JPH06217954A - 生体内電位、磁場分布発生源推定方法 - Google Patents
生体内電位、磁場分布発生源推定方法Info
- Publication number
- JPH06217954A JPH06217954A JP5009783A JP978393A JPH06217954A JP H06217954 A JPH06217954 A JP H06217954A JP 5009783 A JP5009783 A JP 5009783A JP 978393 A JP978393 A JP 978393A JP H06217954 A JPH06217954 A JP H06217954A
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- JP
- Japan
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- magnetic field
- electric potential
- potential
- field distribution
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- Pending
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- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 生体表面上の電位、磁場分布の測定データか
らその発生源（電流双極子で表現）を、生体内の導電率
の不均一性及び形状を考慮して電位、磁場分布の両方の
測定データを用いて高精度に推定する方法を提供するこ
と。 【構成】 生体内に仮定した電流双極子が作る生体表面
上の電位、磁場分布を計算するモデルにおいて、上記計
算モデルの計算誤差と、電流双極子の深さ方向の位置ず
れに対する計算値のずれから、電位、磁場分布の測定デ
ータの評価の比重を決める。
らその発生源（電流双極子で表現）を、生体内の導電率
の不均一性及び形状を考慮して電位、磁場分布の両方の
測定データを用いて高精度に推定する方法を提供するこ
と。 【構成】 生体内に仮定した電流双極子が作る生体表面
上の電位、磁場分布を計算するモデルにおいて、上記計
算モデルの計算誤差と、電流双極子の深さ方向の位置ず
れに対する計算値のずれから、電位、磁場分布の測定デ
ータの評価の比重を決める。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は生体内の電位、磁場分布
発生源の推定、とくに脳電位及び脳磁場分布の発生源の
推定、すなわち脳神経系の活動部位を推定する方法に関
するものであり、とくに、医学における脳の病理源推定
や、脳の機能解明のための方法に供することが出来る。
発生源の推定、とくに脳電位及び脳磁場分布の発生源の
推定、すなわち脳神経系の活動部位を推定する方法に関
するものであり、とくに、医学における脳の病理源推定
や、脳の機能解明のための方法に供することが出来る。
【０００２】
【従来の技術】脳内の神経系の活動電流は頭皮上に電位
及び磁場分布を生じる。従って、頭皮上での電位及び磁
場分布を調べることが脳神経系の機能の解明の有効な方
法となる。
及び磁場分布を生じる。従って、頭皮上での電位及び磁
場分布を調べることが脳神経系の機能の解明の有効な方
法となる。
【０００３】この方法における基本的な課題は電位及び
磁場分布の発生源を如何に正確に推定するかにある。神
経系の活動にともなって脳内に流れる電流は複雑に分布
しているが、上記電位、磁場分布発生源モデルとして
は、電流双極子モデルが一般的に用いられている。
磁場分布の発生源を如何に正確に推定するかにある。神
経系の活動にともなって脳内に流れる電流は複雑に分布
しているが、上記電位、磁場分布発生源モデルとして
は、電流双極子モデルが一般的に用いられている。
【０００４】この電流双極子推定法では、頭皮形状を球
として、電位分布か磁場分布のどちらか一方の測定デー
タを用いた方法（例えば、第７回日本生体磁気学会大会
論文集、Ｖｏｌ．５、Ｎｏ．１、項３４〜３５、１９９
２年６月発行）が今日まで最も多く使われてきた。その
後、頭部の形状や導電率の不均一性を考慮して電位及び
磁場分布の両方の測定データを用いた方法（例えば、第
７回日本生体磁気学会大会文集、Ｖｏｌ．５、Ｎｏ．
１、項２０４〜２０７、１９９２年６月発行）も開発さ
ているが、両測定データの評価の比重を等しくとってい
る。
として、電位分布か磁場分布のどちらか一方の測定デー
タを用いた方法（例えば、第７回日本生体磁気学会大会
論文集、Ｖｏｌ．５、Ｎｏ．１、項３４〜３５、１９９
２年６月発行）が今日まで最も多く使われてきた。その
後、頭部の形状や導電率の不均一性を考慮して電位及び
磁場分布の両方の測定データを用いた方法（例えば、第
７回日本生体磁気学会大会文集、Ｖｏｌ．５、Ｎｏ．
１、項２０４〜２０７、１９９２年６月発行）も開発さ
ているが、両測定データの評価の比重を等しくとってい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来法におい
ては次のような問題がある。
ては次のような問題がある。
【０００６】頭部の形状及び導電率の不均一性を考慮し
て、電位、磁場分布の測定データから電流双極子を推定
するとき、適当に位置と大きさ、向きを仮定した電流双
極子が作る電位、磁場分布を計算する計算モデルを用
い、電位、磁場分布の測定データと上記計算モデルを用
いた数値計算値との差を最小にするように、電流双極子
の位置と大きさ、向きを決める。
て、電位、磁場分布の測定データから電流双極子を推定
するとき、適当に位置と大きさ、向きを仮定した電流双
極子が作る電位、磁場分布を計算する計算モデルを用
い、電位、磁場分布の測定データと上記計算モデルを用
いた数値計算値との差を最小にするように、電流双極子
の位置と大きさ、向きを決める。
【０００７】頭部のように複雑な形状で電位、磁場分布
を厳密に計算することはできないため、上記計算モデル
には、例えば、数値計算手法である境界要素法を用い
る。この場合、上記計算モデルの電位、磁場分布の計算
における数値計算誤差は、上記計算モデルを用いた電流
双極子推定の推定値に系統的なずれを生じる。
を厳密に計算することはできないため、上記計算モデル
には、例えば、数値計算手法である境界要素法を用い
る。この場合、上記計算モデルの電位、磁場分布の計算
における数値計算誤差は、上記計算モデルを用いた電流
双極子推定の推定値に系統的なずれを生じる。
【０００８】この推定値のずれの大きさが、電位分布と
磁場分布で異なる場合には、電位、磁場分布の測定デー
タの評価の比重を変える必要がある。また、この数値計
算誤差は上記計算モデルを詳細化することにより小さく
できるが、非現実的な計算時間をもたらす。実用的な計
算時間での電流双極子推定を行うには、上記計算モデル
の数値計算誤差と、この数値計算誤差が電流双極子推定
の推定値に及ぼす系統的なずれの大きさを評価すること
が必要である。
磁場分布で異なる場合には、電位、磁場分布の測定デー
タの評価の比重を変える必要がある。また、この数値計
算誤差は上記計算モデルを詳細化することにより小さく
できるが、非現実的な計算時間をもたらす。実用的な計
算時間での電流双極子推定を行うには、上記計算モデル
の数値計算誤差と、この数値計算誤差が電流双極子推定
の推定値に及ぼす系統的なずれの大きさを評価すること
が必要である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記計算モデ
ルの数値計算誤差が、電流双極子推定におよぼす影響の
大きい方の測定データの評価重みを、他方に対して小さ
く取ることにより、正確な推定を可能とすることを提案
する。より具体的には、上記計算モデルの数値計算誤差
と、電流双極子の表面からの深さをずらしたときの電位
及び磁場分布の数値計算値のずれを求め、両者の比較か
ら電位、磁場分布の測定データ評価重みを決めることに
よって、より正確な推定を可能とするものである。
ルの数値計算誤差が、電流双極子推定におよぼす影響の
大きい方の測定データの評価重みを、他方に対して小さ
く取ることにより、正確な推定を可能とすることを提案
する。より具体的には、上記計算モデルの数値計算誤差
と、電流双極子の表面からの深さをずらしたときの電位
及び磁場分布の数値計算値のずれを求め、両者の比較か
ら電位、磁場分布の測定データ評価重みを決めることに
よって、より正確な推定を可能とするものである。
【００１０】
【作用】上記計算モデルの数値計算値と厳密解との差を
最小にするには、数値計算における電流双極子位置をど
れだけずらせば良いかを評価する。あるいは、大まかに
は電流双極子の位置を一定量ずらしたときの数値計算値
のずれと、数値計算誤差を比較する。このことは、上記
計算モデルの数値計算誤差を電流双極子の位置ずれとし
て換算することに相当する。これにより、上記計算モデ
ルを用いた電流双極子推定における双極子位置の系統的
なずれを大まかに評価することができる。
最小にするには、数値計算における電流双極子位置をど
れだけずらせば良いかを評価する。あるいは、大まかに
は電流双極子の位置を一定量ずらしたときの数値計算値
のずれと、数値計算誤差を比較する。このことは、上記
計算モデルの数値計算誤差を電流双極子の位置ずれとし
て換算することに相当する。これにより、上記計算モデ
ルを用いた電流双極子推定における双極子位置の系統的
なずれを大まかに評価することができる。
【００１１】
【実施例】図１に電位、磁場分布の測定データを用いた
推定手法の全体の流れ図を示す。１１で脳電位、脳磁場
発生源として仮定した複数電流双極子から、頭部形状及
び導電率の不均一性を考慮して頭皮上の電位、磁場分布
を上記計算モデルを用いて計算する。１２で頭皮上の電
位、磁場分布を計測して、上記１１の計算値との差を１
３で評価する。この差があらかじめ与えた判定条件を満
たさなければ１４で仮定の修正を行い１１、１３を繰り
返す。１３で判定条件を満たすものが１５の脳電位、脳
磁場発生源の推定値となる。
推定手法の全体の流れ図を示す。１１で脳電位、脳磁場
発生源として仮定した複数電流双極子から、頭部形状及
び導電率の不均一性を考慮して頭皮上の電位、磁場分布
を上記計算モデルを用いて計算する。１２で頭皮上の電
位、磁場分布を計測して、上記１１の計算値との差を１
３で評価する。この差があらかじめ与えた判定条件を満
たさなければ１４で仮定の修正を行い１１、１３を繰り
返す。１３で判定条件を満たすものが１５の脳電位、脳
磁場発生源の推定値となる。
【００１２】１１の計算を行うに当たっては、図２に示
すように導電率の違いによって脳２１、頭蓋骨２２、頭
皮２３と領域分割した頭部形状モデルを作成し、脳２１
内に仮定した複数電流双極子２７が作る頭皮２６上の電
位及び磁場を、境界要素法を用いて計算する。１１の詳
細な計算手順は特願平３−２１８２６５号に記した。
すように導電率の違いによって脳２１、頭蓋骨２２、頭
皮２３と領域分割した頭部形状モデルを作成し、脳２１
内に仮定した複数電流双極子２７が作る頭皮２６上の電
位及び磁場を、境界要素法を用いて計算する。１１の詳
細な計算手順は特願平３−２１８２６５号に記した。
【００１３】１３の誤差評価は、例えば、ｎ個の電流双
極子ベクトルとその位置ベクトルの計６ｎ個の成分をも
つベクトルパラメータで決まる評価関数Ｅが
極子ベクトルとその位置ベクトルの計６ｎ個の成分をも
つベクトルパラメータで決まる評価関数Ｅが
【００１４】
【数１】
【００１５】と書けるとき、Ｅを最小とするように判定
条件として適当な評価値ε＞０を決めて
条件として適当な評価値ε＞０を決めて
【００１６】
【数２】
【００１７】とする。ここで、数１のｑは電位、磁場分
布の測定データの評価重みであり、数値計算精度に応じ
て決める必要がある。頭部のように複雑な形状では電流
双極子が頭皮上に作る電位、磁場分布の厳密解を得るこ
とはできないが、例えば、頭部形状に近いサイズで、境
界分割の方法を同様に設定した多層同心球体を用いて数
値計算精度を評価できる。
布の測定データの評価重みであり、数値計算精度に応じ
て決める必要がある。頭部のように複雑な形状では電流
双極子が頭皮上に作る電位、磁場分布の厳密解を得るこ
とはできないが、例えば、頭部形状に近いサイズで、境
界分割の方法を同様に設定した多層同心球体を用いて数
値計算精度を評価できる。
【００１８】図３に厳密解と比較のための計算に用いた
三層同心球体系を示す。この時、球表面３６（球面３）
上の電位分布の厳密解は球面座標（Ｒ，θ，φ）を用い
て
三層同心球体系を示す。この時、球表面３６（球面３）
上の電位分布の厳密解は球面座標（Ｒ，θ，φ）を用い
て
【００１９】
【数３】
【００２０】また座標（ｒ（＞Ｒ），θ，φ）における
磁場のｒ、θ、φ方向成分は
磁場のｒ、θ、φ方向成分は
【００２１】
【数４】
【００２２】である。境界要素法を用いた数値計算で
は、図４に示すように球表面に節点４１を取り、境界要
素４２に分割する。
は、図４に示すように球表面に節点４１を取り、境界要
素４２に分割する。
【００２３】電流双極子の球表面３６（図３）からの深
さｄに対する数値計算誤差５１と、深さｄをΔｄだけず
らしたときの数値計算値のずれ５２の結果を図５に示
す。これは上半球の節点４１上の厳密解と数値計算値に
対して
さｄに対する数値計算誤差５１と、深さｄをΔｄだけず
らしたときの数値計算値のずれ５２の結果を図５に示
す。これは上半球の節点４１上の厳密解と数値計算値に
対して
【００２４】
【数５】
【００２５】を用いて評価した。ここで、
【００２６】
【数６】
【００２７】である。
【００２８】図５で電流双極子の深さをわずかに（Δ
ｄ）ずらしたときの分布のずれ５２が数値計算誤差５１
よりも大きいときには、この計算モデルを用いた電流双
極子推定法において、深さ方向の推定誤差が、Δｄより
小さいための必要条件を満たす。ここではΔｄ＝１mm
としているため図５から、電流双極子の表面からの深さ
が３cm より深いときには、電位分布の測定データから
電流双極子位置を１mm の精度で推定することはできな
いことが分かる。
ｄ）ずらしたときの分布のずれ５２が数値計算誤差５１
よりも大きいときには、この計算モデルを用いた電流双
極子推定法において、深さ方向の推定誤差が、Δｄより
小さいための必要条件を満たす。ここではΔｄ＝１mm
としているため図５から、電流双極子の表面からの深さ
が３cm より深いときには、電位分布の測定データから
電流双極子位置を１mm の精度で推定することはできな
いことが分かる。
【００２９】従って、この場合では、電流双極子の表面
からの深さが浅いときには、電位分布の測定データの評
価に比重を置き、深いときには磁場分布の測定データ評
価に比重を置くことによって推定精度を確保できる。そ
れには例えば
からの深さが浅いときには、電位分布の測定データの評
価に比重を置き、深いときには磁場分布の測定データ評
価に比重を置くことによって推定精度を確保できる。そ
れには例えば
【００３０】
【数７】
【００３１】とすることができる。
【００３２】１４の最適化計算には、例えば、互いに共
役な方向にそって、探索を繰り返して最小値を求める共
役勾配法がある。それは、任意の初期ベクトルパラメー
タから、順次、ベクトルパラメータを
役な方向にそって、探索を繰り返して最小値を求める共
役勾配法がある。それは、任意の初期ベクトルパラメー
タから、順次、ベクトルパラメータを
【００３３】
【数８】
【００３４】と更新して、探索を行う方法である。この
場合、複数個の初期ベクトルパラメータを出発点とし
て、最小値を与える点を最適ベクトルパラメータとする
ことができる。これらの手法に関しては、例えば、成書
（「非線形システムの最適化」、坂和正敏著、森北出
版、１９８７年）による方法を適当に用いることが可能
である。
場合、複数個の初期ベクトルパラメータを出発点とし
て、最小値を与える点を最適ベクトルパラメータとする
ことができる。これらの手法に関しては、例えば、成書
（「非線形システムの最適化」、坂和正敏著、森北出
版、１９８７年）による方法を適当に用いることが可能
である。
【００３５】
【発明の効果】脳電位、脳磁場の発生源推定に際し、電
位、磁場分布の測定データの評価重みを電流双極子の表
面からの深さに応じて変えることで、従来より高い推定
精度が得られる。これによって、例えば、脳疾患の部位
の正確な推定や、脳の機能解明に用いることが可能とな
る。
位、磁場分布の測定データの評価重みを電流双極子の表
面からの深さに応じて変えることで、従来より高い推定
精度が得られる。これによって、例えば、脳疾患の部位
の正確な推定や、脳の機能解明に用いることが可能とな
る。
【図１】電位、磁場分布測定データを用いた電流双極子
推定計算手法の全体の流れ図。
推定計算手法の全体の流れ図。
【図２】頭部形状モデルの概念図。
【図３】厳密解との比較のための三層同心球体系。
【図４】数値計算のための球表面の境界分割。
【図５】数値計算誤差と双極子の位置ずれに対する数値
計算値のずれ。
計算値のずれ。
１１…脳電磁場の発生源として仮定した複数電流双極子
からの頭皮上の電位、磁場分布の計算、２１、２２、２
３…導電率の違いによる頭部の領域分割、２４、２５、
２６…領域分割した境界面、２７…電流双極子、５１…
数値計算誤差、５２…電流双極子の表面からの深さ方向
の位置ずれに対する数値計算値のずれ。
からの頭皮上の電位、磁場分布の計算、２１、２２、２
３…導電率の違いによる頭部の領域分割、２４、２５、
２６…領域分割した境界面、２７…電流双極子、５１…
数値計算誤差、５２…電流双極子の表面からの深さ方向
の位置ずれに対する数値計算値のずれ。
Claims (2)
- 【請求項１】生体表面上の電位及び磁場分布を有限個の
点で測定し、その電位及び磁場分布の発生源（電流双極
子で表示）の分布を推定するに際し、電位、磁場分布測
定データの評価の比重を、発生源の表皮からの深さに応
じて決めることを特徴とする生体内電位、磁場分布発生
源推定方法。 - 【請求項２】生体内に仮定した発生源から、生体表面上
の電位及び磁場分布を計算する計算モデルの計算誤差
と、発生源の深さをわずかにずらしたときの電位及び磁
場分布の計算値のずれとの関係から、電位及び磁場分布
測定データの評価の比重を決めることを特徴とする請求
項１記載の生体内電位、磁場分布発生源推定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5009783A JPH06217954A (ja) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | 生体内電位、磁場分布発生源推定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5009783A JPH06217954A (ja) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | 生体内電位、磁場分布発生源推定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06217954A true JPH06217954A (ja) | 1994-08-09 |
Family
ID=11729839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5009783A Pending JPH06217954A (ja) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | 生体内電位、磁場分布発生源推定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06217954A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113925457A (zh) * | 2021-09-01 | 2022-01-14 | 西安邮电大学 | 一种基于电流源偶极子分布场重建的鸟类胚胎分析方法 |
-
1993
- 1993-01-25 JP JP5009783A patent/JPH06217954A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113925457A (zh) * | 2021-09-01 | 2022-01-14 | 西安邮电大学 | 一种基于电流源偶极子分布场重建的鸟类胚胎分析方法 |
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