JP4868382B2 - 磁気刺激における刺激部位の特定あるいはターゲッティングを行うための装置 - Google Patents
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Description
本発明の磁気刺激装置を、図面を用いてより具体的に説明する。図1は、本発明の磁気刺激装置の全体構成の一例を示した概念図である。本例の磁気刺激装置は、図1に示すように、被験者の体内部位に磁気刺激を加えるための磁界発生手段M1と、磁界発生手段M1を支持するための支持手段M2と、支持手段M2を駆動するための駆動手段M10と、支持手段M2の変位を計測するための計測手段M3と、前記体内部位と該体内部位の周辺にある体表部位の形状及びそれらの相対的位置関係についての情報を含むデータD1を予め格納しておくための記憶手段M4と、前記体内部位の周辺にある体表部位の形状及び位置についての情報を含むデータD2を計測するための計測手段M5と、前記体内部位の実空間における座標を特定するための演算手段M6と、演算手段M6の演算結果などを出力するための出力手段M7と、被験者の生体反応を計測するための計測手段M8と、磁気刺激装置に各種設定を行うための入力手段M9と、を備えたものとなっている。
磁界発生手段M1は、被験者10の体内部位に磁気刺激を加えるためのものとなっている。磁界発生手段M1は、外部に磁界を発生できるものであれば特に限定されないが、通常、電磁コイルが用いられる。本例の磁気刺激装置においては、磁界発生手段M1として、略「8」の字形の電磁コイルを採用している。この電磁コイルは、時計方向に電流が流される第一ループと、反時計方向に電流が流される第二ループとが、1点で接近するように並べて配されたものとなっており、第一ループを流れる電流によって前記体内部位に生じる誘導電界と、第二ループを流れる電流によって前記体内部位に生じる誘導電界とが、前記電磁コイルの中央直下の1点で互いに強め合うものとなっている。
支持手段M2は、磁界発生手段M1を支持するためのものとなっている。図2は、図1の支持手段M2を示した側面図である。本例の磁気刺激装置において、支持手段M2は、固定部M2.0と、可動部M2.1〜M2.6とを備えた、アームスタンド型のものを採用している。各可動部M2.1〜M2.6は、回転するものであってもよいし、スライドするものであってもよい。本例の磁気指摘装置において、可動部M2.1は、軸L1を中心に回転できる状態で固定部M2.0に連結されており、可動部M2.2は、軸L2を中心に回転できる状態で可動部M2.1に連結されている。また、可動部M2.3は、軸L3を中心に回転できる状態で可動部M2.2に連結されており、可動部M2.4は、軸L4を中心に回転できる状態で可動部M2.3に連結されている。さらに、可動部M2.5は、軸L5を中心に回転できる状態で可動部M2.4に連結されており、可動部M2.6は、軸L6を中心に回転できる状態で可動部M2.5に連結されている。ただし、軸L1,L4,L6は、図2の紙面に平行であり、軸L2,L3,L5は、図2の紙面に垂直である。可動部M2.6には、磁界発生手段M1が固定されている。
駆動手段M10は、支持手段M2を駆動するためのものとなっている。本例の磁気刺激装置では、駆動手段M10を6個の駆動手段M10.1〜M10.6(図示省略)によって構成している。駆動手段M10.1〜M10.6のそれぞれは、図2に示した軸L1〜L6の周辺で支持手段M2に取り付けられており、可動部M2.1〜M2.6を独立して駆動することができるようになっている。駆動手段M10.1〜M10.6としては、モータなどの回転型のアクチュエータや、ピストンシリンダなどのスライド型のアクチュエータが例示される。駆動手段M10.1〜M10.6は、1自由度で駆動されるものであってもよいし、多自由度モータのように2以上の自由度で駆動されるものであってもよい。本例の磁気刺激装置においては、駆動手段M10.1〜M10.6の全てを1自由度のステッピングモータとしている。
計測手段M3は、支持手段M2の変位を計測するためのものとなっている。本例の磁気刺激装置では、計測手段M3を6個の計測手段M3.1〜M3.6(図示省略)によって構成している。計測手段M3.1〜M3.6は、それぞれ駆動手段M10.1〜M10.6に取り付けられており、計測手段M3.1〜M3.6と駆動手段M10.1〜M10.6とが1対1で対応するようになっている。このため、計測手段M3.1〜M3.6で可動部M2.1〜M2.6の変位をそれぞれ計測して、磁界発生手段M1の位置及び向きを検知することができるようになっている。計測手段M3.1〜M3.6としては、モータなどの回転量を計測することのできるロータリエンコーダや、ピストンシリンダなどの伸縮量を計測することのできるリニアエンコーダが例示される。ロータリエンコーダやリニアエンコーダを計測手段M3として採用する場合には、アブソリュート式のものを選択してもよいし、インクリメント式のものを選択してもよい。本例の磁気刺激装置においては、計測手段M3.1〜M3.6の全てをロータリエンコーダとしている。
記憶手段M4は、磁気刺激を加える体内部位と該体内部位の周辺にある体表部位の形状及びそれらの相対的位置関係についての情報を含むデータD1を予め格納しておくためのものとなっている。記憶手段M4としては、通常、ワークステーションなどのコンピュータに内蔵又は接続された記憶装置(コンピュータの基本装置の一。必要なデータを蓄えておく装置。LSI などを用いた主記憶装置と、磁気ディスク・磁気テープなどを用いた補助記憶装置に大別される。)が用いられる。主記憶装置としては、RAM(VRAMを含む。)が例示され、補助記憶装置としてはハードディスクが例示される。
計測手段M5は、磁気刺激を加える体内部位の周辺にある体表部位の形状及び位置についての情報を含むデータD2を計測するためのものとなっている。計測手段M5として用いる三次元スキャナは、いわゆる二次元スキャナを複数台組み合わせて構成したものであってもよい。計測手段M5の計測原理としては、光切断法、フェーズシフト法、スポット光法、空間コード法、モアレ法、ステレオ法が例示される。これらの計測原理について説明する。
光源から出射した光をスリットや格子などの光切断部を介して計測対象物(被験者頭部)に照射し、該計測対象物の表面に線状に投影された光をカメラで撮影することによって、前記計測対象物の表面における光が投影された点の座標を求める計測方法である。該点の座標は、前記計測対象物の表面に照射された光が前記カメラの撮像面において結像する位置から演算することができる。その演算には、三角測量の原理が用いられる。
前記光切断法において、格子やカメラの撮像面などを移動させながら撮影を行い、前記計測対象物の表面における光が投影された点の座標を求める計測方法である。フェーズシフト法を用いることによって、1回の測定で多数の点の座標を求めることができる。
光源から計測対象物にレーザ光を照射し、該計測対象物の表面にスポット状に投影された光をカメラや半導体位置検出素子(PSD:Position Sensitive Detector)などで撮影することによって、前記計測対象物の表面における光が投影された点の座標を求める計測方法である。スポット光法には、前記光源と前記カメラとを同軸に配する同軸式と、前記光源と前記カメラとを非同軸に配する非同軸式(三角測量式とも呼ばれる。)とがある。同軸式の場合には、カメラやPSDの撮像面に形成された干渉縞のピッチから前記点の座標を求めることができ、非同軸式の場合には、三角測量の原理により前記点の座標を求めることができる。
光源から出射した光を格子などを介して計測対象物に照射し、該計測対象物の表面に投影された光のパターンの変化をカメラで複数回撮影し、撮影された複数枚の画像を解析することによって、前記計測対象物の表面における光が投影された点の座標を求める計測方法である。
光源から出射した光を一の格子を介して計測対象物に照射し、該計測対象物の表面に投影された光のパターンを他の格子を介してカメラで撮影し、該カメラで撮影されたモアレ画像から前記計測対象物の表面における光が投影された点の座標を求める計測方法である。光源の光軸とカメラの光軸は、通常、平行となるように配される。
撮影方向の異なる複数台のカメラで計測対象物を撮影し、各カメラの画像から計測対象物の表面における対応する点を見つけることによって、その対応する点の座標を求める計測原理である。対応する点の座標は、その点が各カメラの撮像面に結像する位置から演算することができる。その演算には、三角測量の原理が用いられる。
演算手段M6は、データD1における体表部位とデータD2における体表部位とを重ね合わせて位置合わせすることによって、前記体内部位の実空間における座標を特定するためのものとなっている。演算手段M6は、前記体内部位の座標を特定するためだけに用いてもよいし、その他の処理を行わせてもよい。本例の磁気刺激装置においては、演算手段M6を、磁界発生手段M1の位置を特定するための磁界発生位置特定手段や、刺激部位を特定するための刺激部位特定手段としても利用している。演算手段M6には、通常、ワークステーションなどのコンピュータに内蔵された演算装置(マイクロプロセッサの構成要素の一つで、四則演算や論理演算など算術的な処理を行なう回路。)が用いられる。
出力手段M7は、磁気刺激によって前記体内部位に生じる誘導電界の分布など、演算手段M6の演算結果などを出力するためのものとなっている。出力手段M7には、通常、ディスプレイなどの表示装置が用いられる。
計測手段M8は、磁気刺激を加えることによって被験者10の身体に生じた生体反応を計測するためのものとなっている。計測手段M8は、特に限定されるものではないが、本例の磁気刺激装置では、筋電計を用いている。
入力手段M9は、磁気刺激を行う刺激部位の座標を磁気刺激装置に設定するなど、各種設定を行うためのものとなっている。入力手段M9には、通常、マウスやキーボードなどの入力装置が用いられる。
次に、本発明の磁気刺激装置を用いた磁気刺激方法について説明する。以下においては、説明の便宜上、磁気刺激を加える体内部位を脳として説明しているが、これに限定されない。また、計測手段M5によって計測を行う体表部位は、磁気刺激を行う体内部位の周辺にあり、該体内部位に対して相対的な位置が変化しない部分の体表部位であれば特に限定されないが、以下においては、被験者頭部として説明している。さらに、「データD1」を「三次元イメージデータD1」と表記し、「データD2」を「三次元イメージデータD2」と表記し、「計測手段M5」を「三次元スキャナM5」と表記して説明している。
D1 体内部位(脳)の三次元イメージデータ
D2 体表部位(被験者頭部)の三次元イメージデータ
D3 三次元イメージデータD1,D2を重ね合わせた三次元イメージデータ
L1〜L6 軸
M1 磁界発生手段(電磁コイル)
M2 支持手段(アームスタンド)
M2.0 固定部
M2.1〜M2.6 可動部
M3 計測手段(ロータリエンコーダ)
M4 記憶手段(記憶装置)
M5 計測手段(三次元スキャナ)
M5.1 光源
M5.2 カメラ
M5.3 格子
M6 演算手段(演算装置)
M7 出力手段(ディスプレイ)
M8 計測手段(筋電計)
M9 入力手段(キーボード、マウス)
M10 駆動手段(ステッピングモータ)
Claims (8)
- (a)被験者の体内部位に磁気刺激を加えるための磁界発生手段M1と、
(b)磁界発生手段M1を支持するための支持手段M2と、
(c)支持手段M2の変位を読み取って磁界発生手段M1の位置及び向きを計測するための計測手段M3と、
(d)前記体内部位と該体内部位の周辺にある体表部位の形状及びそれらの相対的位置関係についての情報を含むデータD1を予め格納しておくための記憶手段M4と、
(e)前記体表部位の形状及び位置についての情報を含むデータD2を計測するための計測手段M5と、
(f)データD1とデータD2との位置合わせを行って前記体内部位の座標を特定するとともに、磁界発生手段M 1 の位置を特定するための磁界発生位置特定手段、及び刺激部位を特定するための刺激部位特定手段としても機能する演算手段M6と、
(g)磁気刺激によって前記体内部位に生じる誘導電界の分布を表示するための出力手段M 7 と、
(h)被験者の生体反応を計測するための計測手段M 8 と、
(i)磁気刺激を加える前記体内部位の座標を予め設定入力するための入力手段M 9 と、
(j)支持手段M 2 を駆動して磁界発生手段M 1 の位置及び向きを変化させるための駆動手段M 10 と、
が備えられ、
駆動手段M 10 が支持手段M 2 を駆動することにより、入力手段M 9 で予め設定された前記座標に磁気刺激を加えることができる位置まで磁界発生手段M 1 が自動的に移動され、
演算手段M 6 における刺激部位特定手段によって特定された刺激部位が入力手段M 9 で予め設定された前記座標に一致したことを確認すると、磁界発生手段M 1 による磁気刺激が開始され、
磁気刺激開始後においても駆動手段M 10 が支持手段M 2 を駆動することにより、磁界発生手段M 1 が被験者の動きにリアルタイムに追従されて、磁界発生手段M 1 と被験者の刺激部位との相対的な位置関係を一定に保つことができるようにしたことを特徴とする磁気刺激における刺激部位の特定あるいはターゲッティングを行うための装置。 - 駆動手段M10がモータである請求項1記載の装置。
- 支持手段M2がN個の可動部M2.1〜M2.Nを有してなる請求項1又は2記載の装置。
- 計測手段M3が、ロータリエンコーダである請求項1〜3いずれか記載の装置。
- 計測手段M5が、カメラによる撮影又はレーザ発振器による測距によって計測を行うものである請求項1〜4いずれか記載の装置。
- 計測手段M5が、光切断法、フェーズシフト法、スポット光法、空間コード法、モアレ法、ステレオ法の中から選ばれる少なくとも1の計測原理を用いるものである請求項5記載の装置。
- 磁気刺激を加える前記体内部位が脳である請求項1〜6いずれか記載の装置。
- 演算手段M 6 における刺激部位特定手段は、磁気刺激によって脳表に生じる誘導電界ベクトルと脳表の単位法線ベクトルとを複数点で求めて前記誘導電界ベクトルと前記単位法線ベクトルとの内積が最大となる点を磁界発生手段M1による刺激部位と特定するものである請求項7記載の装置。
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