JP7207138B2

JP7207138B2 - 生体情報計測システムおよび生体情報計測用プログラム

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Publication number: JP7207138B2
Application number: JP2019084725A
Authority: JP
Inventors: 好央三坂; 博史森瀬; 究工藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2018-10-02
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2023-01-18
Anticipated expiration: 2039-04-25
Also published as: JP2020054788A

Description

本発明は、生体情報計測システムおよび生体情報計測用プログラムに関する。

従来、脳磁図（ＭＥＧ：Magneto Encephalo Graph）を測定する脳磁計においては、ヒトの脳神経活動に伴って発生する微弱な生体磁場を計測及び解析する。このような脳磁計は、内部に多数の磁気センサを備えるデュワーを備えている。脳磁計においては、デュワーと被検者の頭部との位置関係を定めることが重要なものとなっている。

そこで、特許文献１には、デュワーに３次元の磁場を発生する発生器を、被検者に受信器を取り付け、被検者座標系と上記磁場による３次元座標系との関係を求める技術が開示されている。また、特許文献２には、デュワー及び撮像可能なフレームにそれぞれ３次元磁場発生器及び受信器を有し、被検者頭部にフレームを装着することで、被検者及びデュワーの位置関係を定める技術が開示されている。また、特許文献３には、被検者及びデュワーに発光源を装着し、ポジションセンサにより被検者と磁気センサの相対位置関係を定める技術が開示されている。また、特許文献４には、被検者及びデュワーに向けてスリット光を照射し、スリット光の投影線をＴＶカメラで撮像することによって被検体とデュワーの３次元表面形状を得て、被検者頭部と磁気センサの位置関係を定める技術が開示されている。また、特許文献５には、デュワー及び生体に備えられた指標点を含むステレオ画像から生体及び磁気センサの相対位置関係を検出する技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、脳神経活動の計測中に頭部の動きによって磁場受信器が外れてしまうことや、磁場発生器から発せられる磁場は脳神経活動の計測にとって望ましくない影響を及ぼす恐れがあるため、脳神経活動の計測中に頭部の位置及び姿勢を同時測定することは困難であった。特許文献２に開示されている技術では、頭部の動きでフレームがずれてしまう。また、被検者毎に頭部形状が異なるため、個別に準備するのは容易ではない。仮に被検者の頭部形状に合わせて伸縮するフレームであったとしても、頭部が締め付けられている不快感は避けられず、脳神経活動への妨害信号となりかねない。特許文献３に開示されている技術では、磁気発生器及び磁気受信器を装着する技術と同様に、頭部の動きによって発光源が外れてしまい得るため、脳神経活動の計測中にリアルタイムにデュワーと被検者の位置関係を定めることは困難であった。特許文献４に開示されている技術では、レーザー光が被検者の目に入る危険性を伴う。また、レーザー光は皮膚表面で散乱されるために投影線の幅が広がってしまい、正確に被検者の頭部の３次元形状を測定することは困難であった。特許文献５には、脳神経活動の計測中に被検者頭部が動いてもデュワーと被検者頭部の位置関係を定めることが可能な技術が開示されている。しかしながら、この特許では被検者とデュワーの位置関係がステレオカメラにより定められ、デュワーが可動して次々と計測点を走査するため、頭部全体の脳神経活動を同時に計測することが困難であった。

ここで、デュワーをヘルメット型にすることで、被検者の頭部とデュワーの位置関係をリアルタイムに定めつつ、頭部全体の脳神経活動を同時に計測することが可能となるが、この場合には、被検者の頭部がデュワーの陰に隠れてしまうためにステレオカメラのカメラ間の距離を狭めなければならない。すると、ステレオカメラの計測原理上、被検者頭部及びデュワーの奥行方向の計測誤差が大きくなり、位置合わせ精度が低下するという問題が生じてしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、頭部の位置補正用の画像を１つの撮像部で取得することを可能とすることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、生体信号検出用の多数のセンサが配置され、被検者の頭部を覆うデュワーと、前記センサで検出した生体信号に基づいて脳神経活動を計測する計測部と、前記被検者に関連して設定された少なくとも３点以上の基準点と前記デュワーを含む画像とを取得する一の撮像部と、複数の前記基準点と前記デュワーの位置関係データとにより、前記被検者の基準点と前記センサとの位置関係を決定し、前記撮像部による異なる時刻に取得された前記画像に基づいて、前記基準点と前記センサとの前記位置関係を再決定する位置関係決定部と、を備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、頭部の位置補正用の画像を１つの撮像部で取得することを可能とすることができる、という効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態にかかる生体情報計測システムのシステム構成の一例を示す図である。図２は、情報処置装置のハードウェア構成の一例を示す図である。図３は、被検者の頭部を例示的に示す図である。図４は、頭部基準点の設定位置を例示的に示す図である。図５は、頭部基準点にシールを装着した例を示す図である。図６は、ステレオカメラを用いた奥行方向の距離の計測手法を説明する図である。図７は、１台のカメラを用いた奥行方向の距離の計測手法を説明する図である。図８は、情報処置装置の機能を説明する図である。図９は、情報処置装置における処理を概略的に示す図である。図１０は、第２の実施の形態にかかる情報処置装置における処理を概略的に示す図である。図１１は、第３の実施の形態にかかる情報処置装置における処理を概略的に示す図である。

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

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

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

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

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

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

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

以下に、情報処置装置６について、さらに説明する。図２は、情報処置装置６のハードウェア構成の一例を示す図である。

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

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

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

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

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

ここで、図３は被検者１０の頭部を例示的に示す図である。図３に示すように、測定対象である被検者１０の頭部には、少なくとも３点以上のマーカコイル（磁気発生器）が貼り付けられる。本実施の形態においては、マーカコイル（磁気発生器）Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３が貼り付けられる。

加えて、被検者１０の頭部には、少なくとも３点以上の基準点である頭部基準点が設定される。図４は、頭部基準点の設定位置を例示的に示す図である。図４に示すように、頭部基準点は、上顎骨、前頭骨、鼻骨、頬骨または側頭骨と接する皮膚上のいずれかに設けられていることが望ましい。これらの位置は、後述する画像取得装置５で撮影可能な頭皮上であり、かつ、咀嚼などの頭部の動きに対して影響を受けにくく、安定して画像中から頭部基準点を抽出することができる位置である。

頭部基準点は、被検者１０の頭部の特徴点であってもよい。一例として、目尻や眉毛、鼻根点、頬や顎の輪郭、耳などが考えられる。この場合、被検者１０の頭部に頭部基準点を示すものを物理的に装着せずとも実施可能であり、被検者１０の負荷軽減や装着作業工数の削減ができる。

油性ペン等で被検者１０の頭部の特徴点に印をつけて、頭部基準点として用いてもよい。この場合、画像中の被検者１０の頭部の特徴点の抽出精度が向上する。

また、頭部基準点には、寸法の既知なシールを印として装着してもよい。ここで、図５は頭部基準点にシールを装着した例を示す図である。図５に示すように、頭部基準点にシールＳを装着した場合、画像中で被検者１０の頭部の頭部基準点を抽出しやすくなるだけでなく、画像中のアスペクト比から被検者１０の頭部の曲率や画像奥行方向の情報をより詳細に取得することができ、デュワー２の磁気センサ１と被検者１０の頭部の位置関係の精度が向上する。これらの工夫により脳神経活動を生じた脳部位の推定精度が向上する。

本実施の形態においては、図３に示すように、被検者１０の頭部の鼻の下と両頬に、頭部基準点としてシールＳ１，Ｓ２，Ｓ３が装着される。

なお、上述したマーカコイルＭ１，Ｍ２，Ｍ３が、頭部基準点を兼ねるものであってもよい。

情報処置装置６は、脳機能測定装置３による測定の際に、磁気センサ１で検出したマーカコイルから発生する磁場に基づき、デュワー２の３次元空間内でのマーカコイルの位置を算出する。そして、情報処置装置６は、予め有している磁気センサ１の３次元配置データ（磁気センサ１が配置されている位置を示すデータ）により、３次元空間内での被検者１０の頭部と磁気センサ１との位置関係を決定する。磁気センサ１の３次元配置データは、磁気センサ１の位置及び姿勢に関連したデュワーの構造データ（位置関係データ）とする。これにより、頭部基準点の位置をそれぞれの座標系で得ることができるので、座標系間の変換行列を求めることができる。

加えて、情報処置装置６は、画像取得装置５を利用して、被検者１０の脳と磁気センサ１の位置関係を正しく測定するようにしている。

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

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

画像取得装置５は、画像の撮像部として、カメラ５１（図７参照）を備えている。なお、カメラ５１は、デュワーと基準点とを含む範囲の画像を撮影できれば良い。また、カメラ５１の構成に関して、例えば、単眼のカメラを少なくとも１台備えていれば良い。画像取得装置５は、脳機能測定装置３による脳磁図等の測定中に、頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）とデュワー２を含む画像を取得する。詳細は後述するが、情報処置装置６は、画像中のデュワー２や頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）等から、被検者１０の頭部と磁気センサ１の位置関係を定めることができる。そのため、情報処置装置６は、脳機能測定装置３による脳磁図等の測定中に被検者１０の頭部が動いてしまったとしても、再度位置関係を定めることができる。本実施の形態によれば、被検者１０の頭部とデュワー２の位置関係をリアルタイムに定めつつ、頭部全体の脳神経活動を同時に計測することが可能となる。

次に、画像取得装置５が備えるカメラ５１による奥行方向の距離の計測手法について説明する。

まず、１台のカメラでの奥行方向の距離を計測する手法についての説明に先立ち、ステレオカメラ（２台のカメラ）を用いた奥行方向の距離を計測する手法について説明する。

ステレオカメラは２台のカメラを用いて対象画像を取得し、得られた２枚の画像同士に写る特徴点の視差から奥行方向の距離を計測する。

ここで、図６はステレオカメラを用いた奥行方向の距離の計測手法を説明する図である。図６に示すように、２台のカメラ１０１，１０２は、基線長ｂで配置される。また、距離計測対象の点Ｐとカメラ１０１，１０２との距離は、Ｚである。また、カメラ１０１，１０２の焦点距離は、ｆである。

距離計測対象の点Ｐの３次元座標は、左のカメラ１０１の座標系を原点とした場合には（Ｐｘ１、Ｐｙ１、Ｐｚ１）であり、右のカメラ１０２の座標系を原点とした場合には（Ｐｘｒ、Ｐｙｒ、Ｐｚｒ）である。

左右のカメラ１０１，１０２の座標系は、ｘ軸方向に基線長ｂだけ平行移動したものであるので、下記式（１）で表すことができる。
Ｐｘｒ＝Ｐｘ１－ｂ
Ｐｙｒ＝Ｐｙ１
Ｐｚｒ＝Ｐｚ１
・・・・・（１）

距離計測対象の点Ｐが撮像される点は、左のカメラ１０１の画像の座標上で（Ｘ１、Ｙ１）、右の１０２の画像の座標上で（Ｘｒ、Ｙｒ）とすると、三角形の相似により下記式（２），（３）が成立する。
Ｘ１＝ｆ・Ｐｘ１／Ｐｚ１・・・（２）
Ｘｒ＝ｆ・Ｐｘｒ／Ｐｚｒ・・・（３）

式（１），（２），（３）より、距離計測対象の点Ｐの３次元座標に関するパラメータを消去すると、距離計測対象の点Ｐとカメラ１０１，１０２との距離Ｚは、下記式（４）で表すことができる。
Ｚ＝ｆ・ｂ／（Ｘ１－Ｘｒ）・・・（４）

よって、２台のカメラ１０１，１０２から距離計測対象の点Ｐまでの奥行方向の距離Ｚは、焦点距離ｆと基線長ｂと視差（Ｘ１－Ｘｒ）で表すことができる。すなわち、取得した２枚の画像中の点Ｐの視差を検出することで、距離計測対象の点Ｐとカメラ１０１，１０２との距離Ｚが得られる。

次に、ステレオカメラの距離計測誤差について説明する。

画像上の視差の真値ｄｘと実測値ｄｘ´の間に微小な読み取り誤差△ｄｘが存在しているものとすると、
ｄｘ＝ｄｘ´＋△ｄｘ
である。

２台のカメラ１０１，１０２から距離計測対象の点Ｐまでの距離の真値をＺ、画像から読み取った視差から算出した１０１，１０２から距離計測対象の点Ｐまでの距離をＺ´とすると、奥行方向の距離計測誤差△Ｚは、式（４）より下記式（５）で表される。
△Ｚ＝Ｚ´－Ｚ
＝ｆ・ｂ／ｄｘ´－ｆ・ｂ／ｄｘ
＝ｆ・ｂ／ｄｘ´－ｆ・ｂ／（ｄｘ´＋△ｄｘ）
＝（ｆ・ｂ／ｄｘ´（ｄｘ´＋△ｄｘ））・Δｄｘ
＝（ｆ・ｂ／ｄｘ´）・（ｆ・ｂ／（ｄｘ´＋△ｄｘ））・（△ｄｘ／（ｆ・ｂ））
＝Ｚ・Ｚ´・（△ｄｘ／（ｆ・ｂ））
＝（Ｚ^２／（ｆ・ｂ））・△ｄｘ・・・（５）

よって、ステレオ画像によって得られる奥行方向の距離計測誤差△Ｚは、２台のカメラ１０１，１０２から距離計測対象の点Ｐまでの距離Ｚの２乗に比例し、基線長ｂに反比例する。

次に、ステレオカメラの奥行方向の距離の分解能について説明する。

画像の最小の分解能は、１ピクセルである。距離計測対象の点Ｐが左右の画像でそれぞれ±１ピクセルの誤差があるとすると、ピクセルサイズを（ｐｘ、ｐｙ）として、
Ｘ１´＝Ｘ１＋ｐｘ、Ｘｒ´＝Ｘｒ－ｐｘ
である。よって、ピクセルの読み取り誤差を含む視差から算出した点Ｐ´と２台のカメラ１０１，１０２との距離Ｚ´´は、式（４）より、
Ｚ´´＝ｆ・ｂ／（（Ｘ１＋ｐｘ）－（Ｘｒ－ｐｘ））
＝ｆ・ｂ／（Ｘ１－Ｘｒ＋２ｐｘ）
である。すなわち、画像の読み取り誤差の大きさ｜Ｚ´´－Ｚ｜は、
｜Ｚ´´－Ｚ｜＝｜ｆ・ｂ／（Ｘ１－Ｘｒ＋２ｐｘ）－ｆ・ｂ（Ｘ１－Ｘｒ）｜
である。

これは、式（５）において、
ｄｘ´＝Ｘ１－Ｘｒ、△ｄｘ＝－２ｐｘ
としたものであるから、式（５）より下記式（６）で表される。
｜△Ｚ｜＝｜（Ｚ^２／（ｆ・ｂ））・（－２ｐｘ）｜・・・（６）

次に、本実施の形態の画像取得装置５が備えるカメラ５１で奥行方向の距離を計測する手法について説明する。

ここで、図７は画像取得装置５が備えるカメラ５１を用いた奥行方向の距離の計測手法を説明する図である。図７に示すように、デュワー２の表面上に距離計測対象の点Ｐｄを、被検者１０の頭部表面上に距離計測対象の点Ｐｈを設ける。図７に示すように、カメラ５１の焦点距離は、ｆである。

カメラ５１の座標系を原点とした場合、距離計測対象の点Ｐｄの３次元座標は（Ｘｄ、Ｙｄ、Ｚｄｃ）であり、距離計測対象の点Ｐｈの３次元座標は（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈｃ）である。また、距離計測対象の点Ｐｄ及び距離計測対象の点Ｐｈが撮像される点は、画像中の座標でＰｄ（ｘｄ、ｙｄ）、Ｐｈ（ｘｈ、ｙｈ）とする。三角形の相似により、距離計測対象の点Ｐｄとカメラ５１との距離Ｚｄｃと、距離計測対象の点Ｐｈとカメラ５１との距離Ｚｈｃは、下記式（７），（８）で表される。
Ｚｄｃ＝（Ｘｄ／ｘｄ）・ｆ・・・（７）
Ｚｈｃ＝（Ｘｈ／ｘｈ）・ｆ・・・（８）

ここで、Ｘｄは、カメラ５１の座標系とデュワー２の座標系とのなす角が求まれば、デュワー２の３次元形状データにより既知の値である。カメラ５１の座標系とデュワー２の座標系とのなす角は、デュワー２の３次元形状データから抽出された少なくとも３点の位置関係を画像中で検出することによって計算可能な値である。

同様に、Ｘｈは、カメラ５１の座標系と被検者１０の頭部の座標系とのなす角が求まれば、被検者１０の頭部の３次元形状データにより既知の値である。カメラ５１の座標系と被検者１０の頭部の座標系とのなす角は、被検者１０の頭部の３次元形状データから抽出された少なくとも３点の位置関係を画像中で検出することによって計算可能な値である。

つまり、式（７），（８）において、Ｘｄ及びＸｈは既知の値であり、画像中からｘｄ及びｘｈを検出することにより、距離計測対象の点Ｐｈとカメラ５１との距離Ｚｈｃと、距離計測対象の点Ｐｄとカメラ５１との距離Ｚｄｃとを算出することができる。

次に、画像取得装置５が備えるカメラ５１を用いて奥行方向の距離計測誤差について説明する。

画像上における被検者１０の頭部表面上の距離計測対象の点Ｐｈのｘ座標の真値ｘｄと実測値ｘｄ´との間に、微小な読み取り誤差△ｘｄが存在しているものとすると、
ｘｄ＝ｘｄ′＋Δｘｄ
である。

また、カメラ５１からデュワー２の表面上の距離計測対象の点Ｐｄまでの距離の真値をＺｄｃ、画像から読み取ったカメラ５１から距離計測対象の点Ｐｄまでの距離をＺｄｃ′とすると、奥行方向の距離計測誤差ΔＺｄｃは式（７）より、
ΔＺｄｃ＝Ｚｄｃ′－Ｚｄｃ
＝（Ｘｄ／ｘｄ′）・ｆ－（Ｘｄ／ｘｄ）・ｆ
＝ｆ・Ｘｄ／ｘｄ′－ｆ・Ｘｄ／（ｘｄ′＋Δｘｄ）
である。これは式（５）において、ｂをＸｄ、ｄｘ′をｘｄ′、ΔｄｘをΔｘｄとしたものであるから、下記式（９）で表される。
ΔＺｄｃ≒（Ｚｄｃ^２／（ｆ・Ｘｄ））・Δｘｄ・・・（９）

よって、画像取得装置５によって得られる奥行方向の距離計測誤差ΔＺｄｃは、カメラ５１からデュワー２の表面上の距離計測対象の点Ｐｄまでの距離の２乗に比例し、デュワー２の３次元座標系におけるｘ座標に反比例する。

次に、画像取得装置５が備えるカメラ５１の奥行方向の距離の分解能について説明する。

前述したステレオカメラではカメラが２台あるため、１台あたりの読み取り誤差は１ピクセルでも、２台では最大で２ピクセルの読み取り誤差が生じることになる。これに対し、カメラ１台では読み取り誤差は、最大でも１ピクセルの誤差である。

画像取得装置５が備えるカメラ５１の場合、分解能は式（９）のΔｘｄをピクセルサイズｐｘとしたものである。よって、式（９）より、奥行方向の距離計測誤差ΔＺｄｃは、下記式（１０）で表すことができる。
ΔＺｄｃ≒（Ｚｄｃ^２／（ｆ・Ｘｄ））・ｐｘ・・・（１０）

具体的な数値に基づいて、ステレオカメラと１台のカメラにおける奥行方向の距離計測誤差ΔＺｄｃおよび分解能を比較する。

ここでは、カメラと距離計測対象物との距離は、Ｚ＝９００ｍｍとする。また、デュワー２及び被検者１０の頭部が画像に含まれるよう、被写体の水平方向の幅２００ｍｍの範囲を画像で取得する条件で考える。

また、カメラのイメージセンサを１／３型（水平方向４．８ｍｍ×垂直方向３．６ｍｍ）、画素数を約２００万画素（１９２０×１０８０）とすると、１ピクセルの幅は２．５μｍとなる。したがって、距離計測対象物からＺ＝９００ｍｍ離れた位置から水平方向２００ｍｍの画像を取得するとき、焦点距離ｆ＝２１．６ｍｍとなる。

以上の条件で、ステレオカメラの基線長を５０ｍｍ、視差の読み取り誤差を±１ピクセルとすると、距離計測誤差ΔＺは、式（５）より、
ΔＺ≒（Ｚ２／（ｆ・ｂ））・Δｄｘ
≒４ｍｍ
である。

また、分解能は、式（６）より、
｜ΔＺ｜≒｜（Ｚ^２／（ｆ・ｂ））・（－２ｐｘ）｜
≒４ｍｍ
である。

なお、ステレオカメラではさらに２枚の画像から同一の特徴点を探索する過程で視差にマッチング誤差が生じるため、さらに距離計測誤差および分解能が低下する。

一方で、画像取得装置５が備えるカメラ５１での距離計測誤差ΔＺｄｃは、デュワー２の表面上のＸｄ＝５０ｍｍの点Ｐｄにおいて、式（９）より、
ΔＺｄｃ≒（Ｚｄｃ^２／（ｆ・Ｘｄ））・Δｘｄ
≒２ｍｍ
である。

また、分解能は、式（１０）より、
ΔＺｄｃ≒（Ｚｄｃ^２／（ｆ・Ｘｄ））・ｐｘ
≒２ｍｍ
である。

以上により、画像取得装置５が備えるカメラ５１であっても、デュワー２及び被検者１０の３次元形状データを備えることで、奥行方向の距離を精度よく検出することができる。

次に、本実施の形態の情報処置装置６の機能のうち、特徴的な機能について説明する。図８は、情報処置装置６の機能を説明する図である。

情報処置装置６は、計測部６１と、位置関係決定手段である位置関係決定部６２と、を有する。

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

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

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

また、位置関係決定部６２は、カメラ５１（撮像部）により、異なる時刻に撮像された画像に基づいて被検者１０の頭部の位置変化を検出し、被検者１０の基準点と磁気センサ１との位置関係を再決定する。より詳細には、位置関係決定部６２は、マーカコイルにより発せられた磁場を検出する磁気センサ１の検出値および磁気センサ１の３次元配置データに基づいて、被検者１０の頭部の頭部基準点と磁気センサ１との位置関係を決定する。なお、基準点の位置は、デュワーにより近い被検者の頭部（例えば、被検者の顔面）がより好適である。

まず、情報処置装置６におけるデュワー２と頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）との位置関係の決定処理について説明する。

ここで、図９は情報処置装置６における処理を概略的に示す図である。図９に示すように、情報処置装置６の位置関係決定部６２は、まず、頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）とデュワー２を含む画像Ａを画像取得装置５から取得し、画像Ａ中でのデュワー２と頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）の位置関係を算出する。

次に、情報処置装置６の位置関係決定部６２は、３次元空間内でのデュワー２の形状と頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）との関係が、前述の位置関係になるような頭部基準点を算出する。

そして、情報処置装置６の位置関係決定部６２は、予め有している磁気センサ１の３次元配置データにより、３次元空間内での頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）と磁気センサ１との位置関係を決定する。

被検者１０の頭部に対する磁気計測は、この直後に行われる。

次いで、情報処置装置６における相対位置変化量取得処理について説明する。情報処置装置６の位置関係決定部６２は、脳機能測定装置３による脳磁図等の測定中に、測定時の時のデュワー２および被検者１０の頭部の計測方向・位置に基づく相対位置変化量を取得する。

相対位置変化量取得に関しては、まず、情報処置装置６の位置関係決定部６２は、磁気センサ１で検出したマーカコイルＭ１，Ｍ２，Ｍ３から発せられる磁場を取得すると同時に、被検者１０の頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）及びマーカコイル（磁気発生器）Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を含む画像Ａを画像取得装置５から取得する。被検者が小児の場合、マーカコイルなどの装着を嫌がる傾向があるが、この点について、本発明では、マーカコイルで位置計測した後は、マーカコイルを外してもよい。

次に、情報処置装置６の位置関係決定部６２は、上記とは異なる時刻において頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）を含む画像Ａを取得し、先に取得した画像Ａとの頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）との位置変化、すなわち被検者１０の頭部の位置変化を検出する。

これにより、情報処置装置６は、被検者１０が動いたとしてもその動いた後の被検者１の頭部の位置変化が検出されているため、デュワー２の３次元空間内での被検者１０の頭部の位置関係を正確に定めることができる。

このように本実施の形態によれば、頭部の位置補正用の画像を１つの撮像部で取得することを可能とすることができる。また、画像奥行方向の位置定義精度の低下を招くことなく、被検者の頭部とデュワーとの位置関係をリアルタイムに高精度で定めつつ、頭部全体の脳神経活動を同時に計測することができる。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。

第２の実施の形態は、デュワーの構造データとして、デュワー２の形状及び磁気センサ１の３次元配置データを用いる点が、第１の実施の形態と異なる。以下、第２の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

第１の実施の形態の情報処置装置６は、デュワーの構造データとして磁気センサ１の３次元配置データを用い、マーカコイルにより発せられた磁場を検出する磁気センサ１の検出値に基づき被検者１０の頭部及び磁気センサ１の位置関係を決定するようにした。

これに対して、本実施の形態の情報処置装置６は、デュワーの構造データとして、デュワー２の形状及び磁気センサ１の３次元配置データを用い、被検者１０の頭部及び磁気センサ１の位置関係を決定する。

ここで、図１０は第２の実施の形態にかかる情報処置装置６における処理を概略的に示す図である。まず、情報処置装置６におけるデュワー２と頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）との位置関係の決定処理について説明する。

図１０に示すように、情報処置装置６の位置関係決定部６２は、まず、頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）とデュワー２を含む画像Ａを画像取得装置５から取得し、画像Ａ中でのデュワー２と頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）の位置関係を算出する。

そして、情報処置装置６の位置関係決定部６２は、予め有しているデュワー２の形状および磁気センサ１の３次元配置データにより、３次元空間内での頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）と磁気センサ１との位置関係を決定する。

さらに、情報処置装置６の位置関係決定部６２は、異なる二刻間での頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）の位置変化により、磁気センサ１と頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）の相対位置変化量を算出する。

このように本実施の形態によれば、予め被検者１０の頭部の頭部基準点の３次元空間内での相対位置関係データ及びデュワー２の形状を有しておくことにより、脳神経活動計測中に取得される画像に基づき、画像奥行方向の位置定義精度の低下を招くことなく、被検者の頭部とデュワーとの位置関係をリアルタイムに高精度で定めつつ、頭部全体の脳神経活動を同時に計測することができる。

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。

第３の実施の形態は、画像取得装置５がデュワー２と被検者１０の頭部基準点とを含む３次元形状画像を取得する点が、第１の実施の形態および第２の実施の形態と異なる。以下、第３の実施の形態の説明では、第１の実施の形態または第２の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態または第２の実施の形態と異なる箇所について説明する。

第１の実施の形態の画像取得装置５は、被検者１０の頭部の２次元画像を撮像するものであった。これに対して、本実施の形態の画像取得装置５は、デュワー２と被検者１０の頭部基準点とを含む３次元形状画像を取得できるものである。

ここで、図１１は第３の実施の形態にかかる情報処置装置６における処理を概略的に示す図である。図１１に示すように、情報処置装置６は、まず、画像取得装置５からデュワー２と被検者１０の頭部の頭部基準点を含む３次元形状画像Ｂを取得する。

次に、情報処置装置６の位置関係決定部６２は、画像取得装置５により取得される被検者１０の３次元頭部形状データ及び３次元のデュワー２の形状データを含む画像に基づいて、被検者１０の３次元頭部形状データ中の複数の頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）とデュワー２との位置関係を対応付ける。

そして、情報処置装置６の位置関係決定部６２は、デュワーの構造データとしての予め有しているデュワー２の形状と磁気センサ１の３次元配置データにより、３次元空間内での頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）と磁気センサ１の位置関係を決定する。

さらに、情報処置装置６の位置関係決定部６２は、撮像部による異なる時刻に取得された画像での頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）の位置変化により、磁気センサ１と頭部基準点（シールＳ１，Ｓ２，Ｓ３）の相対位置変化量を算出する。

これにより、デュワー２の３次元空間内での頭部の位置関係を定めることができる。

１センサ
２デュワー
４生体情報計測装置
７断層像撮像装置
５１撮像装置
６１計測部
６２位置関係決定部
１００生体情報計測システム
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３磁気発生器

特開平３－２５１２２６号公報特開平４－３０３４１７号公報特開平４－２２６６３１号公報特開平４－１０９９３０号公報特開平４－１０９９３２号公報

Claims

生体信号検出用の多数のセンサが配置され、被検者の頭部を覆うデュワーと、
前記センサで検出した生体信号に基づいて脳神経活動を計測する計測部と、
前記被検者に関連して設定された少なくとも３点以上の基準点と前記デュワーを含む画像とを取得する一の撮像部と、
複数の前記基準点と前記デュワーの位置関係データとにより、前記被検者の基準点と前記センサとの位置関係を決定し、前記撮像部による異なる時刻に取得された前記画像に基づいて、前記基準点と前記センサとの前記位置関係を再決定する位置関係決定部と、
を備えることを特徴とする生体情報計測システム。
前記被検者に少なくとも３つ設けられた磁気発生器を備え、
前記デュワーの位置関係データは、前記センサが配置されている位置を示すデータであり、
前記位置関係決定部は、前記磁気発生器により発せられた磁場を検出する前記センサの検出値および前記センサが配置されている位置を示すデータに基づいて、前記被検者の基準点と前記センサとの位置関係を決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測システム。
前記デュワーの位置関係データは、前記デュワーの形状と前記センサが配置されている位置を示すデータであり、
前記位置関係決定部は、前記画像に基づいて複数の前記基準点と前記デュワーとの位置関係を対応付け、前記デュワーの形状と前記センサが配置されている位置を示すデータにより、３次元空間内での前記被検者の基準点と前記センサとの位置関係を決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測システム。
前記一の撮像部は、３次元形状画像を取得可能であり、
前記デュワーの位置関係データは、前記デュワーの形状と前記センサが配置されている位置を示すデータであり、
前記位置関係決定部は、前記一の撮像部により取得される前記被検者の３次元頭部形状データ及び３次元の前記デュワーの形状データを含む画像に基づいて、前記被検者の３次元頭部形状データ中の複数の前記基準点と前記デュワーとの位置関係を対応付け、前記デュワーの形状と前記センサが配置されている位置を示すデータにより、３次元空間内での前記被検者の基準点と前記センサとの位置関係を決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測システム。
前記基準点は、前記被検者の頭部の特徴点である、
ことを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載の生体情報計測システム。
前記基準点は、前記一の撮像部で撮影可能な既知の寸法を有する印を備える、
ことを特徴とする請求項１ないし５の何れか一項に記載の生体情報計測システム。
前記基準点は、上顎骨、前頭骨、鼻骨、頬骨または側頭骨と接する皮膚上のいずれかに備えられている、
ことを特徴とする請求項１ないし６の何れか一項に記載の生体情報計測システム。
生体信号検出用の多数のセンサが配置され、被検者の頭部を覆うデュワーと、前記センサで検出した生体信号に基づいて脳神経活動を計測する計測部と、前記計測部に関連して設定された少なくとも３点以上の基準点と前記デュワーを含む画像とを取得する一の撮像部と、を備える生体情報計測システムを制御するコンピュータを、
複数の前記基準点と前記デュワーの位置関係データとにより、前記被検者の基準点と前記センサとの位置関係を決定し、前記撮像部による異なる時刻に取得された前記画像に基づいて、前記基準点と前記センサとの前記位置関係を再決定する位置関係決定手段として機能させるための生体情報計測用プログラム。