DE4226413C2 - Verfahren zum Messen von in einem lebenden Organ erzeugten elektrischen Strömen - Google Patents
Verfahren zum Messen von in einem lebenden Organ erzeugten elektrischen StrömenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von in
einem lebenden Organ erzeugten elektrischen Strömen nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der US-Zeitschrift: IEEE Transactions on Biomedi
cal Engineering, Vol. BME-34, 1987, Seiten 713-723, und aus
der US-Literaturstelle: Williamson S. J. et al. (Herausge
ber): Advances in Biomagnetism, Plenum Press, New York,
1989, Seiten 149-156, ist ein Verfahren zur Messung eines
in einem lebenden Organ erzeugten elektrischen Stroms be
kannt, welches Verfahren eine Mehrzahl von Aufnehmerspulen
zur Messung von Magnetfeldstärken verwendet, die von dem im
lebenden Organ erzeugten elektrischen Strom induziert wer
den, wobei die Aufnehmerspulen auf einer Mehrzahl von Er
fassungspunkten positioniert werden. Bei diesem bekannten
Verfahren werden beispielsweise typischerweise 7 × 7 = 49
Aufnehmerspulen in einem Sensorarray angeordnet. Auf der
Grundlage einer derartigen Anordnung von Aufnehmerspulen
können die Stromintensitäten aus den Intensitäten der ma
gnetischen Feldstärke, die nur durch die Aufnehmerspulen
erfaßt oder detektiert wurden, berechnet werden.
In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Magneto
metern, die einen supraleitenden quanten-interferometri
schen Detektor verwenden, welcher nachfolgend als SQUID be
zeichnet wird, ihre breite Anwendung in medizinisch diagno
stischen Apparaten gestattet.
Beim Analysieren von Fehlern oder der Mechanik eines
inneren menschlichen Organs aus den gemessenen Magnetfeld
stärken, muß notwendigerweise der Ort der elektrischen
Stromquelle, welche das Magnetfeld induziert, bestimmt wer
den. Für diese Analyse muß ein Umkehrproblem oder inverses
Problem gelöst werden. Das heißt, daß die Stromquelle durch
Berechnung aus den gemessenen Magnetfeldstärken bestimmt
werden muß. Diese Berechnung ist
jedoch äußerst schwierig, weil die Matrix zur Darstellung
der Beziehung zwischen den Strömen und den Magnetfeldstärken
singulär ist.
Ein erstes Verfahren nach dem Stand der Technik zur
Abschätzung des Ortes der Stromquelle wird nachstehend
beschrieben. Beim Abschätzen einer Stromquelle des Herzens
wird ein infinit homogener, elektrischer Leiter an der
Stelle des Herzens fiktiv vorgesehen. Zur Abschätzung eines
Gehirns werden eine homogene Sphäre oder cosphärische,
vielschichtige Leiter an der Stelle des Gerhirns fiktiv
vorgesehen. Als nächstes wird eine Stromquelle, die manchmal
als ein Stromdipol bezeichnet werden kann, fiktiv im fiktiv
vorgesehenen Leiter vorgesehen. Als nächstes wird die von
der Stromquelle erzeugte Magnetfeldstärke nach dem Gesetz
von Biot-Savart für jeden der Erfassungspunkte berechnet, wo
jeweils eine Mehrzahl von Aufnehmer- oder Sensorspulen
plaziert ist. Diese berechneten Magnetfeldstärken werden als
nächstes mit den mit den Aufnehmerspulen tatsächlich
gemessenen Magnetfeldstärken verglichen. Es werden der Ort
und die Strommenge jener fiktiven Stromquelle gesucht,
welche die Minimumdifferenz, das heißt die kleinsten
Quadrate zwischen den berechneten Magnetfeldstärken und den
gemessenen Magnetfeldstärken liefert; dann wird sie als die
Stromquelle festgelegt. Ein erstes Problem dieser Methode
der kleinsten Quadrate besteht darin, daß bei der Bestimmung
der Stromquelle eine Mehrzahl von fiktiven Orten von
Stromquellen und eine Mehrzahl von fiktiven Stromwerten
davon ausprobiert werden müssen, was in der Folge eine
beträchtlich lange Zeit verbraucht, weil dieses Ausprobieren
nicht immer zu einem Konvergieren der Differenz führt. Es
gibt auch ein zweites Problem insofern, als wenn sich die
Stromquellen auf mehreren orten befinden, das Ausprobieren
(die Berechnung) zu einer ähnlichen, aber falschen Lösung,
einem sogenannten lokalen Minimum, führen kann, und
natürlich verbraucht dies eine viel längere Zeit. Es ist
daher praktisch unmöglich, eine eindeutige Lösung oder eine
Realzeitlösung zu erhalten.
Als zweiten Stand der Technik zur Vermeidung dieser
Probleme, des hohen Zeitverbrauchs und der falschen Lösung,
gibt es ein Verfahren, welches eine Einzelwertzerlegung
verwendet, auf welches nachfolgend als SVD-Verfahren bezug
genommen wird. Im SVD-Verfahren werden eine Mehrzahl von
Aufnehmerspulen und eine Mehrzahl von Orten dreidimensional
plazierter, fiktiv vorgesehener Stromquellen vorgesehen, zum
Beispiel auf dreidimensional konfigurierten Gittern; und ein
lineares Gleichungssystem wird gemäß dem Gesetz von
Biot-Savart festgelegt, um die Beziehung zwischen den
Strömen und den Magnetfeldstärken an den Aufnehmerspulen
darzustellen. Nachdem die Gleichung, basierend auf den
Abständen zwischen den Stromquellen und den Spulen-Orten,
bestimmt ist, wird die Gleichung so aufgestellt, daß nur mit
den Stromwerten versucht wird, die kleinsten Quadrate der
Differenzen zwischen den gemessenen Magnetfeldstärken und
den berechneten Magnetfeldstärken zu liefern, genauso wie
die kleinste Summe der Quadrate der Stromwerte. Mit diesem
Verfahren kann die Stromquellen-Verteilung schneller
erhalten werden als im ersten Stand der Technik, wo die
fiktiven Orte der Stromquellen einer nach dem anderen geän
dert werden, weil die Beziehung zwischen den Stromwerten
und den Magnetfeldstärken schnell unter Verwendung der be
reits berechneten inversen Matrix des linearen Gleichungs
systems aufgestellt werden kann. Dieses Verfahren wurde von
Brian Jeffs, et al. in IEEE Transaction on Biomedical Engi
neering, Vol. BME-34, No. 9, Sept. 1987 geoffenbart.
Das Problem des zweiten Standes der Technik besteht
darin, daß es, um eine gute Auflösung der Orte der Strom
quellen zu erzielen, erforderlich ist, daß die Anzahl m der
Aufnehmerspulen gleich oder größer ist als die Anzahl n der
dreidimensional vorgegebenen Orte der Stromquellen. Dement
sprechend, wenn sich die vorgegebenen Orte der Stromquellen
auf einem Teilungsabstand von einigen Millimetern auf einem
Herz mit einem Durchmesser von 10 cm befinden, werden bei
nahe Zehntausende von Aufnehmerspulen, zusammen mit ihren
jeweiligen SQUID-Magnetometern, benötigt. Es ist praktisch
unmöglich, eine so große Anzahl von Aufnehmerspulen vorzu
sehen, so wie einen Apparat vorzusehen, um die Herzbewegung
in Realzeit aus den von einer so großen Anzahl von Aufneh
merspulen gemessenen Daten darzustellen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht
darin, ein Verfahren zum Messen von in einem lebenden Organ
erzeugten elektrischen Strömen der eingangs genannten Art
zu schaffen, welches die Möglichkeit bietet, trotz der
räumlichen Beschränkung zur Erhöhung der Anzahl der Aufneh
merspulen die Auflösung der Orte der Stromquellen innerhalb
eines lebenden Organs wesentlich zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im An
spruch 1 aufgeführten Verfahrensschritte gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil
dungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zur
Messung eines in einem lebenden Organ erzeugten elektri
schen Stroms wird eine Mehrzahl von Aufnehmerspulen an ei
ner Mehrzahl von Erfassungspunkten angewandt, um Magnet
feldstärken zu messen, welche von einem in einem lebenden
Organ erzeugten elektrischen Strom induziert werden: (a)
die Erfassungspunkte werden räumlich interpoliert/extra
poliert; (b) Gleichungen zur Bestimmung der Beziehungen ei
nes fiktiv gelegten, angeordneten oder lokalisierten Stroms
zu den Magnetfeldstärken an den Erfassungspunkten und den
interpolierten Erfassungspunkten (1M) werden aufgestellt;
(c) die Magnetfeldstärken werden mit den Aufnehmerspulen
(1C) gemessen; (d) Magnetfeldstärken werden an den interpo
lierten/extrapolierten Erfassungspunkten (1M) aus den mit
den Aufnehmerspulen (1C) gemessenen Magnetfeldstärken abge
schätzt; und (e) der fiktiv gelegte elektrische Strom wird
berechnet durch Verwenden der Magnetfeldstärken an den Er
fassungspunkten (1A) und den interpolierten/extrapolierten
Erfassungspunkten (1M) für die Gleichung. Der Wert des
elektrischen Stroms wird so abgeschätzt. Die Berechnung
wird vorzugsweise mit einem Einzelwertzerlegungs-Verfahren
(SVD) ausgeführt, wo der fiktiv gelegte Strom an mehreren
Stromquellen-Positionen gelegt wird. Eine Matrix, welche
als Konstanten in der SVD-Berechnung verwendet wird, wird
im voraus bestimmt, um eine schnelle Berechnung zu ermögli
chen. Der interpolierte/extrapolierte Punkt kann nach einem
linearen Verfahren bestimmt werden, oder nach einem
Verfahren mit Splinefunktionen, oder in Abhängigkeit vom Ort
des Stroms oder dem räumlichen Differential der gemessenen
Magnetfeldstärke, oder er kann mit der Zeit geändert werden.
Die oben erwähnten Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden
nachfolgend
ausführlicher beschrieben, wobei Bezugnahmen auf die
begleitenden Zeichungen gemacht werden, welche einen Teil
hiervon bilden, worin sich durchgehend gleiche Bezugszeichen
auf gleiche Teile beziehen.
Fig. 1 stellt schematisch eine Konfiguration des
biologischen Magnetometers dar, wo die vorliegende Erfindung
verkörpert wird;
Fig. 2 zeigt eine Magnetfeldstärke, die von einer
einzelnen Stromquelle induziert wird, welche durch eine
einzelne Aufnehmerspule gemessen wird, wenn die Lage der
Stromquelle horizontal ist;
Fig. 3 stellt schematisch ein Gitter dar, auf welchem
Stromquellen angeordnet sind, und ein Gitter, auf welchem
Aufnehmerspulen angeordnet sind;
Fig. 4 stellt schematisch die erste Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, welches die Schritte der
ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
Fig. 6 zeigt den Effekt der interpolierten Punkte;
Fig. 7 stellt schematisch die zweite bevorzugte Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 8 stellt schematisch die dritte bevorzugte Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 9 zeigt die Interpolation, abhängig vom räumli
chen Differential der Magnetfeldstärke; und
Fig. 10 zeigt die Interpolations-/Extrapolations-Zahl
in Abhängigkeit von der Änderung der Magnetfeldstärke mit
der Zeit.
Bezugnehmend auf Fig. 1 bis Fig. 6 wird hernach die
bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung be
schrieben. Fig. 1 stellt schematisch ein biologisches Ma
gnetometer dar, wo die vorliegende Erfindung verkörpert
wird. Aufnehmerspulen 1C werden über dem Objekt eines
menschlichen Körpers 12, wie einem Herzen, das überwacht
werden soll, fixiert. Die Aufnehmerspulen 1C messen die Ma
gnetfeldstärken, die von dem im Herzen erzeugten biologi
schen Strömen induziert werden. Die von den Aufnehmerspulen
1C aufgenommenen Signale werden von den jeweiligen, in ei
nem Dewargefäß 13 gekühlten SQUID-Magnetometern 1f erfaßt.
Eine Steuereinheit 3C steuert die SQUID-Magnetometer, so
daß sie genau arbeiten. Ein Computer 3a, welcher die von
den SQUID-Magnetometern 1f ausgegebenen Daten empfängt,
verarbeitet die eingegebenen Daten, um die Stromquellen zu
finden, das sind die Stromwerte an den vorgegebenen Orten.
Einzelheiten der Verarbeitung, das sind die Berechnungen,
werden später im
Detail beschrieben. Die berechneten Stromwerte werden auf
einem Anzeigeschirm 3d angezeigt. Ein Datenträger 3f
speichert die für die Operation des Computers 3a notwendigen
Programme und die so erhaltenen Daten für ein MRI-Gerät
(Abbilden der Kernresonanz) oder ein Röntgen-CT
(Computertomographie).
Als Vorbereitung des Apparates der vorliegenden
Erfindung werden die Erfassungscharakteristiken der
Aufnehmerspule gemessen. In Fig. 2 ist eine ausgezogene
Kurve 7 gezeichnet, welche die erfaßte Magnetfeldstärke auf
der Y Ordinate zeigt, wenn eine Aufnehmerspule, deren Achse
gegen eine Stromquelle 2 gerichtet ist, entlang der X
Abszisse senkrecht zur Spulenachse verschoben wird. Die
Kurve 7 variiert in Abhängigkeit vom Abstand zur
Stromquelle.
Andererseits werden dreidimensional konfigurierte
Gitter 2G an der Stelle des zu beobachtenden Objektes
angenommen, wie in Fig. 3 gezeigt. Der Teilungsabstand der
Gitter beträgt zum Beispiel 3 bis 5 mm. Schwarze Punkte 2A
zeigen die Orte der fiktiven Stromquellen an (Schritt 1 von
Fig. 5). Obwohl in Fig. 3 innerhalb des Würfels aus den
Gittern 2G schwarze Punkte nicht gezeichnet sind, existieren
natürlich schwarze Punkte innerhalb des Würfels. Obwohl die
dreidimensionalen Gitter würfelig gezeichnet sind, ist die
Form willkürlich gewählt, um das Herz korrekt darzustellen.
Ein weiteres Gitter 1G mit einem Teilungsabstand von
typischerweise 20 bis 30 mm ist über dem Gitter 2G
zweidimensional angeordnet, um die Orte der Achsen der
Aufnehmerspulen 1C anzuzeigen. Nun wird eine Erklärung mit
einer einzelnen Aufnehmerspule an einem einzelnen
Erfassungspunkt zur einfachen Erklärung gegeben; es können
jedoch drei Spulen vorgesehen werden, um eine
dreidimensionale Magnetfeldstärke zu erfassen, das ist ein
Vektor der Magnetfeldstärke, an dem einzelnen
Erfassungspunkt. Darüberhinaus können in praktischen Fällen
die Spulen oft auf einem sphärischen Gitter angeordnet sein;
auf die zweidimensionale Anordnung wird nun jedoch zugunsten
einer einfachen Erklärung bezug genommen.
Als nächstes werden die Erfassungspunkte 1A der
Aufnehmerspulen interpoliert, wie mit den weißen Punkten 1M
in Fig. 4 angezeigt, wo in den halben Teilungsabstand des
Gitters interpoliert wird (Schritt 2). Die weißen Punkte
werden hernach als interpolierte Erfassungspunkte
bezeichnet.
Als nächstes wird das lineare Gleichungssystem (1) zur
Definition der Beziehung der Stromwerte und der
Magnetfeldstärken an den realen/interpolierten
Erfassungspunkten nach dem Gesetz von Biot-Savart
aufgestellt, wie später beschrieben, wo die Gleichungen auf
den Abständen zwischen jeder der fiktiven Stromquellen und
jedem der Orte der realen/interpolierten Erfassungspunkte
basiert sind (Schritt 3).
Die inverse Matrix, welche als Koeffizienten zur
Berechung der Stromwerte aus den gemessenen/interpolierten
Magnetfeldstärken verwendet werden kann, später als A+
bezeichnet, wird berechnet (Schritt 4).
Die Berechnungen zum Erhalten von Stromwerten aus den
gemessenen Magnetfeldstärken werden hernach im Detail
beschrieben. Die Stromvektoren, welche an den jeweiligen n
Stromquellen-Orten (x1', y1', z1'), ... (xn', yn', zn')
gelegt sind, sind gegeben als (q1x, q1y, q1z), ... (qqn,
qny, qnz). Die von m Aufnehmerspulen, welche jeweils bei
(x1, y1, z1), ... (xn, yn, zn) angeordnet sind, gemessenen
Magnetfeldstärken sind als (b1x', b1y', b1z'), ... (bmx',
bmy', bmz') gegeben, wobei die Magnetfeldstärken als
Vektorwerte gegeben sind.
Dann sind die Magnetfeldstärken b1 ... bm durch
Gleichung (1) gegeben, gemäß dem Gesetz nach Biot-Savart,
als
worin
worin µO die Permeabilität des leeren Raumes ist.
Demgemäß ist gegeben, daß
B = AQ (3)
ist, wo
B = {b1, b2, .. bm}T (4)
Q = {q1, q2, .. qm}T (6)
Die Gleichung (3), welche eine lineare Gleichung ist,
scheint lösbar zu sein, um die Stromverteilung Q zu
erhalten. Es ist jedoch unmöglich, eine eindeutige Lösung
von der Matrix A zu finden, weil jede der Zeilen nicht
unabhängig ist, mit anderen Worten, die Zeilen zeigen etwas
Abhängigkeit.
Um die Lösung zu erhalten, wird daher das SVD-Verfahren
angewandt. Das SVD-Verfahren besteht darin, eine solche
Bedingung zu suchen, daß die Differenz zwischen den
tatsächlich gemessenen Magnetfeldstärken Bm und den
Magnetfeldstärken B, die aus den fiktiv vorgesehenen
Stromwerten Q auf jedem des mit einem schwarzen Punkt
angezeigten Stromquellen-Ortes mittels der Methode der
kleinsten Quadrate berechnet werden, sowie die Summe der
Quadrate der Stromwerte, ΣQi 2, ein Minimum werden.
Ein praktisches Verfahren, um die Lösung der SVD zu
erhalten, wird hernach im Detail beschrieben. Die unten
beschriebenen Berechnungen werden auch in der in der obigen
Beschreibung des Standes der Technik zitierten Referenz
geoffenbart.
Die Matrix A kann in die Faktoren zerlegt werden als:
A = UΣVT (7)
wo U und V orthogonale Matrizen von Eigenvektoren sind,
welche den Eigenwerten AAT bzw. ATA entsprechen, und wo Σ
eine Diagonalmatrix ist, deren Elemente als Einzelwerte
bezeichnet werden, die von den Eigenwerten AAT oder ATA, in
absteigender Ordnung ausgerichtet, abgeleitet werden.
Dann wird die Lösung der kleinsten Quadrate der
Gleichung (3) wie folgt abgeleitet:
Q+ = VTΣ+UBm = A+Bm (8)
wo
wo σ1 Einzelwerte von A sind, und ihr Suffix r den Rang der
Matrix A anzeigt (Schritt 4).
Schlußendlich wird A+ wie folgt erhalten:
A+ = VΣ+VT (11)
So wird die Vorbereitung der Messung nun
vervollständigt. Wenn einmal der Wert A+ berechnet, das
heißt bestimmt ist, kann die Berechnung der Gleichung (8),
das heißt die Umkehrberechnung, einfach und schnell durch
eine Einmalmultiplikation einer Matrix mit einem Vektor
ausgeführt werden, wo das berechnete Ergebnis als eine
Konstante in späteren Berechnungen der gemessenen Daten
verwendet werden kann.
Ein Verfahren zur Überwachung des Objektes wird hernach
beschrieben. Zuerst werden die Magnetfeldstärken mit den
Aufnehmerspulen gemessen (Schritt 5).
Als nächstes werden die Magnetfeldstärken an den
interpolierten Erfassungspunkten 1M, auf die hernach als
interpolierte Magnetfeldstärken bezug genommen wird, durch
einen Computer 3a abgeschätzt aus den durch Aufnehmerspulen
tatsächlich gemessenen Magnetfeldstärken, gemäß den bereits
vorbereiteten Daten, wie in Fig. 2 gezeigt (Schritt 6).
Das einfachste Verfahren zur Abschätzung der
Magnetfeldstärken an den interpolierten Erfassungspunkten
ist eine lineare Interpolation, wo die Magnetfeldstärke
abgeschätzt wird durch die gepunktete gerade Linie 6, welche
die zwei Magnetfeldstärken 7C und 7P jeweils an den
vorhandenen Spulen und den angrenzenden Spulen verbindet,
wie in Fig. 2 gezeigt, wo schwarze Punkte die von den
Aufnehmerspulen gemessenen Magnetfeldstärken anzeigen, und
wo weiße Punkte 6P die den interpolierten Erfassungspunkten
zugeordneten Magnetfeldstärken anzeigen. Andere Verfahren
zur Abschätzung der interpolierten Erfassungspunkte werden
später beschrieben.
Als nächstes werden Ströme auf den dreidimensionalen
Gittern sowohl aus den tatsächlich gemessenen
Magnetfeldstärken, als auch aus den interpolierten
Magnetfeldstärken gemäß Gleichung (8) berechnet, unter
Anwendung des bereits bestimmten Wertes der Matrix A+ als
Konstante (Schritt 7).
Als nächstes wird die erhaltene Verteilung der
Stromdichte im Objekt auf dem Anzeigegerät 3d angezeigt
(Schritt 8).
Nun ist die Meßroutine für einen einzelnen Durchgang
abgeschlossen, und das Verfahren kehrt für den nächsten
Durchgang (Schritt 9) zu Schritt 5 zurück, so daß die
Realzeit-Überwachung eines sich bewegenden Objektes
vollendet ist.
Eine große Zahl von Magnetfeldstärke-Daten, vergrößert
durch Interpolation/Extrapolation, verbessert so die
Auflösung der Stromdichteverteilung. Die typischste
Erfahrung, die der vorliegende Erfinder machte, besteht
darin, daß die Anzahl der angenommenen Stromquellen 150 ist,
und daß die Anzahl der Aufnehmerspulen ebenfalls 150 ist.
Mit diesen Bedingungen ist aus Fig. 6 zu ersehen, daß die
Auflösung durch die zwei Interpolationen in einem einzelnen
Gitter-Teilungsabstand verdoppelt wird.
Statt der Interpolation der ersten bevorzugten
Ausführungsform werden die Aufnehmerspulen in der zweiten
bevorzugten Ausführungsform extrapoliert, wie mit den weißen
Punkten 1M in Fig. 7 gezeigt. Auch hier besteht der gleiche
vorteilhafte Effekt, daß die Auflösung verbessert wird.
In der dritten bevorzugten Ausführungsform werden die
Aufnehmerspulen statt der gleichförmigen Interpolation der
ersten bevorzugten Ausführungsform besonders im Bereich der
Nähe der Stromquellen interpoliert, wie mit den weißen
Punkten 1M in Fig. 8 gezeigt, wo der Pfeil 2B exakt über die
Stromquelle gezogen ist. Der vorteilhafte Effekt besteht
darin, daß die verbesserte Auflösung mit einer minimalen
Erhöhung der Anzahl der Aufnehmerspulen erzielt wird.
Zur Abschätzung der interpolierten Magnetfeldstärken
kann die lineare Abschätzung von Fig. 2 durch eine Funktion
höherer Ordnung, wie eine zweite Ordnung oder eine dritte
Ordnung, oder durch eine Splinefunktion ersetzt werden. Der
vorteilhafte Effekt besteht darin, daß die Stromquelle
genauer gelegt werden kann, obgleich die Berechnung mehr
Zeit in Anspruch nimmt.
Obgleich in der ersten und zweiten bevorzugten
Ausführungsform die interpolierten Erfassungspunkte von den
angrenzenden durch einen gleichförmigen Teilungsabstand
getrennt sind, können die interpolierten Erfassungspunkte
insbesondere an einen Ort gelegt werden, wo die Änderung in
der Magnetfeldstärke groß ist, das ist der Ort, wo das
räumliche Differential der Kurve 7 der Magnetfeldstärke
(ausgezogene Kurve) von Fig. 2 und Fig. 9(a) groß ist, wie
mit den weißen Punkten in Fig. 9(c) gezeigt. Fig. 9(b) zeigt
ein räumliches Differential der Kurve der Fig. 9(a). Dieses
Verfahren liefert die interpolierten Erfassungspunkte der
Aufnehmerspulen auf effiziente Weise.
Zur Überwachung eines Objektes, dessen Bewegung sich
mit der Zeit ändert, wie dem Herz, was mit der Kurve 7' der
Magnetfeldstärke in Fig. 10(a) gezeigt wird, kann der
interpolierte Erfassungspunkt selbst oder die Zahl des
interpolierten Erfassungspunktes bestimmt werden, in
Abhängigkeit vom Betrag des zeitlichen Differentials der
Kurve in Fig. 10(a), wie in Fig. 10(b) bzw. Fig. 10(c)
gezeigt. Mit anderen Worten, die Interpolation wird nur
ausgeführt, wenn das Herz die Ströme erzeugt, und die Zahl
der Interpolation wird nur bei einer Änderung der erzeugten
Ströme erhöht. Die nicht-immer-ausgeführte Interpolation
mindert die Belastung des Computers, was ein effizientes
Lokalisieren oder Anordnen der Stromquellen ergibt.
Obgleich in den obigen bevorzugten Ausführungsformen
die Berechnung der Ströme nach dem SVD-Verfahren ausgeführt
wird, ist offensichtlich, daß das Konzept der vorliegenden
Erfindung, wonach die Erfassungspunkte mit Aufnehmerspulen
interpoliert/extrapoliert werden, auf jede andere
Berechnungsart angewendet werden kann.
Obgleich bei den obigen bevorzugten Ausführungsformen
hinsichtlich des zu überwachenden Objektes auf ein
menschliches Herz oder Gehirn bezug genommen wird, ist es
ersichtlich, daß das/der Verfahren/Apparat der vorliegenden
Erfindung auch bei anderen Objekten als dem Herz oder
Gehirn, so wie anderen als menschlichen Objekten, ausgeführt
werden kann.
Die oben beschriebene Abschätzung nach Interpolation
/Extrapolation, die Berechnung der Konstanten, die
Berechnung der Ströme etc. und der Betrieb des
Anzeigegerätes 3d werden durch einen Computer 3a mit
entsprechenden in ihm installierten Programmen ausgeführt.
Claims (8)
1. Verfahren zum Messen von in einem lebenden Organ
erzeugten elektrischen Strömen, bei welchem eine Mehrzahl
von Aufnehmerspulen zur Messung von Magnetfeldstärken ver
wendet wird, die von den im lebenden Organ erzeugten elek
trischen Strömen verursacht werden, wobei die Aufnehmerspu
len auf einer Mehrzahl von Erfassungspunkten positioniert
und die gemessenen Magnetfeldwerte in einem Vektor zu
sammengefaßt werden, um über die vom Biot-Savartschen Ge
setz abgeleitete Beziehung = Ã, in der à eine Ortsma
trix und ein Vektor ist, der die an den vorbestimmten
Orten des lebenden Organs vorausgesetzten Stromflußwerte
enthält, durch Invertieren der Ortsmatrix à die Werte des
Vektors zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß durch
Interpolation und/oder Extrapolation der gemessenen Magnet
feldwerte der Vektor um interpolierte und/oder extrapo
lierte Magnetfeldwerte erweitert wird, um unter Anpassung
der Matrix à und des Vektors eine Aussage über an wei
teren Orten vorausgesetzte Stromflußwerte zu machen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, mit einer linearen In
terpolation/Extrapolation.
3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Interpolati
on/Extrapolation mit Splinefunktionen ausgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Dichte der
interpolierten/extrapolierten Magnetfeldwerte in Abhängig
keit vom Ort der elektrischen Stromflußwerte (2) bestimmt
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, worin ein in
terpolierter/extrapolierter Magnetfeldwert für einen Ort
bestimmt wird, wo das räumliche Differential der von der
Aufnehmerspule gemessenen Magnetfeldstärken groß ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, worin die Dich
te der interpolierten Punkte im Verhältnis zu einem räumli
chen Differential der von der Aufnehmerspule gemessenen Ma
gnetfeldstärke bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin
die Dichte der interpolierten/extrapolierten Magnetfeldwer
te mit der Zeit geändert wird, in Abhängigkeit von einem
räumlichen Differential der von der Aufnehmerspule gemesse
nen Magnetfeldstärke.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem lebenden Or
gan erzeugten elektrischen Ströme dargestellt werden.
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