JP2015500715A - 人体内の磁性物を検出するための検出システム - Google Patents
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Abstract
Description
S1=(Sx1,Sy1,Sz1)、
S2=(Sx2,Sy2,Sz2)
たとえば、本発明の検出システムのセンサ構成体のうち第1のセンサ構成体が1つのAMRセンサのみを有する場合、すなわち方向x1のAMRセンサのみを有する場合、ベクトルS1は、
S1=(Sx1,0,0)
に簡略化される。
|S1|=(Sx1 2+Sy1 2+Sz1 2)1/2
|S2|=(Sx2 2+Sy2 2+Sz2 2)1/2
センサ構成体間の距離が小さい場合、均質な磁場内で得られる測定値は等しくなる。センサ近傍において僅かな磁気誘導を引き起こす磁性体は、センサまでの距離が増大するほど、当該磁性体の磁場が急激に減衰していくことにより、センサまでの距離が異なると、当該磁性体がセンサの測定値に与える影響が異なってくる。しかし、どのセンサ構成体もそれぞれ、AMRセンサの測定信号を合成して成るベクトルを出力するので、本発明の検出システムは、磁性体がセンサ構成体の近傍にあることにより、測定されるベクトル間の角度に影響が及ぼされるという利点を奏する。磁性体が動くと、前記ベクトル間の角度は変化する。
(a)各異方性磁気抵抗センサにセットパルスおよびリセットパルスを少なくとも1回印加するステップ。
(b)適切な信号処理と少なくとも1つのローパスフィルタとを介して各AMRセンサの信号を増幅するステップ。
(c)次に、各センサ構成体の磁束密度のベクトルの大きさの差を求め、および/または、AMRセンサの測定信号から両ベクトル間の角度Φを計算するステップ。
Δ0=S1−S2
において、均質な磁束密度の成分は完全に相殺されると仮定する。よって、空間的にはほとんど変化しない外部ノイズ磁場の影響は相殺され、実質的には、装着者内の磁性体の磁場のみが残る。しかし、両センサ構成体は相互に斜めにならないか、またはほとんど斜めになってはいけない。このことは、両センサ構成体の相互間の角度が0°でなければならないのと同義である。しかし驚くべきことに、Δ0の代わりにスカラー値Δ
Δ=|S1|−|S2|
を形成すると、角度が比較的大きくなっても、空間的および時間的にシフトしている各現象の磁束密度を検出することができる。
I Φ = arccos(S1・S2 / | S1|| S2|)
装着者の迅速な動きおよび/またはノイズ磁場の迅速な外部磁束変化が、測定信号ベクトルの相互間の相対方向に及ぼす影響は、装着者体内の磁性体の動きが及ぼす影響よりも格段に小さいことが明らかとなった。このことは、外部磁束変化の原因が両測定ベクトルの向きを少なくともほぼ同じ方向に変え、または、センサ構成体が3つである場合には、当該原因が3つの測定信号ベクトルを少なくともほぼ同じ方向に変えることにより説明することができる。これらの測定信号ベクトルの大きさの変化は一貫して異なるにもかかわらず、測定信号ベクトルの各2対間の角度は、時間軸上で見てほぼ一定に維持しなければならない。このことは、さらに遠くの位置にあるソースの周辺磁場の均質性または非均質性が一定に維持するのと同義である。したがってIにより、さらに遠位置の磁束源を、その時間特性にかかわらず相殺することができる。
B ノイズ磁束の磁力線
S1,S2 ベクトルS1=(Sx1,Sy1,Sz1)
S2=(Sx2,Sy2,Sz2)
Φ 数式Iにより表される、各測定信号ベクトルが成す角度
磁性体ないしは経口投与形態物よりもノイズ磁束源の方が空間的にさらに遠くの位置にあるという前提の下では、ベクトルS1とS2との間の角度は近似的に一定である。最良の場合には、すなわち均質な磁場では、この角度はごく微小であり、かつ一定である。その上、ノイズ磁場はしばしば、実質的に均質であることが多いことが分かっている。角度Φを求める際の利点は、各AMRセンサまたはすべてのAMRセンサの、誤差を有する向きが時間的に一定である場合、この方向調整の誤差またはセンサ構成体の相互の傾きを無視できることである。このような誤差は、Φ/tグラフにおいて微差のオフセットとして見られ、これは、時間tで見て
Φ=const
と同義である。
参考例
3つのAMRセンサを有するセンサ構成体を準備した。図7に、この構成体の写真を示す。左側にAMRセンサ回路があるのが見て取れ、各AMRセンサ回路の磁化容易軸はプリント回路基板平面に対して平行であるか、ないしはプリント回路基板平面に対して垂直である。構成体の回路図を図8に示す。使用されるAMRセンサは、センサブリッジ回路本体の他にさらに、1軸ごとに2つの内部コイルを有する。
(a)磁性体を有するカプセル
まず最初に、磁性体を形成した。その材料は以下の通りである:
・ハードゼラチンカプセル、サイズ「0」
・D‐フルクトース
・マグネタイト
・オイドラギット(登録商標)FS 30 D
・HCL 0.1 N
ミニ磁石(図5A〜Cのm)は、マグネタイトを含有する錠剤として作製されたものであり、本発明では「マグネタイト錠剤」と称する。これを作製するためには、まず最初に、マグネタイトとトウモロコシデンプンとステアリン酸マグネシウムとコリドンとを、当業者に公知の手法で相互に混合した。その次にこの混合物を成形して錠剤にする。これも、従来技術の手法で行う。この錠剤に下地コーティングを施し、その後、別の機能性コーティングを設ける。この機能性コーティングは、マグネタイト錠剤が胃酸と接触したときに、規定された期間内に崩壊するのを遅延させるものである。
さらに、シミュレーションモデルも作成した。これを図10にて概略的に示す。人間の胃をシミュレートする2口フラスコ(Zh)内に、300mlかつ0.1Nの塩酸が充填されており、この温度を37℃に恒温調整した。
図11はAMRセンサのブロック回路図である。ドライバを介して、AMRセンサのセット‐リセットストラップにセットパルスとリセットパルスとを周期的に交互に印加することにより、センサの特性曲線を周期的に反転させた。このような手段により、基準電圧に対して生じた、磁束に依存しないオフセット電圧が、後続の増幅器において自動的に相殺された。
実施例1(a)と同様、2つのマグネタイト錠剤を作製したが、実施例1(a)との相違点として、両マグネタイト錠剤のうち1つにコーティングを施した。完成後のカプセルを、図14Aに概略的に示す。両マグネタイト錠剤のうち一方(m0)にはコーティングを設けなかったので、シミュレーションモデルの塩酸と接触したときに溶解の遅延は生じなかった。他方のマグネタイト錠剤(mc)には2mgのコーティングを施した。上記2つのマグネタイト錠剤を用いて、実施例1(a)と同様のプロセスを行い、その後、本実施例ではハードゼラチンカプセルを組み立てた。
この実施例は実施例2と同様に実施したが、実施例2との相違点として、各マグネタイト錠剤にそれぞれ異なるコーティングを施して用いた。一方のマグネタイト錠剤には2mgのコーティングを施したのに対し、他方のマグネタイト錠剤には4mgのコーティングを施した。時間に依存する差Δの振舞いを、図15に示す。
この実施例は実施例2と同様に実施したが、実施例2との相違点として、それぞれ異なるコーティングを施した3つのマグネタイト錠剤を用いた。カプセル内におけるこれら3つのマグネタイト錠剤の配置は、図5Cに示された通りである。1つのマグネタイト錠剤はコーティングを具備しておらず、第2のマグネタイト錠剤は2mgのコーティングを施されており、それに対して第3のマグネタイト錠剤は6mgのコーティングを施されている。時間に依存する差Δの振舞いを、図16に示す。
この実施例は実施例2と同様に実施したが、マグネタイト錠剤を用いなかった。25分の間の、時間に依存する差Δは、ほぼ0の磁束の前後で僅かな変動を示した。この微値は、周辺ノイズ磁場の残りないしは痕跡が紛れ込んだことにより測定されたものであると推測される。その結果を図17に示しており、この結果により、磁性体が消失したことが確認できる。
この実施例は実施例2と同様に実施したが、センサ構成体を相互に45°の角度で斜めにし、前記磁性体であるハードゼラチンカプセルは1つのマグネタイト錠剤のみを有し、シミュレーションモデルのフラスコ(Zh)は塩酸モデル無しとしたので、崩壊が生じることはない。図18に、単位を分とする時間に依存する角度Φを単位°で示し、ここで、Φ=arccos(S1・S2/|S1||S2|)である。
Claims (10)
- 人体内の磁性体を検出するための検出システムであって、
前記検出システムは少なくとも2つのセンサ構成体を有し、
各センサ構成体はそれぞれ、1つ、2つまたは3つの異方性磁気抵抗センサを有し、
前記異方性磁気抵抗センサの各2つの磁化容易軸の向きは相互に異なる方向になっており、
各センサ構成体はそれぞれ、他のセンサ構成体から0.5乃至50cmの距離を置いて配置されており、少なくとも2つのセンサ構成体は、相互に0乃至45°の角度で斜めになっている
ことを特徴とする検出システム。 - 少なくとも1つの、有利にはすべての前記異方性磁気抵抗センサは、それぞれ4つのバーバーポール素子と、セット‐リセットストラップと、オフセットストラップとを有し、
前記4つのバーバーポール素子は相互に結線されてホイートストンブリッジまたはホイートストンブリッジ等価回路を成す、
請求項1記載の検出システム。 - 前記磁性体は、
カプセルであるか、または、
診断用マーカおよび/または医薬品から選択した機能を有するカプセル
であり、
前記カプセルは、人間により嚥下されるものであり、
前記カプセルは少なくとも1つの強磁性の成分を、有利には、マグネタイトを含む少なくとも1つのコアおよび/または外被を備えている、
請求項1または2記載の検出システム。 - 人体内の磁性体により生成された磁束密度を請求項1から3までのいずれか1項記載の検出システムにより検出する方法であって、
(a)各異方性磁気抵抗センサにセットパルスおよびリセットパルスを少なくとも1回印加するステップと、
(b)適切な信号処理と少なくとも1つのローパスフィルタとを用いて各異方性磁気抵抗センサの信号を増幅するステップと、
(c)各センサ構成体の磁束密度のベクトルの大きさの差を求める、および/または、前記異方性磁気抵抗センサの測定信号からベクトル間の角度Φを求めるステップと
を有することを特徴とする方法。 - 各異方性磁気抵抗センサの寄与分、または、前記ステップ(c)にて得られた測定信号を、メディアンフィルタによりフィルタリングする、
請求項4記載の方法。 - 前記ステップ(b)において、カットオフ周波数が0.1乃至0.99mHz、1mHz乃至0.99Hz、1Hz乃至9.99Hz、10Hz乃至1kHzである少なくとも1つのローパスフィルタを用いるか、または、少なくとも2つのカットオフ周波数が異なるローパスフィルタを組み合わせて用いる、
請求項4記載の方法。 - 消化器系内における経口投与形態物を検出し、磁性成分の崩壊の1つまたは複数の時点を特定するための、請求項1から3までのいずれか1項記載の検出システムの使用。
- 請求項4から6までのいずれか1項記載の方法により得られた前記測定信号をデータ記憶装置に記憶し、記憶した当該データを、有利には要求信号の受信に応答して、受信装置へ転送する、
請求項7記載の、検出システムの使用。 - データマネジメントネットワークにおける、請求項7または8記載の、検出システムの使用。
- 治療、診断および/または栄養摂取における、請求項7から9までのいずれか1項に記載の、検出システムの使用。
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