(57)【要約】【課題】電流素片の数が不自然に制限されず、また、実際にはありそうもない局所解に陥ったりせず、しかも、少ない数の要素の調整により電流素片を推定する。【解決手段】３次元空間中の滑らかな曲線Ｂを発生し、その曲線Ｂ上に分布したＮ個の電流素片Ｊnを発生し、電流素片Ｊnの分布から計算磁場を計算し、その計算磁場と測定磁場の誤差が十分小さいように電流素片Ｊnの要素を変更して計算磁場を計算し直したり、曲線Ｂを変更したりすることを繰り返して、誤差を許容値以下とする電流素片Ｊnを推定する。【効果】電流素片の数が不自然に制限されず、また、実際にはありそうもない局所解に陥ったりせず、しかも、少ない数の要素の調整により電流素片を推定できる。演算時間を短縮できる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元空間中の滑らかな曲線を発生する曲線発生ステップと、前記曲線上に分布したＮ個の電流素片を発生する電流素片発生ステップと、電流素片の分布から計算される計算磁場と測定磁場の誤差が十分小さいように電流素片の要素を変更する探索ステップとを有し、前記ステップの一部または全部を繰り返して前記誤差を許容値以下とする電流素片を求めることを特徴とする電流素片推定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電流素片推定方法において、前記探索ステップにおいて、前記電流の大きさだけを変更することを特徴とする電流素片推定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電流素片推定方法において、前記測定磁場が、脊髄から発される磁場であることを特徴とする電流素片推定方法。
【請求項４】
３次元空間中の滑らかな曲線を発生する曲線発生手段と、前記曲線上に分布したＮ個の電流素片を発生する電流素片発生手段と、電流素片の分布から計算される計算磁場と測定磁場の誤差が十分小さいように電流素片の要素を変更する探索手段とを有し、前記手段の一部または全部を繰り返し作動させて前記誤差を許容値以下とする電流素片を求めることを特徴とする電流素片推定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電流素片推定装置において、前記探索手段は、前記電流の大きさだけを変更することを特徴とする電流素片推定装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の電流素片推定装置において、前記測定磁場が、脊髄から発される磁場であることを特徴とする電流素片推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流素片推定方法および装置に関し、さらに詳しくは、演算時間を短縮することが出来る電流素片推定方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、脳磁気検出装置により測定した磁場データから、脳に存在すると仮定した電流素片（等価電流双極子）の分布を推定する方法が種々提案されている（例えば、非特許文献１，非特許文献２参照。）。
また、測定磁場を発生させる複数個の電流素片を絞り込むための電流素片局在化処理方法が知られている（特許文献１参照。）。
また、脊髄の磁場を測定する生体磁気測定装置が知られている（特許文献２参照。）。
【非特許文献１】原宏・栗城真也共著「脳磁気科学、−ＳＱＵＩＤ計測と医学応用−」オーム社出版局、平成９年１月２５日、ｐ．１０１−１２０
【非特許文献２】電子情報通信学会編、武田常広著「電子情報通信レクチャーシリーズＤ−２４、脳工学」コロナ社、２００３年４月１１日、ｐ．１２８−１４０
【特許文献１】特開２００５−０５８５５８号公報
【特許文献２】特開２００５−３３７８６２号公報  特開２００５−０５８５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の電流素片の分布を推定する方法では、電流素片の数が計算の都合上から不自然に制限されたり、電流素片の数を増やせても実際にはありそうもない局所解（例えば存在しそうもない場所に電流素片が存在しているような解）に陥ったりする等、満足な推定結果が得られない問題点があった。
また、従来の電流素片局在化処理方法では、一つの電流素片について、その位置ｘ，ｙ，ｚ、電流の大きさｊ、電流の向きθ，ψの６つの要素の絞り込みが必要であり、電流素片をＮ個とすると６×Ｎ個の要素の調整が必要になり、演算時間が長くかかる問題点があった。
そこで、本発明の目的は、電流素片の数が不自然に制限されず、また、実際にはありそうもない局所解に陥ったりせず、しかも、少ない数の要素の調整により電流素片を推定することが出来る電流素片推定方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の観点では、本発明は、３次元空間中の滑らかな曲線を発生する曲線発生ステップと、前記曲線上に分布したＮ個の電流素片を発生する電流素片発生ステップと、電流素片の分布から計算される計算磁場と測定磁場の誤差が十分小さいように電流素片の要素を変更する探索ステップとを有し、前記ステップの一部または全部を繰り返して前記誤差を許容値以下とする電流素片を求めることを特徴とする電流素片推定方法を提供する。
例えば脳の磁場を測定し、その測定データを基に電流素片を推定する場合、電流素片は脳すなわち３次元ボリュームに分布して存在するため、位置や電流の大きさや方向に制限を付けることは難しい。しかし、例えば脊髄から発せられる磁場を測定し、その測定データを基に電流素片を推定する場合は、電流素片は脊髄すなわち一般にＳ字状をした曲線上に存在するので、位置と電流の方向に容易に制限を付けることが出来る。
そこで、上記第１の観点による電流素片推定方法では、まず３次元空間の曲線を発生する。曲線の表現は、例えばベジェ曲線やスプライン曲線などを利用できる。この曲線を例えばＳ字状とするなら３次曲線で近似できるから空間中の４点により曲線を規定できる。次に曲線上に分布したＮ個の電流素片を発生するが、曲線上の位置は１つのパラメータｋで規定できる。また、電流の方向は曲線の接線方向であるから、電流素片の位置が決まれば自動的に決まり、単独に調整する必要はない。よって、一つの電流素片について、その位置ｋと電流の大きさｊの２つの要素の絞り込みで足り、電流素片をＮ個とすると２×Ｎ個の要素の調整で済み、演算時間を短縮することが出来る。但し、曲線を規定する例えば４点の調整も必要であるので、従来の６×Ｎ個に比べて１／３に短縮される訳ではない。しかし、曲線を規定する点の調整は電流素片数倍（Ｎ倍）されないため、全体として演算時間を従来より確実に短縮できる。
なお、上記構成において「前記ステップの一部または全部を繰り返して」とは、曲線発生ステップは繰り返さなくて済む場合と曲線発生ステップから繰り返す必要がある場合の両方があることを意味している。
【０００５】
第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による電流素片推定方法において、前記探索ステップにおいて、前記電流の大きさだけを変更することを特徴とする電流素片推定方法を提供する。
上記第２の観点による電流素片推定方法では、例えば曲線上に均等に分布したＮ個の電流素片を発生することとし、それら位置は動かさないで、電流の大きさだけを変更して探索する。これにより、さらに演算時間を短縮できる。
【０００６】
第３の観点では、本発明は、前記第１または第２の観点による電流素片推定方法において、前記測定磁場が、脊髄から発される磁場であることを特徴とする電流素片推定方法を提供する。
上記第３の観点による電流素片推定方法では、脊髄から発される磁場のデータを基に電流素片を推定するが、脊髄は一般にＳ字状をした曲線であるから、本発明を好適に適用できる。
【０００７】
第４の観点では、本発明は、３次元空間中の滑らかな曲線を発生する曲線発生手段と、前記曲線上に分布したＮ個の電流素片を発生する電流素片発生手段と、電流素片の分布から計算される計算磁場と測定磁場の誤差が十分小さいように電流素片の要素を変更する探索手段とを有し、前記手段の一部または全部を繰り返し作動させて前記誤差を許容値以下とする電流素片を求めることを特徴とする電流素片推定装置を提供する。
上記第４の観点による電流素片推定装置では、前記第１の観点による電流素片推定方法を好適に実施できる。
【０００８】
第５の観点では、本発明は、前記第５の観点による電流素片推定装置において、前記探索手段は、電流の大きさだけを変更することを特徴とする電流素片推定装置を提供する。
上記第５の観点による電流素片推定装置では、前記第２の観点による電流素片推定方法を好適に実施できる。
【０００９】
第６の観点では、本発明は、前記第４または第５の観点による電流素片推定装置において、前記測定磁場が、脊髄から発される磁場であることを特徴とする電流素片推定装置を提供する。
上記第６の観点による電流素片推定装置では、前記第３の観点による電流素片推定方法を好適に実施できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電流素片推定方法および装置によれば、電流素片の数が不自然に制限されず、また、実際にはありそうもない局所解に陥ったりせず、しかも、少ない数の要素の調整により電流素片を推定することが出来る。すなわち、演算時間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の実施例１に係る電流素片推定装置１００を示す構成図である。
この電流素片推定装置１００は、被検体Ｈの脊髄ｈから発生する生体磁気の磁場データを生体磁気測定装置Ａを介して収集するデータ収集部１と、収集した磁場データから電流素片の分布を推定する電流素片推定処理部２と、推定した電流素片を視覚化して表示する表示部３とを具備している。
【００１３】
図２は、電流素片推定装置１００による電流素片推定処理の手順を示すフロー図である。
ステップＳ１では、データ収集部１は、例えば図３に矢印で示すごとき３次元空間の磁場ベクトルで表される磁場データを得る。
【００１４】
ステップＳ２では、電流素片推定処理部２は、予め設定しておいた探索空間（電流素片が存在すると考えられる、なるべく小さな空間）中にベジェ曲線を規定する始点Ｑ0，制御点Ｑ1，…および終点ＱRをランダムに設定する。例えば図４に示すように、始点Ｑ0，制御点Ｑ1，Ｑ2および終点Ｑ3を設定する。
ステップＳ３では、電流素片推定処理部２は、始点Ｑ0，制御点Ｑ1，…および終点ＱRからＲ次ベジェ曲線を発生する。例えば図５に示すように、始点Ｑ0，制御点Ｑ1，Ｑ2および終点Ｑ3から３次ベジェ曲線Ｂを発生する。
【００１５】
ステップＳ４では、Ｒ次ベジェ曲線上にランダムに分布させてＮ個の電流素片Ｊ1〜ＪNを発生する。例えば図６に示すように、８個の電流素片Ｊ1〜Ｊ8を発生する。
Ｒ＝３とした場合の３次ベジェ曲線では、電流素片Ｊnの位置ｘn，ｙn，ｚnは次式で表される。
ｘn＝（１−ｋn）3ｘ0＋３ｋn（１−ｋn）2ｘ1＋３ｋn2（１−ｋn）ｘ2＋ｋn3ｘ3
ｙn＝（１−ｋn）3ｙ0＋３ｋn（１−ｋn）2ｙ1＋３ｋn2（１−ｋn）ｙ2＋ｋn3ｙ3
ｚn＝（１−ｋn）3ｚ0＋３ｋn（１−ｋn）2ｚ1＋３ｋn2（１−ｋn）ｚ2＋ｋn3ｚ3
ここで、ｋnはＲ次ベジェ曲線上における電流素片Ｊnの位置を表すパラメータであり、０≦ｋn≦１である。
また、点Ｑrの位置座標をｘr，ｙr，ｚrとする。例えば始点Ｑ0の位置座標はｘ0，ｙ0，ｚ0である。
なお、３次ベジェ曲線については、例えば櫻井恵三他著「図形処理入門 −ＣＡＤ／ＣＧへのアプローチ」朝倉書店、2002年、第59頁〜第61頁“2.4.2 ベジェ曲線”に記載がある。
【００１６】
電流素片Ｊnの電流の方向は接線ベクトルの方向であり、次式で表される。
ｘn’＝−３（１−ｋn）2ｘ0＋３（３ｋn−１）（１−ｋn）ｘ1＋３ｋn（２−３ｋn）ｘ2＋３ｋn2ｘ3
ｙn’＝−３（１−ｋn）2ｙ0＋３（３ｋn−１）（１−ｋn）ｙ1＋３ｋn（２−３ｋn）ｙ2＋３ｋn2ｙ3
ｚn’＝−３（１−ｋn）2ｚ0＋３（３ｋn−１）（１−ｋn）ｚ1＋３ｋn（２−３ｋn）ｚ2＋３ｋn2ｚ3
【００１７】
電流素片Ｊnの電流の大きさｊnは、ありえそうな範囲内でランダムに定める。
【００１８】
ステップＳ５では、電流素片推定処理部２は、図７に示すように、Ｎ個の電流素片Ｊ1〜ＪNが発生させる磁気ベクトル（図７の矢印）を例えばビオサバールの式より算出する。
ステップＳ６では、電流素片推定処理部２は、公知の評価関数を用いて磁場データ（図３）と計算磁場（図７）の誤差を計算し、誤差が十分小さくないならステップＳ７へ進み、誤差が十分小さいならステップＳ１１へ進む。
【００１９】
ステップＳ７では、電流素片推定処理部２は、誤差が小さくなる見込みがあるか否かを判定し（例えば、ステップＳ６を通った回数が１万回未満なら誤差が小さくなる見込みがあると判定し、１万回以上なら誤差が小さくなる見込みがないと判定する）、見込みがあるならステップＳ８へ進み、見込みがないならステップＳ２に戻って曲線を規定する点の設定からやり直す。
【００２０】
ステップＳ８では、電流素片推定処理部２は、ランダムに一つの電流素片Ｊnを選択する。
ステップＳ９では、電流素片推定処理部２は、変更するパラメータを選択する。すなわち、電流素片Ｊnの位置を表すパラメータｋnおよび電流の大きさｊnを選択するか、又は、電流の大きさｊnだけを選択する。
ステップＳ１０では、電流素片推定処理部２は、選択した電流素片Ｊnの、選択したパラメータを、公知の最適化方法を用いて、誤差を小さくする方向に、少し変更する。そして、ステップＳ５に戻る。
【００２１】
上記ステップＳ２〜Ｓ１０を十分な回数繰り返すことにより、誤差が十分小さくなる電流素片Ｊnの分布が定まる。
【００２２】
ステップＳ１１では、電流素片推定処理部２は、図８に示すように、磁場データとＮ個の電流素片Ｊnの分布とを視覚化して表示する。
【００２３】
実施例１の電流素片推定装置１００によれば、電流素片Ｊnの数Ｎが不自然に制限されず、また、実際にはありそうもない局所解に陥ったりせず、しかも、少ない数の要素の調整により電流素片Ｊnを推定することが出来る。すなわち、演算時間を短縮できる。
【実施例２】
【００２４】
図２のステップＳ２において、１回目は始点Ｑ0，制御点Ｑ1，…および終点ＱRをランダムに設定するが、２回目以後のステップＳ２では直前の始点Ｑ0，制御点Ｑ1，…および終点ＱRを少しだけ変化させて、曲線を徐々に変化させていってもよい。
【実施例３】
【００２５】
図２のステップＳ２において、１回目に探索空間の中央を貫通するような直線上に始点Ｑ0，制御点Ｑ1，…および終点ＱRを設定し、２回目以後のステップＳ２では直前の始点Ｑ0，制御点Ｑ1，…および終点ＱRを少しだけ変化させて、曲線を徐々に変化させていってもよい。
【実施例４】
【００２６】
ＭＲＩ画像やＸ線画像などで脊髄の形状・位置を予め探知しておき、図２のステップＳ２において、１回目は探知した脊髄の形状・位置に応じて始点Ｑ0，制御点Ｑ1，…および終点ＱRを設定し、２回目以後のステップＳ２では直前の始点Ｑ0，制御点Ｑ1，…および終点ＱRを少しだけ変化させて、曲線を徐々に変化させていってもよい。
【実施例５】
【００２７】
図２のステップＳ４において、曲線上に均等に分布させてＮ個の電流素片Ｊ1〜ＪNを発生してもよい。
【実施例６】
【００２８】
図２のステップＳ４において、複数の磁気センサからの磁場信号情報を用いてリードフィールド法により電流素片Ｊnの大きさｊnを決定してもよい。
なお、リードフィールド法については、例えば Matti Hamalainen et al "Magnetoencephalography - theory, instrumentation, and applications to noninvasive studies of the working human brain" Review of Modern Physics Vol.65 No.2, April 1993, p.413 - 498 に記載されている。
【実施例７】
【００２９】
３次ベジェ曲線を用いる代わりに、３次スプライン曲線や２次ベジェ曲線などを用いてもよい。
これらの曲線については、例えば櫻井恵三他著「図形処理入門 −ＣＡＤ／ＣＧへのアプローチ」朝倉書店、2002年、“2.4 自由曲線”に記載がある。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
例えば、脊髄から発せられる磁場を生体磁気測定装置により測定したデータから、脊髄に存在すると仮定した電流素片の分布を推定するのに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例１に係る電流素片推定装置を示す構成図である。
【図２】電流素片推定処理の手順を示すフロー図である。
【図３】磁場データの概念図である。
【図４】曲線を規定する点の概念図である。
【図５】発生した曲線を示す概念図である。
【図６】発生した電流素片を示す概念図である。
【図７】計算磁場を示す概念図である。
【図８】視覚化した磁場データと電流素片の分布を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３２】
１          データ収集部
２          電流素片推定処理部
３          表示部
１００      電流素片推定装置
Ａ          生体磁気測定装置
Ｈ          被検体
ｈ          脊髄
【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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【図８】
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