JP3298312B2 - Biological activity current source estimation device - Google Patents

Biological activity current source estimation device

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JP3298312B2
JP3298312B2 JP15268094A JP15268094A JP3298312B2 JP 3298312 B2 JP3298312 B2 JP 3298312B2 JP 15268094 A JP15268094 A JP 15268094A JP 15268094 A JP15268094 A JP 15268094A JP 3298312 B2 JP3298312 B2 JP 3298312B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、生体活動電流源の位
置,向き,大きさを推定する生体活動電流源推定装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a living activity current source estimating apparatus for estimating the position, orientation, and size of a living activity current source.

【0002】[0002]

【従来の技術】生体に刺激を与えると、細胞膜を挟んで
形成されている分極が壊れて生体活動電流が流れる。こ
の生体活動電流は、脳や心臓において現れ、脳波,心電
図として記録される。また、生体活動電流によって生じ
る磁界は、脳磁図,心磁図として記録される。
2. Description of the Related Art When a living body is stimulated, the polarization formed across a cell membrane is broken and a living activity current flows. This biological activity current appears in the brain and heart, and is recorded as an electroencephalogram and an electrocardiogram. The magnetic field generated by the biological activity current is recorded as a magnetoencephalogram and a magnetocardiogram.

【0003】近年、生体内の微小な磁界を計測する装置
として、SQUID(Superconduc-ting Quantum Inter
face Device :超電導量子干渉計)を用いたセンサが開
発されている。このセンサを頭部の外側に置き、脳内に
生じた生体活動電流源である電流双極子(以下、単に電
流源とも称する)による微小磁界をそのセンサで無侵襲
に計測することができる。計測された磁界データから病
巣に関連した電流源の位置, 向き, 大きさを推定し、推
定した電流源をX線CT装置やMRI装置で得られた断
層像上に表示させて患部等の物理的位置の特定などに用
いている。
Recently, as a device for measuring a minute magnetic field in a living body, SQUID (Superconducting Quantum Inter
face Device: A sensor using a superconducting quantum interferometer) has been developed. This sensor is placed outside the head, and the sensor can non-invasively measure a small magnetic field generated by a current dipole (hereinafter simply referred to as a current source), which is a biological activity current source, generated in the brain. From the measured magnetic field data, the position, direction, and size of the current source related to the lesion are estimated, and the estimated current source is displayed on a tomographic image obtained by an X-ray CT or MRI device, and the physics of the affected part is displayed. It is used to identify the target position.

【0004】従来、電流源の推定方法の一つとして、最
小ノルム法を用いた手法がある(例えば、W.H.Kullman
n, K.D.Jandt, K.Rehm, H.A.Schlitt, W.J.Dallas and
W.E.Smith, Advances in Biomagnetism, pp.571-574, P
lenum Pless, New York, 1989) 。
Conventionally, as one of current source estimation methods, there is a method using a minimum norm method (for example, WHKullman
n, KDJandt, K. Rehm, HASchlitt, WJDallas and
WESmith, Advances in Biomagnetism, pp.571-574, P
lenum Pless, New York, 1989).

【0005】以下、図8を参照して、最小ノルム法を用
いた従来の電流源推定方法を説明する。図8に示すよう
に、被検体Mに近接してマルチチャンネルSQUIDセ
ンサ1が配備される。マルチチャンネルSQUIDセン
サ1は、デュアーと呼ばれる容器内に多数の磁気センサ
(ピックアップコイル)S1 〜Sm を液体窒素などの冷
媒に浸漬して収納している。
A conventional current source estimation method using the minimum norm method will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 8, a multi-channel SQUID sensor 1 is provided near the subject M. Multichannel SQUID sensor 1 is accommodated by immersing a number of magnetic sensors (pickup coil) S 1 to S m in the refrigerant such as liquid nitrogen in a container called a dewar.

【0006】一方、被検体Mの診断対象領域である例え
ば脳に、多数の格子点(1) 〜(n) を設定し、各格子点に
未知の電流源(電流双極子)を仮定し、各電流源を3次
元ベトクルVPj (j=1〜n)で表す。そうすると、S
QUIDセンサ1の各磁気センS1 〜Sm で検出される
磁界Bi 〜Bm は、次式(1) で表される。
On the other hand, a large number of grid points (1) to (n) are set in, for example, the brain, which is a diagnosis target area of the subject M, and an unknown current source (current dipole) is assumed at each grid point. Each current source is represented by a three-dimensional vector VP j (j = 1 to n). Then, S
Magnetic field B i .about.B m detected by the magnetic sensor S 1 to S m of QUID sensor 1 is expressed by the following equation (1).

【0007】[0007]

【数1】 (Equation 1)

【0008】 式(1) において、VPj =(Pjx,Pjy,Pjz) αij=(αijx,αijy,αijz ) で表される。なお、αijは、格子点上にX,Y,Z方向
の単位大きさの電流源を置いた場合に磁気センサS1
m の各位置で検出される磁界の強さを表す既知の係数
である。
In equation (1), VP j = (P jx , P jy , P jz ) α ij = (α ijx, α ijy, α ijz ). Note that α ij is the magnetic sensors S 1 to S 1 when a current source having a unit size in the X, Y, and Z directions is placed on a grid point.
Is a known coefficient which represents the strength of the magnetic field detected by each position of the S m.

【0009】 ここで、〔B〕=(B1 ,B2 ,…,Bm ) 〔P〕=(P1x,P1y,P1z,P2x,P2y,P2z,…,
nx,Pny,Pnz) のように表すと、(1) 式は(2) 式のような線形の関係式
に書き換えられる。 〔B〕=A〔P〕 ………(2) (2) 式において、Aは次式(3) で表される3n×m個の
要素をもった行列である。
[B] = (B 1 , B 2 ,..., B m ) [P] = (P 1x , P 1y , P 1z , P 2x , P 2y , P 2z ,.
(P nx , P ny , P nz ), the expression (1) can be rewritten into a linear relational expression like the expression (2). [B] = A [P] (2) In the equation (2), A is a matrix having 3n × m elements represented by the following equation (3).

【0010】[0010]

【数2】 (Equation 2)

【0011】ここで、Aの逆行列をA- で表すと、
〔P〕は次式(4) で表される。 〔P〕=A- 〔B〕 ………(4) ここで、最小ノルム法は、式の個数m(磁気センサS1
〜Sm の個数)よりも、未知数の個数3n(各格子点に
仮定される電流源のX,Y,Z方向の大きさを考慮した
場合の未知数)が多い場合を前提として、電流源〔P〕
のノルム|〔P〕|を最小にするという条件を付加する
ことで電流源〔P〕の解を求めるものである。なお、上
述した式の個数mと未知数の個数3nとを等しくとるこ
とで、解は一意的に求めることができるが、かかる場合
には、解が非常に不安定となることからこの最小ノルム
法が用いられている。
Here, if the inverse matrix of A is represented by A ,
[P] is represented by the following equation (4). (P) = A - (B) ......... (4), where the minimum norm method, the number of the formula m (magnetic sensor S 1
~S number of m) than, assuming the case where X of the current source, which is assumed the number of unknowns 3n (each lattice point, Y, unknown in the case of considering the size of the Z-direction) is large, the current source [ P]
Of the current source [P] by adding a condition that the norm | [P] | Note that a solution can be uniquely obtained by making the number m of the above equations equal to the number 3n of unknowns. In such a case, however, the solution becomes very unstable, so the minimum norm method is used. Is used.

【0012】電流源〔P〕のノルム|〔P〕|を最小に
するという条件を付加することで、上式(4) は次式(5)
のように表される。 〔P〕=A+ 〔B〕 ………(5) ここで、A+ は次式(6) で表される一般逆行列である。 A+ =At (AAt -1 ………(6) ただし、At はAの転置行列である。
By adding the condition that the norm | [P] | of the current source [P] is minimized, the above equation (4) becomes the following equation (5).
It is represented as [P] = A + [B] (5) where A + is a generalized inverse matrix expressed by the following equation (6). A + = A t (AA t ) -1 ......... (6) However, A t is the transpose matrix of A.

【0013】上式(5) を解いて各格子点上の電流源VPj
の方向,大きさを推定し、その中で値の最も大きなもの
を真の電流源に近いものとしている。これが、最小ノル
ム法による電流源推定方法の原理である。
By solving the above equation (5), the current sources VP j on each grid point
Are estimated, and the one having the largest value among them is assumed to be close to the true current source. This is the principle of the current source estimation method using the minimum norm method.

【0014】さらに、最小ノルム法の位置分解能を向上
させるために格子点分割を細分しながら最小ノルム解を
繰り返し求める方法も提案されている(例えば、 Y.Oka
da,J.Huang and C.Xu, 8th International Conference
on Biomagnetism, Munster,August 1991)。以下、図9
を参照して、この方法を簡単に説明する。
Further, there has been proposed a method of repeatedly obtaining a minimum norm solution while subdividing a grid point division in order to improve the position resolution of the minimum norm method (for example, Y.Oka).
da, J.Huang and C.Xu, 8th International Conference
on Biomagnetism, Munster, August 1991). Hereinafter, FIG.
This method will be described briefly with reference to FIG.

【0015】図9は、図8に示した格子点群Nの一部を
拡大して示したもので、図中の符号Jは、上述した最小
ノルム法を用いて推定された真の電流源に近い電流源が
存在する格子点である。この格子点Jの周りに、細分さ
れた格子点群M(図9では小さな黒点で示す)を追加設
定する。そして、最初に設定した格子点群Nに新たに設
定した格子点群Mを含ませた形態で、前述と同様の手法
を用いて、より真の電流源に近い電流源を推定する。
FIG. 9 is an enlarged view of a part of the lattice point group N shown in FIG. 8, and the symbol J in the figure represents a true current source estimated using the above-described minimum norm method. Is a grid point where a current source close to Around this grid point J, a subdivided grid point group M (indicated by small black dots in FIG. 9) is additionally set. Then, a current source closer to the true current source is estimated by using the same method as described above, with the newly set grid point group M included in the initially set grid point group N.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。図9に示した従来方法によれば、最初に設定した
格子点群Nに追加して、細分化された格子点群Mを新た
に設定するので、格子点の数が多くなる。そのため、
(5) 式におけるベクトル〔P〕の要素が多くなり、最小
ノルム解の計算精度が低下するという難点がある。
However, the prior art having such a structure has the following problems. According to the conventional method shown in FIG. 9, since the subdivided grid point group M is newly set in addition to the initially set grid point group N, the number of grid points increases. for that reason,
There is a disadvantage that the number of elements of the vector [P] in the equation (5) increases, and the calculation accuracy of the minimum norm solution decreases.

【0017】そこで、本出願人は、先に特願平5−16
0450号及び特願平5−160451号によって、最
小ノルム法によって推定された電流源の内、値の大きな
電流源が存在する格子点付近に他の格子点群を移動させ
る格子点移動最小ノルム法を提案している。この方法
は、格子点の数を前回と同じくして、格子点間隔のみを
狭くした状態で電流源を推定することで、最小ノルム解
の精度を維持しながら、電流源を精度よく推定しようと
するものである。
Therefore, the present applicant has previously filed Japanese Patent Application No. Hei.
No. 0450 and Japanese Patent Application No. 5-160451, a grid point moving minimum norm method for moving another group of grid points near a grid point where a current source having a large value exists among current sources estimated by the minimum norm method. Has been proposed. This method attempts to estimate the current source accurately while maintaining the accuracy of the minimum norm solution by estimating the current source with the number of grid points being the same as the previous time and narrowing only the grid point interval. Is what you do.

【0018】しかし、最小ノルム法を用いた電流源の推
定方法では、磁気センサの数m(式の個数)よりも各格
子点上に仮定した電流源のX,Y,Z方向の大きさを考
慮した未知数の個数3n(nは格子点の数)が多い場合
(3n>m)を前提としているので、各格子点上の未知
の電流源と計測された磁界との関係を示す係数行列がラ
ンク落ちして、解が不安定になることがある。また、最
適な電流源を特定する過程において、最小の格子点間隔
が予め設定した値(収束判定値)以下になったか否かを
判断基準としているので、この判定基準の値によっては
推定結果が異なることがある。
However, in the current source estimating method using the minimum norm method, the size of the current source in the X, Y, and Z directions assumed on each grid point is larger than the number m of magnetic sensors (the number of equations). Since it is assumed that the number of unknowns 3n (n is the number of lattice points) considered is large (3n> m), a coefficient matrix indicating the relationship between the unknown current source on each lattice point and the measured magnetic field is obtained. The rank may drop and the solution may become unstable. Further, in the process of specifying the optimal current source, whether or not the minimum grid point interval has become equal to or less than a preset value (convergence determination value) is used as a criterion, so that the estimation result depends on the value of this criterion. May be different.

【0019】そこで、更に本出願人は、特願平6−47
220号によって、磁気センサの個数よりも少ない個数
の格子点を設定し、これらの各格子点上の未知の電流源
が及ぼす磁界と磁気センサによって計測した磁界の2乗
誤差を最小にするという条件を付加することにより未知
の電流源を求め、その求めた電流源から計算した磁界と
磁気センサによって計測した磁界の2乗誤差について、
後述する格子点の移動と電流源の算出処理とを複数回繰
り返した場合に各格子点配置毎に求められた2乗誤差の
中で値が最小(上記特願平6−47220号の明細書中
の表現では『大域的に最小』)となったか否かを判断
し、最小でないと判断された場合に、前記求められた電
流源の内、値の大きな電流源が存在する格子点付近に他
の格子点群を移動させており、上述した格子点の移動と
電流源の算出処理とを複数回繰り返す手法を提案してい
る。
Therefore, the present applicant further proposes Japanese Patent Application No. 6-47.
According to No. 220, the number of grid points smaller than the number of magnetic sensors is set, and the condition that the square error between the magnetic field exerted by the unknown current source on each of these grid points and the magnetic field measured by the magnetic sensor is minimized. The unknown current source is obtained by adding, and the square error between the magnetic field calculated from the obtained current source and the magnetic field measured by the magnetic sensor is calculated as follows.
When the movement of the grid points and the calculation of the current source, which will be described later, are repeated a plurality of times, the value is the smallest among the square errors determined for each grid point arrangement (see the specification of Japanese Patent Application No. Hei 6-47220). In the expression in the table, it is determined whether or not “globally minimum”), and if it is determined that the current source is not the minimum, it is located in the vicinity of a grid point where a current source having a large value exists among the obtained current sources. Another grid point group is moved, and a method has been proposed in which the above-described movement of the grid points and the current source calculation process are repeated a plurality of times.

【0020】この手法によれば、設定した各格子点上の
未知の電流源の個数を磁気センサの個数よりも少なく
し、また、計測磁界から電流源を求める条件として、各
格子点上の電流源が及ぼす磁界と実際の計測磁界の2乗
誤差を最小にするという条件を採用したので、電流源の
推定をより正確に行うことができる。さらに、前記2乗
誤差について、各格子点配置毎に求められた2乗誤差の
中で値が最小となるときの電流源を真の電流源として推
定するので、最終の電流源を特定する過程で、収束判定
値の設定が不要になり、最終の電流源の特定を一意的に
行うことができる。
According to this method, the number of unknown current sources on each set grid point is made smaller than the number of magnetic sensors, and the current source on each grid point is set as a condition for obtaining a current source from a measured magnetic field. Since the condition that the square error between the magnetic field exerted by the source and the actual measured magnetic field is minimized is employed, the current source can be estimated more accurately. Further, regarding the square error, the current source when the value is the minimum among the square errors obtained for each grid point arrangement is estimated as a true current source. Thus, the setting of the convergence determination value becomes unnecessary, and the final current source can be uniquely specified.

【0021】しかし、この手法によっても、以下のよう
な改良すべき点があることが判明した。すなわち、上述
した線形最小2乗法を用いて電流源を推定する手法によ
ると、各格子点上の電流源のモーメント(方向、大き
さ)をばらつかせ、これらの電流源の磁界を打ち消し合
わせた結果として得られる磁場が、計測磁場と同じにな
るように、各格子点上の電流源が推定される。つまり、
推定された各電流源のモーメントにバラツキが発生し易
い。また、計測磁場にノイズが離散的に混入していた場
合、そのノイズ成分も解(電流源)として算出してしま
うこともある。
However, it has been found that this technique has the following points to be improved. That is, according to the above-described method of estimating the current source using the linear least squares method, the moments (directions and magnitudes) of the current sources on each grid point are varied, and the magnetic fields of these current sources are canceled out. Current sources on each grid point are estimated such that the resulting magnetic field is the same as the measured magnetic field. That is,
Variations are likely to occur in the estimated moment of each current source. When noise is discretely mixed into the measurement magnetic field, the noise component may be calculated as a solution (current source).

【0022】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、上述の諸欠点を解消し、特に、推定
された電流源の物理量のバラツキを抑制するとともに、
計測磁場にノイズが混入していても、その影響が受け難
い生体活動電流源推定装置を提供することを目的として
いる。
The present invention has been made in view of such circumstances, and solves the above-mentioned drawbacks. In particular, the present invention suppresses the variation in the estimated physical quantity of the current source.
It is an object of the present invention to provide a living activity current source estimating device that is hardly affected by noise even if noise is mixed in a measurement magnetic field.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】この発明は、このような
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、この発明は、生体活動電流源の位置,大きさ,方向
等の物理量を推定する生体活動電流源推定装置であっ
て、(a)被検体の診断対象領域に近接配備され、前記
診断対象領域内の生体活動電流源による微小磁界を計測
する複数個の磁気センサと、(b)前記各磁気センサに
よって計測された磁界データをデジタルデータに変換す
るデータ変換手段と、(c)前記デジタルデータに変換
された磁界データを収集して記憶するデータ収集手段
と、(d)前記診断対象領域に、その個数が前記磁気セ
ンサの個数よりも少なくなるように複数個の格子点を設
定する格子点設定手段と、(e)前記各格子点上の未知
の電流源が及ぼす磁界と前記データ収集手段に記憶され
た磁界データの2乗誤差と、前記電流源の重み付き2乗
和との和を最小にするという条件を付加することにより
未知の電流源を求める電流源算出手段と、(f)前記求
めた電流源から計算した磁界と前記磁気センサにより実
際に計測されて前記データ収集手段に記憶された磁界デ
ータとの2乗誤差を含む関数について、各格子点配置毎
に求められた前記2乗誤差を含む関数の中で値が最小で
あるか否かを判断する判断手段と、(g)前記2乗誤差
を含む関数について、各格子点配置毎に求められた前記
2乗誤差を含む関数の中で値が最小でないと判断された
場合に、前記電流源算出手段で求めた各格子点上の電流
源の内、値の大きな電流源が存在する格子点の付近へ他
の格子点群を移動させて前記格子点群を再配置する格子
点群再配置手段と、(h)前記電流源算出手段、前記判
断手段、および前記格子点群再配置手段による各処理を
繰り返した結果、前記判断手段で2乗誤差を含む関数に
ついて、各格子点配置毎に求められた前記2乗誤差を含
む関数の中で値が最小と判断された場合の磁界に対応す
る電流源を真の電流源と推定する電流源特定手段と、
(i)前記電流源特定手段で推定された電流源を、前記
被検体の診断対象領域の断層像に重ね合わせて表示する
表示手段と、を備えたものである。
The present invention has the following configuration to achieve the above object. That is, the present invention relates to a biological activity current source estimating apparatus for estimating a physical quantity such as a position, a size, and a direction of a biological activity current source. A plurality of magnetic sensors for measuring a minute magnetic field by a bioactive current source in the region; (b) data conversion means for converting magnetic field data measured by each of the magnetic sensors into digital data; and (c) the digital data. Data collection means for collecting and storing the converted magnetic field data; and (d) grid points for setting a plurality of grid points in the diagnosis target area so that the number thereof is smaller than the number of the magnetic sensors. Setting means; (e) calculating the sum of the square error between the magnetic field exerted by the unknown current source on each of the grid points, the magnetic field data stored in the data collection means, and the weighted sum of squares of the current source; minimum (F) a magnetic field calculated from the obtained current source and the magnetic field actually measured by the magnetic sensor and stored in the data collection means. Determining a function including a square error with the magnetic field data to determine whether or not the value is the minimum among the functions including the square error obtained for each lattice point arrangement; When it is determined that the value of the function including the square error is not the minimum among the functions including the square error obtained for each grid point arrangement, the value of each of the grid points calculated by the current source calculating means is determined. Grid point group rearrangement means for moving another group of grid points to the vicinity of a grid point where a current source having a large value exists, and rearranging the group of grid points, (h) the current source Calculation means, the judgment means, and the grid point group rearrangement As a result of repeating each processing by the means, the magnetic field when the value including the square error is determined to be the smallest among the functions including the square error obtained for each grid point arrangement by the determining means is obtained. Current source specifying means for estimating the current source corresponding to the true current source,
(I) display means for displaying the current source estimated by the current source specifying means so as to be superimposed on a tomographic image of the diagnosis target area of the subject.

【0024】[0024]

【作用】この発明の作用は次のとおりである。各磁気セ
ンサで計測された微小磁界はデータ変換手段でデジタル
データに変換された後、データ収集手段に記憶される。
そして、格子点設定手段により、診断対象領域に複数個
の格子点が仮想的に設定される。この格子点の個数は、
磁気セサンの個数よりも少なく設定される。各格子点上
の未知の電流源が及ぼす磁界と前記データ収集手段に記
憶された磁界データとの2乗誤差と、前記電流源の重み
付き2乗和との和を最小にするという条件を付加して、
各格子点上の電流源が電流源算出手段により求められ
る。
The operation of the present invention is as follows. The minute magnetic field measured by each magnetic sensor is converted into digital data by the data conversion unit, and then stored in the data collection unit.
Then, a plurality of grid points are virtually set in the diagnosis target area by the grid point setting means. The number of these grid points is
The number is set smaller than the number of magnetic cesans. A condition is added that minimizes the sum of the square error between the magnetic field exerted by the unknown current source on each grid point and the magnetic field data stored in the data collection means, and the weighted sum of squares of the current source. do it,
The current source on each grid point is determined by the current source calculation means.

【0025】ここで、電流源の重み付き2乗和であるペ
ナルティ項は、電流源が固まって(寄り集まって)存在
する程、その値が小さくなるという性質があるので、算
出される電流源の物理量のバラツキが抑制されるととも
に、離散的に存在するノイズが解として求められること
が低減される。
Here, the penalty term, which is a weighted sum of squares of the current source, has the property that the value becomes smaller as the current source is more solidified (closer), so that the calculated current source In addition, the variation of the physical quantity is suppressed, and the noise that exists discretely as a solution is reduced.

【0026】続いて、電流源算出手段で求められた電流
源から計算した磁界と、磁気センサで実際に計測されて
データ収集手段に記憶されている磁界データとの2乗誤
差を含む関数について、各格子点配置毎に求められた2
乗誤差を含む関数の中で値が最小であるか否かが判断手
段により判断される。最小でないと判断された場合、格
子点群再配置手段により、前記電流源算出手段で求めら
れた電流源の内、値の大きな電流源が存在する格子点の
付近へ他の格子点群を移動させて格子点群が再配置され
る。前記電流源算出手段、判断手段、および格子点群再
配置手段による各処理を繰り返した結果、判断手段で2
乗誤差を含む関数について、各格子点配置毎に求められ
た2乗誤差を含む関数の中で値が最小と判断された場合
に、電流源特定手段によりその磁界に対応する電流源が
真の電流源として推定される。電流源特定手段で推定さ
れた電流源は、表示手段により被検体の診断対象領域の
断層像に重ね合わせて表示される。
Subsequently, regarding a function including a square error between the magnetic field calculated from the current source calculated by the current source calculation means and the magnetic field data actually measured by the magnetic sensor and stored in the data collection means, 2 obtained for each grid point arrangement
The determination means determines whether or not the value is the minimum among the functions including the squared error. If it is determined that it is not the minimum, the grid point group rearrangement means moves another grid point group to a vicinity of a grid point where a current source having a large value exists among the current sources obtained by the current source calculation means. Then, the grid point group is rearranged. As a result of repeating each processing by the current source calculation means, the judgment means, and the grid point group rearrangement means, the judgment means
When it is determined that the value of the function including the squared error is the smallest among the functions including the squared error obtained for each lattice point arrangement, the current source specifying unit determines that the current source corresponding to the magnetic field is true. It is estimated as a current source. The current source estimated by the current source specifying unit is displayed by the display unit so as to be superimposed on the tomographic image of the diagnosis target region of the subject.

【0027】[0027]

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。 <第1実施例>図1はこの発明に係る生体活動電流源推
定装置の一実施例の概略構成を示したブロック図であ
る。図中、符号2は磁気シールドルームであり、この磁
気シールドルーム2内に被検体Mが仰臥されるベッド3
と、被検体Mの例えば脳に近接配備され、脳内に生じた
生体活動電流源による微小磁界を無侵襲に計測するため
のマルチチャンネルSQUIDセンサ1とが設けられて
いる。上述したように、マルチチャンネルSQUIDセ
ンサ1は、デュアー内に多数の磁気センサが冷媒に浸漬
して収納されている。本実施例において、各磁気センサ
は被検体Mの脳を球体とした場合に、その半径方向の磁
界成分を検出する一対のコイルでそれぞれ構成されてい
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. <First Embodiment> FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a living activity current source estimating apparatus according to the present invention. In the figure, reference numeral 2 denotes a magnetically shielded room, and a bed 3 in which the subject M is supine in the magnetically shielded room 2.
And a multi-channel SQUID sensor 1 which is arranged in close proximity to, for example, the brain of the subject M and non-invasively measures a small magnetic field generated by a biological activity current source generated in the brain. As described above, in the multi-channel SQUID sensor 1, a large number of magnetic sensors are immersed in the refrigerant in the dewar. In the present embodiment, when the brain of the subject M is a sphere, each magnetic sensor is constituted by a pair of coils for detecting a magnetic field component in the radial direction.

【0028】マルチチャンネルSQUIDセンサ1で検
出された磁界データはデータ変換ユニット4に与えられ
てデジタルデータに変換された後、データ収集ユニット
5に集められる。刺激装置6は、被検体Mに電気的刺激
(あるいは音、光刺激など)を与えるためのものであ
る。ポジショニングユニット7は、マルチチャンネルS
QUIDセンサ1を基準とした3次元座標系に対する被
検体Mの位置関係を把握するための装置である。例え
ば、被検体Mの複数個所に小コイルを取り付け、これら
の小コイルにポジショニングユニット7から給電する。
そして、各コイルから発生した磁界をマルチチャンネル
SQUIDセンサ1で検出することにより、マルチチャ
ンネルSQUIDセンサ1に対する被検体Mの位置関係
を把握する。なお、SQUIDセンサ1に対する被検体
Mの位置関係を把握するための手法は、これ以外に、デ
ュワーに投光器を取り付けて光ビームを被検体Mに照射
して両者の位置関係を把握するものや、あるいは、特開
平5─237065号、特開平6─788925号など
に開示された種々の手法が用いられる。
The magnetic field data detected by the multi-channel SQUID sensor 1 is supplied to a data conversion unit 4 and converted into digital data, and then collected in a data collection unit 5. The stimulating device 6 is for giving an electrical stimulus (or a sound, a light stimulus, or the like) to the subject M. The positioning unit 7 is a multi-channel S
This is a device for grasping the positional relationship of the subject M with respect to a three-dimensional coordinate system based on the QUID sensor 1. For example, small coils are attached to a plurality of locations of the subject M, and power is supplied to these small coils from the positioning unit 7.
Then, the magnetic field generated from each coil is detected by the multi-channel SQUID sensor 1 to grasp the positional relationship of the subject M with respect to the multi-channel SQUID sensor 1. In addition, other methods for grasping the positional relationship of the subject M with respect to the SQUID sensor 1 include a method in which a projector is attached to a dewar and a light beam is applied to the subject M to grasp the positional relationship between the two. Alternatively, various methods disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-237065 and 6-788925 are used.

【0029】データ解析ユニット8は、データ収集ユニ
ット5に集められた磁界データに基づいて、被検体Mの
診断対象領域内の電流源を推定するためのものである。
このデータ解析ユニット8は、後述する説明から明らか
になるように、この発明における格子点設定手段、電流
源算出手段、判断手段、格子点群再配置手段、および電
流源特定手段としての機能を備える。データ解析ユニッ
ト8に関連して設けられた光磁気ディスク9には、例え
ばX線CT装置やMRI装置で得られた断層画像が記憶
されており、データ解析ユニット8で推定された電流源
が、これらの断層像上に重ね合わされてカラーモニタ1
0に表示されたり、あるいはカラープリンタ11に印字
出力されるようになっている。なお、X線CT装置やM
RI装置で得られた断層画像は、図1に示した通信回線
12を介してデータ解析ユニット8に直接伝送するよう
に構成してもよい。
The data analysis unit 8 is for estimating the current source in the diagnosis target area of the subject M based on the magnetic field data collected by the data collection unit 5.
The data analysis unit 8 has functions as a grid point setting unit, a current source calculation unit, a determination unit, a grid point group rearrangement unit, and a current source identification unit according to the present invention, as will be apparent from the following description. . The magneto-optical disk 9 provided in association with the data analysis unit 8 stores, for example, a tomographic image obtained by an X-ray CT apparatus or an MRI apparatus, and a current source estimated by the data analysis unit 8 is The color monitor 1 is superimposed on these tomographic images.
0 or printed out on the color printer 11. Note that an X-ray CT device or M
The tomographic image obtained by the RI device may be configured to be directly transmitted to the data analysis unit 8 via the communication line 12 shown in FIG.

【0030】上述したように、マルチチャンネルSQU
IDセンサ1を基準とした3次元座標系に対する被検体
Mの位置関係を測定して記憶するとともに、マルチチャ
ンネルSQUIDセンサ1で被検体Mの診断対象領域で
ある例えば脳内の生体活動電流源からの微小磁界を計測
して、その磁界データをデータ収集ユニット5に集めた
後、データ解析ユニット8で電流源の推定処理が実行さ
れる。以下、図2に示したフローチャートを参照して説
明する。
As described above, the multi-channel SQUA
The positional relationship of the subject M with respect to the three-dimensional coordinate system based on the ID sensor 1 is measured and stored, and the multi-channel SQUID sensor 1 is used to detect a diagnosis target region of the subject M from a biological activity current source in the brain, for example. After collecting the magnetic field data in the data collection unit 5, the data analysis unit 8 executes a current source estimation process. Hereinafter, description will be given with reference to the flowchart shown in FIG.

【0031】図8に示した従来例と同様に、診断対象領
域である例えば脳内に3次元の格子点群Nを想定する
(ステップS1)。ここで、格子点群Nについての未知
数3n(各格子点についてX,Y,Z方向に想定される
電流源の個数)が、マルチチャンネルSQUIDセンサ
1を構成する各磁気センサS1 〜Sm の個数mよりも少
なくなるように、格子点群Nの格子点の数が設定され
る。
As in the conventional example shown in FIG. 8, a three-dimensional grid point group N is assumed in a diagnosis target area, for example, the brain (step S1). Here, the unknown number 3n (the number of current sources assumed in the X, Y, and Z directions for each grid point) for the grid point group N is the number of magnetic sensors S 1 to S m constituting the multi-channel SQUID sensor 1. The number of grid points of the grid point group N is set so as to be smaller than the number m.

【0032】そして、式(3) で表される行列Aの各係数
をビオ・サバールの法則を使って算出(行列Aの各係数
は、後述する格子点の移動ごとに算出される)した後、
各格子点上の電流源をペナルティ項付きの線形最小2乗
法で求める(ステップS2)。以下、このステップS2
の処理を詳細に説明する。
Then, after calculating each coefficient of the matrix A represented by the equation (3) using the Biot-Savart law (each coefficient of the matrix A is calculated for each movement of a lattice point described later). ,
A current source on each grid point is obtained by a linear least squares method with a penalty term (step S2). Hereinafter, this step S2
Will be described in detail.

【0033】上述した式(4) を使って、磁気センサS1
〜Sm によって計測され、データ収集ユニット5に記憶
された磁界データ〔Bd〕から各格子点上の電流源
〔P〕を求める。式(4) を改めて以下に示す。 〔P〕=A- 〔Bd〕 ………(4)
Using the above equation (4), the magnetic sensor S 1
Measured by to S m, determine the magnetic field data stored in the data collecting unit 5 current sources on each grid point from [Bd] [P]. Equation (4) is shown below again. (P) = A - [Bd] ......... (4)

【0034】行列Aは上述した(3) 式で表される、3n
×m個の要素をもった行列である。(4) 式において、式
の個数m(磁気センサS1 〜Sm の個数)が、未知数の
個数3nよりも多いために解が求まらない。そこで、測
定された磁界〔Bd〕と各格子点上に仮定した電流源
〔P〕が磁気センサS1 〜Sm に及ぼす磁界〔B〕との
2乗誤差|〔Bd〕−〔B〕|と、以下に示すペナルテ
ィ項との和で表された評価関数fを最小にするという条
件を付加することにより、線形最小2乗法を用いて電流
源〔P〕を算出する。この評価関数を式(7))に示す。
The matrix A is expressed by the above-mentioned equation (3).
It is a matrix having × m elements. In equation (4), no solution is obtained because the number m of equations (the number of magnetic sensors S 1 to S m ) is greater than the number of unknowns 3n. Therefore, the square error between the magnetic field (B) which assumed current source and the measured field [Bd] on each grid point (P) is on the magnetic sensor S 1 to S m | [Bd] - [B] | A current source [P] is calculated using the linear least squares method by adding a condition of minimizing the evaluation function f expressed by the sum of the following and a penalty term. This evaluation function is shown in equation (7).

【0035】[0035]

【数3】 (Equation 3)

【0036】評価関数の第1項が磁場の2乗誤差、第2
項がペナルティ項である。ペナルティ項中のλはペナル
ティ項の重み、wiは磁気センサから磁場測定面までの
距離による影響をキャンセルするための係数である。ペ
ナルティ項は、電流源が固まって存在する程、その値が
小さくなるという性質があるので、評価関数中の第1項
の磁場の2乗誤差のみを最小にするという条件で電流源
を求めた場合に、電流源がバラツキ易いという傾向が抑
制されるとともに、離散的に存在するノイズ成分が解と
して採用されることが軽減される。
The first term of the evaluation function is the square error of the magnetic field,
The term is a penalty term. Λ in the penalty term is the weight of the penalty term, and wi is a coefficient for canceling the influence of the distance from the magnetic sensor to the magnetic field measurement surface. Since the penalty term has a property that its value becomes smaller as the current source is solidified, the current source is obtained under the condition that only the square error of the magnetic field of the first term in the evaluation function is minimized. In this case, the tendency that the current source is likely to vary is suppressed, and the adoption of discrete noise components as solutions is reduced.

【0037】上記の評価関数fを最小にするという条件
を付加することにより、式(4) は 〔P〕=A+ 〔Bd〕 ………(8) で表される。ここで、A+ は次式(9) により求められ
る。 A+ =(At A+λ・W)-1 ・At ………(9) (9) 式中のWは、次式(10)で表される行列である。
By adding the condition of minimizing the evaluation function f, equation (4) is represented by [P] = A + [Bd] (8). Here, A + is obtained by the following equation (9). A + = (A t A + λ · W) −1 · A t (9) (9) W in the equation is a matrix represented by the following equation (10).

【0038】[0038]

【数4】 (Equation 4)

【0039】ここで、一般に、電流源Piが磁場測定面
に近いほど大きな磁場が測定されるので、行列Wを次式
(11)のようにすることで、求める電流源Piについて、
磁場測定面との距離による影響(すなわち、電流源Pi
が磁場測定面の近くに推定されるという傾向)をキャン
セルすることができる。
Here, in general, a larger magnetic field is measured as the current source Pi is closer to the magnetic field measuring surface.
By performing as in (11), for the current source Pi to be obtained,
The effect of the distance to the magnetic field measurement surface (ie, the current source Pi
Tend to be estimated close to the magnetic field measurement plane).

【0040】[0040]

【数5】 (Equation 5)

【0041】また、ペナルティ項の重みλを次式(12)の
ようにすることで、磁場の2乗誤差の項(At A)とペ
ナルティ項(W)を同程度の大きさにとることができ
る。 λ=|At A|/|W| ………(12)
Further, by setting the weight λ of the penalty term as in the following equation (12), the terms of the square error of the magnetic field (A t A) and the penalty term (W) can be set to the same magnitude. Can be. λ = | A t A | / | W | ............ (12)

【0042】上記した(8) 式と(9) 式により電流源
〔P〕が求まると、ステップS3に進んで、推定された
電流源〔P〕が磁気センサS1 〜Sm に及ぼす磁界
〔B〕と測定された磁界〔Bd〕との2乗誤差と、上述
したペナルティ項との和について、後述するステップS
4を繰り返す過程で格子点群を複数回移動させた場合
に、それぞれの格子点の位置で上述した方法により求め
た磁場の2乗誤差とペナルティ項との和の中で、値が最
小であるか否かを判断する。磁場の2乗誤差とペナルテ
ィ項との和が最小であるか否かの判断は、後述するステ
ップS4を繰り返す過程で、再配置された格子点群につ
いて、上述したステップS2、S3の処理により、それ
ぞれ求めた磁場の2乗誤差とペナルティ項との和を記憶
しておき、それぞれの値を比較して極小となる値を最小
値とすればよい。
[0042] When the above-mentioned (8) and (9) current source by formula (P) is obtained, the process proceeds to step S3, the magnetic field estimated current source (P) is on the magnetic sensor S 1 to S m [ B] and the sum of the squared error between the measured magnetic field [Bd] and the above-mentioned penalty term, which will be described later in step S
When the grid point group is moved a plurality of times in the process of repeating step 4, the value is the smallest of the sum of the square error of the magnetic field and the penalty term obtained by the above-described method at each grid point position. It is determined whether or not. The determination as to whether or not the sum of the square error of the magnetic field and the penalty term is the minimum is performed by repeating the above-described steps S2 and S3 for the rearranged lattice points in the process of repeating step S4 described below. The sum of the square error of the magnetic field obtained and the penalty term may be stored, and the respective values may be compared to minimize the minimum value.

【0043】最小でないと判断された場合はステップS
4に進み、ステップS2で求めた電流源〔P〕の中、値
の大きな電流源が存在する格子点の周りに他の格子点上
の電流源を移動させる。これにより、格子点数は元の格
子点群Nと同じで、間隔が密になった新たな格子点群が
得られる。なお、値の大きな電流源は必ずしも一つでは
なく、通常は複数個ある。
If it is determined that it is not the minimum, step S
Proceeding to 4, the current source on another grid point is moved around the grid point where the current source having a large value exists among the current sources [P] obtained in step S2. As a result, a new lattice point group having the same number of lattice points as the original lattice point group N and a close interval is obtained. It should be noted that the current source having a large value is not necessarily one, and there are usually a plurality of current sources.

【0044】値の大きな電流源が存在する格子点に、他
の格子点群を近づけるための手法は特に限定しないが、
例えば、次のような手法が例示される。ステップS2で
求められた各格子点の電流源の大きさを質量と考え、重
力によって各格子点間に引力が働くと仮定する。そうす
ると、各格子点は、質量の大きな格子点に近づいて行
き、質量の大きな格子点に近い程、密度の高い格子点群
が得られる。各格子点の移動距離は適宜に設定される。
さらに、別の格子点移動法としては、例えば、推定電流
の大きい格子点を中心とする立方体の頂点に推定電流の
小さい各格子点8個を移動する。このとき、立方体の大
きさは、例えば、推定電流の大きい格子点と、これに最
も近い格子点との距離の半分とする。
A method for bringing another group of grid points closer to a grid point where a current source having a large value exists is not particularly limited.
For example, the following method is exemplified. The magnitude of the current source at each grid point obtained in step S2 is considered as a mass, and it is assumed that an attractive force acts between each grid point due to gravity. Then, each lattice point approaches a lattice point having a large mass, and a lattice point group having a higher density is obtained as the lattice point is closer to a lattice point having a large mass. The moving distance of each grid point is set appropriately.
Further, as another grid point moving method, for example, eight grid points each having a small estimated current are moved to a vertex of a cube centered on a grid point having a large estimated current. At this time, the size of the cube is, for example, half the distance between a grid point having a large estimated current and the closest grid point.

【0045】格子点を移動させた後、ステップS2に戻
って、移動させた格子点群について、上述した評価関数
を最小にするという条件を付加して、線形最小2乗法で
電流源〔P〕を新たに求める。そして、ステップS3で
再び2乗誤差とペナルティ項との和が最小であるか否か
の判断を行い、最小でないと判断した場合は上述したス
テップS2〜S4を繰り返し行う。
After moving the grid points, the process returns to step S2, and the condition that the above-described evaluation function is minimized is added to the moved grid point group, and the current source [P] is calculated by the linear least squares method. Ask for a new one. Then, in step S3, it is determined again whether or not the sum of the square error and the penalty term is minimum. If it is determined that the sum is not minimum, steps S2 to S4 described above are repeated.

【0046】ステップS3で最小であると判断された場
合は、ステップS5において最小となった磁界〔B〕に
対する電流源〔P〕を真の電流源と推定する。真の電流
源として推定された電流源〔P〕は、図1に示した光磁
気ディスク9に記憶されたX線CT像やMR断層像上に
重ね合わされて、例えばカラーモニタ10に表示され
る。
If it is determined in step S3 that the current is the minimum, the current source [P] corresponding to the minimum magnetic field [B] in step S5 is estimated as a true current source. The current source [P] estimated as a true current source is superimposed on the X-ray CT image or MR tomographic image stored in the magneto-optical disk 9 shown in FIG. .

【0047】<シミュレーション>上述した手法の作用
を視覚的に確認するためにシミュレーションを行った。
図3は、(16.0, 16.0, 48.0) 〔mm〕の位置に(-10/
√2,-10/√2,0)〔nAm 〕の電流源があると仮定し、この
電流源を129個の磁気センサで計測した磁場(信号対
雑音比S/N=20)に32個の格子点を設定して、ペ
ナルティ項を付加しない評価関数(すなわち、磁場の2
乗誤差のみ)を最小にするという条件で電流源を推定し
たシミュレーション結果である。この比較例によれば、
ノイズの影響により電流源がバラバラになって求められ
ることが判る。なお、シミュレーション結果を示した各
図において、白丸は想定した電流源、矢印あるいは黒点
で示されるのが格子点(推定された電流源)で、電流値
が大きいものは黒点をより大きく、さらに電流値が大き
いものは矢印で示されている。また、格子点のうち電流
値が小さいものは図に現れていないので、図示されてい
るのは実際に設定した格子点の数よりも少なくなってい
る。
<Simulation> A simulation was performed to visually confirm the operation of the above-described method.
Fig. 3 shows (-10 / 1 / 6.0) at the position of (16.0, 16.0, 48.0) [mm].
Assuming that there is a current source of (√2, -10 / √2,0) [nAm], this current source is added to 32 magnetic fields (signal-to-noise ratio S / N = 20) measured by 129 magnetic sensors. Is set, and an evaluation function without adding a penalty term (that is, 2
It is a simulation result of estimating the current source under the condition that the squared error only) is minimized. According to this comparative example,
It can be seen that the current sources are required to be separated due to the influence of noise. In each of the figures showing the simulation results, open circles indicate assumed current sources, arrows or black points indicate grid points (estimated current sources), and those with a large current value have larger black points, Larger values are indicated by arrows. In addition, since the grid point having a small current value does not appear in the figure, what is shown is smaller than the actually set number of grid points.

【0048】一方、図4は、(0, 10.0, 69.0) 〔m
m〕の位置に(10,0,0)〔nAm 〕の電流源が、(0,
-10.0, 49.0)〔mm〕の位置に(10,0,0)〔nAm 〕の
電流源がそれぞれあると仮定し、この電流源を129個
の磁気センサで計測した磁場(信号対雑音比S/N=2
0)に32個の格子点を設定して、本第1実施例で推定
したシミュレーション結果である。本実施例によれば、
計測磁場にノイズが混入している場合にも、電流源が正
確に推定されていることが判る。
FIG. 4 shows (0, 10.0, 69.0) [m
m], the current source of (10, 0, 0) [nAm] is (0, 0, 0).
-10.0, 49.0) [mm], it is assumed that there are (10, 0, 0) [nAm] current sources, respectively, and this current source has a magnetic field (signal-to-noise ratio S) measured by 129 magnetic sensors. / N = 2
This is a simulation result estimated in the first embodiment by setting 32 grid points in (0). According to the present embodiment,
It can be seen that even when noise is mixed in the measurement magnetic field, the current source is accurately estimated.

【0049】<第2実施例>第1実施例で説明した手法
は、磁場源を電流双極子と仮定した場合には良好な推定
を行うことができるが、最適電流源の特定基準(図2の
ステップS3)にペナルティ項を加えた関係で、推定さ
れる電流源が固まる(局所的に集中する)という傾向を
もつ。そのため、電流源がある程度の拡がりをもって分
布している場合に、これらの電流源が正しく推定され難
いという難点がある。本実施例は、この点に鑑み、拡が
りをもつ電流源も正しく推定することができるようにし
た。なお、装置の概略構成は図1に示した第1実施例の
ものと同様てあるので、ここでの説明は省略する。
<Second Embodiment> The method described in the first embodiment can perform a good estimation when the magnetic field source is assumed to be a current dipole. In step S3), a penalty term is added, and the estimated current source tends to solidify (locally concentrate). Therefore, when the current sources are distributed with a certain degree of spread, there is a problem that it is difficult to correctly estimate these current sources. In the present embodiment, in view of this point, a current source having a spread can be correctly estimated. Since the schematic configuration of the apparatus is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, the description is omitted here.

【0050】以下、図5のフローチャートを参照して、
データ解析ユニット8における電流源の推定処理につい
て説明する。ステップS11では、第1実施例と同様
に、診断対象領域に格子点群を均等に設定する。ステッ
プS12では、磁気センサS1 〜Sm によって計測され
た磁界〔Bd〕から電流源〔P〕を線形最小2乗法で求
めるにあたり、第1実施例のステップS2と同様に、測
定された磁界〔Bd〕と各格子点上に仮定した電流源
〔P〕が磁気センサS1 〜Sm に及ぼす磁界〔B〕との
2乗誤差|〔Bd〕−〔B〕|と、ペナルティ項との和
で表された評価関数fを最小にするという条件を付加す
る。
Hereinafter, referring to the flowchart of FIG.
The current source estimating process in the data analysis unit 8 will be described. In step S11, as in the first embodiment, a grid point group is set evenly in the diagnosis target area. In step S12, Upon current source from the magnetic field measured by the magnetic sensor S 1 to S m [Bd] a [P] obtained by linear least squares method, as in step S2 of the first embodiment, the measured magnetic field [ Bd] the square error between the magnetic field assumed current sources (P) is on the magnetic sensor S 1 to S m on each lattice point [B] | [Bd] - [B] | and the sum of the penalty term The condition that the evaluation function f represented by is minimized is added.

【0051】ここで、式(7) 中のペナルティ項の重みλ
を格子点間の距離に応じて決定する。具体的には、各格
子点について、その格子点と最も近い格子点との距離を
それぞれ求める。そして、各距離の平均値をパラメータ
として、その平均値が小さくなるとλも小さくなるよう
に重みλを決定する。これにより、格子点がバラバラの
ときは重みλが大きくなり、その結果、式(7) 中のペナ
ルティ項の影響が大きくなり、ノイズ成分の影響による
推定電流源のバラツキを抑制することができる。一方、
格子点が局所的に寄り集まってくると重みλが小さくな
り、その結果、式(7) 中のペナルティ項の影響が小さく
なるので、電流源の必要以上の集中が避けられる。
Here, the weight λ of the penalty term in equation (7)
Is determined according to the distance between grid points. Specifically, for each grid point, the distance between that grid point and the closest grid point is determined. Then, using the average value of each distance as a parameter, the weight λ is determined so that the smaller the average value, the smaller λ. As a result, when the lattice points are disjointed, the weight λ increases, and as a result, the influence of the penalty term in the equation (7) increases, and the variation of the estimated current source due to the influence of the noise component can be suppressed. on the other hand,
When the lattice points are locally gathered, the weight λ becomes small, and as a result, the influence of the penalty term in the equation (7) becomes small, so that unnecessary concentration of the current source can be avoided.

【0052】電流源〔P〕が求まると、ステップS13
に進んで、推定された電流源〔P〕が磁気センサS1
m に及ぼす磁界〔B〕と測定された磁界〔Bd〕との
2乗誤差について、各格子点配置毎に求められた2乗誤
差の中で値が最小であるか否かを判断する。すなわち、
このステップS13では、最適電流源の特定基準からペ
ナルティ項を除いたので、不必要に固まった電流源が最
適の電流源として採用されることが避けられる。
When the current source [P] is obtained, step S13 is performed.
The willing, the estimated current source (P) is the magnetic sensors S 1 ~
For square error between the magnetic field measured with the magnetic field (B) on S m [Bd], the value in the square error obtained for each place each lattice point to determine whether the minimum. That is,
In this step S13, the penalty term is removed from the specific reference of the optimal current source, so that it is possible to prevent the unnecessary solidified current source from being adopted as the optimal current source.

【0053】最小でないと判断された場合は、第1実施
例と同様に、ステップS14に進み、最大の電流源が存
在する格子点の回りに他の格子点上の電流源を移動させ
て、ステップS12に戻り、移動させた格子点群につい
て、同様にペナルティ項を付加した線形最小2乗法で電
流源〔P〕を新たに求める。そして、ステップS13で
再び2乗誤差が最小であるか否かの判断を行い、最小で
ないと判断した場合は上述したステップS12〜S14
を繰り返し行う。ステップS13で最小であると判断さ
れた場合は、ステップS15において最小となった磁界
〔B〕に対する電流源〔P〕を真の電流源と推定し、そ
の電流源を関心領域の断層上に重ね合わせ表示して処理
を終える。
If it is determined that the current source is not the minimum, the process proceeds to step S14 as in the first embodiment, and the current sources on the other grid points are moved around the grid point where the maximum current source exists. Returning to step S12, a current source [P] is newly obtained for the moved lattice point group by the linear least squares method to which a penalty term is similarly added. Then, it is determined again in step S13 whether or not the square error is minimum. If it is determined that the square error is not minimum, steps S12 to S14 described above are performed.
Is repeated. If it is determined in step S13 that the current source is the minimum, the current source [P] for the minimum magnetic field [B] in step S15 is estimated as a true current source, and the current source is superimposed on the tomographic region in the region of interest. Display together and finish the process.

【0054】<シミュレーション>上述した手法の作用
を視覚的に確認するためにシミュレーションを行った。
図6は、(0,20, 60) 〔mm〕を中心として、一辺が
20mmの立方体内に10nAの電流源が等分布していると
仮定し、この等分布電流源を129個の磁気センサで計
測した磁場(S/N=20)から、32個の格子点を設
定して上述した第1実施例の手法で推定したシミュレー
ション結果である。第1実施例の手法によれば、推定さ
れた電流源が必要以上に固まり過ぎていることが判る。
図7は、同様の等分布電流源を第2実施例の手法で推定
したシミュレーション結果である。本第2実施例によれ
ば、等分布の電流源が正しい形態で推定されていること
が判る。
<Simulation> A simulation was performed to visually confirm the operation of the above-described method.
FIG. 6 shows that one side is centered on (0, 20, 60) [mm].
Assuming that a 10 nA current source is uniformly distributed in a 20 mm cube, 32 grid points are set from the magnetic field (S / N = 20) measured by 129 magnetic sensors for this uniformly distributed current source. 9 is a simulation result estimated by the method of the first embodiment described above. According to the method of the first embodiment, it can be understood that the estimated current source is too hard than necessary.
FIG. 7 is a simulation result obtained by estimating the same equally distributed current source by the method of the second embodiment. According to the second embodiment, it can be seen that the equally distributed current sources are estimated in a correct form.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、各格子点上の未知の電流源が及ぼす磁界と
計測された磁界データとの2乗誤差と、電流源の重み付
き2乗和との和を最小にするという条件を付加して、各
格子点上の電流源を求めているので、求められた電流源
の物理量のバラツキが抑制されるとともに、離散的に存
在するノイズが解として求められることが低減される。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the square error between the magnetic field exerted by the unknown current source on each grid point and the measured magnetic field data, and the weighting of the current source Since a current source on each grid point is obtained by adding a condition of minimizing the sum of the sum of squares, variations in the physical quantity of the obtained current source are suppressed and discretely exist. Noise is less likely to be found as a solution.

【0056】また、電流源の推定精度を上げるために、
格子点群を増やすことなく、先に求められた電流源の
内、値の大きな電流源が存在する格子点の付近へ他の格
子点群を移動させて、再度、電流源を推定している。つ
まり、未知数の個数が一定であるので、電流源算出の計
算精度を維持することができる。
Further, in order to improve the estimation accuracy of the current source,
Without increasing the number of grid points, the current source is estimated again by moving another grid point group to the vicinity of the grid point where the current source with a large value exists among the current sources obtained earlier. . That is, since the number of unknowns is constant, the calculation accuracy of the current source calculation can be maintained.

【0057】さらに、磁場の2乗誤差と電流源の重み付
き2乗和との和について、各格子点配置毎に求められた
それらの2乗誤差の中で値が最小となるときの電流源を
真の電流源として推定するので、最終の電流源を特定す
る過程で、収束判定値の設定が不要になり、最終の電流
源の特定を一意的に行うこともできる。
Furthermore, the sum of the square error of the magnetic field and the weighted sum of the squares of the current source is determined as the current source when the value is the minimum among the square errors obtained for each grid point arrangement. Is estimated as a true current source, so that it is not necessary to set a convergence determination value in the process of specifying the final current source, and the final current source can be uniquely specified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明に係る生体活動電流源推定装置の一実
施例の概略構成を示したブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a life activity current source estimating apparatus according to the present invention.

【図2】第1実施例に係る推定処理のフローチャートで
ある。
FIG. 2 is a flowchart of an estimation process according to the first embodiment.

【図3】第1実施例との比較のために示した推定処理の
シミュレーション結果である。
FIG. 3 is a simulation result of an estimation process shown for comparison with the first embodiment.

【図4】第1実施例に係る推定処理のシミュレーション
結果である。
FIG. 4 is a simulation result of an estimation process according to the first embodiment.

【図5】第2実施例に係る推定処理のフローチャートで
ある。
FIG. 5 is a flowchart of an estimation process according to a second embodiment.

【図6】第2実施例との比較のために示した推定処理の
シミュレーション結果である。
FIG. 6 is a simulation result of an estimation process shown for comparison with the second embodiment.

【図7】第2実施例に係る推定処理のシミュレーション
結果である。
FIG. 7 is a simulation result of an estimation process according to the second embodiment.

【図8】従来例に係る推定処理の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of an estimation process according to a conventional example.

【図9】別の従来例に係る推定処理の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of an estimation process according to another conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…マルチチャンネルSQUIDセンサ 2…磁気シールドルーム 4…データ変換ユニット 5…データ収集ユニット 8…データ解析ユニット 10…カラーモニタ M…被検体 S1 〜Sm …磁気センサ1 ... multichannel SQUID sensor 2 ... magnetic shield room 4 ... data conversion unit 5 ... data collection unit 8 ... data analysis unit 10 ... color monitor M ... subject S 1 to S m ... magnetic sensor

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 生体活動電流源の位置,大きさ,方向等
の物理量を推定する生体活動電流源推定装置であって、
(a)被検体の診断対象領域に近接配備され、前記診断
対象領域内の生体活動電流源による微小磁界を計測する
複数個の磁気センサと、(b)前記各磁気センサによっ
て計測された磁界データをデジタルデータに変換するデ
ータ変換手段と、(c)前記デジタルデータに変換され
た磁界データを収集して記憶するデータ収集手段と、
(d)前記診断対象領域に、その個数が前記磁気センサ
の個数よりも少なくなるように複数個の格子点を設定す
る格子点設定手段と、(e)前記各格子点上の未知の電
流源が及ぼす磁界と前記データ収集手段に記憶された磁
界データの2乗誤差と、前記電流源の重み付き2乗和と
の和を最小にするという条件を付加することにより未知
の電流源を求める電流源算出手段と、(f)前記求めた
電流源から計算した磁界と前記磁気センサにより実際に
計測されて前記データ収集手段に記憶された磁界データ
との2乗誤差を含む関数について、各格子点配置毎に求
められた前記2乗誤差を含む関数の中で値が最小である
か否かを判断する判断手段と、(g)前記2乗誤差を含
む関数について、各格子点配置毎に求められた前記2乗
誤差を含む関数の中で値が最小でないと判断された場合
に、前記電流源算出手段で求めた各格子点上の電流源の
内、値の大きな電流源が存在する格子点の付近へ他の格
子点群を移動させて前記格子点群を再配置する格子点群
再配置手段と、(h)前記電流源算出手段、前記判断手
段、および前記格子点群再配置手段による各処理を繰り
返した結果、前記判断手段で2乗誤差を含む関数につい
て、各格子点配置毎に求められた前記2乗誤差を含む関
数の中で値が最小と判断された場合の磁界に対応する電
流源を真の電流源と推定する電流源特定手段と、(i)
前記電流源特定手段で推定された電流源を、前記被検体
の診断対象領域の断層像に重ね合わせて表示する表示手
段と、を備えたことを特徴とする生体活動電流源推定装
置。
1. A biological activity current source estimating apparatus for estimating a physical quantity such as a position, a size, and a direction of a biological activity current source,
(A) a plurality of magnetic sensors arranged in proximity to a diagnosis target area of a subject and measuring a minute magnetic field by a bioactive current source in the diagnosis target area; and (b) magnetic field data measured by each of the magnetic sensors. (C) data collecting means for collecting and storing the magnetic field data converted into the digital data;
(D) grid point setting means for setting a plurality of grid points in the diagnosis target area such that the number is smaller than the number of magnetic sensors; and (e) an unknown current source on each of the grid points. Current for obtaining an unknown current source by adding a condition that minimizes the sum of the square error between the magnetic field exerted by the magnetic field and the magnetic field data stored in the data collection means and the weighted sum of squares of the current source. Source calculation means, and (f) a function including a square error between a magnetic field calculated from the obtained current source and magnetic field data actually measured by the magnetic sensor and stored in the data collection means. Determining means for determining whether or not the value is the smallest among the functions including the square error obtained for each arrangement; and (g) obtaining the function including the square error for each grid point arrangement. Of the function containing the square error When it is determined that the value is not the minimum in the above, among the current sources on each grid point obtained by the current source calculating means, another grid point group is moved to the vicinity of the grid point where the current source having a large value exists. (H) repeating the respective processes by the current source calculating means, the determining means, and the grid point group relocating means; In the function including the square error, the current source corresponding to the magnetic field when the value is determined to be the minimum among the functions including the square error obtained for each grid point arrangement is estimated to be a true current source. Current source specifying means for performing (i)
A biological activity current source estimating device, comprising: a display unit configured to display the current source estimated by the current source specifying unit on a tomographic image of a diagnosis target region of the subject.
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