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JP7497863B2 - Diagnostic Equipment - Google Patents
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JP7497863B2 - Diagnostic Equipment - Google Patents

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JP7497863B2 JP2020122988A JP2020122988A JP7497863B2 JP 7497863 B2 JP7497863 B2 JP 7497863B2 JP 2020122988 A JP2020122988 A JP 2020122988A JP 2020122988 A JP2020122988 A JP 2020122988A JP 7497863 B2 JP7497863 B2 JP 7497863B2
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Description

本発明は、断装置に関する。
The present invention relates to diagnostic devices.

食肉業界および水産業界では、食肉の品質を判断したり、自動で食肉の解体を行ったりするために、食肉の脂肪量、赤身量、骨量およびそれらの位置を測定することが求められている。 In the meat and seafood industries, there is a need to measure the fat, lean and bone content and their location in meat to determine meat quality and for automated meat butchering.

食肉の品質を判断する装置としては、例えば、マグロ尾部の断面に光を照射し、反射された近赤外波長のスペクトルから脂肪含有量を測定する装置がある。このような装置によって、経験や勘に頼らずに、マグロの脂肪含有量を簡易に測定できる。また、特許文献1には、魚肉および食肉を含む被測定物のインピーダンスを得るための電圧を測定するインピーダンス測定部と、前記インピーダンスに基づいて前記被測定物の品質を示す品質指標の値を演算する演算部と、を備えた、品質状態測定装置が開示されている。 One example of a device for judging the quality of meat is one that irradiates light onto a cross section of a tuna tail and measures the fat content from the spectrum of reflected near-infrared wavelengths. Such a device makes it easy to measure the fat content of tuna without relying on experience or intuition. Patent document 1 also discloses a quality status measuring device that includes an impedance measuring unit that measures a voltage to obtain the impedance of a measurement object, including fish meat and meat, and a calculation unit that calculates a quality index value that indicates the quality of the measurement object based on the impedance.

食肉の解体のための装置としては、特許文献2にX線を照射し、筋入れや抜骨処理に必要な骨部表面の座標を決定できる豚屠体腕部位の左右判別システムが開示されている。 As an example of equipment for butchering meat, Patent Document 2 discloses a left/right discrimination system for the arm parts of a pig carcass that uses X-rays to determine the coordinates of the bone surface, which are necessary for scoring and deboning.

特開2018-159591号公報JP 2018-159591 A 特許第5788108号公報Patent No. 5788108

しかしながら、特許文献1の技術では、魚肉及び食肉の特定の部位の脂肪率を測定しているので、全体の脂肪率が分からないという問題がある。また、特許文献1の技術では、骨などの構成成分がどこの位置にどれだけ存在しているかが分からないという問題がある。特許文献2の技術では、X線を用いているため、設備が高価であり、加えて、食品にX線を照射するため、一般消費者からは安全性に対する懸念がある。 However, the technology in Patent Document 1 measures the fat percentage of specific parts of fish and meat, so there is a problem in that the overall fat percentage cannot be determined. In addition, the technology in Patent Document 1 has a problem in that it cannot determine the location and amount of components such as bones. The technology in Patent Document 2 uses X-rays, so the equipment is expensive, and in addition, since X-rays are irradiated onto food, there are safety concerns from general consumers.

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、低コストで、かつ、短時間に、被測定対象の構成成分を診断可能な診断装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in consideration of the above problems, and has an object to provide a diagnostic device capable of diagnosing the constituents of a subject to be measured at low cost and in a short time.

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
<1> 本発明の一態様に係る診断装置は、被測定対象の周囲に配置され、前記被測定対象の表面形状に沿って変位する電極と、前記電極の変位量を測定する変位計と、を備える4以上のフレキシブル電極を備え、前記被測定対象を配置する前の前記電極がつくる形状境界の中心を原点としたときに、前記電極が、前記原点と前記電極とを結んだ方向に変位する、電気インピーダンス・トモグラフィセンサを用いる前記診断装置であって、前記電気インピーダンス・トモグラフィセンサに被測定対象を配置後、前記被測定対象の表面形状に沿って変位した後の前記電極の変位量を測定し、かつ、前記フレキシブル電極間に電流を印加し、電圧を測定するか、または電圧を印加し、電流を測定する、変位量及び電圧電流測定部と、前記変位量及び電圧電流測定部から測定される各前記フレキシブル電極の前記電極の変位量から、前記被測定対象の輪郭を推測する輪郭推定部と、前記変位量および電圧電流測定部で測定される電圧測定パターンまたは電流測定パターン、前記輪郭推定部で推測した前記被測定対象の輪郭を分割して得たメッシュの座標、および各前記電極の前記原点からの距離から構成される入力変数を基に、機械学習から前記被測定対象のヤコビ行列を予測するヤコビ行列予測部と、を備える。
> 上記<>に記載の診断装置は、前記ヤコビ行列予測部で予測された前記被測定対象の前記ヤコビ行列と、前記変位量及び電圧電流測定で測定された電圧または電流と、から前記被測定対象の導電率分布を計算する導電率分布計算部をさらに備えてもよい。
> 上記<>に記載の診断装置は、前記導電率分布計算部から得られた前記被測定対象の導電率分布を前記被測定対象の構成成分に対応するクラスタに分類することで、前記被測定対象の構成成分分布を得る構成成分分布計算部を、さらに備えてもよい。
> 上記<>に記載の診断装置は、前記構成成分分布計算部によって得られた、前記被測定対象の構成成分分布から各構成成分の境界線を検出する境界線検出部をさらに備えてもよい。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
<1> A diagnostic device according to one aspect of the present invention is a diagnostic device using an electrical impedance tomography sensor, comprising four or more flexible electrodes, the electrodes being arranged around a subject to be measured and displaced along a surface shape of the subject to be measured, and a displacement meter for measuring the amount of displacement of the electrodes, the electrodes being displaced in a direction connecting the origin and the electrodes when the center of a shape boundary formed by the electrodes before the subject to be measured is taken as the origin, the diagnostic device measures the amount of displacement of the electrodes after the subject to be measured is displaced along the surface shape of the subject to be measured after the subject to be measured is placed on the electrical impedance tomography sensor, and the flexible electrodes are arranged to measure the amount of displacement of the electrodes. the contour estimation unit estimates the contour of the object to be measured from the displacement of the electrode of each of the flexible electrodes measured by the displacement amount and voltage/current measurement unit; and a Jacobian matrix prediction unit predicts the Jacobian matrix of the object to be measured using machine learning based on input variables consisting of the voltage measurement pattern or current measurement pattern measured by the displacement amount and voltage/current measurement unit, the coordinates of a mesh obtained by dividing the contour of the object to be measured estimated by the contour estimation unit, and the distance of each of the electrodes from the origin.
<2> The diagnostic device described above in <1> may further include a conductivity distribution calculation unit that calculates a conductivity distribution of the object under test from the Jacobian matrix of the object under test predicted by the Jacobian matrix prediction unit and the voltage or current measured by the displacement amount and voltage/current measurement unit.
<3> The diagnostic device described in <2> above may further include a constituent distribution calculation unit that obtains a constituent distribution of the object to be measured by classifying the conductivity distribution of the object to be measured obtained from the conductivity distribution calculation unit into clusters corresponding to the constituent components of the object to be measured.
<4> The diagnostic device according to <3> above may further include a boundary detection unit that detects a boundary line between each constituent component from the constituent distribution of the subject obtained by the constituent distribution calculation unit.

本発明の上記態様によれば、低コストで、かつ、短時間に、被測定対象の構成成分を診断可能な診断装置および当該診断装置に用いられる電気インピーダンス・トモグラフィセンサを提供することができる。 The above aspects of the present invention provide a diagnostic device capable of diagnosing the constituents of a measurement target at low cost and in a short time, and an electrical impedance tomography sensor for use in the diagnostic device.

本発明の実施形態に係る診断装置の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a diagnostic device according to an embodiment of the present invention. 被測定対象配置前の電気インピーダンス・トモグラフィの模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of electrical impedance tomography before a measurement target is placed; 被測定対象配置後の電気インピーダンス・トモグラフィの模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of electrical impedance tomography after a measurement target is placed. フレキシブル電極を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining a flexible electrode. 被測定対象配置前のフレキシブル電極を説明するための図である。11A and 11B are diagrams for explaining a flexible electrode before an object to be measured is placed thereon; 被測定対象配置後のフレキシブル電極を説明するための図である。11A and 11B are diagrams for explaining the flexible electrode after a measurement target is placed thereon; フレキシブル電極への電流の印加方法を説明するための図である。11A and 11B are diagrams for explaining a method of applying a current to a flexible electrode. ラメ曲線により求めた被測定対象の輪郭∂Ωを説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining a contour ∂Ω of a measurement object obtained by a Lame curve. 既知の輪郭∂Ωgの入力変数のデータセットについて説明するための図である。FIG. 1 illustrates a data set of input variables for a known contour ∂Ωg. ヤコビ行列予測部におけるヤコビ行列の予測のフローチャートである。13 is a flowchart of Jacobian matrix prediction in a Jacobian matrix prediction unit. k近傍法によるヤコビ行列Jの予測方法を説明する図である。FIG. 1 is a diagram for explaining a method for predicting a Jacobian matrix J * using the k-nearest neighbor method. 被測定対象の構成成分に対応するクラスタに分類する前後の被測定対象の導電率分布を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the conductivity distribution of the object to be measured before and after classification into clusters corresponding to the constituent components of the object to be measured. 被測定対象の導電率分布を被測定対象の構成成分に対応するクラスタに分類する流れを説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating a flow of classifying the conductivity distribution of a measurement target into clusters corresponding to the components constituting the measurement target. 測定試料の外観図である。FIG. 予測された輪郭と実際の輪郭との比較を示す図である。FIG. 1 shows a comparison of predicted and actual contours. 測定試料の予測されたヤコビ行列を示す図である。FIG. 13 shows the predicted Jacobian matrix of a measurement sample. 測定試料のヤコビ行列の計算時間を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the calculation time of the Jacobian matrix of a measurement sample. 測定試料の導電率分布を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the conductivity distribution of a measurement sample. 測定試料の各構成分分布とk平均法で得られた構成成分分布との比較を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a comparison between the component distribution of a measurement sample and the component distribution obtained by the k-means method. 測定試料の各構成分割合の真値と、k平均法で得られた構成成分割合との比較を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a comparison between the true values of the component ratios of the measured sample and the component ratios obtained by the k-means method. Canny法で検出された境界線を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing boundary lines detected by the Canny method.

(診断装置)
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る診断装置100について説明する。図1に示すように、診断装置100は、変位量及び電圧電流測定部1、輪郭推定部2、ヤコビ行列予測部3、導電率分布計算部4、構成成分分布計算部5、境界線検出部6及び出力部7を備える。
(Diagnostic device)
Hereinafter, a diagnosis device 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in Fig. 1, the diagnosis device 100 includes a displacement and voltage/current measuring unit 1, a contour estimating unit 2, a Jacobian matrix predicting unit 3, a conductivity distribution calculating unit 4, a constituent component distribution calculating unit 5, a boundary detecting unit 6, and an output unit 7.

診断装置100は、Central Processing Unit(CPU),Read Only Memory(ROM)、Random Access Memory(RAM)及びHard Disk Drive(HDD)/Solid State Drive(SSD)を備える。輪郭推定部2、ヤコビ行列予測部3、導電率分布計算部4、構成成分分布計算部5、境界線検出部6及び出力部7は、CPUにおいて、所定のプログラムを実行することで実現される。プログラムは、記録媒体経由で取得してもよく、ネットワーク経由で取得してもよい。また、診断装置100の構成を実現するための専用のハードウェア構成を用いてもよい。以下、各部について説明する。 The diagnostic device 100 includes a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and a hard disk drive (HDD)/solid state drive (SSD). The contour estimation unit 2, the Jacobian matrix prediction unit 3, the conductivity distribution calculation unit 4, the constituent component distribution calculation unit 5, the boundary detection unit 6, and the output unit 7 are realized by the CPU executing a predetermined program. The program may be acquired via a recording medium or via a network. A dedicated hardware configuration may also be used to realize the configuration of the diagnostic device 100. Each unit is described below.

(変位量及び電圧電流測定部)
変位量及び電圧電流測定部1を図2Aおよび図2Bを用いて説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
(Displacement and voltage/current measuring section)
The displacement and voltage/current measuring unit 1 will be described with reference to Figures 2A and 2B. The drawings used in the following description may show characteristic parts in an enlarged scale for the sake of convenience in order to make the characteristics easier to understand, and the dimensional ratios of each component may differ from the actual ones. The materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited thereto, and may be modified as appropriate within the scope of the effects of the present invention.

まず方向について定義する。食肉台Eの上面の一方向をx方向、上面に沿って、x方向と直交する方向をy方向とする。z方向は、食肉台Eの上面と垂直な方向である。z方向は、x方向及びy方向と直交する方向である。以下、+z方向を「上」、-z方向を「下」と表現する場合がある。上下は、必ずしも重力が加わる方向とは一致しない。 First, let us define the directions. One direction on the top surface of meat stand E is the x-direction, and the direction along the top surface that is perpendicular to the x-direction is the y-direction. The z-direction is perpendicular to the top surface of meat stand E. The z-direction is perpendicular to the x- and y-directions. Below, the +z direction may be expressed as "up" and the -z direction as "down". Up and down do not necessarily coincide with the direction in which gravity is applied.

図2Aに示すように、変位量及び電圧電流測定部1は、電気インピーダンス・トモグラフィセンサ10と制御測定部30とを備える。電気インピーダンス・トモグラフィセンサ10は、Q個のフレキシブル電極20と、フレキシブル電極20を固定する外枠25および内枠26とを備える。ここで、フレキシブル電極20の数Qは4以上である。フレキシブル電極20の数が4以上あることで、被測定対象の輪郭の測定およびヤコビ行列の予測をすることができる。フレキシブル電極20の配置位置は特に限定されないが、外枠25および内枠26の円周方向に均等に配置されることが好ましい。変位量及び電圧電流測定部1は、電気インピーダンス・トモグラフィセンサ10に被測定対象を配置後、被測定対象の表面形状に沿って変位した後の電極21の変位量を測定し、かつ、フレキシブル電極20間に所定の電流または電圧を印加し、電圧または電流を測定する。 As shown in FIG. 2A, the displacement and voltage/current measuring unit 1 includes an electrical impedance tomography sensor 10 and a control measuring unit 30. The electrical impedance tomography sensor 10 includes Q flexible electrodes 20 and an outer frame 25 and an inner frame 26 to which the flexible electrodes 20 are fixed. Here, the number Q of the flexible electrodes 20 is 4 or more. By having 4 or more flexible electrodes 20, it is possible to measure the contour of the object to be measured and predict the Jacobian matrix. The flexible electrodes 20 are not particularly limited in their positions, but are preferably arranged evenly in the circumferential direction of the outer frame 25 and the inner frame 26. After placing the object to be measured on the electrical impedance tomography sensor 10, the displacement and voltage/current measuring unit 1 measures the displacement of the electrode 21 after it is displaced along the surface shape of the object to be measured, and applies a predetermined current or voltage between the flexible electrodes 20 to measure the voltage or current.

被測定対象は、電気インピーダンス・トモグラフィセンサ10の内枠26の内側に配置される。ここで、被測定対象は、例えば食肉および魚肉である。図2Aの∂Ωは、Q個の電極21がつくる形状境界を意味する。原点Oは被測定対象を配置する前のQ個の電極がつくる形状境界∂Ωの中心である。形状境界∂Ωの形状は特に限定されず、例えば、円形でもよいし、四角形でもよい。被測定対象が内枠26の内側に配置されると、図2Bのように、フレキシブル電極20は、被測定対象に接触し、被測定対象の表面形状に沿って変位する。変位後の電極21の位置によって、被測定対象の表面形状(輪郭)∂Ωの測定がなされる。 The object to be measured is placed inside the inner frame 26 of the electrical impedance tomography sensor 10. Here, the object to be measured is, for example, meat and fish. ∂Ω 0 in FIG. 2A means a shape boundary formed by the Q electrodes 21. The origin O is the center of the shape boundary ∂Ω 0 formed by the Q electrodes before the object to be measured is placed. The shape of the shape boundary ∂Ω 0 is not particularly limited, and may be, for example, a circle or a rectangle. When the object to be measured is placed inside the inner frame 26, as shown in FIG. 2B, the flexible electrode 20 comes into contact with the object to be measured and is displaced along the surface shape of the object to be measured. The surface shape (contour) ∂Ω of the object to be measured is measured according to the position of the electrode 21 after the displacement.

フレキシブル電極20は、図3Aに示すように、筐体15、電極21、支持棒22、コイルばね23、変位計24を備える。フレキシブル電極20の筐体15は、外枠25および内枠26に固定され、制御測定部30と導線などで電気的に接続される。フレキシブル電極20の電極21は、被測定対象の表面形状に沿って変位し、その変位量を測定することができる。フレキシブル電極20の電極21は、原点Oと電極21とを結んだ方向(半径距離)に変位する。また、フレキシブル電極20は、電極21から電流または電圧を印加することで、被測定対象の電圧または電流を測定することができる。 As shown in FIG. 3A, the flexible electrode 20 includes a housing 15, an electrode 21, a support rod 22, a coil spring 23, and a displacement meter 24. The housing 15 of the flexible electrode 20 is fixed to an outer frame 25 and an inner frame 26, and is electrically connected to the control measurement unit 30 by a conductor or the like. The electrode 21 of the flexible electrode 20 displaces along the surface shape of the object to be measured, and the amount of displacement can be measured. The electrode 21 of the flexible electrode 20 displaces in the direction (radial distance) connecting the origin O and the electrode 21. In addition, the flexible electrode 20 can measure the voltage or current of the object to be measured by applying a current or voltage from the electrode 21.

筐体15は、中空で片側開放の筒状体である。コイルばね23の一端が筐体15の内部の閉塞ふた部に取り付けられている。コイルばね23の他端に支持棒22の一端が取り付けられている。支持棒22の他端に電極21が取り付けられている。変位計24は、コイルばね23のばね長さを計測する。以下、各部について説明する。 The housing 15 is a hollow cylinder that is open on one side. One end of the coil spring 23 is attached to a closed lid inside the housing 15. One end of the support rod 22 is attached to the other end of the coil spring 23. An electrode 21 is attached to the other end of the support rod 22. The displacement meter 24 measures the spring length of the coil spring 23. Each part will be described below.

コイルばね23は、支持棒22から伝達された荷重に従って伸縮する。コイルばね23は、被測定対象の表面形状を変化させない程度のばね定数であることが好ましい。 The coil spring 23 expands and contracts according to the load transmitted from the support rod 22. It is preferable that the coil spring 23 has a spring constant that does not change the surface shape of the object to be measured.

電極21は、電気的に制御測定部30と接続される。電流または電圧を印加できれば、その材質や形状は特に限定されない。電極21の材質としては、例えば、金めっきを施したCuなどが挙げられる。 The electrode 21 is electrically connected to the control and measurement unit 30. There are no particular limitations on the material or shape of the electrode 21 as long as it can apply a current or voltage. An example of the material of the electrode 21 is gold-plated Cu.

支持棒22は電極21およびコイルばね23と接続される。支持棒22は、電極21が被測定対象の表面に接触した後の荷重をコイルばね23に伝える。 The support rod 22 is connected to the electrode 21 and the coil spring 23. The support rod 22 transmits the load to the coil spring 23 after the electrode 21 comes into contact with the surface of the object to be measured.

変位計24は、例えばポテンショメータである。ポンテンショメータは、電気抵抗値の変化から、コイルばね23の長さSqを計測する機器であり、測定された電気抵抗値は導線を通して制御測定部30に送信される。 The displacement meter 24 is, for example, a potentiometer. The potentiometer is a device that measures the length Sq of the coil spring 23 from the change in electrical resistance value, and the measured electrical resistance value is transmitted to the control measurement unit 30 via a conductor.

図3Bおよび図3Cに示すように、被測定対象の配置前後でコイルばね23の長さsおよび電極の位置(半径距離)rが変位する。被測定対象の配置前の原点Oから各電極21までの半径距離は以下の式(1)で表される。また、被測定対象を配置後の原点Oから各電極までの半径距離は以下の式(2)で表される。変位計24により被測定対象の配置前後の電極21の半径方向の移動距離の差Δr= rq-rq 0が下記(3)式より求まる。ここで、rは、変位後の電極21の半径距離を示し、r は、変位前の電極21の半径距離を示し、sは、変位後のコイルばね23の長さを示し、s は、変位前のコイルばね23の長さを示す。 As shown in Figures 3B and 3C, the length s q of the coil spring 23 and the position (radial distance) r q of the electrode are displaced before and after the placement of the object to be measured. The radial distance from the origin O to each electrode 21 before the placement of the object to be measured is expressed by the following formula (1). The radial distance from the origin O to each electrode after the placement of the object to be measured is expressed by the following formula (2). The difference in the radial movement distance of the electrode 21 before and after the placement of the object to be measured, Δr q = rq - r q 0 , is calculated by the following formula (3) using the displacement meter 24. Here, r q indicates the radial distance of the electrode 21 after the displacement, r q 0 indicates the radial distance of the electrode 21 before the displacement, s q indicates the length of the coil spring 23 after the displacement, and s q 0 indicates the length of the coil spring 23 before the displacement.

Figure 0007497863000001
Figure 0007497863000001

(制御測定部)
制御測定部30は、例えば、印加電極と計測電極の切り替えを行うためのマルチプレクサ、インピーダンス測定を行うインピーダンスアナライザを備える。制御測定部30は、CPUにおいて、所定のプログラムを実行し、マルチプレクサおよびインピーダンスアナライザを制御することで、変位量測定及びインピーダンス測定を行う。得られた電極21の変位量の測定結果は輪郭推定部2に送られ、インピーダンス測定の結果は、ヤコビ行列予測部3に送られる。
(Control and measurement section)
The control and measurement unit 30 includes, for example, a multiplexer for switching between application electrodes and measurement electrodes, and an impedance analyzer for performing impedance measurement. The control and measurement unit 30 executes a predetermined program in a CPU and controls the multiplexer and the impedance analyzer to perform displacement measurement and impedance measurement. The obtained measurement result of the displacement of the electrode 21 is sent to the contour estimation unit 2, and the impedance measurement result is sent to the Jacobian matrix prediction unit 3.

制御測定部30は、被測定対象によって、電極21が変位し、変位量が変動しなくなった時点の変位量を測定する。得られた結果は、輪郭推定部2に送られる。 The control measurement unit 30 measures the amount of displacement at the point when the electrode 21 is displaced by the object being measured and the amount of displacement stops fluctuating. The obtained results are sent to the contour estimation unit 2.

制御測定部30は、電極21間に電流を印加し、電圧を測定する。または、制御測定部30は、電極21間に電圧を印加し、電流を測定する。電流を印加する場合、どの電極間に電流を印加するかについては、特に限定されない。同様に電圧を印加する場合も、どの電極間に電圧を印加するかについては、特に限定されない。以下、電流を印加し、電圧を測定する場合について説明する。電流印加方法としては、例えば、対極法、隣接法およびリファレンス法などが挙げられる。測定数Mは、各電流印加方法で異なる。以下、各電流印加方法について説明する。なお、以下に説明する電流印可方法は、電圧印加方法にも適用することができる。 The control measurement unit 30 applies a current between the electrodes 21 and measures the voltage. Alternatively, the control measurement unit 30 applies a voltage between the electrodes 21 and measures the current. When applying a current, there is no particular limitation as to which electrodes the current is applied between. Similarly, when applying a voltage, there is no particular limitation as to which electrodes the voltage is applied between. Below, a case where a current is applied and a voltage is measured will be described. Current application methods include, for example, the counter electrode method, the adjacent method, and the reference method. The number of measurements M differs depending on each current application method. Below, each current application method will be described. Note that the current application method described below can also be applied to the voltage application method.

対極法は、対向する一対の電極間に電流を印加する方法であり、例えば図4(a)で説明をすると、1番電極と9番電極、2番電極と10番電極といったように、対向する電極に電流を印加する。図4(a)の場合は、電極数Qが16であるので、全部で8通りある。電圧は、電流を印加する電極を除外した第2電極および第3電極、第3電極および第4電極のように電極ペアで測定し、第2電極および第3電極の電極ペアから第15電極と第16電極の電極ペアまで測定するので、1つの電流印加パターンに13通りの電圧測定パターンが存在する。したがって、対極法では、この場合、測定数(測定パターン)Mは、全部で104通りとなる。ここで、電流を印加して電圧を測定した場合は、測定パターンは、電圧測定パターンとなる。電圧を印加して電流を測定した場合は、測定パターンは電流測定パターンとなる。 The counter electrode method is a method of applying a current between a pair of opposing electrodes. For example, in the case of FIG. 4(a), a current is applied to opposing electrodes such as electrodes 1 and 9, and electrodes 2 and 10. In the case of FIG. 4(a), the number of electrodes Q is 16, so there are a total of eight patterns. Voltage is measured in electrode pairs such as the second and third electrodes, and the third and fourth electrodes, excluding the electrodes to which the current is applied, and measurements are performed from the electrode pair of the second and third electrodes to the electrode pair of the fifteenth and sixteenth electrodes, so there are 13 voltage measurement patterns for one current application pattern. Therefore, in this case, in the counter electrode method, the number of measurements (measurement patterns) M is 104 in total. Here, when a current is applied and a voltage is measured, the measurement pattern is a voltage measurement pattern. When a voltage is applied and a current is measured, the measurement pattern is a current measurement pattern.

隣接法は、隣接する電極間に電流を印加する方法であり、例えば図4(b)で説明をすると、1番電極と2番電極、2番電極と3番電極といったように、隣接する電極に電流を印加する。図4(b)の場合は、電極数Qが16であるので、全部で16通りある。電圧は、電流を印加する電極を除外した第3電極および第4電極のように電極ペアで測定し、第3電極および第4電極から第15電極と第16電極まで測定するので、1つの電流印加パターンに13通りの電圧測定パターンが存在する。したがって、隣接法では、測定数(測定パターン)Mは、全部で208通りとなる。 The adjacent method is a method in which a current is applied between adjacent electrodes. For example, referring to FIG. 4(b), a current is applied between adjacent electrodes, such as between electrode 1 and electrode 2, and between electrode 2 and electrode 3. In the case of FIG. 4(b), the number of electrodes Q is 16, so there are 16 combinations in total. Voltage is measured in electrode pairs, such as the third and fourth electrodes excluding the electrodes to which current is applied, and measurements are made from the third and fourth electrodes to the fifteenth and sixteenth electrodes, so there are 13 voltage measurement patterns for one current application pattern. Therefore, with the adjacent method, the number of measurements (measurement patterns) M is 208 in total.

リファレンス法は、基準となる電極と、基準となる電極以外の電極との間のすべての組み合わせで電圧を測定する方法であり、例えば図4(c)で説明をすると、1番電極と2番電極、1番電極と3番電極といったように、基準となる電極と基準となる電極以外の電極との間に電流を印加する。図4(c)の場合は、電極数Qが16であるので、全部で16通りある。電圧は、電流を印加する電極を除外した第3電極および第4電極のように電極ペアで測定し、第3電極および第4電極の電極ペアから第15電極と第16電極の電極ペアまで測定するので、1つの電流印加パターンに13通りの電圧測定パターンが存在する。したがって、リファレンス法では、測定数(測定パターン)Mは、全部で208通りとなる。 The reference method is a method of measuring voltages in all combinations between a reference electrode and an electrode other than the reference electrode. For example, in the case of FIG. 4(c), a current is applied between the reference electrode and an electrode other than the reference electrode, such as between the first and second electrodes, or between the first and third electrodes. In the case of FIG. 4(c), the number of electrodes Q is 16, so there are 16 combinations in total. Voltage is measured in electrode pairs such as the third and fourth electrodes excluding the electrode to which the current is applied, and measurements are made from the third and fourth electrodes to the fifteenth and sixteenth electrodes, so there are 13 voltage measurement patterns for one current application pattern. Therefore, in the reference method, the number of measurements (measurement patterns) M is 208 in total.

以下、本実施形態の診断装置100では、隣接法を用いて、電圧を測定した例について説明する。 Below, we will explain an example of measuring voltage using the adjacent method with the diagnostic device 100 of this embodiment.

(輪郭推定部2)
輪郭推定部2は、変位量及び電圧電流測定部1から送られてきたフレキシブル電極20の電極21の変位量から被測定対象の表面形状を推測する。変位量及び電圧電流測定部1から送られてきた変位量データ(座標データ)は、電極数Qと同じ数のみしかなく、被測定対象の輪郭∂Ωを得るためには、その間(各座標点間)を補う必要がある。輪郭推定部2は、変位量データ(電極21の位置座標)およびラメ曲線から、被測定対象の輪郭∂Ωを推測する。ここでは、ラメ曲線で被測定対象の輪郭∂Ωを推測したが、スプライン曲線やベジエ曲線を用いてもよい。図5にラメ曲線で推測された被測定対象の輪郭∂Ωを示す。図5に示す通り、各電極21の位置は半径方向の長さrと、電極21の中心および原点Oを結んだ線とx軸とのなす角度θと、で表される。輪郭∂Ωの座標(x、y)は下記の式(4)で表現される。得られた被測定対象の輪郭∂Ωの座標情報は、ヤコビ行列予測部3に送られる。
(Contour Estimation Unit 2)
The contour estimation unit 2 estimates the surface shape of the object to be measured from the displacement of the electrode 21 of the flexible electrode 20 sent from the displacement amount and voltage current measurement unit 1. The displacement amount data (coordinate data) sent from the displacement amount and voltage current measurement unit 1 is only the same number as the number of electrodes Q, and in order to obtain the contour ∂Ω of the object to be measured, it is necessary to supplement the intervals (between each coordinate point). The contour estimation unit 2 estimates the contour ∂Ω of the object to be measured from the displacement amount data (position coordinates of the electrode 21) and the Lame curve. Here, the contour ∂Ω of the object to be measured is estimated using a Lame curve, but a spline curve or a Bezier curve may also be used. FIG. 5 shows the contour ∂Ω of the object to be measured estimated using a Lame curve. As shown in FIG. 5, the position of each electrode 21 is expressed by the radial length r and the angle θ between the line connecting the center of the electrode 21 and the origin O and the x-axis. The coordinates (x, y) of the contour ∂Ω are expressed by the following equation (4). The obtained coordinate information of the contour ∂Ω of the object to be measured is sent to the Jacobian matrix prediction unit 3 .

Figure 0007497863000002
Figure 0007497863000002

(ヤコビ行列予測部3)
ヤコビ行列予測部3は、変位量及び電圧電流測定部1から送られた電極21の変位量および測定パターン、および、輪郭推定部2で推測した被測定対象の輪郭∂Ωを用い、最近傍探索手法やニューラルネットワークなどの機械学習から被測定対象のヤコビ行列を予測する。具体的には、ヤコビ行列予測部3は、変位量および電圧電流測定部1で測定される測定パターン、輪郭推定部2で推測した被測定対象の輪郭∂Ωを分割して得たメッシュの座標、および各フレキシブル電極20の電極21の原点Oからの距離から構成される入力変数を基に、変位量および測定パターン、および、輪郭推定部2で推測した被測定対象の輪郭∂Ωを用い、例えば最近傍探索手法から被測定対象のヤコビ行列を予測する。ヤコビ行列は測定電圧ベクトルが変化したときの導電率ベクトル(導電率分布)の感度を表す感度行列である。したがって、ヤコビ行列(感度行列)が分かれば導電率分布を算出することができる。最近傍探索手法としては、特に限定されないが、k近傍法、近似最近傍探索、局所性鋭敏型ハッシュ、kd木などが挙げられる。ここでは、k近傍法を例に挙げて説明する。
(Jacobian matrix prediction unit 3)
The Jacobian matrix prediction unit 3 predicts the Jacobian matrix of the object to be measured by machine learning such as a nearest neighbor search method or a neural network using the displacement amount and measurement pattern of the electrode 21 sent from the displacement amount and voltage current measurement unit 1, and the contour ∂Ω of the object to be measured estimated by the contour estimation unit 2. Specifically, the Jacobian matrix prediction unit 3 predicts the Jacobian matrix of the object to be measured by, for example, a nearest neighbor search method, using the displacement amount and measurement pattern, and the contour ∂Ω of the object to be measured estimated by the contour estimation unit 2, based on input variables consisting of the measurement pattern measured by the displacement amount and voltage current measurement unit 1, the coordinates of the mesh obtained by dividing the contour ∂Ω of the object to be measured estimated by the contour estimation unit 2, and the distance from the origin O of the electrode 21 of each flexible electrode 20. The Jacobian matrix is a sensitivity matrix that represents the sensitivity of the conductivity vector (conductivity distribution) when the measurement voltage vector changes. Therefore, if the Jacobian matrix (sensitivity matrix) is known, the conductivity distribution can be calculated. The nearest neighbor search method is not particularly limited, but includes k-nearest neighbor search, approximate nearest neighbor search, locality sensitive hashing, kd tree, etc. Here, the k-nearest neighbor search will be taken as an example for explanation.

次に、既知の輪郭のヤコビ行列のデータセット、既知の輪郭の入力データセット、輪郭推定部2で推測された被測定対象の輪郭∂Ω、および測定パターンm(1<m<M)を基に、k近傍法で、ヤコビ行列を予測する方法について説明する。ここで、既知の輪郭のヤコビ行列のデータセットとは、複数の既知の試料の輪郭から有限要素法などで取得した複数のヤコビ行列のデータをいう。既知の輪郭のデータセットとは、複数の既知の試料の輪郭から得られた複数の入力変数のデータをいう。 Next, we will explain a method of predicting the Jacobian matrix using the k-nearest neighbor method based on the dataset of the Jacobian matrix of a known contour, the input dataset of the known contour, the contour ∂Ω of the object to be measured estimated by the contour estimation unit 2, and the measurement pattern m (1<m<M). Here, the dataset of the Jacobian matrix of a known contour refers to data on multiple Jacobian matrices obtained by the finite element method or the like from the contours of multiple known samples. The dataset of a known contour refers to data on multiple input variables obtained from the contours of multiple known samples.

既知の輪郭のヤコビ行列のデータセットは、例えば、有限要素法を用い、ヤコビ行列を計算することで、既知のヤコビ行列のデータセットを作成してもよい。ヤコビ行列は、被測定対象の輪郭∂Ωによって変わるので、多数の既知の輪郭およびヤコビ行列を用意することが好ましい。ここでは、既知の輪郭を∂Ωg(1≦g≦G)とする。Gは、データセット中の既知の輪郭の数であり、例えば100から10000である。∂Ωの種類やGの数は、被測定対象によって、適宜修正できる。 The data set of the Jacobian matrix of the known contour may be created by, for example, calculating the Jacobian matrix using the finite element method. Since the Jacobian matrix varies depending on the contour ∂Ω of the object to be measured, it is preferable to prepare a large number of known contours and Jacobian matrices. Here, the known contour is ∂Ω g ( 1≦g≦G), where G is the number of known contours in the data set, and is, for example, 100 to 10,000. The type of ∂Ω g and the number of G can be appropriately modified depending on the object to be measured.

既知の輪郭∂Ωを電極21の個数に応じて、適切な解像度が得られるように、分割する。例えば、電極21が16個の場合は、既知の輪郭∂Ωを含む領域を縦64個、横64個に分割してメッシュnを作成してもよい(1≦n≦N)。Nは、64×64の場合は、4096となる。メッシュの数や形状は、電極21の個数や必要な解像度に合わせて適宜設定することができる。 The known contour ∂Ωg is divided so as to obtain an appropriate resolution according to the number of electrodes 21. For example, when there are 16 electrodes 21, the region including the known contour ∂Ωg may be divided vertically into 64 and horizontally into 64 to create mesh n (1≦n≦N). In the case of 64×64, N is 4096. The number and shape of the meshes can be set appropriately according to the number of electrodes 21 and the required resolution.

既知の輪郭Ωのヤコビ行列Jは、下記の式(5)で表される。式(5)のMは、測定数(測定パターン)の数を示し、Nは、メッシュの数を示す。測定パターンmおよびメッシュnにおけるヤコビ行列Jmnは、下記の式(6)を用い、計算される。ここで、σは、メッシュnにおける導電率を示す。Aはn番目のメッシュ面積を示す。Vm(e,d)は、測定パターンmにおける測定電圧Vを示す。eは、測定パターンmにおける電流印加電極ペアを示し、dは、測定パターンmにおける電圧測定電極ペアを意味する。V(i)は、電流印加電極ペアeへの電流印加により誘発された、電圧測定電極ペアd間の電位を示す。V(i)は電圧測定電極ペアdへの電流印加により誘発された、電流印加電極ペアe間の電位である。 The Jacobian matrix J g of the known contour Ω g is expressed by the following formula (5). In formula (5), M indicates the number of measurements (measurement patterns), and N indicates the number of meshes. The Jacobian matrix J mn in the measurement pattern m and mesh n is calculated using the following formula (6). Here, σ n indicates the conductivity in mesh n. A n indicates the nth mesh area. Vm(e, d) indicates the measured voltage V in the measurement pattern m. e indicates the current application electrode pair in the measurement pattern m, and d means the voltage measurement electrode pair in the measurement pattern m. V(i e ) indicates the potential between the voltage measurement electrode pair d induced by the application of current to the current application electrode pair e. V(i d ) is the potential between the current application electrode pair e induced by the application of current to the voltage measurement electrode pair d.

Figure 0007497863000003
Figure 0007497863000003

次に、図6を用いて、既知の輪郭∂Ωgの入力データセットについて説明する。入力データセットIは、以下の式(7)で表される。Iは、既知の輪郭∂Ωにおける入力変数であり、下記の式(8)で表される。式(8)中のI mnは、既知の輪郭∂Ωにおける、測定パターンmおよびメッシュnの入力変数であり、下記の式(9)で表される。式(9)中のmは測定パターンを示す。また、式(9)中のX は、既知の輪郭∂Ωにおけるメッシュnのデカルト座標を示し、下記の式(10)で表される。式(9)中のrは、既知の輪郭∂Ωに配置される電極21の原点からの距離で、下記の式(11)で表される。式(11)中のQは、電極21の個数を示す。 Next, the input data set of the known contour ∂Ωg will be described with reference to FIG. 6. The input data set I is expressed by the following formula (7). I g is an input variable in the known contour ∂Ωg , and is expressed by the following formula (8). I g mn in formula (8) is an input variable of the measurement pattern m and mesh n in the known contour ∂Ωg , and is expressed by the following formula (9). m in formula (9) indicates the measurement pattern. Furthermore, X g n in formula (9) indicates the Cartesian coordinate of mesh n in the known contour ∂Ωg , and is expressed by the following formula (10). r g in formula (9) is the distance from the origin of the electrode 21 arranged in the known contour ∂Ωg , and is expressed by the following formula (11). Q in formula (11) indicates the number of electrodes 21.

Figure 0007497863000004
Figure 0007497863000004

次に、図7を用いてk近傍法によるヤコビ行列の予測の方法について説明する。ヤコビ行列予測部3は、輪郭推定部2から送られてきた被測定対象の輪郭∂Ωを既知の輪郭∂Ωのデータセットと同じメッシュ数となるように分割する(S11)。その後、変位量及び電圧電流測定部1から送られてきた変位量及び測定パターンmと、メッシュnから入力変数Iを作成する(S12)。入力変数Iは、被測定対象の輪郭∂Ωにおける入力変数であり、下記の式(12)で表される。式(12)中のI mnは、被測定対象の輪郭∂Ωにおける、測定パターンmおよびメッシュnの入力変数であり、下記の式(13)で表される。式(13)中のmは測定パターンを示す。また、式(13)中のX は、被測定対象の輪郭∂Ωにおけるメッシュnのデカルト座標を示し、下記の式(14)で表される。式(13)中のrは、被測定対象の輪郭∂Ωに配置される電極21の原点からの距離で、下記の式(15)で表される。式(15)中のQは、電極21の個数を示す。 Next, a method of predicting a Jacobian matrix using the k-nearest neighbor method will be described with reference to FIG. 7. The Jacobian matrix prediction unit 3 divides the contour ∂Ω of the object to be measured sent from the contour estimation unit 2 so that the number of meshes is the same as the data set of the known contour ∂Ω g (S11). Then, an input variable I * is created from the displacement amount and measurement pattern m sent from the displacement amount and voltage current measurement unit 1 and mesh n (S12). The input variable I * is an input variable in the contour ∂Ω of the object to be measured, and is expressed by the following formula (12). I g mn in formula (12) is an input variable of the measurement pattern m and mesh n in the contour ∂Ω of the object to be measured, and is expressed by the following formula (13). m in formula (13) indicates the measurement pattern. Also, X g n in formula (13) indicates the Cartesian coordinate of mesh n in the contour ∂Ω of the object to be measured, and is expressed by the following formula (14). In formula (13), r * is the distance from the origin of the electrode 21 arranged on the contour ∂Ω of the object to be measured, and is expressed by the following formula (15): Q in formula (15) represents the number of electrodes 21.

Figure 0007497863000005
Figure 0007497863000005

次に、被測定対象のヤコビ行列Jの予測の流れを説明する。ヤコビ行列予測部3は、初期値(例えば、n=1、m=1)を入力する(S13)。次にヤコビ行列予測部3は、下記の式(16)に従って、IとIとのユークリッド距離が小さいk個のヤコビ行列J mnを基に、被測定対象の輪郭∂Ωにおけるヤコビ行列J mnを予測する(S14)。ここで、d(I mn, I mn)は、下記の式(17)で計算され、I mnとI mnのユークリッド距離を示す。I mnは既知の輪郭Ωにおける測定パターンm、メッシュnにおける入力を示す。I mnは変位量及び電圧電流測定部1より送られた測定パターンm、メッシュnにおける電気インピーダンス・トモグラフィセンサ10で測定した入力変数である。Cmnは下記の式(18)で表され、I mnとユークリッド距離が小さいk個の入力変数I mnを示す。kの数は特に限定されず、例えば10である。
図8を用いてk近傍法によるヤコビ行列Jの予測について説明する。この例では、被測定対象の入力変数とのユークリッド距離が小さい、既知の輪郭Ωのヤコビ行列J 1,9、既知の輪郭Ωのヤコビ行列J 1,12、および既知の輪郭Ω15のヤコビ行列J15 1,10から、ヤコビ行列J 1,8が予測される。
Next, the flow of prediction of the Jacobian matrix J * of the object to be measured will be described. The Jacobian matrix prediction unit 3 inputs an initial value (for example, n=1, m=1) (S13). Next, the Jacobian matrix prediction unit 3 predicts the Jacobian matrix J * mn at the contour ∂Ω of the object to be measured based on k Jacobian matrices Jgmn with small Euclidean distance between I * and Ig according to the following formula (16) (S14). Here, d(I * mn , Igmn ) is calculated by the following formula (17) and indicates the Euclidean distance between Igmn and I * mn . Igmn indicates the input at the measurement pattern m and mesh n at the known contour Ωg . I * mn is an input variable measured by the electrical impedance tomography sensor 10 at the measurement pattern m and mesh n sent from the displacement amount and voltage current measurement unit 1. C mn is expressed by the following formula (18) and indicates k input variables I g mn having a small Euclidean distance from I * mn . The number k is not particularly limited and is 10, for example.
The prediction of the Jacobian matrix J * using the k-nearest neighbor method will be explained with reference to Fig. 8. In this example, the Jacobian matrix J*1,8 is predicted from the Jacobian matrix J11,9 of the known contour Ω1 , the Jacobian matrix J81,12 of the known contour Ω8 , and the Jacobian matrix J151,10 of the known contour Ω15 , which have small Euclidean distances with the input variables of the object to be measured.

Jmn の予測が終わったところで、ヤコビ行列予測部3は、nの数がメッシュ数Nと等しいか判定する(S15)。nとNが等しくない場合は、nの数を1つ上げ、再度S14に戻る(S16)。nとNが等しい場合は、次にmが測定パターンの数Mと等しいか判定する(S17)。mとMが等しくない場合は、mの数を1つ上げ、再度S14に戻る(S18)。nとmが等しくなれば、ヤコビ行列予測部3は、ヤコビ行列の予測を終了し、導電率分布計算部4に予測された被測定対象のヤコビ行列Jおよび、測定パターンを送る。通常上記の式(6)を用いてヤコビ行列を計算すると、10分以上計算に時間がかかる。本実施形態に係る診断装置100では、既知の輪郭∂Ωのヤコビ行列のデータセットおよび入力データセットを用意し、被測定対象の輪郭および測定パターンを基に、k近傍法のような機械学習を用いることで、被測定対象のヤコビ行列Jを短時間で精度高く予測することができる。 After the prediction of J mn * is completed, the Jacobian matrix prediction unit 3 judges whether the number of n is equal to the number of meshes N (S15). If n and N are not equal, the number of n is incremented by one, and the process returns to S14 again (S16). If n and N are equal, the process next judges whether m is equal to the number of measurement patterns M (S17). If m and M are not equal, the number of m is incremented by one, and the process returns to S14 again (S18). If n and m are equal, the Jacobian matrix prediction unit 3 ends the prediction of the Jacobian matrix and sends the predicted Jacobian matrix J * of the object to be measured and the measurement pattern to the conductivity distribution calculation unit 4. Normally, when the Jacobian matrix is calculated using the above formula (6), it takes more than 10 minutes to calculate. In the diagnosis device 100 according to this embodiment, a data set of the Jacobian matrix of a known contour ∂Ω g and an input data set are prepared, and the Jacobian matrix J * of the object to be measured can be predicted with high accuracy in a short time by using machine learning such as the k-nearest neighbor method based on the contour and measurement pattern of the object to be measured.

Figure 0007497863000006
Figure 0007497863000006

(導電率分布計算部)
導電率分布計算部4は、ヤコビ行列予測部3から送られてきた被測定対象の予測されたヤコビ行列Jと、変位量及び電圧電流測定部1で測定された電圧とから被測定対象の導電率分布を計算する。初期の導電率分布は被測定対象のヤコビ行列Jを用い下記の式(19)から計算される。式(19)中のΔVは、下記の式(20)で表される。式(20)中のΔVmは、低周波数における電圧V(f)と高周波数における電圧V(f)で規格化された電圧であり、下記の式(21)で表される。ここで、低周波数としては、例えば500Hzであり、高周波数としては例えば1kHzである。式(21)中のmは、測定パターンである。
被測定対象の導電率分布は、下記の式(22A)から計算される。式(22A)中のiは、繰り返し計算のイタレーション数を表す。式(22A)中のRは正則化行列、λは、弛緩因子スカラーを示す。Rは例えば、下記の式(22B)で表される。λは任意のハイパーパラメータであり、例えば、0.01である。計算された被測定対象の導電率分布は、構成成分分布計算部5に送られる。
(Conductivity distribution calculation part)
The conductivity distribution calculation unit 4 calculates the conductivity distribution of the object to be measured from the predicted Jacobian matrix J* of the object to be measured sent from the Jacobian matrix prediction unit 3 and the displacement and the voltage measured by the voltage/current measurement unit 1. The initial conductivity distribution is calculated from the following formula (19 ) using the Jacobian matrix J* of the object to be measured. ΔV in formula (19) is expressed by the following formula (20). ΔVm in formula (20) is a voltage normalized by the voltage V(f 0 ) at low frequency and the voltage V(f 1 ) at high frequency, and is expressed by the following formula (21). Here, the low frequency is, for example, 500 Hz, and the high frequency is, for example, 1 kHz. m in formula (21) is a measurement pattern.
The conductivity distribution of the object to be measured is calculated from the following formula (22A). In formula (22A), i represents the number of iterations of the repeated calculation. In formula (22A), R represents a regularization matrix, and λ represents a relaxation factor scalar. R is expressed, for example, by the following formula (22B). λ is an arbitrary hyperparameter, for example, 0.01. The calculated conductivity distribution of the object to be measured is sent to the constituent distribution calculation unit 5.

Figure 0007497863000007
Figure 0007497863000007

(構成成分分布計算部)
構成成分分布計算部5は、導電率分布計算部4から得られた被測定対象の導電率分布を被測定対象の構成成分に対応するクラスタに分類することで、被測定対象の構成成分分布を得る。被測定対象の導電率分布を被測定対象の構成成分に対応するクラスタに分類する方法は、特に限定されないが、例えば、k平均法、EMアルゴリズム、ISODATA法、Fuzzy クラスタリング、最長距離法などが挙げられる。ここでは、k平均法の例を説明する。
(Component Distribution Calculation Unit)
The constituent distribution calculation unit 5 obtains the constituent distribution of the object to be measured by classifying the conductivity distribution of the object to be measured obtained from the conductivity distribution calculation unit 4 into clusters corresponding to the constituent components of the object to be measured. There is no particular limitation on the method of classifying the conductivity distribution of the object to be measured into clusters corresponding to the constituent components of the object to be measured, but examples of the method include the k-means method, the EM algorithm, the ISODATA method, Fuzzy clustering, and the longest distance method. Here, an example of the k-means method will be described.

図9(a)は、被測定対象の構成成分に対応するクラスタに分類する前の25×20メッシュの導電率分布を示す。以下、図10を用いて被測定対象の構成成分に対応するクラスタに分類する流れを説明する。導電率分布計算部4から送られてきた導電率分布(図9(a))に対し、3種のクラスタ(脂肪k=1σ、赤身k=2σ、骨k=3σ)に分け、クラスタの初期化を行う(S21)。次に、導電率σnにクラスタされているメッシュnの座標=(x,y)から成分kの重心位置を下記の式(23)を用いて計算する(S22)。各クラスタ毎に、重心位置を計算した後、メッシュnにおける導電率σは、下記の式(24)で計算されるメッシュnの座標rとのユークリッド距離が最小であった重心位置と同じ成分kの導電率σが割り当てられる(S23)。その後、再度各クラスタ毎に、重心位置を計算する(S24)。各クラスタの重心位置を計算後、最新の各クラスタの重心位置とその1回前の計算における各クラスタの重心位置とが一致していない場合、S23に戻る。最新の各クラスタの重心位置とその一回前の計算における各クラスタの重心位置が一致していれば、計算を終了する。構成成分分布計算部5は、得られた被測定対象の構成成分分布を境界線検出部6に送る。被測定対象の構成成分に対応するクラスタに分類した後の被測定対象の構成成分分布は、図9(b)のようになる。k平均法のような被測定対象の導電率分布を被測定対象の構成成分に対応するクラスタに分類する方法で構成成分を分けることで、導電率の閾値で分けるよりも高精度に構成成分を分類することができる。 Fig. 9(a) shows the conductivity distribution of 25x20 mesh before classification into clusters corresponding to the components of the object to be measured. The flow of classification into clusters corresponding to the components of the object to be measured will be explained below with reference to Fig. 10. The conductivity distribution (Fig. 9(a)) sent from the conductivity distribution calculation unit 4 is divided into three types of clusters (fat k=1σ0 , red meat k= 2σ0 , bone k=3σ0 ) and the clusters are initialized (S21). Next, the center of gravity position krc of component k is calculated from the coordinates krn =( xn , yn ) of the mesh n clustered to the conductivity kσn using the following formula (23) (S22). After calculating the center of gravity krc for each cluster, the conductivity σn in the mesh n is assigned the conductivity kσn of the component k that is the same as the center of gravity krc that has the smallest Euclidean distance from the coordinate rn of the mesh n calculated by the following formula (24) (S23). Then, the center of gravity krc is calculated again for each cluster (S24). After calculating the center of gravity of each cluster, if the latest center of gravity of each cluster does not match the center of gravity of each cluster in the calculation one time before, the process returns to S23. If the latest center of gravity of each cluster matches the center of gravity of each cluster in the calculation one time before, the calculation is terminated. The component distribution calculation unit 5 sends the obtained component distribution of the measured object to the boundary detection unit 6. The component distribution of the measured object after classification into clusters corresponding to the components of the measured object is as shown in FIG. 9(b). By separating the constituent components using a method such as k-means that classifies the conductivity distribution of the object to be measured into clusters corresponding to the constituent components of the object to be measured, the constituent components can be classified with higher accuracy than by using a conductivity threshold value.

Figure 0007497863000008
Figure 0007497863000008

(境界線検出部)
境界線検出部6は、構成成分分布計算部5から送られてきた被測定対象の構成成分分布から各構成成分の境界線を検出する。境界線の検出方法は、特に限定されず、例えば、Canny法、ソーベル法・ガウスのラプラシアン法などが挙げられる。ここでは、Canny法の例を説明する。
(Boundary detection section)
The boundary detection unit 6 detects the boundary of each component from the distribution of components of the measured object sent from the component distribution calculation unit 5. The method of detecting the boundary is not particularly limited, and examples thereof include the Canny method, the Sobel method, the Gaussian Laplacian method, etc. Here, an example of the Canny method will be described.

Canny法は、隣接するメッシュにおける導電率の勾配|Gn|とその勾配方向θnから境界線を検出する。メッシュ間での導電率の急激な変化があると、|Gn|が大きくなる。そのため、|Gn|が大きいと境界線を意味する。勾配方向θnは、境界線の向きを意味する。境界線は以下の式(25)~(29)で検出する。ここで、Gn(x)は、メッシュnのx方向の勾配を示す。Gn(y)は、メッシュnのy方向の勾配を示す。Sxはx方向に対するソーベルフィルタを示す。Syは、y方向に対するソーベルフィルタを意味する。境界線検出部6によって、境界線を検出することで被測定対象の導電率分布を被測定対象の構成成分に対応するクラスタに分類した後の各構成成分の境界を明確にすることができ、各成分の位置関係をより明確することができる。境界線検出部6は境界線を検出後の被測定対象の構成成分分布を出力部7に送る。 The Canny method detects boundaries from the gradient |Gn| of conductivity in adjacent meshes and its gradient direction θn. If there is a sudden change in conductivity between meshes, |Gn| becomes large. Therefore, a large |Gn| indicates a boundary. The gradient direction θn indicates the direction of the boundary. The boundary is detected by the following formulas (25) to (29). Here, Gn(x) indicates the gradient in the x direction of mesh n. Gn(y) indicates the gradient in the y direction of mesh n. Sx indicates a Sobel filter in the x direction. Sy means a Sobel filter in the y direction. By detecting the boundary using the boundary detection unit 6, it is possible to clarify the boundaries of each component after classifying the conductivity distribution of the object to be measured into clusters corresponding to the components of the object to be measured, and the positional relationship of each component can be made clearer. The boundary detection unit 6 sends the component distribution of the object to be measured after detecting the boundary to the output unit 7.

Figure 0007497863000009
Figure 0007497863000009

(出力部)
出力部7は、境界線検出部6から送られてきた境界線を検出後の被測定対象の構成成分分布を出力する。被測定対象の構成成分分布の出力先は特に限定されない。出力先は、液晶ディスプレイのような表示部であってもよいし、HDDのような記憶装置であってもよい。
(Output section)
The output unit 7 outputs the component distribution of the object to be measured after the boundary line has been detected, sent from the boundary line detection unit 6. There is no particular limitation on the destination to which the component distribution of the object to be measured is output. The output destination may be a display unit such as a liquid crystal display, or a storage device such as a HDD.

以上、本実施形態に係る診断装置100を詳説した。なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、コイルバネではなく、空気ばねなどを用いてもよい。 The above is a detailed explanation of the diagnostic device 100 according to this embodiment. Note that the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, an air spring may be used instead of a coil spring.

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。 In addition, the components in the above embodiment may be replaced with known components as appropriate without departing from the spirit of the present invention, and the above-mentioned modifications may be combined as appropriate.

(実施例)
次に、本実施形態に係る診断装置100の有効性を検証するために実験した例について説明する。
(Example)
Next, an example of an experiment conducted to verify the effectiveness of the diagnostic device 100 according to this embodiment will be described.

(測定試料)
2種の寒天ファントムを用意した。これらの寒天ファントムは、脂肪部分の導電率を0.024S/m、赤身部分の導電率を0.351S/m、骨部分の導電率を0.083S/mに調整して作成した。各成分の導電率は、蒸留水と食塩によって、調整した。寒天パウダー(Fisher Scientific社製A360)を混合し、85℃で寒天を溶かし、図11のような形状に成型した。
また、newzee社から購入した牛肉、および3種の羊肉を用意した。各牛肉および羊肉の外観は図11に示す通りである。
(Measurement sample)
Two types of agar phantoms were prepared. These agar phantoms were created by adjusting the electrical conductivity of the fat portion to 0.024 S/m, the electrical conductivity of the lean portion to 0.351 S/m, and the electrical conductivity of the bone portion to 0.083 S/m. The electrical conductivity of each component was adjusted using distilled water and salt. Agar powder (Fisher Scientific A360) was mixed, the agar was melted at 85°C, and molded into the shape shown in Figure 11.
In addition, beef and three types of mutton were purchased from Newzee Co., Ltd. The appearance of each type of beef and mutton is as shown in FIG.

(電圧測定)
インピーダンスアナライザ(IM 3570、日置電機株式会社製)、マルチプレクサ(Arduino(LLS社製、イタリア)およびCD74HC4067(Texas Instrument、アメリカ、Analog Mux/Demux)から構成)、電気インピーダンス・トモグラフィセンサ、およびパーソナルコンピュータを用いて、上記測定試料の電圧測定を行った。電極数は16とし、隣接法に基づき、各電極を組み合わせて、電流を印加し、電圧を測定した。測定パターンmは208通りとなった。インピーダンスアナライザは、500Hz~1kHzで複素インピーダンスの周波数を掃引した。また、同時に各電極の変位量も合わせて測定した。
(Voltage measurement)
The voltage of the above measurement sample was measured using an impedance analyzer (IM 3570, manufactured by Hioki E.E. Corporation), a multiplexer (consisting of Arduino (manufactured by LLS, Italy) and CD74HC4067 (Texas Instrument, USA, Analog Mux/Demux)), an electrical impedance tomography sensor, and a personal computer. The number of electrodes was 16, and the electrodes were combined based on the adjacent method to apply a current and measure the voltage. There were 208 measurement patterns m. The impedance analyzer swept the complex impedance frequency from 500 Hz to 1 kHz. At the same time, the displacement of each electrode was also measured.

(被測定対象の輪郭の推測)
得られた各電極の変位量から、ラメ曲線を用い、測定試料の輪郭の推定を行った。得られた結果を図12に示す。図12における点線が真値を示し、実線が予測値を示す。輪郭の真値は、図11の画像より求めた。これらの結果より下記の式(30)で誤差を計算した。寒天ファントム1の誤差は、4.81%、寒天ファントム2の誤差は、3.38%、牛肉の誤差は、10.47%、羊肉1の誤差は、4.81%、羊肉2に誤差は3.19%、羊肉3の誤差は、5.35%となった。したがって、各測定試料の平均の誤差は、4.81%となった。この誤差の値は小さい。したがって、ラメ曲線によって推測された輪郭は実際の輪郭に高い精度で一致することが分かった。
(Estimation of the contour of the object to be measured)
From the obtained displacement of each electrode, the Lamé curve was used to estimate the contour of the measurement sample. The obtained results are shown in FIG. 12. The dotted line in FIG. 12 indicates the true value, and the solid line indicates the predicted value. The true value of the contour was obtained from the image in FIG. 11. From these results, the error was calculated using the following formula (30). The error of agar phantom 1 was 4.81%, the error of agar phantom 2 was 3.38%, the error of beef was 10.47%, the error of mutton 1 was 4.81%, the error of mutton 2 was 3.19%, and the error of mutton 3 was 5.35%. Therefore, the average error of each measurement sample was 4.81%. This error value is small. Therefore, it was found that the contour estimated by the Lamé curve matches the actual contour with high accuracy.

(ヤコビ行列の予測)
上記で説明したk近傍法を用い、推測された輪郭および測定パターンからヤコビ行列の予測を行った。既知のヤコビ行列は有限要素法で計算し、G=200のデータセットを用意した。予測されたヤコビ行列を図13に示す。次に、これらの予測したヤコビ行列Jと従来の計算法である、上記の式(6)を用いて計算したヤコビ行列Jとの比較を行った。具体的には、下記の式(31)に従って、JおよびJの相互相関関数の平均値<CC>を求めた。<CC>は、-1から1の値の範囲であり、1に近いほど正の相関、-1に近いほど負の相関、0に近いほど無相関であることを示す。図13より求めた寒天ファントム1の<CC>は、0.932、寒天ファントム2の<CC>は、0.915、牛肉の<CC>は、0.941、羊肉1の<CC>は、0.934、羊肉2の<CC>は、0.930、羊肉3の<CC>は、0.905であった。各測定試料の<CC>の平均値は0.92と高い値を示した。これは、いずれの測定試料においても、k近傍法により予測したヤコビ行列Jが従来の計算結果であるJと同等であることを示す。
(Jacobian matrix prediction)
Using the k-nearest neighbor method described above, the Jacobian matrices were predicted from the estimated contours and the measured patterns. The known Jacobian matrices were calculated using the finite element method, and a data set of G=200 was prepared. The predicted Jacobian matrices are shown in FIG. 13. Next, these predicted Jacobian matrices J * were compared with the Jacobian matrices J calculated using the above formula (6), which is a conventional calculation method. Specifically, the average value <CC> of the cross-correlation functions of J * and J was calculated according to the following formula (31). <CC> ranges from -1 to 1, and indicates positive correlation closer to 1, negative correlation closer to -1, and no correlation closer to 0. The <CC> of agar phantom 1, <CC> of agar phantom 2, <CC> of beef, <CC> of lamb 1 , <CC> of lamb 2, <CC> of lamb 3 ...

(ヤコビ行列の予測時間)
次にヤコビ行列の予測をするための時間の比較を行った。図14の白丸は、ヤコビ行列Jのk近傍法による予測にかかる時間t(J)、黒丸は上記の式(6)による計算にかかる時間t(J)を示す。計算速度の比較のために計算速度比spを下記の式(32)から計算し、その結果を棒グラフで示した。従来法の計算にかかる時間は、寒天ファントム1で51.58s、寒天ファントム2で、13.32s、牛肉で14.99s、羊肉1で、27.69s、羊肉2で、23.52s、羊肉3で、8.25sとなった。よって、従来法の計算にかかる平均の時間は、23.22sであった。一方、k近傍法で予測した場合にかかる時間は、寒天ファントム1で8.07s、寒天ファントム2で3.58s、牛肉で3.82s、羊肉1で5.28s、羊肉2で4.72s、羊肉3で2.95sであった。よって、k近傍法で予測した場合にかかる平均時間は4.73sであった。また、速度比spは、寒天ファントム1で6.39、寒天ファントム2で3.72、牛肉で3.93、羊肉1で5.24、羊肉2で4.98、羊肉3で2.79であった。よって、速度比spの平均は、4.51となった。以上より、k近傍法による計算では、従来の計算法よりも大幅に計算時間を短縮できることが分かった。
(Jacobian matrix prediction time)
Next, the time required to predict the Jacobian matrix was compared. In FIG. 14, the white circle indicates the time t(J * ) required to predict the Jacobian matrix J * using the k-nearest neighbor method, and the black circle indicates the time t(J) required to calculate using the above formula (6). In order to compare the calculation speed, the calculation speed ratio sp was calculated from the following formula (32), and the results are shown in a bar graph. The calculation time required by the conventional method was 51.58 s for agar phantom 1, 13.32 s for agar phantom 2, 14.99 s for beef, 27.69 s for mutton 1, 23.52 s for mutton 2, and 8.25 s for mutton 3. Therefore, the average calculation time required by the conventional method was 23.22 s. On the other hand, the time required for prediction using the k-nearest neighbor method was 8.07 s for agar phantom 1, 3.58 s for agar phantom 2, 3.82 s for beef, 5.28 s for mutton 1, 4.72 s for mutton 2, and 2.95 s for mutton 3. Therefore, the average time required for prediction using the k-nearest neighbor method was 4.73 s. In addition, the speed ratio sp was 6.39 for agar phantom 1, 3.72 for agar phantom 2, 3.93 for beef, 5.24 for mutton 1, 4.98 for mutton 2, and 2.79 for mutton 3. Therefore, the average speed ratio sp was 4.51. From the above, it was found that the calculation time using the k-nearest neighbor method can be significantly reduced compared to conventional calculation methods.

(導電率分布)
k近傍法で得られたヤコビ行列より、上記の式(22)より導電率分布を計算して得られた導電率分布の図を図15に示す。図15に示した通り、図11の測定試料との整合性があることが分かった。
(Conductivity Distribution)
The conductivity distribution was calculated from the Jacobian matrix obtained by the k-nearest neighbor method using the above formula (22), and the diagram of the conductivity distribution is shown in Figure 15. As shown in Figure 15, it was found that there was consistency with the measurement sample in Figure 11.

(構成成分分布)
得られた導電率分布を上記のk平均法を用い、測定試料の構成成分分布を作成した。得られた構成成分分布を図16(b)に示す。図11の画像から画像オーバーレイ法で得られた構成成分分布の真値を図16(a)に示す。k平均法より得られた各構成成分の構成成分割合をη、図16(b)より得られた構成成分の真値をηtrueとした。誤差は、下記の式(33)より求めた。式33中のtrueは、k番目の構成成分の面積を表し、Atrueは被測定対象の全面積を示す。これらの結果を図17に示す。図17(a)は、脂肪の割合を示し、図17(b)は、赤身の割合を示し、図17(c)は、骨の割合を示す。各図中の黒丸は、測定試料の構成成分の割合の真値を示し、白丸は、k平均法で得られた測定試料の構成成分の割合を示す。脂肪における寒天ファントム1の誤差は、7.48%、寒天ファントム2の誤差は、4.11%、牛肉の誤差は、3.45%、羊肉1の誤差は、9.16%、羊肉2の誤差は、3.95%、羊肉3の誤差は、9.82%であった。よって、脂肪における各測定試料の誤差の平均は6.33%であった。また、赤身における寒天ファントム1の誤差は7.03%、寒天ファントム2の誤差は、3.09%、牛肉の誤差は、6.33%、羊肉1の誤差は、10.91%、羊肉2の誤差は、5.07%、羊肉3の誤差は11.53%であった。よって、赤身における各測定試料の誤差の平均は、7.03%であった。そして、骨における寒天ファントム1の誤差は、2.25%、寒天ファントム2の誤差は、1.03、牛肉の誤差は9.78%、羊肉1の誤差は、1.75%、羊肉2の誤差は1.12%、羊肉3の誤差は、1.71%であった。よって、骨における各測定試料の誤差の平均は、2.94%であった。以上より、k平均法によって、高い精度で測定試料の構成成分割合を診断できることが分かった。
(Constituent distribution)
The obtained conductivity distribution was used to create a component distribution of the measurement sample using the k-means method. The obtained component distribution is shown in FIG. 16(b). The true value of the component distribution obtained from the image of FIG. 11 by the image overlay method is shown in FIG. 16(a). The component ratio of each component obtained by the k-means method was k η, and the true value of the component obtained from FIG. 16(b) was k η true . The error was calculated from the following formula (33). k A true in formula 33 represents the area of the kth component, and A true represents the total area of the object to be measured. These results are shown in FIG. 17. FIG. 17(a) shows the proportion of fat, FIG. 17(b) shows the proportion of red meat, and FIG. 17(c) shows the proportion of bone. The black circles in each figure indicate the true value of the proportion of the component of the measurement sample, and the white circles indicate the proportion of the component of the measurement sample obtained by the k-means method. The error of agar phantom 1 in fat was 7.48%, the error of agar phantom 2 was 4.11%, the error of beef was 3.45%, the error of mutton 1 was 9.16%, the error of mutton 2 was 3.95%, and the error of mutton 3 was 9.82%. Therefore, the average error of each measurement sample in fat was 6.33%. In addition, the error of agar phantom 1 in red meat was 7.03%, the error of agar phantom 2 was 3.09%, the error of beef was 6.33%, the error of mutton 1 was 10.91%, the error of mutton 2 was 5.07%, and the error of mutton 3 was 11.53%. Therefore, the average error of each measurement sample in red meat was 7.03%. The error of agar phantom 1 for bone was 2.25%, the error of agar phantom 2 was 1.03, the error of beef was 9.78%, the error of mutton 1 was 1.75%, the error of mutton 2 was 1.12%, and the error of mutton 3 was 1.71%. Therefore, the average error of each measurement sample for bone was 2.94%. From the above, it was found that the component ratio of the measurement sample can be diagnosed with high accuracy by the k-means method.

(境界線検出)
上記のcanny法によって、k平均法で得られた構成成分分布から各構成成分の境界線を検出した。各構成成分の境界は図18に示される。実際の食肉成分の境界の誤差は、下記の式(34)に基づいて計算した。境界線の真値は、図11の画像より求めた。得られた各測定試料における各クラスタの境界線の誤差からその平均値eを計算した。寒天ファントム1の各クラスタの境界線の誤差の平均値eは、6.22%、寒天ファントム2の各クラスタの境界線の誤差の平均値eは、5.37%、牛肉の各クラスタの境界線の誤差の平均値eは、8.46%、羊肉1の各クラスタの境界線の誤差の平均値eは4.66%、羊肉2の各クラスタの境界線の誤差の平均値eは、1.69%、羊肉3の各クラスタの境界線の誤差の平均値eは9.01%であった。各測定試料のeの平均値は、5.90%であった。よって、Canny法によって、高精度の各構成成分の境界線を検出できることが分かった。
(Borderline detection)
The above canny method was used to detect the boundary line of each component from the distribution of components obtained by the k-means method. The boundaries of each component are shown in FIG. 18. The error of the boundary line of the actual meat component was calculated based on the following formula (34). The true value of the boundary line was obtained from the image in FIG. 11. The average value e e was calculated from the boundary line error k e e of each cluster in each measurement sample obtained. The average value e e of the boundary line error of each cluster of agar phantom 1 was 6.22%, the average value e e of the boundary line error of each cluster of agar phantom 2 was 5.37%, the average value e e of the boundary line error of each cluster of beef was 8.46%, the average value e e of the boundary line error of each cluster of mutton 1 was 4.66%, the average value e e of the boundary line error of each cluster of mutton 2 was 1.69%, and the average value e e of the boundary line error of each cluster of mutton 3 was 9.01%. The average value of e e of each measurement sample was 5.90%. Therefore, it was found that the Canny method can detect the boundary between each component with high accuracy.

Figure 0007497863000010
Figure 0007497863000010

以上、詳説したように、本実施形態に係る診断装置100は、短時間に高い精度で被測定対象の構成成分を診断することができる。 As described above in detail, the diagnostic device 100 according to this embodiment can diagnose the components of the subject to be measured with high accuracy in a short time.

1 変位量及び電圧電流測定部
2 輪郭推定部
3 ヤコビ行列予測部
4 導電率分布計算部
5 構成成分分布計算部
6 境界線検出部
7 出力部
10 電気インピーダンス・トモグラフィセンサ
15 筐体
20 フレキシブル電極
21 電極
22 支持棒
23 コイルばね
24 変位計
25 外枠
26 内枠
30 制御測定部
100 診断装置
Reference Signs List 1 Displacement and voltage/current measuring unit 2 Contour estimating unit 3 Jacobian matrix predicting unit 4 Conductivity distribution calculating unit 5 Constituent distribution calculating unit 6 Boundary detecting unit 7 Output unit 10 Electrical impedance tomography sensor 15 Housing 20 Flexible electrode 21 Electrode 22 Support rod 23 Coil spring 24 Displacement meter 25 Outer frame 26 Inner frame 30 Control measuring unit 100 Diagnostic device

Claims (4)

被測定対象の周囲に配置され、前記被測定対象の表面形状に沿って変位する電極と、
前記電極の変位量を測定する変位計と、
を備える4以上のフレキシブル電極を備え、
前記被測定対象を配置する前の前記電極がつくる形状境界の中心を原点としたときに、前記電極が、前記原点と前記電極とを結んだ方向に変位する、電気インピーダンス・トモグラフィセンサを用いる診断装置であって、
前記電気インピーダンス・トモグラフィセンサに前記被測定対象を配置後、前記被測定対象の表面形状に沿って変位した後の前記電極の変位量を測定し、かつ、前記フレキシブル電極間に電流を印加し、電圧を測定するか、または、電圧を印加し、電流を測定する、変位量及び電圧電流測定部と、
前記変位量及び電圧電流測定部から測定される各前記フレキシブル電極の前記電極の変位量から、前記被測定対象の輪郭を推測する輪郭推定部と、
前記変位量および電圧電流測定部で測定される電圧測定パターンまたは電流測定パターン、前記輪郭推定部で推測した前記被測定対象の輪郭を分割して得たメッシュの座標、および各前記電極の前記原点からの距離から構成される入力変数を基に、機械学習から前記被測定対象のヤコビ行列を予測するヤコビ行列予測部と、
を備える、診断装置。
an electrode disposed around the object to be measured and displaced along the surface shape of the object to be measured;
a displacement meter for measuring the amount of displacement of the electrode;
Four or more flexible electrodes comprising:
A diagnostic device using an electrical impedance tomography sensor , in which, when a center of a shape boundary formed by the electrodes before the measurement subject is placed is taken as an origin, the electrodes are displaced in a direction connecting the origin and the electrodes,
a displacement amount and voltage/current measuring unit that measures the amount of displacement of the electrodes after the object to be measured is displaced along the surface shape of the object to be measured after the object to be measured is placed on the electrical impedance tomography sensor, and applies a current between the flexible electrodes and measures a voltage, or applies a voltage between the flexible electrodes and measures a current;
a contour estimation unit that estimates a contour of the object to be measured from the displacement amount of each of the flexible electrodes measured by the displacement amount and a voltage/current measurement unit;
a Jacobian matrix prediction unit that predicts a Jacobian matrix of the object to be measured by machine learning based on input variables including the displacement amount and a voltage measurement pattern or a current measurement pattern measured by the voltage/current measurement unit, coordinates of a mesh obtained by dividing the contour of the object to be measured estimated by the contour estimation unit, and a distance of each of the electrodes from the origin;
A diagnostic device comprising:
前記ヤコビ行列予測部で予測された前記被測定対象の前記ヤコビ行列と、
前記変位量及び電圧電流測定で測定された電圧または電流と、から前記被測定対象の導電率分布を計算する導電率分布計算部を
さらに備える、請求項に記載の診断装置。
the Jacobian matrix of the device under test predicted by the Jacobian matrix prediction unit; and
2. The diagnostic device according to claim 1 , further comprising a conductivity distribution calculation unit that calculates a conductivity distribution of the object to be measured from the amount of displacement and the voltage or current measured by the voltage/current measurement unit .
前記導電率分布計算部から得られた前記被測定対象の導電率分布を前記被測定対象の構成成分に対応するクラスタに分類することで、前記被測定対象の構成成分分布を得る構成成分分布計算部を、さらに備える、請求項に記載の診断装置。 3. The diagnostic device according to claim 2, further comprising a constituent distribution calculation unit that obtains a constituent distribution of the object to be measured by classifying the conductivity distribution of the object to be measured obtained from the conductivity distribution calculation unit into clusters corresponding to the constituent components of the object to be measured. 前記構成成分分布計算部によって得られた、前記被測定対象の構成成分分布から各構成成分の境界線を検出する境界線検出部をさらに備える、請求項に記載の診断装置。 4. The diagnostic device according to claim 3 , further comprising a boundary detection unit that detects a boundary line between each constituent component from the constituent distribution of the object to be measured obtained by the constituent distribution calculation unit.
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