(57)【要約】【課題】  生体信号を容易に精度良く計測することができる生体信号計測システムを提供する。【解決手段】  被験者の脳の撮像データから３次元の脳モデルを生成するモデル生成部２１と、センサ群を基準とするセンサ座標系と脳モデルを基準とする脳座標系との位置合わせを行う位置合わせ部２２と、脳モデルにおける複数の脳内部位に仮想的に配置された電流要素がそれぞれ所定の大きさの場合に、位置合わせ後の各センサが検出する信号強度を算出し、感度情報テーブルとして格納するテーブル生成部２３と、対象とするセンサを使用者が複数選択可能な入力部２４と、選択された各センサが脳モデルの発する生体信号に対して有する感度分布を感度情報テーブルに基づいて合成する感度分布合成部２５と、合成された感度分布を画面上の脳モデルに表示する出力部２６とを備える生体信号計測システムである。【選択図】  図１
2010088592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の頭部に装着されて頭部周囲に生じる信号強度を検出するセンサ群を有する検出装置と、前記検出装置からの入力情報を処理して出力する情報処理装置とを備える生体信号計測システムであって、
前記情報処理装置は、
被験者の脳の撮像データから３次元の脳モデルを生成するモデル生成部と、
前記センサ群を基準とするセンサ座標系と前記脳モデルを基準とする脳座標系との位置合わせを行う位置合わせ部と、
前記脳モデルにおける複数の脳内部位に仮想的に配置された電流要素がそれぞれ所定の大きさの場合に、位置合わせ後の前記各センサが検出する信号強度を算出し、感度情報テーブルとして格納するテーブル生成部と、
対象とする前記センサを使用者が複数選択可能な入力部と、
選択された前記各センサが、前記脳モデルの発する生体信号に対して有する感度分布を、前記感度情報テーブルに基づいて合成する感度分布合成部と、
合成された感度分布を画面上の前記脳モデルに表示する出力部とを備える生体信号計測システム。
【請求項２】
被験者の頭部に装着されて頭部周囲に生じる信号強度を検出するセンサ群を有する検出装置と、前記検出装置からの入力情報を処理して出力する情報処理装置とを備える生体信号計測システムであって、
前記情報処理装置は、
被験者の脳の撮像データから３次元の脳モデルを生成するモデル生成部と、
前記センサ群を基準とするセンサ座標系と前記脳モデルを基準とする脳座標系との位置合わせを行う位置合わせ部と、
前記脳モデルにおける複数の脳内部位に仮想的に配置された電流要素がそれぞれ所定の大きさの場合に、位置合わせ後の前記各センサが検出する信号強度を算出し、感度情報テーブルとして格納するテーブル生成部と、
対象とする前記脳モデル内の領域を使用者が選択可能な入力部と、
選択された領域に含まれる前記各脳内部位が発する生体信号が前記センサ群に対して生じさせる感度分布を、前記感度情報テーブルに基づいて合成する感度分布合成部と、
合成された感度分布を画面上のセンサ群モデルに表示する出力部とを備える生体信号計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脳内から発生する脳波や脳磁などの生体信号を計測する生体信号計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
生体に刺激を与えることにより脳内から発生する生体信号を計測するシステムが従来から知られている。例えば、特許文献１に開示された脳活動解析装置は、ＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Devices）センサを多数配置したヘルメットを被験者に装着して、脳部位の後、中、前のセンサ群により脳活動信号を測定し、刺激呈示に対する被験者の応答に基づき脳活動を解析することができる。
【特許文献１】特開２００７−２０２６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
脳内の特定の部位から発生する脳活動信号を測定するためには、計測対象となる脳内部位に対応するセンサの選択が必要である。ところが、各被験者の頭部の大きさや形状にはばらつきがあり、ヘルメット型センサや脳波電極を装着する度に装着位置のずれが生じるおそれもあるため、選択されたセンサと計測対象との対応関係に誤差が生じやすく、脳活動信号を正確に計測することが困難であった。このような計測精度の問題は、計測終了後のデータ解析を行う段階で初めて明らかになることが多く、特に臨床的な場面では医療の効率を低下させる要因となり得る。
【０００４】
そこで、本発明は、生体信号を容易に精度良く計測することができる生体信号計測システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の前記目的は、被験者の頭部に装着されて頭部周囲に生じる信号強度を検出するセンサ群を有する検出装置と、前記検出装置からの入力情報を処理して出力する情報処理装置とを備える生体信号計測システムであって、前記情報処理装置は、被験者の脳の撮像データから３次元の脳モデルを生成するモデル生成部と、前記センサ群を基準とするセンサ座標系と前記脳モデルを基準とする脳座標系との位置合わせを行う位置合わせ部と、前記脳モデルにおける複数の脳内部位に仮想的に配置された電流要素がそれぞれ所定の大きさの場合に、位置合わせ後の前記各センサが検出する信号強度を算出し、感度情報テーブルとして格納するテーブル生成部と、対象とする前記センサを使用者が複数選択可能な入力部と、選択された前記各センサが、前記脳モデルの発する生体信号に対して有する感度分布を、前記感度情報テーブルに基づいて合成する感度分布合成部と、合成された感度分布を画面上の前記脳モデルに表示する出力部とを備える生体信号計測システムにより達成される。
また、本発明の前記目的は、被験者の頭部に装着されて頭部周囲に生じる信号強度を検出するセンサ群を有する検出装置と、前記検出装置からの入力情報を処理して出力する情報処理装置とを備える生体信号計測システムであって、前記情報処理装置は、被験者の脳の撮像データから３次元の脳モデルを生成するモデル生成部と、前記センサ群を基準とするセンサ座標系と前記脳モデルを基準とする脳座標系との位置合わせを行う位置合わせ部と、前記脳モデルにおける複数の脳内部位に仮想的に配置された電流要素がそれぞれ所定の大きさの場合に、位置合わせ後の前記各センサが検出する信号強度を算出し、感度情報テーブルとして格納するテーブル生成部と、対象とする前記脳モデル内の領域を使用者が選択可能な入力部と、選択された領域に含まれる前記各脳内部位が発する生体信号が前記セ
ンサ群に対して生じさせる感度分布を、前記感度情報テーブルに基づいて合成する感度分布合成部と、合成された感度分布を画面上のセンサ群モデルに表示する出力部とを備える生体信号計測システムにより達成される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、生体信号を容易に精度良く計測することができる生体信号計測システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る生体信号計測システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、生体信号計測システム１は、検出装置１０と、情報処理装置２０とを備えて構成されている。
【０００８】
検出装置１０は、例えば、脳磁図（ＭＥＧ）や脳波（ＥＥＧ）などの脳活動に伴い発生する信号を検出する装置であり、図２に示すように、頭部に装着することにより、頭部周囲に生じる磁界分布や電位分布などの信号強度を複数のセンサ１０ａにより検出する。検出装置１０の具体例として、多数のＳＱＵＩＤセンサ１０ａからなるセンサ群を有するヘルメット型の全頭型脳磁界計測装置を挙げることができる。
【０００９】
情報処理装置２０は、例えば、パーソナルコンピュータなどからなり、検出装置１０からの入力情報を処理して出力する。情報処理装置２０は、被験者の脳の撮像データから３次元の脳モデルを生成するモデル生成部２１と、センサ群１０ａを基準とするセンサ座標系と脳モデルを基準とする脳座標系との位置合わせを行う位置合わせ部２２と、脳モデルの複数の脳内部位に対して各センサ１０ａが検出する信号強度を算出し、感度情報テーブルを生成するテーブル生成部２３と、使用者が対象とするセンサ１０ａまたは脳内部位を複数入力可能な入力部２４と、入力部２４からの入力と感度情報テーブルに基づいて感度分布を合成する感度分布合成部２５と、合成された感度分布を画面上に表示する出力部２６と、各種情報を格納するメモリ部２７とを備えている。
【００１０】
モデル生成部２１は、ＭＲＩ装置やＸ線ＣＴ装置などを用いて被験者の脳を連続撮像することにより得られた撮像データから、被験者の３次元脳モデルを生成し、メモリ部２７に格納する。本実施形態においては、入力された複数の断層画像から、モデル生成部２１が立体的な脳モデルを構成するようにしているが、モデル生成部２１は、既に３次元化された撮像データの入力を受けて、単にメモリ部２７に格納するものであってもよい。
【００１１】
位置合わせ部２２は、検出装置１０が被験者に装着された状態で、センサ群を基準とするセンサ座標系と、生成された３次元の脳モデルを基準とする頭部座標系との位置合わせを行う。具体的には、被験者の頭部表面に小型の磁場発生コイルを複数配置し、既知の異なる周波数で駆動することにより発生する磁界を検出装置１０が検出し、その位置を推定することで、センサ１０ａに対する頭部すなわち脳モデルの相対的な位置関係を把握することができる。
【００１２】
テーブル生成部２３は、生成された脳モデルにおいて、脳内の各電流要素に対する各センサ１０ａの感度をシミュレーションにより求め、感度情報テーブルを生成してメモリ部２７に格納する。各電流要素は、それぞれ脳内部位と一対一に対応付けることができ、脳の皮質領域にほぼ等間隔に多数（例えば、数千〜１万程度）を仮想的に配置することができる。例えば、頭部形状を球で近似できると仮定すると、脳皮質領域の位置 riに配置し
た仮想的な電流要素に対して、位置 Rjに配置したセンサjの感度 Sij は、次の数式１に
より計算される。
【００１３】
【数１】
2010088592.tif 000003
ただし、niは電流要素を仮想的に配置した位置riの皮質の法線ベクトル、Njは位置 Rj
に配置したセンサjの磁界計測面の法線ベクトル、μ0は真空の透磁率である。また、Ｆ、∇Ｆは、それぞれ次の数式２及び３により求めることができる。
【００１４】
【数２】
2010088592.tif 000004
【００１５】
【数３】
2010088592.tif 000005
入力部２４は、例えばマウス、タッチパネル、キーボードなどであり、モニタなどの出力部２６に表示されたセンサ群モデルまたは脳モデルから、対象となる複数のセンサ、または、複数の脳内部位を含む脳内領域を選択することができる。センサ群モデルとは、検出装置１０が有する全てのセンサ１０ａの位置関係を３次元表示したモデルであり、予めメモリ部２７に格納しておくことができる。
【００１６】
上記の構成を有する生体信号計測システム１によれば、各脳内部位から発生する生体信号に対する各センサ１０ａの感度が、感度情報テーブルに予め格納されているため、使用者が関心のある脳内領域とこれに対応する一群のセンサ１０ａとの関係を、容易に把握することができる。
【００１７】
例えば、センサ群モデルが表示された出力部２６の画面上で、対象となるセンサ１０ａをマウスのクリックなどにより選択すると、感度分布合成部２５は、メモリ部２７に格納された感度情報テーブルを参照し、選択された複数のセンサ１０ａについて、全ての脳内部位の生体信号に対する感度を合成して平均化する。こうして得られた感度分布は、出力部２６に画面表示された脳モデルに濃淡表示や色表示などで視認可能に表示される。
【００１８】
図３は、出力部２６の画面表示の一例を示しており、センサ選択部ａに表示されたセンサ群モデルにおいて各センサのアイコンを選択すると、選択された一群のセンサ（色付き部分Ｃ１）に対する感度分布が、結果出力部ｂの脳モデルにおいて、リアルタイムで濃淡表示される。選択した計測データに付随する、ファイル名や計測パラメータ等は、計測情報表示部ｃに表示される。なお、図３において３次元表示されたセンサ群モデルや脳モデルは、入力部２４の操作により画面上のスライダーＳを動かすことで、選択されているセンサの分布および感度分布をあらゆる角度から観察することができ、センサの選択や感度
分布の視認を容易にしている。
【００１９】
このように、本実施形態の生体信号計測システム１は、選択した複数のセンサに対応する感度分布を脳モデル上に表示させることができるので、脳内の関心領域に対してセンサ群の選択が的確か否かの判断を迅速に行うことができ、データの解析や評価前に、必要に応じてセンサの選択をやり直すことができる。したがって、特定の脳活動領域の計測や解析を効率よく行うことができる。
【００２０】
また、本実施形態の生体信号計測システム１は、センサ群モデルが表示された出力部２６の画面上でセンサを選択する代わりに、出力部２６に画面表示された脳モデルにおいて使用者が関心のある領域を選択し、出力部２６に画面表示されたセンサ群モデルに感度分布を表示させることも可能である。
【００２１】
図４は、このような出力部２６の画面表示例を示しており、脳内領域選択部ｄに表示された脳モデルにおいて、使用者がマウス等のポインティング・デバイス、あるいは標準脳座標系上（Talairach & Tournoux座標系あるいはMNI座標系）の座標によって、指定され
た点から別に指定する距離内にある皮質領域を関心領域として設定する（色付き部分Ｃ２）。なお、Talairach & Tournoux座標系及びMNI座標系については、それぞれ以下の文献
が参考になる（Talairach, J., Tournoux, P., 1988. Co-planar stereotaxic atlas of the human brain. Thieme Medical Publishers, New York.  及び Evans, A.C., Collins, D.L., Mills, S.R, Brown, E.D., Kelly, R.L., Peters, T.M., 1993. 3D statistical
neuroanatomical models from 305 MRI volumes. Proc. IEEE Nucl. Sci. Symp. Med. Imaging Conf., 1813- 1817.）。
【００２２】
感度分布合成部２５は、設定された領域に含まれる複数の脳内部位を抽出し、メモリ部２７に格納された感度情報テーブルを参照して、検出装置１０の全てのセンサ１０ａについて、抽出された各脳内部位に対する感度を合成して平均化する。こうして得られた感度分布は、結果出力部ｅに画面表示されたセンサ群モデルにおいて、濃淡表示や色表示などで視認可能にリアルタイムで反映される。選択した計測データに付随する、ファイル名や計測パラメータ等は、計測情報表示部ｆに表示される。
【００２３】
このように、本実施形態の生体信号計測システム１は、選択した脳内領域に対応する感度分布をセンサ群モデル上に表示させることができるので、脳内の関心領域に対するセンサ群の配置が最適か否かを容易に判断することができ、脳活動の計測前に、必要に応じて検出装置１０の交換やセンサ１０ａの配置の最適化を行うことができる。したがって、特定の脳活動領域の計測や解析を効率よく行うことができる。
【００２４】
上述したセンサの選択による脳モデル上での感度分布の表示と、脳内領域の選択によるセンサ群モデル上での感度分布の表示とは、両者を組合せて使用することも可能である。例えば、脳内の関心領域を脳内領域選択画面で指定して、センサ群モデル上での感度分布を把握した後、この結果から感度が高い複数のセンサをセンサ選択画面で選択して、脳モデル上で所望の感度分布が得られているかを検証することが可能であり、センサの最適な選択を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る生体信号計測システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】検出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図３】出力部の画面表示の一例を示す図である。
【図４】出力部の画面表示の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  生体信号計測システム
１０  検出装置
１０ａ  センサ
２０  情報処理装置
２１  モデル生成部
２２  位置合わせ部
２３  テーブル生成部
２４  入力部
２５  感度分布合成部
２６  出力部
２７  メモリ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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