(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の工程を含むことを特徴とする脳磁場測定装置の校正方法。
工程１、通電により磁界を発生するコイルと磁界を発生しない光学マーカを一体とした校正用コイルを所定の距離を隔てて配置した校正装置を複数の磁気センサが配置された脳磁場測定装置を構成するデュワヘルメットの測定対象物挿入穴に配置する。
工程２、前記校正装置を構成する磁気を発生する各校正用コイルに通電し、デュワヘルメットの測定対象物挿入穴における各校正コイルの位置を算出する。
工程３、カメラ及びモーションキャプチャ制御ＰＣで構成されるモーションキャプチャ装置にて、前記磁気を発生しない光学マーカにより前記各校正用コイルの位置を算出する。
工程４、工程２にて算出したデュワヘルメットの測定対象物挿入穴内における前記磁気を発生する各校正用コイルの位置座標と、モーションキャプチャ装置にて算出された前記磁気を発生しない光学マーカの位置座標を用いてモーションキャプチャ装置の校正を行う。
工程５、工程１〜４にて校正されたモーションキャプチャ装置を用い、デュワヘルメットの測定対象物挿入穴における測定対象物の位置の測定を行いながら脳磁場の測定を行う。
【請求項２】
前記校正用コイルは透明素材からなるフレームで支持されていることを特徴とする請求項１に記載の脳磁場測定装置の校正方法。
【請求項３】
前記校正装置は前記測定対象物挿入穴と相似するとともにほぼ同じ大きさのカバー１９上に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の脳磁場測定装置の校正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーションキャプチャ装置を用いて脳磁場計測装置内における測定対象物の位置を測定するための校正方法および校正装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
脳磁場測定装置は、人の脳より発生する磁場を測定し、磁場を発生する電流源位置およびその強度(以下、信号源という)を算出する装置である。
脳磁場測定装置では、測定対象物の形態画像を撮影することが出来ないため、脳内における機能情報の表現および信号源情報の表示には、他の形態画像撮影装置（例えばＣＴ、レントゲン、ＭＲＩ等)にて撮影された形態画像上に信号源を表示（以下、スーパーインポーズという）する必要がある。
【０００３】
脳磁場計測装置において測定された脳磁波形を用い、脳活動における信号源位置を算出し、脳あるいは頭部の形態画像へスーパーインポーズする場合、脳磁場測定装置内における頭部位置を正しく得る必要がある。
【０００４】
従来、脳磁場測定装置において頭部位置の測定には磁束発生コイルが用いられてきた。脳磁場測定装置は、磁気センサを用いて装置内における磁場分布から磁束発生コイルの位置を推定することが出来るため、被験者頭部に磁束発生コイルを貼り付け被験者の頭部位置を推定することができる。
【０００５】
図５は従来の脳磁場計測装置における、測定対象物（頭部）の位置を測定するための計測装置である。
複数の磁気センサ１を用いて、デュワヘルメット５ａの測定対象物挿入穴５ｂに沿って配置された頭部４または磁束発生コイル２からの発生磁束３を測定する。複数の磁気センサ１は脳磁場計測装置を構成する極低温に保たれたデュワヘルメット５ａ内に組み込まれており、外部からその位置を確認することは出来ない。
【０００６】
複数の磁気センサ１の位置および感度は校正され、脳磁場計測装置は磁場発生コイル２の位置および頭部４からの機能情報(脳から発せられる脳磁場の強度)および信号源情報を算出する。信号源情報とは算出された電気活動の位置、向き、強さである。
【０００７】
磁束発生コイル２は頭部４の脳磁場計測装置を構成するデュワヘルメット５ａに配置された測定対象物挿入穴５ｂ内における位置を測定するために用いられる。磁束発生コイル２には磁束を発生させるため、一定周期で電流を流し、磁気センサ１を用いて測定対象物挿入穴５ｂ内における磁束発生コイル２の位置を測定する。
【０００８】
図６は従来技術におけるモーションキャプチャ装置２１と校正器具７を用いた校正装置を示す説明図である。
校正器具７は光学マーカ６を枠で形成した立方体の各頂点に貼り付け又は固定したものであり、透明な部材の立方体の各頂点に貼り付け又は固定したものでもよい。光学マーカ６は測定対象物の移動距離を算出するために使用するもので、直径５ｍｍ以上の球状に成型されており、撮影された画像において測定対象物やその背景と区別できるような塗装あるいは素材が貼り付けられる。
【０００９】
例えば赤外線を用いる場合には、赤外線を反射し撮影された画像において反射した赤外線が映るような素材を用いる。光学マーカ６が球状となっている理由はカメラがどの角度であっても撮影可能な為である。サイズは校正器具７の大きさにもよるが、カメラにて撮影できる十分な大きさのサイズで、おおよその目安として校正器具を構成する枠の１辺が２０ｃｍのとき直径２ｃｍ程度である。
【００１０】
モーションキャプチャ装置２１は、カメラ１０にて撮影された画像に基づいて光学マーカ６の位置をモーションキャプチャ制御ＰＣ８の画像処理によってその位置を算出する。
モーションキャプチャ装置２１は、カメラ１０の撮影可能範囲内における光学マーカ６の位置を算出するが、その測定前に、校正器具７を用いて装置の校正を行う必要がある。
【００１１】
校正器具７は、マーカ６を８箇所あるいはそれ以上の箇所に等間隔、あるいは各マーカ間の距離を既知の間隔で固定した器具である。
校正の手順は、最初に校正器具７をカメラ１０にて撮影可能な位置に設置し、校正器具７のマーカ６が撮影できるよう、カメラ１０の設置位置や角度、焦点等を調整し静止画像または動画を撮影する。
【００１２】
モーションキャプチャ制御ＰＣ８は撮影された画像から各マーカ６の位置を算出し、算出された各マーカ間の方向および距離を用い、モーションキャプチャ装置２１の測定範囲内における校正器具７を構成するマーカ同士の左右、高さ、奥行きの各方向、および距離を定義する。
【００１３】
上述の工程（校正器具７におけるマーカ同士の左右、高さ、奥行きの各方向、および距離を定義するまでの作業）が従来のモーションキャプチャ装置における校正である。
即ち、従来の校正は、ある一つの光学マーカを原点とした場合、原点となる光学マーカとそれに隣接する３つのマーカで作る直線をそれぞれ左右、高さ、奥行き方向の軸として座標軸を決めることである。
【００１４】
その為、モーションキャプチャ装置で決定した座標における各軸の向きは校正器具７の置き方によって変わる。
測定時においてはカメラ１０によって得られた画像を用い、モーションキャプチャ制御ＰＣ８は前述の校正結果より得られた座標を用いて光学マーカ６のそれぞれの位置を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００８−２６２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
図６に示す従来の脳磁場測定装置では測定対象物挿入穴５ｂ（図５参照）内に配置された頭部の位置を測定するために、磁束発生コイル２が用いられてきたが、磁束発生コイルを用いた位置測定には以下のような課題があった。
１、脳磁場測定装置のデュワヘルメット５ａ内に配置された磁気センサ１は、デュワヘルメットの測定対象物挿入穴５ｂに配置された頭部４から発せられる磁気信号の周期と磁束発生コイル２が発生させる磁束の周期が一致する場合、２つの信号を弁別出来ない。
【００１７】
２、磁気センサ１を用いて磁束発生コイル２からの磁束と脳磁信号あるいは外来ノイズによる磁束を区別し、磁束発生コイルの位置を正しく測定するためには、複数回(たとえば４回程度)の信号を加算平均処理し、磁束発生コイルからのみの信号をＳ／Ｎ比良く収録する必要がある。
脳磁場測定において、磁気発生コイル２を用い頭部４の信号源の位置を測定する場合、頭部位置が変わるたびに磁束発生コイル２を動作させて磁束を発生させ、その位置情報を取得する必要があり、その間は頭部４から発せられる磁気信号の計測は出来ない。
【００１８】
また頭部４から発信される信号源の３次元位置情報を得るには、３つ以上の磁束発生コイル２を用いる必要がある。しかし、複数の磁束発生コイル２から同時に同じ周期の磁束を発生させた場合、互いの発生磁束が干渉し正確な磁束コイル２の位置を得ることが出来ない。このため全ての磁束発生コイルの位置を正しくを得るためには、各磁束発生コイル２が磁束を発生する時間をずらして駆動させ、磁束の干渉を防ぎ、個々の磁束発生コイル２が磁束を発生させた時間帯によって、位置情報の収録を行うコイルを区別する必要がある。
【００１９】
さらに各磁束発生コイル２の位置情報を正確に取得するには、一定時間信号の収録を行う必要があり、全ての磁束発生コイル位置を正確に取得するには、磁束発生コイル個数×各磁束発生コイル位置測定の為の時間が必要となる。よって頭部４が移動し続けた場合には、磁気発生コイル２も移動しつづけるため、磁束発生コイル２の位置を得ることができない。
【００２０】
即ち、個々の磁束発生コイル位置を正しく測定するためには、互いの信号が干渉しないよう、その磁束発生する時間帯を変え収録する必要がある。これが「磁束発生コイル個数」でかかる時間帯となる。また磁束発生コイル位置を正確に知るためには、その発生磁束をＳ／Ｎ良く得る必要があり、その信号を加算平均処理する為「各磁束発生コイルの位置動作時間」が必要となる。ここで「各磁束発生コイルの位置動作時間」は「各磁束発生コイル位置測定の為の時間」である。
【００２１】
また、脳磁場測定装置においてモーションキャプチャ装置を用いる場合は次のような課題がある。
脳磁場測定装置において磁束発生コイル２を用いた場合、磁気センサ１にて測定する為磁束発生コイル２の位置を脳磁場測定装置の座標で得ることが出来る（磁束発生コイル２の位置を脳磁場測定装置の座標として認識することができる。
【００２２】
一方、モーションキャプチャ装置を用い、光学マーカの位置情報を測定する場合、マーカ位置はモーションキャプチャ装置での座標となる。頭部位置は光学マーカ位置を用いて求める為、モーションキャプチャ装置によって得られた頭部位置はモーションキャプチャ装置の座標となる。モーションキャプチャ装置の座標系と脳磁場測定装置の座標系が一致していない場合、モーションキャプチャ座標で得られた位置情報を脳磁場測定装置内の位置情報として直接用いることはできない。
【００２３】
図７はモーションキャプチャ座標系と脳磁場測定装置内の座標系の関係を示すもので、
モーションキャプチャ座標ではＸＹ方向の動きとなり、脳磁場測定装置の座標ではＸ方向のみの動きとなる。
即ち、同じ頭部の動きでも、２つの移動が異なるため、モーションキャプチャ座標での移動を脳磁場測定装置（ＭＥＧ）座標の移動としては直接用いることはできない。
【００２４】
脳磁場測定装置を構成するデュワヘルメット５ａの内部には磁気センサ１が設置されており、センサの組み付けは外部から見えないため、センサ位置から脳磁場測定装置の座標を得ることは困難である。
また脳磁場測定装置あるいはデュワヘルメットの形状からも脳磁場測定装置の座標系を正確に得ることは出来ないため、従来からのモーションキャプチャ校正機器７を用い、脳磁場測定装置の座標とモーションキャプチャ装置の座標を合わせることは困難である。
【００２５】
近年、新しい手法として頭部位置の測定にモーションキャプチャ装置を用い、脳磁場測定装置内における頭部位置を測定することが提唱されている。
モーションキャプチャ装置とは、カメラ等を用い測定対象物を静止画あるいは動画にて記録し、記録された画像データを解析して、測定対象物（頭部)の位置および移動量を算出する装置である。
【００２６】
しかし、モーションキャプチャ装置を用い頭部の位置を測定することは可能であるが、得られた位置情報を脳磁場測定装置の機器座標における位置としてそのまま用いることは困難である。
【００２７】
したがって本発明は、生体磁場計測装置における座標系とモーションキャプチャ装置の座標が同じくなるよう、モーションキャプチャ装置の座標系を簡便且つ正確に校正する脳磁場測定装置の校正方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の脳磁場測定装置の校正方法においては、
工程１、通電により磁界を発生するコイルと磁界を発生しない光学マーカを一体とした校正用コイルを所定の距離を隔てて配置した校正装置を複数の磁気センサが配置された脳磁場測定装置を構成するデュワヘルメットの測定対象物挿入穴に配置する。
【００２９】
工程２、前記校正装置を構成する磁気を発生する各校正用コイルに通電し、デュワヘルメットの測定対象物挿入穴における各校正コイルの位置を算出する。
【００３０】
工程３、カメラ及びモーションキャプチャ制御ＰＣで構成されるモーションキャプチャ装置にて、前記磁気を発生しない光学マーカにより前記各校正用コイルの位置を算出する。
工程４、工程２にて算出したデュワヘルメットの測定対象物挿入穴内における前記磁気を発生する各校正用コイルの位置座標と、モーションキャプチャ装置にて算出された前記磁気を発生しない光学マーカの位置座標を用いてモーションキャプチャ装置の校正を行う。
【００３１】
工程４、工程２にて算出したデュワヘルメットの測定対象物挿入穴内における前記磁気を発生する各校正用コイルの位置座標と、モーションキャプチャ装置にて算出された前記磁気を発生しない光学マーカの位置座標を用いてモーションキャプチャ装置の校正を行う。
【００３２】
工程５、工程１〜４にて校正されたモーションキャプチャ装置を用い、デュワヘルメットの測定対象物挿入穴における測定対象物の位置の測定を行いながら脳磁場の測定を行う。
【００３４】
請求項２においては請求項１に記載の脳磁場測定装置の校正方法において、
前記校正用コイルは透明素材からなるフレームで支持されていることを特徴とする。
【００３５】
請求項３においては請求項１に記載の脳磁場測定装置の校正方法において、
前記校正装置は前記測定対象物挿入穴と相似するとともにほぼ同じ大きさのカバー１９上に固定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したことから明らかなように本発明の請求項１乃至４によれば、デュワヘルメットの測定対象物挿入穴に配置された校正用コイルの座標とモーションキャプチャ装置で撮影した校正用コイルの座標を同じくすることができるので、これらの座標を簡便かつ正確に合わせることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の脳磁場計測装置の校正装置の一例を示す構成図である。
【図２】校正用コイルの配置図である。
【図３】校正用コイルの詳細を示す図である。
【図４】モーションキャプチャ装置とデュワヘルメットと測定対象物（頭部）の関係を示す図である。
【図５】従来の校正装置の一例を示す構成図である
【図６】従来の脳磁場計測装置の校正装置の一例を示す構成図である。
【図７】モーションキャプチャ座標系と脳磁場測定装置内の座標系の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は本発明の一実施例を示す脳磁場計測装置の校正装置である。図において、従来例の図６とは校正装置１７の形状と校正用コイル１８を用いる点が異なっている。
校正用コイル１８は、通電することで磁束を発生するため、これを脳磁場測定装置を構成するデュワヘルメット５ａ内に配置して磁気センサ１にてその位置を得ることができる。
【００３９】
また、校正用コイル１８の磁場源には図６に示す光学マーカ６と同じ素材の光学マーカを貼り付け、モーションキャプチャ装置を構成するカメラ１０で撮影することによってその位置を得ることができる。
校正装置１７は複数の校正用コイル１８を三次元に配置して構成される。また、後方の校正用コイルもモーションキャプチャ装置で撮影可能な様、校正用コイルを支持するフレーム２２は透明な素材、あるいは校正装置１７の後方に配置された校正用コイル１８の撮影時、その撮影を妨げない太さ３ｍｍ程度の棒状フレームにて配置される。
【００４０】
本発明の校正装置１７は脳磁場計測装置の測定部（測定対象物挿入穴５ｂ）に固定できるよう、頭部４の挿入部である測定対象物挿入穴５ｂと相似するとともにほぼ同じ大きさのカバー１９上に固定される。
脳磁場計測装置において、モーションキャプチャ装置２１を用いて頭部位置を算出する場合、カメラ１０は脳磁場計測装置を構成するデュワヘルメットの頭部挿入穴５ｂの上部開口部から被験者頭部位置を撮影する。
【００４１】
図２に示すように、校正装置１７の校正用コイル１８は、開口部付近は近接して配置し、中央もしくは下部側は比較的に広く離して配置する。なお、開口部付近に位置する校正用コイルは互いに６０ｍｍ程度の間隔で配置され、中央もしくは下部側に位置する校正用コイルは図２では８０×１４０ｍｍ程度の間隔に配置されている。
本発明では複数の校正用コイル１８で構成した校正装置１７を用いて校正を行う。
【００４２】
図３は本発明で使用する校正用コイル１８の外観を示すもので、板厚１ｍｍ、全長２５ｍｍ程度に形成され、一端には透明部材からなる直径１５ｍｍ程度のドーナツ状円板１８ａが形成されている。このドーナツ状円板１８ａの両面には渦巻き状のコイルが形成され、中央部に直径５ｍｍ程度の光学マーカ６が嵌め込まれている。他端は円盤１８ａの中心に向かって幅６ｍｍ、長さ１０ｍｍ程度のケーブル接続部１８ｂが形成され、ケーブル１８ｃを介して磁束発生コイルドライバへのコネクタ１８ｄに接続されている。なお、光学マーカ６はモーションキャプチャ装置で検出可能な素材であれは良い。
【００４３】
図４はモーションキャプチャ制御ＰＣ８とカメラ１０からなるモーションキャプチャ装置２１とデュワヘルメット５ａと測定対象物（頭部）４の関係を示すもので、カメラ１０は頭部４の位置情報を測定するため、静止画、あるいは動画でその状態を撮影する。撮影された画像はモーションキャプチャ制御ＰＣ8へ送られる。
【００４４】
モーションキャプチャ制御ＰＣ８はカメラ１０から送られてきた画像を処理し、光学マーカ６の位置画像をもとにその位置を算出する。画像データは静止画、もしくは動画での解析が可能であるが、動画の場合には、カメラ１０の撮影フレームレート毎での位置の算出が可能である。算出された位置情報は、モーションキャプチャ制御ＰＣ８に保存あるいは生体磁場計測装置（図示省略）に転送され、生体磁場計測情報(測定対象物の位置情報とセンサにて測定された磁場分布の情報)と共に保存される。
【００４５】
光学マーカ６は頭部４に貼り付けまたは固定する。光学マーカ６の位置はカメラ１０とモーションキャプチャ制御ＰＣ８で構成されるモーションキャプチャ装置２１にてその移動量及び移動距離が算出できる。そして、光学マーカ６の位置情報を用いて頭部４の３次元的な位置、移動量及び回転を算出する。
光学マーカ６は磁場を発生させない為、その位置測定においては測定対象物(頭部)から発生する磁場に干渉せず算出することが可能である。
【００４６】
次に、本発明の校正装置１７を用いた校正方法の工程を説明する。
工程１、校正装置１７を脳磁場測定装置を構成するデュワヘルメットの測定対象物挿入穴５ｂ内に配置する。
工程２、各校正用コイル１８に通電し、デュワヘルメットの測定対象物挿入穴５ｂ内における各校正コイル１８の位置を算出する。
【００４７】
工程３、カメラ１０及びモーションキャプチャ制御ＰＣ８で構成されるモーションキャプチャ装置２１にて、各校正用コイル１８の位置を算出する。
工程４、手順２にて算出したデュワヘルメット５ａの測定対象物挿入穴５ｂ内における各校正用コイル１８の位置座標をモーションキャプチャ装置２１にて算出された校正用コイル１８の位置として用いてモーションキャプチャ装置２１の校正を行う。
【００４８】
モーションキャプチャ装置２１は、各校正用コイル１８によって得られた座標を用い、モーションキャプチャ装置２１の測定空間内の座標校正を行う為、脳磁場測定装置の座標系とモーションキャプチャ装置の座標系をと同じくすることが出来る。
工程５、工程１〜４にて校正されたモーションキャプチャ装置２１を用い、デュワヘルメットの測定対象物挿入穴５ｂ内における測定対象物（頭部４）の位置の測定を行いながら生体磁場の測定を行う。
【００４９】
上述の校正装置１７とこれを用いた校正方法によれば、光学式のモーションキャプチャ装置を用いることで、測定対象物（頭部における信号源）の位置算出に際して磁場を発生しないのでその算出を妨げない。
【００５０】
且つモーションキャプチャ装置２１は、カメラ１０のフレームレートと同じ周期で測定対象物の位置を測定することが可能である為、磁束発生コイル２を用いた位置測定と比べ高速な測定が可能である。
【００５１】
脳磁場測定では、デュワヘルメットの測定対象物挿入穴５ｂに配置された校正用コイルの座標とモーションキャプチャ装置で撮影した校正用コイルの座標を同じくすることが非常に重要であるが、本発明の校正装置を用いて上述の工程により校正を行うと、これらの座標を簡便かつ正確に合わせることが可能となる。
【００５２】
従来の生体磁気計測装置では機器内部に磁気センサが組み付けられ、外部からはそのセンサ位置を知ることができず、またその外観から機器の正確な座標軸及びその原点を得ることも出来ない。この為、モーションキャプチャ装置用の校正器具を用いてモーションキャプチャ装置の座標とデュワヘルメットの測定対象物挿入穴５ｂに配置された校正用コイルの座標の座標合わせる事は困難であった。
【００５３】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。
【符号の説明】
【００５４】
１      磁気センサ
２      磁束発生コイル
３      発生磁束
４      測定対象物（頭部）
５ａ    デュワヘルメット
５ｂ    測定対象物挿入穴
６      光学マーカ
７      校正器具
７ａ    枠
８      モーションキャプチャ制御ＰＣ
１０    カメラ
１７    校正装置
１８    校正用コイル
１８ａ  ドーナツ状円板
１８ｂ  ケーブル接続部
１８ｃ  ケーブル
１８ｄ  磁束発生コイルドライバへのコネクタ
１９    カバー
２１    モーションキャプチャ装置
２２    フレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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