JP2993725B2 - Signal processing method in magnetic field measurement - Google Patents

Signal processing method in magnetic field measurement

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JP2993725B2 JP2276298A JP27629890A JP2993725B2 JP 2993725 B2 JP2993725 B2 JP 2993725B2 JP 2276298 A JP2276298 A JP 2276298A JP 27629890 A JP27629890 A JP 27629890A JP 2993725 B2 JP2993725 B2 JP 2993725B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は脳表面の磁場分布を測定し、そのデータから
脳内部の磁場発生源の分布を推定し、表示する脳磁計測
装置における磁場発生源の推定方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention measures the magnetic field distribution on the surface of the brain, estimates the distribution of the magnetic field sources inside the brain from the data, and displays the magnetic field generation in a magnetoencephalograph. The source estimation method.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第1図に脳表面の磁場分布を測定する際の座標系を示
す。第1図で1は磁束計を表わし、2はピックアップコ
イルを表わす。通常、このピックアップコイルはコイル
面に対する磁場の法線成分を検出する。3は測定点を示
す。この測定点をrm{m=1,2,…,M}で表わす。図で
は、rnの位置にベクトルqnで表わされた電流が存在して
いることを示す。脳磁計測の分野ではこのような孤立し
た電流ベクトルを仮定でき、これを電流ダイポールと呼
ぶ。したがって、n番目の電流ダイポールの位置をr
n{n=1,2,…,N}とし、その電流ベクトルをqnで表わ
す。
FIG. 1 shows a coordinate system for measuring the magnetic field distribution on the brain surface. In FIG. 1, 1 represents a magnetometer and 2 represents a pickup coil. Usually, this pickup coil detects the normal component of the magnetic field with respect to the coil surface. 3 indicates a measurement point. This measurement point is represented by r m {m = 1, 2,..., M}. Figure it is shown that current represented by a vector q n to the position of r n is present. In the field of magnetoencephalography, such an isolated current vector can be assumed, and this is called a current dipole. Therefore, the position of the nth current dipole is r
n {n = 1,2, ..., N} and represents the current vector q n.

脳表面の磁場測定値から脳内の電流分布の推定は通常
以下のように行われる。
Estimation of the current distribution in the brain from the measured value of the magnetic field on the brain surface is usually performed as follows.

上記のように、脳内にN個の電流ダイポールがあれ
ば、rmの位置での磁束密度ベクトルBmで表わされる。
As described above, if there are N current dipoles in the brain, the magnetic flux density vector B m at the position of r m Is represented by

通常磁束計で観測できるのは法線成分であり、rmの点
での実際の測定データを▲Ba m▼とする。
You can observe a normal magnetometer is normal component, the actual measurement data in terms of r m ▲ B a m ▼ to.

一方、各電流ダイポールの電流ベクトル、およびその
座標を仮想的に適宜定め、これを1,2,…,N,およ
1,2,…,と表わす。これらの推定磁場発生源
が各rm点(m=1,2,3,…)につくる磁場の法線成分、つ
まり仮想的な測定値を算出することができる。これを▲
a m▼とおくと、(2)式に示すコスト関数は、推定デ
ータと実際の測定データの一致度を示す。
On the other hand, the current vector of each current dipole, and virtually appropriately determined its coordinates, which 1, 2, ..., N, and 1, 2, ..., expressed as N. Normal component of the magnetic field these estimated magnetic source is made in the r m points (m = 1,2,3, ...), i.e. it is possible to calculate the virtual measurements. This is ▲
If a m ▼ is set, the cost function shown in the equation (2) indicates the degree of coincidence between the estimated data and the actual measurement data.

したがって(2)式のコスト関数を最低値にする各推
定値1,…N,1,…,を逐次計算により見い出せ
ば、これらの推定値が実際の脳内の磁場発生源の分布、
つまり電流分布を示すものとして採用できる。
Therefore, if the estimated values 1 ,..., N , 1 ,..., N that minimize the cost function of the equation (2) are found by sequential calculation, these estimated values are the actual distribution of the magnetic field source in the brain,
That is, it can be adopted as a signal indicating the current distribution.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

さて、従来法においては、ピックアップコイルの面積
や構造は無視され、各ピックアップコイルの中央の点rm
に推定磁場発生源がつくる磁場の法線成分▲a m▼を算
出してこれを仮想的な測定値とし実際の測定値と比較し
ていた。つまり(2)式の算出に用いる▲a m▼は
(3)式により求めていた。
Now, in the conventional method, area and structure of the pickup coil is ignored, the point r m of the center of each pickup coil
Then, the normal component ▲ a m ▼ of the magnetic field generated by the estimated magnetic field source was calculated, and this was used as a virtual measurement value and compared with the actual measurement value. That (2) used to calculate the formula ▲ a m ▼ was determined by equation (3).

ところが実際には、ピックアップコイルはある面積を
有し、また差動構造となっている場合もあるので、上述
のように求めた▲a m▼と測定値▲Ba m▼とは正確には
対応しない。このことが電流分布の推定の誤差の原因と
なることが判明した。
In practice, however, has an area of the pickup coil is also because sometimes a differential structure was determined as described above ▲ a m ▼ and measurements ▲ B a m ▼ and exactly the Do not correspond. It has been found that this causes an error in current distribution estimation.

そこで本発明の目的は、ピックアップコイルの構造に
起因する推定誤差の発生を防ぎ、精度の高い電流分布推
定が行なえる推定方法を提供するにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide an estimation method capable of preventing occurrence of an estimation error due to the structure of a pickup coil and performing highly accurate current distribution estimation.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的は、仮想的に定めた推定磁場発生源から仮想
的な測定値を算出する際に、各ピックアップコイル内の
複数の点に上記推定磁場発生源がつくる磁場の法線成分
をそれぞれ算出し、算出された磁場の平均値をもって仮
想的な測定値とすることにより達成される。つまり、こ
のようにして平均的で求めた各ピックアップコイルの仮
想的な測定値と実際の測定値の比較がコスト関数の算出
により行なわれ、コスト関数が最小となる推定磁場発生
源のそれぞれの座標及び各電流ベクトルを見い出すこと
により、電流分布の推定を行なうことに本発明の特徴が
ある。
The object is to calculate a normal component of a magnetic field generated by the estimated magnetic field source at a plurality of points in each pickup coil when calculating a virtual measurement value from a virtually determined estimated magnetic field source. This is achieved by making the average value of the calculated magnetic field a virtual measurement value. In other words, the comparison between the virtual measurement value and the actual measurement value of each pickup coil obtained on average in this manner is performed by calculating the cost function, and the coordinates of the estimated magnetic field generating source at which the cost function is minimized. The present invention is characterized in that the current distribution is estimated by finding each current vector.

本発明のより具体的な態様のひとつを述べると、各測
定点に配置されるピックアップコイルは軸型の1次微分
コイルであり、推定磁場発生源から計算する仮想的な測
定値として各ピックアップコイルの生体に近い方のコイ
ル内の1つ以上の点における磁場の法線成分の各計算値
の平均値から生体に遠い方のコイル内の1つ以上の点に
おける磁場の法線成分の各計算値の平較値を引いた値を
用いる。平面型微分コイルであっても、また多次微分コ
イルであっても、ピックアップコイルの型式に従がって
それぞれ適切な仮想的な測定の算出方法がある。
According to one of the more specific aspects of the present invention, the pickup coils arranged at each measurement point are axial primary differential coils, and each pickup coil is used as a virtual measurement value calculated from an estimated magnetic field generation source. Calculation of the normal component of the magnetic field at one or more points in the coil far from the living body from the average of the calculated values of the normal components of the magnetic field at one or more points in the coil closer to the living body Use the value obtained by subtracting the average value of the values. Regardless of whether it is a planar differential coil or a multi-order differential coil, there is an appropriate virtual measurement calculation method according to the type of the pickup coil.

さらに推定誤差を極小にする方法は、各測定点に配置
された各ピックアップコイル上の微小要素における推定
磁場発生源によって生じるベクトルポテンシャルをピッ
クアップコイルに沿って線積分した値をそのピックアッ
プコイルの仮想的な測定値とし、実際の測定値との比較
を行なう。
Furthermore, a method of minimizing the estimation error is to perform a virtual integration of a value obtained by linearly integrating a vector potential generated by an estimated magnetic field generation source in a micro element on each pickup coil arranged at each measurement point along the pickup coil. The measured value is compared with the actual measured value.

〔作用〕[Action]

以上のような本発明の方法によれば、仮想された生体
内部の推定磁場発生源から生体表面近傍の磁場分布を計
算する際に、測定に使用するピックアップコイルが検出
するはずの磁場としてより正確に計算するので、仮想的
な測定値と実際の測定値の比較による磁場発生源の座標
および電流ベクトルの推定の精度を向上させることがで
きる。
According to the method of the present invention as described above, when calculating the magnetic field distribution near the surface of the living body from the virtual estimated magnetic field source inside the living body, the pickup coil used for measurement is more accurate as the magnetic field to be detected. Therefore, the accuracy of estimating the coordinates of the magnetic field source and the current vector by comparing the virtual measurement value and the actual measurement value can be improved.

〔実施例〕〔Example〕

第1図に脳表面の磁場分布を測定する際の座標系を示
す。第1図で1は磁束計を表わし、2はピックアップコ
イルを表わす。通常、このピックアップコイルは磁場の
法線成分を検出する。3は測定点を示す。この測定点を
rm{m=1,2,…,M}で表わし、n番目のダイポールの位
置をrn{n=1,2,…,N}とし、その電流ベクトルをqn
表わす。ダイポール位置、および電流ベクトルの推定値
n,と表わすと、最適な推定値は以下の手順によ
り求まる。
FIG. 1 shows a coordinate system for measuring the magnetic field distribution on the brain surface. In FIG. 1, 1 represents a magnetometer and 2 represents a pickup coil. Usually, this pickup coil detects the normal component of the magnetic field. 3 indicates a measurement point. This measurement point
r m {m = 1, 2,..., M}, the position of the n-th dipole is r n {n = 1, 2,..., N}, and the current vector is represented by q n . When the estimated values of the dipole position and the current vector are represented by n 1 and n , the optimum estimated value is obtained by the following procedure.

x1,x2,…,xNを変数とする関数E(x1,x2,…,xN)の最
小値と最小値を与える{x1,x2,…,xN}の値を求めるこ
とを最適化と呼ぶ。特にE(x1,x2,…,xN)が{x1,x2,
…,xN}に関して非線型な場合、非線型最適化と呼ぶ。
非線型最適化は従来、種々の方法が提案されており、本
発明はこれら非線型最適化手法を用いた電流ダイポール
推定に適用することができる。
x 1, x 2, ..., the function E (x 1, x 2, ..., x N) of the variables x N gives the minimum value and the minimum value of {x 1, x 2, ..., x N} value of Is called optimization. In particular, E (x 1 , x 2 , ..., x N ) is {x 1 , x 2 ,
.., X N } is called nonlinear optimization if it is nonlinear.
Conventionally, various methods have been proposed for nonlinear optimization, and the present invention can be applied to current dipole estimation using these nonlinear optimization techniques.

ただし、非線型最適化手法の多くは関数Eが局所的な
最小値を持つ場合、解が極小値にトラップされてしま
い、関数Eの真の最小値を求めることができないという
欠点を存在する。一方、最近提案されたシミュレーティ
ド・アニーリング(Simulated annealing)と呼ばれる
最適化手法によればこの欠点を克服することができる。
そこで、本実施例は、脳内の電流ダイポールの推定手法
にsimulated annealingを用いたものである。
However, many nonlinear optimization methods have a disadvantage that when the function E has a local minimum, the solution is trapped at a local minimum, and the true minimum of the function E cannot be obtained. On the other hand, an optimization technique called simulated annealing recently proposed can overcome this drawback.
Thus, the present embodiment uses simulated annealing as a method for estimating a current dipole in the brain.

まず、sumilated annealingについて説明すると、最
小とすべき関数E(x1,x2,…,xN)をコスト関数と呼
ぶ。目標はE(x1,x2,…,xN)を最小とする変数{x1,
x2,…,xN}を見つけることである。まず、1つの変数xi
に変位Δxiを与え、E(x1,x2,…,xN)の変化ΔEを計
算する。ΔE<0であればΔxiをxi+Δxiに置き換え、
ΔE>0のときはボルツマン分布exp(−ΔE/T)にした
がって、確率的にxiをxi+Δxiと置き換える。このよう
に、コスト関数を増加させる方向の変位を確率的に受け
入れるのは、解が局所的な最小値にトラップすることを
防ぐためである。なお、ここで、Tはスケーリングを決
める乗数であり、仮想的な温度と呼ばれる。
First, explaining the summed-up annealing, a function E (x 1 , x 2 ,..., X N ) to be minimized is called a cost function. The goal is a variable {x 1 , which minimizes E (x 1 , x 2 , ..., x N )
x 2 , ..., x N }. First, one variable x i
Gives the displacement [Delta] x i to, E (x 1, x 2 , ..., x N) to calculate the change ΔE in. If ΔE <0 replace the Δx i to x i + Δx i,
When the ΔE> 0 according to the Boltzmann distribution exp (-ΔE / T), the probability to replace the x i and x i + Δx i. The reason why the displacement in the direction of increasing the cost function is stochastically accepted is to prevent the solution from trapping at a local minimum. Here, T is a multiplier that determines scaling, and is called a virtual temperature.

以上述べたように、パラメータ{x1,x2,…,xN}に変
位を与え、上のルールにしたがってパラメータの値を変
化させることをすべてのパラメータに対して、熱平衡状
態となるまで繰り返す。ここで熱平衡状態とはコスト関
数を増加させる変化を受け入れられる確率とコスト関数
を減少させる変化を受け入れる確率が等しくなる状態を
言う。熱平衡状態に達した後は、さらにTをあらかじめ
決められた式に従いわずかに下げ、そのTで上記のプロ
セスを繰り返す。
As described above, applying the displacement to the parameters {x 1 , x 2 ,..., X N } and changing the parameter values according to the above rule is repeated for all the parameters until the state of thermal equilibrium is reached. . Here, the thermal equilibrium state refers to a state in which the probability of accepting a change that increases the cost function is equal to the probability of accepting a change that decreases the cost function. After reaching the thermal equilibrium state, T is further reduced slightly according to a predetermined formula, and the above process is repeated at T.

上に述べたsimulated annealignを用いて、本実施例
の脳表面の磁場測定値から脳内の電流分布の推定は以下
のように行われる。
Using the above-described simulated annealign, the current distribution in the brain is estimated as follows from the measured value of the magnetic field on the surface of the brain in the present embodiment.

座標系を先にふれた第1図のように定義する。この座
標系において、rn{n=1,2,3,…N}の各位置に電流ダ
イポールと呼ばれる電流ベクトルqnが存在すると仮定す
る。
The coordinate system is defined as shown in FIG. In this coordinate system, assume that r n {n = 1,2,3, ... N} is the current vector q n exists called current dipole at each position.

一方、測定点rm(m=1,2,…,M)に配置されるSQUID
磁束計のピックアップコイルの型式により、電流分布の
推定のための仮想的測定値の計算方法が異なるので、以
下にそれぞれの型式のピックアップコイルについて説明
する。
On the other hand, the SQUID located at the measurement point r m (m = 1,2,…, M)
The method of calculating a virtual measurement value for estimating the current distribution differs depending on the type of pickup coil of the magnetometer, and thus each type of pickup coil will be described below.

第2図は磁束計のピックアップコイルの1例を示す。
この、ピックアップコイル2−1は差動構成を持たな
い。ピックアップコイルの面積をS、面積素片をΔsと
すると、ピックアップコイル2−1の中Nがrmの位置に
あるとき、ピックアップコイル2−1が観測する磁束密
度Bmで表わされる。そこで、このようなコイルを用いる場合
は推定電流ダイポールから計算する仮想的な測定データ
とし、先に述べた非線型最適化手法において最適な推定
電流ダイポールを求めるために最小にすべきコスト関数
とする。式(5)におけるrmiはrmの位置に配置された
ピックアップコイル内の任意の点である。つまり、各測
定点rm(m=1,2,…,M)に配置されるピックアップコイ
ルの仮想的な計測値の算出は、それぞれ当該ピック
アップコイル内の複数の点rmi(i=1,2,…,I)におい
て仮定された推定磁場発生源が作る磁場のコイル面に対
する法線成分▲Ba m▼(rmi)の値の平均値をとること
により行なう。▲Ba m▼(rmi)の算出は次式による。
FIG. 2 shows an example of a pickup coil of the magnetometer.
This pickup coil 2-1 does not have a differential configuration. The area of the pickup coil S, and the area segment and Delta] s, when N in the pickup coil 2-1 is located at the position r m, the magnetic flux density B m of the pickup coil 2-1 is observed Is represented by Therefore, when using such a coil, virtual measurement data calculated from the estimated current dipole
m And the cost function to be minimized in order to find the optimal estimated current dipole in the nonlinear optimization method described above And R mi in equation (5) is an arbitrary point in the pickup coil disposed in a position of r m. That is, the calculation of the virtual measurement value m of the pickup coil arranged at each measurement point r m (m = 1, 2,..., M) is performed by calculating a plurality of points r mi (i = 1 , 2, ..., carried out by taking the average of the values of the normal component to the coil surface of the magnetic field assumed estimated magnetic source make ▲ B a m ▼ (r mi ) in I). Calculation of ▲ B a m ▼ (r mi ) shall be indicated by the following equation.

次に別の型式のピックアップコイルを有するSQUID磁
束計を測定に用いる場合について第3図を用いて説明す
る。
Next, a case where a SQUID magnetometer having another type of pickup coil is used for measurement will be described with reference to FIG.

本例のピックアップコイル2−2は第3図に示すよう
に軸型の1次微分形すなわち1次の差動形コイルであ
る。このとき、推定電流ダイポールから計算する仮想的
な測定データとし、式(6)に示すコイル関数を最小とする最適な推
定電流ダイポールを求める。式(8)におけるrmiおよ
びrmjはそれぞれピックアップコイル2を構成するコイ
ル2aおよび2b内の任意の点を示す。すなわち、軸型1次
微分コイルを用いる場合には、生体に近い方のコイル2a
の中の複数の点rmiにおいて推定磁場発生源が作る磁場
の法線成分の平均値から、生体に遠い方の差動コイル2b
の中の複数の点rmjにおいて推定磁場発生源が作る磁場
の法線成分の平均値を差し引いた値を仮想的な測定値
とする。▲Ba m▼(rmj)の算出の数式は(7)式と
同一形式なので説明を略す。
As shown in FIG. 3, the pickup coil 2-2 of the present embodiment is an axial primary differential coil, that is, a primary differential coil. At this time, virtual measurement data m calculated from the estimated current dipole is Then, an optimum estimated current dipole that minimizes the coil function shown in Expression (6) is obtained. In the formula (8), r mi and r mj indicate arbitrary points in the coils 2a and 2b constituting the pickup coil 2, respectively. That is, when the axial primary differential coil is used, the coil 2a closer to the living body is used.
From the average value of the normal component of the magnetic field generated by the estimated magnetic field generation source at a plurality of points rmi in the differential coil 2b farther from the living body
Virtual values obtained by subtracting the average value of the normal component of the magnetic field generated by the estimated magnetic field source at multiple points r mj in
m . ▲ B a m ▼ formulas for calculating the (r mj) is omitted so the description (7) a formula the same form.

第4図はさらに別のピックアップコイルの場合であ
り、このピックアップコイル2−3は平面型の1次微分
コイルである。この場合も、一方のコイル2aに対し他方
のコイル2bは差動に接続されているので、(8)式を用
いて2aのコイル内の複数点の磁場法線成分の計算値の平
均値から2bのコイル内の複数点の磁場法線成分の計算値
の平均値をさし引いて仮想的な測定値とする。
FIG. 4 shows still another pickup coil, and this pickup coil 2-3 is a planar primary differential coil. Also in this case, since the other coil 2b is differentially connected to the one coil 2a, the average value of the calculated values of the normal component of the magnetic field at a plurality of points in the coil 2a is calculated by using the equation (8). A virtual measurement value m is obtained by subtracting the average value of the calculated values of the magnetic field normal components at a plurality of points in the coil 2b.

第5図は、さらに別のピックアップコイルの場合を示
す。このピックアップコイル2−4は2次微分形、すな
わち2次の差動形である。このときとし、式(6)に示すコスト関数を最小とする最適な推
定電流ダイポールを求める。式(9)におけるrmi,rmj,
およびrmkはそれぞれピックアップコイル2を構成する
コイル2a,2bおよび2c内の任意の点を示す。つまり軸型
2次微分コイルの動作原理と通応して、一番生体に近い
コイル内の複数点の磁場法線成分の計算値の平均値と、
生体に最も遠いコイル内の複数点の磁場法線成分の計算
値の平均値との和から、中間のコイル内の複数点の磁場
法線成分の計算値の平較値の2倍を引いた値を仮想的な
測定値とする。
FIG. 5 shows the case of another pickup coil. The pickup coil 2-4 is of a secondary differential type, that is, a secondary differential type. At this time, m is Then, an optimum estimated current dipole that minimizes the cost function shown in Expression (6) is obtained. R mi , r mj , in equation (9)
And rmk denote arbitrary points in the coils 2a, 2b and 2c constituting the pickup coil 2, respectively. That is, in accordance with the principle of operation of the axial type secondary differential coil, the average value of the calculated values of the magnetic field normal components at a plurality of points in the coil closest to the living body,
From the sum of the average of the calculated values of the magnetic field normal components at multiple points in the coil farthest from the living body and twice the average of the calculated values of the magnetic field normal components at multiple points in the middle coil The value is assumed to be a virtual measurement value m .

以上の第3図、第4図、第5図の説明では、微分型コ
イルを構成する各単位コイルごとに、その中の複数の点
における磁場法線成分の平均値を計算した後に差分をと
っているが、このような微分型コイルの場合には少なく
とも各単位コイルの中心の1点における磁場法線成分を
算出して上述したようなそれぞれの差分をとることによ
っても、従来より正確な仮想的測定値の算出ができ、磁
場源の推定の高精度化が達成される。
In the above description of FIGS. 3, 4 and 5, for each unit coil constituting the differential coil, the difference is calculated after calculating the average value of the magnetic field normal component at a plurality of points in the unit coil. However, in the case of such a differential coil, it is also possible to calculate a magnetic field normal component at least at one point at the center of each unit coil and take the respective differences as described above to obtain a more accurate virtual And a highly accurate measurement of the magnetic field source can be achieved.

さらに本発明の別の実施例を第6図により説明する。
ピックアップコイル2−1は第2図と同様差動構成を持
たない。このコイル上の線要素をdとし、推定電流ダ
イポールqnによって生ずるdの位置におけるベクトル
ポテンシャルをAnとする。本実施例では、推定電流ダイ
ポールから計算する仮想的な測定データとし、式(6)に示すコスト関数を最小とする最適な推
定電流ダイポールを求める。つまり、ピックアップコイ
ル上の微小要素において推定磁場発生源が作る磁場のベ
クトルポテンシャルをピックアップコイルに沿って線積
分してとする。
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The pickup coil 2-1 does not have a differential configuration as in FIG. The line elements on the coil is d, the vector potential in the position of d caused by the estimated current dipole q n and A n. In this embodiment, virtual measurement data m calculated from the estimated current dipole is Then, an optimum estimated current dipole that minimizes the cost function shown in Expression (6) is obtained. That is, the vector potential of the magnetic field generated by the estimated magnetic field generation source in the minute element on the pickup coil is linearly integrated along the pickup coil to be m .

さらに本発明の別の実施例を第7図により説明する。
ピックアップコイル2−2は軸型1次微分コイルである
ピックアップコイル2を構成するコイル2a上の線要素を
a,コイル2b上の線要素をdとし、電流ダイポー
ルqnによって生ずるdおよびdの位置における
ベクトルポテンシャルをそれぞれAan、Abnとする。本実
施例では、推定電流ダイポールから計算する仮想的な測
定データ とし、式(6)に示すコスト関数を最小とする最適な推
定電流ダイポールを求める。なお、ピックアップコイル
の構成が第8図に示すような平面型1次微分コイル2−
3の場合も式(11)を用いて、を計算し、式(6)
に示すコスト関数を最小とする最適な推定電流ダイポー
ルを求める。
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Pickup coil 2-2 is the line elements on the coil 2a constituting the pickup coil 2 is an axial-type first-order differential coil d a, the line elements on the coil 2b and d b, d a and generated by a current dipole q n the vector potential in the position of d b, respectively a an,, and a bn. In this embodiment, virtual measurement data m calculated from the estimated current dipole Then, an optimum estimated current dipole that minimizes the cost function shown in Expression (6) is obtained. It should be noted that the configuration of the pickup coil is a planar primary differential coil 2-2 as shown in FIG.
In the case of 3, m is calculated using equation (11), and equation (6) is obtained.
An optimal estimated current dipole that minimizes the cost function shown in (1) is obtained.

また、ピックアップコイルが第9図に示すように軸型
2次微分コイル2−4であるとき、ピックアップコイル
2−4を構成するコイル2a上の線要素をd、コイル
2b上の線要素をd、コイル2c上の線要素をd
し、電流ダイポールqnによって生ずるda,dおよ
びdの位置におけるベクトルポテンシャルをそれぞ
れAan,Abn,Acnとする。このとき、本実施例では、
とし、式(6)に示すコスト関数を最小とする最適な推
定電流ダイポールを求める。
When the pickup coil is the axial type secondary differential coil 2-4 as shown in FIG. 9, the line element on the coil 2a constituting the pickup coil 2-4 is d a ,
Line elements on 2b and d b, the line elements on the coil 2c and d c, current dipole q n caused by d a, d b and d c, respectively A an, a vector potential in the position of, A bn, and A cn I do. At this time, in this embodiment, m
To Then, an optimum estimated current dipole that minimizes the cost function shown in Expression (6) is obtained.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、計測データと非線型最適化手法にお
いて推定する電流ダイポールから得られる磁場分布を高
精度に一致させることができるので、電流ダイポールの
位置および大きさの推定値の精度が向上する効果があ
る。
According to the present invention, the measurement data and the magnetic field distribution obtained from the current dipole estimated in the nonlinear optimization method can be matched with high accuracy, so that the accuracy of the estimated value of the position and size of the current dipole is improved. effective.

【図面の簡単な説明】 第1図は生体磁場計測における座標系を示す図、第2図
〜第9図はそれぞれ本発明の別々の実施例におけるピッ
クアップコイルと、そのコイルが計測する磁場の計算方
法を示す図である。 符号の説明 1……磁束計、2……ピックアップコイル、2a,2b,2c…
…微分型ピックアップコイルを構成するコイル、3……
測定点。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing a coordinate system in biomagnetic field measurement, and FIGS. 2 to 9 are pickup coils in different embodiments of the present invention and calculation of a magnetic field measured by the coils. It is a figure showing a method. Explanation of reference numerals 1 ... magnetic flux meter, 2 ... pickup coil, 2a, 2b, 2c ...
… Coil constituting differential pickup coil, 3 ……
Measurement point.

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ピックアップコイルを含むSQUID磁束計に
より、生体表面の複数の各側定点において検出された生
体磁場の法線成分と、生体内の推定磁場発生源が前記各
測定点において作る磁場の法線成分である仮想的な測定
値との一致度を表わすコスト関数を最小値とするよう
に、前記推定磁場発生源の座標及び電流ベクトルの推定
値を求める磁場計測における信号処理手法において、前
記各測定点に配置された前記ピックアップコイル内の複
数の点において前記推定磁場発生源が作る磁場の法線成
分の平均値を、前記仮想的な測定値とすることを特徴と
する磁場計測における信号処理手法。
An SQUID magnetometer including a pickup coil detects a normal component of a biomagnetic field detected at each of a plurality of fixed points on the surface of a living body and a magnetic field generated by an estimated magnetic field generating source in the living body at each of the measurement points. In the signal processing method in the magnetic field measurement to obtain the estimated value of the coordinates of the estimated magnetic field source and the current vector so as to minimize the cost function representing the degree of coincidence with the virtual measurement value that is the normal component, A signal in magnetic field measurement, wherein an average value of normal components of a magnetic field generated by the estimated magnetic field generation source at a plurality of points in the pickup coil arranged at each measurement point is used as the virtual measurement value. Processing method.
【請求項2】前記ピックアップコイルが、前記生体表面
に近い方の第1コイルと、前記生体表面から遠い方の第
2コイルとを有する軸型1次微分コイルであり、前記第
1コイル内の複数の点に前記推定磁場発生源が作る磁場
の法線成分の平均値から、前記第2コイル内の複数の点
に前記推定磁場発生源が作る磁場の法線成分の平均値を
引いた値を、前記仮想的な測定値とすることを特徴とす
る請求項1に記載の磁場計測における信号処理手法。
2. The pickup coil is an axial primary differential coil having a first coil closer to the surface of the living body and a second coil farther from the surface of the living body. A value obtained by subtracting the average value of the normal component of the magnetic field generated by the estimated magnetic field source at a plurality of points in the second coil from the average value of the normal component of the magnetic field generated by the estimated magnetic field source at a plurality of points. The signal processing method in the magnetic field measurement according to claim 1, wherein?
【請求項3】前記ピックアップコイルが、前記生体表面
に最も近い方の第1コイルと、前記生体表面から最も遠
い方の第2コイルと、前記第1コイルと前記第2コイル
との間にある第3コイルとを有する軸型2次微分コイル
であり、前記第1コイル内の複数の点に前記推定磁場発
生源が作る磁場の法線成分の平均値と、前記第2コイル
内の複数の点に前記推定磁場発生源が作る磁場の法線成
分の平均値との和から、前記第3コイル内の複数の点に
前記推定磁場発生源が作る磁場の法線成分の平均値の2
倍を引いた値を、前記仮想的な測定値とすることを特徴
とする請求項1に記載の磁場計測における信号処理手
法。
3. The pickup coil is located between the first coil closest to the living body surface, the second coil farthest from the living body surface, and between the first coil and the second coil. An axial second derivative coil having a third coil, an average value of a normal component of a magnetic field generated by the estimated magnetic field source at a plurality of points in the first coil, and a plurality of points in the second coil. From the sum of the point and the average value of the normal component of the magnetic field generated by the estimated magnetic field source, the average value of the average value of the normal component of the magnetic field generated by the estimated magnetic field source at a plurality of points in the third coil is calculated.
2. The signal processing method in magnetic field measurement according to claim 1, wherein a value obtained by subtracting the value is used as the virtual measurement value.
【請求項4】前記ピックアップコイルが、第1コイルと
第2コイルとを有する平面型1次微分コイルであり、前
記第1コイル内の複数の点に前記推定磁場発生源が作る
磁場の法線成分の平均値から、前記第2コイル内の複数
の点に前記推定磁場発生源が作る磁場の法線成分の平均
値を引いた値を、前記仮想的な測定値とすることを特徴
とする請求項1に記載の磁場計測における信号処理手
法。
4. The pickup coil is a planar primary differential coil having a first coil and a second coil, and a normal of a magnetic field generated by the estimated magnetic field generation source at a plurality of points in the first coil. A value obtained by subtracting the average value of the normal component of the magnetic field generated by the estimated magnetic field source from a plurality of points in the second coil from the average value of the components is defined as the virtual measurement value. A signal processing method in magnetic field measurement according to claim 1.
【請求項5】ピックアップコイルを含むSQUID磁束計に
より、生体表面の複数の各測定点において検出された生
体磁場の法線成分と、生体内の推定磁場発生源が前記各
測定点において作る磁場の法線成分である仮想的な測定
値との一致度を表わすコスト関数を最小値とするよう
に、前記推定磁場発生源の座標及び電流ベクトルの推定
値を求める磁場計測における信号処理手法において、前
記各測定点に配置された前記ピックアップコイル上の微
小要素の位置において前記推定磁場発生源が作る磁場の
ベクトルポテンシャルを前記ピックアップコイルに沿っ
て線積分した値を前記仮想的な測定値とすることを特徴
とする磁場計測における信号処理手法。
5. A normal component of a biomagnetic field detected at each of a plurality of measurement points on a surface of a living body by a SQUID magnetometer including a pickup coil, and a magnetic field generated by an estimated magnetic field generation source in the living body at each of the measurement points. In the signal processing method in the magnetic field measurement to obtain the estimated value of the coordinates of the estimated magnetic field source and the current vector so as to minimize the cost function representing the degree of coincidence with the virtual measurement value that is the normal component, A value obtained by linearly integrating the vector potential of the magnetic field generated by the estimated magnetic field generation source along the pickup coil at the position of the minute element on the pickup coil arranged at each measurement point as the virtual measurement value. Characteristic signal processing method in magnetic field measurement.
【請求項6】前記ピックアップコイルが、前記生体表面
に近い方の第1コイルと、前記生体表面から遠い方の第
2コイルとを有する軸型1次微分コイルであり、前記第
1コイル上の微小要素の位置において前記推定磁場発生
源が作る磁場のベクトルポテンシャルを前記第1コイル
に沿って線積分した値から、前記第2コイル上の微小要
素の位置において前記推定磁場発生源が作る磁場のベク
トルポテンシャルを前記第2コイルに沿って線積分した
値を引いた値を、前記仮想的な測定値とすることを特徴
とする請求項5に記載の磁場計測における信号処理手
法。
6. The primary coil according to claim 1, wherein the pickup coil is an axial primary differential coil having a first coil closer to the surface of the living body and a second coil farther from the surface of the living body. The vector potential of the magnetic field generated by the estimated magnetic field source at the position of the microelement is linearly integrated along the first coil, and the value of the magnetic field generated by the estimated magnetic field source at the position of the microelement on the second coil is calculated. The signal processing method according to claim 5, wherein a value obtained by subtracting a value obtained by linearly integrating the vector potential along the second coil is set as the virtual measurement value.
【請求項7】前記ピックアップコイルが、前記生体表面
に最も近い方の第1コイルと、前記生体表面から最も遠
い方の第2コイルと、前記第1コイルと前記第2コイル
との間にある第3コイルとを有する軸型2次微分コイル
であり、前記第1コイル上の微小要素の位置において前
記推定磁場発生源が作る磁場のベクトルポテンシャルを
前記第1コイルに沿って線積分した値と、前記第2コイ
ル上の微小要素の位置において前記推定磁場発生源が作
る磁場のベクトルポテンシャルを前記第2コイルに沿っ
て線積分した値との和から、前記第3コイル上の微小要
素の位置において前記推定磁場発生源が作る磁場のベク
トルポテンシャルを前記第3コイルに沿って線積分した
値を引いた値を、前記仮想的な測定値とすることを特徴
とする請求項5に記載の磁場計測における信号処理手
法。
7. The pickup coil is located between the first coil closest to the living body surface, the second coil farthest from the living body surface, and between the first coil and the second coil. A second derivative coil having a third coil and a value obtained by linearly integrating a vector potential of a magnetic field generated by the estimated magnetic field generation source at a position of a microelement on the first coil along the first coil; The position of the microelement on the third coil from the sum of the vector potential of the magnetic field generated by the estimated magnetic field source at the position of the microelement on the second coil and the value obtained by linearly integrating the vector potential along the second coil. The value obtained by subtracting a value obtained by linearly integrating a vector potential of a magnetic field generated by the estimated magnetic field generation source along the third coil in step 5, wherein the value is set as the virtual measurement value. The signal processing technique in field measurement of loading.
【請求項8】前記ピックアップコイルが、第1コイルと
第2コイルとを有する平面型1次微分コイルであり、前
記第1コイル上の微小要素の位置において前記推定磁場
発生源が作る磁場のベクトルポテンシャルを前記第1コ
イルに沿って線積分した値から、前記第2コイル上の微
小要素の位置において前記推定磁場発生源が作る磁場の
ベクトルポテンシャルを前記第2コイルに沿って線積分
した値を引いた値を、前記仮想的な測定値とすることを
特徴とする請求項5に記載の磁場計測における信号処理
手法。
8. The pickup coil is a planar primary differential coil having a first coil and a second coil, and a vector of a magnetic field generated by the estimated magnetic field generation source at a position of a minute element on the first coil. From the value obtained by linearly integrating the potential along the first coil, a value obtained by linearly integrating the vector potential of the magnetic field generated by the estimated magnetic field generation source at the position of the minute element on the second coil along the second coil is given by The signal processing method in magnetic field measurement according to claim 5, wherein the subtracted value is used as the virtual measurement value.
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