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明細書 :生体計測装置および生体計測方法

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第4630194号 (P4630194)
公開番号 特開2007-181566 (P2007-181566A)
登録日 平成22年11月19日(2010.11.19)
発行日 平成23年2月9日(2011.2.9)
公開日 平成19年7月19日(2007.7.19)
発明の名称または考案の名称 生体計測装置および生体計測方法
国際特許分類 A61B   5/05        (2006.01)
A61B   5/055       (2006.01)
FI A61B 5/05 A
A61B 5/05 390
A61B 5/05 380
請求項の数または発明の数 5
全頁数 9
出願番号 特願2006-001773 (P2006-001773)
出願日 平成18年1月6日(2006.1.6)
審査請求日 平成19年8月30日(2007.8.30)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】593165487
【氏名又は名称】学校法人金沢工業大学
発明者または考案者 【氏名】近江 政雄
個別代理人の代理人 【識別番号】100105924、【弁理士】、【氏名又は名称】森下 賢樹
審査官 【審査官】小島 寛史
参考文献・文献 特開平10-272111(JP,A)
特開平08-150129(JP,A)
特開平11-197259(JP,A)
特開2004-121369(JP,A)
調査した分野 A61B 5/05
A61B 5/055
特許請求の範囲 【請求項1】
人体に取り付けられる第1マーカと、
前記第1マーカが取り付けられた状態で前記人体の内部を撮像し、前記第1マーカが投影された第1撮像画像を取得する第1撮像部と、
前記第1マーカが取り付けられた状態で前記人体の外部を撮像し、前記第1マーカの取り付け位置を示す第2撮像画像を取得する第2撮像部と、
前記第2撮像画像を参照して前記第1マーカが取り付けられていた前記人体上の位置を照射する照射部と、
前記人体に取り付けられ、自ら磁場を発生させる第2マーカと、
前記第1マーカが取り付けられていた前記人体上の照射位置に合わせて前記第2マーカを取り付けた状態で、前記人体の内部から発生する磁場の強度を計測する磁場計測部と、
を備えることを特徴とする生体計測装置。
【請求項2】
前記磁場計測部は、SQUID(Superconducting Quantum Interfarence Device)により脳の神経活動にともなって発生する磁場の強度を計測することを特徴とする請求項1に記載の生体計測装置。
【請求項3】
前記第1撮像部は、磁気共鳴方式によって前記人体の内部を撮像することを特徴とする請求項1または2に記載の生体計測装置。
【請求項4】
前記第1マーカと前記第2マーカはそれぞれ複数個取り付けられ、
複数個の前記第1マーカは、1つまたは2つ耳穴へ挿入可能に形成された第1マーカと、それ以外の第1マーカとを含み
複数個の前記第2マーカは、1つまたは2つ耳穴に挿入可能に形成された第2マーカと、それ以外の第2マーカとを含み、
前記照射部は、耳穴へ挿入された第1マーカ以外の第1マーカが取り付けられていた前記人体上の位置を照射する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の生体計測装置。
【請求項5】
第1マーカが取り付けられた状態で人体の内部を撮像し、前記第1マーカが投影された第1撮像画像を取得するステップと、
前記第1マーカが取り付けられた状態で前記人体の外部を撮像し、前記第1マーカの取り付け位置を示す第2撮像画像を取得するステップと、
前記第2撮像画像を参照して、前記第1マーカが取り付けられていた前記人体上の位置を照射するステップと、
自ら磁場を発生させる第2マーカを前記第1マーカが取り付けられていた前記人体上の照射位置に合わせて取り付けた状態で、前記人体の内部から発生する磁場の強度を計測するステップと、
前記第1撮像画像上の前記第1マーカの位置と、前記計測するステップにおいて計測された磁場分布データ上の前記第2マーカの位置とが一致するように、前記第1撮像画像と前記磁場分布データとを重ね合わせるステップと、
を備えることを特徴とする生体計測方法。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、人体から発生する磁場を計測する技術に関し、主には、脳の神経活動にともなって発生する磁場を計測する技術、に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に「脳磁計」とよばれるMEG(Magnetoencephalography)は、超伝導量子干渉素子(SQUID:Superconducting Quantum Interference Device)により、脳の神経活動にともなって発生する微弱磁場を頭皮上から計測できる。MEGは、計測精度において優れており、知覚や感情、学習、言語等の高次な脳機能を解明するためのツールとして期待されている。

【特許文献1】特開2004-160085号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかし、MEGは、磁場が脳のどの部位から発生しているかを正確に特定するのは苦手である。これに対し、MRI(Magnetic Resonance Imaging)は、磁気共鳴の原理により脳の内部を画像化する機能を備える。そこで、MEGによって、脳から発生する磁場の強度分布を示す磁場分布データを取得し、これをMRIによって得られる脳の画像上に重ね合わせれば、脳のどの部位からどの程度の磁場が発生しているかを視覚的に特定しやすくなる。この位置合わせは、通常、以下の様な方法によってなされる。
【0004】
1.被験者の頭部の所定位置にビタミンE錠剤などの水分を含むマーカ(以下、「第1マーカ」とよぶ)を取り付ける。そして、この状態でMRIにより脳の内部を撮像する。このとき、MRIは第1マーカ内の水分を検出するので、MRI画像中には第1マーカが投影される。
2.次に、被験者の頭部の同じ位置に、電磁コイルによって磁場を発生させる別種のマーカ(以下、「第2マーカ」とよぶ)を取り付ける(なお、第1マーカと第2マーカをまとめていうときには、単に、「マーカ」とよぶ)。そして、この状態でMEGにより磁場分布データを取得する。このとき、MEGは、第2マーカが発生する磁場も検出するので、磁場分布データ中には第2マーカが発生する磁場が投影される。
3.磁場分布データ中に現れている第2マーカの位置とMRI画像中に現れている第1マーカの位置が一致するように、磁場分布データをMRI画像中に重ね合わせれば、脳から発生する磁場の強度分布と脳の部位の位置関係を特定できる。いわば、マーカの位置が磁場分布データとMRI画像を重ね合わせるための基準点となっている。
【0005】
磁場分布データとMRI画像を正しく重ね合わせるためには、第1マーカと同じ位置に第2マーカが取り付けられなければならない。通常、第1マーカおよび第2マーカはそれぞれ複数個が頭部に取り付けられ、それらの取り付け位置は、頭の、ある程度ばらけた位置に設定される。典型的には、マーカは、額に3個、口を開けたときに生じる左右のくぼみ(以下、単に「くぼみ」とよぶ)に1個ずつ、計5個が配置される。本発明者は、2種類のマーカの位置を一致させることの難しさを課題として認識し、これを解決するための手段に想到した。
【0006】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、人体から発生する磁場を計測するときに、その発生部位を正確に特定するための技術、を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明のある態様は、人体の内部状態を計測するための装置である。
この装置は、第1マーカと第2マーカという2種類のマーカを使用する。この装置は、第1マーカが取り付けられた状態で人体の内部を撮像し、第1マーカが投影された第1撮像画像を取得し、同じく第1マーカが取り付けられた状態で人体の外部を撮像し、第1マーカの取り付け位置を示す第2撮像画像を取得する。次に、第2撮像画像を参照して第1マーカが取り付けられていた人体上の位置を照射し、自ら磁場を発生させる第2マーカがその照射位置に合わせて取り付けられた状態で、人体の内部から発生する磁場の強度を計測する。
【0008】
第1マーカが取り外された後に、第2撮像画像を参照して第1マーカが取り付けられていた位置を照射することにより、第1マーカと同じ位置に第2マーカを取り付けやすくなる。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、人体から発生する磁場を計測するときに、その発生部位を正確に特定しやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
図1は、MEGの基本原理を説明するための模式図である。
脳内には数億ともいわれる神経細胞があり、神経細胞の興奮によって脳は情報処理を行っている。神経興奮にともなって軸索30からシナプス間隙32、細胞体34に向けての電位が変化すると、磁力線38が発生する。磁力線38の一部は、頭表面36を突き抜けて頭外にも現れる。MEGとしての機能を備える生体計測装置100は、この磁力線38を検出して、脳内の神経活動を計測するための装置である。
【0011】
生体計測装置100は、複数個のセンサ装置40を頭表面36の外に配置する。センサ装置40は、脳の各部から発生する磁力線38を検出する。センサ装置40は、磁束検出コイル42とSQUID44を含む。磁束検出コイル42は、外部からの磁界の影響を排除しつつ、脳から発生する磁場をSQUID44に導く。SQUID44は、この磁場の強度を検出する。生体計測装置100は、複数のセンサ装置40から検出される磁場の強度を集計して、脳から発生する磁場の強度分布を示す磁場分布データを取得する。この磁場分布データは、等磁力線図として図形化されてもよい。
【0012】
MEGは、時間分解能と空間分解能の双方において優れた計測装置である。そのため、MEGは、脳の臨床診断はもちろん、人間の心のメカニズムを解明するための有効なツールとして期待されている。ただし、MEGは、磁場の分布を求めるための装置であり、脳の画像そのものを取得する装置ではない。したがって、MEGによって検出される磁場が、脳のどの部位から発生した磁場であるかを正確に特定する必要がある。
【0013】
広く利用されているMRIは、核磁気共鳴現象を利用して生体内部を画像化することができる計測装置である。そこで、MEGによって計測される磁場分布データをMRI画像に重ね合わせれば、磁場の発生源を視覚的に特定しやすくなる。MRI画像と磁場分布データを重ね合わせるには、その位置合わせの基準点を定める必要がある。この基準点を決めるために、後述の第1マーカ10および第2マーカ20を用いることになる。以下においては、まず、生体計測装置100の機能ブロックについて説明した後に、MRI画像と磁場分布データを重ね合わせ方法について説明する。
【0014】
図2は、生体計測装置の機能ブロック図である。
ここに示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのCPUをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組み合わせによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。
【0015】
第1マーカ10は、内部に水分を含むマーカであり、被験者の頭部の所定位置に設置される。撮像部110は、第1マーカ10が取り付けられた状態の被験者を撮像する。撮像部110は、第1撮像部132と第2撮像部134を含む。第1撮像部132は、被験者の脳をMRIの原理により撮像する。このとき、第1マーカ10の水分が第1撮像部132により検出されるので、MRI画像中には第1マーカ10が投影される。また、第2撮像部134は、被験者を正面から通常のデジタルカメラとして撮像する。当然ながら、第2撮像部134が撮像する被験者の外観画像には、第1マーカ10そのものが写ることになる。画像データ保持部114はMRI画像と外観画像のデータを保持する。
照射部130は、被験者から第1マーカ10が取り外された後に、この外観画像を参照して、第1マーカ10が取り付けられていた位置を照射する。このため、第1マーカ10が取り外された後も、被験者のどこに第1マーカ10が取り付けられていたかを確認できる。
【0016】
第2マーカ20は、内蔵の電磁コイルにより自ら磁場を発生させるマーカであり、第1マーカ10が設置されていた位置と同じ位置に設置される。磁場計測部112は、MEGの原理により、被験者の脳から発生する磁場の強度分布を示す磁場分布データを取得する。磁場分布データ保持部116は磁場分布データを保持する。
【0017】
ユーザインタフェース処理部128は、ユーザからの入力処理やユーザに対する情報表示のようなユーザインタフェース全般に関する処理を担当する。データ処理部120は、ユーザインタフェース処理部128や画像データ保持部114、磁場分布データ保持部116等から取得されたデータを元にして各種のデータ処理を実行する。データ処理部120は、ユーザインタフェース処理部128、画像データ保持部114、磁場分布データ保持部116、撮像部110および磁場計測部112の間のインタフェースの役割も果たす。
【0018】
データ処理部120は、第1マーカ検出部122、第2マーカ検出部124および位置調整部126を含む。
第1マーカ検出部122は、MRI画像と外観画像から第1マーカ10の位置を検出する。第2マーカ検出部124は、磁場分布データから第2マーカ20の位置を検出する。位置調整部126は、MRI画像に投影されている第1マーカ10と磁場分布データに投影されている第2マーカ20を位置合わせることにより、MRI画像と磁場分布データを位置対応させる。
【0019】
図3は、マーカの取り付け位置を示す図である。
典型的には、マーカは、被験者の額に3個、「くぼみ」に各1個の計5個が取り付けられる。しかし、「くぼみ」は、第1マーカと第2マーカの取り付け位置を一致させることがむずかしい。そこで、本実施例においては、「くぼみ」のかわりに耳穴をマーカの設置位置としている。
【0020】
本実施例では、同図に示す設置位置50a~50eの5つの場所に、各マーカが設置される。まずは、第1マーカ10aが設置位置50a、第1マーカ10bが設置位置50b、・・・、第1マーカ10eが設置位置50eに設置される。このうち、第1マーカ10aと第1マーカ10eは、イヤフォン型の形状をしており、そのまま、耳穴に挿入可能である。一方、設置位置50b~50dは、額上の所定位置であり、第1マーカ10b~10dはテープによって貼り付けられる。5つの第1マーカ10が設置された後、第1撮像部132はMRI画像を撮像する。次に、第2撮像部134は外観画像を撮像する。撮像が完了すると、第1マーカ10は取り外される。
【0021】
次に、第2マーカ20aが設置位置50a、第2マーカ20bが設置位置50b、・・・、第2マーカ20eが設置位置50eに設置される。このうち、第2マーカ20aと第2マーカ20eも、イヤフォン型の形状をしており、そのまま、耳穴に挿入可能である。一方、設置位置50b~50dには、第2マーカ20b~20dがテープによって貼り付けられる。5つの第2マーカ20が設置された後、磁場計測部112は磁場分布データを取得する。
【0022】
ここで、設置位置50aと設置位置50eについては、共に、耳穴であることから、第1マーカ10と第2マーカ20の設置位置は一致しやすくなっている。しかし、設置位置50b~50dは、耳穴のような人体上の明確な目印に対応しないため、第1マーカ10と第2マーカ20の位置を一致させにくい。そこで、設置位置50b~50dについては、次の図4に示すような照射処理によって、2種類のマーカの位置を一致させやすくしている。
【0023】
図4は、第1マーカの位置を照射するときの概要図である。
第2撮像部134は、第1マーカ10が取り付けられている被験者を正面から撮像する。このとき、第1マーカ検出部122は、被験者の顔の高さ、幅から、第1マーカ10b~10dが取り付けられていた設置位置50b~50dの被験者の顔における位置座標を特定する。たとえば、設置位置50cは、顔の長さhの4分の1だけ、頭頂から下がった位置で、顔の幅wからみてちょうど中央となる。設置位置50bは、顔の幅wの6分の1だけ、設置位置50cからずれた位置となる。設置位置50dは、同じく顔の幅wの6分の1だけ、設置位置50cから反対方向にずれた位置となる。このように、被験者の顔における設置位置50b~50dの位置が位置座標データとして数値化される。MRI画像と外観画像の撮像が完了すると、被験者からは第1マーカ10が取り外される。
【0024】
次に、照射部130は、外観画像における設置位置50b~50dの位置座標データに基づいて、被験者の額の対応箇所をレーザ光により照射する。この状態で、第2マーカ20b~20dを照射位置に合わせて貼り付ければ、結果として、第1マーカ10と第2マーカ20の位置を一致させることができる。
【0025】
図5は、MRI画像と磁場分布データの対応関係を示す模式図である。
MRI画像60には、第1マーカ10が設置されていた設置位置50a~設置位置50eが投影されている。磁場分布データ70は、等磁力線図として図形化されており、第2マーカ20が発生する磁場が投影されている。第1マーカ10と第2マーカ20は同じ位置に設置されるので、MRI画像60に現れる設置位置50a~設置位置50eと磁場分布データ70に現れる設置位置50a~設置位置50eが一致するように重ねれば、磁場分布データ70とMRI画像60を正しく重ね合わせることができる。
【0026】
図6は、ユーザインタフェース画面の画面図である。
ユーザインタフェース処理部128は、ユーザインタフェース画面200にてMRI画像60を表示させる。同図においては、さまざまな角度から脳を輪切りにしたMRI画像60が表示されている。ここで、同図において第1マーカ10の位置は四角形のマークにて示されており、第2マーカ20の位置は十字形のマークで示されている。位置合わせボタン202がクリックされると、位置調整部126は、磁場分布データ70をMRI画像60上に重ねて表示させる。
【0027】
以上、実施例に基づいて本発明を説明した。
まず、本実施例によれば、額に取り付けられるマーカについては、照射処理によって、第1マーカ10と第2マーカ20を同じ位置に取り付けやすくなる。また、「くぼみ」ではなく耳穴をマーカとするため、第1マーカ10a、10eと第2マーカ20a、20eをそれぞれ同じ位置に取り付けやすくなる。耳穴を対象とすることにより、被験者が自分でマーカを取り付けやすくなる。そのため、被験者が女性や乳幼児である場合には、特に、有効である。また、市販のイヤフォンにビタミンE錠剤や電磁コイルを内蔵させるだけなので、製造の容易さもメリットである。
【0028】
なお、本実施例においては、MRIにより脳の内部の画像を取得するとして説明したが、第1撮像部132は、X線やPET(Positron Emission Tomography)、超音波など、人体の内部を画像化するための他の既知の手段により、人体を撮像してもよい。そして、こうして得られた人体画像に対してMEGによる磁気分布データを重ね合わせてもよい。
【0029】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【0030】
また、請求項に記載の各構成要件が果たすべき機能は、本実施例において示された各機能ブロックの単体もしくはそれらの連係によって実現されることも当業者には理解されるところである。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】MEGの基本原理を説明するための模式図である。
【図2】生体計測装置の機能ブロック図である。
【図3】マーカの取り付け位置を示す図である。
【図4】第1マーカの位置を照射するときの概要図である。
【図5】MRI画像と磁場分布データの対応関係を示す模式図である。
【図6】ユーザインタフェース画面の画面図である。
【符号の説明】
【0032】
10 第1マーカ、 20 第2マーカ、 30 軸索、 32 シナプス間隙、 34 細胞体、 36 頭表面、 38 磁力線、 40 センサ装置、 42 磁束検出コイル、 44 SQUID、 50 設置位置、 60 MRI画像、 70 磁場分布データ、 100 生体計測装置、 110 撮像部、 112 磁場計測部、 114 画像データ保持部、 116 磁場分布データ保持部、 120 データ処理部、 122 第1マーカ検出部、 124 第2マーカ検出部、 126 位置調整部、 128 ユーザインタフェース処理部、 130 照射部、 132 第1撮像部、 134 第2撮像部、 200 ユーザインタフェース画面、 202 位置合わせボタン。
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5