ホーム > 特許ランキング > 国立大学法人千葉大学
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】2024-08-20
(45)【発行日】2024-08-28
(54)【発明の名称】診断装置
(51)【国際特許分類】
A61B 5/0536 20210101AFI20240821BHJP
【ＦＩ】
A61B5/0536
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2021050959
(22)【出願日】2021-03-25
(65)【公開番号】P2022149032
(43)【公開日】2022-10-06
【審査請求日】2023-11-21
(73)【特許権者】
【識別番号】304021831
【氏名又は名称】国立大学法人千葉大学
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100181722
【弁理士】
【氏名又は名称】春田 洋孝
(74)【代理人】
【識別番号】100153763
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 広之
(72)【発明者】
【氏名】武居 昌宏
(72)【発明者】
【氏名】ダルマ ヌルセティア パンジー
【審査官】藤原 伸二
(56)【参考文献】
【文献】特開２００３－３３９６５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０６５７９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０２１－５０２８７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０３０７５６６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表平０７－５０２５２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２４２６７３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０４９３９８２５（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ５／０５－５／０５３８
Ａ６１Ｂ ５／２４－５／３９８
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
間隔をあけて、３次元的に配置される複数の電極と、前記電極を保持し、かつ、前記電極を被測定者の少なくとも腹部に配置可能な支持体と、を備える電気インピーダンス・トモグラフィセンサを用いる診断装置であって、前記電極間に電流又は電位差を印加し、前記電流を印加する場合は電流印加電圧測定パターンに基づき電位差と位相を測定し、前記電極間に前記電位差を印加する場合は電圧印加電流測定パターンに基づき電流と位相を測定する、電流電圧印加測定部と、
あらかじめ決められた前記電流印加電圧測定パターンまたは前記電圧印加電流測定パターン、前記被測定者の腹部輪郭を分割して得たメッシュ座標、および各前記電極の座標を基に、前記被測定者のヤコビ行列を計算するヤコビ行列計算部と、
前記ヤコビ行列計算部で計算された前記被測定者の前記ヤコビ行列と、前記電流電圧印加測定部で測定された前記電位差および位相または前記電流および位相と、から前記被測定者の電気物性分布を計算する電気物性分布計算部と、
を備え、
前記電気物性分布計算部から得られた前記電気物性分布を前記被測定者の各構成に対応するクラスタに分類することで、前記被測定者の胃壁輪郭情報を得る胃壁輪郭計算部を、さらに備える診断装置。
【請求項2】
前記ヤコビ行列計算部において、機械学習を用いて、前記ヤコビ行列を計算する、請求項１に記載の診断装置。
【請求項3】
前記電気物性分布計算部で計算された前記電気物性分布から前記被測定者の胃内部の相対ｐＨ分布を推定する、相対ｐＨ推定部をさらに備える、請求項１または２に記載の診断装置。
【請求項4】
前記電気物性分布が導電率差分布である、請求項１～３のいずれか１項に記載の診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、診断装置に関する。
【背景技術】
【0002】
現在、機能性ディスペプシアを患う人が増えている。機能性ディスペプシアは、精密検査などでは、器質的な異常が無いものの、慢性的な早期満腹感、胃もたれ、および胃痛があり、生活の質を下げる要因となる。
【0003】
機能性ディスペプシアなどの胃に関する疾患の改善には、胃の状態（胃の位置、胃の大きさ、胃の大きさの時間変化、胃内部ΓのｐＨ）を客観的に把握することが重要である。特に、患者自身が、胃の状態を把握するためには、簡易的、かつ、低侵襲的に胃を可視化できることが重要である。
【0004】
胃の状態を低侵襲的に測定する方法として、胃電図（ＥＧＧ）が一般的ではあるが、データの分析には専門知識が必要であり、患者自身で胃の状態を把握することができない。加えて、胃電図（ＥＧＧ）は、微弱な胃の筋電値を検出するために、高価なアンプが必要という問題がある。また、超音波エコーにより胃壁輪郭∂Γを可視化することは可能であるが、超音波エコーは患者自身で簡易に使用することができない。
【0005】
簡易、安価で、かつ、極低侵襲性の内臓を可視化する方法としては、電気インピーダンス・トモグラフィ（ＥＩＴ： Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を用いた肺用ＥＩＴシステムがある。
【0006】
肺用ＥＩＴシステムとして、特許文献１には、患者の胸郭の周りに電極を配置するための電気インピーダンス測定ベルトであって、間隔をあけた複数の電極のアレイと、電極が配置された支持構造とを含み、電極アレイを有する支持構造は、電極が並べられる、角度を付けられた２本の脚部を含み、ベルトが患者の胸郭の周りに巻きつけられると、電極のアレイが、角度を付けられた脚部の頂点が位置することになっている患者の背中から、肋骨と本質的に平行に、患者の胸骨の下方部分へと延在するように、２本の脚部は頂点からある角度で広がっていることを特徴とする、電気インピーダンス測定ベルトが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特表２０１５－５０８３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献１の肺用ＥＩＴシステムは、肺の内容物が気体であるので、被測定者が伏せていても、立っていても、胸部断面に対して十分な画像が得られる。しかし、胃の内容物は液体であり、体位に大きく依存してしまう。そのため、肺用ＥＩＴシステムを用いても、高精度に胃の状態を可視化することが困難である。
【0009】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、安価であり、極低侵襲性で、かつ、簡易に被測定者の胃を可視化可能な診断装置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】
【0010】
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
＜１＞ 本発明の一態様に係る診断装置は、間隔をあけて、３次元的に配置される複数の電極と、前記電極を保持し、かつ、前記電極を被測定者の少なくとも腹部に配置可能な支持体と、を備える電気インピーダンス・トモグラフィセンサを用いる診断装置であって、前記電極間に電流又は電位差を印加し、前記電流を印加する場合は電流印加電圧測定パターンに基づき電位差と位相を測定し、前記電極間に前記電位差を印加する場合は電圧印加電流測定パターンに基づき電流と位相を測定する、電流電圧印加測定部と、あらかじめ決められた前記電流印加電圧測定パターンまたは前記電圧印加電流測定パターン、前記被測定者の腹部輪郭を分割して得たメッシュ座標、および各前記電極の座標を基に、前記被測定者のヤコビ行列を計算するヤコビ行列計算部と、前記ヤコビ行列計算部で計算された前記被測定者の前記ヤコビ行列と、前記電流電圧印加測定部で測定された前記電位差および位相または前記電流および位相と、から前記被測定者の電気物性分布を計算する電気物性分布計算部と、を備え、
前記電気物性分布計算部から得られた前記電気物性分布を前記被測定者の各構成に対応するクラスタに分類することで、前記被測定者の胃壁輪郭情報を得る胃壁輪郭計算部を備える。
＜２＞ 上記＜１＞に記載の診断装置は、前記ヤコビ行列計算部において、機械学習を用いて、前記ヤコビ行列を計算してもよい。
＜３＞ 上記＜１＞または＜２＞に記載の診断装置は、前記電気物性分布計算部で計算された前記電気物性分布から前記被測定者の胃内部の相対ｐＨ分布を推定する、相対ｐＨ推定部をさらに備えてもよい。
＜４＞ 上記＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載の診断装置は、前記電気物性分布が導電率差分布であってもよい。
＜１＞ 本発明の一態様に係る診断装置は、間隔をあけて、３次元的に配置される複数の電極と、前記電極を保持し、かつ、前記電極を被測定者の少なくとも腹部に配置可能な支持体と、を備える電気インピーダンス・トモグラフィセンサを用いる診断装置であって、前記電極間に電流又は電位差を印加し、前記電流を印加する場合は電流印加電圧測定パターンに基づき電位差と位相を測定し、前記電極間に前記電位差を印加する場合は電圧印加電流測定パターンに基づき電流と位相を測定する、電流電圧印加測定部と、あらかじめ決められた前記電流印加電圧測定パターンまたは前記電圧印加電流測定パターン、前記被測定者の腹部輪郭を分割して得たメッシュ座標、および各前記電極の座標を基に、前記被測定者のヤコビ行列を計算するヤコビ行列計算部と、前記ヤコビ行列計算部で計算された前記被測定者の前記ヤコビ行列と、前記電流電圧印加測定部で測定された前記電位差および位相または前記電流および位相と、から前記被測定者の電気物性分布を計算する電気物性分布計算部と、を備え、
前記電気物性分布計算部から得られた前記電気物性分布を前記被測定者の各構成に対応するクラスタに分類することで、前記被測定者の胃壁輪郭情報を得る胃壁輪郭計算部を備える。
＜２＞ 上記＜１＞に記載の診断装置は、前記ヤコビ行列計算部において、機械学習を用いて、前記ヤコビ行列を計算してもよい。
＜３＞ 上記＜１＞または＜２＞に記載の診断装置は、前記電気物性分布計算部で計算された前記電気物性分布から前記被測定者の胃内部の相対ｐＨ分布を推定する、相対ｐＨ推定部をさらに備えてもよい。
＜４＞ 上記＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載の診断装置は、前記電気物性分布が導電率差分布であってもよい。
【発明の効果】
【0011】
本発明の上記態様によれば、安価であり、極低侵襲性で、かつ、簡易に被測定者の胃を可視化可能な診断装置および当該診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施形態に係る診断装置の模式図である。
【図2】電流電圧印加測定部の模式図である。
【図3】電気インピーダンス・トモグラフィセンサにおける電極の配置パターンの一例である。
【図4】電気インピーダンス・トモグラフィセンサにおける電極の配置パターンの一例である。
【図5】電気インピーダンス・トモグラフィセンサにおける電極の配置パターンの一例である。
【図6】電極の位置と電極の番号との関係を説明するための図である。
【図7A】３Ｄ隣接法における電極への電流印加電圧測定パターンを説明するための図である。
【図7B】３Ｄ隣接法における電極への電流印加電圧測定パターンを説明するための図である。
【図7C】３Ｄ隣接法における電極への電流印加電圧測定パターンを説明するための図である。
【図7D】フル３Ｄ法における電極への電流印加電圧測定パターンを説明するための図である。
【図7E】フル３Ｄ法における電極への電流印加電圧測定パターンを説明するための図である。
【図7F】フル３Ｄ法における電極への電流印加電圧測定パターンを説明するための図である。
【図8A】ストレッチセンサとベンドセンサと支持体との配置の一例を説明するための図である。
【図8B】被測定者の腹部輪郭∂Ωを説明するための図である。
【図9】既知の腹部輪郭∂ΩのデータセットＩと既知の腹部内部Ωのヤコビ行列のデータセットＪについて説明するための図である。
【図10】ヤコビ行列計算部におけるヤコビ行列Ｊ*の計算のフローチャートである。
【図11】胃壁輪郭計算部におけるクラスタに分類する計算のフローチャートである。
【図12】相対ｐＨ推定部における相対ｐＨを計算するフローチャートである。
【図13】導電率差分布Δσと相対ｐＨの分布をシミュレーションするための条件を示す図である。
【図14A】食事前の導電率差分布Δσと相対ｐＨの分布をシミュレーションするための条件を示す図である。
【図14B】食事中の導電率差分布Δσと相対ｐＨの分布をシミュレーションするための条件を示す図である。
【図15】液体を飲んだ後の導電率差分布Δσと相対ｐＨの分布を示す図である。
【図16】固形物を食べている間の導電率差分布Δσと相対ｐＨの分布を示す図である。
【図17】胃の３Ｄイメージングの実験装置を示す図である。
【図18】胃の３Ｄイメージングの実験プロトコル（実験条件）を示す図である。
【図19】被測定者１～３の胃内部Γの導電率差分布Δσを示す図である。
【図20】被測定者１～３の胃内部Γの相対ｐＨ分布を示す図である。
【図21A】被測定者１の胃内部Γの空間平均導電率差と相対ｐＨとの関係を示す図である。
【図21B】被測定者２の胃内部Γの空間平均導電率差と相対ｐＨとの関係を示す図である。
【図21C】被測定者３の胃内部Γの空間平均導電率差と相対ｐＨとの関係を示す図である。
【図22A】第１ステップのファジークラスタリングを用いた後の被測定者の胃壁輪郭∂Γを示す図である。
【図22B】第２ステップのファジークラスタリングを用いた後の被測定者の胃壁輪郭∂Γを示す図である。
【図23A】被測定者１の空間平均導電率差＜Δσ＞と空間平均相対ｐＨ＜ｐＨ＊＞の時間変化を示す図である。
【図23B】被測定者２の空間平均導電率差＜Δσ＞と空間平均相対ｐＨ＜ｐＨ＊＞の時間変化を示す図である。
【図23C】被測定者３の空間平均導電率差＜Δσ＞と空間平均相対ｐＨ＜ｐＨ＊＞の時間変化を示す図である。
【図24A】従来法で計測した健常者のｐＨの時間変化を示す図である。
【図24B】従来法で計測した胃潰瘍患者のｐＨの時間変化を示す図である。
【図25A】被測定者の特定の時間の空間平均導電率差＜Δσ＞を示す図である。
【図25B】被測定者の特定の時間の空間平均相対ｐＨ＜ｐＨ＊＞を示す図である。
【図26】被測定者の胃の大きさを示すボクセル数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
（診断装置）
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る診断装置１００について説明する。図１に示すように、診断装置１００は、電流電圧印加測定部１及び診断計算部５０を備える。診断計算部５０は、腹部輪郭推定部２、ヤコビ行列計算部３、電気物性分布計算部４、胃壁輪郭計算部５、相対ｐＨ推定部６、及び出力部７を備える。
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る診断装置１００について説明する。図１に示すように、診断装置１００は、電流電圧印加測定部１及び診断計算部５０を備える。診断計算部５０は、腹部輪郭推定部２、ヤコビ行列計算部３、電気物性分布計算部４、胃壁輪郭計算部５、相対ｐＨ推定部６、及び出力部７を備える。
【0014】
診断装置１００の診断計算部５０は、例えば、Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ（ＣＰＵ），Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＯＭ）、Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＡＭ）及びＨａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ（ＨＤＤ）／Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ（ＳＳＤ）を備える。腹部輪郭推定部２、ヤコビ行列計算部３、電気物性分布計算部４、胃壁輪郭計算部５、相対ｐＨ推定部６及び出力部７は、ＣＰＵにおいて、所定のプログラムを実行することで実現される。プログラムは、記録媒体経由で取得してもよく、ネットワーク経由で取得してもよい。また、診断装置１００の構成を実現するための専用のハードウェア構成を用いてもよい。以下、各部について説明する。
【0015】
(電流電圧印加測定部）
電流電圧印加測定部１について、図２を用いて説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
電流電圧印加測定部１について、図２を用いて説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【0016】
まず方向について定義する。ここでは、被測定者が床面Ｆに立って測定する場合を例に挙げて説明する。床面Ｆと平行な一方向をｘ方向、床面Ｆに沿って、ｘ方向と直交する方向をｙ方向とする。ｚ方向は、床面Ｆと垂直な方向である。ｚ方向は、ｘ方向及びｙ方向と直交する方向である。以下、＋ｚ方向を「上」、－ｚ方向を「下」と表現する場合がある。上下は、必ずしも重力が加わる方向とは一致しない。
【0017】
図２に示すように、電流電圧印加測定部１は、電気インピーダンス・トモグラフィセンサ１０と制御部３０とを備える。電気インピーダンス・トモグラフィセンサ１０は、間隔をあけて、３次元的に配置される複数の電極２０（電極数Ｑ）と、電極２０を保持し、かつ、電極２０を被測定者の少なくとも腹部に配置可能な支持体２５とを備える。ここで、「被測定者の少なくとも腹部に配置可能な」とは、被測定者が電気インピーダンス・トモグラフィセンサ１０を着用した際に、被測定者の少なくとも腹部に、電極２０が配置されることをいう。電流電圧印加測定部１は、電気インピーダンス・トモグラフィセンサ１０を被測定者が着用後、電極２０間に所定の電流または電位差を印加し、電位差または電流を測定する。電流を印加する場合は、あらかじめ決めた電流印加電圧測定パターン(多数ある電極から二つずつの電極を順番に選び、電流を印加し順次電位差を測定するパターン)に基づき、電位差を測定する。このとき、位相(印加電流と測定電位差との時間的なずれ)も測定することが望ましい。電位差を印加する場合は、あらかじめ決めた電圧印加電流測定パターン(多数ある電極から二つずつの電極を順番に選び、電位差を印加し順次電流を測定するパターン)に基づき、電流を測定する。このとき、位相(印加電位差と測定電流との時間的なずれ)も測定することが好ましい。以後、電流を印加する場合を中心に記載し、電位差を印加する場合の詳細な記載を省略する場合もある。ここで、電極２０の数Ｑは例えば、４以上である。電極２０が３次元的に配置され、かつ、電極２０の数が４以上あることで、後述の腹部輪郭推定部２とヤコビ行列計算部３の演算結果を用いて、胃壁輪郭∂Γの推定、胃内部の相対ｐＨ分布の推定をすることができる。計算の精度を高めるために電極の数は多いほうが好ましい。電極２０の配置位置は、特に限定されない。電極２０の配置としては、被測定者の胃を囲むように電極が配置されることが好ましい。以下に、電極２０の配置パターンについて説明する。
【0018】
図３は、被測定者の腹部にのみ間隔をあけて電極２０を配置した電極配置パターンの一例である。ここでは、ｚ軸方向に位置を変えて４個ずつ、ｘｙ平面で位置を変えて４個ずつ、計１６個の電極２０を配置している。図３の電極２０間はｚ軸方向、および、周囲方向に等間隔に離れているが、電極の配置パターンはこれに限定されるものではなく、例えば千鳥配列などでもよい。ただし、ｚ軸方向に最も上に位置する電極２０と最も下に位置する電極２０との間に被測定者の胃上端部から胃下端部までが入るように配置することが好ましい。また、ｘ軸方向またはｙ軸方向において、電極２０の両端を直径とする円周内に、被測定者の胃左端部から胃右端部までが入るように配置することが好ましい。このように電極２０を配置することで、被測定者の電気物性分布をより正確に測定することができる。
【0019】
図４は、被測定者の腹部および腹部の周りに間隔をあけて電極２０を配置する電極配置パターンの一例である。ここでは、ｚ軸方向に位置を変えて４個ずつ、ｘｙ平面で位置を変えて４個ずつ、計１６個の電極２０を腹部に配置し、さらに、被測定者の腹部の周りに１６個の電極２０を配置している。電極２０間は等間隔に離れてもよいし、等間隔でなくてもよい。ただし、最も上に位置する電極２０と最も下に位置する電極２０との間に胃全体(胃上端部から胃下端部)までが入るように配置することが好ましい。また、図４の配置の場合は、腹部の周りに配置されているので、胃の腹部側だけではなく、背側、および、両脇腹側にも、電流が流れた状態で電位差を測定することができるので、このように電極２０を配置することで、被測定者の胃の電気物性分布をより正確に計算することができる。
【0020】
図５は、被測定者の腹部および腹部の周りに間隔をあけて電極２０を配置する電極配置パターンの一例である。ここでは、被測定者の腹部の周りにｚ軸方向で位置を変えて、１６個ずつ、計６４個の電極２０を配置している。電極２０間は等間隔に離れてもよいし、等間隔でなくてもよい。ただし、電極２０のｚ軸方向に最も高い位置にある電極２０と最も低い位置にある電極２０との間に胃全体(胃上端部から胃下端部)が入るように配置することが好ましい。また、図５の配置の場合は、腹部の周りに配置されているので、胃の腹部側だけではなく、背側、両脇腹側にも、広範囲にわたり電流が流れることとなり、このように電極２０を配置することで、被測定者の電気物性分布をより正確に測定することができる。
【0021】
電極２０は、電気的に制御部３０と接続される。非測定者に電流または電位差を印加できれば、電極２０の材質や形状は特に限定されない。電極２０としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属、導電性高分子、表面を金属で被覆した繊維、導電性高分子で表面を被覆した繊維などが挙げられる。
【0022】
電極２０と制御部３０との電気的な接続方法は、特に限定されない。接続方法としては、例えば、リード線で電極２０と制御部３０とを接続してもよいし、導電性繊維が編み込まれた配線で電極２０と制御部３０とを接続してもよい。編み込まれた配線を用いることで、支持部２５の快適性が向上する。
【0023】
支持体２５は、電極２０を保持し、かつ、電極２０を被測定者の少なくとも腹部に配置可能であれば、特に限定されない。支持体２５は、被測定者の少なくとも腹部に所定の圧力を負荷できることが好ましい。所定の圧力が負荷されることで、電極２０と被測定者との密着性が向上し、より正確に電流または電位差を印加し、電位差または電流を測定することができる。また、支持体２５は、少なくとも被測定者の腹部または腹部および腹部の周りを覆う。支持体２５の材質としては、例えば、エラストマー、革、布などの誘電体が好ましい。支持体２５の形状は、特に限定されないが、例えば、ベルト状、腹巻状、スーツ状などが挙げられる。
【0024】
（制御部）
制御部３０は、例えば、電流を印加する電流印加電極(または電位差を印加する電圧印加電極)と電位差を測定する電圧測定電極(または電流を測定する電流測定電極)の切り替えを行うためのマルチプレクサ、電圧測定(または電流測定)と位相測定を行うインピーダンスアナライザなどを備える。インピーダンスアナライザとは、印加周波数と振幅を変化させて、インピーダンス、すなわち、測定電位差(印加電位差)と印加電流(測定電流)の比、および、その位相とを計測する部品である。制御部３０は、例えば、ＣＰＵにおいて、所定のプログラムを実行し、マルチプレクサおよびインピーダンスアナライザを制御することで、インピーダンス測定（電位差と電流の比、およびその位相の測定）を行う。電流電圧印加測定部1内部だけで制御部３０を制御し、インピーダンス測定を行ってもよいし、診断計算部５０で実行されたプログラムに応じて制御部３０を制御し、インピーダンス測定を行ってもよい。インピーダンス測定の結果は、電気物性分布計算部４に送られる。電気物性分布計算部４への情報の伝達方法は特に限定されない。制御部３０から有線で診断計算部５０の電気物性分布計算部４に送ってもよいし、無線で診断計算部５０の電気物性分布計算部４に送ってもよい。
制御部３０は、例えば、電流を印加する電流印加電極(または電位差を印加する電圧印加電極)と電位差を測定する電圧測定電極(または電流を測定する電流測定電極)の切り替えを行うためのマルチプレクサ、電圧測定(または電流測定)と位相測定を行うインピーダンスアナライザなどを備える。インピーダンスアナライザとは、印加周波数と振幅を変化させて、インピーダンス、すなわち、測定電位差(印加電位差)と印加電流(測定電流)の比、および、その位相とを計測する部品である。制御部３０は、例えば、ＣＰＵにおいて、所定のプログラムを実行し、マルチプレクサおよびインピーダンスアナライザを制御することで、インピーダンス測定（電位差と電流の比、およびその位相の測定）を行う。電流電圧印加測定部1内部だけで制御部３０を制御し、インピーダンス測定を行ってもよいし、診断計算部５０で実行されたプログラムに応じて制御部３０を制御し、インピーダンス測定を行ってもよい。インピーダンス測定の結果は、電気物性分布計算部４に送られる。電気物性分布計算部４への情報の伝達方法は特に限定されない。制御部３０から有線で診断計算部５０の電気物性分布計算部４に送ってもよいし、無線で診断計算部５０の電気物性分布計算部４に送ってもよい。
【0025】
制御部３０は、あらかじめ決めた電流印加電圧測定パターン(どの電極間に電流を印加し、どの電極間に電位差を測定するかのパターン)に基づき、電極２０間に電流を印加し、電位差を測定する。または、制御部３０は、あらかじめ決めた電圧印加電流測定パターンに基づき、電極２０間に電位差を印加し、電流を測定する。電流を印加する場合、同様に電位差を印加する場合も、どの電極２０間に電流(電位差)を印加し、どの電極間で電位差(電流)を測定するかについては、特に限定されないが、３次元的に配置した電極２０に「満遍なく」電流(電位差)を印加し電位差(電流)を測定することが好ましい。「満遍なく電流(電位差)を印加し電位差(電流)を測定する」とは、全ての電極２０が一度は電流電位差の印加または測定に用いられるように、電流電位差を印加測定することを意味する。電極２０への電流印加電圧測定パターンを説明するために、図５の電極配置パターンにおける電極番号の付け方の例を説明する。以下、図６を用いて、各レイヤーに８個の電極２０があり、４つのレイヤーで構成するときの、電極２０の番号のつけ方を説明する。各電極２０の番号は、二つの数字から構成され、最初の数字がレイヤー番号を表し、その次の数字が当該レイヤーにおける電極２０の位置を表す。電極２０の位置を表す番号は、例えば、腹部中央の前から反時計回りに番号を振る。以下、図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆを用いて、「満遍なく」電流を印加し、電位差を測定する場合について説明する。なお、その電流印加電圧測定パターンとしては、例えば、３次元（３Ｄ）隣接法、フル３次元（フル３Ｄ）法などが挙げられる。電流印加電圧測定パターンの数Ｍは、各電流印加電圧測定パターンで異なる。以下、各電流印加電圧測定パターンについて説明する。なお、以下に説明する電流印加電圧測定パターンは、電圧印加電流測定パターンにも適用することができる。印加する電流値とその印加周波数は、生体への影響や装置の簡便性を鑑みて、例えば、１．０ｍＡ以下のＨｚ帯からＭＨｚ帯程度までの交流が好ましい。
【0026】
３Ｄ隣接法は、隣接する電極間に電流を印加する方法であり、例えば、ひとつのレイヤーに８電極あり、４つのレイヤーの合計３２電極の場合を考えて、図７Ａを用いて説明をする。ｚ方向が同じ面の１－１電極と１－２電極に電流を印加し、１－３電極と１－４電極、１－４電極と１－５電極といったように、隣接する電極間のそれぞれの電位差を順次測定し、レイヤーの最後の２つの電極（ここでは１－７電極と１－８電極）との間の電位差を測定した後は、レイヤーにおける最後の電極（ここでは、電極１－８）とその１つ上のレイヤーの一番初めの電極（ここでは電極２－１）との間の電位差を測定する。以下、同様の手順で各電極間の電位差を順次測定し、４－７電極と４－８電極まで隣接する電極間の電位差を測定する。次に、ｚ方向が同じ面の１－２電極と１－３電極に電流を印加し、同様に電位差を測定する。図７Ｂに示す通り、１－８電極、２－８電極、３－８電極については、ひとつ上のレイヤーの２－１電極、３－１電極、４－１電極の間に電流を印加して、図７Ｃに示した通り、同様に電位差を測定する。この場合３Ｄ隣接法では、電流印加電圧測定パターンの数Ｍは、全部で９２８通りとなる。
【0027】
フル３Ｄ法は、基準となる電極と、基準となる電極以外の電極との間のすべての組み合わせ、または、できるだけ多くの電極間で電位差を測定する方法であり、例えば図７Ｄで説明をすると、ｚ方向が同じ面の隣接する１－８電極と１－１電極との間に電流を印加し、１－２電極（基準となる電極）と１－３電極のように隣接する電極だけではなく、１－２電極と２－１電極、１－２電極と３－１電極といったように、基準となる電極に隣接していない電極に対しても電位差を測定し、基準となる電極と基準となる電極以外の電極との間のそれぞれの電位差を順次測定する。また、図７Ｅに示す通り、ｚ方向が同じ面であっても隣接しない１－８電極と１－２電極にも電流を印加し、同様に基準となる電極と、基準となる電極以外の電極との間のそれぞれの電位差を順次測定する。さらに、図７Ｆに示す通り、ｚ方向が同じ面でない隣接する１－８電極と２－２電極にも電流を印加し、同様に電位差を測定する。フル３Ｄ法では、電流印加電圧測定パターンの数Ｍは、全部で１８９，２２５通りとなる。
【0028】
以下、本実施形態の診断装置１００では、３Ｄ隣接法を用いて、電位差を測定した例について説明する。
【0029】
（腹部輪郭推定部）
腹部輪郭推定部２は、図２および図８Ａに示した通り、例えば、ストレッチセンサ２２とベンドセンサ(角度検センサ)２４を支持部２５上の４点以上の腹部輪郭計測点２６に配置し、被測定者が支持部２５を着用する前にその腹部輪郭計測点２６の座標（ｘ、ｙ、ｚ）の基準点として求め、被測定者が支持部２５を着用した後の腹部輪郭計測点２６の座標（ｘ、ｙ、ｚ）の変化から、被測定者の腹部輪郭∂Ωを推定する。ストレッチセンサ２２とベンドセンサ２４は、各電極のｚ方向の位置とは同じにすることが好ましいが、ｘとｙ位置については、独自の位置に設けてもよいし、電極２０の座標（ｘ、ｙ、ｚ）近傍に配置してもよい。ストレッチセンサ２２とベンドセンサ２４は、各電極のｚ方向の位置におけるｘとｙの腹部輪郭∂Ωをｚ方向に重ねて、被測定者の３次元的な腹部輪郭∂Ωを推定する。腹部輪郭計測点２６の座標データから被測定者の腹部輪郭∂Ωを得るために、腹部輪郭推定部２は、腹部輪郭計測点２６の間（各座標点間）を補う。また、このようなストレッチセンサ２２とベンドセンサ２４を用いることで被測定者の腹部輪郭∂Ωを正確に推定することはできるが、ストレッチセンサ２２とベンドセンサ２４を片方だけ用いる、または、両方ともに用いなくても、例えばＳ、Ｍ、Ｌなどの平均的なサイズの支持部２５を用いることで、簡易的には被測定者の腹部輪郭∂Ωを推定することもできる。腹部輪郭推定部２は、腹部輪郭計測点２６の位置座標およびＢスプライン曲線などの補間曲線を用いて、被測定者の腹部輪郭∂Ωをより精度よく推定する。ここでは、Ｂスプライン曲線で被測定者の腹部輪郭∂Ωを推定したが、ベジエ曲線、ラメ曲線などを用いてもよい。図８ＢにＢスプライン曲線で推定された被測定者の腹部輪郭∂Ωを示す。図８Ｂに示す通り、例えば、被測定者の腹部輪郭∂Ωを電極がある位置毎に分割し（レイヤー毎に分割）し、各レイヤー毎に、被測定者の腹部輪郭∂Ωｌから∂Ω4を推定する。得られた各レイヤー毎の被測定者の腹部輪郭∂Ωｌから∂Ω4から、そのｘとｙ方向だけではなくｚ方向に対しても、Ｂスプライン曲線などの補間曲線を用いて、被測定者の３次元の腹部輪郭∂Ωをより精度よく推定する。ｑ番目の電極２０の位置は、電極位置からレイヤー層の中心（原点）Ｏまでの長さｒｑと、電極２０の位置および原点Ｏを結んだ線とｘ軸とのなす角度θと、で表される。得られた被測定者の腹部輪郭∂Ωの情報は、ヤコビ行列計算部３に送られる。
腹部輪郭推定部２は、図２および図８Ａに示した通り、例えば、ストレッチセンサ２２とベンドセンサ(角度検センサ)２４を支持部２５上の４点以上の腹部輪郭計測点２６に配置し、被測定者が支持部２５を着用する前にその腹部輪郭計測点２６の座標（ｘ、ｙ、ｚ）の基準点として求め、被測定者が支持部２５を着用した後の腹部輪郭計測点２６の座標（ｘ、ｙ、ｚ）の変化から、被測定者の腹部輪郭∂Ωを推定する。ストレッチセンサ２２とベンドセンサ２４は、各電極のｚ方向の位置とは同じにすることが好ましいが、ｘとｙ位置については、独自の位置に設けてもよいし、電極２０の座標（ｘ、ｙ、ｚ）近傍に配置してもよい。ストレッチセンサ２２とベンドセンサ２４は、各電極のｚ方向の位置におけるｘとｙの腹部輪郭∂Ωをｚ方向に重ねて、被測定者の３次元的な腹部輪郭∂Ωを推定する。腹部輪郭計測点２６の座標データから被測定者の腹部輪郭∂Ωを得るために、腹部輪郭推定部２は、腹部輪郭計測点２６の間（各座標点間）を補う。また、このようなストレッチセンサ２２とベンドセンサ２４を用いることで被測定者の腹部輪郭∂Ωを正確に推定することはできるが、ストレッチセンサ２２とベンドセンサ２４を片方だけ用いる、または、両方ともに用いなくても、例えばＳ、Ｍ、Ｌなどの平均的なサイズの支持部２５を用いることで、簡易的には被測定者の腹部輪郭∂Ωを推定することもできる。腹部輪郭推定部２は、腹部輪郭計測点２６の位置座標およびＢスプライン曲線などの補間曲線を用いて、被測定者の腹部輪郭∂Ωをより精度よく推定する。ここでは、Ｂスプライン曲線で被測定者の腹部輪郭∂Ωを推定したが、ベジエ曲線、ラメ曲線などを用いてもよい。図８ＢにＢスプライン曲線で推定された被測定者の腹部輪郭∂Ωを示す。図８Ｂに示す通り、例えば、被測定者の腹部輪郭∂Ωを電極がある位置毎に分割し（レイヤー毎に分割）し、各レイヤー毎に、被測定者の腹部輪郭∂Ωｌから∂Ω4を推定する。得られた各レイヤー毎の被測定者の腹部輪郭∂Ωｌから∂Ω4から、そのｘとｙ方向だけではなくｚ方向に対しても、Ｂスプライン曲線などの補間曲線を用いて、被測定者の３次元の腹部輪郭∂Ωをより精度よく推定する。ｑ番目の電極２０の位置は、電極位置からレイヤー層の中心（原点）Ｏまでの長さｒｑと、電極２０の位置および原点Ｏを結んだ線とｘ軸とのなす角度θと、で表される。得られた被測定者の腹部輪郭∂Ωの情報は、ヤコビ行列計算部３に送られる。
【0030】
ストレッチセンサ２２は、伸縮性のひずみセンサである。ストレッチセンサ２２は、支持体２５を被測定者が測定した際の腹部輪郭計測点２６付近の伸縮方向の変位を測定する。
【0031】
ベンドセンサ２４は、角変位を測定することができるセンサである。ベンドセンサ２４は、支持体２５を被測定者が測定した際の腹部輪郭計測点２６付近の曲げ方向の変位を測定する。
【0032】
以上の説明では、ストレッチセンサ２２およびベンドセンサ２４を用いて、腹部輪郭∂Ωを推定する例を説明したが、本実施形態の診断装置１００において、腹部輪郭計測点２６の座標があれば、ストレッチセンサ２２およびベンドセンサ２４などのセンサを備えていなくてもよい。センサを用いない場合、例えば、腹部輪郭推定部２の計算に用いられる腹部輪郭計測点２６の座標は、診断装置１００とは別に測定して得たデータを用いてもよい。
【0033】
（ヤコビ行列計算部３）
ヤコビ行列は、空間に分布する電気物性（導電率、誘電率）の基準に対する変化に対して、電流印加したときの測定電位差(または、電圧印加したときの測定電流)がどれだけ変化するかを示した感度行列である。被測定者のヤコビ行列（感度行列）は被験者の電気物性の空間分布や体形などで異なり、被測定者のヤコビ行列が分かれば電気物性分布を算出することができる。ヤコビ行列計算部３は、あらかじめ決められた電極２０の電流印加電圧測定パターン(または電圧印加電流測定パターン)、および、腹部輪郭推定部２で推定した被測定者の腹部輪郭∂Ω（腹部輪郭∂Ωを分割して得たメッシュ座標）と電極２０の座標とを用い、被測定者の腹部内部Ωのヤコビ行列Ｊ＊（＊は被測定者のために推定したこと意味する記号）を計算する。ヤコビ行列計算部３は、（１）あらかじめ撮影した被測定者自身の胃Ｘ線画像やＭＲＩ画像などをベースとして、下記式（９）を用いてヤコビ行列Ｊ＊を計算し、ヤコビ行列Ｊ＊をオーダーメイドで作成してもよいし、（２）年齢、性別、国籍、身長、体重などの一般的な情報に基づく胃の３次元位置情報とあらゆる形Ｇ個の腹部輪郭∂Ωを第一データベースとし、その第一データベースから、第二データベース（既知の腹部輪郭∂ΩのデータセットＩと既知の腹部内部Ωのヤコビ行列のデータセットＪ）を作成し、その第二データベースから、腹部輪郭推定部２で推定した被測定者の腹部輪郭∂Ωに対して、機械学習などを用いて被測定者の最適なヤコビ行列Ｊ＊を選んでもよい。
ヤコビ行列は、空間に分布する電気物性（導電率、誘電率）の基準に対する変化に対して、電流印加したときの測定電位差(または、電圧印加したときの測定電流)がどれだけ変化するかを示した感度行列である。被測定者のヤコビ行列（感度行列）は被験者の電気物性の空間分布や体形などで異なり、被測定者のヤコビ行列が分かれば電気物性分布を算出することができる。ヤコビ行列計算部３は、あらかじめ決められた電極２０の電流印加電圧測定パターン(または電圧印加電流測定パターン)、および、腹部輪郭推定部２で推定した被測定者の腹部輪郭∂Ω（腹部輪郭∂Ωを分割して得たメッシュ座標）と電極２０の座標とを用い、被測定者の腹部内部Ωのヤコビ行列Ｊ＊（＊は被測定者のために推定したこと意味する記号）を計算する。ヤコビ行列計算部３は、（１）あらかじめ撮影した被測定者自身の胃Ｘ線画像やＭＲＩ画像などをベースとして、下記式（９）を用いてヤコビ行列Ｊ＊を計算し、ヤコビ行列Ｊ＊をオーダーメイドで作成してもよいし、（２）年齢、性別、国籍、身長、体重などの一般的な情報に基づく胃の３次元位置情報とあらゆる形Ｇ個の腹部輪郭∂Ωを第一データベースとし、その第一データベースから、第二データベース（既知の腹部輪郭∂ΩのデータセットＩと既知の腹部内部Ωのヤコビ行列のデータセットＪ）を作成し、その第二データベースから、腹部輪郭推定部２で推定した被測定者の腹部輪郭∂Ωに対して、機械学習などを用いて被測定者の最適なヤコビ行列Ｊ＊を選んでもよい。
【0034】
以下、図９に従って（２）の第一データベースと第二データベースについて説明する。はじめに、第一データベースでは、例えば、一般的に公開されている特定の年齢や国籍や性別の健常者の胃の３次元位置情報（例えば一般的に公開されている胃の３Ｄ画像）に対して、太った人ややせた人を想定してあらゆる形（ジオメトリ）Ｇ個の腹部輪郭∂Ωの情報（例えば一般的に公開されている胃の３Ｄ画像を太った人ややせた人を想定して加工した画像）を用意する。
【0035】
第一データベースでは、ｇ番目のジオメトリの腹部輪郭∂Ωｇに対して、Ｑ個の電極２０に応じて、適切な解像度が得られるように、その内部Ωｇを３次元のメッシュに分割する。例えば、電極２０がＱ＝３２個の場合は、既知の腹部輪郭∂Ωｇを含む領域を、ｘ－ｙ平面におよそ１０２４分割、ｚ方向におよそ３２分割の合計およそ３２７６８点に分割してメッシュｎを作成してもよい（１≦ｎ≦Ｎ）。この場合のＮは３２７６８点となる。メッシュ数や形状は、電極２０の個数や必要な解像度に合わせて適宜設定することができる。なお、この作業は第一データベース内で行ってもよいし、次の第二データベース内で行ってもよい。
【0036】
次に、第二データベースにおける、ジオメトリＧ個の腹部輪郭∂Ωの情報に対する既知の腹部輪郭∂ΩのデータセットＩについて説明する。既知の腹部輪郭∂ΩのデータセットＩとは、(Ｑ＋３)×Ｎ（空間メッシュ数）×Ｇ（第１データベースのジオメトリ数）の要素を持った既知の腹部輪郭∂Ωのデータからなる行列である。ここで、Ｑは厳密には腹部輪郭計測点の数であり、電極数と異なる値をとってもよいが、ここでは便宜上、腹部輪郭計測点の数Ｑと電極数Ｑは同じ値とする。腹部輪郭∂ΩのデータセットＩは、腹部輪郭推定部２で推定した被測定者の腹部輪郭∂Ω、その腹部輪郭∂Ωから腹部内部Ωを分割して得たＮ個のメッシュ座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）、および、原点Ｏからの各電極２０までの距離ｒから構成される。Ｑ＋３の３の意味は、ｇ番目ジオメトリｎ番目メッシュにおける座標位置（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）であり、Ｑの意味はｇ番目ジオメトリにおける腹部輪郭計測点Ｑの半径ｒである。
【0037】
データセットＩは、以下の式（１）で表される。Ｉｇは、既知の腹部輪郭∂Ωｇにおける入力変数であり、下記の式（２）で表される。式（２）中のＩｇ
ｎは、既知の腹部輪郭∂Ωｇにおけるメッシュｎの入力変数であり、下記の式（３）で表される。式（３）中のＸｇ
ｎは、既知の腹部輪郭∂Ωｇにおけるメッシュｎのデカルト座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を示し、下記の式（４）で表される。式（３）中のｒｇは、既知の腹部輪郭∂Ωｇに配置される電極２０の原点からの距離で、下記の式（５）で表される。式（５）中のＱは、腹部輪郭計測点の数 (電極数と同じでもよい)を示す。なお、式中のＴは行列要素の転置を示し、右辺Ｒは実数の集合を示し、その上付き文字は行列の要素、または列ベクトルの要素を示し、その下付き文字は行ベクトルの要素を示す。
【0038】
【数1】
【0039】
既知の腹部内部Ωのヤコビ行列のデータセットＪは、例えば、前述した第一データベースとあらゆる形の腹部輪郭∂Ωとから有限要素法を用い、ヤコビ行列Ｊを計算することで、既知のヤコビ行列のデータセットＪを作成してもよい。ヤコビ行列Ｊは、被測定者の腹部輪郭∂Ωによって変わるので、多数の既知の腹部輪郭∂Ωおよびヤコビ行列Ｊを用意することが好ましい。ここでは、既知の腹部輪郭∂Ωを∂Ωｇ（１≦ｇ≦Ｇ）とする。Ｇは、データセット中の既知の腹部輪郭∂Ωの数であり、例えば１００から１００００である。∂Ωｇの種類やＧの数は、適宜修正できる。既知の腹部内部Ωのヤコビ行列のデータセットＪは、Ｍ（電流印加電圧測定パターンの数）×Ｎ（空間メッシュ数）×Ｇ（第１データベースの数）の要素を持った既知の感度行列である。Ｇ個の３次元の形をＸベクトル、複数の既知の試料の腹部輪郭∂Ωから有限要素法などで取得した複数のヤコビ行列Ｊのデータをいう。ヤコビ行列のデータセットＪは、あらかじめ決めた電流印加電圧測定パターン(または、電圧印加電流測定パターン)の感度行列である。
【0040】
腹部輪郭∂Ωのヤコビ行列Ｊは、下記の式（６）で表される。式（６）のＭは、電流印加電圧測定パターンの数を示し、Ｎはメッシュ数を示し、Ｇはジオメトリ数を示す。ジオメトリｇ（１≦ｇ≦Ｇ）のヤコビ行列Ｊｇは、式(７)で示され、ジオメトリｇ（１≦ｇ≦Ｇ）のメッシュｎ（１≦ｎ≦Ｎ）におけるヤコビ行列Ｊｇ
nは、式(８)で示される。ジオメトリｇ（１≦ｇ≦Ｇ）のメッシュｎ（１≦ｎ＜Ｎ）の電流印加電圧測定パターンｍ（１≦ｍ≦Ｍ）およびにおけるヤコビ行列要素Ｊｇ
ｎｍは、下記の式（９）を用い、計算される。ここで、σｎは、電気物性分布の例としてメッシュｎにおける導電率を示すが、他の電気物性分布（導電率差分布Δσ、誘電率分布、誘電率差分布、位相分布、位相差分布）でもよい。Ａｎはｎ番目のメッシュ体積を示すが、計算コストの関係などで簡便に計算したい場合はｘ－ｙ方向のメッシュ面積を用いてｚ方向には近似してもよい。Ｖｍ（ｅ，ｄ）は、電流印加電圧測定パターンｍにおける測定電位差Ｖを示す。ｅは電流印加電圧測定パターンｍにおける電流印加電極ペアを示し、ｄは電流印加電圧測定パターンｍにおける電圧測定電極ペアを意味する。Ｖ（ｉｅ）は、電流印加電極ペアｅへの電流印加により誘発された、電圧測定電極ペアd間の電位差を示す。Ｖ（ｉｄ）は電圧測定電極ペアｄへの電流印加により誘発された、電流印加電極ペアｅ間の電位差である。∇はナブラ記号で微分演算子である。
【0041】
【数2】
【0042】
以下、図９の第二データベースから出力される既知の腹部内部Ωのヤコビ行列のデータセットＪと既知の腹部輪郭∂Ωのデータセットを用いて、腹部輪郭推定部２で推定された被測定者の腹部輪郭∂Ωから、あらかじめ決めた電流印加電圧測定パターンｍ（１≦ｍ≦Ｍ）を基に、被測定者のヤコビ行列Ｊ＊（＊は被測定者のために推定したこと意味する記号）を計算する方法について説明する。ヤコビ行列Ｊ＊を計算する際には、入力変数として、腹部輪郭∂ΩのデータセットＩと腹部内部Ωのヤコビ行列のデータセットＪを用い、例えば最近傍探索手法やニューラルネットワークなどの機械学習を用いて、被測定者のヤコビ行列Ｊ＊を計算する。最近傍探索手法としては、特に限定されないが、Ｋ近傍法、近似最近傍探索、局所性鋭敏型ハッシュ、ｋd木などが挙げられる。ここでは、Ｋ近傍法を例に挙げて説明する。
【0043】
次に、図１０を用いてＫ近傍法による被測定者のヤコビ行列Ｊ*の計算の方法について説明する。ヤコビ行列計算部３は、腹部輪郭推定部２から送られてきた被測定者の腹部輪郭∂Ω*を既知の腹部輪郭∂Ωｇのデータセットと同じメッシュ数Ｎとなるように分割する。その後、あらかじめ決められた電流印加電圧測定パターンｍと、電流電圧印加測定部１から送られてきた電極２０の座標から、メッシュｎから入力変数Ｉ＊を作成する（Ｓ１２）。入力変数Ｉ＊は、被測定者の腹部輪郭∂Ω*における入力変数であり、下記の式（１０）で表される。式（１０）中のＩ＊
ｎは、被測定者の腹部輪郭∂Ωにおけるメッシュｎの入力変数であり、下記の式（１１）で表される。式（１１）中のＸ*ｎは、被測定者の腹部輪郭∂Ωにおけるメッシュｎのデカルト座標（ｘ*ｎ，ｙ*ｎ，ｚ*ｎ）を示し、下記の式（１２）で表される。Ｔは行列要素の転置を示す。式（１１）中のｒ＊は、被測定者の腹部輪郭∂Ωに配置される電極２０（正確には、腹部輪郭計測点）の原点Ｏからの距離で、下記の式（１３）で表される。式（１３）中のＱは、電極２０（正確には、腹部輪郭計測点）の個数を示す。
【0044】
【数3】
【0045】
次に、Ｋ近傍法（Ｋ－ｎｅａｒｅｓｔ ｎｅｉｇｈｂｏｒ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ， Ｋ－ＮＮ）による被測定者のヤコビ行列Ｊ＊の計算の流れを説明する。ヤコビ行列計算部３は、初期値（例えば、ｎ＝１、ｍ＝１）を入力する（Ｓ１３）。次にヤコビ行列計算部３は、まず、被測定者の計測したＩ＊と第二データベースからの出力である既知の腹部輪郭∂ΩのデータセットＩとのユークリッド距離行列Ｃを計算する（Ｓ１４）。ユークリッド距離行列Ｃは、下記の式（１４）で表され、Ｉ＊
ｎｍとユークリッド距離が小さいクラスター数Ｋ個の入力変数Ｉｇ
ｎｍを示す。クラスター数Ｋの数は特に限定されず、例えば５である。ユークリッド距離行列Ｃは、独自に決めるクラスター数Ｋとメッシュ数Ｎの要素Ｋ×Ｎからなる。メッシュｎ（１≦ｎ≦Ｎ）におけるユークリッド距離行列Ｃｎは、下記の式（１５）で示され、Ｉｇ
ｎとＩ＊
ｎのユークリッド距離を示し、被測定者の計測したＩ＊とジオメトリｇ（１≦ｇ≦Ｇ）の既知の腹部輪郭∂ΩのデータセットＩｇが最小になるようにきめる。次に、ユークリッド距離行列Ｃと既知の腹部内部Ωのヤコビ行列のデータセットＪを用いて、ｎを固定した時のｍにおける被測定者のヤコビ行列Ｊ＊
ｎ（要素数はＭ）を計算する（Ｓ１５）。それは、下記の式（１６）で計算され、Ｊｇ
ｎは既知の腹部輪郭∂Ωｇにおけるメッシュｎにおける電流印加電圧測定パターンｍのヤコビ行列を示す。図１０には、例えば、メッシュｎ＝５の位置を例として、Ｉ５
＊についての例が、記されている。
【0046】
Ｊｎｍ
＊の計算が終わったところで、ヤコビ行列計算部３は、ｎの数がメッシュ数Ｎと等しいか判定する（Ｓ１５）。ｎとＮが等しくない場合は、ｎの数を１つ上げ、再度Ｓ１５に戻る（Ｓ１６）。ｎとＮが等しい場合は、次にｍが電流印加電圧測定パターンの数Ｍと等しいか判定する（Ｓ１７）。ｍとＭが等しくない場合は、ｍの数を１つ上げ、再度Ｓ１４に戻る（Ｓ１８）。ｎとｍがそれぞれＮとＭと等しくなれば、ヤコビ行列計算部３は、被測定者のヤコビ行列Ｊ＊の計算を終了し、電気物性分布計算部４に被測定者のヤコビ行列Ｊ＊を送る。通常上記の式（３）を用いて、通常のＰＣでヤコビ行列Ｊを計算すると、５分以上計算に時間がかかってしまう。本実施形態に係る診断装置１００では、既知のデータセットＩと腹部輪郭∂Ωｇのヤコビ行列のデータセットＪを用意し、被測定者の腹部輪郭∂Ωおよび電流印加電圧測定パターンを基に、Ｋ近傍法のような機械学習を用いることで、被測定者のヤコビ行列Ｊ＊を短時間で精度高く計算することができる。
【0047】
【数4】
【0048】
（電気物性分布計算部）
電気物性分布計算部４は、ヤコビ行列計算部３から送られてきた被測定者のヤコビ行列Ｊ＊と、電流電圧印加測定部１で測定された電位差および位相（または電流および位相）とから被測定者の電気物性分布を計算する。ここで、電気物性分布とは、例えば、導電率分布σ、導電率差分布Δσ、誘電率分布、誘電率差分布、位相分布、および、位相差分布などである。以後、導電率と導電率差（時間ｔ０の基準に対する時間ｔの導電率）を区別して記載する場合があり、差を表す記号としてΔを用いる。
以下は導電率差分布Δσに焦点をあてて説明する。既知の被測定者のヤコビ行列Ｊ＊と、測定した既知の電位差ΔＶ（時間ｔ０の基準に対する時間ｔの電位差）から、導電率差分布Δσを求める問題は、不適切逆問題と呼ばれ、例えば、繰り返し計算を使って求めることができる。その繰り返し回数を右数の数字で表す。繰り返し回数０回目の初期の導電率差分布Δσ０は（右上の数字は繰り返し回数）、被測定者のヤコビ行列Ｊ＊を用い下記の式（１７）から計算される。Ｔは転置行列を示す。式（１７）中のΔＶは、下記の式（１８）に示す通り、あらかじめ決められた電流印加電圧測定パターン（または電圧印加電流測定パターン）Ｍ個の要素を持つ列ベクトルである。式（１８）中のΔＶｍの処理の仕方は２つの方法、すなわち、印加電流周波数一定で測定時間差を使う方法と、測定時間一定でいくつかの印加電流周波数差を用いることができる。ここでは測定時間差を使う方法について述べると、電流印加電圧測定パターンｍ（０≦ｍ≦Ｍ）の時間ｔ０のときの測定電位ΔＶｍ（ｔ０）を基準として、時間ｔのときの測定電位ΔＶｍ（ｔ）からの時間差の測定電位差ΔＶを用い、下記の式（１９）で表される。また、この式は、Ｖｍ（ｔ０）で除してもよい。式（１９）中のｍは、電流印加電圧測定パターンである。
被測定者の導電率差分布Δσは、初期の導電率差分布Δσ０を繰り返し回数のスタートとして、下記の式（２０）を用いて計算される。式（２０）中のｉは、繰り返し計算回数を表す。式（２０）中のＲは正則化行列、λは計算を収束させるための、任意のパラメータを示し、例えば、０．０１である。Ｒは例えば、下記の式（２１）で表され、既知の被測定者のヤコビ行列Ｊ＊の関数である。計算された被測定者の導電率差分布Δσは、胃壁輪郭計算部５または相対ｐＨ推定部６に送られる。
電気物性分布計算部４は、ヤコビ行列計算部３から送られてきた被測定者のヤコビ行列Ｊ＊と、電流電圧印加測定部１で測定された電位差および位相（または電流および位相）とから被測定者の電気物性分布を計算する。ここで、電気物性分布とは、例えば、導電率分布σ、導電率差分布Δσ、誘電率分布、誘電率差分布、位相分布、および、位相差分布などである。以後、導電率と導電率差（時間ｔ０の基準に対する時間ｔの導電率）を区別して記載する場合があり、差を表す記号としてΔを用いる。
以下は導電率差分布Δσに焦点をあてて説明する。既知の被測定者のヤコビ行列Ｊ＊と、測定した既知の電位差ΔＶ（時間ｔ０の基準に対する時間ｔの電位差）から、導電率差分布Δσを求める問題は、不適切逆問題と呼ばれ、例えば、繰り返し計算を使って求めることができる。その繰り返し回数を右数の数字で表す。繰り返し回数０回目の初期の導電率差分布Δσ０は（右上の数字は繰り返し回数）、被測定者のヤコビ行列Ｊ＊を用い下記の式（１７）から計算される。Ｔは転置行列を示す。式（１７）中のΔＶは、下記の式（１８）に示す通り、あらかじめ決められた電流印加電圧測定パターン（または電圧印加電流測定パターン）Ｍ個の要素を持つ列ベクトルである。式（１８）中のΔＶｍの処理の仕方は２つの方法、すなわち、印加電流周波数一定で測定時間差を使う方法と、測定時間一定でいくつかの印加電流周波数差を用いることができる。ここでは測定時間差を使う方法について述べると、電流印加電圧測定パターンｍ（０≦ｍ≦Ｍ）の時間ｔ０のときの測定電位ΔＶｍ（ｔ０）を基準として、時間ｔのときの測定電位ΔＶｍ（ｔ）からの時間差の測定電位差ΔＶを用い、下記の式（１９）で表される。また、この式は、Ｖｍ（ｔ０）で除してもよい。式（１９）中のｍは、電流印加電圧測定パターンである。
被測定者の導電率差分布Δσは、初期の導電率差分布Δσ０を繰り返し回数のスタートとして、下記の式（２０）を用いて計算される。式（２０）中のｉは、繰り返し計算回数を表す。式（２０）中のＲは正則化行列、λは計算を収束させるための、任意のパラメータを示し、例えば、０．０１である。Ｒは例えば、下記の式（２１）で表され、既知の被測定者のヤコビ行列Ｊ＊の関数である。計算された被測定者の導電率差分布Δσは、胃壁輪郭計算部５または相対ｐＨ推定部６に送られる。
【0049】
【数5】
【0050】
（胃壁輪郭計算部）
胃壁輪郭計算部５は、電気物性分布計算部４から得られた被測定者の電気物性分布（導電率分布σ、導電率差分布Δσ、誘電率分布、誘電率差分布、位相分布、位相差分布）を被測定者の胃内部Γ、胃壁輪郭∂Γ、胃外部の構成成分に対応するクラスタに分類することで、被測定者の胃壁輪郭∂Γ情報を得る。さらに、その被測定者の胃内部Γの電気物性分布情報も得る。胃壁輪郭計算部５は、得られた胃壁輪郭∂Γ情報と胃内部Γの電気物性分布情報とを相対ｐＨ推定部６および出力部７に送る。胃壁は、その周囲の肝臓、脾臓などの他の組織と比較して、電気物性分布の中でも特に導電率差が高く大きな差があり、導電率差分布Δσをクラスタリングすることにより、胃壁輪郭∂Γを他の臓器と区別して抽出することができる。その胃内部についても、胃酸の分泌により導電率差が高く、したがって、胃壁輪郭∂Γを得ることで、その胃内部Γの導電率差分布Δσを精度高く得ることができる。さらに、導電率差だけでなく、誘電率についても、胃壁は肝臓、脾臓などの他の組織と比較して小さく、結果として、位相にも大きな違いがあり、導電率差だけではく、誘電率や位相などの電気物性を用いてもよい。被測定者の電気物性分布を被測定者の構成成分(胃外部、胃壁輪郭∂Γ、胃内部Γ)に対応するクラスタに分類する方法は、特に限定されないが、例えば、ファジークラスタリング、ｋ平均法、ＥＭアルゴリズム、ＩＳＯＤＡＴＡ法、最長距離法などが挙げられる。ここでは、ファジークラスタリングを２回繰り返す２ステップファジークラスタリングの例を説明する。
胃壁輪郭計算部５は、電気物性分布計算部４から得られた被測定者の電気物性分布（導電率分布σ、導電率差分布Δσ、誘電率分布、誘電率差分布、位相分布、位相差分布）を被測定者の胃内部Γ、胃壁輪郭∂Γ、胃外部の構成成分に対応するクラスタに分類することで、被測定者の胃壁輪郭∂Γ情報を得る。さらに、その被測定者の胃内部Γの電気物性分布情報も得る。胃壁輪郭計算部５は、得られた胃壁輪郭∂Γ情報と胃内部Γの電気物性分布情報とを相対ｐＨ推定部６および出力部７に送る。胃壁は、その周囲の肝臓、脾臓などの他の組織と比較して、電気物性分布の中でも特に導電率差が高く大きな差があり、導電率差分布Δσをクラスタリングすることにより、胃壁輪郭∂Γを他の臓器と区別して抽出することができる。その胃内部についても、胃酸の分泌により導電率差が高く、したがって、胃壁輪郭∂Γを得ることで、その胃内部Γの導電率差分布Δσを精度高く得ることができる。さらに、導電率差だけでなく、誘電率についても、胃壁は肝臓、脾臓などの他の組織と比較して小さく、結果として、位相にも大きな違いがあり、導電率差だけではく、誘電率や位相などの電気物性を用いてもよい。被測定者の電気物性分布を被測定者の構成成分(胃外部、胃壁輪郭∂Γ、胃内部Γ)に対応するクラスタに分類する方法は、特に限定されないが、例えば、ファジークラスタリング、ｋ平均法、ＥＭアルゴリズム、ＩＳＯＤＡＴＡ法、最長距離法などが挙げられる。ここでは、ファジークラスタリングを２回繰り返す２ステップファジークラスタリングの例を説明する。
【0051】
図１１は、２ステップファジークラスタリング（２Ｓｔｅｐ Ｆｕｚｚｙ ｃ－Ｍｅａｎｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を用いて、被測定者の電気物性分布（導電率分布σ、導電率差分布Δσ、誘電率分布、誘電率差分布、位相分布、および、位相差分布など）から被測定者の構成成分に対応するクラスタに分類するフローチャートである。以下、電気物性分布として導電率分布σの例をとり、図１１を用いて被測定者の構成成分に対応するクラスタに分類する流れを説明する。電気物性分布計算部４から送られてきた導電率分布σに対し、３種のクラスタＫ＝３とし、胃内部Γのｋ＝１σ０、胃壁輪郭∂Γのｋ＝２σ０、胃外部のｋ＝３σ０に分け、クラスタの初期化を行う（Ｓ２１）。このとき繰り返し回数ｊは０とする。次に、ｋ番目にクラスタされているメッシュｎの導電率ｋσｎの座標ｋｒｎ＝（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）からクラスタ重心位置ｋｒｃ
ｊを下記の式（２２）を用いて計算する（Ｓ２２）。次にファジー重みづけｋμｊｎを式（２３）を用いて計算する（Ｓ２３）。次に、得られたファジー重心ｋｆｃ
ｊを式（２４）を用いて計算する（Ｓ２４）。クラスタ再設定を式（２５）を用いて行う。各クラスタ重心位置ｋｒｃ
ｊとファジー重心位置ｋｆｃ
ｊを計算した後、メッシュｎにおける導電率σｎは、下記の式（２３）で計算されるメッシュｎの座標ｒｎとファジー重心位置ｋｆｃ
ｊとの差のユークリッド距離が最小であった重心位置ｋｒｃにフィジー重みとの積として、導電率ｋσｎがクラスタｋに割り当てられる（Ｓ２５）。各クラスタ再配置後、最新ｊ回目の各ファジー重心位置ファジー重心ｋｆｃ
ｊとその１回前（ｊ－１）回目の計算における各ファジー重心位置ファジー重心ｋｆｃ
ｊ－１の重心位置とが一致していない場合、Ｓ２２に戻る（Ｓ２６）。最新の各ファジー重心位置とその一回前の計算における各ファジー重心位置が一致していれば、ステップ２に移動する。ステップ２ではステップ１と同様であるが、クラスタ数Ｋは２、すなわち、ｋ＝１（胃内部）、ｋ＝２（胃壁）のみで計算を行い、再度各クラスタ毎に、クラスタ重心位置ｋｒｃとファジー重心位置ｋｆｃ
ｊを計算する。ステップ２では、ステップ１と同様に、クラスタ初期化（Ｓ２１ａ）、クラスタ重心位置の計算（Ｓ２２ａ）、ファジー重みづけの計算（Ｓ２３ａ）、ファジー重心位置の計算（Ｓ２４ａ）、クラスタ再設定（Ｓ２５ａ）、および判定（Ｓ２６ａ）を行う。再度同様の処理を行うことで、被測定者の構成成分にクラスタリングされた電気物性分布が得られる。ファジークラスタリングのような被測定者の導電率分布σを構成成分に対応するクラスタに分類することで、導電率の閾値で分けるよりも高精度に胃壁輪郭∂Γを明確にすることができる。また、胃壁輪郭計算部５は、短時間に胃壁輪郭∂Γを算出することができるので、リアルタイムに胃の形状変化を得ることができ、さらに、胃壁輪郭∂Γと胃内部Γのボクセル数を計算することで胃の大きさの時間変化を求めることができる。胃壁輪郭∂Γの形状変化をリアルタイムに得ることで、胃の診断に重要な、胃全体の運動、胃上部の運動、および、胃下部の運動を把握することができる。
【0052】
【数6】
【0053】
胃壁輪郭計算部５は、被測定者の胃壁輪郭∂Γと胃内部Γとの境界線、および、胃壁輪郭∂Γと胃外部との境界線を強調するために、従来の方法を用いてもよく、境界線の強調方法は、特に限定されず、例えば、Ｃａｎｎｙ法、ソーベル法・ガウスのラプラシアン法などが挙げられる。
【0054】
（相対ｐＨ推定部）
図１２は相対ｐＨ推定部６で相対ｐＨを求めるためのアルゴリズムの一例であり、以下、電気物性分布として導電率分布σの例をとり、このアルゴリズムに従って説明する。相対ｐＨ推定部６は、電気物性分布計算部４から送られた被測定者の電気物性分布（ここでは、導電率分布σ）、および、胃壁輪郭計算部５から送られた被測定者の胃壁輪郭∂Γ情報に基づいて、胃内部Γの相対ｐＨの分布を推定する。推定された相対ｐＨ分布は出力部７に送られる。相対ｐＨ推定部６は、被測定者の電気物性分布から被測定者の胃内部の相対ｐＨ分布を推定してもよい。ここで、相対ｐＨとは、厳密なｐＨを示すものではなく、次に示す基準に対する相対的なｐＨを示し、記号ではｐＨ＊と＊を付けて表記する。胃内部Γに飲料や食事などが入ると、胃壁輪郭∂Γから胃酸（主に塩酸ＨＣｌ）が分泌され、胃内部ΓのｐＨが変化する。胃内部Γの厳密な相対ｐＨはｐＨ＝－ｌｏｇ［Ｈ＋］で示され、［Ｈ＋］、すなわち、１リットル当たりの溶液中のＨ＋イオンの濃度ｍｏｌで示される。ます初めに、食事前（飲料中）の相対ｐＨの推定は例えば、コールラウシュの平方根則（オンサガーの導電率式）をベースとした下記の式（２６）に基づいて計算される。下記の式（２６）において、σは電気物性分布計算部４で計算された導電率を示し、ｃはこの式から求めたい胃酸濃度である。Λ∞は、既知の胃酸の極限モル導電率を示し、胃酸を塩酸ＨＣｌと仮定すると、コールラウシュのイオン独立移動の法則により、２７３．５×１０４ Ｓｍ２ｍｏｌ－１となる。また、αとβは、胃内部Γの溶媒の温度、比誘電率、粘性係数から求まる定数であり、溶媒を水と仮定し、胃内部Γの温度を３６．５℃（＝３０９．５Ｋ）、誘電率８０．４、粘性係数η＝０．８９０３×１０－２Ｐボアズ（１Ｐ＝ １０－１Ｐａｓ）を仮定すると、図１２に示した通り、Λ∞、α、βなどの各定数が得られ、式（２６）により、ｃを求めることができる。ここで注意する点は３つあり、１）ｃはＨ＋の濃度ではなく胃酸（電解質濃度）であり、正確な［Ｈ＋］を求めるために、ＨＣｌの電離定数などを考慮してもよいが、胃酸は強胃酸なので簡単のため、電離定数などは考慮しなくてもよく、ｃを［Ｈ＋］とみなしてもよい。また、２）電気物性分布計算部４で計算された導電率σ０は単位のある絶対値ではなく、相対値であるので、式（２６）で求めたｃも相対値とみなしてもよい。さらに、３）ｃは単位体積当たりの電解質濃度であるので、水などの飲んだ溶媒の体積Ｖが既知であるとより正確な比較が可能である。式（２６）で求めたｃは、飲んだ水が既知の場合はその水体積Ｖｗ、空腹時の胃体積Ｖ０、時間ｔの胃体積Ｖｔで除して単位体積当たりの値でもよいし、相対値を前提としているので、Ｖｗ、Ｖ０、Ｖｔなどで除さなくてもよい。以下、シミュレーションに従って、液体を飲んだ場合および固形物を食べた場合について説明する。
図１２は相対ｐＨ推定部６で相対ｐＨを求めるためのアルゴリズムの一例であり、以下、電気物性分布として導電率分布σの例をとり、このアルゴリズムに従って説明する。相対ｐＨ推定部６は、電気物性分布計算部４から送られた被測定者の電気物性分布（ここでは、導電率分布σ）、および、胃壁輪郭計算部５から送られた被測定者の胃壁輪郭∂Γ情報に基づいて、胃内部Γの相対ｐＨの分布を推定する。推定された相対ｐＨ分布は出力部７に送られる。相対ｐＨ推定部６は、被測定者の電気物性分布から被測定者の胃内部の相対ｐＨ分布を推定してもよい。ここで、相対ｐＨとは、厳密なｐＨを示すものではなく、次に示す基準に対する相対的なｐＨを示し、記号ではｐＨ＊と＊を付けて表記する。胃内部Γに飲料や食事などが入ると、胃壁輪郭∂Γから胃酸（主に塩酸ＨＣｌ）が分泌され、胃内部ΓのｐＨが変化する。胃内部Γの厳密な相対ｐＨはｐＨ＝－ｌｏｇ［Ｈ＋］で示され、［Ｈ＋］、すなわち、１リットル当たりの溶液中のＨ＋イオンの濃度ｍｏｌで示される。ます初めに、食事前（飲料中）の相対ｐＨの推定は例えば、コールラウシュの平方根則（オンサガーの導電率式）をベースとした下記の式（２６）に基づいて計算される。下記の式（２６）において、σは電気物性分布計算部４で計算された導電率を示し、ｃはこの式から求めたい胃酸濃度である。Λ∞は、既知の胃酸の極限モル導電率を示し、胃酸を塩酸ＨＣｌと仮定すると、コールラウシュのイオン独立移動の法則により、２７３．５×１０４ Ｓｍ２ｍｏｌ－１となる。また、αとβは、胃内部Γの溶媒の温度、比誘電率、粘性係数から求まる定数であり、溶媒を水と仮定し、胃内部Γの温度を３６．５℃（＝３０９．５Ｋ）、誘電率８０．４、粘性係数η＝０．８９０３×１０－２Ｐボアズ（１Ｐ＝ １０－１Ｐａｓ）を仮定すると、図１２に示した通り、Λ∞、α、βなどの各定数が得られ、式（２６）により、ｃを求めることができる。ここで注意する点は３つあり、１）ｃはＨ＋の濃度ではなく胃酸（電解質濃度）であり、正確な［Ｈ＋］を求めるために、ＨＣｌの電離定数などを考慮してもよいが、胃酸は強胃酸なので簡単のため、電離定数などは考慮しなくてもよく、ｃを［Ｈ＋］とみなしてもよい。また、２）電気物性分布計算部４で計算された導電率σ０は単位のある絶対値ではなく、相対値であるので、式（２６）で求めたｃも相対値とみなしてもよい。さらに、３）ｃは単位体積当たりの電解質濃度であるので、水などの飲んだ溶媒の体積Ｖが既知であるとより正確な比較が可能である。式（２６）で求めたｃは、飲んだ水が既知の場合はその水体積Ｖｗ、空腹時の胃体積Ｖ０、時間ｔの胃体積Ｖｔで除して単位体積当たりの値でもよいし、相対値を前提としているので、Ｖｗ、Ｖ０、Ｖｔなどで除さなくてもよい。以下、シミュレーションに従って、液体を飲んだ場合および固形物を食べた場合について説明する。
【0055】
【数7】
【0056】
まず、表１、図１３、図１４Ａ、および図１４Ｂに示したシミュレーション条件、すなわち、図１３に示した腹部と胃のジオメトリに表１で示した条件で、図１４Ａ食事前（飲料中）（ＢＭ）条件、および、図１４Ｂ食事中（ＤＭ）条件において、電磁気シミュレーションを行った。ますはじめに、液体を飲んだ場合について、説明する。一般的に、健常者の胃は、２００ｍＬ程度の液体は胃に入ると胃道（胃体管）を通り数分から数１０分程度で十二指腸に排出され、空腹時の胃体積Ｖ０の膨張や胃の蠕動運動は小さいと言われている。これらの液体が胃に入った場合は、空腹時の胃体積Ｖ０の変化はほぼないと仮定できる。粘性が高い液体の場合は、粘性摩擦力が大きくなり胃の蠕動運動によって排出され、胃内部Γの体積変化があるので、後述する固形物の場合で説明する。飲料を飲んだ際の胃の相対ｐＨの推定は、以下の方法で行うことができる。飲料を飲んだ後の相対ｐＨは、例えば、下記の式（２７）から計算される。下記の式（２７）において、σＢＭ
０は、液体を飲む前に計算された空腹時の導電率を示し、σＢＭ
ｔは、液体を飲んだ後の時間ｔの導電率を示し、Λ∞は極限モル導電率差を示し、αとβは定数であり、ｃＢＭ
０Ｈ＋は液体の飲む前の空腹時の胃酸濃度を示し、ｃＢＭ
ｔＨ＋は、液体を飲んだ後の時間ｔの胃酸濃度ｃＢＭ
ｔＨ＋を示す。ｃＢＭ
０Ｈ＋とｃＢＭ
ｔＨ＋との和は、下記の式（２８）で表される。式（２８）において、ｍ０は胃酸（Ｈ＋）の質量を示し、Δｍは液体を飲んだ後の胃酸の質量の変化分を示す。Ｖ０は液体を飲む前の空腹時の胃体積である。ｃＢＭ
０Ｈ＋は、液体を飲む状態で測定して得られた結果から求めた導電率分布σから、式（２６）を用いて計算することができ、Ｖ０も液体を飲む前の測定で得られた結果から求められた胃壁輪郭∂Γによって求めることができる。［Ｈ＋］は、下記の式（２９）で表される。式（２６）および式（２９）から相対ｐＨを求めることができる。このように、液体を飲んだ後に得られた導電率分布σから式（２９）を用いて相対ｐＨを計算することできる。これによって、図１５に示す通り、食事前（飲料中ＢＭ）の導電率分布σ及び相対ｐＨの分布が得られる。
【0057】
【数8】
【0058】
【表1】
【0059】
次に、固形物を食べた場合について、説明する。固形物を食べた場合、または、粘性の高い液体を飲んだ場合は、胃に入ったものは、胃の蠕動運動によって排出される。一般的に、健常者の胃は、液体の場合よりも長い時間をかけて、固形物を十二指腸に排出され、空腹時の胃体積Ｖ０からの膨張や胃の蠕動運動は大きく、一方、機能性ディスペプシアなどの胃に疾患がある患者は、空腹時の胃体積Ｖ０からの膨張や胃の蠕動運動は小さいと言われている。そのため、時間ｔにおける胃内部Γの体積ＶｔとＶ０とを比べることで、胃の状態を調べることができる。固形物を食べた場合、または、粘性の高い液体を飲んだ場合の胃の相対ｐＨの推定は、以下の方法で行うことができる。固形物を食べた後、または、粘性の高い液体を飲んだ後の相対ｐＨは、例えば、下記の式（３０）から計算される。下記の式（３０）において、σＤＭ
０は、固形物を食べる前に計算された導電率分布σを示し、σＤＭ
ｔは、固形物を食べている間の時間ｔのときに計算された導電率分布を示し、Λ∞は、極限モル導電率差を示し、αとβは定数であり、ｃＤＭ
０Ｈ＋は固形物を食べる前の胃酸濃度を示し、ｃＤＭ
ｔＨ＋は、固形物を食べている間の時間ｔにおける胃酸濃度を示す。ｃＤＭ
０Ｈ＋とｃＤＭｔ
Ｈ＋との和は、下記の式（３１）で表される。式（３１）において、ｍＤＭ
０Ｈ＋は固形物を食べる前の胃酸（Ｈ＋）の質量を示し、ΔｍＤＭ
ｔＨ＋は固形物を食べている間の胃酸の質量の変化分を示し、ＶＤＭ
０Ｈ＋は固形物を食べる前の胃体積を示し、ＶＤＭ
ｔＨ＋は固形物を食べている間の胃体積変化分を示す。ｃＤＭ
０Ｈ＋は固形物を食べる前の測定で推定された導電率分布σから式（２６）を用いて計算することができる。ＶＤＭ
０Ｈ＋は、固形物を食べる前の測定から推定された胃壁輪郭∂Γから求めることができ、ＶＤＭ
ｔＨ＋は、固形物を食べている間の測定から推定された胃壁輪郭∂Γから求めることができる。［Ｈ＋］は、下記の式（３２）で表される。式（２６）および式（３２）から相対ｐＨを求めることができる。これによって、図１６に示す通り食事中（ＤＭ）の導電率分布σ及び相対ｐＨの分布が得られる。
本実施形態に係る診断装置１００は、電流電位差の測定から画像表示までが短時間（０．１秒～１秒程度）であり、かつ、演算も短時間にできるので、食事中の胃の形状変化および相対ｐＨの変化をリアルタイムに測定することができる。
本実施形態に係る診断装置１００は、電流電位差の測定から画像表示までが短時間（０．１秒～１秒程度）であり、かつ、演算も短時間にできるので、食事中の胃の形状変化および相対ｐＨの変化をリアルタイムに測定することができる。
【0060】
【数9】
【0061】
（出力部）
出力部７は、胃壁輪郭計算部５から送られた胃壁輪郭∂Γと胃壁輪郭∂Γ内における、導電率分布σ、導電率差分布Δσ、誘電率分布、誘電率差分布、位相分布、位相差分布、さらには、相対ｐＨ推定部６から送られてきた相対ｐＨ分布を出力する。なお、出力部７は、胃壁輪郭計算部５の前の電気物性分布計算部４から送られた導電率分布σ、導電率差分布Δσ、誘電率分布、誘電率差分布、位相分布、位相差分布を出力してもよい。これらの電気物性分布と相対ｐＨ分布は、３Ｄ（三次元）空間と時間の４Ｄ（四次元）画像、時間を固定した３Ｄ画像、その３Ｄ画像を空間的に平均化した２Ｄ画像や１Ｄ（一次元）値、および、時間的に平均化した時間平均値などに換算して、それらの出力を表示してもよい。以降、空間平均の記号として< >を用いる場合がある。
出力部７は、胃壁輪郭計算部５から送られた胃壁輪郭∂Γと胃壁輪郭∂Γ内における、導電率分布σ、導電率差分布Δσ、誘電率分布、誘電率差分布、位相分布、位相差分布、さらには、相対ｐＨ推定部６から送られてきた相対ｐＨ分布を出力する。なお、出力部７は、胃壁輪郭計算部５の前の電気物性分布計算部４から送られた導電率分布σ、導電率差分布Δσ、誘電率分布、誘電率差分布、位相分布、位相差分布を出力してもよい。これらの電気物性分布と相対ｐＨ分布は、３Ｄ（三次元）空間と時間の４Ｄ（四次元）画像、時間を固定した３Ｄ画像、その３Ｄ画像を空間的に平均化した２Ｄ画像や１Ｄ（一次元）値、および、時間的に平均化した時間平均値などに換算して、それらの出力を表示してもよい。以降、空間平均の記号として< >を用いる場合がある。
【0062】
胃の運動機能には適応性弛緩（胃上部の運動機能で胃に食べ物を入れる機能）と胃排出能（胃下部から十二指腸に消化物を排出する機能）との２種類があり、胃疾患の症状には、胃上部の運動機能低下による適応性弛緩異常を原因とする「早期飽満感」と、胃下部の運動機能低下による胃排出能異常を原因とする「胃もたれ」がある。したがって、出力部７では、胃全体の体積Ｖ０の時間変化を表示してもよいし、その胃体積全体ではなくて、胃上部（胃底部）、胃中部（胃体部）、胃下部（幽門部）を区別して、表示してもよい。さらに、胃疾患の病態のひとつとして、例えば、胃の知覚過敏による胃痛（心窩部痛、心窩部灼熱感）があり、胃中部（胃体部）からの胃酸の分泌が重要となる場合もある。したがって、相対Ｐｈについても、胃全体の相対ｐＨを表記してもよいし、胃上部（胃底部）、胃中部（胃体部）、胃下部（幽門部）を区別して、表示してもよい。
【0063】
被測定者の構成成分にクラスタリングされた電気物性分布の出力先は特に限定されない。出力先は、液晶ディスプレイのような表示部であってもよいし、ＨＤＤのような記憶装置であってもよい。
【0064】
以上、本実施形態に係る診断装置１００を詳説した。なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。上記の実施例では、胃壁輪郭計算部５の計算の後に、相対ｐＨ推定部６で相対ｐＨを計算していたが、先に相対ｐＨ推定部６で相対ｐＨを計算した後、胃壁輪郭計算部５を計算してもよい。
【0065】
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【実施例】
【0066】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0067】
（実施例１）
次に、本実施形態に係る診断装置１００の有効性を検証するために実験した例について説明する。なお、本実験は千葉大学大学院工学研究院生命倫理審査委員会の承認のうえ実施した。被測定者は三人（２２歳男性（被測定者１）、３０歳男性（被測定者２）、３２歳男性（被測定者３））で、そのうち二人（２２歳と３０歳男性）は健常者であるが、一人の３２歳男性は軽度の機能性ディスペプシアを患っており、胃の調子が悪く朝食があまり食べられない症状を持つ。被測定者は、図１７に示した８（ｘ，ｙ方向）×４（ｚ方向）＝３２個の電極２０を備えたスーツ状の支持体２５を装着した。あらかじめ決めた電流印加電圧測定パターンは、前記図７Ａ～Ｃに示した３Ｄ隣接法とした。電流電圧印加測定部１の電極間の印加周波数は１４５０Ｈｚで、印加電流は１ｍＡとし、各電極間に電流を印加し電位差を測定した。腹部輪郭推定部２では、被測定者三人ともに同様の体系をしているため、代表して一人の腹部に対して、ベンドセンサ（角度検出センサ）とストレッチセンサにて輪郭測定位置の座標を計測し、レイヤー１からレイヤー４までの形状である腹部輪郭∂Ωｌから∂Ω４を求め、Ｂスプライン曲線を用いて、被測定者の３次元の腹部輪郭∂Ωを推定した。ヤコビ行列計算部３では、前記図１０に基づいて被験者の体系に合わせたヤコビ行列Ｊ＊を求めた。電気物性分布計算部４では、誘電率分布と位相分布は用いずに、導電率差分布のみを画像化した。本実施例の診断装置の胃壁輪郭計算部５では、２ステップファジークラスタリングを用いた。以上の実験条件において実験を開始した。
次に、本実施形態に係る診断装置１００の有効性を検証するために実験した例について説明する。なお、本実験は千葉大学大学院工学研究院生命倫理審査委員会の承認のうえ実施した。被測定者は三人（２２歳男性（被測定者１）、３０歳男性（被測定者２）、３２歳男性（被測定者３））で、そのうち二人（２２歳と３０歳男性）は健常者であるが、一人の３２歳男性は軽度の機能性ディスペプシアを患っており、胃の調子が悪く朝食があまり食べられない症状を持つ。被測定者は、図１７に示した８（ｘ，ｙ方向）×４（ｚ方向）＝３２個の電極２０を備えたスーツ状の支持体２５を装着した。あらかじめ決めた電流印加電圧測定パターンは、前記図７Ａ～Ｃに示した３Ｄ隣接法とした。電流電圧印加測定部１の電極間の印加周波数は１４５０Ｈｚで、印加電流は１ｍＡとし、各電極間に電流を印加し電位差を測定した。腹部輪郭推定部２では、被測定者三人ともに同様の体系をしているため、代表して一人の腹部に対して、ベンドセンサ（角度検出センサ）とストレッチセンサにて輪郭測定位置の座標を計測し、レイヤー１からレイヤー４までの形状である腹部輪郭∂Ωｌから∂Ω４を求め、Ｂスプライン曲線を用いて、被測定者の３次元の腹部輪郭∂Ωを推定した。ヤコビ行列計算部３では、前記図１０に基づいて被験者の体系に合わせたヤコビ行列Ｊ＊を求めた。電気物性分布計算部４では、誘電率分布と位相分布は用いずに、導電率差分布のみを画像化した。本実施例の診断装置の胃壁輪郭計算部５では、２ステップファジークラスタリングを用いた。以上の実験条件において実験を開始した。
【0068】
以下、図１８を用い計測時間と飲食行為との関係について説明する。計測時間は３分毎であり、各時間はｔ０～ｔ４０の記号で示してある。被測定者は実験開始前から６時間以上飲食をせず、その空腹状態を初期状態として、実験開始前の３０分間からは、座位の姿勢で安静状態とし生理条件を整えた。実験開始後、３０分間おきに水を２００ｍＬずつ、３回に分けて合計６００ｍＬの水を飲み、９０分後には、いなりずし３つを食べた。このいなりずし３つは質量３００ｇで、胃内を想定しシェーカーにて液状にしたところ、およそ１００ｍＬの粘性液体に相当した。計測は合計１２０分間で３分ごとに４１回（実験開始時０分のときも含めて計測）行い、実験開始時ｔ０の空腹状態の計測電位差Ｖ０を基準とした。１回目の水２００ｍＬを、実験開始時（ｔ０）の計測直後に、３０秒程度の時間で速やかに飲料した。その後、２回目の水２００ｍＬを、３０分後（ｔ１０）の計測直後に、３０秒程度の時間で速やかに飲料した。その後、３回目の水２００ｍＬを、６０分後（ｔ２０）の計測直後に、３０秒程度の時間で速やかに飲料した。その後、いなりずし３つ３００ｇを、９０分後（ｔ３０）の計測直後に、４分程度の時間で速やかに食べ終え、計測を続けた。
【0069】
図１９は、電気物性分布計算部４が出力した被測定者三人(ふたりは健常者で一人は軽度ディスペプシア患者)の３Ｄの導電率差分布Δσの出力画像であり、２ステップファジークラスタリングの処理をする前の画像で、実験開始３分後ｔ１（水を２００ｍＬ飲んだ直後）、実験開始３３分後ｔ１１（２回目の水を２００ｍＬ飲んだ直後）、実験開始６３分後ｔ２１、（３回目の水を２００ｍＬ飲んだ直後）、実験開始９３分後ｔ３１（食事中）である。図１９の実験開始後ｔ１の図で、点線で囲った部分は、胃の３Ｄ位置を示すところである。図１９の上に記載された図は、電極配置パターンを示す。
【0070】
図２０は、相対ｐＨ推定部６が出力した相対ｐｈ［－］を示す。ここでは、相対ｐＨ推定部６は胃壁輪郭計算部５の出力前で実行し、相対ｐＨ推定部６の結果を胃壁輪郭計算部５の入力とした。図２０は、実験開始３分後ｔ１（水を２００ｍＬ飲んだ直後）、実験開始３３分後ｔ１１（２回目の水を２００ｍＬ飲んだ直後）、実験開始６３分後ｔ２１、（３回目の水を２００ｍＬ飲んだ直後）、および実験開始９３分後ｔ３１（食事中）における被測定者１～３の相対ｐＨ分布を示す図である。図２０の実験開始３分後の図の点線で囲った部分は、胃の３Ｄ位置を示すところである。図２０の上の図は、電極配置パターンを示す。
【0071】
図２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは、相対ｐＨ推定部６でのオンサガー導電率式による空間平均導電率差＜Δσ＞と空間平均相対ｐＨ＜ｐＨ＊＞の対応グラフであり、各時間における４０点の空間平均導電率差（実験開始時ｔ０のときの導電率差を基準とし、時間ｔのときの空間平均導電率差＜Δσ＞）から、空間平均相対ｐＨ＜ｐＨ＊＞を求めた結果である。図２１Ａが被測定者１（健常者）の結果であり、図２１Ｂが被測定者２（健常者）の結果であり、図２１Ｃが被測定者３（軽度機能性ディスペプシア患者）の結果を示す。
【0072】
図２２Ａおよび２２Ｂは、図１９の電気物性分布計算部４が出力した被測定者の一人（被測定者１：健常者）の導電率差Δσの３Ｄ画像をベースとして、胃壁輪郭計算部５が出力した（ａ）第１ステップのファジークラスタリング（図２２Ａ）と（ｂ）第２ステップファジークラスタリングとの２ステップファジークラスタリング（図２２Ｂ）を用いた後の胃内部Γ（ｋ＝１）と胃壁輪郭∂Γ（ｋ＝２）の空間位置を示した３Ｄ画像である。図２２Ａの第１ステップで、３種のクラスタ（胃内部Γのｋ＝１Δσ、胃壁輪郭∂Γのｋ＝２Δσ、胃外部のｋ＝３Δσ）に分け、さらに、図２２Ｂの第２ステップで、２種のクラスタ（胃内部Γのｋ＝１Δσと胃壁輪郭∂Γのｋ＝２Δσ）に分け、胃壁輪郭∂Γと胃内部Γを抽出したもので、実験開始から３分後ｔ１（水を２００ｍＬ飲んだ直後）と、９３分後ｔ３１（食事をした直後）を代表的に示したものである。
【0073】
図２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃは、被測定者三人に対して、本実施例の診断装置の出力である２種のクラスタ（胃内部Γのｋ＝１Δσと胃壁輪郭∂Γのｋ＝２Δσ）内に位置する各ボクセルにおける空間平均導電率差＜Δσ＞を左縦軸に示している。さらに、本実施例の診断装置の出力である相対ｐＨの時間変化（右縦軸に相対ｐＨ＜ｐＨ＊＞と表記）を示している。横軸は、時間（ｔ１～ｔ４０）を示す。図２３Ａは、被測定者１（健常者）の結果である。図２３Ｂは、被測定者２（健常者）の結果である。図２３Ｃは、被測定者３（軽度機能性ディスペプシア患者）の結果である。次にその＜Δσ＞の時間変化について、各時間のｔ１～ｔ４０について、説明する。この図２３Ａ、２３Ｂの被測定者（健常者）の示す通り、水２００ｍＬを飲料した直後、すなわち、ｔ１、ｔ１１、ｔ２１の空間平均導電率差＜Δσ＞は、水により胃酸が薄まり導電率差が急激に減少し、その後の計測時間では胃酸が分泌され＜Δσ＞の減少が緩やかまたは増加し、その後胃酸の分泌が止まり、液体が胃から排出されるため、＜Δσ＞が減少する傾向を示す。いなりずしを食事をした直後のｔ３１でも、＜Δσ＞に同様の傾向があるが、食事は固形物で消化に時間がかかり胃から排出される時間も長く、胃酸の分泌も長い時間続くため、＜Δσ＞の減少傾向は、水の場合と比べてそれほど顕著ではないことがわかる。しかしながら、図２３Ｃの被測定者３（軽度機能性ディスペプシア患者）では、大きく異なる傾向を示す。例えば、いなりずしを食事をした直後のｔ３１では、＜Δσ＞はほとんど変化しない。
【0074】
次に、この相対ｐＨについて説明する。この図２３Ａ、２３Ｂの被測定者（健常者）の示す通り、水２００ｍＬを飲料した直後、すなわち、ｔ１、ｔ１１、ｔ２１の相対ｐＨの空間平均値相対ｐＨは、胃酸が分泌されるために、急激に上昇し、その後、胃酸が希釈されるため相対ｐＨ＜ｐＨ＊＞のなだらかな上昇があり、その後の計測時間では胃酸が分泌され相対ｐＨが増加の傾向を示した。いなりずしを食事した直後のｔ３１でも、＜ｐＨ＊＞は増加の傾向があることがわかる。しかしながら、図２３（ｃ）の被測定者（軽度機能性ディスペプシア患者）では、大きく異なる傾向を示す。例えば、いなりずしを食事をした直後のｔ３１では、＜ｐＨ＊＞はほとんど変化しない。以上より、本実施形態に係る診断装置によって、食前食後の胃内部Γの相対ｐＨの可視化が可能であることが確認された。
【0075】
ちなみに、図２4Ａ、２４Ｂは、従来技術の侵襲性の高い胃用相対ｐＨ測定装置（直接鼻腔からセンサを直接胃内部Γに挿入し胃内部Γ相対ｐＨを計測する装置）により、計測した例であり（蘆田潔：２４ 時間相対ｐＨ モニタリング．竹本忠良 監：日本消化性潰瘍学，医科学出版社，１９９５により引用）、同様の傾向が見られる。図２４Ａは、健常者の結果であり、図２４Ｂは胃潰瘍患者の結果である。
【0076】
図２５Ａは、２クラスタリング後の胃内部Γ（ｋ＝１）と胃壁輪郭∂Γ（ｋ＝２）の空間平均導電率差＜Δσ＞の時間変化［－］を、特に注目する時間である、ｔ１（ｔ０で計測後に水２００ｍＬ飲んだ直後）、ｔ１１（ｔ１０で計測後に水２００ｍＬ飲んだ直後）、ｔ２１（ｔ２０で計測後に水２００ｍＬ飲んだ直後）、および、ｔ３１（ｔ３０で計測後にいなりずしを食事した直後）を示したものであり、図２５Ｂはそのときの相対ｐｈ［－］である。これらの図に示す通り、健常者と機能性ディスペプシアを患う患者とはその傾向が大きく異なることがわかる。
【0077】
図２６は、図１９から２種のクラスタ（胃内部Γのｋ＝１Δσと胃壁輪郭∂Γのｋ＝２Δσ）のボクセル数を算出したもので、実験開始３分後３３分、６３分後ｔ１、ｔ１１、ｔ２１ の平均値（水を２００ｍＬ飲んだ直後）を基準として、実験開始９３分後ｔ３１（食事をした直後）とを、一人の健常者と、機能性ディスペプシア患者とを比較した結果である。その結果、水を飲んだ直後に対して食事をした直後の胃体積が、健常者はΔＶ３１＝２３％と大きく増加したが、機能性ディスペプシア患者ではΔＶ３１＝６％しか増加しなかった。このことより、運動機能の形状を抽出することができることが確認された。
【0078】
以上、詳説したように、本実施形態に係る診断装置１００は、微弱電流(微弱電位差)を印加するだけの極低侵襲で短時間に高い精度で被測定者の胃の状態を診断することができる。
【符号の説明】
【0079】
１ 電流電圧印加測定部
２ 腹部輪郭推定部
３ ヤコビ行列計算部
４ 電気物性分布計算部
５ 胃壁輪郭計算部５
６ 相対ｐＨ推定部
７ 出力部
１０ 電気インピーダンス・トモグラフィセンサ
２０ 電極
２５ 支持体
３０ 制御部
１００ 診断装置
２ 腹部輪郭推定部
３ ヤコビ行列計算部
４ 電気物性分布計算部
５ 胃壁輪郭計算部５
６ 相対ｐＨ推定部
７ 出力部
１０ 電気インピーダンス・トモグラフィセンサ
２０ 電極
２５ 支持体
３０ 制御部
１００ 診断装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図7F】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21A】
【図21B】
【図21C】
【図22A】
【図22B】
【図23A】
【図23B】
【図23C】
【図24A】
【図24B】
【図25A】
【図25B】
【図26】