JPH10276996A - Estimating device for organism action current source - Google Patents

Estimating device for organism action current source

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JPH10276996A
JPH10276996A JP9087890A JP8789097A JPH10276996A JP H10276996 A JPH10276996 A JP H10276996A JP 9087890 A JP9087890 A JP 9087890A JP 8789097 A JP8789097 A JP 8789097A JP H10276996 A JPH10276996 A JP H10276996A
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JP
Japan
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sphere model
coincidence
model
magnetic sensor
current source
Prior art date
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Application number
JP9087890A
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Japanese (ja)
Inventor
Sadamu Tomita
定 冨田
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an estimating device for an organism action current source, the device that can accurately estimate the position of an organism action current source. SOLUTION: This device functions as follows: to set a larger weighting factor to the outline point of a region of interest, which is nearer to a magnetic sensor (S2); to calculate a spheral model using a function, which is weighted by this weighting factor, of the square difference between a distance from the center point of the spheral model to the respective outline point and the radial of the spheral model (S3); to calculate a value of the coincidence evaluating function (the coincident extent), which shows the extent of coincidence of this spheral model and the outline point (S4); and to adjudge whether this value is smaller than a threshold value or not (S5). The spheral model is determined in a case where the coincident extent is smaller than the threshold value. On the other hand, in a case where the coincident extent is larger than the threshold value, processed S2 to S5 are taken repeatedly until the coincident extent value becomes smaller than the threshold value. Thus, a spheral model that is most conformable to the surface shape of the region of interest facing to the magnetic sensor is calculated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】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
置に係り、特に、生体活動電流源の位置を正確に推定す
る生体活動電流源装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a biological activity current source estimating apparatus for estimating the position, orientation, and size of a biological activity current source, and more particularly, to a biological activity current source for accurately estimating the position of a biological activity current source. Source device.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、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 For example, when a stimulus is applied to a living body, the polarization formed across the cell membrane is broken and a living activity current flows. This biological activity current appears in the brain and heart, and is recorded as an electroencephalogram and an electrocardiogram. The magnetic field generated by the biological activity current is recorded as a magnetoencephalogram or a magnetocardiogram.

【0003】従来、MRI装置を用いて、関心部位であ
る例えば頭部を撮影することで、三次元の形態情報が得
られる。これらの形態情報から例えば脳の輪郭データの
みを抽出し、特開平4ー226635に示す方法等を利
用して、MRI装置で脳の立体像が作成される。生体活
動電流源推定装置は、この脳の立体像の輪郭データをM
RI装置から受け取る。この脳の輪郭データに基づいて
最小自乗法を用いた関数により立体像全体に合う球モデ
ルが算出される。
[0003] Conventionally, three-dimensional morphological information can be obtained by photographing, for example, the head, which is a region of interest, using an MRI apparatus. For example, only the outline data of the brain is extracted from the morphological information, and a three-dimensional image of the brain is created by the MRI apparatus using the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-226635. The biological activity current source estimating apparatus calculates the contour data of the stereoscopic image of the brain as M
Received from RI device. Based on the brain contour data, a sphere model that fits the entire stereoscopic image is calculated by a function using the least squares method.

【0004】次に、頭部の外側にSQUID(Supercon
ducting Quantum Interference Device :超電導量子干
渉計)などを用いた磁気センサを置き、脳内に生じた生
体活動電流源である電流双極子(以下、「電流源」とい
う)による微小磁界を磁気センサで無侵襲に計測する。
特開平7ー148132に示す最小ノルム法等を用いた
推定方法を利用し、計測データから電流源の位置、大き
さ、向きが推定される。なお、電流源の位置、大きさ、
向きは、球モデルの座標系を基準として推定されてい
る。また、この球モデルは、脳の輪郭データから算出さ
れているので、電流源の位置、大きさ、向きを脳の立体
像に重ねることができる。これにより脳のどの位置に電
流源があるかを推定する。
Next, a SQUID (Supercon
A magnetic sensor using a ducting Quantum Interference Device (superconducting quantum interferometer) or the like is placed, and a magnetic field generated by a current dipole (hereinafter referred to as a “current source”), which is a biological activity current source generated in the brain, is not detected by the magnetic sensor. Measure invasively.
The position, size, and direction of the current source are estimated from the measurement data by using an estimation method using the minimum norm method shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-148132. Note that the position, size,
The direction is estimated based on the coordinate system of the spherical model. In addition, since the spherical model is calculated from the contour data of the brain, the position, size, and direction of the current source can be superimposed on the stereoscopic image of the brain. Thus, the position of the current source in the brain is estimated.

【0005】ここで、最小自乗法を含む関数を用いて、
関心部位の輪郭データから球モデルを算出する従来の手
順を説明する。上述した輪郭データは多数の座標点(以
下、「輪郭点」と呼ぶ))の集合であるので、その各輪
郭点の座標は、Pi =(xi , yi ,zi )(i=1,2,
…,n) で表すことができる。ここで、求めたい球モデル
の中心座標をP=(X,Y,Z)、半径をrとする。次
に、球モデルの中心点Pから各輪郭点Pi までの距離を
i (i=1,2, …,n) とすると、Ri は次式(1)で表さ
れる。
Here, using a function including the least squares method,
Conventional method of calculating a sphere model from contour data of a region of interest
The order will be described. The contour data described above consists of a large number of coordinate points (hereinafter
Below, it is called "contour point")).
The coordinates of the Guo point are Pi= (Xi, yi, Zi) (I = 1,2,
…, N). Here, the sphere model you want
Is P = (X, Y, Z) and the radius is r. Next
And each contour point P from the center point P of the sphere modeliThe distance to
R i(i = 1,2,…, n), RiIs expressed by the following equation (1).
It is.

【0006】 Ri =√((X−xi 2 +(Y−yi 2 +(Z−zi 2 )‥‥‥(1) 中心点Pから各輪郭点Pi までの距離Ri と、求めたい
球モデルの半径rとの自乗差を最小とするような中心点
の座標P=(X,Y,Z)と球モデルの半径rを求める
ことで、関心部位の表面形状に整合した球モデルが設定
することができる。すなわち、Ri とrの最小自乗差を
求める。ここで、最小自乗法を用いた関数eとして、次
式(2)が用いられる。
R i = {((X−x i ) 2 + (Y−y i ) 2 + (Z−z i ) 2 )} (1) Distance from center point P to each contour point P i By calculating the coordinates P = (X, Y, Z) of the center point and the radius r of the sphere model to minimize the square difference between R i and the radius r of the sphere model to be obtained, the surface shape of the region of interest is obtained. Can be set. That is, the least square difference between R i and r is obtained. Here, the following equation (2) is used as the function e using the least square method.

【0007】[0007]

【数1】 (Equation 1)

【0008】(2)式において、関数eを最小とするた
めの条件を次式(3)〜(6)に示す。
In the equation (2), the conditions for minimizing the function e are shown in the following equations (3) to (6).

【0009】[0009]

【数2】 (Equation 2)

【0010】ここで、(3)〜(6)式で与えられた連
立方程式の解を求めることで球モデルの中心点の座標P
=(X,Y,Z)と、その半径rとが求まり、関心部位
の表面形状に適合した球モデルが設定される。これが、
輪郭データから最小自乗法を含む関数を用いた球モデル
の算出手順である。
Here, the solution of the simultaneous equations given by the equations (3) to (6) is obtained to obtain the coordinates P of the center point of the spherical model.
= (X, Y, Z) and its radius r are determined, and a sphere model suitable for the surface shape of the site of interest is set. This is,
It is a calculation procedure of a sphere model using a function including a least squares method from contour data.

【0011】[0011]

【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、次のような問題があ
る。生体磁気を測定する場合、電流源が存在すると予測
される位置の近くに磁気センサを設置する。ここで、磁
気センサに対面する関心部位、例えば脳の表面形状は、
理想的な球面として設定されている。しかし、人間の脳
は球体ではなく、歪んだ形状となっている。その脳の立
体像の全体に基づいて算出された球モデルには、脳の表
面から外側に設定される部分と、内側に設定される部分
とが存在する。例えば、磁気センサの対面する脳の表面
形状が、設定された球面と一致していない場合が多くあ
る。この一致していない部分に、電流源が推定された場
合、脳の立体像にこの電流源を重ねると、電流源は脳の
立体像から外れた位置に示される。このように、頭部全
体に合わせた球モデルでは、正しい位置に電流源を推定
し示すことができなかった。
However, the prior art having such a configuration has the following problems. When measuring biomagnetism, a magnetic sensor is installed near a position where a current source is expected to be present. Here, the region of interest facing the magnetic sensor, for example, the surface shape of the brain,
It is set as an ideal spherical surface. However, the human brain is not a sphere but a distorted shape. The sphere model calculated based on the entire stereoscopic image of the brain has a part set outside from the surface of the brain and a part set inside. For example, the surface shape of the brain facing the magnetic sensor often does not match the set spherical surface. When a current source is estimated at the part where the two do not match, if the current source is superimposed on a three-dimensional image of the brain, the current source is shown at a position deviating from the three-dimensional image of the brain. Thus, the sphere model fitted to the entire head could not estimate and indicate the current source at the correct position.

【0012】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、生体活動電流源の位置を正確に表示
するのに適した球モデルを得ることができる生体活動電
流源推定装置を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a life activity current source estimating apparatus capable of obtaining a sphere model suitable for accurately displaying the position of the life activity current source. It is intended to provide.

【0013】[0013]

【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、請求項1に記載の発明は、被検体の関心部位の輪郭
データに基づき、前記関心部位の表面形状に整合した球
モデルを設定し、この球モデルを使って前記関心部位内
の生体活動電流源の位置、大きさ、方向等の物理量を推
定する装置であって、(a)生体磁気を計測するための
磁気センサの位置と、前記被検体の輪郭データで表され
る多数の輪郭点の各位置との位置関係に基づき、前記磁
気センサに近い輪郭点ほど、より大きい重み係数を設定
する重み係数設定手段と、(b)前記球モデルの中心点
から前記輪郭点までの距離と前記球モデルの半径との自
乗差を、前記重み係数によって重み付けした関数を使っ
て、前記関数の値を最小にする球モデルを算出手段する
球モデル算出手段を備えたことを特徴とするものであ
る。
The present invention has the following configuration to achieve the above object. That is, the invention according to claim 1 sets a sphere model that matches the surface shape of the region of interest based on the contour data of the region of interest of the subject, and uses this sphere model to perform life activity in the region of interest. An apparatus for estimating a physical quantity such as a position, a size, and a direction of a current source, comprising: (a) a position of a magnetic sensor for measuring biomagnetism and a number of contour points represented by contour data of the subject; Weighting factor setting means for setting a larger weighting factor for a contour point closer to the magnetic sensor based on the positional relationship with each position of (b), (b) a distance from a center point of the sphere model to the contour point, and A sphere model calculating unit configured to calculate a sphere model that minimizes the value of the function by using a function weighted by the weighting coefficient of the square difference with the radius of the sphere model. .

【0014】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の装置において、(c)前記球モデル算出手段で算出さ
れた球モデルと、前記磁気センサに対面する被検体の関
心部位の表面形状とが一致する度合いを数値で表すため
の一致度評価関数を予め定め、この一致度評価関数に前
記算出された球モデルの情報と、各輪郭点の情報とを与
えて、一致度評価関数の値である一致度を算出する一致
度算出手段と、(d)前記一致度算出手段が算出した一
致度が、予め定められたしきい値以下である場合は、そ
の球モデルが適正な球モデルであるとして確定し、一
方、前記一致度がしきい値よりも大きい場合は、前記重
み係数設定手段による新たな重み係数の再設定と、前記
新たな重み係数に基づく前記球モデル算出手段による球
モデルの再算出とを、前記一致度がしきい値以下と判断
されるまで繰り返し実行させる判断手段とを備えたこと
を特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the apparatus according to the first aspect, wherein (c) a sphere model calculated by the sphere model calculation means and a surface of a region of interest of the subject facing the magnetic sensor. A coincidence evaluation function for expressing the degree of coincidence with the shape by a numerical value is determined in advance, and the information of the calculated sphere model and the information of each contour point are given to the coincidence evaluation function, and the coincidence evaluation function is given. (D) when the degree of coincidence calculated by the degree of coincidence calculation is equal to or less than a predetermined threshold value, the sphere model has an appropriate sphere. If the degree of coincidence is larger than a threshold value, the weight coefficient setting means resets a new weight coefficient, and the sphere model calculating means based on the new weight coefficient. Recalculation of the sphere model It is characterized in that the degree of coincidence and a determination means for repeatedly executed until it is determined that more than the threshold value.

【0015】〔作用〕請求項1に記載の発明の作用は次
のとおりである。まず、被検体の関心部位からの生体磁
気を計測するための磁気センサは、電流源が存在するで
あろうと予測される関心部位の表面に対面するように位
置決めされる。また、生体磁気は非常に微弱であるの
で、実際に計測可能な電流源の多くは、関心部位の表面
近くの電流源である。したがって、これから設定しよう
とするものがよい。そこで、この発明では、球モデルを
設定するにあたり、重み係数設定手段が、磁気センサの
位置と、予め得られている被検体の輪郭データで表され
る多数の輪郭点の各位置との位置関係に基づき、磁気セ
ンサに近い輪郭点ほど、より大きい重み係数を設定す
る。球モデル算出手段は、球モデルの中心点から各輪郭
点までの距離と球モデルの半径との自乗差を、前記重み
係数によって重み付けした関数を使って、この関数を最
小にする球モデルを算出する。前記自乗差を重み付けす
る重み係数は、磁気センサに近い輪郭点ほど大きくなる
ように設定されているので、球モデルが磁気センサに近
い側において、関心部位の表面形状から外れていると、
前記関数の値はより大きくなる。換言すれば、前記関数
を最小にするような球モデルを算出すれば、磁気センサ
に近い関心部位の表面形状に整合した球モデルを得るこ
とができる。
[Operation] The operation of the first aspect of the invention is as follows. First, a magnetic sensor for measuring biomagnetism from a site of interest of a subject is positioned so as to face the surface of the site of interest where a current source is expected to be present. Further, since the biomagnetism is extremely weak, most of the current sources that can be actually measured are current sources near the surface of the site of interest. Therefore, the one to be set is good. Therefore, in the present invention, when setting the sphere model, the weighting factor setting means determines the positional relationship between the position of the magnetic sensor and each of a number of contour points represented by the contour data of the subject obtained in advance. , A larger weighting factor is set for a contour point closer to the magnetic sensor. The sphere model calculating means calculates a sphere model that minimizes the square difference between the distance from the center point of the sphere model to each contour point and the radius of the sphere model using a function weighted by the weight coefficient. I do. The weighting factor for weighting the squared difference is set to be larger for contour points closer to the magnetic sensor, so that the sphere model deviates from the surface shape of the site of interest on the side closer to the magnetic sensor,
The value of the function is larger. In other words, if a sphere model that minimizes the function is calculated, a sphere model that matches the surface shape of the region of interest close to the magnetic sensor can be obtained.

【0016】請求項2に記載の発明の作用は次のとおり
である。重み係数の設定値によっては、磁気センサに対
面する関心部位の表面形状に対して、常に整合した球モ
デルが算出されるとは限らない。そこで、磁気センサに
対面した関心部位の表面形状と球モデルとが一致する度
合いを数値で表すための一致度評価関数に、算出された
球モデルの情報と、各輪郭点の情報とを与えて一致度を
計算する。この一致度が、予め設定されたしきい値以下
となった場合、その球モデルが関心部位の表面形状に最
も整合した球モデルであると判断する。また、一致度が
しきい値よりも大きいと判断された場合に、新たな重み
係数を再度設定する。この重み係数に基づいて、球モデ
ル算出手段と、判断手段による処理を繰り返すことで、
被検体の表面形状に最適の球モデルを算出することがで
きる。
The operation of the invention described in claim 2 is as follows. Depending on the set value of the weight coefficient, a sphere model that is consistent with the surface shape of the region of interest facing the magnetic sensor is not always calculated. Therefore, the information of the calculated sphere model and the information of each contour point are given to a coincidence evaluation function for expressing numerically the degree of coincidence between the surface shape of the region of interest facing the magnetic sensor and the sphere model. Calculate the degree of coincidence. When the degree of coincidence is equal to or less than a preset threshold value, it is determined that the sphere model is the sphere model that most matches the surface shape of the region of interest. When it is determined that the degree of coincidence is larger than the threshold value, a new weight coefficient is set again. By repeating the processing by the sphere model calculating means and the determining means based on the weight coefficient,
An optimal sphere model can be calculated for the surface shape of the subject.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図1を参照して実施例に係る生体
活動電流源推定装置の概略構成を説明する。図中、符号
14は磁気シールドルームであり、この磁気シールドル
ーム14内に被検体Mが仰臥されるベッド15と、被検
体Mの関心部位である、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
するための磁気センサ2とが設けられている。本実施例
において、磁気センサ2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複数個のコ
イルで構成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A schematic configuration of a living activity current source estimating apparatus according to an embodiment will be described with reference to FIG. In the figure, reference numeral 14 denotes a magnetically shielded room, and a bed 15 on which the subject M lies supine, and a site of interest of the subject M, for example, which is disposed close to the brain and is generated in the magnetically shielded room. And a magnetic sensor 2 for non-invasively measuring a minute magnetic field generated by a living activity current source. In the present embodiment, when the brain of the subject M is a sphere, the magnetic sensor 2 includes a plurality of coils for detecting a magnetic field component in the radial direction.

【0018】磁気センサ2で検出された磁界データはデ
ータ変換部4に与えられてデジタルデータに変換された
後、データ収集部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。ポジショニング部7は、磁気センサ
2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
数箇所に小コイルを取付け、これらの小コイルにポジシ
ョニング部7から給電する。そして、各コイルから発生
した磁界を磁気センサ2で検出することにより、磁気セ
ンサ2に対する被検体Mの位置関係を把握する。なお、
磁気センサ2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、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ー237065号、特開平6ー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 magnetic sensor 2 is provided to a data conversion unit 4 and converted into digital data, and then collected by a data collection unit 5. The stimulating device 6 is for giving an electrical stimulus (or a sound, a light stimulus, or the like) to the subject M. The positioning unit 7 is a device for grasping a positional relationship of the subject M with respect to a three-dimensional coordinate system based on the magnetic sensor 2. For example, small coils are attached to a plurality of locations on the subject M, and power is supplied to these small coils from the positioning unit 7. Then, the magnetic sensor 2 detects the magnetic field generated by each coil, thereby grasping the positional relationship of the subject M with respect to the magnetic sensor 2. In addition,
Other methods for grasping the positional relationship of the subject M with respect to the magnetic sensor 2 include a method of irradiating the subject M with a light beam to grasp the positional relationship between the two, or Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-2370065. And various methods disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-788925.

【0019】球モデル設定部8は、輪郭データ記憶部9
に記憶された輪郭データに基づいて、球モデルを設定す
るためのものである。この輪郭データ記憶部9には、例
えばMRI装置で得られた脳の立体像の輪郭データが三
次元座標デ─タとして記憶されている。また、球モデル
設定部8に関連して設けられた電流源推定部16は、球
モデル設定部8で設定された球モデルとデータ収集部5
に集められた磁界データに基づいて、被検体Mの関心部
位内の電流源を推定するためのものである。電流源推定
部16で推定された電流源は、輪郭データ記憶部9に記
憶された脳の立体像に重ね合わされてカラーモニタ11
に表示されたり、カラープリンタ12に印字出力される
ようになっている。なお、MRI装置で得られた脳の立
体像の輪郭データは、図1に示した通信回線13を介し
て球モデル設定部8に直接伝送する構成にしてもよい。
The sphere model setting unit 8 includes a contour data storage unit 9
Is used to set a sphere model based on the contour data stored in. The contour data storage unit 9 stores, for example, contour data of a stereoscopic image of a brain obtained by an MRI apparatus as three-dimensional coordinate data. In addition, the current source estimating unit 16 provided in association with the sphere model setting unit 8 includes the sphere model set by the sphere model setting unit 8 and the data collection unit 5.
This is for estimating the current source in the region of interest of the subject M based on the magnetic field data collected in the step S1. The current source estimated by the current source estimating unit 16 is superimposed on the stereoscopic image of the brain stored in the contour data storage unit 9 and
, Or printed out on the color printer 12. Note that the contour data of the stereoscopic image of the brain obtained by the MRI apparatus may be directly transmitted to the sphere model setting unit 8 via the communication line 13 shown in FIG.

【0020】以下、図2のフローチャートと図3を参照
して、上記球モデル設定部8で実行される球モデル設定
処理について説明する。
The sphere model setting process executed by the sphere model setting section 8 will be described below with reference to the flowchart of FIG. 2 and FIG.

【0021】まず、MRI装置を用いて頭部3を撮影す
ることで、三次元の形態情報が得られる。この形態情報
から脳の輪郭データのみを抽出し、立体像1が作成され
る。生体電流源推定装置は、この立体像1を輪郭データ
記憶部9に記憶する。この立体像1は三角形要素で構成
されており、この三角形要素の各頂点(以下、「輪郭
点」と呼ぶ)の座標が、輪郭データPi =(xi ,
i ,zi )(i=1,2, …,n)に相当する。球モデル設部
8は、この輪郭データPi を読みだす(ステップS
1)。
First, three-dimensional morphological information can be obtained by photographing the head 3 using an MRI apparatus. Only the outline data of the brain is extracted from this morphological information, and a stereoscopic image 1 is created. The bioelectric current source estimating device stores the three-dimensional image 1 in the contour data storage unit 9. The three-dimensional image 1 is composed of triangular elements, and the coordinates of each vertex of the triangular element (hereinafter, referred to as “contour point”) are represented by contour data P i = (x i ,
y i , z i ) (i = 1, 2,..., n). The sphere model setting section 8 reads out the contour data P i (step S
1).

【0022】例えば後頭部を測定する場合、図3に示す
ように、頭部3の後頭部外側に磁気センサ2を配置す
る。磁気センサ2のセンサ面中央を磁気センサ2の中心
点として、磁気センサ座標Sを設定する。ここで、磁気
センサの中心点Sと各輪郭点P i との相対関係を関数f
(αi )とする。ここで、変数αi は、相対角度あるい
は相対距離で表すことができるが、本実施例では変数α
i を相対距離で表す。f(αi )は後述する式(8)で
tan-1関数の変数として用いるため、0≦f(αi
≦180 となるようにすると、f(αi )は次式
(7)で表すことができる。
For example, when measuring the occipital region, FIG.
The magnetic sensor 2 outside the back of the head 3
You. Center of the sensor surface of the magnetic sensor 2 with the center of the magnetic sensor 2
The magnetic sensor coordinates S are set as points. Where the magnetic
Sensor center point S and each contour point P iFunction f
i). Where the variable αiIs a relative angle
Can be represented by a relative distance, but in this embodiment, the variable α
iIs represented by a relative distance. f (αi) Is the expression (8) described later.
tan-1Since it is used as a function variable, 0 ≦ f (αi)
≦ 180, f (αi) Is the following formula
It can be expressed by (7).

【0023】[0023]

【数3】 (Equation 3)

【0024】式(7)において、αi は、磁気センサの
中心点Sから輪郭点Pi までの距離を示す。αmax は、
磁気センサの中心点Sから最も遠い輪郭点Pi までの距
離を示す。αmin は、磁気センサの中心点Sから最も近
い輪郭点Pi までの距離を示す。ここで、f(αi
は、輪郭点Pi が磁気センサの中心点Sに近いほど、輪
郭点Pi に対する下記重み付け係数wi を、より大きく
するような性格の関数である。
In equation (7), α i indicates the distance from the center point S of the magnetic sensor to the contour point P i . α max is
Shows the distance to the farthest contour point P i from the central point S of the magnetic sensor. α min indicates the distance from the center point S of the magnetic sensor to the nearest contour point P i . Where f (α i )
Is as contour point P i is closer to the center point S of the magnetic sensor, the following weighting coefficients w i with respect to contour point P i, is a function of nature, such as larger.

【0025】次に、重み付け係数wi は、重み付け変数
f(αi )を含むtan-1関数を利用すると、wi は次
式(8)で表すことができる。
Next, when the tan -1 function including the weighting variable f (α i ) is used as the weighting coefficient w i , w i can be expressed by the following equation (8).

【0026】[0026]

【数4】 (Equation 4)

【0027】式(8)において、パラメータt、θ、s
に任意の値を設定する。ここで、図4〜6を参照しなが
ら前記パラメータをそれぞれ変化させたときの重み付け
係数wi の変化の様子を説明をする。図4において、s
=0、θ=60と固定して、tを0〜10まで変化させ
た場合を示す。グラフから明らかなように、tの値を大
きくするほどf(αi )の変化に対しwi は急激に変化
することが判る。また、図5において、t=5、s=0
と固定して、θを0〜180まで変化させた場合、グラ
フから明らかなように、θは、重み付けを大きくしたい
範囲を設定するためのパラメータであることが判る。ま
た、図6において、t=5、θ=60と固定して、sを
1〜2まで変化させた場合、グラフから明らかなよう
に、sを大きくすれば、f(αi )の値によりwi は大
きく変化することが判る。以上のことを考慮して、式
(8)のパラメータt、θ、sに任意の値を与え、重み
係数wi を設定する。(ステップS2)。
In equation (8), parameters t, θ, s
Set any value to. Here, the explanation of the manner of change of the weighting coefficients w i when each changing the parameter with reference to Figures 4-6. In FIG.
= 0, θ = 60, and the case where t is changed from 0 to 10 is shown. As is apparent from the graph, w i to changes in as f (α i) to increase the value of t is understood that change rapidly. In FIG. 5, t = 5 and s = 0.
When θ is changed from 0 to 180 while fixing θ, it is understood from the graph that θ is a parameter for setting a range in which the weight is to be increased. In FIG. 6, when s is changed from 1 to 2 while fixing t = 5 and θ = 60, as is clear from the graph, if s is increased, the value of f (α i ) is increased. It can be seen that w i changes significantly. In consideration of the above, arbitrary values are given to the parameters t, θ, and s in the equation (8), and the weight coefficient w i is set. (Step S2).

【0028】上述したwi を含み、球モデルを算出する
ための関数Eについて説明する。ここでは、従来例と同
様にして、求めたい球モデルの中心点の座標P=(X,
Y,Z)、その半径をrとする。次に、中心点Pから各
輪郭点Pi までの距離をRi(i=1,2, …,n) とすると、
i は次式で表わされる。 Ri =√((X−xi 2 +(Y−yi 2 +(Z−z
i 2 ) 距離Ri と求めたい球モデルの半径rとの自乗差を最小
とするようなP=(X,Y,Z)とrとを求めること
で、磁気センサに対面する関心部位(本実施例では後頭
部)の表面形状に整合した球モデルを算出することがで
きる。すなわち、Ri とrの最小自乗差を求める。ここ
で、重み係数wi を含む最小自乗法を用いた関数Eを、
次式(9)に示す。
A function E for calculating a sphere model including the above-mentioned w i will be described. Here, similarly to the conventional example, the coordinates P = (X,
Y, Z) and its radius is r. Next, assuming that the distance from the center point P to each contour point P i is R i (i = 1, 2,..., N),
R i is represented by the following equation. R i = √ ((X- x i) 2 + (Y-y i) 2 + (Z-z
i ) 2 ) By calculating P = (X, Y, Z) and r so as to minimize the square difference between the distance R i and the radius r of the sphere model to be obtained, the region of interest facing the magnetic sensor ( In this embodiment, a sphere model that matches the surface shape of the occiput can be calculated. That is, the least square difference between R i and r is obtained. Here, a function E using the least squares method including the weight coefficient w i is expressed as
The following expression (9) shows.

【0029】[0029]

【数5】 (Equation 5)

【0030】(9)式において、関数Eを最小とするた
めの条件は次式(10)〜(13)式で表される。
In the equation (9), the condition for minimizing the function E is represented by the following equations (10) to (13).

【0031】[0031]

【数6】 (Equation 6)

【0032】ここで、(10)〜(13)式で与えられ
た連立方程式の解を求めることで球モデルの中心点の座
標P=(X,Y,Z)とその半径rとが求まり、磁気セ
ンサに対面する関心部位の表面形状に整合した球モデル
が算出される(ステップS3)。
Here, by solving the simultaneous equations given by the equations (10) to (13), the coordinates P = (X, Y, Z) of the center point of the spherical model and its radius r are obtained. A sphere model that matches the surface shape of the region of interest facing the magnetic sensor is calculated (step S3).

【0033】次に、この球モデルが磁気センサ2に対面
する関心部位の表面形状に十分に一致しているか否かを
調べる。前記一致するか否かは、一致度評価関数Fから
得た値と予め与えられたしきい値との比較により判断さ
れる。一致度評価関数Fを次式(14)に示す。
Next, it is checked whether or not the spherical model sufficiently matches the surface shape of the region of interest facing the magnetic sensor 2. Whether the values match is determined by comparing a value obtained from the matching score evaluation function F with a predetermined threshold value. The following equation (14) shows the coincidence evaluation function F.

【0034】[0034]

【数7】 (Equation 7)

【0035】一致度評価関数Fは、磁気センサ2に近い
位置にある輪郭点Pi ほど、より大きい重み係数wi
付加されているので、磁気センサ2に近い側において、
iとrの差如何によって、一致度評価関数Fの値は大
きく変化する。しかし、磁気センサ2に遠い位置にある
輪郭点Pi においては、重み係数wi が小さいので、R
i とrの差如何によって、一致度評価関数Fの値はあま
り変化しない。このような性格を持った一致度評価関数
Fは、磁気センサ2に対面する関心部位の表面形状に球
モデルが一致している場合は、一致度評価関数Fの値
(以下、「一致度」という)は小さくなり、一致してい
ない場合は、一致度は大きくなる。ここで、一致度評価
関数Fにwi とRi とrを代入し一致度を算出する(ス
テップS4)。
In the coincidence evaluation function F, a larger weighting factor w i is added to the contour point P i closer to the magnetic sensor 2.
The value of the coincidence evaluation function F greatly changes depending on the difference between R i and r. However, at the contour point P i located far from the magnetic sensor 2, since the weight coefficient w i is small, R
The value of the coincidence evaluation function F does not change much depending on the difference between i and r. When the sphere model matches the surface shape of the region of interest facing the magnetic sensor 2, the matching score evaluation function F having such a characteristic is the value of the matching score evaluation function F (hereinafter, “matching score”). ) Becomes smaller, and when they do not match, the matching degree becomes larger. Here, by substituting the w i and R i and r to calculate the degree of coincidence in coincidence evaluation function F (step S4).

【0036】一致度が予め設定されたしきい値以下にな
るまで、スッテプS2〜S5の処理を繰り返し、一致度
表関数Fが、しきい値以下となれば、球モデルと磁気セ
ンサ2に対面する関心部位の表面形状は一致したものと
して、この球モデルが確定される(ステップS5)。
Steps S2 to S5 are repeated until the coincidence is equal to or less than the preset threshold. If the coincidence table function F is equal to or less than the threshold, the spherical model and the magnetic sensor 2 are faced. This sphere model is determined on the assumption that the surface shapes of the interested portions match each other (step S5).

【0037】上述した手段で算出された球モデルは、磁
気センサ2に対面した被検体の表面形状に最も適した球
モデルである。また、この球モデルに基づいて、電流源
推定を行うことで、脳の立体像に対して正確な位置に電
流源を推定することができる。
The sphere model calculated by the above-described means is a sphere model most suitable for the surface shape of the subject facing the magnetic sensor 2. In addition, by performing current source estimation based on the spherical model, the current source can be estimated at an accurate position with respect to the stereoscopic image of the brain.

【0038】〔シュミレーション〕図7、8は脳の立体
像10と球モデル20、21を三方向から見た図であ
る。ここで、(a)は脳を左側から見た図である、
(b)は脳を後側から見た図である、(c)は脳を上側
から見た図である。二点鎖線で囲んだ領域内の立体像は
磁気センサ2に対面する脳の表面に相当する。上述した
手法の有効性を確認するために磁気センサを後頭部に配
置した場合のシュミレーションを行った。また、このシ
ュミレーションでは、従来の球モデル算出手段と、この
発明の球モデル算出手段とを比べるため、一致度判断手
段を使わず、予め3条件の重み係数を設定する。まず、
三角形要素立体モデル10の輪郭データに基づいて、従
来法を利用して算出した球モデル20をこの三角形要素
立体モデル10に重ねて図7に示す。また、この球モデ
ル20の中心座標、半径、一致度評価関数値を表1に示
す。次に、前記同様の三角形要素立体モデル10の輪郭
データに基づいて重み付けを行った球モデル21を算出
する。式(8)の各パラメータを条件1〜3についてそ
れぞれ設定する。 条件1:t=1 ,θ=30,s=0 条件2:t=10,θ=30,s=10 条件3:t=10,θ=90,s=10 前記条件について、式(7)〜式(9)を計算した結果
を表1に示す。また、球モデル21を図8に示す。
[Simulation] FIGS. 7 and 8 are views of a three-dimensional image 10 of the brain and spherical models 20 and 21 viewed from three directions. Here, (a) is a diagram of the brain viewed from the left side,
(B) is a diagram of the brain viewed from the back, and (c) is a diagram of the brain viewed from the upper side. The three-dimensional image in the area surrounded by the two-dot chain line corresponds to the surface of the brain facing the magnetic sensor 2. In order to confirm the effectiveness of the above-described method, a simulation was performed in which a magnetic sensor was placed on the back of the head. Also, in this simulation, in order to compare the conventional sphere model calculating means with the sphere model calculating means of the present invention, weighting coefficients under three conditions are set in advance without using the coincidence determining means. First,
FIG. 7 shows a sphere model 20 calculated based on the contour data of the triangular element three-dimensional model 10 by using the conventional method and superimposed on the triangular element three-dimensional model 10. Table 1 shows the center coordinates, radius, and coincidence evaluation function values of the sphere model 20. Next, a sphere model 21 weighted based on the contour data of the same triangular element three-dimensional model 10 is calculated. Each parameter of the equation (8) is set for each of the conditions 1 to 3. Condition 1: t = 1, θ = 30, s = 0 Condition 2: t = 10, θ = 30, s = 10 Condition 3: t = 10, θ = 90, s = 10 Table 1 shows the result of calculation of Equation (9). FIG. 8 shows a sphere model 21.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】表1から明らかなように、条件2の一致度
評価関数値が最も小さくなっている。また、図7、図8
に示す後頭部に対する球モデルとを見比べた場合、図8
の本発明の球モデルの方が、後頭部に合っていると言え
る。
As is apparent from Table 1, the coincidence evaluation function value under the condition 2 is the smallest. 7 and 8
FIG. 8 shows a sphere model for the occipital region shown in FIG.
It can be said that the sphere model of the present invention is more suitable for the occipital region.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
1に記載の生体活動電流源推定装置には、磁気センサに
近い関心部位の輪郭点ほど、より大きい重み係数により
重み付けをし、球モデルの中心点から各輪郭点までの距
離と球モデルの半径との自乗差を、重み係数で重み付け
した関数を使って、球モデルを算出している。したがっ
て、この発明によれば、重み係数を設定しない場合のよ
うに、磁気センサに対面する関心部位の表面形状に対し
て、球モデルが外れて設定されることがなく、磁気セン
サに対面する関心部位の表面形状に適合した球モデルを
得ることができる。この球モデルに基づいて、磁界計測
および電流源推定を行うことで、被検体に対する電流源
の位置を関心部位の立体像に対して正確に推定すること
ができる。
As is clear from the above description, the apparatus for estimating a biological activity current source according to the first aspect of the present invention assigns a weight to a contour point of a site of interest closer to a magnetic sensor with a larger weighting factor. The sphere model is calculated using a function in which the square difference between the distance from the center point of the model to each contour point and the radius of the sphere model is weighted by a weight coefficient. Therefore, according to the present invention, unlike the case where the weight coefficient is not set, the sphere model is not set to be deviated with respect to the surface shape of the region of interest facing the magnetic sensor, and the interest of facing the magnetic sensor is not set. A sphere model adapted to the surface shape of the site can be obtained. By performing magnetic field measurement and current source estimation based on this sphere model, the position of the current source with respect to the subject can be accurately estimated with respect to the stereoscopic image of the site of interest.

【0042】請求項2に記載の生体活動電流源推定装置
によれば、磁気センサに対面する関心部位の表面形状と
球モデルが一致しているか否かを、一致度評価関数の値
で判断し、一致している場合は、この球モデルに確定す
る、一方、一致していない場合は、新たな重み係数を設
定し、この重み係数に基づいて、球モデルを算出するこ
とを、一致するまで繰り返す。したがって、この発明に
よれば磁気センサに対面する関心部位の表面形状に最も
適した球モデルを算出することができる。この球モデル
に基づいて、磁界計測および電流源推定を行うことで、
電流源の位置を関心部位の立体像に対してさらに正確に
推定することができる。
According to the biological activity current source estimating device of the present invention, whether or not the surface shape of the region of interest facing the magnetic sensor and the sphere model match is determined by the value of the matching evaluation function. If they match, the sphere model is fixed.On the other hand, if they do not match, a new weighting factor is set, and the calculation of the sphere model based on the weighting factor is performed until the sphere model matches. repeat. Therefore, according to the present invention, it is possible to calculate a sphere model most suitable for the surface shape of the region of interest facing the magnetic sensor. By performing magnetic field measurement and current source estimation based on this sphere model,
The position of the current source can be more accurately estimated with respect to the stereoscopic image of the site of interest.

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

【図1】生体電流源推定装置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a biocurrent source estimation device.

【図2】実施例の球モデル算出手段のフローチャートで
ある。
FIG. 2 is a flowchart of a sphere model calculating unit of the embodiment.

【図3】実施例の脳の立体像と磁気センサを示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a three-dimensional image of a brain and a magnetic sensor according to the embodiment.

【図4】パラメータtのみを変化させた場合の重み係数
の変化を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a change in a weight coefficient when only a parameter t is changed.

【図5】パラメータθのみを変化させた場合の重み係数
の変化を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a change in a weight coefficient when only a parameter θ is changed.

【図6】パラメータsのみを変化させた場合の重み係数
の変化を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a change in a weight coefficient when only a parameter s is changed.

【図7】脳の立体像に従来技術により算出した球モデル
を重ね、脳の(a)左側面、(b)後面、(c)上面の
3方向から見た図である。
FIG. 7 is a diagram in which a sphere model calculated by a conventional technique is superimposed on a three-dimensional image of the brain and viewed from three directions of (a) a left side surface, (b) a rear surface, and (c) an upper surface of the brain.

【図8】脳の立体像にこの発明により算出した球モデル
を重ね、脳の(a)左側面、(b)後面、(c)上面の
3方向から見た図である。
FIG. 8 is a diagram in which a sphere model calculated according to the present invention is superimposed on a three-dimensional image of the brain and viewed from three directions of (a) a left side surface, (b) a rear surface, and (c) an upper surface of the brain.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 … 脳の立体像 2 … 磁気センサ s … 磁気センサ面の中央座標 Pi … 輪郭点 10 … 脳の立体像 20 … 従来技術により算出した球モデル 21 … この発明により算出した球モデルDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 3D image of brain 2 ... Magnetic sensor s ... Center coordinate of magnetic sensor surface Pi ... Contour point 10 ... 3D image of brain 20 ... Spherical model calculated by conventional technology 21 ... Spherical model calculated by this invention

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検体の関心部位の輪郭データに基づ
き、前記関心部位の表面形状に整合した球モデルを設定
し、この球モデルを使って前記関心部位内の生体活動電
流源の位置、大きさ、方向等の物理量を推定する装置で
あって、(a)生体磁気を計測するための磁気センサの
位置と、前記被検体の輪郭データで表される多数の輪郭
点の各位置との位置関係に基づき、前記磁気センサに近
い輪郭点ほど、より大きい重み係数を設定する重み係数
設定手段と、(b)前記球モデルの中心点から前記輪郭
点までの距離と前記球モデルの半径との自乗差を、前記
重み係数によって重み付けした関数を使って、前記関数
の値を最小にする球モデルを算出する球モデル算出手段
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 sphere model that matches the surface shape of the region of interest based on the contour data of the region of interest of the subject is set, and the position and size of the bioactivity current source in the region of interest are set using the sphere model. An apparatus for estimating a physical quantity such as a direction, wherein (a) the position of a magnetic sensor for measuring biomagnetism and the position of each of a number of contour points represented by the contour data of the subject Weighting factor setting means for setting a larger weighting factor for a contour point closer to the magnetic sensor based on the relationship; and (b) calculating a distance from a center point of the sphere model to the contour point and a radius of the sphere model. A biological activity current source estimating apparatus, comprising: a sphere model calculating unit that calculates a sphere model that minimizes the value of the function by using a function obtained by weighting the squared difference by the weight coefficient.
【請求項2】 請求項1に記載の装置において、(c)
前記球モデル算出手段で算出された球モデルと、前記磁
気センサに対面する被検体の関心部位の表面形状とが一
致する度合いを数値で表すための一致度評価関数を予め
定め、この一致度評価関数に前記算出された球モデルの
情報と、各輪郭点の情報とを与えて、一致度評価関数の
値である一致度を算出する一致度算出手段と、(d)前
記一致度算出手段が算出した一致度が、予め定められた
しきい値以下である場合は、その球モデルが適正な球モ
デルであるとして確定し、一方、前記一致度がしきい値
よりも大きい場合は、前記重み係数設定手段による新た
な重み係数の再設定と、前記新たな重み係数に基づく前
記球モデル算出手段による球モデルの再算出とを、前記
一致度がしきい値以下と判断されるまで繰り返し実行さ
せる判断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。
2. The apparatus according to claim 1, wherein (c)
A coincidence evaluation function for expressing numerically the degree of coincidence between the sphere model calculated by the sphere model calculation means and the surface shape of the region of interest of the subject facing the magnetic sensor is determined in advance. A coincidence calculating means for calculating the coincidence, which is a value of a coincidence evaluation function, by giving the information of the calculated sphere model and the information of each contour point to a function, and (d) the coincidence calculating means If the calculated degree of coincidence is equal to or less than a predetermined threshold value, it is determined that the sphere model is an appropriate sphere model, while if the degree of coincidence is greater than the threshold value, the weight is determined. The re-setting of a new weight coefficient by the coefficient setting means and the re-calculation of the sphere model by the sphere model calculating means based on the new weight coefficient are repeatedly executed until the degree of coincidence is determined to be equal to or less than a threshold value. Judgment means Bioelectric current source estimation apparatus, characterized in that was e.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11324428B2 (en) 2019-03-14 2022-05-10 Ricoh Company, Ltd. Multi-sphere head model for dipole localization without ghost spheres
US11331028B2 (en) 2019-03-14 2022-05-17 Ricoh Company, Ltd. Multi-sphere head model for dipole localization

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11324428B2 (en) 2019-03-14 2022-05-10 Ricoh Company, Ltd. Multi-sphere head model for dipole localization without ghost spheres
US11331028B2 (en) 2019-03-14 2022-05-17 Ricoh Company, Ltd. Multi-sphere head model for dipole localization
US20220233122A1 (en) * 2019-03-14 2022-07-28 Ricoh Company, Ltd. Multi-sphere head model for dipole localization

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