JP2010151508A - Ｓｑｕｉｄ磁束計 - Google Patents

Abstract

【課題】 同軸型１次グラジオメータの基本構成をとりながら、同軸型１次グラジオメータと平面型１次グラジオメータの機能を切り替え可能なＳＱＵＩＤ磁束計を実現する。
【解決手段】 生体磁場から発生する磁束をピックアップコイルを介して入力するＳＱＵＩＤ磁束計において、
同心円状のボビンの軸方向に所定距離を隔てて巻回された第１ピックアップコイル及び第２ピックアップコイルを有するピックアップコイル手段と、
前記第１ピックアップコイル及び第２ピックアップコイルの検出磁束を夫々独立して入力する第１ＳＱＵＩＤ磁束計及び第２ＳＱＵＩＤ磁束計と、
これら第１及び第２ＳＱＵＩＤ磁束計の出力を演算して出力する演算手段と、
を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、生体磁場から発生する磁束をピックアップコイルを介して入力するＳＱＵＩＤ磁束計に関するものである。

脳内の細胞活動で生成される磁場から発生する磁束を、をＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device）磁束計を用いて測定する脳磁計測システム、ＳＱＵＩＤ磁束計の構成、磁束を検出してＳＱＵＩＤ磁束計に入力する、グラジオメータと呼ばれるノイズキャンセル機能を備えるピックアップコイル手段については、非特許文献１に詳細な技術開示がある。更に、従来の同軸型1次グラジオメータの具体的な構成例については、特許文献１に技術開示がある。

図４は、従来のグラジオメータを用いるＳＱＵＩＤ磁束計の構成図である。図４（Ａ）に平面型１次グラジオメータを用いたＳＱＵＩＤ磁束計、図４（Ｂ）に同軸型1次グラジオメータを用いたＳＱＵＩＤ磁束計の基本構成を示す。

グラジオメータは、２個のピックアップコイル１１及び１２を逆巻きに差動接続することにより、ＳＱＵＩＤに直接鎖交する外部磁気ノイズをキャンセルする機能を備えるが、平面型１次グラジオメータと同軸型1次グラジオメータでは、次のような特徴がある。

平面型１次グラジオメータの特徴：
（１）長所：ピックアップコイルの真下にある微弱な磁場の検知信号を２倍にできる。
（２）短所：脳磁計に適用した場合、脳表面からの信号が、湧き出しなのか吸い込みなのかの判別がつかない。ピックアップコイル真下以外の信号は減衰する可能性がある。

同軸型1次グラジオメータの特徴：
（１）長所：脳表面からの信号が湧き出しまたは吸い込みの判別がつく。高密度配置が可能である。
（２）短所：平面型１次グラジオメータのように、微弱な信号を２倍にできない。

図５は、複数のＳＱＵＩＤ磁束計を用いる脳磁計のイメージ図である。グラジオメータとして、同軸型１次グラジオメータを用いて、脳３０の表面３０ａに、同軸型１次グラジオメータによるコイル手段Ｌ１（X1,Y1,Z1）…Ｌ８０（X80,Y80,Z80）…Ｌｎ（Xn,Yn,Zn）を配置した数１００チャンネル以上のＳＱＵＩＤ磁束計を示す。同軸型１次グラジオメータを用いれば、脳表面に対し限られたスペースの中で高密度配置が可能である。

図６は、同軸型１次グラジオメータを用いる従来のＳＱＵＩＤ磁束計の構成図である。第１ピックアップコイル１１及び第２ピックアップコイル１２は、同心円状のボビン４０の軸方向に所定距離を隔てて巻回されている。

第１ピックアップコイル１１と第２ピックアップコイル１２は逆巻きに差動接続されてＳＱＵＩＤ磁束計２０に接続される。ＳＱＵＩＤ磁束計２０の出力は、プリアンプ５０を介して信号Ｓｏとして出力される。この出力信号Ｓｏは、逆巻き差動接続により、ピックアップコイル１１で検知した磁場とピックアップコイル１１で検知した磁場の差に比例した信号となる。

横河技報Vol.44 No.3(2000) P151-154 「脳磁計測システムMEGvision」 特開平５−０４５４３２号公報

同軸型１次グラジオメータを用いるＳＱＵＩＤ磁束計では、多数を高密度で配置することが可能であり脳磁計等に有効であるが、極めて微弱な脳磁場の測定では、ピックアップコイル手段での利得を２倍にできる平面型１次グラジオメータを用いたい要求がある。

同軸型１次グラジオメータと平面型１次グラジオメータでは、構造が全く異なるので、両者を兼用することが困難である。従って、目的に応じてグラジオメータを交換する必要があるが、煩雑でありコスト面でも実用的ではない。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、同軸型１次グラジオメータの基本構成をとりながら、同軸型１次グラジオメータと平面型１次グラジオメータの機能を切り替え可能なＳＱＵＩＤ磁束計の実現を目的としている。

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）生体磁場から発生する磁束をピックアップコイルを介して入力するＳＱＵＩＤ磁束計において、
同心円状のボビンの軸方向に所定距離を隔てて巻回された第１ピックアップコイル及び第２ピックアップコイルを有するピックアップコイル手段と、
前記第１ピックアップコイル及び第２ピックアップコイルの検出磁束を夫々独立して入力する第１ＳＱＵＩＤ磁束計及び第２ＳＱＵＩＤ磁束計と、
これら第１及び第２ＳＱＵＩＤ磁束計の出力を演算して出力する演算手段と、
を備えることを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。

（２）前記演算手段は、前記第１ＳＱＵＩＤ磁束計の出力と前記第２ＳＱＵＩＤ磁束計の出力を差動演算し、前記第１ピックアップコイル及び前記第２ピックアップコイルを、同軸型１次グラジオメータとして機能させることを特徴とする（１）に記載のＳＱＵＩＤ磁束計。

（３）一対の前記ピックアップコイル手段が隣接配置されている場合において、前記演算手段は、隣り合う前記第１ＳＱＵＩＤ磁束計または隣り合う前記第２ＳＱＵＩＤ磁束計の出力を差動演算し、隣り合う一対の前記第１ピックアップコイルまたは隣り合う一対の前記第２ピックアップコイルを、平面型１次グラジオメータとして機能させることを特徴とする（１）に記載のＳＱＵＩＤ磁束計。

（４）前記演算手段は、前記第１ＳＱＵＩＤ磁束計の出力または前記第２ＳＱＵＩＤ磁束計の出力の一方を出力することにより、前記第１ピックアップコイルまたは前記第２ピックアップコイルを、マグネットメータとして機能させることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のＳＱＵＩＤ磁束計。

（５）前記第１ＳＱＵＩＤ磁束計の出力または前記第２ＳＱＵＩＤ磁束計の出力の一方に、所定の係数を付与する重み付け手段を備えることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載のＳＱＵＩＤ磁束計。

本発明の構成によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）ピックアップコイル手段を交換することなしに、ユーザが同軸型１次グラジオメータと平面型１次グラジオメータの機能を容易に選択することができる。従って、必要に応じて平面型１次グラジオメータに切り替えて、より精密に微弱な磁場を検出することが可能となる。

（２）同軸型１次グラジオメータを用いた従来のＳＱＵＩＤ磁束計による脳磁計環境において、コストアップすることなく、平面型１次グラジオメータを用いたＳＱＵＩＤ磁束計による脳磁計環境に即座に切り替えることが可能となる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用したＳＱＵＩＤ磁束計の一実施形態を示す構成図である。

ピックアップコイル手段を構成する第１ピックアップコイル１０１と第２ピックアップコイル１０２は、同心円状のボビン２００の軸方向に所定距離を隔てて巻回されおり、形態的には、図６に示した従来の同軸型１次グラジオメータと近似している。

従来の同軸型１次グラジオメータとの相違点は、第１ピックアップコイル１０１と第２ピックアップコイル１０２は逆巻きに差動接続されておらず、夫々が独立して巻回されており、夫々の検出磁束が第１ＳＱＵＩＤ磁束計３０１及び第２ＳＱＵＩＤ磁束計３０２に入力されている。

第１ＳＱＵＩＤ磁束計３０１及び第２ＳＱＵＩＤ磁束計３０２の出力は、夫々プリアンプ４０１及び４０２に入力される。プリアンプ４０１及び４０２の出力Ｓ１及びＳ２は、演算手段５００に入力される。

第１ピックアップコイル１０１と第２ピックアップコイル１０２を、同軸型１次グラジオメータとして機能させる場合には、演算手段５００は、プリアンプ４０１及び４０２の出力Ｓ１及びＳ２を差動演算して、信号Ｓｏを出力する。

図５に示すように多数の同軸型１次グラジオメータが近接して配置されている脳磁計等の計測環境では、隣り合う一対のピックアップコイル手段が隣接配置されることになる。第１ピックアップコイル１０１を、Ｌｎ（（Xn,Yn,Zn）で表記すると、隣接配置されたピックアップコイル手段のピックアップコイル１０１´は、Ｌｎ-1（（Xn-1,Yn-1,Zn-1）で表記できる。

隣り合うピックアップコイル１０１´の検出磁束は、隣り合う第１ＳＱＵＩＤ磁束計３０１´に入力され、その出力を受けるプリアンプ４０１´の出力Ｓ１´が演算手段５００に入力されている。

演算手段５００は、第１ＳＱＵＩＤ磁束計３０１の出力Ｓ１と、隣り合う第１ＳＱＵＩＤ磁束計３０１´の出力Ｓ１´を差動演算し、隣り合う一対の第１ピックアップコイル１０１と１０１´を、平面型１次グラジオメータとして機能させる。

この差動演算は、隣り合う第２ピックアップコイル１０２及び１０２´（図示せず）の検出磁束を入力する第２ＳＱＵＩＤ磁束計３０２及び３０２´（図示せず）出力を用いて演算することも可能である。

図２は、本発明を適用したＳＱＵＩＤ磁束計を用いる脳磁計のイメージ図である。図５で示した従来の測定環境と同様に、脳表面３０ａに対し限られたスペースの中で高密度配置が可能である。

このような配置環境で、同軸１次グラジオメータとして使用したい場合には、電気回路上で位置(Xn,Yn,Zn)の第１ＳＱＵＩＤ磁束計と第２ＳＱＵＩＤ磁束計の出力の差動演算を実行すればよい。

一方、平面型１次グラジオメータを使用する場合、隣同士のセンサを電気回路上で位置(Xn-1、Yn-1,Zn-1)の第１または第２ＳＱＵＩＤ磁束計出力と位置(Xn,Yn,Zn)の第１または第２ＳＱＵＩＤ磁束計出力の差動演算を実行すればよい。

本発明によれば第１ピックアップコイル１０１及びは第２ピックアップコイル１０２は独立に巻回されているので、第１ピックアップコイル１０１または第２ピックアップコイル１０２を単独でマグネットメータとして機能指せることができる。この場合には演算手段５００は、プリアンプ４０１又は４０２の出力Ｓ１又はＳ２の一方を選択し、Ｓｏとして出力する。

図３は、本発明を適用したＳＱＵＩＤ磁束計の他の実施形態を示す構成図である。この実施形態では、プリアンプ４０２の出力に対して重み付け手段６００を用いて係数等を乗算した出力Ｓ２を演算手段５００に入力している。

ＳＱＵＩＤ磁束計は、大変感度が良いセンサである。感度が良い一方外乱ノイズも容易に拾ってしまうので、色々な手法でノイズキャンセル処置がとられている。そのノイズキャンセル手法の一つとして、一方のピックアップコイルのＳＱＵＩＤ磁束計出力に電気回路上で重み付け(不要な周波数帯域に重みを強く置いたり)をすることで、より正確なノイズキャンセルが可能となる。

本発明を適用したＳＱＵＩＤ磁束計の一実施形態を示す構成図である。 本発明を適用したＳＱＵＩＤ磁束計を用いる脳磁計のイメージ図である。 本発明を適用したＳＱＵＩＤ磁束計の他の実施形態を示す構成図である。 従来のグラジオメータを用いるＳＱＵＩＤ磁束計の構成図である。 複数のＳＱＵＩＤ磁束計を用いる脳磁計のイメージ図である。 同軸型１次グラジオメータを用いる従来のＳＱＵＩＤ磁束計の構成図である。

符号の説明

１０１ 第１ピックアップコイル
１０１´ 隣接する第１ピックアップコイル
１０２ 第２ピックアップコイル
２００ ボビン
３０１ 第１ＳＱＵＩＤ磁束計
３０１´ 隣接する第１ＳＱＵＩＤ磁束計
３０２ 第２ＳＱＵＩＤ磁束計
４０１，４０２ プリアンプ
４０１´ 隣接するプリアンプ
５００ 演算手段

Claims (5)

1. 生体磁場から発生する磁束をピックアップコイルを介して入力するＳＱＵＩＤ磁束計において、
   同心円状のボビンの軸方向に所定距離を隔てて巻回された第１ピックアップコイル及び第２ピックアップコイルを有するピックアップコイル手段と、
   前記第１ピックアップコイル及び第２ピックアップコイルの検出磁束を夫々独立して入力する第１ＳＱＵＩＤ磁束計及び第２ＳＱＵＩＤ磁束計と、
   これら第１及び第２ＳＱＵＩＤ磁束計の出力を演算して出力する演算手段と、
   を備えることを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。
2. 前記演算手段は、前記第１ＳＱＵＩＤ磁束計の出力と前記第２ＳＱＵＩＤ磁束計の出力を差動演算し、前記第１ピックアップコイル及び前記第２ピックアップコイルを、同軸型１次グラジオメータとして機能させることを特徴とする請求項１に記載のＳＱＵＩＤ磁束計。
3. 一対の前記ピックアップコイル手段が隣接配置されている場合において、前記演算手段は、隣り合う前記第１ＳＱＵＩＤ磁束計または隣り合う前記第２ＳＱＵＩＤ磁束計の出力を差動演算し、隣り合う一対の前記第１ピックアップコイルまたは隣り合う一対の前記第２ピックアップコイルを、平面型１次グラジオメータとして機能させることを特徴とする請求項１に記載のＳＱＵＩＤ磁束計。
4. 前記演算手段は、前記第１ＳＱＵＩＤ磁束計の出力または前記第２ＳＱＵＩＤ磁束計の出力の一方を出力することにより、前記第１ピックアップコイルまたは前記第２ピックアップコイルを、マグネットメータとして機能させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＳＱＵＩＤ磁束計。
5. 前記第１ＳＱＵＩＤ磁束計の出力または前記第２ＳＱＵＩＤ磁束計の出力の一方に、所定の係数を付与する重み付け手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のＳＱＵＩＤ磁束計。

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