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JP5469583B2 - Biological electrical impedance tomography measuring device - Google Patents
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JP5469583B2 - Biological electrical impedance tomography measuring device - Google Patents

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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Description

この発明は、生体断面における組織に関する電気的特性値を非侵襲で測定し表示する、生体の電気的インピーダンス断層像測定装置に関するものである。   The present invention relates to a living body electrical impedance tomographic image measuring apparatus that non-invasively measures and displays electrical characteristic values related to a tissue in a living body cross section.

従来、EIT(Electrical Impedance Tomography)と称される電気インピーダンスCTが知られている。この装置は、生体表面に、例えば心電図用電極を水平かつ等間隔に8枚貼着し、微弱な定電流を加えることにより、体表面に生じる電位分布から生体内部の電気インピーダンスを求めて断層画像を得るものである。   Conventionally, an electrical impedance CT called EIT (Electrical Impedance Tomography) is known. This device obtains the electrical impedance inside the living body from the potential distribution generated on the body surface by, for example, attaching 8 electrocardiogram electrodes horizontally and at equal intervals to the living body surface and applying a weak constant current tomographic image. Is what you get.

このEITは、電極を貼るだけであるから非侵襲で拘束性が少なく、装置が小型であり、可搬性があり、測定に特別な技術を要することがなく、リアルタイムの画像を得ることができ、長時間の測定が可能である等の利点を有する。   This EIT is only non-invasive because it only sticks electrodes, the device is small, the device is small, portable, no special techniques are required for measurement, and real-time images can be obtained. There is an advantage that measurement can be performed for a long time.

近年においては、電気インピーダンスの絶対値を得るEITが開発されるに到っている。例えば、関心領域におけるインピーダンス分布を、数学モデルを用い、予測された境界電圧と実測された境界電圧の最小2乗誤差を生成して反復的な処理により収束させて電気インピーダンスの絶対値を得るものが知られている(特許文献1参照)。   In recent years, an EIT for obtaining an absolute value of electrical impedance has been developed. For example, the impedance distribution in the region of interest is calculated using a mathematical model, and the least square error between the predicted boundary voltage and the actually measured boundary voltage is generated and converged by iterative processing to obtain the absolute value of the electrical impedance. Is known (see Patent Document 1).

しかしながら、上記の従来例では、得られる電気インピーダンスの絶対値の精度は、使用する数学モデルの精度、すなわち、生体の外部形状、あるいは生体内部の臓器及びまたは組織の位置、大きさ、形状、の精度に左右される、という問題があった。   However, in the above conventional example, the accuracy of the absolute value of the obtained electrical impedance is the accuracy of the mathematical model used, that is, the external shape of the living body, or the position, size, and shape of the organ and / or tissue inside the living body. There was a problem that it depends on accuracy.

図21は小児の胸部CT画像であり、図22は大人の胸部CT画像であり、小児では肺野に占める心臓の割合が大人に比べ大きいなどの明確な差異がある。また、図23に示す小児の胸部X線写真と図24に示す大人の胸部X線写真との比較から、小児は胸郭及び肺の大きさが大人に比べ明らかに小さいことが分かる。更に、図25は健常の小児の胸部CT画像であり、図26は心肥大の小児の胸部CT画像であるが、これから、年齢が近い場合においても臓器の位置や大きさや形状等の個体差は決して小さくないといえる。   FIG. 21 shows a chest CT image of a child, and FIG. 22 shows a chest CT image of an adult. The child has a clear difference such that the proportion of the heart in the lung field is larger than that of an adult. Further, from comparison of the child chest X-ray shown in FIG. 23 and the adult chest X-ray shown in FIG. 24, it can be seen that the size of the rib cage and lung of the child is clearly smaller than that of the adult. Furthermore, FIG. 25 is a chest CT image of a healthy child, and FIG. 26 is a chest CT image of a child with cardiac hypertrophy. From this, individual differences such as the position, size, and shape of the organs are similar even when the age is close. It can never be said to be small.

図28は、図21に示す胸部CT画像の小児被験者に対し、胸部CT画像合致する数学モデルを用いて胸部のEITを推定したEIT画像であり、これから、肺野領域および心臓領域がよく一致していることがわかる。これに対し、図27は、図22に示す大人の胸部CT画像から生成した大人の数学モデルを用いて、前記小児被験者の胸部EITを推定したEIT画像であり、図21のCT画像と比較して、肺野領域および心臓領域が明らかに異なっていることが分かる。このように、EITでは、計算に使用する数学モデルの大人と小児の差などの身体的差異が、推定精度に大きな影響を及ぼすため、特に局所的絶対値を算出するEITにおいては、被験者にそれぞれ合致した数学モデルを使用することが非常に重要である。   FIG. 28 is an EIT image obtained by estimating the EIT of the chest using a mathematical model that matches the chest CT image for the child subject of the chest CT image shown in FIG. 21. From this, the lung field region and the heart region are in good agreement. You can see that On the other hand, FIG. 27 is an EIT image obtained by estimating the breast EIT of the child subject using the adult mathematical model generated from the adult chest CT image shown in FIG. 22, and is compared with the CT image of FIG. Thus, it can be seen that the lung field region and the heart region are clearly different. In this way, in EIT, physical differences such as differences between adults and children in the mathematical model used in the calculation greatly affect the estimation accuracy. It is very important to use a matched mathematical model.

しかしながら、高精度の3次元以上の数学モデルを作成するには、例えば、数mm以下のスライスのCT画像数百枚に対し、各断層像からそれぞれの臓器を抽出し、さらに上下の隣接する断層間において同一臓器の存在領域を考慮して3次元のメッシュを生成し、各メッシュに臓器毎に特有の代表的な電気的特性値を設定する必要がある。また、このとき、特定の臓器に割り当てられなかった領域にも、漏れなくメッシュを生成し、電気的特性値を設定しなければならない。しかしながら、現在の技術レベルにおいて、CT画像から全臓器を自動で抽出することは困難であるため、3次元以上の数学モデルの作成は人手に頼った、膨大な時間を要する作業とならざるを得ない。   However, in order to create a highly accurate three-dimensional mathematical model, for example, for each of several hundred CT images of slices of several millimeters or less, each organ is extracted from each tomographic image, and upper and lower adjacent tomographic images are further extracted. It is necessary to generate a three-dimensional mesh in consideration of the region where the same organ exists, and to set typical electrical characteristic values specific to each organ in each mesh. At this time, it is necessary to generate a mesh without omission and set an electrical characteristic value in an area that is not assigned to a specific organ. However, since it is difficult to automatically extract all organs from CT images at the current technical level, the creation of a three-dimensional or higher mathematical model must be a labor-intensive operation that relies on human hands. Absent.

このような問題に対処するために、架空の被験者の所定の身長、年齢、性別等のような、架空の被験者と関連付けられる特徴に基づくデータベースから、被験者の特徴に基づき近似頭部モデルを選択するEITも知られている(特許文献2、特に0021欄)。このEITにおいては、選択された近似頭部モデルに基づきBarber-Brownの線形逆投影方法を用いて取得された電流流量マップを変更することができる。   To address these issues, select an approximate head model based on subject characteristics from a database based on features associated with the fictitious subject, such as the predetermined height, age, gender, etc. of the fictitious subject EIT is also known (Patent Document 2, especially column 0021). In this EIT, the current flow map acquired using the Barber-Brown linear back projection method can be changed based on the selected approximate head model.

この方法を用いれば、データベースに事前に準備された標準モデルが豊富であればあるほど、理論的にはより該被験者に近いモデルを選択することが可能となるが、例えば、胸部の数学モデルを例に取ると、心臓の位置や大きさ、形状には少なからず個人差があり、さらに心肥大のような疾患を有する場合等も考慮すると、必要なデータベースは膨大となり、現実的ではない。   Using this method, the more standard models prepared in advance in the database, the more theoretically a model that is closer to the subject can be selected. Taking an example, the position, size, and shape of the heart vary considerably from person to person, and considering the case of having a disease such as cardiac hypertrophy, the necessary database becomes enormous and is not realistic.

特表2003−534867号公報Special table 2003-534867 gazette 特表2006−502809号公報JP-T-2006-502809

本発明は上記のような生体の電気的インピーダンス断層像測定装置の現状に鑑みてなされたもので、その目的は、該患者の性別と年齢と体型等の生体特徴パラメータに合致した精緻な数学モデルを、臨床現場で実用可能な短時間で作成することを可能とし、実測値が求まると、これに対応する生体内部の電気的特性値の絶対値を一意に高精度で得ることができる、生体の電気的インピーダンス断層像測定装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the current state of the electrical impedance tomogram measurement apparatus for living organisms as described above, and its purpose is to create a precise mathematical model that matches the patient's sex, age, body shape, and other biological feature parameters. Can be created in a short time that can be practically used in the clinical field, and once the actual measurement value is obtained, the absolute value of the electrical property value inside the living body corresponding to this can be uniquely obtained with high accuracy. An electrical impedance tomogram measuring apparatus is provided.

本発明に係る生体の電気的インピーダンス断層像測定装置は、生体の臓器や組織の位置およびその電気的特性に基づき、前記生体断面を多数のメッシュに分割し、各メッシュの電気的特性値を複数(n)に変化させて演算可能な3次元以上の数学モデルを作成する数学モデル作成手段と、前記数学モデル作成手段により作成される数学モデルの基となる、複数の生体断面から構成される断層モデルであって、性別と年齢と体型の少なくとも一つを含む生体特徴パラメータが異なる標準断層モデルが複数種類蓄積された断層モデルデータベースと、断層モデルデータベースから所望の生体特徴パラメータに応じた断層モデルを選択して取り出し、断層モデルに変更を施し、前記数学モデル作成手段に供給して数学モデルを作成させる数学モデル変更手段と、定電流を印加するための入力ペア電極と電位差を検出するための出力ペア電極とを含む生体の表面の所定の位置を囲繞するように貼着された複数の電極と、前記入力ペア電極に定電流を印加する定電流印加手段とを具備し、前記数学モデル変更手段によって作成された新しい数学モデルを用いて算出された第一の電位差(Dmodel)と、実測により得られた前記出力ペア電極に発生する第二の電位差(Dmean)と、に基づき、各画素における最適な電気的特性値を推定し決定し、この各画素における最適な電気的特性値に基づき断層画像を表示することを特徴とする。   The living body electrical impedance tomographic image measuring apparatus according to the present invention divides the living body cross section into a number of meshes based on the position of the organ or tissue of the living body and the electrical characteristics thereof, and sets a plurality of electrical property values of each mesh. A mathematical model creation means for creating a mathematical model of three or more dimensions that can be calculated by changing to (n), and a tomography composed of a plurality of biological cross-sections as a basis for the mathematical model created by the mathematical model creation means A tomographic model database in which multiple types of standard tomographic models with different biometric parameters including at least one of gender, age, and body type are stored, and a tomographic model corresponding to the desired biometric parameters from the tomographic model database Select and take out, modify the fault model, and supply it to the mathematical model creation means to create a mathematical model A plurality of electrodes pasted so as to surround a predetermined position on the surface of the living body, including a further means and an input pair electrode for applying a constant current and an output pair electrode for detecting a potential difference; and the input A constant current applying means for applying a constant current to the pair electrode, the first potential difference (Dmodel) calculated using the new mathematical model created by the mathematical model changing means, and the measurement obtained by actual measurement Based on the second potential difference (Dmean) generated in the output pair electrode, an optimum electrical characteristic value in each pixel is estimated and determined, and a tomographic image is displayed based on the optimum electrical characteristic value in each pixel. It is characterized by that.

本発明に係る生体の電気的インピーダンス断層像測定装置は、前記断層モデルの各断層においては、断層内に含まれる異なる複数の臓器及びまたは組織それぞれの領域が、優先順位を付された異なるレイヤーで管理され、各レイヤーを合成することで断層モデルの各断層が生成され、異なる臓器及びまたは組織の領域が重なり合う場合には、優先順位の高いレイヤーに属する臓器及びまたは組織が有効となるように、前記数学モデル変更手段により処理が行われる、ことを特徴とする。   The biological electrical impedance tomographic image measurement apparatus according to the present invention is such that in each tom of the tomographic model, a plurality of different organs and / or tissues included in the tomography are in different layers with priorities. If each layer of a tomographic model is generated by combining and layering different layers and different organs and / or tissue regions overlap, the organs and / or tissues belonging to the higher priority layer become effective. The processing is performed by the mathematical model changing means.

本発明に係る生体の電気的インピーダンス断層像測定装置では、前記断層モデルは、生体の特徴的パラメータとして、身長、胸囲、胸郭の縦横比の少なくともいずれかを更に備え、前記数学モデル変更手段は、選択して取り出した断層モデルを、前記生体特徴パラメータに応じて変形させる、ことを特徴とする。   In the biological electrical impedance tomographic image measurement apparatus according to the present invention, the tomographic model further includes at least one of height, chest circumference, and aspect ratio of the rib cage as a characteristic parameter of the biological body, and the mathematical model changing means includes: The tomographic model selected and taken out is deformed according to the biological feature parameter.

本発明に係る生体の電気的インピーダンス断層像測定装置は、前記数学モデル変更手段は、選択して取り出した断層モデルの任意の断層に対し、生体の外形、あるいは任意の臓器及びまたは組織の、位置及びまたは大きさ及びまたは形状、を調整する調整手段を備えることを特徴とする。   In the biological electrical impedance tomographic image measuring apparatus according to the present invention, the mathematical model changing unit is configured to determine a position of an external shape of an organism or an arbitrary organ and / or tissue with respect to an arbitrary tomographic model selected and extracted. And / or adjusting means for adjusting the size and / or shape.

本発明に係る生体の電気的インピーダンス断層像測定装置では、前記調整手段は、断層モデルの任意の断層に対し施された変更に連動して、断層モデルの他の断層の生体の外形、あるいは臓器及びまたは組織の位置及びまたは大きさ及びまたは形状を変化させることを特徴とする。   In the electrical impedance tomographic image measurement apparatus for living body according to the present invention, the adjusting means is linked to a change made to an arbitrary tom of the tomographic model, and the external shape or organ of another tomographic model of the tomographic model And / or changing the position and / or size and / or shape of the tissue.

本発明に係る生体の電気的インピーダンス断層像測定装置では、前記数学モデル作成手段は、供された断層モデルを基に、臓器または組織それぞれの領域に対し、所定の分解能でメッシュを生成し、所望の電気的特性値を設定する、ことを特徴とする。   In the biological electrical impedance tomographic image measurement apparatus according to the present invention, the mathematical model creating means generates a mesh with a predetermined resolution for each region of the organ or tissue based on the provided tomographic model, The electrical characteristic value is set.

本発明に係る生体の電気的インピーダンス断層像測定装置は、前記数学モデルに、実際の測定に使用する電極の、形状、サイズ、電気的特性値、を模擬する電極数学モデルを任意の位置に配置する、電極モデル生成配置手段を備えることを特徴とする。   In the electrical impedance tomogram measurement apparatus for living body according to the present invention, an electrode mathematical model simulating the shape, size, and electrical characteristic value of an electrode used for actual measurement is arranged at an arbitrary position in the mathematical model. And an electrode model generation / arrangement means.

本発明に係る生体の電気的インピーダンス断層像測定装置では、数学モデルの基となる、複数の生体断面から構成される断層モデルであって、性別と年齢と体型の少なくとも一つを含む生体特徴パラメータが異なる標準断層モデルが複数種類蓄積された断層モデルデータベースから、数学モデル変更手段により所望の生体特徴パラメータに応じた断層モデルを選択して取り出し、該被験者に合致するよう変更を施し、前記数学モデル作成手段に供給して新たな数学モデルを作成させるので、該被験者に合致した精緻な数学モデルを、臨床現場で実用可能な短時間で作成することができるとともに、より精度の良いEIT画像が得られる。   The apparatus for measuring electrical impedance tomograms of a living body according to the present invention is a tomographic model composed of a plurality of cross sections of a living body, which is a basis of a mathematical model, and includes a biological feature parameter including at least one of gender, age, and body type From the tomographic model database in which a plurality of types of standard tomographic models having different values are accumulated, a mathematical model changing unit selects and extracts a tomographic model corresponding to a desired biological feature parameter, changes it so as to match the subject, and applies the mathematical model Since a new mathematical model is created by supplying it to the creation means, it is possible to create a precise mathematical model that matches the subject in a short time that is practical for clinical use, and to obtain a more accurate EIT image. It is done.

本発明に係る生体の電気的インピーダンス断層像測定装置の断層モデルの各断層は、断層内に含まれる異なる複数の臓器及びまたは組織それぞれの領域が、優先順位を付された異なるレイヤーで管理され、各レイヤーを合成して生成される各断層において、異なる臓器及びまたは組織の領域が重なり合う場合には、優先順位の高いレイヤーに属する臓器を有効とする。そのため、数学モデル変更手段による断層モデルの任意の断層に対する胸囲及びまたは胸郭の縦横比の変更や、調整手段による生体の外形、あるいは任意の臓器及びまたは組織の、位置及びまたは大きさ及びまたは形状、の調整、により、該断層における臓器及びまたは組織の領域分けが変化したとき、連動して、他の断層の生体の外形、あるいは臓器及びまたは組織の、位置及びまたは大きさ及びまたは形状も、容易に変化させることができ、該被験者に合致した精緻な数学モデルの基となる断層モデルに効率的かつ迅速に変更することが可能である。さらに、身長に応じて、断層モデルの各断層間隔を伸縮させることで、断層モデルの精度を向上させることができる。   Each of the tomographic models of the tomographic model of the biological electrical impedance tomographic image measuring apparatus according to the present invention, each of the different organs and or tissues included in the tomographic area is managed in different layers with priorities, When different organs and / or tissue regions overlap in each slice generated by synthesizing the layers, the organs belonging to the higher priority layer are validated. Therefore, change of the aspect ratio of the chest circumference and / or rib cage with respect to an arbitrary fault of the fault model by the mathematical model changing means, the position and / or size and / or shape of the living body by the adjusting means, or arbitrary organs and / or tissues, When the organ and / or tissue segmentation in the tomography changes as a result of the adjustment, the position and / or size and / or shape of the living body of another tomography or organ and / or tissue can be easily linked. Therefore, it is possible to efficiently and quickly change to a fault model that is the basis of a precise mathematical model that matches the subject. Furthermore, the accuracy of the fault model can be improved by expanding or contracting each fault interval of the fault model according to the height.

本発明に係る生体の電気的インピーダンス断層像測定装置の前記断層モデルでは、該被験者に合致するように変更を施した後も、上下の隣接する断層間で同一臓器の存在領域が維持されているため、前記断層モデルが数学モデル作成手段に供され、3次元のメッシュが生成される際、各々の臓器及びまたは組織に対し生成するメッシュが、他の臓器及びまたは組織にオーバラップしたり、メッシュのない空白のエリアが存在したり、する状態が発生しない、言い換えれば、複数の電気的特性値が同時に存在したり、電気的特性値をもたない領域が存在したりして、Dmodel、ひいてはEITの計算が発散してしまう、等の問題が発生しない。   In the tomographic model of the biological electrical impedance tomographic image measurement apparatus according to the present invention, the region where the same organ is present is maintained between the upper and lower adjacent tomograms even after being changed to match the subject. Therefore, when the tomographic model is provided to a mathematical model creation means and a three-dimensional mesh is generated, the mesh generated for each organ and / or tissue may overlap another organ and / or tissue, There are no blank areas, or no state occurs. In other words, there are a plurality of electric characteristic values at the same time, or there are areas having no electric characteristic values. Problems such as EIT calculation divergence do not occur.

本発明に係る生体の電気的インピーダンス断層像測定装置では、オペレータが該被験者のCT画像等の1枚の断層像を基に、臓器及びまたは組織の重なり合いなどを考慮することなく、断層モデルの任意の断層に対して所望の変更を行うと、連動して断層モデル全体に変更が反映されるため、該被験者に合致した精緻な数学モデルを熟練者でなくとも容易に短時間で作成することが可能である。   In the electrical impedance tomogram measurement apparatus for living body according to the present invention, an operator can arbitrarily specify a tomographic model without considering an overlap of organs and / or tissues based on one tomographic image such as a CT image of the subject. If a desired change is made to the fault, the change is reflected in the entire fault model in conjunction with each other. Therefore, it is possible to easily create a precise mathematical model that matches the subject in a short time even if it is not an expert. Is possible.

本発明に係る電気的インピーダンス断層像測定装置の構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a configuration of an electrical impedance tomographic image measurement apparatus according to the present invention. 本発明に係る電気的インピーダンス断層像測定装置におけるモデルデータベースの概念的構成を示す図。The figure which shows the notional structure of the model database in the electrical impedance tomogram measuring apparatus which concerns on this invention. 本発明において、X線CT画像に基づき胸部数学モデルを作成する過程の組織分けした断面画像を示す図。The figure which shows the cross-sectional image which divided | segmented the structure | tissue of the process which creates a chest mathematical model based on an X-ray CT image in this invention. 本発明に係る電気的インピーダンス断層像測定装置による数学モデル取り出し及び調整を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the mathematical model extraction and adjustment by the electrical impedance tomogram measuring apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る電気的インピーダンス断層像測定装置が採用している断層モデルとレイヤーを示す模式図。The schematic diagram which shows the tomographic model and layer which the electrical impedance tomographic image measuring apparatus which concerns on this invention has employ | adopted. 本発明に係る電気的インピーダンス断層像測定装置が採用している断層モデルにおいて、臓器が移動された場合の、レイヤーと断層モデルにおける処理を示す模式図。The schematic diagram which shows the process in a layer and a tomographic model when an organ is moved in the tomographic model which the electrical impedance tomogram measuring apparatus which concerns on this invention employ | adopts. 本発明に係る電気的インピーダンス断層像測定装置が採用している断層モデルにおいて、臓器が移動された場合の、レイヤーと隣接する断層の断層モデルに対する反映処理を示す模式図。The schematic diagram which shows the reflection process with respect to the tomographic model of the tomography adjacent to a layer, when an organ is moved in the tomographic model which the electrical impedance tomographic image measuring apparatus which concerns on this invention employ | adopts. 本発明に係る電気的インピーダンス断層像測定装置が採用している断層モデルにおいて、臓器の大きさが変更された場合の、レイヤーと断層モデルにおける処理を示す模式図。The schematic diagram which shows the process in a layer and a tomographic model when the magnitude | size of an organ is changed in the tomographic model which the electrical impedance tomogram measuring apparatus which concerns on this invention employ | adopts. 本発明に係る電気的インピーダンス断層像測定装置が採用している断層モデルにおいて、臓器の大きさが変更された場合の、レイヤーと隣接する断層の断層モデルに対する反映処理を示す模式図。The schematic diagram which shows the reflection process with respect to the tomographic model of the tomography adjacent to a layer, when the magnitude | size of an organ is changed in the tomographic model which the electrical impedance tomographic image measuring apparatus which concerns on this invention employ | adopts. 本発明に係る電気的インピーダンス断層像測定装置が採用している断層モデルにおいて、臓器の形状が変更された場合の、レイヤーと断層モデルにおける処理を示す模式図。The schematic diagram which shows the process in a layer and a tomographic model when the shape of an organ is changed in the tomographic model which the electrical impedance tomogram measuring apparatus which concerns on this invention employ | adopts. 本発明に係る電気的インピーダンス断層像測定装置が採用している断層モデルにおいて、臓器の形状が変更された場合の、レイヤーと隣接する断層の断層モデルに対する反映処理を示す模式図。The schematic diagram which shows the reflection process with respect to the tomographic model of the tomography adjacent to a layer, when the shape of an organ is changed in the tomographic model which the electrical impedance tomographic image measuring apparatus which concerns on this invention employ | adopts. 本発明において、X線CT画像に基づき胸部数学モデルを作成する過程の電極配置のための断面画像を示す図。The figure which shows the cross-sectional image for the electrode arrangement | positioning in the process of creating a chest mathematical model based on an X-ray CT image in the present invention. 本発明において、X線CT画像に基づき作成された胸部数学モデルを示す断面図。Sectional drawing which shows the chest mathematical model created based on the X-ray CT image in this invention. 本発明において、健常者モデルのシミュレーションにより得られた電位差の結果を示す図。The figure which shows the result of the electrical potential difference obtained by simulation of the healthy subject model in this invention. 本発明において、健常者モデルのシミュレーションにより得られた電位差の結果を用いて作成した回帰曲線の一例を示す図。The figure which shows an example of the regression curve created using the result of the electrical potential difference obtained by simulation of the healthy subject model in this invention. 本発明において、健常者モデルのシミュレーションにより得られた別の電位差の結果を用いて作成した回帰曲線の一例を示す図。The figure which shows an example of the regression curve created using the result of another potential difference obtained by simulation of the healthy subject model in this invention. 本発明において、健常者モデルのシミュレーションにより得られた電流密度分布の結果を示す図。The figure which shows the result of the current density distribution obtained by simulation of the healthy subject model in this invention. 本発明における電極配置とスライスの関係を示す斜視図。The perspective view which shows the relationship between the electrode arrangement | positioning in this invention, and a slice. 本発明に係る電気的インピーダンス断層像測定装置の動作を示すフローチャート。The flowchart which shows operation | movement of the electrical impedance tomogram measuring apparatus which concerns on this invention. 本発明により肺野の1画素毎に最適な電気的特性値としての抵抗率を求める曲線を示す図。The figure which shows the curve which calculates | requires the resistivity as an optimal electrical property value for every pixel of a lung field by this invention. 小児の胸部CT画像。Child's chest CT image. 大人の胸部CT画像。Adult chest CT image. 小児の胸部X線写真の図。Illustration of a chest radiograph of a child. 大人の胸部X線写真の図。Illustration of an adult chest x-ray. 健常の小児の胸部CT画像。Chest CT image of a healthy child. 心肥大の小児の胸部CT画像。Chest CT image of a child with cardiac hypertrophy. 大人の数学モデルを用いて、小児の胸部EITを推定したEIT画像の図。The figure of the EIT image which estimated the child's chest EIT using the adult mathematical model. 小児の数学モデルを用いて、小児の胸部EITを推定したEIT画像の図。The figure of the EIT image which estimated the child's chest EIT using the child's mathematical model.

以下添付図面を参照して、本発明に係る生体の電気的インピーダンス断層像測定装置の実施例を説明する。各図において、同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。図1には、本発明に係る生体の電気的インピーダンス断層像測定装置の実施形態を示す構成図が示されている。この装置は、電位差検出手段を構成する電極部10と電極制御部20を備え、電極制御部20がコンピュータシステム30に接続されている。   Embodiments of a bioelectrical impedance tomographic image measurement apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In each figure, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a biological electrical impedance tomogram measuring apparatus according to the present invention. This apparatus includes an electrode unit 10 and an electrode control unit 20 that constitute a potential difference detection unit, and the electrode control unit 20 is connected to a computer system 30.

コンピュータシステム30は、CPUや主記憶部及び外部記憶部などを含む本体部31と、本体部31に接続されたLEDなどにより構成される表示部32とキーボードやマウスなどにより構成される入力部33とを備えている。本体部31には、FEM(有限要素法)などの3次元以上の数学モデルを作成する数学モデル作成手段34としてのソフトウエアが備えられていると共に、断層モデルデータベース41が備えられている。   The computer system 30 includes a main unit 31 including a CPU, a main storage unit, an external storage unit, and the like, a display unit 32 including LEDs connected to the main unit 31, and an input unit 33 including a keyboard and a mouse. And. The main body 31 is provided with software as a mathematical model creation means 34 for creating a mathematical model of three or more dimensions such as FEM (finite element method) and a tomographic model database 41.

断層モデルデータベース41には、数学モデル作成手段34により作成される数学モデルの基となる断層モデルであって、性別と年齢と体型の少なくとも一つが異なる複数の生体特徴パラメータにそれぞれ対応付けられた、複数の標準断層モデルが蓄積されている。例えば、断層モデルデータベース41は、図2に示されるように、男女の性別(生体特徴パラメータ)により区分され、更に男女それぞれが年齢(生体特徴パラメータ)により区分された複数の断層モデルが記憶されている。なお、標準断層モデルに対応する数学モデルを事前に生成して蓄積しておくことで、高精度EITを必要としない用途、あるいは該被験者に合致した精緻な数学モデルが生成されるまでの参照、として使用することも可能である。   The tomographic model database 41 is a tomographic model that is the basis of the mathematical model created by the mathematical model creating means 34, and is associated with a plurality of biological feature parameters that differ in at least one of gender, age, and body type. Multiple standard fault models are accumulated. For example, as shown in FIG. 2, the tomographic model database 41 stores a plurality of tomographic models that are classified by sex (biological feature parameter) of men and women, and further classified by age (biological feature parameter). Yes. In addition, by generating and accumulating a mathematical model corresponding to the standard fault model in advance, a reference that does not require high-precision EIT or a precise mathematical model that matches the subject is generated. It can also be used.

上記において示した生体特徴パラメータは一例に過ぎず、例えば身長、胸囲、胸郭の縦横比、などを生体特徴パラメータとすることもできる。上記の図2の例において、断層モデルを取り出す場合には、入力部33により性別、年齢、体型等からなる生体特徴パラメータを入力する。本体部31は、この生体特徴パラメータが入力されると、断層モデルデータベース41から当該生体特徴パラメータに対応する断層モデルを取り出し表示部32へ表示する。   The biometric feature parameters shown above are only examples, and for example, the height, chest circumference, aspect ratio of the rib cage, and the like can be used as the biometric feature parameters. In the example of FIG. 2 described above, when a tomographic model is taken out, biological feature parameters including gender, age, body type, and the like are input by the input unit 33. When the biometric feature parameter is input, the main body 31 extracts a tomographic model corresponding to the biometric feature parameter from the tomographic model database 41 and displays it on the display unit 32.

本実施形態では、本体部31に、数学モデル変更手段44、調整手段45が備えられている。調整手段45は、数学モデル変更手段44に備えられる。数学モデル変更手段44は、上記において取り出した一つの断層モデルの任意の断層を、入力部33に入力された、胸囲、胸郭の縦横比に応じて変形させ、同一断層モデルの隣接する断層にも順次、この変形を反映させる。さらに、数学モデル変更手段44は、入力部33により入力された、身長に応じて、断層モデルの各断層間隔を伸縮させる。   In the present embodiment, the main body 31 is provided with a mathematical model changing unit 44 and an adjusting unit 45. The adjusting means 45 is provided in the mathematical model changing means 44. The mathematical model changing means 44 transforms an arbitrary fault of the one fault model extracted above according to the aspect ratio of the chest circumference and the rib cage input to the input unit 33, and also applies to an adjacent fault of the same fault model. In turn, this deformation is reflected. Further, the mathematical model changing unit 44 expands and contracts each fault interval of the fault model according to the height input by the input unit 33.

本実施形態では、更に、調整手段45により、選択して取り出した断層モデルの任意の断層について、生体の外形、臓器及びまたは組織の位置や大きさ、形状が変更されると、同一断層モデルの隣接する断層にも順次、この変更を反映させる。   In this embodiment, when the position, size, and shape of the living body, organ, and / or tissue of an arbitrary tomographic model selected and extracted by the adjusting unit 45 are changed, the same tomographic model This change will be reflected in the adjacent faults one after another.

生体の外形、臓器及びまたは組織の位置や大きさ、形状の変更は、それぞれ以下の手順で実施される。   Changes in the external shape of the living body, the position and size of the organ and / or tissue, and the shape are performed according to the following procedures.

生体の外形の変形は、次の手順となる。まず、断層モデルの任意の断層が均質と見なしたときの重心位置と変形後の形状の重心位置を合わせ、重心位置から1〜10度程度の等角度で放射状に外形までの線分を引く。次に、各角度での重心位置から、生体の外形までの線分の比を算出し、その比に応じて、隣接する上下の断層を、順次伸縮させることにより、生体の外形を変更する。このとき、各断層に含有される臓器及びまたは組織も同様の方法で同時に伸縮させる。また、等角度間隔の間は直線補間、あるいはスプライン補間等を施す。   The deformation of the external shape of the living body is performed as follows. First, the position of the center of gravity when an arbitrary fault in the fault model is regarded as homogeneous is matched with the position of the center of gravity of the deformed shape, and a line segment is drawn radially from the center of gravity position at an equal angle of about 1 to 10 degrees. . Next, the ratio of the line segment from the center of gravity position at each angle to the outer shape of the living body is calculated, and the outer shape of the living body is changed by sequentially expanding and contracting the adjacent upper and lower faults according to the ratio. At this time, the organs and / or tissues contained in each fault are simultaneously expanded and contracted by the same method. Further, linear interpolation or spline interpolation is performed during equiangular intervals.

臓器及びまたは組織の位置の変更は、次の手順となる。まず、断層モデルの任意の断層において、対象となる臓器または組織を選択し、移動させ、対象臓器または組織の元の重心位置と移動後の重心位置から、移動ベクトルを求めておく。このとき、対象臓器または組織の移動はレイヤーレベルで行われるため、対象臓器または組織の移動とレイヤーの優先順位により、合成された断層モデルでは、臓器及びまたは組織の領域分けが変化する。次に隣接する上下の断層でも、順次対象臓器または組織を同じベクトルだけ移動させ、断層モデルを再構築する。   Changing the position of the organ and / or tissue is performed as follows. First, a target organ or tissue is selected and moved in an arbitrary slice of the tomographic model, and a movement vector is obtained from the original center of gravity position and the moved center of gravity position of the target organ or tissue. At this time, since the movement of the target organ or tissue is performed at the layer level, the division of the organ and / or tissue in the synthesized tomographic model changes according to the movement of the target organ or tissue and the priority order of the layers. Next, the target organ or tissue is sequentially moved by the same vector also in the adjacent upper and lower tomographic sections, and the tomographic model is reconstructed.

臓器及びまたは組織の大きさの変更は、次の手順となる。まず、断層モデルの任意の断層において、対象となる臓器または組織を選択し、その伸縮割合を指定する。対象臓器または組織の伸縮はレイヤーレベルで行われるため、対象臓器または組織の伸縮とレイヤーの優先順位により、合成された断層モデルでは、臓器及びまたは組織の領域分けが変化する。次に隣接する上下の断層でも、順次対象臓器または組織を同じ割合だけ伸縮させ、断層モデルを再構築する。   Changing the size of the organ and / or tissue is the following procedure. First, the target organ or tissue is selected in an arbitrary fault of the fault model, and the expansion / contraction ratio is designated. Since the expansion or contraction of the target organ or tissue is performed at the layer level, the division of the organ and / or tissue in the synthesized tomographic model changes depending on the expansion and contraction of the target organ or tissue and the priority order of the layers. Next, in the adjacent upper and lower faults, the target organ or tissue is sequentially expanded and contracted by the same ratio, and the fault model is reconstructed.

臓器及びまたは組織の形状の変更は、次の手順となる。まず、断層モデルの任意の断層において、対象となる臓器または組織を選択し、変更後の形状を指定する。次に対象臓器または組織の変更後の形状の重心位置を、変更前の重心位置と合わせ、重心位置から1〜10度程度の等角度で放射状にそれぞれの外形までの線分を引き、各角度での線分の比を算出する。対象臓器または組織の形状の変更はレイヤーレベルで行われるため、対象臓器または組織の形状の変更とレイヤーの優先順位により、合成された断層モデルでは、臓器及びまたは組織の領域分けが変化する。隣接する上下の断層でも、順次対象臓器の重心位置から放射状の線分の比に応じて対象臓器または組織の外形を変形させ、断層モデルを再構築する。なお、等角度間隔の間は直線補間、あるいはスプライン補間等を施す。   Changing the shape of an organ and / or tissue is performed as follows. First, the target organ or tissue is selected in an arbitrary fault of the fault model, and the changed shape is designated. Next, the center of gravity position of the shape after the change of the target organ or tissue is matched with the position of the center of gravity before the change, and a line segment is drawn radially from the center of gravity position to each outer shape at an equal angle of about 1 to 10 degrees. Calculate the line segment ratio at. Since the change of the shape of the target organ or tissue is performed at the layer level, the region classification of the organ and / or tissue is changed in the synthesized tomographic model depending on the change of the shape of the target organ or tissue and the priority order of the layers. Even in the adjacent upper and lower tomograms, the outer shape of the target organ or tissue is sequentially deformed from the position of the center of gravity of the target organ according to the ratio of the radial line segments, and the tomographic model is reconstructed. Note that linear interpolation or spline interpolation is performed during equiangular intervals.

このような断層モデルに対する変更処理は、図4に示されるフローチャートにより本体部31によって行われる。前述の通り、生体特徴パラメータが入力されると、これを取り込み(S31)、該当の断層モデルを断層モデルデータベース41から取り出し、表示部32へ表示する(S32)。   Such a change process for the tomographic model is performed by the main body 31 according to the flowchart shown in FIG. As described above, when the biometric feature parameter is input, it is fetched (S31), the corresponding tomographic model is taken out from the tomographic model database 41 and displayed on the display unit 32 (S32).

表示部32には図3のような断層モデルと該被験者のCT画像の代表断面がオペレータの選択により、並列あるいは重畳して表示され、オペレータはマウスにより生体の外形、臓器及びまたは組織の位置に変更を加える操作を行う。例えば、胸郭の一部をクリックして所望位置までドラッグしリリースするなどの操作による生体の外形の変更や、選択した所望の臓器、の拡大縮小ボタンによる大きさ変更、さらにはドラッグアンドドロップによる位置の変更、といった変更操作を実施する。臓器以外の組織である血管の位置や太さ、あるいは脂肪量(脂肪の厚さ)についても必要に応じ、マウスの操作により変更する。   A tomographic model as shown in FIG. 3 and a representative cross section of the CT image of the subject are displayed in parallel or superimposed on the display unit 32 according to the operator's selection, and the operator can display the outline, organ and / or tissue position of the living body with the mouse. Perform operations to make changes. For example, changing the external shape of the living body by clicking a part of the rib cage and dragging it to the desired position and releasing it, changing the size of the selected desired organ, using the enlargement / reduction button, and dragging and dropping the position Change operation such as change of. The position and thickness of a blood vessel that is a tissue other than an organ, or the amount of fat (fat thickness) is also changed by mouse operation as necessary.

マウスによる操作を受けて調整手段45は、図4のフローチャートにおいて調整入力の検出状態(S33)から、当初の断層モデルを調整して変更調整された断層モデルの画像を表示部32に表示する(S34)。   In response to the operation by the mouse, the adjusting unit 45 displays the image of the tomographic model that has been changed and adjusted by adjusting the original tomographic model from the adjustment input detection state (S33) in the flowchart of FIG. S34).

本実施形態においては、入力部33に備えられているマウスの操作による調整は、勿論、表示部32の画面にタッチパネルを設けたり、ペン入力による手法による方法で実施することも可能である。   In the present embodiment, the adjustment by operating the mouse provided in the input unit 33 can, of course, be provided by a method using a touch panel provided on the screen of the display unit 32 or a pen input method.

次に、数学モデル変更手段44及び調整手段45により、上記のように行われる処理の具体例を説明する。ここでは、説明を簡素化するために、断層モデルは、図5に示されるように、断層#1、断層#2、断層#3という、三つの断層により構成され、一つの断層は、レイヤーL1、L2、L3の3枚のレイヤーから構成されているものとする。図5の例では、断層#2について、レイヤーL1、L2、L3の3枚のレイヤーから構成されているものを示しているが、断層#1、断層#3についても同様に3枚のレイヤーから構成されている。   Next, a specific example of processing performed as described above by the mathematical model changing unit 44 and the adjusting unit 45 will be described. Here, in order to simplify the description, the fault model is composed of three faults, fault # 1, fault # 2, and fault # 3, as shown in FIG. , L2, and L3. In the example of FIG. 5, the fault # 2 is composed of three layers L1, L2, and L3, but the fault # 1 and the fault # 3 are similarly composed of three layers. It is configured.

図5では、レイヤーL1には心臓Aが設定され、レイヤーL2には右肺B、左肺Cが設定され、レイヤーL3には胸郭Dが設定される例を示している。レイヤーL1、L2、L3には、優先順位が設けられており、数学モデル変更手段44は、異なる臓器及びまたは組織の領域が重なり合う場合に、優先順位の高いレイヤーの臓器及びまたは組織が有効となるように処理を行う。このようにして変更が施された断層モデルの有効な臓器、組織に対して、数学モデル生成手段は、メッシュを生成し、各メッシュに電気的特性値を設定する。   FIG. 5 shows an example in which the heart A is set in the layer L1, the right lung B and the left lung C are set in the layer L2, and the thorax D is set in the layer L3. The layers L1, L2, and L3 have priorities, and the mathematical model changing unit 44 enables the organs and / or tissues of the higher priority layers when different organs and / or tissue regions overlap. Process as follows. For the valid organs and tissues of the tomographic model thus changed, the mathematical model generation means generates meshes and sets electrical characteristic values for each mesh.

例えば、臓器Aを移動する場合として、断層#2においてオペレータの操作により心臓AがP1からP2に移動させられたとすると、数学モデル変更手段44及び調整手段45により、心臓AがP1からP2へ移動され、レイヤーL1、L2、L3の3枚のレイヤーが合成されて新たな断層#2aが作成される(図6)。心臓Aについて移動ベクトルが求められ、残りの断層モデルである断層#1、断層#3について対応する心臓Aが設定されているレイヤーへの反映処理(位置変更処理)が行われ、それぞれにおいて3枚のレイヤーが合成されて新たな断層#1a、#3aが作成される(図7)。   For example, when moving the organ A, if the heart A is moved from P1 to P2 by an operator's operation in the tomography # 2, the heart A is moved from P1 to P2 by the mathematical model changing means 44 and the adjusting means 45. Then, the three layers L1, L2, and L3 are combined to create a new fault # 2a (FIG. 6). A movement vector is obtained for the heart A, and reflection processing (position change processing) is performed on the layer in which the corresponding heart A is set for the remaining slice models, the slice # 1 and the slice # 3. Are combined to create new faults # 1a and # 3a (FIG. 7).

また、例えば、臓器Aの大きさを変更する場合として、断層#2においてオペレータの操作により心臓Aのサイズが中央の楕円形状b1から外側の楕円形状b2に変更されたとする。数学モデル変更手段44及び調整手段45により、心臓Aが楕円形状b1から楕円形状b2へ変更され、レイヤーL1、L2、L3の3枚のレイヤーが合成されて新たな断層#2bが作成される(図8)。心臓Aについて楕円形状b1から楕円形状b2への変更に基づき伸縮割合が求められ、残りの断層モデルである断層#1、断層#3について対応する心臓Aが設定されているレイヤーへの反映処理(伸縮割合に基づく伸縮処理)が行われ、それぞれにおいて3枚のレイヤーが合成されて新たな断層#1b、#3bが作成される(図9)。   Further, for example, when the size of the organ A is changed, it is assumed that the size of the heart A is changed from the central elliptical shape b1 to the outer elliptical shape b2 in the tomography # 2 by the operation of the operator. The mathematical model changing means 44 and the adjusting means 45 change the heart A from the elliptical shape b1 to the elliptical shape b2, and the three layers L1, L2, and L3 are combined to create a new slice # 2b ( FIG. 8). The expansion / contraction ratio is obtained based on the change from the elliptical shape b1 to the elliptical shape b2 for the heart A, and the reflection processing to the layer in which the corresponding heart A is set for the faults # 1 and # 3 which are the remaining fault models ( Expansion / contraction processing based on the expansion / contraction ratio) is performed, and three layers are combined in each to create new faults # 1b and # 3b (FIG. 9).

更に、例えば、臓器Aの形状を変更する場合として、断層#2においてオペレータの操作により心臓Aの形状を中央の楕円形状c1から外側の形状c2に変更させられたとする。数学モデル変更手段44及び調整手段45により、心臓Aが形状c1から形状c2へ変更され、レイヤーL1、L2、L3の3枚のレイヤーが合成されて新たな断層#2cが作成される(図10)。この場合には、心臓Aの重心から等角度で1〜10程度の線分を引き、形状c1と形状c2について、心臓の外郭までの線分長の伸縮比を算出する。残りの断層モデルである断層#1、断層#3について対応する心臓Aが設定されているレイヤーへの反映処理(線分長の伸縮比に基づく伸縮処理)が行われ、それぞれにおいて3枚のレイヤーが合成されて新たな断層#1b、#3bが作成される(図11)。   Further, for example, in the case of changing the shape of the organ A, it is assumed that the shape of the heart A is changed from the central elliptical shape c1 to the outer shape c2 in the tomography # 2 by the operation of the operator. The heart A is changed from the shape c1 to the shape c2 by the mathematical model changing means 44 and the adjusting means 45, and the new layer # 2c is created by synthesizing the three layers L1, L2, and L3 (FIG. 10). ). In this case, a line segment of about 1 to 10 is drawn at an equal angle from the center of gravity of the heart A, and the stretch ratio of the line segment length to the outline of the heart is calculated for the shapes c1 and c2. Reflection processing (expansion / contraction processing based on the expansion / contraction ratio of the line segment length) to the layer in which the corresponding heart A is set for the remaining tomographic models # 1 and # 3 is performed, and in each of the three layers Are combined to create new faults # 1b and # 3b (FIG. 11).

以上述べたステップS33とステップS34の処理が繰り返され、入力部33から断層モデルを決定する指示入力がある(S35)と、調整された断層モデルが数学モデル作成手段34へ送られる(S36)。   The processes in steps S33 and S34 described above are repeated, and when there is an instruction input for determining a tomographic model from the input unit 33 (S35), the adjusted tomographic model is sent to the mathematical model creating means 34 (S36).

数学モデル作成手段34は、図3に示すように組織ごとに領域分けされ、領域に組織番号が付された断層モデルを受け取る。数学モデル作成手段34は、各組織と番号及び抵抗率の対応関係を示す表1の内容を有するデータベースを備え、対応付けを行うことが可能である。   As shown in FIG. 3, the mathematical model creation means 34 receives a tomographic model in which a region is divided for each tissue and the region is assigned a tissue number. The mathematical model creation means 34 includes a database having the contents of Table 1 indicating the correspondence between each organization, number, and resistivity, and can perform association.

次に数学モデル作成手段34は、上記断層モデルから3次元胸部数学モデルを作成し、図1の電極部10における電極11−1〜11−8を含む各電極(例えば、縦6.5mm、横5mm)を設定する。具体的には、図12に示すようにスライス画像に中心から等角度の8本線lを引き、生体表面に横5mmの電極をプロットし、例えば1.3 mmスライス幅のCT画像を所定枚数重ねることにより電極の縦の寸法に対応させる。このように本実施形態は、上記数学モデルに、実際の測定に使用する電極の、形状、サイズ、電気的特性値、を模擬する電極数学モデルを任意の位置に配置する、電極モデル生成配置手段を備える。   Next, the mathematical model creation means 34 creates a three-dimensional chest mathematical model from the tomographic model, and each electrode including the electrodes 11-1 to 11-8 in the electrode part 10 of FIG. 5mm) is set. Specifically, as shown in FIG. 12, eight slices l of equal angles from the center are drawn on the slice image, a 5 mm horizontal electrode is plotted on the surface of the living body, and, for example, a predetermined number of 1.3 mm slice width CT images are overlaid. It corresponds to the vertical dimension of the electrode. As described above, in the present embodiment, the electrode model generation / arrangement unit arranges, in the arbitrary position, the electrode mathematical model that simulates the shape, size, and electrical characteristic value of the electrode used for actual measurement in the mathematical model. Is provided.

一例として、要素数2,660,960、節点数527,571 を有する3次元胸部数学モデルの平面図を図13に示す。図13は、紙面に垂直な奥側が頭部であり、脊髄51の位置から明らかな通り、図13の上方が腹部側であり、下方が背中側である。主な臓器として、心臓52、右肺53、左肺54が示されている。なお、図13では、1スライス面に16個の電極が設定されているが、これは、正中切開患者のように電極位置を変えてEITデータを得る必要がある場合に備えたものである。   As an example, a plan view of a three-dimensional chest mathematical model having 2,660,960 elements and 527,571 nodes is shown in FIG. In FIG. 13, the back side perpendicular to the paper surface is the head, and as is apparent from the position of the spinal cord 51, the upper side of FIG. 13 is the abdomen side and the lower side is the back side. A heart 52, right lung 53, and left lung 54 are shown as main organs. In FIG. 13, 16 electrodes are set on one slice plane. This is for the case where EIT data needs to be obtained by changing the electrode position as in a midline incision patient.

次に、上記の構築された3次元胸部数学モデルについて第一の算出手段35を用いて電極11−1〜11−8のいずれかの入力ペア電極(例えば、11−1&11−2)に細胞壁を直進する高い周波数(例えば数MHz以上)の定電流を印加したときの、入力ペア電極とは異なる組み合わせの出力ペア電極(電極11−1〜11−8の組み合わせ)から出力される電位差を、肺野の抵抗率を変えてシミュレーションする。   Next, a cell wall is formed on any of the input pair electrodes (for example, 11-1 & 11-2) of the electrodes 11-1 to 11-8 using the first calculation means 35 for the constructed three-dimensional chest mathematical model. A potential difference output from an output pair electrode (a combination of electrodes 11-1 to 11-8) different from an input pair electrode when a constant current of a high frequency (for example, several MHz or more) is applied. Simulation with varying field resistivity.

次に、入力ペア電極を別のペア(例えば、11−2&11−3)に変えて同様に電位差をシミュレーションする。以下同様に、電極11−1〜11−8のいずれかのペア全てについて、順次に入力ペア電極として、同様に電位差をシミュレーションする。他のスライスに電極11−1〜11−8以外の電極が配置されている場合についても同様にして電位差のシミュレーションを行う。   Next, the input pair electrode is changed to another pair (for example, 11-2 & 11-3), and the potential difference is similarly simulated. Similarly, the potential difference is similarly simulated for all the pairs of the electrodes 11-1 to 11-8 as input pair electrodes sequentially. In the case where electrodes other than the electrodes 11-1 to 11-8 are arranged in other slices, the potential difference is similarly simulated.

肺野の抵抗率変化の一例として、肺抵抗率は個人差があるものの、通常、健常者の肺は5Ωm以上であり、肺炎の肺では3Ωm以下であることが多いことから、肺の抵抗率を5〜16.7Ωmの間において8段階(5、5.55、6.25、7.14、8.33、10、12.5、16.7Ωm)に変化させ、電極D1〜D8の入力ペア電極に1mAの定電流を印加したシミュレーションについて説明する。なお、実際のシミュレーションでは導電率を用いるため、上記抵抗率と導電率の換算表を表2に示す。   As an example of changes in the resistivity of the lung field, although there are individual differences in the lung resistivity, the normal lungs are usually 5 Ωm or more, and the pneumonia lungs are often 3 Ωm or less. A simulation of changing 1 to 8 steps (5, 5.55, 6.25, 7.14, 8.33, 10, 12.5, 16.7Ωm) between 5 and 16.7Ωm and applying a constant current of 1mA to the input pair electrodes of electrodes D1 to D8 explain. In addition, in order to use electrical conductivity in actual simulation, the conversion table of the said resistivity and electrical conductivity is shown in Table 2.

図13の電極D1〜D8において、縦方向に入力ペア電極をとり、横方向に出力ペア電極をとり、肺の抵抗率を16.7Ωmとして出力ペア電極から得られた電位差を表にして示すと図14の通りになる。入力出力が同じペアによる検出は不正確となるので、0とする。また、出力ペア電極に入力ペア電極の一つを含む場合の電位差も不正確と思われる。   In the electrodes D1 to D8 in FIG. 13, the input pair electrodes are taken in the vertical direction, the output pair electrodes are taken in the horizontal direction, and the potential difference obtained from the output pair electrodes is shown in a table with the lung resistivity being 16.7 Ωm. 14 streets. Detection by the same input / output pair is inaccurate, and is set to 0. In addition, the potential difference when the output pair electrode includes one of the input pair electrodes seems to be inaccurate.

以上の不適切と思われる場合を除いた電位差データは40通りとなるため、それぞれについて設定した8つの抵抗率(導電率)に対する8つの電位差から回帰曲線を算出し、実質、多段階に抵抗率を変化させた場合の電位差をシミュレートすることが可能である。   Since there are 40 potential difference data excluding cases that seem to be inappropriate as described above, a regression curve is calculated from 8 potential differences with respect to 8 resistivity (conductivity) set for each, and the resistivity is substantially multi-stepped. It is possible to simulate the potential difference when changing.

一例として、電極D1,D2を入力ペア電極とし、電極D3,D4の出力ペア電極から得られる電位差によって作成される回帰曲線を図14に示す。また、電極D2,D3を入力ペア電極とし、電極D4,D5の出力ペア電極から得られる電位差によって作成される回帰曲線を図16に示す。それぞれの図に寄与率R2を示してあるが、いずれも0.99以上となり、高い相関が得られた。 As an example, FIG. 14 shows a regression curve created by a potential difference obtained from the output pair electrodes of the electrodes D3 and D4 with the electrodes D1 and D2 as input pair electrodes. Further, FIG. 16 shows a regression curve created by the potential difference obtained from the output pair electrodes of the electrodes D4 and D5, with the electrodes D2 and D3 as input pair electrodes. Each figure shows the contribution ratio R 2 , which was 0.99 or more, and a high correlation was obtained.

上述の回帰曲線を算出する代わりに抵抗率を細かく多段階に変化させて、図14のようなマトリクスを抵抗率毎(上記の例では8段階)に算出し、第一の算出手段35により対象組織に対して設定された抵抗率と出力ペア電極から検出される電位差との対応関係のデータベース36(図1)として構成してもよい。   Instead of calculating the above-mentioned regression curve, the resistivity is finely changed in multiple stages, a matrix as shown in FIG. 14 is calculated for each resistivity (in the above example, 8 stages), and the first calculation means 35 applies the target. You may comprise as the database 36 (FIG. 1) of the correspondence of the resistivity set with respect to the structure | tissue, and the electric potential difference detected from an output pair electrode.

図17に、上記のシミュレーションにおいて得られた電流分布の例を示す。輝度の高い部分が電流密度の高い部分であり、電流が多く流れていることを示す。この図17において、左上部分において電流密度が高いのは電極D1,D2を入力ペア電極としているためである。また、肺は抵抗が高いために電流が多くは流れず、抵抗の低い心臓や肺の周囲に存在する血管や脂肪などに多くの電流が集中することが分かる。   FIG. 17 shows an example of the current distribution obtained in the above simulation. A portion with high luminance is a portion with high current density, which indicates that a large amount of current flows. In FIG. 17, the reason why the current density is high in the upper left part is that the electrodes D1 and D2 are input pair electrodes. Further, it can be seen that since the lung has high resistance, a large amount of current does not flow, and a large amount of current concentrates on the low resistance heart, blood vessels and fats existing around the lung, and the like.

次に、測定手段22(図1)について説明する。電極部10には、例えば8個の電極11−1〜11−8が備えられ、生体の表面を囲繞するように貼着される。ここに、生体の表面は、目的に応じて、頭部、胴体、四肢等の所要部における表面とすることができるが、ここでは胸部を対象とし、呼吸による肺の状態変化の測定を例示する。電極11−1〜11−8は、生体に等間隔に生体に貼着される。電極11−1〜11−8は、図18に示されるように複数スライスに配置しても良い。   Next, the measuring means 22 (FIG. 1) will be described. The electrode unit 10 includes, for example, eight electrodes 11-1 to 11-8 and is attached so as to surround the surface of the living body. Here, the surface of the living body can be a surface of a required part such as the head, torso, and extremity according to the purpose, but here, the measurement of lung state change due to respiration is exemplified for the chest. . The electrodes 11-1 to 11-8 are attached to the living body at equal intervals. The electrodes 11-1 to 11-8 may be arranged in a plurality of slices as shown in FIG.

電極11−1〜11−8を含む各電極は、リード線を介して電極制御部20に接続されている。電極制御部はリード線を介さず各電極上に直接配置してもよい。電極制御部20は、定電流印加手段21と測定手段22とを含み、印加される定電流は細胞壁を直進する高い周波数(例えば数MHz以上)が望ましいが、数10kHz〜200、300kHz程度であってもよい。定電流印加手段21と測定手段22とは、同じクロックを与えられて同期して動作する。   Each electrode including the electrodes 11-1 to 11-8 is connected to the electrode control unit 20 via a lead wire. The electrode control unit may be arranged directly on each electrode without using a lead wire. The electrode control unit 20 includes a constant current applying unit 21 and a measuring unit 22, and the applied constant current is preferably a high frequency (for example, several MHz or more) that goes straight through the cell wall, but is about several tens of kHz to 200 or 300 kHz. May be. The constant current applying unit 21 and the measuring unit 22 operate in synchronization with the same clock.

定電流印加手段21は、図1の例に示した電極11−1〜11−8を含むスライス面を例にすると、電極11−1〜11−8のいずれかの入力ペア電極(例えば、11−1&11−2)に電流を印加する。   For example, the constant current applying unit 21 may be any one of the input pair electrodes (for example, 11) of the electrodes 11-1 to 11-8, taking the slice plane including the electrodes 11-1 to 11-8 shown in the example of FIG. -1 & 11-2).

測定手段22は、このとき各電極11−1〜11−8の隣り合ういずれかの出力ペア電極(電極11−1〜11−8の組み合わせ)から出力される電位差を順次取り込み、ディジタル化してコンピュータシステム30へ送る。このとき出力ペア電極は8通りあるが、入力ペア電極の片方あるいは両方が含まれる出力ペア電極(11−1&11−2、11−1&11−8、11−2&11−3)による検出は不正確となるので、採用しない。 At this time, the measuring means 22 sequentially takes the potential difference output from any one of the adjacent output pair electrodes (combination of the electrodes 11-1 to 11-8) of the electrodes 11-1 to 11-8, digitizes it, and digitizes it. Send to system 30. At this time, there are eight output pair electrodes, but detection by the output pair electrodes (11-1 & 11-2, 11-1 & 11-8, 11-2 & 11-3) including one or both of the input pair electrodes is inaccurate. So do not adopt.

次に、入力ペア電極を異なるペア(例えば、11−2&11−3)に変えて同様に電位差を求める。以下同様に、電極11−1〜11−8の任意のうち、あらかじめ設定されたペアを入力ペア電極とし、前述の手順で出力ペア電極の電位差を測定する。このようにして得られた実測の電位差マトリックスをDmeanとする。電極11−1〜11−8以外の電極により測定されるスライスについても同様に電位差測定を行う。   Next, the input pair electrodes are changed to different pairs (for example, 11-2 & 11-3), and the potential difference is similarly obtained. Similarly, among the electrodes 11-1 to 11-8, a preset pair is set as an input pair electrode, and the potential difference of the output pair electrode is measured by the above-described procedure. The actually measured potential difference matrix thus obtained is defined as Dmean. The potential difference measurement is similarly performed on slices measured by electrodes other than the electrodes 11-1 to 11-8.

ここで、定電流印加手段21に印加する定電流の周波数は、1MHzを超えるような高周波の定電流を直接印加する代りに、複数の低い周波数の定電流を印加し、補正手段43により高周波の定電流を印加したときに観測される電位差に補正することも可能である。補正手段43は、複数の低い周波数の定電流をスィープさせ、測定された電位差を平面上にプロットし、得られる曲線からCole−Cole方程式に基づき、高い周波数での周波数での電位差を推定する、ものである。   Here, the frequency of the constant current applied to the constant current applying unit 21 is not a direct application of a high frequency constant current exceeding 1 MHz, but a plurality of low frequency constant currents are applied, and the correcting unit 43 applies a high frequency constant current. It is also possible to correct the potential difference observed when a constant current is applied. The correction means 43 sweeps a plurality of low-frequency constant currents, plots the measured potential difference on a plane, and estimates the potential difference at a high frequency based on the Cole-Cole equation from the obtained curve. Is.

第二の算出手段37は、測定した電位差からDmeanと、データベース36に記憶されているシミュレート結果である複数(n)の抵抗率に対する電位差マトリックスDmodel(n)と、感度理論の基づく感度マトリックス(sensitivity matrix)あるいはヤコビアン(Jacobian matrix)として知られる重み付けの補正係数を用い、各画素に対する抵抗率等の電気的特性値を複数(n)算出する。ここで、感度マトリックス等の補正係数は公知の手法により算出し、データベース36として記憶しておくことができる。また、nは、設定した肺抵抗率の数であり、本例では表3などに示すように8種としたが、0.2Ωm刻みで300種、などを事前に計算しておき、データベース36としてもよい。   The second calculating means 37 calculates Dmean from the measured potential difference, a potential difference matrix Dmodel (n) for a plurality of (n) resistivities stored in the database 36, and a sensitivity matrix based on sensitivity theory ( A plurality (n) of electrical characteristic values such as resistivity for each pixel are calculated using a weighting correction coefficient known as sensitivity matrix or Jacobian matrix. Here, the correction coefficient such as the sensitivity matrix can be calculated by a known method and stored as the database 36. In addition, n is the number of the set lung resistivity, and in this example, eight types are set as shown in Table 3 and the like. However, 300 types in 0.2Ωm increments are calculated in advance, and the database 36 It is good.

近年EITで広く採用されている感度マトリクスを用いた場合、Dmeanの各要素とDmodelの各要素で除算により比較し、さらに各要素の重み付けをするために感度マトリクスを乗算して補正した値EIT(n)を画素毎に算出することができる。   When a sensitivity matrix widely used in EIT in recent years is used, each element of Dmean and each element of Dmodel are compared by division, and a value EIT () corrected by multiplying the sensitivity matrix to weight each element is corrected. n) can be calculated for each pixel.

各画素について、DmeanとDmodel(n)に差がない状態のn、すなわち変化率がゼロとなるnのときが最終的に求めたい抵抗率であるので、理想的には感度マトリクスを乗算して補正したEIT(n)がゼロとなるnのときが最終的に求めたい抵抗率である。決定手段38は反復計算によりEIT(n)がゼロに収束するときを最終的に求めたい抵抗率に決定することもできるし、nを離散的に設定し、EIT(n)の絶対値、あるいは図20のように変化する[EIT(n)]2が最小となるnのときを最終的に求めたい抵抗率(図20では、最適値)に決定することもできる。他のスライスがある場合は他のスライスについても同様の処理を行う。ここまで説明した第二の算出手段37と決定手段38により、最適な電気的特性値としての抵抗率を求めるために実行された処理を最適電気的特性値の決定処理と呼ぶこととする。 For each pixel, n in a state where there is no difference between Dmean and Dmodel (n), that is, n when the rate of change is zero is the resistivity to be finally obtained. When the corrected EIT (n) is n, the resistivity is finally obtained. The determination means 38 can determine the resistivity to be finally obtained when EIT (n) converges to zero by iterative calculation, or set n discretely to determine the absolute value of EIT (n), or It is also possible to determine the resistivity (the optimum value in FIG. 20) to be finally obtained when [EIT (n)] 2 that changes as shown in FIG. If there are other slices, the same processing is performed for the other slices. The processing executed for obtaining the resistivity as the optimum electrical characteristic value by the second calculation means 37 and the determination means 38 described so far will be referred to as optimum electrical characteristic value determination processing.

断層画像表示制御手段39は、このようにして推定された各画素の最適電気的特性値を、あらかじめ設定された電気的特性値に応じた色を用いて、リアルタイムで表示する。ここで、最適電気的特性値は絶対的な値であるため、例えば、肺野の各画素の最適電気的特性値は、対応する肺野の局所的なガス量に一対一で対応する。すなわち、断層画像表示制御手段によって表示される同一部位の断層画像は、肺野の局所的なガス量等の状態を、同じ基準で客観的に判断することが可能である。   The tomographic image display control means 39 displays the optimal electrical characteristic value of each pixel estimated in this way in real time using a color corresponding to a preset electrical characteristic value. Here, since the optimal electrical characteristic value is an absolute value, for example, the optimal electrical characteristic value of each pixel in the lung field corresponds to the local gas amount of the corresponding lung field on a one-to-one basis. That is, the tomographic image of the same part displayed by the tomographic image display control means can objectively determine the state of the local gas amount in the lung field based on the same standard.

領域選択手段42は、断層画像表示制御手段39によって生成された断層画像から、所定の領域を選択する領域選択手段を備える。すなわち、肺を対象組織とした場合、肺全体、右肺、左肺、右前、右後、左前、左後、画素単位等、適宜所望の領域を選択し、選択領域に対応する数学モデル作成手段34のメッシュの電気的特性値をnよりも多く変化させ、最終的に、複数(n)以上の電気的特性値から各画素における最適な電気的特性値を推定し決定することにより、所定の領域における電気的特性値をより正確に推定することが可能となる。   The area selection means 42 includes area selection means for selecting a predetermined area from the tomographic image generated by the tomographic image display control means 39. That is, when the lung is the target tissue, a desired model region is selected as appropriate, such as the entire lung, right lung, left lung, right front, right rear, left front, left rear, pixel unit, etc., and a mathematical model creation means corresponding to the selected region By changing the electrical characteristic value of 34 meshes more than n, and finally estimating and determining the optimal electrical characteristic value for each pixel from a plurality (n) or more of the electrical characteristic values, It becomes possible to estimate the electrical characteristic value in the region more accurately.

以上の説明をまとめると、本実施形態に係る電気的インピーダンス断層像測定装置は、図19のフローチャートに示すように動作する。即ち、図2〜図11を用いて説明した如く、断層モデルを選択して調整を行い、生体の数学モデルを作成し(S11)、その数学モデルに対し電極を設置し(S12)、対象臓器内において領域の選択がされているかを検出し(S19B)、当初は選択されないので、NOへ分岐して、対象臓器の電気的特性値をn通りに設定する(S13)。   To summarize the above description, the electrical impedance tomographic image measurement apparatus according to this embodiment operates as shown in the flowchart of FIG. That is, as described with reference to FIGS. 2 to 11, the tomographic model is selected and adjusted, a mathematical model of the living body is created (S11), electrodes are installed on the mathematical model (S12), and the target organ is selected. It is detected whether or not a region has been selected (S19B). Since it is not initially selected, the process branches to NO, and the electrical characteristic value of the target organ is set in n ways (S13).

次に、n通りの電気的特性値に対し、入力ペア電極を決めて出力ペア電極から電位差を検出し、入力ペア電極を順次シフトして全ての隣り合う電極ペアを入力ペア電極としたシミュレーションを実行する(S14)。シミュレーションの結果を用いて電極間電位差と電気的特性値変化の関係を示す図14のような電位差マトリクスDmodel(n)を求める(S15)。これは前述の通り、データベース36に記憶されてもよい。   Next, for n electrical characteristic values, a simulation is performed in which an input pair electrode is determined, a potential difference is detected from the output pair electrode, and the input pair electrode is sequentially shifted so that all adjacent electrode pairs are input pair electrodes. Execute (S14). Using the simulation result, a potential difference matrix Dmodel (n) as shown in FIG. 14 showing the relationship between the potential difference between the electrodes and the change in the electrical characteristic value is obtained (S15). This may be stored in the database 36 as described above.

ステップS15に続いて、電極部10と電極制御部20を用いて電位差を実測し、電位差マトリクスDmeanを得る(S16)。ここで、実測時に印加された定電流の周波数が低い場合、Cole−Cole方程式により、実際に用いた定電流よりも高い周波数で印加した場合に得られる電気的特性値に補正する(S16A)。このようにして得られたシミュレート結果の電位差マトリクスDmodel(n)と実測の電位差マトリクスDmeanを比較し、感度マトリクスS(n)などで知られる重み付け係数を乗算して補正することにより各画素のEIT(n)を算出する(S17)。   Subsequent to step S15, the potential difference is actually measured using the electrode unit 10 and the electrode control unit 20 to obtain a potential difference matrix Dmean (S16). Here, when the frequency of the constant current applied at the time of actual measurement is low, the electrical characteristic value obtained when applied at a frequency higher than the constant current actually used is corrected by the Cole-Cole equation (S16A). The potential difference matrix Dmodel (n) of the simulation result thus obtained is compared with the actually measured potential difference matrix Dmean and multiplied by a weighting coefficient known from the sensitivity matrix S (n) to correct each pixel. EIT (n) is calculated (S17).

更に、各画素について、EIT(n)の絶対値、あるいは[EIT(n)]2(図20)が最小となるnのとき、すなわち、DmeanとDmodel(n)に差がない状態のnでの電気的特性値を求め、絶対的な最適電気的特性値を決定し、あらかじめ設定された電気的特性値に応じた色を用いて、リアルタイムで断層像として表示する(S19)。なお、生成された断層画像から、所定の領域を選択することにより、各画素における最適な電気的特性値をより正確に推定することが可能となる。 Furthermore, for each pixel, the absolute value of EIT (n) or n when [EIT (n)] 2 (FIG. 20) is minimum, that is, n with no difference between Dmean and Dmodel (n). Then, an absolute optimum electrical characteristic value is determined and displayed as a tomographic image in real time using a color corresponding to a preset electrical characteristic value (S19). Note that by selecting a predetermined region from the generated tomographic image, it is possible to more accurately estimate the optimum electrical characteristic value in each pixel.

ステップS19に続いて、オペレータが終了を選択したかを検出し(S19A)、NOとなるとステップS19Bへ戻る。ステップS19Bにおいて、生成された断層画像の対象臓器内において領域を選択したことが検出されると、今度は、S19BにおいてYESへ分岐することになり、選択領域を詳細に測定するため、対象臓器の電気的特性値を複数(n)、選択領域の電気的特性値を複数(n)以上、にそれぞれ設定し(S13B)、ステップS14へ進んでそれ以降の処理を行う。ステップS19AにおいてYESへ分岐した場合には、終了となる。   Following step S19, it is detected whether the operator has selected end (S19A). If NO, the process returns to step S19B. In step S19B, when it is detected that a region has been selected in the target organ of the generated tomographic image, the process branches to YES in S19B, and in order to measure the selected region in detail, A plurality (n) of electrical characteristic values and a plurality (n) or more of electrical characteristic values in the selected region are set (S13B), and the process proceeds to step S14 to perform subsequent processing. If the process branches to YES in step S19A, the process ends.

本実施形態では、絶対的な最適電気的特性値を決定し、あらかじめ設定された電気的特性値に応じた色を用いて、リアルタイムで断層像を表示する。この前提として、数学モデル変更手段44が、複数の生体特徴パラメータが異なる標準断層モデルが複数種類蓄積された断層モデルデータベース41から所望の生体特徴パラメータに応じた標準断層モデルを選択して取り出し、標準断層モデルに変更を施し、前記数学モデル作成手段34に供給して数学モデルを作成させている。例えば、数学モデル変更手段44により処理された小児の数学モデルを用いて小児の胸部のEITを推定したEIT画像(図28)では、胸部CT画像(図21)と肺野領域および心臓領域がよく一致している。これに対し、大人の数学モデルを用いて、小児のEITを推定するという従来手法を用いると、得られるEIT画像は、図27のようになり、図21のCT画像と比べて、肺野領域、心臓領域ともに明らかに異なっており、被験者に合致した数学モデルを使用する本実施形態が優れていることが分かる。   In this embodiment, an absolute optimum electrical characteristic value is determined, and a tomographic image is displayed in real time using a color corresponding to a preset electrical characteristic value. As this premise, the mathematical model changing means 44 selects and extracts a standard tomographic model corresponding to a desired biological feature parameter from the tomographic model database 41 in which a plurality of types of standard tomographic models having different biological feature parameters are accumulated, The fault model is changed and supplied to the mathematical model creation means 34 to create a mathematical model. For example, in the EIT image (FIG. 28) in which the child's chest EIT is estimated using the child's mathematical model processed by the mathematical model changing means 44, the chest CT image (FIG. 21), the lung field region, and the heart region are often used. Match. On the other hand, when the conventional method of estimating a child's EIT using an adult mathematical model is used, the obtained EIT image is as shown in FIG. 27, which is compared with the CT image of FIG. It can be seen that the present embodiment using a mathematical model that matches the subject is superior because the heart region is clearly different.

10 電極部
11−1〜11−8 電極
20 電極制御部
21 定電流印加手段
22 測定手段
30 コンピュータシステム
31 本体部
32 表示部
33 入力部
34 数学モデル作成手段
35 推定手段
36 データベース
37 算出手段
38 決定手段
39 断層画像表示制御手段
41 断層モデルデータベース
42 領域選択手段
43 補正手段
44 数学モデル変更手段
45 調整手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electrode part 11-1 to 11-8 Electrode 20 Electrode control part 21 Constant current application means 22 Measurement means 30 Computer system 31 Main body part 32 Display part 33 Input part 34 Mathematical model creation means 35 Estimation means 36 Database 37 Calculation means 38 Determination Means 39 Tomographic image display control means 41 Fault model database 42 Area selection means 43 Correction means 44 Mathematical model change means 45 Adjustment means

Claims (7)

生体の臓器や組織の位置およびその電気的特性に基づき、前記生体断面を多数のメッシュに分割し、各メッシュの電気的特性値を複数(n)に変化させて演算可能な3次元以上の数学モデルを作成する数学モデル作成手段と、
前記数学モデル作成手段により作成される数学モデルの基となる、複数の生体断面から構成される断層モデルであって、性別と年齢と体型の少なくとも一つを含む生体特徴パラメータが異なる標準断層モデルが複数種類蓄積された断層モデルデータベースと、
断層モデルデータベースから所望の生体特徴パラメータに応じた断層モデルを選択して取り出し、断層モデルに変更を施し、前記数学モデル作成手段に供給して数学モデルを作成させる数学モデル変更手段と、
定電流を印加するための入力ペア電極と
電位差を検出するための出力ペア電極と
を含む生体の表面の所定の位置を囲繞するように貼着された複数の電極と、
前記入力ペア電極に定電流を印加する定電流印加手段と
を具備し、
前記数学モデル変更手段によって作成された新しい数学モデルを用いて算出された第一の電位差(Dmodel)と、実測により得られた前記出力ペア電極に発生する第二の電位差(Dmean)と、に基づき、各画素における最適な電気的特性値を推定し決定し、この各画素における最適な電気的特性値に基づき断層画像を表示することを特徴とする生体の電気的インピーダンス断層像測定装置。
Three or more dimensional mathematics that can be calculated by dividing the cross section of the living body into a large number of meshes based on the position of the organ or tissue of the living body and its electrical characteristics, and changing the electrical property value of each mesh into a plurality (n) A mathematical model creation means for creating a model;
A tomographic model composed of a plurality of biological cross-sections, which is a basis of the mathematical model created by the mathematical model creating means, is a standard tomographic model having different biological feature parameters including at least one of gender, age, and body type Multiple types of accumulated fault model database,
Selecting and extracting a tomographic model corresponding to a desired biological feature parameter from the tomographic model database, applying a change to the tomographic model, and supplying the mathematical model creating unit to create a mathematical model;
A plurality of electrodes attached to surround a predetermined position on the surface of the living body, including an input pair electrode for applying a constant current and an output pair electrode for detecting a potential difference;
A constant current applying means for applying a constant current to the input pair electrodes;
Based on the first potential difference (Dmodel) calculated using the new mathematical model created by the mathematical model changing means and the second potential difference (Dmean) generated in the output pair electrode obtained by actual measurement. An apparatus for measuring an electrical impedance tomogram of a living body, wherein an optimal electrical characteristic value in each pixel is estimated and determined, and a tomographic image is displayed based on the optimal electrical characteristic value in each pixel.
前記断層モデルの各断層においては、断層内に含まれる異なる複数の臓器及びまたは組織それぞれの領域が、優先順位を付された異なるレイヤーで管理され、各レイヤーを合成することで断層モデルの各断層が生成され、異なる臓器及びまたは組織の領域が重なり合う場合には、優先順位の高いレイヤーに属する臓器または組織が有効となるように、前記数学モデル変更手段により処理が行われる、
ことを特徴とする請求項1に記載の生体の電気的インピーダンス断層像測定装置。
In each fault of the fault model, regions of different organs and / or tissues included in the fault are managed in different layers with priorities, and each fault of the fault model is synthesized by combining the layers. Is generated, and when the regions of different organs and / or tissues overlap, processing is performed by the mathematical model changing unit so that the organs / tissues belonging to the higher priority layer are valid,
The living body electrical impedance tomographic image measuring apparatus according to claim 1.
前記断層モデルは、生体の特徴的パラメータとして、身長、胸囲、胸郭の縦横比の少なくともいずれかを更に備え、前記数学モデル変更手段は、選択して取り出した断層モデルを、前記生体特徴パラメータに応じて変形させる、ことを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載の生体の電気的インピーダンス断層像測定装置。   The tomographic model further includes at least one of height, chest circumference, and aspect ratio of the rib cage as a biological characteristic parameter, and the mathematical model changing means selects the tomographic model selected and extracted in accordance with the biological characteristic parameter. The living body electrical impedance tomographic image measuring apparatus according to claim 1, wherein the tomographic image measuring apparatus is configured to be deformed. 前記数学モデル変更手段は、選択して取り出した断層モデルの任意の断層に対し、生体の外形、あるいは任意の臓器及びまたは組織の、位置及びまたは大きさ及びまたは形状、を調整する調整手段を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の生体の電気的インピーダンス断層像測定装置。   The mathematical model changing means includes an adjusting means for adjusting an external shape of a living body or a position and / or size and / or shape of an arbitrary organ and / or tissue with respect to an arbitrary slice of a tomographic model selected and extracted. The apparatus for measuring an electrical impedance tomogram of a living body according to any one of claims 1 to 3. 前記調整手段は、断層モデルの任意の断層に対し施された変更に連動して、断層モデルの他の断層の生体の外形、あるいは臓器及びまたは組織の位置及びまたは大きさ及びまたは形状を変化させることを特徴とする請求項4に記載の生体の電気的インピーダンス断層像測定装置。   The adjustment means changes the position and / or the size and / or the shape of the living body of the other tomographic model of the tomographic model, or the organ and / or the tissue in conjunction with the change made to an arbitrary fault of the tomographic model. The living body electrical impedance tomographic image measuring apparatus according to claim 4. 前記数学モデル作成手段は、供された断層モデルを基に、臓器または組織それぞれの領域に対し、所定の分解能でメッシュを生成し、所望の電気的特性値を設定する、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の生体の電気的インピーダンス断層像測定装置。
The mathematical model creating means generates a mesh with a predetermined resolution for each region of the organ or tissue based on the provided fault model, and sets a desired electrical characteristic value.
The living body electrical impedance tomographic image measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein:
前記数学モデルに、実際の測定に使用する電極の、形状、サイズ、電気的特性値、を模擬する電極数学モデルを任意の位置に配置する、電極モデル生成配置手段を備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の生体の電気的インピーダンス断層像測定装置。   An electrode model generation / arrangement means is provided in the mathematical model, wherein an electrode mathematical model simulating the shape, size, and electrical characteristic value of an electrode used for actual measurement is arranged at an arbitrary position. Item 7. The biological electrical impedance tomographic image measurement apparatus according to any one of Items 1 to 6.
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