JPH04152934A - 生体磁気計測における磁場発生源の推定手法 - Google Patents

生体磁気計測における磁場発生源の推定手法

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JPH04152934A
JPH04152934A JP2276297A JP27629790A JPH04152934A JP H04152934 A JPH04152934 A JP H04152934A JP 2276297 A JP2276297 A JP 2276297A JP 27629790 A JP27629790 A JP 27629790A JP H04152934 A JPH04152934 A JP H04152934A
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JP
Japan
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magnetic field
measurement
coil
value
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JP2276297A
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Kensuke Sekihara
謙介 関原
Yukiko Ogura
小椋 有希子
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は生体表面の磁場分布を測定し、そのデータから
生体内部の磁場発生源の分布を推定し表示する生体磁場
計測装置における磁場発生源の推定方法に関する。
〔従来の技術〕
生体外部の磁場測定値から生体内部の電流分布の推定は
通常以下のように行なわれる。以下、ここでは生体磁場
計測でも代表的な脳磁計測を例とする。
座標系を第1図のように定義する。図ではrnの位置に
ベクトルQ++で表わされた電流が存在すると仮定する
。脳磁気計測の分野では脳の境界を球面と仮定できる限
り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。
また、第1図でr、は測定点の座標である。
さて、脳内にN個の電流ダイポールを仮定すると、r、
の点での磁束密度ベクトルB、はで表わされる。
通常磁束計で測定できるのはB、の法線成分である。さ
て、r、の位置で実際に得られる測定値をり、とする。
また、各ダイポールの位置および電流ベクトルの推定値
を′を付けて表わすと推定値から計算される仮想的な測
定値り、は、通常、測定点は球面に乗っていると仮定で
きるので と計算できる。ここで・はベクトル内積を表わす。
ここで、コスト関数を 阿 と定義する。(3)式は推定データと実際の測定データ
との一致度を表す。
従来、最適推定値は上の(3)式で定義されたコスト関
数を最小にするrx+・・・ rN+ q□、・・QN
として求める。
さて、(2)式によるり、の]算はプローブコイルが球
面に沿って配置されている場合にのみ有効である。従来
、IIi磁計測ではシングルチャネルの磁束計により、
磁束計を脳表面に沿って動かしながら行なわれ、この場
合には脳表面は近似的に球面と仮定できるので(2)式
を用いることができる。
(発明が解決しようとする課題〕 生体磁気計測においては最近、多チャンネルの磁束計が
導入されつつある。多チャンネルの磁束面あるいは平面
である。したがってこの場合、検出コイルは球面に沿っ
て配置されていると言う仮定が成り立たず(2)式を用
いることにより、推定結果に一誤差を含むことになる。
そこで本発明の目的は、検出コイルが脳から近似できる
球面に沿って配置されていない場合にも誤差を生じない
推定法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するためには(2)式のかわりに を用いる。ここで81は第2図に示すごとく第m番目の
検出コイルのコイル面に垂直な単位ベクトルである。
〔実施例〕
脳磁計測を例として本発明の詳細な説明する。
本発明が対象とするのはすでに述べたごとく多チヤンネ
ル磁束計を用いる場合である。第3図に多チャンネル脳
磁計測システムの構成図を示す。同図において被検体9
からの生体磁気信号は8の検出コイル7の5QUIDお
よび1の受信回路により検出され、2のシグナルプロセ
ッサーおよび3のフィルターによりノイズ低減がはから
れる。その信号から4のコンピュータにより腸内部の電
流ダイポールを推定し11のCRTデイスプレィに表示
する。ここで6はヘリウムデユワ−95はデユワ−を支
持するガントリーである。また10は受信回路の動作点
およびガントリー位置などを制御するコントローラーで
ある。
さて、このようにして測定された頭部周囲の測定点から
磁場発生源となっている脳内の電流ダイポールの空間座
標と電流ベクトルの推定を本発明を用いて以下の通りに
行なうことができる。
頭部表面の測定点の個数をMとし、1からMまで番号付
けを行なう。第m番目の測定点の位置をベクトルr、で
表わし、その点における磁場の測定値をり、と表記する
電流ダイポールが脳の内部にN個含まれていると仮定す
る。
電流ダイポールの推定位置をrイ、推定電流ベクトルを
qoで表わす。ここでn=1.2.・・Nである。さて
、推定値から計算によって求められた第m測定点におけ
る測定値をり、とする。D。
は前述の(4)式から計算するのであるが、ここで各コ
イル面に垂直な単位ベクトル8、は検出コイルが配置さ
れている面に合わせてそれぞれ計算する。
第4図は底面が平面であるようなデユア−内に設置され
た多チャンネル検出器の場合であり、この場合当然なが
ら検出コイルは平面に沿って配置される。この場合a、
は次の様に計算される。まずダイポールの推定位置r。
を記述するための座標原点○を適当に定め○を通って、
コイルが配置されている平面に垂直な直線を引く。この
直線がこの平面と交差する点を○′として○′を原点と
して平面内におけるコイルの位置を記述する。
O′ とm番目のコイルの中心を結ぶベクトルをulと
すると で表わされる。
したがって、 式を用いDl は から計算する。
第5図はデユワ−の底が球面となっていて、検出コイル
がこの球面に沿って配置された場合であり、この場合の
この球面はデユワ−の構造および強度などから決まるも
のである場合が多く、その球面の中心Odi才脳の外側
となる場合も考えられる。ダイポール推定においてはダ
イポールの座標を記述する原点は脳内にある方が便利で
ある場合も多いので、O−とは別に座標原点Oを定義す
る。
この場合○から04を結ぶベクトルをCで表わす。
すると r、   C で表わされ、D、は (4)式を用いて、 から計算する。
さて、 電流ダイポールのパラメータr□。
QNは、 上で計算したり、と実際の 測定値り、の差から定義された関数 (r□。
rz+ r N。
ql ! QZ+ qN) 河 = Σ l (D、−D、) を最小にする’1+ ”’+  rN+ Qxy ”’
+ QNを最適推定値として求める。
さて、(9)式により定義された関数E(ri+r n
+ qn (n ” 1 t ”’+ N)は以下の様
に求める。
コスト関数Eはその変数に関し非線型であり、局所的な
最小値を持つ、したがって、従来知られている非線型最
適化手法では真の最小値(大域的最小値)を求めること
は不可能である。ここではこのような場合でも大域的最
小値を求めることのできる最近提案されたシミュレーテ
ィド・アニーリング(Simulated annea
ling)を用いた最適化手法を用いた場合について説
明する。
Simulated ainealingにおいては、
まず各変数に対し1回の試行ごとに変位量を決定する。
ここでは、各ダイポールごとに異なった変位量を設定す
る理由も特にないので、変数’it・・・、  rlv
に対して1Δq1を設定する。1Δr1は1mmから1
0mm程度、1Δq1は予想される1qnlの最大値の
1/10〜1/100程度に設定する。
また、最初大きめに設定し、後述する温度とともに徐々
に小さくしていく方法もある。
次に十分大きくパラメータTを設定する。TはΔE>O
でも変位を受は入れる確率を決めるパラメータであり、
温度と呼ばれる。試し計算により八Eを計算し、exp
  (−ΔE/T)〜0.8〜0.9となるようにTを
設定する。
さて、温度パラメータTと座標推定値に対する変位量の
絶対値1Δr1および電流ベクトルに対する変位量の絶
対値1Δq1を決めた後、第6図のフローチャートにし
たがい計算を行なう。なお同図のフローチャートではダ
イポール座5rn(n 〜1 y 2 r ”’+ N
)は Xn (n=1.2゜、N)で各ダイポールの電
流成分 an(n=1 、2. =−、N)はXn(n
 =N+ 1 。
2N)で表わしている。
まず、#1のステップに示されるごとく変位ベクトルΔ
χ、を決める。これは変数xnが座標であるなら (ΔX、)、= (Δxn)y= (ΔX、L= Δ r   sinθ CoSψ Δ r   sinθ sinψ Δ r   cosθ を用い、 ×r、が電流ベクトルであるなら (ΔXn)X=l Δqlsinθ cosψ(Δxn
)、=l Δqlsinθ sinψ(ΔXn)2= 
l  Δqlcosθを用いて、θをOくθく2πの一
様乱数で、ψを○くψくπの一様乱数で発生して決める
次に#2で示すごとく変数×4をx、、+△x1でおき
かえる。
さらに#3に示すととくΔxkを与える前と後のEの差
ΔEを ΔE=E (×2.・・・、Xn+Δxn、・・・、X
2N)−E (xよ、・・・、X、、・・・、X2N)
から計算する。ここでΔE<Oであれば変位ΔX、、を
受は入れる。すなわちX。+Δ×□を新しい×。とする
。また、ΔE>Oである場合は#4のステップに示され
るようにP(ΔE)=exp(−八E/T)に従がって
変位ΔXnを受は入れるか、拒絶するかを決める。
01〜#4の一連のステップを各パラメータn=1〜2
Nまでひととおり行ない、これをN T ” ” x回
くり返す。N 丁11 a Xとしては例えば10〜2
0程度の値が適当であろう。
ここで、第2図のフローチャートにおけるN1はコスト
関数を減らす方向の変位で受けいれられたものの数、N
2はコスト関数を増やす方向の変位で受は入れられたも
のの数、N、は拒絶された変位の数である。ある温度か
ら温度をさげるかは、NニーN、 l /N1の値がε
の値以下になるがどうかで判断する。Eはたとえば0.
02程度に設定する。($5)ここで温度TとはΔE>
Oとするような変位を受は入れる確率をコントロールす
るパラメータであり、徐々に下げて行く。温度の下げ方
としては第2図のフローチャートに示すとと<Thをに
番目の温度段階として、 Tk=ξTi+−1とする方法がまず考えられる。この
ときξとしては0.9〜0.95程度の値を用いる。
別の下げ方T k= T o / (1+ k )ある
いはT h =T o / log (e + k )
も文献H,スーr7フーストシミユレーテツドアニーリ
ング」フイジックスレタースA  Vol、 122 
、 P 157 、 1987 (H。
Szu et al、、 Fast Sim+ulat
ed Annealing”(Physics Let
ters^、 Vol122. P2S5.1987)
に提案されている。
NニーN2+/N□くεである場合にはあらかじめ決め
られた下げ方に従がって温度を下げカウンターN x 
= N z = N x = Oト’J ’tz 7 
トL/、#1〜#4をN Tm & X回くり返し、ま
た#5の判定を行なう。アニーリングプロセス全体の終
了はN1+N2=0であるかどうかを見て決める。
以上1本実施例では最適化演算にSimulateda
nnealingを用いる事を例として説明したが、本
発明はこれに限るものではない。局所的最小値を含む関
数から真の最小値を見出すことのできる他のアルゴリズ
ム、例えばJ、 H,Holland氏提案のGene
tic A1gorith+++なども用いることがで
きる。このアルゴリズムについては(J、H。
Ho1land rAdaptation in Na
tural andArtificial Syste
mSJThe University ofMichi
gan Press 1978)で提案され議論されて
いる。
〔発明の効果〕
以上述べたごとく本発明によれば、検出コイルが頭部表
面とは異なった球面あるいは平面に沿って配置されてい
る場合でもこれによる誤差のないダイポールパラメータ
の推定を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は脳磁計測の概念図を示す。 第2図は検出コイルの位置を記述するベクトルr、とコ
イル面の法線方向の単位ベクトルa1を示す・ 第3図は多チヤンネル生体磁気計測システムの構成図を
示す。 第4図は底面が平面であるデユア−内に設置された多チ
ヤンネル脳磁針による磁場源推定における座標系を示す
。 第5図は底面が球面であるデユア−内に設置された多チ
ヤンネル脳磁針による磁場源推定を行なうための座標系
を示す。 第6図はシミュレーテッドアニーリングを行なうための
フローチャートを示す。 茅 / 図 第2図 浮魚 不3図 第φ図 ≠r;図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、生体の活動にともなって発生する磁場を測定し、こ
    の測定値を用いて生体内部の磁場発生源を推定するため
    の計算手法において、磁場発生源の座標推定値と電流ベ
    クトル推定値から計算によって求まる各測定点における
    磁場測定値からその測定点における実際の磁場測定値を
    引き算したものの絶対値の正の実数乗の全測定点にわた
    る総和を計算した結果を含む関数を最小とならしめる前
    記磁場発生源の座標推定値と電流ベクトル推定値を求め
    る推定手法において、前記計算によって求まる各測定点
    における磁場測定値を求めるに際して、前記座標推定値
    と電流ベクトル推定値を用いてビオ・サバールの法測か
    ら求まる前記各測定点における磁場ベクトルと各測定点
    での検出コイルのコイル面の法線方向の単位ベクトルと
    のベクトルの内積を計算することを特徴とする生体磁場
    計測装置における磁場源推定手法。 2、前記コイル面の法線方向の単位ベクトルとして、各
    検出コイルが平面に沿って配置されている場合、任意に
    設定した座標原点を始点とし、コイルの中心を終点とす
    るベクトルから、座標原点を通り前記平面に垂直な直線
    と前記平面との交点を始点としコイルの中心を終点とす
    るベクトルを引いた結果のベクトルをその絶対値で割り
    算したベクトルを用いることを特徴とする請求項1に記
    載の生体磁気計測における磁場源推定手法。 3、前記コイル面の法線方向の単位ベクトルとして、各
    検出コイルが球面に沿って配置されている場合、任意に
    設定した座標原点を始点とし、コイルの中心を終点とす
    るベクトルから、座標原点を始点とし、前記球面の中心
    を終点とするベクトルを引いた結果のベクトルをその絶
    対値で割った結果を前記単位ベクトルとして用いること
    を特徴とする請求項1に記載の生体磁気計測における磁
    場源推定手法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9024858B2 (en) 2011-10-26 2015-05-05 Samsung Display Co., Ltd. Display panel with improved gate driver
CN114577100A (zh) * 2022-02-21 2022-06-03 成都思瑞定生命科技有限公司 磁场目标定位计算方法

Cited By (3)

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