JPH0779804B2 - 等価双極子測定装置 - Google Patents
等価双極子測定装置Info
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- JPH0779804B2 JPH0779804B2 JP1237723A JP23772389A JPH0779804B2 JP H0779804 B2 JPH0779804 B2 JP H0779804B2 JP 1237723 A JP1237723 A JP 1237723A JP 23772389 A JP23772389 A JP 23772389A JP H0779804 B2 JPH0779804 B2 JP H0779804B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、生体表面上の電界又は磁界を測定し、該測定
値から生体内部に仮定した等価双極子の位置又はベクト
ル成分を算出する等価双極子測定装置に関する。
値から生体内部に仮定した等価双極子の位置又はベクト
ル成分を算出する等価双極子測定装置に関する。
従来から、生体の神経活動により、該生体表面上に現れ
る電界を測定する装置として脳波計，筋電計，誘発電位
加算装置等が使用されている。近時、生体の神経活動に
伴って該生体表面上に発生する電界又は磁界を計測し、
生体内の活動部位を推定する等価双極子法が提案されて
いる。この方向の原理は次の如くである。すなわち、例
えば、脳の各活動部位の細胞が刺激されると起電力を発
生して、頭皮上に電界又は磁界を生ずる。この様な電界
又は磁界から脳内の各部位を電気的な双極子で対応さ
せ、この双極子の位置とベクトル成分を上述の電界又は
磁界から演算して活動している脳細胞の位置を推定する
ことにより脳の活動状態を追跡する様にしたものであ
る。この様な双極子を推定する等価双極子法に於いて
は、双極子が発生する電界又は磁界を繰り返し演算する
関係から、当初は、例えば、頭を完全な球と仮定すると
共に、頭蓋が一様な無限導体の中にあるものと仮定して
演算が行われた。すなわち、頭部内に均質な脳があるも
のとした均質導体球を仮定し、また同心或いは異心の球
殻を仮定して電界や磁界を演算する方法等が提案されて
いる。しかし、球状でない頭蓋を球状モデルで近似する
方法は電界，磁界の計算に誤差を伴うばかりでなく推定
された等価双極子の位置が脳内のどこに対応しているか
が判然としなかった。
る電界を測定する装置として脳波計，筋電計，誘発電位
加算装置等が使用されている。近時、生体の神経活動に
伴って該生体表面上に発生する電界又は磁界を計測し、
生体内の活動部位を推定する等価双極子法が提案されて
いる。この方向の原理は次の如くである。すなわち、例
えば、脳の各活動部位の細胞が刺激されると起電力を発
生して、頭皮上に電界又は磁界を生ずる。この様な電界
又は磁界から脳内の各部位を電気的な双極子で対応さ
せ、この双極子の位置とベクトル成分を上述の電界又は
磁界から演算して活動している脳細胞の位置を推定する
ことにより脳の活動状態を追跡する様にしたものであ
る。この様な双極子を推定する等価双極子法に於いて
は、双極子が発生する電界又は磁界を繰り返し演算する
関係から、当初は、例えば、頭を完全な球と仮定すると
共に、頭蓋が一様な無限導体の中にあるものと仮定して
演算が行われた。すなわち、頭部内に均質な脳があるも
のとした均質導体球を仮定し、また同心或いは異心の球
殻を仮定して電界や磁界を演算する方法等が提案されて
いる。しかし、球状でない頭蓋を球状モデルで近似する
方法は電界，磁界の計算に誤差を伴うばかりでなく推定
された等価双極子の位置が脳内のどこに対応しているか
が判然としなかった。
そこで、頭蓋内の均質性を乱す眼孔や耳孔等の空洞部の
影響を除去する方法（特願昭62−285728号，特願昭63−
86464号等）や頭部形状の影響を除去する方法（特願昭6
2−285728号，特願昭63−182163号等）が提案されてい
る。
影響を除去する方法（特願昭62−285728号，特願昭63−
86464号等）や頭部形状の影響を除去する方法（特願昭6
2−285728号，特願昭63−182163号等）が提案されてい
る。
従来の等価双極子法では、例えば頭部では、頭蓋内の均
質性を乱す原因となる空洞部の影響は除去できる。しか
し、等価双極子の位置及びベクトル成分を算出する上で
は頭蓋骨の影響も無視することはできない。すなわち、
頭蓋骨は頭蓋内の他の組織充填部とは導電率又は透磁率
の大きさが異なり、他の組織充填部と同一の導電率又は
透磁率として計算すると誤差が生じてしまう。また、例
えば胸部では肋骨の影響による誤差が発生してしまう。
質性を乱す原因となる空洞部の影響は除去できる。しか
し、等価双極子の位置及びベクトル成分を算出する上で
は頭蓋骨の影響も無視することはできない。すなわち、
頭蓋骨は頭蓋内の他の組織充填部とは導電率又は透磁率
の大きさが異なり、他の組織充填部と同一の導電率又は
透磁率として計算すると誤差が生じてしまう。また、例
えば胸部では肋骨の影響による誤差が発生してしまう。
本発明は、従来の等価双極子法のこのような欠点を解消
するためになされたものであり、従来の空洞部に加えて
頭蓋骨や肋骨等の不均質性の原因となるすべての物質に
よる計算誤差を補正して正確な等価双極子の位置とベク
トル成分を推定し得る等価双極子測定装置を提供するこ
とを目的とする。
するためになされたものであり、従来の空洞部に加えて
頭蓋骨や肋骨等の不均質性の原因となるすべての物質に
よる計算誤差を補正して正確な等価双極子の位置とベク
トル成分を推定し得る等価双極子測定装置を提供するこ
とを目的とする。
本発明の等価双極子測定装置は、生体の内部に設置され
た双極子電源により該生体表面上に発生した電界又は磁
界の測定値から演算して求めた等価双極子の位置又はベ
クトル成分を実際の双極子電源の位置又はベクトル成分
と比較して得られた補正量を記憶した記憶手段と、生体
表面上の電界又は磁界を検出する検出手段と、該検出手
段で検出した前記生体表面上の電界または磁界の大きさ
から該生体内部に仮定した等価双極子の位置又はベクト
ル成分を演算する演算手段と、該演算手段で演算して得
られた等価双極子の位置又はベクトル成分に対応する補
正量を前記記憶手段から読み出して前記等価双極子の位
置又はベクトル成分を補正する補正手段とを備えたこと
を特徴とするものである。
た双極子電源により該生体表面上に発生した電界又は磁
界の測定値から演算して求めた等価双極子の位置又はベ
クトル成分を実際の双極子電源の位置又はベクトル成分
と比較して得られた補正量を記憶した記憶手段と、生体
表面上の電界又は磁界を検出する検出手段と、該検出手
段で検出した前記生体表面上の電界または磁界の大きさ
から該生体内部に仮定した等価双極子の位置又はベクト
ル成分を演算する演算手段と、該演算手段で演算して得
られた等価双極子の位置又はベクトル成分に対応する補
正量を前記記憶手段から読み出して前記等価双極子の位
置又はベクトル成分を補正する補正手段とを備えたこと
を特徴とするものである。
本発明の等価双極子測定装置においては、生体の内部に
設置した双極子電源により該生体表面上に発生した電界
又は磁界を測定して、この測定値から等価双極子の位置
又はベクトル成分を演算による推定し、この演算による
推定値と実際の双極子電源の位置又はベクトル成分との
ズレを該演算による等価双極子の位置又はベクトル成分
の推定値の補正量として記憶手段にあらかじめ記憶させ
ておく。
設置した双極子電源により該生体表面上に発生した電界
又は磁界を測定して、この測定値から等価双極子の位置
又はベクトル成分を演算による推定し、この演算による
推定値と実際の双極子電源の位置又はベクトル成分との
ズレを該演算による等価双極子の位置又はベクトル成分
の推定値の補正量として記憶手段にあらかじめ記憶させ
ておく。
次に、検出手段で検出した生体表面上の電界又は磁界の
大きさから該生体内部に仮定した等価双極子の位置又は
ベクトル成分を演算手段で演算して推定する。
大きさから該生体内部に仮定した等価双極子の位置又は
ベクトル成分を演算手段で演算して推定する。
そして、前記検出手段の検出値を前記演算手段で演算し
て推定した等価双極子の位置又はベクトル成分に対応す
る補正量を前記記憶手段から読み出して、該等価双極子
の位置又はベクトル成分の推定値を補正手段で補正して
正しい等価双極子の位置又はベクトル成分を求める。
て推定した等価双極子の位置又はベクトル成分に対応す
る補正量を前記記憶手段から読み出して、該等価双極子
の位置又はベクトル成分の推定値を補正手段で補正して
正しい等価双極子の位置又はベクトル成分を求める。
このようにして、本発明の等価双極子測定装置において
は、生体内に実際の双極子電源を設置して求めた補正量
による補正を演算による推定値に施すので、生体内の均
質性を乱す空洞部や骨等のすべての影響を除去した正確
な等価双極子の位置及びベクトル成分が推定できるので
ある。
は、生体内に実際の双極子電源を設置して求めた補正量
による補正を演算による推定値に施すので、生体内の均
質性を乱す空洞部や骨等のすべての影響を除去した正確
な等価双極子の位置及びベクトル成分が推定できるので
ある。
以下、本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の等価双極子測定装置の一実施例の構成
を示すブロック図である。同図を参照しながら本実施例
につき説明する。
を示すブロック図である。同図を参照しながら本実施例
につき説明する。
まずはじめに生体（１）体表の測定部位、例えば頭部の
形状寸法を正確につかむために、Ｘ線−CTを用いてCT断
層像（16）を15枚前後とり、次にこのCT断層像（16）の
二次元寸法を１枚づつデジタイザー（18）のピックアッ
プ（17）を用いて入力ポート（14）を介しコンピュータ
（９）に読み込んで、その信号から三次元の頭部形状を
求める様にする。また、三次元の頭部形状に対応させた
各電極位置をキーボード等の電極位置信号入力装置（1
9）からx,y,zの三次元座標として入力する。なお、Ｘ線
−CTの代わりに、本発明の発明者自身の開発した形状セ
ンサー（例えば特願昭63−182162号を参照）を用いれ
ば、より容易かつ迅速に頭部形状が求められる。
形状寸法を正確につかむために、Ｘ線−CTを用いてCT断
層像（16）を15枚前後とり、次にこのCT断層像（16）の
二次元寸法を１枚づつデジタイザー（18）のピックアッ
プ（17）を用いて入力ポート（14）を介しコンピュータ
（９）に読み込んで、その信号から三次元の頭部形状を
求める様にする。また、三次元の頭部形状に対応させた
各電極位置をキーボード等の電極位置信号入力装置（1
9）からx,y,zの三次元座標として入力する。なお、Ｘ線
−CTの代わりに、本発明の発明者自身の開発した形状セ
ンサー（例えば特願昭63−182162号を参照）を用いれ
ば、より容易かつ迅速に頭部形状が求められる。
次に、生体（１）の頭部に例えば21個前後の電極群
（５）を装着して脳内神経活動に基づく電位を電位検出
手段（10）で検出する。電極（５）からの測定電位は増
幅器（６）及びマルチプレクサ（７）を介してアナログ
−デジタル変換器（A/D）（８）に供給され、デジタル
化された測定電位は入力ポート（14）を介してコンピュ
ータ（９）に供給される。コンピュータ（９）内には制
御部（9a）と演算部（9b）を有し、アドレスバス（11
a）及びデータバス（11b）はROM（12）,RAM（13），入
力ポート（14），出力ポート（15）に接続されている。
上記ROM（12）及びRAM（13）は信号処理に必要なプルグ
ラムを記憶すると共にデジタイザー（18），電極位置信
号入力装置（19），電位検出手段（10）からのデータを
記憶する記憶手段である。コンピュータ（９）の演算部
（9b）には演算手段と等価双極子設定手段とを有する。
入力ポート（14）には等価双極子を求めるプログラム等
が格納された外部記憶装置（20）が接続され、出力ポー
ト（15）にはコンピュータ（９）の演算結果を表示する
CRT等の表示手段（22）と表示手段（22）に表示された
データや波形を記憶するプリンタ（21）が接続されてい
る。
（５）を装着して脳内神経活動に基づく電位を電位検出
手段（10）で検出する。電極（５）からの測定電位は増
幅器（６）及びマルチプレクサ（７）を介してアナログ
−デジタル変換器（A/D）（８）に供給され、デジタル
化された測定電位は入力ポート（14）を介してコンピュ
ータ（９）に供給される。コンピュータ（９）内には制
御部（9a）と演算部（9b）を有し、アドレスバス（11
a）及びデータバス（11b）はROM（12）,RAM（13），入
力ポート（14），出力ポート（15）に接続されている。
上記ROM（12）及びRAM（13）は信号処理に必要なプルグ
ラムを記憶すると共にデジタイザー（18），電極位置信
号入力装置（19），電位検出手段（10）からのデータを
記憶する記憶手段である。コンピュータ（９）の演算部
（9b）には演算手段と等価双極子設定手段とを有する。
入力ポート（14）には等価双極子を求めるプログラム等
が格納された外部記憶装置（20）が接続され、出力ポー
ト（15）にはコンピュータ（９）の演算結果を表示する
CRT等の表示手段（22）と表示手段（22）に表示された
データや波形を記憶するプリンタ（21）が接続されてい
る。
上述の構成に於ける、本実施例の動作を第２図のフロー
チャートにより説明する。
チャートにより説明する。
第２図に於いて、図示しないが電源を“オン”して本実
施例の等価双極子測定装置（23）を第１ステップST1に
示す様に初期状態に設定する。次の第２ステップST2で
は後述する各種演算用のプログラム及び信号処理用のプ
ログラム等を外部記憶装置（20）から読み出してコンピ
ュータ（９）内のRAM（13）に格納する。この様なプロ
グラムはコンピュータ（９）内の不揮発性メモリである
ROM（12）内に予め記憶して置けば第２ステップST2は不
要となる。
施例の等価双極子測定装置（23）を第１ステップST1に
示す様に初期状態に設定する。次の第２ステップST2で
は後述する各種演算用のプログラム及び信号処理用のプ
ログラム等を外部記憶装置（20）から読み出してコンピ
ュータ（９）内のRAM（13）に格納する。この様なプロ
グラムはコンピュータ（９）内の不揮発性メモリである
ROM（12）内に予め記憶して置けば第２ステップST2は不
要となる。
次の第３ステップST3では例えば生体（１）の頭部形状
寸法を入力する。頭蓋形状寸法計測の１例としてＸ線CT
を用いて１人の人間についてスライス間隔15mmで15枚程
度のCT断層像（16）を作る。このCT断層像（16）は各個
人毎に頭蓋の周長，幅，前後方向の長さ等の数種のパラ
メータを測定し、数種類用意した標準モデルに当てはめ
る方法をとる様にすれば一人一人の頭蓋を計測するため
にCT断層像をとる手間が省けて計測がより簡単になる。
勿論一人一人の頭蓋を計測してもよい。この様にスライ
スした15枚のCT断層像（16）の二次元画像上を各断層像
（16）についてピックアップ（17）で取り出してデジタ
イザー（18）を使って入力ポート（14）からコンピュー
タ（９）に入力し、RAM（13）に記憶する。この場合に
スライスを三次元的に積み重ねて行くときに、「ずれ」
が生じない様にスライス断面と垂直な３本の直線の交点
を各スライスに指定して置くとよい。
寸法を入力する。頭蓋形状寸法計測の１例としてＸ線CT
を用いて１人の人間についてスライス間隔15mmで15枚程
度のCT断層像（16）を作る。このCT断層像（16）は各個
人毎に頭蓋の周長，幅，前後方向の長さ等の数種のパラ
メータを測定し、数種類用意した標準モデルに当てはめ
る方法をとる様にすれば一人一人の頭蓋を計測するため
にCT断層像をとる手間が省けて計測がより簡単になる。
勿論一人一人の頭蓋を計測してもよい。この様にスライ
スした15枚のCT断層像（16）の二次元画像上を各断層像
（16）についてピックアップ（17）で取り出してデジタ
イザー（18）を使って入力ポート（14）からコンピュー
タ（９）に入力し、RAM（13）に記憶する。この場合に
スライスを三次元的に積み重ねて行くときに、「ずれ」
が生じない様にスライス断面と垂直な３本の直線の交点
を各スライスに指定して置くとよい。
この様に入力された頭部形状寸法に基づいて、第４ステ
ップST4ではコンピュータ（９）は捕間計算をして頭蓋
の三次元データに変換する。
ップST4ではコンピュータ（９）は捕間計算をして頭蓋
の三次元データに変換する。
次の第５ステップST5では生体（１）の頭部に載置した2
1個前後の電極（５）位置を第４ステップST4で得た三次
元の頭部形状に対応させるために、第１図に示すキーボ
ード等の電極位置信号入力装置（19）からx,y,z軸の三
次元座標として入力し、コンピュータ（９）内のRAM（1
3）に格納する。
1個前後の電極（５）位置を第４ステップST4で得た三次
元の頭部形状に対応させるために、第１図に示すキーボ
ード等の電極位置信号入力装置（19）からx,y,z軸の三
次元座標として入力し、コンピュータ（９）内のRAM（1
3）に格納する。
第６ステップST6では第１図に示す様に生体（１）であ
る頭部に21個前後の電極群（５）を載置し、脳内神経活
動に基づく電位測定が行われる。この様に測定された神
経活動の電位は電気刺激，光刺激，音刺激等の種々の刺
激に対する誘発電位、或いは刺激を加えない状態での神
経活動の電位であってもよく、測定値は増幅器（６）→
マルチプレクサ（７）→A/D（８）を介して入力ポート
（14）からコンピュータ（９）にデジタルデータとして
供給され、RAM（13）上に格納される。
る頭部に21個前後の電極群（５）を載置し、脳内神経活
動に基づく電位測定が行われる。この様に測定された神
経活動の電位は電気刺激，光刺激，音刺激等の種々の刺
激に対する誘発電位、或いは刺激を加えない状態での神
経活動の電位であってもよく、測定値は増幅器（６）→
マルチプレクサ（７）→A/D（８）を介して入力ポート
（14）からコンピュータ（９）にデジタルデータとして
供給され、RAM（13）上に格納される。
第７ステップST7では神経活動の電位のうちから１サン
プルロックの電位を取り出しコンピュータ（９）に指定
する。
プルロックの電位を取り出しコンピュータ（９）に指定
する。
次の第８ステップST8では電流双極子を頭蓋内の所定位
置に置いたと仮定したときの指定した電極（５）位置の
伝達行列をコンピュータ（９）の演算部（9b）が演算
し、電流双極子が発生する各電極位置の電位を計算す
る。一般的に神経活動電位の発生源を電流双極子と仮定
したときその電流双極子により頭皮上に発生する電位Vc
は（１）式で表される。
置に置いたと仮定したときの指定した電極（５）位置の
伝達行列をコンピュータ（９）の演算部（9b）が演算
し、電流双極子が発生する各電極位置の電位を計算す
る。一般的に神経活動電位の発生源を電流双極子と仮定
したときその電流双極子により頭皮上に発生する電位Vc
は（１）式で表される。
Vc＝Ａ（ｒ）・ｐ ……（１） ただし、p:電流双極子のベクトル成分、 r:電流双極子の位置、 Ａ（ｒ）：電極の数をＭとするとＭ行３列の伝達行列
（双極子の位置ｒの関数） である。
（双極子の位置ｒの関数） である。
ここで頭蓋内の脳を無限一様の媒質と考えた場合に仮定
した電流双極子から発生する電位をφ∞とし、この電位
から第３図に示す様に生体（１）としての頭蓋骨内に眼
孔，耳孔等の空洞部（２）及び脳（24）を考えた不均質
媒体の電位に変換することを考える。
した電流双極子から発生する電位をφ∞とし、この電位
から第３図に示す様に生体（１）としての頭蓋骨内に眼
孔，耳孔等の空洞部（２）及び脳（24）を考えた不均質
媒体の電位に変換することを考える。
第３図に於いて、 Ψ０：脳，空洞以外の組織における電位 Ψ１：脳内における電位 Ψ２：空洞内における電位 Ψout：頭蓋外における電位 Ω０：脳，空洞以外の組織の領域 Ω１：脳の領域 Ω２：空洞の領域 Ωout：頭蓋外の領域 σ０：脳，空洞以外の組織の導電率 σ１：脳の導電率 σ２：空洞の導電率 σout：頭蓋外の導電率 S0，S1，S2：各領域との境界 とすると、電流双極子を領域Ω１内に置き、この領域が
無限一様媒質であると仮定したときのこの電流双極子か
ら発生する電位をφ∞とすると、φ∞は式（２）で与え
られる。
無限一様媒質であると仮定したときのこの電流双極子か
ら発生する電位をφ∞とすると、φ∞は式（２）で与え
られる。
ここでσ１は無限一様媒体である脳の導電率 γmは電極取付位置 領域をΩとし領域内に電流湧き出し口がある場合その領
域内ではポアソンの方程式で電位を記述できる。即ち領
域Ω内で ここでσは導電率 Ｉは電流湧き出しの強さ φは電位 このポアソンの方程式は境界要素法では解きにくいの
で、次の式を定義する。
域内ではポアソンの方程式で電位を記述できる。即ち領
域Ω内で ここでσは導電率 Ｉは電流湧き出しの強さ φは電位 このポアソンの方程式は境界要素法では解きにくいの
で、次の式を定義する。
この式（４）を用いればポアソンの方程式は次のラプラ
スの方程式となり、境界要素法で解けることになる。
スの方程式となり、境界要素法で解けることになる。
式（５）の境界条件として、４つの領域の境界S0，S1，
S2上では電位及び電流密度が等しいので次の式が成立す
る。
S2上では電位及び電流密度が等しいので次の式が成立す
る。
ここでｎは外向きの法線を表す。
以上の式（５）と（６）を境界要素法を用いて解くこと
により、不均質媒質における電位が求まる。
により、不均質媒質における電位が求まる。
次の第９ステップST9では第６ステップST6で測定した神
経活動の測定電位（Vmとする）から直接電流双極子を求
めるのは困難なので次に延べる方法で電流双極子を求め
る。
経活動の測定電位（Vmとする）から直接電流双極子を求
めるのは困難なので次に延べる方法で電流双極子を求め
る。
上述の測定電位Vmと（１）式で求めた不均質媒質での電
位Vcとの二乗誤差をＳとするとＳは（７）式で表され
る。
位Vcとの二乗誤差をＳとするとＳは（７）式で表され
る。
Ｓ＝(Vm-Vc)t・（Vm−Vc） …（７） ここでｔは転置行列である。
この二乗誤差Ｓを最小とするような電流双極子の位置ｒ
とベクトル成分ｐを求める。電流双極子の位置ｒを任意
に固定したとき（７）式を最小にするベクトルｐは
（１）式から次の様に求まる。
とベクトル成分ｐを求める。電流双極子の位置ｒを任意
に固定したとき（７）式を最小にするベクトルｐは
（１）式から次の様に求まる。
ｐ＝(AtA)-1・At・Vm …（８） ベクトル成分ｐをこの様に選んだとき、二乗誤差Ｓは電
流双極子の位置ｒだけの関数として S0＝Vm t・(EM-A(A-tA)-1・At)Vm …（９） ここでEMはＭ次の単位行列として求まる。
流双極子の位置ｒだけの関数として S0＝Vm t・(EM-A(A-tA)-1・At)Vm …（９） ここでEMはＭ次の単位行列として求まる。
次の第10ステップST10では二乗誤差S0を最小にする電流
双極子の位置ｒを求め、二乗誤差が基準値以下あるか否
かの判断がコンピュータ（９）で成される。
双極子の位置ｒを求め、二乗誤差が基準値以下あるか否
かの判断がコンピュータ（９）で成される。
この二乗誤差が基準以上である場合はシンプレックス法
によって電流双極子の位置を第11ステップST11に示す様
に移動させて、第８ステップST8に戻して二乗誤差の値
が収束する迄この動作を繰り返す。尚上述のシンプレッ
クス法は非線形最適化手法の一つであり、反復計算を行
うことによって近似解を求めるものである。この反復計
算を行うとき、例えば頭蓋内に正四面体を設定し、正四
面体の４つの頂点位置に等価双極子を仮定し、その等価
双極子が発生する頭皮上の電極位置での単位と、実測電
位との二乗誤差を各等価双極子ごとに計算し、そのうち
で一番大きな二乗誤差の値をもつ頂点を、二乗誤差が小
さくなる方向へ移動させる。このときどこへ移動させる
かのアルゴリズムは（10）式にのっとって行われる。
によって電流双極子の位置を第11ステップST11に示す様
に移動させて、第８ステップST8に戻して二乗誤差の値
が収束する迄この動作を繰り返す。尚上述のシンプレッ
クス法は非線形最適化手法の一つであり、反復計算を行
うことによって近似解を求めるものである。この反復計
算を行うとき、例えば頭蓋内に正四面体を設定し、正四
面体の４つの頂点位置に等価双極子を仮定し、その等価
双極子が発生する頭皮上の電極位置での単位と、実測電
位との二乗誤差を各等価双極子ごとに計算し、そのうち
で一番大きな二乗誤差の値をもつ頂点を、二乗誤差が小
さくなる方向へ移動させる。このときどこへ移動させる
かのアルゴリズムは（10）式にのっとって行われる。
ここでＸは四面体の頂点位置 Xhは二乗誤差が最大となる頂点位置 XmはXhを除いた全頂点での重心 α，β，γは定数 Xr，Xe，Xcは上記式での計算後の値 この三つの式を計算しながら、四面体の各頂点を、二乗
誤差が小さくなる方へ移動させ、停止条件を満足したと
ころで停止する。この停止したときの位置が、演算によ
り求まった位置である。
誤差が小さくなる方へ移動させ、停止条件を満足したと
ころで停止する。この停止したときの位置が、演算によ
り求まった位置である。
この様に二乗誤差の値が収束して“YES"の状態になり基
準値以下になったら、その位置の電流双極子を演算によ
る等価双極子として、実際に双極子電源を生体内に挿入
して求めた該等価双極子の位置に対応する補正量をメモ
リから読み出し（第12ステップST12）、該補正量により
前記演算による等価双極子を補正する（第13ステップST
13）。
準値以下になったら、その位置の電流双極子を演算によ
る等価双極子として、実際に双極子電源を生体内に挿入
して求めた該等価双極子の位置に対応する補正量をメモ
リから読み出し（第12ステップST12）、該補正量により
前記演算による等価双極子を補正する（第13ステップST
13）。
この補正は次のように行う。
まず、あらかじめ補正量を求めておく。それには以下の
ようにすれば良い。
ようにすれば良い。
生体の内部（例えば頭蓋の内側）の所定の位置、例えば
第４図に示すように頭蓋骨（25）と脳（24）の間のテス
トポイントTP1に電極を設置して電流双極子電源を形成
し、前述した電位検出手段（10）で、該電流双極子電源
による発生した電位分布を検出して該検出電位分布によ
り前述したのと同一の手順で等価双極子の位置を推定す
る。そうすると、実際に電流双極子電源の存在する位置
（テストポイントTP1）と頭皮上の電位分布から演算し
て推定した等価双極子との位置のズレが求められる。こ
の様な手順で頭蓋内の複数のテストポイントTP2，TP3．
……TP8に順次実際の電流双極子電源を挿入して当該テ
ストポイントにおける演算による等価双極子の位置との
ズレを求めれば、ほぼ頭蓋内全域に渡る等価双極子位置
の誤差が求められる。
第４図に示すように頭蓋骨（25）と脳（24）の間のテス
トポイントTP1に電極を設置して電流双極子電源を形成
し、前述した電位検出手段（10）で、該電流双極子電源
による発生した電位分布を検出して該検出電位分布によ
り前述したのと同一の手順で等価双極子の位置を推定す
る。そうすると、実際に電流双極子電源の存在する位置
（テストポイントTP1）と頭皮上の電位分布から演算し
て推定した等価双極子との位置のズレが求められる。こ
の様な手順で頭蓋内の複数のテストポイントTP2，TP3．
……TP8に順次実際の電流双極子電源を挿入して当該テ
ストポイントにおける演算による等価双極子の位置との
ズレを求めれば、ほぼ頭蓋内全域に渡る等価双極子位置
の誤差が求められる。
このあらかじめ求めた等価双極子の位置に対応した補正
量を外部記憶装置（20）又はRAM（13）に記憶させてお
き、生体の頭皮上の電位分布の測定により等価双極子位
置が求められたら、この位置に対応するズレ量、すなわ
ち補正量を前記外部記憶装置（20）又はRAM（139から読
み出して（第12ステップST12）、位置補正を行えば（第
13ステップST13）、頭蓋骨による演算誤差が補正され、
正しい等価双極子の位置が求められるのである。
量を外部記憶装置（20）又はRAM（13）に記憶させてお
き、生体の頭皮上の電位分布の測定により等価双極子位
置が求められたら、この位置に対応するズレ量、すなわ
ち補正量を前記外部記憶装置（20）又はRAM（139から読
み出して（第12ステップST12）、位置補正を行えば（第
13ステップST13）、頭蓋骨による演算誤差が補正され、
正しい等価双極子の位置が求められるのである。
このようにして補正された等価双極子の位置が求められ
たら、該位置をRAM（13）等のメモリに記憶させる（第1
4ステップST14）。
たら、該位置をRAM（13）等のメモリに記憶させる（第1
4ステップST14）。
次に第14ステップST14で決定した位置の等価双極子の第
８式に示すベクトル成分ｐを第15ステップST15に示す様
にコンピュータ（９）の演算部（9b）で演算する。
８式に示すベクトル成分ｐを第15ステップST15に示す様
にコンピュータ（９）の演算部（9b）で演算する。
なお、本実施例のフローチャートではベクトル成分は実
測値による補正をするようにはなっていないが、ベクト
ル成分も位置の補正と同様に補正できることはもちろん
である。
測値による補正をするようにはなっていないが、ベクト
ル成分も位置の補正と同様に補正できることはもちろん
である。
次の第16ステップST16では実測された頭蓋表面上の位置
に対して電流双極子から求めた電位がどの程度近似して
いるかの程度を表す双極子度を計算する。この双極子度
ｄは（11）式で求められる。
に対して電流双極子から求めた電位がどの程度近似して
いるかの程度を表す双極子度を計算する。この双極子度
ｄは（11）式で求められる。
ここでＭは電極の数である。
次にこの双極子度ｄの値を予め決めておき、限界値以上
か否かを第17ステップST17で判断する。例えば双極子度
ｄの限界値を95％以上とし、95％以上のものは有効と
し、95％より小さい場合は第７ステップST7に戻し次の
時点のサンプリング値を指定する。双極子度ｄが95％以
上であれば第18ステップST18に示す様に、表示手段のCR
T（22）上に電極双極子の位置とベクトル成分を三次元
で表した頭部の図形内に表示する。
か否かを第17ステップST17で判断する。例えば双極子度
ｄの限界値を95％以上とし、95％以上のものは有効と
し、95％より小さい場合は第７ステップST7に戻し次の
時点のサンプリング値を指定する。双極子度ｄが95％以
上であれば第18ステップST18に示す様に、表示手段のCR
T（22）上に電極双極子の位置とベクトル成分を三次元
で表した頭部の図形内に表示する。
本実施例は上述の様な制御動作が成されるが、これら制
御動作を要約すれば、頭蓋内のある位置に電流双極子を
仮定し、その電流双極子から各々の電極位置に生じる電
位を（１）式を用いて計算する。そして各々の電極で実
測された電位Vmと電流双極子から計算された電位Vcとの
二乗誤差S0を計算する。次に電流双極子の位置を少しず
らし前記と同様に二乗誤差を求める。この様にして電流
双極子の位置を少しずつ変えていきながら二乗誤差が最
小になる位置をみつけ、そこを電流双極子の位置と決め
る。このようにして演算により推定した電流双極子の位
置に対応する補正量を、あらかじめ実際に電流双極子電
源を頭蓋内に挿入して求めた補正量のリスト中から読み
出し、等価双極子の位置を補正して正しい等価双極子位
置を求める。又、実測電位に対して電流双極子から求め
た電位の近似度合を示す双極子度を求めて、電流双極子
をCRT上に表示させる様にして、神経活動状態を追跡出
来る様にしたものである。
御動作を要約すれば、頭蓋内のある位置に電流双極子を
仮定し、その電流双極子から各々の電極位置に生じる電
位を（１）式を用いて計算する。そして各々の電極で実
測された電位Vmと電流双極子から計算された電位Vcとの
二乗誤差S0を計算する。次に電流双極子の位置を少しず
らし前記と同様に二乗誤差を求める。この様にして電流
双極子の位置を少しずつ変えていきながら二乗誤差が最
小になる位置をみつけ、そこを電流双極子の位置と決め
る。このようにして演算により推定した電流双極子の位
置に対応する補正量を、あらかじめ実際に電流双極子電
源を頭蓋内に挿入して求めた補正量のリスト中から読み
出し、等価双極子の位置を補正して正しい等価双極子位
置を求める。又、実測電位に対して電流双極子から求め
た電位の近似度合を示す双極子度を求めて、電流双極子
をCRT上に表示させる様にして、神経活動状態を追跡出
来る様にしたものである。
尚、上記実施例では特定の時刻に於ける等価双極子の位
置とベクトル成分を求める場合を説明したが、いくつか
の時点の等価双極子を求めてメモリに記憶させ、これら
を同一画面上に同時に表示することで等価双極子の経時
変化を追跡することもできる。また、本実施例では頭皮
上の電位分布を検出するようにしたが、頭皮上の磁界の
強さを検出するようにしても良く、いわゆるSQUIDとし
て知られる磁束計にも適用できる。さらに、生体内の他
の部位、例えば胸部などで肋骨や空洞部等による電界又
は磁界の擾乱の影響を除去したい場合にも適用できる。
置とベクトル成分を求める場合を説明したが、いくつか
の時点の等価双極子を求めてメモリに記憶させ、これら
を同一画面上に同時に表示することで等価双極子の経時
変化を追跡することもできる。また、本実施例では頭皮
上の電位分布を検出するようにしたが、頭皮上の磁界の
強さを検出するようにしても良く、いわゆるSQUIDとし
て知られる磁束計にも適用できる。さらに、生体内の他
の部位、例えば胸部などで肋骨や空洞部等による電界又
は磁界の擾乱の影響を除去したい場合にも適用できる。
なお、等価双極子の位置又は成分ベクトルを補正する際
に用いる、実際に双極子電源を用いた場合の生体表面上
の電界又は磁界は、補正したい電界又は磁界を発生させ
た被検者とは通常別の被検者のものであり、厳密にいえ
ば頭蓋形状の相違等により補正誤差が発生すると考えら
れるが、実質的にはこの補正誤差は無視し得る程度のも
のである。
に用いる、実際に双極子電源を用いた場合の生体表面上
の電界又は磁界は、補正したい電界又は磁界を発生させ
た被検者とは通常別の被検者のものであり、厳密にいえ
ば頭蓋形状の相違等により補正誤差が発生すると考えら
れるが、実質的にはこの補正誤差は無視し得る程度のも
のである。
したがって、一度ある特定の被検者から実際の双極子電
源によるデータを得ておけば、他のすべての被検者に対
してこのデータによる補正を行うことができ、極めて広
い範囲で応用し得るものである。
源によるデータを得ておけば、他のすべての被検者に対
してこのデータによる補正を行うことができ、極めて広
い範囲で応用し得るものである。
本発明の等価双極子測定装置においては、実際に生体内
に双極子電源を挿入し、該双極子電源による生体表面上
の電界又は磁界を測定して、該測定値からの演算により
推定した等価双極子の位置又はベクトル成分を補正する
補正量をあらかじめ求めておき、該補正量により生体表
面上の電界又は磁界の測定値からの等価双極子の推定値
を補正するようにしたので、生体内の電界又は磁界の媒
質の不均一性を乱す大きな要因である頭蓋骨や肋骨など
の骨や空洞部等による等価双極子演算上の誤差をすべて
除去することができ、等価双極子の正確な位置及びベク
トル成分を求め得るものである。
に双極子電源を挿入し、該双極子電源による生体表面上
の電界又は磁界を測定して、該測定値からの演算により
推定した等価双極子の位置又はベクトル成分を補正する
補正量をあらかじめ求めておき、該補正量により生体表
面上の電界又は磁界の測定値からの等価双極子の推定値
を補正するようにしたので、生体内の電界又は磁界の媒
質の不均一性を乱す大きな要因である頭蓋骨や肋骨など
の骨や空洞部等による等価双極子演算上の誤差をすべて
除去することができ、等価双極子の正確な位置及びベク
トル成分を求め得るものである。
第１図は本発明の等価双極子測定装置の一実施例の構成
を示すブロック図、第２図は第１図の実施例の動作を示
すフローチャート、第３図は不均質媒質を説明する頭部
模式図、第４図は双極子電源を設置する位置の例を示す
概略断面図である。 １…生体、２…空洞部、５…電極群、６…増幅器、７…
マルチプレクサ、８…A/D、10…電位検出手段、12…RO
M、13…RAM、17…ピックアップ、18…デジタイザー、19
…電極位置信号入力装置、20…外部記憶装置、21…プリ
ンタ、22…CRT、24…脳、25…頭蓋骨。
を示すブロック図、第２図は第１図の実施例の動作を示
すフローチャート、第３図は不均質媒質を説明する頭部
模式図、第４図は双極子電源を設置する位置の例を示す
概略断面図である。 １…生体、２…空洞部、５…電極群、６…増幅器、７…
マルチプレクサ、８…A/D、10…電位検出手段、12…RO
M、13…RAM、17…ピックアップ、18…デジタイザー、19
…電極位置信号入力装置、20…外部記憶装置、21…プリ
ンタ、22…CRT、24…脳、25…頭蓋骨。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本間 三郎 千葉県千葉市春日１丁目９番６号 (72)発明者 中村 仁平 東京都八王子市元本郷町１丁目９番９号 中央電子株式会社内 (72)発明者 宮本 啓一 東京都八王子市元本郷町１丁目９番９号 中央電子株式会社内 (72)発明者 中川 伸夫 東京都八王子市元本郷町１丁目９番９号 中央電子株式会社内 (72)発明者 菊地 正史 東京都八王子市元本郷町１丁目９番９号 中央電子株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−227732（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−147977（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−249530（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−256931（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】生体の内部に設置された双極子電源により
該生体表面上に発生した電界又は磁界の測定値から演算
して求めた等価双極子の位置又はベクトル成分を実際の
双極子電源の位置又はベクトル成分と比較して得られた
補正量を記憶した記憶手段と、 生体表面上の電界又は磁界を検出する検出手段と、 該検出手段で検出した前記生体表面上の電界又は磁界の
大きさから該生体内部に仮定した等価双極子の位置又は
ベクトル成分を演算する演算手段と、 該演算手段で演算して得られた等価双極子の位置又はベ
クトル成分に対応する補正量を前記記憶手段から読み出
して前記等価双極子の位置又はベクトル成分を補正する
補正手段と を備えたことを特徴とする等価双極子推定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1237723A JPH0779804B2 (ja) | 1989-09-13 | 1989-09-13 | 等価双極子測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1237723A JPH0779804B2 (ja) | 1989-09-13 | 1989-09-13 | 等価双極子測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0399630A JPH0399630A (ja) | 1991-04-24 |
| JPH0779804B2 true JPH0779804B2 (ja) | 1995-08-30 |
Family
ID=17019539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1237723A Expired - Fee Related JPH0779804B2 (ja) | 1989-09-13 | 1989-09-13 | 等価双極子測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0779804B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6979003B2 (en) | 1999-04-01 | 2005-12-27 | Heeling Sports Limited | Heeling apparatus and method |
| US7032330B2 (en) | 2002-02-01 | 2006-04-25 | Heeling Sports Limited | Grind rail apparatus |
| US7063336B2 (en) | 1999-04-01 | 2006-06-20 | Heeling Sports Limited | External wheeled heeling apparatus and method |
| JP2006325754A (ja) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Brain Research & Development:Kk | 脳波双極子解析装置、脳波双極子解析方法、脳波双極子解析用プログラム及び該プログラムを記憶した記憶媒体 |
| US7610972B2 (en) | 2004-08-04 | 2009-11-03 | Heeling Sports Limited | Motorized transportation apparatus and method |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2508946B2 (ja) * | 1992-06-05 | 1996-06-19 | 日本電気株式会社 | 生体内等価電流双極子定位装置 |
| JP3581319B2 (ja) | 2000-12-18 | 2004-10-27 | 株式会社脳機能研究所 | 脳活動自動判定装置 |
| US10433929B2 (en) | 2007-03-09 | 2019-10-08 | St. Jude Medical, Atrial Fibrillation Division, Inc. | System and method for local deformable registration of a catheter navigation system to image data or a model |
| US9549689B2 (en) | 2007-03-09 | 2017-01-24 | St. Jude Medical, Atrial Fibrillation Division, Inc. | System and method for correction of inhomogeneous fields |
-
1989
- 1989-09-13 JP JP1237723A patent/JPH0779804B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6979003B2 (en) | 1999-04-01 | 2005-12-27 | Heeling Sports Limited | Heeling apparatus and method |
| US7063336B2 (en) | 1999-04-01 | 2006-06-20 | Heeling Sports Limited | External wheeled heeling apparatus and method |
| US7165774B2 (en) | 1999-04-01 | 2007-01-23 | Heeling Sports Limited | External wheeled heeling apparatus and method |
| US7165773B2 (en) | 1999-04-01 | 2007-01-23 | Heeling Sports Limited | Heeling apparatus and method |
| US7621540B2 (en) | 1999-04-01 | 2009-11-24 | Heeling Sports Limited | Heeling apparatus and method |
| US9242169B2 (en) | 1999-04-01 | 2016-01-26 | Heeling Sports Limited | Heeling apparatus |
| US7032330B2 (en) | 2002-02-01 | 2006-04-25 | Heeling Sports Limited | Grind rail apparatus |
| US7610972B2 (en) | 2004-08-04 | 2009-11-03 | Heeling Sports Limited | Motorized transportation apparatus and method |
| JP2006325754A (ja) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Brain Research & Development:Kk | 脳波双極子解析装置、脳波双極子解析方法、脳波双極子解析用プログラム及び該プログラムを記憶した記憶媒体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0399630A (ja) | 1991-04-24 |
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