JP2021196298A - 脳磁計及び脳磁場測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気シールドルームを使用せずに高精度に計測可能な脳磁計及び脳磁場測定方法を提供すること。【解決手段】脳磁計Ｍ１は、脳磁場を計測する複数の光励起磁気センサ１Ａと、複数の光励起磁気センサ１Ａのそれぞれの位置における地磁気に係る磁場を計測する複数の地磁気磁場補正用磁気センサ２と、複数の光励起磁気センサ１Ａのそれぞれの位置における変動磁場を計測する複数のアクティブシールド用磁気センサ３と、地磁気磁場補正コイルと、アクティブシールドコイル９と、複数の地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値に基づいて、地磁気に係る磁場を打ち消す磁場を発生させる電流を決定し、複数のアクティブシールド用磁気センサ３の計測値に基づいて、変動磁場を打ち消す磁場を発生させる電流を決定し、決定した電流に応じた制御信号を出力する制御装置５と、制御信号に応じて電流を各コイルに出力するコイル電源６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、脳磁計及び脳磁場測定方法に関する。

従来、脳磁計として、微小な磁気を計測するために超伝導量子干渉計（superconducting quantum interference device, SQUID）が用いられている。近年では、ＳＱＵＩＤに代わり光励起磁気センサを用いた脳磁計が研究されている。光励起磁気センサは、光ポンピングによって励起されたアルカリ金属の原子のスピン偏極を用いることで微小な磁気を計測する。例えば、特許文献１は光ポンピング磁力計を利用した脳磁計を開示している。

特許５８２３１９５号公報

脳磁計による計測は、脳磁場よりも強い磁気ノイズの影響を避けるために、磁気ノイズを遮蔽する磁気シールドルーム内で実施される。しかしながら、磁気シールドルームは重量及び価格等の観点から設置が制限される。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、磁気シールドルームを使用せずに高精度に計測可能な脳磁計及び脳磁場測定方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る脳磁計は、脳磁場を計測する複数の光励起磁気センサと、複数の光励起磁気センサのそれぞれの位置における地磁気に係る磁場を計測する複数の地磁気磁場補正用磁気センサと、複数の光励起磁気センサのそれぞれの位置における変動磁場を計測する複数のアクティブシールド用磁気センサと、地磁気に係る磁場を補正するための地磁気磁場補正コイルと、変動磁場を補正するためのアクティブシールドコイルと、複数の地磁気磁場補正用磁気センサの計測値に基づいて、地磁気に係る磁場を打ち消す磁場を発生させるように地磁気磁場補正コイルに対する電流を決定し、複数のアクティブシールド用磁気センサの計測値に基づいて、変動磁場を打ち消す磁場を発生させるようにアクティブシールドコイルに対する電流を決定し、決定した電流に応じた制御信号を出力する制御装置と、制御装置により出力された制御信号に応じて、地磁気磁場補正コイル及びアクティブシールドコイルに電流を出力するコイル電源と、を備える。

本発明の一態様に係る脳磁計では、脳磁場を計測する複数の光励起磁気センサのそれぞれの位置における地磁気に係る磁場及び変動磁場が計測される。そして、本脳磁計では、地磁気に係る磁場の複数の計測値に基づいて地磁気に係る磁場を打ち消す磁場を発生させるように地磁気磁場補正コイルに対する電流が決定され、変動磁場の複数の計測値に基づいて変動磁場を打ち消す磁場を発生させるようにアクティブシールドコイルに対する電流が決定され、決定した電流に応じた制御信号が出力される。そして、制御信号に応じた電流が地磁気磁場補正コイル及びアクティブシールドコイルに出力されると、それぞれのコイルにおいて磁場が発生し、複数の光励起磁気センサの位置において、地磁気磁場補正コイルにおいて発生した磁場によって地磁気に係る磁場が打ち消され、アクティブシールドコイルにおいて発生した磁場によって変動磁場が打ち消される。このように、複数の光励起磁気センサの位置における地磁気に係る磁場及び変動磁場が打ち消されることにより、複数の光励起磁気センサは、地磁気に係る磁場の影響及び変動磁場の影響を避けた状態において脳磁場を計測することができる。このような脳磁計によれば、磁気シールドルームを使用せずに高精度に脳磁場を計測することができる。

地磁気磁場補正コイルは、地磁気の磁場を補正するための地磁気補正コイル及び地磁気の勾配磁場を補正するための勾配磁場補正コイルを含み、制御装置は、複数の地磁気磁場補正用磁気センサの計測値の平均値がゼロに近似するように、地磁気補正コイルに対する電流を決定し、複数の地磁気磁場補正用磁気センサの計測値の平均値からの偏差が最小になるように、勾配磁場補正コイルに対する電流を決定してもよい。このような構成では、地磁気補正コイルに対する電流の制御によって一様の磁場補正（０次補正）が行われ、更に、勾配磁場補正コイルに対する電流の制御によって各光励起磁気センサの位置の違いを考慮した勾配磁場の補正（１次補正）が行われる。このようにして、地磁気及び地磁気の勾配磁場が段階的に打ち消されることにより、地磁気に係る磁場を精度よく補正することができる。

地磁気補正コイル及び勾配磁場補正コイルはそれぞれ、複数の光励起磁気センサを挟んで配置される一対のコイルであってもよい。このような構成によれば、一対の地磁気補正コイル及び一対の勾配磁場補正コイルに挟まれた複数の光励起磁気センサの位置における地磁気に係る磁場が効果的に補正される。これにより、簡易な構成によって地磁気に係る磁場を適切に補正することができる。

地磁気磁場補正コイルは、複数の光励起磁気センサごとに、それぞれが直交し、且つ周回して配置される三つの直交した向きに磁場を印加できるコイルシステムを含み、制御装置は、複数の地磁気磁場補正用磁気センサの計測値がゼロに近似するように、複数の光励起磁気センサごとにコイルシステムに対する電流を決定してもよい。このような構成によれば、コイルシステムは、複数の光励起磁気センサごとに、静磁場の三方向（ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸）の成分のそれぞれに対応して配置される。そして、コイルシステムのそれぞれに対し電流を制御することによって、複数の光励起磁気センサごとに、地磁気に係る磁場のｘ軸方向の成分、ｙ軸方向の成分、及びｚ軸方向の成分のそれぞれを打ち消す磁場が発生し、三方向から地磁気に係る磁場が補正される。これにより、複数の光励起磁気センサごとに細かく電流を制御することができ、地磁気に係る磁場の補正精度が向上する。また、複数の光励起磁気センサの動作に関係する領域の地磁気に係る磁場のみを補正するため、不要な補正に係る消費電力の増加を抑制できる。

制御装置は、複数のアクティブシールド用磁気センサの計測値の平均値がゼロに近似するように、アクティブシールドコイルに対する電流を決定してもよい。このような構成によれば、アクティブシールドコイルに対し電流を制御することによって、複数の光励起磁気センサの位置における変動磁場が効果的に補正される。これにより、簡易な構成で変動磁場を適切に補正することができる。

複数の光励起磁気センサは、頭皮に対し垂直な方向且つ同軸上に計測領域及び参照領域を有する軸型グラジオメータであってもよい。このような構成によれば、コモンモードノイズの影響が計測領域の出力結果及び参照領域の出力結果のそれぞれに示されるため、両者の出力結果の差分を取得することによってコモンモードノイズを除去することができる。これにより、脳磁場の計測精度が向上する。

複数の光励起磁気センサ、複数の地磁気磁場補正用磁気センサ、及び複数のアクティブシールド用磁気センサは、被験者の頭部に装着されるヘルメット型の比透磁率が１に近く磁場分布を乱さない非磁性フレームに固定されていてもよい。このような構成によれば、被験者の頭部の動きに応じて、頭部に装着された非磁性フレーム及び非磁性フレームに固定された各センサが動くため、被験者の頭部が動いた場合においても、複数の光励起磁気センサの位置における地磁気に係る磁場及び変動磁場の補正、及び脳磁場の計測を適切に行うことができる。

高周波数の電磁ノイズを遮蔽するための電磁シールドをさらに備えてもよい。このような構成によれば、脳磁計では計測の対象とならない高周波数の電磁ノイズが複数の光励起磁気センサに侵入することを防止できる。これにより、複数の光励起磁気センサを安定的に動作させることができる。

本発明の一態様に係る脳磁場測定方法は、複数の光励起磁気センサのそれぞれの位置における地磁気に係る磁場を計測するステップと、地磁気に係る磁場の複数の計測値に基づいて、地磁気に係る磁場を打ち消す磁場を発生させるように地磁気磁場補正コイルに対する電流を決定し、決定した電流に応じた地磁気磁場補正用制御信号を出力するステップと、地磁気磁場補正用制御信号に応じて、地磁気磁場補正コイルに電流を出力するステップと、複数の光励起磁気センサのそれぞれの位置における変動磁場を計測するステップと、変動磁場の複数の計測値に基づいて、変動磁場を打ち消す磁場を発生させるようにアクティブシールドコイルに対する電流を決定し、決定した電流に応じた変動磁場補正用制御信号を出力するステップと、変動磁場補正用制御信号に応じて、アクティブシールドコイルに電流を出力するステップと、複数の光励起磁気センサによって脳磁場を計測するステップと、を含む。

本発明の一態様に係る脳磁場測定方法では、脳磁場を計測する複数の光励起磁気センサのそれぞれの位置における地磁気に係る磁場及び変動磁場が計測される。そして、本脳磁場測定方法では、地磁気に係る磁場の複数の計測値に基づいて地磁気に係る磁場を打ち消す磁場を発生させるように地磁気磁場補正コイルに対する電流が決定され、決定した電流に応じた制御信号が出力される。そして、制御信号に応じた電流が地磁気磁場補正コイルに出力されると、地磁気磁場補正コイルにおいて磁場が発生し、複数の光励起磁気センサの位置において、地磁気磁場補正コイルにおいて発生した磁場によって地磁気に係る磁場が打ち消される。また、変動磁場の複数の計測値に基づいて変動磁場を打ち消す磁場を発生させるようにアクティブシールドコイルに対する電流が決定され、決定した電流に応じた制御信号が出力される。そして、制御信号に応じた電流がアクティブシールドコイルに出力されると、アクティブシールドコイルにおいて磁場が発生し、複数の光励起磁気センサの位置において、アクティブシールドコイルにおいて発生した磁場によって変動磁場が打ち消される。このように、複数の光励起磁気センサの位置における地磁気に係る磁場及び変動磁場が打ち消されることにより、複数の光励起磁気センサは、地磁気に係る磁場の影響及び変動磁場の影響を避けた状態において脳磁場を計測することができる。このような脳磁場測定方法によれば、磁気シールドルームを使用せずに高精度に脳磁場を計測することができる。

地磁気に係る磁場を打ち消す磁場を発生させるように地磁気磁場補正コイルに対する電流を決定することは、地磁気に係る磁場の複数の計測値の平均値がゼロに近似するように、地磁気磁場補正コイルを構成する地磁気補正コイルに対する電流を決定し、地磁気に係る磁場の複数の計測値の平均値からの偏差が最小になるように、地磁気磁場補正コイルを構成する勾配磁場補正コイルに対する電流を決定することを含んでもよい。このような方法では、地磁気補正コイルに対する電流の制御によって一様の磁場補正（０次補正）が行われ、更に、勾配磁場補正コイルに対する電流の制御によって各光励起磁気センサの位置の違いを考慮した勾配磁場の補正（１次補正）が行われる。このようにして、地磁気及び地磁気の勾配磁場が段階的に打ち消されることにより、地磁気に係る磁場を精度よく補正することができる。

地磁気に係る磁場を打ち消す磁場を発生させるように地磁気磁場補正コイルに対する電流を決定することは、地磁気に係る磁場の複数の計測値がゼロに近似するように、複数の光励起磁気センサごとに、それぞれが直交し且つ周回して配置されるコイルシステムに対する電流を決定することを含んでもよい。このような方法によれば、コイルシステムは、複数の光励起磁気センサごとに、静磁場の三方向（ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸）の成分のそれぞれに対応して配置される。そして、コイルシステムのそれぞれに対し電流を制御することによって、複数の光励起磁気センサごとに、地磁気に係る磁場のｘ軸方向の成分、ｙ軸方向の成分、及びｚ軸方向の成分のそれぞれを打ち消す磁場が発生し、三方向から地磁気に係る磁場が補正される。これにより、複数の光励起磁気センサごとに細かく電流を制御することができ、地磁気に係る磁場の補正精度が向上する。また、複数の光励起磁気センサの動作に関係する領域の地磁気に係る磁場のみを補正するため、不要な補正に係る消費電力の増加を抑制できる。

本発明によれば、磁気シールドルームを使用せずに高精度に計測可能な脳磁計及び脳磁場測定方法を提供することができる。

実施形態に係る脳磁計の構成を示す概略図である。 実施形態に係る脳磁計の動作を示すフローチャートである。 他の実施形態に係る脳磁計の構成を示す概略図である。 コイルシステムの配置を示す図である。 他の実施形態に係る脳磁計の動作を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、実施形態に係る脳磁計Ｍ１の構成を示す概略図である。脳磁計Ｍ１は、磁気ノイズを打ち消す磁場を発生させながら、光ポンピングを利用して脳磁場を計測する装置である。脳磁計Ｍ１は、複数のＯＰＭ（optically pumped atomic magnetometer）モジュール１と、複数の地磁気磁場補正用磁気センサ２と、複数のアクティブシールド用磁気センサ３と、非磁性フレーム４と、制御装置５と、コイル電源６と、一対の地磁気補正コイル７及び一対の勾配磁場補正コイル８（地磁気磁場補正コイル）と、一対のアクティブシールドコイル９と、ポンプレーザ１０と、プローブレーザ１１と、アンプ１２と、ヒータコントローラ１３と、電磁シールド１４と、を備える。

ＯＰＭモジュール１は、光励起磁気センサ１Ａと、断熱材１Ｂと、読み出し回路１Ｃと、を有する。複数のＯＰＭモジュール１は、例えば頭皮に沿って所定の間隔で配置される。

光励起磁気センサ１Ａは、光ポンピングを利用して脳磁場を計測するセンサであり、例えば１０ｆＴ〜１０ｐＴ程度の感度を有する。断熱材１Ｂは、ヒーター（不図示）で１８０度に加熱した光励起磁気センサ１Ａの熱移動及び熱伝達を防止する。読み出し回路１Ｃは、光励起磁気センサ１Ａの検出結果を取得する回路である。光励起磁気センサ１Ａは、アルカリ金属蒸気を封入したセルにポンプ光を照射することによって、アルカリ金属を励起状態とする。励起状態のアルカリ金属はスピン偏極状態にあり、磁気を受けると、磁気に応じてアルカリ金属原子のスピン偏極軸の傾きが変化する。このスピン偏極軸の傾きは、ポンプ光とは別に照射されるプローブ光によって検出される。読み出し回路１Ｃは、アルカリ金属蒸気を通過したプローブ光をフォトダイオードによって受光し、検出結果を取得する。読み出し回路１Ｃは、検出結果をアンプ１２に出力する。

光励起磁気センサ１Ａは、例えば軸型グラジオメータ（Gradiometer）としてもよい。軸型グラジオメータは、被験者の頭皮（計測箇所）に対し垂直な方向且つ同軸上に計測領域及び参照領域を有する。計測領域とは、例えば、軸型グラジオメータが脳磁場を計測する箇所のうち、被験者の頭皮に最も近接する箇所である。参照領域とは、例えば、軸型グラジオメータが脳磁場を計測する箇所のうち、被験者の頭皮から離れた方向に対し、計測領域から所定の距離（例えば３ｃｍ）の箇所である。軸型グラジオメータは、計測領域及び参照領域において計測したそれぞれの結果をアンプ１２に出力する。ここで、コモンモードノイズが含まれる場合には、その影響が計測領域の出力結果及び参照領域の出力結果のそれぞれに示される。コモンモードノイズは、計測領域の出力結果及び参照領域の出力結果の差分を取得することによって除去される。コモンモードノイズを除去することにより、例えば１ｐＴの磁気ノイズ環境下で計測した場合、光励起磁気センサ１Ａは１０ｆＴ／√Ｈｚ程度の感度を得ることができる。

地磁気磁場補正用磁気センサ２は、光励起磁気センサ１Ａに対応する位置において、地磁気に係る磁場を計測するセンサであり、例えば１ｎＴ〜１００μＴ程度の感度を有するフラックスゲートセンサにより構成される。光励起磁気センサ１Ａに対応する位置とは、光励起磁気センサ１Ａが配置された領域の周辺（近傍）の位置である。地磁気磁場補正用磁気センサ２は、光励起磁気センサ１Ａに一対一で対応して設けられていてもよいし、一対多（複数の光励起磁気センサ１Ａに対して１台の地磁気磁場補正用磁気センサ２）で対応して設けられていてもよい。地磁気磁場補正用磁気センサ２は、地磁気に係る磁場として例えば地磁気及び地磁気の勾配磁場（以下、単に「勾配磁場」という。）を計測し、計測値を制御装置５に出力する。地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値は、向き及び大きさを有するベクトルにより表され得る。地磁気磁場補正用磁気センサ２は、計測及び出力を、所定の時間間隔で継続して行ってもよい。

アクティブシールド用磁気センサ３は、光励起磁気センサ１Ａに対応する位置において、変動磁場を計測するセンサであり、例えば数百Ｈｚ以下の周波数帯域で１００ｆＴ〜１０ｎＴ程度の感度を有し、光励起磁気センサ１Ａとは異なる光励起磁気センサにより構成される。光励起磁気センサ１Ａに対応する位置とは、光励起磁気センサ１Ａが配置された領域の周辺（近傍）の位置である。アクティブシールド用磁気センサ３は、光励起磁気センサ１Ａに一対一で対応して設けられていてもよいし、一対多（複数の光励起磁気センサ１Ａに対して１台のアクティブシールド用磁気センサ３）で対応して設けられていてもよい。アクティブシールド用磁気センサ３は、変動磁場として例えば２００Ｈｚ以下のノイズ（交流）成分の磁場を計測し、計測値を制御装置５に出力する。アクティブシールド用磁気センサ３の計測値は、向き及び大きさを有するベクトルにより表され得る。

非磁性フレーム４は、脳磁場の計測対象である被験者の頭皮の全域を覆うフレームであり、グラファイト等の比透磁率が１に近く磁場分布を乱さない非磁性体材料により構成される。非磁性フレーム４は、例えば被験者の頭皮の全域を囲み、被験者の頭部に装着されるヘルメット型のフレームとすることができる。非磁性フレーム４には、被験者の頭皮に近接するように複数の光励起磁気センサ１Ａが固定されている。さらに、非磁性フレーム４には、複数の光励起磁気センサ１Ａのそれぞれの位置における地磁気に係る磁場を計測可能なように地磁気磁場補正用磁気センサ２が固定され、複数の光励起磁気センサ１Ａのそれぞれの位置における変動磁場を計測可能なようにアクティブシールド用磁気センサ３が固定されている。変動磁場は位置による磁場強度のばらつきが静磁場よりも少ないため、非磁性フレーム４には地磁気磁場補正用磁気センサ２の数よりもアクティブシールド用磁気センサ３の数が少なくなるように固定されていてもよい。

制御装置５は、地磁気磁場補正用磁気センサ２及びアクティブシールド用磁気センサ３から出力された計測値に基づいて、各種コイルに対する電流を決定し、電流を出力するための制御信号をコイル電源６に出力する装置である。制御装置５は、複数の地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値に基づいて、地磁気に係る磁場を打ち消す磁場を発生させるように、地磁気磁場補正コイルである地磁気補正コイル７及び勾配磁場補正コイル８に対する電流を決定する。また、制御装置５は、複数のアクティブシールド用磁気センサ３の計測値に基づいて、変動磁場を打ち消す磁場を発生させるようにアクティブシールドコイル９に対する電流を決定する。制御装置５は、決定した電流に応じた制御信号をコイル電源６に出力する。

具体的には、制御装置５は、複数の地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値の平均値がゼロに近似するように（結果として、光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気に対し逆向き且つ同程度の大きさの磁場が発生するように）、地磁気補正コイル７に対する電流を決定する。制御装置５は、決定した地磁気補正コイル７の電流に応じた制御信号（静磁場補正用制御信号）をコイル電源６に出力する。

また、制御装置５は、複数の地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値の平均値からの偏差が最小になるように（結果として、光励起磁気センサ１Ａの位置における勾配磁場に対し逆向き且つ同程度の大きさの磁場が発生するように）、勾配磁場補正コイル８に対する電流を決定する。制御装置５は、決定した勾配磁場補正コイル８の電流に応じた制御信号（静磁場補正用制御信号）をコイル電源６に出力する。

さらに、制御装置５は、複数のアクティブシールド用磁気センサ３の計測値の平均値がゼロに近似するように（結果として、光励起磁気センサ１Ａの位置における変動磁場に対し逆向き且つ同程度の大きさの磁場が発生するように）、アクティブシールドコイル９に対する電流を決定する。制御装置５は、決定したアクティブシールドコイル９の電流に応じた制御信号（変動磁場補正用制御信号）をコイル電源６に出力する。

また、制御装置５は、アンプ１２から出力された信号を利用して、光励起磁気センサ１Ａが検出した磁気に関する情報を得る。光励起磁気センサ１Ａが軸型グラジオメータである場合、制御装置５は、計測領域の出力結果及び参照領域の出力結果の差分を取得することによって、コモンモードノイズを除去してもよい。なお、制御装置５は、ポンプレーザ１０及びプローブレーザ１１の照射タイミング、照射時間等の動作を制御してもよい。

制御装置５は、物理的には、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ、ＣＰＵ等のプロセッサ（演算回路）、通信インターフェイス、ハードディスク等の格納部を備えて構成されている。かかる制御装置５としては、例えばパーソナルコンピュータ、クラウドサーバ、スマートフォン、タブレット端末などが挙げられる。制御装置５は、メモリに格納されるプログラムをコンピュータシステムのＣＰＵで実行することにより機能する。

コイル電源６は、制御装置５から出力された制御信号に応じて、所定の電流を地磁気補正コイル７、勾配磁場補正コイル８、及びアクティブシールドコイル９のそれぞれに出力する。具体的には、コイル電源６は、地磁気補正コイル７に係る制御信号に応じて、地磁気補正コイル７に電流を出力する。コイル電源６は、勾配磁場補正コイル８に係る制御信号に応じて、勾配磁場補正コイル８に電流を出力する。コイル電源６は、アクティブシールドコイル９に係る制御信号に応じて、アクティブシールドコイル９に電流を出力する。

地磁気補正コイル７は、光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気に係る磁場のうち、地磁気の磁場を補正するためのコイルである。地磁気補正コイル７は、コイル電源６から供給される電流に応じて磁場を発生させて、地磁気のキャンセリングを行う。地磁気補正コイル７は、例えば、一対の地磁気補正コイル７Ａ及び７Ｂを有する。一対の地磁気補正コイル７Ａ及び７Ｂは、光励起磁気センサ１Ａを挟むように（例えば被験者の左右に）配置される。一対の地磁気補正コイル７Ａ及び７Ｂは、コイル電源６から供給される電流に応じて、光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気に対し逆向き且つ同程度の大きさの磁場を発生させる。磁場の方向は、例えば、一方の地磁気補正コイル７Ａから他方の地磁気補正コイル７Ｂに向かう。光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気は、地磁気補正コイル７により発生する逆向きで同程度の大きさの磁場によって打ち消される。このようにして、地磁気補正コイル７は、光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気を補正する。

勾配磁場補正コイル８は、光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気に係る磁場のうち、勾配磁場を補正するためのコイルである。勾配磁場補正コイル８は、コイル電源６から供給される電流に応じて磁場を発生させて、勾配磁場のキャンセリングを行う。勾配磁場補正コイル８は、例えば、一対の勾配磁場補正コイル８Ａ及び８Ｂを有する。一対の勾配磁場補正コイル８Ａ及び８Ｂは、光励起磁気センサ１Ａを挟むように（例えば被験者の左右に）配置される。一対の勾配磁場補正コイル８Ａ及び８Ｂは、コイル電源６から供給される電流に応じて、光励起磁気センサ１Ａの位置における勾配磁場に対し逆向き且つ同程度の大きさの磁場を発生させる。磁場の方向は、例えば、一方の勾配磁場補正コイル８Ａから他方の勾配磁場補正コイル８Ｂに向かう。光励起磁気センサ１Ａの位置における勾配磁場は、勾配磁場補正コイル８により発生する逆向き且つ同程度の大きさの磁場によって打ち消される。このようにして、勾配磁場補正コイル８は、光励起磁気センサ１Ａの位置における勾配磁場を補正する。

アクティブシールドコイル９は、光励起磁気センサ１Ａの位置における変動磁場を補正するためのコイルである。アクティブシールドコイル９は、コイル電源６から供給される電流に応じて磁場を発生させて、変動磁場のキャンセリングを行う。アクティブシールドコイル９は、例えば、一対のアクティブシールドコイル９Ａ及び９Ｂを有する。一対のアクティブシールドコイル９Ａ及び９Ｂは、光励起磁気センサ１Ａを挟むように（例えば被験者の左右に）配置される。一対のアクティブシールドコイル９Ａ及び９Ｂは、コイル電源６から供給される電流に応じて、光励起磁気センサ１Ａの位置における変動磁場に対し逆向き且つ同程度の大きさの磁場を発生させる。磁場の方向は、例えば、一方のアクティブシールドコイル９Ａから他方のアクティブシールドコイル９Ｂに向かう。光励起磁気センサ１Ａの位置における変動磁場は、アクティブシールドコイル９により発生する逆向き且つ同程度の大きさの磁場によって打ち消される。このようにして、アクティブシールドコイル９は、光励起磁気センサ１Ａの位置における変動磁場を補正する。

ポンプレーザ１０は、ポンプ光を生成するレーザ装置である。ポンプレーザ１０から出射されたポンプ光は、ファイバ分岐により、複数の光励起磁気センサ１Ａのそれぞれに入射する。

プローブレーザ１１は、プローブ光を生成するレーザ装置である。プローブレーザ１１から出射されたプローブ光は、ファイバ分岐により、複数の光励起磁気センサ１Ａのそれぞれに入射する。

アンプ１２は、ＯＰＭモジュール１（具体的には、読み出し回路１Ｃ）からの出力結果の信号を増幅して、制御装置５に出力する機器又は回路である。

ヒータコントローラ１３は、光励起磁気センサ１Ａのセルを加熱するためのヒータ（不図示）、及びセルの温度を計測する熱電対（不図示）と接続される調温装置である。ヒータコントローラ１３は、熱電対からセルの温度情報を受信し、当該温度情報に基づいてヒータの加熱を調整することにより、セルの温度を調整する。

電磁シールド１４は、高周波数（例えば、１０ｋＨｚ以上）の電磁ノイズを遮蔽するシールド部材であり、例えば金属糸を編み込んだメッシュ、又はアルミニウム等の非磁性金属板等により構成される。電磁シールド１４は、光励起磁気センサ１Ａ、地磁気磁場補正用磁気センサ２、アクティブシールド用磁気センサ３、非磁性フレーム４、地磁気補正コイル７、勾配磁場補正コイル８、及びアクティブシールドコイル９を囲むように配置される。

次に、図２を参照しながら、実施形態に係る脳磁計Ｍ１を用いた脳磁場測定方法について説明する。図２は、脳磁計Ｍ１の動作を示すフローチャートである。

地磁気磁場補正用磁気センサ２は、静磁場である、地磁気に係る磁場を計測する（ステップＳ１１）。地磁気磁場補正用磁気センサ２は、光励起磁気センサ１Ａのそれぞれの位置において、地磁気及び勾配磁場を計測し、計測値を制御装置５に出力する。

制御装置５及びコイル電源６は、地磁気補正コイル７に対する電流を制御する（ステップＳ１２）。制御装置５は、地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値に基づいて、光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気に対し逆向き且つ同程度の磁場を発生させるように、地磁気補正コイル７に対する電流を決定する。より具体的には、制御装置５は、例えば複数の地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値の平均値がゼロに近似するように、地磁気補正コイル７に対する電流を決定する。制御装置５は、決定した電流に応じた制御信号をコイル電源６に出力する。コイル電源６は、制御装置５により出力された制御信号に応じて、所定の電流を地磁気補正コイル７に出力する。地磁気補正コイル７は、コイル電源６から供給される電流に応じて磁場を発生させる。光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気は、地磁気補正コイル７により発生する、逆向き且つ同程度の大きさの磁場によって打ち消される。

制御装置５及びコイル電源６は、勾配磁場補正コイル８に対する電流を制御する（ステップＳ１３）。制御装置５は、地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値に基づいて、光励起磁気センサ１Ａの位置における勾配磁場に対し逆向き且つ同程度の大きさの磁場を発生させるように、勾配磁場補正コイル８に対する電流を決定する。より具体的には、制御装置５は、例えば複数の地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値の平均値からの偏差が最小になるように、勾配磁場補正コイル８に対する電流を決定する。制御装置５は、決定した電流に応じた制御信号をコイル電源６に出力する。コイル電源６は、制御装置５により出力された制御信号に応じて、所定の電流を勾配磁場補正コイル８に出力する。勾配磁場補正コイル８は、コイル電源６から供給される電流に応じて磁場を発生させる。光励起磁気センサ１Ａの位置における勾配磁場は、勾配磁場補正コイル８により発生する逆向き且つ同程度の大きさの磁場によって打ち消される。

制御装置５は、補正後の静磁場（地磁気に係る磁場）の計測値が基準値以下であるかどうかを判定する（ステップＳ１４）。補正後の静磁場の計測値とは、地磁気補正コイル７及び勾配磁場補正コイル８によって静磁場が補正された後、地磁気磁場補正用磁気センサ２により計測された値である。基準値は、光励起磁気センサ１Ａが正常に動作する磁場の大きさであり、例えば１ｎＴとすることができる。静磁場の計測値が基準値以下ではない場合（ステップＳ１４において「ＮＯ」）、ステップＳ１１に戻る。静磁場の計測値が基準値以下である場合（ステップＳ１４において「ＹＥＳ」）、ステップＳ１５に進む。

アクティブシールド用磁気センサ３は、変動磁場を計測する（ステップＳ１５）。アクティブシールド用磁気センサ３は、光励起磁気センサ１Ａのそれぞれの位置において、変動磁場を計測し、計測値を制御装置５に出力する。

制御装置５及びコイル電源６は、アクティブシールドコイル９に対する電流を制御する（ステップＳ１６）。制御装置５は、アクティブシールド用磁気センサ３の計測値に基づいて、光励起磁気センサ１Ａの位置における変動磁場に対し逆向き且つ同程度の大きさの磁場を発生させるように、アクティブシールドコイル９に対する電流を決定する。より具体的には、制御装置５は、例えば複数のアクティブシールド用磁気センサ３の計測値の平均値がゼロに近似するように、アクティブシールドコイル９に対する電流を決定する。制御装置５は、決定した電流に応じた制御信号をコイル電源６に出力する。コイル電源６は、制御装置５により出力された制御信号に応じて、所定の電流をアクティブシールドコイル９に出力する。アクティブシールドコイル９は、コイル電源６から供給される電流に応じて磁場を発生させる。光励起磁気センサ１Ａの位置における変動磁場は、アクティブシールドコイル９により発生する逆向き且つ同程度の大きさの磁場によって打ち消される。

制御装置５は、補正後の変動磁場の計測値が基準値以下であるかどうかを判定する（ステップＳ１７）。補正後の変動磁場の計測値とは、アクティブシールドコイル９によって変動磁場が補正された後、アクティブシールド用磁気センサ３によって計測された値である。基準値は、脳磁場を計測することができるノイズレベルであり、例えば１ｐＴとすることができる。変動磁場の計測値が基準値以下ではない場合（ステップＳ１７において「ＮＯ」）、ステップＳ１５に戻る。変動磁場の計測値が基準値以下である場合（ステップＳ１７において「ＹＥＳ」）、ステップＳ１８に進む。

光励起磁気センサ１Ａは、脳磁場を計測する（ステップＳ１８）。ここまでに光励起磁気センサ１Ａの位置における静磁場（地磁気に係る磁場）及び変動磁場が所定の基準値以下になるように打ち消されているため、光励起磁気センサ１Ａは、静磁場（地磁気に係る磁場）の影響及び変動磁場の影響を避けた状態で脳磁場を計測することができる。

図３は、他の実施形態に係る脳磁計Ｍ２の構成を示す概略図である。脳磁計Ｍ２は、脳磁計Ｍ１と同様に、磁気ノイズを打ち消す磁場を発生させながら、光ポンピングを利用して脳磁場を計測する装置である。脳磁計Ｍ２は、ＯＰＭモジュール１と、地磁気磁場補正用磁気センサ２と、アクティブシールド用磁気センサ３と、非磁性フレーム４と、制御装置５と、コイル電源６と、アクティブシールドコイル９と、ポンプレーザ１０と、プローブレーザ１１と、アンプ１２と、ヒータコントローラ１３と、電磁シールド１４と、コイルシステム１５（地磁気磁場補正コイル）と、を備える。脳磁計Ｍ２は、脳磁計Ｍ１の地磁気補正コイル７及び勾配磁場補正コイル８の代わりに、コイルシステム１５がＯＰＭモジュール１（光励起磁気センサ１Ａ）ごとに配置されている。ここで、図４を参照して、コイルシステム１５の配置を説明する。

図４は、脳磁計Ｍ２に係るコイルシステム１５の配置を示す図である。コイルシステム１５は、それぞれが直交し、且つ周回して配置される三つの直交した向きに磁場を印加できるコイルシステム（例えば３軸ヘルムホルツコイル又は平面型のコイルシステム）である。コイルシステム１５は、具体的にはコイルシステム１５Ｘ、１５Ｙ、及び１５Ｚを有している。図４において、コイルシステム１５Ｘ、１５Ｙ、及び１５Ｚは、ＯＰＭモジュール１に対してそれぞれ点線で示すように配置されている。このように、コイルシステム１５Ｘ、１５Ｙ、及び１５Ｚは、ＯＰＭモジュール１（光励起磁気センサ１Ａ）ごとに、それぞれが直交し、且つ周回して配置される。コイルシステム１５Ｘは、図４に示す地磁気に係る磁場のｘ軸方向の成分を補正するためのコイルである。同様に、コイルシステム１５Ｙ及び１５Ｚは、地磁気に係る磁場のｙ軸方向及びｚ軸方向の成分をそれぞれ補正するためのコイルである。

図３に戻り、脳磁計Ｍ２について、脳磁計Ｍ１と異なる箇所のみ説明する。制御装置５は、複数の地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値がゼロに近似するように、複数の光励起磁気センサ１Ａごとにコイルシステム１５Ｘ、１５Ｙ、１５Ｚに対する電流を決定する。制御装置５は、地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値に基づいて、光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気に係る磁場のｘ軸方向の成分に対し逆向き且つ同程度の大きさの磁場を発生させるように、コイルシステム１５Ｘに対する電流を決定する。制御装置５は、決定した電流に応じた制御信号（静磁場補正用制御信号）をコイル電源６に出力する。また、制御装置５は、地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値に基づいて、光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気に係る磁場のｙ軸方向の成分に対し逆向き且つ同程度の大きさの磁場を発生させるように、コイルシステム１５Ｙに対する電流を決定する。制御装置５は、決定した電流に応じた制御信号（静磁場補正用制御信号）をコイル電源６に出力する。さらに、制御装置５は、地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値に基づいて、光励起磁気センサ１Ａの位置における静磁場のｚ軸方向の成分に対し逆向き且つ同程度の大きさの磁場を発生させるように、コイルシステム１５Ｚに対する電流を決定する。制御装置５は、決定した電流に応じた制御信号（変動磁場補正用制御信号）をコイル電源６に出力する。

コイル電源６は、制御装置５により出力された制御信号に応じて、所定の電流をコイルシステム１５Ｘ、１５Ｙ、及び１５Ｚのそれぞれに出力する。具体的には、コイル電源６は、コイルシステム１５Ｘに係る制御信号に応じて、電流をコイルシステム１５Ｘに出力する。コイル電源６は、コイルシステム１５Ｙに係る制御信号に応じて、電流をコイルシステム１５Ｙに出力する。コイル電源６は、コイルシステム１５Ｚに係る制御信号に応じて、電流をコイルシステム１５Ｚに出力する。

コイルシステム１５は、コイル電源６から供給される電流に応じて磁場を発生させて、地磁気に係る磁場のキャンセリングを行う。具体的には、コイルシステム１５Ｘは、コイル電源６から供給される電流に応じて、光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気に係る磁場のｘ軸方向の成分に対し逆向き且つ同程度の大きさの磁場を発生させる。光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気に係る磁場のｘ軸方向の成分は、コイルシステム１５Ｘにより発生する逆向き且つ同程度の大きさの磁場によって打ち消される。同様に、コイルシステム１５Ｙ及び１５Ｚは、それぞれ光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気に係る磁場のｙ軸方向及びｚ軸方向の成分に対し逆向き且つ同程度の大きさの磁場を発生させ、地磁気に係る磁場のキャンセリングを行う。このようにして、コイルシステム１５は、光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気に係る磁場を補正する。なお、制御装置５が得る磁気に関する情報には、コイルシステム１５により発生する磁場を含まない。

電磁シールド１４は、光励起磁気センサ１Ａ、地磁気磁場補正用磁気センサ２、アクティブシールド用磁気センサ３、非磁性フレーム４、アクティブシールドコイル９、及びコイルシステム１５を囲むように配置される。

次に、図５を参照しながら、実施形態に係る脳磁計Ｍ２を用いた脳磁場測定方法について説明する。図５は、脳磁計Ｍ２の動作を示すフローチャートである。

地磁気磁場補正用磁気センサ２は、静磁場である、地磁気に係る磁場を計測する（ステップＳ２１）。地磁気磁場補正用磁気センサ２は、光励起磁気センサ１Ａのそれぞれの位置において、地磁気及び勾配磁場を含む地磁気に係る磁場を計測し、計測値を制御装置５に出力する。

制御装置５及びコイル電源６は、光励起磁気センサ１Ａごとに、コイルシステム１５に対する電流を制御する（ステップＳ２２）。制御装置５は、地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値に基づいて、光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気に係る磁場の三方向（ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸）の成分に対し、それぞれ逆向き且つ同程度の大きさの磁場を発生させるように、コイルシステム１５に対する電流を決定する。より具体的には、制御装置５は、光励起磁気センサ１Ａごとに、例えば複数の地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値がゼロに近似するように、コイルシステム１５Ｘ、１５Ｙ、及び１５Ｚに対する電流を決定する。制御装置５は、コイルシステム１５Ｘ、１５Ｙ、及び１５Ｚのそれぞれに係る決定した電流に応じた制御信号をコイル電源６に出力する。コイル電源６は、制御装置５により出力された制御信号に応じて、所定の電流をコイルシステム１５Ｘ、１５Ｙ、及び１５Ｚのそれぞれに出力する。コイルシステム１５Ｘ、１５Ｙ、及び１５Ｚは、それぞれコイル電源６から供給される電流に応じて磁場を発生させる。光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気に係る磁場の三方向の成分は、コイルシステム１５Ｘ、１５Ｙ、及び１５Ｚのそれぞれにより発生する逆向き且つ同程度の大きさの磁場によって打ち消される。

光励起磁気センサ１Ａのテスト動作を行う（ステップＳ２３）。光励起磁気センサ１Ａはテスト動作によって、残留した磁場の計測値を取得し、制御装置５に出力する。磁場の計測値とは、コイルシステム１５によって静磁場が補正された後、光励起磁気センサ１Ａにより計測された値である。

制御装置５は、磁場の計測値が基準値以下であるかどうかを判定する（ステップＳ２４）。基準値は、光励起磁気センサ１Ａが正常に動作するレベルであり、例えば０．３ｎＴとすることができる。磁場の計測値が基準値以下ではない場合（ステップＳ２４において「ＮＯ」）、ステップＳ２１に戻る。磁場の計測値が基準値以下である場合（ステップＳ２４において「ＹＥＳ」）、ステップＳ２５に進む。

以降のステップＳ２５〜Ｓ２８は、ステップＳ１５〜Ｓ１８と同様の処理であるため説明を省略している。アクティブシールド用磁気センサ３は、変動磁場を計測する（ステップＳ２５）。

制御装置５は、アクティブシールドコイル９に対する電流を制御する（ステップＳ２６）。

制御装置５は、補正後の変動磁場の計測値が基準値以下であるかどうかを判定する（ステップＳ２７）。変動磁場の計測値が基準値以下ではない場合（ステップＳ２７において「ＮＯ」）、ステップＳ２５に戻る。変動磁場の計測値が基準値以下である場合（ステップＳ２７において「ＹＥＳ」）、ステップＳ２８に進む。

光励起磁気センサ１Ａは、脳磁場を計測する（ステップＳ２８）。

［作用効果］
次に、上述した実施形態に係る脳磁計の作用効果について説明する。

本実施形態に係る脳磁計Ｍ１及びＭ２は、脳磁場を計測する複数の光励起磁気センサ１Ａと、複数の光励起磁気センサ１Ａのそれぞれの位置における地磁気に係る磁場を計測する複数の地磁気磁場補正用磁気センサ２と、複数の光励起磁気センサ１Ａのそれぞれの位置における変動磁場を計測する複数のアクティブシールド用磁気センサ３と、地磁気に係る磁場を補正するための地磁気磁場補正コイルと、変動磁場を補正するためのアクティブシールドコイル９と、複数の地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値に基づいて、地磁気に係る磁場を打ち消す磁場を発生させるように地磁気磁場補正コイルに対する電流を決定し、複数のアクティブシールド用磁気センサ３の計測値に基づいて、変動磁場を打ち消す磁場を発生させるようにアクティブシールドコイル９に対する電流を決定し、決定した電流に応じた制御信号を出力する制御装置５と、制御装置５により出力された制御信号に応じて、地磁気磁場補正コイル及びアクティブシールドコイル９に電流を出力するコイル電源６と、を備える。

本実施形態に係る脳磁計Ｍ１及びＭ２では、脳磁場を計測する複数の光励起磁気センサ１Ａのそれぞれの位置における地磁気に係る磁場及び変動磁場が計測される。そして、本脳磁計では、地磁気に係る磁場の複数の計測値に基づいて地磁気に係る磁場を打ち消す磁場を発生させるように地磁気磁場補正コイルに対する電流が決定され、変動磁場の複数の計測値に基づいて変動磁場を打ち消す磁場を発生させるようにアクティブシールドコイル９に対する電流が決定され、決定した電流に応じた制御信号が出力される。そして、制御信号に応じた電流が地磁気磁場補正コイル及びアクティブシールドコイル９に出力されると、それぞれのコイルにおいて磁場が発生し、複数の光励起磁気センサ１Ａの位置において、地磁気磁場補正コイルにおいて発生した磁場によって地磁気に係る磁場が打ち消され、アクティブシールドコイル９において発生した磁場によって変動磁場が打ち消される。このように、複数の光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気に係る磁場及び変動磁場が打ち消されることにより、複数の光励起磁気センサ１Ａは、地磁気に係る磁場の影響及び変動磁場の影響を避けた状態において脳磁場を計測することができる。このような脳磁計Ｍ１及びＭ２によれば、磁気シールドルームを使用せずに高精度に脳磁場を計測することができる。

地磁気磁場補正コイルは、地磁気の磁場を補正するための地磁気補正コイル７及び地磁気の勾配磁場を補正するための勾配磁場補正コイル８を含み、制御装置５は、複数の地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値の平均値がゼロに近似するように、地磁気補正コイル７に対する電流を決定し、複数の地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値の平均値からの偏差が最小になるように、勾配磁場補正コイル８に対する電流を決定してもよい。このような構成では、地磁気補正コイル７に対する電流の制御によって一様の磁場補正（０次補正）が行われ、更に、勾配磁場補正コイル８に対する電流の制御によって各光励起磁気センサ１Ａの位置の違いを考慮した勾配磁場の補正（１次補正）が行われる。このようにして、地磁気及び地磁気の勾配磁場が段階的に打ち消されることにより、地磁気に係る磁場を精度よく補正することができる。

地磁気補正コイル７及び勾配磁場補正コイル８はそれぞれ、複数の光励起磁気センサ１Ａを挟んで配置される一対のコイルであってもよい。このような構成によれば、一対の地磁気補正コイル７及び一対の勾配磁場補正コイル８に挟まれた複数の光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気に係る磁場が効果的に補正される。これにより、簡易な構成によって地磁気に係る磁場を適切に補正することができる。

地磁気磁場補正コイルは、複数の光励起磁気センサ１Ａごとに、それぞれが直交し、且つ周回して配置されるコイルシステム１５を含み、制御装置５は、複数の地磁気磁場補正用磁気センサ２の計測値がゼロに近似するように、複数の光励起磁気センサ１Ａごとにコイルシステム１５に対する電流を決定してもよい。このような構成によれば、コイルシステム１５は、複数の光励起磁気センサ１Ａごとに、静磁場の三方向（ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸）の成分のそれぞれに対応して配置される。そして、コイルシステム１５のそれぞれに対し電流を制御することによって、複数の光励起磁気センサ１Ａごとに、地磁気に係る磁場のｘ軸方向の成分、ｙ軸方向の成分、及びｚ軸方向の成分のそれぞれを打ち消す磁場が発生し、三方向から地磁気に係る磁場が補正される。これにより、複数の光励起磁気センサ１Ａごとに細かく電流を制御することができ、地磁気に係る磁場の補正精度が向上する。また、複数の光励起磁気センサ１Ａの動作に関係する領域の地磁気に係る磁場のみを補正するため、不要な補正に係る消費電力の増加を抑制できる。

制御装置５は、複数のアクティブシールド用磁気センサ３の計測値の平均値がゼロに近似するように、アクティブシールドコイル９に対する電流を決定してもよい。このような構成によれば、アクティブシールドコイル９に対し電流を制御することによって、複数の光励起磁気センサ１Ａの位置における変動磁場が効果的に補正される。これにより、簡易な構成で変動磁場を適切に補正することができる。

複数の光励起磁気センサ１Ａは、頭皮に対し垂直な方向且つ同軸上に計測領域及び参照領域を有する軸型グラジオメータであってもよい。このような構成によれば、コモンモードノイズの影響が計測領域の出力結果及び参照領域の出力結果のそれぞれに示されるため、両者の出力結果の差分を取得することによってコモンモードノイズを除去することができる。これにより、脳磁場の計測精度が向上する。

複数の光励起磁気センサ１Ａ、複数の地磁気磁場補正用磁気センサ２、及び複数のアクティブシールド用磁気センサ３は、被験者の頭部に装着されるヘルメット型の非磁性フレーム４に固定されていてもよい。このような構成によれば、被験者の頭部の動きに応じて、頭部に装着された非磁性フレーム４及び非磁性フレーム４に固定された各センサが動くため、被験者の頭部が動いた場合においても、複数の光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気に係る磁場及び変動磁場の補正、及び脳磁場の計測を適切に行うことができる。

高周波数の電磁ノイズを遮蔽するための電磁シールド１４をさらに備えてもよい。このような構成によれば、脳磁計では計測の対象とならない高周波数の電磁ノイズが複数の光励起磁気センサ１Ａに侵入することを防止できる。これにより、複数の光励起磁気センサ１Ａを安定的に動作させることができる。

本実施形態に係る脳磁場測定方法は、複数の光励起磁気センサ１Ａのそれぞれの位置における地磁気に係る磁場を計測するステップと、地磁気に係る磁場の複数の計測値に基づいて、地磁気に係る磁場を打ち消す磁場を発生させるように地磁気磁場補正コイルに対する電流を決定し、決定した電流に応じた地磁気磁場補正用制御信号を出力するステップと、地磁気磁場補正用制御信号に応じて、地磁気磁場補正コイルに電流を出力するステップと、複数の光励起磁気センサ１Ａのそれぞれの位置における変動磁場を計測するステップと、変動磁場の複数の計測値に基づいて、変動磁場を打ち消す磁場を発生させるようにアクティブシールドコイル９に対する電流を決定し、決定した電流に応じた変動磁場補正用制御信号を出力するステップと、変動磁場補正用制御信号に応じて、アクティブシールドコイル９に電流を出力するステップと、複数の光励起磁気センサ１Ａによって脳磁場を計測するステップと、を含む。

本実施形態に係る脳磁場測定方法では、脳磁場を計測する複数の光励起磁気センサ１Ａのそれぞれの位置における地磁気に係る磁場及び変動磁場が計測される。そして、本脳磁場測定方法では、地磁気に係る磁場の複数の計測値に基づいて地磁気に係る磁場を打ち消す磁場を発生させるように地磁気磁場補正コイルに対する電流が決定され、決定した電流に応じた制御信号が出力される。そして、制御信号に応じた電流が地磁気磁場補正コイルに出力されると、地磁気磁場補正コイルにおいて磁場が発生し、複数の光励起磁気センサ１Ａの位置において、地磁気磁場補正コイルにおいて発生した磁場によって地磁気に係る磁場が打ち消される。また、変動磁場の複数の計測値に基づいて変動磁場を打ち消す磁場を発生させるようにアクティブシールドコイル９に対する電流が決定され、決定した電流に応じた制御信号が出力される。そして、制御信号に応じた電流がアクティブシールドコイル９に出力されると、アクティブシールドコイル９において磁場が発生し、複数の光励起磁気センサ１Ａの位置において、アクティブシールドコイル９において発生した磁場によって変動磁場が打ち消される。このように、複数の光励起磁気センサ１Ａの位置における地磁気に係る磁場及び変動磁場が打ち消されることにより、複数の光励起磁気センサ１Ａは、地磁気に係る磁場の影響及び変動磁場の影響を避けた状態において脳磁場を計測することができる。このような脳磁場測定方法によれば、磁気シールドルームを使用せずに高精度に脳磁場を計測することができる。

地磁気に係る磁場を打ち消す磁場を発生させるように地磁気磁場補正コイルに対する電流を決定することは、地磁気に係る磁場の複数の計測値の平均値がゼロに近似するように、地磁気磁場補正コイルを構成する地磁気補正コイル７に対する電流を決定し、地磁気に係る磁場の複数の計測値の平均値からの偏差が最小になるように、地磁気磁場補正コイルを構成する勾配磁場補正コイル８に対する電流を決定することを含んでもよい。このような方法では、地磁気補正コイル７に対する電流の制御によって一様の磁場補正（０次補正）が行われ、更に、勾配磁場補正コイル８に対する電流の制御によって各光励起磁気センサ１Ａの位置の違いを考慮した勾配磁場の補正（１次補正）が行われる。このようにして、地磁気及び地磁気の勾配磁場が段階的に打ち消されることにより、地磁気に係る磁場を精度よく補正することができる。

地磁気に係る磁場を打ち消す磁場を発生させるように地磁気磁場補正コイルに対する電流を決定することは、地磁気に係る磁場の複数の計測値がゼロに近似するように、複数の光励起磁気センサ１Ａごとに、それぞれが直交し且つ周回して配置されるコイルシステム１５に対する電流を決定することを含んでもよい。このような方法によれば、コイルシステム１５は、複数の光励起磁気センサ１Ａごとに、静磁場の三方向（ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸）の成分のそれぞれに対応して配置される。そして、コイルシステム１５のそれぞれに対し電流を制御することによって、複数の光励起磁気センサ１Ａごとに、地磁気に係る磁場のｘ軸方向の成分、ｙ軸方向の成分、及びｚ軸方向の成分のそれぞれを打ち消す磁場が発生し、三方向から地磁気に係る磁場が補正される。これにより、複数の光励起磁気センサ１Ａごとに細かく電流を制御することができ、地磁気に係る磁場の補正精度が向上する。また、複数の光励起磁気センサ１Ａの動作に関係する領域の地磁気に係る磁場のみを補正するため、不要な補正に係る消費電力の増加を抑制できる。

［変形例］
以上、本開示の実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本開示は上記実施形態に限定されるものではない。本開示はその要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

アクティブシールドコイル９は、一対のアクティブシールドコイル９Ａ及び９Ｂを有するものとして説明したが、コイルシステム１５のようにＯＰＭモジュール１（光励起磁気センサ１Ａ）ごとにコイルシステムとして配置してもよい。この場合、制御装置５は、光励起磁気センサ１Ａの位置における変動磁場の三方向（ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸）の成分に対し逆向きで且つ同程度の大きさの磁場を発生させるように、アクティブシールドコイル９に対する電流を決定する。制御装置５は、コイルシステムとして配置されたアクティブシールドコイル９のそれぞれに係る決定した電流に応じた制御信号をコイル電源６に出力する。

１Ａ…光励起磁気センサ、２…地磁気磁場補正用磁気センサ、３…アクティブシールド用磁気センサ、４…非磁性フレーム、５…制御装置、６…コイル電源、７…地磁気補正コイル、８…勾配磁場補正コイル、９…アクティブシールドコイル、１４…電磁シールド、１５…コイルシステム。

Claims (11)

1. 脳磁場を計測する複数の光励起磁気センサと、
   前記複数の光励起磁気センサのそれぞれの位置における地磁気に係る磁場を計測する複数の地磁気磁場補正用磁気センサと、
   前記複数の光励起磁気センサのそれぞれの位置における変動磁場を計測する複数のアクティブシールド用磁気センサと、
   前記地磁気に係る磁場を補正するための地磁気磁場補正コイルと、
   前記変動磁場を補正するためのアクティブシールドコイルと、
   前記複数の地磁気磁場補正用磁気センサの計測値に基づいて、前記地磁気に係る磁場を打ち消す磁場を発生させるように前記地磁気磁場補正コイルに対する電流を決定し、前記複数のアクティブシールド用磁気センサの計測値に基づいて、前記変動磁場を打ち消す磁場を発生させるように前記アクティブシールドコイルに対する電流を決定し、決定した電流に応じた制御信号を出力する制御装置と、
   前記制御装置により出力された前記制御信号に応じて、前記地磁気磁場補正コイル及び前記アクティブシールドコイルに電流を出力するコイル電源と、
   を備える、脳磁計。
2. 前記地磁気磁場補正コイルは、前記地磁気の磁場を補正するための地磁気補正コイル及び前記地磁気の勾配磁場を補正するための勾配磁場補正コイルを含み、
   前記制御装置は、
   前記複数の地磁気磁場補正用磁気センサの計測値の平均値がゼロに近似するように、前記地磁気補正コイルに対する電流を決定し、
   前記複数の地磁気磁場補正用磁気センサの計測値の平均値からの偏差が最小になるように、前記勾配磁場補正コイルに対する電流を決定する、
   請求項１記載の脳磁計。
3. 前記地磁気補正コイル及び前記勾配磁場補正コイルはそれぞれ、前記複数の光励起磁気センサを挟んで配置される一対のコイルである、請求項２記載の脳磁計。
4. 前記地磁気磁場補正コイルは、前記複数の光励起磁気センサごとに、それぞれが直交し、且つ周回して配置される三つの直交した向きに磁場を印加できるコイルシステムを含み、
   前記制御装置は、前記複数の地磁気磁場補正用磁気センサの計測値がゼロに近似するように、前記複数の光励起磁気センサごとに前記コイルシステムに対する電流を決定する、
   請求項１記載の脳磁計。
5. 前記制御装置は、前記複数のアクティブシールド用磁気センサの計測値の平均値がゼロに近似するように、前記アクティブシールドコイルに対する電流を決定する、請求項１〜４いずれか一項記載の脳磁計。
6. 前記複数の光励起磁気センサは、頭皮に対し垂直な方向且つ同軸上に計測領域及び参照領域を有する軸型グラジオメータである、
   請求項１〜５のいずれか一項記載の脳磁計。
7. 前記複数の光励起磁気センサ、前記複数の地磁気磁場補正用磁気センサ、及び前記複数のアクティブシールド用磁気センサは、被験者の頭部に装着されるヘルメット型の比透磁率が１に近く磁場分布を乱さない非磁性フレームに固定されている、請求項１〜６のいずれか一項記載の脳磁計。
8. 高周波数の電磁ノイズを遮蔽するための電磁シールドをさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項記載の脳磁計。
9. 複数の光励起磁気センサのそれぞれの位置における地磁気に係る磁場を計測するステップと、
   前記地磁気に係る磁場の複数の計測値に基づいて、前記地磁気に係る磁場を打ち消す磁場を発生させるように地磁気磁場補正コイルに対する電流を決定し、決定した電流に応じた地磁気磁場補正用制御信号を出力するステップと、
   前記地磁気磁場補正用制御信号に応じて、前記地磁気磁場補正コイルに電流を出力するステップと、
   前記複数の光励起磁気センサのそれぞれの位置における変動磁場を計測するステップと、
   前記変動磁場の複数の計測値に基づいて、前記変動磁場を打ち消す磁場を発生させるようにアクティブシールドコイルに対する電流を決定し、決定した電流に応じた変動磁場補正用制御信号を出力するステップと、
   前記変動磁場補正用制御信号に応じて、前記アクティブシールドコイルに電流を出力するステップと、
   前記複数の光励起磁気センサによって脳磁場を計測するステップと、
   を含む、脳磁場測定方法。
10. 前記地磁気に係る磁場を打ち消す磁場を発生させるように地磁気磁場補正コイルに対する電流を決定することは、
    前記地磁気に係る磁場の複数の計測値の平均値がゼロに近似するように、前記地磁気磁場補正コイルを構成する地磁気補正コイルに対する電流を決定し、
    前記地磁気に係る磁場の複数の計測値の平均値からの偏差が最小になるように、前記地磁気磁場補正コイルを構成する勾配磁場補正コイルに対する電流を決定することを含む、
    請求項９記載の脳磁場測定方法。
11. 前記地磁気に係る磁場を打ち消す磁場を発生させるように地磁気磁場補正コイルに対する電流を決定することは、前記地磁気に係る磁場の複数の計測値がゼロに近似するように、前記複数の光励起磁気センサごとに、それぞれが直交し且つ周回して配置されるコイルシステムに対する電流を決定することを含む、
    請求項９記載の脳磁場測定方法。
    
    

Images