JP2005131122A - 生体磁気計測装置及び視覚刺激呈示光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 視覚刺激を呈示しながら、磁気ノイズの影響がなく、安定した生体磁気の計測が可能な生体磁気計測装置及び視覚刺激呈示光学系を提供すること
【解決手段】 生体磁気計測装置を、生体磁気以外の外部からの磁気影響を遮断するシールドルームＢと、シールドルームＢ内に配設される少なくとも脳部の生体磁気を計測するＭＥＧ計測器１・視覚刺激画像を映し出すスクリーン１３と、シールド手段Ｂ外に配設される視覚刺激画像を投射するプロジェクタ６と、シールド手段内・外に配設される視覚刺激画像を反射しスクリーン１３に至る光路を構成させるミラー１０・１１・１２から構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、測定対象者に視覚刺激を呈示しながら、生体磁気を計測する生体磁気計測装置と、視覚刺激を呈示するための光学系に関する。

脳活動の生理学的機能を研究する際に、視聴覚刺激などを与えながら脳部から発生する生体磁気を計測する方法が知られている。生体磁気を計測する装置としては、ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子）を使用した極めて高感度の脳磁計(ＭＥＧ：Magnetoencephalograph)などが用いられている。
脳磁計は、脳神経細胞の活動に伴って発生する極微弱な脳磁場を非侵襲、非接触で計測し、活動部位の３次元的局在推定や脳の時空間的な活動の解明、脳機能のマッピング作成などに有効な装置である。

脳磁計で用いられるＳＱＵＩＤ磁束計は、地磁気の１億分の１以下のレベルの磁場の変化を検出することができるため、装置を厳重に磁気遮蔽された磁気シールド環境に設置する必要がある。
一方、上記のように脳研究においては、被験者に視覚刺激を呈示しながら脳の活動部位を測定することが必要である。そのための視覚刺激の呈示手段を配置しなければならないが、発光する機材は電源回路や制御回路から電磁波を生じさせて正確な測定の障害となってしまう問題がある。

従来の技術として、特開平１１−７６１８６号公報では、椅子に着座する被験者の頭部を顔面側から受ける受け具を設け、被験者の前方視認を許容しながら被験者の後頭部に対向する検出器を備えた生体磁気計測装置が開示されている。
そして、遠方の映写機から、被験者の前方視野領域に配置されるスクリーンに映像が投影される構成を開示している。

また、特開平９−２３８９０３号公報では、人間の眼の視覚刺激に対する反応と脳内の反応とを同時に計測することのできる非磁性近見反応計測方法及び装置を開示している。該開示において、磁気シールド室内の被験者の眼に、磁気シールド室外の調節刺激付与装置から調節刺激を与える方法を開示している。
該方法によると、調節刺激付与装置を磁気シールド室外に配置するため、磁気ノイズの影響を受けることがないとしている。

しかしながら、前者の開示においては後頭部から検出器を当てることを主眼としているため、被験者を着座させており、後者の開示においても近見反応の特性を調べるために被験者が着座した状態で刺激を与えられている。しかしながら、このような従来の構成では、被験者の体勢は限定されたものであり、被験者に負担が少なく、かつ安定した測定が可能な体位で測定を行えるものではない。

また、前者の開示においては映写機からスクリーンに投影するとしているが、映写機の配置については不明であり、後者においても磁気シールド室外に配置するものの、自在に視覚刺激の呈示手段を配置しながら、磁気ノイズの影響を排除できる方法は従来提供されていない。

本発明は上記従来技術の有する問題点に鑑みて創出されたものであり、視覚刺激を呈示しながら、磁気ノイズの影響がなく、安定した生体磁気の計測が可能な生体磁気計測装置及び視覚刺激呈示光学系を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の生体磁気計測装置は、以下の特徴を有する。
すなわち、測定対象者に視覚刺激を呈示しながら、少なくとも測定対象者の脳部から発生する生体磁気を計測可能な生体磁気計測装置である。そして、該装置が、生体磁気以外の外部からの磁気影響を遮断するシールド手段と、少なくとも脳部の生体磁気を計測する磁束計手段と、視覚刺激画像を映し出す映写手段と、視覚刺激画像を投射する投射手段と、投射手段により投射された視覚刺激画像を反射し、映写手段に至る光路を構成させる少なくとも１個の反射手段とを備える。

ここで、磁束計手段と、映写手段とはシールド手段内に配設される。また、投射手段はシールド手段外に配設される。反射手段はシールド手段内外のいずれかに少なくとも配設され、複数の場合にはそれぞれに配設されていてもよい。

前記生体磁気計測装置が、計測時に測定対象者が横臥する寝台を備えると共に、映写手段を、該寝台上方の寝台と対向する位置に配設することもできる。

前記生体磁気計測装置において、寝台よりも高い位置である第１の高さに反射手段を設けると共に、第１の高さよりも低い第２の高さの略水平面上に、映写手段を設けることもできる。

前記シールド手段の一部に、一端がシールド手段内、他端がシールド手段外である管状体を嵌設した開口部を設け、該一端に前記投射手段を付設して管状体内に視覚刺激画像の光路を構成させてもよい。
該開口部が、シールド手段の換気口であってもよい。

投射手段と、磁束計手段とを、寝台の長手方向を挟む反対位置に配設する構成をとることもできる。

本発明の別な構成としては、生体から発生する生体磁気を計測するときに磁気遮蔽環境内の測定対象者に視覚刺激を呈示するための視覚刺激呈示光学系を提供することもできる。
外視覚刺激呈示光学系は、磁気遮蔽環境外にあって視覚刺激画像を略水平方向に投射する投射装置と、磁気遮蔽環境内及び／又は磁気遮蔽環境外にあって、該投射装置により投射された視覚刺激画像を反射し、映写手段に至る光路を構成させる少なくとも１個の反射装置と、磁気遮蔽環境内にあって、視覚刺激画像を映し出す映写装置とから構成される。

本発明は、上述の構成を備えるので、以下の効果を奏する。
請求項１に記載の発明によると、投射手段・映写手段の他に単数または複数の反射手段を用いることができるので、視覚刺激画像を歪ませることなく、高画質を維持しながら、最適な位置に画像を呈示することができる。
測定対象者に無理な姿勢を強いることがないので、測定対象者の負担の軽減、ひいては測定の高精度化に寄与する。

請求項２に記載の発明によると、測定対象者が横臥する寝台を備えると共に、映写手段が測定対象者が横臥した位置の眼前に配置することができるので、測定対象者の負担の軽減と共に、高精度な測定を図ることができる。

請求項３に記載の発明によると、反射手段を高い位置に配置することでシールド手段における動作性を確保しながら、被験者の眼球に近い位置に映写手段を設置することができ、視覚刺激画像の確実な呈示を行うことができる。

請求項４に記載の発明によると、シールド手段の一部に一端がシールド手段内、他端がシールド手段外である管状体を嵌設した開口部を設けるので、磁気シールド性能を維持しながら、投射手段からの光路を障害なく形成させることができる。

請求項５に記載の発明によると、開口部として換気口を利用することができるので、シールドルーム（Ｂ）に複数の開口部を設けることなく、本発明を実施することができる。

請求項６に記載の発明によると、投射手段と磁束計手段とを寝台の長手方向を挟む反対位置に配設するので、磁束計手段と、投射された視覚刺激画像が干渉することなく、自由な光路を形成させることができる。また、投射手段からの僅かな磁気ノイズが生じた場合でも、影響を最小限に抑えることができる。

請求項７に記載の発明によると、既存の生体磁気計測装置においても好適な視覚刺激呈示光学系を提供することができる。
すなわち、投射装置・映写装置の他に単数または複数の反射装置を用いることができるので、既存の生体磁気計測装置に干渉したり、視覚刺激画像を歪ませることなく、高画質を維持しながら、最適な位置に画像を呈示することができる。
測定対象者に無理な姿勢を強いることがないので、測定対象者の負担の軽減、ひいては測定の高精度化に寄与する。

本発明の実施形態を図面に示した実施例に基づいて説明する。なお、実施形態は、本発明の主旨から逸脱しないかぎり適宜変更可能なものである。
本発明は測定対象者の脳部から発生する生体磁気を計測する生体磁気計測装置（以下、本装置と呼ぶ。）であり、図１のように計測器（１）と、その支持具（２）、測定対象者（以下、被験者と呼ぶ。）（３）が横臥するための寝台（４）からなる脳磁計(ＭＥＧ：Magnetoencephalograph)（Ａ）と、生体磁気以外の外部からの磁気影響を遮断するシールドルーム（Ｂ）と、視覚刺激を被験者に与えるための光学系機器（Ｃ）とからなる。

計測器（１）は、少なくとも脳部の生体磁気を計測する磁束計手段であって、ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子）を使用した極めて高感度の計測が可能な装置である。このような装置は公知であり、また本発明の実施においては、生体磁気を計測できる任意の磁束計手段、例えば誘導コイル型磁束計を用いてもよい。
本実施例における計測器（１）はシールドルーム（Ｂ）天井から吊設された略円筒状であり下端の傾斜が緩やかになっている。計測器内部にはＳＱＵＩＤが配され、それを超伝導状態にするために液体ヘリウム等の冷却剤に漬けている。液体ヘリウムは図示しない配管によって供給・排出される。

また、吊設するための支持具（２）は上端を天井面に固設した支柱部（２ａ）と、支柱部（２ａ）下端において計測器（１）と共に揺動可能に枢支された揺動部（２ｂ）から大きく構成される。これにより、被験者の頭部の所望の部位を被覆し、脳部の生体磁気を計測可能にしている。

寝台（４）は、シールドルーム（Ｂ）の床上に配置され、非磁性の例えば、木材、樹脂などから形成されている。被験者は、寝台（４）上に横臥し、計測器（１）下端部（５）に頭部を嵌入させて測定を行う。測定器（１）の下端部（５）上面は切り込みにより被験者顔面が開口しており、被験者（３）は上方を視認可能である。

本装置におけるシールドルーム（Ｂ）は、建物の既存の一室を磁気遮断室とする工法により建造されたものであり、パーマロイを用いて作られている。パーマロイはニッケルと鉄の磁性合金であり、金属材料の中でも最大の透磁率をもち、磁力線が非常に通りやすい性質の金属である。そのため、外部からの磁力線はパーマロイの壁内を通るため、内部への磁力線の遮蔽に極めて優れた効果を奏する。
パーマロイを用いたシールドルーム（Ｂ）ではＳＱＵＩＤの使用時に交流・直流磁場の受動対策が可能である。

さらに、シールドルーム（Ｂ）外には、視覚刺激画像を投射するプロジェクタ（６）を備え、シールドルーム（Ｂ）の壁部の一部に嵌設した管状体（７）の内部を通してシールドルーム（Ｂ）内に投射するように構成している。
管状体（７）は、同じくパーマロイにより形成されており、一旦にプロジェクタ（６）を密着させることで、プロジェクタ（６）から発生する磁気ノイズや、外部からの磁力線の漏れを阻止し、シールドルーム（Ｂ）の磁気シールド効果を保つことができる。
なお、シールドルーム（Ｂ）に換気口が設けられる場合に、該換気口を通してプロジェクタ（６）から視覚刺激画像を投射してもよい。

ここで図２にシールドルーム（Ｂ）内の光学系機器（Ｃ）の配置を示す斜視説明図を、図３にはその平面図、図４には同正面図を示す。
本実施例における光学系機器（Ｃ）は、図示しない画像処理装置によって生成された視覚刺激画像を投射するプロジェクタ（６）と、シールドルーム（Ｂ）内に設けられた第１ミラー（１０）、第２ミラー（１１）、第３ミラー（１２）のミラー群と、投射された視覚刺激画像が該ミラー群を経て、第３ミラー（１２）からの反射画像を映写するスクリーン（１３）とから成る。

プロジェクタ（６）は、本実施例において画像処理装置として用いているパーソナルコンピュータの画像を表示可能な液晶プロジェクタである。パーソナルコンピュータにより脳機能測定に用いる様々な視覚刺激画像を発生させ、信号ケーブルによりプロジェクタ（６）に信号を送出する。プロジェクタ（６）では、画像情報を液晶表示するとともに、投射用のランプによってその視覚刺激画像を投射する。

プロジェクタ（６）のレンズ先端からシールドルーム（Ｂ）の外壁（２０）までは３００ｍｍである。また、該レンズ中心および管状体（７）の中心は、シールドルーム（Ｂ）床面から１８７０ｍｍの高さになるようにそれぞれ設置している。

第１ミラー（１０）は管状体（７）と略同一の高さに設置され、シールドルーム（Ｂ）天井から非磁性の固定具（３０）を用いて固定されている。このとき、第１ミラー（１０）の設置角度は、寝台（４）の長手方向と約４５度の角度に傾斜しており、反射画像が第２ミラー（１１）に向かう光路を形成する。
第１ミラー（１０）の中心はシールドルーム（Ｂ）の内壁（２１）から３５０ｍｍ離れて位置しており、本実施例で用いるシールドルーム（Ｂ）の壁圧は１００ｍｍであるので、プロジェクタ（６）のレンズ先端から第１ミラー（１０）中心まで８５０ｍｍである。

第１ミラー（１０）の斜視説明図を図５に示す。第１ミラー（１０）は、幅４８０ｍｍ、高さ４００ｍｍ、厚さ４０ｍｍであって、内部に紙製の柱状体を厚さ方向に並列したハニカム構造を有する基盤（１０ａ）と、１面に厚さ５ｍｍの非磁性ミラー（１０ｂ）とを貼着している。これにより軽量化を実現している。

第２ミラー（１１）の中心は第１ミラー（１０）の中心と略同一の高さに設置され、シールドルーム（Ｂ）天井から非磁性の固定具（３１）を用いて固定されている。第２ミラー（１１）の設置角度は、第１ミラー（１０）とミラー面を対向しながら平行であり、プロジェクタ（６）から第１ミラー（１０）への入射光路と、第２ミラー（１１）からの反射光路が平行になる。また、第２ミラー（１１）による反射画像が寝台（４）の幅方向中心線直上方に光路を形成するように配置している。

第２ミラー（１１）の中心は第１ミラー（１０）の中心から１０４０ｍｍ離れた位置にあり、このとき第２ミラー（１１）のシールドルーム（Ｂ）内壁（２１）との距離は約５０ｍｍになる。
第２ミラー（１１）の斜視説明図を図６に示す。第２ミラー（１１）は、幅８００ｍｍ、高さ６５０ｍｍ、厚さ４０ｍｍであって、第１ミラー（１０）と同じく、内部に紙製の柱状体を厚さ方向に並列したハニカム構造を有する基盤（１１ａ）に、厚さ５ｍｍの非磁性ミラー（１１ｂ）を貼着している。

さらに、第３ミラー（１２）は第１ミラー（１０）及び第２ミラー（１１）によって床面と平行面（高さ１８７０ｍｍ）上を進んできた光路を、略鉛直下方に向けて反射するミラーであり、図２に明らかなように水平方向から４５度傾斜して配置される。第３ミラー（１２）はシールドルーム（Ｂ）天井から非磁性の固定具（３２）を用いて固定されている。
第３ミラー（１２）の中心は、寝台（４）の幅方向中心線直上方にあって、第２ミラー（１１）の中心から２０００ｍｍ離れた位置である。

第３ミラー（１２）の斜視説明図を図７に示す。第３ミラー（１２）は、幅１３００ｍｍ、高さ１１５０ｍｍ、厚さ５０ｍｍであって、内部が紙製の柱状体を厚さ方向に並列したハニカム構造の基盤（１２ａ）の１面に厚さ５ｍｍの非磁性ミラー（１２ｂ）を貼着している。本ミラー（１２）は剛性を高めるために、他のミラー（１０）（１１）に比して若干厚みを増しているが、ハニカム構造の採用により、全体で約２３ｋｇの質量に抑えている。

第３ミラー（１２）によって略鉛直下方に反射した視覚刺激画像は、布製のスクリーン（１３）に投影される。スクリーン（１２）は、シールドルーム（Ｂ）の床面に設置した非磁性の支持台（３３）により支持部（３４）で支持されている。

スクリーン（１３）の中心は、第３ミラー（１２）中心の直下方であり、その距離は９００ｍｍである。従って、スクリーン（１３）のシールドルーム（Ｂ）床面からの高さは９７０ｍｍであり、寝台（４）上の被験者（３）からは直上方となる。
また、この位置は、被験者（３）眼球の直上方ないしやや足方に向かう位置にあり、被験者（３）が下端部（５）内でやや俯き姿勢にあるときにも、視線を意識的に向けずに視認可能な位置である。

以上の構成によると、従来プロジェクタを用いて視覚刺激画像を投射する構成であっても、その画像を直接スクリーンに投射していたために被験者の姿勢を自由にすることができず、被験者に負担をかけたり、高精度な測定をし難かった問題点を解消し、被験者（３）の眼前で、歪み等が生じない高画質な視覚刺激画像を呈示することが可能となる。

また、プロジェクタ（６）をシールドルーム（Ｂ）外に配置すると共に、すべてのミラー（１０）（１１）（１２）やスクリーン（１３）を非磁性体で構成するため、測定に一切の影響を与えない生体磁気計測装置を提供することができる。
さらに、本構成のように各ミラー（１０）（１１）（１２）を床面から１８７０ｍｍの高さにすると、被験者や測定者などシールドルーム（Ｂ）内で動作するときに障害に成りにくく、また天井から容易に釣り下げ固定することができる。
もちろん、本発明の実施においては任意の高さに設定することができるが、好ましくは人間の身長と同等かそれよりも高い位置に設置するのが望ましい。

本発明では、プロジェクタ（６）、第１ミラー（１０）、第２ミラー（１１）をそれぞれ寝台（４）を挟んで計測器（１）と反対位置に配置している。このように被験者（３）の足方から視覚刺激画像を投射することにより、計測器（１）と干渉せず、広い画角の光路を形成させることが可能となる。また、プロジェクタ（６）や管状体（７）から、僅かな磁気ノイズが生じても、計測器（１）が離れているために影響を抑えることができる。

本発明の実施形態は任意に変更可能であり、シールドルーム内に複数のミラーとスクリーンを備える構成において、ミラーを任意の個数配置することができる。また、ミラーはシールドルーム外に配置してもよく、その場合、投射手段であるプロジェクタの設置位置を任意に設置したり、シールドルームの開口部位置を自由に設置することができるため好適である。シールドルーム内外共にミラーを設置してもよい。

また、本発明の実施においては、別実施例として図８及び図９のような脳磁計を用いることもできる。
図８の脳磁計（Ａ’）の計測器（１’）は、シールドルーム（Ｂ）床面から立設した支持台（２’）上に揺動自在に付設した略円筒状である。計測器内部にはＳＱＵＩＤが配され、それを超伝導状態にするために液体ヘリウム等の冷却剤に漬けている。液体ヘリウムは図示しない配管によって供給・排出される。

支持台（２’）は下端を床面に固設した支柱部（２ａ’）と、支柱部（２ａ’）上端において揺動可能に枢支された揺動部（２ｂ’）とから構成される。被験者（３）は頭部を枕（５’）上に置くことも可能であり、計測器（１’）が頭部の所望の部位を被覆し、脳部の生体磁気を計測可能にしている。
本構成においても、被験者は上方のスクリーン（１３）を視認可能であり、本発明の実施形態とすることができる。

また、被験者が横臥する横型の脳磁計を用いる構成に限らず、図９のような被験者が着座して計測する態様の脳磁計（Ａ’’）を用いてもよく、その場合においても、人間の身長と同一又は高い位置にミラーを配置すると共に、映写するスクリーンを視線方向に設置するのが望ましい。

本実施例における計測器（１’’）はシールドルーム（Ｂ）天井から吊設された略円筒状であり下端において湾曲している。計測器内部にはＳＱＵＩＤが配され、それを超伝導状態にするために液体ヘリウム等の冷却剤に漬けている。液体ヘリウムは図示しない配管によって供給・排出される。

また、吊設するための支持具（２’’）は上端を天井面に固設した支柱部（２ａ’’）と、支柱部（２ａ’’）下端において計測器（１’’）と共に揺動可能に枢支された揺動部（２ｂ’’）から構成される。これにより、被験者の頭部の所望の部位を被覆し、脳部の生体磁気を計測可能にしている。

本実施例においては、光学系機器（Ｃ）に、第１ないし第３ミラー（１０）（１１）（１２）は上記実施例と同様に配設し、更に第３ミラー（１２）から略鉛直下方に向けて反射した刺激画像を、略水平方向に反射する第４ミラー（１４）を設ける。

第４ミラー（１４）の前方に、スクリーン（１３’’）を配設する。スクリーン（１３’’）は略垂直に立設しており、被験者の眼前に設置する。このとき、スクリーン（１３’’）は、上記実施例におけるスクリーン（１３）と同様に支持台（３３）を用い、支持部（３４）でスクリーン角度を調節して使用することもできる。

以上の別実施例によると、従来開示されていた技術と異なり、着座しながら計測する構成であっても、被験者に最適な体勢を取らせながら、高画質な視覚刺激画像を呈示することが可能であり、高精度な計測に寄与する。

本発明に係る生体磁気計測装置の正面断面図である。 同、シールドルーム内の光学系機器の配置を示す斜視説明図。 同、平面図である。 同、正面図である。 第１ミラーの斜視図である。 第２ミラーの斜視図である。 第３ミラーの斜視図である。 本発明に係る別実施例における生体磁気計測装置の正面断面図である。 本発明に係る別実施例における生体磁気計測装置の正面断面図である。

符号の説明

Ａ 脳磁計
Ｂ シールドルーム
Ｃ 光学系機器
１ 計測器
２ 支持具
３ 被験者
４ 寝台
５ 計測器下端部
６ プロジェクタ
７ 管状体
１０ 第１ミラー
１１ 第２ミラー
１２ 第３ミラー
１３ スクリーン

Claims (7)

1. 測定対象者に視覚刺激を呈示しながら、少なくとも測定対象者の脳部から発生する生体磁気を計測可能な生体磁気計測装置であって、
   該生体磁気以外の外部からの磁気影響を遮断するシールド手段と、
   該シールド手段内に配設され、少なくとも脳部の生体磁気を計測する磁束計手段と、
   該シールド手段内に配設され、視覚刺激画像を映し出す映写手段と、
   該シールド手段外に配設され、視覚刺激画像を投射する投射手段と、
   該シールド手段内及び／又は該シールド手段外に配設され、該投射手段により投射された視覚刺激画像を反射し、映写手段に至る光路を構成させる少なくとも１個の反射手段と、
   から構成されることを特徴とする生体磁気計測装置。
2. 前記生体磁気計測装置が、
   計測時に測定対象者が横臥する寝台を備えると共に、
   前記映写手段を、該寝台上方の寝台と対向する位置に配設する
   請求項１に記載の生体磁気計測装置。
3. 前記生体磁気計測装置において、
   前記寝台よりも高い位置である第１の高さに前記反射手段を設けると共に、
   該第１の高さよりも低い第２の高さの略水平面上に、前記映写手段を設ける
   請求項２に記載の生体磁気計測装置。
4. 前記シールド手段の一部に、
   一端がシールド手段内、他端がシールド手段外である管状体を嵌設した開口部を設け、
   該一端に前記投射手段を付設して管状体内に視覚刺激画像の光路を構成する
   請求項１ないし３に記載の生体磁気計測装置。
5. 前記開口部が、
   シールド手段内の空気を換気する換気口である
   請求項４に記載の生体磁気計測装置。
6. 前記投射手段と、前記磁束計手段とを、
   前記寝台の長手方向を挟む反対位置に配設する
   請求項２ないし５に記載の生体磁気計測装置。
7. 生体から発生する生体磁気を計測するときに磁気遮蔽環境内の測定対象者に視覚刺激を呈示するための視覚刺激呈示光学系であって、
   磁気遮蔽環境外にあって視覚刺激画像を略水平方向に投射する投射装置と、
   磁気遮蔽環境内及び／又は磁気遮蔽環境外にあって、該投射装置により投射された視覚刺激画像を反射し、映写手段に至る光路を構成させる少なくとも１個の反射装置と、
   磁気遮蔽環境内にあって、視覚刺激画像を映し出す映写装置と、
   から構成されることを特徴とする視覚刺激呈示光学系。
   
   

Images