JP2016000095A - Key device and brain activity measurement device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a key device capable of accurately measuring a movement of a subject in a brain activity measurement device by a magnetic field.SOLUTION: A keyboard 100 is a key device for detecting a key striking operation of a subject for a movement assignment during the measurement of a cranium part of the subject 2 in an MRI device 10 and includes a keyboard body 102 formed of a non-magnetic material. The keyboard body 102 is configured so as to rotate around a predetermined supporting point by the operation of the subject 2, and includes a front end part for receiving the operation of the subject 2 and a rear end part 108 provided at a position opposed to the front end part so as to rotate in conjunction with the rotation of the front end part. An optical sensor 202 is formed of a non-magnetic material for detecting the position of the rear face of the rear end part 108, and generates output that changes according to the direction of the rear face of the rear end part 108 accompanying the rotation.

Description

この発明は、キー装置およびキー操作に対応した脳活動を検知する脳活動測定装置に関し、より特定的には、磁場を用いた脳活動測定装置の測定中に使用可能なキー装置およびそれを用いた脳活動測定装置の構成に関する。   The present invention relates to a key device and a brain activity measuring device that detects brain activity corresponding to a key operation, and more specifically, a key device that can be used during measurement of a brain activity measuring device using a magnetic field and the same. The present invention relates to the configuration of a brain activity measuring apparatus.

生体の脳や全身の断面を撮像する方法として、生体中の原子、特に、水素原子の原子核に対する核磁気共鳴現象を利用した核磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ : Magnetic Resonance Imaging)法が、人間の臨床画像診断等に使用されている。   As a method of imaging the cross-section of the brain and whole body of a living body, a nuclear magnetic resonance imaging (MRI) method that uses the nuclear magnetic resonance phenomenon of atoms in the living body, particularly hydrogen nuclei, is a human clinical image. It is used for diagnosis.

核磁気共鳴映像法は、それを人体に適用する場合、同様の人体内断層画像法である「Ｘ線ＣＴ」に比較して、たとえば、以下のような特徴がある。   When applied to the human body, the nuclear magnetic resonance imaging method has the following features, for example, compared to “X-ray CT” which is a similar tomographic image of the human body.

（１）水素原子の分布と、その信号緩和時間（原子の結合の強さを反映）に対応した濃度の画像が得られる。このため、組織の性質の差異に応じた濃淡を呈し、組織の違いを観察しやすい。   (1) An image having a density corresponding to the distribution of hydrogen atoms and the signal relaxation time (reflecting the strength of atomic bonding) can be obtained. For this reason, the lightness and darkness corresponding to the difference in tissue properties is exhibited, and the difference in tissue is easily observed.

（２）磁場は、骨による吸収がない。このため、骨に囲まれた部位（頭蓋内、脊髄など）を観察しやすい。   (2) The magnetic field is not absorbed by the bone. For this reason, it is easy to observe the part (intracranial, spinal cord, etc.) surrounded by bones.

（３）Ｘ線のように人体に害になるということがないので、広範囲に活用できる。   (3) Since it is not harmful to the human body like X-rays, it can be used in a wide range.

このような核磁気共鳴影像法は、人体の各細胞に最も多く含まれ、かつ最も大きな磁性を有している水素原子核（陽子）の磁気性を利用する。水素原子核の磁性を担うスピン角運動量の磁場内での運動は、古典的には、コマの歳差運動にたとえられる。   Such nuclear magnetic resonance imaging uses the magnetic properties of hydrogen nuclei (protons) that are contained most in each cell of the human body and have the greatest magnetism. The movement in the magnetic field of the spin angular momentum responsible for the magnetism of the hydrogen nucleus is classically compared to the precession of the coma.

以下、本発明の背景の説明のために、この直感的な古典的モデルで、簡単に核磁気共鳴の原理をまとめておく。   In the following, for the purpose of explaining the background of the present invention, the principle of nuclear magnetic resonance is briefly summarized with this intuitive classic model.

上述したような水素原子核のスピン角運動量の方向（コマの自転軸の方向）は、磁場のない環境では、ランダムな方向を向いているものの、静磁場を印加すると、磁力線の方向を向く。   The direction of the spin angular momentum of the hydrogen nuclei (the direction of the rotation axis of the coma) as described above is directed in a random direction in an environment without a magnetic field, but is directed in the direction of the lines of magnetic force when a static magnetic field is applied.

この状態で、さらに振動磁界を重畳すると、この振動磁界の周波数が、静磁界の強さで決まる共鳴周波数ｆ０＝γＢ０／２π（γ：物質に固有の係数）であると、共鳴により原子核側にエネルギーが移動し、磁化ベクトルの方向が変わる（歳差運動が大きくなる）。この状態で、振動磁界を切ると、歳差運動は、傾き角度を戻しながら、静磁界における方向に復帰していく。この過程を外部からアンテナコイルにより検知することで、ＮＭＲ信号を得ることができる。   In this state, when the oscillating magnetic field is further superimposed, if the frequency of the oscillating magnetic field is a resonance frequency f0 = γB0 / 2π (γ: a coefficient specific to the substance) determined by the strength of the static magnetic field, the resonance causes The energy moves and the direction of the magnetization vector changes (precession increases). When the oscillating magnetic field is cut in this state, the precession returns to the direction in the static magnetic field while returning the tilt angle. By detecting this process from the outside with an antenna coil, an NMR signal can be obtained.

このような共鳴周波数ｆ０は、静磁界の強度がＢ０（Ｔ）であるとき、水素原子では、４２．６×Ｂ０（ＭＨｚ）となる。   Such a resonance frequency f0 is 42.6 × B0 (MHz) for hydrogen atoms when the strength of the static magnetic field is B0 (T).

さらに、核磁気共鳴映像法では、血流量の変化に応じて、検出される信号に変化が現れることを用いて、外部刺激等に対する脳の活動部位を視覚化することも可能である。このような核磁気共鳴映像法を、特に、ｆＭＲＩ（functional MRI)と呼ぶ。   Furthermore, in the nuclear magnetic resonance imaging method, it is possible to visualize the active site of the brain with respect to an external stimulus or the like by using the change in the detected signal according to the change in the blood flow. Such a nuclear magnetic resonance imaging method is particularly called fMRI (functional MRI).

ｆＭＲＩでは、装置としては通常のＭＲＩ装置に、さらに、ｆＭＲＩ計測に必要なハードおよびソフトを装備したものが使用される。   In fMRI, an ordinary MRI apparatus equipped with hardware and software necessary for fMRI measurement is used.

ここで、血流量の変化がＮＭＲ信号強度に変化をもたらすのは、血液中の酸素化および脱酸素化ヘモグロビンは磁気的な性質が異なることを利用している。酸素化ヘモグロビンは反磁性体の性質があり、周りに存在する水の水素原子の緩和時間に影響を与えないのに対し、脱酸素化ヘモグロビンは常磁性体であり、周囲の磁場を変化させる。したがって、脳が刺激を受け、局部血流が増大し、酸素化ヘモグロビンが増加すると、その変化分をＭＲＩ信号として検出する事ができる。被験者への刺激は、たとえば、視覚による刺激や聴覚による刺激、あるいは所定の課題（タスク）の実行等が用いられる（たとえば、特許文献１）。   Here, the change in blood flow brings about a change in the NMR signal intensity utilizing the fact that oxygenated and deoxygenated hemoglobin in blood has different magnetic properties. Oxygenated hemoglobin has a diamagnetic property and does not affect the relaxation time of hydrogen atoms present in the surrounding area, whereas deoxygenated hemoglobin is a paramagnetic material and changes the surrounding magnetic field. Therefore, when the brain is stimulated, local blood flow increases, and oxygenated hemoglobin increases, the change can be detected as an MRI signal. For the stimulation to the subject, for example, visual stimulation, auditory stimulation, or execution of a predetermined task (task) is used (for example, Patent Document 1).

ここで、脳機能研究においては、微少整脈や毛細血管における赤血球中の脱酸素化ヘモグロビンの濃度が減少する現象（ＢＯＬＤ効果）に対応した水素原子の核磁気共鳴信号（ＭＲＩ信号）の上昇を測定することによって脳の活動の測定が行われている。   Here, in brain function research, the increase of nuclear magnetic resonance signal (MRI signal) of hydrogen atoms corresponding to the phenomenon (BOLD effect) in which the concentration of deoxygenated hemoglobin in erythrocytes in microarrhythmias and capillaries decreases. The brain activity is measured by measuring.

特に、人の運動機能に関する研究では、被験者に何らかの運動を行わせつつ、上記磁気共鳴イメージング装置によって脳の活動を測定することが行われている。上記被験者が行う動作としては、たとえば、物体の把持運動等が考えられ、把持力検出装置の検出部を被験者が把持することにより、この把持力検出装置に作用する力を検出しつつ、被験者が上記把持運動を行う際の脳活動を上記磁気共鳴イメージング装置により測定する。   In particular, in research on human motor functions, brain activity is measured by the magnetic resonance imaging apparatus while causing a subject to perform some kind of exercise. As the operation performed by the subject, for example, a gripping motion of an object is considered, and the subject grasps the detection unit of the gripping force detection device, thereby detecting the force acting on the gripping force detection device, The brain activity during the gripping movement is measured by the magnetic resonance imaging apparatus.

一方で、四肢の運動に対して脳がどのように活動しているかについて、すでにいくつかの研究がある。   On the other hand, there are already some studies on how the brain is acting on limb movements.

たとえば、運動関連領野の神経表現は主にサルを用いた電気生理実験で明らかにされてきた（たとえば、非特許文献１を参照）。このようなサルについての研究から一次運動野は筋座標系で身体運動を表現しているという知見が得られている。   For example, the neural expression of the movement-related areas has been clarified mainly by electrophysiological experiments using monkeys (see, for example, Non-Patent Document 1). From such studies on monkeys, it has been found that the primary motor area expresses body movements in the muscle coordinate system.

しかし、サルの研究では、脳への侵襲的な計測を用いており、一度に計測できる箇所が限られているため、運動に関わる脳部位全てについては明らかになっていない。   However, in monkey research, invasive measurement of the brain is used, and the number of parts that can be measured at one time is limited.

一方で、人への応用を考えた場合には、非侵襲的な計測方法を用いることが望ましい。   On the other hand, when considering application to humans, it is desirable to use a non-invasive measurement method.

また、たとえば、ピアニストなどのように正確さとスピードを伴った複雑な巧緻運動を行う必要がある人には、「局所性ジストニア」といわれる症状が現れることがあることが知られている。局所性ジストニアは、演奏時に不随意な筋活動が生じるために、演奏行為に支障をきたす病態のことをいう。症状の特徴としては、例えばピアニストの場合、鍵盤を叩く時に速い指の動きができない（巧緻動作障害）、また指に力が入らないことから垂直方向への鍵打が思うようにできなくなるといった症状を訴えることが特徴である。   In addition, for example, it is known that a symptom called “local dystonia” may appear in a person who needs to perform complicated and sophisticated exercise with accuracy and speed, such as a pianist. Local dystonia refers to a pathological condition that interferes with performance due to involuntary muscular activity during performance. Symptom features include, for example, the case of a pianist who cannot move his finger fast when he hits the keyboard (skillful movement failure), and that he can't hit the key in the vertical direction because his finger does not apply force It is characteristic to sue.

このような病態の診断や、治療法の検討のためには、たとえば、模擬的なピアノ（鍵盤装置）の打鍵を行っている状態で、リアルタイムに、脳活動の計測を上述したｆＭＲＩなどで行うことが必要である。   In order to diagnose such a pathological condition and to examine a treatment method, for example, the brain activity is measured in real time with the above-described fMRI or the like while a simulated piano (keyboard device) is being pressed. It is necessary.

なお、ピアノについては、電子ピアノなどでは、押鍵情報を検出するとともに、その検出結果に応じて打鍵強さを表すパラメータとしてのベロシティを決定するための鍵盤楽器の押鍵情報検出装置などがある（たとえば、特許文献２）。   As for pianos, electronic pianos and the like have key press information detection devices for keyboard instruments for detecting key press information and determining velocity as a parameter representing the strength of keystrokes according to the detection results. (For example, patent document 2).

特開２０１１−０００１８４号公報明細書Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-000184 特開２００３−２９５８６３号公報明細書Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-295863

Kakei S, Hoffman DS, Strick PL, Muscles and movement representations in the primary motor cortex. Science 285:2136-2139(1999)Kakei S, Hoffman DS, Strick PL, Muscles and movement representations in the primary motor cortex.Science 285: 2136-2139 (1999)

特に、脳活動測定装置が磁場計測により、脳活動を計測する装置である場合、さらに、鍵盤装置は、このような磁場計測に干渉を与えないことも必要になる。   In particular, when the brain activity measuring device is a device that measures brain activity by magnetic field measurement, the keyboard device is also required not to interfere with such magnetic field measurement.

また、上述したような局所性ジストニアは、必ずしもピアノの演奏だけでなく、他にも、正確さとスピードを伴った複雑な巧緻運動を行う必要がある他の楽器などでも、症状が現れることがある。そこで、このような計測には、ピアノの鍵盤に限らず、巧緻運動を行う対象である「キー装置」が必要となる。   In addition, the above-mentioned local dystonia is not necessarily a performance of the piano, but may also cause symptoms in other musical instruments that need to perform complicated and sophisticated movements with accuracy and speed. . Therefore, such measurement requires not only a piano keyboard but also a “key device” that is a target for performing sophisticated movements.

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、磁場による脳活動測定装置において、被験者の運動を正確に計測することが可能なキー装置およびそれを用いた脳活動測定装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a key device capable of accurately measuring a subject's movement in a brain activity measuring device using a magnetic field, and a key device thereof. It is providing the brain activity measuring apparatus using the.

この発明の１つの局面に従うと、脳活動測定装置における被験者の頭蓋部分の測定中に、被験者に与えられる運動課題について被験者のキー操作の検出を行うためのキー装置であって、非磁性材料から形成されたキー部材を備え、キー部材は、所定の支点のまわりに、被験者の操作により回動するように構成され、操作者の操作を受ける前端部と、前端部の回動に連動して回動するように前端部と対向する位置に設けられる後端部とを含み、後端部の後面の位置を検出するための非磁性材料から成るセンサをさらに備え、センサは、回動に伴って後端部の後面の向き応じて変化する出力を生成する。   According to one aspect of the present invention, there is provided a key device for detecting a key operation of a subject with respect to a movement task given to the subject during measurement of the skull portion of the subject in the brain activity measuring device. The key member is formed, and is configured to rotate around a predetermined fulcrum by a test subject's operation. The front end receives an operator's operation, and interlocks with the rotation of the front end. A sensor made of a non-magnetic material for detecting the position of the rear surface of the rear end portion. To generate an output that changes in accordance with the orientation of the rear surface of the rear end.

好ましくは、センサは、後端部の後面に光を照射して、反射する光強度を検出する光センサである。   Preferably, the sensor is an optical sensor that irradiates the rear surface of the rear end portion with light and detects the reflected light intensity.

好ましくは、キー部材は、ピアノの鍵盤の１の鍵であって、複数が並列して設けられ、センサは、各鍵に対応して設けられる。   Preferably, the key member is one key of a piano keyboard, a plurality of keys are provided in parallel, and a sensor is provided corresponding to each key.

好ましくは、被験者の脳活動を非侵襲的に磁場により計測し、活性となっている脳領域を特定するための脳活動測定装置と、脳活動測定装置における被験者の頭蓋部分の測定中に、被験者に与えられる運動課題について被験者のキー操作の検出を行うためのキー装置とを備え、キー装置は、非磁性材料から形成されたキー部材を含み、キー部材は、所定の支点のまわりに、被験者の操作により回動するように構成され、操作者の操作を受ける前端部と、前端部の回動に連動して回動するように前端部と対向する位置に設けられる後端部とを含み、後端部の後面の位置を検出するための非磁性材料から成るセンサをさらに含み、センサは、回動に伴って後端部の後面の向き応じて変化する出力を生成し、センサからの信号を受けて、キー操作の運動を評価するための情報を算出する評価装置をさらに備える。   Preferably, the brain activity of the subject is measured non-invasively with a magnetic field, and the brain activity measuring device for identifying the active brain region, and during the measurement of the subject's skull in the brain activity measuring device, And a key device for detecting a key operation of the subject with respect to the exercise task given to the subject, the key device including a key member formed of a non-magnetic material, and the key member around the predetermined fulcrum A front end portion that is configured to rotate by an operation of the operator, and includes a rear end portion provided at a position facing the front end portion so as to rotate in conjunction with the rotation of the front end portion. And a sensor made of a non-magnetic material for detecting the position of the rear surface of the rear end portion, and the sensor generates an output that changes according to the orientation of the rear surface of the rear end portion with rotation. In response to the signal, Further comprising an evaluation device which calculates the information for evaluating the dynamic.

好ましくは、脳活動測定装置は、核磁気共鳴イメージング装置であって、センサは、後端部の後面に光を照射して、反射する光強度を検出する光センサである。   Preferably, the brain activity measurement apparatus is a nuclear magnetic resonance imaging apparatus, and the sensor is an optical sensor that irradiates light on the rear surface of the rear end portion and detects the reflected light intensity.

好ましくは、キー部材は、ピアノの鍵盤の１の鍵であって、複数が並列して設けられ、センサは、各鍵に対応して設けられる。   Preferably, the key member is one key of a piano keyboard, a plurality of keys are provided in parallel, and a sensor is provided corresponding to each key.

好ましくは、評価装置は、ある打鍵の始点から次の打鍵の始点までの時間である打鍵間隔、鍵を押し下げた状態を維持する打鍵維持時間および打鍵速度の少なくとも１つを脳活動と対応付けが可能なように記録する。   Preferably, the evaluation device associates at least one of a keystroke interval, which is a time from the start point of a certain keystroke to the start point of the next keystroke, a keystroke maintenance time for maintaining a depressed state, and a keystroke speed with a brain activity. Record as possible.

この発明のキー装置および脳活動測定装置によれば、磁場による脳活動の計測においても、被験者の運動を正確に計測することが可能である。   According to the key device and the brain activity measuring device of the present invention, it is possible to accurately measure the movement of the subject even in the measurement of the brain activity by the magnetic field.

ＭＲＩ装置１０の全体構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an overall configuration of an MRI apparatus 10. 本実施の形態のピアノの鍵盤１００（白鍵および黒鍵を含む）の構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the keyboard 100 (including a white key and a black key) of this Embodiment. 本実施の形態のピアノの鍵盤１００（白鍵部分）の構造の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the structure of the keyboard 100 (white key part) of the piano of this Embodiment. 後端部８に対する光センサ２０２の配置を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the arrangement of optical sensors 202 with respect to a rear end portion 8. 検知部１２０の外観を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an appearance of a detection unit 120. 打鍵の程度に応じて変化する後端部８と光センサ２０２との位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of the rear-end part 8 and the optical sensor 202 which change according to the grade of a keystroke. 打鍵の程度に応じた光センサ２０２からの受光強度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the received light intensity from the optical sensor 202 according to the grade of a keystroke. 打鍵の程度と、後端部８と光センサ２０２との位置関係と、光センサ２０２からの受光強度の変化を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the grade of the keystroke, the positional relationship of the rear-end part 8, and the optical sensor 202, and the change of the received light intensity from the optical sensor 202. FIG. 光センサ２０２からの受光強度の時間変化から、検知できる操作者の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement of the operator which can be detected from the time change of the light reception intensity | strength from the optical sensor. 受光する光量に現れるノイズ成分を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the noise component which appears in the light quantity received. データ処理部３２のハードウェアブロック図である。2 is a hardware block diagram of a data processing unit 32. FIG.

以下、本発明の実施の形態のキー装置の一例であるピアノの鍵盤の構成について、図に従って説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素および処理工程は、同一または相当するものであり、必要でない場合は、その説明は繰り返さない。
［実施の形態１］
以下では、被験者の脳活動を計測する装置として、ＭＲＩ装置を例にとって説明する。ただし、本実施の形態のキー装置は、ＭＲＩ装置による脳活動計測だけではなく、他の装置による脳活動計測にも使用することが可能である。特に、キー装置が、非磁性材料で形成されていることにより、磁場測定により脳活動を計測するような装置において、被験者の運動を検知することに好適である。 Hereinafter, a configuration of a piano keyboard which is an example of a key device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, components and processing steps given the same reference numerals are the same or equivalent, and the description thereof will not be repeated unless necessary.
[Embodiment 1]
Hereinafter, an MRI apparatus will be described as an example of an apparatus for measuring the brain activity of a subject. However, the key device according to the present embodiment can be used not only for brain activity measurement by the MRI apparatus but also for brain activity measurement by another device. In particular, since the key device is made of a nonmagnetic material, it is suitable for detecting the movement of the subject in a device that measures brain activity by magnetic field measurement.

図１は、ＭＲＩ装置１０の全体構成を示す模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the MRI apparatus 10.

図１に示すように、ＭＲＩ装置１０は、被検者２の関心領域に制御された磁場を付与してＲＦ波を照射する磁場印加機構１１と、この被検者２からの応答波（ＮＭＲ信号）を受信してアナログ信号を出力する受信コイル２０と、この被検者２に付与される磁場を制御するとともにＲＦ波の送受信を制御する駆動部２１と、この駆動部２１の制御シーケンスを設定するとともに各種データ信号を処理して画像を生成するデータ処理部３２とを備える。   As shown in FIG. 1, the MRI apparatus 10 includes a magnetic field application mechanism 11 that applies a controlled magnetic field to a region of interest of the subject 2 and irradiates an RF wave, and a response wave (NMR) from the subject 2. Signal) and output an analog signal, a drive unit 21 that controls the magnetic field applied to the subject 2 and controls transmission and reception of RF waves, and a control sequence of the drive unit 21. And a data processing unit 32 configured to set and process various data signals to generate an image.

なお、ここで、被検者２が載置される円筒形状のボアの中心軸をＺ軸にとりＺ軸と直交する水平方向にＸ軸及び鉛直方向にＹ軸を定義する。   Here, the central axis of the cylindrical bore on which the subject 2 is placed is taken as the Z axis, and the X axis in the horizontal direction perpendicular to the Z axis and the Y axis in the vertical direction are defined.

ＭＲＩ装置１０は、このような構成であるので、磁場印加機構１１により印加される静磁場により、被検者２を構成する原子核の核スピンは、磁場方向（Ｚ軸）に配向するとともに、この原子核に固有のラーモア周波数でこの磁場方向を軸とする歳差運動を行う。   Since the MRI apparatus 10 has such a configuration, the nuclear spin of the nuclei constituting the subject 2 is oriented in the magnetic field direction (Z-axis) by the static magnetic field applied by the magnetic field applying mechanism 11, and this Precession is performed around this magnetic field direction at the Larmor frequency specific to the nucleus.

そして、このラーモア周波数と同じＲＦパルスを照射すると、原子は共鳴しエネルギーを吸収して励起され、核磁気共鳴現象（ＮＭＲ現象；Nuclear Magnetic Resonance）が生じる。この共鳴の後に、ＲＦパルス照射を停止すると、原子はエネルギーを放出して元の定常状態に戻る緩和過程で、ラーモア周波数と同じ周波数の電磁波（ＮＭＲ信号）を出力する。   When an RF pulse having the same frequency as that of the Larmor frequency is irradiated, the atoms resonate and absorb energy to be excited, and a nuclear magnetic resonance phenomenon (NMR phenomenon; Nuclear Magnetic Resonance) occurs. When the RF pulse irradiation is stopped after this resonance, the atoms emit an electromagnetic wave (NMR signal) having the same frequency as the Larmor frequency in a relaxation process in which energy is released and returns to the original steady state.

この出力されたＮＭＲ信号を被検者２からの応答波として受信コイル２０で受信し、データ処理部３２において、被検者２の関心領域が画像化される。   The output NMR signal is received by the receiving coil 20 as a response wave from the subject 2, and the region of interest of the subject 2 is imaged in the data processing unit 32.

磁場印加機構１１は、静磁場発生コイル１２と、傾斜磁場発生コイル１４と、ＲＦ照射部１６と、被検者２をボア中に載置する寝台１８とを備える。   The magnetic field application mechanism 11 includes a static magnetic field generation coil 12, a gradient magnetic field generation coil 14, an RF irradiation unit 16, and a bed 18 for placing the subject 2 in the bore.

被験者２の脇には、寝台１８に固定されたキー装置（以下、単に「鍵盤」と呼ぶ）１００が設けられる。被験者２は、特に限定されないが、たとえば、プリズムメガネ４により、Ｚ軸に対して垂直に設置されたディスプレイ６に表示される画面を見ることができる。このディスプレイ６の画像により、被験者２に、タスクの指示や視覚刺激が与えられる。   Next to the subject 2, a key device (hereinafter simply referred to as “keyboard”) 100 fixed to the bed 18 is provided. Although the subject 2 is not particularly limited, for example, the prism glasses 4 can see the screen displayed on the display 6 installed perpendicular to the Z axis. Task images and visual stimuli are given to the subject 2 by the image on the display 6.

なお、被験者２への視覚刺激は、被験者２の目前にプロジェクタにより画像が投影される構成であってもよい。   Note that the visual stimulus to the subject 2 may be configured such that an image is projected by a projector in front of the subject 2.

駆動部２１は、静磁場電源２２と、傾斜磁場電源２４と、信号送信部２６と、信号受信部２８と、寝台１８をＺ軸方向の任意位置に移動させる寝台駆動部３０と、鍵盤１００を制御し、運動の検知を実行するセンサコントローラ部５０とを備える。   The drive unit 21 includes a static magnetic field power source 22, a gradient magnetic field power source 24, a signal transmission unit 26, a signal reception unit 28, a bed drive unit 30 that moves the bed 18 to an arbitrary position in the Z-axis direction, and a keyboard 100. A sensor controller unit 50 for controlling and executing motion detection.

データ処理部３２は、操作者（図示略）から各種操作や情報入力を受け付ける入力部４０と、被検者２の関心領域に関する各種画像及び各種情報を画面表示する表示部３８と、各種処理を実行させるプログラム・制御パラメータ・画像データ（三次元モデル像等）及びその他の電子データを記憶する記憶部３６と、駆動部２１を駆動させる制御シーケンスを発生させるなどの各機能部の動作を制御する制御部４２と、駆動部２１との間で各種信号の送受信を実行するインタフェース部４４と、関心領域に由来する一群のＮＭＲ信号からなるデータを収集するデータ収集部４６と、このＮＭＲ信号のデータに基づいて画像を形成する画像処理部４８とを備える。   The data processing unit 32 receives various operations and information input from an operator (not shown), a display unit 38 that displays various images and various information related to the region of interest of the subject 2, and various processes. Controls the operation of each functional unit such as a storage unit 36 for storing programs to be executed, control parameters, image data (three-dimensional model image, etc.) and other electronic data, and generating a control sequence for driving the drive unit 21. An interface unit 44 that executes transmission and reception of various signals between the control unit 42 and the drive unit 21, a data collection unit 46 that collects data including a group of NMR signals derived from the region of interest, and data of the NMR signals And an image processing unit 48 for forming an image based on the above.

また、データ処理部３２は、専用コンピュータである場合の他、各機能部を動作させる機能を実行する汎用コンピュータであって、記憶部３６にインストールされたプログラムに基づいて、指定された演算やデータ処理や制御シーケンスの発生をさせるものである場合も含まれる。   The data processing unit 32 is a general-purpose computer that executes a function for operating each functional unit, in addition to the case of being a dedicated computer, and based on a program installed in the storage unit 36, a specified calculation or data This includes cases where processing and control sequences are generated.

静磁場発生コイル１２は、Ｚ軸周りに巻回される螺旋コイルに静磁場電源２２から供給される電流を流して誘導磁場を発生させ、ボアにＺ軸方向の静磁場を発生させるものである。このボアに形成される静磁場の均一性の高い領域に被検者２の関心領域を設定することになる。ここで、静磁場コイル１２は、より詳しくは、たとえば、４個の空芯コイルから構成され、その組み合わせで内部に均一な磁界を作り、被験者２の体内の所定の原子核、より特定的には水素原子核のスピンに配向性を与える。   The static magnetic field generating coil 12 generates an induction magnetic field by causing a current supplied from a static magnetic field power supply 22 to flow through a spiral coil wound around the Z axis, and generates a static magnetic field in the Z axis direction in the bore. . The region of interest of the subject 2 is set in a region where the static magnetic field formed in the bore is highly uniform. Here, more specifically, the static magnetic field coil 12 is composed of, for example, four air-core coils, and a combination thereof creates a uniform magnetic field inside the predetermined magnetic nucleus in the body of the subject 2, more specifically, Gives orientation to the spin of hydrogen nuclei.

傾斜磁場発生コイル１４は、Ｘコイル、Ｙコイル及びＺコイル（図示省略）から構成され、円筒形状を示す静磁場発生コイル１２の内周面に設けられる。
これらＸコイル、Ｙコイル及びＺコイルは、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向を順番に切り替えながら、ボア内の均一磁場に対し傾斜磁場を重畳させ、静磁場に強度勾配を付与する。Ｚコイルは励起時に、磁界強度をＺ方向に傾斜させて共鳴面を限定し、Ｙコイルは、Ｚ方向の磁界印加の直後に短時間の傾斜を加えて検出信号にＹ座標に比例した位相変調を加え（位相エンコーディング）、Ｘコイルは、続いてデータ採取時に傾斜を加えて、検出信号にＸ座標に比例した周波数変調を与える（周波数エンコーディング）。 The gradient magnetic field generating coil 14 includes an X coil, a Y coil, and a Z coil (not shown), and is provided on the inner peripheral surface of the static magnetic field generating coil 12 having a cylindrical shape.
These X coil, Y coil, and Z coil superimpose a gradient magnetic field on the uniform magnetic field in the bore while sequentially switching the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, and give an intensity gradient to the static magnetic field. . During excitation, the Z coil limits the resonance surface by inclining the magnetic field strength in the Z direction, and the Y coil adds a short time immediately after applying the magnetic field in the Z direction to phase-modulate the detection signal in proportion to the Y coordinate. Is added (phase encoding), and the X coil subsequently applies a gradient when data is acquired to give the detected signal a frequency modulation proportional to the X coordinate (frequency encoding).

この重畳される傾斜磁場の切り替えは、制御シーケンスに従って、Ｘコイル、Ｙコイル及びＺコイルにそれぞれ異なるパルス信号が送信部２４から出力されることにより実現される。これにより、ＮＭＲ現象が発現する被検者２の位置を特定することができ、被検者２の画像を形成するのに必要な三次元座標上の位置情報が与えられる。   Switching of the superimposed gradient magnetic field is realized by outputting different pulse signals from the transmitter 24 to the X coil, the Y coil, and the Z coil in accordance with the control sequence. Thereby, the position of the subject 2 where the NMR phenomenon appears can be specified, and position information on three-dimensional coordinates necessary for forming the image of the subject 2 is given.

ＲＦ照射部１６は、制御シーケンスに従って信号送信部３３から送信される高周波信号に基づいて、被検者２の関心領域にＲＦ（Radio Frequency）パルスを照射するものである。   The RF irradiation unit 16 irradiates the region of interest of the subject 2 with an RF (Radio Frequency) pulse based on the high-frequency signal transmitted from the signal transmission unit 33 according to the control sequence.

なお、ＲＦ照射部１６は、図１において、磁場印加機構１１に内蔵されているが、寝台１８に設けられたり、あるいは、受信コイル２０と一体化されていてもよい。   The RF irradiation unit 16 is built in the magnetic field application mechanism 11 in FIG. 1, but may be provided on the bed 18 or integrated with the receiving coil 20.

受信コイル２０は、被検者２からの応答波（ＮＭＲ信号）を検出するものであって、このＮＭＲ信号を高感度で検出するために、被検者２に近接して配置されている。
ここで、受信コイル２０には、ＮＭＲ信号の電磁波がそのコイル素線を切ると電磁誘導に基づき微弱電流が生じる。この微弱電流は、信号受信部２８において増幅され、さらにアナログ信号からデジタル信号に変換されデータ処理部３２に送られる。 The receiving coil 20 detects a response wave (NMR signal) from the subject 2 and is disposed close to the subject 2 in order to detect the NMR signal with high sensitivity.
Here, when the electromagnetic wave of the NMR signal cuts the coil wire in the receiving coil 20, a weak current is generated based on the electromagnetic induction. The weak current is amplified by the signal receiving unit 28, further converted from an analog signal to a digital signal, and sent to the data processing unit 32.

すなわち、静磁界にＺ軸傾斜磁界を加えた状態にある被験者２に、共鳴周波数の高周波電磁界を、ＲＦ照射部１６を通じて印加すると、磁界の強さが共鳴条件になっている部分の所定の原子核、たとえば、水素原子核が、選択的に励起されて共鳴し始める。共鳴条件に合致した部分（たとえば、被験者２の所定の厚さの断層）にある所定の原子核が励起され、スピンがいっせいに回転する。励起パルスを止めると、受信コイル２０には、今度は、回転しているスピンが放射する電磁波が信号を誘起し、しばらくの間、この信号が検出される。この信号によって、被験者２の体内の、所定の原子を含んだ組織を観察する。そして、信号の発信位置を知るために、ＸとＹの傾斜磁界を加えて信号を検知する、という構成になっている。   That is, when a high-frequency electromagnetic field having a resonance frequency is applied to the subject 2 in a state where a Z-axis gradient magnetic field is added to the static magnetic field through the RF irradiating unit 16, a predetermined portion of the portion where the strength of the magnetic field is in the resonance condition Nuclei, such as hydrogen nuclei, are selectively excited and begin to resonate. Predetermined nuclei in a portion that matches the resonance condition (for example, a tomography having a predetermined thickness of the subject 2) are excited, and spins rotate together. When the excitation pulse is stopped, the electromagnetic wave emitted by the rotating spin is induced in the receiving coil 20 this time, and this signal is detected for a while. By this signal, a tissue containing a predetermined atom in the body of the subject 2 is observed. And in order to know the transmission position of a signal, it is the structure of adding a gradient magnetic field of X and Y, and detecting a signal.

画像処理部４８は、記憶部３６に構築されているデータに基づき、励起信号を繰り返し与えつつ検出信号を測定し、１回目のフーリエ変換計算により、共鳴の周波数をＸ座標に還元し、２回目のフーリエ変換でＹ座標を復元して画像を得て、表示部３８に対応する画像を表示する。   The image processing unit 48 measures the detection signal while repeatedly applying the excitation signal based on the data constructed in the storage unit 36, and reduces the resonance frequency to the X coordinate by the first Fourier transform calculation. The Y coordinate is restored by Fourier transformation to obtain an image, and an image corresponding to the display unit 38 is displayed.

図２は、本実施の形態のピアノの鍵盤１００（白鍵および黒鍵を含む）の構造の一例を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing an example of the structure of the piano keyboard 100 (including white keys and black keys) according to the present embodiment.

この鍵盤１００は、断面矩形の細長い樹脂製の鍵盤本体１０２と、その前部に取り付けられた樹脂製の白鍵カバー１０３ａまたは黒鍵カバー１０３ｂを備えている。鍵盤本体１０２の上面中央部には、上下方向に貫通するようにバランスピン孔１１５が形成されている。   The keyboard 100 includes an elongated resin keyboard body 102 having a rectangular cross section, and a resin white key cover 103a or black key cover 103b attached to the front thereof. A balance pin hole 115 is formed at the center of the upper surface of the keyboard main body 102 so as to penetrate vertically.

一方、樹脂製の棚板１０５の筬中１０７に、これも樹脂製のバランスピン１０４が立設されており、鍵盤本体１０２は、そのバランスピン孔１１５がバランスピン１０４に係合することによって、バランスピン１０４に揺動自在に支持されている。また、鍵盤本体１０２の後端（操作側から見て奥側の端部）には、離鍵時に、鍵盤を所定位置に復元させる力を発生するための重りとして作用する後端部１０８を備える。   On the other hand, a balance pin 104 made of resin is also erected in the cage 107 of the resin shelf board 105, and the keyboard main body 102 has the balance pin hole 115 engaged with the balance pin 104. The balance pin 104 is swingably supported. Further, a rear end portion 108 acting as a weight for generating a force for restoring the keyboard to a predetermined position when the key is released is provided at the rear end (the end on the back side when viewed from the operation side) of the keyboard main body 102. .

後に説明するように、後端部１０８の背後に、所定の距離をおいて立ち上がる背板１２０上に、鍵ごとに対応して、光学式の近接センサ（以下、「光センサ」）２０２が配置される。光センサ２０２と後端部１０８との位置関係については、後により詳しく説明する。   As will be described later, an optical proximity sensor (hereinafter referred to as an “optical sensor”) 202 is disposed behind the rear end portion 108 on the back plate 120 that rises at a predetermined distance corresponding to each key. Is done. The positional relationship between the optical sensor 202 and the rear end portion 108 will be described in detail later.

鍵盤本体１０２は、アクリルや人造象牙などのような非磁性の材料であって、比較的軽量で、弾力性のある質材から成り、矩形の断面を有し、前後方向に延びている。   The keyboard body 102 is a non-magnetic material such as acrylic or artificial ivory, is made of a relatively lightweight, elastic material, has a rectangular cross section, and extends in the front-rear direction.

すなわち、鍵盤１００は全て、非磁性材料である樹脂で形成されている。なお、非磁性材料であれば、素材は樹脂に限られるものではない。   That is, the keyboard 100 is all formed of a resin that is a nonmagnetic material. In addition, if it is a nonmagnetic material, a raw material will not be restricted to resin.

以上の構成により、鍵盤の前部を押鍵すると、鍵盤がバランスピン１０４を中心として揺動または回動する。また、鍵盤のタッチ重さ（静荷重）は、後端部１０８を含めた鍵盤の重さによるバランスピン１０４回りのモーメントのバランスによって定められることになる。   With the above configuration, when the front part of the keyboard is depressed, the keyboard swings or rotates about the balance pin 104. Further, the touch weight (static load) of the keyboard is determined by the balance of moments around the balance pin 104 due to the weight of the keyboard including the rear end portion 108.

図３は、本実施の形態のピアノの鍵盤１００（白鍵部分）の構造の他の例を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing another example of the structure of the piano keyboard 100 (white key portion) according to the present embodiment.

図３においては、白鍵部分のみを示すが、黒鍵部分も基本的に同様の構成を有する。   In FIG. 3, only the white key portion is shown, but the black key portion basically has the same configuration.

図３を参照して、図２と同様に、鍵盤本体１０２の前部上面には、樹脂製の白鍵カバー１０３ａが取り付けられる。   Referring to FIG. 3, a resin white key cover 103 a is attached to the upper surface of the front portion of the keyboard main body 102 as in FIG. 2.

鍵盤本体１０２は、操作者の操作に応じて回動する際の支点となる支持部材１２８に一端が支持されとともに、この一端は、結合部材１３０により後部支持部材１３２に結合されている。たとえば、結合部材１３０は、弾性を有しており、鍵盤本体１０２は、回動可能なように保持されている。   One end of the keyboard main body 102 is supported by a support member 128 serving as a fulcrum when rotating according to the operation of the operator, and this one end is coupled to the rear support member 132 by a coupling member 130. For example, the coupling member 130 has elasticity, and the keyboard main body 102 is held so as to be rotatable.

鍵盤本体１０２の下部には、係合部材１２２が設けられ、係合部材１２２は、可動部材１２４と係合孔１２３を介して係合している。可動部材１２４は、回転軸１２６のまわりに回動可能である。鍵盤本体１０２の前部上面が操作者により打鍵されると、回転軸１２６のまわりに後端部１０８が回動する。また、打鍵していない状態では、後端部１０８を含めた鍵盤の重さによる回転軸１２６回りのモーメントのバランスによって、可動部材１２４により係合部材１２２に対して上方に向かう保持力が与えられ、鍵盤本体１０２が所定位置に保持される構成となっている。   An engagement member 122 is provided in the lower part of the keyboard main body 102, and the engagement member 122 is engaged with the movable member 124 via the engagement hole 123. The movable member 124 can rotate around the rotation shaft 126. When the front upper surface of the keyboard main body 102 is pressed by the operator, the rear end portion 108 rotates around the rotation shaft 126. Further, when the key is not pressed, the movable member 124 gives a holding force upward to the engaging member 122 by the balance of the moment around the rotating shaft 126 due to the weight of the keyboard including the rear end portion 108. The keyboard body 102 is held at a predetermined position.

後部支持部材１３２の下面には、緩衝部材１３４が設けられ、また、打鍵しない状態での後端部１０８の下面と接触するように、緩衝部材１３６が設けられる。打鍵した場合に、後端部１０８が上方に回動する際には、緩衝部材１３４がストッパとして作用し、打鍵状態から操作者が鍵から指を離したことにより、後端部１０８が下方に回動する際には、緩衝部材１３６がストッパとして作用する。   A buffer member 134 is provided on the lower surface of the rear support member 132, and a buffer member 136 is provided so as to come into contact with the lower surface of the rear end portion 108 in a state where no key is hit. When the rear end portion 108 rotates upward when the key is pressed, the buffer member 134 acts as a stopper, and the rear end portion 108 is moved downward when the operator releases the finger from the key-pressed state. When rotating, the buffer member 136 acts as a stopper.

図２の場合と同様に、背板１２０上に、鍵ごとに対応して、光センサ２０２が配置される。   As in the case of FIG. 2, the optical sensor 202 is arranged on the back plate 120 corresponding to each key.

図３に示すような鍵盤１００の構成は、図２の場合と同様に、樹脂のような非磁性材料により形成される。   The configuration of the keyboard 100 as shown in FIG. 3 is formed of a nonmagnetic material such as resin, as in the case of FIG.

図２または図３に示した構成は、鍵盤の構成の一例にすぎず、他の構成であってもよい。   The configuration shown in FIG. 2 or FIG. 3 is merely an example of the configuration of the keyboard, and may be another configuration.

図４は、後端部１０８に対する光センサ２０２の配置を説明するための図である。   FIG. 4 is a view for explaining the arrangement of the optical sensor 202 with respect to the rear end portion 108.

図４（ａ）は、鍵盤１００を、操作側から見た図であり、図４（ｂ）は、後端部１０８を側面側から見た図である。   4A is a view of the keyboard 100 as viewed from the operation side, and FIG. 4B is a view of the rear end portion 108 as viewed from the side.

図４（ａ）に示すように、白鍵カバー１０３ａまたは黒鍵カバー１０３ｂの装着された鍵盤本体１０２の後部（図中、白丸で囲んだ部分）に、鍵盤の動きを検知するための構成が設けられる。   As shown in FIG. 4 (a), there is a configuration for detecting the movement of the keyboard at the rear part (the part surrounded by a white circle in the figure) of the keyboard main body 102 to which the white key cover 103a or the black key cover 103b is attached. Provided.

光学センサ２０２は、自身の発する光（検知光）が物体により反射されてかえってくるか否かを検知することで、近接位置に物体が存在するか否かを検知するための近接センサである。図４（ｂ）に示すように、光学センサ２０２は、離鍵時には、後端部８の後面が光学センサ２０２とはずれた位置となるように配置されている。光学センサ２０２には、上記のような検知光（たとえば、赤外線）の発光部および受光部が搭載されており、光学センサ２０２と検知部（図示せず）との間は、光ファイバ２１０により接続されている。   The optical sensor 202 is a proximity sensor for detecting whether or not an object exists at a proximity position by detecting whether or not light (detection light) emitted from the optical sensor 202 is reflected by the object. As shown in FIG. 4B, the optical sensor 202 is arranged so that the rear surface of the rear end 8 is shifted from the optical sensor 202 when the key is released. The optical sensor 202 is mounted with a light emitting unit and a light receiving unit for detecting light (for example, infrared rays) as described above, and the optical sensor 202 and the detecting unit (not shown) are connected by an optical fiber 210. Has been.

検知部は、発光部から送出される光を生成し、受光部からの光強度を検知することで、近接位置に物体が存在するか否かを検知する。   The detection unit detects whether or not an object is present in the proximity position by generating light transmitted from the light emitting unit and detecting light intensity from the light receiving unit.

図５は、光学センサ２０２と接続される検知部２２０の外観を示す図である。   FIG. 5 is a diagram illustrating an appearance of the detection unit 220 connected to the optical sensor 202.

図５では、５鍵分の検知部２２０の構成を示す。各鍵に対応して供給される検知光または各鍵に対応して受光される反射光は、それぞれ、光センサ２０２との間で、光ファイバ２１０により、授受される。検知部２２０は、各鍵について、同様の構成を有して、対応する鍵の状態を検知する。   FIG. 5 shows the configuration of the detection unit 220 for five keys. Detection light supplied corresponding to each key or reflected light received corresponding to each key is exchanged with the optical sensor 202 via the optical fiber 210. The detection unit 220 has the same configuration for each key and detects the state of the corresponding key.

検知部２２０が検知した情報は、センサコントローラ部５０に転送される。   Information detected by the detection unit 220 is transferred to the sensor controller unit 50.

なお、検知部２２０は、ＭＲＩ装置１０の外部に設けることが可能であり、鍵盤１００に設けられる光センサ２０２からは、光ファイバ２１０により信号が伝達される。このため、検知部２２０は、磁場の影響を受けないまたは影響を与えない場所に設置することが可能であり、検知部２２０を構成する素材は、非磁性材料である必要はなく、自由度がある。   The detection unit 220 can be provided outside the MRI apparatus 10, and a signal is transmitted from the optical sensor 202 provided on the keyboard 100 through the optical fiber 210. For this reason, the detection unit 220 can be installed in a place where the magnetic field is not affected or is not affected by the magnetic field, and the material constituting the detection unit 220 does not need to be a non-magnetic material and has a high degree of freedom. is there.

図６は、打鍵の程度に応じて変化する後端部８と光センサ２０２との位置関係を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing the positional relationship between the rear end portion 8 and the optical sensor 202, which changes according to the degree of keystroke.

また、図７は、打鍵の程度に応じた光センサ２０２からの受光強度の変化を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing a change in received light intensity from the optical sensor 202 according to the degree of keystroke.

さらに、図８は、打鍵の程度と、後端部８と光センサ２０２との位置関係と、光センサ２０２からの受光強度の変化を模式的に示す図である。   Further, FIG. 8 is a diagram schematically showing the degree of keystroke, the positional relationship between the rear end portion 8 and the optical sensor 202, and the change in the received light intensity from the optical sensor 202.

まず、図６を参照して、図６（ａ）のように、操作者の指が鍵盤１００を押し始めた状態では、後端部１０８の後面１０８ｂｓが、やや下方を向く状態となる。   First, referring to FIG. 6, as shown in FIG. 6A, when the operator's finger starts to press the keyboard 100, the rear surface 108 bs of the rear end portion 108 faces slightly downward.

次に、図６（ｂ）のように、ある程度の打鍵が進むと、後端部１０８の後面１０８ｂｓと光センサ２０２とがほぼ正対する位置となる。   Next, as shown in FIG. 6 (b), when a certain amount of keystrokes are made, the rear surface 108bs of the rear end portion 108 and the optical sensor 202 are almost directly opposed.

さらに、図６（ｃ）のように、最も深く打鍵すると、後端部１０８の後面１０８ｂｓは、上方を向くことになる。   Further, as shown in FIG. 6C, when the key is pressed most deeply, the rear surface 108bs of the rear end portion 108 faces upward.

以上のように、打鍵の程度に応じて、光センサ２０２に対する後端部１０８の後面１０８ｂｓの向きだけでなく、距離も変化することになる。   As described above, not only the direction of the rear surface 108bs of the rear end portion 108 with respect to the optical sensor 202 but also the distance changes depending on the degree of keystroke.

次に、図７および図８を参照すると、図７において（１）で示すように（図６（ａ）、図８の（１）に相当）、操作者の指が鍵盤１００を押し始めた状態では、計測される光強度は、所定のしきい値以下の低レベルにとどまっている。   Next, referring to FIG. 7 and FIG. 8, as indicated by (1) in FIG. 7 (corresponding to FIG. 6 (a) and FIG. 8 (1)), the operator's finger starts to press the keyboard 100. In the state, the measured light intensity remains at a low level below a predetermined threshold.

図７において（２）で示すように（図６（ｂ）に相当、図８（２）（３）に相当）、押し始めた状態から鍵を押し下げていくにしたがって、後端部１０８の後面１０８ｂｓと光センサ２０２とが正対するようになり、光センサ２０２に反射して返ってくる光の量が増えるため、計測される光強度は、増加していく。   As indicated by (2) in FIG. 7 (corresponding to FIG. 6 (b) and corresponding to FIGS. 8 (2) and (3)), the rear surface of the rear end portion 108 is lowered as the key is depressed from the start of pushing. 108bs and the optical sensor 202 face each other, and the amount of light reflected and returned to the optical sensor 202 increases, so that the measured light intensity increases.

次に、図７において（３）で示すように（図６（ｃ）に相当、図８（４）に相当）、最も深く、完全に鍵を押し下げると、後端部１０８の後面１０８ｂｓが上方を向き、光センサ２０２に反射して返ってくる光の量が急減するために、計測される光強度は、図７の（１）の状態に相当するレベルまで低下する。   Next, as shown by (3) in FIG. 7 (corresponding to FIG. 6 (c), corresponding to FIG. 8 (4)), the rear face 108bs of the rear end portion 108 is moved upward when the key is fully depressed. Since the amount of light reflected and returned to the optical sensor 202 decreases rapidly, the measured light intensity decreases to a level corresponding to the state of (1) in FIG.

最も深く鍵を押し下げた状態を維持している間（図７の（３）〜（４）の期間）は、計測される光強度は、図７の（１）の状態に相当するレベルを維持する。   While maintaining the state where the key is depressed most deeply (period (3) to (4) in FIG. 7), the measured light intensity maintains the level corresponding to the state in (1) in FIG. To do.

次に、操作者が、鍵盤１００から指を離し始めると、今度は、図７の（１）〜（３）までとは、逆に、計測される光強度は、急激に増加した後に、鍵が上がっていくにしたがって、光強度は、図７の（１）の状態に相当するレベルまで低下する（図７の（４）〜（５）の期間）。   Next, when the operator begins to release his / her finger from the keyboard 100, this time, contrary to (1) to (3) in FIG. As the value increases, the light intensity decreases to a level corresponding to the state of (1) in FIG. 7 (period (4) to (5) in FIG. 7).

図９は、光センサ２０２からの受光強度の時間変化から、検知できる操作者の動作を説明するための図である。   FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the operator that can be detected from the temporal change in the light reception intensity from the optical sensor 202.

図９において、時刻ｔ１と時刻ｔ４とは、それぞれ、異なる打鍵動作の始点を示す。   In FIG. 9, time t1 and time t4 indicate different starting points of keystroke operations.

したがって、ある打鍵の始点から次の打鍵の始点までの時間（ｔ４−ｔ１）は、打鍵間隔を表すことになり、この打鍵間隔に基づいて、データ処理部３２は、一定のテンポで弾いているか、または、演奏スピードを評価することができる。   Accordingly, the time (t4-t1) from the start point of one keystroke to the start point of the next keystroke represents the keystroke interval. Based on this keystroke interval, the data processing unit 32 plays at a constant tempo. Or, the performance speed can be evaluated.

また、時刻ｔ２は、鍵を完全に下に押し込んだ時点を示し、時刻ｔ３は、押し込んだ鍵から指が離れ始める時点を示す。   In addition, time t2 indicates a time point when the key is completely pushed down, and time t3 indicates a time point when the finger starts to be released from the pressed key.

したがって、時間（ｔ３−ｔ２）は、鍵を完全に下に押し込んだ状態を維持している時間（「打鍵維持時間」と呼ぶ）を示す。打鍵維持時間から、データ処理部３２は、奏法(なめらかに弾く、切るように弾く)を評価することができる。   Therefore, the time (t3-t2) indicates the time during which the state where the key is completely pushed down is maintained (referred to as “keystroke keeping time”). From the key-keeping time, the data processing unit 32 can evaluate the performance method (playing smoothly and playing).

さらに、時刻ｔ２は、受光する光量が最大値ｙ２となる時点を意味する。   Furthermore, time t2 means the time when the amount of received light reaches the maximum value y2.

したがって、時刻ｔ１（受光する光量値ｙ１）での検知量を用いると、相対的な打鍵速度を以下の式で定義できる。   Therefore, using the detected amount at time t1 (the amount of light received y1), the relative keystroke speed can be defined by the following equation.

（ｙ２−ｙ１）／（ｔ２−ｔ１）…（１）
打鍵速度から、データ処理部３２は、打鍵の強さや音量を評価することができる。 (Y2-y1) / (t2-t1) (1)
From the keying speed, the data processing unit 32 can evaluate the keying strength and volume.

データ処理部３２は、操作者の打鍵の運動を評価するための情報として、打鍵間隔、打鍵維持時間、打鍵速度の少なくとも１つを算出する。これらの評価のための情報は、表示部３８に表示される。   The data processing unit 32 calculates at least one of a keystroke interval, a keystroke retention time, and a keystroke speed as information for evaluating the keystroke movement of the operator. Information for these evaluations is displayed on the display unit 38.

たとえば、打鍵の運動の評価結果と脳活動とを対応付け可能なように、記憶部３６に記録することとすれば、症状の現れているときの脳活動と、現れていないときの脳活動とを比較することや、症状の程度と脳活動の比較を行うことができる。   For example, if it is recorded in the storage unit 36 so that the evaluation result of the keystroke movement and the brain activity can be associated with each other, the brain activity when the symptom appears and the brain activity when the symptom does not appear And the degree of symptoms and brain activity can be compared.

図１０は、受光する光量に現れるノイズ成分を説明するための概念図である。   FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining a noise component appearing in the amount of light received.

急激な変化を伴うようなノイズについては、たとえば、検知部２２０からの信号にローパスフィルタ処理を行うことで除去することができる。なお、このようなフィルタ処理は、データ処理部３２におけるソフトウェアによる処理とすることが可能である。なお、ノイズ除去のための処理としては、単純なローパスフィルタ処理に限られるものではなく、ノイズの種類等に応じて、適切なフィルタ処理を用いることが可能である。   Noise that accompanies an abrupt change can be removed by performing a low-pass filter process on the signal from the detection unit 220, for example. Note that such filter processing can be software processing in the data processing unit 32. Note that the noise removal process is not limited to a simple low-pass filter process, and an appropriate filter process can be used according to the type of noise.

また、検知部２２０からの信号は、センサコントローラ部５０を介して、データ処理部３２まで伝送される。   A signal from the detection unit 220 is transmitted to the data processing unit 32 via the sensor controller unit 50.

また、所定の値以下の小さな変化については、データ処理部３２でのしきい値の設定などにより、除去することが可能である。   In addition, small changes below a predetermined value can be removed by setting a threshold value in the data processing unit 32 or the like.

図１１は、データ処理部３２のハードウェアブロック図である。   FIG. 11 is a hardware block diagram of the data processing unit 32.

データ処理部３２のハードウェアとしては、特に限定されないが、汎用コンピュータを使用することが可能である。   The hardware of the data processing unit 32 is not particularly limited, but a general-purpose computer can be used.

図１１において、データ処理部３２のコンピュータ本体２０１０は、メモリドライブ２０２０、ディスクドライブ２０３０に加えて、ＣＰＵ２０４０と、ディスクドライブ２０３０及びメモリドライブ２０２０に接続されたバス２０５０と、ブートアッププログラム等のプログラムを記憶するためのＲＯＭ２０６０とに接続され、アプリケーションプログラムの命令を一時的に記憶するとともに一時記憶空間を提供するためのＲＡＭ２０７０と、アプリケーションプログラム、システムプログラム、及びデータを記憶するための不揮発性記憶装置２０８０と、駆動部２１等と通信するための通信インタフェース２０９０とを含む。なお、不揮発性記憶装置２０８０としては、ハードディスク（ＨＤＤ）やソリッドステートドライブ（ＳＳＤ：Solid State Drive）などを使用することが可能である。なお、記憶部３６には、ＲＯＭ２０６０、ＲＡＭ２０７０、不揮発性記憶装置２０８０が相当する。   In FIG. 11, in addition to the memory drive 2020 and the disk drive 2030, the computer main body 2010 of the data processing unit 32 stores a CPU 2040, a bus 2050 connected to the disk drive 2030 and the memory drive 2020, and a program such as a bootup program. A RAM 2070 connected to a ROM 2060 for storing, temporarily storing application program instructions and providing a temporary storage space, and a nonvolatile storage device 2080 for storing application programs, system programs, and data And a communication interface 2090 for communicating with the drive unit 21 and the like. As the nonvolatile storage device 2080, a hard disk (HDD), a solid state drive (SSD), or the like can be used. The storage unit 36 corresponds to a ROM 2060, a RAM 2070, and a nonvolatile storage device 2080.

ＣＰＵ２０４０が、プログラムに基づいて実行する演算処理により、上述したデータ処理部３２の各機能が実現される。   Each function of the data processing unit 32 described above is realized by arithmetic processing executed by the CPU 2040 based on a program.

データ処理部３２に、上述した実施の形態の機能を実行させるプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ２２００、またはメモリ媒体２２１０に記憶されて、ディスクドライブ２０３０またはメモリドライブ２０２０に挿入され、さらに不揮発性記憶装置２０８０に転送されても良い。プログラムは実行の際にＲＡＭ２０７０にロードされる。   A program that causes the data processing unit 32 to execute the functions of the above-described embodiment is stored in the CD-ROM 2200 or the memory medium 2210, inserted into the disk drive 2030 or the memory drive 2020, and further stored in the nonvolatile storage device 2080. May be forwarded. The program is loaded into the RAM 2070 at the time of execution.

データ処理部３２は、さらに、入力部４０としてのキーボード２１００およびマウス２１１０と、表示部３８としてのディスプレイ２１２０とを備える。   The data processing unit 32 further includes a keyboard 2100 and a mouse 2110 as the input unit 40 and a display 2120 as the display unit 38.

上述したようなデータ処理部３２として機能するためのプログラムは、コンピュータ本体２０１０に、情報処理装置等の機能を実行させるオペレーティングシステム（ＯＳ）は、必ずしも含まなくても良い。プログラムは、制御された態様で適切な機能（モジュール）を呼び出し、所望の結果が得られるようにする命令の部分のみを含んでいれば良い。データ処理部３２がどのように動作するかは周知であり、詳細な説明は省略する。   The program for functioning as the data processing unit 32 as described above does not necessarily include an operating system (OS) that causes the computer main body 2010 to execute functions such as an information processing apparatus. The program only needs to include an instruction portion that calls an appropriate function (module) in a controlled manner and obtains a desired result. How the data processing unit 32 operates is well known, and detailed description thereof is omitted.

また、上記プログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。   Further, the computer that executes the program may be singular or plural. That is, centralized processing may be performed, or distributed processing may be performed.

また、打鍵の運動を解析・評価するコンピュータは、ＭＲＩ装置１０の制御を行うコンピュータと同一である必要はなく、別のコンピュータが、測定データを受け取って、解析処理を行う構成としてもよい。   Further, the computer that analyzes and evaluates the movement of the keystroke need not be the same as the computer that controls the MRI apparatus 10, and another computer may receive the measurement data and perform the analysis process.

以上説明したようなキー装置およびそれを用いた脳活動測定装置によれば、磁場による脳活動の計測においても、被験者の運動を正確に計測することが可能である。   According to the key device and the brain activity measuring device using the key device as described above, it is possible to accurately measure the movement of the subject even in the measurement of the brain activity by the magnetic field.

今回開示された実施の形態は、本発明を具体的に実施するための構成の例示であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。本発明の技術的範囲は、実施の形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲の文言上の範囲および均等の意味の範囲内での変更が含まれることが意図される。   Embodiment disclosed this time is an illustration of the structure for implementing this invention concretely, Comprising: The technical scope of this invention is not restrict | limited. The technical scope of the present invention is shown not by the description of the embodiment but by the scope of the claims, and includes modifications within the wording and equivalent meanings of the scope of the claims. Is intended.

２ 被験者、６ ディスプレイ、８ 後端部、１０ ＭＲＩ装置、１１ 磁場印加機構、１２ 静磁場発生コイル、１４ 傾斜磁場発生コイル、１６ ＲＦ照射部、１８ 寝台、２０ 受信コイル、２１ 駆動部、２２ 静磁場電源、２４ 傾斜磁場電源、２６ 信号送信部、２８ 信号受信部、３０寝台駆動部、３２ データ処理部、３６ 記憶部、３８ 表示部、４０ 入力部、４２ 制御部、４４ インタフェース部、４６ データ収集部、４８ 画像処理部、５０ センサコントローラ部、１００ キー装置、１０２ 光センサ、１１０ 光ファイバ、１２０ 検知部。   2 subjects, 6 display, 8 rear end, 10 MRI apparatus, 11 magnetic field applying mechanism, 12 static magnetic field generating coil, 14 gradient magnetic field generating coil, 16 RF irradiation unit, 18 bed, 20 receiving coil, 21 driving unit, 22 static Magnetic field power supply, 24 Gradient magnetic field power supply, 26 Signal transmission unit, 28 Signal reception unit, 30 Couch drive unit, 32 Data processing unit, 36 Storage unit, 38 Display unit, 40 Input unit, 42 Control unit, 44 Interface unit, 46 Data Collection unit, 48 image processing unit, 50 sensor controller unit, 100 key device, 102 optical sensor, 110 optical fiber, 120 detection unit.

Claims (7)

脳活動測定装置における被験者の頭蓋部分の測定中に、被験者に与えられる運動課題について被験者のキー操作の検出を行うためのキー装置であって、
非磁性材料から形成されたキー部材を備え、
前記キー部材は、所定の支点のまわりに、前記被験者の操作により回動するように構成され、前記操作者の操作を受ける前端部と、前記前端部の回動に連動して回動するように前記前端部と対向する位置に設けられる後端部とを含み、
前記後端部の後面の位置を検出するための非磁性材料から成るセンサをさらに備え、
前記センサは、前記回動に伴って前記後端部の後面の向き応じて変化する出力を生成する、キー装置。 A key device for detecting a subject's key operation for a movement task given to a subject during measurement of the subject's skull in the brain activity measuring device,
A key member formed of a non-magnetic material;
The key member is configured to rotate around the predetermined fulcrum by the operation of the subject, and to rotate in conjunction with the rotation of the front end portion that receives the operation of the operator and the front end portion. Including a rear end portion provided at a position facing the front end portion,
A sensor made of a non-magnetic material for detecting the position of the rear surface of the rear end;
The said sensor produces | generates the output which changes according to the direction of the rear surface of the said rear-end part with the said rotation. 前記センサは、前記後端部の後面に光を照射して、反射する光強度を検出する光センサである、請求項１記載のキー装置。   The key device according to claim 1, wherein the sensor is an optical sensor that irradiates light to a rear surface of the rear end portion and detects reflected light intensity. 前記キー部材は、ピアノの鍵盤の１の鍵であって、複数が並列して設けられ、
前記センサは、各鍵に対応して設けられる、請求項１または２記載のキー装置。 The key member is one key of a piano keyboard, and a plurality of the key members are provided in parallel.
The key device according to claim 1, wherein the sensor is provided corresponding to each key. 被験者の脳活動を非侵襲的に磁場により計測し、活性となっている脳領域を特定するための脳活動測定装置と、
前記脳活動測定装置における前記被験者の頭蓋部分の測定中に、被験者に与えられる運動課題について被験者のキー操作の検出を行うためのキー装置とを備え、前記キー装置は、
非磁性材料から形成されたキー部材を含み、
前記キー部材は、所定の支点のまわりに、前記被験者の操作により回動するように構成され、前記操作者の操作を受ける前端部と、前記前端部の回動に連動して回動するように前記前端部と対向する位置に設けられる後端部とを含み、
前記後端部の後面の位置を検出するための非磁性材料から成るセンサをさらに含み、
前記センサは、前記回動に伴って前記後端部の後面の向き応じて変化する出力を生成し、
前記センサからの信号を受けて、キー操作の運動を評価するための情報を算出する評価装置をさらに備える、脳活動測定装置。 A brain activity measuring device for non-invasively measuring a subject's brain activity with a magnetic field and identifying an active brain region;
A key device for detecting a subject's key operation for a movement task given to the subject during measurement of the skull portion of the subject in the brain activity measuring device, the key device comprising:
Including a key member formed from a non-magnetic material;
The key member is configured to rotate around the predetermined fulcrum by the operation of the subject, and to rotate in conjunction with the rotation of the front end portion that receives the operation of the operator and the front end portion. Including a rear end portion provided at a position facing the front end portion,
A sensor made of a non-magnetic material for detecting the position of the rear surface of the rear end;
The sensor generates an output that changes according to the orientation of the rear surface of the rear end portion with the rotation,
An apparatus for measuring brain activity, further comprising an evaluation device that receives a signal from the sensor and calculates information for evaluating a motion of a key operation. 前記脳活動測定装置は、核磁気共鳴イメージング装置であって、
前記センサは、前記後端部の後面に光を照射して、反射する光強度を検出する光センサである、請求項４記載の脳活動測定装置。 The brain activity measuring device is a nuclear magnetic resonance imaging device,
The brain activity measuring apparatus according to claim 4, wherein the sensor is an optical sensor that irradiates light on a rear surface of the rear end portion and detects reflected light intensity. 前記キー部材は、ピアノの鍵盤の１の鍵であって、複数が並列して設けられ、
前記センサは、各鍵に対応して設けられる、請求項４または５記載の脳活動測定装置。 The key member is one key of a piano keyboard, and a plurality of the key members are provided in parallel.
The brain activity measuring device according to claim 4 or 5, wherein the sensor is provided corresponding to each key. 前記評価装置は、ある打鍵の始点から次の打鍵の始点までの時間である打鍵間隔、鍵を押し下げた状態を維持する打鍵維持時間および打鍵速度の少なくとも１つを脳活動と対応付けが可能なように記録する、請求項６記載の脳活動測定装置。   The evaluation device is capable of associating at least one of the keystroke interval, which is the time from the start point of one keystroke to the start point of the next keystroke, the keystroke maintenance time during which the key is held down, and the keystroke speed with brain activity. The brain activity measuring device according to claim 6, recorded as follows.