(57)【要約】本発明は、生体磁気測定信号から、干渉、つまりその発生源が測定対象の近傍に位置した干渉成分を認識して除去する。本発明はＳＳＳ法を利用し、これは、測定用センサの組について、その内部の信号源及び外部の信号源に関連する信号を、２つの連続した結果を計算することで、互いに分離するために使用できる。本発明で調べる発信源は、いわゆる中間領域に位置しており、上記結果の両方への成分を生み出し、従って時間領域で実行される分析によって検出できる。各成分への分割は、主成分分析（ＰＣＡ）、独立成分分析（ＩＣＡ）、又は特異値分解を用いて行える。最終的に、中間領域において明らかにされる干渉は、例えば、線形代数的な直交射影を使用して、測定信号から除去できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多チャネル測定装置のセンサの近傍に位置した干渉源によって生じる干渉信号を除去するための方法であって、
少なくとも１つのセンサを用いて信号を測定するステップを備え、さらに、
測定信号に基づいて、センサの組の内部及び外部に起因する信号成分を再構成するステップと、
内部の再構成結果を外部の再構成結果と比較するステップと、
前記干渉信号が前記内部の再構成結果及び前記外部の再構成結果の両方に信号成分を生じさせるという事実によって前記干渉信号を認識するステップと、を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
時系列の統計分析に基づいて、前記内部の再構成結果を前記外部の再構成結果と比較するステップをさらに有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ＳＳＳ（信号空間分離）法を用いて前記測定信号に基づき、前記センサの組の内部に起因する信号成分及び前記センサの組の外部に起因する信号成分を再構成するステップをさらに有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記比較の前に、再構成結果の主成分分析を実行するステップと、
前記主成分分析によって得られた結果の類似性を調べることによって前記干渉信号を認識するステップをさらに有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記比較の前に、再構成結果の独立成分分析を実行するステップと、
前記独立成分分析によって得られた結果の類似性を調べることによって前記干渉信号を認識するステップをさらに有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記比較の前に、再構成結果の特異値分解を実行するステップと、
前記特異値分解の結果として得られる行列Σの対角要素の類似性を調べることによって前記干渉信号を認識するステップをさらに有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記再構成の前に、測定データを、処理すべき期間毎に区分するステップをさらに有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ＳＳＳ法で、多チャネル測定装置を使用して記録した磁場が、ある幾何学的配置、すなわち、対象信号源が測定ボリュームＶ１に配置され、該信号源の場又はその成分を測定するセンサがボリュームＶ１の外側のボリュームＶ２にあり、磁気的干渉源及びアクチュエータが、ボリュームＶ１及びボリュームＶ２の外側のボリュームＶ３にあって、該ボリュームＶ３を無限とし得る配置にて分析され、前記方法が、
前記ボリュームＶ１に位置した対象信号源により生成される磁場を、基本場の和として前記ボリュームＶ２でパラメータ化するステップであって、各基本場は、前記ボリュームＶ１の外部において、渦なしで湧き出しがなく、有限であり、前記ボリュームＶ２でパラメータ化された磁場について所望の精度が得られるようにするステップと、
前記ボリュームＶ３に位置した干渉源及び補償用アクチュエータにより生成される総磁場を、基本場の和として前記ボリュームＶ２でパラメータ化するステップであって、各基本場は、前記ボリュームＶ３の外部において、渦なしで湧き出しがなく、有限であり、前記ボリュームＶ２でパラメータ化された磁場について所望の精度が得られるようにするステップと、
各基本場に対応する測定装置の信号ベクトルを算出するステップと、
センサを使用して磁気信号を測定するステップと、
異なるボリュームに位置する発信源により生成された場を、前記基本場に関連する信号ベクトルにより形成される基底において、測定された信号ベクトルの成分を計算することで分離するステップと、をさらに有する、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項９】
調べる各期間について信号行列を生成するステップと、
前記ＳＳＳ法において、前記調べる各期間に対して、前記内部での多極成分行列と前記外部での多極成分行列を、前記ＳＳＳ法で与えられる信号行列及び基底行列を用いて算出するステップをさらに備える、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記再構成において、前記センサの組の外部に起因する信号成分を、残留信号で置換するステップをさらに有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記センサの組の外部に起因する信号成分を、前記残留信号の算出において除外することにより、前記残留信号を形成するステップをさらに有する、ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
外部干渉を測定するための基準センサの組を有する多チャネル測定装置を用意するステップと、
前記センサの組の外部に起因する信号成分、又は残留信号を、前記基準センサの組によって測定される信号から形成するステップを有する、ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
ＳＳＰ（信号空間射影）法を使用して、測定信号から、認識済み干渉信号を除去するステップをさらに有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法を運動の監視方法として用いる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記方法を較正アルゴリズムとして用いる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記方法を脳磁図記録装置（ＭＥＧ）において用いる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
多チャネル測定装置のセンサの近傍に位置した干渉源によって生じる干渉信号を除去するためのシステムであって、
信号を測定するための１つ以上の磁気センサを含むセンサ（２０）の組と、
前記センサ（２０）の各々に結合する帰還コイル（２２）と、
前記測定装置を制御する制御手段（２１）を備えており、
前記制御手段（２１）は、前記センサ（２０）の組の内部に起因する信号成分及び前記センサ（２０）の組の外部に起因する信号成分を、測定信号から再構成し、
前記制御手段（２１）は、前記内部の再構成結果を前記外部の再構成結果と比較し、
前記制御手段（２１）は、前記干渉信号が前記内部の再構成結果及び前記外部の再構成結果の両方に信号成分を生じさせるという事実によって前記干渉信号を認識する、ことを特徴とするシステム。
【請求項１８】
時系列の統計分析に基づいて、前記内部の再構成結果を前記外部の再構成結果と比較する制御手段（２１）をさらに備える、ことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
ＳＳＳ（信号空間分離）法を用いて測定信号から、前記センサ（２０）の組の内部に起因する信号成分及び前記センサ（２０）の組の外部に起因する信号成分を再構成する制御手段（２１）をさらに備える、ことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記比較の前に、再構成結果の主成分分析を実行する制御手段（２１）であって、
前記主成分分析によって与えられた結果の類似性を調べることによって前記干渉信号を認識する制御手段（２１）をさらに備える、ことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
前記比較の前に、再構成結果の独立成分分析を実行する制御手段（２１）であって、
前記独立成分分析によって与えられた結果の類似性を調べることによって前記干渉信号を認識する制御手段（２１）をさらに備える、ことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２２】
前記比較の前に、再構成結果の特異値分解を実行する制御手段（２１）であって、
前記特異値分解の結果として得られる行列Σの対角要素の類似性を調べることによって前記干渉信号を認識する制御手段（２１）をさらに備える、ことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２３】
前記再構成の前に、測定データを、処理すべき期間毎に区分する制御手段（２１）をさらに備える、ことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２４】
前記ＳＳＳ法で、多チャネル測定装置を使用して記録した磁場が、ある幾何学的配置、すなわち、対象信号源が測定ボリュームＶ１に配置され、該信号源の場又はその成分を測定するセンサがボリュームＶ１の外側のボリュームＶ２にあり、磁気的干渉源及びアクチュエータが、ボリュームＶ１及びボリュームＶ２の外側のボリュームＶ３にあって、該ボリュームＶ３を無限とし得る配置にて分析され、
前記制御手段（２１）は、
前記ボリュームＶ１に位置した対象信号源により生成される磁場を、基本場の和としてパラメータ化し、各基本場は、前記ボリュームＶ１の外部において、渦なしで湧き出しがなく、有限であり、前記ボリュームＶ２でパラメータ化された磁場について所望の精度が得られるようにし、
前記ボリュームＶ３に位置した干渉源及び補償用アクチュエータにより生成される総磁場を、基本場の和としてパラメータ化し、各基本場は、前記ボリュームＶ３の外部において、渦なしで湧き出しがなく、有限であり、前記ボリュームＶ２でパラメータ化された磁場について所望の精度が得られるようにし、
各基本場に対応する測定装置の信号ベクトルを算出し、
前記センサ（２０）を使用して磁気信号を測定し、
異なるボリュームに位置する発信源により生成された場を、前記基本場に関連する信号ベクトルにより形成される基底において、測定された信号ベクトルの成分を計算することで分離する、ように構成された、請求項１９に記載したシステム。
【請求項２５】
調べる各期間について信号行列を生成する制御手段（２１）であって、
前記ＳＳＳ法において、前記調べる各期間に対して、前記内部での多極成分行列及び前記外部での多極成分行列を、前記ＳＳＳ法の信号行列及び基底行列を用いて算出する制御手段（２１）をさらに備える、ことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２６】
前記再構成において、センサ（２０）の組の外部に起因する信号成分を、残留信号で置換する制御手段（２１）をさらに備える、ことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２７】
前記センサ（２０）の組の外部に起因する信号成分を、前記残留信号の算出において除外することにより、前記残留信号を形成する制御手段（２１）をさらに備える、ことを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
外部干渉を測定するために、多チャネル測定装置に追加した基準センサの組と、
前記センサ（２０）の組の外部に起因する信号成分、又は残留信号を、前記基準センサの組によって測定される信号から形成する制御手段（２１）をさらに備える、ことを特徴とする請求項１７から２７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２９】
ＳＳＰ（信号空間射影）法を使用して、測定信号から、認識済み干渉信号を除去する制御手段（２１）をさらに備える、ことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項３０】
前記センサ（２０）の組、前記帰還コイル（２２）、及び前記制御手段（２１）が、脳磁図記録（ＭＥＧ）装置の一部として機能する、ことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁気的な多チャネル測定値から、干渉信号、つまり、その発信源が測定対象の非常に近くに位置した信号を除去するための新規で先進的な方法に関する。特に、本発明は、多チャネルの脳磁図（ＭＥＧ）測定値から、発信源が少なくとも部分的に患者の頭部又は首の領域に位置した干渉信号を除去する新規な方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微弱な生体磁気信号を測定する装置は、その動作環境における強い磁気干渉の影響を非常に受け易い。これは、干渉信号が、測定される生体磁気信号に比べて１千万倍も大きいためである。また、干渉抑制の実施は、磁気干渉から遮蔽すべき領域が直径数十センチメートルと比較的広いために、一層難しい。
【０００３】
生体磁気測定を行うために、測定装置を干渉場から保護する複数の方法が開発されてきたが、この干渉場は、対象信号に比して何倍も大きい。生体磁気測定では、測定対象、例えば、患者の頭部を、測定装置のセンサに極力近づけるように位置させ、同時に、適切な遮蔽策を講じるか及び／又はコンピュータ・アルゴリズムを用いて測定信号を処理することにより、干渉信号を減衰させて、できる限り良好な信号対雑音比を達成する試みがなされる。遮蔽の正攻法は、高感度の生体磁気測定装置を、いわゆる磁気遮蔽ルーム内に置くことであり、この磁気遮蔽ルームでは、室外の発信源に起因する磁場が約１００分の１から１０，０００分の１に抑制される。
【０００４】
これに加えて、磁気遮蔽を実現するために、センサを用いてその幾何学的構成により、遠隔の発信源から発せられる、むしろ定常的な磁場の影響を受けないようにすることが知られている。この種の磁気センサは、磁場勾配計（グラジオメータ）と呼ばれる。これを用いることで、通常、外部干渉に対して約１００〜１，０００の遮蔽因子が得られる。欧州特許第９６６６８９号の刊行物には、磁場の発散成分の測定に用いる磁気グラジオメータが開示されている。特に、欧州特許第９６６６８９号の刊行物に示す装置は、地球の磁場に関係なく変化の小さな場（磁場の勾配成分）の測定に用いることができる。
【０００５】
さらに、アクティブシステムを用いることにより磁気遮蔽を実施し、又はこれを改善できる。このアクティブシステムでは、適切な制御システムによって磁気干渉が取り除かれるが、その場合に１つ以上のセンサを用いて、遮蔽された領域の近傍で干渉を測定する。そして、この測定に基づいて、干渉に対抗する磁場を生成する通電コイルにより干渉場が補償される。アクティブな磁気遮蔽は、これを単独で用いるか、又は磁気遮蔽ルーム等によるパッシブな遮蔽方法と組み合わせて用いることができる。
【０００６】
干渉を除去する１つの効率的で信頼できる方法は、いわゆるＳＳＳ法（ＳＳＳ＝Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｐａｃｅ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ（信号空間分離））であり、その理由は、この方法を用いて、単に電磁場の基礎物理と測定装置の幾何学的形状に基づき、生体磁気信号を外部干渉から分離できることによる。このＳＳＳ法については、例えば、国際特許出願第２００４０８１５９５号や、刊行物「Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  ａｒｔｉｆａｃｔｓ  ｂｙ  ｔｈｅ  ｓｉｇｎａｌ  ｓｐａｃｅ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ（信号空間分離法による干渉及びアーティファクトの抑制）」（Ｔａｕｌｕ他、Ｂｒａｉｎ  Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ、第１６巻、ナンバー４、ｐｐ．２６９−２７５、２００４年）に記載されている。
【０００７】
ＳＳＳ法では、多チャネルＭＥＧ装置によって測定された磁場が、測定ジオメトリを異にする３つのボリューム（体積領域）を調べることによって解析される。対象とする発信源は、測定ボリュームＶ１内にあり、複数のセンサは、ボリュームＶ１の外部の測定ボリュームＶ２内にある。磁気干渉の発生源及び補償用コイルは、前記２つのボリュームの外部とされるボリュームＶ３にある。尚、この検査において、Ｖ３はその体積が無限であってもよい。本方法において、ボリュームＶ１内にある、対象発信源により生成された磁場は、基本場（ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｆｉｅｌｄ）の和としてボリュームＶ２でパラメータ化される。各基本場は、ボリュームＶ１の外部において、渦なしで湧き出しがなく、有限であり、ボリュームＶ２でパラメータ化された磁場について所望の精度が得られる。同様に、ボリュームＶ３に配された干渉場と補償用コイルにより生成された総磁場は、複数の基本場の和としてボリュームＶ２にてパラメータ化される。各基本場に対応した、測定装置の信号ベクトルが計算される。センサを用いて磁気信号を測定する場合にはその後、異なるボリュームに配された発信源により生成された場は、基本場に関連する信号ベクトルにより形成された基底における、測定した信号ベクトルの成分を計算することで分離できる。
【０００８】
ある生体磁気測定において、干渉信号の発信源は、当該発信源が幾何学的根拠に基づき外部干渉源として分類できない場所に位置されることがある。その場合に、干渉源の性質、例えば、時間領域における干渉信号の正確な波形等についての情報をさらに必要とするが、これは、干渉を測定データからモデル化し、干渉を可能な限り除去できるようにするためである。満足な成果を得るために必要な事前情報は通常、これを得るのが困難であるか、さらには不可能である。この種の干渉は、磁気遮蔽構造に基づく受動的な遮蔽を使用して抑制できず、また、外部干渉だけを測定する基準（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）センサを使用し又はグラジオメータ又はＳＳＳ法を用いて抑制することができない。
【０００９】
測定用センサの非常に近くに位置した干渉源を伴う適用の一例として、Ｖａｇｕｓ  Ｎｅｒｖｅ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｏｒ（ＶＮＳ：迷走神経刺激装置）を取り付けた癲癇患者のＭＥＧ測定について言及する。問題の刺激装置は、癲癇性発作の回数を減らすために電気的に作動される、首領域の電極を備える。ＶＮＳ装置の原理については、例えば、刊行物「Ｖａｇｕｓ  ｎｅｒｖｅ  ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｅｐｉｌｅｐｓｙ：  ａ  ｒｅｖｉｅｗ（癲癇に対する迷走神経刺激：レビュー」（Ｂｉｎｎｉｅ、  Ｓｅｉｚｕｒｅ、第９巻、ｐｐ．１６１−１６９、２０００年）に記載されている。ＭＥＧ測定の実行に要する時間中、迷走神経への刺激は停止されるが、その場合でも、ＶＮＳ刺激装置は周期的に駆動される。
【００１０】
従来技術は、データセットを計算的に分析して処理する方法をいくつか有する。そのような方法の１つが、いわゆるＰｒｉｎｃｉｐａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ａｎａｌｙｓｉｓ（ＰＣＡ：主成分分析）である。このＰＣＡは、例えば刊行物、米国特許出願第２００５０５５１７５号で使用されている。ＰＣＡによって、データセットのサイズを低減できると同時に本来の情報をできるだけ維持することができる。相互に関連し合う変数は、１組の無相関の変数へと修正され、これらの変数は、ある順番でソート（並び替え）される。無相関の変数は、元の変数の線形結合である。結果として得られる配列された変数は、所望の主要成分である。
【００１１】
データセットを処理する別の方法は、いわゆるＩＣＡ（つまりＩｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ａｎａｌｙｓｉｓ：独立成分分析）である。このＩＣＡは、例えば、従来技術において刊行物、米国特許出願第２００５０５６１４０号で用いられている。ＩＣＡの目的は、複雑なデータセットを分割して、互いに無関係な独立データセットとすることにある。ＩＣＡは、ＰＣＡに比してさらに効率的な方法であって、ＰＣＡの拡張とみることができる。ＩＣＡでは、調べるデータセットが未知変数の線形結合又は非線形結合であると仮定する。この結合を形成する方法は、本来的に未知であるが、変数が互いに独立であると仮定することで、ＩＣＡを使って、これらの未知変数を見出すことができる。
【００１２】
データから時間領域における本質的な成分を見出すための、第３の周知方法は、いわゆるＳｉｎｇｕｌａｒ  Ｖａｌｕｅ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＳＶＤ：特異値分解）の使用である。この特異値分解では、行列Ｍが、以下の方程式に従って分解される。
【数１】
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ここで、Ｍはｍ×ｎの行列であり、その要素は領域Ｋにある。またＵは領域Ｋにおけるｍ×ｍ次元のユニタリ行列である。Ｖは、領域Ｋにおけるｎ×ｎ次元のユニタリ行列である。Ｖ＊は、Ｖの共役転置を示し、そしてΣは、ｍ×ｎ次元の対角行列であって、その対角要素が非負の実数である。また、対角要素Σｉ，ｉについては、これを降順に並び替えなければならないことも要求される。その場合、ΣはＭに基づいて一義的に決まるが、Ｕ及びＶは一義的でない。
【００１３】
従来技術には不具合があり、それはＭＥＧ測定が、上述した問題を解決する効率的であって普遍的な適用が可能な方法を提示せず、これまで、ある患者群を磁気測定から排除してきたことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、前述の不具合を取り除き、又はこれを少なくとも有意な程度に軽減することである。本発明の１つの特定の目的は、生体磁気測定値から上記干渉、つまり、発生源が幾何学的な意味において外部干渉源として明確に分類できない場所に配置された、かかる干渉を排除するために使用できる新しいタイプの方法を開示することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、生体磁気多チャネル測定値から、干渉、つまりその発生源が測定対象の直ぐ近傍に位置した干渉を識別して除去するための新規な方法に関する。このような干渉源は通常、刺激装置であり、測定用センサの組の内部領域と外部領域との境界、あるいはこの領域の直ぐ近辺に位置する。よって、本発明は、例えば、脳が発する微弱な神経磁気信号の測定に用いる脳磁図記録装置（ＭＥＧ）に適用できる。
【００１６】
本発明において、問題の干渉は生体磁気的干渉及び実際の外部干渉から独立して識別され、その後で、時間領域において干渉が対象信号から除去される。発明思想は、干渉源、つまり、多チャネル測定装置のセンサの直近に位置する干渉源によって生じる干渉信号を除去する方法と、該方法を実施するシステムを含む。本システムは、センサアセンブリと、センサと関連した帰還コイルの組と、測定装置を制御して本発明に係る計算動作を実行可能な制御手段（例えば、プロセッサ）を含む。またシステムは、いわゆる基準センサの組を含むことができる。
【００１７】
干渉の識別は、センサの組の内部の発信源と外部の発信源に関連した信号同士を互いに分離するＳＳＳ法（ＳＳＳ再構成）の能力に基づく。分離能力は、上記発信源の組に対して、互いに独立した一連の結果を提供し、そのうち、原点で収束する結果が内部の発信源に対して有効であり、また、無限遠で収束する結果が外部の発信源に対して有効であるという事実に依拠する。問題にしている分割は、原点からの距離が、原点に最も近い位置にあるセンサまでの原点からの距離よりも小さい発信源、又は、原点からの距離が、原点から最も遠い位置にあるセンサまでの原点からの距離よりも大きい発信源に対して有効である。他の全ての発信源から生じる信号は、複雑な方法において無限遠で収束する一連の結果の中で決定される方法により、原点で分けられる。これに関して、かかる干渉源は中間領域に位置する発信源と称され、それらは、例えば、頭又は首の表面の近傍に位置する磁場発生源に相当する。
【００１８】
中間領域における干渉を識別する本発明の能力については、ＳＳＳ再構成の後で、問題の信号が内部の信号及び外部の信号の両方に現れるのに対し、対象とする全ての生体磁気信号が内部の信号にのみ現れ、実際の全ての外部干渉が外部の信号にのみ現れるという、まさにこの事実に基づく。全くの正攻法では、中間領域での干渉を、時間領域での分析を用いて識別できるが、その理由は、生体磁気信号及び干渉信号が時間に関して互いに独立であるのに対し、中間領域での干渉は、時間領域において正確に同じ信号を発生させることによって内部の信号と外部の信号の両方に混合するからである。統計的な方法を用いて、問題となる信号の組を、時間領域における成分に分けることができる。１つ以上の内部の成分及び外部の成分が時間に関して相関していることが判明した場合、時間領域に現れるこれらの信号は中間領域に位置した干渉源によって確かに引き起こされたものであることが分かる。よって、中間領域における干渉は、内部の発生源と関連した信号から、このような信号を除去することにより抑制できる。
【００１９】
本発明の一実施形態は、ＳＳＳ再構成の前に、センサで測定したデータが、処理すべき期間毎に区分けされる。内部及び外部の再構成結果の算出では、測定信号の行列に基づいて算出される、いわゆる多極成分行列を利用する。
【００２０】
本発明の別の実施形態では、再構成に関連して、センサの組の外部に起因する信号成分が、いわゆる残留信号を用いて補償される。この残留信号の算出では、センサの組の外部に起因する信号成分を完全に省略することができる。
【００２１】
本発明のさらに別の実施形態では、外部干渉を測定するために、いわゆる基準センサの組を具備した測定装置を提供できる。その場合、センサの組の外部に起因する信号成分又は残留信号を、基準センサの組で測定した信号から形成できる。
【００２２】
成分への分割については、例えば、主成分分析（ＰＣＡ）を使用するか、又は信号から独立した成分を取得することによって（独立成分分析、ＩＣＡ）、実行できる。第３の選択肢は、いわゆる特異値分解（ＳＶＤ）の計算を行い、分解の結果として得られる、対角行列の要素を調べることである。中間領域の成分は、例えば、線形代数的な直交射影（ＳＳＰ）を使って除去できる。
【００２３】
本発明の方法は、運動の監視方法として使用し、あるいは測定装置の較正アルゴリズムとして使用できる。
【００２４】
従来技術と比べて、本発明は、実際の生体磁気信号測定において、いわゆる中間領域に位置する干渉源、つまり、測定用センサの近傍に位置する干渉源による影響を、効率的に除去するために使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下の節において、本発明の好ましい一実施形態を示す。これに関して、図１に示すフローチャートを参照する。本発明を実施するこのモードでは、測定データについて数学的なＳＳＳ法による再構成が行われる。この再構成は、内部及び外部の両方の多極（マルチポール）成分を見つけ出す。センサに対して非常に近いところに位置した干渉源、つまり、いわゆる中間領域に位置する干渉源の場合、それらが外部及び内部の多極成分の両方に信号成分をもたらすことは真実である。検出された、中間領域における干渉は、数学的演算を用いてフィルタ除去できる。
【００２６】
先ず、データは適切な期間毎に分けられ（ステップ１０）、これらは別々に処理される。この期間は、統計的な信頼性を保証するために、適切な長さとされ、例えば、ＭＥＧでは、その長さを、少なくとも数十ミリ秒とすることが望ましい。特に、この長さは、測定チャネルの顕著な部分が、強い干渉に起因して、そのダイナミック動作レンジを超え、従って磁場に関する実際の情報を与えない期間を見つけて、これらをグループから分離する値である。
【００２７】
期間ｉに関連した信号は、Ｎ×ｎ次元の行列Ｂｉによって示され（ステップ１１）、ここで、Ｎはチャネル数を示し、またｎはサンプル数であり、これはある期間と別の期間とで異なっていてもよい。その場合、データの時間長はｎ／ｆｓであり、ここでｆｓはサンプリング周波数を示す。
【００２８】
この後、各期間はＳＳＳ再構成を受ける。最初に信号は、ｍ×ｎ次元の多極成分行列へと変換される（ステップ１２）。
【数２】
2008538956.tif 000004
ここで、「Ｓ＋」は、ＳＳＳ基底行列Ｓの擬似逆である。ＳＳＳの基本思想に従って、信号は、内部の信号Ｂｉｎ，ｉと外部の信号Ｂｏｕｔ，ｉに分けることができ、その理由は、Ｘｉが、内部及び外部の多極成分への一義的な分割を含むからである。
【００２９】
【数３】
2008538956.tif 000005
【００３０】
方程式（２）に従って、下式が得られる。
【数４】
2008538956.tif 000006
【数５】
2008538956.tif 000007
【００３１】
ＳＳＳ再構成の後、各期間について、従来技術に開示した、時間領域でのＰｒｉｎｃｉｐａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ａｎａｌｙｓｉｓ（ＰＣＡ分析）が行われ、その際にはデータから、時間領域における最も顕著な信号が検索される（ステップ１３）。この分析は、内部及び外部の両信号について実行され、行列Ｃｉｎ，ｉ及びＣｏｕｔ，ｉをもたらし、これらのうちの前者が、ｎｉｎ，ｉ個のｎ次元ＰＣＡベクトルを含み、後者がｎｏｕｔ，ｉ個のｎ次元ＰＣＡベクトルを含んでおり、これらは相互に直交する（すなわち、互いに独立している）。
【００３２】
前述したように、中間領域に位置した干渉源が必然的に、行列Ｃｉｎ，ｉ及びＣｏｕｔ，ｉの両者への寄与分を有するのに対し、内部の信号は行列Ｃｉｎ，ｉの成分のみをもち、同様に、外部の信号は行列Ｃｏｕｔ，ｉの成分だけをもつ。よって、中間領域にある信号として、例えば、Ｃｉ＝［Ｃｉ１  Ｃｉ２  ．．．Ｃｉｐ］等のベクトルの組を分類でき、これは実質的にＣｉｎ，ｉ及びＣｏｕｔ，ｉの両方に現れる。また、所望のベクトルの組Ｃｉは、比較すべき信号空間同士の交わり（共通集合）であると言うこともできる。この場合、中間領域における干渉を表す信号が検出される（ステップ１４）。なお、注意すべきは、前記ベクトルの数ｐが、ある期間と別の期間とで異なってもよいことである。
【００３３】
ＰＣＡ分析の後、例えば、中間領域における干渉が除去され（ステップ１５）、これは、例えば、ＳＳＰ演算（Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｐａｃｅ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ：信号空間射影）を時間領域で実行することによってなされ、この場合に内部の信号ベクトルについては、既知の干渉部分空間、すなわちＣｉに対し、垂直な平面への正射影が行われる。これは数学的に、以下のように表現できる。
【数６】
2008538956.tif 000008
及び、
【数７】
2008538956.tif 000009
ここで、Ｂｉは、干渉を除去した信号を示し、Ｐｉは、射影演算子である。「Ｔ」は転置を意味し、「Ｉ」は単位行列を示す。
【００３４】
方程式（４）及び（５）を計算するステップにおける、別の方法は、内部の信号Ｂｉｎ，ｉを、残留信号Ｂｒｅｓ，ｉと比較することである。この残留信号は以下のように決められる。
【数８】
2008538956.tif 000010
時間領域における顕著な信号波形を、内部の信号及び算出された残留信号に対して検索することによって、行列Ｃｉｎ，ｉ及びＣｒｅｓ，ｉを得ることができる。これらを比較することによって、中間領域に位置した干渉についてのベクトルの組Ｃｉを検出できる。
【００３５】
本発明の一実施形態は、計算において、外部の信号Ｂｏｕｔ，ｉを無視することを含む。よって、ＳＳＳ再構成では、内部の信号及び残留信号だけが算出される。その場合、残留信号が下式となることに注意されたい。
【数９】
2008538956.tif 000011
【００３６】
内部の信号及び算出された残留信号（９）に対して、上述した成分の分析をさらに実行することができ、こうして得られるベクトルの組、Ｃｉｎ，ｉとＣｒｅｓ，ｉを、互いに比較できる。
【００３７】
本発明の一実施形態では、方法がまた、基準センサの組を利用することを含む。その場合、実際の測定用センサは、測定対象（例えば、頭部）の近くに配置され、測定対象から見て離れたところに基準センサが配置され、該基準センサは、外部の大振幅の干渉を測定するためだけに用いる。その場合、外部の信号Ｂｏｕｔ，ｉ又はＢｒｅｓ，ｉは、基準センサの組によって測定された信号から形成できる。その場合、外部の信号を検出するために、如何なるＳＳＳ再構成も必要とせず、また他の如何なる信号処理も必要としない。ある代替例では、実際の信号センサで測定される未処理の信号から、内部の信号Ｂｉｎ，ｉを収集する。
【００３８】
主成分分析（ＰＣＡ）に代わって、時間領域での顕著な信号波形の検索では、従来技術にて説明したＩＣＡ及びＳＶＤ法を使用できる。同様に、独立変数の分析及び特異値分解の使用により、比較のための、時間領域における顕著な信号波形を検出することもできる。
【００３９】
図２は、ＭＥＧ（脳磁図記録）装置、つまり神経磁気信号を測定するために使用可能な装置を例示した図である。本装置は、監視対象者の頭部を取り囲んでいるセンサアセンブリ２０（図示の例では９個のセンサを含む）と、測定装置の動作を制御する電子機器２１から構成される。上記から分かるように、図にはシステムを簡略化して示している。
【００４０】
本装置の各センサに関連するのが小型の帰還コイル１４であり、該コイルを用いて制御手段２１は、いわゆるフローロック状態でセンサ２０を動作させる。これは、制御手段２１が帰還コイル２２に電流を流し、この電流によって生じる場が、センサ２０においてこれに入り、かつ監視対象２３に位置した発信源から発せられる場を相殺することを意味する。この電流を得るために必要とされる電圧、従って発信源２３からセンサ２０を通過する磁気効果と同等の電圧が、問題のチャネルによって与えられる測定信号である。従来のＭＥＧ装置は全て、この原理を用いて実施されてきた。
【００４１】
帰還コイル２２はセンサ固有である。該コイルはとても小さく、これらによって生じる場が各コイル自身のセンサにのみ影響を及ぼすように配置されている。センサ２０と帰還コイル２２はともに、物理的センサとして機能するコンポーネントを構成すると考えることができる。このような装置構成では、当然ながら、測定チャネル全てが、測定対象２３と外部干渉源の両方から発せられる磁場に反応を示す。
【００４２】
図２に示す例では、センサ２０の測定領域の近辺に位置した干渉源が３つの電極２４のように機能するため、これらは、患者の首の部位における迷走神経の刺激装置として働くことができる。この場合、患者の首の領域は、測定用センサ２０が患者の頭部２３の周囲に配置される場合に、いわゆる中間領域内に含まれるとみなされる。こうして、上記した方法により、本発明にて、電極２４によって生じる干渉を観測し、センサ２０で測定される信号から、干渉をフィルタで除去する。
【００４３】
本発明のある適用例は、運動の監視方法としての使用を含む。例えば、これは、頭部の外面に信号送信機を設けることで実施でき、該送信機は中間領域に配置された信号源を表している。これらの送信機は、例えば、小さなコイルとすることができる。頭部が移動している場合に、これは、ベクトルの組Ｃｉにおけるこれらの信号源によって生成される信号として示される。よって、ベクトルの組を調べることによって、この運動を観測し、モデル化できる。
【００４４】
本発明の別の適用例は、較正アルゴリズムとしての使用である。測定システムの不正確な較正によって、信号源が何ら中間領域に存在しないにも関わらず、ゼロから偏った誤差信号成分を行列Ｃｉに引き起こす。換言すれば、装置は、該装置の較正パラメータを、Ｃｉに示す信号を最小化する値に設定することで較正できる。こうして、上記の方法で較正を実行できるが、その前提としては、較正測定中、中間領域に信号源が存在しないと分かっていることである。
【００４５】
本発明の方法については、コンピュータプログラム、回路的な解決策又はこれらの組み合わせとして実施することができる。
【００４６】
本発明は、上記の実施形態の例だけに限定されるものではなく、請求項により規定された発明思想の範囲内で、各種の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の方法について一実施形態を示すフローチャートである。
【図２】本発明の装置の一実施形態を例示した図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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