JP7293814B2 - 生体情報計測装置、生体情報計測方法およびプログラム - Google Patents
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Description
本発明は、生体情報計測装置、生体情報計測方法およびプログラムに関する。
従来、生体情報である生体磁場の計測においては、生体のどの部位でいつ神経活動が生じたのかを調べることを目的に、その解析準備として、ＭＲ（Magnetic Resonance）画像のような生体形態画像と磁場計測時の生***置との位置合わせが行われる。
例えば、脳磁図（ＭＥＧ：Magneto-encephalography）を計測する脳磁場計測装置においては、脳磁場計測中に被検者にマーカーコイルを装着し、そのマーカーコイル位置情報に基づいて、被検者頭部の位置合わせがなされる（非特許文献１参照）。しかしながら、このトラッキング方法においては、マーカーコイルによる磁場が計測磁場の妨げとなる。また、マーカーコイル位置とＭＲ画像内のマーク位置（ビタミンＥタブレット等を配置したラベル）の装着には手間がかかる。このような背景のもと、マーカーコイル不要の位置合わせ技術が求められている。
特許文献１には、ＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device）センサを備える脳磁場計測装置において、マーカーコイル不要の頭部位置検出技術が開示されている。具体的には、特許文献１に開示の技術は、被検者頭部とデュワーとのそれぞれに基準マークを設け、それらの画像をステレオ撮像して画像処理することにより、被検者頭部とＳＱＵＩＤセンサとの相対位置関係を検出する技術である。
特許文献１に開示の技術により、マーカーコイルなしで脳磁場計測装置のセンサ座標系における被検者の頭部位置をリアルタイムに検出することができるものの、頭部形態画像（内部形態画像を含む）と被検者頭部との位置合わせの方法については、従来手法、例えば、マーカーコイルを用いる方法やデジタイザを用いる方法が想定されている。
そのため、生体磁場計測データに基づいて、生体のどの部位でいつ神経活動が生じたのかを解析する上で必須である、生体形態画像と生***置との位置合わせをマーカーコイルなしで実施可能であり、かつ、生***置をリアルタイムにトラッキング可能な技術が求められている。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、生体形態画像と生***置との位置合わせをマーカーコイルなしで実施でき、センサ座標系における生***置を所望の時刻に特定することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、検出した生体磁場信号に基づいて生体磁場情報を計測する生体情報計測装置において、生体磁場信号検出用の多数の磁気センサが配置され、被検者の頭部を覆うカバー部材と、前記生体磁場情報を計測中の第１の時刻における前記被検者の頭部の前記カバー部材に対する位置関係を推定する位置関係推定部と、を備え、前記位置関係推定部は、前記第１の時刻に前記被検者に対して非接触な深度撮像装置と画像撮像装置との少なくとも何れか一方で取得されるものであって、前記磁気センサの座標系で表された前記被検者の頭部表面を表す第１の点群データと、生体構造取得装置で撮像された前記被検者の形態画像に基づいて構成された前記被検者の頭部表面を表す第２の点群データと、を重ね合わせ、前記磁気センサの座標系に対する前記被検者の頭部表面に対する位置関係を推定する、ことを特徴とする。
本発明によれば、生体形態画像と生***置との位置合わせをマーカーコイルなしで実施でき、センサ座標系における生***置を所望の時刻に特定することができる、という効果を奏する。
以下に添付図面を参照して、生体情報計測装置、生体情報計測方法およびプログラムの実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる生体情報計測システム１００のシステム構成の一例を示す図である。図１に示すように、生体情報計測システム１００は、生体情報計測装置４０と、生体構造取得装置７０と、を備えている。生体構造取得装置７０は、例えば、ＭＲ（Magnetic Resonance）画像を撮像するＭＲ画像装置である。生体構造取得装置７０は、ＭＲ画像装置に限るものではなく、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）画像装置などであってもよい。
図１は、第１の実施の形態にかかる生体情報計測システム１００のシステム構成の一例を示す図である。図１に示すように、生体情報計測システム１００は、生体情報計測装置４０と、生体構造取得装置７０と、を備えている。生体構造取得装置７０は、例えば、ＭＲ（Magnetic Resonance）画像を撮像するＭＲ画像装置である。生体構造取得装置７０は、ＭＲ画像装置に限るものではなく、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）画像装置などであってもよい。
生体情報計測装置４０は、脳磁場計測装置３と、情報処置装置６と、を備えている。
脳磁場計測装置３は、脳磁図（ＭＥＧ：Magneto-encephalography）信号を計測する脳磁計である。計測対象である被検者５０は、生体情報である生体磁場（脳磁場）計測の際に、頭に脳波計測用の電極（またはセンサ）を付けた状態で脳磁場計測装置３のデュワー２に頭部を入れる。ここで、脳波を同時計測しない場合には、頭に脳波電極用の電極を付ける必要はない。デュワー２は、被検者５０の頭部のほぼ全域を取り囲むカバー部材であるヘルメット型のセンサ収納型デュワーである。デュワー２の内側には脳磁計測用の多数の磁気センサ１が配置されている。磁気センサ１として、その動作に極低温環境が必要な超伝導型センサ（例えば、ＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device）センサ）を用いた場合には、デュワー２は、液体ヘリウムを用いた極低温環境の保持容器としての役割も果たす。脳磁場計測装置３は、電極からの脳波信号と、磁気センサ１からの脳磁信号とを収集する。脳磁場計測装置３は、収集された生体信号を情報処置装置６に出力する。
なお、一般的に、磁気センサ１を内蔵するデュワー２とは磁気シールドルーム内に配置されているが、図示の便宜上、磁気シールドルームを省略している。
磁気センサ１としては、地磁気よりも大きさが小さい生体磁気を計測することが可能なＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device）センサ、ＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistance）センサ、ＯＰＭ（Optically Pumped atomic Magnetometer）センサ、ＮＶ（Nitrogen-Vacancy）中心センサといった磁気センサを用いることができる。脳磁場計測装置３は、生体磁場（脳磁場）の発生源を特定できるように、複数の磁気センサ１を備えている。複数の磁気センサ１の相対的な位置は、永久的に固定されていても、計測ごとに適当な配置をとってもどちらでもよい。複数の磁気センサ１の相対的な位置は、少なくとも計測時間内において、ある決まった配置をしている。そして、ある決まった磁気センサ１の配置に対して、センサ座標系が定義される。説明の都合上、センサ座標系をセンサ座標系ＡＢＣと呼ぶことにする。
なお、生体情報計測システム１００では、被検者５０の脳の神経活動から発せられる信号を磁気センサ１により検出するものとしたが、これに限定されない。生体情報計測システム１００では、脳の神経活動から発せられる信号を検出するためのセンサを有していれば良く、且つ、被検者５０の生体機能を正確に計測するため、低侵襲であるか、さらに好ましくは非侵襲であると良い。このようなセンサの例として磁気センサ以外に、脳波計測センサ（電位センサ）、光トポグラフィ（近赤外光センサ）などがある。
また、本実施の形態の磁気センサ１は、これらセンサを複数種類含んでいても構わない。ただし、その場合、１つのセンサの動作が他のセンサによる計測に影響を与えないことが望ましい。特に、センサの１つとして磁気センサを用いる場合、生体と磁気センサが非接触であっても生体から発せられる信号を取得できるという特徴があるため、センサの装着状態が計測結果に影響を与えない。したがって、磁気センサ１は、本発明の実施例として好適である。
情報処置装置６は、複数の磁気センサ１からの脳磁信号の波形と、複数の電極からの脳波信号の波形とを、同じ時間軸上に同期させて表示する。脳波信号は、神経細胞の電気的な活動（シナプス伝達の際にニューロンの樹状突起で起きるイオン電荷の流れ）を電極間の電位差として表すものである。脳磁信号は、脳の電気活動により生じた微小な磁場とその変動を表わす。
また、情報処置装置６は、生体構造取得装置７０で撮像した被検者５０の頭部の断層像（ＭＲ画像）を入力する。生体構造取得装置７０による撮影は脳磁場計測装置３による磁気計測の前でも後でもよく、得られた画像データはオンラインあるいはオフラインで情報処置装置６に送られる。生体内部の形態画像を用いることにより、詳細な生体磁場解析が可能となっている。
以下に、情報処置装置６について、さらに説明する。図２は、情報処置装置６のハードウェア構成の一例を示す図である。
情報処置装置６は、それぞれバス２９で相互に接続されている入力装置２１、出力装置２２、ドライブ装置２３、生体情報計測プログラムを記憶する補助記憶装置２４、メモリ装置２５、演算処理装置２６及びインターフェース装置２７を備える。
入力装置２１は、各種の情報の入力を行うための装置であり、例えばキーボードやポインティングデバイス等により実現される。出力装置２２は、各種の情報の出力を行うためものであり、例えばディスプレイ等により実現される。インターフェース装置２７は、ＬＡＮカード等を含み、ネットワークに接続する為に用いられる。
生体情報計測プログラムは、情報処置装置６を制御する各種プログラムの少なくとも一部である。生体情報計測プログラムは例えば記憶媒体２８の配布やネットワークからのダウンロード等によって提供される。生体情報計測プログラムを記録した記憶媒体２８は、ＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク等の様に情報を光学的、電気的或いは磁気的に記録する記憶媒体、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の様に情報を電気的に記録する半導体メモリ等、様々なタイプの記憶媒体を用いることができる。
また、生体情報計測プログラムは、生体情報計測プログラムを記録した記憶媒体２８がドライブ装置２３にセットされると、記憶媒体２８からドライブ装置２３を介して補助記憶装置２４にインストールされる。ネットワークからダウンロードされた生体情報計測プログラムは、インターフェース装置２７を介して補助記憶装置２４にインストールされる。
補助記憶装置２４は、インストールされた生体情報計測プログラムを格納すると共に、必要なファイル、データ等を格納する。メモリ装置２５は、情報処置装置６の起動時に補助記憶装置２４から生体情報計測プログラムを読み出して格納する。そして、演算処理装置２６はメモリ装置２５に格納された生体情報計測プログラムに従って、後述するような各種処理を実現している。
本実施形態の情報処置装置６は、被検者５０の脳と磁気センサ１の位置関係を正しく測定するようにしている。
次に、本実施の形態の情報処置装置６の機能のうち、特徴的な機能について説明する。図３は、情報処置装置６の機能を説明する図である。
情報処置装置６は、計測部６１と、位置関係推定手段である位置関係推定部６２と、を有する。
計測部６１と、位置関係推定部６２とは、演算処理装置２６が、補助記憶装置２４やメモリ装置２５等に格納された生体情報計測プログラムを読み出して実行することで実現される。
計測部６１は、刺激に応じて磁気センサ１で検出した生体信号（脳磁信号）に基づいて脳神経活動を計測する。
位置関係推定部６２は、第１の時刻における被検者の生***置（頭部）のデュワー２（磁気センサ１）に対する位置関係を推定する。より詳細には、位置関係推定部６２は、第１の時刻に被検者に対して非接触な手段で取得されるものであって、磁気センサ１のセンサ座標系ＡＢＣで表された被検者の生体表面部を表す第１の点群データと、生体構造取得装置７０で撮像された被検者の形態画像に基づいて構成された被検者の生体表面部を表す第２の点群データと、を重ね合わせる。
ここで、図４は第１の点群データと第２の点群データとのを重ね合わせの一例を示す図である。図４（ａ）は第１の点群データ１０を示し、図４（ｂ）は第２の点群データ２０を示す。また、図４（ｃ）の符号３０は、重ね合わされた第１の点群データ１０と第２の点群データ２０である。なお、被検者５０の生体表面部を表す第２の点群データ２０は、生体構造座標系ＸＹＺで表している。
情報処置装置６の位置関係推定部６２は、図４に示すように、センサ座標系ＡＢＣで表された被検者５０の生体表面部を表す第１の点群データ１０と、ＭＲ画像装置やＸ線ＣＴ画像装置といった生体構造取得装置７０で撮像された被検者５０の形態画像に基づいて構成された被検者５０の生体表面部を表す第２の点群データ２０とを重ね合わせる処理を実行することによって、重ね合わせデータ３０を得る。これにより、情報処置装置６の位置関係推定部６２は、計測中の所望の時刻における、センサ座標系に対する被検者５０の生***置（頭部）のデュワー２（磁気センサ１）に対する位置関係を推定する。
上記の重ね合わせ処理により、生体構造座標系ＸＹＺとセンサ座標系ＡＢＣ間の変換行列を得ることができ、生体構造座標系ＸＹＺで被検者５０の生体部位（例えば、頭部、その内部構造としての脳）が、センサ座標系ＡＢＣにおいてどこに位置しているかが特定される。その時刻（第１の時刻）は、第１の点群データ１０の基となるデータの取得時刻となる。取得時刻を計測時間内とすることで、計測中の所望の時刻における、センサ座標系ＡＢＣに対する被検者５０の生***置が特定される。
なお、第２の点群データ２０は、例えば、既存のソフトウェアを使用することにより、被検者５０の構造データから被検者５０の（例えば、顔の）表面メッシュデータを抽出し、その表面メッシュデータの頂点として得ることができる。また、重ね合わせ処理は、例えば、ＩＣＰ（Iterative Closest Point）アルゴリズムを用いて実施できる。
なお、本実施の形態では、第１の点群データ１０と第２の点群データ２０とには、外鼻部が含まれる。外鼻部は、顔表面において凹凸が大きいため、凹凸部が大きい部分の点群データを利用することで、精度よく点群の重ね合わせ処理を実行することが可能である。特に、ＩＣＰアルゴリズムを利用する場合において精度を高めることができる。
このように本実施の形態によれば、生体形態画像と生***置との位置合わせをマーカーコイルなしで実施でき、センサ座標系ＡＢＣにおける生***置を所望の時刻に特定することができる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。
次に、第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態は、深度撮像装置によって第１の点群データ１０を取得する点が、第１の実施の形態と異なる。以下、第２の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。
図５は、第２の実施の形態にかかる生体情報計測システム１００のシステム構成の一例を示す図である。図５に示すように、生体情報計測システム１００は、所定の位置に固定された深度撮像装置４を有している。深度撮像装置４は、インターフェース装置２７を介して情報処置装置６に接続される。生体情報計測システム１００の情報処置装置６の位置関係推定部６２は、深度撮像装置４を用いて、第１の点群データ１０を被検者５０に対して非接触で取得する。
深度撮像装置４としては、例えば、Microsoft（登録商標）社のKinect（登録商標）やIntel（登録商標）社のRealSense（登録商標）などのステレオカメラを用いることができる。また、深度撮像装置４としては、上述したステレオカメラだけでなく、ＬｉＤＡＲあるいはガルバノメータ方式スキャナ等を用いることもできる。
深度撮像装置４は、所定の位置に固定されており、第１の点群データ１０をセンサ座標系ＡＢＣで表すことができる。そのために、深度撮像装置４が有している撮像装置固有の座標系をセンサ座標系ＡＢＣに変換するためのキャリブレーションを前もって実施しておく必要がある。
以下において、深度撮像装置４が有している撮像装置固有の座標系をセンサ座標系ＡＢＣに変換するためのキャリブレーション方法についての３例を説明する。
（深度撮像装置４による点群データをセンサ座標系ＡＢＣで表す方法１）
生体ファントムを用意して、その表面に複数（少なくとも３つ）のマーカーコイルを装着する。磁気センサ１によってマーカーコイル磁場を計測可能な空間に、生体ファントムを配置し、固定する。マーカーコイルを動作させ、磁気センサ１によってマーカーコイル磁場を計測し、同時刻において、生体ファントムを深度撮像装置４で撮像する。この際、深度撮像装置４で撮像された深度画像に、複数のマーカーコイルが映り込むようにする。磁気センサ１によって計測されたマーカーコイル磁場に基づいて、マーカーコイル位置を位置推定することによって、センサ座標系ＡＢＣにおける複数のマーカーコイル位置が特定される。
生体ファントムを用意して、その表面に複数（少なくとも３つ）のマーカーコイルを装着する。磁気センサ１によってマーカーコイル磁場を計測可能な空間に、生体ファントムを配置し、固定する。マーカーコイルを動作させ、磁気センサ１によってマーカーコイル磁場を計測し、同時刻において、生体ファントムを深度撮像装置４で撮像する。この際、深度撮像装置４で撮像された深度画像に、複数のマーカーコイルが映り込むようにする。磁気センサ１によって計測されたマーカーコイル磁場に基づいて、マーカーコイル位置を位置推定することによって、センサ座標系ＡＢＣにおける複数のマーカーコイル位置が特定される。
一方、深度画像から、深度撮像装置４の固有座標系における、それぞれ対応するマーカーコイル位置が特定される。それら２群の複数マーカーコイル位置情報から、深度撮像装置４の固有座標系とセンサ座標系ＡＢＣ間の変換行列を得ることができる。これにより、深度撮像装置４による点群データをセンサ座標系ＡＢＣで表すことができる。なお、生体ファントムの代わりに、生体を用いてもよいが、生体は動きやたるみがあるため、ファントムが望ましい。
（深度撮像装置４による点群データをセンサ座標系ＡＢＣで表す方法２）
生体ファントムおよび、その３Ｄ表面形状データを用意する。表面形状データとして、ファントム作成のための３Ｄ－ＣＡＤデータを用いることができる。あるいは、ＭＲ画像装置で撮像可能な生体ファントムであれば、ＭＲ画像撮像を行い、既存のソフトウェアを用いて、その表面形状データを算出する。表面形状データは通常、メッシュデータとなっている。上述の方法１と同様に、生体ファントム表面に複数（少なくとも３つ）のマーカーコイルを装着し、マーカーコイルを動作させることで、所定の位置、向きに配置した生体ファントムのメッシュデータをセンサ座標系ＡＢＣで表す。
生体ファントムおよび、その３Ｄ表面形状データを用意する。表面形状データとして、ファントム作成のための３Ｄ－ＣＡＤデータを用いることができる。あるいは、ＭＲ画像装置で撮像可能な生体ファントムであれば、ＭＲ画像撮像を行い、既存のソフトウェアを用いて、その表面形状データを算出する。表面形状データは通常、メッシュデータとなっている。上述の方法１と同様に、生体ファントム表面に複数（少なくとも３つ）のマーカーコイルを装着し、マーカーコイルを動作させることで、所定の位置、向きに配置した生体ファントムのメッシュデータをセンサ座標系ＡＢＣで表す。
一方、深度撮像装置４によって、その所定の位置、向きにある生体ファントムの深度点群データを取得する。上記メッシュデータと点群データとをＩＣＰなどを用いて重ね合わせすることにより、深度撮像装置４による点群データをセンサ座標系ＡＢＣで表すことができる。
（深度撮像装置４による点群データをセンサ座標系ＡＢＣで表す方法３）
生体情報計測装置４０を構成する脳磁場計測装置３の筐体構造の３Ｄ－ＣＡＤデータを用意する。深度撮像装置４を用いて、筐体（例えば、脳磁場計測装置３におけるデュワー２）を撮像する。撮像データと筐体構造３Ｄ－ＣＡＤデータを、ＩＣＰなどを用いて重ね合わせすることにより、深度撮像装置４による点群データをセンサ座標系ＡＢＣで表すことができる。
生体情報計測装置４０を構成する脳磁場計測装置３の筐体構造の３Ｄ－ＣＡＤデータを用意する。深度撮像装置４を用いて、筐体（例えば、脳磁場計測装置３におけるデュワー２）を撮像する。撮像データと筐体構造３Ｄ－ＣＡＤデータを、ＩＣＰなどを用いて重ね合わせすることにより、深度撮像装置４による点群データをセンサ座標系ＡＢＣで表すことができる。
また、実施形態に係る生体情報計測装置４０は、計測データの信号処理アルゴリズムとして、計測信号に対して空間領域信号部分空間かつ時間領域信号部分空間へのプロジェクターを用いた信号処理アルゴリズムを備えている。このアルゴリズムは、ＤＳＳＰアルゴリズムと呼ばれている。このアルゴリズムにより、計測データに入り込む、深度撮像装置４に伴う電磁ノイズを除去することができる。
図６は、計測データ（上パネル）と計測データにＤＳＳＰを作用させて得られた電磁ノイズ除去後のデータ（下パネル）の例を示す図である。例として、計測中の時刻６２秒から６３秒までの１６０個のＳＱＵＩＤセンサ時系列データを示している。図６に示すように、生体情報計測装置４０で脳磁場の計測中に、深度撮像装置４由来の１０ｐＴ程度の周期的な電磁ノイズがきれいに除去されて、１ｐＴよりも小さな磁場データのみが残る。このＤＳＳＰアルゴリズムを情報処置装置６に搭載しておくことで、リアルタイムに深度撮像装置４に伴う電磁ノイズを除去することが可能である。
このように本実施の形態によれば、生体形態画像と生***置との位置合わせをマーカーコイルなしで実施でき、センサ座標系ＡＢＣにおける生***置を所望の時刻に特定することができる。
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。
次に、第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態は、２次元ピクセル画像撮像装置によって第１の点群データ１０を取得する点が、第１の実施の形態ないし第２の実施の形態と異なる。以下、第３の実施の形態の説明では、第１の実施の形態ないし第２の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態ないし第２の実施の形態と異なる箇所について説明する。
図７は、第３の実施の形態にかかる生体情報計測システム１００のシステム構成の一例を示す図である。図７に示すように、生体情報計測システム１００は、所定の位置に固定された画像撮像装置である２次元ピクセル画像撮像装置５を有している。２次元ピクセル画像撮像装置５は、インターフェース装置２７を介して情報処置装置６に接続される。
生体情報計測システム１００の情報処置装置６の位置関係推定部６２は、２次元ピクセル画像撮像装置５で撮像された２次元ピクセル画像を用いて、第１の点群データ１０を被検者５０に対して非接触で取得する。具体的には、第１の点群データ１０は、撮像された２次元ピクセル画像から被写体の深度情報を推定することによって取得される。
例えば、畳み込みニューラルネットワークや敵対的生成ネットワークを、多数の深度画像と２次元ピクセル画像のセットで学習させることで、２次元ピクセル画像から被写体の深度情報を精度よく推定することが可能である。学習用画像には、生体と生体情報計測装置４０を構成する脳磁場計測装置３の筐体が共に映り込んでいることが望ましい。
脳磁場計測装置３の場合には、２次元ピクセル画像撮像装置５を用いて、被検者５０の顔を撮像しておき、その撮像した２次元ピクセル画像から、顔のいくつかの点の深度情報を推定してもよい。その推定には、例えば、既存のソフトウェアであるOpenFace［https://github.com/TadasBaltrusaitis/OpenFace］を用いることができる。
このように本実施の形態によれば、生体形態画像と生***置との位置合わせをマーカーコイルなしで実施でき、センサ座標系ＡＢＣにおける生***置を所望の時刻に特定することができる。
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態について説明する。
次に、第４の実施の形態について説明する。
第４の実施の形態は、深度撮像装置４および２次元ピクセル画像撮像装置５を用いる点が、第１の実施の形態ないし第３の実施の形態と異なる。以下、第４の実施の形態の説明では、第１の実施の形態ないし第３の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態ないし第３の実施の形態と異なる箇所について説明する。
図８は、第４の実施の形態にかかる生体情報計測システム１００のシステム構成の一例を示す図である。図８に示すように、生体情報計測システム１００は、所定の位置に固定された深度撮像装置４と、所定の位置に固定された２次元ピクセル画像撮像装置５と、を有している。深度撮像装置４および２次元ピクセル画像撮像装置５は、インターフェース装置２７を介して情報処置装置６に接続される。
深度撮像装置４は、赤外線レーザー等を放出する能動方式の撮像装置である。一方、２次元ピクセル画像撮像装置５は、ＣＣＤカメラのような受動方式の撮像装置である。
生体情報計測システム１００の情報処置装置６の位置関係推定部６２は、生体磁場計測中の第１の時刻において、深度撮像装置４を用いた被検者５０に対して非接触での第１の点群データ１０の取得と、画像撮像装置５を用いた被検者５０に対して非接触での第１の２次元ピクセル画像の取得と、を実行し、生体磁場計測中の第２の時刻において、２次元ピクセル画像撮像装置５を用いた被検者５０に対して非接触での第２の２次元ピクセル画像の取得を実行する。
ここで、情報処置装置６の位置関係推定部６２は、生体磁場計測中に１Ｈｚ以上の頻度で２次元ピクセル画像撮像装置５を動作させる。１Ｈｚ以上の頻度で２次元ピクセル画像撮像装置５を動作させるため、被検者５０の生体の動きを１Ｈｚ以上のサンプリング周波数でモニタすることができる。
また、情報処置装置６の位置関係推定部６２は、深度撮像装置４を１Ｈｚ以上の頻度で動作させて、１Ｈｚ以上のサンプリング周波数で第１の点群データ１０を取得する。被検者５０の生体の動きを１Ｈｚ以上のサンプリング周波数でモニタすることができる。
そして、情報処置装置６の位置関係推定部６２は、第１の２次元ピクセル画像および第２の２次元ピクセル画像に基づいて、第２の時刻における被検者５０の生***置（頭部）のデュワー２（磁気センサ１）に対する位置関係を推定する。
本実施形態においては、ある第１の時刻において、深度撮像装置４を用いて、第１の点群データ１０を取得する。これにより、第１の時刻における第１の２次元ピクセル画像に映り込んでいる被検者の生体のセンサ座標系ＡＢＣにおける位置が特定される。さらに、第１の時刻における第１の２次元ピクセル画像と第２の時刻における第２の２次元ピクセル画像とから、被検者５０の生体の相対的な位置ずれ（回転と並進）が特定される。これにより、第２の時刻における被検者５０の生***置の特定を、深度撮像装置４を動作させることなく実施することが可能となる。
一般に能動方式の撮像装置は、受動方式のそれに比べて大きな電磁ノイズを放出する。電磁ノイズは、磁気センサ１による生体磁場計測にとってノイズとなる。本実施形態では、能動方式の撮像装置である深度撮像装置４を第１の時刻のみで動作させるため、第１の時刻以外での計測時間内において、計測データに対する深度撮像装置４の動作に伴う電磁ノイズの影響を回避することができる。
第１の時刻における第１の２次元ピクセル画像と第２の時刻における第２の２次元ピクセル画像に基づいた、被検者生体の相対的な位置ずれ（回転と並進）の特定は、頭部の場合であれば、Head-pose estimation手法を用いることができる。他の生体部、例えば、胴体、の場合でも同様の手法を用いることができる。
このように本実施の形態によれば、生体形態画像と生***置との位置合わせをマーカーコイルなしで実施でき、センサ座標系ＡＢＣにおける生***置を所望の時刻に特定することができる。
なお、図８において、深度撮像装置４と２次元ピクセル画像撮像装置５とを分けて図示しているが、これらは一体型であってもよい。すなわち、図９に示すように、深度撮像装置４の機能を担う深度撮像装置部４４と２次元ピクセル画像撮像装置５の機能を担う２次元ピクセル画像撮像装置部５５が一体となり、同一の筐体に収まっていてもよい。一体型の撮像装置を用いれば、生体情報計測装置４０を省スペース化することができる。
（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態について説明する。
次に、第５の実施の形態について説明する。
第５の実施の形態は、生体磁場計測の開始時刻において、深度撮像装置４を用いた第１の点群データ１０の取得し、その後、２次元ピクセル画像内の被写体の相対位置関係のみから、被検者５０の生***置（頭部）を特定する点が、第１の実施の形態ないし第４の実施の形態と異なる。以下、第５の実施の形態の説明では、第１の実施の形態ないし第４の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態ないし第４の実施の形態と異なる箇所について説明する。
図１０は、第５の実施の形態にかかる生体情報計測システム１００のシステム構成の一例を示す図である。図１０に示すように、生体情報計測システム１００は、所定の位置に固定された深度撮像装置４と、所定の位置に固定された２次元ピクセル画像撮像装置５と、を有している。深度撮像装置４および２次元ピクセル画像撮像装置５は、インターフェース装置２７を介して情報処置装置６に接続される。
深度撮像装置４は、赤外線レーザー等を放出する能動方式の撮像装置である。一方、２次元ピクセル画像撮像装置５は、ＣＣＤカメラのような受動方式の撮像装置である。
生体情報計測システム１００の情報処置装置６は、生体磁場計測の開始時刻において、深度撮像装置４を用いた第１の点群データ１０の取得と、画像撮像装置５を用いた第１の２次元ピクセル画像の取得と、を実行し、生体磁場計測中の第２の時刻、すなわち、計測開始後の時刻において、２次元ピクセル画像撮像装置５により第２の２次元ピクセル画像を取得する。
そして、生体情報計測システム１００の情報処置装置６の位置関係推定部６２は、第１の２次元ピクセル画像および第２の２次元ピクセル画像に基づいて、第２の時刻における被検者５０の生***置（頭部）のデュワー２（磁気センサ１）に対する位置関係を推定する。
本実施形態においては、位置関係推定部６２は、生体磁場計測の開始時刻において、深度撮像装置４を用いた第１の点群データ１０の取得し、その後、２次元ピクセル画像内の被写体の相対位置関係のみから、被検者５０の生***置（頭部）を特定する。
これにより、生体磁場計測中に所望の時刻（第２の時刻）にリアルタイムに被検者５０の生***置を特定することが可能となる。この生***置トラッキングにより、計測中に被検者５０の動作を把握することができ、計測データのノイズが、被検者５０の動作に起因するものであるかを判断することなどが可能となる。
情報処置装置６の位置関係推定部６２は、計測者により生体磁場計測の開始時刻における生***置に対する位置ずれ閾値を設定し、第１の点群データ１０と第２の点群データ２０に基づいた生***置トラッキングデータに対して、その閾値を適用し、生***置がその閾値よりも大きくずれた場合に、そのことを表すアラートを生体磁場計測中に出力装置２２に表示する。
これにより、計測者は、計測を中断して再開するかそのまま継続するか等の判断を下すことが可能となる。脳磁場計測装置３の場合は、閾値を５ｍｍ程度に設定しておくのが良い。
このように本実施の形態によれば、生体形態画像と生***置との位置合わせをマーカーコイルなしで実施でき、センサ座標系ＡＢＣにおける生***置を所望の時刻に特定することができる。
以上、各実施の形態においては、生体として頭部を考慮した場合を例として詳細に説明したが、これに限るものではない。例えば、生体は、脊磁計（MagnetoSpinoGraphy（ＭＳＧ））が対象とする頸椎などであってもよく、脊磁計計測における生体トラッキングも本発明の範囲にある。
１ センサ
２ カバー部材
４ 深度撮像装置
５ 画像撮像装置
４０ 生体情報計測装置
６２ 位置関係推定部
７０ 生体構造取得装置
２ カバー部材
４ 深度撮像装置
５ 画像撮像装置
４０ 生体情報計測装置
６２ 位置関係推定部
７０ 生体構造取得装置
D.Schwartz，D.Lemoine，E.Poiseau，and C.Barillot，"Registration of MEG/EEG Data with 3D MRI:Methodology and Precision Issues"，Brain Topography，Volume 9，Number 2，1996 pp.101-116.
Claims (15)
- 検出した生体磁場信号に基づいて生体磁場情報を計測する生体情報計測装置において、
生体磁場信号検出用の多数の磁気センサが配置され、被検者の頭部を覆うカバー部材と、
前記生体磁場情報を計測中の第１の時刻における前記被検者の頭部の前記カバー部材に対する位置関係を推定する位置関係推定部と、
を備え、
前記位置関係推定部は、
前記第１の時刻に前記被検者に対して非接触な深度撮像装置と画像撮像装置との少なくとも何れか一方で取得されるものであって、前記磁気センサの座標系で表された前記被検者の頭部表面を表す第１の点群データと、
生体構造取得装置で撮像された前記被検者の頭部形態画像に基づいて構成された前記被検者の頭部表面を表す第２の点群データと、
を重ね合わせ、
前記磁気センサの座標系に対する前記被検者の頭部表面に対する位置関係を推定する、
ことを特徴とする生体情報計測装置。 - 前記位置関係推定部は、所定の位置に固定された深度撮像装置によって計測された深度を、前記第１の点群データとする、
ことを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測装置。 - 前記位置関係推定部は、所定の位置に固定された画像撮像装置により撮像された２次元ピクセル画像を、前記第１の点群データとする、
ことを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測装置。 - 前記位置関係推定部は、
前記第１の時刻を生体磁場情報計測中の時刻とし、所定の位置に固定された深度撮像装置によって計測された深度を前記第１の点群データとするとともに、所定の位置に固定された画像撮像装置により取得された第１の２次元ピクセル画像を取得し、
生体磁場情報計測中の第２の時刻において、前記画像撮像装置から第２の２次元ピクセル画像を取得し、
前記第１の２次元ピクセル画像および前記第２の２次元ピクセル画像に基づいて、前記第２の時刻における前記被検者の頭部の前記カバー部材に対する位置関係を推定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測装置。 - 前記位置関係推定部は、前記第１の時刻を、生体磁場情報計測の開始時刻とする、
ことを特徴とする請求項４に記載の生体情報計測装置。 - 前記位置関係推定部は、前記第２の時刻を、１Ｈｚ以上の頻度で設定する、
ことを特徴とする請求項４または５に記載の生体情報計測装置。 - 前記位置関係推定部は、前記深度撮像装置において１Ｈｚ以上の頻度で計測した深度を、前記第１の点群データとする、
ことを特徴とする請求項２に記載の生体情報計測装置。 - 前記位置関係推定部は、前記画像撮像装置において１Ｈｚ以上の頻度で撮像された２次元ピクセル画像を、前記第１の点群データとする、
ことを特徴とする請求項３に記載の生体情報計測装置。 - 前記深度撮像装置は、ステレオカメラあるいはＬｉＤＡＲあるいはガルバノメータ方式スキャナである、
ことを特徴とする請求項２または４に記載の生体情報計測装置。 - 前記位置関係推定部は、前記被検者の頭部が、生体磁場情報計測の開始時刻における頭部に対して、予め設定される閾値を超えた場合に、頭部が閾値を超えたことを表すアラートを生体磁場情報計測中に報知する、
ことを特徴とする請求項１ないし９の何れか一項に記載の生体情報計測装置。 - 前記位置関係推定部は、前記第１の点群データおよび前記第２の点群データに、前記被検者の外鼻部を含む、
ことを特徴とする請求項１ないし１０の何れか一項に記載の生体情報計測装置。 - 前記位置関係推定部は、計測信号に対して空間領域信号部分空間、かつ、時間領域信号部分空間へのプロジェクターを用いた信号処理アルゴリズムを備えている、
ことを特徴とする請求項２または４に記載の生体情報計測装置。 - 前記生体構造取得装置は、ＭＲ画像装置、あるいは、Ｘ線ＣＴ画像装置である、
ことを特徴とする請求項１ないし１２の何れか一項に記載の生体情報計測装置。 - 検出した生体磁場信号に基づいて生体磁場情報を計測する生体情報計測装置における生体情報計測方法であって、
前記生体情報計測装置の位置関係推定部が、生体磁場信号検出用の多数の磁気センサが配置されて被検者の頭部を覆うカバー部材に対する、前記生体磁場情報を計測中の第１の時刻における前記被検者の頭部の位置関係を推定する位置関係推定ステップを含み、
前記位置関係推定ステップは、
前記第１の時刻に前記被検者に対して非接触な深度撮像装置と画像撮像装置との少なくとも何れか一方で取得されるものであって、前記磁気センサの座標系で表された前記被検者の頭部表面を表す第１の点群データと、
生体構造取得装置で撮像された前記被検者の形態画像に基づいて構成された前記被検者の頭部表面を表す第２の点群データと、
を重ね合わせ、
前記磁気センサの座標系に対する前記被検者の頭部表面に対する位置関係を推定する、
ことを特徴とする生体情報計測方法。 - 検出した生体磁場信号に基づいて生体磁場情報を計測する生体情報計測装置を制御するコンピュータを、
生体磁場信号検出用の多数の磁気センサが配置されて被検者の頭部を覆うカバー部材に対する、前記生体磁場情報を計測中の第１の時刻における前記被検者の頭部の位置関係を推定する位置関係推定手段として機能させ、
前記位置関係推定手段は、
前記第１の時刻に前記被検者に対して非接触な深度撮像装置と画像撮像装置との少なくとも何れか一方で取得されるものであって、前記磁気センサの座標系で表された前記被検者の頭部表面を表す第１の点群データと、
生体構造取得装置で撮像された前記被検者の形態画像に基づいて構成された前記被検者の頭部表面を表す第２の点群データと、
を重ね合わせ、
前記磁気センサの座標系に対する前記被検者の頭部表面に対する位置関係を推定する、
ことを特徴とするプログラム。
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