JP2009195571A - Noise removal method and biological information measuring apparatus using the method and brain magnetic field measuring apparatus - Google Patents

Noise removal method and biological information measuring apparatus using the method and brain magnetic field measuring apparatus Download PDF

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佳秀 田森
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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem wherein it is difficult to remove time-correlated noise from biometric data. <P>SOLUTION: A biological signal measuring part 10 measures a brain magnetic field signal to be generated from a living body. A noise generation time acquiring part acquires information concerning a heartbeat generation time when measuring the brain magnetic field signal. A biometric signal storage part 50 stores the measured brain magnetic field signal together with the information concerning the heartbeat generation time. A noise signal extracting part 20 synchronizes the brain magnetic field signal with the heartbeat generation time and performs averaging, thereby extracting a noise signal by cardiac magnetism. A noise removal processing part 40 acquires the brain magnetic field signal with the noise signal removed therefrom by subtracting the extracted noise signal from the brain magnetic field signal while matching with the heartbeat generation time. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、生体計測データからノイズを除去する方法、ならびにその方法を利用可能な生体情報計測装置および脳磁場計測装置に関する。   The present invention relates to a method for removing noise from biological measurement data, and a biological information measurement device and a cerebral magnetic field measurement device that can use the method.

生体計測データには必ず、取得したい信号とノイズ成分が混合されている。たとえば、人間の脳磁場を測定すると、計測データには、脳磁場の信号以外に、生体現象による心電、商用電源から発生するハムノイズ、およびガウスノイズが混在している。これらのノイズのうち、心電とハムノイズは時間相関のあるノイズであり、ガウスノイズは時間相関のないノイズである。生体計測データから所望の信号を得るためにはノイズ除去が不可欠である。   The biological measurement data always includes a signal to be acquired and a noise component. For example, when a human brain magnetic field is measured, the measurement data includes an electrocardiogram due to a biological phenomenon, hum noise generated from a commercial power supply, and Gaussian noise in addition to a brain magnetic field signal. Among these noises, electrocardiogram and hum noise are noises having time correlation, and Gaussian noise is noise having no time correlation. Noise removal is indispensable in order to obtain a desired signal from biological measurement data.

従来行われてきたノイズ除去の方法として、計測を繰り返して加算平均を取ることで、ノイズ成分を除去する方法や、フィルタリング処理を施す方法、独立成分分析(Independent component analysis、ICR)によって計測対象の信号と独立なノイズ成分を分離する方法などがある。   As a conventional noise removal method, measurement is repeated and averaged to obtain a noise component, filtering, or independent component analysis (ICR). There is a method for separating a noise component independent of a signal.

急峻な成分を持つ心電や心磁などの生体現象ノイズは、加算平均やフィルタ処理を行っても十分に減衰しない。また、ハムノイズの除去にはバンドエリミネーションフィルタ(BEF)が用いられるが、BEFは、商用電源の周波数の成分を全て減衰させるため、元の信号成分も減衰してしまう。また、BEFでは、商用電源の高調波成分を減衰させることができず、ノイズとして残ってしまう。   Biological phenomenon noises such as electrocardiogram and magnetocardiogram having a steep component are not sufficiently attenuated even if addition averaging or filtering is performed. In addition, a band elimination filter (BEF) is used to remove hum noise. However, since BEF attenuates all frequency components of commercial power, the original signal component is also attenuated. Moreover, in BEF, the harmonic component of a commercial power source cannot be attenuated and remains as noise.

心電や心磁などの生体現象ノイズは、測定対象の脳磁場の信号とは独立であるから、独立成分分析をすれば原理的には分離することが可能であが、独立成分分析は、勾配法などにより繰り返し探索をする必要があり、分析には非常に長い時間がかかる。また、独立成分分析の適用条件が厳しいため、実際の測定が条件をすべて満たすことは難しく、実用的ではない。   Biological phenomenon noise such as electrocardiogram and magnetocardiogram is independent of the brain magnetic field signal to be measured, so it can be separated in principle by independent component analysis. It is necessary to search repeatedly by a gradient method or the like, and the analysis takes a very long time. In addition, since the application conditions of independent component analysis are severe, it is difficult for actual measurement to satisfy all the conditions, which is not practical.

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、生体計測データから効率良くノイズを除去する方法、ならびにその方法を利用可能な生体情報計測装置および脳磁場計測装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide a method for efficiently removing noise from biological measurement data, and a biological information measurement device and a cerebral magnetic field measurement device that can use the method. It is in.

上記課題を解決するために、本発明のある態様のノイズ除去方法は、生体から計測される生体計測信号を時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に関する情報とともにメモリに記録するステップと、前記生体計測信号に対して、メモリに記録された前記時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に関する情報を参照して当該ノイズ信号の発生時刻に同期させて加算平均を取ることにより、前記時間相関性のあるノイズ信号を抽出するステップと、メモリに記録された前記時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に関する情報を参照して当該ノイズ信号の発生時刻に合わせて、抽出された前記ノイズ信号を前記生体計測信号から減算することにより、前記ノイズ信号が除去された生体計測信号を取得し、メモリに記録するステップとを含む。   In order to solve the above-described problem, a noise removal method according to an aspect of the present invention includes a step of recording a biological measurement signal measured from a living body together with information related to the generation time of a noise signal having a time correlation, and the living body By referring to the information related to the generation time of the noise signal having the time correlation recorded in the memory with respect to the measurement signal, the average of the time correlation is obtained in synchronization with the generation time of the noise signal. Extracting a noise signal and referring to information on the time of occurrence of the time-correlated noise signal recorded in the memory, and adjusting the extracted noise signal to the living body in accordance with the time of occurrence of the noise signal. Obtaining a biological measurement signal from which the noise signal has been removed by subtracting it from the measurement signal and recording it in a memory.

「時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に関する情報」は、ノイズ信号の発生時刻のタイムスタンプ情報であってもよく、ノイズ信号の発生時刻(トリガ)を求めるための基礎となるデータであってもよい。たとえば、ノイズ信号の大まかな波形データがあれば、ノイズ信号の値が所定の閾値を超える立ち上がり時点を検出したり、ノイズ波形のピークポイントを検出することで、ノイズ信号の発生時刻(トリガ)を求めることができる。   “Time-related noise signal generation time information” may be time stamp information of the noise signal generation time, and is data that serves as a basis for determining the noise signal generation time (trigger). Also good. For example, if there is rough waveform data of the noise signal, the noise signal generation time (trigger) can be determined by detecting the rising point when the noise signal value exceeds a predetermined threshold or by detecting the peak point of the noise waveform. Can be sought.

本発明の別の態様は、生体情報計測装置である。この装置は、生体から発生する信号を計測する計測部と、前記計測部による生体計測信号の計測の際に発生する時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に関する情報を取得する取得部と、前記計測部により計測された生体計測信号を前記時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に関する情報とともに格納する記憶部と、前記生体計測信号に対して、前記時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に同期させて加算平均を取ることにより、前記時間相関性のあるノイズ信号を抽出するノイズ信号抽出部と、前記時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に合わせて、抽出された前記ノイズ信号を前記生体計測信号から減算することにより、前記ノイズ信号が除去された生体計測信号を取得するノイズ除去処理部とを含む。   Another aspect of the present invention is a biological information measuring device. The apparatus includes a measurement unit that measures a signal generated from a living body, an acquisition unit that acquires information on the generation time of a noise signal having a time correlation that is generated when the measurement unit measures the biological measurement signal, A storage unit that stores the biological measurement signal measured by the measurement unit together with information related to the generation time of the noise signal having the time correlation, and the generation time of the noise signal having the time correlation with respect to the biological measurement signal. A noise signal extraction unit that extracts the time-correlated noise signal by taking the averaging average in synchronization, and the extracted noise signal in accordance with the generation time of the time-correlated noise signal A noise removal processing unit that obtains a biological measurement signal from which the noise signal has been removed by subtracting from the biological measurement signal.

本発明のさらに別の態様は、脳磁場計測装置である。この装置は、生体から発生する脳磁場信号を計測する計測部と、前記脳磁場信号の計測時の心拍の発生時刻に関する情報を取得する取得部と、前記計測部により計測された脳磁場信号を前記心拍の発生時刻に関する情報とともに格納する記憶部と、前記脳磁場信号に対して、心拍の発生時刻に同期させて加算平均を取ることにより、心磁によるノイズ信号を抽出するノイズ信号抽出部と、心拍の発生時刻に合わせて、抽出された前記ノイズ信号を前記脳磁場信号から減算することにより、前記ノイズ信号が除去された脳磁場信号を取得するノイズ除去処理部とを含む。   Yet another embodiment of the present invention is a brain magnetic field measurement apparatus. The apparatus includes a measurement unit that measures a brain magnetic field signal generated from a living body, an acquisition unit that acquires information on a heartbeat generation time when the brain magnetic field signal is measured, and a brain magnetic field signal measured by the measurement unit. A storage unit that stores information related to the occurrence time of the heartbeat; and a noise signal extraction unit that extracts a noise signal due to the magnetocardiogram by taking an addition average in synchronization with the occurrence time of the heartbeat with respect to the brain magnetic field signal; And a noise removal processing unit that acquires the brain magnetic field signal from which the noise signal has been removed by subtracting the extracted noise signal from the brain magnetic field signal in accordance with the time of occurrence of the heartbeat.

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、データ構造、記録媒体などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。   It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and the expression of the present invention converted between a method, an apparatus, a system, a computer program, a data structure, a recording medium, and the like are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、生体計測データからノイズを効率的に除去することができ、被験者の負担を大幅に軽減することができる。   According to the present invention, noise can be efficiently removed from biological measurement data, and the burden on the subject can be greatly reduced.

本発明の実施の形態の概要を説明する。実施の形態では、生体計測データから時間相関のあるノイズ除去を行う方法を提供する。生体計測データから、時間相関のあるノイズを抽出して除去する。時間相関のあるノイズは、ガウスノイズとは違って、加算平均だけでは除去されないことが多い。そこで、実施の形態では、時間相関のあるノイズをノイズ信号自身に同期させ、いったんノイズ信号を計測データから抽出し、抽出されたノイズ信号を計測データから減算する。   An outline of an embodiment of the present invention will be described. In the embodiment, there is provided a method for removing noise having time correlation from biological measurement data. Extract and remove time-correlated noise from biological measurement data. Unlike Gaussian noise, time-correlated noise is often not removed only by averaging. Therefore, in the embodiment, time-correlated noise is synchronized with the noise signal itself, the noise signal is once extracted from the measurement data, and the extracted noise signal is subtracted from the measurement data.

図6に時間相関のあるノイズの自己相関が示されている。左図は周期性のあるハムノイズの自己相関であり、16msの周期があることがわかる。右図は心電波形の自己相関であり、約700ms付近に1回目のピークがあり、ピーク値は1.0より小さくなっている。また、2回目のピークは約1400msにあるが、ピーク値は1回目よりもさらに低減している。これは、心電が、ハムノイズのように正確な周期的ノイズではなく、時間的に揺らいでいるためである。   FIG. 6 shows the autocorrelation of time-correlated noise. The left figure shows the autocorrelation of hum noise with periodicity, and it can be seen that there is a period of 16 ms. The right figure shows the autocorrelation of the electrocardiogram waveform. There is a first peak around 700 ms, and the peak value is smaller than 1.0. The second peak is at about 1400 ms, but the peak value is further reduced than the first peak. This is because the electrocardiogram is not an accurate periodic noise such as hum noise, but fluctuates in time.

生体計測データには、計測対象の信号にノイズ成分が混合されている。図2に一例を示すように、生体信号には、時間相関のあるノイズとして、生体現象による心電と商用電源から発生するハムノイズが、時間相関のないノイズとしてガウスノイズが混合されている。   In the biological measurement data, a noise component is mixed with a signal to be measured. As shown in FIG. 2, the biomedical signal is mixed with electrocardiogram due to a biological phenomenon and hum noise generated from a commercial power source as time-correlated noise and Gaussian noise as non-time-correlated noise.

心電や心磁など急峻な成分をもつ生体現象ノイズはフィルタ処理を施しても十分に減衰しない。また、通常、ハムノイズ除去にはバンドエリミネーションフィルタ(BEF)が用いられるが、BEFは商用電源の周波数を減衰させることができるが、その高調波を減衰させることはできない。図68に示すように、BEFを用いると電源周波数である60Hzの成分すべてが減衰してしまい、また、※印で示す高調波が残ってしまう。   Biological phenomenon noise having a steep component such as electrocardiogram and magnetocardiogram is not sufficiently attenuated even when filtering is performed. Normally, a band elimination filter (BEF) is used to remove hum noise, but BEF can attenuate the frequency of the commercial power supply, but cannot attenuate its harmonics. As shown in FIG. 68, when BEF is used, all components of 60 Hz that is a power supply frequency are attenuated, and harmonics indicated by * are left.

一般に周波数フィルタリングをかけると、ノイズ成分だけではなく、原信号の周波数成分も捨ててしまうことになる。図35に示されるとおり、心磁ノイズは0.5Hz〜40Hzまでの周波数成分を含み、これは、計測対象の脳磁場(数Hz〜数十Hz)とスペクトルがオーバーラップしている。このため、周波数フィルタリングの手法では、心磁成分のみを選択的に除去することは原理的に不可能である。直観的には、心磁を除去すると、脳磁場も除去することになるからである。   In general, when frequency filtering is applied, not only noise components but also frequency components of the original signal are discarded. As shown in FIG. 35, the magnetocardiographic noise includes a frequency component from 0.5 Hz to 40 Hz, which has a spectrum overlapping the brain magnetic field (several Hz to several tens Hz) to be measured. For this reason, it is impossible in principle to selectively remove only the magnetocardiographic component by the frequency filtering technique. Intuitively, removing the magnetocardiogram will also remove the brain magnetic field.

そこで、本手法では、計測時に、時間相関のあるノイズの時刻情報(以下「トリガ」という)と計測データとを同時に記録する。計測データには、計測信号とトリガが含まれている。計測信号をノイズのトリガの周期の幅で区切り、区切られた計測信号をトリガのタイミングで同期させて、加算平均を行うと、時間相関のあるノイズのみが抽出される(図8の左)。計測信号を心拍の時刻情報に同期させて加算平均を取ると、心磁成分だけが強調されて抽出される。ここで、心拍は時間的にゆらぎがあることに配慮して、加算平均時間の前後に余裕をもたせ、加算平均を取る時間の範囲を一部重複させている。加算平均を取る時間の範囲を重複させる幅は、心拍トリガが時間軸方向にゆらぐ量に応じて決める。このように加算平均を取る時間の範囲に余裕をもたせておくことで、心拍トリガのタイミングが多少前後にずれても、心拍トリガの周期で区切られた計測信号の間で心拍トリガが一致するように時間軸方向にずらして加算平均を取ることができる。   Therefore, in this method, time information of noise having time correlation (hereinafter referred to as “trigger”) and measurement data are simultaneously recorded at the time of measurement. The measurement data includes a measurement signal and a trigger. When the measurement signal is divided by the width of the trigger period of the noise, and the divided measurement signals are synchronized at the trigger timing and the averaging is performed, only noise having a time correlation is extracted (left in FIG. 8). When the measurement signal is synchronized with the time information of the heartbeat and the addition average is taken, only the magnetocardiogram component is emphasized and extracted. Here, considering that the heartbeat fluctuates in time, a margin is provided before and after the addition average time, and a part of the time range for taking the addition average is partially overlapped. The width over which the time ranges for averaging are overlapped is determined according to the amount by which the heartbeat trigger fluctuates in the time axis direction. In this way, by providing a margin for the time range for taking the averaging, even if the heartbeat trigger timing slightly deviates back and forth, the heartbeat triggers match between the measurement signals divided by the heartbeat trigger cycle. Shifting in the time axis direction can be used for averaging.

心電信号が急峻に変化するタイミングをトリガとして検出するが、トリガの検出方法としては、心電信号の値が閾値を超える立ち上がりポイントを検出すればよく、実施の形態ではこの方法が用いられる。トリガの別の検出方法は、心電信号のピークを検出することである。いずれにしても大まかな心電波形さえ得られれば、その心電波形から急峻な立ち上がりポイントをトリガとして検出することで心拍の時刻情報を取得することができる。   The timing at which the electrocardiogram signal changes sharply is detected as a trigger. As a trigger detection method, a rising point at which the value of the electrocardiogram signal exceeds the threshold may be detected, and this method is used in the embodiment. Another method of detecting the trigger is to detect the peak of the electrocardiogram signal. In any case, if a rough electrocardiogram waveform is obtained, heartbeat time information can be acquired by detecting a steep rising point from the electrocardiogram waveform as a trigger.

次に、加算平均によって抽出したノイズ成分を計測信号から除去する(図8の右)。具体的には、同時記録した心拍の時刻(心拍トリガ)に合わせて抽出されたノイズを元データから減算する。これにより計測された信号から心磁ノイズが除去される。このとき、加算平均前後に時間的余裕を持たせているので、心磁ノイズのような時間的にゆらぎを有するノイズにも対応できる。   Next, the noise component extracted by the averaging is removed from the measurement signal (right side in FIG. 8). Specifically, noise extracted in accordance with the time of heartbeats (heartbeat trigger) recorded simultaneously is subtracted from the original data. Thereby, the magnetocardiogram noise is removed from the measured signal. At this time, since there is a time margin before and after the averaging, it is possible to cope with noise having temporal fluctuations such as magnetocardiographic noise.

また、本手法をハムノイズ除去に適用するとBEFとは異なり、図69に示すように、電源周波数の信号成分を減衰させることなく、高調波成分を含めてハムノイズだけを除去することができる。   When this method is applied to hum noise removal, unlike BEF, as shown in FIG. 69, only hum noise including harmonic components can be removed without attenuating the signal component of the power supply frequency.

このように、本手法は、ハムノイズ等の周期的なノイズの除去、生体現象による時間的にゆらぎのあるノイズ(たとえば、心拍ノイズ)の除去の両方に対応することができる。   As described above, the present method can cope with both the removal of periodic noise such as hum noise and the removal of temporally fluctuating noise (for example, heartbeat noise) due to biological phenomena.

本手法によって時間相関のあるノイズを生体計測データからあらかじめ除去することができ、残りのガウスノイズなどは加算平均によって除去すればよいから、通常のノイズ除去に必要な加算平均回数を半分から4分の1程度に減らすことができる。そのため、被験者の負担を大きく軽減することができる。たとえば、被験者に音を1秒に1回聴かせて脳磁を計測する実験を、従来は1000回くらい繰り返して加算平均を取っていたため、実験には20分近くかかっていた。これが少なくとも半分から4分の1程度の加算平均回数で済むため、実験は5〜10分程度の時間に短縮される。   With this method, time-correlated noise can be removed from the biological measurement data in advance, and the remaining Gaussian noise can be removed by addition averaging, so the average number of additions required for normal noise removal is reduced from half to four minutes. It can be reduced to about 1. Therefore, the burden on the subject can be greatly reduced. For example, the experiment of measuring the magnetoencephalogram by letting the subject listen to the sound once a second has been repeated for about 1000 times in the past, and the experiment took nearly 20 minutes. Since this requires at least half to one-fourth averaging time, the experiment is shortened to about 5-10 minutes.

本手法は、脳波計測やMEG計測におけるハムノイズ除去や心磁ノイズ除去に応用できることを実施の形態で詳細に説明する。しかし、これは一実施例に過ぎず、本発明のノイズ除去方法は、脳波やMEG計測に限らず、一般に生体計測データから時間相関性のあるノイズを除去することを目的とするあらゆる技術分野に適用することができる。   It will be described in detail in an embodiment that this method can be applied to hum noise removal and magnetocardiogram noise removal in electroencephalogram measurement and MEG measurement. However, this is only an example, and the noise removal method of the present invention is not limited to brain waves and MEG measurement, and is generally applied to all technical fields aimed at removing time-correlated noise from biological measurement data. Can be applied.

図1は、本発明の実施の形態に係る脳磁場計測装置100の構成図である。脳磁場計測装置100は、後述のSQUIDセンサを用いた脳磁図(MEG)測定装置であるが、ここでは、脳磁場を測定するための一般的な構成については省略し、ノイズ除去に関する構成について説明する。   FIG. 1 is a configuration diagram of a brain magnetic field measurement apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. The magnetoencephalogram measurement apparatus 100 is a magnetoencephalogram (MEG) measurement apparatus using a SQUID sensor, which will be described later. Here, a general configuration for measuring the magnetoencephalogram is omitted, and a configuration related to noise removal is described. To do.

生体信号計測部10は、生体から発生する脳磁場信号を計測して、生体計測信号記憶部50に記録する。ノイズ発生時刻取得部30は、同一の生体から測定される心電波形をもとに心拍の発生時刻に関する情報を取得して生体計測信号記憶部50に記録する。生体信号計測部10による脳磁場信号の記録と、ノイズ発生時刻取得部30による心拍の発生時刻の記録は同時に行われる。   The biological signal measurement unit 10 measures a cerebral magnetic field signal generated from the living body and records it in the biological measurement signal storage unit 50. The noise generation time acquisition unit 30 acquires information on the heartbeat generation time based on the electrocardiogram waveform measured from the same living body and records it in the biological measurement signal storage unit 50. Recording of the cerebral magnetic field signal by the biological signal measurement unit 10 and recording of the heartbeat generation time by the noise generation time acquisition unit 30 are performed simultaneously.

ノイズ信号抽出部20は、生体計測信号記憶部50に記録された脳磁場信号に対して、心拍の発生時刻に同期させて加算平均を取ることにより、心磁によるノイズ信号を抽出し、抽出されたノイズ信号をノイズ信号記憶部60に記憶させる。   The noise signal extraction unit 20 extracts and extracts a noise signal due to the magnetocardiogram by taking an addition average in synchronism with the generation time of the heartbeat with respect to the cerebral magnetic field signal recorded in the biological measurement signal storage unit 50. The noise signal is stored in the noise signal storage unit 60.

ノイズ除去処理部40は、心拍の発生時刻に合わせて、ノイズ信号記憶部60に記憶されたノイズ信号を生体計測信号記憶部50に記録された脳磁場信号から減算することにより、ノイズ信号が除去された脳磁場信号を取得し、ノイズ信号除去後の脳磁場信号を生体計測信号記憶部50に書き戻す。   The noise removal processing unit 40 subtracts the noise signal stored in the noise signal storage unit 60 from the brain magnetic field signal recorded in the biological measurement signal storage unit 50 in accordance with the time of occurrence of the heartbeat, thereby removing the noise signal. The obtained cerebral magnetic field signal is acquired, and the cerebral magnetic field signal after removal of the noise signal is written back to the biological measurement signal storage unit 50.

計測された脳磁場信号には、心拍が原因となって発生する心磁成分がノイズとして混在する。本手法では、心磁信号を直接測定することなく、心電波形が得られる心拍の発生時刻情報だけを用いて、計測された脳磁場信号を心拍の時刻に同期させて加算平均を取ることにより、計測された脳磁場信号から心磁信号を抽出することができる。抽出された心磁信号を計測された脳磁場信号から差し引けば、心磁信号を除去して脳磁場信号だけを取り出すことができる。   In the measured cerebral magnetic field signal, a magnetocardiographic component generated due to a heartbeat is mixed as noise. This method does not directly measure the magnetocardiogram signal, but uses only the heartbeat occurrence time information that can obtain an electrocardiogram waveform, and synchronizes the measured brain magnetic field signal with the heartbeat time to take the averaging The magnetocardiogram signal can be extracted from the measured brain magnetic field signal. If the extracted magnetocardiogram signal is subtracted from the measured brain magnetic field signal, the magnetocardiogram signal can be removed and only the brain magnetic field signal can be extracted.

計測対象の生体信号は、脳磁場信号に限られない。計測対象は、脳波信号であってもよく、その他の生体から発生する任意の信号が計測対象となりうる。また、計測対象の生体信号にノイズとして混在する信号は、心電信号に限らず、時間相関のある任意の信号がノイズとなりうる。たとえば、計測装置の交流電源から発生する周期性のあるハムノイズがノイズ信号として生体計測信号に混在する場合にも同様のノイズ除去手法を適用できる。すなわち、ハムノイズ信号の発生時刻情報を取得し、発生時刻に同期させて生体計測信号を加算平均することでハムノイズ信号を抽出することができる。抽出されたハムノイズ信号を生体計測信号から差し引けば、ハムノイズのない生体計測信号が得られる。なお、交流電源から発生するハムノイズの発生時刻は、交流がマイナス方向からプラス方向にゼロを切るタイミングを検出することで得られる。この発生時刻情報の記録を生体信号の計測と同時に行えばよい。   The biological signal to be measured is not limited to the cerebral magnetic field signal. The measurement target may be an electroencephalogram signal, and any signal generated from another living body can be the measurement target. Further, a signal mixed as noise in a biological signal to be measured is not limited to an electrocardiogram signal, and an arbitrary signal having a time correlation can be noise. For example, the same noise removal method can be applied to the case where periodic hum noise generated from an AC power supply of a measurement device is mixed in a biological measurement signal as a noise signal. That is, the hum noise signal can be extracted by acquiring the hum noise signal occurrence time information and averaging the biological measurement signals in synchronization with the occurrence time. By subtracting the extracted hum noise signal from the biological measurement signal, a biological measurement signal without hum noise can be obtained. Note that the generation time of the hum noise generated from the AC power supply can be obtained by detecting the timing at which the AC cuts zero from the minus direction to the plus direction. The generation time information may be recorded simultaneously with the measurement of the biological signal.

以下、本発明の実施の形態を発明者の「心磁成分が脳磁場計測データに及ぼす影響」に関する研究内容に即して詳細に説明する。脳磁場計測装置100の各構成の動作の詳細は、下記の研究内容を参照して理解される。   In the following, embodiments of the present invention will be described in detail in line with the inventor's research regarding “effects of magnetocardiographic components on brain magnetic field measurement data”. Details of the operation of each component of the brain magnetic field measuring apparatus 100 will be understood with reference to the following research contents.

本研究は、MEG計測において生体現象ノイズの心磁成分に注目した。心磁成分は、カットオフ周波数3[Hz]程度のフィルタ処理だけでは減衰が困難である事と、注目しているECDの位置によって、その影響が異なることが分かった。そこで、加算平均を行い心磁成分の抽出を行い、これを除去するシステムの開発を行った。聴覚と視覚のMEG実験を行い、本システムの評価を行った結果、良好な性能を有することが示された。   In this study, we focused on the magnetocardiographic component of biological phenomenon noise in MEG measurement. It has been found that the influence of the magnetocardiographic component is different depending on the position of the focused ECD and that the magnetocardiographic component is difficult to attenuate only by the filter processing with a cutoff frequency of about 3 [Hz]. Therefore, we have developed a system that performs averaging and extracts magnetocardiographic components and removes them. As a result of hearing and visual MEG experiments and evaluation of this system, it was shown to have good performance.

以下の説明の章立てを示す。
1章では、MEG実験中に計測された様々な時間相関のあるノイズの概観を解説し、心磁成分除去について問題を設定した。また、本手法で提案する心磁成分の除去手法について解説する。
The following explanation is presented.
In Chapter 1, the overview of various time-correlated noises measured during the MEG experiment was explained, and a problem was set regarding the removal of the magnetocardiographic component. In addition, the method of removing the magnetocardiogram component proposed in this method is explained.

2章では、MEGで使用できる心拍計測システムについて解説する。本研究で行う心磁成分の除去手法は、心拍をMEG計測中に同時に記録しなくてはならない。そこで、MEG計測中に問題の起こらない心拍計測装置の開発と既存の計測装置との評価を行った。   Chapter 2 explains the heart rate measurement system that can be used with MEG. The removal method of the magnetocardiographic component performed in this research must record the heartbeat simultaneously during MEG measurement. Therefore, development of a heart rate measuring device that does not cause a problem during MEG measurement and evaluation with an existing measuring device were performed.

3章では、MEGによる心磁成分の抽出を行った結果について解説する。抽出した心磁成分の特徴を明らかにし、従来行われているフィルタ処理等では減衰が困難だということを示した。また、人工的なデータを用いて、推定部位によって心磁の影響が異なることを示唆した。   Chapter 3 explains the results of extracting magnetocardiographic components by MEG. The characteristics of the extracted magnetocardiographic components were clarified, and it was shown that it was difficult to attenuate by the conventional filter processing. In addition, using artificial data, it was suggested that the influence of the magnetocardiogram varies depending on the estimated site.

4章では、既存の脳磁図解析ソフトウェアでは出来ない本手法による心磁除去を実現するプログラムについて解説する。   Chapter 4 describes a program that can remove the magnetocardiogram using this method, which is not possible with existing magnetoencephalogram analysis software.

5章では、1次聴覚野、1次視覚野の脳磁場応答が計測できる実験を設計し本手法の評価を行った。その結果、心磁成分が加算平均により、基線の揺らぎの一要因となっていることを示し、本手法の有効性を示すことが出来た。   In Chapter 5, an experiment that can measure the cerebral magnetic field responses of the primary auditory cortex and primary visual cortex was designed and evaluated. As a result, it was shown that the magnetocardiographic component is one factor of the fluctuation of the baseline by the addition average, and the effectiveness of this method was able to be shown.

1.序論
MEG計測はノイズとの戦いである[1]。MEG(Magneto Encephalo Graphy:脳磁図)は、大脳皮質に生じる微弱な電流から生じる磁場を多数のSQUID(Superconducting Quantum Interference Devices:超伝導量子干渉素子)センサを用いて計測する装置である。誘発脳磁場は大変微弱である為に、磁気シールドなどで外部の磁気ノイズを減衰させて計測を行う。しかし、この磁気減衰効果は、生体から発生する磁気ノイズに対しては働かない。その為に、計測される脳磁場データには、目的以外の信号が多数含まれる(図2)。通常は計測された脳磁場データに対して、加算平均や信号処理などの手法を用いて、S/N比(Signal/Noise Ratio)を向上させる。
1. Introduction MEG measurement is a fight against noise [1]. MEG (Magneto Encephalo Graphy) is a device that measures a magnetic field generated from a weak current generated in the cerebral cortex using a number of SQUID (Superconducting Quantum Interference Devices) sensors. Since the induced brain magnetic field is very weak, measurement is performed by attenuating external magnetic noise with a magnetic shield. However, this magnetic damping effect does not work against magnetic noise generated from a living body. Therefore, the measured brain magnetic field data includes many signals other than those intended (FIG. 2). Usually, the S / N ratio (Signal / Noise Ratio) is improved with respect to the measured brain magnetic field data by using a method such as addition averaging or signal processing.

計測されるノイズには、大きく分けて生体現象が原因のものと計測環境が原因のものの二つがある(図3、図4)。   There are two types of measured noise: those caused by biological phenomena and those caused by the measurement environment (FIGS. 3 and 4).

図2は、MEGで計測される信号を説明する図である。計測される信号は、ノイズ成分、心磁成分(生体現象によるノイズ)、ハムノイズ(環境に起因するノイズ)等が、線形に混合された磁場信号が計測されている。   FIG. 2 is a diagram for explaining signals measured by the MEG. As a signal to be measured, a magnetic field signal in which a noise component, a magnetocardiogram component (noise due to a biological phenomenon), a hum noise (noise due to an environment), and the like are linearly mixed is measured.

図3は、MEGで計測された生体現象によるノイズを説明する図である。160個のSQUIDセンサから計測された磁場信号を重ね合わせた磁場波形と等磁場線図。等磁場線図の緑は磁場の吸い込み(Sink)、赤は磁場の吹出(Source)を示す。等磁場線図は黄線の時刻のものである。a)の眼球運動はSQUIDセンサに近い為に大きな磁場変化がみられる。e)の呼吸は、非常にゆっくりとした変化である。また、等磁場線図も他とは大きく違う。   FIG. 3 is a diagram for explaining noise due to a biological phenomenon measured by MEG. The magnetic field waveform and isomagnetic field diagram which piled up the magnetic field signal measured from 160 SQUID sensors. In the isomagnetic diagram, green indicates the magnetic field sink (Sink), and red indicates the magnetic field source (Source). The isomagnetic field diagram is for the time of the yellow line. Since the eye movement of a) is close to the SQUID sensor, a large magnetic field change is observed. The respiration of e) is a very slow change. The isomagnetic field diagram is also very different.

図4は、MEGで計測された環境が起因となっているノイズを説明する図である。SQUIDセンサから計測された磁場信号とパワースペクトル分布を示す。60[Hz]、120[Hz]、180[Hz]というハムノイズの60[Hz]の倍数の周波数においてピークが見られる。このピークは、60[Hz]の交流電源から発生していると考えられる。   FIG. 4 is a diagram for explaining noise caused by the environment measured by the MEG. The magnetic field signal and power spectrum distribution which were measured from the SQUID sensor are shown. Peaks are seen at frequencies of multiples of 60 [Hz] of hum noise of 60 [Hz], 120 [Hz], and 180 [Hz]. This peak is thought to be generated from an AC power supply of 60 [Hz].

ノイズには、時間に対して相関を持たないものと時間に対して相関を持つものがある(図5、図6)。誘発磁場以外の信号が、時間に対してランダムに変動すれば(時間と無相関な信号であれば)、N回の加算平均で1/Nの振幅に減衰する。これに対して、時間に対して相関のあるノイズ(時間相関のあるノイズ)信号はランダムに変動しないので、加算平均と同期してしまい、いつまでも相殺されずに残る可能性がある。また、生体現象ノイズ信号は通常脳磁場の10倍程度の大きな信号である事が多いので、加算平均回数が10回程度でも脳磁場と同程度の影響を結果に及ぼす。そのため、時間相関のあるノイズは、できるだけ加算平均から除くようにしなければいけない。一方時間相関があることを利用して、ノイズ成分を抽出できる可能性がある。   There are noises that do not correlate with time and those that correlate with time (FIGS. 5 and 6). If signals other than the induced magnetic field fluctuate randomly with respect to time (if the signal is uncorrelated with time), the signal is attenuated to an amplitude of 1 / N by N times of averaging. On the other hand, since a noise signal correlated with time (noise having time correlation) does not fluctuate randomly, it is synchronized with the addition average and may remain without being canceled. In addition, since the biological phenomenon noise signal is usually a large signal that is about ten times as large as the brain magnetic field, even if the average number of additions is about 10, it has the same effect as the brain magnetic field. Therefore, time-correlated noise must be removed from the averaging as much as possible. On the other hand, there is a possibility that a noise component can be extracted by utilizing the time correlation.

図5は、ランダムなノイズの自己相関を説明する図である。計測によって生じるノイズは、時間に対して相関を持たない。その為に、加算平均を行うと減衰する。   FIG. 5 is a diagram for explaining autocorrelation of random noise. Noise caused by measurement has no correlation with time. For this reason, if the averaging is performed, it is attenuated.

図6は、時間相関のあるノイズを説明する図である。左図は周期性のあるハムノイズの自己相関である。赤丸で示すようにピークが周期的に一定の間隔で生じている。右図は、心電の自己相関を表す。R−R間隔の部分を赤線で示す。心臓の拍動は一定の間隔で生じるが、時間的に揺らぎを生じる。   FIG. 6 is a diagram for explaining time-correlated noise. The left figure shows the autocorrelation of periodic hum noise. As indicated by red circles, peaks occur periodically at regular intervals. The right figure shows electrocardiogram autocorrelation. The portion of the RR interval is indicated by a red line. Heart beats occur at regular intervals, but fluctuate in time.

MEG実験を行うとき、図7のように被験者の動きを抑制する。頭部が動くことによって生じる生体現象ノイズを抑制する。また、注視してもらうことで眼球運動が起こりづらくなるような実験タスクの工夫を行う。それでも、呼吸や心臓から、生体現象ノイズは生じてしまう。しかし、呼吸や眼球運動の生体現象のノイズは、通常計測される磁場データより数倍波形が大きく変化するので、加算平均時に含めないようにすることが可能である。また、電源から生じるハムノイズは計測時のバンドエリミネーションフィルタ(BEF)、計測後のフィルタ処理により、大幅に減衰させることが可能である。しかし、心磁成分は、一定の間隔で生じ続け、除外することは困難である。   When the MEG experiment is performed, the movement of the subject is suppressed as shown in FIG. Suppresses biological phenomenon noise caused by movement of the head. Also, devise experimental tasks that make it difficult for eye movements to occur when they are watched. Nevertheless, biological phenomenon noise is generated from breathing and the heart. However, the noise of biological phenomena such as respiration and eye movements can be excluded from the addition averaging because the waveform changes several times as much as the magnetic field data measured normally. Further, the hum noise generated from the power source can be greatly attenuated by the band elimination filter (BEF) at the time of measurement and the filter processing after the measurement. However, the magnetocardiographic component continues to occur at regular intervals and is difficult to exclude.

図7は、MEG実験中の風景を説明する図である。デュワーと被験者の頭部との間を、弾性がある素材で埋めている。これにより、頭部の横の動きは抑制される。また、野村が製作した顎乗せ台[4]を用いて、頭部の上下の動きを抑制している。顎乗せ台を使用する前のマーカーコイルずれは最大で9.72[mm]であり、顎乗せ台を使用した後のマーカーコイルのずれは最大で0.40[mm]になったという報告がある。   FIG. 7 is a diagram for explaining the scenery during the MEG experiment. The dewar and the subject's head are filled with an elastic material. Thereby, the lateral movement of the head is suppressed. In addition, the chin rest [4] produced by Nomura is used to suppress the head's vertical movement. There is a report that the marker coil deviation before using the chin rest is 9.72 [mm] at the maximum, and the marker coil deviation after using the chin rest is 0.40 [mm] at the maximum. is there.

PCAやICAといった信号処理の手法による、ノイズ除去も提案されている[5][6]。独立成分分析(ICA)は複数の観測信号から統計的な独立性を元に、源信号に分離する手法である。ノイズと誘発磁場は無相関である為に、互いに分離が可能である。しかし、MEGは多数のSQUIDセンサを用いて計測するために、多次元のデータになり、解析には多くの時間がかかる[7]。   Noise removal by signal processing techniques such as PCA and ICA has also been proposed [5] [6]. Independent component analysis (ICA) is a method of separating a plurality of observed signals into source signals based on statistical independence. Since noise and induced magnetic field are uncorrelated, they can be separated from each other. However, since MEG is measured using a large number of SQUID sensors, it becomes multidimensional data, and analysis takes a lot of time [7].

本研究の目的は、生体現象ノイズの心磁成分に注目し、心磁成分を除去するシステムの開発と等価電流双極子推定への結果に及ぼす影響を調べることで、このシステムの性能評価を行うことである。   The purpose of this study is to evaluate the performance of this system by focusing on the magnetocardiographic component of the biological phenomenon noise, and developing the system to remove the magnetocardiographic component and investigating the effect on the equivalent current dipole estimation. That is.

本研究で行う心磁成分の除去手法は、心拍をトリガにし、加算平均を用いて心磁成分の抽出を行い、除去を行うという手法である。心磁成分は、一定のリズムで発生する為に、心拍を同時に記録すれば、心磁成分のみを除去するのに有効だと考えた。   The removal method of the magnetocardiographic component used in this research is a method of extracting the magnetocardiographic component by using heartbeat as a trigger and extracting the magnetocardiographic component using the addition average. Since the magnetocardiogram component is generated at a constant rhythm, we thought that recording the heartbeat at the same time would be effective in removing only the magnetocardiogram component.

1.1.加算平均による減算手法
本研究で提案する心磁成分の除去手法は、心臓の動きを、脳磁場計測と同時に記録する。これをトリガに用いて加算平均を行い、心臓の拍動によって生じる心磁成分を抽出し、オフラインで計測データから減算を行うという手法である(図8)。
1.1. Subtraction method by addition averaging The removal method of the magnetocardiographic component proposed in this study records the movement of the heart at the same time as the brain magnetic field measurement. Using this as a trigger, addition averaging is performed, a magnetocardiographic component generated by the heartbeat is extracted, and subtraction is performed off-line from measurement data (FIG. 8).

一般に運動負荷を与えると心電波形のQRS時間、QT間隔が短縮する[8]。複写や計算課題などの負荷を与えると、R−R間隔が変動し精神的負荷を反映するといわれている[9]。本研究では、実験中ほぼ安静である為に抽出される心磁波形がほぼ相似になると考えた。R−R間隔の変動に対しては、1周期分の心磁波形を求め、心拍トリガから除去する事により対応が出来る。   Generally, when exercise load is applied, the QRS time and QT interval of the electrocardiogram waveform are shortened [8]. It is said that when a load such as copying or a calculation task is given, the RR interval changes and the mental load is reflected [9]. In this study, we thought that the extracted magnetocardiogram waveform was almost similar because it was almost resting during the experiment. The fluctuation of the RR interval can be dealt with by obtaining a magnetocardiogram waveform for one period and removing it from the heartbeat trigger.

図8は、本研究が提案する心磁成分を除去する手法を説明する図である。まず心拍の時刻情報を元に、SQUIDで計測された信号に対し、加算平均を行う。加算平均された信号は、心磁に由来する磁場成分であると考えられる。その後、加算平均に用いた心拍の時刻を用いて、抽出した心磁成分で除去を行う。   FIG. 8 is a diagram for explaining a technique for removing the magnetocardiographic component proposed by this research. First, based on the heartbeat time information, addition averaging is performed on the signal measured by the SQUID. The signal obtained by averaging is considered to be a magnetic field component derived from the magnetocardiogram. Thereafter, removal is performed with the extracted magnetocardiographic component using the time of the heartbeat used for the averaging.

本手法を実現する為に、MEG計測に影響を及ぼさない心拍計測装置と、本手法を行うソフトウェアが必要になる。   In order to realize this method, a heartbeat measuring device that does not affect MEG measurement and software for performing this method are required.

1.2.基線補正
加算平均を行ったデータに対し基線補正をかける。基線補正は、なんらかの持続的な神経活動や基線の揺らぎの除去を行う。基線補正が行う操作を図9に示す。
1.2. Baseline correction Baseline correction is applied to the data that has been averaged. Baseline correction removes any sustained neural activity or baseline fluctuations. FIG. 9 shows an operation performed by the baseline correction.

図9は、基線補正を説明する図である。指定した時間区間の各CHの平均値を求めて、1サンプルごと元データを減算する。刺激トリガの前から100[ms]、全区間で行われる。この操作は、直接計測データを変化させる。   FIG. 9 is a diagram for explaining baseline correction. The average value of each CH in the specified time interval is obtained, and the original data is subtracted for each sample. 100 [ms] from before the stimulation trigger is performed in the entire interval. This operation directly changes the measurement data.

直接計測データを変化させる為に、平均を求める区間によって、本来得たい信号を消してしまう可能性がある。また、どの部分を使えばよいという基準が明確に決められていない。   In order to change the measurement data directly, there is a possibility that the signal that is originally obtained may be erased depending on the interval for obtaining the average. Also, the criteria for which part to use are not clearly determined.

1.3.心電と心磁について
心臓は心筋を収縮させることによって、血液を全身に循環させるポンプの機能をもつ臓器である。心臓には、左右に隔壁と弁膜で仕切られた心室と心房が備わっている。それ以外にも、心房と心室を構成する心筋を収縮コントロールするための電気的指令を出したり、伝えたりする組織を供えている(図10)。
1.3. About electrocardiogram and magnetocardiogram The heart is an organ that functions as a pump that circulates blood throughout the body by contracting the heart muscle. The heart has a ventricle and an atrium separated by a septum and a valve membrane on the left and right. In addition to this, it provides a tissue that issues and transmits electrical commands for controlling contraction of the myocardium constituting the atria and ventricles (FIG. 10).

図10は、心臓の各部位の名前と特徴を説明する図である。洞結節は心筋の収縮の一定のリズムを作り出す部位である。左右房の心筋の脱分極による伝播は三尖弁と僧房弁でとまり、左右室への伝播は房室結節のみに伝わる。心室の刺激伝導系はヒス束から左右室の心筋まではプルキンエ繊維抹消である。この間は非常に早く伝わる。   FIG. 10 is a diagram for explaining the names and features of each part of the heart. The sinus node is the site that creates a constant rhythm of myocardial contraction. Propagation due to depolarization of the left and right atrial myocardium stops at the tricuspid valve and the mitral valve, and propagation to the left and right ventricle is transmitted only to the atrioventricular node. The stimulation conduction system of the ventricle is Purkinje fiber deletion from the His bundle to the left and right ventricular myocardium. It is transmitted very quickly during this time.

心筋細胞は、静止時に陰性に保たれ、興奮によって脱分極する。この際、Na+が細胞内に流入する。細胞はこの流入したNa+を積極的に排出する。3個のNa+が排出されると、2個のK+が流入する。この時、外向きに電流が生じる。心筋が収縮する時Ca2+が必要になる。心筋の脱分極直後は、Na+が多いのでNa+を排出し、Ca2+を取り込む(外向き電流が生じる)。Ca2+が多くなると、逆にCa2+を排出し、Na+を取り込む(内向き電流が生じる)。心筋が収縮後、次の脱分極に備えて、再分極が起こる。この時、細胞内のK+を排出し、元の静止膜電位に戻ろうとする[12]。   Cardiomyocytes remain negative at rest and are depolarized by excitation. At this time, Na + flows into the cell. The cells actively expel this inflowed Na +. When 3 Na + are discharged, 2 K + flows. At this time, an electric current is generated outward. Ca2 + is required when the heart muscle contracts. Immediately after the depolarization of the myocardium, since there is much Na +, Na + is discharged and Ca2 + is taken in (an outward current is generated). When Ca 2+ increases, Ca 2+ is discharged and Na + is taken in (inward current is generated). After the myocardium contracts, repolarization occurs in preparation for the next depolarization. At this time, the intracellular K + is excreted to return to the original resting membrane potential [12].

このように、心筋細胞はNa+により脱分極、Ca2+により収縮、K+により再分極がおこわなれる。心筋の興奮伝導(脱分極の伝播)を説明する。静止時、細胞内は陰性に保たれているが、隣り合う心筋細胞により脱分極が伝播する。この時、心筋の細胞内は陽性になる。興奮伝導の波面に電流双極子を生じる[11]。   Thus, cardiomyocytes are depolarized by Na +, contracted by Ca2 +, and repolarized by K +. Explain myocardial excitation conduction (propagation of depolarization). At rest, the cell remains negative, but depolarization is propagated by adjacent cardiomyocytes. At this time, myocardial cells become positive. A current dipole is generated in the wave front of excitatory conduction [11].

体表面に電位差が生じる仕組みを説明する。心筋の興奮、収縮に伴う電流があると抵抗性を持つ周囲の臓器に帰還電流が生じる。その為に、任意の点で電位差が計測される(参考文献[10]の図2)。   A mechanism for generating a potential difference on the body surface will be described. When there is an electric current associated with myocardial excitement and contraction, a feedback current is generated in the surrounding organ having resistance. For this purpose, the potential difference is measured at an arbitrary point (FIG. 2 of reference [10]).

心電波形と心筋細胞の収縮タイミングを説明する。計測される心電波形は、心筋の収縮タイミングを表している。参考文献[10]の図3に示されるように、心電図は心臓の電気的な状態を示し、P波、Q波、R波、S波、T波、U波の順に現れる。P−Qの間に、左右房の収縮が起こる。QRSの間には、ヒス束からプルキンエ繊維抹消への興奮伝導が起こる。つまり、心室筋の脱分極のはじまりと終わりを表す。S−Tは、次の収縮の為に再分極している。   The electrocardiogram waveform and the contraction timing of cardiomyocytes will be described. The measured electrocardiographic waveform represents the contraction timing of the myocardium. As shown in FIG. 3 of the reference [10], the electrocardiogram shows the electrical state of the heart and appears in the order of P wave, Q wave, R wave, S wave, T wave, and U wave. During PQ, left and right atrial contraction occurs. Excitatory conduction from the His bundle to Purkinje fiber extinction occurs during QRS. In other words, it represents the beginning and end of depolarization of the ventricular muscle. ST is repolarized due to subsequent contraction.

心磁の電流源は、興奮伝導に伴う電流双極子だと考えられる。心筋の興奮の伝播が心磁となって計測されると考えられる。   The magnetocardiogram current source is thought to be a current dipole accompanying excitatory conduction. It is thought that the propagation of myocardial excitement is measured as a magnetocardiogram.

2.MEGで使用できる心拍計測システムについて
心臓は、心筋の収縮によって全身へ血液を運ぶ臓器である。この変化は、血管内の容積変化(脈波)と心筋の筋収縮によって生じる体表面の電位変化(心電図)によって計測できる。本研究の心磁除去の為に、心拍と同期した信号を、MEG計測中に同時に記録しなくてはいけない。そこで、MEG計測と同時に計測しても、ノイズや実験タスクに問題の発生しない心拍計測装置について検討を行った。
2. About heart rate measurement system that can be used in MEG The heart is an organ that carries blood to the whole body by contraction of the myocardium. This change can be measured by a volume change (pulse wave) in the blood vessel and a potential change (electrocardiogram) on the body surface caused by muscle contraction of the myocardium. In order to remove the magnetocardiogram in this study, a signal synchronized with the heartbeat must be recorded simultaneously during MEG measurement. Therefore, we examined a heart rate measurement device that does not cause problems in noise and experimental tasks even if it is measured simultaneously with MEG measurement.

2.1.心拍を計測するシステムの評価
MEG実験では、体性感覚用の刺激装置に電気刺激装置がある。また、実験タスクによっては、被験者にボタン押し動作を行う事がある。このような刺激や動作の時に、本件急で開発する心拍を計測するシステムが影響をうけないようにしなければいけない(図11)。
2.1. Evaluation of system for measuring heart rate In MEG experiment, there is an electrical stimulation device as a stimulation device for somatosensory sensation. Depending on the experimental task, the subject may perform a button press operation. It is necessary to prevent the system that measures the heart rate developed in this case from being affected by such stimulation and movement (Fig. 11).

図11は、実験タスクの例を説明する図である。体性感覚用の刺激装置に電気刺激装を用いるものがある。実験タスクによっては、ボタン押し動作を行うことがある。これらの実験中に、心拍計測するシステムに影響を与えないようにしなければならない。   FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an experimental task. Some somatic stimulation devices use electrical stimulation equipment. Depending on the experimental task, a button press operation may be performed. During these experiments, the heart rate measurement system should not be affected.

2.2.脈波を用いた心拍の計測
脈波とは、心拍動によって生ずる動脈系圧波動の伝達である[13]。この伝達を計測する方法に、空気動圧センサを用いて変動を計測する方法とヘモグロビンの赤外光における吸収量が違うことを利用する方法がある。
2.2. Heartbeat measurement using pulse waves Pulse waves are the transmission of arterial pressure waves generated by heartbeat [13]. As a method for measuring this transmission, there are a method of measuring fluctuations using an air dynamic pressure sensor and a method of using the fact that the absorption amount of hemoglobin in infrared light is different.

空気動圧センサを用いた脈波を計測する装置に(株)エム・アイ・ラボ製の脈波観測装置(図12)を用いた。赤外線を用いた脈波観測装置は、赤外線LEDと光センサ(フォトダイオード)で構成した心拍計測装置を製作した(図13は回路図、図14は製作した装置)。   As a device for measuring a pulse wave using an air dynamic pressure sensor, a pulse wave observation device (FIG. 12) manufactured by MI Lab Inc. was used. As the pulse wave observation device using infrared rays, a heart rate measuring device constituted by infrared LEDs and optical sensors (photodiodes) was manufactured (FIG. 13 is a circuit diagram, and FIG. 14 is a manufactured device).

図12は、脈波観測装置(空気圧の変化で捉える)を説明する図である。脈波観測装置は空気袋のわずかな空気圧の変動を捉え、電圧に変換し出力している。使用時は、空気袋を被験者の指にサージカルテープで密着させて使用する。このときチューブが空気を伝わる遅延と心臓から指までの血流の遅延を考慮しなくてはいけない。   FIG. 12 is a diagram for explaining a pulse wave observation device (captured by a change in air pressure). The pulse wave observation device captures slight air pressure fluctuations in the air bag, converts it into voltage, and outputs it. When in use, use the air bag in close contact with the subject's finger with surgical tape. At this time, it is necessary to consider the delay in the tube's air transmission and the delay in blood flow from the heart to the finger.

図13は、脈波観測装置(赤外線を使用した装置)の回路図である。赤外線LEDとフォトダイオードの間に指を挟むことにより、血流の変化を計測することができる。   FIG. 13 is a circuit diagram of a pulse wave observation device (device using infrared rays). Changes in blood flow can be measured by placing a finger between the infrared LED and the photodiode.

図14は、製作した脈波観測装置を説明する図である。赤外線は、人の目で見ることが出来ない。左図で、赤外LED部分が光っている。これは、デジタルカメラの光センサが赤外光に感受性をもつため記録される。右は、脈波の測定風景を示す。赤外線LEDとフォトダイオードを隠すように指を置いて計測を行う。   FIG. 14 is a diagram for explaining the manufactured pulse wave observation device. Infrared light cannot be seen by human eyes. In the left figure, the infrared LED portion is shining. This is recorded because the optical sensor of the digital camera is sensitive to infrared light. On the right is a pulse wave measurement scene. Measure with your finger to hide the infrared LED and photodiode.

2.3.心電計の製作
心筋の細胞が興奮することによって生じる電場は、ほぼ、瞬間的に周辺の臓器を経由して体表面まで到達する。心電計は、この電場変化を捉える装置である。臨床目的の心電図は、標準12誘導(肢誘導と胸部誘導)と呼ばれる電極の貼り付けを行う[15](図15)。本研究では、心電を臨床目的に使用するわけではないので、単純に心筋の収縮によって生じるQRSの電場変化を捉えて増幅すればよい(図16)。製作した心電計の回路図と装置概観を図17、図18に示す。
2.3. Manufacture of an electrocardiograph The electric field generated by the excitement of myocardial cells almost instantaneously reaches the body surface via surrounding organs. An electrocardiograph is a device that captures this electric field change. For electrocardiograms for clinical purposes, electrodes called standard 12 leads (limb lead and chest lead) are applied [15] (FIG. 15). In this study, electrocardiograms are not used for clinical purposes, so it is only necessary to capture and amplify QRS electric field changes caused by myocardial contraction (FIG. 16). 17 and 18 show the circuit diagram of the produced electrocardiograph and an overview of the apparatus.

図15は、標準12誘導の電極貼り付け位置を説明する図である。肢誘導と胸部誘導の電極の取り付け位置を示す。この電極貼り付け位置は、臨床目的で使用されている。   FIG. 15 is a diagram for explaining standard 12-lead electrode attaching positions. The attachment positions of the electrodes for limb guidance and chest guidance are shown. This electrode attachment position is used for clinical purposes.

図16は、典型的な心電波形を説明する図である。心筋の細胞が、脱分極すると、心筋は収縮をする。P波は、心房の収縮を表す。QRS波は、心室の脱分極の始まりから終わり、つまり心室の収縮を表し、T波で心筋の収縮を終えることを表している。詳細は1.3で解説している。   FIG. 16 is a diagram for explaining a typical electrocardiogram waveform. When myocardial cells depolarize, the myocardium contracts. P waves represent atrial contraction. The QRS wave indicates the beginning and end of ventricular depolarization, that is, the contraction of the ventricle, and the T wave indicates the end of the contraction of the myocardium. Details are explained in 1.3.

図17は、製作した心電計の回路図である。AD620は計装アンプである。高い入力インピーダンスを持った差動増幅専用のオペアンプである。VRで、ゲインを1〜10000倍まで増幅できる。RCで構成された0.5[Hz]のハイパスフィルタと40[Hz]のローパスフィルタをかけた後、非反転増幅し出力している。   FIG. 17 is a circuit diagram of the produced electrocardiograph. The AD 620 is an instrumentation amplifier. This is an operational amplifier dedicated to differential amplification with high input impedance. With VR, the gain can be amplified up to 1 to 10,000 times. After applying a 0.5 [Hz] high-pass filter and a 40 [Hz] low-pass filter composed of RC, non-inverting amplification is performed and output.

図18は、製作した心電計を説明する図である。製作した心電計は、シールドルーム外に設置する。ケーブルをシールドルーム内まで伸ばし、被験者に電極を取り付ける。   FIG. 18 is a diagram for explaining the produced electrocardiograph. The produced electrocardiograph is installed outside the shield room. Extend the cable into the shield room and attach the electrode to the subject.

被験者の体につける電極は、日本光電製ディスポ電極ビトロードF-150Sを用いた。電極は、実験前に磁石を用いて、磁性体ではないことを確認している。市販の製品は、ディスポ電極と心電計をつなぐ電極リードにステンレスが用いられており、MEG実験に使用できないことが分かった。その為、磁性体を用いていない電極リードを自作した。導線は、銅を用い、ビトロードとの接続部分には、電子工作用に用いられるゴム足を加工して用いた(図19)。   As an electrode to be attached to the body of a subject, a disposable electrode Vitrode F-150S manufactured by Nihon Kohden was used. It was confirmed that the electrode was not a magnetic material using a magnet before the experiment. It was found that the commercially available product cannot be used for MEG experiments because stainless steel is used for the electrode lead connecting the disposable electrode and the electrocardiograph. Therefore, I made my own electrode lead without using magnetic material. Copper was used for the conducting wire, and a rubber foot used for electronic work was processed and used for the connecting portion with Vitrode (FIG. 19).

図19は、製作した電極リード(左)と日本光電製の電極リード(右)を説明する図である。自作した電極リードは銅線部分がディスポ電極に接触するように出来ている。日本光電製の電極リード(使い捨て電極リード線BC−IXX:XXは色によって型番が異なる)はディスポ電極をバネの構造で密着させている。   FIG. 19 is a diagram for explaining the manufactured electrode lead (left) and the Nihon Kohden electrode lead (right). The self-made electrode lead is made so that the copper wire part contacts the disposable electrode. Nihon Kohden's electrode leads (disposable electrode lead wires BC-IXX: XX have different model numbers depending on the color) have a disposable electrode in close contact with a spring structure.

計測した心電データに対して、デジタルフィルタをかける。このフィルタ処理は、計測中の被験者の動きによる基線の揺らぎ(〜2[Hz])や、ハムノイズ(60[Hz]の成分)を除去する為のものである。   Apply digital filter to the measured ECG data. This filter processing is for removing baseline fluctuation (˜2 [Hz]) and hum noise (60 [Hz] component) due to the movement of the subject under measurement.

2.4.脈波観測装置と製作した心電計の心拍計測結果
図12と図14の脈波観測装置を用いて、心拍を計測した結果を示す(図20、図21)。この計測の被験者は、共に、2秒間に3回ほど、振幅のピークが見られた。安静時の心拍の間隔が、正常な間隔が1秒間に0.8〜1.7回[14]なので、正常に心拍が計測されているものと考えられる。
2.4. Heartbeat measurement results of the pulse wave observation device and the manufactured electrocardiograph The results of measuring the heart rate using the pulse wave observation device of FIGS. 12 and 14 are shown (FIGS. 20 and 21). Both subjects of this measurement had an amplitude peak about 3 times in 2 seconds. Since the interval between heartbeats at rest is 0.8 to 1.7 times per second [14], the normal interval is considered to be measured normally.

図20は、空気動圧センサを用いた脈波計測の結果を説明する図である。指を動かすと、大きく基線がゆらいだ。また、空気袋を触ると大きな変化になってしまい、脈波が正常に観測されない。   FIG. 20 is a diagram for explaining a result of pulse wave measurement using the air dynamic pressure sensor. When you move your finger, the baseline fluctuates greatly. Moreover, if the air bag is touched, it will be a big change and a pulse wave will not be observed normally.

図21は、光センサを用いた脈波計測の結果を説明する図である。基本的に指を光センサと赤外線LEDとの間に置き続けなければ計測が出来ない。その為に、MEG実験中に、ボタンを押すという動作は出来ない。   FIG. 21 is a diagram for explaining the result of pulse wave measurement using an optical sensor. Basically, you cannot measure unless you keep your finger between the light sensor and the infrared LED. For this reason, the operation of pressing a button during the MEG experiment cannot be performed.

計測した心電波形に、3−50[Hz]のFIR型のバンドパスフィルタをかけた。これにより、被験者が動くことによって生じる心電波形の基線の揺らぎとハムノイズを除去できる(図22)。この時、位相ひずみが起きないようにフィルタは直線位相特性を持ったものを使用した[16]。   A 3-50 [Hz] FIR type bandpass filter was applied to the measured electrocardiographic waveform. Thereby, the fluctuation of the baseline of the electrocardiogram waveform and the hum noise caused by the movement of the subject can be removed (FIG. 22). At this time, a filter with linear phase characteristics was used to prevent phase distortion [16].

図22は、フィルタをかける前の心電波形とバンドパスフィルタ後の心電波形を説明する図である。細かく一定の周期で現れているのがハムノイズである。交流電源の周波数が60[Hz]なので、その帯域を減衰するように3−50[Hz]のバンドパスフィルタをかけた。   FIG. 22 is a diagram for explaining an electrocardiogram waveform before applying a filter and an electrocardiogram waveform after a band-pass filter. The hum noise appears in a fine and regular cycle. Since the frequency of the AC power supply is 60 [Hz], a band pass filter of 3-50 [Hz] was applied so as to attenuate the band.

製作した心電計は2点間の電位差を求めて増幅することが出来る(予備実験の計測は、ノイズ低減の為に不感電極を心電計のGNDに接続して計測を行っている。)。よって、どの部位に電極を貼り付けるかによって、波形は異なる。そこで、電極を頂点とみなし、三角形に心臓が収まるように電極をつけて計測を行った(図23、図24)。   The produced electrocardiograph can obtain and amplify the potential difference between the two points (in the preliminary experiment, the insensitive electrode is connected to the electrocardiograph GND for noise reduction). . Therefore, the waveform varies depending on which part the electrode is attached to. Therefore, the electrode was regarded as the apex, and measurement was performed by attaching the electrode so that the heart fits in the triangle (FIGS. 23 and 24).

図23は、胸部誘導で電極貼り付け位置の違いによる波形の違いを説明する図である。赤がプラス入力、青がマイナス入力、黒が不感電極(心電計GND)に接続している。   FIG. 23 is a diagram for explaining a difference in waveform due to a difference in electrode attachment position in chest guidance. Red is a positive input, blue is a negative input, and black is connected to a dead electrode (electrocardiograph GND).

図24は、肢誘導で電極貼り付け位置の違いによる波形の違いを説明する図である。赤がプラス入力、青がマイナス入力、黒が不感電極(心電計GND)に接続している。全体的に、胸部誘導より、振幅が低くなった。これは、心臓からの距離が離れた為に、臓器などが抵抗成分となった為だと考えられる。   FIG. 24 is a diagram for explaining a difference in waveform due to a difference in electrode attachment position in limb guidance. Red is a positive input, blue is a negative input, and black is connected to a dead electrode (electrocardiograph GND). Overall, the amplitude was lower than the chest lead. This is thought to be due to organs and the like becoming resistance components due to the distance from the heart.

MEG実験で使用する電気刺激装置とボタン押し動作をした時の結果を図25に示す。心電波形に変化は見られなかった。   FIG. 25 shows the result when the button is operated with the electrical stimulator used in the MEG experiment. There was no change in the ECG waveform.

図25は、心電計測中に電気刺激、ボタン押し動作をしたときの心電波形を説明する図である。赤い線は、それぞれの刺激の始まりのタイミングを表している。電気刺激は0.5[mA]を手首に出力している。ボタン押し動作は、人差し指でボタンを押してもらった。共に心電波形に変化は見られなかった。   FIG. 25 is a diagram for explaining an electrocardiogram waveform when an electrical stimulation or button pressing operation is performed during electrocardiogram measurement. The red line represents the start timing of each stimulus. Electrical stimulation outputs 0.5 [mA] to the wrist. The button was pushed with the index finger. In both cases, there was no change in the ECG waveform.

製作した脈波観測装置(図14)と心電計を用いて同時に心拍を計測した結果を図26に示す。心電のR波と脈波のピーク値はおよそ200[ms]の遅延が生じていた。この遅延は、被験者によって心臓から脈波の測定部位までの距離が異なる為に、変化する。   FIG. 26 shows the result of measuring the heart rate at the same time using the manufactured pulse wave observation device (FIG. 14) and the electrocardiograph. The peak values of the electrocardiographic R wave and pulse wave had a delay of approximately 200 [ms]. This delay changes because the distance from the heart to the pulse wave measurement site varies depending on the subject.

図26は、光センサを用いた脈波観測装置と製作した心電計の心拍計測を説明する図である。脈波は心電に比べて遅延が生じていた。これは、血流の変化を捉えている為である。   FIG. 26 is a diagram for explaining heart rate measurement of a pulse wave observation device using an optical sensor and a manufactured electrocardiograph. The pulse wave was delayed compared to the electrocardiogram. This is because a change in blood flow is captured.

2.5.考察
本研究では、MEG計測と心拍を同時に記録し、加算平均することにより心磁成分のみを抽出する。その為に、実験タスク中でも安定して心拍を計測する装置が必要になる。
脈波観測装置は、空気動圧センサを用いるもの、赤外線を用いるもの、それぞれに問題がある。実験タスクによって、ボタンを押すという動作をすることがある。図20から、空気動圧センサを用いた脈波観測装置は、使用できない。光センサを使用する脈波観測装置は、センサをシールドルーム内に持ち込むことは出来ない。光センサの電流の変化が、SQUIDセンサに混入してしまうからである。また、光ファイバを用いることも考えたが、赤外線の波長の減衰が大きく、脈波成分が計測出来なかった。
2.5. Discussion In this study, MEG measurements and heartbeats are recorded simultaneously, and only the magnetocardiogram component is extracted by averaging. For this reason, a device for measuring heartbeats stably even during an experimental task is required.
There are problems with pulse wave observation devices that use an air dynamic pressure sensor and those that use infrared light. Depending on the experimental task, the button may be pressed. From FIG. 20, the pulse wave observation device using the air dynamic pressure sensor cannot be used. A pulse wave observation device using an optical sensor cannot bring the sensor into a shield room. This is because the change in the current of the optical sensor is mixed into the SQUID sensor. In addition, the use of an optical fiber was also considered, but the attenuation of the infrared wavelength was large, and the pulse wave component could not be measured.

製作した心電計は、電気刺激、ボタン押し動作を行っても、安定して心拍が計測できた。また、脈波とは違い、電場の変化を計測しているので、遅延が生じない。そこで、本研究では、心拍を計測する装置に心電計を用いて、心磁成分の抽出を行うことにした。   The produced electrocardiograph was able to measure heart rate stably even after electrical stimulation and button pressing. In addition, unlike the pulse wave, since the change in the electric field is measured, there is no delay. Therefore, in this study, we decided to extract the magnetocardiographic component using an electrocardiograph as a heart rate measuring device.

3.MEGによる心磁成分の抽出
生体から発生する磁気を用いて機能を計測する装置は多数存在する。脳磁図は文字通り、脳機能をターゲットに作られた計測装置である。それ以外にも、心臓の機能を調べる心磁図用の計測装置がある。本研究においては、MEG計測装置を用いた心磁図の報告は無いので、心磁がどのようにSQUIDセンサに計測されるか調べた。
3. Extraction of magnetocardiographic component by MEG There are many devices that measure the function using magnetism generated from a living body. A magnetoencephalogram is literally a measurement device that is designed to target brain function. In addition, there are magnetocardiogram measuring devices for examining the function of the heart. In this research, since there was no report of the magnetocardiogram using the MEG measuring device, it was investigated how the magnetocardiogram is measured by the SQUID sensor.

参考文献[17]に示される心磁図計測装置を用いる。心臓の真上に、SQUIDセンサアレイを配置し、計測を行う。MEG計測装置は、頭部を覆うようにSQUIDセンサを配置している。   The magnetocardiogram measuring device shown in reference [17] is used. A SQUID sensor array is placed directly above the heart to perform measurement. The MEG measuring device arranges the SQUID sensor so as to cover the head.

心磁図測定装置を用いて計測された心磁成分は、参考文献[17]に示されるように、SQUIDセンサ8ch分を重ね合わせた結果である。   The magnetocardiographic component measured using the magnetocardiogram measuring device is the result of superposing the SQUID sensors for 8 ch as shown in the reference [17].

3.1.実験方法
被験者に電極を図27のように貼り付けた。また、心電計の出力をMEG計測装置のトリガチャンネルに接続し、心電を同時に記録した。被験者は22−23歳男性4名で行った。
3.1. Experimental Method An electrode was attached to the subject as shown in FIG. Moreover, the output of the electrocardiograph was connected to the trigger channel of the MEG measuring device, and the electrocardiogram was recorded simultaneously. Subjects were 4 males aged 22-23.

図27は、電極の貼り付け位置を説明する図である。心臓が電極を頂点に、三角形の中に捉えられるように、反転入力、非反転入力、不感電極を貼り付けた。   FIG. 27 is a diagram for explaining an electrode attachment position. Inverted input, non-inverted input, and insensitive electrode were pasted so that the heart could be captured in a triangle with the electrode at the apex.

心磁成分の抽出には、同時に記録した心電図のR波部分を、トリガに加算平均を行った。解析に用いたソフトは、脳磁図用の解析ソフトウェアMEG Laboratory(横河電機、イーグルテクノロジー製)である。加算平均は200回以上行った。通常の脳磁場の解析に用いられるフィルタ処理、基線補正処理は行わなかった。   For the extraction of the magnetocardiographic component, the R wave portion of the electrocardiogram recorded at the same time was added and averaged using a trigger. The software used for analysis is MEG Laboratory (Yokogawa Electric, Eagle Technology) for magnetoencephalography. The addition average was performed 200 times or more. Filter processing and baseline correction processing used for normal brain magnetic field analysis were not performed.

3.2.MEG計測装置について
脳磁場計測と心磁成分の計測には全頭型160チャンネル脳磁計(イーグルテクノロジー製)を使用した。SQUIDセンサはGradio-meterでBaselineは50.0[mm]であった。ノイズとシグナルのピーク値を用いて計算したS/N比は0.03[dB]であった。被験者は磁気遮断室(MSR:Magnetically Shielded Room)内に入ってもらう。脳磁場計測には、顎乗せ台を用い、デュワーと頭部の間を図7のように埋めて計測を行った。
3.2. About MEG Measuring Device A full-head 160-channel magnetoencephalograph (manufactured by Eagle Technology) was used for cerebral magnetic field measurement and magnetocardiographic component measurement. The SQUID sensor was a Gradio-meter and the Baseline was 50.0 [mm]. The S / N ratio calculated using the noise and signal peak values was 0.03 [dB]. Subjects are asked to enter a Magnetically Shielded Room (MSR). For cerebral magnetic field measurement, a chin rest was used, and the space between the Dewar and the head was filled as shown in FIG.

図28は、全頭型160チャンネル脳磁計を説明する図である。被験者は椅子に座り、デュワー内に頭部を入れてもらい脳磁場計測を行う。   FIG. 28 is a diagram for explaining a full-head 160-channel magnetoencephalograph. The subject sits in a chair and puts his head in the dewar and performs brain magnetic field measurements.

全ての計測時に共通なパラメータを表1に示す。
(表1)
MEG計測のパラメータ
サンプリング周波数[Hz] 1000
Low Pass Filterのカットオフ周波数[Hz] 200
Band Elimination Filterの中心周波数[Hz] 60
Table 1 shows the parameters common to all measurements.
(Table 1)
MEG measurement parameters Sampling frequency [Hz] 1000
Low Pass Filter cutoff frequency [Hz] 200
Center frequency [Hz] of Band Elimination Filter 60

3.3.MEGによる心磁成分の抽出結果
心電波形をトリガに、加算平均を行った結果を示す。図29は加算平均によって得られた波形と、図30はSQUIDチャネルの波形変化を示す。
3.3. Extraction result of magnetocardiographic component by MEG The result of addition averaging using an electrocardiographic waveform as a trigger is shown. FIG. 29 shows the waveform obtained by the averaging, and FIG. 30 shows the waveform change of the SQUID channel.

図29は、加算平均によって抽出した心磁波形と等磁場線図を説明する図である。等磁場線図の緑は磁場の吸い込み(Sink)、赤は磁場の吹出(Source)を示す。変化の激しい時刻(赤線、青線)の等磁場線図を示す。   FIG. 29 is a diagram for explaining a magnetocardiogram waveform and an isomagnetic field diagram extracted by addition averaging. In the isomagnetic diagram, green indicates the magnetic field sink (Sink), and red indicates the magnetic field source (Source). An isomagnetic field diagram at a time when the change is intense (red line, blue line) is shown.

図30は、各SQUIDセンサに含まれる心磁成分を説明する図である。各SQUIDセンサを大きく左右に分けると、左側で最も大きく変化するチャネルは108ch、右側で最も大きく変化するチャネルは71chであった。   FIG. 30 is a diagram for explaining a magnetocardiographic component included in each SQUID sensor. When each SQUID sensor was roughly divided into left and right, the channel that changed most on the left side was 108 ch, and the channel that changed most on the right side was 71 ch.

心電をトリガに、図29のような波形が得られたことから、心拍による誘発磁場だと考えられる。同時に記録した心電波形と図30から分かった変化が著しいチャネルの計測磁場データとの比較を行ったものを図31に示す。   Since an electrocardiogram is used as a trigger and a waveform as shown in FIG. 29 is obtained, it is considered that the magnetic field is induced by a heartbeat. FIG. 31 shows a comparison between the electrocardiogram waveform recorded at the same time and the measured magnetic field data of the channel having a remarkable change found from FIG.

図31は、心電波形と計測磁場データとの比較を示す図である。心電波形のQRS波にかけて、71ch、108chに同期した変化が見られる。71chから108chを減算するとより分かりやすい。   FIG. 31 is a diagram showing a comparison between an electrocardiogram waveform and measured magnetic field data. A change synchronized with 71 ch and 108 ch is observed over the QRS wave of the electrocardiogram waveform. Subtracting 108ch from 71ch is easier to understand.

図32は、心電波形と計測した心磁図の比較を示す図である。P波、QRS波、T波に対応した心磁成分が計測されている。QRS波に相当する部分が大きく計測された。   FIG. 32 is a diagram showing a comparison between an electrocardiogram waveform and a measured magnetocardiogram. The magnetocardiogram component corresponding to the P wave, QRS wave, and T wave is measured. A portion corresponding to the QRS wave was greatly measured.

被験者3名の心磁成分抽出結果を図33に示す。全被験者でP、QRS、Tに相当する心磁波形が確認できた。   FIG. 33 shows the results of extracting the magnetocardiographic components of three subjects. Magnetocardial waveforms corresponding to P, QRS, and T were confirmed in all subjects.

図33は、被験者3人の心磁成分抽出結果を説明する図である。等磁場線図は図29の青線と同じ心磁成分の位置を示す。被験者によって、QRS波に相当する心磁成分の波形が異なっていた。また、振幅のピーク値も被験者によって異なった。被験者4人計測して、振幅の絶対値を取った所、最大で820[fT]、最小で333[fT]、平均して485±229[fT]の振幅が計測された。   FIG. 33 is a diagram for explaining the magnetocardiographic component extraction results of three subjects. The isomagnetic field diagram shows the same position of the magnetocardiographic component as the blue line in FIG. The waveform of the magnetocardiographic component corresponding to the QRS wave differs depending on the subject. The peak value of the amplitude also varied depending on the subject. When four subjects were measured and the absolute value of the amplitude was taken, the maximum amplitude was 820 [fT], the minimum was 333 [fT], and the average was 485 ± 229 [fT].

心磁波形が時間的に変化するか調べた(図34)。心磁成分の周波数成分を図35に示す。   It was investigated whether the magnetocardiogram waveform changed with time (FIG. 34). The frequency component of the magnetocardiographic component is shown in FIG.

図34は、心磁波形の相似を説明する図である。図のA、B、Cは、それぞれ時間の区間を表す。約200[s]で300回の加算平均を行った。心磁波形にほとんど変化は無かった。   FIG. 34 is a diagram for explaining the similarity of the magnetocardiogram waveforms. A, B, and C in the figure each represent a time interval. An average of 300 times was performed at about 200 [s]. There was almost no change in the magnetocardiogram waveform.

図35は、心磁波形のパワースペクトル分布(108chのみ)を説明する図である。QRSの心磁成分が急峻な変化である為に、広い周波数範囲に成分が含まれている。図によるとほぼ1〜50[Hz]までの成分が含まれている。1〜50[Hz]の成分は、脳磁場解析にも含まれる帯域である。   FIG. 35 is a diagram for explaining the power spectrum distribution (only 108ch) of the magnetocardiogram waveform. Since the magnetocardiographic component of QRS is a steep change, the component is included in a wide frequency range. According to the figure, components of approximately 1 to 50 [Hz] are included. The component of 1 to 50 [Hz] is a band included in the brain magnetic field analysis.

3.4.心磁成分が脳磁場計測データに与える影響
抽出した心磁成分に対し、等価電流双極子推定をおこなった結果を図36に示す。
3.4. FIG. 36 shows the result of the estimation of the equivalent current dipole for the extracted magnetocardiogram component.

図36は、抽出成分に対して等価電流双極子推定をおこなった結果を説明する図である。推定位置の色とGOF、Intensityがそれぞれ対応している。心磁波形の振幅が最も高い時刻に、420[nA・m]ものIntensityが計測された。推定位置は、脳中央に推定された。推定アルゴリズムはSarvas法を用いた。   FIG. 36 is a diagram for explaining the result of performing the equivalent current dipole estimation on the extracted component. The estimated position color corresponds to the GOF and Intensity. Intensity of 420 [nA · m] was measured at the time when the amplitude of the magnetocardiogram waveform was the highest. The estimated position was estimated in the middle of the brain. The estimation algorithm used Sarvas method.

心磁成分が、誘発磁場応答に、どのように影響を与えているか調べる為に図37のような磁場データを人工的に作成した。作成にはMEG Laboratoryを用いた。手動で右の1次聴覚野近傍と1次視覚野近傍に等価電流双極子を置いた(図38)。それぞれの等価電流双極子が作る磁場データに対し、心磁成分を混合させた。   In order to examine how the magnetocardiographic component affects the induced magnetic field response, magnetic field data as shown in FIG. 37 was artificially created. MEG Laboratory was used for creation. Equivalent current dipoles were manually placed near the right primary auditory cortex and primary visual cortex on the right (FIG. 38). The magnetocardiographic component was mixed with the magnetic field data generated by each equivalent current dipole.

図37は、心磁成分と特定部位の等価電流双極子との混合波形を説明する図である。等価電流双極子のIntensityは10[nA・m]に設定し、誘発磁場を作成した。心磁成分の振幅は、誘発磁場に比べて大きいので、0.1倍し、混合した。   FIG. 37 is a diagram for explaining a mixed waveform of a magnetocardiographic component and an equivalent current dipole at a specific portion. The Intensity of the equivalent current dipole was set to 10 [nA · m], and an induced magnetic field was created. Since the amplitude of the magnetocardiographic component is larger than the induced magnetic field, it was multiplied by 0.1 and mixed.

図38は、1次聴覚野、1次視覚野に電流双極子があった時の等磁場線図を説明する図である。それぞれの電流双極子が作る等磁場線図を表している。   FIG. 38 is a diagram for explaining isomagnetic field diagrams when a current dipole is present in the primary auditory cortex and the primary visual cortex. The isomagnetic field diagram produced by each current dipole is shown.

作成した磁場データを用いて、等価電流双極子推定を行った。推定に使用したチャネルを図39に示す。   Equivalent current dipole estimation was performed using the created magnetic field data. The channels used for estimation are shown in FIG.

図39は、解析に用いたチャネルを説明する図である。青枠は1次聴覚野近傍の等価電流双極子推定に用いた。赤枠は1次視覚野近傍の等価電流双極子推定に用いた。   FIG. 39 is a diagram for explaining channels used for analysis. The blue frame is used to estimate the equivalent current dipole near the primary auditory cortex. The red frame is used to estimate the equivalent current dipole near the primary visual cortex.

図40、図41に混合した磁場データに対し、等価電流双極子推定を行った結果を示す。   40 and 41 show the results of equivalent current dipole estimation for the mixed magnetic field data.

図40は、心磁成分が等価電流双極子に与える影響を説明する図である。上図において、色が付いた縦の棒はIntensityを表し、ドットはGOFを表す。それぞれ、下のMRI断層写真上に示された等価電流双極子の位置と色が対応している。1次聴覚野近傍の電流双極子が心磁成分によって位置が下に移動している。Intensityにも影響を及ぼしている。   FIG. 40 is a diagram for explaining the influence of the magnetocardiographic component on the equivalent current dipole. In the figure above, the colored vertical bars represent Intensity and the dots represent GOF. The positions and colors of the equivalent current dipoles shown on the lower MRI tomogram correspond to each other. The position of the current dipole near the primary auditory cortex is moved downward by the magnetocardiographic component. It also affects Intensity.

図41は、心磁成分が等価電流双極子に与える影響を説明する図である。上図において、色が付いた縦の棒はIntensityを表し、ドットはGOFを表す。それぞれ、下のMRI断層写真上に示された等価電流双極子の位置と色が対応している。1次視覚野近傍の等価電流双極子が心磁成分によって位置が大幅に移動している。また、Intensityも大きく変化している。図40の1次聴覚野近傍より大きな影響を受けている。   FIG. 41 is a diagram for explaining the influence of the magnetocardiographic component on the equivalent current dipole. In the figure above, the colored vertical bars represent Intensity and the dots represent GOF. The positions and colors of the equivalent current dipoles shown on the lower MRI tomogram correspond to each other. The position of the equivalent current dipole in the vicinity of the primary visual cortex is greatly moved by the magnetocardiographic component. Intensity has also changed significantly. It is greatly influenced by the vicinity of the primary auditory area in FIG.

心磁成分が部位によって与える影響は異なっていた。図40の等価電流双極子の位置は、主に上下に移動するのに対し、図41は大きく脳幹や脳以外の場所に移動した。   The influence of the magnetocardiographic component was different depending on the part. The position of the equivalent current dipole in FIG. 40 mainly moved up and down, whereas in FIG. 41, it moved to a place other than the brainstem or brain.

3.5.考察
本手法により、被験者4人から心磁成分の抽出を行うことが出来た。計測された心磁波形の違いは、椅子の座り方、被験者の心臓の位置、SQUIDからの心臓までの距離が異なる為だと考えられる。
3.5. Discussion With this method, it was possible to extract magnetocardiographic components from four subjects. The difference in the measured magnetocardiographic waveform is considered to be due to the difference in how the chair sits, the subject's heart position, and the distance from the SQUID to the heart.

運動負荷は、心電のQRS時間、Q−T間隔の短縮になって現れ、精神負荷は、R−R間隔の変動となって現れるという報告がある[8][9]。MEG実験中は、運動を行う作業はしないので、心磁波形は相似になると考えていた。時間を分けて心磁波形を求めた結果(図34)から、ほとんど心磁波形に変化は見られなかったので、本手法がMEG実験中でも使用できると考える。   It has been reported that exercise load appears as shortening of QRS time and QT interval of electrocardiogram, and mental load appears as fluctuation of RR interval [8] [9]. During the MEG experiment, since no work was performed, it was thought that the magnetocardiogram waveform would be similar. Since the magnetocardiogram waveform was hardly changed from the results of the magnetocardiogram obtained by dividing the time (FIG. 34), it is considered that this method can be used even in the MEG experiment.

脳磁場解析を行う時、オフラインでフィルタ処理を行う。しかし、心磁の周波数成分を解析したところ、幅広く心磁成分は分布していた。心磁成分を除去する場合、通常用いられるフィルタ処理では、誘発磁場応答の成分も減衰させてしまい、除去するのは困難ということが分かった。その為に、心磁成分を除去する価値は十分にあると考えられる。   When performing brain magnetic field analysis, filter processing is performed offline. However, when the frequency component of the magnetocardiogram was analyzed, the magnetocardiogram component was widely distributed. When removing the magnetocardiogram component, it was found that the filter processing normally used attenuates the component of the induced magnetic field response and is difficult to remove. Therefore, it is considered that there is a sufficient value for removing the magnetocardiographic component.

抽出した心磁成分に対し、等価電流双極子を行った。この結果は、推定アルゴリズムによって異なると思うが、QRSに相当する心磁波形は、脳の中央位置(脳幹近傍)に等価電流双極子が推定された。   Equivalent current dipoles were performed on the extracted magnetocardiographic components. Although this result may differ depending on the estimation algorithm, the magnetocardiogram waveform corresponding to QRS was estimated to have an equivalent current dipole at the center of the brain (near the brainstem).

心磁と混合した磁場データを人工的に作成して、等価電流双極子推定を行ったところ、大きく等価電流双極子位置がずれた。1次聴覚野近傍の等価電流双極子は、主に下方向に、1次視覚野近傍の等価電流双極子は脳幹〜脳幹下の位置に推定された。等価電流双極子は、等磁場線図の境目が出来る位置に推定される。心臓磁場成分が作る等磁場線図とまとめたものを図42に示す。   When the magnetic field data mixed with the magnetocardiogram was artificially created and the equivalent current dipole was estimated, the equivalent current dipole position shifted greatly. The equivalent current dipole near the primary auditory cortex was estimated mainly in the downward direction, and the equivalent current dipole near the primary visual cortex was estimated at the position between the brainstem and the brainstem. The equivalent current dipole is estimated at a position where the boundary of the isomagnetic field diagram is formed. FIG. 42 shows a summary of the isomagnetic field diagram generated by the cardiac magnetic field component.

図42は、心磁成分が1次聴覚野近傍、1次視覚野近傍に与える等磁場線図である。磁場の吹出と吸い込みの位置に等価電流双極子は推定される(黄矢印)。1次聴覚野が作る等磁場線図に対し、心磁の等磁場線図が与える影響は、吹出と吸い込みが影響を及ぼす。1視覚野が作る等磁場線図に対し、心磁の吹出と吸い込みの境目が影響を及ぼす。   FIG. 42 is an isomagnetic field diagram given by the magnetocardiogram component in the vicinity of the primary auditory cortex and in the vicinity of the primary visual cortex. Equivalent current dipoles are estimated at the positions of the magnetic field blowing and sucking (yellow arrows). The effect of the magnetocardiographic isomagnetic field diagram on the isomagnetic field diagram created by the primary auditory cortex is influenced by blowing and suctioning. The boundary between the discharge and suction of magnetocardiograms affects the isomagnetic field diagram created by one visual cortex.

1次聴覚野近傍の等価電流双極子が作る等磁場線図と心磁成分が作る等磁場線図を比較すると、心磁成分は主に吸い込みと吹出となり影響を与える。1次視覚野の場合は、心磁成分の等磁場線図と境目が似てしまっている。その為に、1次視覚野の等価電流双極子は心磁の影響を強く受けてしまい、脳幹近傍に推定されたと考えることが出来る。   Comparing the isomagnetic field diagram generated by the equivalent current dipole near the primary auditory cortex and the isomagnetic field diagram generated by the magnetocardiogram component, the magnetocardiogram component mainly affects the suction and the blowout. In the case of the primary visual cortex, the boundary is similar to the isomagnetic field diagram of the magnetocardiographic component. Therefore, it can be considered that the equivalent current dipole of the primary visual cortex is strongly influenced by the magnetocardiogram and is estimated near the brain stem.

これらの結果は、誘発磁場より心磁が強い条件である。加算平均回数が増えれば増えるほど、心磁の振幅は小さくなるので影響が小さくなると考えられる。その為に、実際に行っているMEG実験の脳磁場データとは異なる。しかし、心磁成分の影響が等価電流双極子の位置により、異なることを示すことが出来た。   These results are conditions in which the magnetocardiogram is stronger than the induced magnetic field. It can be considered that the greater the number of addition averages, the smaller the influence because the amplitude of the magnetocardiogram becomes smaller. Therefore, it is different from the brain magnetic field data of the actual MEG experiment. However, it was shown that the influence of the magnetocardiographic component differs depending on the position of the equivalent current dipole.

4.心磁成分を除去するプログラム
既存の解析ソフトウェアは、同時に記録した心電波形と加算平均により心磁成分の抽出を行うことができる。しかし、計測した脳磁場データから、心磁成分の除去は行えない。本研究で得られた知見と有効性を確認する為に、心磁成分を抽出、除去を行うプログラムを開発した(図43)。プログラムの使用方法については付録で解説する。ここでは、プログラムの処理と心磁波形の除去結果について示す。
4). Program to remove the magnetocardiographic component The existing analysis software can extract the magnetocardiographic component from the simultaneously recorded electrocardiographic waveform and the addition average. However, the magnetocardiographic component cannot be removed from the measured brain magnetic field data. In order to confirm the knowledge and effectiveness obtained in this study, a program for extracting and removing the magnetocardiographic component was developed (FIG. 43). The appendix explains how to use the program. Here, the processing of the program and the result of removing the magnetocardiogram are shown.

図43は、心磁成分を除去するプログラムのスクリーンショット(2008年1月現在)を示す図である。開発環境には、Microsoft Visual C++ 2005(Microsoft Corporation)を用いた。GUI開発には、MFC(Microsoft Foundation Class)を用いた。プログラム名は心磁を引くという意味をこめ「SubMCG」という名前にした。   FIG. 43 is a diagram showing a screen shot (as of January 2008) of a program for removing the magnetocardiogram component. Microsoft Visual C ++ 2005 (Microsoft Corporation) was used as the development environment. MFC (Microsoft Foundation Class) was used for GUI development. The name of the program is “SubMCG” with the meaning of drawing the magnetocardiogram.

4.1.製作したプログラムのフローチャート
製作したプログラムのフローチャートを図44に示す。本プログラムは、同時計測された心電波形から、閾値を越えた時刻をトリガに設定し加算平均波形を作り、心磁成分を抽出する。得られた、心磁成分から、トリガのタイミングにあわせて、SQUIDセンサから心磁成分を減算する。
4.1. FIG. 44 shows a flowchart of the manufactured program. This program sets the time when the threshold value is exceeded as a trigger from the simultaneously measured ECG waveforms, creates an addition average waveform, and extracts the magnetocardiographic component. The magnetocardiographic component is subtracted from the SQUID sensor in accordance with the trigger timing from the obtained magnetocardiographic component.

図44は、プログラムのフローチャートである。プログラムは、大きく分けて4つの作業に分けられる。(1)心電波形の前処理、(2)心電波形からトリガ抽出、(3)心磁成分の抽出の為の加算平均、(4)SQUIDセンサの計測データから心磁成分を除去する。   FIG. 44 is a flowchart of the program. The program is roughly divided into four tasks. (1) Pre-processing of the electrocardiogram waveform, (2) Trigger extraction from the electrocardiogram waveform, (3) Addition average for extraction of the magnetocardiogram component, (4) Remove the magnetocardiogram component from the measurement data of the SQUID sensor.

(1)心電波形の前処理
心電波形へフィルタ処理する。全SQUIDチャネルについてチャネル間平均値を求める。心電波形の最大値を求める。全サンプルの探索が終わるまで、チャネル間平均値を求め、心電波形の最大値を求める処理を繰り返す。
(1) Pre-processing of ECG waveform Filter to ECG waveform. An inter-channel average value is obtained for all SQUID channels. Find the maximum ECG waveform. Until all the samples have been searched, the average value between channels is obtained, and the process of obtaining the maximum value of the electrocardiogram waveform is repeated.

(2)心電波形からトリガ抽出
心電波形の最大値から閾値を求める。心電波形と閾値から心磁成分抽出トリガを検出する。全サンプルの探索が終わるまで、心電波形と閾値から心磁成分抽出トリガを検出する処理を繰り返す。
(2) Trigger extraction from electrocardiogram waveform A threshold is obtained from the maximum value of the electrocardiogram waveform. A magnetocardiographic component extraction trigger is detected from the electrocardiogram waveform and the threshold value. Until all the samples have been searched, the process of detecting the magnetocardiographic component extraction trigger from the electrocardiogram waveform and the threshold value is repeated.

(3)心磁成分の抽出の為の加算平均
トリガ時間の前後に大きな変化があれば、加算平均のステップをスキップし、トリガ時間の前後に大きな変化がなければ、加算平均を行う。全サンプルの探索が終わるまでこれを繰り返す。
(3) Addition averaging for extraction of magnetocardiographic components If there is a large change before and after the trigger time, the addition averaging step is skipped, and if there is no significant change before and after the trigger time, addition averaging is performed. Repeat this until all samples have been searched.

(4)SQUIDセンサの計測データから心磁成分を減算
心磁成分抽出トリガから各SQUID計測データから心磁成分を減算する。全サンプルの探索が終わるまでこれを繰り返す。
(4) Subtract the magnetocardiographic component from the SQUID sensor measurement data Subtract the magnetocardiographic component from each SQUID measurement data from the magnetocardiographic component extraction trigger. Repeat this until all samples have been searched.

4.2.プログラムを用いた心磁成分の除去結果
製作したプログラムで、心磁成分を除去した結果を示す(図45)。
4.2. Results of removing the magnetocardiographic component using the program The result of removing the magnetocardiographic component with the manufactured program is shown (FIG. 45).

図45は、本プログラムを用いた心磁成分の除去結果(プログラムのスクリーンショット)を説明する図である。心電波形に同期した心磁成分が計測されている。下のウィンドウには、心磁成分を除去した結果と、抽出した心磁成分を重ねて描いている。   FIG. 45 is a diagram for explaining the result of removing the magnetocardiographic component using this program (screen shot of the program). The magnetocardiographic component synchronized with the electrocardiographic waveform is measured. The lower window shows the result of removing the magnetocardiogram component and the extracted magnetocardiogram component.

5.心磁成分除去システムの評価
心磁成分を除去するシステムを製作した。このシステムの評価を行うためにMEG実験を行った。
5. Evaluation of the magnetocardiographic component removal system A system to remove the magnetocardiographic component was fabricated. An MEG experiment was conducted to evaluate this system.

5.1.実験条件
1次聴覚野、1次視覚野の誘発脳磁場応答が計測できる実験を設計した。
聴覚実験は、参考文献[4]の実験システムと音響刺激装置[19]を用いた。音刺激は、被験者の左耳に図46のタイミングで呈示した。呈示した音刺激は、1000[Hz]の正弦波で、音圧は60[dB(A)]である。音圧の測定には(株)小野測器のLA-5570(校正済)を用いた。計測はA特性(JIS C1505 Type1)を用いた。バックグラウンドノイズは17〜25dB(A)であった。
5.1. Experimental conditions We designed an experiment that can measure the induced cerebral magnetic field response in the primary auditory cortex and primary visual cortex.
The auditory experiment used the experimental system of reference [4] and the acoustic stimulator [19]. The sound stimulus was presented to the subject's left ear at the timing shown in FIG. The presented sound stimulus is a sine wave of 1000 [Hz], and the sound pressure is 60 [dB (A)]. The sound pressure was measured using Ono Sokki's LA-5570 (calibrated). A characteristic (JIS C1505 Type1) was used for the measurement. The background noise was 17-25 dB (A).

図46は、呈示した音刺激を説明する図である。音刺激は200[ms]で、立ち上がり立下り時間はそれぞれ10[ms]であった。呈示間隔は、700[ms]〜1000[ms]で変化する。   FIG. 46 is a diagram for explaining the presented sound stimulus. The sound stimulus was 200 [ms], and the rise / fall time was 10 [ms]. The presentation interval varies from 700 [ms] to 1000 [ms].

視覚実験は、参考文献[20]の実験システムを用いた。視覚刺激には、Cos関数で近似したガボールを被験者に提示した(図47)。輝度測定には、株式会社ミノルタ(現コニカミノルタ)の分光放射輝度計CS-1000Aを用いて、輝度を測定した(図47)。   The visual experiment used the experimental system of reference [20]. For visual stimulation, Gabor approximated by the Cos function was presented to the subject (FIG. 47). The luminance was measured using a spectral radiance meter CS-1000A of Minolta Co., Ltd. (currently Konica Minolta) (FIG. 47).

図47は、呈示した視覚刺激を説明する図である。バックグラウンドの輝度は、15.1[cd/m2]、ガボール刺激の平均輝度は、25.2[cd/m2]であった。   FIG. 47 is a diagram for explaining the presented visual stimulus. The background luminance was 15.1 [cd / m 2], and the average luminance of Gabor stimulation was 25.2 [cd / m 2].

5.2.解析方法
脳磁場データ解析には、Meg Laboratory(横河電機、イーグルテクノロジー製)を使用した。被験者に提示した刺激をトリガにし、加算平均を行った。加算平均時、眼球運動や極端に大きな波形(2[pT]以上)は除いた。加算平均したデータに対し、カットオフ周波数が2−50[Hz]のバンドパスフィルタをかけた。そのデータに対し等価電流双極子推定を行った。推定アルゴリズムはSarvas 法を用い、電流双極子モデルにはMoving Dipole(位置が動くことを想定したモデル)を用いた。結果で用いている電流双極子位置のX、Y、Z軸はそれぞれMRI座標系である(図48)。
5.2. Analysis Method Meg Laboratory (Yokogawa Electric, Eagle Technology) was used for the analysis of brain magnetic field data. Using the stimulus presented to the subject as a trigger, the averaging was performed. During addition averaging, eye movements and extremely large waveforms (2 [pT] or more) were excluded. A band-pass filter with a cutoff frequency of 2-50 [Hz] was applied to the data obtained by averaging. Equivalent current dipole estimation was performed on the data. The estimation algorithm is Sarvas, and the current dipole model is Moving Dipole (a model that assumes that the position moves). The X, Y, and Z axes of the current dipole position used in the results are each an MRI coordinate system (FIG. 48).

図48は、MRI座標系を説明する図である。   FIG. 48 is a diagram for explaining the MRI coordinate system.

5.3.本手法の評価方法
心磁成分の除去効果を示す為に、心磁成分を除去した脳磁場データと、除去していない脳磁場データを用いて、等価電流双極子推定を行った(図49)。また、加算平均回数を変えて比較した。加算平均回数は、20回、50回、100回、300回以上である。
5.3. Evaluation method of this method In order to show the removal effect of the magnetocardiogram component, the equivalent current dipole estimation was performed using the magnetoencephalogram data from which the magnetocardiogram component was removed and the brain magnetic field data from which the magnetocardiogram component was not removed (FIG. 49). . In addition, comparison was made by changing the number of average additions. The average number of additions is 20 times, 50 times, 100 times, 300 times or more.

図49は、心磁成分除去の評価方法を説明する図である。加算平均回数を同じに、心磁成分除去と未除去のデータの等価電流双極子位置の差を求めた。   FIG. 49 is a diagram for explaining an evaluation method for removing the magnetocardiographic component. The difference between the equivalent current dipole positions of the removed magnetocardiographic component data and the unremoved data was obtained with the same average number of additions.

5.4.実験結果
300回以上の刺激を呈示した脳磁場データに対して、等価電流双極子推定を行った結果を示す(図50、図51)。1次聴覚野、1次視覚野の推定結果は、位置、潜時、共に知られている知見と一致する。局在した時間を用いて、心磁成分の除去の効果を比較した。
5.4. Experimental results The results of performing an equivalent current dipole estimation on the brain magnetic field data presenting 300 or more stimuli are shown (FIGS. 50 and 51). The estimation results of the primary auditory cortex and the primary visual cortex are consistent with known knowledge of both position and latency. Using the localized time, the effects of removing the magnetocardiographic component were compared.

図50は、聴覚刺激によって誘発された磁場応答と等価電流双極子位置を説明する図である。刺激開始から70〜130[ms]の間で、1次聴覚野に等価電流双極子が局在した。   FIG. 50 is a diagram for explaining the magnetic field response and the equivalent current dipole position induced by the auditory stimulus. Between 70 and 130 [ms] from the start of stimulation, an equivalent current dipole was localized in the primary auditory cortex.

図51は、視覚刺激によって誘発された磁場応答と等価電流双極子位置を説明する図である。刺激開始から115〜135[ms]の間で、1次視覚野に等価電流双極子が局在した。   FIG. 51 is a diagram for explaining the magnetic field response induced by the visual stimulus and the equivalent current dipole position. Between 115 and 135 [ms] from the start of stimulation, an equivalent current dipole was localized in the primary visual cortex.

心磁成分を除去した脳磁場データと比較を行った結果を示す。1次聴覚野での心磁成分除去の比較結果を図52〜図55に示す。   The result of having compared with the brain magnetic field data which removed the magnetocardiogram component is shown. The comparison results of the magnetocardiographic component removal in the primary auditory cortex are shown in FIGS.

図52は、1次聴覚野における加算平均回数20回の場合の等価電流双極子位置の差を説明する図である。Z軸が大きく変化した。   FIG. 52 is a diagram for explaining the difference in equivalent current dipole position when the average number of additions is 20 in the primary auditory cortex. The Z axis has changed significantly.

図53は、1次聴覚野における加算平均回数50回の場合の等価電流双極子位置の差を説明する図である。比較元のデータと差が少なくなってきた。Z軸に差が出ている。   FIG. 53 is a diagram for explaining a difference in equivalent current dipole position in the case of 50 addition averages in the primary auditory cortex. The difference from the original data is getting smaller. There is a difference on the Z axis.

図54は、1次聴覚野における加算平均回数100回の場合の等価電流双極子位置の差を説明する図である。X、Y軸は図53と同じく差がなくなってきた。Z軸は時間共に変化していた。   FIG. 54 is a diagram for explaining a difference in equivalent current dipole position when the average number of additions is 100 in the primary auditory cortex. The difference between the X and Y axes is the same as in FIG. The Z axis changed with time.

図55は、1次聴覚野における等価電流双極子位置の差を説明する図である。加算平均は比較するデータと同じ回数行った。図52〜図54と比較して、X、Y、Z軸は平らになっていた。   FIG. 55 is a diagram for explaining a difference in equivalent current dipole position in the primary auditory cortex. The averaging was performed the same number of times as the data to be compared. Compared with FIGS. 52 to 54, the X, Y, and Z axes were flat.

1次視覚野での心磁成分除去の比較結果を図56〜図59に示す。推定結果で40[mm]以上のずれは省いた。   Comparison results of the removal of the magnetocardiographic component in the primary visual cortex are shown in FIGS. Deviations of 40 [mm] or more were omitted from the estimation results.

図56は、1次視覚野における加算平均回数20回の場合の等価電流双極子位置の差を説明する図である。X、Y、Z軸が10[mm]以上ずれていた。   FIG. 56 is a diagram for explaining a difference in equivalent current dipole position when the number of average additions is 20 in the primary visual cortex. The X, Y, and Z axes were displaced by 10 [mm] or more.

図57は、1次視覚野における加算平均回数50回の場合の等価電流双極子位置の差を説明する図である。図56と比べて、時間と共に位置が変化しなくなってきた。X、Y、Z軸は10〜20[mm]間でずれている。   FIG. 57 is a diagram for explaining the difference in equivalent current dipole position when the number of average additions is 50 in the primary visual cortex. Compared to FIG. 56, the position does not change with time. The X, Y, and Z axes deviate between 10 and 20 [mm].

図58は、1次視覚野における加算平均回数100回の場合の等価電流双極子位置の差を説明する図である。Z軸が大きく変化した。X、Y軸は元のデータに近づいた。   FIG. 58 is a diagram for explaining the difference in equivalent current dipole position when the average number of additions is 100 in the primary visual cortex. The Z axis has changed significantly. The X and Y axes approached the original data.

図59は、1次視覚野における心磁成分を除去したデータを用いた等価電流双極子位置の差を説明する図である。加算平均は比較するデータと同じ回数行った。X、Z軸は比較元のデータと比べて差がなくなってきた。Y軸は大きくずれていた。   FIG. 59 is a diagram for explaining a difference in equivalent current dipole position using data obtained by removing the magnetocardiographic component in the primary visual cortex. The averaging was performed as many times as the data to be compared. The X and Z axes are no longer different from the original data. The Y axis was greatly displaced.

MRI座標系のXYZ軸の標準偏差の平均値を求め、加算平均回数の関係をまとめた(図60)。   The average value of the standard deviations of the XYZ axes of the MRI coordinate system was determined, and the relationship of the number of addition averages was summarized (FIG. 60).

図60は、加算平均回数とMRI座標系XYZ軸の標準偏差を示す図である。加算平均回数が増えると、標準偏差の変化が一定になっていた。1次聴覚野では、加算平均回数50回以降は大きな変化が無くなった。1次視覚野では加算平均回数100回以降は大きな変化がなくなった。   FIG. 60 is a diagram showing the number of averaging times and the standard deviation of the MRI coordinate system XYZ axes. As the average number of additions increased, the change in standard deviation was constant. In the primary auditory cortex, there was no significant change after 50 addition averages. In the primary visual cortex, there was no significant change after 100 addition averages.

5.5.考察
本手法は、心磁成分のみを除去することが可能である。その為、加算平均は、ある程度必要である。1次視覚野の反応は、1次聴覚野の反応に比べて十分に小さい(図50、図51)ので、加算平均回数が少ない1次視覚野の結果は、20〜30[mm]ずれることになったと考える。
5.5. Discussion This method can remove only the magnetocardiographic component. For this reason, the averaging is necessary to some extent. Since the response of the primary visual cortex is sufficiently smaller than the response of the primary auditory cortex (FIGS. 50 and 51), the result of the primary visual cortex with a small average number of additions is shifted by 20 to 30 [mm]. I think that it became.

1次聴覚野の結果は、Z軸が大きく変化した。これは、3.4章で示唆した結果と同じになった。1次視覚野でもZ、Y軸に影響をおよぼす結果があった(図58、図59)。まとめると、心磁成分は図61のように、推定位置に影響を与えることが分かった。   As for the result of the primary auditory cortex, the Z axis changed greatly. This is the same as the result suggested in Chapter 3.4. Even in the primary visual cortex, there were results that affected the Z and Y axes (FIGS. 58 and 59). In summary, it was found that the magnetocardiographic component affects the estimated position as shown in FIG.

図61は、心磁成分の等磁場線図が等価電流双極子推定に与える影響を説明する図である。赤は磁場の吹出、緑は吸い込みをあらわす。青枠を使用して等価電流双極子推定を行うと、特にZ軸方向に影響を特に受ける。赤枠を使用したチャネルは、吹出と吸い込みの境目の為に、心磁成分の影響を大きく受ける。   FIG. 61 is a diagram for explaining the influence of the isomagnetic field diagram of the magnetocardiographic component on the equivalent current dipole estimation. Red represents a magnetic field blowout, and green represents a suction. When the equivalent current dipole estimation is performed using the blue frame, it is particularly affected in the Z-axis direction. The channel using the red frame is greatly affected by the magnetocardiographic component due to the boundary between blowing and sucking.

視覚、聴覚の比較結果で加算平均回数が増すと、時間と共に差が変化しなくなり、一定の差だけが現れるようになった(図55、図59)。また、図60から加算平均回数を増しても、一定の差だけが生じていることが分かる。この一定の差は、心磁成分だと考えられる。   When the average number of additions in the visual and auditory comparison results increases, the difference does not change with time, and only a certain difference appears (FIGS. 55 and 59). In addition, it can be seen from FIG. 60 that only a certain difference occurs even when the average number of additions is increased. This constant difference is considered to be a magnetocardiographic component.

解析データは、2−50[Hz]のバンドパスフィルタをかけているので、直流のような成分は減衰されている。この事から、心磁成分は基線をゆがませる一要因になっているということがいえる。通常用いられる基線補正は、計測データを直接変化させる為に、どこを基準に減算するかによって、大きく計測データをゆがませてしまう。また、基線が揺らいでいるデータに対しては有効ではない。本手法を用いることにより、基線をゆがませている一要因の心磁の除去と全区間に対しての基線補正をかけている事と同じになる。   Since the analysis data is subjected to a band pass filter of 2-50 [Hz], components such as direct current are attenuated. From this, it can be said that the magnetocardiographic component is one factor that distorts the baseline. Since the baseline correction that is usually used directly changes the measurement data, the measurement data is greatly distorted depending on where the reference data is subtracted. Also, it is not effective for data whose baseline is fluctuating. By using this method, it is the same as removing the magnetocardiogram as one factor distorting the base line and applying the base line correction to the whole section.

本手法を用いると、心磁が作る基線成分と推定位置への影響を除外できる。本実験では、100回の脳磁場加算平均データを用いることにより、表2で表す程度の影響を除外できた。
(表2)
心磁成分を除去したことによる等価電流双極子の平均位置
実験の種類 MRI X軸[mm] MRI Y軸[mm] MRI Z軸[mm]
聴覚 0.1±1.6[mm] 2.4±2.4[mm] 1.5±3.2[mm]
視覚 4.6±2.8[mm] 2.0±2.0[mm] 16.4±5.6[mm]
By using this method, it is possible to exclude the baseline component created by the magnetocardiogram and the influence on the estimated position. In this experiment, the influence of the degree shown in Table 2 could be excluded by using 100 times of brain magnetic field addition average data.
(Table 2)
Type of average position experiment of equivalent current dipole by removing magnetocardiogram component MRI X axis [mm] MRI Y axis [mm] MRI Z axis [mm]
Hearing 0.1 ± 1.6 [mm] 2.4 ± 2.4 [mm] 1.5 ± 3.2 [mm]
Visual 4.6 ± 2.8 [mm] 2.0 ± 2.0 [mm] 16.4 ± 5.6 [mm]

6.まとめ
本研究により、可能となった事を下記に示す。
シールドルーム内で実験のタスクを行っても、心拍を計測できる心電計の開発、
心電を用いて加算平均することにより、心磁成分を抽出するプログラムの開発、
計測されたSQUIDチャネルデータから心磁成分を除去するプログラムの開発。
6). Summary The following shows what has been made possible by this study.
Development of an electrocardiograph that can measure heart rate even when performing an experimental task in a shielded room,
Development of a program that extracts the magnetocardiogram component by averaging with ECG,
Development of a program that removes magnetocardiographic components from measured SQUID channel data.

また、明らかになった事を下記に示す。
MEGでも心磁成分が計測され、フィルタ処理等では除去できない。
心磁成分が与える影響は、測定部位により異なることを示した。
頭部を上から見て、左右の位置はMRI座標系Z軸に影響を及ぼし、真ん中の位置は、MRI座標系Z、Y軸に影響を及ぼす。
心磁成分は加算平均を行うと、基線のゆらぎの一要因となってあらわれる。
本手法を用いることで、心磁成分を除去し、その効果示すことができた。
In addition, what has become clear is shown below.
The magnetocardiogram component is also measured by MEG and cannot be removed by filtering.
It was shown that the influence of the magnetocardiographic component varies depending on the measurement site.
When the head is viewed from above, the left and right positions affect the MRI coordinate system Z axis, and the middle position affects the MRI coordinate system Z and Y axes.
When the magnetocardiographic component is averaged, it becomes a factor in the fluctuation of the base line.
By using this method, the magnetocardiogram component was removed and the effect could be shown.

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8.付録
8.1.製作したプログラムについて
プログラムの使用方法について述べる。SQUIDチャネルの数、全チャネル数のデフォルト値は人間情報システム研究所のMEG計測装置にあわせている。
8). Appendix 8.1. About the produced program Describe how to use the program. The default values for the number of SQUID channels and the total number of channels are matched to the MEG measuring device of the Human Information Systems Laboratory.

図62は、心磁成分除去プログラムの画面説明図である。
黄線の枠のOpen Binボタン、Searchボタン、SUB Preボタン、SUB Outボタンを順に押すことにより心磁成分が除去される。赤枠は、閾値の設定や読み込む心電チャネルを設定する。
FIG. 62 is an explanatory diagram of a screen of the magnetocardiogram component removal program.
The magnetocardiogram component is removed by pressing the Open Bin button, Search button, SUB Pre button, and SUB Out button in the yellow frame. The red frame sets the threshold value and the ECG channel to be read.

使用方法
1.ECG CHとフィルタを選ぶ。
2.ファイル読み込み(Open Binボタン)を行う。
3.Searchボタンを押すと心電波形ウインドウとトリガリストが更新される。
4.検出されたトリガを選択するか、波形の位置を選択する。すべて、正常にECG波形のR波成分に赤線がかかっていた場合は5に進む。
トリガリストの数が極端に少ない場合、又は極端に多い場合は下記のことを試す。
I.心電波形が反転している場合は、反転をチェックしSearchボタンを押す。
II.心電波形の閾値(赤線)が高すぎる、低すぎる場合はECG Coeffを設定する。本プログラムの閾値は、心電波形のPeak Threshold Ratioを求めている。ECG Coefの値を大きくすると閾値は高くなる。
III.心電波形がR波ではない所に、トリガが設定されていた場合は、そのトリガを選択しDeleteボタンを押す。すると、そのトリガは削除される。
IV.読み込んだ波形が、心電ではなかった場合は、1からやり直す。
5.Sub Preボタンを押すと、心磁成分除去の為の前処理とMEG CHで選択したデータに対して、心磁成分を除去した結果を示せるようになる。
6.Sub Outボタンで心磁成分が除去されたファイルが出力される。
読み込んだファイルの名前が”abc.bin”だった場合は、”abc_MCG.con”というファイル名で、同じフォルダに出力されている。
Usage 1. Select ECG CH and filter.
2. Read the file (Open Bin button).
3. Pressing the Search button updates the ECG window and trigger list.
4). Select the detected trigger or select the position of the waveform. If all of the R wave components of the ECG waveform are normally red, go to 5.
If the number of trigger lists is extremely small or extremely large, try the following.
I. If the ECG waveform is inverted, check the inversion and press the Search button.
II. If the ECG threshold (red line) is too high or too low, set ECG Coeff. The threshold value of this program is the Peak Threshold Ratio of the ECG waveform. Increasing the ECG Coef value increases the threshold.
III. If a trigger is set where the ECG waveform is not an R wave, select the trigger and press the Delete button. Then the trigger is deleted.
IV. If the read waveform is not an electrocardiogram, start over from 1.
5. When the Sub Pre button is pressed, the result of removing the magnetocardiographic component from the pre-processing for removing the magnetocardiographic component and the data selected by the MEG CH can be displayed.
6). The file from which the magnetocardiogram component has been removed is output using the Sub Out button.
If the name of the read file is “abc.bin”, it is output to the same folder with the file name “abc_MCG.con”.

トリガリストのインポート、エクスポート
トリガリストのImport、ExportボタンはMEG Laboratoryのトリガのインポート、エクスポートに対応している。MEG Laboratoryを用いて、トリガをインポート、エクスポートすることも可能である。
Trigger list import / export The trigger list Import / Export button supports import / export of triggers in MEG Laboratory. You can also import and export triggers using the MEG Laboratory.

本プログラムで、読み込むことが出来る脳磁場データを図63に示す。MEG Laboratoryは、図63のような構造を持つバイナリファイルをエクスポート可能である。   FIG. 63 shows brain magnetic field data that can be read by this program. MEG Laboratory can export a binary file having a structure as shown in FIG.

図63は、プログラムが読み込むことの出来るバイナリファイル構造を説明する図である。人間情報システム研究所のMEG計測装置は、1サンプルあたり192chのデータを記録している。本プログラムもこの仕様にあわせた。1ch、1サンプルのデータはdouble型の8バイトである。   FIG. 63 is a diagram for explaining a binary file structure that can be read by a program. The MEG measuring device of the Human Information System Laboratory records 192 ch data per sample. This program was adapted to this specification. The data of 1ch and 1 sample is double type 8 bytes.

本プログラムでは、計測した心電波形に対して、デジタルフィルタをかけて、基線の揺らぎとハムノイズを除去する。IIRフィルタでバンドパスフィルタを行うと、位相ひずみの為に、波形がひずんでしまう(図64)。その為に、本プログラムでは、FIR型のバンドパスフィルタとIIR型のバンドエリミネーションフィルタの2種類のフィルタを実装している。IIRフィルタのフィルタ係数の算出には、株式会社デジタルフィルターのDSPLinksを用いた。FIRフィルタのタップ係数の算出は、参考文献[14]を参考にして行った。   In this program, the measured ECG waveform is digitally filtered to eliminate baseline fluctuations and hum noise. When a band pass filter is performed with an IIR filter, the waveform is distorted due to phase distortion (FIG. 64). For this purpose, this program implements two types of filters: an FIR type band pass filter and an IIR type band elimination filter. DSPLinks of Digital Filter Co., Ltd. was used for calculating the filter coefficient of the IIR filter. The tap coefficient of the FIR filter was calculated with reference to the reference [14].

図64は、位相ひずみによる波形ゆがみを説明する図である。Raw Dataに対して、3−50[Hz]のバンドパスフィルタをかける。IIRフィルタは、ゆがみ(図の※)が生じてしまっている。FIRフィルタは、ゆがみが生じない。   FIG. 64 is a diagram for explaining waveform distortion due to phase distortion. A band pass filter of 3-50 [Hz] is applied to Raw Data. The IIR filter has been distorted (* in the figure). The FIR filter does not cause distortion.

本プログラムは、心電と同時記録することにより、心磁成分を除去することが出来る。その為に、心電を同時計測していないデータには適用できない。そこで、変化がはっきりとわかる、チャネルから、心電のトリガ抽出を試みた。波形の変化が顕著なチャネル(108CH)と、典型的な心磁波形からピアスンの積率相関係数[21]を求め、トリガ抽出を試みた。   This program can remove the magnetocardiographic component by recording simultaneously with the electrocardiogram. Therefore, it cannot be applied to data that does not measure ECG simultaneously. Therefore, we tried to extract ECG triggers from the channel, which clearly shows the change. From the channel (108CH) in which the waveform changes remarkably and a typical magnetocardiogram, the Pierce product moment correlation coefficient [21] was obtained, and trigger extraction was attempted.

典型的な心磁波形は、被験者4人分の平均値を用いた(図65)。変化の顕著なQRSに相当する部分を用いた。   As a typical magnetocardiogram, an average value for four subjects was used (FIG. 65). The part corresponding to the QRS with remarkable change was used.

図65は、典型的な心磁波形を示す図である。計測した被験者4人分の心磁波形の平均値を求めて、変化の顕著な部分のみを用いた。   FIG. 65 is a diagram showing a typical magnetocardiogram waveform. An average value of the measured magnetocardiogram waveforms for four subjects was obtained, and only the portion where the change was remarkable was used.

図66は、相関を用いてトリガの抽出を試みた結果を説明する図である。青線が心電トリガの時刻を表している。赤線は、108chと図65の波形との相関を表す。r=0.85以上の時をプロットした。   FIG. 66 is a diagram for explaining a result of an attempt to extract a trigger using correlation. The blue line represents the ECG trigger time. The red line represents the correlation between 108ch and the waveform of FIG. The time when r = 0.85 or more was plotted.

図66の結果から、心電より求めたトリガの時間と、相関より求めた時間が一致している部分もあるが、一致しない部分も出力された。単純に相関を求めるだけでは、トリガ抽出は出来なかった。何らかの拘束条件を用いて、探索する必要があると考える。例えば、ヒトの心電間隔(R−R間隔)は、安静時ほぼ一定になる特性を利用し除外するとよいかもしれない。他にも変化のはっきりとわかる他のチャネルを複数用いれば、SQUIDセンサから計測されるデータだけで、心電トリガの抽出が可能になるかもしれない。   From the results shown in FIG. 66, there are portions where the trigger time obtained from the electrocardiogram and the time obtained from the correlation coincide with each other, but the portions that do not coincide are also output. Trigger extraction could not be performed simply by obtaining the correlation. I think that it is necessary to search using some constraint condition. For example, the human electrocardiographic interval (RR interval) may be excluded by utilizing a characteristic that becomes substantially constant at rest. If a plurality of other channels whose changes are clearly known are used, it may be possible to extract an electrocardiographic trigger only from data measured from the SQUID sensor.

8.2.本手法を用いたハムノイズの除去
ハムノイズの原因は交流電源である。そこで、交流電源の周期を手に入れれば、本手法によりSQUIDセンサに混入するハムノイズのみ除去が出来るはずである。計測時に60[Hz]のバンドエリミネーションフィルタをかけていない磁場データの周波数解析結果を示す(図67)。
8.2. Removal of hum using this method The cause of hum is the AC power supply. Therefore, if we obtain the period of the AC power supply, we should be able to remove only the hum noise mixed in the SQUID sensor by this method. FIG. 67 shows the frequency analysis result of the magnetic field data that is not subjected to the band elimination filter of 60 [Hz] during measurement.

図67は、計測時に60[Hz]のバンドエリミネーションフィルタをかけていない磁場データの周波数分布を示す図である。解析に使用したSQUIDセンサ4ch分の平均した周波数分布を示す。60[Hz]の成分とその高調波である120[Hz]、180[Hz]にピークが見られる(図の※)。   FIG. 67 is a diagram showing a frequency distribution of magnetic field data without applying a band elimination filter of 60 [Hz] at the time of measurement. An averaged frequency distribution for 4 ch SQUID sensors used in the analysis is shown. Peaks are observed in the component of 60 [Hz] and its harmonics, 120 [Hz] and 180 [Hz] (* in the figure).

オフラインにより、60[Hz]のバンドエリミネーションフィルタをかけてハムノイズを除去した結果を図68に、本手法を用いてハムノイズを除去した結果を図69に示す。   FIG. 68 shows the result of removing hum noise by applying a band elimination filter of 60 [Hz] offline, and FIG. 69 shows the result of removing hum noise using this method.

図68は、バンドエリミネーションフィルタを用いたハムノイズ除去の結果を説明する図である。60[Hz]成分のみが減衰している(赤矢印)。しかし、高調波成分は除去されない。   FIG. 68 is a diagram for explaining the result of hum noise removal using a band elimination filter. Only the 60 [Hz] component is attenuated (red arrow). However, harmonic components are not removed.

図69は、本手法を用いたハムノイズ除去の結果を説明する図である。60[Hz]、高調波成分の120[Hz]、180[Hz]のピークが消えた。バンドエリミネーションフィルタを用いた結果と比較して、60[Hz]の成分のみ減衰していない。   FIG. 69 is a diagram for explaining the result of hum noise removal using this method. The peaks of 60 [Hz] and harmonic components 120 [Hz] and 180 [Hz] disappeared. Compared with the result using the band elimination filter, only the component of 60 [Hz] is not attenuated.

ハムノイズの原因である交流電源と位相を完全に固定して除去している為に、60[Hz]の脳磁場成分は減衰させることなく除去できる。その為に、ハムノイズ除去にも本手法が有効だと考えられる。   Since the AC power source and the phase that cause the hum noise are completely fixed and removed, the brain magnetic field component of 60 [Hz] can be removed without being attenuated. For this reason, it is considered that this method is effective for removing hum noise.

なお、プログラムの開発にはMicrosoft CorporationのMicrosoft Visual C++ 2005を用いた。聴覚実験用の音刺激作成プログラムは、参考文献[19]のプログラムを使用した。   Microsoft Visual C ++ 2005 from Microsoft Corporation was used for program development. The program of reference [19] was used as the sound stimulus creation program for the auditory experiment.

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。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。   The present invention has been described based on the embodiments. The embodiments are exemplifications, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. .

本実施の形態に係る脳磁場計測装置の構成図である。It is a block diagram of the brain magnetic field measuring apparatus which concerns on this Embodiment. MEGで計測される信号を説明する図である。It is a figure explaining the signal measured by MEG. MEGで計測された生体現象によるノイズを説明する図である。It is a figure explaining the noise by the biological phenomenon measured by MEG. MEGで計測された環境が起因となっているノイズを説明する図である。It is a figure explaining the noise resulting from the environment measured by MEG. ランダムなノイズの自己相関を説明する図である。It is a figure explaining the autocorrelation of random noise. 時間相関のあるノイズを説明する図である。It is a figure explaining the noise with a time correlation. MEG実験中の風景を説明する図である。It is a figure explaining the scenery in MEG experiment. 本研究が提案する心磁成分を除去する手法を説明する図である。It is a figure explaining the technique which removes the magnetocardiogram component which this research proposes. 基線補正を説明する図である。It is a figure explaining baseline correction. 心臓の各部位の名前と特徴を説明する図である。It is a figure explaining the name and characteristic of each site | part of the heart. 実験タスクの例を説明する図である。It is a figure explaining the example of an experiment task. 脈波観測装置を説明する図である。It is a figure explaining a pulse wave observation device. 脈波観測装置の回路図である。It is a circuit diagram of a pulse wave observation device. 製作した脈波観測装置を説明する図である。It is a figure explaining the manufactured pulse wave observation apparatus. 標準12誘導の電極貼り付け位置を説明する図である。It is a figure explaining the electrode pasting position of standard 12 induction. 典型的な心電波形を説明する図である。It is a figure explaining a typical electrocardiogram waveform. 製作した心電計の回路図である。It is a circuit diagram of the produced electrocardiograph. 製作した心電計を説明する図である。It is a figure explaining the produced electrocardiograph. 製作した電極リードと日本光電製の電極リードを説明する図である。It is a figure explaining the manufactured electrode lead and the electrode lead made from Nihon Kohden. 空気動圧センサを用いた脈波計測の結果を説明する図である。It is a figure explaining the result of pulse wave measurement using an air dynamic pressure sensor. 光センサを用いた脈波計測の結果を説明する図である。It is a figure explaining the result of pulse wave measurement using an optical sensor. フィルタをかける前の心電波形とバンドパスフィルタ後の心電波形を説明する図である。It is a figure explaining the electrocardiogram waveform before applying a filter and the electrocardiogram waveform after a band pass filter. 胸部誘導で電極貼り付け位置の違いによる波形の違いを説明する図である。It is a figure explaining the difference in the waveform by the difference in an electrode sticking position by chest guidance. 肢誘導で電極貼り付け位置の違いによる波形の違いを説明する図である。It is a figure explaining the difference in the waveform by the difference in an electrode sticking position by limb guidance. 心電計測中に電気刺激、ボタン押し動作をしたときの心電波形を説明する図である。It is a figure explaining the electrocardiogram waveform when carrying out electrical stimulation and a button pushing operation | movement during electrocardiogram measurement. 光センサを用いた脈波観測装置と製作した心電計の心拍計測を説明する図である。It is a figure explaining the heart rate measurement of the pulse wave observation apparatus using an optical sensor, and the produced electrocardiograph. 電極の貼り付け位置を説明する図である。It is a figure explaining the sticking position of an electrode. 全頭型160チャンネル脳磁計を説明する図である。It is a figure explaining a full head type 160 channel magnetoencephalograph. 加算平均によって抽出した心磁波形と等磁場線図を説明する図である。It is a figure explaining the magnetocardiogram extracted by the addition average and an isomagnetic field diagram. 各SQUIDセンサに含まれる心磁成分を説明する図である。It is a figure explaining the magnetocardiogram component contained in each SQUID sensor. 心電波形と計測磁場データとの比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison with an electrocardiogram waveform and measurement magnetic field data. 心電波形と計測した心磁図の比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison of an electrocardiogram waveform and the measured magnetocardiogram. 被験者3人の心磁成分抽出結果を説明する図である。It is a figure explaining the magnetocardiographic component extraction result of three test subjects. 心磁波形の相似を説明する図である。It is a figure explaining the similarity of a magnetocardiogram waveform. 心磁波形のパワースペクトル分布を説明する図である。It is a figure explaining the power spectrum distribution of a magnetocardiogram waveform. 抽出成分に対して等価電流双極子推定をおこなった結果を説明する図である。It is a figure explaining the result of having performed equivalent current dipole estimation with respect to the extraction component. 心磁成分と特定部位の等価電流双極子との混合波形を説明する図である。It is a figure explaining the mixed waveform of a magnetocardiogram component and the equivalent current dipole of a specific part. 1次聴覚野、1次視覚野に電流双極子があった時の等磁場線図を説明する図である。It is a figure explaining an isomagnetic field diagram when there is a current dipole in the primary auditory cortex and the primary visual cortex. 解析に用いたチャネルを説明する図である。It is a figure explaining the channel used for the analysis. 心磁成分が等価電流双極子に与える影響を説明する図である。It is a figure explaining the influence which a magnetocardiogram component has on an equivalent current dipole. 心磁成分が等価電流双極子に与える影響を説明する図である。It is a figure explaining the influence which a magnetocardiogram component has on an equivalent current dipole. 心磁成分が1次聴覚野近傍、1次視覚野近傍に与える等磁場線図である。It is an isomagnetic field diagram which a magnetocardiographic component gives to the primary auditory field vicinity and the primary visual field vicinity. 心磁成分を除去するプログラムのスクリーンショットを示す図である。It is a figure which shows the screenshot of the program which removes a magnetocardiogram component. プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of a program. 本プログラムを用いた心磁成分の除去結果(プログラムのスクリーンショット)を説明する図である。It is a figure explaining the removal result (screen shot of a program) of the magnetocardiographic component using this program. 呈示した音刺激を説明する図である。It is a figure explaining the presented sound stimulus. 呈示した視覚刺激を説明する図である。It is a figure explaining the presented visual stimulus. MRI座標系を説明する図である。It is a figure explaining an MRI coordinate system. 心磁成分除去の評価方法を説明する図である。It is a figure explaining the evaluation method of a magnetocardiogram component removal. 聴覚刺激によって誘発された磁場応答と等価電流双極子位置を説明する図である。It is a figure explaining the magnetic field response induced by auditory stimulation, and an equivalent current dipole position. 視覚刺激によって誘発された磁場応答と等価電流双極子位置を説明する図である。It is a figure explaining the magnetic field response induced by visual stimulation, and an equivalent electric current dipole position. 1次聴覚野における加算平均回数20回の場合の等価電流双極子位置の差を説明する図である。It is a figure explaining the difference of the equivalent electric current dipole position in the case of the addition average frequency | count of 20 times in a primary auditory cortex. 1次聴覚野における加算平均回数50回の場合の等価電流双極子位置の差を説明する図である。It is a figure explaining the difference of the equivalent electric current dipole position in the case of 50 addition average frequency | counts in a primary auditory cortex. 1次聴覚野における加算平均回数100回の場合の等価電流双極子位置の差を説明する図である。It is a figure explaining the difference of the equivalent electric current dipole position in the case of the addition average frequency | count of 100 times in a primary auditory cortex. 1次聴覚野における等価電流双極子位置の差を説明する図である。It is a figure explaining the difference of the equivalent electric current dipole position in a primary auditory cortex. 1次視覚野における加算平均回数20回の場合の等価電流双極子位置の差を説明する図である。It is a figure explaining the difference of the equivalent electric current dipole position in the case of the addition average frequency | count of 20 times in a primary visual cortex. 1次視覚野における加算平均回数50回の場合の等価電流双極子位置の差を説明する図である。It is a figure explaining the difference of the equivalent electric current dipole position in the case of 50 addition average frequency | counts in a primary visual cortex. 1次視覚野における加算平均回数100回の場合の等価電流双極子位置の差を説明する図である。It is a figure explaining the difference of the equivalent electric current dipole position in the case of the addition average frequency | count of 100 times in a primary visual cortex. 1次視覚野における心磁成分を除去したデータを用いた等価電流双極子位置の差を説明する図である。It is a figure explaining the difference of the equivalent electric current dipole position using the data from which the magnetocardiogram component in the primary visual cortex was removed. 加算平均回数とMRI座標系XYZ軸の標準偏差を示す図である。It is a figure which shows the standard deviation of an addition average frequency | count and an MRI coordinate system XYZ axis. 心磁成分の等磁場線図が等価電流双極子推定に与える影響を説明する図である。It is a figure explaining the influence which the isomagnetic field diagram of a magnetocardiogram component has on equivalent current dipole estimation. 心磁成分除去プログラムの画面説明図である。It is screen explanatory drawing of a magnetocardiogram component removal program. プログラムが読み込むことの出来るバイナリファイル構造を説明する図である。It is a figure explaining the binary file structure which a program can read. 位相ひずみによる波形ゆがみを説明する図である。It is a figure explaining the waveform distortion by phase distortion. 典型的な心磁波形を示す図である。It is a figure which shows a typical magnetocardiogram waveform. 相関を用いてトリガの抽出を試みた結果を説明する図である。It is a figure explaining the result of having tried extraction of a trigger using correlation. 計測時に60Hzのバンドエリミネーションフィルタをかけていない磁場データの周波数分布を示す図である。It is a figure which shows the frequency distribution of the magnetic field data which has not applied the 60Hz band elimination filter at the time of measurement. バンドエリミネーションフィルタを用いたハムノイズ除去の結果を説明する図である。It is a figure explaining the result of the hum noise removal using a band elimination filter. 本手法を用いたハムノイズ除去の結果を説明する図である。It is a figure explaining the result of hum noise removal using this method.

符号の説明Explanation of symbols

10 生体信号計測部、 20 ノイズ信号抽出部、 30 ノイズ発生時刻取得部、 40 ノイズ除去処理部、 50 生体計測信号記憶部、 60 ノイズ信号記憶部、 100 脳磁場計測装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 biological signal measurement part, 20 noise signal extraction part, 30 noise generation time acquisition part, 40 noise removal process part, 50 biological measurement signal storage part, 60 noise signal storage part, 100 brain magnetic field measuring apparatus.

Claims (5)

生体から計測される生体計測信号を時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に関する情報とともにメモリに記録するステップと、
前記生体計測信号に対して、メモリに記録された前記時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に関する情報を参照して当該ノイズ信号の発生時刻に同期させて加算平均を取ることにより、前記時間相関性のあるノイズ信号を抽出するステップと、
メモリに記録された前記時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に関する情報を参照して当該ノイズ信号の発生時刻に合わせて、抽出された前記ノイズ信号を前記生体計測信号から減算することにより、前記ノイズ信号が除去された生体計測信号を取得し、メモリに記録するステップとを含むことを特徴とするノイズ除去方法。
Recording a biological measurement signal measured from a living body in a memory together with information on the generation time of a noise signal having a time correlation;
The time correlation is obtained by taking an addition average in synchronization with the generation time of the noise signal with reference to information on the generation time of the noise signal having the time correlation recorded in the memory with respect to the biological measurement signal. Extracting a characteristic noise signal;
By subtracting the extracted noise signal from the biological measurement signal according to the generation time of the noise signal with reference to the information on the generation time of the noise signal having a time correlation recorded in the memory, Obtaining a biological measurement signal from which the noise signal has been removed and recording it in a memory.
前記生体計測信号に対して、前記時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に同期させて加算平均を取る際、当該ノイズ信号の時間方向の揺らぎに応じて加算平均を取る時間の範囲を一部重複させて加算平均を取ることを特徴とする請求項1に記載のノイズ除去方法。   When the averaging is performed in synchronization with the generation time of the time-correlated noise signal with respect to the biological measurement signal, a part of the time range in which the averaging is taken according to the fluctuation in the time direction of the noise signal The noise removal method according to claim 1, wherein the averaging is performed by overlapping. 生体から発生する信号を計測する計測部と、
前記計測部による生体計測信号の計測の際に発生する時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に関する情報を取得する取得部と、
前記計測部により計測された生体計測信号を前記時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に関する情報とともに格納する記憶部と、
前記生体計測信号に対して、前記時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に同期させて加算平均を取ることにより、前記時間相関性のあるノイズ信号を抽出するノイズ信号抽出部と、
前記時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に合わせて、抽出された前記ノイズ信号を前記生体計測信号から減算することにより、前記ノイズ信号が除去された生体計測信号を取得するノイズ除去処理部とを含むことを特徴とする生体情報計測装置。
A measurement unit for measuring a signal generated from a living body;
An acquisition unit that acquires information regarding the generation time of a noise signal having a time correlation that occurs when measuring a biological measurement signal by the measurement unit;
A storage unit that stores the biological measurement signal measured by the measurement unit together with information related to the generation time of the time-correlated noise signal;
A noise signal extraction unit that extracts the time-correlated noise signal by taking an addition average in synchronization with the generation time of the time-correlated noise signal with respect to the biological measurement signal;
A noise removal processing unit that obtains a biological measurement signal from which the noise signal has been removed by subtracting the extracted noise signal from the biological measurement signal in accordance with the occurrence time of the time-correlated noise signal. A biological information measuring device comprising:
生体から発生する脳磁場信号を計測する計測部と、
前記脳磁場信号を計測する際の心拍の発生時刻に関する情報を取得する取得部と、
前記計測部により計測された脳磁場信号を前記心拍の発生時刻に関する情報とともに格納する記憶部と、
前記脳磁場信号に対して、心拍の発生時刻に同期させて加算平均を取ることにより、心磁によるノイズ信号を抽出するノイズ信号抽出部と、
心拍の発生時刻に合わせて、抽出された前記ノイズ信号を前記脳磁場信号から減算することにより、前記ノイズ信号が除去された脳磁場信号を取得するノイズ除去処理部とを含むことを特徴とする脳磁場計測装置。
A measurement unit for measuring a brain magnetic field signal generated from a living body,
An acquisition unit for acquiring information on the occurrence time of a heartbeat when measuring the brain magnetic field signal;
A storage unit for storing the cerebral magnetic field signal measured by the measurement unit together with information on the occurrence time of the heartbeat;
With respect to the brain magnetic field signal, a noise signal extraction unit that extracts a noise signal due to the magnetocardiogram by taking an addition average in synchronization with the time of occurrence of the heartbeat;
A noise removal processing unit that obtains a brain magnetic field signal from which the noise signal has been removed by subtracting the extracted noise signal from the brain magnetic field signal in accordance with the time of occurrence of a heartbeat. Brain magnetic field measuring device.
生体から計測される生体計測信号を時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に関する情報とともにメモリに記録するステップと、
前記生体計測信号に対して、メモリに記録された前記時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に関する情報を参照して当該ノイズ信号の発生時刻に同期させて加算平均を取ることにより、前記時間相関性のあるノイズ信号を抽出するステップと、
メモリに記録された前記時間相関性のあるノイズ信号の発生時刻に関する情報を参照して当該ノイズ信号の発生時刻に合わせて、抽出された前記ノイズ信号を前記生体計測信号から減算することにより、前記ノイズ信号が除去された生体計測信号を取得し、メモリに記録するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
Recording a biological measurement signal measured from a living body in a memory together with information on the generation time of a noise signal having a time correlation;
The time correlation is obtained by taking an addition average in synchronization with the generation time of the noise signal with reference to information on the generation time of the noise signal having the time correlation recorded in the memory with respect to the biological measurement signal. Extracting a characteristic noise signal;
By subtracting the extracted noise signal from the biological measurement signal according to the generation time of the noise signal with reference to the information on the generation time of the noise signal having a time correlation recorded in the memory, A program for causing a computer to execute a step of acquiring a biological measurement signal from which a noise signal has been removed and recording it in a memory.
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