JPH10248821A - 磁場分布と磁場源の表示方法 - Google Patents
磁場分布と磁場源の表示方法Info
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- JPH10248821A JPH10248821A JP9060488A JP6048897A JPH10248821A JP H10248821 A JPH10248821 A JP H10248821A JP 9060488 A JP9060488 A JP 9060488A JP 6048897 A JP6048897 A JP 6048897A JP H10248821 A JPH10248821 A JP H10248821A
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Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】ベクトル計測によるＢxやＢy成分を計測せずに
Ｂz 成分計測のみからＢxyと等価的なコンターマップを
得る。これにより、電流源の位置，大きさ等を解析する
逆問題を容易に解く。 【解決手段】Ｂzを計測し、Ｂzのコンターマップと共に
次式によるコンターマップを表示する。また、生体内の
電流源を解析する逆問題において本発明のコンターマッ
プにおけるピークの数及び位置を初期値とした。 【数１】
Ｂz 成分計測のみからＢxyと等価的なコンターマップを
得る。これにより、電流源の位置，大きさ等を解析する
逆問題を容易に解く。 【解決手段】Ｂzを計測し、Ｂzのコンターマップと共に
次式によるコンターマップを表示する。また、生体内の
電流源を解析する逆問題において本発明のコンターマッ
プにおけるピークの数及び位置を初期値とした。 【数１】
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、人体の脳や心臓
等の神経活動あるいは心筋活動により発生する磁場を、
高感度の磁気センサである量子干渉素子ＳＱＵＩＤを用
いて計測するシステム、および検出した磁気の結果を解
析表示する方法に関するものである。
等の神経活動あるいは心筋活動により発生する磁場を、
高感度の磁気センサである量子干渉素子ＳＱＵＩＤを用
いて計測するシステム、および検出した磁気の結果を解
析表示する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、生体磁場計測においては、電流ダ
イポールが作り出す磁場の他、体内を流れる体積電流の
磁場があるが、ＢzあるいはＢr成分計測では体積電流で
は影響を受けにくいと考えられ、体表面に対してＳＱＵ
ＩＤに接続した検出コイルの面を平行にして垂直成分で
ある直交座標系でのＢzあるいは極座標でのＢr成分を計
測していた。この結果を表示する方法としては、これら
Ｂz，Ｂrの等磁場曲線いわゆるコンターマップを表示し
ていた。またこのコンターマップから生体磁気を発生し
ている磁場源の解析は、種々解析が提案されているが代
表的なものとして磁場源を電流ダイポールとして置き換
えて解析が行われていた。
イポールが作り出す磁場の他、体内を流れる体積電流の
磁場があるが、ＢzあるいはＢr成分計測では体積電流で
は影響を受けにくいと考えられ、体表面に対してＳＱＵ
ＩＤに接続した検出コイルの面を平行にして垂直成分で
ある直交座標系でのＢzあるいは極座標でのＢr成分を計
測していた。この結果を表示する方法としては、これら
Ｂz，Ｂrの等磁場曲線いわゆるコンターマップを表示し
ていた。またこのコンターマップから生体磁気を発生し
ている磁場源の解析は、種々解析が提案されているが代
表的なものとして磁場源を電流ダイポールとして置き換
えて解析が行われていた。
【０００３】電流ダイポールが作るＢzあるいはＢrのコ
ンターマップは、磁場源を中心に二つ離れたところにそ
れぞれ磁場の沸きだし、吸い込みといったパターンとな
る。この二つの極の大きさや距離により磁場源の大き
さ，位置，方向などが解析できた。
ンターマップは、磁場源を中心に二つ離れたところにそ
れぞれ磁場の沸きだし、吸い込みといったパターンとな
る。この二つの極の大きさや距離により磁場源の大き
さ，位置，方向などが解析できた。
【０００４】また、ＢzあるいはＢrのコンターマップか
ら単一ダイポールではなく、心筋で分布した電流源を表
現するものとして、数１で定義した電流を各計測点上に
矢印で表現したアローマップが考案されている（H. Hos
aka and D. Cohen, J. Electrocardiol.,９−４，
４２６（１９７６））。これにより、心筋内の電流の方
向や強さを見易くした。しかしながら、観測点にそれぞ
れのアローを配置しただけでは詳細な分布状態が識別し
にくかった。
ら単一ダイポールではなく、心筋で分布した電流源を表
現するものとして、数１で定義した電流を各計測点上に
矢印で表現したアローマップが考案されている（H. Hos
aka and D. Cohen, J. Electrocardiol.,９−４，
４２６（１９７６））。これにより、心筋内の電流の方
向や強さを見易くした。しかしながら、観測点にそれぞ
れのアローを配置しただけでは詳細な分布状態が識別し
にくかった。
【０００５】
【数１】
【０００６】一方、最近では電流源が一つではなく複数
個あるときＢz のパターンから判別しにくいため、この
ように分布した電流源を可視化しようと、ＢzまたはＢr
成分ではなく検出コイル面が体表面に対して垂直にして
接線成分Ｂx及びＢy成分を計測したものがある（K.Tsuk
ada et.al, Review of the Scientific Instruments,６
６−１０（１９９５））。この方法では、Ｂx，Ｂyは体
積電流の影響が考えられるものの、Ｂx及びＢyを合成し
たＢxyのコンターマップでは常に電流ダイポールの直上
にピークが得られることから、複数個電流ダイポールが
あった場合でもそれぞれの電流ダイポールを分離して見
ることができる。
個あるときＢz のパターンから判別しにくいため、この
ように分布した電流源を可視化しようと、ＢzまたはＢr
成分ではなく検出コイル面が体表面に対して垂直にして
接線成分Ｂx及びＢy成分を計測したものがある（K.Tsuk
ada et.al, Review of the Scientific Instruments,６
６−１０（１９９５））。この方法では、Ｂx，Ｂyは体
積電流の影響が考えられるものの、Ｂx及びＢyを合成し
たＢxyのコンターマップでは常に電流ダイポールの直上
にピークが得られることから、複数個電流ダイポールが
あった場合でもそれぞれの電流ダイポールを分離して見
ることができる。
【０００７】また、これらＢz 成分やＢx，Ｂyの接線成
分を同時に計測できるようコイル面がそれぞれ直交した
三つの検出コイルからなるベクトル磁気センサを用いて
ベクトル計測し、その結果を直交座標系に直して各成分
Ｂx，Ｂy，Ｂz を求め、これらＢz 及びＢxyのコンター
マップをそれぞれ表示した報告もある（Y. Yoshida,et.
al.,Tenth International Conference on Biomagnetis
m，（１９９６））。
分を同時に計測できるようコイル面がそれぞれ直交した
三つの検出コイルからなるベクトル磁気センサを用いて
ベクトル計測し、その結果を直交座標系に直して各成分
Ｂx，Ｂy，Ｂz を求め、これらＢz 及びＢxyのコンター
マップをそれぞれ表示した報告もある（Y. Yoshida,et.
al.,Tenth International Conference on Biomagnetis
m，（１９９６））。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】各成分ごとのコンター
マップはそれぞれ特徴があり、Ｂz 成分では単一ダイポ
ールであればその電流源の位置，大きさ，方向などが容
易に解析できる。一方、接線成分ではそのマップから容
易に複数個の電流ダイポールでも判別できる特徴があ
る。しかし、検出するコイルの数はｘとｙそれぞれに必
要であるため、Ｂz成分と比べてコイル数が２倍にな
る。さらに、これら全てを計測するベクトル計測ではＢ
z に比べて３倍のコイルが必要となった。このため、生
体磁気計測システムにおいて検出コイルとＳＱＵＩＤか
らなる磁気センサの数は増加するばかりではなく、信号
処理回路等も増加し、高価なシステムとなる。
マップはそれぞれ特徴があり、Ｂz 成分では単一ダイポ
ールであればその電流源の位置，大きさ，方向などが容
易に解析できる。一方、接線成分ではそのマップから容
易に複数個の電流ダイポールでも判別できる特徴があ
る。しかし、検出するコイルの数はｘとｙそれぞれに必
要であるため、Ｂz成分と比べてコイル数が２倍にな
る。さらに、これら全てを計測するベクトル計測ではＢ
z に比べて３倍のコイルが必要となった。このため、生
体磁気計測システムにおいて検出コイルとＳＱＵＩＤか
らなる磁気センサの数は増加するばかりではなく、信号
処理回路等も増加し、高価なシステムとなる。
【０００９】本発明ではこれらコイルの増加なしにＢz
計測による磁場源の解析を可能とすることを目的として
なされたものである。
計測による磁場源の解析を可能とすることを目的として
なされたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、生体から発生
する磁場を、量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）からなる複数
の磁束計を用いて計測し、得られた磁場強度分布からデ
ータ補間手段により等磁場曲線を表示する生体磁場表示
方法において、体表面に平行な面を直交座標のｘ，ｙ平
面とし、体表面に垂直な方向を直交座標のｚ軸としたと
き、体表面に垂直な生体磁気成分Ｂz(ｘ，ｙ）を等磁場
曲線で表示すると共に、数２で与えられる上記Ｂz のｘ
方向及びｙ方向の変化分の２乗和の平方根に比例した等
強度曲線を表示することを特徴とする。
する磁場を、量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）からなる複数
の磁束計を用いて計測し、得られた磁場強度分布からデ
ータ補間手段により等磁場曲線を表示する生体磁場表示
方法において、体表面に平行な面を直交座標のｘ，ｙ平
面とし、体表面に垂直な方向を直交座標のｚ軸としたと
き、体表面に垂直な生体磁気成分Ｂz(ｘ，ｙ）を等磁場
曲線で表示すると共に、数２で与えられる上記Ｂz のｘ
方向及びｙ方向の変化分の２乗和の平方根に比例した等
強度曲線を表示することを特徴とする。
【００１１】複数個のダイポールを、上記等磁場曲線を
表示することにより、ＢxおよびＢy成分を測定する検出
コイルを設けることなくダイポールの最小限の数とそれ
ぞれのｘｙ座標における位置が分かる。
表示することにより、ＢxおよびＢy成分を測定する検出
コイルを設けることなくダイポールの最小限の数とそれ
ぞれのｘｙ座標における位置が分かる。
【００１２】
【数２】
【００１３】
【発明の実施の形態】生体磁気計測における座標系には
直交座標系及び極座標系が用いられ、心臓などでは胸壁
に平行した面をｘｙ平面とした直交座標系が用いられ、
脳などでは頭部が球に近いため極座標系が用いられる。
本発明で述べるＢzやＢr成分は体表面に垂直な方向の成
分を示し、Ｂx，ＢyやＢθ，Ｂφ成分は体表面に対して
接線成分を示す。本実施例では直交座標系で述べるが、
極座標系でも同等である。
直交座標系及び極座標系が用いられ、心臓などでは胸壁
に平行した面をｘｙ平面とした直交座標系が用いられ、
脳などでは頭部が球に近いため極座標系が用いられる。
本発明で述べるＢzやＢr成分は体表面に垂直な方向の成
分を示し、Ｂx，ＢyやＢθ，Ｂφ成分は体表面に対して
接線成分を示す。本実施例では直交座標系で述べるが、
極座標系でも同等である。
【００１４】図１に従来方法によるＢz 成分を測定した
心磁のＱＲＳ波におけるそれぞれのＱ波（ａ），Ｒ波
（ｂ），Ｓ（ｃ）波のコンターマップを示す。図には心
臓内の電流源を一つと考えた時のダイポールをコンター
マップに重ねて表示した。そのダイポールはＱ波では心
室中隔で右下方向に電流が流れ、Ｒ波では左室全体で左
斜め下方向に電流が大きく流れる。またＲ波では心室基
部方法に左斜め上に電流が流れ、心室の脱分極過程が終
了するのが分かる。
心磁のＱＲＳ波におけるそれぞれのＱ波（ａ），Ｒ波
（ｂ），Ｓ（ｃ）波のコンターマップを示す。図には心
臓内の電流源を一つと考えた時のダイポールをコンター
マップに重ねて表示した。そのダイポールはＱ波では心
室中隔で右下方向に電流が流れ、Ｒ波では左室全体で左
斜め下方向に電流が大きく流れる。またＲ波では心室基
部方法に左斜め上に電流が流れ、心室の脱分極過程が終
了するのが分かる。
【００１５】一方、同一人物の心磁のＢx及びＢy成分を
測定した結果を図２に示す。図２はＢxとＢy成分を合成
した数３のコンターマップを示している。
測定した結果を図２に示す。図２はＢxとＢy成分を合成
した数３のコンターマップを示している。
【００１６】
【数３】
【００１７】このパターンから直接図１で電流ダイポー
ルを解析した結果とほぼ一致するが、特にＲ波では心筋
の広い領域で活動しており図１のＢz 成分では鮮明でな
かった複数個の電流源が容易に判別できる。一つは左方
向ともう一つは下方の別々の電流源があるのが分かる。
ルを解析した結果とほぼ一致するが、特にＲ波では心筋
の広い領域で活動しており図１のＢz 成分では鮮明でな
かった複数個の電流源が容易に判別できる。一つは左方
向ともう一つは下方の別々の電流源があるのが分かる。
【００１８】一方、図３には図１に示したＢz 成分を本
発明による前記数１を計算した結果のコンターマップを
描いたものを示す。この結果から、従来Ｂz 成分のコン
ターマップやアローマップでは判別しにくかった複数個
の電流源が判別でき、ほとんど図２で示したＢx及びＢy
成分の合成から得られるコンターマップと同等の図が得
られることが分かった。
発明による前記数１を計算した結果のコンターマップを
描いたものを示す。この結果から、従来Ｂz 成分のコン
ターマップやアローマップでは判別しにくかった複数個
の電流源が判別でき、ほとんど図２で示したＢx及びＢy
成分の合成から得られるコンターマップと同等の図が得
られることが分かった。
【００１９】次にこれらの方法を使って、磁場源を解析
する方法として様々な逆問題を解くアルゴリズムが考え
られている。そのなかで、実際に多く使用されている単
純な方法は、磁場源に単一あるいは二つ程度のダイポー
ルを想定し、これらダイポールの座標を初め任意に決
め、その座標にあるダイポールがビオサバールの式で表
される磁場を作るものとして計算する。この値と実際に
観測された磁場との差で表される次の数４に示す評価関
数を計算し、ダイポールの座標を変化させて評価関数の
最小値を解析的に求めていく。
する方法として様々な逆問題を解くアルゴリズムが考え
られている。そのなかで、実際に多く使用されている単
純な方法は、磁場源に単一あるいは二つ程度のダイポー
ルを想定し、これらダイポールの座標を初め任意に決
め、その座標にあるダイポールがビオサバールの式で表
される磁場を作るものとして計算する。この値と実際に
観測された磁場との差で表される次の数４に示す評価関
数を計算し、ダイポールの座標を変化させて評価関数の
最小値を解析的に求めていく。
【００２０】
【数４】
【００２１】ここで、Ｌは評価関数、Ｖｍは磁場の実測
値、Ｇは定数、Ｂは磁場の計算値、ｎｓは法線あるいは
ｚ方向の単位ベクトルである。
値、Ｇは定数、Ｂは磁場の計算値、ｎｓは法線あるいは
ｚ方向の単位ベクトルである。
【００２２】しかしながら、この方法では、広い測定領
域で解析した場合、収束しない場合も出てきた。このた
め、本方法によるＢz 成分から算出した数１のコンター
マップを使い、そのピーク位置をダイポールの位置と
し、さらにはマップ上でそのピークの個数をそのままダ
イポールの個数として仮定した。このことにより、上記
評価関数のダイポールの位置と個数の初期値をあらかじ
め決めることができる。この初期条件を使い、Ｂz 成分
から評価関数を解析的に解く。この方法により磁場源解
析がかならず収束できるようになった。
域で解析した場合、収束しない場合も出てきた。このた
め、本方法によるＢz 成分から算出した数１のコンター
マップを使い、そのピーク位置をダイポールの位置と
し、さらにはマップ上でそのピークの個数をそのままダ
イポールの個数として仮定した。このことにより、上記
評価関数のダイポールの位置と個数の初期値をあらかじ
め決めることができる。この初期条件を使い、Ｂz 成分
から評価関数を解析的に解く。この方法により磁場源解
析がかならず収束できるようになった。
【００２３】図４に心磁計測システムを示す。環境磁気
雑音から影響を受けないように心磁計測は磁気シールド
ルーム１の中で行った。被験者２はベット３に横たわ
る。被験者の胸部上方には検出コイルとＳＱＵＩＤが一
体化されたセンサが入った液体Ｈｅのデュワ４を配置し
ている。液体Ｈｅは磁気シールドルームの外に配置した
自動補給装置５によって連続的に蒸発したＨｅを補充す
ることができる。磁気センサ６からの出力は、検出した
磁場強度に比例した電圧出力が得られるＦＬＬ回路７に
接続されている。この電圧出力はアンプ，フィルター回
路８を通して増幅及び周波数の帯域を選択し、コンピュ
ーター９でＡＤ変換され取り込まれる。
雑音から影響を受けないように心磁計測は磁気シールド
ルーム１の中で行った。被験者２はベット３に横たわ
る。被験者の胸部上方には検出コイルとＳＱＵＩＤが一
体化されたセンサが入った液体Ｈｅのデュワ４を配置し
ている。液体Ｈｅは磁気シールドルームの外に配置した
自動補給装置５によって連続的に蒸発したＨｅを補充す
ることができる。磁気センサ６からの出力は、検出した
磁場強度に比例した電圧出力が得られるＦＬＬ回路７に
接続されている。この電圧出力はアンプ，フィルター回
路８を通して増幅及び周波数の帯域を選択し、コンピュ
ーター９でＡＤ変換され取り込まれる。
【００２４】
【発明の効果】本発明のコンターマップにより、ベクト
ル計測によるＢxやＢy成分を計測せずにＢz成分計測の
みからＢxyと等価的なものが得られた。これにより、Ｂ
z成分を直接描いたコンターマップでは判別しにくかっ
た複数の電流源は、本発明のコンターマップではＢxyと
同じように電流源直上にピークパターンが得られるた
め、生体内の電流源を直読できるようになり、それらの
電流源の位置，大きさ等を解析する逆問題が容易に解け
るようになった。
ル計測によるＢxやＢy成分を計測せずにＢz成分計測の
みからＢxyと等価的なものが得られた。これにより、Ｂ
z成分を直接描いたコンターマップでは判別しにくかっ
た複数の電流源は、本発明のコンターマップではＢxyと
同じように電流源直上にピークパターンが得られるた
め、生体内の電流源を直読できるようになり、それらの
電流源の位置，大きさ等を解析する逆問題が容易に解け
るようになった。
【図１】心磁のＱＲＳ波時におけるＢz 成分のコンター
マップを示す図。
マップを示す図。
【図２】心磁のＱＲＳ波時におけるＢxとＢy成分を合成
したＢxy成分のコンターマップを示す図。
したＢxy成分のコンターマップを示す図。
【図３】図１のＢz より求めた数１によるコンターマッ
プを示す図。
プを示す図。
【図４】心磁計測システムの概要図。
１…磁気シールドルーム、２…被験者、３…ベット、４
…デュワ、５…自動補給装置、６…ＦＬＬ回路、７…ア
ンプ，フィルタ回路、８…コンピュータ。
…デュワ、５…自動補給装置、６…ＦＬＬ回路、７…ア
ンプ，フィルタ回路、８…コンピュータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 昭二 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 鈴木 博之 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器事業部内
Claims (2)
- 【請求項１】生体から発生する磁場を、量子干渉素子
（ＳＱＵＩＤ）からなる複数の磁束計を用いて計測し、
得られた磁場強度分布からデータ補間手段により等磁場
曲線を表示する生体磁場表示方法において、体表面に平
行な面を直交座標のｘ，ｙ平面とし、体表面に垂直な方
向を直交座標のｚ軸としたとき、体表面に垂直な生体磁
気成分Ｂz（ｘ，ｙ）を等磁場曲線で表示すると共に、
該Ｂzのｘ方向及びｙ方向の変化分の２乗和の平方根に
比例した等強度曲線を表示することを特徴とする磁場分
布と磁場源の表示方法。 - 【請求項２】生体内の磁場源を推定する逆問題におい
て、上記逆問題を解くためあらかじめ磁場源の個数、及
び位置の初期値を上記Ｂz のｘ方向及びｙ方向の変化分
の２乗和の平方根に比例した等強度曲線のピークの数及
びピークの位置とすることにより上記Ｂz 成分測定によ
る生体内の磁場源の位置，強度，方向性等の逆問題を解
くことを特徴とする請求項１記載の磁場分布と磁場源の
表示方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9060488A JPH10248821A (ja) | 1997-03-14 | 1997-03-14 | 磁場分布と磁場源の表示方法 |
| DE19808985A DE19808985B4 (de) | 1997-03-07 | 1998-03-03 | Verfahren und Vorrichtung zur Biomagnetfeld-Messung |
| US09/035,827 US6230037B1 (en) | 1997-03-07 | 1998-03-06 | Biomagnetic field measuring method and apparatus |
| US09/793,600 US6539245B2 (en) | 1997-03-07 | 2001-02-27 | Biomagnetic field measuring method and apparatus |
| US10/189,010 US6735460B2 (en) | 1997-03-07 | 2002-07-05 | Biomagnetic field measuring method and apparatus |
| US10/810,812 US7403809B2 (en) | 1997-03-07 | 2004-03-29 | Biomagnetic field measuring method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9060488A JPH10248821A (ja) | 1997-03-14 | 1997-03-14 | 磁場分布と磁場源の表示方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10248821A true JPH10248821A (ja) | 1998-09-22 |
Family
ID=13143726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9060488A Pending JPH10248821A (ja) | 1997-03-07 | 1997-03-14 | 磁場分布と磁場源の表示方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10248821A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001066355A (ja) * | 1999-08-30 | 2001-03-16 | Toshiba Corp | 心内電気現象診断装置 |
| JP2007268034A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Ritsumeikan | 生体信号計測方法及び装置 |
| US7400984B2 (en) | 2003-04-18 | 2008-07-15 | Hitachi High-Technologies, Corp. | Biomagnetic measurement apparatus |
| JP2008200331A (ja) * | 2007-02-21 | 2008-09-04 | Hitachi High-Technologies Corp | 生体磁場計測装置 |
| JP4819296B2 (ja) * | 2000-08-29 | 2011-11-24 | カーディオマグ イメージング、 インコーポレイテッド | Ｍｃｇにおける虚血の識別、定量、および部分的位置判定 |
| US11585875B2 (en) | 2021-02-24 | 2023-02-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Magnetic field evaluation system for vehicle and magnetic field evaluation program for vehicle |
-
1997
- 1997-03-14 JP JP9060488A patent/JPH10248821A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001066355A (ja) * | 1999-08-30 | 2001-03-16 | Toshiba Corp | 心内電気現象診断装置 |
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