(57)【要約】【目的】 生体表面に近い複数箇所での磁場測定値に基づいて行なう磁場源解析精度を、測定点を増加させることなく向上させる。
【構成】 Ｎ個の磁場センサＭＳによる磁場測定値に基づいて補間処理部ＩＰによる補間を行なって測定点間の任意の点における疑似測定値を得、実際の測定値および疑似測定値を教師パターンとして補正部１１ａ，１２ａ，・・・，１ｍａによるビオ・サバール演算ユニット
１１，１２，・・・，１ｍの未知数の補正を行ない、補正された未知数を磁場源解析結果として情報収集ユニット４により取出す。

(2)1【特許請求の範囲】【請求項１】 既知の入力パターンを供給して、磁場源情報を未知数とする複数のビオ・サバールの法則の演算を行ない、各演算結果を累積加算して磁場演算値を得、人体表面の近傍の複数箇所において得られた磁場計測値に基づいて補間処理を施すことにより計測数よりも多い計測値に基づく教師パターンを得、上記磁場演算値と教師パターンとの差を算出し、算出した差に基づいて各演算式に含まれる未知数としての磁場源情報を補正し、差が十分に小さくなるまで上記一連の処理を反復してから各演算式に含まれる未知数としての磁場源情報を生体磁場測定結果として出力することを特徴とする生体磁場測定方法。
【請求項２】 既知の入力パターンに基づいて、異なる磁場源情報に基づく複数のビオ・サバールの法則の演算を行なう演算手段（１１）（１２）・・・（１ｍ）と、各演算手段（１１）（１２）・・・（１ｍ）から出力される演算結果結果を累積加算する累積加算手段（２）と、人体表面の近傍の複数箇所において磁場計測値を得る磁場計測手段（ＭＳ）と、磁場計測手段（ＭＳ）により得られた複数箇所の磁場計測値に基づいて補間処理を施すことにより計測数よりも多い計測値に基づく教師パターンを得る補間演算手段（ＩＰ）と、上記累積加算手段（２）から出力される累積加算結果と教師パターンとに基づいて誤差を算出する誤差算出手段（３）と、算出された誤差に基づいて各演算手段（１１）（１２）・・・（１ｍ）における磁場源情報の補正を行なう補正手段（１１ａ）（１２ａ）・・・（１ｍａ）と、補正手段（１１ａ）（１２ａ）・・・（１ｍａ）による補正が施された結果を収集して生体磁場測定結果として出力する補正結果収集手段（４）とを含むことを特徴とする生体磁場測定装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】【産業上の利用分野】この発明は生体磁場測定方法およびその装置に関し、さらに詳細にいえば、生体表面近傍の複数箇所において得られた磁場計測値に基づいて生体内部の磁場源の位置とその電流ベクトル成分を推定し、推定結果を磁場源情報として出力する生体磁場測定方法
およびその装置に関する。
【０００２】【従来の技術】従来から生体表面近傍の複数箇所に超伝導量子干渉素子（Superconducting Quantum Interference Device 、以下、ＳＱＵＩＤと略称する）を用いたＳＱＵＩＤ磁束計を配置することにより生体内部の磁場源を解析する磁場源測定装置が提案されている。
【０００３】この装置は、スーパーコンピュータを用いて以下の処理を行なうものである。即ち、10203040

特開平５−３１７２８１2ａ）複数個のＳＱＵＩＤ磁束計による探査空間に乱数を用いてｍ個の電流素片をばらまく。ここで、電流素片ｉの入力パラメータは位置情報Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）および電流ベクトルＩ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）であるから、ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ，Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ（但し、ｉ＝１，２，・・・ｍ）の６ｍ個のパラメータを乱数を用いて決定する。
ｂ）後述する推定誤差演算プロセスにより全推定誤差Ｅを算出する。
ｃ）以下のｄ）からｇ）の処理を反復する。
ｄ）任意に電流素片を選択し、該当する電流素片ｋのパラメータおよび全推定誤差を退避する。即ち、位置情報Ｐｓ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）＝Ｐｋ（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）
電流ベクトルＩｓ（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）＝Ｉｋ（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）
全推定誤差Ｅｓ＝Ｅの処理を行なう。
ｅ）電流素片ｋのパラメータを乱数を用いて微少な量だ
け変化させる。即ち、各成分の微少な変化量を△ｘ，△ｙ，△ｚ，△Ｘ，△Ｙ，△Ｚとすれば、Ｐｋ（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）＝Ｐｋ（ｘｋ＋△ｘ，ｙｋ＋△ｙ，ｚｋ＋△ｚ）
Ｉｋ（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）＝Ｉｋ（Ｘｋ＋△Ｘ，Ｙｋ＋△Ｙ，Ｚｋ＋△Ｚ）の処理を行なう。
ｆ）後述する推定誤差演算プロセスにより全推定誤差Ｅを算出する。
ｇ）退避した全推定誤差Ｅｓとｆ）で算出された全推定誤差Ｅとを比較し、全推定誤差Ｅｓの方が小さければ、ｄ）で退避した情報を復帰させる。即ち、位置情報Ｐｋ（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）＝Ｐｓ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）
電流ベクトルＩｋ（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）＝Ｉｓ（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）
全推定誤差Ｅ＝Ｅｓの処理を行なう。
【０００４】また、上記推定誤差演算プロセスは次のとおりである。
Ｉ．各電流素片のパラメータから各測定点ｊ（ｊ＝１，２，・・・Ｎ）における磁場を演算する。即ち、
１）次の２），３）の処理を全ての測定点ｊについて行なう。
２）次の３）の処理を全ての電流素片ｉについて行なう。
３）ビオサバールの法則を用いて、測定点ｊに電流素片ｉがつくる磁場Ｂｅｊｉ（ＢＸｅｊｉ，ＢＹｅｊｉ，ＢＺｅｊｉ）を演算する。
４）ｍ個の電流素片が測定点ｊにつくる磁場Ｂｅｊを次式に基づいて演算する。
【０００５】
【数１】

(3)
3

4

【０００６】の演算を行なう。
ＩＩ．各測定点ｊにおける測定値Ｂｊ（ＢＸｊ，ＢＹｊ，ＢＺｊ）と全電流素片に基づく推定値Ｂｅｊから推定誤差Ｅｊを演算し、全推定誤差Ｅを算出する。即ち、
５）次の６）の処理を全ての測定点ｊについて行なう。
６）各測定点ｊにおける推定誤差Ｅｊを次式に基づいて 10演算する。
2
2Ｅｊ=(ＢＸｊ‑ ＢＸｅｊ） +(ＢＹｊ ‑ＢＹｅｊ） +(Ｂ2Ｚｊ‑ ＢＺｅｊ）
７）全推定誤差Ｅを次式に基づいて算出する。
【０００７】【数２】【０００８】【発明が解決しようとする課題】上記装置を用いて磁場源の解析を行なえば、全推定誤差Ｅが小さくなるように電流素片ｋのパラメータを微少量ずつ変化させるのであるから最終的に正しい解析結果が得られるように思われる。しかし、図７（Ａ）に示すように電流素片ｋの初期状態が設定された場合に、２４００回の処理を行なった
場合に図７（Ｂ）に示す状態にまで各電流素片ｋが変化され、３６００回の処理を行なった場合に図７（Ｃ）に示す状態にまで各電流素片ｋが変化されただけであり、最終的な解を得ることができない。また、図７（Ｂ）（Ｃ）を比較すると電流素片ｋの状態は余り変化しておらず、処理回数を増加させても最終的な解を得ることができないという不都合がある。また、３６００回の処理を行なうためにスーパーコンピュータを用いても約２０分の時間がかかっており、到底実用化できないという不都合もある。
【０００９】このような不都合の発生は、１回の処理を行なっても全推定誤差Ｅが小さくなるという保証が全くないこと、および上記処理中、推定誤差演算プロセスのＩ．１），２），３）とＩＩ．５），６）の部分のみについて並列処理が可能であり、他の処理については並列処理できないのであるから並列プロセッサを使用しても全体としての演算の高速化が達成できないことが原因であることを見出した。
【００１０】また、近年ニューラルネットワークの研究が進展しており、上記磁場源の解析にニューラルネットワークを適用することが考えられている。しかし、階層型パーセプトロンにおいて取扱う問題が複雑になると多階層構造が要求されるか、または中間層の１層を構成する為のニューロン素子数の増加が要求され、全体のニューロン素子数が著しく多くなるのであるから、学習によ特開平５−３１７２８１20304050

り決定する必要がある荷重の数が著しく多くなり、解を収束させるための演算負荷が膨大になってしまうという不都合がある。また、ポップフィールド・モデルにおいては、解析のための目的関数をポップフィールド・モデ
ルに適合する関数形に変換する作業、目的関数を構成する独立変数をニューロンモデルの活性度あるいは出力値になるように変換させるための変換規則を定める作業が非常に困難であるとともに、うまく関数の変換ができない可能性が高いという不都合、収束性が高い初期値の設定が困難であるという不都合、収束値を得るまでの所要時間が著しく長くなるという不都合等がある。
【００１１】このような不都合を解消するために、本件発明者は、既知の情報に基づいて複数の、ビオ・サバールの法則の演算を行ない、各ビオ・サバールの法則の演算結果を累積加算して得られる値と生体表面の複数箇所で測定した磁場計測値との差を算出し、算出した差に基づいて各ビオ・サバールの法則の演算式に含まれる磁場源情報を補正し、差が十分に小さくなるまで上記一連の処理を反復してから各ビオ・サバールの方則の演算式に含まれる補正された磁場源情報を磁場測定結果として出力する方法を考えた（特願平３−３３６０１２号参照）。
【００１２】この方法を採用すれば、既知のビオ・サバールの法則の演算式に含まれる、磁場源に対応して定まるべき定数を、累積加算値と磁場計測値との差に対応して変化させるだけでよく、全体として処理を簡素化できるとともに、解析所要時間を大幅に短縮できる。しかし、磁場を計測するための測定点数が少ない場合には、磁場源に対応して定まるべき定数の初期値によっては浅い位置にローカルミニマ（誤った答）が存在する可能性がある。このローカルミニマにおいても磁場の推定誤差は小さくなっているが、エネルギー的には大きすぎる収束値であり、不合理であると判定できる。したがって、このような場合には、初期値を変化させて正しいと思われる解を求める必要があり、作業が複雑化するとともに、所要時間が長くなってしまうという不都合がある。
このような不都合を解消するためには、十分に多い数の測定点における磁場の測定を行なえばよいのであるが、必然的に所要時間の長時間化を招くのみならず、装置全体として構成要素数が増加し、コストアップを招いてしまうという不都合がある。
【００１３】【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、測定点数が少なくても確実に真の解を得ることができ、しかも所要時間を著しく短縮できる新規な生体磁場測定方法およびその装置を提供することを目(4)5的としている。
【００１４】【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの、請求項１の生体磁場測定方法は、既知の入力パターンを供給して、磁場源情報を未知数とする複数のビオ・サバールの法則の演算を行ない、各演算結果を累積加算して磁場演算値を得、人体表面の近傍の複数箇所において得られた磁場計測値に基づいて補間処理を施すこと
により計測数よりも多い計測値に基づく教師パターンを得、上記磁場演算値と教師パターンとの差を算出し、算出した差に基づいて各演算式に含まれる未知数としての磁場源情報を補正し、差が十分に小さくなるまで上記一連の処理を反復してから各演算式に含まれる未知数としての磁場源情報を生体磁場測定結果として出力する方法である。
【００１５】請求項２の生体磁場測定装置は、既知の入力パターンに基づいて、異なる磁場源情報に基づく複数のビオ・サバールの法則の演算を行なう演算手段と、各演算手段から出力される演算結果結果を累積加算する累積加算手段と、人体表面の近傍の複数箇所において磁場計測値を得る磁場計測手段と、磁場計測手段により得られた複数箇所の磁場計測値に基づいて補間処理を施すことにより計測数よりも多い計測値に基づく教師パターンを得る補間演算手段と、上記累積加算手段から出力される累積加算結果と教師パターンとに基づいて誤差を算出する誤差算出手段と、算出された誤差に基づいて各演算手段における磁場源情報の補正を行なう補正手段と、補正手段による補正が施された結果を収集して生体磁場測定結果として出力する補正結果収集手段とを含んでいる。
【００１６】【作用】請求項１の生体磁場測定方法であれば、既知の入力パターンを供給して、磁場源情報を未知数とする複数のビオ・サバールの法則の演算を行ない、各演算結果を累積加算して磁場演算値を得、人体表面の近傍の複数箇所において得られた磁場計測値に基づいて補間処理を施すことにより計測数よりも多い計測値に基づく教師パターンを得、上記磁場演算値と教師パターンとの差を算出し、算出した差に基づいて各演算式に含まれる未知数としての磁場源情報を補正し、差が十分に小さくなるまで上記一連の処理を反復してから各演算式に含まれる未知数としての磁場源情報を生体磁場測定結果として出力するのであるから、測定点数が少なくても、補間処理を施すことにより等価的に測定点数が増加した状態を得ることができ、等価的に増加した測定点に基づいて推定処理を行なうので、浅い位置のローカルミニマを確実に排除でき、正確な生体内部の磁場源情報を得ることができる。
【００１７】請求項２の生体磁場測定装置であれば、既知の入力パターンに基づいて、演算手段により異なる磁1020304050

特開平５−３１７２８１6
場源情報に基づく複数のビオ・サバールの法則の演算を行ない、各演算手段から出力される演算結果結果を累積加算手段により累積加算する。また、人体表面の近傍の複数箇所において磁場計測手段により磁場計測値を得、磁場計測手段により得られた複数箇所の磁場計測値に基づいて補間演算手段により補間処理を施すことにより計測数よりも多い計測値に基づく教師パターンを得る。そして、上記累積加算手段から出力される累積加算結果と教師パターンとに基づいて誤差算出手段により誤差を算出し、算出された誤差に基づいて補正手段により各演算手段における磁場源情報の補正を行ない、補正結果収集手段により、補正手段による補正が施された結果を収集して生体磁場測定結果として出力する。したがって、測定点数が少なくても、補間処理を施すことにより等価的に測定点数が増加した状態を得ることができ、等価的に増加した測定点に基づいて推定処理を行なうので、浅い位置のローカルミニマを確実に排除でき、正確な生体内部の磁場源情報を得ることができる。
【００１８】【実施例】以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。図１はこの発明の生体磁場測定装置の一実施例を示すブロック図であり、ビオ・サバールの法則の演算を行なう複数個のビオ・サバール演算ユニット１１，１２，・・・，１ｍと、ビオ・サバール演算ユニット１１，１２，・・・，１ｍから出力される演算結果ｇ１，ｇ２，・・・，ｇｍを累積加算するシグマ・ユニット２と、シグマ・ユニット２から出力される累積加算結果Ｏｊ（ｔ）と教師パターンとしての磁場計測値Ｓｊ（ｔ）とを入力として両者の差を算出する誤差演算器３と、算出された差に基づいて、ビオ・サバール演算ユニットにおいて推定されている変数を補正する補正部１１ａ，１２ａ，・・・，１ｍａと、ビオ・サバール演算ユニット
１１，１２，・・・，１ｍにおいて推定されている変数の値を収集して磁場源解析結果として出力する情報収集
ユニット４とを有している。そして、磁場を検出すべく配置されたＮ個の磁場センサＭＳと、磁場センサＭＳからの磁場測定値に基づく補間処理を行なって磁場センサＭＳ間の磁場補間値を得る補間処理部ＩＰと、Ｎ個中の何れかの磁場測定値または磁場補間値とその観測条件をそれぞれ選択して誤差演算器３に教師信号として供給するマルチプレクサＭＸ１，ＭＸ２と、マルチプレクサＭＸ１，ＭＸ２の動作を制御する制御回路Ｃとを有している。尚、上記ビオ・サバール演算ユニット１１，１２，・・・，１ｍは時刻ｔ、計測位置等の既知情報が供給されたことに応答して、既知情報に基づいて各ビオ・サバール演算ユニットに設定されているビオ・サバールの法則に基づく演算を行なうとともに、誤差演算器３から出力される推定誤差ｄｊ（ｔ）｛＝Ｓｊ（ｔ）−Ｏｊ（ｔ）｝が供給されたことに応答して演算式に含まれる変数を推定誤差が少なくなるように補正する。また、ビ(5)特開平５−３１７２８１78
オ・サバール演算ユニットはそれぞれ同期的に動作する＊ と称する）Ｓｊ（ｔ）とは異なる。したがって、誤差演ように制御してもよく、また、非同期的に動作するよう算器３において実際の測定値Ｓｊ（ｔ）と累積加算値Ｏに制御してもよい。
ｊ（ｔ）との差を算出し、算出された差を推定誤差ｄｊ【００１９】上記の構成の生体磁場測定装置の作用は次（ｔ）としてビオ・サバール演算ユニット１１，１２，のとおりである。解析対象となる磁場Ｏｊ（ｔ）は、時・・・，１ｍの補正部１１ａ，１２ａ，・・・，１ｍａ刻ｔと電流素片の３次元座標値ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ（ｉはにフィードバックし、推定誤差ｄｊ（ｔ）が小さくなる
正の整数、以下、同じ）と、電流素片のベクトル成分Ｐように各ビオ・サバール演算ユニットの未知数を変化さｘｉ，Ｐｙｉ，Ｐｚｉを持つ関数ｇｉ（ビオ・サバールせる。の法則に基づいて定まる関数）の線形和である。但し、【００２１】上記一連の処理を反復すれば推定誤差ｄｊ
以下の説明においてｘｉ，ｙｉ，ｚｉ，Ｐｘｉ，Ｐｙ
10 （ｔ）が小さくなり、ついには推定誤差ｄｊ（ｔ）がほｉ，Ｐｚｉをそれぞれａｉ１，ａｉ２，ａｉ３，ａｉぼ０になるので、この時点においてビオ・サバール演算４，ａｉ５，ａｉ６と表記する。
ユニット１１，１２，・・・，１ｍの未知数の値を情報【００２０】したがって、時刻ｔをｍ個のビオ・サバー収集ユニット４により収集して出力することにより物理
ル演算ユニット１１，１２，・・・１ｍに供給してそれ源の物理量に関する解析結果を得ることができる。まぞれ関数ｇ１，ｇ２，・・・，ｇｍの演算を行なって関た、推定誤差評価関数Ｅｊ（ｔ）を次式で定義すれば、数値を算出し、算出された全ての関数値をシグマ・ユニ数３が得られる。
2ット２に供給することにより累積加算値Ｏｊ（ｔ）を得
Ｅｊ（ｔ）＝（１／２）｛Ｓｊ（ｔ）−Ｏｊ（ｔ）｝
ることができる。但し、当初は未知数が適当に設定され【００２２】ているのであるから、得られる累積加算値Ｏｊ（ｔ）は【数３】
実際の測定値または磁場補間値（以下、単に磁場測定値＊20【００２３】そして、各ビオ・サバール演算ユニットに※ 未知数ａｉｋの学習ゲイン（補正ゲイン）である。
おける未知数の補正を最急降下法に基づいて行なうこと【００２４】とすれば、推定誤差評価関数値が最小になる未知数の推【数４】
定は数４に基づいて行なうことができる。但し、εｋは※【００２５】また、累積加算値Ｏｊ（ｔ）のａｉｋによ★ 【００２６】
る偏微分値は数５で与えられるので、数４は数６と表現
【数５】
できる。
★

【００２７】☆ ☆ 【数６】【００２８】したがって、数６の処理を行なうことにより電流素片の３次元座標値およびベクトル成分の推定精度を高め、より正確な電流素片を得ることができる。また、この実施例においては、実際の磁場測定値のみならず、磁場測定値に基づいて得た磁場補間値をも教師信号 50として用いているので、ローカルミニマに収束という不都合を解消して電流素片を高精度に推定できる。この点についてさらに詳細に説明する。
【００２９】図２は１つの電流素片の深さに対応して測定される磁界分布を示す図であり、磁場測定面と電流素(6)特開平５−３１７２８１
109片とが接近すればピーク間の距離が狭くなり、磁場測定＊ 【００３１】面と電流素片とが離れればピーク間の距離が広がるとと【発明の効果】以上のように請求項１の発明は、測定点もにピーク値も厳戒することが分る。したがって、図３
数が少なくても、補間処理を施すことにより等価的に測にｘで示す磁場測定値が得られ、図３に実線で示す磁場定点数が増加した状態を得ることができ、等価的に増加推定曲線に基づいて１つの電流素片のみが存在すると推した測定点に基づいて推定処理を行なうので、浅い位置定されることが正常である場合であっても、図４に破線のローカルミニマを確実に排除でき、正確な生体内部ので示す３つの推定曲線が重畳された状態であると推定さ磁場源情報を得ることができるという特有の効果を奏す
れ、この推定結果に基づいて３つの電流素片が存在するる。と推定される可能性がある。図４の場合にも、各磁場測【００３２】請求項２の発明も、測定点数が少なくて定点における誤差は小さくなっているので、上記の推定 10 も、補間処理を施すことにより等価的に測定点数が増加結果が得られる可能性は否定できない。しかし、生体磁した状態を得ることができ、等価的に増加した測定点に場の測定を行なう場合に、図４に示すように磁場測定面基づいて推定処理を行なうので、浅い位置のローカルミからの深さが大幅にばらつく位置に電流素片が推定されニマを確実に排除でき、正確な生体内部の磁場源情報をるべきではないので、このような不都合を解消する必要得ることができるという特有の効果を奏する。
があれば、磁場測定点間隔を小さく設定して磁場測定点【図面の簡単な説明】数を増加させなければならないと思われていた。しか【図１】この発明の生体磁場測定装置の一実施例を示す
し、磁場測定点間隔は、ピックアップ・コイルの直径、ブロック図である。
コイルの線径等に基づいて定まる空間分解能程度の間隔【図２】電流素片からの距離に依存する磁界分布の変化に設定されているのであるから、磁場測定点間隔を小さを説明する概略図である。
くしようとすれば、ピックアップ・コイル等を変更しな 20 【図３】粗い磁場測定値に基づいて正確な推定が行なわければならず、簡単には対処できない。しかし、この実れた場合を概略的に説明する図である。
施例においては、磁場測定点間隔が空間分解能程度の間【図４】粗い磁場測定値に基づいてローカルミニマに収隔に設定されていることを考慮して磁場測定点間の任意束した場合を概略的に説明する図である。の点における磁界強度を補間処理（例えば、直線補間、【図５】１次元補間により得られた疑似測定点を概略的スプライン補間、サンプリング関数による補間等）によに説明する図である。
り得ることにより図５または図６に黒丸で示すように実【図６】２次元補間により得られた疑似測定点を概略的際の測定値と同様に取扱える疑似測定値を加え、これらに説明する図である。の値に基づいて推定処理を行なうのであるから、図４に【図７】従来の磁場源推定方法を説明する概略図であ示すようなローカルミニマへの収束を確実に阻止でき、る。
高精度の生体磁場測定を達成できる。
30 【符号の説明】【００３０】尚、この発明は上記の実施例に限定される
１１，１２，・・・，１ｍ ビオ・サバール演算ユニッものではなく、例えば、各ビオ・サバール演算ユニット
トとしてビオ・サバールの法則に基づく演算式を学習させ
１１ａ，１２ａ，・・・，１ｍａ 補正部た階層型パーセプトロンを採用することが可能であるほ２ シグマユニット
３ 誤差演算器
４ 情報収か、この発明の要旨を変更しない範囲内において種々の集ユニット設計変更を施すことが可能である。
＊
ＭＳ 磁場センサ
ＩＰ 補間処理部
【図３】

【図４】

【図５】

(7)

【図１】

特開平５−３１７２８１

(8)

【図２】

特開平５−３１７２８１【図６】【図７】