JP6532425B2 - Magnetic field measurement apparatus, magnetic field measurement method, magnetic field measurement program - Google Patents
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Description
本発明は、磁気センサを用いて被験者から生じる磁界を計測する技術に関する。 The present invention relates to a technique for measuring a magnetic field generated from a subject using a magnetic sensor.
被験者の計測対象（例えば心臓）からの微弱な磁界を計測し、計測対象の電気生理学的活動を非侵襲に評価する磁界計測装置として、心磁計が開発されている。心磁計とは、心臓の電気生理学的活動に伴う心起電力（電流双極子）により生じた微弱な磁界（心磁）を非接触で計測する装置である。複数の磁気センサを用いて同時に計測することにより、空間分解能に優れた評価をすることができる。 A magnetocardiograph is developed as a magnetic field measurement apparatus that measures a weak magnetic field from a measurement target (for example, the heart) of a subject and noninvasively evaluates the electrophysiological activity of the measurement target. The magnetocardiogram is a device that measures, in a noncontact manner, a weak magnetic field (cardiac magnetism) generated by a cardiac electromotive force (current dipole) accompanying the electrophysiological activity of the heart. By measuring simultaneously using a plurality of magnetic sensors, it is possible to make an excellent evaluation of spatial resolution.
心磁の時間変化および空間分布を画像化したものは、心磁図と呼ばれる。生体内の透磁率はほぼ真空と等しいので、心磁図は心電図と比べて心臓の周辺臓器（骨や肺など）の影響を受けにくく、心臓の電気生理学的活動にともなう電流を高感度に反映する。この心磁図の利点を生かし、心磁図の臨床的な有効性が多数示されてきた。 The imaging of temporal changes and spatial distribution of the magnetocardiogram is called magnetocardiogram. Since the permeability in a living body is almost equal to that of a vacuum, the magnetocardiogram is less susceptible to the peripheral organs of the heart (such as bones and lungs) compared to the electrocardiogram, and the current associated with the electrophysiological activity of the heart is highly sensitive. . Taking advantage of this magnetocardiogram, many clinical effectiveness of the magnetocardiogram has been shown.
心磁図の臨床応用の１つとして、心臓内を旋回する異常な電気的活動を非侵襲的に同定することが挙げられる。例えば心房粗動の種類として、心房の電気的活動が三尖弁周囲を旋回する通常型と、三尖弁以外を旋回する非通常型がある。これらを鑑別できることは、カテーテルアブレーション治療適用の検討や治療計画の策定において重要である。このような旋回する電気的活動は、心房細動にも存在することが認められている。したがって、心臓内を旋回する電気的活動を詳細に同定することが求められている。 One of the clinical applications of magnetocardiograms is to non-invasively identify abnormal electrical activity that circulates in the heart. For example, types of atrial flutter include a normal type in which the electrical activity of the atria pivots around the tricuspid valve and a non-normal type in which electrical activity other than the tricuspid valve. Being able to distinguish these is important in the study of catheter ablation treatment application and the development of treatment plan. Such swirling electrical activity has also been found to be present in atrial fibrillation. Therefore, there is a need to identify in detail the electrical activity that is circulating in the heart.
下記特許文献１は、この心臓内を旋回する電気的活動を、心磁図を用いて３次元的に同定する方法を記載している。特許文献１は、心筋内における異常な電気的旋回路の位置関係を安全、迅速かつ高精度に同定することができる心臓磁界診断装置および電気的旋回路の同定方法を提供することを目的としている（要約参照）。この目的を実現するため、磁界分布時系列データに基づいて被験者の心筋内の３次元電気的活動状態を示すデータを生成し、別途供給された被験者の胸部断層画像データから解剖学的画像データを生成し、これらのデータを重ね合わせて表示することが記載されている（要約参照）。この生成される心筋内の３次元電気的活動状態を示すデータとしては、好ましくは、心筋内の電流密度分布時系列データであり、ＳＡＭ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｒｙ）やＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）などの種々の手法を用いることができる旨が記載されている（００５７参照）。
特許文献１のような従来技術においては、異常な電気的旋回路は、磁界分布時系列データに基づいて心筋内の電流密度分布時系列データを生成することから得られてきた。磁界分布時系列データから電流密度分布時系列データを求めることは逆問題と呼ばれる。逆問題においては、一般的に、式の数が未知数（電流密度）より圧倒的に少なくなる。特に、３次元の電流密度分布を求める場合は未知数が膨大になり、この傾向が強くなる。このことは、連立方程式を解くことが容易でないことを意味している。よって従来技術は、異常な電気的旋回路の同定に用いる電流密度分布データを求めることが容易でないという課題があった。
In the prior art as in
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、異常な電気的旋回路を効率的かつ精度よく同定することができる磁気計測技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic measurement technique capable of efficiently and accurately identifying an abnormal electric rotating circuit.
本発明に係る磁界計測装置は、被験者の旋回する生体的な電気的活動を楕円電流によってモデル化する。 The magnetic field measurement device according to the present invention models the swirling biological electrical activity of the subject with an elliptical current.
本発明に係る磁界計測装置によれば、被験者の体内を旋回する異常な電気的活動を、効率的かつ精度よく同定することができる。 According to the magnetic field measurement apparatus of the present invention, abnormal electrical activity swirling in the subject's body can be identified efficiently and accurately.
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る磁界計測装置（心磁計）１の全体構成を示す概略図である。磁界計測装置１の構成要素は、磁気シールドルーム２の内部と外部とに分かれて配置される。
FIG. 1 is a schematic view showing an entire configuration of a magnetic field measurement apparatus (cardiogram) according to a first embodiment of the present invention. The components of the magnetic
磁気シールドルーム２の内部には、クライオスタット３、ガントリ４、ベッド５が配置されている。クライオスタット３内部には、複数のＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｑｕａｎｔｕｍ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｄｅｖｉｃｅ）磁束計（後述する磁気センサ１１に相当）が配置されており、極低温に維持される。ガントリ４は、クライオスタット３を保持する。被験者（図示せず）はベッド５上で横になる。ベッド５は、ベッド５の短軸（Ａ方向，ｙ方向）における移動、ベッド５の長軸（Ｂ方向，ｘ方向）における移動、ベッド５の上下方向（Ｃ方向，ｚ方向）における移動が可能であり、被検者と複数の磁気センサとの間で容易に位置合わせすることができる。
Inside the magnetically shielded
磁気シールドルーム２の外部には、駆動回路６、アンプフィルタユニット７、演算装置８、表示装置９が配置されている。駆動回路６は、クライオスタット３内に配置される磁気センサを駆動する。アンプフィルタユニット７は、駆動回路６からの出力を増幅してフィルタをかける。演算装置８は、アンプフィルタユニット７からの出力信号をデータとして収集し、収集されたデータ（以下、「磁界時系列データ」という）を解析処理するとともに磁界計測装置１の各部を制御する。表示装置９は、演算装置８による解析結果を表示する。
Outside the magnetically shielded
図２は、磁界計測装置１が備える複数の磁気センサの配列および被験者に対する配置の１例を説明する図である。磁気センサ１１は、クライオスタット３の底部の内壁にｚ方向に沿って複数垂設されており、被験者の胸壁１０に対して垂直なｚ方向の磁界成分Ｂｚを経時的に計測する。磁気センサ１１は、磁界の距離変化量を的確に捉えられるように、ｘ方向およびｙ方向に等間隔に配列している。
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the arrangement of a plurality of magnetic sensors provided in the magnetic
本実施形態１においては、１例として、磁気センサ１１間の距離が０．０２５ｍ、計測面が０．１７５ｍ×０．１７５ｍ、磁気センサ１１の数が８×８のアレー状に配置した６４チャンネルの場合を説明する。図２に示す磁気センサ１１の座標系においては、例えば符号１２で示す７行３列目に対応する磁気センサが胸部の剣状突起１３の真上に位置するように、複数の磁気センサ１１の位置合わせを行う。このときには、８行１列目の磁気センサ１１を座標系の原点Ｏとする。
In the first embodiment, as an example, 64 channels in which the distance between the
磁界計測装置１は、旋回する電気的活動を楕円電流によってモデル化し、その楕円電流を特定する数値パラメータを推定することにより、心臓内を旋回する電気的活動を同定する。ここでいう楕円電流とは、楕円形上の経路に沿って流れる電流であり、楕円は真円を含むものとする。
The magnetic
図３は、磁界計測装置１が楕円電流の数値パラメータを推定する処理手順を説明するフローチャートである。以下図３の各ステップについて説明する。
FIG. 3 is a flowchart for explaining the processing procedure in which the magnetic
（図３：ステップＳ１０１）
磁界計測装置１は、磁気センサ１１を用いて、被験者の心臓から発生する磁場を計測する。演算装置８は、駆動回路６およびアンプフィルタユニット７を介してその計測結果を取得し、これを磁界時系列データとして取り込む。磁界時系列データは、計測時刻と磁界値のペアとして取得される。
(FIG. 3: Step S101)
The magnetic
（図３：ステップＳ１０２）
演算装置８は、ステップＳ１０１において取得した磁界時系列データに対して周波数解析を実施することにより、各磁気センサ１１の計測結果について周波数スペクトルを取得する。本ステップの具体例については、後述する図７〜図８において、検証シミュレーションの一部として改めて説明する。本ステップにおける周波数解析法としては、周知の高速フーリエ変換法やピリオドグラム法などがある。これらによりフーリエスペクトルやパワースペクトル密度を計算することができる。
(FIG. 3: Step S102)
（図３：ステップＳ１０３）
演算装置８は、ステップＳ１０２における周波数解析結果に基づき、旋回する電気的活動の周期を算出する。周波数スペクトルは磁界時系列データ内に含まれる周波数成分を表しているので、支配的な周波数成分を特定することにより、電気的活動の周期を特定することができる。本ステップの具体例については、後述する図７〜図８において、検証シミュレーションの一部として改めて説明する。
(FIG. 3: Step S103)
（図３：ステップＳ１０４）
演算装置８は、磁界時系列データが表す磁界値を、ステップＳ１０３において求めた旋回する電気的活動の１周期分、時間積分する。演算装置８は、この時間積分を磁気センサ１１毎に実施する。磁気センサ１１が各時刻において計測した磁界値を１周期分加算することにより、その１周期の電気的活動によって瞬時的に発生した磁界を求めることができる。この磁界を用いて、楕円電流の数値パラメータを以下のステップにより特定する。本ステップにおいて１周期分加算する磁界値には、心室の電気的活動を反映するＱＲＳ波やＴ波が含まれていないことが望ましい。
(FIG. 3: Step S104)
The
（図３：ステップＳ１０５）
演算装置８は、楕円電流を表す数値パラメータを様々に変化させながら楕円電流が発生させる磁界値を算出することを繰り返すことにより、１周期分の楕円電流が発生させる磁界と、ステップＳ１０４において求めた磁界との間の誤差を最小化する。誤差が最小になったとき、ステップＳ１０４において求めた磁界を発生させる電気的活動が、その楕円電流によって最もよくモデル化されたと推定することができる。
(FIG. 3: Step S105)
（図３：ステップＳ１０５：補足その１）
楕円電流を表す数値パラメータとしては、（ａ）楕円の中心座標、（ｂ）楕円の方位角、（ｃ）楕円の仰俯角、（ｄ）楕円の径、（ｅ）電流値、（ｆ）電流が流れる方向、が挙げられる。中心座標は、図２におけるＸＹＺ座標によって表される。方位角は、ＸＹ平面においてＸ軸に対して楕円の長軸（または短軸）が形成する角度である。仰俯角は、ＸＹ平面に対して楕円平面が形成する角度である。楕円が真円である場合、楕円の径は半径または直径である。楕円が真円でない場合、楕円の径は長径と短径である。電流値と電流方向は、磁界値とその方向から求めることができる。これらのパラメータをノイマンの公式に対して適用することにより、楕円電流が発生させる磁界を計算することができる。
(FIG. 3: Step S105: Supplement 1)
(A) Center coordinates of the ellipse, (b) azimuth angle of the ellipse, (c) elevation angle of the ellipse, (d) diameter of the ellipse, (e) current value, (f) current The direction in which the flows. The central coordinates are represented by XYZ coordinates in FIG. The azimuth is an angle formed by the major axis (or minor axis) of the ellipse with respect to the X axis in the XY plane. The supine angle is an angle formed by an elliptical plane with respect to the XY plane. If the ellipse is a true circle, the diameter of the ellipse is the radius or diameter. When the ellipse is not a true circle, the diameter of the ellipse is the major axis and the minor axis. The current value and the current direction can be determined from the magnetic field value and its direction. By applying these parameters to the Neumann formula, the magnetic field generated by the elliptical current can be calculated.
（図３：ステップＳ１０５：補足その２）
本ステップにおいて両磁界値間の誤差を最小化する手順としては、例えば滑降シンプレックス法や準ニュートン法などによって両磁界値間の２乗誤差を最小化する手法を用いることができる。
(FIG. 3: Step S105: Supplement 2)
As a procedure for minimizing an error between both magnetic field values in this step, for example, a method for minimizing a squared error between both magnetic field values by a downhill simplex method or a quasi-Newton method can be used.
（図３：ステップＳ１０６）
表示装置９は、演算装置８が算出した楕円電流の数値パラメータを画面表示する。これらパラメータに加えて、楕円電流の形状を画面表示することもできる。
(FIG. 3: Step S106)
The display unit 9 displays the numerical parameters of the elliptic current calculated by the
＜実施の形態１：楕円電流モデルの検証＞
楕円電流によって旋回する電気的活動をモデル化することの有効性を検証するため、心房粗動を模擬した旋回する電気的活動が発生させる磁場をシミュレーション計算した。このシミュレーションは電流双極子が楕円旋回することにより発生させる磁場を計算することにより実施した。さらに、そのシミュレーションにより得られた磁場を磁場時系列データの代わりに用いて図３のフローチャートを実施することにより、楕円電流が発生させる磁場をシミュレーション計算した。これらシミュレーション結果を比較することにより、楕円電流モデルの妥当性を検証した。以下シミュレーションの詳細を説明する。
First Embodiment Verification of Elliptical Current Model
In order to verify the effectiveness of modeling the electrical activity that swirls by the elliptical current, the magnetic field generated by the pivoting electrical activity simulating atrial flutter was simulated and calculated. This simulation was performed by calculating the magnetic field generated by the current dipole turning elliptically. Furthermore, the magnetic field generated by the elliptical current was simulated and calculated by implementing the flowchart of FIG. 3 using the magnetic field obtained by the simulation instead of magnetic field time-series data. The validity of the elliptic current model was verified by comparing these simulation results. Details of the simulation will be described below.
図４は、シミュレーションモデルの鳥瞰図である。心房粗動を模擬した旋回する電気的活動をモデル化するため、半無限導体内において電流双極子が楕円周上に沿って時間的に場所と向きを変えるモデルを用いた。楕円１４は電流双極子の軌跡である。符号１５は電流双極子のモーメントと向きである。本シミュレーションにおいては、電流双極子の軌跡が三尖弁（右心房と右心室の間の弁）付近に配置されるように、電流双極子を設定した。
FIG. 4 is a bird's-eye view of a simulation model. In order to model the turning electrical activity simulating atrial flutter, a model was used in which the current dipoles temporally change location and orientation along the elliptical circumference in the semi-infinite conductor.
図５は、図４に示すシミュレーションモデルのｘｙ平面図である。電流双極子の中心１６の座標は（０．０３０、０．０８７５、−０．０９０）ｍとした。方位角（θ）と仰俯角（φ）は、それぞれ、−１０°と６０°とした。電流双極子の円の半径は０．０２９ｍとした。電流双極子のモーメントは２００ｎＡｍとし、向きは円軌跡と接する向き（半時計方向）とした。電流双極子が円軌跡を１周する周期（旋回路周期）は、心房粗動の平均的な周期と同じ０．２５秒（周波数：４．０Ｈｚ）とした。電流双極子の持続時間は０．１秒とした。
FIG. 5 is an xy plan view of the simulation model shown in FIG. The coordinates of the
図６は、シミュレーションにおいて用いたパラメータ一覧である。図４〜図５で説明した時々刻々と場所と向きが変化する電流双極子から発生する磁場を、各磁気センサ１１が検出すると仮定して、各磁気センサ１１が検出する磁場を周知のＳａｒｖａｓの公式に基づいてシミュレートした。さらに、シミュレートした磁場をステップＳ１０１における磁界時系列データ（すなわち実計測データ）として取り扱うことにより図３のフローチャートを実施して楕円電流の数値パラメータを推定した。
FIG. 6 is a list of parameters used in the simulation. Assuming that each
図７は、図４〜図６で説明したシミュレーションモデルに基づいて各磁気センサ１１が計測すると仮定した磁場を計算した結果を示す。図７の横軸は計測時刻（秒）を表し、縦軸は磁界（ｐＴ）を表す。計測面の中央から左側の磁界波形の強度が大きい傾向があり、５行３列目の磁気センサ１１（図７の丸で囲んだもの）における磁場が最大となった。
FIG. 7 shows the result of calculating the magnetic field assumed to be measured by each of the
図８は、図７のシミュレーション結果に対して高速フーリエ変換を実施することにより得られたパワースペクトル密度波形を全ての磁気センサ１１について重ね合わせた結果を示す図である。図８の縦軸はパワースペクトル密度（ｐＴ２）を表し、横軸は周波数（Ｈｚ）を表す。図８から、パワースペクトル密度は、直流成分（０Ｈｚ）、４Ｈｚ成分、４Ｈｚ成分の高調波成分が支配的であることが分かる。一般的な心房粗動の旋回する電気的活動の周波数範囲（４〜８Ｈｚ）においては、シミュレーションでの電流双極子が円状に一周する周期（旋回路周期）と同じ４Ｈｚが最も強い成分であった。
FIG. 8 is a view showing the result of superposing the power spectral density waveform obtained by performing the fast Fourier transform on the simulation result of FIG. 7 for all the
ステップＳ１０３においても図７〜図８と同様に各磁気センサ１１が計測した磁場を周波数解析し、その結果得られるパワースペクトル密度を全ての磁気センサ１１について重ね合わせることにより、電気的活動の周期を特定することができる。例えば図７〜図８に示す例においては、各磁気センサ１１が計測する磁場の周期として４Ｈｚが支配的であるので、これらを重ね合わせると４Ｈｚ成分がより強調され、これを１周期として特定することができる。ただし直流成分は磁場のオフセットに相当するので候補から除外し、その他成分のなかで最もパワーが高いものを１周期とみなすことができる。
Also in step S103, the magnetic field measured by each
図９は、図７〜図８において特定した１周期分の磁界時系列データをチャンネル毎に時間積分した結果を示す磁界等高線図である。ここでは１周期が４Ｈｚであることが特定されたので、０〜０．２５秒の間における磁界時系列データをチャンネル毎に時間積分した結果を示している。実線１７と点線１８は、各チャンネルの時間積分結果に相当する。実線１７は正磁界の等高線を表し、点線１８は負磁界の等高線を表す。図９の処理は、ステップＳ１０４に相当するものである。
FIG. 9 is a magnetic field contour map showing the result of time integration of magnetic field time series data of one cycle specified in FIGS. 7 to 8 for each channel. Here, since it is specified that one cycle is 4 Hz, the result of time integration of magnetic field time series data between 0 and 0.25 seconds for each channel is shown. The
図１０は、楕円電流の数値パラメータを推定した結果を示す図である。ここでは図４〜図９で説明した電流双極子が発生させる磁場を楕円電流によってモデル化し、その数値パラメータを推定した例を示す。楕円電流の数値パラメータは、滑降シンプレックス法を用いて推定した。図１０に示すように、楕円電流の位置精度は約１ｍｍであり、角度精度は約１°であることが示された。 FIG. 10 is a diagram showing the result of estimation of the numerical parameters of the elliptic current. Here, an example is shown in which the magnetic field generated by the current dipole described in FIGS. 4 to 9 is modeled by an elliptic current, and the numerical parameter is estimated. Numerical parameters of the elliptic current were estimated using the downhill simplex method. As shown in FIG. 10, it was shown that the position accuracy of the elliptical current was about 1 mm, and the angle accuracy was about 1 °.
以上のシミュレーション結果から、心臓内の旋回する電気的活動を楕円電流によってモデル化し、その楕円電流の数値パラメータを推定することにより、心臓内の旋回する電気的活動の中心座標や傾きなどを同定できることが示された。 From the above simulation results, it is possible to identify the central coordinates and inclination of the swirling electrical activity in the heart by modeling the swirling electrical activity in the heart by an elliptic current and estimating the numerical parameters of the elliptical current It has been shown.
＜実施の形態２＞
心臓内を旋回する電気的活動を楕円電流によってどの程度の精度でモデル化することができたかについての評価結果を提示することにより、磁界計測装置１のユーザは数値パラメータの有効性を判断することができる。そこで本発明の実施形態２では、楕円電流モデルの適合度を計算する方法を説明する。
Second Embodiment
The user of the magnetic
心臓内を旋回する電気的活動の１周期の磁界時系列データを、チャンネル毎に時間積分した結果得られる時間積分磁界データ（測定値）を、Ｂｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｍ）（Ｍ：チャンネル数）とする。推定した略円電流から計算される磁界データを、Ｂ’ｉとする。楕円電流モデルの適合度Ｆは、Ｆ＝｛１−（Ｂｉ−Ｂ’ｉ）／Ｂｉ｝×１００（％）によって算出できる。 The time-integrated magnetic field data (measurement value) obtained as a result of time integration of magnetic field time-series data of one cycle of electrical activity swirling in the heart for each channel, B i (i = 1, 2,... M) (M: number of channels) The magnetic field data calculated from the estimated substantially circular currents, and B 'i. The goodness of fit F of the elliptic current model can be calculated by F = {1- (B i −B ′ i ) / B i } × 100 (%).
適合度Ｆが１００％のとき、時間積分磁界データ（測定値）と楕円電流が発生させる磁界データ（計算値）とが一致し、心臓内の電気的活動を楕円電流によって完全にモデル化できていることを意味する。適合度Ｆにより、心臓内を旋回する電気的活動を楕円電流によってモデル化することが妥当であるかを評価することができる。 When the fitness F is 100%, the time integrated magnetic field data (measured value) and the magnetic field data (calculated value) generated by the elliptical current coincide with each other, and the electrical activity in the heart can be completely modeled by the elliptical current. Means to The fitness F makes it possible to assess whether it is appropriate to model the electrical activity of the circling movement in the heart by means of an elliptical current.
上記計算式は１例であり、磁界時系列データ（実測値）と楕円電流が発生させる磁場との間の合致度を算出することができるのであれば、その他計算式を用いることもできる。さらに算出した適合度Ｆを表示装置９によって画面表示することもできる。 The above equation is one example, and any other equation can be used as long as the degree of coincidence between the magnetic field time series data (measured value) and the magnetic field generated by the elliptical current can be calculated. Furthermore, the calculated matching degree F can be displayed on the screen by the display device 9.
＜実施の形態３＞
図１１は、表示装置９が表示する画面９００の１例を示す図である。画面９００は、位置表示欄９１０とパラメータ表示欄９２０を有する。位置表示欄９１０は、磁気センサ１１と楕円電流の位置関係を表示する。パラメータ表示欄９２０は、推定した楕円電流の数値パラメータを表示する。
FIG. 11 is a view showing an example of the
位置表示欄９１０は、磁気センサ１１の位置を座標平面上に表示する。さらに推定した楕円電流の軌跡９１２と電流方向９１１を表示する。パラメータ表示欄９２０は、推定した楕円電流の中心のｘ座標９２１、ｙ座標９２２、ｚ座標９２３、方位角（θ）９２４、仰俯角（φ）９２５、半径９２６（真円でない場合は短径と直径）を表示する。これらの他に、電流値や適合度Ｆを表示することもできる。
The
位置表示欄９１０は、Ｘ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）やＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）によって取得した心臓の形態画像を表示することもできる。心臓画像を表示する際には、磁気センサ１１との間の相対位置や縮尺を適宜調整することができる。
The
＜実施の形態４＞
図１２は、本発明の実施形態４に係る磁界計測装置１の構成図である。本実施形態４に係る磁界計測装置１は実施形態１と概ね同様の構成を備えるが、第２演算装置２０と第２表示装置２１をさらに備える点が異なる。以下では主にこれら差異点について説明する。
Fourth Preferred Embodiment
FIG. 12 is a block diagram of the magnetic
演算装置８は、アンプフィルタユニット７から磁界時系列データを取得すると、これを第２演算装置２０へ引き渡す。以後の処理は第２演算装置２０が実施する。これにより演算装置８の処理負荷を抑制して磁界計測装置１を制御することに演算リソースを集中させることができる。
Upon acquiring the magnetic field time-series data from the amplifier filter unit 7, the
第２演算装置２０は、実施形態１で説明した演算装置８と同様の手順により楕円電流の数値パラメータを推定する。推定結果は第２表示装置２１上で画面９００と同様に表示してもよいし、推定結果を記述したデータを演算装置８に対して出力して表示装置９上で表示してもよい。演算装置８と第２演算装置２０との間のデータ送受信は適当な媒体（記憶媒体やネットワークなど）を介して実施すればよい。
The second
図１３は、第２演算装置２０の動作を説明するフローチャートである。ステップＳ２０２〜Ｓ２０５は図３のステップＳ１０２〜Ｓ１０５と同様である。ステップＳ２０１において、第２演算装置２０は演算装置８から磁界時系列データを取得する。ステップＳ２０６において、第２演算装置２０は推定結果を第２表示装置２１または演算装置８に対して出力する。表示装置９または第２表示装置２１はこれを画面表示する。
FIG. 13 is a flowchart for explaining the operation of the second
＜本発明の変形例について＞
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
<About the modification of the present invention>
The present invention is not limited to the embodiments described above, but includes various modifications. For example, the embodiments described above are described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Also, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. In addition, with respect to a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add, delete, and replace other configurations.
以上の実施形態において、楕円電流の数値パラメータを推定した結果を表示装置９または第２表示装置２１において画面表示することを説明したが、その他出力部によって推定結果を出力してもよい。例えば推定結果を記述したデータを記憶装置やネットワークに対して出力することができる。
In the above embodiment, it has been described that the result of estimation of the numerical parameter of the elliptic current is displayed on the display device 9 or the
以上の実施形態において、磁気センサ１１としては、磁気抵抗効果素子を用いたセンサや、光ポンピング磁束計を用いた磁気センサを用いることができる。また心臓以外の生体的な旋回する電気的活動を計測し、楕円電流によって模擬することもできる。磁気センサ素子としては、計測対象に応じて適切なものを用いればよい。
In the above embodiment, as the
以上の実施形態において、磁気センサ１１として、胸壁１０に対して平行なｘ方向の磁界成分Ｂｘとｙ方向の磁界成分Ｂｙを経時的に計測する磁気センサを用いることもできる。この場合は、楕円電流が発生させるＸＹ方向の磁界と磁気センサ１１が計測したＸＹ方向の磁界を比較することにより、楕円電流の数値パラメータを推定することができる。ｚ方向の磁界成分を用いてｘｙ方向の磁界成分を算出することができる場合は、両者は実質的に同等のものであるといえる。
In the above embodiment, it is also possible to use, as the
ステップＳ１０２〜Ｓ１０３に代えて、磁場計測データが記述している磁場のピーク間隔を特定することにより、電気的活動の周期を推定することもできる。例えば磁場のピークとして想定される値範囲内に含まれるピークを特定し、そのピーク間隔を算出することにより、周期を推定することができる。 The period of the electrical activity can also be estimated by specifying the peak interval of the magnetic field described by the magnetic field measurement data, instead of steps S102 to S103. For example, the period can be estimated by specifying a peak included in a value range assumed as a magnetic field peak and calculating the peak interval.
上記各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部や全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。例えば演算装置８や第２演算装置２０が実施する処理は、プログラムによって実装し、これをＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が実行することにより実現することができる。
Each of the above configurations, functions, processing units, processing means, etc. may be realized by hardware, for example, by designing part or all of them with an integrated circuit. Further, each configuration, function, etc. described above may be realized by software by the processor interpreting and executing a program that realizes each function. Information such as a program, a table, and a file for realizing each function can be stored in a memory, a hard disk, a recording device such as a solid state drive (SSD), a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD. For example, the processing performed by the
１：磁界計測装置
２：磁気シールドルーム
３：クライオスタット
４：ガントリ
５：ベッド
６：駆動回路
７：アンプフィルタユニット
８：演算装置
９：表示装置
１０：胸壁
１１：磁気センサ
１３：剣状突起
２０：第２演算装置
２１：第２表示装置
1: Magnetic field measurement apparatus 2: Magnetic shield room 3: Cryostat 4: Gantry 5: Bed 6: Drive circuit 7: Amplifier filter unit 8: Arithmetic unit 9: Display 10: Chest wall 11: Magnetic sensor 13: Sword-like projection 20: Second arithmetic device 21: second display device
Claims (13)
前記複数の磁気センサから計測結果として磁界時系列データを取得するデータ取得部、
前記磁界時系列データから前記被験者の旋回する生体的な電気的活動の旋回周期を算出するとともに１周期分の前記電気的活動と等価な楕円電流を特定する数値パラメータを算出する演算装置、
前記演算装置が算出した前記数値パラメータを出力する出力部、
を備え、
前記演算装置は、各前記磁気センサから取得した前記磁界時系列データに対して周波数解析を実施することにより前記磁気センサごとに前記磁界時系列データの周波数スペクトルを算出するとともに、各前記磁気センサの前記周波数スペクトルを合算し、
前記演算装置は、前記合算によって得られた周波数成分のうち直流成分を除くもののなかでパワーが最も高いものを、前記旋回周期として特定する
ことを特徴とする磁界計測装置。 Multiple magnetic sensors, each measuring the magnetism at multiple locations on the subject,
A data acquisition unit that acquires magnetic field time-series data as measurement results from the plurality of magnetic sensors;
An arithmetic unit that calculates a turning cycle of biological activity of the subject that turns from the magnetic field time-series data, and calculates a numerical parameter that specifies an elliptic current equivalent to the electric activity for one cycle.
An output unit that outputs the numerical parameter calculated by the arithmetic device;
Equipped with
The arithmetic unit performs frequency analysis on the magnetic field time series data acquired from each of the magnetic sensors to calculate a frequency spectrum of the magnetic field time series data for each of the magnetic sensors, and Summing the frequency spectra,
3. The magnetic field measuring apparatus according to claim 1, wherein the arithmetic unit specifies the one having the highest power among the frequency components obtained by the summation except for the direct current component as the turning period .
ことを特徴とする請求項１記載の磁界計測装置。 The arithmetic unit integrates the magnetic field described by the magnetic field time-series data for one period of the turning cycle, and compares the result of the integration with the magnetic field generated by the elliptic current to obtain the numerical parameter The magnetic field measurement apparatus according to claim 1, wherein:
前記演算装置は、前記最小化によって得られた前記変数を前記数値パラメータとして特定する
ことを特徴とする請求項２記載の磁界計測装置。 The arithmetic unit repeats calculation of a magnetic field generated by the elliptic current while changing a variable that mathematically represents the elliptic current, thereby generating a difference between the magnetic field generated by the elliptic current and the result of the integration. Minimize the difference,
The magnetic field measurement apparatus according to claim 2 , wherein the arithmetic unit specifies the variable obtained by the minimization as the numerical parameter.
ことを特徴とする請求項１記載の磁界計測装置。 The magnetic field measurement apparatus according to claim 1, wherein the numerical parameter includes at least a central coordinate of the elliptic current, an azimuth angle of the elliptic current, an elevation angle of the elliptic current, and a diameter of the elliptic current.
前記演算装置は、前記楕円電流が真円経路を流れる電流である場合は、前記楕円電流の径として前記真円の半径または直径を算出し、
前記演算装置は、前記楕円電流が楕円経路を流れる電流である場合は、前記楕円電流の径として前記楕円の短径と長径を算出する
ことを特徴とする請求項１記載の磁界計測装置。 The elliptical current is a current flowing in a true circular path or a current flowing in an elliptical path,
The arithmetic device calculates a radius or a diameter of the perfect circle as a diameter of the elliptical current, when the elliptical current is a current flowing in a true circle path,
The magnetic field measurement device according to claim 1, wherein the arithmetic unit calculates the minor axis and the major axis of the ellipse as the diameter of the elliptical current, when the elliptical current is a current flowing in an elliptical path.
ことを特徴とする請求項１記載の磁界計測装置。 The magnetic field measurement device according to claim 1, wherein the numerical parameter includes at least a direction in which the elliptical current flows, and a current value of the elliptical current.
前記出力部は、前記演算装置が算出した前記合致率を出力する
ことを特徴とする請求項１記載の磁界計測装置。 The arithmetic unit calculates a magnetic field generated by the elliptical current, and calculates a matching rate between the calculation result and the magnetic field represented by the magnetic field time-series data,
The magnetic field measurement apparatus according to claim 1, wherein the output unit outputs the match rate calculated by the arithmetic device.
前記出力部は、前記数値パラメータとして前記中心座標を出力する
ことを特徴とする請求項１記載の磁界計測装置。 The numerical parameter includes at least center coordinates of the elliptic current,
The magnetic field measuring apparatus according to claim 1, wherein the output unit outputs the central coordinates as the numerical parameter.
前記出力部は、前記数値パラメータとして、前記方位角、前記仰俯角、前記径を出力する
ことを特徴とする請求項１記載の磁界計測装置。 The numerical parameters include at least an azimuth angle of the elliptical current, a supine-eating angle of the elliptical current, and a diameter of the elliptical current,
The magnetic field measurement apparatus according to claim 1, wherein the output unit outputs the azimuth, the elevation angle, and the diameter as the numerical parameters.
前記出力部は、前記演算装置による算出結果に基づき、前記楕円電流の位置および形状と前記楕円電流が流れる方向を出力する
ことを特徴とする請求項１記載の磁界計測装置。 The arithmetic unit calculates, as the numerical parameter, a variable specifying a position and a shape of the elliptic current, and a direction in which the elliptic current flows.
The magnetic field measuring apparatus according to claim 1, wherein the output unit outputs the position and the shape of the elliptic current and the direction in which the elliptic current flows based on a calculation result by the arithmetic device.
前記出力部は、各前記磁気センサの位置と前記楕円電流の位置および形状を同一座標系の下で出力する
ことを特徴とする請求項１記載の磁界計測装置。 The data acquisition unit acquires the magnetic field time-series data in association with a position at which each of the magnetic sensors measures magnetism,
The magnetic field measurement apparatus according to claim 1, wherein the output unit outputs the position of each of the magnetic sensors and the position and shape of the elliptic current under the same coordinate system.
前記磁界時系列データから前記被験者の旋回する生体的な電気的活動の旋回周期を算出するとともに１周期分の前記電気的活動と等価な楕円電流を特定する数値パラメータを算出する演算ステップ、
前記演算ステップにおいて算出した前記数値パラメータを出力する出力ステップ、
を有し、
前記演算ステップにおいては、各前記磁気センサから取得した前記磁界時系列データに対して周波数解析を実施することにより前記磁気センサごとに前記磁界時系列データの周波数スペクトルを算出するとともに、各前記磁気センサの前記周波数スペクトルを合算し、
前記演算ステップにおいては、前記合算によって得られた周波数成分のうち直流成分を除くもののなかでパワーが最も高いものを、前記旋回周期として特定する
ことを特徴とする磁界計測方法。 A data acquisition step of acquiring magnetic field time-series data representing a result of measuring magnetism at a plurality of positions of the subject using a plurality of magnetic sensors,
A calculation step of calculating a rotation period of the biological electrical activity of the subject's rotation from the magnetic field time-series data and calculating a numerical parameter specifying an elliptic current equivalent to the electrical activity of one period;
An output step of outputting the numerical parameter calculated in the calculation step;
I have a,
In the calculation step, frequency analysis is performed on the magnetic field time series data acquired from each of the magnetic sensors to calculate a frequency spectrum of the magnetic field time series data for each of the magnetic sensors, and each of the magnetic sensors Add up the frequency spectrum of
In the calculation step, a magnetic field measurement method characterized in that one of the frequency components obtained by the addition excluding the DC component is the one having the highest power as the turning period .
複数の磁気センサを用いて被験者の複数の位置における磁気をそれぞれ計測した結果を表す磁界時系列データを取得するデータ取得ステップ、
前記磁界時系列データから前記被験者の旋回する生体的な電気的活動の旋回周期を算出するとともに１周期分の前記電気的活動と等価な楕円電流を特定する数値パラメータを算出する演算ステップ、
前記演算ステップにおいて算出した前記数値パラメータを出力する出力ステップ、
を実行させ、
前記演算ステップにおいては、前記コンピュータに、各前記磁気センサから取得した前記磁界時系列データに対して周波数解析を実施することにより前記磁気センサごとに前記磁界時系列データの周波数スペクトルを算出させるとともに、各前記磁気センサの前記周波数スペクトルを合算させ、
前記演算ステップにおいては、前記コンピュータに、前記合算によって得られた周波数成分のうち直流成分を除くもののなかでパワーが最も高いものを、前記旋回周期として特定させる
ことを特徴とする磁界計測プログラム。 A magnetic field measurement program that causes a computer to execute processing for measuring a magnetic field, the computer comprising:
A data acquisition step of acquiring magnetic field time-series data representing a result of measuring magnetism at a plurality of positions of the subject using a plurality of magnetic sensors,
A calculation step of calculating a rotation period of the biological electrical activity of the subject's rotation from the magnetic field time-series data and calculating a numerical parameter specifying an elliptic current equivalent to the electrical activity of one period;
An output step of outputting the numerical parameter calculated in the calculation step;
Was executed,
In the calculation step, the computer performs frequency analysis on the magnetic field time-series data acquired from each of the magnetic sensors to calculate a frequency spectrum of the magnetic field time-series data for each of the magnetic sensors. Summing the frequency spectra of each of the magnetic sensors;
In the calculation step, a magnetic field measurement program characterized by causing the computer to specify the one having the highest power among the frequency components obtained by the addition excluding the DC component as the turning period .
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