JPH06311975A - 生体内複数電流双極子推定用の初期パラメータ設定方法 - Google Patents
生体内複数電流双極子推定用の初期パラメータ設定方法Info
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- JPH06311975A JPH06311975A JP5127930A JP12793093A JPH06311975A JP H06311975 A JPH06311975 A JP H06311975A JP 5127930 A JP5127930 A JP 5127930A JP 12793093 A JP12793093 A JP 12793093A JP H06311975 A JPH06311975 A JP H06311975A
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Landscapes
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 計測した生体磁界に基づいてその磁界源と仮
定した電流双極子の位置，大きさ，向きを時間的に連続
して推定する収束計算の際の適切な初期パラメータを設
定する。 【構成】 磁界源と仮定した電流双極子を推定する時間
帯を、計測した磁界波形から設定し（Ｓ３）、この時間
帯における計測データに対して主成分分析を施し（Ｓ
４）、主成分分析から得られる複数の主成分により初期
パラメータを設定する（Ｓ８）。
定した電流双極子の位置，大きさ，向きを時間的に連続
して推定する収束計算の際の適切な初期パラメータを設
定する。 【構成】 磁界源と仮定した電流双極子を推定する時間
帯を、計測した磁界波形から設定し（Ｓ３）、この時間
帯における計測データに対して主成分分析を施し（Ｓ
４）、主成分分析から得られる複数の主成分により初期
パラメータを設定する（Ｓ８）。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多チャネルの超伝導量
子干渉素子（ＳＱＵＩＤ：SuperconductingQuantum Int
erference Device)を用いて計測した生体磁界に基づい
て、その磁界源と仮定した電流双極子を推定する際の収
束計算に必要な電流双極子の初期パラメータ（位置，大
きさ，向き）を設定する方法に関するものである。
子干渉素子（ＳＱＵＩＤ：SuperconductingQuantum Int
erference Device)を用いて計測した生体磁界に基づい
て、その磁界源と仮定した電流双極子を推定する際の収
束計算に必要な電流双極子の初期パラメータ（位置，大
きさ，向き）を設定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】人間の脳における神経活動に伴って、微
弱ではあるが磁界が脳から発生する。超伝導体を用いた
超高感度の磁気センサであるＳＱＵＩＤを用いることに
よって、脳から発生するこの微弱磁界を頭部表面にて非
侵襲的に計測することが可能である。そして、脳の計測
磁界の分布から磁界源としての電流双極子の初期パラメ
ータを所定時刻毎に間欠的に求め、得られた初期パラメ
ータに基づいて各時刻における電流双極子の位置，大き
さ，向きを推定する。
弱ではあるが磁界が脳から発生する。超伝導体を用いた
超高感度の磁気センサであるＳＱＵＩＤを用いることに
よって、脳から発生するこの微弱磁界を頭部表面にて非
侵襲的に計測することが可能である。そして、脳の計測
磁界の分布から磁界源としての電流双極子の初期パラメ
ータを所定時刻毎に間欠的に求め、得られた初期パラメ
ータに基づいて各時刻における電流双極子の位置，大き
さ，向きを推定する。
【０００３】この磁界の発生源として仮定した電流双極
子についての位置，大きさ，向き，数に関するデータ
は、脳における神経活動の状態を把握するのに重要であ
る。従って、これらのデータは、脳外科手術における開
頭前の手術部位の特定または脳疾患（てんかん，脳梗
塞，アルツハイマ病など）の予知，診断，治療に対し
て、あるいは脳の高次機能解明などの大脳生理学に対し
て、有益な情報となり得る。
子についての位置，大きさ，向き，数に関するデータ
は、脳における神経活動の状態を把握するのに重要であ
る。従って、これらのデータは、脳外科手術における開
頭前の手術部位の特定または脳疾患（てんかん，脳梗
塞，アルツハイマ病など）の予知，診断，治療に対し
て、あるいは脳の高次機能解明などの大脳生理学に対し
て、有益な情報となり得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】脳の神経活動は多種多
様であるため、脳のある領域の神経活動に基づく磁界を
計測する際に、他の領域の神経活動に伴って生じる磁界
（ブレインノイズ）をも計測してしまうことになる。前
述したように、各時刻において初期パラメータを設定し
て収束計算を行うと電流双極子の推定は可能であるが、
上述したブレインノイズの影響によって時間的に不連続
な推定結果しか得られない。時間の経過とともに連続的
に変化する電流双極子を推定するためには、脳磁界を時
系列信号として捉えた初期パラメータを設定する必要が
ある。
様であるため、脳のある領域の神経活動に基づく磁界を
計測する際に、他の領域の神経活動に伴って生じる磁界
（ブレインノイズ）をも計測してしまうことになる。前
述したように、各時刻において初期パラメータを設定し
て収束計算を行うと電流双極子の推定は可能であるが、
上述したブレインノイズの影響によって時間的に不連続
な推定結果しか得られない。時間の経過とともに連続的
に変化する電流双極子を推定するためには、脳磁界を時
系列信号として捉えた初期パラメータを設定する必要が
ある。
【０００５】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、生体磁界の発生源である複数の電流双極子の位
置，大きさ，向きを時間的に連続して推定できるような
初期パラメータを設定することが可能である生体内複数
電流双極子推定用の初期パラメータ設定方法を提供する
ことを目的とする。
であり、生体磁界の発生源である複数の電流双極子の位
置，大きさ，向きを時間的に連続して推定できるような
初期パラメータを設定することが可能である生体内複数
電流双極子推定用の初期パラメータ設定方法を提供する
ことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る生体内複数
電流双極子推定用の初期パラメータ設定方法は、超伝導
量子干渉素子を用いて計測した時系列信号である生体磁
界波形に基づいて、生体磁界の磁界源である生体内の複
数の電流双極子を収束計算にて推定する際の初期パラメ
ータを設定する方法であって、多チャネルの超伝導量子
干渉素子にて計測した生体磁界波形から電流双極子を推
定する時間帯を設定し、設定した時間帯における計測デ
ータに主成分分析を施し、この主成分分析により得られ
る複数の主成分により前記初期パラメータを設定するこ
とを特徴とする。
電流双極子推定用の初期パラメータ設定方法は、超伝導
量子干渉素子を用いて計測した時系列信号である生体磁
界波形に基づいて、生体磁界の磁界源である生体内の複
数の電流双極子を収束計算にて推定する際の初期パラメ
ータを設定する方法であって、多チャネルの超伝導量子
干渉素子にて計測した生体磁界波形から電流双極子を推
定する時間帯を設定し、設定した時間帯における計測デ
ータに主成分分析を施し、この主成分分析により得られ
る複数の主成分により前記初期パラメータを設定するこ
とを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明では、電流双極子の推定時間帯を設定
し、この時間帯に施した主成分分析から得られる複数の
主成分により初期パラメータを設定するので、生体磁界
を時系列信号として捉えた初期パラメータを提供でき、
この結果、各電流双極子について時間的に連続した推定
結果が得られる。
し、この時間帯に施した主成分分析から得られる複数の
主成分により初期パラメータを設定するので、生体磁界
を時系列信号として捉えた初期パラメータを提供でき、
この結果、各電流双極子について時間的に連続した推定
結果が得られる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて説明する。なお、以下の実施例では、脳磁界を計測
する場合の例について説明する。
いて説明する。なお、以下の実施例では、脳磁界を計測
する場合の例について説明する。
【０００９】まず、各電流双極子におけるパラメータに
ついて説明する。１個の電流双極子には、その３次元的
位置，大きさ，向きの６種類のパラメータが存在する。
電流双極子が作る磁界を計算する際には、球モデルを想
定する。球の半径方向の電流双極子は球の外部に磁界を
発生しないので、その向きについては球の径方向に対す
る垂直成分のみを考慮すれば良い。従って、球モデルの
場合、各電流双極子のパラメータは以下の５種類とす
る。これらの５種類のパラメータを図２に模式的に示
す。 ｒ，θ，φ：電流双極子を極座標で表した空間的位置 ｑ：電流双極子の大きさ α：電流双極子の向き（球の経線との角度）
ついて説明する。１個の電流双極子には、その３次元的
位置，大きさ，向きの６種類のパラメータが存在する。
電流双極子が作る磁界を計算する際には、球モデルを想
定する。球の半径方向の電流双極子は球の外部に磁界を
発生しないので、その向きについては球の径方向に対す
る垂直成分のみを考慮すれば良い。従って、球モデルの
場合、各電流双極子のパラメータは以下の５種類とす
る。これらの５種類のパラメータを図２に模式的に示
す。 ｒ，θ，φ：電流双極子を極座標で表した空間的位置 ｑ：電流双極子の大きさ α：電流双極子の向き（球の経線との角度）
【００１０】図１は、本発明の生体内複数電流双極子推
定用の初期パラメータ設定方法の手順を示すフローチャ
ートであり、脳磁界における初期パラメータ設定の例を
表している。以下、このフローチャートに従って設定手
順を説明する。
定用の初期パラメータ設定方法の手順を示すフローチャ
ートであり、脳磁界における初期パラメータ設定の例を
表している。以下、このフローチャートに従って設定手
順を説明する。
【００１１】まず、計測対象である被験者の頭部を球と
見なして、その中心座標及び半径ｒ0 を求め、有限時間
長にわたってＳＱＵＩＤを用いて被験者の脳磁界をｎ点
で計測する（ステップＳ１）。そして、得られたｎ本の
脳磁界波形を、基線を合わせて一括表示する（ステップ
Ｓ２）。表示された波形から電流双極子を推定する時間
帯を決定し、その時間帯をｍ分割する（ステップＳ
３）。時刻Ｔk におけるｊ番目のＳＱＵＩＤで得られる
計測磁界をＢmj（Ｔk)とする（ｊ＝１，２，…，ｎ, ｋ
＝１，２，…，ｍ）。
見なして、その中心座標及び半径ｒ0 を求め、有限時間
長にわたってＳＱＵＩＤを用いて被験者の脳磁界をｎ点
で計測する（ステップＳ１）。そして、得られたｎ本の
脳磁界波形を、基線を合わせて一括表示する（ステップ
Ｓ２）。表示された波形から電流双極子を推定する時間
帯を決定し、その時間帯をｍ分割する（ステップＳ
３）。時刻Ｔk におけるｊ番目のＳＱＵＩＤで得られる
計測磁界をＢmj（Ｔk)とする（ｊ＝１，２，…，ｎ, ｋ
＝１，２，…，ｍ）。
【００１２】得られたｍ×ｎ個の脳磁界データに対して
主成分分析を施す（ステップＳ４）。すなわち、個々の
ＳＱＵＩＤで得られた脳磁界間の共分散行列σを導出
し、共分散行列の固有値λi,固有ベクトルｖi 及びその
固有値の寄与率Ｃi （ｉ＝１，２，…，ｎ）を求める。
なお、共分散行列の各要素σj1j2と寄与率Ｃi とは具体
的には以下のように求められる。
主成分分析を施す（ステップＳ４）。すなわち、個々の
ＳＱＵＩＤで得られた脳磁界間の共分散行列σを導出
し、共分散行列の固有値λi,固有ベクトルｖi 及びその
固有値の寄与率Ｃi （ｉ＝１，２，…，ｎ）を求める。
なお、共分散行列の各要素σj1j2と寄与率Ｃi とは具体
的には以下のように求められる。
【００１３】
【数１】
【００１４】求めた固有ベクトルをその固有値が大きい
順に並べ代える（ステップＳ５）。並べ代えた固有ベク
トルを、その固有値が大きい順に第１主成分，第２主成
分，…と呼ぶ。そして、初期設定でｉ＝１と設定した後
（ステップＳ６）、第１主成分，第２主成分，…の順
に、初期パラメータを設定する（ステップＳ７〜Ｓ1
0）。
順に並べ代える（ステップＳ５）。並べ代えた固有ベク
トルを、その固有値が大きい順に第１主成分，第２主成
分，…と呼ぶ。そして、初期設定でｉ＝１と設定した後
（ステップＳ６）、第１主成分，第２主成分，…の順
に、初期パラメータを設定する（ステップＳ７〜Ｓ1
0）。
【００１５】第ｉ主成分のすべての値の極性が同じであ
るか否かを判定し（ステップＳ７）、同じでない場合に
は、ｉ番目の電流双極子の初期パラメータ（ｒi,θi,φ
i,ｑi,αi)を以下のように設定する（ｉ＝１，２，…，
ｎ）（ステップＳ８）。具体的には、第ｉ主成分のすべ
ての値における最大値（＞０）及び最小値（＜０）とこ
れらの最大値，最小値を示す計測点（２点）の位置とに
注目し、この２点の位置，磁界強度により、各パラメー
タの初期値を以下のようにして決定する。
るか否かを判定し（ステップＳ７）、同じでない場合に
は、ｉ番目の電流双極子の初期パラメータ（ｒi,θi,φ
i,ｑi,αi)を以下のように設定する（ｉ＝１，２，…，
ｎ）（ステップＳ８）。具体的には、第ｉ主成分のすべ
ての値における最大値（＞０）及び最小値（＜０）とこ
れらの最大値，最小値を示す計測点（２点）の位置とに
注目し、この２点の位置，磁界強度により、各パラメー
タの初期値を以下のようにして決定する。
【００１６】
【数２】
【００１７】θi,φi ：２点の中点の座標から決定 αi ：２点を結んだ線に垂直な方向とし、２点における
磁界の符号を満たす向き ｑi ：以上の４種のパラメータにて決まる位置，向きに
電流双極子を設置した場合に、２点の磁界強度を満たす
大きさ
磁界の符号を満たす向き ｑi ：以上の４種のパラメータにて決まる位置，向きに
電流双極子を設置した場合に、２点の磁界強度を満たす
大きさ
【００１８】第１主成分からの寄与率の累計を求め、こ
の累計値と予め設定した終了条件値との大小を比較する
（ステップＳ９）。累計値が終了条件値より大きくなっ
た場合には、全体の処理（初期パラメータ設定処理）を
終了する。
の累計値と予め設定した終了条件値との大小を比較する
（ステップＳ９）。累計値が終了条件値より大きくなっ
た場合には、全体の処理（初期パラメータ設定処理）を
終了する。
【００１９】ステップＳ７において、第ｉ主成分のすべ
ての値の極性が同じである場合には、ｉを１だけ加算し
て（ステップＳ10）ステップＳ７に戻り、次の第（ｉ＋
１）主成分について、初期パラメータ設定等の同様の処
理を行う。また、ステップＳ９において、累計値が終了
条件値を超えない場合には、ｉを１だけ加算して（ステ
ップＳ10）ステップＳ７に戻り、次の第（ｉ＋１）主成
分に対して同様の処理を行う。
ての値の極性が同じである場合には、ｉを１だけ加算し
て（ステップＳ10）ステップＳ７に戻り、次の第（ｉ＋
１）主成分について、初期パラメータ設定等の同様の処
理を行う。また、ステップＳ９において、累計値が終了
条件値を超えない場合には、ｉを１だけ加算して（ステ
ップＳ10）ステップＳ７に戻り、次の第（ｉ＋１）主成
分に対して同様の処理を行う。
【００２０】次に、本発明における初期パラメータ設定
の具体例について、図３，図４を参照して説明する。図
３は、計測した磁界波形図を表している。また図４は、
各主成分における等磁界線図を表しており、実線，破線
はそれぞれ磁界の湧き出し，磁界の吸い込みを示し、太
い実線は磁界が０である地点を示す。また、●は計測点
を示す。ここで、ＳＱＵＩＤの総数（計測点数）を25と
し、電流双極子を推定する時間帯を10分割する。また、
第１主成分からの寄与率の累計値が0.9(終了条件値）を
超えた場合には、初期パラメータ設定処理を終了するこ
ととする。
の具体例について、図３，図４を参照して説明する。図
３は、計測した磁界波形図を表している。また図４は、
各主成分における等磁界線図を表しており、実線，破線
はそれぞれ磁界の湧き出し，磁界の吸い込みを示し、太
い実線は磁界が０である地点を示す。また、●は計測点
を示す。ここで、ＳＱＵＩＤの総数（計測点数）を25と
し、電流双極子を推定する時間帯を10分割する。また、
第１主成分からの寄与率の累計値が0.9(終了条件値）を
超えた場合には、初期パラメータ設定処理を終了するこ
ととする。
【００２１】まず、図３に示すような計測波形から、電
流双極子を推定する時間帯を設定する。25種の全波形は
その基線が合っており、図３のＡに示すように、極性の
偏りがない時間帯を推定時間帯として設定する。そし
て、設定した時間帯を10分割する。この時間帯における
すべての磁界データ（25×10＝250 個）に対して主成分
分析を施し、得られる固有ベクトルをその固有値が大き
い順に並べ代える。
流双極子を推定する時間帯を設定する。25種の全波形は
その基線が合っており、図３のＡに示すように、極性の
偏りがない時間帯を推定時間帯として設定する。そし
て、設定した時間帯を10分割する。この時間帯における
すべての磁界データ（25×10＝250 個）に対して主成分
分析を施し、得られる固有ベクトルをその固有値が大き
い順に並べ代える。
【００２２】まず、図４（ａ）の第１主成分からその最
大値，最小値を示す計測点（図４（ａ）点Ａ：最大値を
示す計測点，点Ｂ：最小値を示す計測点）を求め、これ
らの両点のデータに基づいて１個目の電流双極子の初期
パラメータを設定する（図４（ａ）のＱ）。
大値，最小値を示す計測点（図４（ａ）点Ａ：最大値を
示す計測点，点Ｂ：最小値を示す計測点）を求め、これ
らの両点のデータに基づいて１個目の電流双極子の初期
パラメータを設定する（図４（ａ）のＱ）。
【００２３】次に、図４（ｂ）の第２主成分から初期パ
ラメータ設定を行うことになるが、第２主成分のすべの
値の極性が同じであるので、この場合には初期パラメー
タを設定しない。
ラメータ設定を行うことになるが、第２主成分のすべの
値の極性が同じであるので、この場合には初期パラメー
タを設定しない。
【００２４】次に、図４（ｃ）の第３主成分からその最
大値，最小値を示す計測点（図４（ｃ）点Ａ：最大値を
示す計測点，点Ｂ：最小値を示す計測点）を求め、これ
らの両点のデータに基づいて２個目の電流双極子の初期
パラメータを設定する（図４（ｃ）のＱ）。第１主成分
からの寄与率の累計値（0.52＋0.29＋0.11＝0.92）がこ
の時点で終了条件値（0.9)を超えるので、２個の電流双
極子の初期パラメータを設定した段階で初期パラメータ
設定の動作を終了する。
大値，最小値を示す計測点（図４（ｃ）点Ａ：最大値を
示す計測点，点Ｂ：最小値を示す計測点）を求め、これ
らの両点のデータに基づいて２個目の電流双極子の初期
パラメータを設定する（図４（ｃ）のＱ）。第１主成分
からの寄与率の累計値（0.52＋0.29＋0.11＝0.92）がこ
の時点で終了条件値（0.9)を超えるので、２個の電流双
極子の初期パラメータを設定した段階で初期パラメータ
設定の動作を終了する。
【００２５】
【発明の効果】以上のように、本発明の生体内複数電流
双極子推定用の初期パラメータ設定方法では、電流双極
子の推定時間帯を設定し、この時間帯に施した主成分分
析から得られる複数の主成分により初期パラメータを設
定するので、このように設定された初期パラメータを用
いて複数の電流双極子を推定した場合、１個の電流双極
子についてはその位置，大きさ，向きを時間的に連続し
て推定でき、異なった複数の電流双極子ではそれらを空
間的に離れた位置に推定できる。この結果、本発明を利
用すれば、神経活動が複雑である脳の電流双極子につい
てより正確なデータを得ることができ、脳疾患部位の特
定または脳の高次機能の解明に対して有効な情報を提供
することが可能となる。
双極子推定用の初期パラメータ設定方法では、電流双極
子の推定時間帯を設定し、この時間帯に施した主成分分
析から得られる複数の主成分により初期パラメータを設
定するので、このように設定された初期パラメータを用
いて複数の電流双極子を推定した場合、１個の電流双極
子についてはその位置，大きさ，向きを時間的に連続し
て推定でき、異なった複数の電流双極子ではそれらを空
間的に離れた位置に推定できる。この結果、本発明を利
用すれば、神経活動が複雑である脳の電流双極子につい
てより正確なデータを得ることができ、脳疾患部位の特
定または脳の高次機能の解明に対して有効な情報を提供
することが可能となる。
【図１】本発明に係る生体内複数電流双極子推定用の初
期パラメータ設定方法の手順を示すフローチャートであ
る。
期パラメータ設定方法の手順を示すフローチャートであ
る。
【図２】電流双極子の５個のパラーメータを示す模式図
である。
である。
【図３】本発明の具体例を説明するための計測磁界波形
図である。
図である。
【図４】本発明の具体例を説明するための等磁界線図で
ある。
ある。
Claims (1)
- 【請求項１】 超伝導量子干渉素子を用いて計測した時
系列信号である生体磁界波形に基づいて、生体磁界の磁
界源である生体内の複数の電流双極子を収束計算にて推
定する際の初期パラメータを設定する方法であって、多
チャネルの超伝導量子干渉素子にて計測した生体磁界波
形から電流双極子を推定する時間帯を設定し、設定した
時間帯における計測データに主成分分析を施し、この主
成分分析により得られる複数の主成分により前記初期パ
ラメータを設定することを特徴とする生体内複数電流双
極子推定用の初期パラメータ設定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5127930A JPH06311975A (ja) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | 生体内複数電流双極子推定用の初期パラメータ設定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5127930A JPH06311975A (ja) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | 生体内複数電流双極子推定用の初期パラメータ設定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06311975A true JPH06311975A (ja) | 1994-11-08 |
Family
ID=14972158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5127930A Pending JPH06311975A (ja) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | 生体内複数電流双極子推定用の初期パラメータ設定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06311975A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6073040A (en) * | 1997-01-20 | 2000-06-06 | Nec Corporation | Electrophysiological activity estimation method |
| JP2012157696A (ja) * | 2011-01-31 | 2012-08-23 | Seiko Epson Corp | 心磁図システムおよび心磁図画像を作成する方法 |
| JP2013066708A (ja) * | 2011-09-22 | 2013-04-18 | Seiko Epson Corp | Ｍｃｇ測定値のノイズ除去 |
-
1993
- 1993-04-30 JP JP5127930A patent/JPH06311975A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2012157696A (ja) * | 2011-01-31 | 2012-08-23 | Seiko Epson Corp | 心磁図システムおよび心磁図画像を作成する方法 |
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