JP4791797B2 - Biomagnetic field measurement device - Google Patents
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Description
本発明は、生体が発する微弱な磁場を計測するSQUID(Superconducting Quantum Interference Device:超電導量子干渉素子)磁束計を用いた生体磁場計測装置に関する。 The present invention relates to a biomagnetic field measurement apparatus using a SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) magnetic flux meter that measures a weak magnetic field generated by a living body.
近年、心筋内の電気活動を無侵襲に可視化する装置として、心磁計が開発されている(例えば、非特許文献1,2参照)。心磁計とは、心臓から生じる微弱な磁場を無侵襲かつ非接触に多点で計測し、この計測した磁場データに基づいて心筋内の電気活動を推定する装置である。
In recent years, a magnetocardiograph has been developed as a device for non-invasively visualizing electrical activity in the myocardium (see, for example, Non-Patent
心磁計による心筋内の電気活動を推定する一つの方法として、磁場データから心筋内の2次元および3次元の電流分布を推定する方法がある。このように、磁場データから電流分布を解析する方法は一般に生体磁場逆問題と呼ばれ、生体内の電流源から生じる磁場を計測する順問題と対比される。 As one method for estimating the electrical activity in the myocardium by the magnetocardiograph, there is a method for estimating the two-dimensional and three-dimensional current distribution in the myocardium from the magnetic field data. As described above, the method of analyzing the current distribution from the magnetic field data is generally called a biomagnetic field inverse problem, and is compared with the forward problem of measuring the magnetic field generated from the current source in the living body.
現在、生体磁場逆問題に適用される代表的な解析手法には、Levenberg−Marqurdt法(例えば、非特許文献3参照)、最小二乗法(例えば、非特許文献4,5参照)、ウィナーフィルタ(例えば、非特許文献6参照)等がある。ただし、これらの解析手法は、逆問題の解である電流分布を一意に推定できない、逆問題固有の不適切性を包含している。 Currently, typical analysis methods applied to the inverse biomagnetic field include the Levenberg-Marquardt method (see, for example, Non-Patent Document 3), the least square method (see, for example, Non-Patent Documents 4 and 5), the Wiener filter ( For example, see Non-Patent Document 6). However, these analysis methods include improperness inherent to the inverse problem, in which the current distribution that is the solution of the inverse problem cannot be uniquely estimated.
そこで、この逆問題の不適切性を克服するために、Tikhonovの正則化法を組み合わせた逆問題解析方法が提案されている。Tikhonovの正則化法とは、逆問題解析に用いられる残差項に安定化項(正則化項)を加えることで、逆問題の不適切性を改善する方法である。 Therefore, in order to overcome the inappropriateness of the inverse problem, an inverse problem analysis method combining the Tikhonov regularization method has been proposed. The Tikhonov regularization method is a method for improving the inadequacy of the inverse problem by adding a stabilization term (regularization term) to the residual term used in the inverse problem analysis.
一方、心磁計による心筋内の電気活動を推定する他の方法として、電流アロー図(Current Arrow Map:以下「CAM」という)が開発されている(例えば、非特許文献7参照)。CAMは、法線成分磁場の空間微分から得られる2次元平面上のベクトルを近似的に生体内電流分布とすることにより、心筋内の電気活動を視覚化する方法である。 On the other hand, a current arrow map (hereinafter referred to as “CAM”) has been developed as another method for estimating the electrical activity in the myocardium by a magnetocardiograph (see, for example, Non-Patent Document 7). CAM is a method of visualizing electrical activity in the myocardium by approximating a vector on a two-dimensional plane obtained from the spatial differentiation of the normal component magnetic field to an in-vivo current distribution.
従って、CAMを用いることで、心磁計の解析結果に対する医師や検査技師の理解度の向上が期待できる。また、CAMを用いることで、患者に対しても検査結果をわかりやすく提供できる。例えば、CAMを心疾患解析に適用することで、心房粗動の異常心房興奮(例えば、非特許文献8参照)やQT延長症候群の異常心室興奮(例えば、非特許文献9参照)が視覚化されている。
ここで、CAMを用いて心筋内の電気活動を推定する場合には、CAMによって算出される値が電流に近似される値であった。また、逆問題を解析して心筋内の電気活動を推定するために、Tikhonovの正則化法を適用した場合であっても、最適な正則化パラメータを決定する方法が未だに確立されていないという問題があった。 Here, when the electrical activity in the myocardium is estimated using the CAM, the value calculated by the CAM is a value that approximates the current. In addition, even when the Tikhonov regularization method is applied in order to analyze the inverse problem and estimate the electrical activity in the myocardium, the method for determining the optimal regularization parameter has not yet been established. was there.
そこで、本発明は、計測した磁場データに基づいて、心筋内の電流分布を適切な電流値として求めることができる生体磁場計測装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a biomagnetic field measurement apparatus capable of obtaining the current distribution in the myocardium as an appropriate current value based on the measured magnetic field data.
前記課題を解決するために、本発明は、生体から発生する生体磁場の略体表面に沿ったxy面に垂直なz方向の磁場成分の時間変化、または、前記生体磁場の略体表面に沿ったxy面に平行なx方向の磁場成分およびy方向の磁場成分の時間変化を計測し、前記生体の体表面に平行な(x,y)座標の座標位置に2次元に配置される複数の磁束計と、前記複数の磁束計の出力信号の演算を行なう演算装置と、前記演算の結果を表示する表示装置とを備えた生体磁場計測装置であって、前記演算装置は、次の(1)および(2)のうち少なくとも1つを有することを特徴とする生体磁場計測装置である。
(1)任意の時点での前記z方向の磁場成分のx方向の変化量およびy方向の変化量を求める演算手段と、前記2次元に配置される複数の磁束計から前記生体内の電流源までの電流源深さに対応した磁場電流換算直線に従って決定される換算係数を求める演算手段と、前記x方向の変化量および前記y方向の変化量に前記換算係数を乗算することで電流分布を求める演算手段
(2)前記2次元に配置される複数の磁束計から前記生体内の電流源までの電流源深さに対応した磁場電流換算直線に従って決定される換算係数を求める演算手段と、任意の時点での前記x方向の磁場成分および前記y方向の磁場成分に前記換算係数を乗算することで電流分布を求める演算手段
なお、他の発明に関しては、本明細書中で明らかにする。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a temporal change of a magnetic field component in the z direction perpendicular to the xy plane along a substantially body surface of a biomagnetic field generated from a living body, or along a substantially body surface of the biomagnetic field. A plurality of time-dependent changes in the magnetic field component in the x direction parallel to the xy plane and the magnetic field component in the y direction are arranged two-dimensionally at coordinate positions of (x, y) coordinates parallel to the body surface of the living body. A biomagnetic field measurement apparatus comprising a magnetometer, a computing device that computes the output signals of the plurality of magnetometers, and a display device that displays the results of the computation, wherein the computing device is: ) And (2) at least one of the biomagnetic field measurement devices.
(1) Calculation means for obtaining a change amount in the x direction and a change amount in the y direction of the magnetic field component in the z direction at an arbitrary time point, and a current source in the living body from the plurality of two-dimensional magnetometers determining the current distribution by multiplying arithmetic means for obtaining the conversion factor is determined in accordance with field current converted straight line that corresponds to the current source depth, the conversion factor to the amount of change in the x direction of the change amount and the y direction to the Arithmetic means (2) Arithmetic means for obtaining a conversion coefficient determined according to a magnetic field current conversion line corresponding to a current source depth from the plurality of magnetometers arranged in two dimensions to the current source in the living body, and an arbitrary time point It said computing means determining the current distribution by multiplying the conversion factor to a magnetic field component of the magnetic field component and the y direction of the x-direction regarding the other invention will become apparent herein in.
本発明によれば、CAMと生体磁場逆問題解析の推定結果を比較することで、CAMにより推定される近似的な電流分布を電流値に換算することができる。 According to the present invention, the approximate current distribution estimated by the CAM can be converted into a current value by comparing the estimation results of the CAM and the biomagnetic field inverse problem analysis.
以下、本発明を実施するための最良の形態(以下「実施形態」という)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
本実施形態では、計測した磁場データに基づいて、心筋内の電流分布を適切な電流値として、求めることができる生体磁場計測装置を提供するものである。
言い換えると、本実施形態は、CAMを用いて電流分布を推定する視点においては、電流に近似される値を物理的な電流値に換算し、Tikhonovの正則化法を用いて生体磁場逆問題を解析する視点においては、最適な正則化パラメータを決定することによって、電流分布を求めることができる生体磁場計測装置を提供するものである。
In the present embodiment, a biomagnetic field measurement apparatus capable of obtaining a current distribution in the myocardium as an appropriate current value based on measured magnetic field data is provided.
In other words, in this embodiment, from the viewpoint of estimating the current distribution using the CAM, the value approximated to the current is converted into a physical current value, and the inverse magnetic field problem is solved using the Tikhonov regularization method. From the viewpoint of analysis, the present invention provides a biomagnetic field measurement apparatus capable of obtaining a current distribution by determining an optimal regularization parameter.
図1は、本実施形態の生体磁場計測装置の全体構成を示す概略図である。図1に示すように、生体磁場計測装置1の構成要素は、磁気シールドルーム2の内部と外部とに分かれて配設される。
磁気シールドルーム2の内部には、複数のSQUID磁束計を内部に配置して極低温に保持するクライオスタット3と、クライオスタット3を支持するガントリ4と、被験者(図示せず)が横になるベッド5が配置されている。ベッド5は、ベッド5の短軸(A方向,y方向)での移動とベッド5の長軸(C方向,x方向)での移動と、ベッド5の上下方向(B方向,z方向)での移動が可能であって、計測部位の位置合わせを容易に行うことができる。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the biomagnetic field measurement apparatus of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the constituent elements of the biomagnetic
Inside the
磁気シールドルーム2の外部には、クライオスタット3内に配置される複数のSQUID磁束計を駆動させる駆動回路6と、駆動回路6からの出力に増幅およびフィルタをかけるアンプフィルタユニット7と、アンプフィルタユニット7からの出力信号をデータ収集し、収集されたデータ(以下、「磁場データ」という)を解析処理するとともに生体磁場計測装置1の各部の制御を行なう演算装置8と、演算装置8により解析処理された解析結果を表示する表示装置9が主に配置されている。
Outside the
なお、本実施形態の生体磁場計測装置1は、生体から発する磁場を計測する装置において、特に、計測した磁場データの解析処理を行う演算装置8に特徴を有している。そのため、その他の計測等に関する装置の構成および動作は、被験者の計測部位に応じて、例えば、心磁計、脳磁計、肺磁計、筋磁計等の従来の生体磁場計測装置の構成および動作を適宜適用することができる。そして、本実施形態においては、特に、心臓磁場を計測する構成の生体磁場計測装置1を説明する。
The biomagnetic
図2は、複数のSQUID磁束計の配列および被験者に対する配置の一例を説明するための図である。複数のSQUID磁束計は、クライオスタット(図1参照)3の底部の内壁にz方向に沿って垂設し、胸壁10に対して垂直なz方向の磁場成分Bzを経時的に計測している。そして、複数のSQUID磁束計は、磁気の距離変化量を的確に捉えられるように、x方向およびy方向には等間隔に配列している。すなわち、複数のSQUID磁束計による測定領域11は、図2に示すように、正方格子状に区画され、被験者の胸壁10に対して平行に配置された面として表現することができる。
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of an arrangement of a plurality of SQUID magnetometers and an arrangement with respect to a subject. The plurality of SQUID magnetometers are suspended along the z direction on the inner wall of the bottom of the cryostat (see FIG. 1) 3 and measure the magnetic field component B z in the z direction perpendicular to the
本実施形態においては、一例として、SQUID磁束計間の距離が0.025mであって、測定領域11が0.175m×0.175m、SQUID磁束計の数が8×8のアレー状に配置した64チャンネルの場合を説明する。図2に示す測定領域11の座標系においては、例えば、符号12で示す7行3列目に対応するSQUID磁束計が胸部の剣状突起13の真上に位置するように、測定領域11の位置合わせを行う。このときには、1行8列目のSQUID磁束計を座標系の原点Oとする。
In this embodiment, as an example, the distance between SQUID magnetometers is 0.025 m, the
図3は、演算装置8の機能構成を示すブロック図である。図3に示すように、演算装置8は、収集された磁場データを解析するデータ処理部81と、生体磁場計測装置1の各部の制御を行なう制御部82とを含んで構成される。さらに、データ処理部81は、CAM解析部(第1の演算手段)811と、電流源深さ推定部(第3,第9の演算手段)812と、磁場電流換算直線生成部813と、電流値算出部(第7,第13,第15,第17の演算手段)814と、電流分布画像生成部815とを含んで構成される。また、磁場電流換算直線生成部813の詳細な構成は後記する。
なお、演算装置8は、図示しないCPUと記憶装置とを備え、CPUが記憶装置に格納されているプログラムを実行することによって各部の機能を実現することができる。
FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of the
The
ここで、本実施形態のデータ処理部81は、磁場データの解析処理において、心筋興奮にともない発生する電流分布と磁場とが以下に仮定する電流ダイポールモデルを満たすものとして演算処理を行う。
Here, in the magnetic field data analysis process, the
図4は、本実施形態で用いた電流ダイポールモデルを説明するための図である。図4に示すように、z=0mのxy面14に、8×8の格子状に計測点15を配置する。
そして、心筋興奮の際の電流分布を、半無限平面導体16中のz=zdのxy面17(平面A’)上の座標r’に存在する電流ダイポールJ(r’)(J(r’)=[Jx(r’)Jy(r’)Jz(r’)]T)として仮定する。
FIG. 4 is a diagram for explaining the current dipole model used in the present embodiment. As shown in FIG. 4, measurement points 15 are arranged in an 8 × 8 grid on the
Then, the current distribution at the time of myocardial excitation is expressed as a current dipole J (r ′) (J (r) present at a coordinate r ′ on the xy plane 17 (plane A ′) of z = z d in the
そして、半無限平面導体16中の体積電流を考慮しない場合、半無限平面導体16外のi(i=1,2,・・・,M)番目の計測点rで測定される磁場Bi(r)(Bi(r)=[Bx,i(r)By,i(r)Bz,i(r)]T)は、Biot−Savartの法則に従って次の(1)式を用いて計算できる。
When the volume current in the
Bi(r)=∫Li(r’)・J(r’)dv’ ・・・(1) B i (r) = ∫L i (r ′) · J (r ′) dv ′ (1)
(1)式において、Li(r’)は電流ダイポールJ(r’)とi番目の計測点で測定される磁場Bi(r)に関連するリードフィールド(磁場導出)行列である。そして、(1)式における積分は平面A’の面積分である。(1)式の方程式を全ての計測点Mに対して適用し、電流ダイポールが存在する平面A’をN個の領域に離散化すると、次の(2)式に示す行列方程式が得られる。 In the equation (1), L i (r ′) is a lead field (magnetic field derivation) matrix related to the current dipole J (r ′) and the magnetic field B i (r) measured at the i-th measurement point. The integral in the equation (1) is the area of the plane A ′. When the equation (1) is applied to all measurement points M and the plane A ′ where the current dipole exists is discretized into N regions, the matrix equation shown in the following equation (2) is obtained.
B=LJ ・・・(2) B = LJ (2)
(2)式において、Bは3M×1の磁場の列ベクトルを、Lは3M×3Nのリードフィールド行列を、Jは3N×1の電流ダイポールの列ベクトルを表している。なお、本実施形態においては、全ての計測点MはSQUID磁束計の数である64に相当するが、SQUID磁束計を含む測定装置の構成に応じて変更可能である。
ここで、測定磁場の法線成分Bzに注目すると、(2)式は、次の(3)式に変換できる。
In Equation (2), B represents a 3M × 1 magnetic field column vector, L represents a 3M × 3N lead field matrix, and J represents a 3N × 1 current dipole column vector. In the present embodiment, all the measurement points M correspond to 64, which is the number of SQUID magnetometers, but can be changed according to the configuration of the measuring apparatus including the SQUID magnetometer.
Turning now to the normal component B z of the measurement magnetic field, it can be converted (2) is the following equation (3).
Bz=LzJ ・・・(3) B z = L z J (3)
(3)式において、BzはM×1の列ベクトルを、LzはM×3Nのリードフィールド行列を表している。通常、リードフィールド行列Lzは、各SQUID磁束計の検出感度によって決定されるものであって、あらかじめ記憶装置に記憶されて演算処理の際には適宜記憶装置から読み出される。すなわち、この(3)式によれば、電流分布に対応して仮定された電流ダイポールJ(r’)と、磁場の法線成分Bzとの関係が規定される。 In equation (3), B z represents an M × 1 column vector, and L z represents an M × 3N lead field matrix. Normally, the lead field matrix L z is determined by the detection sensitivity of each SQUID magnetometer, and is stored in advance in the storage device and is appropriately read out from the storage device during the arithmetic processing. That is, according to the equation (3), the relationship between the assumed current dipole J (r ′) corresponding to the current distribution and the normal component B z of the magnetic field is defined.
〔CAM解析部〕
図3に示すCAM解析部811は、測定された磁場データに基づいて、特に逆問題を解析することなしに、近似的な電流分布を推定するものである。具体的には、近似的な電流分布は、磁場の法線成分Bzの空間微分から得られる2次元平面上のベクトルを、近似的な電流分布ベクトルJCAMとして扱うことによって、表現されるものである。
また、JCAMに基づいて生成される電流分布画像をCAM画像という。
[CAM analysis section]
The
A current distribution image generated based on JCAM is referred to as a CAM image.
ここで、CAM解析部811が、計測された磁場データに基づいて近似的な電流分布ベクトルJCAMを算出する手順について説明する。
本実施形態のCAM解析部811においては、i(i=1,2,・・・,M)番目の計測点rでの磁場の法線成分Bz,i(r)の空間微分から得られる磁場の接線成分BCAM x,i(r),BCAM y,i(r)を、心筋内の近似的な電流分布ベクトルJCAM i(r)として扱う。
従って、JCAM i(r)を構成するx成分JCAM x,i(r)およびy成分JCAM y,i(r)は、それぞれ、次の(4)式および(5)式から求めることができる。
Here, a procedure in which the
In the
Thus, J CAM i (r) constituting the x component J CAM x, i (r) and y components J CAM y, i (r), respectively, the following equation (4) and (5) be calculated from the equation Can do.
JCAM x,i(r)=BCAM y,i(r)=dBz,i(r)/dy ・・・(4)
JCAM y,i(r)=BCAM x,i(r)=−dBz,i(r)/dx・・・(5)
J CAM x, i (r) = B CAM y, i (r) = dB z, i (r) / dy (4)
J CAM y, i (r) = B CAM x, i (r) = − dB z, i (r) / dx (5)
また、近似的な電流分布ベクトルの大きさ|JCAM i(r)|は、(4)式および(5)式を用いて次の(6)式により導出される。 Also, the approximate magnitude | J CAM i (r) | of the current distribution vector is derived from the following equation (6) using the equations (4) and (5).
|JCAM i(r)|=√((JCAM x,i(r))2+(JCAM y,i(r))2) ・・・(6) | JCAM i (r) | = √ (( JCAM x, i (r)) 2 + ( JCAM y, i (r)) 2 ) (6)
なお、(4)式および(5)式から明らかなように、CAM解析部811により求められる近似的な電流分布ベクトルJCAMの単位はT/mであって、電流値の物理量を示すものではない。
そして、CAM解析部811により算出されたJCAMは、磁場電流換算直線生成部813および電流値算出部814に出力される。
As apparent from the equations (4) and (5), the unit of the approximate current distribution vector J CAM obtained by the
Then, J CAM calculated by the
〔電流源深さ推定部〕
電流源深さ推定部812は、SQUID磁束計の計測面から電流源までの電流源深さzdを推定するものである。電流源深さzdを推定する手段の一例として、本実施形態では、ダイポール推定法を適用している。
[Current source depth estimation section]
The current source
ダイポール推定法とは、生体内の電気生理学的活動を1つのダイポール(電流源に相当する)で代表させ、そのダイポール座標(xd,yd,zd)、向きθおよびモーメントQを推定する方法であって、次の(7)式を最小とする最適化問題に帰着する。 In the dipole estimation method, electrophysiological activity in a living body is represented by one dipole (corresponding to a current source), and its dipole coordinates (x d , y d , z d ), direction θ and moment Q are estimated. This method results in an optimization problem that minimizes the following equation (7).
F1(xd,yd,zd,θ,Q)=
Σ(Bz,i−QLi(xd,yd,zd,θ))2/Σ(Bz,i)2・・・(7)
F 1 (x d , y d , z d , θ, Q) =
Σ (B z, i −QL i (x d , y d , z d , θ)) 2 / Σ (B z, i ) 2 (7)
(7)式において、Bz,i(i=1,2,・・・,M)は生体磁場計測装置1の各SQUID磁束計で計測された所定時刻t2での磁場の法線成分、LiはBiot−Savartの法則により導かれる係数を表している。また、分子および分母のΣは、複数のSQUID磁束計に対応するi=1〜Mの加算を表す。特に、ダイポール推定に用いる所定時刻t2は、心筋内の電気活動が局所的である、p波またはQ波の初期時刻であることが好ましい。このように、ダイポール推定法を用いることで、測定した磁場データに基づいて、電流源である洞結節近辺の局所的な心筋興奮部位を比較的に精度よく推定できる。
そして、電流源深さ推定部812により推定された電流源深さzdは、電流値算出部814に出力される。
In the equation (7), B z, i (i = 1, 2,..., M) is a normal component of the magnetic field at a predetermined time t 2 measured by each SQUID magnetometer of the biomagnetic
Then, the current source depth z d estimated by the current source
〔磁場電流換算直線生成部〕
磁場電流換算直線生成部813は、CAM解析部811により算出された近似的な電流分布ベクトルJCAMと、磁場電流換算直線生成部813における生体磁場逆問題解析により推定される電流分布ベクトル(後記するJMNMTRに対応する)とを比較することにより、JCAMを電流値に換算する磁場電流換算直線を生成するものである。
ここで、磁場電流換算直線生成部813は、逆問題解析部813aと、電流分布比較部813bと、JCAM−JMNMTR相関図生成部813c(第2,第5,第6,第8,第11,第12の演算手段)813cと、電流源深さ−換算係数相関図生成部813d(第14,第16の演算手段)813dとを含んで構成される。また、逆問題解析部813aと電流分布比較部813bとを組み合わせたものは、第4,第10の演算手段に対応する。
[Magnetic current conversion straight line generator]
Field current conversion
Here, the magnetic field current conversion
(逆問題解析部)
逆問題解析部813aは、測定された磁場データに基づいて、生体磁場逆問題解析を行うことによって、生体内の電流分布を求めるものである。
具体的には、逆問題解析部813aにより推定される電流分布は、電流分布ベクトルJMNMTRとして表現される。
また、JMNMTRに基づいて生成される電流分布画像をMNMTR画像という。JMNMTRの詳細な説明は後記する。
(Inverse Problem Analysis Department)
The inverse
Specifically, the current distribution estimated by the inverse problem analysis unit 813a is expressed as a current distribution vector JMNMTR .
A current distribution image generated based on JMNMTR is referred to as an MNMTR image. A detailed description of J MNMTR will be given later.
逆問題解析部813aが生体磁場逆問題を解析する手法は特に限定しないが、まず、最小二乗法(Minimum−Norm Method:以下、略して「MNM」という)を適用して解析する場合について説明する。MNMは、逆問題解析の代表的な手法の一つであり、磁場の測定値と計算値との二乗誤差を最小とすることにより、心筋内の電流分布を推定する方法である。
すなわち、MNMにおいて、心筋内の電流分布は次の(8)式に示す評価関数Fを最小とするように決定される。
The method for analyzing the inverse biomagnetic field problem by the inverse
That is, in the MNM, the current distribution in the myocardium is determined so as to minimize the evaluation function F shown in the following equation (8).
F=||Bz−Bz mes||2 ・・・(8) F = || B z −B z mes || 2 (8)
(8)式において、Bzは法線成分磁場の計算値、Bz mesは法線成分磁場の測定値に対応する。そして、||・||はユークリッドノルムを表している。ここで、(3)式を利用すると、(8)式のFを最小とする2次元の電流分布ベクトルJMNMは、次の(9)式により推定される。 In equation (8), B z corresponds to the calculated value of the normal component magnetic field, and B z mes corresponds to the measured value of the normal component magnetic field. || · || represents the Euclidean norm. Here, when the expression (3) is used, the two-dimensional current distribution vector JMNM that minimizes F in the expression (8) is estimated by the following expression (9).
JMNM=(Lz TLz)−1LzBz mes ・・・(9) J MNM = (L z T L z ) -1 L z B z mes (9)
ところが、(9)式のJMNMの解を一意に求めることは困難である。これは、(9)式に用いられる行列Lz TLzの条件数が大きいために、その逆行列から得られる電流分布ベクトルJMNMに測定磁場の雑音や数値誤差が大きく混入することに起因する。このように、解を一意に決定できない問題は逆問題固有の性質であり、逆問題の不適切性と呼ばれる。 However, it is difficult to uniquely find the solution of JMNM in equation (9). This is because the condition number of the matrix L z T L z used in the equation (9) is large, and thus noise and numerical errors of the measurement magnetic field are mixed in the current distribution vector J MNM obtained from the inverse matrix. To do. As described above, a problem in which a solution cannot be uniquely determined is a characteristic inherent to the inverse problem, and is called inappropriateness of the inverse problem.
そこで、本実施形態においては、このような逆問題解析における問題点を改善するために、MNMにTikhonovの正則化法を組み合わせて逆問題を解析する。Tikhonovの正則化法とは、逆問題解析に用いられる残差項に安定化項(正則化項)を加えることで、逆問題の不適切性を改善する方法である。以下において、Tikhonovの正則化法を組み合わせたMNMをMNMTRと記載し、MNMTRにより求められる2次元の電流分布ベクトルをJMNMTRと記載する。
すなわち、MNMTRにおいて、心筋内の電流分布ベクトルJMNMTRは次の(10)式に示す評価関数Fを最小とするように推定される。
Therefore, in the present embodiment, in order to improve such problems in the inverse problem analysis, the inverse problem is analyzed by combining the MNM with the Tikhonov regularization method. The Tikhonov regularization method is a method for improving the inadequacy of the inverse problem by adding a stabilization term (regularization term) to the residual term used in the inverse problem analysis. In the following, the MNM that combines the Tikhonov regularization method is described as MNMTR, and the two-dimensional current distribution vector obtained by the MNMTR is described as JMNMTR .
That is, in MNMTR, current distribution vector J MNMTR in the myocardium is estimated so as to minimize an evaluation function F in the following equation (10).
F=||Bz(JMNMTR)−Bz mes||2+α||RJMNMTR|| ・・・(10) F = || B z (J MNMTR ) −B z mes || 2 + α || RJ MNMTR || (10)
(10)式において、αは正則化パラメータと呼ばれる係数(正の定数)、Rは安定化行列と呼ばれる3N×3Nの行列である。ここで、(3)式を利用すると、(10)式のFを最小とする2次元の電流分布ベクトルJMNMTRは、次の(11)式により推定される。 In Expression (10), α is a coefficient (positive constant) called a regularization parameter, and R is a 3N × 3N matrix called a stabilization matrix. Here, when the expression (3) is used, the two-dimensional current distribution vector J MNMTR that minimizes F in the expression (10) is estimated by the following expression (11).
JMNMTR=(Lz TLz+αRTR)−1LzBz mes ・・・(11) J MNMTR = (L z T L z + αR T R) -1 L z B z mes ··· (11)
(11)式において、安定化行列Rには、例えば、単位行列Iを用いることができる。また、正則化パラメータαを求める方法としては、Generalid cross validation法やL−curve法等が提案されている。
なお、本実施形態においては、逆問題解析方法としてMNMTRを用いたが、その他の解析方法(例えば、前記したLevenberg−Marqurtdt法やウィナーフィルタ法等)を使用した場合も、MNMTRと同様の結果を得ることができる。
そして、逆問題解析部813aにより推定された電流分布ベクトルJMNMTRは、電流分布比較部813bに出力される。
In the equation (11), for the stabilization matrix R, for example, the unit matrix I can be used. Further, as a method for obtaining the regularization parameter α, a general cross validation method, an L-curve method, and the like have been proposed.
In this embodiment, MNMTR is used as an inverse problem analysis method. However, when other analysis methods (for example, the above-described Levenberg-Marqrtdt method, Wiener filter method, etc.) are used, the same results as MNMTR are obtained. Obtainable.
Then, the current distribution vector J MNMTR estimated by the inverse
(電流分布比較部)
前記したように、逆問題解析部813aにおいて、生体磁場逆問題を解析することによって、JMNMTRが推定される。しかしながら、このような逆問題解析方法を用いた場合であっても、安定的に正則化パラメータαを求めることができるわけではない。従って、JMNMTRも常に適切な値が推定されるわけではない。
(Current distribution comparison part)
As described above, the J MNMTR is estimated by analyzing the biomagnetic field inverse problem in the inverse
そこで、電流分布比較部813bは、JCAMとJMNMTRの分布パターンを比較することによって、適切なJMNMTRを決定する。また、適切なJMNMTRが決定されることによって、おのずと、適切な正則化パラメータαも決定されることとなる。
ここで、JCAMとJMNMTRの分布パターンを比較するため、JMNMTRの離散数Nと、JCAMの座標点数Mは同じとする。
このとき、電流分布比較部813bは、次の(12)式に示す評価関数REmcgを小さくするようにJMNMTRを決定する。
Therefore, current distribution comparing unit 813b, by comparing the distribution pattern of J CAM and J MNMTR, to determine the appropriate J MNMTR. In addition, by determining an appropriate J MMNTR , an appropriate regularization parameter α is also determined.
Here, to compare the distribution pattern of J CAM and J MNMTR, a discrete number N of J MNMTR, coordinate points M of J CAM is the same.
At this time, the current distribution comparison unit 813b determines JMNMTR so as to reduce the evaluation function RE mcg shown in the following equation (12).
REmcg=||JCAM x−JMNMTR x||2/||JMNMTR x||2
+||JCAM y−JMNMTR y||2/||JMNMTR y||2 ・・・(12)
RE mcg = || J CAM x -J MNMTR x || 2 / || J MNMTR x || 2
+ || J CAM y −J MNMTR y || 2 / || J MMNTR y || 2 (12)
(12)式において、JCAM xおよびJCAM yは近似的な電流分布ベクトルJCAMのx成分およびy成分の分布を、JMNMTR xおよびJMNMTR yは電流分布ベクトルJMNMTRのx成分およびy成分の分布を表している。JCAM x,JCAM y,JMNMTR xおよびJMNMTR yは,いずれもM×1の列ベクトルである。ここで、JCAM x,JCAM y,JMNMTR xおよびJMNMTR yは、各分布の最大強度で規格化した値である。 In equation (12), J CAM x and J CAM y are the distributions of the x component and y component of the approximate current distribution vector J CAM , and J MNMTR x and J MNMTR y are the x component and y of the current distribution vector J MNMTR. Represents the distribution of components. J CAM x , J CAM y , J MNMTR x, and J MNMTR y are all M × 1 column vectors. Here, J CAM x , J CAM y , J MNMTR x and J MNMTR y are values normalized by the maximum intensity of each distribution.
なお、電流分布のパターンを比較するためのJCAMとJMNMTRは、必ずしも測定した磁場データに基づいて算出される必要はない。例えば、数値シミュレーションにおいて、仮定した電流ダイポールJ(r’)に数値を設定し、この設定した電流ダイポールJ(r’)から算出されるJCAMとJMNMTRの分布パターンを、それぞれ設定した電流ダイポールJ(r’)の分布パターンと比較することによっても評価することができる。
具体的には、数値シミュレーションにおいて、JCAMとJMNMTRの分布パターンと、設定した電流ダイポールJ(r’)の分布パターンとは、次の(13)式に従って比較される。
Note that J CAM and J MNMTR for comparing current distribution patterns are not necessarily calculated based on the measured magnetic field data. For example, in a numerical simulation, a numerical value is set for an assumed current dipole J (r ′), and distribution patterns of J CAM and J MNMTR calculated from the set current dipole J (r ′) are respectively set to the current dipoles set. It can also be evaluated by comparing with a distribution pattern of J (r ′).
Specifically, in the numerical simulation, the distribution pattern of J CAM and J MNMTR, and the distribution pattern of the set current dipole J (r '), is compared according to the following equation (13).
REsim=(||JCAL x−JTRUE x||2/||JTRUE x||2
+||JCAL y−JTRUE y||2/||JTRUE y||2) ・・・(13)
RE sim = (|| J CAL x -J TRUE x || 2 / || J TRUE x || 2
+ || J CAL y -J TRUE y || 2 / || J TRUE y || 2 ) (13)
(13)式において、JTRUE xおよびJTRUE yは数値シミュレーションで設定した電流ダイポールJ(r’)のx成分およびy成分の分布を、JCAL xおよびJCAL yは電流分布ベクトルJCAMまたはJMNMTRのx成分およびy成分の分布を表している。JTRUE x,JTRUE y,JCAL xおよびJCAL xは、いずれもM×1の列ベクトルである。ここで、JTRUE x,JTRUE y,JCAL xおよびJCAL yは、各分布の最大強度で規格化した値である。 In equation (13), J TRUE x and J TRUE y are the distributions of the x and y components of the current dipole J (r ′) set in the numerical simulation, and J CAL x and J CAL y are the current distribution vector J CAM or J represents the distribution of the x and y components of MMNTR . J TRUE x, J TRUE y, J CAL x, and J CAL x are all M × 1 column vectors. Here, J TRUE x , J TRUE y , J CAL x and J CAL y are values normalized by the maximum intensity of each distribution.
すなわち、数値シミュレーションにおいては、(13)式を用いて、電流ダイポールJ(r’)とJCAMの分布パターンの比較をREsimとして算出し、同様に、(13)式を用いて、電流ダイポールJ(r’)とJMNMTRの分布パターンの比較をREsimとして算出し、それぞれのREsimの値を比較することによって、間接的にJCAMの分布パターンと、JMNMTRの分布パターンとを比較することができる。この数値シミュレーションを用いた電流分布のパターンの比較は、後記する実施例1でさらに詳細に説明する。 That is, in the numerical simulation, using equation (13) calculates a comparison of the distribution pattern of the current dipole J (r ') and J CAM as RE sim, similarly, using the equation (13), a current dipole J and (r ') a comparison of the distribution pattern of J MNMTR calculated as RE sim, compared by comparing the value of each RE sim, the distribution pattern of indirectly J CAM, and a distribution pattern of J MNMTR can do. Comparison of current distribution patterns using this numerical simulation will be described in more detail in Example 1 described later.
また、電流分布のパターンの比較を、(12)式や(13)式を用いて行う場合を説明したが、生成された電流分布画像における輝度や輪郭の比較によって電流分布のパターンが近似しているかどうかを評価することもできる。この場合にも、JCAMと近似する分布パターンを形成するJMNMTRが、適切なJMNMTRとして採用される。 Moreover, although the case where the comparison of the current distribution pattern is performed using the expressions (12) and (13) has been described, the current distribution pattern is approximated by comparing the brightness and the contour in the generated current distribution image. It can also be evaluated. In this case, J MNMTR to form a distribution pattern which approximates the J CAM is employed as a suitable J MNMTR.
そして、電流分布比較部813bにより決定された適切なJMNMTRは、JCAM−JMNMTR相関図生成部813cに出力される。
The appropriate J MNMTR determined by the current distribution comparing unit 813b is output to the J CAM -J MNMTR correlation
(JCAM−JMNMTR相関図生成部)
JCAM−JMNMTR相関図生成部813cは、複数の時点tnにおける、JCAMとJMNMTRの最大値を抽出して相関図を生成し、さらに、その回帰直線を生成するものである。
(J CAM -J MNMTR correlation diagram generation unit)
J CAM -J MNMTR correlation
ここで、JCAM−JMNMTR相関図生成部813cが、回帰直線を生成する手順を説明する。
まず、JCAM−JMNMTR相関図生成部813cは、複数の解析時刻(時点tn)を決定する。なお、時点tnとしては,p波,QRS波,T波の各10点程度を使用することが好ましい。
次に、JCAM−JMNMTR相関図生成部813cは、複数の時点tnでの電流分布ベクトルJCAMおよびJMNMTRの大きさの最大値を抽出する。この最大値とは、例えば、CAM画像やMNMTR画像内に描画される64本のベクトルの中で、それぞれ最も長いベクトルの大きさに該当する。
Here, J CAM -J MNMTR correlation
First, the J CAM -J MNMTR correlation
Next, J CAM -J MNMTR correlation
そして、JCAM−JMNMTR相関図生成部813cは、複数の時点tnでのJCAMとJMNMTRの大きさの最大値の相関図を生成する。このとき、JCAMとJMNMTRの大きさの最大値は、正の強い相関を示す。
そこで、JCAM−JMNMTR相関図生成部813cは、生成されたJCAM−JMNMTR相関図において、回帰直線を生成する。ここで、この回帰直線の傾きを「換算係数」と言う。回帰直線の傾きの値の単位は、(A・m)/(T/m)である。
Then, J CAM -J MNMTR correlation
Therefore, J CAM -J MNMTR correlation
このように、同一の測定対象(一定の電流源深さ)におけるJCAMとJMNMTRの大きさの最大値に基づいて算出される換算係数は、同一の測定対象で測定されたJCAM(T/m)を電流値(A・m)に換算する際に適用することができる。 Thus, the conversion factor calculated based on the maximum value of the magnitudes of J CAM and J MNMTR in the same measurement target (constant current source depth) is the J CAM (T / This can be applied when converting m) into a current value (A · m).
このように、JCAM−JMNMTR相関図生成部813cにより算出される換算係数を用いれば、近似的な電流分布を表すJCAMを電流値に換算することができる。しかしながら、同一の測定対象の測定データから生成される換算係数は、その測定対象にのみ適用されるものであって、他の測定対象に適用することはできない。
Thus, by using the conversion coefficient calculated by J CAM -J MNMTR correlation
そこで、このような換算係数の適用対象を一般化するために、JCAM−JMNMTR相関図生成部813cは、複数の測定対象(複数の電流源深さzd)からの測定データに基づいて、複数のJCAM−JMNMTR相関図を生成し、それぞれの相関図において複数の磁場電換算係数(回帰直線の傾き)を算出する。JCAM−JMNMTR相関図生成部813cは、この複数の換算係数を、電流源深さ−換算係数相関図生成部813dに出力する。
Therefore, in order to generalize the application of such a conversion factor, J CAM -J MNMTR correlation
(電流源深さ−換算係数相関図生成部)
電流源深さ−換算係数相関図生成部813dは、複数の電流源深さzdと、それぞれの電流源深さzdに対応する換算係数との相関図を生成し、さらに、その回帰直線を生成するものである。
(Current source depth-conversion coefficient correlation diagram generator)
Current source depth - Conversion factor correlation diagram generating section 813d generates a correlation diagram and a plurality of current source depth z d, a conversion factor corresponding to each of the current source depth z d, furthermore, to generate a regression line Is.
ここで、電流源深さ−換算係数相関図生成部813dが、回帰直線を生成する手順を説明する。
まず、電流源深さ−換算係数相関図生成部813dは、複数の電流源深さzdと、それぞれの電流源深さzdに対応する換算係数との相関図を生成する。このとき、電流源深さzdと換算係数とは、負の強い相関を示す。
そこで、電流源深さ−換算係数相関図生成部813dは、生成された電流源深さ−換算係数相関図において、回帰直線を生成する。ここで、この回帰直線を「磁場電流換算直線」と言う。
Here, a procedure in which the current source depth-conversion coefficient correlation diagram generation unit 813d generates a regression line will be described.
First, the current source depth-conversion coefficient correlation diagram generation unit 813d generates a correlation diagram between a plurality of current source depths z d and conversion coefficients corresponding to the respective current source depths z d . At this time, the current source depth z d a conversion factor, shows a strong negative correlation.
Therefore, the current source depth-conversion coefficient correlation diagram generating unit 813d generates a regression line in the generated current source depth-conversion coefficient correlation diagram. Here, this regression line is referred to as a “magnetic field current conversion line”.
このように、複数の測定対象(複数の電流源深さzd)と、それぞれの電流源深さzdに対応する換算係数に基づいて生成される磁場電流換算直線は、どのような電流源深さzdの測定対象であっても、JCAM(T/m)から電流値(A・m)に換算する際に適用することができる。 In this way, the magnetic field current conversion line generated based on the plurality of measurement objects (the plurality of current source depths z d ) and the conversion coefficient corresponding to each current source depth z d is the current source depth z Even if it is a measuring object of d , it can apply when converting from JCAM (T / m) to an electric current value (A * m).
そして、電流源深さ−換算係数相関図生成部813dにより生成された磁場電流換算直線は、演算装置8の図示しない記憶手段に記憶され、適宜、電流値算出部814により読み出される。この図示しない記憶手段は、一般に使用されるメモリやハードディスク装置によって実現することができる。また、この記憶手段には、磁場電流換算直線を記憶するだけでなく、JCAM−JMNMTR相関図生成部813cで生成された相関図や回帰直線を記憶したり、また、特定の測定対象(特定の電流源深さzd)に対応した換算係数等をあらかじめ抜粋して記憶しておき、適宜読み出して演算処理に利用することもできる。
The magnetic field current conversion straight line generated by the current source depth-conversion coefficient correlation diagram generation unit 813d is stored in a storage unit (not shown) of the
〔電流値算出部〕
電流値算出部814は、磁場電流換算直線に基づいて、電流源深さzdに対応する換算係数を抽出し、この換算係数をJCAMに乗算することによって電流値を算出するものである。
[Current value calculation unit]
ここで、図面を参照して、電流値算出部814が、電流値を算出する手順を説明する。図5は、磁場電流換算直線の一例を示す図である。
まず、電流値算出部814は、記憶手段から磁場電流換算直線100を読み出す。
そして、電流値算出部814は、磁場電流換算直線100に基づいて、電流源深さ推定部812により推定された電流源深さzdに対応する換算係数を抽出する。例えば、図5において、電流源深さzdが−0.10mのときには、換算係数はおよそ1200(A・m/T/m)である。
そして、電流値算出部814は、電流源深さzdに対応して抽出された換算係数を、CAM解析部811により算出されたJCAMに乗算することによって、電流値を算出する。このとき算出された電流値の単位は(A・m)であって、電流値の物理量を示すものである。
そして、電流値算出部814は、JCAMから変換された電流値を、電流分布画像生成部815に出力する。
Here, a procedure in which the current
First, the current
Then, the current
Then, the current
Then, the current
〔電流分布画像生成部〕
電流分布画像生成部815は、JCAMから変換された電流値に基づいて、CAM画像を生成し、表示装置9に表示させるものである。
電流分布画像生成部815が生成するCAM画像の様式は、従来のCAMで生成されるCAM画像と同様に、2次元平面上にベクトルで描画されたものであることが好ましい。また、電流分布画像生成部815は、JCAMから変換された電流値に基づいてCAM画像を生成するだけでなく、電流値に変換される前のJCAMや、JMNMTRに基づいて、電流分布画像を生成する演算処理を行うこともできる。
[Current distribution image generator]
The current distribution
The format of the CAM image generated by the current distribution
<電流分布算出方法>
次に、図6ないし図7を参照して、本実施形態の生体磁場計測装置1を用いて、JCAMを電流値に換算して電流分布を算出する方法について説明する。
<Current distribution calculation method>
Next, a method for calculating a current distribution by converting JCAM into a current value using the biomagnetic
図6は、JCAMを電流値に換算して電流分布を算出する場合の生体磁場計測装置1の全体動作を示すフローチャートである。
まず、生体磁場計測装置1のSQUID磁束計は、法線成分の心臓磁場Bzを計測する(ステップS10)。
次に、生体磁場計測装置1の演算装置8は、CAM解析部811によって、任意の時点t1における法線成分の磁場Bzから接線方向の変化量(JCAMに相当する)を計算する(ステップS20)。
そして、生体磁場計測装置1の演算装置8は、電流源深さ推定部812によって、所定時刻t2におけるダイポール座標を計算し、SQUID磁束計の計測面から電流源までの電流源深さzdを取得する(ステップS30)。なお、前記したように、所定時刻t2は、p波またはQ波の初期時刻であることが好ましい。
そして、生体磁場計測装置1の演算装置8は、磁場電流換算直線生成部813によって、磁場電流換算直線100を生成(記憶)する(ステップS40)。
そして、生体磁場計測装置1の演算装置8は、電流値算出部814によって、磁場電流換算直線100から電流源深さzdに対応する換算係数を抽出する(ステップS50)。
そして、生体磁場計測装置1の演算装置8は、電流値算出部814によって、JCAMに換算係数を乗算することによって、電流値を算出する(ステップS60)。
そして、生体磁場計測装置1の演算装置8は、電流分布画像生成部815によって、JCAMから変換された電流値に基づいて、CAM画像を生成する(ステップS70)。
そして、生体磁場計測装置1の演算装置8は、電流分布画像生成部815によって、生成されたCAM画像を表示装置9に出力する(ステップS80)。
FIG. 6 is a flowchart showing the overall operation of the biomagnetic
First, SQUID magnetometer biomagnetic
Next, the
Then, the
Then, the
Then, the
And the
Then, the
Then, the
以下、ステップS40の磁場電流換算直線100の生成処理について詳細に説明する。
図7は、磁場電流換算直線100の生成処理(ステップS40)を詳細に説明するためのフローチャートである。
まず、磁場電流換算直線生成部813は、逆問題解析部813aによって、測定した磁場データに基づいて、逆問題解析処理を行い、電流分布ベクトルJMNMTRを推定する(ステップS41)。
次に、磁場電流換算直線生成部813は、電流分布比較部813bによって、JCAMとJMNMTRの分布パターンを比較し、適切なJMNMTRを算出する(ステップS42)。
そして、磁場電流換算直線生成部813は、JCAM−JMNMTR相関図生成部813cによって、複数の解析時刻(時点tn)を決定する(ステップS43)。なお、複数の時点tnとして、P波,QRS波,T波の各10点程度を使用することが好ましい。
そして、磁場電流換算直線生成部813は、JCAM−JMNMTR相関図生成部813cによって、複数の時点tnにおけるJCAMとJMNMTRの大きさの最大値を抽出する(ステップS44)。
そして、磁場電流換算直線生成部813は、JCAM−JMNMTR相関図生成部813cによって、JCAMとJMNMTRの大きさの最大値の相関図を生成し、回帰直線を生成する(ステップS45)。なお、前記したように、この回帰直線の傾きを「換算係数」という。
そして、磁場電流換算直線生成部813は、電流源深さ−換算係数相関図生成部813dによって、複数の電流源深さzdと、それぞれの電流源深さzdに対応する換算係数との相関図を生成し、回帰直線を生成する(ステップS46)。なお、前記したように、この回帰直線を「磁場電流換算直線」という。
そして、磁場電流換算直線生成部813は、電流源深さ−換算係数相関図生成部813dによって、生成された磁場電流換算直線100を記憶手段に記憶させる(ステップS47)。なお、前記したように、記憶手段に記憶された磁場電流換算直線100は、電流値算出部814がJCAMから電流値を算出する際に適宜読み出されて、演算処理に利用される。
Hereinafter, the generation process of the magnetic field current conversion
FIG. 7 is a flowchart for explaining in detail the generation process (step S40) of the magnetic field current conversion
First, the magnetic field current conversion straight
Next, the magnetic field current conversion
Then, the magnetic field current conversion straight
Then, the magnetic field current conversion straight
Then, the magnetic field current conversion straight
Then, the magnetic field current conversion straight
Then, the magnetic field current conversion straight
<表示画面例>
図8は、生体磁場計測装置1の表示装置9に表示される表示画面の一例を示す図である。
表示装置9の表示画面48には、複数のSQUID磁束計により計測された経時的な磁場波形を表示する磁場波形表示欄49と、JCAMに基づいて生成されたCAM画像68を表示するCAM表示欄50とを含んで表示される。また、表示画面48には、磁場波形表示欄49に表示される磁場波形の表示条件を入力するための磁場波形表示条件入力欄51と、以下、CAM表示欄50に表示されるCAM画像68に関して、JCAMを算出する演算条件を入力するためのCAM演算条件入力欄52と、CAM画像68の表示条件を入力するためのCAM表示条件入力欄53と、JCAMから電流値に換算する演算条件を入力するための電流値演算条件入力欄54とを含んで表示される。
<Example of display screen>
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a display screen displayed on the display device 9 of the biomagnetic
On the
磁場波形表示欄49には、心臓磁場波形60と、磁場波形表示条件入力欄51における入力に対応して表示されるバー61と、心臓磁場波形60の表示時間幅に対応するスクロールバー62が表示される。
In the magnetic field
CAM表示欄50には、CAM画像68と、表示されるCAM画像68の近似的な電流強度値(JCAMの大きさ)に対応したカラーバー69と、カラーバー69の最大値表示70と、カラーバー69の最小値表示71が表示される。
In the
磁場波形表示条件入力欄51は、表示される磁場波形の時間幅を設定する入力フィールド55と、時間幅のオフセットを設定する入力フィールド56と、表示される磁場波形の振幅の幅を設定する入力フィールド57と、振幅の幅のオフセットを設定する入力フィールド58と、これらの入力フィールド55〜58の設定を磁場波形表示欄49に反映させる実行ボタン59を有している。
The magnetic field waveform display
CAM演算条件入力欄52は、計算するCAM画像68の枚数(マップ数)を設定する入力フィールド63と、計算するCAM画像68の開始時間を設定する入力フィールド64と、計算するCAM画像68の時間間隔を設定する入力フィールド65と、これらの入力フィールド63〜65の設定値に従いJCAMを計算し、CAM画像68をCAM表示欄50に表示させる実行ボタン66と、入力フィールド63〜65の設定値をクリアするクリアボタン67を有している。
The CAM calculation
CAM表示条件入力欄53は、CAM画像68のカラーマップの最大値表示70を設定する入力フィールド72と、CAM画像68のカラーマップの最小値表示71を設定する入力フィールド73と、これらの入力フィールド72,73の設定をCAM表示欄50に反映させる実行ボタン74を有している。
The CAM display
電流値演算条件入力欄54は、計測面からの心臓の深さ、つまり、SQUID磁束計の計測面から心臓までの電流源深さzdを設定する入力フィールド75と、JCAMを電流値へ換算する際に利用する換算直線(標準直線、個別直線)を選択するラジオボタン(演算選択ボタン)76,77と、ラジオボタン76,77で選択された換算直線を計算して表示させる表示ボタン78と、入力フィールド75,ラジオボタン76,77の設定に従い、JCAMを電流値へ換算する実行ボタン79と、入力フィールド75,ラジオボタン76,77の設定をキャンセルするキャンセルボタン80を有している。
なお、図中にラジオボタン76で示す標準直線とは、磁場電流換算直線100に相当し、ラジオボタン77で示す個別直線とは、所定の電流源深さzdにおいて生成されたJCAM−JMNMTR相関図の回帰直線に相当する。また、図8では選択された換算直線(標準直線、個別直線)は示されていないが、適宜表示されるものとする。
The current value calculation
Note that the standard straight line indicated by the
図9は、CAM表示欄50に、電流値に換算後のCAM画像68が表示された場合の表示画面48である。図9に示すように、電流値演算条件入力欄54の実行ボタン79を押した後、CAM表示欄50に電流値へ換算後のCAM画像68が表示される。また、カラーバー69の最大値表示70と、カラーバーの最小値表示71は、それぞれ、電流値の最大値と最小値の表示に変更される。このとき、カラーバーの単位も、図8のT/mから物理的な電流の単位(A・m)の表示に変更される。
また、CAM表示欄50に電流値へ換算されたCAM画像68が表示されているときに、電流値演算条件入力欄54のキャンセルボタン80を押すと、電流値に換算前のCAM画像68が再度表示される。
FIG. 9 shows a
Further, when the
なお、図8および図9では、電流値に換算前のCAM画像と換算後のCAM画像とを、入力に応じて順次表示させる構成としているが、両者を同一画面内に表示させる画面構成としてもよい。 8 and 9, the CAM image before conversion into the current value and the CAM image after conversion are sequentially displayed according to the input, but the screen configuration may be such that both are displayed in the same screen. Good.
以上によれば、本実施形態において、次のような効果を得ることができる。
近似的な電流分布を表すJCAMに換算係数を乗算することによって、電流値として電流分布を算出することができる。さらに、換算係数を算出する手段を設けた構成であるため、換算係数があらかじめ記憶されていなくても、測定データに基づいて新たに換算係数を算出し、JCAMを電流値に換算することができる。
また、磁場電流換算直線100を利用することによって、どのような電流源深さzdの測定対象であっても、JCAM(T/m)から電流値(A・m)に換算することができる。さらに、換算係数と電流源深さzdとを対応させた磁場電流換算直線100を生成する手段(磁場電流換算直線生成部813)を設けた構成であるため、磁場電流換算直線100があらかじめ記憶されていなくても、測定データに基づいて新たに磁場電流換算直線100を生成し、電流源深さzdに対応した換算係数を抽出することができる。
すなわち、ひとたび磁場電流換算直線100が生成されれば、本実施形態の生体磁場計測装置1を用いて、電流源深さzdの異なる複数の測定対象のJCAMを電流値に換算することができる。
According to the above, the following effects can be obtained in the present embodiment.
A current distribution can be calculated as a current value by multiplying J CAM representing an approximate current distribution by a conversion coefficient. Furthermore, since the means for calculating the conversion coefficient is provided, even if the conversion coefficient is not stored in advance, a new conversion coefficient can be calculated based on the measurement data and J CAM can be converted into a current value. it can.
Further, by using the magnetic field current conversion
That is, once if the generated magnetic field current conversion
なお、本実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想のおよぶ範囲で様々の変更実施を行うことができる。 In addition, this embodiment is not limited to the said embodiment, A various change implementation can be performed in the range which the technical idea covers.
本実施形態においては、JCAM−JMNMTR相関図生成部813cが、複数の時点tnでのJCAMとJMNMTRの大きさの最大値に基づいて相関図を生成したが、本発明の技術的思想の範囲は、CAMにより推定される近似的な電流分布と生体磁場逆問題解析により推定される電流分布とを比較することによって、適切な電流分布を求めるものであって、必ずしも前記した換算係数・磁場電流換算直線の生成方法に限定されるものではない。例えば、複数の時点tnでのJCAMとJMNMTRの大きさの平均値に基づいて相関図を生成することもできる。
In the present embodiment, J CAM -J MNMTR correlation
<近似的な電流分布ベクトル算出処理に関する変形例>
また、本実施形態においては、xy面に垂直なz方向の磁場成分Bzを測定し、空間微分することによって、xy方向に並行なx方向の磁場成分Bxとy方向の磁場成分Byとを算出する構成としたが、近似的な電流分布ベクトルJCAMとして、x方向の磁場成分Bxとy方向の磁場成分Byとを求めることができれば、その方法は特に限定しない。
<Modified Example of Approximate Current Distribution Vector Calculation Processing>
In the present embodiment, by measuring the magnetic field component B z of the z direction perpendicular to the xy plane, by spatial differentiation magnetic field component of the magnetic field components B x and y direction parallel x-direction in the xy direction B y preparative it is configured to calculate the, as approximate current distribution vector J CAM, if it is possible to determine the magnetic field component B y of the magnetic field components B x and y direction of the x-direction, the method is not particularly limited.
ここで、生体磁場のxy面に平行なx方向の磁場成分Bxおよびy方向の磁場成分Byの時間変化を検出するSQUID磁束計を使用する場合のJCAMの算出方法を説明する。i(i=1,2,・・・,M)番目の計測点rでのx方向の磁場線分Bx,i(r)およびy方向の磁場成分By,i(r)を用いると、JCAMは次の(14)式,(15)式から計算できる。 Here, a method of calculating the J CAM when using SQUID magnetometers for detecting a time variation of the magnetic field component B y of the magnetic field components B x and y directions parallel x-direction in the xy plane of the biomagnetic field. When the magnetic field line B x, i (r) in the x direction and the magnetic field component B y, i (r) in the y direction at the i (i = 1, 2,..., M) th measurement point r are used. , JCAM can be calculated from the following equations (14) and (15).
JCAM x,i(r)=By,i(r) ・・・(14)
JCAM y,i(r)=−Bx,i(r) ・・・(15)
J CAM x, i (r) = B y, i (r) (14)
J CAM y, i (r) = − B x, i (r) (15)
なお、近似的な電流分布ベクトルの大きさ|JCAM i(r)|は(6)式と同様の計算から求めることができる。 Note that the magnitude of the approximate current distribution vector | J CAM i (r) | can be obtained from the same calculation as in the equation (6).
<電流源深さ推定部に関する変形例>
また、本実施形態においては、データ処理部81に電流源深さ推定部812を設け、測定した磁場データに基づいてダイポール推定を行うことによって電流源深さzdを推定したが、電流源深さzdを求めることができれば、生体磁場計測装置1はどのような構成であってもよい。電流源深さ推定部812の代わりに、例えば、従来公知の核磁気共鳴イメージング装置、X線CT装置、または、超音波撮像装置を併設することにより、容易に電流源深さzdを推定することができる。
<Modification regarding current source depth estimation unit>
In the present embodiment, the current source depth z d is estimated by providing the current source
核磁気共鳴イメージング装置、X線CT装置または超音波撮像装置の測定結果から、電流源深さzdを求める場合には、まず、核磁気共鳴イメージング装置、X線CT装置または超音波撮像装置の測定結果を用いて、体表面から心臓までの距離を計算する。次に、心磁計測の際に測定した心磁計の計測面から体表面までの距離と、体表面から心臓までの距離とを足し合わせ、心磁計の計側面から心臓までの距離(電流源深さzd)を求める。 When obtaining the current source depth z d from the measurement result of the nuclear magnetic resonance imaging apparatus, X-ray CT apparatus or ultrasonic imaging apparatus, first, the measurement of the nuclear magnetic resonance imaging apparatus, X-ray CT apparatus or ultrasonic imaging apparatus is performed. The result is used to calculate the distance from the body surface to the heart. Next, add the distance from the measurement surface of the magnetocardiograph measured during magnetocardiography to the body surface and the distance from the body surface to the heart, and the distance from the meter side of the magnetocardiograph to the heart (current source depth). z d ) is obtained.
なお、図示しないが、実際にこの変形例に沿って電流源深さzdを測定した場合には、QRS波最大の電流値が、6.85×10−10 A・mであった。一方で、本実施形態のダイポール推定に基づいて電流源深さzdを推定した場合には、QRS波最大の電流値が、6.66×10−10 A・mであって、ほぼ同一の値を示した。
本発明の生体磁場計測装置によれば、電流源深さzdの推定方法に関わらず、適切な電流値を求めることができる。
Although not shown, when measured actually a current source depth z d along this modification, the current value of the maximum QRS wave was 6.85 × 10 -10 A · m. On the other hand, when the current source depth z d is estimated based on the dipole estimation of the present embodiment, the maximum current value of the QRS wave is 6.66 × 10 −10 A · m, which is almost the same value. showed that.
According to the biomagnetic field measurement apparatus of the present invention, regardless of the method of estimating the current source depth z d, it is possible to obtain the appropriate current value.
<電流分布算出方法の変形例>
また、本実施形態においては、近似的な電流分布を表すJCAMを電流値に換算して電流分布を算出したが、本発明の技術的思想の範囲は、CAMにより推定される近似的な電流分布と生体磁場逆問題解析により推定される電流分布とを比較することによって、適切な電流分布を求めるものであって、必ずしも前記した電流分布算出方法に限定されるものではない。
ここで、図10を参照して、本実施形態の生体磁場計測装置1を用いて、JMNMTRとして電流分布を算出する方法について説明する。
<Modification of current distribution calculation method>
In this embodiment, the current distribution is calculated by converting JCAM representing an approximate current distribution into a current value. However, the scope of the technical idea of the present invention is an approximate current estimated by the CAM. An appropriate current distribution is obtained by comparing the distribution and the current distribution estimated by the biomagnetic field inverse problem analysis, and is not necessarily limited to the above-described current distribution calculation method.
Here, with reference to FIG. 10, a method of calculating a current distribution as JMNMTR using the biomagnetic
図10は、JMNMTRとして電流分布を算出する場合の生体磁場計測装置1の全体動作を示すフローチャートである。
まず、生体磁場計測装置1のSQUID磁束計は、法線成分の心臓磁場Bzを計測する(ステップS110)。
次に、生体磁場計測装置1の演算装置8は、CAM解析部811によって、任意の時点t1における法線成分の磁場Bzから接線方向の変化量(JCAMに相当する)を計算する(ステップS120)。
そして、生体磁場計測装置1の演算装置8は、電流源深さ推定部812によって、所定時刻t2におけるダイポール座標を計算し、SQUID磁束計の計測面から電流源までの電流源深さzdを取得する(ステップS130)。なお、前記したように、所定時刻t2は、p波またはQ波の初期時刻であることが好ましい。
そして、生体磁場計測装置1の演算装置8は、逆問題解析部813aによって、電流源深さzdにおける逆問題解析処理を行い、JMNMTRを推定する(ステップS140)。なお、この逆問題解析処理に用いられる正則化パラメータαの初期値α0として、通常10−1程度の値が採用される。
そして、生体磁場計測装置1の演算装置8は、電流分布比較部813bによって、JMNMTRとJCAMとを用いて、(12)式を最小とする最適な正則化パラメータαoptを計算する(ステップS150)。なお、(12)式の関数の最小化処理は、滑降シンプレックス法を用いることが好ましい。
そして、生体磁場計測装置1の演算装置8は、逆問題解析部813aによって、最適な正則化パラメータαoptを用いて最適なJMNMTRを算出する(ステップS160)。
そして、生体磁場計測装置1の演算装置8は、電流分布画像生成部815によって、最適なJMNMTRに基づいて、MNMTR画像を生成する(ステップS170)。
そして、生体磁場計測装置1の演算装置8は、電流値算出部814によって、生成されたMNMTR画像を表示装置9に出力する(ステップS180)。
FIG. 10 is a flowchart showing the overall operation of the biomagnetic
First, SQUID magnetometer biomagnetic
Next, the
Then, the
Then, the
Then, the
Then, the
Then, the
Then, the
以上示したように、電流分布算出方法の変形例によれば、Tikhonovの正則化法を組み合わせた生体磁場逆問題解析において、最適な正則化パラメータαoptを、CAMと生体磁場逆問題解析により推定される電流分布の差で定義される評価関数を最小とするように決定することができる。その結果、最適なJMNMTRを算出することができる。
なお、この電流分布算出方法の変形例で算出された、最適な正則化パラメータαoptや、最適なJMNMTRを、本実施形態で説明した磁場電流換算直線100や、JCAM−JMNMTR相関図における回帰直線の生成に利用できることはいうまでもない。
As described above, according to the modification of the current distribution calculation method, in the biomagnetic field inverse problem analysis combined with the Tikhonov regularization method, the optimal regularization parameter α opt is estimated by the CAM and biomagnetic field inverse problem analysis. The evaluation function defined by the difference between the current distributions to be minimized can be determined. As a result, the optimal J MNMTR can be calculated.
It should be noted that the optimal regularization parameter α opt and the optimal J MNMTR calculated in this modification of the current distribution calculation method are used as the magnetic field current conversion
<電流分布算出方法の変形例にともなう表示画面例>
図11は、本実施形態の生体磁場計測装置1を用いて、最適なJMNMTRに基づいて生成された電流分布(以下、MNMTR画像という)を表示する表示画面の一例を示す図である。
図11に示す表示画面例においては、図8を参照して説明した本実施形態の表示画面例と比較して、MNMTR画像168を表示するMNMTR表示欄150と、生体内電流分布演算条件入力欄152と、MNMTR表示条件入力欄154とにおいて相違する。従って、重複する部分に関しては説明を省略し、本例において特徴的な部分に関して詳細に説明する。
<Display screen example according to a modification of the current distribution calculation method>
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a display screen that displays a current distribution (hereinafter, referred to as an MNMTR image) generated based on the optimum JMNMTR using the biomagnetic
In the display screen example shown in FIG. 11, compared to the display screen example of the present embodiment described with reference to FIG. 8, the
MNMTR表示欄150は、MNMTR画像168と、表示されるMNMTR画像168の電流強度値(JMNMTRの大きさ)に対応したカラーバー169と、カラーバー169の最大値表示170と、カラーバー169の最小値表示171が表示される。
The
生体内電流分布演算条件入力欄152は、計算するCAM画像68およびMNMTR画像168の枚数(マップ数)を設定する入力フィールド163と、計算するCAM画像68およびMNMTR画像168の開始時間を設定する入力フィールド164と、計算するCAM画像68およびMNMTR画像168の時間間隔を設定する入力フィールド165と、MNMTR画像168の計算に使用する計測面からの心臓の深さ、つまり、SQUID磁束計の計測面から心臓までの電流源深さzdを設定する入力フィールド175と、入力フィールド163,164,165,175の設定値に従い電流分布ベクトル(JCAMおよびJMNMTR)を計算し、そして、CAM画像68とMNMTR画像168をそれぞれCAM表示欄50とMNMTR表示欄150に表示させる実行ボタン166と、入力フィールド163,164,165,175の設定値をクリアするクリアボタン167を有している。
The in-vivo current distribution calculation condition input field 152 has an
MNMTR表示条件入力欄154は、MNMTR表示欄150に表示されるMNMTR画像168のカラーマップの最大値表示170を設定する入力フィールド172と、MNMTR表示欄150に表示されるMNMTR画像168のカラーマップの最小値表示171を設定する入力フィールド173と、入力フィールド172,173の設定をMNMTR表示欄150に反映させる実行ボタン179を有している。
The MNMTR display
以下、実施例を用いて、前記した実施形態にて説明した本発明の生体磁場計測装置を説明する。 Hereinafter, the biomagnetic field measurement apparatus of the present invention described in the above-described embodiment will be described using examples.
<実施例1>
実施例1は、数値シミュレーションにより適切な正則化パラメータαを決定した実施例である。
具体的には、前記した実施形態において仮定した電流ダイポールJ(r’)(図4参照)に数値を設定し、設定した電流ダイポールJ(r’)に基づいて算出されるJCAMとJMNMTRの分布パターンを比較することにより適切な正則化パラメータαを決定した。
<Example 1>
The first embodiment is an embodiment in which an appropriate regularization parameter α is determined by numerical simulation.
Specifically, a numerical value is set for the current dipole J (r ′) (see FIG. 4) assumed in the above-described embodiment, and J CAM and J MNMTR calculated based on the set current dipole J (r ′). The appropriate regularization parameter α was determined by comparing the distribution patterns of.
実施例1の数値シミュレーションでは、まず、図4に示すように、z=0mのxy面14に、8×8の格子状に計測点15を配置した。計測点15の間隔は0.025mとし、0.175m×0.175mの計測領域を持つ。
In the numerical simulation of Example 1, first, as shown in FIG. 4, the measurement points 15 were arranged in an 8 × 8 grid on the
そして、実施例1の数値シミュレーションでは、3つのシミュレーションモデルについて検討する。3つのシミュレーションモデルでは、共通して、半無限平面導体16中のz=zdのxy面17(平面A’)上に電流ダイポールJ(r’)を設定した。
それぞれの3つのシミュレーションモデルにおいて、SQUID磁束計の計測面から電流ダイポールJ(r’)までの電流源深さzdは、zd=−0.08m,−0.10m,−0.12mに設定した。
And in the numerical simulation of Example 1, three simulation models are examined. In the three simulation models, the current dipole J (r ′) is set on the xy plane 17 (plane A ′) of z = z d in the
In each of the three simulation models, the current source depth z d from the measurement surface of the SQUID magnetometer to the current dipole J (r ′) is set to z d = −0.08 m, −0.10 m, and −0.12 m. did.
図12は、3つのシミュレーションモデルにおいて、設定した電流ダイポールJ(r’)のz=zdであるxy面17上での配置図である。図12において、(a)は、正方領域に4個の電流ダイポール18を配置したシミュレーションモデル(モデル1)、(b)はL字形の領域に12個の電流ダイポール19を配置したシミュレーションモデル(モデル2)、(c)は正方領域に連続的に回転する12個の電流ダイポール20を配置したシミュレーションモデル(モデル3)である。いずれのシミュレーションモデルにおいても、電流ダイポールJ(r’)のモーメントを、5.0μT・mとしている。
また、電流ダイポールJ(r’)の角度は、(a)が1つの方向(45°)、(b)は2つの方向(0°と90°)、(c)は4つの方向(0°,90°,180°および270°)を持つ。なお、これらの電流方向の角度は、(d)に示す角度定義21に従っている。
FIG. 12 is a layout diagram of the set current dipole J (r ′) on the
The angle of the current dipole J (r ′) is (a) in one direction (45 °), (b) in two directions (0 ° and 90 °), and (c) in four directions (0 ° , 90 °, 180 ° and 270 °). Note that these current direction angles conform to the
そして、3つのシミュレーションモデルについて、(3)式から法線方向の磁場Bz,i(r)を計算した。さらに、法線成分の磁場Bz,i(r)に基づいて、JCAMとJMNMTRとを計算した。なお、JMNMTRは、正則化パラメータαを10−1から10−16の範囲で変更しながらそれぞれの正則化パラメータαに対応した値を求めた。 And about three simulation models, the magnetic field Bz, i (r) of the normal direction was calculated from (3) Formula. Further, J CAM and J MNMTR were calculated based on the magnetic field B z, i (r) of the normal component. J MNMTR obtained values corresponding to the regularization parameters α while changing the regularization parameters α in the range of 10 −1 to 10 −16 .
そして、設定した電流ダイポールJ(r’)の分布パターンと、算出されたJCAMの分布パターンとの一致度REsimを(13)式に従って算出した。同様に、設定した電流ダイポールJ(r’)の分布パターンと、算出されたJMNMTRの分布パターンとの一致度REsimを(13)式に従って算出した。 Then, was calculated according to the distribution pattern, the matching degree RE sim the distribution pattern of the calculated J CAM (13) equation of the set current dipole J (r '). Similarly, the degree of coincidence RE sim between the set distribution pattern of the current dipole J (r ′) and the calculated distribution pattern of JMMNTR was calculated according to the equation (13).
図13〜15は、電流ダイポールJ(r’)とJCAMの分布パターンの一致度REsimと、電流ダイポールJ(r’)とJMNMTRの分布パターンの一致度REsimとを同時にプロットした図であって、図13〜15は、それぞれ、図12(a),(b)および(c)で示したモデル1〜3に対応する。また、図13〜15において、横軸は、設定した電流ダイポールJ(r’)の分布パターンに対して比較した手法(CAMおよびMNMTR)であって、縦軸は電流ダイポールJ(r’)と比較した手法との分布パターンの一致度REsimである。また、図13〜15において、丸(●)22,三角形(▲)23および四角形(■)24は、それぞれ、電流源深さzdが、−0.08m,−0.10mおよび−0.12mの時のREsimである。
13-15, 'a degree of coincidence RE sim distribution pattern of the J CAM, current dipole J (r current dipole J (r)' was plotted and coincidence degree RE sim distribution pattern of J MNMTR a) simultaneously Figure 13 to 15 correspond to
ここで、図13に示すように、モデル1の各深さ(zd=−0.08m,−0.10mおよび−0.12m)における、電流ダイポールJ(r’)とJCAMの分布パターンの一致度REsimは、それぞれ、2.43,3.20および4.07である。
図14に示すように、モデル2の各深さ(zd=−0.08m,−0.10mおよび−0.12m)における、電流ダイポールJ(r’)とJCAMの分布パターンの一致度REsimは、それぞれ、0.96,1.22および1.48である。
図15に示すように、モデル3の各深さ(zd=−0.08m,−0.10mおよび−0.12m)における、電流ダイポールJ(r’)とJCAMの分布パターンの一致度REsimは、それぞれ、1.86,2.60および3.12である。
Here, as shown in FIG. 13, the distribution pattern of the current dipole J (r ′) and J CAM at each depth (z d = −0.08 m, −0.10 m and −0.12 m) of the
As shown in FIG. 14, the degree of coincidence between the distribution patterns of the current dipole J (r ′) and J CAM at each depth (z d = −0.08 m, −0.10 m and −0.12 m) of the
As shown in FIG. 15, the depth of the model 3 in the (z d = -0.08m, -0.10m and -0.12M), current dipole J (r ') and matching of the distribution pattern of J CAM RE sim is 1.86, 2.60 and 3.12.
そして、図13〜15で示されるように、各シミュレーションモデル、および、各深さにおいて、電流ダイポールJ(r’)とJMNMTRの分布パターンの一致度REsimは、正則化パラメータαが10−1から10−8のときにはほとんど変化せず、大きな値をとる一方で、正則化パラメータαが10−9から10−15のときには、REsimの値は大きく減少する。 As shown in FIGS. 13 to 15, in each simulation model and each depth, the degree of coincidence RE sim between the distribution patterns of the current dipole J (r ′) and J MNMTR has a regularization parameter α of 10 −. When the regularization parameter α is 10 −9 to 10 −15 , the value of RE sim is greatly decreased while the value is hardly changed when it is 1 to 10 −8 .
そして、電流ダイポールJ(r’)とJCAMの分布パターンの一致度REsimと、電流ダイポールJ(r’)とJMNMTRの分布パターンの一致度REsimとを比較すると、図13〜15で示される各シミュレーションモデル、および、各深さにおいて、電流ダイポールJ(r’)とJCAMの分布パターンの一致度REsimと、電流ダイポールJ(r’)とJMNMTRの分布パターンの一致度REsimとは、正則化パラメータαが10−9から10−10のときに一致した。これは、JCAMとJMNMTRの分布パターンの一致度が高いことを反映するものである。
従って、実施例1の数値シミュレーションの結果、適切な正則化パラメータαを10−10として決定した。
Then, 'the matching degree RE sim distribution pattern of the J CAM, current dipole J (r current dipole J (r)' is compared with the coincidence of RE sim distribution pattern of J MNMTR with), in 13 to 15 In each simulation model and each depth shown, the matching degree RE sim of the distribution pattern of the current dipole J (r ′) and J CAM and the matching degree RE of the distribution pattern of the current dipole J (r ′) and J MNMTR It matched with sim when the regularization parameter (alpha) was 10 <-9> to 10 <-10 > . This is to reflect a higher degree of matching distribution pattern of J CAM and J MNMTR.
Therefore, as a result of the numerical simulation of Example 1, an appropriate regularization parameter α was determined as 10 −10 .
ここで、図16〜18を参照して、実施例1のシミュレーションモデルにおける電流分布のパターンの一致度を、視覚的に評価する。
図16は、モデル1で算出したJCAMとJMNMTRとに基づいて生成した電流分布画像であって、(a)はJCAM、(b)〜(d)はJMNMTRに基づいて生成された電流分布画像である。また、(b)、(c)、(d)はJMNMTRを算出するときの正則化パラメータαの値が異なる。なお、図16において、電流源深さzdは、一例として、zd=−0.10mの場合を示している。
Here, with reference to FIGS. 16 to 18, the degree of coincidence of the current distribution patterns in the simulation model of Example 1 is visually evaluated.
Figure 16 is a current distribution image generated on the basis of the J CAM and J MNMTR calculated in the
図16(a)〜(d)において、矢印25は電流分布ベクトルを表している。また、図16(a)〜(d)において、黒の領域26は電流分布ベクトルの大きさが大である領域を、灰色の領域27は電流分布ベクトルの大きさが中である領域を、白の領域28は電流分布ベクトルの大きさが小である領域を示している。
In FIGS. 16A to 16D, an
ここで、図16(a)に示すJCAMに基づく電流分布画像と、図16(c)に示す正則化パラメータαを10−10としたときのJMNMTRに基づく電流分布画像は、よく一致していることが示された。そして、図示しないが、他の電流源深さzd(zd=−0.08m,−0.12m)においても、JCAMに基づく電流分布画像と、正則化パラメータαを10−10としたときのJMNMTRに基づく電流分布画像が、よく一致していた。一方で、正則化パラメータαを10−1,10−15としたときには、一致がみられなかった。 Here, the current distribution image based on J MNMTR upon the current distribution image based on J CAM shown in FIG. 16 (a), and 10 -10 of the regularization parameter α shown in FIG. 16 (c), in good agreement It was shown that. And when not shown, other current source depth z d (z d = -0.08m, -0.12m) even, that the current distribution image based on J CAM, the regularization parameter α was set to 10 -10 The current distribution images based on JMNMTR were in good agreement. On the other hand, when the regularization parameter α was set to 10 −1 and 10 −15 , no coincidence was observed.
また、図17および図18は、それぞれ、モデル2およびモデル3で算出したJCAMとJMNMTRとに基づいて生成した電流分布画像を示す図である。図17および図18に示すように、モデル2およびモデル3においても、JCAMに基づく電流分布画像と、正則化パラメータαを10−10としたときのJMNMTRに基づく電流分布画像が、よく一致していた。
FIGS. 17 and 18 are diagrams showing current distribution images generated based on J CAM and J MNMTR calculated in
実施例1の結果によれば、数値シミュレーションにおいて、JCAMとJMNMTRの分布パターンが、所定の正則化パラメータ(本実施例では10−10)において一致することが示された。このことは、所定の換算係数を用いて、近似的な電流分布を表すJCAMを、JMNMTRの単位である電流値に換算できることを意味する。 According to the results of Example 1, in the numerical simulation, the distribution pattern of J CAM and J MNMTR, (in this example 10 -10) a predetermined regularization parameter was shown to coincide at. This is by using a predetermined conversion factor, the J CAM indicating an approximate current distribution means that can be converted into a current value in units of J MNMTR.
<実施例2>
実施例2は、計測した磁場データに基づいて適切な正則化パラメータαを決定した実施例である。
具体的には、実際に計測された磁場データに基づいて算出されるJCAMとJMNMTRの分布パターンを比較することにより適切な正則化パラメータαを決定した。
<Example 2>
Example 2 is an example in which an appropriate regularization parameter α is determined based on measured magnetic field data.
Specifically, to determine the appropriate regularization parameter α by comparing the actually measured J CAM and J MNMTR distribution pattern calculated based on the magnetic field data.
実施例2における心臓磁場の計測条件は、前記した実施形態において例示したものと同じであって、64個のSQUID磁束計を有し、法線方向の心臓磁場を計測する装置を用いた。このSQUID磁束計は8×8の格子状に配列されており、各センサ間の距離は0.025mである。 The measurement conditions of the cardiac magnetic field in Example 2 were the same as those exemplified in the above-described embodiment, and an apparatus having 64 SQUID magnetometers and measuring the cardiac magnetic field in the normal direction was used. The SQUID magnetometers are arranged in an 8 × 8 grid, and the distance between each sensor is 0.025 m.
図19は、64個のSQUID磁束計により経時的に計測された健常者Aの心磁波形を、1つのトレース上に重畳した図である。図19に示すように、心磁波形29はp波,QRS波,T波の3つの波で構成される。
そして、実施例2においては、p波最大時刻30、QRS波最大時刻31、T波最大時刻32の3点における、JCAMとJMNMTRを計算した。
FIG. 19 is a diagram in which the magnetocardiogram waveform of a healthy person A measured over time by 64 SQUID magnetometers is superimposed on one trace. As shown in FIG. 19, the
In Example 2, J CAM and J MNMTR were calculated at three points: p wave
JMNMTRとしては、正則化パラメータαを10−1,10−10,10−16としたときの値をそれぞれ算出して評価した。また、JMNMTRを算出するための電流源深さzdは、p波初期のダイポール推定結果から得られるダイポール座標(xd,yd,zd)を利用した。p波初期でのダイポール推定結果によれば、電流源深さzdは、−0.112mであった。 J MNMTR was calculated and evaluated when the regularization parameter α was set to 10 −1 , 10 −10 , and 10 −16 . In addition, the current source depth z d for calculating J MMNTR used dipole coordinates (x d , y d , z d ) obtained from the dipole estimation result at the beginning of the p-wave. According to the dipole results for p-wave initial, current source depth z d was -0.112M.
ここで、図20〜22を参照して、実施例2の測定データに基づいて算出された電流分布のパターンの一致度を、視覚的に評価する。
図20は、p波最大時刻(図19参照)30において算出したJCAMとJMNMTRとに基づいて生成した電流分布画像であって、(a)はJCAM、(b)〜(d)はJMNMTRに基づいて生成された電流分布画像である。また、(b)、(c)、(d)はJMNMTRを算出するときの正則化パラメータαの値が異なる。
Here, with reference to FIGS. 20 to 22, the degree of coincidence of the current distribution patterns calculated based on the measurement data of Example 2 is visually evaluated.
FIG. 20 is a current distribution image generated based on the J CAM and J MNMTR calculated at the p-wave maximum time (see FIG. 19) 30, where (a) is J CAM and (b) to (d) are It is the electric current distribution image produced | generated based on JMNMTR . Also, (b), (c), and (d) differ in the value of the regularization parameter α when calculating JMMNTR .
図20(a)〜(d)において、矢印33は電流分布ベクトルを表している。また、図20(a)〜(d)において、黒の領域34は電流分布ベクトルの大きさの大である領域を、灰色の領域35は電流分布ベクトルの大きさの中である領域を、白の領域36は電流分布ベクトルの大きさの小である領域を示している。
20A to 20D, an
ここで、図20(a)に示すJCAMに基づく電流分布画像と、図20(c)に示す正則化パラメータαを10−10としたときのJMNMTRに基づく電流分布画像は、よく一致していることが示された。一方で、正則化パラメータαを10−1,10−15としたときには、一致がみられなかった。 Here, FIG. 20 (a) and the current distribution image based on J CAM shown in current distribution image based on J MNMTR when formed into a 10 -10 regularization parameter α shown in FIG. 20 (c), in good agreement It was shown that. On the other hand, when the regularization parameter α was set to 10 −1 and 10 −15 , no coincidence was observed.
また、図21および図22は、それぞれ、QRS波最大時刻(図19参照)31およびT波最大時刻(図19参照)32で算出したJCAMとJMNMTRとに基づいて生成した電流分布画像である。図21および図22に示ように、QRS波最大時刻(図19参照)31およびT波最大時刻(図19参照)32においても、JCAMに基づく電流分布画像と、正則化パラメータαを10−10としたときのJMNMTRに基づく電流分布画像が、よく一致していた。 21 and 22 are current distribution images generated based on J CAM and J MNMTR calculated at QRS wave maximum time (see FIG. 19) 31 and T wave maximum time (see FIG. 19) 32, respectively. is there. As shown in FIGS. 21 and 22, also in the QRS wave maximum time (see FIG. 19) 31 and the T wave maximum time (see FIG. 19) 32, the current distribution image based on JCAM and the regularization parameter α are set to 10 −. The current distribution images based on JMNMTR when the value was 10 matched well.
実施例2の結果によれば、実際に計測された磁場データを用いた場合において、JCAMとJMNMTRの分布パターンが、所定の正則化パラメータ(本実施例では10−10)において一致することが示された。このことは、所定の換算係数を用いて、近似的な電流分布を表すJCAMを、JMNMTRの単位である電流値に換算できることを意味する。
また、実施例2で決定された適切な正則化パラメータ10―10が、実施例1の数値シミュレーションで決定された正則化パラメータ10―10と一致したことから、数値シミュレーションによっても適切な正則化パラメータαを決定できることを示した。
According to the results of Example 2, in the case of using the actual measured magnetic field data, the distribution pattern of J CAM and J MNMTR, to match (10 -10 in the present embodiment) given regularization parameter It has been shown. This is by using a predetermined conversion factor, the J CAM indicating an approximate current distribution means that can be converted into a current value in units of J MNMTR.
Further, since the appropriate regularization parameter 10-10 determined in the second embodiment matches the regularization parameter 10-10 determined in the numerical simulation of the first embodiment, an appropriate regularization parameter is also obtained by the numerical simulation. It was shown that α can be determined.
<実施例3>
実施例3は、1名の健常者Aの心臓の磁場データに基づいて、JCAM−JMNMTR相関図を生成し、さらに、回帰直線を生成した実施例である。
まず、心臓の磁場データの33時点(p波、QRS波、T波の初期時刻から所定時間幅を抽出し、それぞれの時間幅を10等分する時点)において、JCAMとJMNMTR(α=10−10)を計算し、各時点におけるJCAMとJMNMTR(α=10−10)の大きさ最大値を抽出した。
そして、抽出した最大値に基づいて、JCAM−JMNMTR相関図を生成した。なお、JMNMTRを推定するための電流源深さzdは、健常者Aのp波初期のダイポール推定結果から得られるダイポール座標(xd,yd,zd)を用いた。
<Example 3>
Example 3, based on the field data of one person in healthy subjects A heart generates J CAM -J MNMTR correlation diagram, further, an embodiment in which to generate the regression line.
First, at the 33 time points of the magnetic field data of the heart (when a predetermined time width is extracted from the initial time of the p wave, QRS wave, and T wave and each time width is divided into 10 equal parts), J CAM and J MNMTR (α = 10 −10 ) was calculated, and the maximum value of J CAM and J MNMTR (α = 10 −10 ) at each time point was extracted.
Then, based on the maximum value extracted to produce a J CAM -J MNMTR correlation diagram. The current source depth z d for estimating J MNMTR used the dipole coordinates (x d , y d , z d ) obtained from the dipole estimation result of the healthy person A in the early stage of the p-wave.
図23は、健常者AのJCAM−JMNMTR相関図(正則化パラメータα=10−10)である。図23において、横軸(x軸)はJCAMの大きさの最大値であって、縦軸(y軸)はJMNMTRの大きさの最大値を示す。そして、丸(●)37は、JCAMとJMNMTRの大きさの最大値を対応させるプロットである。生成されたJCAM−JMNMTR相関図において、JCAMとJMNMTR(α=10−10)の大きさの最大値の相関係数は0.9以上であった。 Figure 23 is a J CAM -J MNMTR correlation diagram healthy person A (regularization parameter α = 10 -10). 23, the horizontal axis (x-axis) is a maximum value of the magnitude of J CAM, the vertical axis (y-axis) indicates the maximum value of the magnitude of J MNMTR. The circles (●) 37 is a plot which corresponds the maximum size of the J CAM and J MNMTR. In the generated J CAM -J MNMTR correlation diagram, the correlation coefficient magnitude maximum value of J CAM and J MNMTR (α = 10 -10) was 0.9 or more.
続いて、このJCAM−JMNMTR相関図において、回帰直線38を生成した。このとき、回帰直線38はy=1101xであった。この回帰直線38の傾きを換算係数として、CAM値(T/m)に乗算することで、電流値(A・m)に換算できることが分かる。
実施例3の結果によれば、同一の被験者の心臓の磁場データに基づいて算出されたJCAMとJMNMTR(α=10−10)は非常に強い相関を持ち、互いに換算できることが示された。
Subsequently, in the J CAM -J MNMTR correlation diagram, to produce a
According to the results of Example 3, the same subject J CAM and J MNMTR calculated based on the magnetic field data of the heart (α = 10 -10) has a very strong correlation was shown to be converted to each other .
<実施例4>
実施例4は、10名の成人の心臓の磁場データに基づいて、電流源深さ−換算係数相関図を生成し、さらに、回帰直線を生成した実施例である。
まず、10人の成人の被験者に対して、心磁計測データの全時間幅から33時点において、JCAMとJMNMTR(α=10−10)を計算し、各時点におけるJCAMとJMNMTR(α=10−10)の大きさの最大値を抽出した。そして、抽出した最大値に基づいて、JCAM−JMNMTR相関図を生成した。
なお、JMNMTRを推定するための電流源深さzdは、被験者毎のp波初期のダイポール推定結果から得られるダイポール座標(xd,yd,zd)を用いた。
<Example 4>
Example 4 is an example in which a current source depth-conversion coefficient correlation diagram is generated based on magnetic field data of 10 adult hearts, and a regression line is generated.
First, for 10 adult subjects, J CAM and J MNMTR (α = 10 −10 ) were calculated at 33 time points from the total time width of the magnetocardiographic data, and J CAM and J MNMTR ( The maximum value of the size of α = 10 −10 ) was extracted. Then, based on the maximum value extracted to produce a J CAM -J MNMTR correlation diagram.
As the current source depth z d for estimating J MNMTR , dipole coordinates (x d , y d , z d ) obtained from the dipole estimation results at the initial stage of the p wave for each subject were used.
図24は、10人の成人の被験者に対するJCAM−JMNMTR相関図(正則化パラメータα=10−10)である。図24において、横軸(x軸)はJCAMの大きさの最大値であって、縦軸(y軸)はJMNMTRの大きさの最大値を示す。そして、符号39は、JCAMとJMNMTRの大きさの最大値を対応させるプロットである。また、符号39において、同一の被験者に由来するプロットは、同一の記号で示している。生成されたJCAM−JMNMTR相関図において、同一の被験者におけるJCAMとJMNMTR(α=10−10)の大きさの最大値の相関係数は0.9以上であった。その一方で、異なる被験者間におけるプロットの相関係数は相対的に弱い相関を示した。
Figure 24 is a J CAM -J MNMTR correlation diagram for
続いて、このJCAM−JMNMTR相関図において、図25に示すように、回帰直線40を生成した。回帰直線40は、同一の被験者(図24における同一の記号の符号39)毎に生成した。
このとき、回帰直線の傾きは、被験者毎にばらついていた。この原因としては、心磁計測面から生体内の電流源までの電流源深さzdが、被験者毎に異なるためだと考えられる。
Subsequently, in the J CAM -J MNMTR correlation diagram, as shown in FIG. 25, to generate a
At this time, the slope of the regression line varied from subject to subject. This is considered to be because the current source depth z d from the magnetocardiogram measurement surface to the current source in the living body differs for each subject.
そこで、図26に示すように、心磁計側面から生体内の電流源までの電流源深さzdと、被験者毎の換算係数を対応させる、電流源深さ−換算係数相関図を生成した。
図26において、横軸(x軸)は計測面から生体内の電流源までの電流源深さzdであって、縦軸(y軸)は換算係数を示す。そして、丸(●)41は、電流源深さzdと換算係数とを対応させるプロットである。生成された電流源深さ−換算係数相関図において、電流源深さzdと換算係数とは強い相関を示した。
Therefore, as shown in FIG. 26, a current source depth-conversion coefficient correlation diagram is generated in which the current source depth z d from the side of the magnetocardiograph to the current source in the living body is associated with the conversion coefficient for each subject.
In FIG. 26, the horizontal axis (x-axis) is the current source depth z d from the measurement surface to the current source in the living body, and the vertical axis (y-axis) indicates the conversion factor. A circle (●) 41 is a plot that associates the current source depth z d with the conversion coefficient. In the generated current source depth-conversion coefficient correlation diagram, the current source depth z d and the conversion coefficient showed a strong correlation.
さらに、この電流源深さ−換算係数相関図において、回帰直線42を生成した。このとき、回帰直線42はy=−11773x−158であった。この回帰直線42に、計測面から生体内の電流源までの電流源深さzdを代入し、抽出される換算係数をJCAM(T/m)に乗算することで、電流値(A・m)を得ることができることが分かる。
実施例4の結果によれば、計測面から生体内の電流源までの電流源深さzdと10名の被験者の換算係数は、強い相関があることが示された。
Further, a
According to the result of Example 4, it was shown that the current source depth z d from the measurement surface to the current source in the living body and the conversion coefficient of 10 subjects had a strong correlation.
<実施例5>
実施例5は、心臓の小さい小児の心臓の磁場データに基づいて、換算係数を算出し、電流源深さzdとの対応関係を検証した実施例である。
まず、4人の小児(5才から9才)の被験者に対して、心磁計測データの全時間幅から33時点において、JCAMとJMNMTR(α=10−10)を計算し、各時点におけるJCAMとJMNMTR(α=10−10)の大きさの最大値を抽出した。そして、抽出した最大値に基づいて、JCAM−JMNMTR相関図(図示せず)を生成した。
なお、JMNMTRを推定する電流源深さzdは、被験者毎のp波初期のダイポール推定結果から得られるダイポール座標(xd,yd,zd)を用いた。
そして、JCAM−JMNMTR相関図において、回帰直線を生成し、回帰直線の傾きを算出することによって、換算係数を取得した。
<Example 5>
In the fifth embodiment, a conversion coefficient is calculated based on the magnetic field data of the heart of a child with a small heart, and the correspondence relationship with the current source depth z d is verified.
First, the subject of four children (age 9 from 5 years), at 33 time points from the total duration of the magnetocardiogram measurement data, calculate the J CAM and J MNMTR (α = 10 -10) , each time point and it extracts the maximum value of the magnitude of J CAM and J MNMTR (α = 10 -10) in. Then, based on the maximum value extracted to produce a J CAM -J MNMTR correlation diagram (not shown).
As the current source depth z d for estimating J MNMTR , dipole coordinates (x d , y d , z d ) obtained from the dipole estimation results at the initial stage of the p wave for each subject were used.
Then, the J CAM -J MNMTR correlation diagram, generate a regression line, by calculating the slope of the regression line was obtained a conversion factor.
そして、心磁計側面から生体内の電流源までの電流源深さzdと、被験者毎の換算係数を対応させる、電流源深さ−換算係数相関図を生成した。
図27は、図26で示した成人の電流源深さ−換算係数相関図に、実施例5で生成した小児の電流源深さ−換算係数相関図を重畳したものである。従って、図26と重複する部分に関する説明は省略する。
図27において、白丸(○)43は、小児の電流源深さzdと換算係数とを対応させるプロットである。図27に示すように、この白丸(○)43は、成人から得られた回帰直直線(磁場電流換算直線)42上に位置していた。すなわち、心臓の小さな小児においても、電流源深さzdと換算係数とは強い相関を示した。
実施例5の結果によれば、心臓の小さい小児であっても、成人と同様に、電流源深さzdによって換算係数が一意に決定されることが示された。
Then, a current source depth z d until the current source in the living body from magnetocardiograph side, to correspond to conversion coefficients for each subject, a current source depth - to generate a conversion factor correlation diagram.
FIG. 27 is a diagram in which the child current source depth-conversion coefficient correlation diagram generated in Example 5 is superimposed on the adult current source depth-conversion coefficient correlation diagram shown in FIG. Therefore, the description about the part which overlaps with FIG. 26 is abbreviate | omitted.
In FIG. 27, a white circle (◯) 43 is a plot that associates the current source depth z d of a child with a conversion factor. As shown in FIG. 27, this white circle (◯) 43 was located on a regression straight line (magnetic field current conversion straight line) 42 obtained from an adult. That is, even in children with small hearts, the current source depth z d and the conversion factor showed a strong correlation.
According to the result of Example 5, it was shown that the conversion factor is uniquely determined by the current source depth z d , as in the case of an adult, even in a child with a small heart.
<実施例6>
実施例6は、電流分布算出方法の変形例を詳細に説明するための実施例である。
具体的には、実際に計測された磁場データに基づいて、最適な正則化パラメータαoptを算出し、算出した最適な正則化パラメータαoptに基づいて、最適なJMNMTRを算出した。そして、JMNMTRに基づいて電流分布画像を生成した。
<Example 6>
Example 6 is an example for explaining in detail a modification of the current distribution calculation method.
Specifically, the optimal regularization parameter α opt was calculated based on the actually measured magnetic field data, and the optimal J MNMTR was calculated based on the calculated optimal regularization parameter α opt . And the current distribution image was produced | generated based on JMNMTR .
図28は、健常者AのJMNMTR(正則化パラメータαopt)とJCAMとに基づいて生成した電流分布画像であって、(a)はp波最大時刻、(b)QRS波最大時刻、(c)はT波最大時刻の電流分布である。また、図28(a)〜(c)において、左列の図はJMNMTR(αopt)に基づく電流分布画像であって、右列の図はJCAMに基づく電流分布画像である。 FIG. 28 is a current distribution image generated based on J MNMTR (regularization parameter α opt ) and J CAM of healthy person A, (a) p-wave maximum time, (b) QRS wave maximum time, (C) is a current distribution at the T-wave maximum time. Further, in FIG. 28 (a) ~ (c) , the left column Figure is a current distribution image based on J MNMTR (α opt), the right column drawing a current distribution image based on the J CAM.
図28(a)〜(c)において、矢印44は電流分布ベクトルを表している。また、図28(a)〜(c)において、黒の領域45は電流分布ベクトルの大きさが大である領域を、灰色の領域46は電流分布ベクトルの大きさが中である領域を、白の領域47は電流分布ベクトルの大きさが小である領域を示している。
In FIGS. 28A to 28C, an
ここで、図28(a)〜(c)の各時刻において、JMNMTR(αopt)に基づいて生成された電流分布画像と、JCAMに基づいて生成された電流分布画像が一致していることが示された。 Here, at each time of FIGS. 28A to 28C , the current distribution image generated based on J MNMTR (α opt ) matches the current distribution image generated based on J CAM . It was shown that.
実施例6の結果によれば、最適な正則化パラメータαoptを用いて算出されたJMNMTRの分布パターンは、各計測時刻において、JCAMの分布パターンと等しいことが示された。 According to the results of Example 6, distribution pattern of J MNMTR calculated using the optimal regularization parameter alpha opt, at each measurement time, it was shown that equal distribution pattern of J CAM.
1 生体磁場計測装置
2 磁気シールドルーム
3 クライオスタット
4 ガントリ
5 ベッド
6 駆動回路
7 アンプフィルタユニット
8 演算装置
9 表示装置
10 胸壁
11 測定領域
12 7行3列目に対応するSQUID磁束計
13 剣状突起
14 z=0mのxy面
15 計測点
16 半無限平面導体
17 z=zdのxy面
18,19,20 電流ダイポール
21 角度定義
25,33,44 電流分布ベクトル
26,34,45 電流分布ベクトルの大きさが大である領域
27,35,46 電流分布ベクトルの大きさが中である領域
28,36,47 電流分布ベクトルの大きさが小である領域
29 心磁波形
30 p波最大時刻
31 QRS波最大時刻
32 T波最大時刻
38 回帰直線
39 JCAMとJMNMTRの大きさの最大値を対応させるプロット
40 回帰直線
41 電流源深さzdと換算係数とを対応させるプロット
42 回帰直線
43 小児の電流源深さzdと換算係数とを対応させるプロット
48 表示画面
49 磁場波形表示欄
50 CAM表示欄
51 磁場波形表示条件入力欄
52 CAM演算条件入力欄
53 CAM表示条件入力欄
54 電流値演算条件入力欄
55 表示される磁場波形の時間幅を設定する入力フィールド
56 時間幅のオフセットを設定する入力フィールド
57 表示される磁場波形の振幅の幅を設定する入力フィールド
58 振幅の幅のオフセットを設定する入力フィールド
59 実行ボタン
60 心臓磁場波形
61 バー
62 スクロールバー
63 計算するCAM画像の枚数(マップ数)を設定する入力フィールド
64 計算するCAM画像の開始時間を設定する入力フィールド
65 計算するCAM画像の時間間隔を設定する入力フィールド
66 実行ボタン
67 クリアボタン
68 CAM画像
69 表示されるCAM画像の近似的な電流強度値(JCAMの大きさ)に対応したカラーバー
70 カラーバーの最大値表示
71 カラーバーの最小値表示
72 CAM画像のカラーマップの最大値表示を設定する入力フィールド
73 CAM画像のカラーマップの最小値表示を設定する入力フィールド
74 実行ボタン
75 SQUID磁束計の計測面から心臓までの電流源深さzdを設定する入力フィールド
76,77 JCAMを電流値へ換算する際に利用する換算直線(標準直線、個別直線)を選択するラジオボタン(演算選択ボタン)
78 ラジオボタンで選択された換算直線を計算して表示させる表示ボタン
79 実行ボタン
80 キャンセルボタン
81 データ処理部
82 制御部
100 磁場電流換算直線
150 MNMTR表示欄
152 生体内電流分布演算条件入力欄
154 MNMTR表示条件入力欄
163 計算するCAM画像およびMNMTR画像の枚数(マップ数)を設定する入力フィールド
164 計算するCAM画像およびMNMTR画像の開始時間を設定する入力フィールド
165 計算するCAM画像およびMNMTR画像の時間間隔を設定する入力フィールド
166 実行ボタン
167 クリアボタン
168 MNMTR画像
169 表示されるMNMTR画像168の電流強度値(JMNMTRの大きさ)に対応したカラーバー
170 カラーバーの最大値表示
171 カラーバーの最小値表示
172 MNMTR画像のカラーマップの最大値表示を設定する入力フィールド
173 MNMTR画像のカラーマップの最小値表示を設定する入力フィールド
175 SQUID磁束計の計測面から心臓までの電流源深さzdを設定する入力フィールド
179 実行ボタン
811 CAM解析部(第1の演算手段)
812 電流源深さ推定部(第3,第9の演算手段)
813 磁場電流換算直線生成部
813a 逆問題解析部(第4,第10の演算手段)
813b 電流分布比較部(第4,第10の演算手段)
813c JCAM−JMNMTR相関図生成部(第2,第5,第6,第8,第11,第12の演算手段)
813d 電流源深さ−換算係数相関図生成部(第14,第16の演算手段)
814 電流値算出部(第7,第13,第15,第17の演算手段)
815 電流分布画像生成部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Biomagnetic field measuring device 2 Magnetic shield room 3 Cryostat 4 Gantry 5 Bed 6 Drive circuit 7 Amplifier filter unit 8 Arithmetic device 9 Display device 10 Chest wall 11 Measurement area 12 7th row 3rd column corresponding SQUID magnetometer 13 Sacral projection 14 xy plane at z = 0 m 15 measurement point 16 semi-infinite plane conductor 17 xy plane at z = z d 18, 19, 20 Current dipole 21 Angle definition 25, 33, 44 Current distribution vector 26, 34, 45 Size of current distribution vector Area where the magnitude of current distribution vector is medium 28, 36, 47 area where the magnitude of current distribution vector is small 29 magnetocardiogram waveform 30 p wave maximum time 31 QRS wave maximum time 32 T-wave maximum time 38 regression line 39 J CAM paired magnitude maximum value of J MNMTR It is to plot 40 the regression line 41 current source depth z d a conversion factor and the corresponding is thereby plotted 42 regression line 43 pediatric current source depth z d a conversion factor and the corresponding is thereby plotted 48 display screen 49 a magnetic field waveform display column 50 CAM display field of the 51 Magnetic field waveform display condition input field 52 CAM calculation condition input field 53 CAM display condition input field 54 Current value calculation condition input field 55 Input field for setting time width of displayed magnetic field waveform 56 Input field for setting time width offset 57 Input field for setting amplitude width of displayed magnetic field waveform 58 Input field for setting offset of amplitude width 59 Execute button 60 Cardiac magnetic field waveform 61 Bar 62 Scroll bar 63 Number of CAM images to be calculated (number of maps) Input field to set 64 CAM image to be calculated Input field for setting start time 65 Input field for setting time interval of CAM image to be calculated 66 Execution button 67 Clear button 68 CAM image 69 Approximate current intensity value (J CAM size) of displayed CAM image Corresponding color bar 70 Maximum value display of color bar 71 Minimum value display of color bar 72 Input field for setting maximum value display of color map of CAM image 73 Input field for setting minimum value display of color map of CAM image 74 Execution Button 75 Input field for setting the current source depth z d from the measurement surface of the SQUID magnetometer to the heart 76,77 J Radio for selecting a conversion straight line (standard straight line, individual straight line) used when converting J CAM into a current value Button (Calculation selection button)
78 Display button for calculating and displaying the conversion straight line selected by the
812 Current source depth estimation unit (third and ninth calculation means)
813 Magnetic field current conversion straight
813b Current distribution comparison unit (fourth and tenth calculation means)
813c J CAM -J MNMTR correlation diagram generating section (second, fifth, sixth, eighth, eleventh, twelfth calculation means)
813d Current source depth-conversion coefficient correlation diagram generation unit (fourteenth and sixteenth calculation means)
814 Current value calculation unit (seventh, thirteenth, fifteenth and seventeenth arithmetic means)
815 Current distribution image generator
Claims (12)
前記複数の磁束計の出力信号の演算を行なう演算装置と
前記演算の結果を表示する表示装置とを備えた生体磁場計測装置であって、
前記演算装置は、次の(1)および(2)のうち少なくとも1つを有することを特徴とする生体磁場計測装置。
(1)任意の時点での前記z方向の磁場成分のx方向の変化量およびy方向の変化量を求める演算手段と、前記2次元に配置される複数の磁束計から前記生体内の電流源までの電流源深さに対応した磁場電流換算直線に従って決定される換算係数を求める演算手段と、前記x方向の変化量および前記y方向の変化量に前記換算係数を乗算することで電流分布を求める演算手段
(2)前記2次元に配置される複数の磁束計から前記生体内の電流源までの電流源深さに対応した磁場電流換算直線に従って決定される換算係数を求める演算手段と、任意の時点での前記x方向の磁場成分および前記y方向の磁場成分に前記換算係数を乗算することで電流分布を求める演算手段 A time variation of a magnetic field component in the z direction perpendicular to the xy plane along the substantially body surface of the biomagnetic field generated from the living body, or a magnetic field component in the x direction parallel to the xy plane along the approximately body surface of the biomagnetic field and measuring a time change of a magnetic field component in the y direction, and a plurality of magnetometers arranged two-dimensionally at coordinate positions of (x, y) coordinates parallel to the body surface of the living body;
A biomagnetic field measurement apparatus comprising: an arithmetic device that calculates the output signals of the plurality of magnetometers; and a display device that displays a result of the calculation,
The said arithmetic unit has at least one of following (1) and (2), The biomagnetic field measuring device characterized by the above-mentioned.
(1) Calculation means for obtaining a change amount in the x direction and a change amount in the y direction of the magnetic field component in the z direction at an arbitrary time point, and a current source in the living body from the plurality of two-dimensional magnetometers determining the current distribution by multiplying arithmetic means for obtaining the conversion factor is determined in accordance with field current converted straight line that corresponds to the current source depth, the conversion factor to the amount of change in the x direction of the change amount and the y direction to the Arithmetic means (2) Arithmetic means for obtaining a conversion coefficient determined according to a magnetic field current conversion line corresponding to a current source depth from the plurality of magnetometers arranged in two dimensions to the current source in the living body, and an arbitrary time point calculating means for calculating the current distribution by multiplying the conversion factor to a magnetic field component and the y-direction of the magnetic field component in the x direction at
(1)所定の時点での前記z方向の磁場成分と、仮定した1つの電流源が作る前記z方向の磁場成分の計算値との差が最小となるように、前記仮定した1つの電流源の大きさ、方向および位置を推定する演算結果に基づいて、前記電流源深さを算出する手段
(2)所定の時点での前記x方向の磁場成分および前記y方向の磁場成分と、仮定した1つの電流源が作る前記x方向の磁場成分の計算値および前記y方向の磁場成分の計算値との差が最小となるように、前記仮定した1つの電流源の大きさ、方向および位置を推定する演算結果に基づいて、前記電流源深さを算出する手段 The following (1) and biomagnetic field measurement apparatus according to claim 1, characterized in that it comprises at least one calculating means out of (2).
(1) The assumed one current source so that a difference between the z-direction magnetic field component at a predetermined time point and a calculated value of the z-direction magnetic field component generated by the assumed one current source is minimized. Means for calculating the current source depth based on the calculation result for estimating the magnitude, direction and position of the current source. (2) Assuming the magnetic field component in the x direction and the magnetic field component in the y direction at a predetermined time point. The size, direction and position of the assumed one current source are estimated so that the difference between the calculated value of the magnetic field component in the x direction and the calculated value of the magnetic field component in the y direction generated by two current sources is minimized. Means for calculating the current source depth based on the calculation result
前記複数の磁束計の出力信号の演算を行なう演算装置と、
前記演算の結果を表示する表示装置とを備えた生体磁場計測装置であって、
前記演算装置は、次の(1)および(2)のうち少なくとも1つを有することを特徴とする生体磁場計測装置。
(1)任意の時点での前記z方向の磁場成分のx方向の変化量およびy方向の変化量を求める第1の演算手段と、
前記任意の時点の前記x方向の変化量および前記y方向の変化量の大きさの分布の最大値を求める第2の演算手段と、
前記2次元に配置される複数の磁束計から前記生体内の電流源までの電流源深さとして、所定の時点での前記z方向の磁場成分と、仮定した1つの電流源が作るz方向の磁場成分の計算値との差が最小となるように、前記仮定した1つの電流源の大きさ、方向および位置を推定する演算結果に基づいて、前記電流源深さを算出する第3の演算手段と、
前記任意の時点での前記z方向の磁場成分と、前記電流源深さ上に仮定した、前記任意の時点での複数の磁場源のx成分の分布およびy成分の分布が作る前記磁束計位置でのz方向の磁場成分の計算値との差と、正則化パラメータを乗算した付加的な項との和が最小となるように、前記複数の仮定した磁場源のx成分の分布およびy成分の分布を推定する第4の演算手段と、
前記任意の時点での前記磁場源のx成分の分布およびy成分の分布の大きさの分布の最大値を求める第5の演算手段と、
前記第1から第5までの演算手段による演算を前記任意の時点に含まれる複数時点にて行い、前記第2の演算手段により推定される最大値と、前記第5の演算手段により推定される最大値から得られる回帰直線の傾きを計算する第6の演算手段と、
前記回帰直線の傾きを換算係数に用い、前記x方向の変化量およびy方向の変化量に前記換算係数を乗算することで電流分布を求める第7の演算手段
(2)任意の時点の前記x方向の磁場成分および前記y方向の磁場成分の大きさの分布の最大値を求める第8の演算手段と、
前記2次元に配置される複数の磁束計から前記生体内の電流源までの電流源深さとして、所定の時点での前記x方向の磁場成分および前記y方向の磁場成分と、仮定した1つの電流源が作る前記x方向の磁場成分の計算値および前記y方向の磁場成分の計算値との差が最小となるように、前記仮定した1つの電流源の大きさ、方向および位置を推定する演算結果に基づいて、前記電流源深さを算出する第9の演算手段と、
前記任意の時点での前記x方向の磁場成分および前記y方向の磁場成分と、前記電流源深さ上に仮定した、前記任意の時点での複数の磁場源のx成分の分布およびy成分の分布が作る前記磁束計位置の前記x方向の磁場成分の計算値および前記y方向の磁場成分の計算値との差と、正則化パラメータを乗算した付加的な項との和が最小となるように、前記複数の仮定した磁場源のx成分の分布およびy成分の分布を推定する第10の演算手段と、
前記任意の時点での前記磁場源のx成分の分布およびy成分の分布の大きさの分布の最大値を求める第11の演算手段と、
前記第8から第11までの演算手段による演算を前記任意の時点に含まれる複数時点にて行い、前記第8の演算手段により推定される最大値と、前記第11の演算手段により推定される最大値から得られる回帰直線の傾きを計算する第12の演算手段と、
前記回帰直線の傾きを換算係数に用い、前記x方向の磁場成分およびy方向の磁場成分に前記換算係数を乗算することで電流分布を求める第13の演算手段 A time variation of a magnetic field component in the z direction perpendicular to the xy plane along the substantially body surface of the biomagnetic field generated from the living body, or a magnetic field component in the x direction parallel to the xy plane along the approximately body surface of the biomagnetic field and measuring a time change of a magnetic field component in the y direction, and a plurality of magnetometers arranged two-dimensionally at coordinate positions of (x, y) coordinates parallel to the body surface of the living body;
A computing device for computing the output signals of the plurality of magnetometers;
A biomagnetic field measurement apparatus comprising a display device for displaying the result of the calculation,
The said arithmetic unit has at least one of following (1) and (2), The biomagnetic field measuring device characterized by the above-mentioned.
(1) first calculation means for obtaining a change amount in the x direction and a change amount in the y direction of the magnetic field component in the z direction at an arbitrary time point;
Second computing means for obtaining a maximum value of the magnitude distribution of the change amount in the x direction and the change amount in the y direction at the arbitrary time point;
As the current source depth from the plurality of magnetometers arranged in two dimensions to the current source in the living body, the magnetic field component in the z direction at a predetermined time and the magnetic field in the z direction generated by one assumed current source. Third calculation means for calculating the current source depth based on a calculation result for estimating the size, direction and position of the assumed one current source so that a difference from the calculated value of the component is minimized; ,
The magnetic field component in the z direction at the arbitrary time point, and the magnetometer position formed by the x component distribution and the y component distribution of the plurality of magnetic field sources at the arbitrary time point assumed on the current source depth. Distribution of the x component and y component of the plurality of assumed magnetic field sources so that the sum of the difference between the calculated value of the magnetic field component in the z direction and the additional term multiplied by the regularization parameter is minimized. A fourth computing means for estimating the distribution;
Fifth arithmetic means for obtaining a maximum value of the distribution of the x component distribution and the y component distribution of the magnetic field source at the arbitrary time point;
The calculation by the first to fifth calculation means is performed at a plurality of time points included in the arbitrary time point, and the maximum value estimated by the second calculation means and the fifth calculation means are estimated. A sixth calculating means for calculating the slope of the regression line obtained from the maximum value;
Seventh computing means for obtaining a current distribution by multiplying the amount of change in the x direction and the amount of change in the y direction by the conversion factor, using the slope of the regression line as a conversion factor. (2) The x at any point in time An eighth computing means for obtaining a maximum value of the magnitude distribution of the magnetic field component in the direction and the magnitude of the magnetic field component in the y direction;
As the current source depth from the plurality of magnetometers arranged in two dimensions to the current source in the living body, the x-direction magnetic field component and the y-direction magnetic field component at a predetermined time point and one assumed current An operation for estimating the size, direction and position of the assumed one current source so that the difference between the calculated value of the magnetic field component in the x direction and the calculated value of the magnetic field component in the y direction generated by the source is minimized. Ninth calculation means for calculating the current source depth based on the result;
The x-direction magnetic field component and the y-direction magnetic field component at the arbitrary time point, and the x component distribution and the y component distribution of the plurality of magnetic field sources at the arbitrary time point assumed on the current source depth. The sum of the difference between the calculated value of the magnetic field component in the x direction and the calculated value of the magnetic field component in the y direction at the magnetometer position and the additional term multiplied by the regularization parameter is minimized. A tenth computing means for estimating a distribution of x components and a distribution of y components of the plurality of assumed magnetic field sources;
Eleventh computing means for obtaining a maximum value of the distribution of the x-component distribution and the y-component distribution of the magnetic field source at the arbitrary time point;
The calculation by the eighth to eleventh calculation means is performed at a plurality of time points included in the arbitrary time point, and the maximum value estimated by the eighth calculation means and the eleventh calculation means are estimated. A twelfth computing means for calculating the slope of the regression line obtained from the maximum value;
A thirteenth calculation means for obtaining a current distribution by multiplying the magnetic field component in the x direction and the magnetic field component in the y direction by the conversion coefficient, using the slope of the regression line as the conversion coefficient.
(1)前記第6の演算手段による演算を複数の被験者に対して行い、被験者毎の前記電流源深さと前記回帰直線の傾きから得られる回帰直線を、磁場電流換算直線として演算する第14の演算手段と、
前記磁場電流換算直線から換算係数を決定し、前記x方向の変化量およびy方向の変化量に前記換算係数を乗算することで電流分布を求める第15の演算手段
(2)前記第12の演算手段による演算を複数の被験者に対して行い、被験者毎の前記電流源深さと前記回帰直線の傾きから得られる回帰直線を、磁場電流換算直線として演算する第16の演算手段と、
前記磁場電流換算係数から換算係数を決定し、前記x方向の磁場成分およびy方向の磁場成分に前記換算係数を乗算することで電流分布を求める第17の演算手段 The biomagnetic field measurement apparatus according to claim 9 , further comprising at least one computing means of the following (1) and (2).
(1) Fourteenth calculation for performing calculation by the sixth calculation means for a plurality of subjects, and calculating a regression line obtained from the current source depth and the slope of the regression line for each subject as a magnetic field current conversion line Means,
Fifteenth calculation means for determining a current distribution by determining a conversion coefficient from the magnetic field current conversion line and multiplying the change amount in the x direction and the change amount in the y direction by the conversion coefficient (2) The twelfth calculation Sixteenth calculation means for performing calculation by means for a plurality of subjects, and calculating a regression line obtained from the current source depth for each subject and the slope of the regression line as a magnetic field current conversion line;
Seventeenth calculating means for determining a current coefficient by determining a conversion coefficient from the magnetic field current conversion coefficient and multiplying the magnetic field component in the x direction and the magnetic field component in the y direction by the conversion coefficient
前記複数の磁束計の出力信号の演算を行なう演算装置と、
前記演算の結果を表示する表示装置とを備えた生体磁場計測装置であって、
前記演算装置は、次の(1)および(2)のうち少なくとも1つを有することを特徴とする生体磁場計測装置。
(1)任意の時点での前記z方向の磁場成分のx方向の変化量およびy方向の変化量を求める演算手段と、
前記z方向の磁場成分と、複数の仮定した磁場源の分布が作る前記z方向の磁場成分の計算値との差と、正則化パラメータを乗算した付加的な項との和が最小となるように前記複数の仮定した磁場源の大きさ、方向を推定する生体磁場逆問題の演算手段と、
前記正則化パラメータとして、x方向の変化量およびy方向の変化量と、前記複数の仮定した磁場源の分布との差を最小とする正則化パラメータを、前記正則化パラメータとして演算する手段
(2)任意の時点での前記x方向の磁場成分および前記y方向の磁場成分と、複数の仮定した磁場源の分布が作る前記x方向の磁場成分の計算値および前記y方向の磁場成分の計算値との差と、正則化パラメータを乗算した付加的な項との和が最小となるように前記複数の仮定した磁場源の大きさ、方向を推定する生体磁場逆問題の演算手段と、
前記正則化パラメータとして、前記x方向の磁場成分および前記y方向の磁場成分と、前記複数の仮定した磁場源の分布との差を最小とする正則化パラメータを、前記正則化パラメータとして演算する手段 A time variation of a magnetic field component in the z direction perpendicular to the xy plane along the substantially body surface of the biomagnetic field generated from the living body, or a magnetic field component in the x direction parallel to the xy plane along the approximately body surface of the biomagnetic field and measuring a time change of a magnetic field component in the y direction, and a plurality of magnetometers arranged two-dimensionally at coordinate positions of (x, y) coordinates parallel to the body surface of the living body;
A computing device for computing the output signals of the plurality of magnetometers;
A biomagnetic field measurement apparatus comprising a display device for displaying the result of the calculation,
The said arithmetic unit has at least one of following (1) and (2), The biomagnetic field measuring device characterized by the above-mentioned.
(1) Calculation means for obtaining a change amount in the x direction and a change amount in the y direction of the magnetic field component in the z direction at an arbitrary time point;
The sum of the difference between the z-direction magnetic field component and the calculated value of the z-direction magnetic field component generated by a plurality of assumed magnetic field source distributions and the additional term multiplied by the regularization parameter is minimized. A calculation means for the inverse biomagnetic field problem for estimating the size and direction of the plurality of assumed magnetic field sources;
Means for calculating, as the regularization parameter, a regularization parameter that minimizes the difference between the amount of change in the x direction and the amount of change in the y direction and the distributions of the plurality of assumed magnetic field sources as the regularization parameter (2 ) Calculated values of the x-direction magnetic field component and the y-direction magnetic field component generated by the distribution of a plurality of assumed magnetic field sources and the x-direction magnetic field component and the y-direction magnetic field component at arbitrary points in time. And a biomagnetic field inverse problem computing means for estimating the sizes and directions of the plurality of assumed magnetic field sources so that the sum of the difference between and the additional term multiplied by the regularization parameter is minimized,
Means for calculating, as the regularization parameter, a regularization parameter that minimizes a difference between the magnetic field component in the x direction and the magnetic field component in the y direction and the distribution of the plurality of assumed magnetic field sources as the regularization parameter.
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