JP2022147542A - 生体情報計測システムおよび生体情報計測用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】被検者の頭部およびセンサの位置関係を高精度で決定し、生体情報解析の信頼性を向上させる。【解決手段】実施形態の生体情報計測システムは、生体信号検出用の複数のセンサが配置され、被検者の頭部を覆うカバー部材と、前記センサで検出した生体信号に基づいて脳神経活動を計測する計測部と、前記被検者に関連して設定された少なくとも３個以上の基準点と前記カバー部材を含む画像とを取得するＮ個（Ｎは２以上の整数）の撮像部と、前記撮像部から得られたＮ個の撮像データに基づいて得られる複数の前記基準点と前記カバー部材の位置関係データとにより、前記被検者の基準点と前記センサとの位置関係を決定する位置関係決定部と、を備え、前記Ｎ個の撮像部のうち２個の撮像部の撮像方向のなす角度は、０度より大きく、９０度より小さい。【選択図】図１

Description

本発明は、生体情報計測システムおよび生体情報計測用プログラムに関する。

従来、脳磁図（ＭＥＧ：Magneto-encephalography）を測定する脳磁計においては、ヒトの脳神経活動に伴って発生する微弱な生体磁場を計測および解析する。このような脳磁計は、内部に多数の磁気センサを備えるデュワー（筐体）を備えている。脳磁計においては、デュワーと被検者の頭部との位置関係を決定することが重要なものとなっている。特に、カメラ等を使って被検者の頭部位置を検出することは、磁気マーカコイル装着等の煩わしさがなく、非接触ででき望ましい。

例えば、単眼カメラ（２次元カメラ）、ステレオカメラ（３次元カメラ）、または、単眼カメラおよびミラーを用いて疑似的にステレオカメラ化した画像取得装置と指示棒とを用いて、頭部および生体活動計測センサの位置関係を決定する技術が提案されている。

被験者の頭部とデュワーの位置関係をリアルタイムに定めつつ、頭部全体の脳神経活動を同時に計測することを可能とする方法として、デュワーをヘルメット型にする方法が採用されている。しかしながら、この方法では、被検者の頭部の位置および向きによっては、頭部の位置の決定に用いられる基準点が隠れてしまい、１つの撮像装置だけでは十分にカバーすることができない場合があり、その結果頭部および生体活動計測センサの位置関係の決定精度が低下する問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被検者の幅広い様々な頭部の位置および向きに対して、被検者の頭部およびセンサの位置関係を高精度で決定し、生体情報解析の信頼性を向上させることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、生体信号検出用の複数のセンサが配置され、被検者の頭部を覆うカバー部材と、前記センサで検出した生体信号に基づいて脳神経活動を計測する計測部と、前記被検者に関連して設定された少なくとも３個以上の基準点と前記カバー部材を含む画像とを取得するＮ個（Ｎは２以上の整数）の撮像部と、前記撮像部から得られたＮ個の撮像データに基づいて得られる複数の前記基準点と前記カバー部材の位置関係データとにより、前記被検者の基準点と前記センサとの位置関係を決定する位置関係決定部と、を備え、前記Ｎ個の撮像部のうち２個の撮像部の撮像方向のなす角度は、０度より大きく、９０度より小さい、生体情報計測システムである。

本発明によれば、被検者の頭部およびセンサの位置関係を高精度で決定し、生体情報解析の信頼性を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態にかかる生体情報計測システムのシステム構成の一例を示す図である。 図２は、頭部の向きに応じて基準点が隠れる様子を示す図である。 図３は、情報処理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 図４は、情報処理装置の機能を説明する図である。 図５は、位置関係決定方法の概要について説明する図である。 図６は、位置関係決定処理の流れの例を示すフローチャートである。 図７は、第２の実施の形態の情報処理装置の機能を説明する図である。 図８は、画像取得装置の配置方法の一例を説明するための図である。 図９は、画像取得装置の配置方法の一例を説明するための図である。 図１０は、画像取得装置の配置方法の一例を説明するための図である。 図１１は、算出された値の例を示すグラフである。 図１２は、画像取得装置の配置方法の他の例について説明する図である。 図１３は、画像取得装置の配置方法の他の例について説明する図である。 図１４は、画像取得装置の配置方法の他の例について説明する図である。

以下に添付図面を参照して、生体情報計測システムおよび生体情報計測用プログラムの実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態の生体情報計測システムは、少なくとも２個の画像取得装置（撮像部）を設け、より多くの基準点が映りこむように、各画像取得装置の撮像方向間の角度を一定以上離して配置する。これにより、頭部の位置および向きが変化した場合であっても、基準点が隠れることによる頭部およびセンサの位置関係の決定精度の低下を回避可能となる。

図１は、第１の実施の形態にかかる生体情報計測システム１００のシステム構成の一例を示す図である。図１に示すように、生体情報計測システム１００は、生体情報計測装置４と、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）画像を撮像するＭＲＩ装置７と、を備えている。生体情報計測装置４は、脳機能測定装置３と、画像取得装置５ａ、５ｂと、情報処理装置６とを備えている。

画像取得装置５ａ、５ｂは同様の機能を備えるため、区別する必要がない場合は単に画像取得装置５という。なお図１では２個の画像取得装置５を備える例が示されているが、これに限られるものではない。生体情報計測装置４は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の画像取得装置５を備えるように構成することができる。

脳機能測定装置３は、脳磁図信号と脳波図（ＥＥＧ：Electro-encephalography）信号とを測定する脳磁計である。測定対象である被検者１０は、頭に脳波測定用の電極（またはセンサ）を付けた状態で脳機能測定装置３のデュワー２に頭部を入れる。デュワー２は、被検者１０の頭部のほぼ全域を取り囲むカバー部材であるヘルメット型のセンサ収納型デュワーである。デュワー２は、液体ヘリウムを用いた極低温環境の保持容器であり、デュワー２の内側には脳磁測定用の多数の磁気センサ１が配置されている。脳機能測定装置３は、電極からの脳波信号と、磁気センサ１からの脳磁信号とを収集する。脳機能測定装置３は、収集された生体信号を情報処理装置６に出力する。

なお、一般的に、磁気センサ１を内蔵するデュワー２は磁気シールドルーム内に配置されているが、図示の便宜上、磁気シールドルームを省略している。

情報処理装置６は、複数の磁気センサ１からの脳磁信号の波形と、複数の電極からの脳波信号の波形とを、同じ時間軸上に同期させて表示する。脳波信号は、神経細胞の電気的な活動（シナプス伝達の際にニューロンの樹状突起で起きるイオン電荷の流れ）を電極間の電位差として表すものである。脳磁信号は、脳の電気活動により生じた微小な磁場変動を表わす。脳磁場は、高感度の超伝導量子干渉計（ＳＱＵＩＤ）センサで検出される。

また、情報処理装置６は、ＭＲＩ装置７で撮像した被検者１０の頭部の断層像（ＭＲＩ画像）を入力する。ＭＲＩ装置７による撮影は脳機能測定装置３による磁気計測の前でも後でもよい。得られた画像データはオンラインまたはオフラインで情報処理装置６に送られる。

なお、被検者の頭部の断層像を撮像する断層像撮像装置としては、ＭＲＩ装置７に限るものではなく、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置などであってもよい。

図２は、頭部の向きに応じて基準点が隠れる様子を示す図である。図２の左側および右側には、それぞれ、被検者１０の頭部が正面（画像取得装置５の方向）を向いている場合、および、被検者１０の頭部が横を向いている場合の様子が示されている。被検者１０の頭部には、複数の基準点５１が設定される。図２に示すように、画像取得装置５の撮像範囲５２では、頭部が正面を向いている場合の方が、横を向いている場合よりも基準点５１の個数が多くなっている。

以下に、情報処理装置６について、さらに説明する。図３は、情報処理装置６のハードウェア構成の一例を示す図である。

情報処理装置６は、それぞれバス２９で相互に接続されている入力装置２１、出力装置２２、ドライブ装置２３、生体情報計測プログラムを記憶する補助記憶装置２４、メモリ装置２５、演算処理装置２６およびインターフェース装置２７を備える。

入力装置２１は、各種の情報の入力を行うための装置であり、例えばキーボードおよびポインティングデバイス等により実現される。出力装置２２は、各種の情報の出力を行うためものであり、例えばディスプレイ等により実現される。インターフェース装置２７は、ＬＡＮカード等を含み、ネットワークに接続するために用いられる。

生体情報計測プログラムは、情報処理装置６を制御する各種プログラムの少なくとも一部である。生体情報計測プログラムは例えば記憶媒体２８の配布およびネットワークからのダウンロード等によって提供される。生体情報計測プログラムを記録した記憶媒体２８は、ＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク等のように情報を光学的、電気的または磁気的に記録する記憶媒体、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等のように情報を電気的に記録する半導体メモリ等、様々なタイプの記憶媒体を用いることができる。

また、生体情報計測プログラムは、生体情報計測プログラムを記録した記憶媒体２８がドライブ装置２３にセットされると、記憶媒体２８からドライブ装置２３を介して補助記憶装置２４にインストールされる。ネットワークからダウンロードされた生体情報計測プログラムは、インターフェース装置２７を介して補助記憶装置２４にインストールされる。

補助記憶装置２４は、インストールされた生体情報計測プログラムを格納すると共に、必要なファイル、データ等を格納する。メモリ装置２５は、情報処理装置６の起動時に補助記憶装置２４から生体情報計測プログラムを読み出して格納する。そして、演算処理装置２６はメモリ装置２５に格納された生体情報計測プログラムに従って、後述するような各種処理を実現している。

なお、生体情報計測システム１００では、被検者１０の脳の神経活動から発せられる信号を磁気センサ１により検出するものとしたが、ＯＰＡＭ（光ポッピング原子磁気センサ）などの生体活動計測センサが用いられてもよい。また、生体情報計測システム１００では、被検者１０の脳の神経活動から発せられる信号を磁気センサ１により検出するものとしたが、これに限定されない。生体情報計測システム１００では、脳の神経活動から発せられる信号を検出するためのセンサ（生体活動計測センサ）を有していればよく、かつ、被検者１０の生体機能を正確に計測するため、低侵襲であるか、さらに好ましくは非侵襲であるとよい。このようなセンサの例として磁気センサ以外に、脳波計測センサ（電位センサ）、光トポグラフィ（近赤外光センサ）などがある。

また、本実施の形態の磁気センサ１は、これらセンサを複数種類含んでいても構わない。ただし、その場合、１つのセンサの動作が他のセンサによる計測に影響を与えないことが必要である。とくに、センサの１つとして磁気センサを用いる場合、生体と磁気センサが非接触であっても生体から発せられる信号を取得できるという特徴があるため、センサの装着状態が計測結果に影響を与えない。従って、磁気センサ１は、実施例として好適である。

画像取得装置５は、例えば、単眼カメラ、および、ステレオカメラなどの撮像部である。なお、画像取得装置５は、デュワー２と基準点とを含む範囲の画像を撮像できればよい。画像取得装置５は、脳機能測定装置３による脳磁図等の測定中に、基準点とデュワー２を含む画像を取得する。詳細は後述するが、情報処理装置６は、画像中のデュワー２および基準点等から、被検者１０の頭部と磁気センサ１の位置関係を定めることができる。そのため、情報処理装置６は、脳機能測定装置３による脳磁図等の測定中に被検者１０の頭部が動いたとしても、再度位置関係を定めることができる。本実施の形態によれば、被検者１０の頭部とデュワー２の位置関係をリアルタイムに定めつつ、頭部全体の脳神経活動を同時に計測することが可能となる。

次に、本実施の形態の情報処理装置６の機能構成例について説明する。図４は、情報処理装置６の機能を説明する図である。

情報処理装置６は、計測部６１と、位置関係決定部６２と、を有する。

計測部６１と、位置関係決定部６２とは、演算処理装置２６が、補助記憶装置２４およびメモリ装置２５等に格納された生体情報計測プログラムを読み出して実行することで実現される。

計測部６１は、刺激に応じて磁気センサ１で検出した生体信号（脳磁信号）に基づいて脳神経活動を計測する。

位置関係決定部６２は、複数の基準点とデュワー２との位置関係を対応付け、磁気センサ１の位置および姿勢に関連したデュワー２の構造データにより、３次元空間内での被検者１０の頭部の基準点と磁気センサ１との位置関係を決定する。本実施の形態においては、デュワー２の構造データは、磁気センサ１の３次元配置データである。

また、位置関係決定部６２は、画像取得装置５（撮像部）により、異なる時刻に撮像された画像に基づいて被検者１０の頭部の位置変化を検出し、被検者１０の基準点と磁気センサ１との位置関係を再決定する。例えば、第１の時刻に得られた被検者１０の第１の基準点群データと、第２の時刻に得られた被検者１０の第２の基準点群データとを重ね合わせることにより、頭部位置がどのように変化したかを算出し、かかる変化に基づいて磁気センサ１との位置関係を再決定することができる。

図５は、位置関係決定方法の概要について説明する図である。上述のように、被検者１０の頭部表面には基準点５１が設けられる。基準点５１は、頭部表面上の点であれば、設定数および設定位置はどのように選んでも構わない。

情報処理装置６（例えばメモリ装置２５）には、予め取得された被検者１０の頭部の形状を表す３次元データ（以下、３次元頭部データ）が記憶されている。すなわち、頭部表面上のいずれの点を基準点５１として選んでも、基準点５１の３次元（ＸＹＺ）座標は、３次元頭部データの座標系上で既知である。

画像取得装置５ａおよび５ｂは、それぞれ撮像方向がデュワー２の中心５０１に向くように配置される。例えば、画像取得装置５ａの撮像方向と画像取得装置５ｂの撮像方向とのなす角度５０２をθとした場合、画像取得装置５ａおよび５ｂは、θが一定の角度以上となるように配置される。

画像取得装置５ａおよび５ｂを用いて、被検者１０の頭部を含むデュワー２の画像５１１ａおよび画像５１１ｂがそれぞれ撮像される。位置関係決定部６２は、画像５１１ａおよび画像５１１ｂそれぞれの中の基準点５１の座標（ｘ，ｙ）を画像座標系上で抽出する。

位置関係決定部６２は、画像取得装置５ａにより得られた画像５１１ａにおいて、画像座標系上で抽出した基準点５１のｘｙ座標（ｘ１，ｙ１）と、３次元頭部データの座標系上での基準点５１のＸＹＺ座標とを対応付ける。

同様に、位置関係決定部６２は、画像取得装置５ｂにより得られた画像５１１ｂにおいて、画像座標系上で抽出した基準点５１のｘｙ座標（ｘ２，ｙ２）と、３次元頭部データの座標系上での基準点５１のＸＹＺ座標とを対応付ける。

これらの処理により、位置関係決定部６２は、画像取得装置５（５ａ、５ｂ）と被検者１０の頭部との位置関係を決定することができる。

次に、画像取得装置５とデュワー２との位置関係を決定する方法について説明する。画像取得装置５ａおよび５ｂはそれぞれ、デュワー２が撮像可能な位置に配置される。

画像取得装置５とデュワー２との位置関係を決定する処理は、画像取得装置５および被検者１０の位置関係を決定する方法と同様の処理で行うことができる。デュワー２の表面に、例えば白黒のチェッカーボードなどの規則的なコントラストを有するパターンが設けられてもよい。これにより、撮像された画像からデュワー２の曲面構造をより高精度に測定でき、画像取得装置５とデュワー２の位置関係をより高精度に決定することができる。

次に、デュワー２と磁気センサ１の位置関係を決定する方法について説明する。磁気センサ１は例えば工場出荷時にデュワー２の内部に備え付けられており、その位置関係は既知である。すなわち、位置関係決定部６２は、例えばメモリ装置２５に記憶された既知の位置関係を参照してデュワー２と磁気センサ１の位置関係を決定することができる。

以上の処理により、位置関係決定部６２は、被検者１０の頭部と磁気センサ１の位置関係を決定することができる。

ここで、被検者１０の頭部の位置が変化したとしても、画像取得装置５、デュワー２、および、磁気センサ１の位置関係は不変である。そのため、画像取得装置５により改めて撮像された被検者１０の頭部の画像中での変化量から、位置関係決定部６２は、頭部の位置の３次元的な変化を算出することができる。また、位置関係決定部６２は、新たに算出した頭部の位置と磁気センサ１の位置関係を決定することができる。

次に、本実施の形態による位置関係決定処理の流れについて説明する。図６は、本実施の形態の位置関係決定処理の流れの例を示すフローチャートである。

位置関係決定部６２は、画像取得装置５ａ、５ｂにより撮像された画像を取得する（ステップＳ１０１）。位置関係決定部６２は、取得した画像に基づき、被検者１０の頭部の基準点と磁気センサ１との位置関係を決定する（ステップＳ１０２）。その後、計測部６１は、磁気センサ１で検出された生体信号に基づいて脳神経活動を計測する（ステップＳ１０３）。

これまでは、画像取得装置５が２個の場合について説明した。画像取得装置が３個以上の場合であっても、同様の処理により、被検者１０の頭部と磁気センサ１の位置関係をより高精度に決定することができる。

以上のように、第１の実施の形態では、より多くの基準点が映りこむように撮像方向間の角度を一定以上離して配置される複数（Ｎ個）の画像取得装置が用いられる。これにより、被検者の幅広い様々な頭部の位置および向きに対して、被検者の頭部およびセンサの位置関係を高精度で決定し、生体情報解析の信頼性を向上させることが可能となる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、被検者１０の頭部およびデュワー２を撮像することにより、被検者１０の頭部と磁気センサ１の位置関係が決定された。画像取得装置５と磁気センサ１の位置関係は、予め実行されるキャリブレーションにより決定されてもよい。第２の実施の形態の生体情報計測システムは、このようなキャリブレーション機能を有する。

第２の実施の形態の生体情報計測システムのシステム構成例は、第１の実施の形態のシステム構成例を示す図１の同様であるため説明を省略する。第２の実施の形態では、情報処理装置が、キャリブレーション機能を有する点が異なる。

図７は、第２の実施の形態の情報処理装置６－２の機能を説明する図である。図７に示すように、情報処理装置６－２は、計測部６１と、位置関係決定部６２－２と、を有する。計測部６１の機能は、第１の実施の形態と同様であるため同一の符号を付し説明を省略する。

位置関係決定部６２－２は、画像取得装置５と磁気センサ１の位置関係を予め決定する機能（キャリブレーション機能）を有する点が、第１の実施の形態の位置関係決定部６２と異なっている。

キャリブレーション機能では、例えば、磁気マーカコイルが装着された、マネキン等の既知の形状の物体が被検者１０の代わりに用いられる。位置関係決定部６２－２は、画像取得装置５により撮像されたこの物体の画像と、磁気センサ１により検出された、磁気マーカコイルから発生する磁場を表す磁気データとから、画像取得装置５と磁気センサ１の位置関係を決定する。

そして位置関係決定部６２－２は、改めて画像取得装置５により撮像された被検者１０の頭部の画像から、画像取得装置５と被検者１０の頭部の位置関係を決定することができ、磁気センサ１の位置とも対応付けられる。

このように構成することで、脳磁図の計測中に被検者１０の頭部に磁気マーカコイルを装着することなく、非接触な方法で、被検者１０の頭部と磁気センサ１の位置関係を決定することができる。また、キャリブレーションでは、画像情報だけでなく、磁気データも用いることができるため、より高精度に位置関係を決定することができる。

次に、各実施の形態（第１の実施の形態、第２の実施の形態）に適用できる、複数の画像取得装置５の配置方法の詳細について説明する。

図８～図１０は、２個の画像取得装置５ａ、５ｂの配置方法の一例を説明するための図である。図５と同様に、画像取得装置５ａ、５ｂにより撮像された画像をそれぞれ画像５１１ａ、画像５１１ｂとする。

画像５１１ａと画像５１１ｂは、共に３次元頭部データの表面上の基準点５１を含んでいる。画像５１１ａと画像５１１ｂとが、それぞれ異なる基準点５１を多く含むほど、被検者１０の頭部と磁気センサ１の位置関係をより高精度に決定することができる。すなわち、画像５１１ａと画像５１１ｂのそれぞれに含まれる基準点５１が可能な限り異なるように、画像取得装置５ａおよび５ｂが配置されることが望ましい。

例えば３次元頭部データは、３次元頭部データの座標系において、以下の４つの領域に分割される。
・画像５１１ａのみに撮像された基準点５１を含む領域ＲＡ
・画像５１１ｂのみに撮像された基準点５１を含む領域ＲＢ
・画像５１１ａおよび画像５１１ｂの両方に共通の基準点５１を含む共通領域ＲＣ
・画像５１１ａおよび画像５１１ｂのいずれにも撮像されていない領域ＲＤ

以下では、上記４つの領域内に含まれる３次元頭部データ点の個数をＮＡ、ＮＢ、ＮＣ、ＮＤとする。

上記のように、画像５１１ａと画像５１１ｂは、それぞれ異なる基準点５１を多く含むほど、被検者１０の頭部と磁気センサ１の位置関係をより高精度に決定できる。従って、（ＮＡ＋ＮＢ）を可能な限り大きく、かつ、ＮＣを可能な限り小さくすることが望ましい。

以下、好適な配置角度を求めるシミュレーションの例について図８～図１０を用いて説明する。

画像取得装置５ａおよび５ｂの画角は１５度、画像取得装置５ａ、５ｂと被検者１０との距離は３０ｃｍとする。基準点５１の間隔は３ｍｍとする。画像取得装置５ａの撮像方向および画像取得装置５ｂの撮像方向のなす角をθとする。ここでは説明のため、θ＝６０度の例を示している。

図８から図１０は、被検者１０の頭部と、画像取得装置５ａ、５ｂにより撮像される頭部表面上の基準点群との関係を示す図である。図８は、被検者１０の頭部と、画像取得装置５ａにより撮像される頭部表面上の基準点群８０１との関係を示す図である。図９は、被検者１０の頭部と、画像取得装置５ｂにより撮像される頭部表面上の基準点群９０１との関係を示す図である。図１０は、被検者１０の頭部と、画像取得装置５ａおよび５ｂの両方により撮像される頭部表面上の基準点群１００１との関係をさらに示す図である。

上述のとおり、３次元頭部データは、以下の４つの領域に分割される。
・画像取得装置５ａのみに撮像される領域ＲＡ（基準点群８０１を含む）
・画像取得装置５ｂのみに撮像される領域ＲＢ（基準点群９０１を含む）
・画像取得装置５ａおよび画像取得装置５ｂにより撮像される領域ＲＣ（基準点群１００１を含む）
・画像取得装置５ａまたは画像取得装置５ｂのいずれにも撮像されない領域ＲＤ（基準点群８０１、９０１以外の点群を含む）

ここで、角度θとして、θ＝０，１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０のそれぞれにおいて、領域ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤにそれぞれ含まれる３次元頭部データの基準点の個数をカウントし、（ＮＡ＋ＮＢ）およびＮＣを算出する。

θ＞９０の範囲は、画像取得装置５と被検者１０の位置が互いに干渉するため、シミュレーションから除外する。

図１１は、算出された値の例を示すグラフである。すなわち図１１は、θ（横軸）と、（ＮＡ＋ＮＢ）およびＮＣ（縦軸）との関係を示す図である。白丸は、（ＮＡ＋ＮＢ）を表す。黒丸はＮＣを表す。

（ＮＡ＋ＮＢ）は、画像取得装置５ａにのみ撮像される基準点の個数ＮＡ、および、画像取得装置５ｂにのみ撮像される基準点の個数ＮＢの和である。従って、θの増加に伴って、（ＮＡ＋ＮＢ）は増加する傾向にある。ＮＣは、２個の画像取得装置５ａ、５ｂに共通して撮像される基準点の個数である。従って、θの増加に伴って、ＮＣは減少する傾向にある。

このように４つの領域に分割して基準点の個数を考えることで、領域間の基準点の価値のバランスを考慮して、最適な画像取得装置５の角度（撮像方向）を決めることが可能になる。

次に、θの上限について説明する。θが大きいほど、（ＮＡ＋ＮＢ）の値がＮＣの値より大きくなる。画像５１１ａと画像５１１ｂとが、それぞれ異なる基準点５１を多く含むほど、被検者１０の頭部と磁気センサ１の位置関係をより高精度に決定できるのであるから、θはより大きいことが望ましい。ただし、θ＞９０の範囲では、画像取得装置５と被検者１０の位置が互いに干渉する。このため、少なくともθは９０度以下であることが望ましい。

次に、θの下限について説明する。まず、θ＝０は２個の画像取得装置５ａ、５ｂを備えているとの前提条件を満たさないため不適切である。０＜θ＜９０では、θは大きいほど望ましい。一方、図１１に示すように、θ＝１０であっても、（ＮＡ＋ＮＢ）＞０となり、それぞれの画像取得装置５にのみ撮像される基準点が存在している。

すなわち、互いに異なる基準点の情報が取得できており、複数の画像取得装置が互いに物理的に干渉しあわない限り、θ＞０が望ましく、θ＝１０であっても構わない。

基準点の個数は、例えば（ＮＡ＋ＮＢ）の値が第１閾値より大きく、かつ、ＮＣが第２閾値（第１閾値より大きい値）より大きくなるように設定される。例えば基準点の間隔を３ｍｍとする場合、図１１に示すように、少なくとも、（ＮＡ＋ＮＢ）＞５００（＝第１閾値の一例）、かつ、ＮＣ＞２０００（第２閾値の一例）が満たされることが望ましい。

基準点の設定方法は、間隔を３ｍｍとする方法に限られない。基準点の間隔をさらに狭めることで、より高精度に被検者１０の頭部と磁気センサ１の位置関係を決定できる。この場合でも、（ＮＡ＋ＮＢ）＞５００かつＮＣ＞２０００が満たされる。

次に、より望ましいθの設定例について説明する。図１１に示すように、θ＝６０において、（ＮＡ＋ＮＢ）およびＮＣの値が同程度であり、頭部表面上の基準点がバランスよく撮像されている。従って、θ＝６０とすることがより望ましい。

図８～図１１は、複数の画像取得装置５のうちいずれか１つ（図の例では画像取得装置５ａ）が、被検者１０の正面に配置された例であるが、配置方法はこれに限定されない。図１２および図１３は、画像取得装置５ａ、５ｂの配置方法の他の例について説明する図である。

図１２に示すように、画像取得装置５ａ、５ｂは、被検者１０の正面に対してそれぞれ同じ角度（θ／２）となるように配置されてもよい。ただし、０＜θ＜９０の範囲であっても、θを大きくしすぎると、画像取得装置５から見て、被検者１０の頭部表面上の基準点がデュワー２に隠れ得る。そのような場合、画像取得装置５ａのみ、または、画像取得装置５ｂのみに撮像される基準点の数が、隠れていない場合と比較して少なくなる。図１３は、このような状況、すなわち、θが大きいときに（ＮＡ＋ＮＢ）が減少する状況を模式的に示す図である。

このような状況が生じる場合は、０＜θ＜９０の範囲で、（ＮＡ＋ＮＢ）が最大となるθ（図１３の例ではθ＝７０）を選択することが望ましい。

図１４は、画像取得装置５が３個の場合の配置方法の例について説明する図である。図１４では、画像取得装置５ａ、５ｂ、５ｃの配置方法の例が示されている。画像取得装置５が３個以上の場合、すべての画像取得装置５のうち任意に選択される２個の画像取得装置５の間で、撮像方向のなす角が少なくとも６０度から９０度であることが望ましい。図１４の例では、以下の３つの角度がそれぞれ６０度から９０度であることが望ましい。
・画像取得装置５ａの撮像方向と、画像取得装置５ｂの撮像方向と、の角度θ１２
・画像取得装置５ａの撮像方向と、画像取得装置５ｃの撮像方向と、の角度θ１３
・画像取得装置５ｂの撮像方向と、画像取得装置５ｃの撮像方向と、の角度θ２３

上記のように、画像取得装置５は単眼カメラに限られず、ステレオカメラであってもよい。この場合、１台のステレオカメラに含まれる２個のレンズによって撮像される２つの画像間の視差の情報から奥行方向の距離も高精度に決定できる。従って、より高精度に被検者１０の頭部と磁気センサ１の位置関係を決定することができる。

１ 磁気センサ
２ デュワー
３ 脳機能測定装置
４ 生体情報計測装置
５ａ、５ｂ 画像取得装置
６ 情報処理装置
７ ＭＲＩ装置
６１ 計測部
６２ 位置関係決定部
１００ 生体情報計測システム

特開２０２０－０５４７８８号公報 特開２０２０－１６８１１１号公報

Erich Urban et.al., "Optical Sensor Position Indicator for Neonatal ＭＥＧ"，IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, VOL. 59, NO. 1, JANUARY 2012

Claims (9)

1. 生体信号検出用の複数のセンサが配置され、被検者の頭部を覆うカバー部材と、
   前記センサで検出した生体信号に基づいて脳神経活動を計測する計測部と、
   前記被検者に関連して設定された少なくとも３個以上の基準点と前記カバー部材を含む画像とを取得するＮ個（Ｎは２以上の整数）の撮像部と、
   前記撮像部から得られたＮ個の撮像データに基づいて得られる複数の前記基準点と前記カバー部材の位置関係データとにより、前記被検者の基準点と前記センサとの位置関係を決定する位置関係決定部と、を備え、
   前記Ｎ個の撮像部のうち２個の撮像部の撮像方向のなす角度は、０度より大きく、９０度より小さい、
   生体情報計測システム。
2. 前記Ｎ個の撮像部のうち２個の撮像部の配置位置および撮像方向は、前記２個の撮像部のうち一方の撮像部により撮像した画像のみに含まれる前記基準点の個数の合計がより大きくなり、かつ、前記２個の撮像部により撮像した２個の画像に共通して含まれる前記基準点の個数がより小さくなる位置および方向である、
   請求項１に記載の生体情報計測システム。
3. 前記Ｎ個の撮像部のうち２個の撮像部の配置位置および撮像方向は、前記合計が第１閾値より大きくなり、かつ、前記２個の撮像部により撮像した２個の画像に共通して含まれる前記基準点の個数が、前記第１閾値より大きい第２閾値より大きくなる位置および方向である、
   請求項２に記載の生体情報計測システム。
4. 前記第１閾値は５００であり、前記第２閾値は２０００である、
   請求項３に記載の生体情報計測システム。
5. 前記角度は、６０度より大きく、９０度より小さい、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の生体情報計測システム。
6. 前記Ｎ個の撮像部のうち２個の撮像部は、一方の撮像部により撮像した画像のみに含まれる前記基準点の個数の合計が最大値となるように、配置する位置および撮像方向が決定される、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の生体情報計測システム。
7. 前記撮像部は、ステレオカメラである、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の生体情報計測システム。
8. 前記センサは、磁気センサである、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の生体情報計測システム。
9. 生体信号検出用の複数のセンサが配置され、被検者の頭部を覆うカバー部材と、前記センサで検出した生体信号に基づいて脳神経活動を計測する計測部と、前記被検者に関連して設定された少なくとも３個以上の基準点と前記カバー部材を含む画像とを取得するＮ個（Ｎは２以上の整数）の撮像部と、を備える生体情報計測システムを制御するコンピュータを、
   複数の前記基準点と前記カバー部材の位置関係データとにより、前記被検者の基準点と前記センサとの位置関係を決定する位置関係決定部と、として機能させ、
   前記Ｎ個の撮像部のうち２個の撮像部の撮像方向のなす角度は、０度より大きく、９０度より小さい、
   生体情報計測用プログラム。

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