JP2021071374A - Magnetic field measuring apparatus - Google Patents

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隆 安井
Takashi Yasui
隆 安井
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Abstract

To provide a magnetic field measuring apparatus that can measure magnetic field signals of a plurality of measurement objects.SOLUTION: A magnetic field measuring apparatus has a digital FLL circuit including: an amplifier that amplifies a voltage output from a superconducting quantum interference device according to the intensity of a magnetic field; a plurality of low-pass filters that have filter characteristics in accordance with a plurality of measurement objects for which magnetic fields are measured, and perform anti-aliasing of signals output from the amplifier; a selection circuit that selects one of the plurality of low-pass filters according to the plurality of measurement objects; and an AD converter that converts an analog signal from the low-pass filter selected by the selection circuit into a digital signal by using a sampling frequency higher than a plurality of sampling frequencies corresponding to the plurality of measurement objects.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、磁場計測装置に関する。 The present invention relates to a magnetic field measuring device.

ジョセフソン接合を有する超伝導リングである超伝導量子干渉素子(SQUID:Superconducting QUantum Interference Device)を用いた生体磁場計測では、計測の特性が非線形である。このため、FLL(Flux Locked Loop)回路を使用して線形化を行い、磁場が測定される。以下では、超伝導量子干渉素子はSQUIDとも称する。 In biomagnetic field measurement using a superconducting QUantum Interference Device (SQUID), which is a superconducting ring having a Josephson junction, the measurement characteristics are non-linear. Therefore, linearization is performed using a FLL (Flux Locked Loop) circuit, and the magnetic field is measured. Hereinafter, the superconducting quantum interference device is also referred to as SQUID.

FLL回路には、アナログ回路のみで構成されるアナログFLL方式と、一旦デジタル化を行い、再度アナログ化する回路で構成されるデジタルFLL方式とがある。生体磁場計測は、通常、多チャネルが使われることが多いため、チャネル間でのばらつきの抑制、システムコストの低減、およびデータ処理の容易性という点と、半導体技術の進歩という点とからデジタルFLL方式が多く用いられてきている。 The FLL circuit includes an analog FLL system composed of only an analog circuit and a digital FLL system composed of a circuit that is once digitized and then digitized again. Since biomagnetic field measurement usually uses multiple channels, digital FLL is used in terms of suppressing variations between channels, reducing system costs, easiness of data processing, and advances in semiconductor technology. The method has been widely used.

SQUIDとデジタルFLL回路とを備える磁場計測装置において、磁束量子の周期数をカウントする変化量カウンタと、測定すべき磁束に対する周波数をカウントする再生用カウンタとを用いて、コストを低減する手法が開示されている(特許文献1参照)。 A method for reducing costs by using a change amount counter that counts the number of periods of magnetic flux quantum and a reproduction counter that counts the frequency with respect to the magnetic flux to be measured in a magnetic field measuring device including SQUID and a digital FLL circuit is disclosed. (See Patent Document 1).

デジタルFLL回路を有する磁場計測装置は、脳磁計(MEG:Magnetoencephalograph)、心磁計(MCG:Magnetocardiograph)または脊磁計(MSG:Magnetospinograph)など、単独の応用に適用されてきた。これは、計測対象の部位により生体磁場信号の取得に適したサンプリング周波数等が異なるためである。このため、1つの磁場計測装置で、複数の計測対象の磁場信号を計測することができない。 A magnetic field measuring device having a digital FLL circuit has been applied to a single application such as a magnetoencephalogram (MEG: Magnetoencephalograph), a magnetoencephalogram (MCG: Magnetocardiograph) or a spinometer (MSG: Magnetospinograph). This is because the sampling frequency and the like suitable for acquiring the biomagnetic field signal differ depending on the part to be measured. Therefore, one magnetic field measuring device cannot measure a plurality of magnetic field signals to be measured.

開示の技術は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、複数の計測対象の磁場信号を計測可能な磁場計測装置を提供することを目的とする。 The disclosed technique has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic field measuring device capable of measuring magnetic field signals of a plurality of measurement targets.

上記技術的課題を解決するため、本発明の一形態の磁場計測装置は、磁場の強度に応じて超伝導量子干渉素子から出力される電圧を増幅する増幅器と、磁場が計測される複数の計測対象に応じたフィルタ特性をそれぞれ有し、前記増幅器から出力される信号のアンチエイリアスを行う複数のローパスフィルタと、前記複数のローパスフィルタのいずれかを前記複数の計測対象に応じて選択する選択回路と、前記複数の計測対象にそれぞれ対応する複数のサンプリング周波数より高いサンプリング周波数を使用して、前記選択回路により選択される前記ローパスフィルタからのアナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換器と、を含むデジタルFLL回路を有することを特徴とする。 In order to solve the above technical problems, the magnetic field measuring device of one embodiment of the present invention includes an amplifier that amplifies the voltage output from the superconducting quantum interference element according to the strength of the magnetic field, and a plurality of measurements in which the magnetic field is measured. A plurality of low-pass filters having filter characteristics according to the target and performing antialiasing of the signal output from the amplifier, and a selection circuit for selecting one of the plurality of low-pass filters according to the plurality of measurement targets. Includes an AD converter that converts an analog signal from the low-pass filter selected by the selection circuit into a digital signal using a sampling frequency higher than the plurality of sampling frequencies corresponding to the plurality of measurement targets. It is characterized by having a digital FLL circuit.

複数の計測対象の磁場信号を計測可能な磁場計測装置を提供することができる。 It is possible to provide a magnetic field measuring device capable of measuring a plurality of magnetic field signals to be measured.

本発明の第1の実施形態に係る磁場計測装置の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the magnetic field measuring apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1のローパスフィルタの周辺の回路構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the circuit structure around the low-pass filter of FIG. 本発明の第2の実施形態に係る磁場計測装置の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the magnetic field measuring apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る磁場計測装置の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the magnetic field measuring apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して実施の形態の説明を行う。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components may be designated by the same reference numerals, and duplicate description may be omitted.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る磁場計測装置の一例を示すブロック図である。例えば、図1に示す磁場計測装置100(生体磁場計測装置)は、デジタルFLL方式を採用しており、脳磁計、脊磁計および心磁計に適用可能である。また、図1に示す磁場計測装置100は、神経磁場または筋肉磁場の計測に適用されてもよい。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a magnetic field measuring device according to the first embodiment of the present invention. For example, the magnetic field measuring device 100 (biomagnetic field measuring device) shown in FIG. 1 employs a digital FLL method, and is applicable to a magnetoencephalograph, a spinograph, and a magnetocardiograph. Further, the magnetic field measuring device 100 shown in FIG. 1 may be applied to the measurement of a nerve magnetic field or a muscle magnetic field.

Figure 2021071374
表1は、用途(計測対象)毎の生体磁場信号の計測における磁気感度(T)、信号帯域(Hz)およびチャネル数の一例を示している。表1に示すように、生体磁場の計測に必要となる磁気感度、信号帯域およびチャネル数は、脊磁計(MSG)、心磁計(MCG)、脳磁計(MEG)によりそれぞれ異なる。必要な信号帯域は、脊磁計、心磁計、脳磁計毎に異なるため、信号帯域をカバーするサンプリング周波数も異なる。後述するように、各用途でのサンプリング周波数は、例えば、信号帯域の数倍から10倍程度である。
Figure 2021071374
Table 1 shows an example of the magnetic sensitivity (T), signal band (Hz), and number of channels in the measurement of the biomagnetic field signal for each application (measurement target). As shown in Table 1, the magnetic sensitivity, signal band, and number of channels required for measuring the biomagnetic field differ depending on the spinometer (MSG), magnetocardiograph (MCG), and magnetoencephalograph (MEG). Since the required signal band differs for each spinometer, magnetocardiograph, and magnetoencephalogram, the sampling frequency covering the signal band also differs. As will be described later, the sampling frequency in each application is, for example, several times to ten times the signal band.

脊磁計では外部から電気刺激を入力し、電気刺激により誘発された生体磁場を計測するため、電気刺激によるアーチファクト(ノイズ)が計測結果に影響する。一般に、アーチファクトは生体磁場より大きいため、広いダイナミックレンジが必要となる。 Since the spinometer inputs an electrical stimulus from the outside and measures the biomagnetic field induced by the electrical stimulus, the artifact (noise) caused by the electrical stimulus affects the measurement result. In general, artifacts are larger than the biomagnetic field and therefore require a wide dynamic range.

また、磁場の計測では、脊磁計、心磁計、脳磁計等で使用するサンプリング周波数だけでなく、長時間モードや環境磁場測定などで使用するサンプリング周波数も必要になる。長時間モードは、例えば、てんかんの診断において、被検者に音、映像や電気などの刺激を与えた状態で、脳磁計により生体磁場を長時間計測する場合に使用される。また、例えば、てんかんの治療に使用される迷走神経刺激療法(VNS;Vagus Nerve Stimulation)を使って被検者の迷走神経に電気刺激を与えた状態、あるいは外部から電気刺激を与えた状態で、脳磁計により生体磁場を計測する場合、電気刺激により大きなアーチファクトが発生するため、生体磁場を計測するためには広いダイナミックレンジが必要となる。 Further, in the measurement of the magnetic field, not only the sampling frequency used in the spinometer, the magnetocardiography, the magnetoencephalograph, etc., but also the sampling frequency used in the long-time mode, the environmental magnetic field measurement, etc. is required. The long-time mode is used, for example, in the diagnosis of epilepsy when the biomagnetic field is measured for a long time by a magnetoencephalograph while the subject is stimulated with sound, images, electricity, or the like. In addition, for example, in a state where vagus nerve stimulation (VNS; Vagus Nerve Stimulation) used for the treatment of epilepsy is used to electrically stimulate the vagus nerve of the subject, or when an external electrical stimulation is applied. When measuring the biomagnetic field with a cerebral magnetometer, a wide dynamic range is required to measure the biomagnetic field because large artifacts are generated by electrical stimulation.

環境磁場測定では、被検者の生体磁場を計測しない状態で、磁場計測装置100の周囲環境の磁場を計測することで、磁場計測装置100が正常に動作しているかが確認され、生体磁場の計測が可能かが判定される。 In the environmental magnetic field measurement, by measuring the magnetic field of the ambient environment of the magnetic field measuring device 100 without measuring the biological magnetic field of the subject, it is confirmed whether the magnetic field measuring device 100 is operating normally, and the biological magnetic field is measured. It is determined whether measurement is possible.

通常、脳磁計による生体磁場の計測では、脳波計(EEG:Electroencephalogram)と同期させて診断するためにデータを計測する。また、心磁計による生体磁場の計測では、心電計(ECG:Electrocardiogram)と同期させて診断するためにデータを計測する。 Usually, in the measurement of a biomagnetic field by a magnetoencephalograph, data is measured for diagnosis in synchronization with an electroencephalogram (EEG). Further, in the measurement of the biomagnetic field by the magnetocardiography, the data is measured in order to make a diagnosis in synchronization with the electrocardiogram (ECG).

このように、磁場計測装置100の用途が増えるにつれて、使用するサンプリング周波数の数も増加してきており、広い信号帯域の磁場信号を効率的に処理する回路や制御が求められている。 As described above, as the applications of the magnetic field measuring device 100 increase, the number of sampling frequencies used also increases, and circuits and controls for efficiently processing magnetic field signals in a wide signal band are required.

図1に示す磁場計測装置100は、SQUID10(超伝導量子干渉素子)およびSQUIDセンサ20を有する。図1に示すSQUID10およびSQUIDセンサ20は、磁場計測装置100の1チャネル分を示す。特に限定されないが、例えば、磁場計測装置100は、数十チャネルまたは数百チャネルを有する。 The magnetic field measuring device 100 shown in FIG. 1 has a SQUID 10 (superconducting quantum interference element) and a SQUID sensor 20. The SQUID 10 and the SQUID sensor 20 shown in FIG. 1 indicate one channel of the magnetic field measuring device 100. Although not particularly limited, for example, the magnetic field measuring device 100 has tens or hundreds of channels.

SQUID10は、ジョセフソン接合を有する超伝導リングを貫通する、生体から発生する磁場(磁束)を検出する高感度の磁気センサである。例えば、SQUID10は、超伝導リングの2箇所にジョセフソン接合を設けることで構成される。 The SQUID 10 is a highly sensitive magnetic sensor that detects a magnetic field (magnetic flux) generated from a living body and penetrates a superconducting ring having a Josephson junction. For example, the SQUID 10 is configured by providing Josephson junctions at two locations on the superconducting ring.

SQUID10は、超伝導リングを貫く磁束の変化に対して周期的に変化する電圧を発生する。このため、超伝導リングにバイアス電流を流した状態で、超伝導リングの両端の電圧を計測することによって、超伝導リングを貫く磁束を求めることができる。以下では、SQUID10が発生する周期的な電圧変化の特性をΦ−V特性とも称する。 The SQUID 10 generates a voltage that changes periodically with respect to a change in magnetic flux penetrating the superconducting ring. Therefore, the magnetic flux penetrating the superconducting ring can be obtained by measuring the voltage across the superconducting ring with the bias current flowing through the superconducting ring. Hereinafter, the characteristic of the periodic voltage change in which the SQUID 10 is generated is also referred to as a Φ-V characteristic.

SQUIDセンサ20は、SQUID10で検出された磁場信号を処理するデジタルFLL回路30および後処理回路40を有する。デジタルFLL回路30は、増幅器31、複数のローパスフィルタ32a,32b,32c,32d、AD(Analog-to-Digital)変換器33、デジタル積分器34、DA(Digital-to-Analog)変換器35、電圧電流変換器36および帰還コイル37を有する。以下では、ローパスフィルタ32a,32b,32c,32dを区別なく説明する場合、ローパスフィルタ32とも称する。なお、SQUID10に近接して配置される帰還コイル37は、増幅器31やAD変換器33等が搭載されるデジタルFLL回路30の回路基板とは別の回路基板に搭載される。 The SQUID sensor 20 has a digital FLL circuit 30 and a post-processing circuit 40 that process the magnetic field signal detected by the SQUID 10. The digital FLL circuit 30 includes an amplifier 31, a plurality of low-pass filters 32a, 32b, 32c, 32d, an AD (Analog-to-Digital) converter 33, a digital integrator 34, and a DA (Digital-to-Analog) converter 35. It has a voltage-current converter 36 and a feedback coil 37. Hereinafter, when the low-pass filters 32a, 32b, 32c, and 32d are described without distinction, they are also referred to as the low-pass filter 32. The feedback coil 37 arranged close to the SQUID 10 is mounted on a circuit board different from the circuit board of the digital FLL circuit 30 on which the amplifier 31, AD converter 33, and the like are mounted.

増幅器31は、SQUID10を貫く磁束によりSQUID10が磁場の強度に応じて発生する出力電圧を増幅し、増幅した出力電圧をローパスフィルタ32のいずれかを介してAD変換器33に出力する。 The amplifier 31 amplifies the output voltage generated by the SQUID 10 according to the strength of the magnetic field by the magnetic flux penetrating the SQUID 10, and outputs the amplified output voltage to the AD converter 33 via any of the low-pass filters 32.

ローパスフィルタ32a,32b,32c,32dは、互いに異なるフィルタ特性を有し、磁場の計測時にローパスフィルタ32a,32b,32c,32dのいずれかが選択される。選択されたローパスフィルタ32は、増幅器31から出力される信号のアンチエイリアスを行い、アンチエイリアスした信号をAD変換器33に出力する。 The low-pass filters 32a, 32b, 32c, and 32d have different filter characteristics from each other, and one of the low-pass filters 32a, 32b, 32c, and 32d is selected when measuring the magnetic field. The selected low-pass filter 32 antialiases the signal output from the amplifier 31, and outputs the antialiased signal to the AD converter 33.

図2は、図1のローパスフィルタ32a,32b,32c,32dの周辺の回路構成の一例を示すブロック図である。デジタルFLL回路30は、増幅器31の出力と各ローパスフィルタ32a,32b,32c,32dの入力との間に配置された選択回路38を有する。 FIG. 2 is a block diagram showing an example of a circuit configuration around the low-pass filters 32a, 32b, 32c, and 32d of FIG. The digital FLL circuit 30 has a selection circuit 38 arranged between the output of the amplifier 31 and the input of each of the low-pass filters 32a, 32b, 32c, 32d.

選択回路38は、増幅器31の出力に接続された入力端子と、ローパスフィルタ32a,32b,32c,32dの入力にそれぞれ接続された4つの出力端子とを有する。選択回路38は、切替信号に応じて、増幅器31により増幅された信号をローパスフィルタ32a,32b,32c,32dのいずれかに伝達する。例えば、切替信号は、磁場の計測対象(用途)に応じて、間引き処理部41(図1)からデータが転送されるデータ処理装置により生成される。例えば、切替信号は、4つの論理値のいずれかを示す2ビットの論理信号であり、4つの論理値に応じて、増幅器31の出力をローパスフィルタ32a,32b,32c,32dの入力のいずれかに接続する。図2に示す例では、増幅器31の出力は、ローパスフィルタ32cの入力に接続されている。 The selection circuit 38 has an input terminal connected to the output of the amplifier 31 and four output terminals connected to the inputs of the low-pass filters 32a, 32b, 32c, and 32d, respectively. The selection circuit 38 transmits the signal amplified by the amplifier 31 to any of the low-pass filters 32a, 32b, 32c, and 32d according to the switching signal. For example, the switching signal is generated by a data processing device to which data is transferred from the thinning processing unit 41 (FIG. 1) according to the measurement target (use) of the magnetic field. For example, the switching signal is a 2-bit logic signal indicating any of four logic values, and the output of the amplifier 31 is output to any of the inputs of the low-pass filters 32a, 32b, 32c, and 32d according to the four logic values. Connect to. In the example shown in FIG. 2, the output of the amplifier 31 is connected to the input of the low-pass filter 32c.

選択回路38を介して信号を受信するローパスフィルタ32は、アンチエイリアスを実施した信号をAD変換器33に出力する。信号を受信しない他のローパスフィルタ32は動作を停止する。ローパスフィルタ32a,32b,32c,32dの出力は、ワイヤードオア(Wired OR)接続され、AD変換器33の入力に接続される。なお、各ローパスフィルタ32にイネーブル端子を設け、イネーブル端子でイネーブル信号を受信したローパスフィルタ32のみを動作させてもよい。 The low-pass filter 32, which receives the signal via the selection circuit 38, outputs the antialiased signal to the AD converter 33. The other low-pass filter 32 that does not receive the signal stops operating. The outputs of the low-pass filters 32a, 32b, 32c, 32d are wired OR connected and connected to the input of the AD converter 33. An enable terminal may be provided in each low-pass filter 32, and only the low-pass filter 32 that has received the enable signal at the enable terminal may be operated.

デジタルFLL回路30に搭載されるローパスフィルタ32の数は、2つ以上であればよい。例えば、カットオフ周波数fcが500Hzのローパスフィルタを、図2に示す4つのローパスフィルタ32に対してさらに追加し、選択回路38の出力端子を5本にしてもよい。この場合、切替信号は3ビットの論理信号になる。 The number of low-pass filters 32 mounted on the digital FLL circuit 30 may be two or more. For example, a low-pass filter having a cutoff frequency fc of 500 Hz may be further added to the four low-pass filters 32 shown in FIG. 2, and the selection circuit 38 may have five output terminals. In this case, the switching signal becomes a 3-bit logic signal.

例えば、カットオフ周波数fcは、ローパスフィルタ32aが20kHz、ローパスフィルタ32bが5kHz、ローパスフィルタ32cが3kHz、ローパスフィルタ32dが1kHzに設定される。なお、各ローパスフィルタ32のフィルタ特性(カットオフ周波数fc、フィルタ形状、次数、減衰率等)は、アンチエイリアスやノイズの抑制等を考慮して決められる。 For example, the cutoff frequency fc is set to 20 kHz for the low-pass filter 32a, 5 kHz for the low-pass filter 32b, 3 kHz for the low-pass filter 32c, and 1 kHz for the low-pass filter 32d. The filter characteristics (cutoff frequency fc, filter shape, order, attenuation factor, etc.) of each low-pass filter 32 are determined in consideration of antialiasing, noise suppression, and the like.

Figure 2021071374
表2は、用途(計測対象)毎の生体磁場信号の計測に必要とされるサンプリング周波数fsとアンチエイリアスを実施するためのローパスフィルタのカットオフ周波数fcとの一例を示している。表2に示すように、用途毎のサンプリング周波数fsは、脊磁計(MSG)で40ksps(sampling per second)、心磁計(MCG)で5〜40kbps、脳磁計(MEG)で50sps〜10kspsである。例えば、脳磁計において、1ksps以下のサンプリング周波数fsは、ノイズの検査等に使用される。
Figure 2021071374
Table 2 shows an example of the sampling frequency fs required for measuring the biomagnetic field signal for each application (measurement target) and the cutoff frequency fc of the low-pass filter for performing antialiasing. As shown in Table 2, the sampling frequency fs for each application is 40 kps (sampling per second) for a spinometer (MSG), 5 to 40 kbps for a magnetocardiograph (MCG), and 50 sps to 10 kps for a magnetoencephalograph (MEG). For example, in a magnetoencephalograph, a sampling frequency fs of 1 kps or less is used for noise inspection and the like.

また、脊磁計(MSG)、心磁計(MCG)、脳磁計(MEG)で共通に使用される検査用と周波数特性の計測用とのサンプリング周波数fsは、それぞれ1kspsおよび40kspsである。例えば、検査用のサンプリング周波数fsは、環境磁場の測定に使用され、周波数特性の計測用のサンプリング周波数fsは、磁場ノイズのレベルを計測することで、生体磁場信号の計測が可能かどうかを判定するために使用される。 The sampling frequencies fs for inspection and frequency characteristic measurement, which are commonly used in a spinometer (MSG), a magnetocardimeter (MCG), and a magnetoencephalograph (MEG), are 1 kps and 40 kps, respectively. For example, the sampling frequency fs for inspection is used for measuring the environmental magnetic field, and the sampling frequency fs for measuring frequency characteristics determines whether or not the biomagnetic field signal can be measured by measuring the level of magnetic field noise. Used to do.

用途毎のカットオフ周波数fcは、サンプリング周波数fsの1/2〜1/10程度に設定されるため、サンプリング周波数fsの1/2であるナイキスト周波数以下である。このため、サンプリング周波数fsにおける折り返し現象の発生が防止される。例えば、この実施形態では、カットオフ周波数fcがローパスフィルタ32のカットオフ周波数fcと一致する用途では、カットオフ周波数fcと一致するローパスフィルタ32が選択される。カットオフ周波数fcがローパスフィルタ32のカットオフ周波数fcと一致しない用途では、ナイキスト周波数より低いカットオフ周波数fcのローパスフィルタ32が選択される。脳磁計において、サンプリング周波数fsが1ksps以下の用途では、カットオフ周波数fcが最も低いローパスフィルタ32dが選択されることが、サンプリング周波数を最低にでき、データ量が減るため好ましい。 Since the cutoff frequency fc for each application is set to about 1/2 to 1/10 of the sampling frequency fs, it is equal to or less than the Nyquist frequency, which is 1/2 of the sampling frequency fs. Therefore, the occurrence of the folding phenomenon at the sampling frequency fs is prevented. For example, in this embodiment, when the cutoff frequency fc matches the cutoff frequency fc of the lowpass filter 32, the lowpass filter 32 that matches the cutoff frequency fc is selected. In applications where the cutoff frequency fc does not match the cutoff frequency fc of the lowpass filter 32, the lowpass filter 32 with a cutoff frequency fc lower than the Nyquist frequency is selected. In a magnetoencephalograph, for applications where the sampling frequency fs is 1 kps or less, it is preferable to select the low-pass filter 32d having the lowest cutoff frequency fc because the sampling frequency can be minimized and the amount of data is reduced.

この実施形態では、SQUID10が計測した信号の用途別のアンチエイリアスをローパスフィルタ32により実施することで、後処理回路40において間引き処理部41の前にアンチエイリアス用のローパスフィルタを設けなくてよい。 In this embodiment, the antialiasing of the signal measured by the SQUID 10 for each application is performed by the low-pass filter 32, so that the low-pass filter for antialiasing does not have to be provided in front of the thinning processing unit 41 in the post-processing circuit 40.

図1に戻って、AD変換器33は、ローパスフィルタ32のいずれかによりアンチエイリアスされたアナログ信号を、所定のサンプリング周波数fsでサンプリングすることでデジタル信号(電圧値)に変換する。すなわち、AD変換器33は、磁場の変化に応じてSQUID10から出力される電圧をデジタル値に変換する。AD変換器33は、変換により生成したデジタル値をデジタル積分器34に出力する。 Returning to FIG. 1, the AD converter 33 converts the analog signal antialiased by any of the low-pass filters 32 into a digital signal (voltage value) by sampling at a predetermined sampling frequency fs. That is, the AD converter 33 converts the voltage output from the SQUID 10 into a digital value according to the change in the magnetic field. The AD converter 33 outputs the digital value generated by the conversion to the digital integrator 34.

例えば、AD変換器33は、用途(計測対象)毎のサンプリング周波数fsの最大値より十分大きいサンプリング周波数fsでデータをサンプルする。特に限定されないが、AD変換器33で使用するサンプリング周波数fsは、例えば、400kHzである。また、AD変換器33のサンプリング周波数fsは、各用途でのサンプリング周波数fsの公倍数(整数倍)に設定されている。 For example, the AD converter 33 samples data at a sampling frequency fs that is sufficiently larger than the maximum value of the sampling frequency fs for each application (measurement target). Although not particularly limited, the sampling frequency fs used in the AD converter 33 is, for example, 400 kHz. Further, the sampling frequency fs of the AD converter 33 is set to a common multiple (integer multiple) of the sampling frequency fs for each application.

AD変換器33のサンプリング周波数fsが用途毎のサンプリング周波数fsの公倍数でない場合、データを補完するデータ補完部を間引き処理部41の前に設ける必要がある。データ補完部は、デジタル積分器34から出力されるデータのサンプリング周波数fsを、用途毎のサンプリング周波数fsの整数倍(例えば、最小公倍数)にするためにデータを補完し、補完したデータを含むデータを間引き処理部41に出力する。 When the sampling frequency fs of the AD converter 33 is not a common multiple of the sampling frequency fs for each application, it is necessary to provide a data complementing unit for complementing the data in front of the thinning processing unit 41. The data complement unit complements the data in order to make the sampling frequency fs of the data output from the digital integrator 34 an integral multiple (for example, the least common multiple) of the sampling frequency fs for each application, and the data including the complemented data. Is output to the thinning processing unit 41.

デジタル積分器34は、Φ−V特性の各周期の起点であるロック点からのSQUID10の電圧(正確には増幅器31から出力される増幅された電圧)の変化分を積分し、積分した電圧値である積分値をDA変換器35に出力する。また、デジタル積分器34は、積分した電圧値を後処理回路40の間引き処理部41に出力する。 The digital integrator 34 integrates the change in the voltage of SQUID 10 (to be exact, the amplified voltage output from the amplifier 31) from the lock point, which is the starting point of each period of the Φ-V characteristic, and integrates the voltage value. The integrated value is output to the DA converter 35. Further, the digital integrator 34 outputs the integrated voltage value to the thinning processing unit 41 of the post-processing circuit 40.

DA変換器35は、デジタル積分器34が積分した電圧値(デジタル信号)を電圧に変換し、変換した電圧を電圧電流変換器36に出力する。電圧電流変換器36は、DA変換器35から受ける電圧を電流に変換し、変換した電流を帰還コイル37に出力する。 The DA converter 35 converts the voltage value (digital signal) integrated by the digital integrator 34 into a voltage, and outputs the converted voltage to the voltage-current converter 36. The voltage-current converter 36 converts the voltage received from the DA converter 35 into a current, and outputs the converted current to the feedback coil 37.

帰還コイル37は、電圧電流変換器36から受ける電流により磁束を発生し、発生した磁束を帰還磁束として、SQUID10にフィードバックする。すなわち、帰還コイル37は、電圧電流変換器36からの電流に基づいてSQUID10が受ける磁場を発生する。これにより、SQUID10が発生する電圧を、Φ−V特性のロック点付近(線形領域)に維持することができ、生体磁場信号を精度よく求めることができる。 The feedback coil 37 generates a magnetic flux by the current received from the voltage-current converter 36, and feeds back the generated magnetic flux to the SQUID 10 as a feedback magnetic flux. That is, the feedback coil 37 generates a magnetic field received by the SQUID 10 based on the current from the voltage-current converter 36. As a result, the voltage generated by the SQUID 10 can be maintained near the lock point (linear region) of the Φ-V characteristic, and the biomagnetic field signal can be obtained accurately.

間引き処理部41は、デジタル積分器34から受信するデジタル信号であって、AD変換器33によりサンプルされたデータを間引いて、例えば、計測対象の中で最も高いサンプリング周波数fsに対応する数のデータを取得する。間引き処理されたデータは、パーソナルコンピュータやサーバ等の図示しないデータ処理装置に転送される。例えば、間引き処理部41は、AD変換器33が400kHzでサンプリングしたデータを1/10に間引きし、40kspsのサンプリング周波数fsに対応するデータを出力する。例えば、データ処理装置は、磁場計測装置100に含まれる。 The thinning processing unit 41 is a digital signal received from the digital integrator 34, and the data sampled by the AD converter 33 is thinned out, for example, a number of data corresponding to the highest sampling frequency fs in the measurement target. To get. The thinned-out data is transferred to a data processing device (not shown) such as a personal computer or a server. For example, the thinning processing unit 41 thins out the data sampled by the AD converter 33 at 400 kHz to 1/10, and outputs the data corresponding to the sampling frequency fs of 40 kps. For example, the data processing device is included in the magnetic field measuring device 100.

データ処理装置は、転送されたデータを記憶装置に格納する。計測対象のサンプリング周波数fsが、間引き処理部41による間引きにより得られたサンプリング周波数fs(計測対象の中で最も高いサンプリング周波数fs)と等しい場合、データ処理装置は、記憶装置に格納したデータをそのまま使用可能である。すなわち、計測対象のサンプリング周波数fsが40kspsの場合、ローパスフィルタ32a(fc=20kHz)でアンチエイリアスし、AD変換器33でサンプリングされたデータを1/10に間引きした後、そのままデータ処理を実施することができる。この場合、データ処理装置は、記憶装置から読み出したデータを使用して磁場信号の波形等を示す画像データを生成し、生成した画像データにより示される画像を図示しない表示装置に表示することができる。 The data processing device stores the transferred data in the storage device. When the sampling frequency fs of the measurement target is equal to the sampling frequency fs obtained by the thinning by the thinning processing unit 41 (the highest sampling frequency fs of the measurement targets), the data processing device keeps the data stored in the storage device as it is. It can be used. That is, when the sampling frequency fs of the measurement target is 40 ksps, antialiasing is performed by the low-pass filter 32a (fc = 20 kHz), the data sampled by the AD converter 33 is thinned out to 1/10, and then the data processing is performed as it is. Can be done. In this case, the data processing device can generate image data showing the waveform of the magnetic field signal or the like using the data read from the storage device, and display the image indicated by the generated image data on a display device (not shown). ..

また、計測対象のサンプリング周波数fsが10kspsの場合、カットオフ周波数fcが3kHzのローパスフィルタ32cでアンチエイリアスが実施され、400kHzでサンプリングされたデータは、間引き処理部41により1/10に間引きされる。データ処理装置は、間引き処理部41から受信したデータを、さらに1/4(10kHz)に間引きした後、データ処理を実施する。 When the sampling frequency fs of the measurement target is 10 kps, antialiasing is performed by the low-pass filter 32c having a cutoff frequency fc of 3 kHz, and the data sampled at 400 kHz is thinned to 1/10 by the thinning processing unit 41. The data processing device further thins the data received from the thinning processing unit 41 to 1/4 (10 kHz), and then performs data processing.

計測対象のサンプリング周波数fsが5kspsの場合、カットオフ周波数fcが1kHzのローパスフィルタ32dでアンチエイリアスが実施され、400kHzでサンプリングされたデータは、間引き処理部41により1/10に間引きされる。データ処理装置は、間引き処理部41から受信したデータを、さらに1/8(5kHz)に間引きした後、データ処理を実施する。 When the sampling frequency fs of the measurement target is 5 kps, antialiasing is performed by the low-pass filter 32d having a cutoff frequency fc of 1 kHz, and the data sampled at 400 kHz is thinned to 1/10 by the thinning processing unit 41. The data processing device further thins the data received from the thinning processing unit 41 to 1/8 (5 kHz), and then performs data processing.

このように、計測対象のサンプリング周波数fsが、ローパスフィルタ32a〜32dによるアンチエイリアスにより、折り返しノイズを除去可能な周波数の場合、磁場計測装置100は、間引き処理のみでデータ処理を実施することができる。換言すれば、間引き処理部41による間引き前のデータに対するアンチエイリアスを不要にすることができる。 As described above, when the sampling frequency fs to be measured is a frequency at which aliasing noise can be removed by antialiasing by the low-pass filters 32a to 32d, the magnetic field measuring device 100 can perform data processing only by thinning processing. In other words, it is possible to eliminate the need for antialiasing of the data before thinning by the thinning processing unit 41.

一方、計測対象のサンプリング周波数fsが2ksps以下の場合、カットオフ周波数fcが1kHzのローパスフィルタ32dでアンチエイリアスが実施され、400kHzでサンプリングされたデータは、間引き処理部41により1/10に間引きされる。折り返しノイズを除去するためのカットオフ周波数fcは、サンプリング周波数fsの1/3〜1/5程度にする必要がある。このため、計測対象のサンプリング周波数fsが2ksps以下の場合、間引き処理部41から出力されるデータは折り返しノイズを含む可能性がある。 On the other hand, when the sampling frequency fs of the measurement target is 2 kps or less, antialiasing is performed by the low-pass filter 32d having a cutoff frequency fc of 1 kHz, and the data sampled at 400 kHz is thinned to 1/10 by the thinning processing unit 41. .. The cutoff frequency fc for removing the aliasing noise needs to be about 1/3 to 1/5 of the sampling frequency fs. Therefore, when the sampling frequency fs of the measurement target is 2 kps or less, the data output from the thinning processing unit 41 may include aliasing noise.

このため、データ処理装置は、間引き処理部41から転送されるデータに対して、サンプリング周波数fsの1/3程度のカットオフ周波数fcによるアンチエイリアスを実施する。そして、データ処理装置は、アンチエイリアスを実施したデータを計測対象のサンプリング周波数fsに対応するサンプル数まで間引き、間引いたデータを使用してデータ処理を実施する。例えば、データ処理装置によるアンチエイリアスと間引き処理とは、データ処理装置に搭載されるCPU等が実行するプログラム(ソフトウェア)により実施される。 Therefore, the data processing device performs antialiasing with a cutoff frequency fc of about 1/3 of the sampling frequency fs for the data transferred from the thinning processing unit 41. Then, the data processing device thins the antialiased data to the number of samples corresponding to the sampling frequency fs of the measurement target, and performs data processing using the thinned data. For example, antialiasing and thinning processing by a data processing device are carried out by a program (software) executed by a CPU or the like mounted on the data processing device.

計測対象の全てのサンプリング周波数fsが、例えば、3ksps以上である場合、データ処理装置によるアンチエイリアスを不要にすることができ、間引き処理のみで計測対象のデータを取得することができる。 When all the sampling frequencies fs of the measurement target are, for example, 3 kps or more, antialiasing by the data processing device can be omitted, and the data of the measurement target can be acquired only by the thinning process.

データ処理装置による間引き処理を実施する機能部は、間引き処理部41による間引きが足りない場合に追加で実施される機能であり、間引き処理部の一例である。例えば、間引き処理部41によるデータの間引き率を、計測対象のサンプリング周波数fsに対応して設定可能にすることで、データ処理装置による間引き処理を不要にすることができる。この場合、間引き処理部41は、例えば、データ処理装置から計測対象のサンプリング周波数fsを示す周波数情報を受信し、受信した周波数情報に応じた間引き率で間引き処理を実施する。 The functional unit that performs the thinning process by the data processing device is a function that is additionally executed when the thinning process by the thinning process unit 41 is insufficient, and is an example of the thinning process unit. For example, by making it possible to set the thinning rate of data by the thinning processing unit 41 corresponding to the sampling frequency fs of the measurement target, it is possible to eliminate the need for thinning processing by the data processing device. In this case, the thinning processing unit 41 receives, for example, frequency information indicating the sampling frequency fs of the measurement target from the data processing device, and performs the thinning process at a thinning rate according to the received frequency information.

データ処理装置は、間引いたデータを記憶装置に格納してもよい。なお、上述したデータ処理は、記憶装置に格納したデータを使用した各種計算、画像データの生成、生成した画像データにより示される磁場信号の波形等の画像の図示しない表示装置への表示等を含む。 The data processing device may store the thinned data in the storage device. The above-mentioned data processing includes various calculations using the data stored in the storage device, generation of image data, display of an image such as a waveform of a magnetic field signal indicated by the generated image data on a display device (not shown), and the like. ..

なお、データ処理装置は、磁場計測装置100を操作する操作者からの指示を図示しない入力装置を介して受け、受けた指示に基づいて、被検者の生体磁場等の計測を実施するためにSQUIDセンサ20の動作を制御してもよい。例えば、表示装置および入力装置は、磁場計測装置100に含まれる。 The data processing device receives an instruction from an operator who operates the magnetic field measuring device 100 via an input device (not shown), and measures the biomagnetic field of the subject based on the received instruction. The operation of the SQUID sensor 20 may be controlled. For example, the display device and the input device are included in the magnetic field measuring device 100.

以上、この実施形態では、カットオフ周波数fcが互いに異なる複数のローパスフィルタ32を選択的に使用してアンチエイリアスを実施することで、計測対象に応じたサンプリング周波数fsのデータに折り返しノイズ等が含まれることを防止することができる。したがって、複数の計測対象の磁場信号を計測可能な磁場計測装置100を提供することができる。 As described above, in this embodiment, by selectively using a plurality of low-pass filters 32 having different cutoff frequencies fc to perform antialiasing, aliasing noise and the like are included in the data of the sampling frequency fs according to the measurement target. Can be prevented. Therefore, it is possible to provide a magnetic field measuring device 100 capable of measuring a plurality of magnetic field signals to be measured.

デジタルFLL回路30内に複数のローパスフィルタ32を選択可能に設けることで、複数の計測対象の磁場信号を計測可能な磁場計測装置100において、後処理回路40またはデータ処理装置によるアンチエイリアスを不要にすることができる。 By selectively providing a plurality of low-pass filters 32 in the digital FLL circuit 30, the magnetic field measuring device 100 capable of measuring a plurality of magnetic field signals to be measured eliminates the need for antialiasing by the post-processing circuit 40 or the data processing device. be able to.

デジタル積分器34から出力されるデータを、間引き処理部41とデータ処理装置とによる間引き処理により間引くことで、複数の計測対象の磁場の計測にそれぞれ必要なデータを取得することができる。この際、AD変換器33のサンプリング周波数fsを計測対象の全てのサンプリング周波数fsの公倍数に設定することで、デジタル積分器34から出力されるデータを間引くだけで計測対象のデータを取得することができる。換言すれば、データを補完するデータ補完部を間引き処理部41の前に設けることなく、計測対象のサンプリング周波数fsに対応するデータを取得することができる。 By thinning out the data output from the digital integrator 34 by the thinning-out processing by the thinning-out processing unit 41 and the data processing device, it is possible to acquire the data necessary for measuring the magnetic fields of a plurality of measurement targets. At this time, by setting the sampling frequency fs of the AD converter 33 to a common multiple of all the sampling frequencies fs of the measurement target, the data of the measurement target can be acquired only by thinning out the data output from the digital integrator 34. it can. In other words, it is possible to acquire the data corresponding to the sampling frequency fs of the measurement target without providing the data complementing unit that complements the data in front of the thinning processing unit 41.

この結果、1つの磁場計測装置100により、脳、脊髄、神経、心臓、筋肉などの複数の計測対象の磁場を計測することができる。すなわち、磁場計測装置100を、脊磁計、心磁計、脳磁計や、神経磁場または筋肉磁場の計測などの複数の用途に使用することができる。また、デジタルFLL回路30内に複数のローパスフィルタ32を設ける場合にも、SQUID10が発生する電圧を、Φ−V特性のロック点付近(線形領域)に維持することができ、生体磁場信号を精度よく求めることができる。 As a result, one magnetic field measuring device 100 can measure the magnetic fields of a plurality of measurement targets such as the brain, spinal cord, nerve, heart, and muscle. That is, the magnetic field measuring device 100 can be used for a plurality of applications such as a spinometer, a magnetocardiography, a magnetoencephalograph, and measurement of a nerve magnetic field or a muscle magnetic field. Further, even when a plurality of low-pass filters 32 are provided in the digital FLL circuit 30, the voltage generated by the SQUID 10 can be maintained near the lock point (linear region) of the Φ-V characteristic, and the biomagnetic field signal can be accurate. You can ask for it well.

(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態に係る磁場計測装置の一例を示すブロック図である。図1と同様の要素については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。図3に示す磁場計測装置100A(生体磁場計測装置)は、SQUID10およびSQUIDセンサ20Aを有する。SQUIDセンサ20Aは、デジタルFLL回路30Aおよび後処理回路40Aを有する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a block diagram showing an example of the magnetic field measuring device according to the second embodiment of the present invention. The same elements as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The magnetic field measuring device 100A (biomagnetic field measuring device) shown in FIG. 3 has a SQUID 10 and a SQUID sensor 20A. The SQUID sensor 20A has a digital FLL circuit 30A and a post-processing circuit 40A.

デジタルFLL回路30Aは、図1に示したローパスフィルタ32a,32b,32c,32dの代わりにローパスフィルタ32eを有する。デジタルFLL回路30Aは、1つのローパスフィルタ32eを有するため、図2に示した選択回路38は持たず、増幅器31の出力は、ローパスフィルタ32eの入力に直接接続される。例えば、ローパスフィルタ32eは、図1に示したローパスフィルタ32aと同様に、カットオフ周波数fcが20kHzに設定される。 The digital FLL circuit 30A has a low-pass filter 32e instead of the low-pass filters 32a, 32b, 32c, 32d shown in FIG. Since the digital FLL circuit 30A has one low-pass filter 32e, it does not have the selection circuit 38 shown in FIG. 2, and the output of the amplifier 31 is directly connected to the input of the low-pass filter 32e. For example, in the low-pass filter 32e, the cutoff frequency fc is set to 20 kHz, similarly to the low-pass filter 32a shown in FIG.

後処理回路40Aは、間引き処理部41およびフィルタ部42Aを有する。この実施形態においても、ローパスフィルタ32eにより20kHzのカットオフ周波数fcでアンチエイリアスが実施されるため、デジタル積分器34から出力されるデータをアンチエイリアスするローパスフィルタを不要にすることができる。これにより、後処理回路40Aでは、間引き処理部41がデータの間引き処理を実施することで、計測対象毎の処理に必要なデータを取得することができる。 The post-processing circuit 40A has a thinning processing unit 41 and a filter unit 42A. Also in this embodiment, since antialiasing is performed by the low-pass filter 32e at a cutoff frequency fc of 20 kHz, it is possible to eliminate the need for a low-pass filter that antialiases the data output from the digital integrator 34. As a result, in the post-processing circuit 40A, the thinning-out processing unit 41 performs the thinning-out processing of the data, so that the data necessary for the processing for each measurement target can be acquired.

フィルタ部42Aは、間引き処理部41により400kHzから40kHzに間引きされたデジタルデータを受信し、受信したデジタルデータのフィルタ処理を実施する。例えば、フィルタ部42Aは、ローパスフィルタLPFの機能とハイパスフィルタHPFの機能とを有する。 The filter unit 42A receives digital data thinned from 400 kHz to 40 kHz by the thinning processing unit 41, and filters the received digital data. For example, the filter unit 42A has a function of a low-pass filter LPF and a function of a high-pass filter HPF.

ローパスフィルタLPFは、サンプリング周波数fsが40kspsより低い用途については、用途毎のデータから折り返しノイズを除去するために、間引き処理部41で間引き処理されたデジタルデータのアンチエイリアスを実施する。すなわち、フィルタ部42AのローパスフィルタLPFは、第1の実施形態のデータ処理装置が実施するソフトウェアによるアンチエイリアスの代わりに、ハードウェアによるアンチエイリアスを実施する。 The low-pass filter LPF performs antialiasing of digital data thinned out by the thinning processing unit 41 in order to remove aliasing noise from the data for each use for applications where the sampling frequency fs is lower than 40 ksps. That is, the low-pass filter LPF of the filter unit 42A implements hardware antialiasing instead of software antialiasing implemented by the data processing apparatus of the first embodiment.

用途毎のサンプリング周波数fsおよびカットオフ周波数fcは、表2と同じである。20kHzのカットオフ周波数fcは、複数の用途のうち最大のサンプリング周波数fs(40ksps)に対応するデータのアンチエイリアスが可能な周波数である。この実施形態では、表2に示したサンプリング周波数fsが40kspsの用途での磁場の計測については、ローパスフィルタ32eによりアンチエイリアスを実施することができる。このため、ローパスフィルタLPFは、サンプリング周波数fsが40kspsより低い用途のデータのアンチエイリアスを実施する。 The sampling frequency fs and cutoff frequency fc for each application are the same as in Table 2. The cutoff frequency fc of 20 kHz is a frequency capable of antialiasing data corresponding to the maximum sampling frequency fs (40 kps) among a plurality of applications. In this embodiment, antialiasing can be performed by the low-pass filter 32e for the measurement of the magnetic field in the application where the sampling frequency fs shown in Table 2 is 40 kps. Therefore, the low-pass filter LPF performs antialiasing of data for applications where the sampling frequency fs is lower than 40 kps.

ハイパスフィルタHPFは、用途毎に発生する低周波ノイズやオフセットにより現れるDCノイズを除去する。 The high-pass filter HPF removes low-frequency noise generated for each application and DC noise generated by offset.

Figure 2021071374
表3は、用途毎の生体磁場信号の計測に必要とされるサンプリング周波数fsとアンチエイリアス用のハイパスフィルタのカットオフ周波数fcとの一例を示している。表3に示すように、ハイパスフィルタHPFのカットオフ周波数fcは、用途に応じて0.1Hz〜100Hzに設定される。表3の用途に示す"共通"は、表2の"共通"と同様に、脊磁計、心磁計、脳磁計に共通に使用される項目である。
Figure 2021071374
Table 3 shows an example of the sampling frequency fs required for measuring the biomagnetic field signal for each application and the cutoff frequency fc of the high-pass filter for antialiasing. As shown in Table 3, the cutoff frequency fc of the high-pass filter HPF is set to 0.1 Hz to 100 Hz depending on the application. The "common" shown in the usage in Table 3 is an item commonly used in the spinometer, the magnetocardiography, and the magnetoencephalogram, as in the case of the "common" in Table 2.

そして、後処理回路40Aは、ローパスフィルタLPFおよびハイパスフィルタHPFによりフィルタ処理したデジタルデータをデータ処理装置に転送する。データ処理装置は、第1の実施形態と同様に、間引き処理部41により40kHzに間引きされたデータを用途に応じてさらに間引きした後、データ処理を実施する。 Then, the post-processing circuit 40A transfers the digital data filtered by the low-pass filter LPF and the high-pass filter HPF to the data processing apparatus. Similar to the first embodiment, the data processing apparatus further thins out the data thinned to 40 kHz by the thinning processing unit 41 according to the application, and then performs the data processing.

例えば、後処理回路40Aが、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等のプログラマブル回路内に搭載される場合、フィルタ部42Aは、計測対象毎に特化されたローパスフィルタLPFおよびハイパスフィルタHPFを有してもよい。また、後処理回路40Aが、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のロジック回路に搭載される場合、用途に対応するフィルタ特性を有するローパスフィルタLPFおよびハイパスフィルタHPFが、フィルタ部42Aに搭載されてもよい。あるいは、複数の用途にそれぞれ対応する複数種のローパスフィルタLPFおよび複数種のハイパスフィルタHPFをフィルタ部42Aに設け、用途に応じて使用するフィルタが選択されてもよい。 For example, when the post-processing circuit 40A is mounted in a programmable circuit such as an FPGA (Field-Programmable Gate Array), the filter unit 42A has a low-pass filter LPF and a high-pass filter HPF specialized for each measurement target. You may. Further, when the post-processing circuit 40A is mounted on a logic circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), even if a low-pass filter LPF and a high-pass filter HPF having filter characteristics corresponding to the application are mounted on the filter unit 42A. Good. Alternatively, a plurality of types of low-pass filter LPF and a plurality of types of high-pass filter HPF corresponding to a plurality of uses may be provided in the filter unit 42A, and a filter to be used may be selected according to the use.

以上、第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。例えば、間引き処理部41とデータ処理装置とによりデータを間引くことで、複数の計測対象の磁場の計測にそれぞれ必要なデータを取得することができる。この際、AD変換器33のサンプリング周波数fsを計測対象の全てのサンプリング周波数fsの公倍数に設定することで、デジタル積分器34から出力されるデータを間引くだけで計測対象のデータを取得することができる。この結果、複数の計測対象の磁場信号を計測可能な磁場計測装置100Aを提供することができる。 As described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained in the second embodiment as well. For example, by thinning out the data by the thinning processing unit 41 and the data processing device, it is possible to acquire the data necessary for measuring the magnetic fields of a plurality of measurement targets. At this time, by setting the sampling frequency fs of the AD converter 33 to a common multiple of all the sampling frequencies fs of the measurement target, the data of the measurement target can be acquired only by thinning out the data output from the digital integrator 34. it can. As a result, it is possible to provide a magnetic field measuring device 100A capable of measuring a plurality of magnetic field signals to be measured.

さらに、第2の実施形態では、複数の計測対象のうち最大のサンプリング周波数fsに対応するカットオフ周波数fcを有するローパスフィルタ32eが設けられる。これにより、デジタル積分器34から出力されるデータをアンチエイリアスするローパスフィルタを不要にすることができる。これにより、後処理回路40Aでは、間引き処理部41がデータの間引き処理を実施することで、計測対象毎の処理に必要なデータを取得することができる。 Further, in the second embodiment, a low-pass filter 32e having a cutoff frequency fc corresponding to the maximum sampling frequency fs among the plurality of measurement targets is provided. This makes it possible to eliminate the need for a low-pass filter that antialiases the data output from the digital integrator 34. As a result, in the post-processing circuit 40A, the thinning-out processing unit 41 performs the thinning-out processing of the data, so that the data necessary for the processing for each measurement target can be acquired.

(第3の実施形態)
図4は、本発明の第3の実施形態に係る磁場計測装置の一例を示すブロック図である。図1および図3と同様の要素については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。図4に示す磁場計測装置100B(生体磁場計測装置)は、SQUID10およびSQUIDセンサ20Bを有する。SQUIDセンサ20Bは、図3に示したデジタルFLL回路30Aおよび図1に示した後処理回路40を有する。
(Third Embodiment)
FIG. 4 is a block diagram showing an example of the magnetic field measuring device according to the third embodiment of the present invention. The same elements as those in FIGS. 1 and 3 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The magnetic field measuring device 100B (biomagnetic field measuring device) shown in FIG. 4 has a SQUID 10 and a SQUID sensor 20B. The SQUID sensor 20B has a digital FLL circuit 30A shown in FIG. 3 and a post-processing circuit 40 shown in FIG.

この実施形態では、図3に示したフィルタ部42Aによるフィルタ処理の代わりに、後処理回路40からデータが転送されるデータ処理装置によるフィルタ処理が実施される。すなわち、データ処理装置は、図3のフィルタ部42A(ローパスフィルタLPFおよびハイパスフィルタHPF)によるアンチエイリアスの機能を有している。データ処理装置によるフィルタ回路の機能は、ソフトウェアにより実現されてもよく、ハードウェアにより実現されてもよい。そして、データ処理装置は、アンチエイリアスしたデータを用途に応じて間引きし、間引きしたデータを使用してデータ処理を実施する。 In this embodiment, instead of the filter processing by the filter unit 42A shown in FIG. 3, the filter processing by the data processing device to which the data is transferred from the post-processing circuit 40 is performed. That is, the data processing apparatus has an antialiasing function by the filter unit 42A (low-pass filter LPF and high-pass filter HPF) of FIG. The function of the filter circuit by the data processing device may be realized by software or hardware. Then, the data processing device thins out the anti-aliased data according to the application, and performs data processing using the thinned-out data.

以上、第3の実施形態においても、第1の実施形態および第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, also in the third embodiment, the same effects as those in the first embodiment and the second embodiment can be obtained.

なお、上述した実施形態は、脳磁計、脊磁計および心磁計等の生体磁場計測装置に適用する例を説明したが、生体磁場計測装置以外の磁場計測装置に適用されてもよい。 Although the above-described embodiment has been described as an example of application to a biomagnetic field measuring device such as a magnetoencephalograph, a spinometer, and a magnetocardiography, it may be applied to a magnetic field measuring device other than the biomagnetic field measuring device.

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。 Although the present invention has been described above based on each embodiment, the present invention is not limited to the requirements shown in the above embodiments. With respect to these points, the gist of the present invention can be changed without impairing the gist of the present invention, and can be appropriately determined according to the application form thereof.

10 SQUID
20,20A,20B SQUIDセンサ
30,30A デジタルFLL回路
31 増幅器
32a,32b,32c,32d ローパスフィルタ
33 AD変換器
34 デジタル積分器
35 DA変換器
36 電圧電流変換器
37 帰還コイル
38 選択回路
40,40A 後処理回路
41 間引き処理部
42A フィルタ部
100,100A,100B 磁場計測装置
10 SQUID
20, 20A, 20B SQUID sensor 30, 30A Digital FLL circuit 31 Amplifier 32a, 32b, 32c, 32d Low-pass filter 33 AD converter 34 Digital integrator 35 DA converter 36 Voltage current converter 37 Feedback coil 38 Selection circuit 40, 40A Post-processing circuit 41 Thinning processing unit 42A Filter unit 100, 100A, 100B Magnetic field measuring device

特許第4133934号Patent No. 4133934

Claims (10)

磁場の強度に応じて超伝導量子干渉素子から出力される電圧を増幅する増幅器と、
磁場が計測される複数の計測対象に応じたフィルタ特性をそれぞれ有し、前記増幅器から出力される信号のアンチエイリアスを行う複数のローパスフィルタと、
前記複数のローパスフィルタのいずれかを前記複数の計測対象に応じて選択する選択回路と、
前記複数の計測対象にそれぞれ対応する複数のサンプリング周波数より高いサンプリング周波数を使用して、前記選択回路により選択される前記ローパスフィルタからのアナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換器と、を含むデジタルFLL回路を有することを特徴とする磁場計測装置。
An amplifier that amplifies the voltage output from the superconducting quantum interference device according to the strength of the magnetic field,
A plurality of low-pass filters having filter characteristics corresponding to a plurality of measurement targets for which a magnetic field is measured and antialiasing the signal output from the amplifier, and a plurality of low-pass filters.
A selection circuit that selects one of the plurality of low-pass filters according to the plurality of measurement targets, and
A digital including an AD converter that converts an analog signal from the low-pass filter selected by the selection circuit into a digital signal by using a sampling frequency higher than a plurality of sampling frequencies corresponding to the plurality of measurement targets. A magnetic field measuring device having an FLL circuit.
前記AD変換器のサンプリング周波数は、前記複数のサンプリング周波数の公倍数に設定されることを特徴とする請求項1に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measuring device according to claim 1, wherein the sampling frequency of the AD converter is set to a common multiple of the plurality of sampling frequencies. 前記AD変換器から出力されるデジタル信号を、前記計測対象毎のサンプリング周波数に対応するサンプル数に間引く間引き処理部を有することを特徴とする請求項2に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measuring apparatus according to claim 2, further comprising a thinning processing unit for thinning out a digital signal output from the AD converter to a number of samples corresponding to a sampling frequency for each measurement target. 前記複数の計測対象の各々は、脳、脊髄、神経、心臓、筋肉のいずれかであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the plurality of measurement objects is any one of a brain, a spinal cord, a nerve, a heart, and a muscle. 前記デジタルFLL回路は、
前記AD変換器が出力するデジタル値を積分する積分器と、
前記積分器が出力する積分値を電圧に変換するDA変換器と、
前記DA変換器が出力する電圧を電流に変換する電圧電流変換器と、
前記電圧電流変換器が出力する電流に基づいて前記超伝導量子干渉素子が受ける磁場を発生する帰還コイルと、を有することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の磁場計測装置。
The digital FLL circuit is
An integrator that integrates the digital values output by the AD converter, and
A DA converter that converts the integrated value output by the integrator into a voltage, and
A voltage-current converter that converts the voltage output by the DA converter into a current,
The invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the superconducting quantum interfering element has a feedback coil that generates a magnetic field based on a current output by the voltage-current converter. Magnetic field measuring device.
磁場の強度に応じて超伝導量子干渉素子から出力される電圧を増幅する増幅器と、
前記増幅器から出力される信号を受け、磁場が計測される複数の計測対象にそれぞれ対応する複数のサンプリング周波数のうち少なくとも最大の周波数に対応する信号のアンチエイリアスが可能なフィルタ特性を有するローパスフィルタと、
前記複数のサンプリング周波数より高いサンプリング周波数を使用して、前記ローパスフィルタからのアナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換器と、を含むデジタルFLL回路を有することを特徴とする磁場計測装置。
An amplifier that amplifies the voltage output from the superconducting quantum interference device according to the strength of the magnetic field,
A low-pass filter having filter characteristics capable of antialiasing a signal corresponding to at least the maximum frequency among a plurality of sampling frequencies corresponding to a plurality of measurement targets to which a magnetic field is measured by receiving a signal output from the amplifier.
A magnetic field measuring device comprising a digital FLL circuit including an AD converter that converts an analog signal from the low-pass filter into a digital signal using a sampling frequency higher than the plurality of sampling frequencies.
前記AD変換器のサンプリング周波数は、前記複数のサンプリング周波数の公倍数に設定されることを特徴とする請求項6に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measuring device according to claim 6, wherein the sampling frequency of the AD converter is set to a common multiple of the plurality of sampling frequencies. 前記AD変換器から出力されるデジタル信号を、前記計測対象毎のサンプリング周波数に対応するサンプル数に間引く間引き処理部を有することを特徴とする請求項7に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measuring apparatus according to claim 7, further comprising a thinning processing unit for thinning out a digital signal output from the AD converter to a number of samples corresponding to a sampling frequency for each measurement target. 前記複数の計測対象の各々は、脳、脊髄、神経、心臓、筋肉のいずれかであることを特徴とする請求項6ないし請求項8のいずれか1項に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measuring device according to any one of claims 6 to 8, wherein each of the plurality of measurement objects is any one of a brain, a spinal cord, a nerve, a heart, and a muscle. 前記デジタルFLL回路は、
前記AD変換器が出力するデジタル値を積分する積分器と、
前記積分器が出力する積分値を電圧に変換するDA変換器と、
前記DA変換器が出力する電圧を電流に変換する電圧電流変換器と、
前記電圧電流変換器が出力する電流に基づいて前記超伝導量子干渉素子が受ける磁場を発生する帰還コイルと、を有することを特徴とする請求項6ないし請求項9のいずれか1項に記載の磁場計測装置。
The digital FLL circuit is
An integrator that integrates the digital values output by the AD converter, and
A DA converter that converts the integrated value output by the integrator into a voltage, and
A voltage-current converter that converts the voltage output by the DA converter into a current,
The invention according to any one of claims 6 to 9, wherein the superconducting quantum interfering element has a feedback coil that generates a magnetic field based on a current output by the voltage-current converter. Magnetic field measuring device.
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