特開 2023-140199 計測装置及び計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023140199

(43)【公開日】2023-10-04

(54)【発明の名称】計測装置及び計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/035 20060101AFI20230927BHJP

   G01R 33/02 20060101ALI20230927BHJP

   G01R 33/10 20060101ALI20230927BHJP

   A61B 5/248 20210101ALI20230927BHJP

【ＦＩ】

G01R33/035

G01R33/02 B

G01R33/10

G01R33/02 R

A61B5/248

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022046108

(22)【出願日】2022-03-22

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(71)【出願人】

【識別番号】593165487

【氏名又は名称】学校法人金沢工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】高橋 陽一郎

(72)【発明者】

【氏名】渡部 泰士

(72)【発明者】

【氏名】後藤 一磨

(72)【発明者】

【氏名】足立 善昭

(72)【発明者】

【氏名】春田 康博

【テーマコード（参考）】

2G017

4C127

【Ｆターム（参考）】

2G017AA01

2G017AD02

2G017AD32

2G017BA05

2G017BA15

2G017BA18

2G017CB01

2G017CB10

2G017CB20

4C127AA10

4C127CC08

(57)【要約】

【課題】計算負荷を軽減できる計測装置及び計測方法を提供する。
【解決手段】本発明の１つの側面にかかる計測装置は、センサを含み、信号を前記センサで計測する計測部と、前記計測されるデータ及び計算過程を記録する記録部と、前記記録されるデータを用いて信号源の位置を推定する演算部とを有し、前記演算部は、前記センサの計測領域を近似的に求める近似部と、前記求められる計測領域を複数の部分領域に等分割する分割部と、前記等分割される複数の部分領域のそれぞれに互いに均等な感度で感度点を設定する設定部と、前記複数の感度点で取得される情報に応じて前記信号源の位置を推定する推定部とを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサを含み、信号を前記センサで計測する計測部と、
前記計測されるデータ及び計算過程を記録する記録部と、
前記記録されるデータを用いて信号源の位置を推定する演算部と、
を備え、
前記演算部は、
前記センサの計測領域を近似的に求める近似部と、
前記求められる計測領域を複数の部分領域に等分割する分割部と、
前記等分割される複数の部分領域のそれぞれに互いに均等な感度で感度点を設定する設定部と、
前記複数の感度点で取得される情報に応じて前記信号源の位置を推定する推定部と、
を含む
計測装置。

【請求項2】

前記推定される前記信号源の位置を表示部に表示する表示制御部をさらに備えた
請求項１に記載の計測装置。

【請求項3】

前記信号源は、磁場源を含み、
前記信号は、磁場信号を含み、
前記センサは、磁場センサを含み、
前記データは、磁場データを含む
請求項１に記載の計測装置。

【請求項4】

前記磁場センサは、ＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＱＵａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ）センサを含む
請求項３に記載の計測装置。

【請求項5】

前記記録部は、前記演算部の計算過程の情報をさらに記録する
請求項１に記載の計測装置。

【請求項6】

前記記録部は、前記分割部による計測領域の分割数、前記設定部による複数の感度点の座標、前記推定部で推定される位置の実験値に対する当てはまり度合い（ＧＯＦ）のうちの少なくとも１つを記録する
請求項５に記載の計測装置。

【請求項7】

信号源から信号を発生させることと、
前記発生される信号をセンサで計測することと、
前記計測されるデータを記録することと、
前記記録されるデータを用いて順問題の計算を行い前記信号源の位置を推定することと、
を備え、
前記推定することは、
前記センサの計測領域を近似的に求めることと、
前記求められる計測領域を複数の部分領域に等分割することと、
前記等分割された複数の部分領域のそれぞれに互いに均等な感度で感度点を設定することと、
前記複数の感度点で取得された情報に応じて前記信号源の位置を推定することと、
を含む
計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、計測装置及び計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

脊磁計などの計測装置は、生体情報計測などの本来の計測処理とは別にＸ線画像などの形態画像と電流分布との位置合わせの目印に用いる信号源の位置を推定する処理を行う。推定した信号源の位置は、実際に被験者を計測して得たデータから推定した信号源の分布と形態画像とを位置合わせする際の基準となるもので、信号源の推定の精度は、最終的に推定した生体内の電流分布を形態画像上に可視化する際の精度にも影響を与え得る。このため、位置推定の精度の向上が望まれる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

信号源推定では、より現実のデータに近い値を得るためにセンサの形状を考慮して計算を行う。理論的にはコイルに入射する磁束の面積を面積分して順問題を解くのが理想だが、計算量の制約もあり離散的な点で近似的に複数の感度点を設定して計算を行う事もある。一例としてセンサの計測領域に直線上に複数の感度点を設定し、複数の感度点のそれぞれに直線の向きに応じた感度を設定し、順問題の計算を行って、信号源の位置を推定する事例が報告されている。この場合、感度点毎に異なる感度を設定するため、面積分より計算負荷は小さいが、依然として計算負荷が増大しやすい。

【0004】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、計算負荷を軽減できる計測装置及び計測方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる計測装置は、センサを含み、信号を前記センサで計測する計測部と、前記計測されるデータ及び計算過程を記録する記録部と、前記記録されるデータを用いて信号源の位置を推定する演算部とを有し、前記演算部は、前記センサの計測領域を近似的に求める近似部と、前記求められる計測領域を複数の部分領域に等分割する分割部と、前記等分割される複数の部分領域のそれぞれに互いに均等な感度で感度点を設定する設定部と、前記複数の感度点で取得される情報に応じて前記信号源の位置を推定する推定部とを含む。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、計算負荷を軽減できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態にかかる計測装置の構成を示す図。

【図2】実施形態におけるセンサの構成と信号の角度依存性とを示す図。

【図3】実施形態における各センサの計測領域内の複数の感度点の設定手順の一例を示す図。

【図4】実施形態における各センサの計測領域内の複数の感度点の設定手順の他の例を示す図。

【図5】実施形態における各センサの計測領域内の複数の感度点の設定手順の他の例を示す図。

【図6】実施形態における各センサの計測領域内の複数の感度点の設定手順の他の例を示す図。

【図7】実施形態における各センサの計測領域内の複数の感度点の設定手順の他の例を示す図。

【図8】実施形態における信号源の位置推定のシミュレーションにおけるセンサと信号源との配置を示す図。

【図9】信号源の位置を単一の感度点で推定したシミュレーション結果を示す図。

【図10】実施形態における信号源の位置を２４個の感度点で推定したシミュレーション結果を示す図。

【図11】実施形態における信号源の位置を６個の感度点で推定したシミュレーション結果を示す図。

【図12】実施形態における信号源の位置推定シミュレーション結果における位置ずれの平均値及び最大値を示す図。

【図13】実施形態における信号源の位置推定のシミュレーション条件を示す図。

【図14】実施形態における信号源の位置推定のシミュレーションで生成される信号強度分布を示す図。

【図15】実施形態における信号源の位置推定の推定強度を示す図。

【図16】実施形態における信号源及びセンサの実装構成例を示す図。

【図17】実施形態における信号源の位置推定の結果を示す図。

【図18】情報処理装置のハードウェア構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

（実施形態）
実施形態にかかる計測装置１は、例えば脊磁計であり、図１に示すように構成され得る。図１は、計測装置１の構成を示す図である。

【0009】

計測装置１は、発生部１０、計測部２０、記録部３０、演算部４０、表示制御部５０、表示部６０及び制御部７０を有する。制御部７０は、計測装置１の各部を統括的に制御する。

【0010】

計測装置１は、刺激を与えられた生体から発生する磁場を計測部２０で検出し生体のＸ線画像と検出磁場に応じた電流分布とを表示部６０に重ね合わせ表示することで生体の神経活動を可視化することなどに用いられる。

【0011】

演算部４０は、信号源の位置の推定を行うことが可能であるとともに、上述の電流分布の推定を行うことが可能である。

【0012】

例えば、表示制御部５０は、位置表示制御部５１及び情報表示制御部５２を有する。位置表示制御部５１は、生体のＸ線画像を予め取得する。情報表示制御部５２は、計測部２０から信号を取得し、取得された信号に応じて電流分布の画像を生成し位置表示制御部５１へ供給する。位置表示制御部５１は、生体のＸ線画像と電流分布の画像との位置合わせを行い合成し、表示情報を生成し、その表示情報に応じて表示部６０にＸ線画像と電流分布の画像と重ね合わせ表示することができる。

【0013】

計測部２０は、複数のセンサ２１－１～２１－ｍを含む（ｍは任意の２以上の整数）。各センサ２１は、例えば磁場センサであり、ピックアップコイルが用いられる。各センサ２１は、ＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＱＵａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ）センサであってもよい。ピックアップコイルを超伝導体（例えば、イットリウム系銅酸化物超伝導体）で構成しループ中の２か所に絶縁膜を挿入してジョセフソン接合を形成することで、ピックアップコイルがＳＱＵＩＤセンサとして構成され得る。ＳＱＵＩＤセンサは、クライオスタットなどにより超電導臨界温度以下まで冷却されることで、超伝導体のジョセフソン効果により、微弱な磁束を検出可能である。

【0014】

表示部６０は、例えばディスレプイであり、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスレプイ、有機ＥＬディスプレイなどが用いられる。

【0015】

計測装置１では、Ｘ線画像と電流分布との位置合わせの基準として、信号源１１の位置が推定される。計測装置１において、発生部１０は、複数の信号源１１－１～１１－ｎを含む（ｎは任意の２以上の整数）。各信号源１１は、例えば磁場源であり、マーカーコイルが用いられる。発生部１０は、各信号源１１－１～１１－ｎから信号を発生させる。発生部１０は、各信号源（マーカーコイル）１１－１～１１－ｎに駆動電流を流すことで、各信号源１１－１～１１－ｎから信号（磁場）を発生させてもよい。計測部２０は、発生部１０で発生される信号（磁場）を各センサ２１で計測し、各センサ２１で計測されたデータを計測データ３１として記録部３０に記録してもよい。

【0016】

信号源１１の位置は、実際に被験者を計測して信号（磁場）とＸ線画像とを位置合わせする際の基準となるものである。信号源１１の位置推定の精度は、最終的に推定した生体内の電流分布を発生部１０のＸ線画像上に可視化する際の精度にも影響を与えうる。そのため、信号源１１の位置は、できるだけ精度良く推定する事が求められる。

【0017】

信号源１１の位置を推定する際、演算部４０は、複数の位置に信号源（磁場源）１１を置いた場合について各センサ２１から得られる計測データ信号と比較する為の理論的な信号分布を与える順問題を解く。順問題を解く際に、演算部４０は、各センサ２１の感度を用いて信号源の場所を変えて繰り返し計算を行い、計測データとの当てはまりを評価する。すなわち、演算部４０は、推定される位置が適切化（例えば最適化）されるように膨大な回数繰り返して計算を行う。

【0018】

例えば、信号源１１がセンサ２１から十分遠くに位置するものとし、センサ（ピックアップコイル）２１の内側は一様な信号強度分布（磁場分布）を持つと仮定して、計測データが求められることがある。実際には、信号源１１がセンサ２１の近くに位置することがあり、センサ２１の内側が一様な信号強度分布（磁場分布）を持つという仮定が成り立たないことがある。

【0019】

脊磁計などの計測装置１では、センサ２１としてのピックアップコイル２１ａがＳＱＵＩＤセンサとして構成され得る。センサ２１は、図２（ａ）に示すように、ピックアップコイル２１ａで磁束を捕捉し、その誘導電流に応じてジョセフソン接合で遮蔽電流を流すことで、微弱な磁束の変化に対して比較的大きな信号を得ることが可能である。例えば、図２（ｂ）に点線で示すように、ピックアップコイル２１ａの直径ａに対して、ピックアップコイル２１ａの中心から信号源（磁場源）１１までの距離ｄが十分に大きければ、磁場信号の強度は、ピックアップコイル２１ａの中心と信号源（磁場源）１１の位置とを結ぶ線分がピックアップコイル２１ａの軸ＡＸとなす角度θに対して、ｃｏｓθに沿った曲線を描く変化を示す。このため、信号源（磁場源）１１の位置を精度よく求めることが可能である。

【0020】

しかし、信号源１１がセンサ２１に近くに位置する場合、信号強度分布に影響され計測値が変動しやすい。例えば、図２（ｂ）に実線で示すように、ピックアップコイル２１ａの直径ａがピックアップコイル２１ａの中心から信号源（磁場源）１１までの距離ｄに等しい場合、磁場信号の強度は、角度θの変化に対してｃｏｓθから歪んだ曲線を描く不規則な変化を示す。このため、信号源（磁場源）１１の位置を精度よく求めることが困難になる。

【0021】

その対策として、各センサ２１の計測領域内に直線上に複数の感度点を設定して順問題を簡易的に計算して信号源１１の位置推定を行う方法が提案されている。この方法では、複数個の感度点が直線上に並ぶために感度に角度依存性を有し、感度点毎に重みづけをすることなどにより異なる感度が設定される。このため、順問題の計算で膨大な回数繰り返して計算する際の計算負荷が増大しやすい。このため、計算負荷を軽減できるような、より簡易的な方法が求められている。

【0022】

そこで、本実施形態では、計測装置１の演算部４０において、計測部２０の各センサ２１の計測領域を等分割した複数の部分領域のそれぞれに互いに均等な感度で感度点を設定することで、計算負荷の低減を目指す。

【0023】

例えば、演算部４０は、近似部４１、分割部４２、設定部４３及び推定部４４を有する。

【0024】

各センサ２１の計測領域ＭＲを近似的に求める。計測領域ＭＲは、計測対象の物理量を捕捉する主要な領域である。各センサ２１が円形である場合、その計測領域が円形の平面領域となる。近似部４１は、各センサ２１の計測領域を、円形に等しい面積を有する多角形状の計測領域ＭＲで近似してもよい。

【0025】

例えば、図３（ａ）に示すように、近似部４１は、ピックアップコイル２１ａを円形とみなし、その計測領域を円形と同じ面積を有する六角形状の計測領域ＭＲで近似する。図３は、各センサ２１の計測領域ＭＲ内の複数の感度点の設定を示す図であり、図３（ａ）は、近似的に求められるセンサ２１の計測領域ＭＲを示す。ピックアップコイル２１ａ（円形）の半径をｒとし、計測領域ＭＲ（六角形）の対角線の半分をＤとすると、次の数式１が成り立つ。

【数1】

【0026】

数式１からＤとｒとの比の値を求めると、次の数式２が得られる。

【数2】

【0027】

近似部４１は、センサ２１のローカル座標系として、計測領域ＭＲの中心を原点とし、計測領域ＭＲ（平面）に垂直な方向にｚ軸を設定し、計測領域ＭＲ内でｚ軸に直交する２方向にｘ軸及びｙ軸を設定する。図３（ａ）では、計測領域ＭＲの中心から下へ向かう方向にｘ軸、計測領域ＭＲの中心から右へ向かう方向にｙ軸が設定される。例えば、計測領域ＭＲにおける図３（ａ）の右端点の座標は、（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，Ｄ，０）である。

【0028】

分割部４２は、近似部４１で求められる計測領域ＭＲを複数の部分領域ＰＲ１～ＰＲｋ（ｋは任意の２以上の整数）に等分割する。複数の部分領域ＰＲ１～ＰＲｋは、互いに面積が略等しい。各部分領域ＰＲ１～ＰＲｋは、隣接する部分領域ＰＲとの間隔が略等しい。分割部４２は、等分割された複数の部分領域ＰＲ１～ＰＲｋを規定する座標を座標情報３２として記録部３０に記録する。

【0029】

例えば、図３（ｂ）に示すように、分割部４２は、計測領域ＭＲを２４個の部分領域ＰＲ１～ＰＲ２４に等分割する。図３（ｂ）の場合、計測領域ＭＲ内は、一辺がＤの正三角形が６個並ぶ。各部分領域ＰＲは、この正三角形内が面積比１／４に縮小された正三角形になっている。各部分領域ＰＲは、互いに面積が略等しい。各部分領域ＰＲ１～ＰＲｋは、隣接する部分領域ＰＲとの間隔が略等しい。分割部４２は、各部分領域ＰＲ１～ＰＲｋの境界線の座標、又は境界線における代表点（例えば、三角形の頂点）の座標を座標情報３２として記録部３０に記録してもよい。

【0030】

設定部４３は、等分割される複数の部分領域ＰＲ１～ＰＲｋのそれぞれに互いに均等な感度で感度点ＳＰを設定する。設定部４３は、部分領域ＰＲ１に感度点ＳＰ１を設定する。・・・設定部４３は、部分領域ＰＲｋに感度点ＳＰｋを設定する。各部分領域ＰＲは、互いに面積が略等しいので、信号を検出する能力も略等しいとみなせる。設定部４３は、複数の感度点ＳＰ１～ＳＰｋのそれぞれに、単一の感度ＳＮを関連付けることができる。

【0031】

例えば、図３（ｂ）に示すように、設定部４３は、各部分領域ＰＲ１～ＰＲｋ（正三角形）の重心に感度点ＳＰを設定してもよい。これにより、設定部４３は、図３（ｃ）に示すように、計測領域ＭＲ内に一様に分布する複数の感度点ＳＰ１～ＳＰｋを設定できる。設定部４３は、複数の感度点ＳＰ１～ＳＰｋの座標を座標情報３２として記録部３０に記録してもよい。また、設定部４３は、各感度点ＳＰ１～ＳＰｋに単一の感度ＳＮを関連付けることができる。設定部４３は、単一の感度ＳＮを各感度点ＳＰ１～ＳＰｋに関連付けられた形で感度情報３３として記録部３０に記録してもよい。

【0032】

なお、図３に示す複数の感度点の設定の手順は、一例であり、計測領域を近似し等分割して感度点を設定可能な手順であれば、他の手順であってもよい。例えば図４～図７に示すように、ピックアップコイル２１ａが楕円形の場合にも拡張可能である。その場合、以下の様な方式で楕円の軸を変更して一旦円に拡張した上で感度点を設定した後に圧縮すれば良い。図４～図７は、それぞれ、実施形態における各センサの計測領域内の複数の感度点の設定手順の他の例を示す図である。

【0033】

例えば、近似部４１は、図４（ａ）に示すように、ピックアップコイル２１ａをｙ方向に長径ａ、ｘ方向に短径ｂを有する楕円形とみなす。近似部４１は、図４（ｂ）に示すように、ピックアップコイル２１ａを仮想的にｘ方向にγ＝ａ／ｂ倍して拡張変形させ、円形とみなし得るピックアップコイル２１ａｉにする。近似部４１は、図３（ａ）と同様に、その計測領域を半径ｒ＝ａ／２の円形と同じ面積を有する六角形状の計測領域ＭＲで近似する。分割部４２は、図４（ｃ）に示すように、計測領域ＭＲｉを２４個の部分領域ＰＲ１ｉ～ＰＲ２４ｉに等分割する。設定部４３は、図４（ｃ）に示すように、各部分領域ＰＲ１～ＰＲｋ（正三角形）の重心に感度点ＳＰを設定する。この状態で、設定部４３は、図４（ｄ）に示すように、ピックアップコイル２１ａｉ及び計測領域ＭＲをそれぞれｘ方向に１／γ倍に圧縮変形させ、ピックアップコイル２１ａを元の楕円形に元すとともに、計測領域ＭＲ及び部分領域ＰＲ１ｉ～ＰＲ２４ｉを楕円形に対応した形状にする。これにより、設定部４３は、図４（ｅ）に示すように、計測領域ＭＲ内に一様に分布する複数の感度点ＳＰ１～ＳＰ２４を設定できる。

【0034】

あるいは、図５（ａ）、図５（ｂ）に示す手順が図４（ａ）、図４（ｂ）と同様に行われた後、図５（ｃ）に示すように、近似部４１は、その計測領域を、図４（ｃ）に示す計測領域に対して所定角度（例えば、３０度）回転させた向きで、半径ｒ＝ａ／２の円形と同じ面積を有する六角形状の計測領域ＭＲで近似する。それ以降は、図５（ｃ）～図５（ｅ）に示すように、向きが異なること以外は図４（ｃ）～図４（ｅ）に示す手順と同様の手順が行われる。これにより、設定部４３は、図５（ｅ）に示すように、計測領域ＭＲ内に一様に分布する複数の感度点ＳＰ１～ＳＰ２４を設定できる。

【0035】

あるいは、楕円形を円形に拡張変形せずに楕円形のまま計測領域を近似し等分割して感度点を設定してもよい。例えば、近似部４１は、図６（ａ）に示すピックアップコイル２１ａに対して、図６（ｂ）に示すように、底辺がＤ／２高さが√（３）Ｄ／４の二等辺三角形が６個並んだ六角形状の計測領域ＭＲで近似する。分割部４２は、計測領域ＭＲを２４個の部分領域ＰＲ１～ＰＲ２４に等分割する。各部分領域ＰＲ１～ＰＲ２４は、底辺がＤ／４高さが√（３）Ｄ／８の二等辺三角形になっている。設定部４３は、各部分領域ＰＲ１～ＰＲ２４（二等辺三角形）の重心に感度点ＳＰを設定してもよい。

【0036】

あるいは、近似部４１は、その計測領域を、図６（ｂ）に示す計測領域に対して所定角度（例えば、３０度）回転させた向きで、楕円形と同じ面積を有する六角形状の計測領域ＭＲで近似する。それ以降は、図７（ｂ）～図７（ｃ）に示すように、向きが異なること以外は図６（ｂ）～図６（ｃ）に示す手順と同様の手順が行われる。これにより、設定部４３は、図７（ｃ）に示すように、計測領域ＭＲ内に一様に分布する複数の感度点ＳＰ１～ＳＰ２４を設定できる。

【0037】

推定部４４は、複数の感度点ＳＰ１～ＳＰｋで取得される情報に応じて信号源１１の位置を推定する。推定部４４は、複数の位置に信号源（磁場源）１１を置いた場合について、各センサ２１の複数の感度点ＳＰ１～ＳＰｋから単一の感度ＳＮで得られる計測データ信号と比較する為の理論的な信号分布を与える順問題を解く。推定部４４は、推定される位置が適切化（例えば最適化）されるように繰り返して計算を行い、信号源１１の位置を推定する。推定部４４は、推定された位置を位置表示制御部５１へ供給してもよい。これにより、位置表示制御部５１は、推定された位置を基準として、例えば生体のＸ線画像と計測部２０で計測された生体の電流分布の画像とを適正に位置合わせして表示部６０に重ね合わせ表示できる。

【0038】

例えば、推定部４４は、図８に示す配置を仮定し、信号源（磁場源）１１の位置を推定するシミュレーションを行う。推定部４４は、位置推定に際し、グローバル座標系を設定してもよい。センサ２１のアレイの中心からセンサ２１の計測領域ＭＲ（平面）に垂直な方向にＺ軸を設定し、計測領域ＭＲに沿った平面内で直交する２方向にＸ軸及びＹ軸を設定する。推定部４４は、グローバル座標系における各センサ２１の座標及び信号源１１の座標を座標情報３２として記録部３０に記録してもよい。センサ２１の座標は、センサ２１のローカル座標の原点と一致していてもよい。推定部４４は、グローバル座標系におけるセンサ２１の座標とローカル座標系における各感度点ＳＰ１～ＳＰｋの座標とを組み合わせることで、センサ２１の各感度点ＳＰ１～ＳＰｋの座標を特定可能である。

【0039】

図８は、信号源１１の位置推定のシミュレーションにおけるセンサ２１と信号源１１との配置を示す図である。図８（ａ）は、ＸＹ平面における配置を示し、図８（ｂ）は、ＹＺ平面における配置を示す。

【0040】

センサ２１は、ピックアップコイル２１ａであってもよく、信号源１１は、マーカーコイル１１ａであってもよい。図８（ａ）に灰色の点で示す様にランダムに１，０００個のマーカーコイル１１ａを配置する。ピックアップコイル２１ａの計測領域ＭＲ内に
（１）単一の感度点
（２）２４個の感度点
（３）６個の感度点
をそれぞれ設定して各マーカーコイル１１ａの位置推定を行ったときにおける元の位置（図８で仮定した位置）からのズレを評価する。マーカーコイル１１ａは、円筒面の中心を向く磁気ダイポールとする。位置推定には、Ｚ方向のセンサ２１を用いる。図８（ｂ）は、ピックアップコイル２１ａの感度点ＳＰとマーカーコイル１１ａの配置をＹＺ方向からみたものである。

【0041】

（１）～（３）の各設定により得たシミュレーション結果を図９～図１１に示す。

【0042】

図９は、信号源１１（マーカーコイル１１ａ）の位置を単一の感度点で推定したシミュレーション結果を示す図である。図９（ａ）～図９（ｄ）は、それぞれ、単一の感度点の設定を仮定してマーカーコイル１１ａの位置推定を行った時の元の位置からのズレの分布を示す。図９（ａ）～図９（ｄ）では、それぞれ、色の濃淡でズレの大きさを示し、色が濃ければズレが大きいことを示し、色が薄ければズレが小さいことを示す。図９（ａ）、図９（ｂ）は、それぞれ、φ１６ｍｍ（２ｒ＝１６ｍｍ）のセンサ２１のアレイによるＺ方向ズレ、ＸＹ方向ズレを示す。図９（ｃ）、図９（ｄ）は、それぞれ、φ２０ｍｍ（２ｒ＝２０ｍｍ）のセンサ２１のアレイによるＺ方向ズレ、ＸＹ方向ズレを示す。

【0043】

図１０は、信号源１１（マーカーコイル１１ａ）の位置を２４個の感度点で推定したシミュレーション結果を示す図である。図１０（ａ）～図１０（ｄ）は、それぞれ、２４個の感度点の設定を仮定してマーカーコイル１１ａの位置推定を行った時の元の位置（図８の位置）からのズレの分布を示す。図１０（ａ）～図１０（ｄ）では、それぞれ、色の濃淡でズレの大きさを示し、色が濃ければズレが大きいことを示し、色が薄ければズレが小さいことを示す。図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、それぞれ、φ１６ｍｍ（２ｒ＝１６ｍｍ）のセンサ２１のアレイによるＺ方向ズレ、ＸＹ方向ズレを示す。図１０（ｃ）、図１０（ｄ）は、それぞれ、φ２０ｍｍ（２ｒ＝２０ｍｍ）のセンサ２１のアレイによるＺ方向ズレ、ＸＹ方向ズレを示す。

【0044】

図１１は、信号源１１（マーカーコイル１１ａ）の位置を６個の感度点で推定したシミュレーション結果を示す図である。図１１（ａ）～図１１（ｄ）は、それぞれ、６個の感度点の設定を仮定してマーカーコイル１１ａの位置推定を行った時の元の位置（図８の位置）からのズレの分布を示す。図１１（ａ）～図１１（ｄ）では、それぞれ、色の濃淡でズレの大きさを示し、色が濃ければズレが大きいことを示し、色が薄ければズレが小さいことを示す。図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、それぞれ、φ１６ｍｍ（２ｒ＝１６ｍｍ）のセンサ２１のアレイによるＺ方向ズレ、ＸＹ方向ズレを示す。図１１（ｃ）、図１１（ｄ）は、それぞれ、φ２０ｍｍ（２ｒ＝２０ｍｍ）のセンサ２１のアレイによるＺ方向ズレ、ＸＹ方向ズレを示す。

【0045】

図９～図１１を比較すると、単一の感度点で推定した図９の場合に比べて、複数の感度点で推定した図１０、図１１の場合の方が、全体的に色が薄くなっており、ズレが小さくなっていることが分かる。これを統計的に示すと、図１２のようになる。図１２は、信号源の位置推定シミュレーション結果における位置ずれの平均値及び最大値を示す図である。

【0046】

図１２に示すように、単一の感度点で推定した図９の場合に比べて、複数の感度点で推定した図１０、図１１の場合の方が、ＸＹ方向・Ｚ方向のズレの平均値・最大値のいずれも小さくなっていることが数値的に確認できる。

【0047】

本手法は、例えば生体情報計測の際に取得される磁場信号に対しての逆問題推定手法による信号源推定(具体的には、被験者の末梢神経に繰り返し電気刺激を与えた状況下での磁場信号計測データに対しての電流分布の伝播状況の推定)を行う際に利用する感度情報の計算にも応用可能である。

【0048】

例えば、推定部４４は、図１３に示す配置を仮定し、ビオ・サバールの法則により、図１４に示すように信号強度分布を推定し、各センサ２１の出力を求めてもよい。図１３は、信号源の位置推定のシミュレーション条件を示す図である。図１３では、センサ２１のアレイの－Ｚ側端から－Ｚ方向に２ｃｍの距離に信号源１１としての点電流源を設置した配置を例示する。図１３（ａ）は、ＺＹ平面における信号源１１及びセンサ２１の位置を示し、図１３（ｂ）は、ＸＹ平面における信号源１１及びセンサ２１の位置を示す。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）では、それぞれ、信号源１１としての点電流源の位置が×で示され、各センサ２１の位置が〇で示される。

【0049】

図１４は、信号源の位置推定のシミュレーションで生成される信号強度分布を示す図である。図１４は、ＸＹ平面における信号強度分布（磁場分布）を示す。図１４では、×で示される位置に信号源１１（磁場源）を配置した場合に生成される信号強度分布（磁場分布）について、信号（磁場）のＺ成分を等信号強度線図（等磁場線図）で示し、信号（磁場）のＸＹ成分を縦方向の線又は点で示している。また、各センサ２１の位置が〇で示される。

【0050】

推定部４４は、グローバル座標系における信号源１１とグローバル座標系における各センサ２１の座標とローカル座標系における各感度点ＳＰ１～ＳＰｋの座標とを用いて、各センサ２１の各感度点ＳＰの計測データを求めることができる。推定部４４は、各センサ２１の各感度点ＳＰの計測データに応じて、ビオ・サバールの法則等（図１３、図１４参照）により、信号源１１の位置を推定する。この推定強度は、推定された位置の元の位置からズレ（図９～図１２参照）に応じて求めることができる。

【0051】

例えば、推定部４４は、各センサ２１の各感度点ＳＰの計測データから図１４に示すような信号強度分布（磁場分布）が得られれば、ビオ・サバールの法則等により、図１４に×で示す位置に信号源１１が存在すると推定できる。推定部４４は、この推定された位置と元の位置（図８の位置）とのズレを評価し、評価結果に応じて推定強度を求めることができる。

【0052】

図１５は、実際に逆問題推定手法を用いて信号源の位置推定を行った場合の推定強度を示す図である。図１５（ａ）は、複数感度点を用いて信号源１１の位置推定を行った場合（図１０又は図１１の場合）について例示し、図１５（ｂ）は、単一感度点を用いて信号源１１の位置推定を行った場合（図９の場合）について例示する。いずれの場合も、各感度点の感度（強度）を１として位置推定を行った。

【0053】

複数感度点を用いて逆問題による信号源１１の位置推定を行った場合の推定強度は１．００であり、単一感度点を用いて逆問題による信号源１１の位置推定を行った場合の信号強度０．８６に比べて、高い値になっている。すなわち、互いに均等な感度を有する複数感度点を用いて信号源１１の位置推定を行った場合に、信号源１１の位置を精度よく推定できることが確認された。

【0054】

ここで、推定部４４は、互いに均等な感度を有する複数感度点を用いて信号源１１の位置推定を行う。これにより、互いに異なる感度を有する複数感度点を用いて信号源１１の位置推定を行う場合に比べて、推定部４４の計算負荷を軽減できる。

【0055】

次に、信号源１１及びセンサ２１の実装構成例及びそれにより実際に計測したデータに適用した結果について説明する。

【0056】

図１６は、信号源１１及びセンサ２１の実装構成例を示す図である。図１６では、基板２に、２４個のマーカーコイル１１ａ－１～１１ａ－２４を配置された構成が例示される。基板２は、ＸＹ平面上でホームベース型の形状を有してもよい。

【0057】

例えば、発生部１０は、基板配線を介して各マーカーコイル１１ａ－１～１１ａ－２４に駆動電流を流す。このときに２４個のマーカーコイル１１ａ－１～１１ａ－２４で発生する磁場を計測部２０で計測する。計測部２０は、計測データに対して単感度点・複数感度点（Ｚ方向、ＸＹ方向）で行う。複数感度点はどちらも２４点で使用するピックアップコイル２１ａ（ＳＱＵＩＤセンサ）のうちＺ方向、ＸＹ方向を用いて推定する。評価は別途三次元計測で計測したコイル位置の重心を推定値と一致させた際の対応する点の間の距離のバラツキで見積もる。実際に得られた結果を図１７に示す。図１７は、信号源１１の位置推定の結果を示す図である。

【0058】

図１７では、三次元計測値（設計値）と推定値の重心を一致する様に重ね合わせたプロット図をＸＹ平面、ＹＺ平面それぞれの面で見た図と、誤差の分布を箱ひげ図で評価した結果を各推定手法毎に示す。結果として、複数感度点（ｍｓｐ）で位置推定した場合の方が推定に用いるＳＱＵＩＤセンサの方向によらず有意に誤差及び誤差の標準偏差に関して単一感度点（ｓｓｐ）で位置推定した場合より精度が良くなっている事が分かる。

【0059】

なお、実際に計算時間の評価を行った。脊磁計（Ｚ軸のみ４４ｃｈ）を想定し、センサアレイから１４．７ｍｍ離れた円筒面上（実際の脊磁計に準拠）のランダムに選んだ位置にマーカーコイルを配置したときの４４ｃｈのセンサアレイの構成で順問題を解く、というのを１０００回繰り返した時の時間を測定し、手法間の計算時間を比較した。単一感度点（面積分）と複数感度点とで、同条件で計算した際の処理時間は、以下の様になった。

【表1】

【0060】

以上のように、本実施形態では、計測装置１の演算部４０において、計測部２０の各センサ２１の計測領域を等分割した複数の部分領域のそれぞれに互いに均等な感度で感度点を設定する。これにより、互いに異なる感度を有する複数の感度点を用いて信号源１１の位置を推定する場合に比べて、演算部４０の計算負荷を低減できる。また、単一感度点を用いて信号源１１の位置を推定する場合に比べて、信号源１１の位置推定の精度を向上できる。

【0061】

したがって、信号源１１の位置推定の精度を向上しながら、演算部４０の計算負荷を低減できる。

【0062】

なお、記録部３０は、計測データ３１、座標情報３２、感度情報３３に加えて、分割部４２による領域の分割数、推定部４４で推定される位置の実験値に対する当てはまり度合い（ＧＯＦ）などをさらに記録してもよい。

【0063】

例えば、図３（ｂ）の場合、分割部４２は、各センサ２１の計測領域ＭＲを２４等分する際に、分割数「２４」を示す情報を記録部３０に記録してもよい。

【0064】

また、図１２の場合、推定部４４は、ＧＯＦ（Ｇｏｏｄｎｅｓｓ Ｏｆ Ｆｉｔ）の値を推定精度の指標として記録部３０に記録してもよい。ＧＯＦは、推定部４４で推定される位置の実験値に対する当てはまり度合いである。

【0065】

なお、計測装置１で実行される計測方法は、図１８で示すような情報処理装置３００で実行されるプログラムとして実装されてもよい。図１８は、情報処理装置３００のハードウェア構成の例を示す図である。情報処理装置３００は、制御装置３０１、主記憶装置３０２、補助記憶装置３０３、表示装置３０４、入力装置３０５及び通信装置３０６を備える。制御装置３０１、主記憶装置３０２、補助記憶装置３０３、表示装置３０４、入力装置３０５及び通信装置３０６は、バス３１０を介して接続されている。

【0066】

制御装置３０１は補助記憶装置３０３から主記憶装置３０２に読み出されたプログラムを実行する。主記憶装置３０２はＲＯＭ及びＲＡＭ等のメモリである。補助記憶装置３０３はメモリカード及びＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等である。

【0067】

表示装置３０４は情報を表示する。表示装置３０４は、例えば液晶ディスプレイである。入力装置３０５は、情報の入力を受け付ける。入力装置３０５は、例えばキーボード及びマウス等である。なお表示装置３０４及び入力装置３０５は、表示機能と入力機能とを兼ねる液晶タッチパネル等でもよい。通信装置３０６は他の装置と通信する。

【0068】

情報処理装置３００で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、メモリカード、ＣＤ－Ｒ及びＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されてコンピュータ・プログラム・プロダクトとして提供される。

【0069】

また情報処理装置３００で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また情報処理装置３００が実行するプログラムを、ダウンロードさせずにインターネット等のネットワーク経由で提供するように構成してもよい。

【0070】

また情報処理装置３００で実行されるプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

【0071】

情報処理装置３００で実行されるプログラムは、図１に示す機能構成のうち、プログラムにより実現可能な機能を含むモジュール構成となっている。例えば、発生部１０のうち各信号源１１を駆動処理する部分は、制御装置３０１に対応する。計測部２０のうち各センサ２１からの信号を処理する部分は、制御装置３０１に対応する。記録部３０は、主記憶装置３０２及び／又は補助記憶装置３０３に対応する。演算部４０は、制御装置３０１に対応する。表示制御部５０は、制御装置３０１に対応する。表示部６０は、表示装置３０４に対応する。制御部７０は、制御装置３０１に対応する。このとき、信号源１１－１～１１－ｎとして、図１６に示すマーカーコイル１１ａ－１～１１ａ－２４を用いてもよい。

【0072】

プログラムにより実現される機能は、制御装置３０１が補助記憶装置３０３等の記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、コンパイル時に一括して又は処理の進行に応じて逐次的に、機能モジュールとして主記憶装置３０２上に展開される。

【0073】

なお情報処理装置３００の機能の一部又は全部を、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアにより実現してもよい。また複数のプロセッサを用いて各機能を実現する場合、各プロセッサは、各機能のうち１つを実現してもよいし、各機能のうち２つ以上を実現してもよい。

【符号の説明】

【0074】

１ 計測装置
１０ 発生部
１１，１１－１～１１－ｎ 信号源
１１ａ，１１ａ－１～１１ａ－２４ マーカーコイル
２０ 計測部
２１，２１－１～２１－ｍ センサ
３０ 記録部
３１ 計測データ
３２ 座標情報
３３ 感度情報
４０ 演算部
４１ 近似部
４２ 分割部
４３ 設定部
４４ 推定部
５０ 表示制御部
５１ 位置表示制御部
５２ 情報表示制御部
６０ 表示部
７０ 制御部

【先行技術文献】

【特許文献】

【0075】

【特許文献1】特許第４１１０１０８号公報

【非特許文献】

【0076】

【非特許文献1】Ｙ． Ａｄａｃｈｉ ｅｔ ａｌ．， Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｆｏｒ Ｒｏｏｍ－Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｌｕｘ Ｓｅｎｓｏｒｓ Ｗｉｔｈ Ｗｉｄｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ Ｒｅｇｉｏｎ， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｍａｇ， ｖｏｌ． ５７（２）， ４０００１０５， ２０２１．

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】