JPH04174643A - 生体内活動電流イメージング装置 - Google Patents

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】 〔概要〕 生体内活動電流イメージング装置に関し、電流源位置の
特定精度を高めることを目的とし、断層画像データを受
け取る入力部と、磁場分布を測定する磁場測定部と、呼
吸動作に同期した断層画像データから形状導体モデルを
作成し、推定した電流源位置に基づく形状導体モデルの
磁場分布の計算を実行し、この計算磁場分布データと測
定磁場分布データとを照合し、両者の誤差が許容範囲に
はいってない場合は電流源位置をシフトさせて磁場分布
の計算および照合を繰り返し、許容範囲にはいっている
場合はそのときの電流源位置を心臓部位自活動電流の位
置であると推定する電流源位置演算部と、この電流源位
置のデータと断層画像データとを重ねて表示する表示部
とを備えた生体内活動電流イメージング装置において、
前記同期と同一の、呼吸動作に対する関係を持った呼吸
同期パルスを出力する呼吸同期パルス作成部を設け、こ
の呼吸同期パルスにより求められる、呼吸動作に同期し
た磁場分布データを測定磁場分布データとして用いる構
成を有する。

［産業上の利用分野〕 本発明は、生体内活動電流イメージング装置、例えば心
臓部位自活動電流の電流源位置を推定し、この推定位置
データを心臓および周辺の断層画像データに重ねて表示
する生体内活動電流イメージング装置に関する。

筋肉や神経の興奮に伴う生体内活動電流は磁場を作るが
、その大きさは非常に小さい（比較的強い心臓ｍ場で、
地球磁場の１０万分の１）ものである。そして、この磁
場の測定装置として、多数の５ＱＵＩＤ（超伝導量子干
渉デバイス）からなるマルチチャンネル５ＱＵＩＤ磁束
計が用いられている。本発明は、このように非常に小さ
な磁場を測定してその発生源である心臓電流源位置など
を推定し、心筋梗塞や不整脈などの患部の位置を特定す
る医療診断装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、心臓部位などの生体内に異常があると、その部
位の生体内活動電流のパスが変化する。そして、この変
化に基づく体の外部の磁場分布変化を前記マルチチャン
ネル５ＱＵＩＤ磁束計により求めているが、この磁場分
布についてのデータだけでは生体内活動電流の電流源位
置、すなわち心臓部位の患部を正確に特定することは各
個人の体格の違いなどの影響により困難である。

そこで、従来、心臓部位の生体内活動電流の電流源位置
を、第５図に示す装置を用いて特定していた。

図において、５１はＣＴスキャナやＭＨＩなどの断層撮
影装置、５２は心電計、５３はマルチチャンネル５ＱＵ
ＩＤ磁束計、５４は電流源位置演算部、５５は表示部で
あり、マルチチャンネル５ＱＵＩＤ磁束計５３、電流源
位置演算部５４および表示部５５で生体内活動電流イメ
ージング装置５０を構成している。

そして、電流源位置の特定は、電流源位置演算部５４に
おいて次の手順で行なわれる。

すなわち、 ■′断層撮影装置で求めた断層画像データを取り込む。

なお、断層撮影自体はあらかじめ磁場分布の測定とは別
に行なわれ、また呼吸動作と同期した断層画像デ〜りを
求めることが一般的である。

■′この断層画像データから診断対象部の２次元。

３次元の形状導体モデルを作成する。この際、必要に応
じてスムージング処理などを実行している。

■′心電計５２のデータなどに基づいてこの形状導体モ
デルにおける電流源位置（電流ダイポール位置）を仮定
し、すなわち初期値の設定を行い、この電流源位置に基
づいて形状導体モデルの外部の磁場分布を計算する。

■′この計算磁場分布データと、実際にマルチチャンネ
ル５ＱＵＩＤ磁束計５３で測定した胴体外部の測定磁場
分布データとを照合する。なお、この磁束計は、心電計
５２の心拍同期パルスによって心拍に同期した測定磁場
分布データを出力するように構成されている。

■′両者の誤差が所定の許容範囲にはいるかどうかを判
断して、「ＯＫ」でな□い場合は電流源位置をシフトさ
せて「磁場分布計算−照合」の処理を繰り返し、ｒＯＫ
Ｊの場合はこのときの電流源位置データを表示部５５に
送る。

の手順で電流源の位置を推定し、この位置データを、呼
吸動作に同期した断層画像データに重ねて表示する。

また、前記形状導体モデルとして、心臓の場合には均質
無限導体を、脳の場合には均質あるいは多層の同心円導
体球を用いて電流源位置の推定を行っている。

また、より精度よく脳や心臓の電流源位置を推定する手
法としては、ＣＴスキャナやＭＲＩなどからの画像デー
タを元に人体の各臓器のモデルを構築し、脳内や胸部内
の各臓器の抵抗率の違いを考慮して電流源位置を推定す
るものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように、従来の生体内活動電流イメージング装置
では、断層画像データと胴体外部の測定磁場分布データ
とに基づいて心臓電流源位置を特定している。このとき
、断層画像データは呼吸動作と同期して求絶ているが、
胴体外部の測定磁場分布データは呼吸動作に対して任意
のタイミングで、すなわち肺の膨張・収縮の状態を考慮
することなく求めている。そのだと、断層画像データか
ら作成した形状導体モデルと、この形状導体モデルの見
本であるべき、胴体外部の測定磁場分布データを求めた
ときの測定対象部位の形状との間に大きな誤差、例えば
肺が膨張した状態での形状導体モデルと肺が収縮した状
態での測定対象部位の形状との間での誤差が生じること
があり、心臓電流源位置の特定精度を上げることができ
ないという問題点を有していた。そして、心臓の場合、
呼吸による胴体形状の変形や肺などの内部組織の移動を
伴うたと、以上のことは特に顕著である。

そこで、本発明では、胴体外部の測定磁場分布データも
呼吸動作に同期したデータを用いることにより、形状導
体モデルを正確なものにして電流源位置の特定精度を高
給ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、生体内活動電流イメージング装置における測
定磁場分布データとして、従来、呼吸動作に対して任意
のタイミングのデータを用いていたことに代え、呼吸動
作に同期したデータを用いるようにしたことを特徴とす
る。

第１図は本発明の原理説明図である。

第１図において、 １は、生体内活動電流イメージング装置であり、電流源
位置の初期値設定用データを心電図から受け取る。

２は、入力部であり、あらかしと断層撮影装置により求
めである、呼吸動作に同期した断層画像データを受け取
る。

３は、電流源位置演算部であり、従来と同じ手順で、形
状導体モデルにおける心臓電流源位置を推定する。

４は、磁場測定部であり、マルチチャンネル５ＱＵＩＤ
磁束計で構成されており、心臓部位の活動電流によって
生じる胴体外部の磁場分布を測定する。

５は、表示部であり、電流源位置演算部３で特定した位
置データを断層画像データに重ねて表示する。

６は、呼吸同期パルス作成部であり、呼吸動作に同期し
た胴体外部の測定磁場分布データを電流源位置演算部３
に送るた約の呼吸同期パルスを作成する。また、磁場測
定部４は、もともと心拍に同期した測定磁場分布データ
を出力しているので、呼吸動作と心拍とに同期した測定
磁場分布データが電流源位置演算部３に送られることに
なる。

なお、呼吸同期パルスや心拍同期パルスを断層画像デー
タおよび測定磁場分布データとともにいったん電流源位
置演算部３の記憶装置などに格納し、その後、呼吸同期
パルスなどを元にこれらのデータを再構成することによ
り、電流源位置の推定を行なうようにしてもよい。

〔作用〕

本発明の作用を第１図および第２図により説明する。

第２図は、呼吸同期パルスおよび心拍同期パルスについ
ての説明図である。

図において、２１は呼吸に伴う胸壁などの変位信号、２
２は心電計５２の出力、２３は変位信号２１に同期゛　
した呼吸同期パルス、２４は心電計５２の出力２２に同
期した心拍同期パルス、２５は変位信号２１および心電
計５２の出力２２に同期した呼吸・心拍同期パルスであ
る。

なお、第２図では、肺が最も膨らんだときの変位に対応
した呼吸同期パルスを作成しているが、肺が最も縮んだ
ときゃその中間の変位に対応した呼吸同期パルスを作成
してもよい。

電流源位置演算部３には、呼吸同期パルス２３で求めた
断層画像データ、呼吸・心拍同期パルス２５で求めた胴
体外部の磁場データおよび初期値設定用データとしての
心電計出力が人力されている。

そして、この断層画像データから形状導体モデルを作成
し、次にこの形状導体モデルにおける適当な電流源（電
流ダイポール）位置を仮定、すなわ求めた胴体外部の測
定磁場分布データとを照合し、両者の誤差が所定の許容
範囲にはいるかどうかを判断して、ｒＯＫＪでない場合
は電流源位置をシフトさせて「磁場計算−照合」の処理
を繰り返し、「ＯＫ」の場合はこのときの電流源位置デ
ータを表示部５に送り、先に人力した断層画像データに
重ねて表示する。そして、この表示は心ｍ部位における
活動電流源の位置を示しており、患部の位置を正確に求
めることができる。

〔実施例〕 第３図〜第４図を参照して本発明の詳細な説明する。

第３図は、電流源位置演算！ａ３での処理手順について
の実施例を示す説明図である。

すなわち、 ■　呼吸同期パルスであらかじ給求めである断層画像デ
ータを取り込む。なお、断層画像データは、イサーネッ
ト等のネットワークやフロッピーディスク等の記録媒体
を介して久方Ｒ２に送られる。

■　形状データを得るための輪郭抽出を行う。

■　この輪郭抽出したデータを元に、磁場計算に必要な
２次元または３次元の形状データを作成する。

■　数値計算を容易にするため、表面部の形状データに
ついてスムージング等のデータ加工を行う。

■　このデータ加工後の形状データを元に、心電計出力
などを用いて逆問題を解く、すなわち適当な位置に電流
源（電流ダイポール）を仮定して磁場分布の計算を実行
する。なお、磁場分布の計算に際しては、胴体、肺、心
臓などの各組織を均質の導体としてそれぞれの一般的な
抵抗率を用い、また各組織の形状毎に境界条件をさだめ
て有限要素法や境界要素法を用いることにより導体内の
電位分布を求め、それを元に、導体外部で観測される磁
場分布を求める。

■　この計算磁場分布データと、磁場測定部において呼
吸・心拍同期パルスで実際に計測した、胴体外部の測定
磁場分布データとの誤差が最小となる電流源の位置を求
める。このとき、電流源の設定位置を順次シフトさせて
両者の誤差を求めている。

の手順で、磁場の原因である電流源の位置を推定し、こ
の位置データを表示部に送る。

なお、胴体の形状、心臓内の伝導率の高い血液。

伝導率の低い肺などが電流源位置の推定に大きく影響を
与える。また、電流源の位置や強度を推定するには、計
算した磁場と計測した磁場との誤差の２乗和が最小にな
るように、ニュートン法やフルカート法を利用する。

第４図は、マルチチャンネル５ＱＵＩＤ磁束計を用いた
磁場測定部の実施例を示す説明図である。

図において、４１は胸壁、４２は心臓の内壁および外壁
、４３は肺、４４はレーザ光、４５はレーザ光の照射お
よび検出装置、４６は胸壁に取り付けた反射板、６０は
磁束を拾った狛に複数個設けたピックアップコイル、６
１はピックアップコイルそれぞれが拾う磁束を受けるた
約の５ＱＵＩＤ、６２は液体ヘリウム、６３は液体ヘリ
ウムなどを収容するデユアである。また、点′ａ部分は
呼吸による胸壁、肺の変位を示している。

ここで、検出装置４５は反射板４６への照射光と反射板
４６からの反射光との位相差により反射板４６の変位、
すなわち胸壁４１の変位を求め、この変位に基づいて呼
吸同期パルス２３を作成している。なあ、胸壁４１に圧
電素子を取り付け、胸壁４１の変位に伴う圧電素子の８
カ電圧の変化を求めて呼吸同期パルス２３を作成しても
よい。

また、これらの装置は心臓以外の臓器の生体内活動電流
をイメージングする場合においても、呼吸活動による胸
部の変位を考慮した位置推定を行なうために応用可能で
ある。

〔発明の効果〕

本発明は、呼吸動作に同期した呼吸同期パルスを出力す
る呼吸同期パルス作成部を設け、この呼吸同期パルスで
、すなわち呼吸動作に対して、形状導体モデルを作成す
るたｔの断層画像データを断層撮影装置で求めたときと
同一の関係で取り出した測定磁場分布データを用いて形
状導体モデルでの電流源位置を推定する構成にしている
ため、呼吸による人体形状の変化をも考慮した高精度の
電流源位置推定が可能となり、活動部位を正確に特定で
き、心筋梗塞や不整脈の患部の位置推定の精度を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は呼吸同期パルス
および心拍同期パルスについての説明図、第３図は電流
源位置演算部での処理手順についての実施例を示す説明
図、第４図はマルチチャンネル５ＱＵＩＤ磁束計を用い
た磁場測定部の実施例を示す説明図、第５図は従来の生
体内活動電流イメージング装置を示す説明図である。 第１図において、 １・・・生体内活動電流イメージング装置２・・・人力
部 ３・・・電流源位置演算部 ４・・・胴体外部の磁場測定部 ５・・・表示部 ６・・・呼吸同期パルス作成部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）断層画像データを受け取る入力部と、磁場分布を
   測定する磁場測定部と、呼吸動作に同期した心臓および
   周辺の前記断層画像データから形状導体モデルを作成し
   、次に、推定した電流源位置に基づく当該形状導体モデ
   ルの磁場分布の計算を実行し、次に、この計算磁場分布
   データと前記測定による測定磁場分布データとを照合し
   、両者の誤差が許容範囲にはいってない場合は前記電流
   源位置をシフトさせて前記磁場分布の計算および前記照
   合を繰り返し、また許容範囲にはいっている場合はその
   ときの前記電流源位置を心臓部位内活動電流の位置であ
   ると推定する機能を持つ電流源位置演算部と、この電流
   源位置のデータと前記断層画像データとを重ねて表示す
   る表示部とを備えた生体内活動電流イメージング装置に
   おいて、 当該生体内活動電流イメージング装置に、前記同期と同
   一の、呼吸動作に対する関係を持った呼吸同期パルスを
   出力する呼吸同期パルス作成部を設け、 この呼吸同期パルスにより求められる、呼吸動作に同期
   した胴体外部の磁場分布データを前記測定磁場分布デー
   タとして用いるようにしたことを特徴とする生体内活動
   電流イメージング装置。
2. （２）呼吸同期パルスが、胸壁に取り付けた光反射板へ
   の照射光と当該反射板からの反射光との位相差から求め
   たものである請求項１記載の生体内活動電流イメージン
   グ装置。
3. （３）呼吸同期パルスが、胸壁に取り付けた圧電素子の
   出力電圧から求めたものである請求項１記載の生体内活
   動電流イメージング装置。
4. （４）胸部内の心臓以外の臓器内の活動電流をイメージ
   ングする装置において、呼吸に同期した断層像を電流源
   推定のための形状データとして用いる生体内活動電流イ
   メージング装置。