JPH07327943A - Biological activity current source estimating device - Google Patents

Biological activity current source estimating device

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JPH07327943A
JPH07327943A JP6152680A JP15268094A JPH07327943A JP H07327943 A JPH07327943 A JP H07327943A JP 6152680 A JP6152680 A JP 6152680A JP 15268094 A JP15268094 A JP 15268094A JP H07327943 A JPH07327943 A JP H07327943A
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current source
magnetic field
data
grid point
sum
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Shigeki Kajiwara
茂樹 梶原
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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a biological activity current source estimating device which suppresses the estimated dispersion of physical quantity of a current source and hard to receive the influence of a noise even when it is mixed in a measured magnetic field. CONSTITUTION:A micro magnetic field from the biological activity current source of an examinee M is measured by a multi-channel SQUID sensor 1, and magnetic field data is stored in a data collection unit 5. A data analysis unit 8 assumes a lattice point group in the diagnostic object area of the examinee M uniformly, and finds a current source on each lattice point by a method of linear least square using a condition to minimize the sum of the square error of a calculated magnetic field and a measured magnetic field and the sum of squares with weight of the current source. When such sum is shown in a value other than the minimum value in a global point of view, another lattice point is made to approach the lattice point in which a current source with large value out of calculated current sources exists, and the current source on each new lattice point is found similarly. When the sum is minimum, the current source in accordance with the sum is estimated as a true current source.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、生体活動電流源の位
置,向き,大きさを推定する生体活動電流源推定装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a biological activity current source estimation device for estimating the position, orientation and size of a biological activity current source.

【0002】[0002]

【従来の技術】生体に刺激を与えると、細胞膜を挟んで
形成されている分極が壊れて生体活動電流が流れる。こ
の生体活動電流は、脳や心臓において現れ、脳波,心電
図として記録される。また、生体活動電流によって生じ
る磁界は、脳磁図,心磁図として記録される。
2. Description of the Related Art When a living body is stimulated, the polarization formed by sandwiching the cell membrane is broken and a biological activity current flows. This biological activity current appears in the brain and heart and is recorded as an electroencephalogram or an electrocardiogram. The magnetic field generated by the biological activity current is recorded as a magnetoencephalogram or a magnetocardiogram.

【0003】近年、生体内の微小な磁界を計測する装置
として、SQUID(Superconduc-ting Quantum Inter
face Device :超電導量子干渉計)を用いたセンサが開
発されている。このセンサを頭部の外側に置き、脳内に
生じた生体活動電流源である電流双極子(以下、単に電
流源とも称する)による微小磁界をそのセンサで無侵襲
に計測することができる。計測された磁界データから病
巣に関連した電流源の位置, 向き, 大きさを推定し、推
定した電流源をX線CT装置やMRI装置で得られた断
層像上に表示させて患部等の物理的位置の特定などに用
いている。
In recent years, as a device for measuring a minute magnetic field in a living body, SQUID (Superconducing Quantum Inter
face Device: A sensor using a superconducting quantum interferometer) has been developed. By placing this sensor outside the head, a minute magnetic field generated by a current dipole (hereinafter also simply referred to as a current source), which is a biological activity current source generated in the brain, can be noninvasively measured by the sensor. The position, orientation, and size of the current source associated with the lesion are estimated from the measured magnetic field data, and the estimated current source is displayed on a tomographic image obtained by an X-ray CT or MRI machine to display the physical properties of the affected area. It is used to specify the target position.

【0004】従来、電流源の推定方法の一つとして、最
小ノルム法を用いた手法がある(例えば、W.H.Kullman
n, K.D.Jandt, K.Rehm, H.A.Schlitt, W.J.Dallas and
W.E.Smith, Advances in Biomagnetism, pp.571-574, P
lenum Pless, New York, 1989) 。
Conventionally, there is a method using the minimum norm method as one of the current source estimation methods (for example, WHKullman).
n, KDJandt, K. Rehm, HASchlitt, WJDallas and
WESmith, Advances in Biomagnetism, pp.571-574, P
lenum Pless, New York, 1989).

【0005】以下、図8を参照して、最小ノルム法を用
いた従来の電流源推定方法を説明する。図8に示すよう
に、被検体Mに近接してマルチチャンネルSQUIDセ
ンサ1が配備される。マルチチャンネルSQUIDセン
サ1は、デュアーと呼ばれる容器内に多数の磁気センサ
(ピックアップコイル)S1 〜Sm を液体窒素などの冷
媒に浸漬して収納している。
A conventional current source estimation method using the minimum norm method will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 8, the multi-channel SQUID sensor 1 is provided in the vicinity of the subject M. In the multi-channel SQUID sensor 1, a large number of magnetic sensors (pickup coils) S 1 to S m are immersed in a refrigerant such as liquid nitrogen and housed in a container called a Dewar.

【0006】一方、被検体Mの診断対象領域である例え
ば脳に、多数の格子点(1) 〜(n) を設定し、各格子点に
未知の電流源(電流双極子)を仮定し、各電流源を3次
元ベトクルVPj (j=1〜n)で表す。そうすると、S
QUIDセンサ1の各磁気センS1 〜Sm で検出される
磁界Bi 〜Bm は、次式(1) で表される。
On the other hand, a large number of grid points (1) to (n) are set in the diagnostic target region of the subject M, for example, the brain, and an unknown current source (current dipole) is assumed at each grid point. Each current source is represented by a three-dimensional vector VP j (j = 1 to n). Then, S
The magnetic fields B i to B m detected by the magnetic sensors S 1 to S m of the QUID sensor 1 are represented by the following equation (1).

【0007】[0007]

【数1】 [Equation 1]

【0008】 式(1) において、VPj =(Pjx,Pjy,Pjz) αij=(αijx,αijy,αijz ) で表される。なお、αijは、格子点上にX,Y,Z方向
の単位大きさの電流源を置いた場合に磁気センサS1
m の各位置で検出される磁界の強さを表す既知の係数
である。
In equation (1), VP j = (P jx , P jy , P jz ) α ij = (α ijx, α ijy, α ijz ) It should be noted that α ij is the magnetic sensor S 1 to when the current sources having unit sizes in the X, Y, and Z directions are placed on the grid points.
It is a known coefficient representing the strength of the magnetic field detected at each position of S m .

【0009】 ここで、〔B〕=(B1 ,B2 ,…,Bm ) 〔P〕=(P1x,P1y,P1z,P2x,P2y,P2z,…,
nx,Pny,Pnz) のように表すと、(1) 式は(2) 式のような線形の関係式
に書き換えられる。 〔B〕=A〔P〕 ………(2) (2) 式において、Aは次式(3) で表される3n×m個の
要素をもった行列である。
[B] = (B 1 , B 2 , ..., B m ) [P] = (P 1x , P 1y , P 1z , P 2x , P 2y , P 2z , ...,
P nx, P ny, expressed as P nz), (1) formula can be rewritten to a linear relationship such as equation (2). [B] = A [P] (2) In the equation (2), A is a matrix having 3n × m elements represented by the following equation (3).

【0010】[0010]

【数2】 [Equation 2]

【0011】ここで、Aの逆行列をA- で表すと、
〔P〕は次式(4) で表される。 〔P〕=A- 〔B〕 ………(4) ここで、最小ノルム法は、式の個数m(磁気センサS1
〜Sm の個数)よりも、未知数の個数3n(各格子点に
仮定される電流源のX,Y,Z方向の大きさを考慮した
場合の未知数)が多い場合を前提として、電流源〔P〕
のノルム|〔P〕|を最小にするという条件を付加する
ことで電流源〔P〕の解を求めるものである。なお、上
述した式の個数mと未知数の個数3nとを等しくとるこ
とで、解は一意的に求めることができるが、かかる場合
には、解が非常に不安定となることからこの最小ノルム
法が用いられている。
Here, when the inverse matrix of A is represented by A ,
[P] is represented by the following equation (4). (P) = A - (B) ......... (4), where the minimum norm method, the number of the formula m (magnetic sensor S 1
~S number of m) than, assuming the case where X of the current source, which is assumed the number of unknowns 3n (each lattice point, Y, unknown in the case of considering the size of the Z-direction) is large, the current source [ P]
The solution of the current source [P] is obtained by adding the condition that the norm | [P] | Note that the solution can be uniquely obtained by setting the number m in the above equation and the number 3n of unknowns to be equal. However, in such a case, the solution becomes very unstable. Is used.

【0012】電流源〔P〕のノルム|〔P〕|を最小に
するという条件を付加することで、上式(4) は次式(5)
のように表される。 〔P〕=A+ 〔B〕 ………(5) ここで、A+ は次式(6) で表される一般逆行列である。 A+ =At (AAt -1 ………(6) ただし、At はAの転置行列である。
By adding the condition that the norm | [P] | of the current source [P] is minimized, the above equation (4) is transformed into the following equation (5).
It is expressed as. [P] = A + [B] (5) Here, A + is a general inverse matrix expressed by the following equation (6). A + = A t (AA t ) -1 (6) where A t is a transposed matrix of A.

【0013】上式(5) を解いて各格子点上の電流源VPj
の方向,大きさを推定し、その中で値の最も大きなもの
を真の電流源に近いものとしている。これが、最小ノル
ム法による電流源推定方法の原理である。
Solving the above equation (5), the current source VP j on each lattice point
The direction and magnitude of the current source are estimated, and the one with the largest value is assumed to be closer to the true current source. This is the principle of the current source estimation method by the minimum norm method.

【0014】さらに、最小ノルム法の位置分解能を向上
させるために格子点分割を細分しながら最小ノルム解を
繰り返し求める方法も提案されている(例えば、 Y.Oka
da,J.Huang and C.Xu, 8th International Conference
on Biomagnetism, Munster,August 1991)。以下、図9
を参照して、この方法を簡単に説明する。
Further, in order to improve the position resolution of the minimum norm method, a method of repeatedly obtaining the minimum norm solution while subdividing the grid point division has been proposed (for example, Y.Oka).
da, J.Huang and C.Xu, 8th International Conference
on Biomagnetism, Munster, August 1991). Below, FIG.
This method will be briefly described with reference to.

【0015】図9は、図8に示した格子点群Nの一部を
拡大して示したもので、図中の符号Jは、上述した最小
ノルム法を用いて推定された真の電流源に近い電流源が
存在する格子点である。この格子点Jの周りに、細分さ
れた格子点群M(図9では小さな黒点で示す)を追加設
定する。そして、最初に設定した格子点群Nに新たに設
定した格子点群Mを含ませた形態で、前述と同様の手法
を用いて、より真の電流源に近い電流源を推定する。
FIG. 9 is an enlarged view of a part of the lattice point group N shown in FIG. 8. Reference numeral J in the drawing is a true current source estimated using the above-mentioned minimum norm method. Is a grid point where a current source close to is present. Around this grid point J, a subdivided grid point group M (indicated by small black dots in FIG. 9) is additionally set. Then, in a form in which the newly set lattice point group M is included in the initially set lattice point group N, a current source closer to the true current source is estimated by using the same method as described above.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。図9に示した従来方法によれば、最初に設定した
格子点群Nに追加して、細分化された格子点群Mを新た
に設定するので、格子点の数が多くなる。そのため、
(5) 式におけるベクトル〔P〕の要素が多くなり、最小
ノルム解の計算精度が低下するという難点がある。
However, the conventional example having such a structure has the following problems. According to the conventional method shown in FIG. 9, since the grid point group N that is initially set is added and the subdivided grid point group M is newly set, the number of grid points increases. for that reason,
There is a problem that the number of elements of the vector [P] in the equation (5) increases and the calculation accuracy of the minimum norm solution decreases.

【0017】そこで、本出願人は、先に特願平5−16
0450号及び特願平5−160451号によって、最
小ノルム法によって推定された電流源の内、値の大きな
電流源が存在する格子点付近に他の格子点群を移動させ
る格子点移動最小ノルム法を提案している。この方法
は、格子点の数を前回と同じくして、格子点間隔のみを
狭くした状態で電流源を推定することで、最小ノルム解
の精度を維持しながら、電流源を精度よく推定しようと
するものである。
Therefore, the present applicant previously filed Japanese Patent Application No. 5-16.
According to Japanese Patent Application No. 0450 and Japanese Patent Application No. 5-160451, among the current sources estimated by the minimum norm method, a grid point moving minimum norm method for moving another grid point group near a grid point where a current source with a large value exists Is proposed. This method tries to estimate the current source accurately while maintaining the accuracy of the minimum norm solution by estimating the current source with the number of grid points the same as the previous time and narrowing only the grid point spacing. To do.

【0018】しかし、最小ノルム法を用いた電流源の推
定方法では、磁気センサの数m(式の個数)よりも各格
子点上に仮定した電流源のX,Y,Z方向の大きさを考
慮した未知数の個数3n(nは格子点の数)が多い場合
(3n>m)を前提としているので、各格子点上の未知
の電流源と計測された磁界との関係を示す係数行列がラ
ンク落ちして、解が不安定になることがある。また、最
適な電流源を特定する過程において、最小の格子点間隔
が予め設定した値(収束判定値)以下になったか否かを
判断基準としているので、この判定基準の値によっては
推定結果が異なることがある。
However, in the method of estimating the current source using the minimum norm method, the size of the assumed current source on each lattice point in the X, Y, and Z directions is larger than the number m of magnetic sensors (the number of equations). Since it is assumed that the number of unknowns 3n (n is the number of lattice points) considered is large (3n> m), the coefficient matrix showing the relationship between the unknown current source on each lattice point and the measured magnetic field is The rank may drop and the solution may become unstable. In addition, in the process of specifying the optimum current source, whether or not the minimum grid point spacing is less than or equal to a preset value (convergence judgment value) is used as a judgment criterion. It can be different.

【0019】そこで、更に本出願人は、特願平6−47
220号によって、磁気センサの個数よりも少ない個数
の格子点を設定し、これらの各格子点上の未知の電流源
が及ぼす磁界と磁気センサによって計測した磁界の2乗
誤差を最小にするという条件を付加することにより未知
の電流源を求め、その求めた電流源から計算した磁界と
磁気センサによって計測した磁界の2乗誤差が大域的に
最小となったか否かを判断し、最小でないと判断された
場合に、前記求められた電流源の内、値の大きな電流源
が存在する格子点付近に他の格子点群を移動させる手法
を提案している。ここで、2乗誤差が大域的に最小であ
るとは、上述した格子点の移動と電流源の算出処理を複
数回繰り返した場合に、各格子点配置毎に求められた最
小2乗誤差の中で値が最小であることをいう。
Therefore, the present applicant has further filed Japanese Patent Application No. 6-47.
No. 220 sets the number of grid points smaller than the number of magnetic sensors, and minimizes the square error between the magnetic field exerted by an unknown current source on each of these grid points and the magnetic field measured by the magnetic sensor. The unknown current source is obtained by adding, and it is determined whether or not the square error between the magnetic field calculated from the obtained current source and the magnetic field measured by the magnetic sensor has been globally minimized. In such a case, a method of moving another grid point group to the vicinity of a grid point where a current source with a large value exists among the obtained current sources is proposed. Here, the squared error is globally the minimum, which means that the minimum squared error obtained for each grid point arrangement is determined when the above-described grid point movement and current source calculation processing are repeated a plurality of times. It means that the value is the smallest.

【0020】この手法によれば、設定した各格子点上の
未知の電流源の個数を磁気センサの個数よりも少なく
し、また、計測磁界から電流源を求める条件として、各
格子点上の電流源が及ぼす磁界と実際の計測磁界の2乗
誤差を最小にするという条件を採用したので、電流源の
推定をより正確に行うことができる。さらに、前記2乗
誤差が大域的に最小となるときの電流源を真の電流源と
して推定するので、最終の電流源を特定する過程で、収
束判定値の設定が不要になり、最終の電流源の特定を一
意的に行うことができる。
According to this method, the number of unknown current sources on each set grid point is made smaller than the number of magnetic sensors, and the current on each grid point is set as a condition for obtaining the current source from the measured magnetic field. Since the condition that the square error between the magnetic field exerted by the source and the actual measured magnetic field is minimized, the current source can be estimated more accurately. Further, since the current source when the squared error is globally minimized is estimated as the true current source, it is not necessary to set the convergence determination value in the process of specifying the final current source, and the final current is determined. The source can be uniquely identified.

【0021】しかし、この手法によっても、以下のよう
な改良すべき点があることが判明した。すなわち、上述
した線形最小2乗法を用いて電流源を推定する手法によ
ると、各格子点上の電流源のモーメント(方向、大き
さ)をばらつかせ、これらの電流源の磁界を打ち消し合
わせた結果として得られる磁場が、計測磁場と同じにな
るように、各格子点上の電流源が推定される。つまり、
推定された各電流源のモーメントにバラツキが発生し易
い。また、計測磁場にノイズが離散的に混入していた場
合、そのノイズ成分も解(電流源)として算出してしま
うこともある。
However, it has been found that this method also has the following points to be improved. That is, according to the method of estimating a current source using the linear least squares method described above, the moments (directions and magnitudes) of the current sources on the respective lattice points are dispersed and the magnetic fields of these current sources are canceled out. The current source on each grid point is estimated so that the resulting magnetic field is the same as the measured magnetic field. That is,
Variations in the estimated moments of the current sources are likely to occur. When noise is discretely mixed in the measurement magnetic field, the noise component may be calculated as a solution (current source).

【0022】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、上述の諸欠点を解消し、特に、推定
された電流源の物理量のバラツキを抑制するとともに、
計測磁場にノイズが混入していても、その影響が受け難
い生体活動電流源推定装置を提供することを目的として
いる。
The present invention has been made in view of the above circumstances, solves the above-mentioned drawbacks, and in particular suppresses the variation in the estimated physical quantity of the current source, and
It is an object of the present invention to provide a biological activity current source estimation device that is not easily affected by noise even if the measurement magnetic field contains noise.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】この発明は、このような
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、この発明は、生体活動電流源の位置,大きさ,方向
等の物理量を推定する生体活動電流源推定装置であっ
て、(a)被検体の診断対象領域に近接配備され、前記
診断対象領域内の生体活動電流源による微小磁界を計測
する複数個の磁気センサと、(b)前記各磁気センサに
よって計測された磁界データをデジタルデータに変換す
るデータ変換手段と、(c)前記デジタルデータに変換
された磁界データを収集して記憶するデータ収集手段
と、(d)前記診断対象領域に、その個数が前記磁気セ
ンサの個数よりも少なくなるように複数個の格子点を設
定する格子点設定手段と、(e)前記各格子点上の未知
の電流源が及ぼす磁界と前記データ収集手段に記憶され
た磁界データの2乗誤差と、前記電流源の重み付き2乗
和との和を最小にするという条件を付加することにより
未知の電流源を求める電流源算出手段と、(f)前記求
めた電流源から計算した磁界と前記磁気センサにより実
際に計測されて前記データ収集手段に記憶された磁界デ
ータとの2乗誤差を含む関数が大域的に最小となったか
否かを判断する判断手段と、(g)前記2乗誤差を含む
関数が大域的に最小でないと判断された場合に、前記電
流源算出手段で求めた各格子点上の電流源の内、値の大
きな電流源が存在する格子点の付近へ他の格子点群を移
動させて前記格子点群を再配置する格子点群再配置手段
と、(h)前記電流源算出手段、前記判断手段、および
前記格子点群再配置手段による各処理を繰り返し、前記
判断手段で2乗誤差を含む関数が大域的に最小と判断さ
れた場合の磁界に対応する電流源を真の電流源と推定す
る電流源特定手段と、(i)前記電流源特定手段で推定
された電流源を、前記被検体の診断対象領域の断層像に
重ね合わせて表示する表示手段と、を備えたものであ
る。
The present invention has the following constitution in order to achieve such an object. That is, the present invention is a biological activity current source estimation device for estimating a physical quantity such as a position, size, direction, etc. of a biological activity current source, which is (a) disposed in proximity to a diagnostic target region of a subject, A plurality of magnetic sensors for measuring a minute magnetic field by a biological activity current source in the region; (b) data conversion means for converting magnetic field data measured by each of the magnetic sensors into digital data; and (c) the digital data. Data collecting means for collecting and storing the magnetic field data converted into the above, and (d) a grid point for setting a plurality of grid points in the diagnosis target region so that the number of the magnetic field data is smaller than the number of the magnetic sensors. Setting means, and (e) the sum of the squared error of the magnetic field exerted by the unknown current source on each grid point and the magnetic field data stored in the data collecting means, and the weighted sum of squares of the current source. minimum And (f) the magnetic field calculated from the obtained current source and the magnetic sensor actually measured and stored in the data collecting means. Determining means for determining whether or not the function including the squared error with the magnetic field data is globally minimized, and (g) when the function including the squared error is determined not to be the global minimum, Among the current sources on each grid point obtained by the current source calculation means, another grid point group is moved to the vicinity of the grid point where a current source with a large value exists, and the grid point is rearranged. Each processing by the group rearranging means, (h) the current source calculating means, the judging means, and the lattice point group rearranging means is repeated, and the judging means judges that the function including the square error is globally minimum. Current source corresponding to the magnetic field when exposed to A current source specifying unit that estimates a true current source; and (i) a display unit that displays the current source estimated by the current source specifying unit by superimposing the current source on the tomographic image of the diagnosis target region of the subject. Be prepared.

【0024】[0024]

【作用】この発明の作用は次のとおりである。各磁気セ
ンサで計測された微小磁界はデータ変換手段でデジタル
データに変換された後、データ収集手段に記憶される。
そして、格子点設定手段により、診断対象領域に複数個
の格子点が仮想的に設定される。この格子点の個数は、
磁気セサンの個数よりも少なく設定される。各格子点上
の未知の電流源が及ぼす磁界と前記データ収集手段に記
憶された磁界データとの2乗誤差と、前記電流源の重み
付き2乗和との和を最小にするという条件を付加して、
各格子点上の電流源が電流源算出手段により求められ
る。
The operation of the present invention is as follows. The minute magnetic field measured by each magnetic sensor is converted into digital data by the data conversion means and then stored in the data collection means.
Then, the grid point setting means virtually sets a plurality of grid points in the diagnosis target area. The number of grid points is
Set less than the number of magnetic sesan. A condition is added to minimize the sum of the squared error between the magnetic field exerted by the unknown current source on each grid point and the magnetic field data stored in the data collecting means, and the weighted sum of squares of the current source. do it,
The current source on each grid point is obtained by the current source calculation means.

【0025】ここで、電流源の重み付き2乗和であるペ
ナルティ項は、電流源が固まって(寄り集まって)存在
する程、その値が小さくなるという性質があるので、算
出される電流源の物理量のバラツキが抑制されるととも
に、離散的に存在するノイズが解として求められること
が低減される。
Here, the penalty term, which is the weighted sum of squares of the current source, has a property that its value becomes smaller as the current sources are clustered (closer together), and therefore the calculated current source. The variation in the physical quantity of is suppressed, and the noise that is discretely present as a solution is reduced.

【0026】続いて、電流源算出手段で求められた電流
源から計算した磁界と、磁気センサで実際に計測されて
データ収集手段に記憶されている磁界データとの2乗誤
差を含む関数が大域的に最小となったか否かが判断手段
により判断される。最小でないと判断された場合、格子
点群再配置手段により、前記電流源算出手段で求められ
た電流源の内、値の大きな電流源が存在する格子点の付
近へ他の格子点群を移動させて格子点群が再配置され
る。前記電流源算出手段、判断手段、および格子点群再
配置手段による各処理を繰り返し、判断手段で2乗誤差
を含む関数が大域的に最小と判断された場合に、電流源
特定手段によりその磁界に対応する電流源が真の電流源
として推定される。電流源特定手段で推定された電流源
は、表示手段により被検体の診断対象領域の断層像に重
ね合わせて表示される。
Subsequently, a function including a square error between the magnetic field calculated from the current source obtained by the current source calculating means and the magnetic field data actually measured by the magnetic sensor and stored in the data collecting means is in a global range. The determination means determines whether or not it has become minimum. When it is determined that the grid point group is not the minimum, the grid point group rearrangement means moves another grid point group to the vicinity of the grid point in which the current source having the larger value exists among the current sources calculated by the current source calculation means. Then, the grid point group is rearranged. When the function including the squared error is globally minimized by the determining means by repeating the respective processes by the current source calculating means, the determining means, and the lattice point group rearranging means, the magnetic field of the magnetic field is determined by the current source identifying means. The current source corresponding to is estimated as the true current source. The current source estimated by the current source specifying means is displayed by the display means so as to be superimposed on the tomographic image of the diagnosis target region of the subject.

【0027】[0027]

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。 <第1実施例>図1はこの発明に係る生体活動電流源推
定装置の一実施例の概略構成を示したブロック図であ
る。図中、符号2は磁気シールドルームであり、この磁
気シールドルーム2内に被検体Mが仰臥されるベッド3
と、被検体Mの例えば脳に近接配備され、脳内に生じた
生体活動電流源による微小磁界を無侵襲に計測するため
のマルチチャンネルSQUIDセンサ1とが設けられて
いる。上述したように、マルチチャンネルSQUIDセ
ンサ1は、デュアー内に多数の磁気センサが冷媒に浸漬
して収納されている。本実施例において、各磁気センサ
は被検体Mの脳を球体とした場合に、その半径方向の磁
界成分を検出する一対のコイルでそれぞれ構成されてい
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. <First Embodiment> FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the biological activity current source estimation apparatus according to the present invention. In the figure, reference numeral 2 is a magnetically shielded room, and a bed 3 on which the subject M is supine in the magnetically shielded room 2.
And a multi-channel SQUID sensor 1 provided near the brain of the subject M, for non-invasively measuring a minute magnetic field generated by a biological activity current source generated in the brain. As described above, in the multi-channel SQUID sensor 1, a large number of magnetic sensors are immersed in the refrigerant and housed in the dewar. In the present embodiment, each magnetic sensor is composed of a pair of coils that detect a magnetic field component in the radial direction when the brain of the subject M is a sphere.

【0028】マルチチャンネルSQUIDセンサ1で検
出された磁界データはデータ変換ユニット4に与えられ
てデジタルデータに変換された後、データ収集ユニット
5に集められる。刺激装置6は、被検体Mに電気的刺激
(あるいは音、光刺激など)を与えるためのものであ
る。ポジショニングユニット7は、マルチチャンネルS
QUIDセンサ1を基準とした3次元座標系に対する被
検体Mの位置関係を把握するための装置である。例え
ば、被検体Mの複数個所に小コイルを取り付け、これら
の小コイルにポジショニングユニット7から給電する。
そして、各コイルから発生した磁界をマルチチャンネル
SQUIDセンサ1で検出することにより、マルチチャ
ンネルSQUIDセンサ1に対する被検体Mの位置関係
を把握する。なお、SQUIDセンサ1に対する被検体
Mの位置関係を把握するための手法は、これ以外に、デ
ュワーに投光器を取り付けて光ビームを被検体Mに照射
して両者の位置関係を把握するものや、あるいは、特開
平5─237065号、特開平6─788925号など
に開示された種々の手法が用いられる。
The magnetic field data detected by the multi-channel SQUID sensor 1 is given to the data conversion unit 4 and converted into digital data, and then collected in the data collection unit 5. The stimulator 6 is for applying electrical stimulation (or sound, optical stimulation, etc.) to the subject M. The positioning unit 7 is a multi-channel S
This is a device for grasping the positional relationship of the subject M with respect to the three-dimensional coordinate system based on the QUID sensor 1. For example, small coils are attached to a plurality of positions of the subject M, and the positioning unit 7 supplies power to these small coils.
Then, the magnetic field generated from each coil is detected by the multi-channel SQUID sensor 1 to grasp the positional relationship of the subject M with respect to the multi-channel SQUID sensor 1. Other than this, a method for grasping the positional relationship of the subject M with respect to the SQUID sensor 1 is to attach a light projector to the dewar and irradiate the subject M with a light beam to grasp the positional relation between the two. Alternatively, various methods disclosed in JP-A-5-237065 and JP-A-6-788925 are used.

【0029】データ解析ユニット8は、データ収集ユニ
ット5に集められた磁界データに基づいて、被検体Mの
診断対象領域内の電流源を推定するためのものである。
このデータ解析ユニット8は、後述する説明から明らか
になるように、この発明における格子点設定手段、電流
源算出手段、判断手段、格子点群再配置手段、および電
流源特定手段としての機能を備える。データ解析ユニッ
ト8に関連して設けられた光磁気ディスク9には、例え
ばX線CT装置やMRI装置で得られた断層画像が記憶
されており、データ解析ユニット8で推定された電流源
が、これらの断層像上に重ね合わされてカラーモニタ1
0に表示されたり、あるいはカラープリンタ11に印字
出力されるようになっている。なお、X線CT装置やM
RI装置で得られた断層画像は、図1に示した通信回線
12を介してデータ解析ユニット8に直接伝送するよう
に構成してもよい。
The data analysis unit 8 is for estimating the current source in the diagnosis target region of the subject M based on the magnetic field data collected by the data collection unit 5.
The data analysis unit 8 has functions as a grid point setting means, a current source calculating means, a judging means, a grid point group rearranging means, and a current source specifying means in the present invention, as will be apparent from the description below. . The magneto-optical disk 9 provided in association with the data analysis unit 8 stores, for example, a tomographic image obtained by an X-ray CT apparatus or an MRI apparatus, and the current source estimated by the data analysis unit 8 is Color monitor 1 superimposed on these tomographic images
It is displayed at 0 or printed out on the color printer 11. An X-ray CT system and M
The tomographic image obtained by the RI apparatus may be directly transmitted to the data analysis unit 8 via the communication line 12 shown in FIG.

【0030】上述したように、マルチチャンネルSQU
IDセンサ1を基準とした3次元座標系に対する被検体
Mの位置関係を測定して記憶するとともに、マルチチャ
ンネルSQUIDセンサ1で被検体Mの診断対象領域で
ある例えば脳内の生体活動電流源からの微小磁界を計測
して、その磁界データをデータ収集ユニット5に集めた
後、データ解析ユニット8で電流源の推定処理が実行さ
れる。以下、図2に示したフローチャートを参照して説
明する。
As mentioned above, the multi-channel SQUA
The positional relationship of the subject M with respect to the three-dimensional coordinate system based on the ID sensor 1 is measured and stored, and the multi-channel SQUID sensor 1 detects a region to be examined by the subject M, for example, from a biological activity current source in the brain. After measuring the minute magnetic field and collecting the magnetic field data in the data collection unit 5, the data analysis unit 8 executes the current source estimation process. Hereinafter, description will be given with reference to the flowchart shown in FIG.

【0031】図8に示した従来例と同様に、診断対象領
域である例えば脳内に3次元の格子点群Nを想定する
(ステップS1)。ここで、格子点群Nについての未知
数3n(各格子点についてX,Y,Z方向に想定される
電流源の個数)が、マルチチャンネルSQUIDセンサ
1を構成する各磁気センサS1 〜Sm の個数mよりも少
なくなるように、格子点群Nの格子点の数が設定され
る。
Similar to the conventional example shown in FIG. 8, a three-dimensional lattice point group N is assumed in the diagnosis target area, for example, the brain (step S1). Here, the unknown number 3n for the grid point group N (the number of current sources expected in the X, Y, Z directions for each grid point) is the same as that of each magnetic sensor S 1 to S m constituting the multi-channel SQUID sensor 1. The number of grid points of the grid point group N is set so as to be smaller than the number m.

【0032】そして、式(3) で表される行列Aの各係数
をビオ・サバールの法則を使って算出(行列Aの各係数
は、後述する格子点の移動ごとに算出される)した後、
各格子点上の電流源をペナルティ項付きの線形最小2乗
法で求める(ステップS2)。以下、このステップS2
の処理を詳細に説明する。
Then, after calculating each coefficient of the matrix A represented by the equation (3) by using Biot-Savart's law (each coefficient of the matrix A is calculated for each movement of the lattice points described later). ,
The current source on each grid point is obtained by the linear least squares method with a penalty term (step S2). Hereafter, this step S2
The process will be described in detail.

【0033】上述した式(4) を使って、磁気センサS1
〜Sm によって計測され、データ収集ユニット5に記憶
された磁界データ〔Bd〕から各格子点上の電流源
〔P〕を求める。式(4) を改めて以下に示す。 〔P〕=A- 〔Bd〕 ………(4)
Using the above equation (4), the magnetic sensor S 1
Measured by to S m, determine the magnetic field data stored in the data collecting unit 5 current sources on each grid point from [Bd] [P]. Equation (4) is shown below again. (P) = A - [Bd] ......... (4)

【0034】行列Aは上述した(3) 式で表される、3n
×m個の要素をもった行列である。(4) 式において、式
の個数m(磁気センサS1 〜Sm の個数)が、未知数の
個数3nよりも多いために解が求まらない。そこで、測
定された磁界〔Bd〕と各格子点上に仮定した電流源
〔P〕が磁気センサS1 〜Sm に及ぼす磁界〔B〕との
2乗誤差|〔Bd〕−〔B〕|と、以下に示すペナルテ
ィ項との和で表された評価関数fを最小にするという条
件を付加することにより、線形最小2乗法を用いて電流
源〔P〕を算出する。この評価関数を式(7))に示す。
The matrix A is represented by the above equation (3), 3n
It is a matrix with × m elements. In equation (4), the solution cannot be obtained because the number m of equations (the number of magnetic sensors S 1 to S m ) is larger than the unknown number 3n. Therefore, the squared error | [Bd]-[B] | of the measured magnetic field [Bd] and the magnetic field [B] exerted on the magnetic sensors S 1 to S m by the current source [P] assumed on each lattice point. And the condition that the evaluation function f represented by the sum of the following penalty term is minimized, the current source [P] is calculated using the linear least squares method. This evaluation function is shown in formula (7)).

【0035】[0035]

【数3】 [Equation 3]

【0036】評価関数の第1項が磁場の2乗誤差、第2
項がペナルティ項である。ペナルティ項中のλはペナル
ティ項の重み、wiは磁気センサから磁場測定面までの
距離による影響をキャンセルするための係数である。ペ
ナルティ項は、電流源が固まって存在する程、その値が
小さくなるという性質があるので、評価関数中の第1項
の磁場の2乗誤差のみを最小にするという条件で電流源
を求めた場合に、電流源がバラツキ易いという傾向が抑
制されるとともに、離散的に存在するノイズ成分が解と
して採用されることが軽減される。
The first term of the evaluation function is the square error of the magnetic field, and the second term is
The term is a penalty term. Λ in the penalty term is a weight of the penalty term, and wi is a coefficient for canceling the influence of the distance from the magnetic sensor to the magnetic field measurement surface. The penalty term has a property that its value becomes smaller as the current source is solidified. Therefore, the current source was obtained under the condition that only the square error of the magnetic field of the first term in the evaluation function is minimized. In this case, the tendency that the current sources are likely to vary is suppressed, and the noise component that exists discretely is reduced as a solution.

【0037】上記の評価関数fを最小にするという条件
を付加することにより、式(4) は 〔P〕=A+ 〔Bd〕 ………(8) で表される。ここで、A+ は次式(9) により求められ
る。 A+ =(At A+λ・W)-1 ・At ………(9) (9) 式中のWは、次式(10)で表される行列である。
By adding the condition that the evaluation function f is minimized, the equation (4) is expressed by [P] = A + [Bd] (8). Here, A + is calculated by the following equation (9). A + = (A t A + λ · W) −1 · A t (9) (9) W in the equation is a matrix represented by the following equation (10).

【0038】[0038]

【数4】 [Equation 4]

【0039】ここで、一般に、電流源Piが磁場測定面
に近いほど大きな磁場が測定されるので、行列Wを次式
(11)のようにすることで、求める電流源Piについて、
磁場測定面との距離による影響(すなわち、電流源Pi
が磁場測定面の近くに推定されるという傾向)をキャン
セルすることができる。
Here, in general, a larger magnetic field is measured as the current source Pi is closer to the magnetic field measurement surface.
By doing as in (11), for the desired current source Pi,
Effect of distance to the magnetic field measurement plane (ie current source Pi
The tendency that is estimated near the magnetic field measurement plane) can be canceled.

【0040】[0040]

【数5】 [Equation 5]

【0041】また、ペナルティ項の重みλを次式(12)の
ようにすることで、磁場の2乗誤差の項(At A)とペ
ナルティ項(W)を同程度の大きさにとることができ
る。 λ=|At A|/|W| ………(12)
Further, by setting the weight λ of the penalty term as in the following equation (12), the square error term (A t A) of the magnetic field and the penalty term (W) are set to be approximately the same size. You can λ = | A t A | / | W | ……… (12)

【0042】上記した) 式と(9) 式により電流源
〔P〕が求まると、ステップS3に進んで、推定された
電流源〔P〕が磁気センサS1 〜Sm に及ぼす磁界
〔B〕と測定された磁界〔Bd〕との2乗誤差と、上述
したペナルティ項との和が、大域的に最小であるか否か
を判断する。ここで、磁場の2乗誤差とペナルティ項と
の和が大域的に最小であるとは、後述するステップS4
を繰り返す過程で格子点群を複数回移動させた場合に、
それぞれの格子点の位置で上述した方法により求めた磁
場の2乗誤差とペナルティ項との和の中で、値が最小の
ものをいう。磁場の2乗誤差とペナルティ項との和が大
域的に最小であるか否かの判断は、後述するステップS
4を繰り返す過程で、再配置された格子点群について、
上述したステップS2、S3の処理により、それぞれ求
めた磁場の2乗誤差とペナルティ項との和を記憶してお
き、それぞれの値を比較して極小となる値を大域的な最
小値とすればよい。
When the current source [P] is obtained by the equations (9) and (9), the process proceeds to step S3, where the estimated current source [P] exerts a magnetic field [B] on the magnetic sensors S 1 to S m. Then, it is determined whether or not the sum of the squared error of the measured magnetic field [Bd] and the above-mentioned penalty term is globally minimum. Here, the sum of the squared error of the magnetic field and the penalty term is globally minimum, which means that step S4 described later is performed.
When the grid point group is moved multiple times in the process of repeating,
The sum of the squared error of the magnetic field and the penalty term obtained by the above-mentioned method at the position of each lattice point has the smallest value. Whether the sum of the square error of the magnetic field and the penalty term is globally minimum is determined in step S described later.
In the process of repeating 4, for the rearranged grid point group,
If the sum of the squared error of the magnetic field and the penalty term obtained respectively by the processing of steps S2 and S3 described above is stored, and the respective values are compared and the minimum value is set to the global minimum value. Good.

【0043】最小でないと判断された場合はステップS
4に進み、ステップS2で求めた電流源〔P〕の中、値
の大きな電流源が存在する格子点の周りに他の格子点上
の電流源を移動させる。これにより、格子点数は元の格
子点群Nと同じで、間隔が密になった新たな格子点群が
得られる。なお、値の大きな電流源は必ずしも一つでは
なく、通常は複数個ある。
If it is determined that the value is not the minimum, step S
In step 4, the current sources on the other grid points are moved around the grid point where the current source having a large value exists among the current sources [P] obtained in step S2. As a result, a new grid point group having the same number of grid points as that of the original grid point group N and a close spacing can be obtained. It should be noted that the number of current sources having a large value is not always one, and there are usually a plurality of current sources.

【0044】値の大きな電流源が存在する格子点に、他
の格子点群を近づけるための手法は特に限定しないが、
例えば、次のような手法が例示される。ステップS2で
求められた各格子点の電流源の大きさを質量と考え、重
力によって各格子点間に引力が働くと仮定する。そうす
ると、各格子点は、質量の大きな格子点に近づいて行
き、質量の大きな格子点に近い程、密度の高い格子点群
が得られる。各格子点の移動距離は適宜に設定される。
さらに、別の格子点移動法としては、例えば、推定電流
の大きい格子点を中心とする立方体の頂点に推定電流の
小さい各格子点8個を移動する。このとき、立方体の大
きさは、例えば、推定電流の大きい格子点と、これに最
も近い格子点との距離の半分とする。
A method for bringing another grid point group close to a grid point where a current source having a large value exists is not particularly limited.
For example, the following method is exemplified. It is assumed that the size of the current source at each grid point obtained in step S2 is a mass, and that an attractive force acts between the grid points due to gravity. Then, each grid point approaches a grid point having a large mass, and a grid point group having a higher density is obtained as the grid point is closer to a mass having a larger mass. The moving distance of each grid point is set appropriately.
Further, as another grid point moving method, for example, eight grid points each having a small estimated current are moved to the vertices of a cube whose center is a grid point having a large estimated current. At this time, the size of the cube is, for example, half of the distance between the lattice point having a large estimated current and the lattice point closest to the lattice point.

【0045】格子点を移動させた後、ステップS2に戻
って、移動させた格子点群について、上述した評価関数
を最小にするという条件を付加して、線形最小2乗法で
電流源〔P〕を新たに求める。そして、ステップS3で
再び2乗誤差とペナルティ項との和が大域的に最小であ
るか否かの判断を行い、最小でないと判断した場合は上
述したステップS2〜S4を繰り返し行う。
After moving the lattice points, the process returns to step S2, and the condition that the above evaluation function is minimized is added to the moved lattice point group, and the current source [P] is applied by the linear least squares method. Is newly requested. Then, in step S3, it is again determined whether or not the sum of the squared error and the penalty term is globally minimum. If it is determined that the sum is not the minimum, steps S2 to S4 described above are repeated.

【0046】ステップS3で最小であると判断された場
合は、ステップS5において大域的に最小となった磁界
〔B〕に対する電流源〔P〕を真の電流源と推定する。
真の電流源として推定された電流源〔P〕は、図1に示
した光磁気ディスク9に記憶されたX線CT像やMR断
層像上に重ね合わされて、例えばカラーモニタ10に表
示される。
When it is determined in step S3 that it is the minimum, the current source [P] for the magnetic field [B] that is globally minimized in step S5 is estimated to be the true current source.
The current source [P] estimated as a true current source is superimposed on the X-ray CT image or MR tomographic image stored in the magneto-optical disk 9 shown in FIG. 1 and displayed on the color monitor 10, for example. .

【0047】<シミュレーション>上述した手法の作用
を視覚的に確認するためにシミュレーションを行った。
図3は、(16.0, 16.0, 48.0) 〔mm〕の位置に(-10/
√2,-10/√2,0)〔nAm 〕の電流源があると仮定し、この
電流源を129個の磁気センサで計測した磁場(信号対
雑音比S/N=20)に32個の格子点を設定して、ペ
ナルティ項を付加しない評価関数(すなわち、磁場の2
乗誤差のみ)を最小にするという条件で電流源を推定し
たシミュレーション結果である。この比較例によれば、
ノイズの影響により電流源がバラバラになって求められ
ることが判る。なお、シミュレーション結果を示した各
図において、白丸は想定した電流源、矢印あるいは黒点
で示されるのが格子点(推定された電流源)で、電流値
が大きいものは黒点をより大きく、さらに電流値が大き
いものは矢印で示されている。また、格子点のうち電流
値が小さいものは図に現れていないので、図示されてい
るのは実際に設定した格子点の数よりも少なくなってい
る。
<Simulation> A simulation was performed in order to visually confirm the operation of the above method.
Fig. 3 shows the position of (-16.0, 16.0, 48.0) [mm] (-10 /
Assuming that there is a current source of √2, -10 / √2,0) [nAm], this current source is measured by 129 magnetic sensors and the magnetic field (signal to noise ratio S / N = 20) is 32. Of the evaluation function (that is, the magnetic field 2
This is a simulation result of estimating the current source under the condition that the multiplication error only) is minimized. According to this comparative example,
It can be seen that the current sources are required to be separated due to the influence of noise. In each figure showing the simulation results, white circles are assumed current sources, arrows or black dots are grid points (estimated current sources), and those with large current values have larger black dots and more current. Larger values are indicated by arrows. Further, among the grid points, those having a small current value do not appear in the figure, and therefore the number shown is smaller than the number of grid points actually set.

【0048】一方、図4は、(0, 10.0, 69.0) 〔m
m〕の位置に(10,0,0)〔nAm 〕の電流源が、(0,
-10.0, 49.0)〔mm〕の位置に(10,0,0)〔nAm 〕の
電流源がそれぞれあると仮定し、この電流源を129個
の磁気センサで計測した磁場(信号対雑音比S/N=2
0)に32個の格子点を設定して、本第1実施例で推定
したシミュレーション結果である。本実施例によれば、
計測磁場にノイズが混入している場合にも、電流源が正
確に推定されていることが判る。
On the other hand, FIG. 4 shows (0, 10.0, 69.0) [m
At the position [m], a current source of (10,0,0) [nAm]
It is assumed that there are current sources of (10,0,0) [nAm] at the position of -10.0, 49.0) [mm], and the magnetic field (signal-to-noise ratio S / N = 2
It is the simulation result estimated in the first embodiment by setting 32 grid points in 0). According to this embodiment,
It can be seen that the current source is accurately estimated even when noise is mixed in the measured magnetic field.

【0049】<第2実施例>第1実施例で説明した手法
は、磁場源を電流双極子と仮定した場合には良好な推定
を行うことができるが、最適電流源の特定基準(図2の
ステップS3)にペナルティ項を加えた関係で、推定さ
れる電流源が固まる(局所的に集中する)という傾向を
もつ。そのため、電流源がある程度の拡がりをもって分
布している場合に、これらの電流源が正しく推定され難
いという難点がある。本実施例は、この点に鑑み、拡が
りをもつ電流源も正しく推定することができるようにし
た。なお、装置の概略構成は図1に示した第1実施例の
ものと同様てあるので、ここでの説明は省略する。
<Second Embodiment> The method described in the first embodiment can perform a good estimation when the magnetic field source is assumed to be a current dipole, but it is a criterion for identifying the optimum current source (see FIG. 2). The estimated current source has a tendency to be solidified (locally concentrated) due to the relationship in which the penalty term is added to the step S3). Therefore, when the current sources are distributed with a certain spread, it is difficult to correctly estimate these current sources. In view of this point, the present embodiment has made it possible to correctly estimate a current source having a spread. Since the schematic structure of the apparatus is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, its description is omitted here.

【0050】以下、図5のフローチャートを参照して、
データ解析ユニット8における電流源の推定処理につい
て説明する。ステップS11では、第1実施例と同様
に、診断対象領域に格子点群を均等に設定する。ステッ
プS12では、磁気センサS1 〜Sm によって計測され
た磁界〔Bd〕から電流源〔P〕を線形最小2乗法で求
めるにあたり、第1実施例のステップS2と同様に、測
定された磁界〔Bd〕と各格子点上に仮定した電流源
〔P〕が磁気センサS1 〜Sm に及ぼす磁界〔B〕との
2乗誤差|〔Bd〕−〔B〕|と、ペナルティ項との和
で表された評価関数fを最小にするという条件を付加す
る。
Hereinafter, with reference to the flowchart of FIG.
The current source estimation process in the data analysis unit 8 will be described. In step S11, similarly to the first embodiment, the grid point group is uniformly set in the diagnosis target area. In step S12, when the current source [P] is obtained from the magnetic field [Bd] measured by the magnetic sensors S 1 to S m by the linear least squares method, the measured magnetic field [P] is obtained as in step S2 of the first embodiment. Bd] and the squared error | [Bd]-[B] | between the magnetic field [B] exerted on the magnetic sensors S 1 to S m by the assumed current source [P] on each lattice point, and the sum of the penalty term. A condition of minimizing the evaluation function f represented by is added.

【0051】ここで、式(7) 中のペナルティ項の重みλ
を格子点間の距離に応じて決定する。具体的には、各格
子点について、その格子点と最も近い格子点との距離を
それぞれ求める。そして、各距離の平均値をパラメータ
として、その平均値が小さくなるとλも小さくなるよう
に重みλを決定する。これにより、格子点がバラバラの
ときは重みλが大きくなり、その結果、式(7) 中のペナ
ルティ項の影響が大きくなり、ノイズ成分の影響による
推定電流源のバラツキを抑制することができる。一方、
格子点が局所的に寄り集まってくると重みλが小さくな
り、その結果、式(7) 中のペナルティ項の影響が小さく
なるので、電流源の必要以上の集中が避けられる。
Here, the weight λ of the penalty term in equation (7)
Is determined according to the distance between the grid points. Specifically, for each grid point, the distance between the grid point and the nearest grid point is obtained. Then, using the average value of each distance as a parameter, the weight λ is determined so that λ becomes smaller as the average value becomes smaller. As a result, when the lattice points are different, the weight λ becomes large, and as a result, the influence of the penalty term in Expression (7) becomes large, and it is possible to suppress the variation of the estimated current source due to the influence of the noise component. on the other hand,
When the lattice points are locally concentrated, the weight λ becomes small, and as a result, the influence of the penalty term in Eq. (7) becomes small, so that unnecessary concentration of the current source can be avoided.

【0052】電流源〔P〕が求まると、ステップS13
に進んで、推定された電流源〔P〕が磁気センサS1
m に及ぼす磁界〔B〕と測定された磁界〔Bd〕との
2乗誤差が大域的に最小であるか否かを判断する。すな
わち、このステップS13では、最適電流源の特定基準
からペナルティ項を除いたので、不必要に固まった電流
源が最適の電流源として採用されることが避けられる。
When the current source [P] is obtained, step S13
And the estimated current source [P] is moved to the magnetic sensor S 1 ~.
It is judged whether or not the squared error between the magnetic field [B] exerted on S m and the measured magnetic field [Bd] is globally minimum. That is, in this step S13, since the penalty term is removed from the identification standard of the optimum current source, it is possible to avoid adopting an unnecessary fixed current source as the optimum current source.

【0053】最小でないと判断された場合は、第1実施
例と同様に、ステップS14に進み、最大の電流源が存
在する格子点の回りに他の格子点上の電流源を移動させ
て、ステップS12に戻り、移動させた格子点群につい
て、同様にペナルティ項を付加した線形最小2乗法で電
流源〔P〕を新たに求める。そして、ステップS13で
再び2乗誤差が大域的に最小であるか否かの判断を行
い、最小でないと判断した場合は上述したステップS1
2〜S14を繰り返し行う。ステップS13で最小であ
ると判断された場合は、ステップS15において大域的
に最小となった磁界〔B〕に対する電流源〔P〕を真の
電流源と推定し、その電流源を関心領域の断層上に重ね
合わせ表示して処理を終える。
If it is determined that the current source is not the minimum, the process proceeds to step S14 as in the first embodiment, and the current sources on other grid points are moved around the grid point where the maximum current source exists. Returning to step S12, a current source [P] is newly obtained for the moved grid point group by the linear least squares method with a penalty term added. Then, in step S13, it is again determined whether or not the squared error is globally minimum. If it is determined that the squared error is not minimum, step S1 described above is performed.
2 to S14 are repeated. When it is determined in step S13 that it is the minimum, the current source [P] for the magnetic field [B] that is globally minimized in step S15 is estimated to be a true current source, and the current source is a slice in the region of interest. The process is overlaid and displayed on top.

【0054】<シミュレーション>上述した手法の作用
を視覚的に確認するためにシミュレーションを行った。
図6は、(0,20, 60) 〔mm〕を中心として、一辺が
20mmの立方体内に10nAの電流源が等分布していると
仮定し、この等分布電流源を129個の磁気センサで計
測した磁場(S/N=20)から、32個の格子点を設
定して上述した第1実施例の手法で推定したシミュレー
ション結果である。第1実施例の手法によれば、推定さ
れた電流源が必要以上に固まり過ぎていることが判る。
図7は、同様の等分布電流源を第2実施例の手法で推定
したシミュレーション結果である。本第2実施例によれ
ば、等分布の電流源が正しい形態で推定されていること
が判る。
<Simulation> A simulation was performed in order to visually confirm the operation of the above method.
In Fig. 6, one side is centered around (0, 20, 60) [mm].
Assuming that a current source of 10 nA is evenly distributed in a cube of 20 mm, set 32 grid points from the magnetic field (S / N = 20) measured by 129 magnetic sensors for this evenly distributed current source. The simulation result is estimated by the method of the first embodiment described above. According to the method of the first embodiment, it is understood that the estimated current source is excessively hardened.
FIG. 7 is a simulation result in which the same uniform distribution current source is estimated by the method of the second embodiment. According to the second embodiment, it is understood that the current sources having the uniform distribution are estimated in the correct form.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、各格子点上の未知の電流源が及ぼす磁界と
計測された磁界データとの2乗誤差と、電流源の重み付
き2乗和との和を最小にするという条件を付加して、各
格子点上の電流源を求めているので、求められた電流源
の物理量のバラツキが抑制されるとともに、離散的に存
在するノイズが解として求められることが低減される。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the square error between the magnetic field exerted by the unknown current source on each lattice point and the measured magnetic field data, and the weighting of the current source. Since the current source on each lattice point is obtained by adding the condition that the sum of squares to the minimum is added, the variation in the obtained physical quantity of the current source is suppressed and the current sources exist discretely. Noise is reduced as a solution.

【0056】また、電流源の推定精度を上げるために、
格子点群を増やすことなく、先に求められた電流源の
内、値の大きな電流源が存在する格子点の付近へ他の格
子点群を移動させて、再度、電流源を推定している。つ
まり、未知数の個数が一定であるので、電流源算出の計
算精度を維持することができる。
In order to improve the estimation accuracy of the current source,
Without increasing the grid point group, move the other grid point group to the vicinity of the grid point where the current source with a large value exists among the current sources obtained earlier, and estimate the current source again. . That is, since the number of unknowns is constant, the calculation accuracy of the current source calculation can be maintained.

【0057】さらに、磁場の2乗誤差と電流源の重み付
き2乗和との和が大域的に最小となるときの電流源を真
の電流源として推定するので、最終の電流源を特定する
過程で、収束判定値の設定が不要になり、最終の電流源
の特定を一意的に行うこともできる。
Further, the current source when the sum of the squared error of the magnetic field and the weighted square sum of the current sources is globally minimized is estimated as the true current source, so that the final current source is specified. In the process, there is no need to set the convergence judgment value, and the final current source can be uniquely specified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明に係る生体活動電流源推定装置の一実
施例の概略構成を示したブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a biological activity current source estimation device according to the present invention.

【図2】第1実施例に係る推定処理のフローチャートで
ある。
FIG. 2 is a flowchart of an estimation process according to the first example.

【図3】第1実施例との比較のために示した推定処理の
シミュレーション結果である。
FIG. 3 is a simulation result of an estimation process shown for comparison with the first embodiment.

【図4】第1実施例に係る推定処理のシミュレーション
結果である。
FIG. 4 is a simulation result of the estimation process according to the first example.

【図5】第2実施例に係る推定処理のフローチャートで
ある。
FIG. 5 is a flowchart of an estimation process according to the second example.

【図6】第2実施例との比較のために示した推定処理の
シミュレーション結果である。
FIG. 6 is a simulation result of an estimation process shown for comparison with the second embodiment.

【図7】第2実施例に係る推定処理のシミュレーション
結果である。
FIG. 7 is a simulation result of the estimation process according to the second example.

【図8】従来例に係る推定処理の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of an estimation process according to a conventional example.

【図9】別の従来例に係る推定処理の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of an estimation process according to another conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…マルチチャンネルSQUIDセンサ 2…磁気シールドルーム 4…データ変換ユニット 5…データ収集ユニット 8…データ解析ユニット 10…カラーモニタ M…被検体 S1 〜Sm …磁気センサ1 ... multichannel SQUID sensor 2 ... magnetic shield room 4 ... data conversion unit 5 ... data collection unit 8 ... data analysis unit 10 ... color monitor M ... subject S 1 to S m ... magnetic sensor

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 生体活動電流源の位置,大きさ,方向等
の物理量を推定する生体活動電流源推定装置であって、
(a)被検体の診断対象領域に近接配備され、前記診断
対象領域内の生体活動電流源による微小磁界を計測する
複数個の磁気センサと、(b)前記各磁気センサによっ
て計測された磁界データをデジタルデータに変換するデ
ータ変換手段と、(c)前記デジタルデータに変換され
た磁界データを収集して記憶するデータ収集手段と、
(d)前記診断対象領域に、その個数が前記磁気センサ
の個数よりも少なくなるように複数個の格子点を設定す
る格子点設定手段と、(e)前記各格子点上の未知の電
流源が及ぼす磁界と前記データ収集手段に記憶された磁
界データの2乗誤差と、前記電流源の重み付き2乗和と
の和を最小にするという条件を付加することにより未知
の電流源を求める電流源算出手段と、(f)前記求めた
電流源から計算した磁界と前記磁気センサにより実際に
計測されて前記データ収集手段に記憶された磁界データ
との2乗誤差を含む関数が大域的に最小となったか否か
を判断する判断手段と、(g)前記2乗誤差を含む関数
が大域的に最小でないと判断された場合に、前記電流源
算出手段で求めた各格子点上の電流源の内、値の大きな
電流源が存在する格子点の付近へ他の格子点群を移動さ
せて前記格子点群を再配置する格子点群再配置手段と、
(h)前記電流源算出手段、前記判断手段、および前記
格子点群再配置手段による各処理を繰り返し、前記判断
手段で2乗誤差を含む関数が大域的に最小と判断された
場合の磁界に対応する電流源を真の電流源と推定する電
流源特定手段と、(i)前記電流源特定手段で推定され
た電流源を、前記被検体の診断対象領域の断層像に重ね
合わせて表示する表示手段と、を備えたことを特徴とす
る生体活動電流源推定装置。
1. A biological activity current source estimation device for estimating a physical quantity such as a position, size, direction, etc. of a biological activity current source, comprising:
(A) A plurality of magnetic sensors that are arranged in the vicinity of the diagnosis target region of the subject and measure a minute magnetic field by the biological activity current source in the diagnosis target region; and (b) magnetic field data measured by each of the magnetic sensors. Data conversion means for converting the data into digital data, and (c) data collection means for collecting and storing the magnetic field data converted into the digital data,
(D) Lattice point setting means for setting a plurality of lattice points in the diagnosis target region so that the number thereof is smaller than the number of the magnetic sensors; and (e) Unknown current source on each lattice point. Current for obtaining an unknown current source by adding the condition that the sum of the square error of the magnetic field exerted by the current source, the square error of the magnetic field data stored in the data collecting means, and the weighted square sum of the current source is minimized. The source calculation means, and (f) the function including the square error between the magnetic field calculated from the obtained current source and the magnetic field data actually measured by the magnetic sensor and stored in the data collection means is globally minimum. And (g) a current source on each grid point obtained by the current source calculating means when it is determined that the function including the squared error is not globally minimum. There is a current source with a large value Lattice point group rearrangement means for rearranging the grid point group by moving the other grid point group to the vicinity of the child points,
(H) The magnetic field when the function including the square error is judged to be globally minimum by the judging means by repeating each processing by the current source calculating means, the judging means, and the lattice point group rearranging means A current source identification unit that estimates the corresponding current source as a true current source, and (i) the current source estimated by the current source identification unit are displayed in a superimposed manner on the tomographic image of the diagnosis target region of the subject. A biological activity current source estimation device comprising: a display means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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