特許 7150277 情報取得方法、情報取得装置及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-30

(45)【発行日】2022-10-11

(54)【発明の名称】情報取得方法、情報取得装置及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/242 20210101AFI20221003BHJP

   G01R 33/035 20060101ALI20221003BHJP

   G01R 15/20 20060101ALI20221003BHJP

【ＦＩ】

A61B5/242 ZDM

G01R33/035

G01R15/20 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019052524

(22)【出願日】2019-03-20

(65)【公開番号】P2020153817

(43)【公開日】2020-09-24

【審査請求日】2021-09-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(73)【特許権者】

【識別番号】305027401

【氏名又は名称】東京都公立大学法人

(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】渡部 泰士

(72)【発明者】

【氏名】関原 謙介

【審査官】門田 宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２１９７１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５０３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－５１６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１１３２５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／２４２ － ５／２４８

Ｇ０１Ｒ １５／２０

Ｇ０１Ｒ ３３／０３５

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＰｕｂＭｅｄ

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

医中誌ＷＥＢ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

信号源の電流の向きと強度を推定する情報取得装置における情報取得方法であって、
信号源が存在しうる領域を分割し、画像の分解能を決定するボクセル分割Ｖ１を定義するボクセル定義ステップと、
前記領域において発せられた磁場を計測した磁界データを得るデータ収集ステップと、
得られた磁界データを用いて、各ボクセル位置における信号源の電流の向きと強度を、数理アルゴリズムを用いて推定する再構成ステップと、
を含み、
前記再構成ステップは、
前記ボクセル分割Ｖ１よりも粗く定義されたボクセル分割Ｖ２を用いて、グラム行列の計算を行うステップと、
前記グラム行列を用いて、前記ボクセル分割Ｖ１における信号源の電流の向きと強度の再構成を行うステップと、
を含むことを特徴とする情報取得方法。

【請求項2】

信号源の電流の向きと強度を推定する情報取得装置において、
信号源が存在しうる領域を分割し、画像の分解能を決定するボクセル分割Ｖ１を定義するボクセル定義手段と、
前記領域において発せられた磁場を計測した磁界データを得るデータ収集手段と、
得られた磁界データを用いて、各ボクセル位置における信号源の電流の向きと強度を、数理アルゴリズムを用いて推定する再構成手段と、
を備え、
前記再構成手段は、
前記ボクセル分割Ｖ１よりも粗く定義されたボクセル分割Ｖ２を用いて、グラム行列の計算を行い、
前記グラム行列を用いて、前記ボクセル分割Ｖ１における信号源の電流の向きと強度の再構成を行う、
ことを特徴とする情報取得装置。

【請求項3】

信号源の電流の向きと強度を推定する情報取得装置を制御するコンピュータを、
信号源が存在しうる領域を分割し、画像の分解能を決定するボクセル分割Ｖ１を定義するボクセル定義手段と、
前記領域において発せられた磁場を計測した磁界データを得るデータ収集手段と、
得られた磁界データを用いて、各ボクセル位置における信号源の電流の向きと強度を、数理アルゴリズムを用いて推定する再構成手段と、
として機能させ、
前記再構成手段は、
前記ボクセル分割Ｖ１よりも粗く定義されたボクセル分割Ｖ２を用いて、グラム行列の計算を行い、
前記グラム行列を用いて、前記ボクセル分割Ｖ１における信号源の電流の向きと強度の再構成を行う、
ことを特徴とするプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、情報取得方法、情報取得装置及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、計測センサーで計測された信号の信号源の電流の向きと強度を、数理アルゴリズム（例えば、ＲＥＮＳ（recursivenull‐steering）空間フィルター）を用いて推定することが行われている。

【0003】

特許文献１には、被検体から発生する微弱な磁気を測定することができる超電導磁気計測装置が開示されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示の超電導磁気計測装置などによれば、微弱な磁気を発生する信号源の電流の向きと強度を取得することになるが、数理アルゴリズムによって非常に長い処理時間を要することが問題となっていた。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、再構成結果の精度を落とすことなく数理アルゴリズムにおける処理時間の短縮化を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、信号源の電流の向きと強度を推定する情報取得装置における情報取得方法であって、信号源が存在しうる領域を分割し、画像の分解能を決定するボクセル分割Ｖ１を定義するボクセル定義ステップと、前記領域において発せられた磁場を計測した磁界データを得るデータ収集ステップと、得られた磁界データを用いて、各ボクセル位置における信号源の電流の向きと強度を、数理アルゴリズムを用いて推定する再構成ステップと、を含み、前記再構成ステップは、前記ボクセル分割Ｖ１よりも粗く定義されたボクセル分割Ｖ２を用いて、グラム行列の計算を行うステップと、前記グラム行列を用いて、前記ボクセル分割Ｖ１における信号源の電流の向きと強度の再構成を行うステップと、を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、再構成結果の精度を落とすことなく数理アルゴリズムにおける処理時間の短縮化を図ることができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施の形態にかかる情報取得システムの構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、磁気センサーアレイの一例を模式的に示す図である。

【図3】図３は、データ解析装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

【図4】図４は、データ解析装置が有する機能の一例を示す図である。

【図5】図５は、信号源の再構成処理の流れを概略的に示すフローチャートである。

【図6】図６は、実施例の結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に添付図面を参照して、情報取得方法、情報取得装置及びプログラムの実施の形態を詳細に説明する。

【0010】

図１は、実施の形態にかかる情報取得システム１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、情報取得システム１００は、データ取得装置１と、情報取得装置であるデータ解析装置５０と、Ｘ線撮影機８０と、を備えている。データ取得装置１とデータ解析装置５０とＸ線撮影機８０とは、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信回線６０を介して接続されている。

【0011】

データ取得装置１は、被検体から発生する微弱な磁気を磁気センサー３０で測定することができる超電導磁気計測装置である。例えば、磁気センサー３０は、非常に微弱な磁場を検出することが可能な公知のＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device，超伝導量子干渉素子）磁束計（超伝導磁気センサー）を用いている。

【0012】

ここで、図２は磁気センサーアレイの一例を模式的に示す図である。本実施形態においては、ＳＱＵＩＤ磁束計を１２４ｃｈ用いた１２４ｃｈ仰臥位型ＳＱＵＩＤ（ｓｅｎｓｏｒ）システムを使用している。図２に示すように、磁気センサー３０である１２４ｃｈ仰臥位型ＳＱＵＩＤ（ｓｅｎｓｏｒ）システムのセンサーアレイは、Ｘ方向の磁場を計測するセンサーが４０ｃｈ、Ｙ方向の磁場を計測するセンサーが４０ｃｈ、Ｚ方向の磁場を計測するセンサーが４４ｃｈ実装されている。Ｘ，Ｙ方向の磁場を計測するセンサーアレイ３４は図２において黒丸で示すように並んでおり、Ｚ方向の磁場の計測するセンサーアレイ３２は図２において白丸で示すように隅に４つ並べてある。それぞれのシステムの計算領域は、本実施形態においては、１６０ｍｍ×１１０ｍｍである。

【0013】

なお、例えば１２０ｃｈ仰臥位型ＳＱＵＩＤ（ｓｅｎｓｏｒ）システムは、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向それぞれ４０ｃｈずつあり、５×８のマトリクス状に並べてある。それぞれのシステムの計算領域は１４０ｍｍ×９０ｍｍであってもよい。

【0014】

なお、センサーアレイを構成するセンサーは、図２に示すように千鳥形状に並べられている必要はなく、２次元に配置されていればよい。さらに、センサーアレイの形状としては完全に平面であるものに限るものではなく、凹形状になっているものなど平面以外の形状であってもよい。

【0015】

データ取得装置１は、磁気センサー３０から所定間隔を空けて配置される被検体の所定の測定箇所から発せられる磁場測定を行う。そして、データ取得装置１は、磁気センサー３０で検出された磁界データを、デジタルデータに変換するデータ変換ユニット４１と、データ変換ユニット４１により変換されたデジタルデータを収集するデータ収集ユニット４２とを具備する。

【0016】

また、データ取得装置１は、ポジショニングユニット４３を備える。ポジショニングユニット４３は、磁気センサー３０を基準とした３次元座標系に対する被検体の位置関係を把握するための装置である。例えば、被検体の複数箇所に小コイルを取り付け、これらの小コイルにポジショニングユニット４３から給電する。そして、各コイルから発生した磁界を磁気センサー３０で検出することにより、磁気センサー３０に対する被検体の位置関係を把握する。

【0017】

Ｘ線撮影機８０は、データ取得装置１の磁気センサー３０で計測する磁気を発生する被検体の所定の部分をＸ線撮影する。

【0018】

データ解析装置５０は、データ取得装置１のデータ収集ユニット４２に集められた磁界データに基づいて、被検体の診断対象領域内における電流源の同定や解析等の処理を行う装置である。

【0019】

ここで、図３はデータ解析装置５０のハードウェア構成の一例を示す図である。ここでは、データ解析装置５０のハードウェア構成について説明する。

【0020】

図３に示されているように、データ解析装置５０は、コンピュータによって構築されており、ＣＰＵ５０１、ＲＯＭ５０２、ＲＡＭ５０３、ＨＤ５０４、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）コントローラ５０５、ディスプレイ５０６、外部機器接続Ｉ／Ｆ（Interface）５０８、ネットワークＩ／Ｆ５０９、バスライン５１０、キーボード５１１、ポインティングデバイス５１２、ＤＶＤ－ＲＷ（Digital Versatile Disk Rewritable）ドライブ５１４、メディアＩ／Ｆ５１６を備えている。

【0021】

これらのうち、ＣＰＵ５０１は、データ解析装置５０全体の動作を制御する。ＲＯＭ５０２は、ＩＰＬ等のＣＰＵ５０１の駆動に用いられるプログラムを記憶する。ＲＡＭ５０３は、ＣＰＵ５０１のワークエリアとして使用される。

【0022】

ＨＤ５０４は、被検体の診断対象領域内における電流源の同定や解析等の処理を実行させるための情報取得プログラム等の各種データを記憶する。ＨＤＤコントローラ５０５は、ＣＰＵ５０１の制御にしたがってＨＤ５０４に対する各種データの読み出し又は書き込みを制御する。

【0023】

ディスプレイ５０６は、カーソル、メニュー、ウィンドウ、文字、又は画像などの各種情報を表示する。

【0024】

外部機器接続Ｉ／Ｆ５０８は、各種の外部機器を接続するためのインターフェースである。この場合の外部機器は、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリやプリンタ等である。

【0025】

ネットワークＩ／Ｆ５０９は、ネットワーク３およびローカルネットワーク４を利用してデータ通信をするためのインターフェースである。バスライン５１０は、図２に示されているＣＰＵ５０１等の各構成要素を電気的に接続するためのアドレスバスやデータバス等である。

【0026】

また、キーボード５１１は、文字、数値、各種指示などの入力のための複数のキーを備えた入力手段の一種である。ポインティングデバイス５１２は、各種指示の選択や実行、処理対象の選択、カーソルの移動などを行う入力手段の一種である。

【0027】

ＤＶＤ－ＲＷドライブ５１４は、着脱可能な記録媒体の一例としてのＤＶＤ－ＲＷ５１３に対する各種データの読み出し又は書き込みを制御する。なお、ＤＶＤ－ＲＷに限らず、ＤＶＤ－Ｒ等であってもよい。メディアＩ／Ｆ５１６は、フラッシュメモリ等の記録メディア５１５に対するデータの読み出し又は書き込み（記憶）を制御する。

【0028】

例えば、ＤＶＤ－ＲＷ５１３には、例えばＸ線撮影機８０で得られた画像が記憶されており、データ解析装置５０で同定された電流源が、これらの断層像上に重ね合わされてディスプレイ５０６に表示され、或いはカラープリンタに印字出力されるようになっている。なお、Ｘ線撮影機８０などで得られた画像は、通信回線６０を介してデータ解析装置５０に直接伝送される。

【0029】

本実施の形態のデータ解析装置５０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、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

【0030】

さらに、本実施の形態のデータ解析装置５０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良い。また、本実施の形態のデータ解析装置５０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経由で提供または配布するように構成しても良い。

【0031】

次に、データ解析装置５０のＣＰＵ５０１がＨＤ５０４に記憶された情報取得プログラムを実行することによって発揮する機能について説明する。なお、ここでは従来から知られている機能については説明を省略し、本実施の形態のデータ解析装置５０のＣＰＵ５０１が発揮する特徴的な機能について詳述する。

【0032】

ここで、図４はデータ解析装置５０が有する機能の一例を示す図である。図４に示すように、データ解析装置５０は、ボクセル定義手段５１と、データ収集手段５２と、再構成手段５３と、を有する。

【0033】

ボクセル定義手段５１は、信号源が存在しうる領域を分割し、画像の分解能を決定するボクセル分割Ｖ１（詳細は後述する）を定義する。

【0034】

データ収集手段５２は、上記領域において発せられた磁場を計測した磁界データを得る。

【0035】

再構成手段５３は、得られた磁界データを用いて、各ボクセル位置における信号源の電流の向きと強度を、数理アルゴリズムを用いて推定する。より詳細には、再構成手段５３は、ボクセル分割Ｖ１よりも粗く定義されたボクセル分割Ｖ２（詳細は後述する）を用いて、グラム行列の計算を行い、グラム行列を用いて、ボクセル分割Ｖ１における信号源の電流の向きと強度の再構成を行う。

【0036】

次に、データ解析装置５０における信号源の再構成処理について説明する。

【0037】

ここで、図５は信号源の再構成処理の流れを概略的に示すフローチャートである。

【0038】

（ステップＳ１：ボクセル定義ステップ）
図５に示すように、データ解析装置５０（ボクセル定義手段５１）は、信号源が存在しうる領域を分割し、ボクセル分割Ｖ１を定義する（ステップＳ１）。ここで、ボクセル分割は、信号源が存在しうる領域を均等に分割して成る分割領域である。また、ボクセルは、それぞれ分割された領域１つ１つを指す。

【0039】

（ステップＳ２：データ収集ステップ）
次いで、データ解析装置５０（データ収集手段５２）は、上記領域における神経電気活動より発せられた磁場をデータ取得装置１の磁気センサー３０により体表面で計測して磁界データを得る（ステップＳ２）。なお、ステップＳ２は、上述したステップＳ１の前に行われても良い。

【0040】

（ステップＳ３：再構成ステップ）
次いで、データ解析装置５０（再構成手段５３）は、ステップＳ２で得られた磁界データを用いて、各ボクセル位置における電流の向きと強度を、数理アルゴリズムを用いて推定する。

【0041】

ここで用いられる数理アルゴリズムは、好ましくはＲＥＮＳ空間フィルターである。ＲＥＮＳ空間フィルターは、磁気センサー３０の持つ感度分布をある特定の領域にのみ感度を持つように、人工的に磁気センサー３０の感度分布を局在化させる方法である。これにより、信号源と磁気センサー３０とを１対１の関係で捉えることができ、この局在化した感度を持つ領域を信号源の存在する領域においてスキャンすることで信号源を分布として再構成することができる。

【0042】

ここで、データ解析装置５０（再構成手段５３）は、下記式（１）に示したＲＥＮＳ空間フィルターの逐次計算の部分が２つのプロセスである（ａ）グラム行列の計算と、（ｂ）神経電流神経活動電流の再構成に分けられることに注目し、以下２つのステップを実行する。

【0043】

【数1】

【0044】

ここでｓ（ｒ，ｔ）は位置ｒにおける時刻ｔの再構成信号源ベクトルを示す。また、Ｗ（ｒ）は、信号源再構成のための重み行列で、Ｍ×３の行列Ｗ（ｒ）＝［Ｗｘ（ｒ），Ｗｙ（ｒ），Ｗｚ（ｒ）］と定義される。この各成分Ｗｘ（ｒ），Ｗｙ（ｒ），Ｗｚ（ｒ）は、それぞれ信号源ベクトルのｘ，ｙ，ｚ方向の成分を求める重みである。

【0045】

Ｇはグラム行列を示し、ＬはＬｅａｄ ｆｉｅｌｄ行列を示し、ｂ（ｔ）は計測磁場データを、ｓ（ｒ，ｔ）は信号源ベクトルを示す。Ｐ（ｒ）は、ｓ＝（ｒ、ｔ）２測定値の離散化やモデルを表現する際の任意の行列である。

【0046】

ＲＥＮＳ空間フィルターは、磁気センサー３０で検出された計測磁場データｂ（ｔ）から、位置ｒにおける信号源ベクトルｓ（ｒ,ｔ）を式（１）より再構成する。

【0047】

（ステップＳ３－１）
データ解析装置５０（再構成手段５３）は、ステップＳ２において得られたボクセル分割Ｖ１よりも粗いボクセル分割Ｖ２を用いて、上記に示した式（１）における（ａ）部を計算することでグラム行列を計算する。

【0048】

（ステップＳ３－２）
データ解析装置５０（再構成手段５３）は、ステップＳ３－１により得られたグラム行列を用いて、ボクセル分割Ｖ１における神経活動電流の再構成を行う。

【0049】

以上のステップにより、データ解析装置５０は、最終的な再構成結果の精度を落とすことなくＲＥＮＳ空間フィルターの高速化を図ることができる。

【0050】

上述したように、本実施の形態においては、ボクセル分割Ｖ１によって画像の分解能を決定し、ボクセル分割Ｖ２によって計算時間を決定している。したがって、ボクセル分割Ｖ１は画像の質を要求されているレベルにまで精細な画像とする程度のボクセル分割とし、ボクセル分割Ｖ２は再構成するための計算時間を早くし、且つボクセル分割Ｖ１のステップで得られるデータを正確に活用できる程度のボクセル分割とするのが好ましい。

【0051】

この際、所定のボクセル分割Ｖ１は、例えば、分割された各ボクセルの大きさが１辺５ｍｍ程度となるように設定し、ボクセル分割Ｖ２は分割された各ボクセルの大きさが一辺２ｃｍ程度となるように設定するのが好ましい。この場合、計算時間は通常のＲＥＮＳ空間フィルターを用いた場合の１／７程度となる。

【0052】

なお、ボクセル分割Ｖ２は、測定対象部位と磁気センサー３０との距離や信号の品質などによって最適な分割大きさが変わる。

【0053】

以上の各ステップを行うことにより、データ解析装置５０は、神経活動電流の流れについて把握することが可能となる。そして、データ解析装置５０は、得られたデータをＨＤ５０４などに記録し、ディスプレイ５０６などに表示する。

【0054】

このように本実施の形態によれば、最終的な再構成結果の精度を落とすことなくＲＥＮＳ空間フィルターにおける処理時間の短縮化を図ることができる。

【0055】

本発明は上述した実施形態に何ら制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、磁気センサーとしては、光ポンピングセンサー、ＴＭＲセンサー、原子吸光センサーであり、特定の１方向にしか感度を持っていなくとも良い。

【実施例】

【0056】

以下、本発明の実施例を例示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。

【0057】

［実施例１］
例として、神経活動電流を模した信号源を設定し、仮想的に設定されたセンサーアレイにより得られた磁場データに対して上述のステップＳ１～Ｓ３を行い、信号源推定を行った。このとき、神経活動電流はある一定の距離を開けて配置された４つの点電流であるとした。

【0058】

結果を図６に示す。実施例の結果をＲＥＮＳｍａｒｋ２として示し（図６の（３）（４））、比較対象としてＶ２＝Ｖ１としてＳ１～Ｓ３を行った場合（通常のＲＥＮＳ空間フィルター）をＲＥＮＳとして示す（図６の（１）（２））。

【0059】

図６の（１）においては、高精細な電流再構成結果が得られているが、６．８秒の処理時間がかかっている。対して図６の（３）においては、ボクセル分割Ｖ２を１辺５ｍｍで分割することにより、約１／７程度の処理時間で図６の（１）とほぼ同等の再構成結果が得られている。

【0060】

図６の（２）においては、ボクセル分割Ｖ１を１辺７ｍｍで分割することで処理が高速化されているが、分解能が低く、粗い結果が得られている。対して図６の（４）においては、ボクセル分割Ｖ１を１辺１ｍｍで、ボクセル分割Ｖ２を１辺７ｍｍで分割することにより、処理時間は伸びるものの図６の（１）とほぼ同等の結果が得られている。

【符号の説明】

【0061】

５０ 情報取得装置
５１ ボクセル定義手段
５２ データ収集手段
５３ 再構成手段

【先行技術文献】

【特許文献】

【0062】

【文献】特開２００９－２１９７１７号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】