JP2002336211A - 生体磁気測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定部位の形状に応じて単独で生体磁気を
正確に測定することができる生体磁気測定装置を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 ＳＱＵＩＤセンサなどの生体磁気を測定
する手段を具備した断熱機構１０を、被検体Ｍの頭部の
周囲に複数個設置する。アーム１１の関節部分をアーム
コントローラ１２からの信号によって回転させること
で、アーム１１に保持された各断熱機構１０をそれぞれ
単独に駆動させて、所望の位置や方向に動かすことがで
きる。各断熱機構１０の駆動に連動してＳＱＵＩＤセン
サなども駆動されるので、例えば被検体Ｍの被測定部位
が頭部から胸部に変っても、被測定部位とＳＱＵＩＤセ
ンサとの距離を保ちつつ各断熱機構１０を駆動させるこ
とで、生体磁気の信号強度が減衰することはない。その
結果、被測定部位の形状に応じて単独の生体磁気測定装
置で生体磁気を正確に測定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、生体活動電流を
求めるために生体磁気を測定する生体磁気測定装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】生体に刺激を与えると、細胞膜を挟んで
形成されている分極が壊れて生体活動電流が流れる。こ
の生体活動電流は、脳や心臓において現れ、脳波，心電
図として記憶される。また、生体活動電流によって生じ
る磁界は、脳磁図，心磁図として記憶される。

【０００３】近年、生体内の微小な磁界を測定する生体
磁気測定装置として、ＳＱＵＩＤ（Superconducting Qu
antum Interface Device ：超電導量子干渉計）を用い
たセンサが開発されている。このセンサを例えば頭部の
ような被測定部位の外側に置き、脳内に生じた生体活動
電流源である電流双極子（以下、単に電流源とも称す
る）による微小磁界をそのＳＱＵＩＤセンサで無侵襲に
測定することができる。

【０００４】このようなＳＱＵＩＤセンサは超電導であ
るので、低温で動作させなければならない。しかしなが
ら、微小磁界（磁気）の測定によってＳＱＵＩＤセンサ
の温度が上昇してしまう。そこで、動作温度までＳＱＵ
ＩＤセンサを冷却あるいは保持するために、冷却機構や
断熱機構が装置内に必要になる。特に、断熱機構は装置
に少なくとも必要である。冷却機構としては、例えば液
体ヘリウムや液体窒素などの液体ガスによる浸漬冷却
か、あるいは冷凍機による伝熱冷却がある。

【０００５】浸漬冷却について、例えば図８に示すよう
に、断熱容器１０１を備えたデュワー１０２内に複数個
のＳＱＵＩＤセンサ１０３が液体ガスＧに浸漬されて収
納されている装置などがある。このような装置を被検体
Ｍの被測定部位の外側に置くことで被検体Ｍの生体磁気
が測定される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
装置では被測定部位の形状に応じて複数体必要になって
しまう。例えば、被測定部位が頭部である場合と胸部で
ある場合とでは、頭部や胸部の形状の違いから、１つの
断熱機構で兼用することができず、その結果、１つの装
置で兼用することができない。また、同じ被測定部位で
あっても成人用と小児用とでは、同様に１つの装置で兼
用することができない。例えば被測定部位が頭部である
場合には、成人と小児とでは頭部の大きさの違いが顕著
に出るので、個々の装置をそれぞれ用意しなければなら
ない。仮に、成人用の装置で小児を測定すると、ＳＱＵ
ＩＤセンサと被測定部位である頭部との距離が離れてし
まうので、測定される磁気の信号強度が減衰して正確な
測定結果を得ることができない。

【０００７】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、被測定部位の形状に応じて単独で生
体磁気を正確に測定することができる生体磁気測定装置
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、このような
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項１に記載の発明は、被検体内の生体磁気を測
定する生体磁気測定装置であって、被検体における被測
定部位の生体磁気を測定する測定手段を少なくとも１つ
具備して、かつ生体磁気の測定による前記測定手段の温
度の上昇を防止する複数の断熱機構と、前記被測定部位
の形状に応じて前記各断熱機構をそれぞれ単独に駆動さ
せる駆動手段とを備えていることを特徴とするものであ
る。

【０００９】〔作用・効果〕請求項１に記載の発明によ
れば、複数個備えられた断熱機構において、被測定部位
の形状に応じて各断熱機構が駆動手段によってそれぞれ
単独に駆動される。ここで『被測定部位の形状に応じて
各断熱機構が駆動手段によってそれぞれ単独に駆動され
る』とは、以下のような場合などを指す。例えばある被
測定部位を測定した後にその測定部位よりも大きい被測
定部位を測定する場合には、前者の被測定部位を測定し
た直後に後者の被測定部位に近い場所まで各断熱機構を
それぞれ駆動させて移動させる。また必要に応じて別の
断熱機構を後者の被測定部位に近い場所まで移動させて
断熱機構を補充して測定される生体磁気の信号強度を高
める。また例えばある被測定部位を測定した後にその測
定部位よりも小さい被測定部位を測定する場合には、前
者の被測定部位を測定した直後に後者の被測定部位に近
い場所まで各断熱機構をそれぞれ駆動させて移動させ
る。また必要に応じて断熱機構のうち一部の断熱機構を
被検体から退避させて断熱機構の数を減らして、被測定
部位の表面積が小さくなったことによって断熱機構同士
が衝突するのを防止する。

【００１０】このように各断熱機構が被測定部位の形状
に応じてそれぞれ単独に駆動されることによって、各断
熱機構にそれぞれ具備された測定手段も、各断熱機構に
それぞれ連動して駆動される。従って、生体磁気の信号
強度が減衰しないような被測定部位と測定手段との適度
の距離を保ちつつ、各断熱機構を駆動させることで、被
測定部位の形状によって生体磁気の信号強度が減衰する
ことはない。その結果、被測定部位の形状に応じて単独
で生体磁気を正確に測定することができる。

【００１１】本明細書は次のような課題解決手段も開示
している。

【００１２】（１）請求項１に記載の生体磁気測定装置
において、前記測定手段を冷却する冷却機構を備えてい
ることを特徴とする生体磁気測定装置。

【００１３】前記（１）の発明によれば、冷却機構を備
えることで測定手段を冷却することができて、生体磁気
の測定によって測定手段が上昇するのをより防止するこ
とができる。冷却機構としては、例えば下記（２）ある
いは（３）がある。

【００１４】（２）前記（１）に記載の生体磁気測定装
置において、前記冷却機構は前記断熱機構内に具備され
ていることを特徴とする生体磁気測定装置。

【００１５】前記（２）の発明によれば、測定手段を冷
却する冷却機構が断熱機構内に具備されているので、測
定手段は冷却手段によって直接的に冷却される。前記
（２）の場合、冷却機構は液体ガスであって測定手段を
浸漬する浸漬冷却が、冷却する点において好ましい。

【００１６】（３）前記（１）に記載の生体磁気測定装
置において、前記冷却機構から前記断熱機構または前記
測定手段に伝熱させる伝熱手段を備えていることを特徴
とする生体磁気測定装置。

【００１７】前記（３）の発明によれば、伝熱手段を備
えることで冷却機構から断熱機構または測定手段に伝熱
されて、測定手段が冷却手段によって冷却される。前記
（３）の場合、冷却機構は例えば冷凍機などであって冷
凍機と断熱機構とを伝熱手段として伝熱材料から形成さ
れた部材で連結する伝熱冷却がある。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
一実施例を説明する。図１は、この発明に係る生体磁気
測定装置の一実施例の概略構成を示したブロック図であ
って、図２は、生体磁気測定装置内に備えられた断熱機
構の縦断面図である。なお、本実施例では、被測定部位
が頭部であって、冷却方式として伝熱冷却を例に採って
説明する。

【００１９】図中、符号１は磁気センサであり、この磁
気センサ１は、図２に示すように単体のピックアップコ
イル２とＳＱＵＩＤセンサ３とから構成されている。ピ
ックアップコイル２は、被検体Ｍの被測定部位である頭
部に対してより近傍で測定できるようにＳＱＵＩＤセン
サ３から被測定部位に向かって延在されている。なお、
この実施例では、磁気センサ１は単体のＳＱＵＩＤセン
サ３を備えているが、複数個のＳＱＵＩＤセンサ３を磁
気センサ１内に備えてもよい。この磁気センサ１は、本
発明における測定手段に相当する。

【００２０】伝熱材料から形成される伝熱部材４を介し
て、冷却部５は磁気センサ１内のＳＱＵＩＤセンサ３に
連結されている。なお、ピックアップコイル２とＳＱＵ
ＩＤセンサ３との連結部分を伝熱部材４でコーティング
してもよい。この冷却部５は冷媒ガス圧縮機６に連結さ
れて、冷媒ガス圧縮機６は液体ガスといった冷媒させる
冷媒ガスを圧縮させてそのときの冷却熱を冷却部５に伝
熱させている。この冷却部５と冷媒ガス圧縮機６とから
冷却機構７を構成しており、この冷却機構７は、本発明
における冷却機構に相当し、伝熱部材４は、本発明にお
ける伝熱手段に相当する。

【００２１】磁気センサ１内のピックアップコイル２と
ＳＱＵＩＤセンサ３と、伝熱部材４と冷却部５とは、真
空多層断熱を施した断熱容器８に収容されて、かつ、冷
却によってより伝熱させ易くするために断熱容器８内は
真空中である。さらに、磁気センサ１外からの輻射熱を
防止するためにサーマルシールド９が、断熱容器８と磁
気センサ１との間に介在されている。磁気センサ１（ピ
ックアップコイル２とＳＱＵＩＤセンサ３とを含む）と
伝熱部材４と断熱容器８とサーマルシールド９とから断
熱機構１０を構成しており、この断熱機構１０は、本発
明における断熱機構に相当する。なお、サーマルシール
ド９は必ずしも必要でないが、外部からの熱をより断熱
させる点においてサーマルシールド９を備える方が好ま
しい。

【００２２】断熱機構１０は、図１に示すように複数個
の関節から構成されるアーム１１によって保持されてお
り、このアーム１１を駆動させることによって、すなわ
ち個々の関節をそれぞれ動かすことによって断熱機構１
０の先端部（図２中のピックアップコイル２）を任意の
方向、位置に移動させる。このアーム１１を手動で駆動
させてもよいし、後述する段落のようにアームコントロ
ーラ１２からアーム１１を自動で駆動させてもよい。手
動の場合ではアーム１１が、自動の場合ではアーム１１
とアームコントローラ１２とが駆動手段に相当する。な
お、アーム１１を固定する基部については図示を省略す
る。

【００２３】自動の場合では、図３に示すように、アー
ム１１の関節部１１ａに、例えば関節部１１ａにおける
一方のアーム１１にモータ１１ｂを固定させて、そのモ
ータ１１ｂの回転によって軸心周りに回転するように回
転軸１１ｃを備え、関節部１１ａにおける他方のアーム
１１が、回転軸１１ｃの軸心周りに連動して他方のアー
ム１１が回転するように構成されている。個々の関節部
１１ａにおける各モータ１１ｂは、アームコントローラ
１２から出力した各信号をそれぞれ受けて、それぞれが
回転駆動される。また、アームコントローラ１２からの
個々の信号によって、モータ１１ｂが回転する速度を変
えて、回転する方向を逆方向にしてもよい。なお、この
ようなモータと回転軸とを介在させて駆動させる以外の
方法で、アーム１１の関節を動かしてもよい。

【００２４】再度、図１に戻って説明すると、断熱機構
１０に具備されている磁気センサ１（図２参照）内のＳ
ＱＵＩＤセンサ３（図２参照）は、ＳＱＵＩＤセンサ３
で測定された生体磁気である微小磁場のデータがデジタ
ルデータに変換されてデータ収集ユニット１３に収集さ
れるように構成されている。データ収集ユニット１３で
収集されたデジタルデータは、制御部１４を介して、演
算部１５によって電流源（生体活動電流源）を求める。
求められた電流源の結果は、制御部１４を介して、モニ
タ１６に表示される。つまり、演算部１５はＣＰＵ（中
央処理装置）などから構成されている。そして、演算部
１５は、データ収集ユニット１３で収集された上記デジ
タルデータについて最小ノルム法などを用いて電流源を
推定し、推定した電流源を各格子点（電流源の位置）上
に電流源の大きさ（ダイポールモーメント）に比例した
ベクトルに変換して、Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置で得ら
れた断層像上に表示させるとともに、モニタ１６上に表
示させている。

【００２５】制御部１４は、上述のように演算部１５に
演算処理を行わせて、モニタ１６に電流源の結果を表示
させる機能の他に、断熱機構１０を駆動させるためにア
ームコントローラ１２を制御する機能や、冷媒ガス圧縮
機６から冷却部５（図２参照）に伝熱させるために冷媒
ガス圧縮機６の圧縮を制御する機能や、生体磁気測定装
置の全般の操作を一括制御する機能をも果たす。なお、
上述のように自動の場合には、例えば光学的センサのよ
うな被検体Ｍの被測定部位の位置を検出する位置検出手
段や、例えば圧力センサのような断熱機構１０と被測定
部位との間での接触を検出する接触検出手段を備えて、
それらの位置／接触検出手段からの信号を、制御部１４
を介して、アームコントローラ１２に送り出して、被測
定部位の位置や接触状態に基づいてアーム１１を操作し
てもよい。

【００２６】上述のような断熱機構１０が、図１に示す
ように、被検体Ｍの頭部の周囲に複数個設置されてい
る。冷却機構７について説明すると、他の断熱機構１０
も、同様に、それぞれが各冷却部５（図２参照）に伝熱
材料４（図２参照）を介して連結されるとともに、各冷
却部５が冷媒ガス圧縮機６にそれぞれ連結されている。
冷媒ガス圧縮機６は単体で構成されて個々の冷却部５に
連結されていてもよいし、各冷却部５に各冷媒ガス圧縮
機６がそれぞれ連結されていてもよい。

【００２７】アーム１１について説明すると、他の断熱
機構１０も、同様に、それぞれが各アーム１１によって
保持されている。自動の場合には各アーム１１がアーム
コントローラ１２によって駆動される。

【００２８】データ収集ユニット１３について説明する
と、他の断熱機構１０も、同様に、各断熱機構１０にそ
れぞれ具備されている各磁気センサ１（図２参照）内の
ＳＱＵＩＤセンサ３（図２参照）が、データ収集ユニッ
ト１３に収集されるように構成されている。なお、図１
では、図が煩雑になるので一部の結線とアーム１１の一
部分とを省略している。

【００２９】このように各断熱機構１０を、各アーム１
１がそれぞれ保持して、手動または自動でそれぞれ単独
に駆動させることによって、各断熱機構１０の先端部
（図２中のピックアップコイル２）を任意の方向、位置
にそれぞれ移動させる。例えば、図１中の被検体Ｍが成
人であって、図４中の被検体ｍが小児であって、成人で
ある被検体Ｍの頭部を測定した後に小児である被検体ｍ
の頭部を測定する場合には、各断熱機構１０を以下のよ
うにそれぞれ駆動させることができる。なお、これから
説明する図４から図７までは、断熱機構１０および被検
体Ｍ，ｍのみを図示し、その他のもの、例えばアーム１
１や冷却機構７などや結線の図示を省略する。

【００３０】成人である被検体Ｍの頭部（図１参照）
と、小児である被検体ｍの頭部（図４参照）とは、それ
らの大きさの違いが顕著であるので、仮に各断熱機構１
０を駆動させないと、断熱機構１０（内に具備されたピ
ックアップコイル２）と被検体ｍの頭部との距離が、断
熱機構１０（内に具備されたピックアップコイル２）と
被検体Ｍの頭部との距離よりも、離れてしまう。そこ
で、被検体Ｍの頭部を測定した後に、被検体ｍの頭部に
近い場所まで各断熱機構１０をそれぞれ、図４に示すよ
うに駆動させて移動させる。もちろん、生体磁気が正確
に測定できるように断熱機構１０の方向も調節する。こ
のとき、成人から小児へ変って被測定の対象物である頭
部の表面積が小さくなったことによって、断熱機構１０
同士が衝突する恐れがあるので、必要に応じて一部の断
熱機構１０を被検体ｍから退避させる。被検体ｍの測定
に使われる断熱機構１０を断熱機構１０ａとして、退避
させた一部の断熱機構１０を断熱機構１０ｂとすると、
図５に示すような測定状態となる。

【００３１】成人である被検体Ｍの頭部を測定した後に
小児である被検体ｍの頭部を測定する場合には、逆の手
順で各断熱機構を駆動させる。このとき、小児から成人
へ変って被測定の対象物である頭部の表面積が大きくな
ったことによって、断熱機構１０同士の間隔が拡がり、
測定される生体磁気の信号強度が弱まる恐れがあるの
で、必要に応じて別の断熱機構１０を補充する。

【００３２】その他、例えば生体磁気の信号強度を強め
て、かつ被検体Ｍの頭部左部分のみしか測定しない場合
には、図６に示すように断熱機構１０同士の間隔を狭め
ることで容易に実現することができる。

【００３３】また、被測定部位を頭部から胸部に変更す
る場合でも、図７に示すように、各断熱機構１０を被検
体Ｍの胸部の所定位置にそれぞれ移動できるように、そ
れぞれ単独に駆動させる。

【００３４】以上より、各断熱機構１０が被測定部位の
形状に応じてそれぞれ単独に駆動されることによって、
各断熱機構１０にそれぞれ具備された磁気センサ１（ピ
ックアップコイル２，ＳＱＵＩＤセンサ３）も、各断熱
機構１０にそれぞれ連動して駆動される。従って、生体
磁気の信号強度が減衰しないように被測定部位と磁気セ
ンサ１（特にピックアップコイル２）との適度の距離を
保ちつつ、各断熱機構１０を駆動させることで、被測定
部位の形状が変っても生体磁気の信号強度が減衰するこ
とはない。その結果、被測定部位の形状に応じて単独の
生体磁気測定装置で生体磁気を正確に測定することがで
きる。また、必要に応じて信号強度をより高めることも
できるし、必要な箇所のみを測定することもできる。

【００３５】この発明は、上記実施形態に限られること
はなく、下記のように変形実施することができる。

【００３６】（１）本実施例では、駆動手段として、自
動の場合アーム１１とアームコントローラ１２とを用い
たが、駆動させる手段であれば、例えばピニオンや歯車
を利用したものや、バネの付勢を利用したものなど、特
に限定されない。

【００３７】（２）本実施例では、冷却方式として伝熱
冷却を例に採って説明したが、液体ガスをＳＱＵＩＤセ
ンサなどの測定手段に浸漬する浸漬冷却であってもよ
い。

【００３８】（３）本実施例では、冷却機構７を備えた
が、冷却しなくても動作温度に保つことができるなら
ば、必ずしも冷却させる冷却機構７を備える必要はな
く、断熱機構のみでもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、被測定部位の形状に応じて駆動手段が各断
熱機構をそれぞれ単独に駆動させているので、各断熱機
構にそれぞれ具備された測定手段も、各断熱機構にそれ
ぞれ連動して駆動される。その結果、被測定部位の形状
に応じて単独で生体磁気を正確に測定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る生体磁気測定装置の一実施例の
概略構成を示したブロック図である。

【図２】本実施例に係る生体磁気測定装置内に備えられ
た断熱機構の縦断面図である。

【図３】自動の場合でのアームの概略構成を示した側面
図である。

【図４】小児のときにおける一測定状態を示した図であ
る。

【図５】小児のときにおける他の測定状態を示した図で
ある。

【図６】頭部左部分のみのときにおける一測定状態を示
した図である。

【図７】胸部のときにおける一測定状態を示した図であ
る。

【図８】従来における浸漬冷却式の生体磁気測定装置の
概略構成図である。

【符号の説明】

１ … 磁気センサ ２ … ピックアップコイル ３ … ＳＱＵＩＤセンサ ８ … 断熱容器 １０ … 断熱機構 １１ … アーム １２ … アームコントローラ Ｍ，ｍ … 被検体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体内の生体磁気を測定する生体磁気
   測定装置であって、被検体における被測定部位の生体磁
   気を測定する測定手段を少なくとも１つ具備して、かつ
   生体磁気の測定による前記測定手段の温度の上昇を防止
   する複数の断熱機構と、前記被測定部位の形状に応じて
   前記各断熱機構をそれぞれ単独に駆動させる駆動手段と
   を備えていることを特徴とする生体磁気測定装置。