される。画像データ保持部１１４はＭＲＩ画像のデータを保持する。

第２マーカ２０は、内蔵の電磁コイルにより自ら磁場を発生させるマーカであり、第１マーカ１０が設置されていた位置と同じ位置に設置される。磁場計測部１１２は、ＭＥＧの原理により、被験者の脳から発生する磁場の強度分布を示す磁場分布データを取得する。磁場分布データ保持部１１６は磁場分布データを保持する。

ユーザインタフェース処理部１２８は、ユーザからの入力処理やユーザに対する情報表示のようなユーザインタフェース全般に関する処理を担当する。データ処理部１２０は、ユーザインタフェース処理部１２８や画像データ保持部１１４、磁場分布データ保持部１１６等から取得されたデータを元にして各種のデータ処理を実行する。データ処理部１２０は、ユーザインタフェース処理部１２８、画像データ保持部１１４、磁場分布データ保持部１１６、撮像部１１０および磁場計測部１１２の間のインタフェースの役割も果たす。

データ処理部１２０は、第１マーカ検出部１２２、第２マーカ検出部１２４および位置調整部１２６を含む。
第１マーカ検出部１２２は、ＭＲＩ画像から第１マーカ１０の位置を検出する。第２マーカ検出部１２４は、磁場分布データから第２マーカ２０の位置を検出する。位置調整部１２６は、ＭＲＩ画像に投影されている第１マーカ１０と磁場分布データに投影されている第２マーカ２０を位置合わせることにより、ＭＲＩ画像と磁場分布データを位置対応させる。

図３は、マーカの取り付け位置を示す図である。
典型的には、マーカは、被験者の額に３個、「くぼみ」に各１個の計５個が取り付けられる。しかし、「くぼみ」は、第１マーカと第２マーカの取り付け位置を一致させることがむずかしい。そこで、本実施例においては、「くぼみ」のかわりに耳穴をマーカの設置位置としている。

したがって、本実施例では、同図に示す設置位置５０ａ〜５０ｅの５つの場所に、各マーカが設置される。まずは、第１マーカ１０ａが設置位置５０ａ、第１マーカ１０ｂが設置位置５０ｂ、・・・、第１マーカ１０ｅが設置位置５０ｅに設置される。このうち、第１マーカ１０ａと第１マーカ１０ｅは、イヤフォン型の形状をしており、そのまま、耳穴に挿入可能である。一方、設置位置５０b〜設置位置５０dは、額上の所定位置であり、第１マーカ１０ｂ〜第１マーカ１０ｄはテープによって貼り付けられる。５つの第１マーカ１０が設置された後、撮像部１１０はＭＲＩ画像を撮像する。撮像が完了すると、第１マーカ１０は取り外される。

次に、第２マーカ２０ａが設置位置５０ａ、第２マーカ２０ｂが設置位置５０ｂ、・・・、第２マーカ２０ｅが設置位置５０ｅに設置される。このうち、第２マーカ２０ａと第２マーカ２０ｅも、イヤフォン型の形状をしており、そのまま、耳穴に挿入可能である。一方、設置位置５０ａ〜設置位置５０ｃには、第２マーカ２０ａ〜第２マーカ２０ｃがテープによって貼り付けられる。５つの第２マーカ２０が設置された後、磁場計測部１１２は磁場分布データを取得する。

図４は、ＭＲＩ画像と磁場分布データの対応関係を示す模式図である。
ＭＲＩ画像６０には、第１マーカ１０が設置されていた設置位置５０ａ〜設置位置５０ｅが投影されている。磁場分布データ７０は、等磁力線図として図形化されており、第２マーカ２０が発生する磁場が投影されている。第１マーカ１０と第２マーカ２０は同じ位置に設置されるので、ＭＲＩ画像６０に現れる設置位置５０ａ〜設置位置５０ｅと磁場分布データ７０に現れる設置位置５０ａ〜設置位置５０ｅが一致するように重ねれば、磁場分布データ７０とＭＲＩ画像６０を正しく重ね合わせることができる。

図５は、ユーザインタフェース画面の画面図である。
ユーザインタフェース処理部１２８は、ユーザインタフェース画面２００にてＭＲＩ画像６０を表示させる。同図においては、さまざまな角度から脳を輪切りにしたＭＲＩ画像６０が表示されている。ここで、同図において第１マーカ１０の位置は四角形のマークにて示されており、第２マーカ２０の位置は十字形のマークで示されている。位置合わせボタン２０２がクリックされると、位置調整部１２６は、磁場分布データ７０をＭＲＩ画像６０上に重ねて表示させる。

以上、実施例に基づいて本発明を説明した。
本実施例によれば、「くぼみ」ではなく耳穴をマーカとするため、第１マーカ１０と第２マーカ２０を同じ位置に取り付けやすくなる。また、耳穴を対象とすることにより、被験者が自分でマーカを取り付けやすくなる。そのため、被験者が女性や乳幼児である場合には、特に、有効である。また、市販のイヤフォンにビタミンＥ錠剤や電磁コイルを内蔵させるだけなので、製造の容易さもメリットである。

なお、本実施例においては、ＭＲＩにより脳の内部の画像を取得するとして説明したが、撮像部１１０は、Ｘ線やＰＥＴ（Positron Emission Tomography）など、脳の内部を画像化するための他の既知の手段により、脳を撮像してもよい。そして、こうして得られた脳画像に対してＭＥＧによる磁気分布データを重ね合わせてもよい。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

また、請求項に記載の各構成要件が果たすべき機能は、本実施例において示された各機能ブロックの単体もしくはそれらの連係によって実現されることも当業者には理解されるところである。

ＭＥＧの基本原理を説明するための模式図である。生体計測装置の機能ブロック図である。マーカの取り付け位置を示す図である。ＭＲＩ画像と磁場分布データの対応関係を示す模式図である。ユーザインタフェース画面の画面図である。

符号の説明

１０第１マーカ、２０第２マーカ、３０軸索、３２シナプス間隙、３４細胞体、３６頭表面、３８磁力線、４０センサ装置、４２磁束検出コイル、４４ＳＱＵＩＤ、５０設置位置、６０ＭＲＩ画像、７０磁場分布データ、１００生体計測装置、１１０撮像部、１１２磁場計測部、１１４画像データ保持部、１１６磁場分布データ保持部、１２０データ処理部、１２２第１マーカ検出部、１２４第２マーカ検出部、１２６位置調整部、１２８ユーザインタフェース処理部、２００ユーザインタフェース画面、２０２位置合わせボタン。

Claims

人体頭部に取り付けられる第１マーカと、
前記第１マーカが取り付けられた状態で前記人体頭部の内部を撮像し、前記第１マーカが投影された撮像画像を取得する撮像部と、
前記人体頭部に取り付けられ、自ら磁場を発生させる第２マーカと、
前記第１マーカが取り付けられていた位置に前記第２マーカを取り付けた状態で、前記人体頭部の内部から発生する磁場の強度を計測する磁場計測部と、を備え、
前記第１マーカと前記第２マーカは耳穴へ挿入可能に形成されていることを特徴とする生体計測装置。
前記磁場計測部は、ＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interfarence Device）により脳の神経活動にともなって発生する磁場の強度を計測することを特徴とする請求項１に記載の生体計測装置。
前記撮像部は、磁気共鳴方式によって前記人体頭部の内部を撮像することを特徴とする請求項１または２に記載の生体計測装置。
耳穴に挿入可能な第１マーカが取り付けられた状態で人体頭部の内部を撮像し、前記第１マーカが投影された撮像画像を取得するステップと、
前記人体頭部から発生する磁場の強度分布を示す磁場分布データの前記撮像画像に対する位置関係を特定するために、前記磁場分布データ中のマーカとなるように自ら磁場を発生させる第２マーカを前記第１マーカと同様に耳穴に挿入した状態で、前記人体頭部の内部から発生する磁場の強度を計測するステップと、
を備えることを特徴とする生体計測方法。