(57)【要約】【課題】  電磁コイルがどの位置にあってもその位置や向きを特定することのできる磁気刺激装置（磁気刺激における刺激部位の特定あるいはターゲッティングを行うための装置）を提供する。【解決手段】  磁気刺激装置を、被験者の体内部位に磁気刺激を加えるための磁界発生手段Ｍ１と、磁界発生手段Ｍ１を支持するための支持手段Ｍ２と、支持手段Ｍ２の変位を読み取って磁界発生手段Ｍ１の位置及び向きを計測するための計測手段Ｍ３と、前記体内部位と該体内部位の周辺にある体表部位の形状及びそれらの相対的位置関係についての情報を含むデータＤ１を予め格納しておくための記憶手段Ｍ４と、前記体表部位の形状及び位置についての情報を含むデータＤ２を計測するための計測手段Ｍ５と、データＤ１とデータＤ２との位置合わせを行って、前記体内部位の座標を特定する演算手段Ｍ６と、を備えたものとした。【選択図】  図１
2006320425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）被験者の体内部位に磁気刺激を加えるための磁界発生手段Ｍ１と、
（ｂ）磁界発生手段Ｍ１を支持するための支持手段Ｍ２と、
（ｃ）支持手段Ｍ２の変位を読み取って磁界発生手段Ｍ１の位置及び向きを計測するための計測手段Ｍ３と、
（ｄ）前記体内部位と該体内部位の周辺にある体表部位の形状及びそれらの相対的位置関係についての情報を含むデータＤ１を予め格納しておくための記憶手段Ｍ４と、
（ｅ）前記体表部位の形状及び位置についての情報を含むデータＤ２を計測するための計測手段Ｍ５と、
（ｆ）データＤ１とデータＤ２との位置合わせを行って、前記体内部位の座標を特定する演算手段Ｍ６とが備えられてなる、
磁気刺激における刺激部位の特定あるいはターゲッティングを行うための装置。
【請求項２】
磁気刺激によって前記体内部位に生じる誘導電界の分布を表示するための出力手段Ｍ７が備えられてなる請求項１記載の装置。
【請求項３】
被験者の生体反応を計測するための計測手段Ｍ８が備えられてなる請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
磁気刺激を加える前記体内部位の座標を予め設定入力するための入力手段Ｍ９が備えられてなる請求項１〜３いずれか記載の装置。
【請求項５】
支持手段Ｍ２がＮ個の可動部Ｍ２．１〜Ｍ２．Ｎを有してなる請求項１〜４いずれか記載の装置。
【請求項６】
計測手段Ｍ３が、ロータリエンコーダである請求項１〜５いずれか記載の装置。
【請求項７】
計測手段Ｍ５が、カメラによる撮影又はレーザ発振器による測距によって計測を行うものである請求項１〜６いずれか記載の装置。
【請求項８】
計測手段Ｍ５が、光切断法、フェーズシフト法、スポット光法、空間コード法、モアレ法、ステレオ法の中から選ばれる少なくとも１の計測原理を用いるものである請求項７記載の装置。
【請求項９】
支持手段Ｍ２を駆動して磁界発生手段Ｍ１の位置及び向きを変化させるための駆動手段Ｍ１０が備えられてなる請求項１〜８いずれか記載の装置。
【請求項１０】
駆動手段Ｍ１０がモータである請求項９記載の装置。
【請求項１１】
磁気刺激を加える前記体内部位が脳である請求項１〜１０いずれか記載の装置。
【請求項１２】
磁気刺激によって脳表に生じる誘導電界ベクトルと脳表の単位法線ベクトルとを複数点で求めて前記誘導電界ベクトルと前記単位法線ベクトルとの内積が最大となる点を磁界発生手段Ｍ１による刺激部位と特定するための刺激部位特定手段が備えられてなる請求項１１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脳などの体内部位に磁気刺激を行う際に刺激部位の特定やターゲッティングを行うことのできる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、脳に磁気刺激を加えるための装置として、磁気刺激を加えるための電磁コイルと、電磁コイルと被験者頭部との位置を同時に計測するための計測手段とを備え、磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ）などで予め撮影しておいた脳の三次元イメージデータを前記計測手段によって計測される実空間の座標系に位置合わせすることによって、電磁コイルと脳との相対的な位置関係を特定するものが知られている（例えば、特許文献１と特許文献２を参照）。この種の装置は、脳の機能を部位ごとに調べるための手段として、あるいは鬱病を始めとする各種疾患を治療するための手段として、近年注目を集めている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８０６４９号公報（請求項１２、図１）
【特許文献２】特開２００４−０００６３６号公報（請求項１３、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の装置では、前記電磁コイルの位置や向きは、該電磁コイルに固定したマーカからの反射光をカメラなどで読み取って特定することが多く、前記電磁コイルが前記カメラの死角に位置する場合には、前記電磁コイルの位置などを正確に特定することができなかった。このため、磁気刺激を行う場所によっては、被験者やカメラなどの配置を変えなければならず、非常に煩わしかった。また、従来の装置では、電磁コイルを手動で操作していたために、前記電磁コイルを正確な位置や向きに迅速に調整することは困難であった。
【０００５】
そして、従来の装置では、光を反射させるためのマーカや、被験者頭部を位置固定するための固定具などを被験者頭部に取り付ける必要があったために、被験者が鬱陶しく感じるおそれがあった。また、マーカや固定具を被験者頭部の正確な位置に取り付けておかないと、電磁コイルと脳との相対的な位置関係を正しく把握することができなくなるために、その取り付け作業には細心の注意を払う必要があった。さらに、マーカや固定具を正確な位置に取り付けたとしても、脳の三次元イメージデータと計測空間の座標系との位置合わせを必ずしも正確に行うことができるとは限らなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、磁気刺激を加えるための電磁コイルがどの位置にあってもその位置や向きを特定することのできる装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は、（ａ）被験者の体内部位に磁気刺激を加えるための磁界発生手段Ｍ１と、（ｂ）磁界発生手段Ｍ１を支持するための支持手段Ｍ２と、（ｃ）支持手段Ｍ２の変位を読み取って磁界発生手段Ｍ１の位置及び向きを計測するための計測手段Ｍ３と、（ｄ）前記体内部位と該体内部位の周辺にある体表部位の形状及びそれらの相対的位置関係についての情報を含むデータＤ１を予め格納しておくための記憶手段Ｍ４と、（ｅ）前記体表部位の形状及び位置についての情報を含むデータＤ２を計測するための計測手段Ｍ５と、（ｆ）データＤ１とデータＤ２との位置合わせを行って、前記体内部位の座標を特定する演算手段Ｍ６とが備えられてなる、磁気刺激における刺激部位の特定あるいはターゲッティングを行うための装置（以下においては、説明の便宜上、単に‘磁気刺激装置’と表記する。）を提供することによって解決される。
【０００８】
このように、磁界発生手段Ｍ１の位置や向きを支持手段Ｍ２の変位によって特定することで、磁界発生手段Ｍ１が計測手段Ｍ５の死角にある場合であっても、磁界発生手段Ｍ１の位置を検知することが可能になる。ただし、支持手段Ｍ２の変位は、支持手段Ｍ２の変位を直接的に読み取ってもよいし、後述する駆動手段Ｍ１０を支持手段Ｍ２に取り付ける場合には、駆動手段Ｍ１０の変位から間接的に読み取ってもよいものとする。
【０００９】
前記磁気刺激装置に、磁気刺激によって前記体内部位に生じる誘導電界の分布（例えば、磁気刺激によって被験者の脳に生じる誘導電界ベクトルの脳表に対する垂直成分の分布など）を表示するための出力手段Ｍ７を備えることも好ましい。これにより、磁気刺激が加えられている体内部位の任意の座標における磁気刺激の様子を把握することが可能になる。また、被験者の生体反応を計測するための計測手段Ｍ８を備えておくことも好ましい。これにより、前記体内部位を磁気刺激することによって、被験者の身体にどのような変化が現れるのかを観察することも可能になる。さらに、磁気刺激を加える前記体内部位の座標を予め設定入力するための入力手段Ｍ９を備えておくことも好ましい。
【００１０】
支持手段Ｍ２がＮ個の可動部Ｍ２．１〜Ｍ２．Ｎを有することも好ましい。Ｎの値は、磁界発生手段Ｍ１の対称性や、各可動部Ｍ２．１〜Ｍ２．Ｎに付与する自由度などによっても異なるが、後述する「８」の字形の電磁コイルのようにその形状に回転対称性を有さないものを磁界発生手段Ｍ１として用い、各可動部Ｍ２．１〜Ｍ２．Ｎに付与する自由度を全て１とした場合には、通常、６以上に設定される。
【００１１】
計測手段Ｍ３は、支持手段Ｍ２の変位を読み取ることができるものであれば特に限定されず、各種の計測機器を用いることができる。具体的には、モータなどの回転量を計測することのできるロータリエンコーダや、ピストンシリンダなどの伸縮量を計測することのできるリニアエンコーダが、計測手段Ｍ３として例示される。なかでも、ロータリエンコーダは、計測手段Ｍ３として好適なものである。支持手段Ｍ２の各可動部Ｍ２．１〜Ｍ２．Ｎは、他の可動部に対して回転変位するように取り付けられることが多いためである。
【００１２】
計測手段Ｍ５は、磁気刺激を加える体内部位の周辺にある体表部位の位置を計測できるものであれば特に限定されないが、カメラによる撮影又はレーザ発振器による測距によって計測を行うもの（以下においては、説明の便宜上、‘三次元スキャナ’と表記する。）であると好ましい。これにより、前記体表部位の表面形状を把握することが可能となり、データＤ１とデータＤ２との位置合わせより正確に行うことができる。また、被験者にマーカや固定具などを取り付ける必要がなく、被験者が感ずる鬱陶しさを大幅に軽減することのできる磁気刺激装置を提供することも可能になる。さらに、電磁コイルと脳との相対的な位置関係を高い精度で特定することのできる磁気刺激装置を提供することも可能になる。
【００１３】
計測手段Ｍ５の計測原理は、特に限定されないが、光切断法、フェーズシフト法、スポット光法、空間コード法、モアレ法、ステレオ法の中から選ばれる少なくとも１の計測原理を用いるものであると好ましい。これにより、被験者の体表部位の位置だけでなくその表面形状を把握して、データＤ１とデータＤ２との位置合わせをより正確に行うことも可能になる。光切断法、フェーズシフト法、スポット光法、空間コード法、モアレ法、ステレオ法については後述する。
【００１４】
前記磁気刺激装置に、支持手段Ｍ２を駆動して磁界発生手段Ｍ１の位置及び向きを変化させるための駆動手段Ｍ１０を備えることも好ましい。これにより、支持手段Ｍ２を自動的に制御するだけでなく、支持手段Ｍ２を高い精度で位置決めすることも可能になる。また、計測手段Ｍ５や演算手段Ｍ６などの性能によっては、磁界発生手段Ｍ１を被験者の動きに略リアルタイムに追従させることも可能になり、被験者頭部などを完全に固定しなくても磁気刺激を行うことができるようになる。
【００１５】
駆動手段Ｍ１０は、支持手段Ｍ２を駆動するものであれば特に限定されず、モータなどの電気機器やピストンシリンダなどの油圧機器が例示される。なかでも、ステッピングモータやサーボモータなどのモータを用いることが多い。ステッピングモータやサーボモータは、その変位を高精度に制御することができるだけでなく、油圧機器などと比較して応答性に優れ、磁界発生手段Ｍ１を所望の位置に迅速に移動させることも容易なためである。
【００１６】
磁気刺激を加える前記体内部位は、特に限定されないが、脳であることが好ましい。このとき、磁気刺激によって脳表に生じる誘導電界ベクトルと脳表の単位法線ベクトルとを複数点で求めて、前記誘導電界ベクトルと前記単位法線ベクトルとの内積が最大となる点を磁界発生手段Ｍ１による刺激部位と特定するための刺激部位特定手段が備えられていることも好ましい。これにより、磁気刺激される刺激部位の位置を高確度で特定することが可能になる。脳の錐体細胞はその長軸方向が脳表に対して略垂直となるように配列されているが、前記錐体細胞は前記錐体細胞の長軸方向に平行な方向に電界が印加されると興奮するという報告がなされているためである。ただし、本明細書においては、大脳皮質の表面、大脳皮質と大脳白質との境界面、又はそのいずれかの面に平行な大脳皮質内の面（例えば、錐体細胞層のなす曲面）を脳表と呼んでいる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によって、電磁コイルなどの磁界発生手段Ｍ１がどの位置にあってもその位置や向きを特定することのできる磁気刺激装置を提供することが可能になる。また、磁界発生手段Ｍ１を正確な位置及び向きに迅速にターゲッティングすることも可能となるために、被験者頭部が動いたような場合であっても磁界発生手段Ｍ１を被験者頭部にリアルタイムに追従させるといったことも実現可能となり、被験者の感ずる拘束感を軽減することもできる。さらに、磁界発生手段Ｍ１の位置や向きを高い精度で制御でき、磁界発生手段Ｍ１が磁気刺激を加えている体内部位の座標を高い精度で特定することもできる磁気刺激装置を提供することも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［全体構成］
本発明の磁気刺激装置を、図面を用いてより具体的に説明する。図１は、本発明の磁気刺激装置の全体構成の一例を示した概念図である。本例の磁気刺激装置は、図１に示すように、被験者の体内部位に磁気刺激を加えるための磁界発生手段Ｍ１と、磁界発生手段Ｍ１を支持するための支持手段Ｍ２と、支持手段Ｍ２を駆動するための駆動手段Ｍ１０と、支持手段Ｍ２の変位を計測するための計測手段Ｍ３と、前記体内部位と該体内部位の周辺にある体表部位の形状及びそれらの相対的位置関係についての情報を含むデータＤ１を予め格納しておくための記憶手段Ｍ４と、前記体内部位の周辺にある体表部位の形状及び位置についての情報を含むデータＤ２を計測するための計測手段Ｍ５と、前記体内部位の実空間における座標を特定するための演算手段Ｍ６と、演算手段Ｍ６の演算結果などを出力するための出力手段Ｍ７と、被験者の生体反応を計測するための計測手段Ｍ８と、磁気刺激装置に各種設定を行うための入力手段Ｍ９と、を備えたものとなっている。
【００１９】
［磁界発生手段Ｍ１］
磁界発生手段Ｍ１は、被験者１０の体内部位に磁気刺激を加えるためのものとなっている。磁界発生手段Ｍ１は、外部に磁界を発生できるものであれば特に限定されないが、通常、電磁コイルが用いられる。本例の磁気刺激装置においては、磁界発生手段Ｍ１として、略「８」の字形の電磁コイルを採用している。この電磁コイルは、時計方向に電流が流される第一ループと、反時計方向に電流が流される第二ループとが、１点で接近するように並べて配されたものとなっており、第一ループを流れる電流によって前記体内部位に生じる誘導電界と、第二ループを流れる電流によって前記体内部位に生じる誘導電界とが、前記電磁コイルの中央直下の１点で互いに強め合うものとなっている。
【００２０】
［支持手段Ｍ２］
支持手段Ｍ２は、磁界発生手段Ｍ１を支持するためのものとなっている。図２は、図１の支持手段Ｍ２を示した側面図である。本例の磁気刺激装置において、支持手段Ｍ２は、固定部Ｍ２．０と、可動部Ｍ２．１〜Ｍ２．６とを備えた、アームスタンド型のものを採用している。各可動部Ｍ２．１〜Ｍ２．６は、回転するものであってもよいし、スライドするものであってもよい。本例の磁気指摘装置において、可動部Ｍ２．１は、軸Ｌ１を中心に回転できる状態で固定部Ｍ２．０に連結されており、可動部Ｍ２．２は、軸Ｌ２を中心に回転できる状態で可動部Ｍ２．１に連結されている。また、可動部Ｍ２．３は、軸Ｌ３を中心に回転できる状態で可動部Ｍ２．２に連結されており、可動部Ｍ２．４は、軸Ｌ４を中心に回転できる状態で可動部Ｍ２．３に連結されている。さらに、可動部Ｍ２．５は、軸Ｌ５を中心に回転できる状態で可動部Ｍ２．４に連結されており、可動部Ｍ２．６は、軸Ｌ６を中心に回転できる状態で可動部Ｍ２．５に連結されている。ただし、軸Ｌ１，Ｌ４，Ｌ６は、図２の紙面に平行であり、軸Ｌ２，Ｌ３，Ｌ５は、図２の紙面に垂直である。可動部Ｍ２．６には、磁界発生手段Ｍ１が固定されている。
【００２１】
［駆動手段Ｍ１０］
駆動手段Ｍ１０は、支持手段Ｍ２を駆動するためのものとなっている。本例の磁気刺激装置では、駆動手段Ｍ１０を６個の駆動手段Ｍ１０．１〜Ｍ１０．６（図示省略）によって構成している。駆動手段Ｍ１０．１〜Ｍ１０．６のそれぞれは、図２に示した軸Ｌ１〜Ｌ６の周辺で支持手段Ｍ２に取り付けられており、可動部Ｍ２．１〜Ｍ２．６を独立して駆動することができるようになっている。駆動手段Ｍ１０．１〜Ｍ１０．６としては、モータなどの回転型のアクチュエータや、ピストンシリンダなどのスライド型のアクチュエータが例示される。駆動手段Ｍ１０．１〜Ｍ１０．６は、１自由度で駆動されるものであってもよいし、多自由度モータのように２以上の自由度で駆動されるものであってもよい。本例の磁気刺激装置においては、駆動手段Ｍ１０．１〜Ｍ１０．６の全てを１自由度のステッピングモータとしている。
【００２２】
［計測手段Ｍ３］
計測手段Ｍ３は、支持手段Ｍ２の変位を計測するためのものとなっている。本例の磁気刺激装置では、計測手段Ｍ３を６個の計測手段Ｍ３．１〜Ｍ３．６（図示省略）によって構成している。計測手段Ｍ３．１〜Ｍ３．６は、それぞれ駆動手段Ｍ１０．１〜Ｍ１０．６に取り付けられており、計測手段Ｍ３．１〜Ｍ３．６と駆動手段Ｍ１０．１〜Ｍ１０．６とが１対１で対応するようになっている。このため、計測手段Ｍ３．１〜Ｍ３．６で可動部Ｍ２．１〜Ｍ２．６の変位をそれぞれ計測して、磁界発生手段Ｍ１の位置及び向きを検知することができるようになっている。計測手段Ｍ３．１〜Ｍ３．６としては、モータなどの回転量を計測することのできるロータリエンコーダや、ピストンシリンダなどの伸縮量を計測することのできるリニアエンコーダが例示される。ロータリエンコーダやリニアエンコーダを計測手段Ｍ３として採用する場合には、アブソリュート式のものを選択してもよいし、インクリメント式のものを選択してもよい。本例の磁気刺激装置においては、計測手段Ｍ３．１〜Ｍ３．６の全てをロータリエンコーダとしている。
【００２３】
［記憶手段Ｍ４］
記憶手段Ｍ４は、磁気刺激を加える体内部位と該体内部位の周辺にある体表部位の形状及びそれらの相対的位置関係についての情報を含むデータＤ１を予め格納しておくためのものとなっている。記憶手段Ｍ４としては、通常、ワークステーションなどのコンピュータに内蔵又は接続された記憶装置（コンピュータの基本装置の一。必要なデータを蓄えておく装置。ＬＳＩ などを用いた主記憶装置と、磁気ディスク・磁気テープなどを用いた補助記憶装置に大別される。）が用いられる。主記憶装置としては、ＲＡＭ（ＶＲＡＭを含む。）が例示され、補助記憶装置としてはハードディスクが例示される。
【００２４】
［計測手段Ｍ５］
計測手段Ｍ５は、磁気刺激を加える体内部位の周辺にある体表部位の形状及び位置についての情報を含むデータＤ２を計測するためのものとなっている。計測手段Ｍ５として用いる三次元スキャナは、いわゆる二次元スキャナを複数台組み合わせて構成したものであってもよい。計測手段Ｍ５の計測原理としては、光切断法、フェーズシフト法、スポット光法、空間コード法、モアレ法、ステレオ法が例示される。これらの計測原理について説明する。
【００２５】
［光切断法］
光源から出射した光をスリットや格子などの光切断部を介して計測対象物（被験者頭部）に照射し、該計測対象物の表面に線状に投影された光をカメラで撮影することによって、前記計測対象物の表面における光が投影された点の座標を求める計測方法である。該点の座標は、前記計測対象物の表面に照射された光が前記カメラの撮像面において結像する位置から演算することができる。その演算には、三角測量の原理が用いられる。
【００２６】
［フェーズシフト法］
前記光切断法において、格子やカメラの撮像面などを移動させながら撮影を行い、前記計測対象物の表面における光が投影された点の座標を求める計測方法である。フェーズシフト法を用いることによって、１回の測定で多数の点の座標を求めることができる。
【００２７】
［スポット光法］
光源から計測対象物にレーザ光を照射し、該計測対象物の表面にスポット状に投影された光をカメラや半導体位置検出素子（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）などで撮影することによって、前記計測対象物の表面における光が投影された点の座標を求める計測方法である。スポット光法には、前記光源と前記カメラとを同軸に配する同軸式と、前記光源と前記カメラとを非同軸に配する非同軸式（三角測量式とも呼ばれる。）とがある。同軸式の場合には、カメラやＰＳＤの撮像面に形成された干渉縞のピッチから前記点の座標を求めることができ、非同軸式の場合には、三角測量の原理により前記点の座標を求めることができる。
【００２８】
［空間コード法］
光源から出射した光を格子などを介して計測対象物に照射し、該計測対象物の表面に投影された光のパターンの変化をカメラで複数回撮影し、撮影された複数枚の画像を解析することによって、前記計測対象物の表面における光が投影された点の座標を求める計測方法である。
【００２９】
［モアレ法］
光源から出射した光を一の格子を介して計測対象物に照射し、該計測対象物の表面に投影された光のパターンを他の格子を介してカメラで撮影し、該カメラで撮影されたモアレ画像から前記計測対象物の表面における光が投影された点の座標を求める計測方法である。光源の光軸とカメラの光軸は、通常、平行となるように配される。
【００３０】
［ステレオ法］
撮影方向の異なる複数台のカメラで計測対象物を撮影し、各カメラの画像から計測対象物の表面における対応する点を見つけることによって、その対応する点の座標を求める計測原理である。対応する点の座標は、その点が各カメラの撮像面に結像する位置から演算することができる。その演算には、三角測量の原理が用いられる。
【００３１】
本例の磁気刺激装置においては、計測手段Ｍ５として、日本電気エンジニアリング株式会社製の三次元スキャナ「Ｄａｎａｅ（登録商標）」を用いている。この三次元スキャナは、その計測原理に多眼正弦波格子位相シフト法を用いたものとなっている。多眼正弦波格子位相シフト法は、前記光切断法と前記フェーズシフト法とを組み合わせて、計測対象物の表面形状を計測するものとなっている。
【００３２】
多眼正弦波格子位相シフト法についてさらに詳しく説明する。図３は、図１の計測手段Ｍ５の計測原理を説明する原理図である。図３において、ｙ軸は、紙面に垂直で紙面手前側が正となる向きに配されている。この計測手段Ｍ５は、光源Ｍ５．１と、カメラＭ５．２と、格子Ｍ５．３とを用いて、被験者１０の体表部位の表面形状を計測するものとなっている。光源Ｍ５．１には、人体に照射しても安全なハロゲンランプを採用しており、カメラＭ５．２には、ＣＣＤカメラを採用している。以下においては、説明の便宜上、光源Ｍ５．１は原点Ｏにあるものとする。また、カメラＭ５．２のレンズは点Ａ（ａ，０，０）にあるものとし、カメラＭ５．２の撮像面αはｘｙ平面に平行で点Ａからｚ軸方向に距離ｆ（焦点距離）の位置にあるものとする。さらに、格子Ｍ５．３は、ｘｙ平面に平行で原点Ｏからｚ軸方向に距離ｂの位置にあるものとする。ａ，ｂ，ｆの値は、全て既知である。
【００３３】
図３に示すように、光源Ｍ５．１から出射された光が、格子Ｍ５．３上の点Ｂ（ｃ，ｄ，ｂ）を通過して被験者１０の体表部位上の点Ｐに照射され、カメラＭ５．２の撮像面α上の点Ｑ（ａ＋Ｘ，Ｙ，−ｆ）で結像された場合について考える。このとき、直線ＰＱ上にある点Ｒの位置ベクトル（ｘＲ，ｙＲ，ｚＲ）は、媒介変数ｒを用いて下記式（１）で表すことができる。
【数１】
2006320425.tif 000003
【００３４】
また、直線ＯＰ上にある点Ｓの位置ベクトル（ｘＳ，ｙＳ，ｚＳ）は、媒介変数ｓを用いて下記式（２）で表すことができる。
【数２】
2006320425.tif 000004
【００３５】
点Ｐは直線ＰＱと直線ＯＰとの交点であるので、ｘＲ＝ｘＳ（＝ｘＰ）、ｙＲ＝ｙＳ（＝ｙＰ）、ｚＲ＝ｚＳ（＝ｚＰ）として、上記式（１）と上記式（２）を解くと、点Ｐの位置ベクトル（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）を求めることができる。点Ｐの位置ベクトルを具体的に求めてみると、下記式（３）のようになる。
【数３】
2006320425.tif 000005
上記式（３）において、ａ，ｂ，ｆ，Ｘ，Ｙの値は既知であるので、ｃの値が分かれば、点Ｐの位置ベクトル（座標）を特定することができる。
【００３６】
本例の計測手段Ｍ５においては、格子Ｍ５．３として、フィルムに正弦波パターンを印刷したもの（正弦波格子）を用いている。このため、被験者１０の体表部位には、明暗パターンが現われるようになっている。また、カメラＭ５．２の撮像面αには、受光した光の明るさに応じた電流を出力する撮像素子を配している。このため、撮像素子が出力した電流値を計測することによって、その撮像素子が受光した光が格子Ｍ５．３のどの位置を通過してきたものなのか（ｃの値）が分かるようになっている。
【００３７】
ただし、格子Ｍ５．３（正弦波格子）は、透過率の等しい場所がｘ軸方向でも複数個所に存在するために、本例の計測手段Ｍ５では、正弦波格子の位置をｘ軸方向にシフトさせることによって、点Ｑが受光する光の強度の時間的変化を監視するようにしている。これにより、ｃの値を絞り込むことができ、点Ｐの座標を一義的に特定することができる。この計測原理は、多眼正弦波格子位相シフト法と呼ばれている。同様に、撮像面α上の点Ｑ以外の点についてもｃの値を求めていくと、被験者１０の体表部位の位置だけでなくその表面形状についての情報をも含むデータＤ２が生成される。
【００３８】
［演算手段Ｍ６］
演算手段Ｍ６は、データＤ１における体表部位とデータＤ２における体表部位とを重ね合わせて位置合わせすることによって、前記体内部位の実空間における座標を特定するためのものとなっている。演算手段Ｍ６は、前記体内部位の座標を特定するためだけに用いてもよいし、その他の処理を行わせてもよい。本例の磁気刺激装置においては、演算手段Ｍ６を、磁界発生手段Ｍ１の位置を特定するための磁界発生位置特定手段や、刺激部位を特定するための刺激部位特定手段としても利用している。演算手段Ｍ６には、通常、ワークステーションなどのコンピュータに内蔵された演算装置（マイクロプロセッサの構成要素の一つで、四則演算や論理演算など算術的な処理を行なう回路。）が用いられる。
【００３９】
［出力手段Ｍ７］
出力手段Ｍ７は、磁気刺激によって前記体内部位に生じる誘導電界の分布など、演算手段Ｍ６の演算結果などを出力するためのものとなっている。出力手段Ｍ７には、通常、ディスプレイなどの表示装置が用いられる。
【００４０】
［計測手段Ｍ８］
計測手段Ｍ８は、磁気刺激を加えることによって被験者１０の身体に生じた生体反応を計測するためのものとなっている。計測手段Ｍ８は、特に限定されるものではないが、本例の磁気刺激装置では、筋電計を用いている。
【００４１】
［入力手段Ｍ９］
入力手段Ｍ９は、磁気刺激を行う刺激部位の座標を磁気刺激装置に設定するなど、各種設定を行うためのものとなっている。入力手段Ｍ９には、通常、マウスやキーボードなどの入力装置が用いられる。
【００４２】
［磁気刺激方法］
次に、本発明の磁気刺激装置を用いた磁気刺激方法について説明する。以下においては、説明の便宜上、磁気刺激を加える体内部位を脳として説明しているが、これに限定されない。また、計測手段Ｍ５によって計測を行う体表部位は、磁気刺激を行う体内部位の周辺にあり、該体内部位に対して相対的な位置が変化しない部分の体表部位であれば特に限定されないが、以下においては、被験者頭部として説明している。さらに、「データＤ１」を「三次元イメージデータＤ１」と表記し、「データＤ２」を「三次元イメージデータＤ２」と表記し、「計測手段Ｍ５」を「三次元スキャナＭ５」と表記して説明している。
【００４３】
まず、脳の三次元イメージデータＤ１を用意する。三次元イメージデータＤ１は、磁気共鳴イメージング装置やＸ線イメージング装置などから取得できる。なかでも、磁気共鳴イメージング装置は、被爆の心配がなく軟組織の判別も容易なために好ましい。本例の磁気刺激方法においては、磁気共鳴イメージング装置を用いて脳の断面画像を複数枚撮影し、得られた脳の断面画像を積層することによって三次元イメージデータＤ１を生成している。
【００４４】
図４に、三次元イメージデータＤ１の一例を示す。三次元イメージデータＤ１には、破線で示すように、被験者頭部の表面も現われる。生成された三次元イメージデータＤ１は、記憶手段Ｍ４に予め格納される。三次元イメージデータＤ１には、モデル化されたもの（多数の被験者からサンプリングを行って取得した平均的なデータなど）を用いてもよいが、形状や寸法に個人差が顕著に現れる体内部位を磁気刺激する場合や、磁気刺激を加える部位を高確度で特定する必要があるような場合には、通常、被験者本人を計測して得られたものが用いられる。
【００４５】
続いて、磁界発生手段Ｍ１の位置及び向きを規定する座標系の原点を、三次元スキャナＭ５が計測する空間の座標系の原点に一致させ、磁界発生手段Ｍ１の座標系と三次元スキャナＭ５の座標系とをリンクさせる。この原点合わせは、例えば、磁界発生手段Ｍ１を三次元スキャナＭ５で撮影し、三次元スキャナＭ５から取得した磁界発生手段Ｍ１の位置を示すパラメータ群を計測手段Ｍ３から取得した同様のパラメータ群と比較することによって行うことができる。
【００４６】
三次元スキャナＭ５は、その視野に被験者頭部が入るとその表面形状を計測して、被験者頭部の三次元イメージデータＤ２を生成する。図４に、三次元イメージデータＤ２の一例を示す。三次元イメージデータＤ２は、演算手段Ｍ６に送信される。記憶手段Ｍ４に格納されていた三次元イメージデータＤ１は、図４に示すように、演算手段Ｍ６によって三次元イメージデータＤ２に重ねられ、三次元イメージデータＤ３が生成される。三次元イメージデータＤ１と三次元イメージデータＤ２との位置合わせは、三次元イメージデータＤ１，Ｄ２に現われた被験者頭部のうち、表情筋のない部位（額や顎など）や、形状に特徴を有する部位（鼻や顎など）などの表面を互いに重ね合わせることによって行うと容易かつ高精度に行うことができる。三次元イメージデータＤ３は、出力手段Ｍ７に表示される。
【００４７】
続いて、磁界発生手段Ｍ１を被験者頭部の周辺で移動させ、磁界発生手段Ｍ１の位置及び向きを調節する。このとき、演算手段Ｍ６（刺激部位特定手段）は、図５に示すように、脳表の複数点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３・・・で、磁界発生手段Ｍ１によって脳表に生じる誘導電界ベクトルＶ１と、脳表の単位法線ベクトルＶ２とを算出し、誘導電界ベクトルＶ１と単位法線ベクトルＶ２との内積（誘導電界ベクトルＶ１の脳表に対する垂直成分Ｖ３の大きさ）を各点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３・・・ごとに求め、それぞれを比較している。脳表の単位法線ベクトルＶ２は、例えば、三次元イメージデータＤ１の脳表周辺を画素レベルで解析することによって求めることができる。誘導電界ベクトルＶ１と単位法線ベクトルＶ２との内積が最大となった点は、磁界発生手段Ｍ１による刺激部位と特定されて、三次元イメージデータＤ３上に重ねられて出力手段Ｍ７に表示される。このため、出力手段Ｍ７で刺激部位の位置を確認しながら、磁界発生手段Ｍ１の位置及び向きを調節することができるようになっている。図５の例では、点Ｐ２が刺激部位と特定される。
【００４８】
磁界発生手段Ｍ１の調節は、手動で行ってもよいし、駆動手段Ｍ１０を駆動することによって行ってもよい。また、粗調節のみを手動で行って、その後の微調節は駆動手段Ｍ１０を駆動して行うといったことも可能である。駆動手段Ｍ１０を駆動して磁界発生手段Ｍ１の調節を行う場合には、磁界発生手段Ｍ１を移動させたい点の座標や、磁界発生手段Ｍ１によって磁気刺激を加えたい点の座標などを磁気刺激装置に予め設定しておき、設定された位置に磁界発生手段Ｍ１が自動的に移動するように制御することもできる。刺激部位が所望の位置に一致したのを確認すると、磁界発生手段Ｍ１による磁気刺激を開始する。
【００４９】
このとき、被験者頭部が動かないという前提であれば、磁界発生手段Ｍ１が磁気刺激を行っている間は、駆動手段Ｍ１０の駆動系統を遮断しておくことが好ましい。これにより、磁界発生手段Ｍ１によって生じた磁界によって、駆動手段Ｍ１０が誤作動するのを防止することができるためである。しかし、被験者頭部が動くおそれがあり、駆動系統Ｍ１０に電磁遮蔽が十分に施されているという前提であれば、駆動手段Ｍ１０の駆動系統を遮断しない方が好ましい。これにより、磁界発生手段Ｍ１を被験者頭部の動きにリアルタイムに追従させて、磁界発生手段Ｍ１と被験者頭部との相対的な位置関係を常に一定に保つといったことも可能となるためである。
【００５０】
磁気刺激によって被験者の身体に生体反応が生ずると、計測手段Ｍ８が反応する。このため、磁気刺激されている部位にどのような機能があるのかを調べることができるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の磁気刺激装置の全体構成の一例を示した概念図である。
【図２】図１の磁気刺激装置で用いた支持手段Ｍ２を示した側面図である。
【図３】図１の磁気刺激装置で用いた計測手段Ｍ５の計測原理を説明する原理図である。
【図４】三次元イメージデータＤ１と三次元イメージデータＤ２とを重ね合わせることによって三次元イメージデータＤ３を生成している状態を示した図である。
【図５】刺激部位の特定原理を説明する原理図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  被験者
Ｄ１  体内部位（脳）の三次元イメージデータ
Ｄ２  体表部位（被験者頭部）の三次元イメージデータ
Ｄ３  三次元イメージデータＤ１，Ｄ２を重ね合わせた三次元イメージデータ
Ｌ１〜Ｌ６  軸
Ｍ１  磁界発生手段（電磁コイル）
Ｍ２  支持手段（アームスタンド）
Ｍ２．０  固定部
Ｍ２．１〜Ｍ２．６  可動部
Ｍ３  計測手段（ロータリエンコーダ）
Ｍ４  記憶手段（記憶装置）
Ｍ５  計測手段（三次元スキャナ）
Ｍ５．１  光源
Ｍ５．２  カメラ
Ｍ５．３  格子
Ｍ６  演算手段（演算装置）
Ｍ７  出力手段（ディスプレイ）
Ｍ８  計測手段（筋電計）
Ｍ９  入力手段（キーボード、マウス）
Ｍ１０  駆動手段（ステッピングモータ）
【図１】
2006320425.tif 000006
【図２】
2006320425.tif 000007
【図３】
2006320425.tif 000008
【図４】
2006320425.tif 000009
【図５】
2006320425.tif 000010