JP2001000407A - 生体信号計測装置 - Google Patents
生体信号計測装置Info
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-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気検出信号に含まれるノイズ成分を十分に
除去する。 【解決手段】 マルチチャンネルＳＱＵＩＤセンサ１か
らの原磁気検出信号が磁気信号分解部４でＩＣＡ手法に
従って各磁気発生源ごとの独立成分に分解されるととも
に、ノイズ成分除去部５で各独立成分について各独立成
分自体の状態のみに基づきノイズ成分であるか否かが判
定され、ノイズ成分と判定された独立成分が除かれた
後、磁気信号復元部６で残りの非ノイズ独立成分によっ
て磁気検出信号が復元される構成を備えており、ノイズ
磁気検出専用の磁気センサを別途に設けずとも、生体磁
気測定用のＳＱＵＩＤセンサ１で得られた信号だけで、
磁気検出信号に含まれるノイズ成分を十分に除去し、各
成分を分離して解析することができる。
除去する。 【解決手段】 マルチチャンネルＳＱＵＩＤセンサ１か
らの原磁気検出信号が磁気信号分解部４でＩＣＡ手法に
従って各磁気発生源ごとの独立成分に分解されるととも
に、ノイズ成分除去部５で各独立成分について各独立成
分自体の状態のみに基づきノイズ成分であるか否かが判
定され、ノイズ成分と判定された独立成分が除かれた
後、磁気信号復元部６で残りの非ノイズ独立成分によっ
て磁気検出信号が復元される構成を備えており、ノイズ
磁気検出専用の磁気センサを別途に設けずとも、生体磁
気測定用のＳＱＵＩＤセンサ１で得られた信号だけで、
磁気検出信号に含まれるノイズ成分を十分に除去し、各
成分を分離して解析することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、脳磁計や脳波計
などの生体信号計測装置に係り、特に生体信号測定用の
センサにより得られた検出信号からノイズ成分を除去
し、脳内活動を推定するための技術に関する。
などの生体信号計測装置に係り、特に生体信号測定用の
センサにより得られた検出信号からノイズ成分を除去
し、脳内活動を推定するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】生体内に流れる生体活動電流により微小
な生体磁気（生体磁界）が生体から発生する。例えば、
脳から発生する生体磁気は脳磁と呼ばれ、生体に刺激を
与えることにより発生する誘発脳磁や、α波やてんかん
のスパイク波のように自然に発生する自発脳磁などがあ
る。
な生体磁気（生体磁界）が生体から発生する。例えば、
脳から発生する生体磁気は脳磁と呼ばれ、生体に刺激を
与えることにより発生する誘発脳磁や、α波やてんかん
のスパイク波のように自然に発生する自発脳磁などがあ
る。
【０００３】近年、生体から出る微小な生体磁気を測定
できる磁束計として、ＳＱＵＩＤ（Superconducing Qua
ntum Interference Device：超電導量子干渉計）を用い
たマルチチャンネルＳＱＵＩＤセンサが開発されてい
る。このマルチチャンネルＳＱＵＩＤセンサは、デュア
ーと呼ばれる容器内に多数個のＳＱＵＩＤセンサを液体
窒素などの冷媒に浸漬・収納した構成となっている。
できる磁束計として、ＳＱＵＩＤ（Superconducing Qua
ntum Interference Device：超電導量子干渉計）を用い
たマルチチャンネルＳＱＵＩＤセンサが開発されてい
る。このマルチチャンネルＳＱＵＩＤセンサは、デュア
ーと呼ばれる容器内に多数個のＳＱＵＩＤセンサを液体
窒素などの冷媒に浸漬・収納した構成となっている。
【０００４】このマルチチャンネルＳＱＵＩＤセンサ
（以下、適宜「磁束計」と略記）を備えた生体信号計測
装置、つまり生体磁気計測装置の場合、磁束計を被検体
の関心部位である例えば頭部の傍らに置くと、頭部内に
生じた生体活動電流源から発生する微小な生体磁気が磁
束計内の各ＳＱＵＩＤセンサで無侵襲で測定されて磁気
検出信号として出力されるとともに、ＳＱＵＩＤセンサ
からの磁気検出信号に基づいて生体磁気解析が行われ
て、生体活動電流源の状態（例えば、位置や向き或いは
大きさ等）を把握することができるという構成になって
いる（例えば特開平７−３２７９４３号公報参照）。
（以下、適宜「磁束計」と略記）を備えた生体信号計測
装置、つまり生体磁気計測装置の場合、磁束計を被検体
の関心部位である例えば頭部の傍らに置くと、頭部内に
生じた生体活動電流源から発生する微小な生体磁気が磁
束計内の各ＳＱＵＩＤセンサで無侵襲で測定されて磁気
検出信号として出力されるとともに、ＳＱＵＩＤセンサ
からの磁気検出信号に基づいて生体磁気解析が行われ
て、生体活動電流源の状態（例えば、位置や向き或いは
大きさ等）を把握することができるという構成になって
いる（例えば特開平７−３２７９４３号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
生体磁気計測装置には、各ＳＱＵＩＤセンサによって検
出された磁気検出信号に含まれるノイズ成分を十分に除
去することが難しいという問題がある。測定対象である
生体磁気は非常に微弱であることから生体活動電流源以
外の別の磁気発生源から出る（環境ノイズとも称するよ
うな）ノイズ磁気の混入が避けられない。したがって、
各ＳＱＵＩＤセンサからの磁気検出信号には混入するノ
イズ磁気によるノイズ成分が含まれており、磁気検出信
号からノイズ成分を十分に除去しなければ、生体磁気の
正確な解析はおぼつかないことになる。
生体磁気計測装置には、各ＳＱＵＩＤセンサによって検
出された磁気検出信号に含まれるノイズ成分を十分に除
去することが難しいという問題がある。測定対象である
生体磁気は非常に微弱であることから生体活動電流源以
外の別の磁気発生源から出る（環境ノイズとも称するよ
うな）ノイズ磁気の混入が避けられない。したがって、
各ＳＱＵＩＤセンサからの磁気検出信号には混入するノ
イズ磁気によるノイズ成分が含まれており、磁気検出信
号からノイズ成分を十分に除去しなければ、生体磁気の
正確な解析はおぼつかないことになる。
【０００６】そこで、生体磁気測定用のＳＱＵＩＤセン
サとは別のノイズ磁気検出専用の磁気センサでノイズ磁
気だけを同時に測定することにより得られたノイズ磁気
検出信号を利用し、生体磁気測定用のＳＱＵＩＤセンサ
の磁気検出信号に含まれているノイズ成分を除去する補
正処理を行うようなことも提案されてはいる。
サとは別のノイズ磁気検出専用の磁気センサでノイズ磁
気だけを同時に測定することにより得られたノイズ磁気
検出信号を利用し、生体磁気測定用のＳＱＵＩＤセンサ
の磁気検出信号に含まれているノイズ成分を除去する補
正処理を行うようなことも提案されてはいる。
【０００７】この場合、ノイズ磁気検出専用の磁気セン
サと生体磁気測定用のＳＱＵＩＤセンサとは設置位置が
異なっており、ノイズ磁気検出専用の磁気センサで得る
ノイズ磁気検出信号は、生体磁気測定用のＳＱＵＩＤセ
ンサの磁気検出信号に含まれているノイズ成分と正確に
対応しているわけではないので、ノイズ磁気検出専用の
磁気センサで得たノイズ磁気検出信号に基づき、生体磁
気測定用のＳＱＵＩＤセンサの磁気検出信号に含まれて
いるノイズ成分を推定することになる。しかし、ノイズ
磁気が複雑な様相を呈するものであることなどから、空
間的に異なる位置のノイズ成分を正確に求めることは非
常に難しく、その結果、生体磁気測定用のＳＱＵＩＤセ
ンサの磁気検出信号からノイズ成分を十分除去すること
は、やはり望めない。
サと生体磁気測定用のＳＱＵＩＤセンサとは設置位置が
異なっており、ノイズ磁気検出専用の磁気センサで得る
ノイズ磁気検出信号は、生体磁気測定用のＳＱＵＩＤセ
ンサの磁気検出信号に含まれているノイズ成分と正確に
対応しているわけではないので、ノイズ磁気検出専用の
磁気センサで得たノイズ磁気検出信号に基づき、生体磁
気測定用のＳＱＵＩＤセンサの磁気検出信号に含まれて
いるノイズ成分を推定することになる。しかし、ノイズ
磁気が複雑な様相を呈するものであることなどから、空
間的に異なる位置のノイズ成分を正確に求めることは非
常に難しく、その結果、生体磁気測定用のＳＱＵＩＤセ
ンサの磁気検出信号からノイズ成分を十分除去すること
は、やはり望めない。
【０００８】この発明は、上記の事情に鑑み、生体信号
測定用のセンサによって検出された検出信号に含まれる
ノイズ成分を十分に除去することができる生体信号計測
装置を提供することを課題とする。
測定用のセンサによって検出された検出信号に含まれる
ノイズ成分を十分に除去することができる生体信号計測
装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、この発明に係る生体信号計測装置は、被検体の診断
対象領域において生体活動電流源により生じる微小な生
体信号を測定する複数個のセンサを備えた生体信号計測
装置において、前記複数個のセンサにより検出された検
出信号を複数の独立成分に分解する信号分解手段と、こ
の信号分解手段により分解された独立成分の中のノイズ
成分を独立成分自体の状態のみに基づいて判定して取り
除くノイズ成分除去手段と、各非ノイズ独立成分に基づ
き検出信号を復元する信号復元手段と、復元された各検
出信号の各々の独立成分に対応する脳内の活動（位置、
方向、強さ）を得る信号解析手段とを備えていることを
特徴とするものである。
に、この発明に係る生体信号計測装置は、被検体の診断
対象領域において生体活動電流源により生じる微小な生
体信号を測定する複数個のセンサを備えた生体信号計測
装置において、前記複数個のセンサにより検出された検
出信号を複数の独立成分に分解する信号分解手段と、こ
の信号分解手段により分解された独立成分の中のノイズ
成分を独立成分自体の状態のみに基づいて判定して取り
除くノイズ成分除去手段と、各非ノイズ独立成分に基づ
き検出信号を復元する信号復元手段と、復元された各検
出信号の各々の独立成分に対応する脳内の活動（位置、
方向、強さ）を得る信号解析手段とを備えていることを
特徴とするものである。
【００１０】〔作用〕次に、この発明の生体信号計測装
置により生体信号の計測を行う時のノイズ成分の除去作
用について説明する。
置により生体信号の計測を行う時のノイズ成分の除去作
用について説明する。
【００１１】この発明の装置により生体信号計測を実行
する際は、先ず複数個のセンサが被検体の診断対象領域
の直ぐ傍にセットされて、各センサによって例えば生体
活動電流源により発生する微小な生体磁気が測定され
る。これらのセンサにより検出された検出信号（原検出
信号）は、信号分解手段によって複数の独立成分に分解
されてから、さらにノイズ成分除去手段により、各独立
成分の中のノイズ成分が各独立成分自体の状態のみに基
づいて判定されて取り除かれた後、信号復元手段によっ
てノイズ成分が除去された残りの非ノイズ独立成分に基
づき検出信号（復元検出信号）が復元されて信号解析手
段へ送出される。そして、信号解析手段では、復元検出
信号に基づいて生体解析が行われる結果、個々の生体信
号の場所と活動波形が把握できることになる。
する際は、先ず複数個のセンサが被検体の診断対象領域
の直ぐ傍にセットされて、各センサによって例えば生体
活動電流源により発生する微小な生体磁気が測定され
る。これらのセンサにより検出された検出信号（原検出
信号）は、信号分解手段によって複数の独立成分に分解
されてから、さらにノイズ成分除去手段により、各独立
成分の中のノイズ成分が各独立成分自体の状態のみに基
づいて判定されて取り除かれた後、信号復元手段によっ
てノイズ成分が除去された残りの非ノイズ独立成分に基
づき検出信号（復元検出信号）が復元されて信号解析手
段へ送出される。そして、信号解析手段では、復元検出
信号に基づいて生体解析が行われる結果、個々の生体信
号の場所と活動波形が把握できることになる。
【００１２】このように、この発明の生体信号計測装置
では、統計的に独立性の高い複数の信号に分解する独立
成分分析（ＩＣＡ：Independence Component Analysis)
手法に従って、センサにより検出された原検出信号（観
測信号）が生体活動の各電流源とその他の各発生源ごと
の独立成分に分解された上で、各独立成分について各独
立成分自体の状態のみに基づきノイズ成分であるか否か
が判定され、ノイズ成分と判定された独立成分が除かれ
た後、残りの各非ノイズ独立成分によって検出信号が復
元される結果、ノイズ検出専用のセンサを別途に設けず
とも、生体信号測定用のセンサで得られた信号だけで、
ノイズ成分が十分に除去された生体信号解析用の復元検
出信号が各成分に分解した形で得られるのである。
では、統計的に独立性の高い複数の信号に分解する独立
成分分析（ＩＣＡ：Independence Component Analysis)
手法に従って、センサにより検出された原検出信号（観
測信号）が生体活動の各電流源とその他の各発生源ごと
の独立成分に分解された上で、各独立成分について各独
立成分自体の状態のみに基づきノイズ成分であるか否か
が判定され、ノイズ成分と判定された独立成分が除かれ
た後、残りの各非ノイズ独立成分によって検出信号が復
元される結果、ノイズ検出専用のセンサを別途に設けず
とも、生体信号測定用のセンサで得られた信号だけで、
ノイズ成分が十分に除去された生体信号解析用の復元検
出信号が各成分に分解した形で得られるのである。
【００１３】
【発明の実施の形態】続いて、この発明の一実施例を図
面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る生体信
号計測装置の一例である生体磁気計測装置の全体構成を
示すブロック図である。
面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る生体信
号計測装置の一例である生体磁気計測装置の全体構成を
示すブロック図である。
【００１４】実施例の生体磁気計測装置は、図１に示す
ように、被検体（患者）Ｍの診断対象領域において生体
活動電流源により生じる微小な生体磁気を測定するマル
チチャンネルＳＱＵＩＤセンサ１と、マルチチャンネル
ＳＱＵＩＤセンサ１で得られる出力データ（出力信号）
を適宜に変換・収集して原磁気検出信号として出力する
データ変換収集部２と、データ変換収集部２から送られ
てくる原磁気検出信号のノイズ成分除去処理や生体磁気
解析処理などを行う信号処理部３とを備えている。
ように、被検体（患者）Ｍの診断対象領域において生体
活動電流源により生じる微小な生体磁気を測定するマル
チチャンネルＳＱＵＩＤセンサ１と、マルチチャンネル
ＳＱＵＩＤセンサ１で得られる出力データ（出力信号）
を適宜に変換・収集して原磁気検出信号として出力する
データ変換収集部２と、データ変換収集部２から送られ
てくる原磁気検出信号のノイズ成分除去処理や生体磁気
解析処理などを行う信号処理部３とを備えている。
【００１５】マルチチャンネルＳＱＵＩＤセンサ１は、
デュアーと呼ばれる容器内に微小な生体磁気の測定に適
した多数のＳＱＵＩＤセンサ１ａが縦横にアレイ状に配
列された形で液体窒素などの冷媒に浸漬・収納されてい
る構成になっている。実施例装置のマルチチャンネルＳ
ＱＵＩＤセンサ１には、１２８チャンネル分のＳＱＵＩ
Ｄセンサ１ａが配備されており、各チャンネルの１回当
たりの生体磁気の測定時間は例えば５１２ｍｓｅｃであ
る。なお、多数のＳＱＵＩＤセンサ１ａが本発明におけ
る複数個のセンサに相当する。
デュアーと呼ばれる容器内に微小な生体磁気の測定に適
した多数のＳＱＵＩＤセンサ１ａが縦横にアレイ状に配
列された形で液体窒素などの冷媒に浸漬・収納されてい
る構成になっている。実施例装置のマルチチャンネルＳ
ＱＵＩＤセンサ１には、１２８チャンネル分のＳＱＵＩ
Ｄセンサ１ａが配備されており、各チャンネルの１回当
たりの生体磁気の測定時間は例えば５１２ｍｓｅｃであ
る。なお、多数のＳＱＵＩＤセンサ１ａが本発明におけ
る複数個のセンサに相当する。
【００１６】また、マルチチャンネルＳＱＵＩＤセンサ
１の後段のデータ変換収集部２は、各ＳＱＵＩＤセンサ
１ａの出力信号をディジタル信号に変換してから収集し
原磁気検出信号として信号処理部３へ送り込む。実施例
装置の場合、原磁気検出信号は１２８行５１２列の行列
形態の信号として扱われる構成となっている。
１の後段のデータ変換収集部２は、各ＳＱＵＩＤセンサ
１ａの出力信号をディジタル信号に変換してから収集し
原磁気検出信号として信号処理部３へ送り込む。実施例
装置の場合、原磁気検出信号は１２８行５１２列の行列
形態の信号として扱われる構成となっている。
【００１７】信号処理部３は、この発明の生体磁気計測
装置における特徴的な構成部分であって、原磁気検出信
号を複数の独立成分に分解する磁気信号分解部４と、磁
気信号分解部４により分解された独立成分の中のノイズ
成分を独立成分自体の状態のみに基づいて判定して取り
除くノイズ成分除去部５と、ノイズ成分が除去された残
りの非ノイズ独立成分に基づき元の磁気検出信号の形へ
戻して各成分毎の復元磁気検出信号として個別に出力す
る磁気信号復元部６とを備えているとともに、磁気信号
復元部６からの復元磁気検出信号に基づいて生体磁気解
析を行う磁気解析部７を備えている他、生体内の分極
（ダイポール）を破壊して生体活動電流を流すために、
生体に刺激を与えるための刺激付与部ＤＴなどを備えて
いる。
装置における特徴的な構成部分であって、原磁気検出信
号を複数の独立成分に分解する磁気信号分解部４と、磁
気信号分解部４により分解された独立成分の中のノイズ
成分を独立成分自体の状態のみに基づいて判定して取り
除くノイズ成分除去部５と、ノイズ成分が除去された残
りの非ノイズ独立成分に基づき元の磁気検出信号の形へ
戻して各成分毎の復元磁気検出信号として個別に出力す
る磁気信号復元部６とを備えているとともに、磁気信号
復元部６からの復元磁気検出信号に基づいて生体磁気解
析を行う磁気解析部７を備えている他、生体内の分極
（ダイポール）を破壊して生体活動電流を流すために、
生体に刺激を与えるための刺激付与部ＤＴなどを備えて
いる。
【００１８】なお、上述した磁気信号分解部４が本発明
の信号分解手段に相当し、ノイズ成分除去部５がノイズ
成分除去手段に、磁気信号復元部６が信号復元手段に、
磁気解析部７が信号解析手段に相当するものである。
の信号分解手段に相当し、ノイズ成分除去部５がノイズ
成分除去手段に、磁気信号復元部６が信号復元手段に、
磁気解析部７が信号解析手段に相当するものである。
【００１９】以下、この信号処理部３の各部構成につい
て、より詳しく説明する。
て、より詳しく説明する。
【００２０】磁気信号分解部４は、計測実行に伴って得
られる１２８行５１２列の行列形態の原磁気検出信号Ｂ
と、予め決定して設定しておいた１２８行１２８列の行
列形態のＩＣＡ（独立成分分析）行列Ｗとを用い、１２
８行５１２列の行列形態のＩＣＡ（独立成分分析）信号
Ｘを求めるための演算を行う。
られる１２８行５１２列の行列形態の原磁気検出信号Ｂ
と、予め決定して設定しておいた１２８行１２８列の行
列形態のＩＣＡ（独立成分分析）行列Ｗとを用い、１２
８行５１２列の行列形態のＩＣＡ（独立成分分析）信号
Ｘを求めるための演算を行う。
【００２１】つまり、磁気信号分解部４では、ＩＣＡ
（独立成分分析）手法に従って、Ｘ＝ＷＢなる演算が行
われ、原磁気検出信号Ｂが、生体活動電流源とその他の
各磁気発生源ごとの信号成分に対応する複数の独立成分
に分解されるのである。
（独立成分分析）手法に従って、Ｘ＝ＷＢなる演算が行
われ、原磁気検出信号Ｂが、生体活動電流源とその他の
各磁気発生源ごとの信号成分に対応する複数の独立成分
に分解されるのである。
【００２２】なお、ここで用いられるＩＣＡ行列Ｗは、
ＷＢなる演算によって分解されたＩＣＡ（独立成分分
析）信号Ｘの各要素が互いに独立になるように予め探査
決定されている行列である。実施例装置の場合は、ＩＣ
Ａ信号Ｘを時系列過程とみて、その相互相関関数が
『０』となるように行列Ｗが決定されている。
ＷＢなる演算によって分解されたＩＣＡ（独立成分分
析）信号Ｘの各要素が互いに独立になるように予め探査
決定されている行列である。実施例装置の場合は、ＩＣ
Ａ信号Ｘを時系列過程とみて、その相互相関関数が
『０』となるように行列Ｗが決定されている。
【００２３】また、実施例装置の場合、磁気信号分解部
４は、同一事象についてＩＣＡ信号Ｘを複数回求めて加
算平均する構成にもなっている。ここでの繰り返し回数
は、数回〜数百回までの間の適宜の回数が選ばれる。
４は、同一事象についてＩＣＡ信号Ｘを複数回求めて加
算平均する構成にもなっている。ここでの繰り返し回数
は、数回〜数百回までの間の適宜の回数が選ばれる。
【００２４】例えば、音を聞いた時の脳の反応を検査す
る場合、ＩＣＡ信号Ｘの加算平均処理によって、目の筋
肉から発生する（スパイク波的な）磁気や脳から定常的
に発生するα波による磁気の他、量子ノイズなどの不要
成分を除去できる。
る場合、ＩＣＡ信号Ｘの加算平均処理によって、目の筋
肉から発生する（スパイク波的な）磁気や脳から定常的
に発生するα波による磁気の他、量子ノイズなどの不要
成分を除去できる。
【００２５】なお、逆に、目の筋肉から発生する磁気や
脳から定常的に発生するα波による磁気を残したい場合
には、加算平均の繰り返し回数を少なくするか、或いは
加算平均しないようにすればよい。
脳から定常的に発生するα波による磁気を残したい場合
には、加算平均の繰り返し回数を少なくするか、或いは
加算平均しないようにすればよい。
【００２６】ノイズ成分除去部５は、磁気信号分解部４
によって求められたＩＣＡ信号Ｘにおける各独立成分に
ついてノイズ成分であるか否かを先ず判別する。実施例
装置の場合、ＩＣＡ信号Ｘの各行ベクトルについて、全
測定時間５１２ｍｓｅｃのうち測定開始から被検体に刺
激付与部ＤＴにより刺激が与えられる時点までの非検査
対象区間（例えば０〜２００ｍｓｅｃ）の標準偏差値Ｍ
ａと、刺激付与部ＤＴにより刺激が与えられた時点以降
の検査対象区間（例えば２００ｍｓｅｃ〜５１２ｍｓｅ
ｃ）の標準偏差値Ｍｂの比Ｍａ／Ｍｂを求め、これが一
定値以上の場合、その行ベクトルに対応する独立成分は
ノイズ成分であると判別し、一定値未満の場合、その行
ベクトルに対応する独立成分は真の信号成分であると判
別するように構成されている。
によって求められたＩＣＡ信号Ｘにおける各独立成分に
ついてノイズ成分であるか否かを先ず判別する。実施例
装置の場合、ＩＣＡ信号Ｘの各行ベクトルについて、全
測定時間５１２ｍｓｅｃのうち測定開始から被検体に刺
激付与部ＤＴにより刺激が与えられる時点までの非検査
対象区間（例えば０〜２００ｍｓｅｃ）の標準偏差値Ｍ
ａと、刺激付与部ＤＴにより刺激が与えられた時点以降
の検査対象区間（例えば２００ｍｓｅｃ〜５１２ｍｓｅ
ｃ）の標準偏差値Ｍｂの比Ｍａ／Ｍｂを求め、これが一
定値以上の場合、その行ベクトルに対応する独立成分は
ノイズ成分であると判別し、一定値未満の場合、その行
ベクトルに対応する独立成分は真の信号成分であると判
別するように構成されている。
【００２７】非ノイズ独立成分（真の信号成分）を決定
づける生体磁気は、刺激付与部ＤＴにより刺激が与えら
れた時点以降に発生するので、行ベクトルの要素は刺激
が与えられた時点以降に大きくなる。逆に、ノイズ成分
に対応するノイズ磁気は、刺激付与部ＤＴにより刺激が
与えられた時点以降とは直接関係がなく、行ベクトルの
要素は刺激が与えられた時点の前後て変化が少ない。し
たがって、非検査対象区間の標準偏差値Ｍａと検査対象
区間の標準偏差値Ｍｂの比Ｍａ／Ｍｂについては、真の
信号成分である独立成分の方の比Ｍａ／Ｍｂは小さく、
ノイズ独立成分の方の比Ｍａ／Ｍｂは大きくなり、比Ｍ
ａ／Ｍｂの大小を監視することで独立成分がノイズ成分
であるか否かの判別が可能となる。
づける生体磁気は、刺激付与部ＤＴにより刺激が与えら
れた時点以降に発生するので、行ベクトルの要素は刺激
が与えられた時点以降に大きくなる。逆に、ノイズ成分
に対応するノイズ磁気は、刺激付与部ＤＴにより刺激が
与えられた時点以降とは直接関係がなく、行ベクトルの
要素は刺激が与えられた時点の前後て変化が少ない。し
たがって、非検査対象区間の標準偏差値Ｍａと検査対象
区間の標準偏差値Ｍｂの比Ｍａ／Ｍｂについては、真の
信号成分である独立成分の方の比Ｍａ／Ｍｂは小さく、
ノイズ独立成分の方の比Ｍａ／Ｍｂは大きくなり、比Ｍ
ａ／Ｍｂの大小を監視することで独立成分がノイズ成分
であるか否かの判別が可能となる。
【００２８】すなわち、ノイズ成分除去部５は、ノイズ
成分（の中でも特に環境ノイズと称するようなノイズ成
分）であると判別されたものを除去する。ノイズ成分の
除去は、ノイズ成分と判別された独立成分に対応する行
ベクトルを０に置換することにより行われる。ノイズ成
分除去部５によるノイズ成分除去に伴ってＩＣＡ信号Ｘ
はＩＣＡ信号Ｘａとなる。
成分（の中でも特に環境ノイズと称するようなノイズ成
分）であると判別されたものを除去する。ノイズ成分の
除去は、ノイズ成分と判別された独立成分に対応する行
ベクトルを０に置換することにより行われる。ノイズ成
分除去部５によるノイズ成分除去に伴ってＩＣＡ信号Ｘ
はＩＣＡ信号Ｘａとなる。
【００２９】磁気信号復元部６は、ノイズ成分除去部５
で求められたＩＣＡ信号Ｘａと、ＩＣＡ（独立成分分
析）行列Ｗの逆行例である１２８行１２８列の行列形態
の逆ＩＣＡ行列Ｗ-1とを用いて、１２８行５１２列の行
列形態の復元磁気検出信号Ｂａを求める演算を行う。つ
まり、磁気信号復元部６において、Ｗ-1Ｘａなる演算が
行われて、原磁気検出信号Ｂからノイズ成分が十分に除
去された復元磁気検出信号Ｂａ（＝Ｗ-1Ｘａ）が求めら
れるのである。
で求められたＩＣＡ信号Ｘａと、ＩＣＡ（独立成分分
析）行列Ｗの逆行例である１２８行１２８列の行列形態
の逆ＩＣＡ行列Ｗ-1とを用いて、１２８行５１２列の行
列形態の復元磁気検出信号Ｂａを求める演算を行う。つ
まり、磁気信号復元部６において、Ｗ-1Ｘａなる演算が
行われて、原磁気検出信号Ｂからノイズ成分が十分に除
去された復元磁気検出信号Ｂａ（＝Ｗ-1Ｘａ）が求めら
れるのである。
【００３０】なお、磁気信号復元部６においては、独立
信号源ごとに磁気検出信号を復元することも可能であ
る。つまり、この場合には、ノイズ成分除去部５で求め
られたＩＣＡ信号Ｘａの中で、復元独立成分に対応する
行ベクトルのみを残し、その他の要素を全て『０』に置
換したＩＣＡ信号Ｘａを用いてＷ-1Ｘａなる演算を行う
ことにより、復元磁気検出信号Ｂａを求めることができ
る。
信号源ごとに磁気検出信号を復元することも可能であ
る。つまり、この場合には、ノイズ成分除去部５で求め
られたＩＣＡ信号Ｘａの中で、復元独立成分に対応する
行ベクトルのみを残し、その他の要素を全て『０』に置
換したＩＣＡ信号Ｘａを用いてＷ-1Ｘａなる演算を行う
ことにより、復元磁気検出信号Ｂａを求めることができ
る。
【００３１】そして、磁気解析部７は、復元磁気検出信
号Ｂａに基づいて生体磁気解析を行う。具体的には、復
元磁気検出信号Ｂａの１ダイポール解析の結果、生体活
動電流源の重心位置分布が求められたり、復元磁気検出
信号ＢａのSpatial Filterの結果、生体活動電流源の空
間分布が求められたりして、生体活動電流源の状態が把
握できる。
号Ｂａに基づいて生体磁気解析を行う。具体的には、復
元磁気検出信号Ｂａの１ダイポール解析の結果、生体活
動電流源の重心位置分布が求められたり、復元磁気検出
信号ＢａのSpatial Filterの結果、生体活動電流源の空
間分布が求められたりして、生体活動電流源の状態が把
握できる。
【００３２】なお、実施例装置の信号処理部３は、コン
ピュータおよびその制御プログラム等を中心に構成され
ているものである。
ピュータおよびその制御プログラム等を中心に構成され
ているものである。
【００３３】さらに、実施例装置は、解析結果を画面に
映し出す表示モニタ８および解析結果をシートに印刷し
て出力するプリンター９といった出力機器類を備えてお
り、必要に応じて磁気解析部７で得られた生体活動電流
源の重心位置や空間分布を表示モニタ８に表示させた
り、プリンター９で印刷させたりできる構成にもなって
いる。
映し出す表示モニタ８および解析結果をシートに印刷し
て出力するプリンター９といった出力機器類を備えてお
り、必要に応じて磁気解析部７で得られた生体活動電流
源の重心位置や空間分布を表示モニタ８に表示させた
り、プリンター９で印刷させたりできる構成にもなって
いる。
【００３４】続いて、以上に詳述した実施例の生体磁気
計測装置により、生体磁気の計測を行う時の装置動作
を、図面を参照しながら具体的に説明する。
計測装置により、生体磁気の計測を行う時の装置動作
を、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３５】なお、図２は、実施例装置による生体磁気
の計測実行の様子を経時的に示すフローチャートであ
り、図３は原磁気検出信号の信号経時変化を示すグラフ
であり、図４はＩＣＡ信号Ｘの経時変化を示すグラフで
あり、図５は復元磁気検出信号の信号経時変化を示すグ
ラフである。
の計測実行の様子を経時的に示すフローチャートであ
り、図３は原磁気検出信号の信号経時変化を示すグラフ
であり、図４はＩＣＡ信号Ｘの経時変化を示すグラフで
あり、図５は復元磁気検出信号の信号経時変化を示すグ
ラフである。
【００３６】但し、以下の場合、理解を容易にするため
に被検体Ｍとして次のような模型を使用した。すなわ
ち、人体頭部を模擬したファントム内に生体活動電流源
のモデルとして電流ダイポール（電極）を配設したもの
を用いるとともに、刺激付与部ＤＴによる生体への刺激
付与の代わりに、測定開始から２００ｍｓｅｃ経過した
時点ＴＭで電流ダイポールに三角波電流を流すようにし
たのである。
に被検体Ｍとして次のような模型を使用した。すなわ
ち、人体頭部を模擬したファントム内に生体活動電流源
のモデルとして電流ダイポール（電極）を配設したもの
を用いるとともに、刺激付与部ＤＴによる生体への刺激
付与の代わりに、測定開始から２００ｍｓｅｃ経過した
時点ＴＭで電流ダイポールに三角波電流を流すようにし
たのである。
【００３７】〔ステップＳ１〕ファントムの傍らにマル
チチャンネルＳＱＵＩＤセンサ１をセットする。
チチャンネルＳＱＵＩＤセンサ１をセットする。
【００３８】〔ステップＳ２〕測定開始に伴って、図３
に示すように、信号処理部３へ原磁気検出信号Ｂが入力
される。図３は、原磁気検出信号ＢのチャンネルＣＨ１
〜ＣＨ８の８チャンネル分の信号経時変化を示すグラフ
であり、図３の時間軸ｔの時点ＴＭで電流ダイポールに
三角波電流が流される。
に示すように、信号処理部３へ原磁気検出信号Ｂが入力
される。図３は、原磁気検出信号ＢのチャンネルＣＨ１
〜ＣＨ８の８チャンネル分の信号経時変化を示すグラフ
であり、図３の時間軸ｔの時点ＴＭで電流ダイポールに
三角波電流が流される。
【００３９】〔ステップＳ３〕磁気信号分解部４によっ
て、原磁気検出信号Ｂが１２８個の独立成分に分解され
てＩＣＡ信号Ｘが求められるとともに、ＩＣＡ信号Ｘの
加算平均処理が行われる。
て、原磁気検出信号Ｂが１２８個の独立成分に分解され
てＩＣＡ信号Ｘが求められるとともに、ＩＣＡ信号Ｘの
加算平均処理が行われる。
【００４０】〔ステップＳ４〕ＩＣＡ信号Ｘの加算平均
処理の回数が所定の回数に達しているか否かがチェック
され、所定の回数に達していれば、ステップＳ５へ進
み、まだ所定の回数に達していなければ、ステップＳ２
へ戻る。
処理の回数が所定の回数に達しているか否かがチェック
され、所定の回数に達していれば、ステップＳ５へ進
み、まだ所定の回数に達していなければ、ステップＳ２
へ戻る。
【００４１】〔ステップＳ５〕ノイズ成分除去部５によ
って、ＩＣＡ信号Ｘにおける各独立成分がノイズ成分で
あるか否かが判定されて、ノイズ成分と判定された独立
成分は除かれ、ＩＣＡ信号Ｘａが求められる。
って、ＩＣＡ信号Ｘにおける各独立成分がノイズ成分で
あるか否かが判定されて、ノイズ成分と判定された独立
成分は除かれ、ＩＣＡ信号Ｘａが求められる。
【００４２】図４は、ＩＣＡ信号Ｘにおける８個分の
（縦軸方向が正規化された）各独立成分ＩＣＡ１〜ＩＣ
Ａ８の経時変化を示すグラフであり、今は電流ダイポー
ルに流れる三角波電流の磁気に対応する独立成分ＩＣＡ
１の他はノイズ成分と判定されることになる。ちなみに
独立成分ＩＣＡ２は地磁気によるノイズ磁気と思われ、
独立成分ＩＣＡ５は６０Ｈｚの商用電源によるノイズ磁
気と思われる。
（縦軸方向が正規化された）各独立成分ＩＣＡ１〜ＩＣ
Ａ８の経時変化を示すグラフであり、今は電流ダイポー
ルに流れる三角波電流の磁気に対応する独立成分ＩＣＡ
１の他はノイズ成分と判定されることになる。ちなみに
独立成分ＩＣＡ２は地磁気によるノイズ磁気と思われ、
独立成分ＩＣＡ５は６０Ｈｚの商用電源によるノイズ磁
気と思われる。
【００４３】〔ステップＳ６〕磁気信号復元部６によっ
て復元磁気検出信号Ｂａが求められる。図５は、復元磁
気検出信号ＢａのチャンネルＣＨ１〜ＣＨ８の８チャン
ネル分の信号経時変化を示すグラフである。図５と図３
の信号波形を比較すれば、Ｓ／Ｎ比が一桁程度改善され
ており、ステップＳ５でノイズ成分と判定された独立成
分が除かれることにより、復元磁気検出信号Ｂａはノイ
ズ成分が十分に除去されたものになっていることがよく
分かる。
て復元磁気検出信号Ｂａが求められる。図５は、復元磁
気検出信号ＢａのチャンネルＣＨ１〜ＣＨ８の８チャン
ネル分の信号経時変化を示すグラフである。図５と図３
の信号波形を比較すれば、Ｓ／Ｎ比が一桁程度改善され
ており、ステップＳ５でノイズ成分と判定された独立成
分が除かれることにより、復元磁気検出信号Ｂａはノイ
ズ成分が十分に除去されたものになっていることがよく
分かる。
【００４４】〔ステップＳ７〕得られた復元磁気検出信
号Ｂａに従って磁気解析部７による生体磁気解析処理が
行われ、生体活動電流源の重心位置分布や生体活動電流
源の空間分布が求められるとともに、表示モニタ８やプ
リンター９により解析結果が出力されて、計測は終了と
なる。
号Ｂａに従って磁気解析部７による生体磁気解析処理が
行われ、生体活動電流源の重心位置分布や生体活動電流
源の空間分布が求められるとともに、表示モニタ８やプ
リンター９により解析結果が出力されて、計測は終了と
なる。
【００４５】以上に詳述したように、実施例の生体磁気
計測装置によれば、ＩＣＡ（独立成分分析）手法に従っ
て、原磁気検出信号が、各磁気発生源ごとの独立成分に
分解された上で、各独立成分について各独立成分自体の
状態のみに基づきノイズ成分であるか否かが判定され、
ノイズ成分と判定された独立成分が除かれた後、非ノイ
ズ独立成分に従って磁気検出信号が復元されており、ノ
イズ磁気検出専用の磁気センサを別途に設けずとも、生
体磁気測定用の磁気センサで得られた信号だけで、ノイ
ズ成分が十分に除去された生体磁気解析用の復元磁気検
出信号が容易に得られている。また、実施例の生体磁気
計測装置によれば、ＩＣＡ信号Ｘの加算平均処理によっ
て、不規則的に発生するノイズ成分や量子ノイズなどの
不要成分除去も行われている。
計測装置によれば、ＩＣＡ（独立成分分析）手法に従っ
て、原磁気検出信号が、各磁気発生源ごとの独立成分に
分解された上で、各独立成分について各独立成分自体の
状態のみに基づきノイズ成分であるか否かが判定され、
ノイズ成分と判定された独立成分が除かれた後、非ノイ
ズ独立成分に従って磁気検出信号が復元されており、ノ
イズ磁気検出専用の磁気センサを別途に設けずとも、生
体磁気測定用の磁気センサで得られた信号だけで、ノイ
ズ成分が十分に除去された生体磁気解析用の復元磁気検
出信号が容易に得られている。また、実施例の生体磁気
計測装置によれば、ＩＣＡ信号Ｘの加算平均処理によっ
て、不規則的に発生するノイズ成分や量子ノイズなどの
不要成分除去も行われている。
【００４６】さらに、この発明の特徴を示すために、実
際に被検体Ｍに対して視覚刺激を与えた際のヒトの脳磁
図の解析例を図６を参照して説明する。なお、この図６
は、原脳磁図信号から求めたＩＣＡ信号の経時変化を示
すグラフである。
際に被検体Ｍに対して視覚刺激を与えた際のヒトの脳磁
図の解析例を図６を参照して説明する。なお、この図６
は、原脳磁図信号から求めたＩＣＡ信号の経時変化を示
すグラフである。
【００４７】独立成分ＩＣＡ１は地磁気によるノイズ磁
気、独立成分ＩＣＡ２は６０Ｈｚの商用電源によるノイ
ズ磁気と考えられ、これらはノイズ成分と判定されるこ
とにより除去される。ここで、非ノイズ独立成分と判定
されるＩＣＡ３〜８を利用し、個々に復元脳磁図信号を
求めて信号源解析を行うことにより、独立成分ごとに対
応する脳内の活動を知ることが可能となる。
気、独立成分ＩＣＡ２は６０Ｈｚの商用電源によるノイ
ズ磁気と考えられ、これらはノイズ成分と判定されるこ
とにより除去される。ここで、非ノイズ独立成分と判定
されるＩＣＡ３〜８を利用し、個々に復元脳磁図信号を
求めて信号源解析を行うことにより、独立成分ごとに対
応する脳内の活動を知ることが可能となる。
【００４８】例えば、独立成分ＩＣＡ３のみから復元し
た脳磁図信号を用い、Spatial Filter法により信号源解
析を行った結果を図７に示す。この図は、後頭葉のＭＲ
Ｉ像上に活動電流分布を矢印で表示したものであり、矢
印の長さが電流強度に、矢印の向きが電流の向きに対応
している。同様に、独立成分ＩＣＡ４のみから復元した
脳磁図信号を用い、Spatial Filter法により信号源解析
を行った結果を図８に示す。
た脳磁図信号を用い、Spatial Filter法により信号源解
析を行った結果を図７に示す。この図は、後頭葉のＭＲ
Ｉ像上に活動電流分布を矢印で表示したものであり、矢
印の長さが電流強度に、矢印の向きが電流の向きに対応
している。同様に、独立成分ＩＣＡ４のみから復元した
脳磁図信号を用い、Spatial Filter法により信号源解析
を行った結果を図８に示す。
【００４９】図７，８の信号の空間分布は明らかに異な
り、個々のＩＣＡ成分が異なる空間分布を持つ信号を表
現していることがわかる。このことはＩＣＡが視覚刺激
によりヒトの脳に誘発された複数の電流源に逆らって脳
磁図信号を分離・解説できることを示している。
り、個々のＩＣＡ成分が異なる空間分布を持つ信号を表
現していることがわかる。このことはＩＣＡが視覚刺激
によりヒトの脳に誘発された複数の電流源に逆らって脳
磁図信号を分離・解説できることを示している。
【００５０】この発明は、上記実施の形態に限られるこ
とはなく、下記のように変形実施することができる。
とはなく、下記のように変形実施することができる。
【００５１】（１）実施例装置では、ＩＣＡ信号Ｘの独
立成分における非検査対象区間の標準偏差値Ｍａと検査
対象区間の標準偏差値Ｍｂの比Ｍａ／Ｍｂに基づき独立
成分がノイズ成分であるか否かを判別する構成であった
が、ＩＣＡ信号Ｘの独立成分の信号強度に基づき独立成
分がノイズ成分であるか否かを判別する構成の装置が、
変形例として挙げられる。例えば１ｐＴ（ピコテラス）
以上のものはノイズと判別する。但し、この変形例の場
合、判定対象の独立成分の信号強度は正規化された値で
はなく、生の磁場強度に対応する値に変換される必要が
ある。
立成分における非検査対象区間の標準偏差値Ｍａと検査
対象区間の標準偏差値Ｍｂの比Ｍａ／Ｍｂに基づき独立
成分がノイズ成分であるか否かを判別する構成であった
が、ＩＣＡ信号Ｘの独立成分の信号強度に基づき独立成
分がノイズ成分であるか否かを判別する構成の装置が、
変形例として挙げられる。例えば１ｐＴ（ピコテラス）
以上のものはノイズと判別する。但し、この変形例の場
合、判定対象の独立成分の信号強度は正規化された値で
はなく、生の磁場強度に対応する値に変換される必要が
ある。
【００５２】（２）また、ＩＣＡ信号Ｘの独立成分の周
波数に基づき独立成分がノイズ成分であるか否かを判別
する構成の装置も、変形例として挙げられる。例えば、
ＩＣＡ信号ＸにＦＦＴをかけて一番支配的な周波数を求
め、１００Ｈｚ以上であればノイズと判別する。
波数に基づき独立成分がノイズ成分であるか否かを判別
する構成の装置も、変形例として挙げられる。例えば、
ＩＣＡ信号ＸにＦＦＴをかけて一番支配的な周波数を求
め、１００Ｈｚ以上であればノイズと判別する。
【００５３】（３）さらに、実施例を含めて前述した三
つのノイズ成分判別方式の二つあるいは三つの方式を併
用して独立成分がノイズ成分であるか否かを判別する構
成の装置も、変形例として挙げられる。
つのノイズ成分判別方式の二つあるいは三つの方式を併
用して独立成分がノイズ成分であるか否かを判別する構
成の装置も、変形例として挙げられる。
【００５４】また、上述した実施例では、脳磁計による
生体磁気計測装置を例に採って説明したが、脳波計など
を用いた生体信号計測装置であっても同様の効果を得る
ことができる。
生体磁気計測装置を例に採って説明したが、脳波計など
を用いた生体信号計測装置であっても同様の効果を得る
ことができる。
【００５５】
【発明の効果】以上に詳述したように、この発明の生体
信号計測装置によれば、いわゆるＩＣＡ（独立成分分
析）手法に従って、複数個のセンサにより検出された原
検出信号（観測信号）は、生体活動の各電流源とその他
の各信号源ごとの独立成分に分解された上で、各独立成
分について各独立成分自体の状態のみに基づきノイズ成
分であるか否かが判定され、ノイズ成分と判定された独
立成分が除かれた後、残りの非ノイズ独立成分によって
検出信号が各々の情報源毎に分離して復元される構成を
備えているので、ノイズ検出専用のセンサを別途に設け
ずとも、生体信号測定用のセンサで得られた信号だけ
で、ノイズ成分が十分に除去された生体信号解析用の復
元検出信号が容易に得られる。その結果、復元生体検出
信号に基づいて行われる信号解析も正確なものとなる。
信号計測装置によれば、いわゆるＩＣＡ（独立成分分
析）手法に従って、複数個のセンサにより検出された原
検出信号（観測信号）は、生体活動の各電流源とその他
の各信号源ごとの独立成分に分解された上で、各独立成
分について各独立成分自体の状態のみに基づきノイズ成
分であるか否かが判定され、ノイズ成分と判定された独
立成分が除かれた後、残りの非ノイズ独立成分によって
検出信号が各々の情報源毎に分離して復元される構成を
備えているので、ノイズ検出専用のセンサを別途に設け
ずとも、生体信号測定用のセンサで得られた信号だけ
で、ノイズ成分が十分に除去された生体信号解析用の復
元検出信号が容易に得られる。その結果、復元生体検出
信号に基づいて行われる信号解析も正確なものとなる。
【図１】実施例に係る生体磁気計測装置の全体構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図２】実施例装置による生体磁気の計測実行の様子を
経時的に示すフローチャートである。
経時的に示すフローチャートである。
【図３】原磁気検出信号の８チャンネル分の信号経時変
化を示すグラフである。
化を示すグラフである。
【図４】ＩＣＡ信号における８個分の各独立成分の経時
変化を示すグラフである。
変化を示すグラフである。
【図５】復元磁気検出信号の８チャンネル分の信号経時
変化を示すグラフである。
変化を示すグラフである。
【図６】原脳磁図信号から求めたＩＣＡ信号の経時変化
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図７】復元した原脳磁図信号を用いてSpatial Filter
法により信号源解析を行った結果を示す図である。
法により信号源解析を行った結果を示す図である。
【図８】図７の原脳磁図信号とは異なる復元脳磁図信号
を用いてSpatial Filter法により信号源解析を行った結
果を示す図である。
を用いてSpatial Filter法により信号源解析を行った結
果を示す図である。
１ …マルチチャンネルＳＱＵＩＤセンサ １ａ …ＳＱＵＩＤセンサ ２ …データ変換収集部 ３ …信号処理部 ４ …磁気信号分解部 ５ …ノイズ成分除去部 ６ …磁気信号復元部 ７ …磁気解析部 Ｍ …被検体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 甘利 俊一 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所 内 (72)発明者 池田 思朗 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所 内 (72)発明者 外山 敬介 京都市上京区河原町通広小路上ル梶井町 465 京都府立医科大学内 Ｆターム(参考） 2G017 AA02 AB01 AD32 AD40 BA15 4C027 AA03 AA10 CC01 DD03 GG13 GG16 HH00 HH02 KK03
Claims (1)
- 【請求項１】 被検体の診断対象領域において生体活動
電流源により生じる微小な生体信号を測定する複数個の
センサを備えた生体信号計測装置において、前記複数個
のセンサにより検出された検出信号を複数の独立成分に
分解する信号分解手段と、この信号分解手段により分解
された独立成分の中のノイズ成分を独立成分自体の状態
のみに基づいて判定して取り除くノイズ成分除去手段
と、各非ノイズ独立成分に基づき検出信号を復元する信
号復元手段と、復元された各検出信号の各々の独立成分
に対応する脳内の活動（位置、方向、強さ）を得る信号
解析手段とを備えていることを特徴とする生体信号計測
装置。
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