JP3081237B2

JP3081237B2 - リモート・ピックアップ・コイルを有するバイオ磁力計

Info

Publication number: JP3081237B2
Application number: JP02511858A
Authority: JP
Inventors: ヒンショー，ワルド，エス; ポウルソン，ダグラス，エヌ; ブキャナン，デビッド，スコット; ハーシュコフ，ユージン，シー; ディロリオ，マーク，エス; ブラック，ウイリアム，シー，ジュニア
Original assignee: バイオマグネティック・テクノロジーズ，インコーポレーテッド
Priority date: 1989-07-31
Filing date: 1990-07-30
Publication date: 2000-08-28
Anticipated expiration: 2015-08-28
Also published as: DE69029375D1; EP0436711A1; JPH04502967A; WO1991002259A1; US5158932A; ATE146283T1; DE69029375T2; EP0436711B1; EP0436711A4

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は人体から発生する生物磁気信号を測定するた
めの装置、特に、磁気ピックアップ・コイルを検出器か
ら遠隔の位置に配置することができる上記装置に係わ
る。

背景技術人体はその状態及び健康のモニターに利用できる種々
のエネルギーを発生させる。このようなエネルギーのう
ち恐らく最もよく知られているのは熱であろう。健康な
人の体温は一般に約98.6゜Fである。測定された体温が
これよりも著しく高ければ、感染症などのような不健常
な状態の存在を示唆するのが普通である。体温の測定に
は、簡単な医療器具である体温計が古くから使用されて
いる。

100年以上も前に、医学研究者たちは人体が電気信号
をも発生させることを知った。今日、医師は健常な状態
を示すいくつかの電気信号パターン及び疾病または異常
を示す電気信号パターンを識別することができる。最も
よく知られている電気信号は心臓及び脳からの信号であ
り、このような信号を測定する計器が開発されている。
心電計は心臓に関連する電気信号を測定し、脳波記録器
は脳に関連する電気信号を測定する。今やこれらの計器
は広く普及しており、大抵の病院には患者の身体から発
生する電気信号を測定してある種の疾病または異常を診
断できる設備が整っている。

近年、医学研究者たちは人体から発生する他の種類の
エネルギーとは全く異なる、ただし人体内の電気信号に
関連する磁場を人体が発生する事実を発見した。磁場を
健常、疾病及び異常という種々の状態と相関させる研究
が進んでいるが、ある種の磁場が例えばてんかんのよう
な状態と関連があることを証すに十分な情報が収集され
ている。現段階では脳から発生する正常及び異常磁場の
性質を解明し、磁場を脳機能及び患者の健康状態と相関
させる努力を積み重ねつつあるというのが実情である。

例えば、てんかんのような特定の異常が脳の特定部位
から発生する異常磁場と関連があることが分かれば、治
療可能な初期段階において異常を検出し、他の医学知識
を利用して患者に対する副作用を極力抑えながら脳の正
確な前記部位を化学的に治療するかまたは外科的に除去
することができるであろう。従って、脳の磁気的研究は
極めて有害な既知の疾病及び病状のいくつかを解明し、
治療する可能性を開く。

バイオ磁力計は人体、特に脳から発生する磁場を測定
すべく開発された計器である。主として、人体から発生
する磁場が極めて小さく、測定し難いため、バイオ磁力
計は上述した各種医療器具よりも大きく、複雑なもので
ある。典型的には、脳から発生する磁場の強さは頭から
１−2cmの距離において約0.000000001ガウスである。因
みに、地球磁場の強さは約0.5ガウス、即ち、頭の外部
から測定される脳磁場の強さの約５億倍である。多くの
場合、電気機器自体にも磁場が発生し、その強さは地球
磁場の強さよりもはるかに大きいのが普通である。地球
磁場や近傍装置のような外因的影響が人体からの磁場を
完全に凌駕し、掻き消すから、特殊な処置を講じない限
り、人体の磁気測定が不可能なことが明らかである。

バイオ磁力計は極めて感度の高い磁気信号検出器と接
続する磁気ピックアップ・コイルを有する。今日最も広
く使用されている検出器は超電導ピックアップ・コイル
との組み合わせで脳から発生する磁気信号を十分な感度
で検出できるSuperconducting Quantum Interference D
eviceまたはSQUID（超電導量子干渉計またはスクイド）
である（例えば、２種類のスクイドを説明するため本願
明細書中に開示内容を引用した米国特許第4,386,361号
及び第4,403,189号を参照）。検出器、ピックアップ・
コイル及びこれらの関連装置は、例えば極低温デュワー
びんのような特殊な使用条件を必要とし、体内に配置し
たり、体表に直接取り付けることはできない。デュワー
びんを液体ヘリウム温度（約4.2K）に維持することによ
り、微小電流に対応できるようにスクイド検出器、ピッ
クアップ・コイル及びこれらを接続する回路を超電導状
態に維持する一方、スクイド検出器に影響を及ぼす電気
的ノイズを軽減する。

従って、本発明のバイオ磁力計はデュワー構造を含
み、ピックアップ・コイル、スクイド検出器、及び接続
回路を該構造内に浸漬させる。デュワー構造は（その構
成を説明するため開示内容を本願明細書中に引用してい
る米国特許第4,773,952号に記述されているように）患
者の頭部に近接して、典型的には約2cm離してピックア
ップ・コイルを配置できる尾部を有する。地球磁場や近
傍に設置されている電気機器の磁場などのような外部効
果を排除するための特殊な電子デバイスを設ける（この
ようなデバイスについては開示内容を本願明細書中に引
用している米国特許第3,980,076号及び第4,079,730号を
参照）。患者と検出器を、この両者を外部磁場から遮蔽
する磁気的に静かな囲いで囲んでもよい（このような囲
いについては、開示内容を本願明細書中に引用している
米国特許第3,557,777号を参照）。このような特殊な処
置を講じると、医学研究者や医師は脳から発生する磁場
を正確、確実に測定することができ、また、残る課題は
この磁場と疾病及び異常との関係を解明することであ
る。

ピックアップ・コイル及びスクイド検出器を液体ヘリ
ウム・デュワー構造内に閉じ込めるという既存のアプロ
ーチでも十分な成果が得られる場合が多い。しかし、小
型化によってバイオ磁力計をもっと使用し易くする新し
いアプローチを見つけることが望ましい。デュワー構造
からコイルを取り出し、新しいコイルをデュワー構造内
に浸漬させると改めてシステムを設定、校正しなければ
ならなくなるから、デュワー構造からコイルを取り出さ
ずにピックアップ・コイルの構成を変更できることも望
ましい。本発明はこれらの需要を満すだけでなく、関連
の利点をも提供する。

本発明は構造的に検出器から遠隔の磁気ピックアップ
・コイルを有するバイオ磁力計の構成を提供する。ピッ
クアップ・コイル、或いは普通、列を形成するピックア
ップ・コイルは従来なら不可能であった小さい容器内に
保持されるから、従来よりもはるかに容易に生体の近く
に配置できる。新しいアプローチでは、ピックアップ・
コイルを生体に、従って、磁場発生源に公知アプローチ
の場合よりもさらに近づけることができる。一つの実施
例では、ピックアップ・コイルを検出器から切り離すこ
とができるから、１つのユニットを切り離し、第２のユ
ニットを接続することによってピックアップ・コイルま
たはピックアップ・コイル列の種類及び構成を容易に変
更することができ、これによって構成を個々の測定条件
に合わせて最適化することができる。切り換えの過程で
検出器への熱を遮断しなくてもよく、これは顕著な利点
である。

本発明のバイオ磁力計は、その超電導遷移温度以下の
温度で超電導状態となる材料で形成された磁気ピックア
ップ・コイルと；磁気ピックアップ・コイルを収容し、
該磁気ピックアップ・コイルを超電導状態となる温度に
維持する第１容器と；その超電導遷移温度以下の温度で
超電導状態となる材料で形成された検出器と；検出器を
収容し、該検出器を超電導状態となる温度に維持する第
２容器と；磁気ピックアップ・コイルと検出器とを電気
的に結合する電気的結合手段とよりなり、第２容器は第
１容器とは物理的に別体で、第１容器の内部に存在しな
いことを特徴とする。

１つのアプローチでは、バイオ磁力計が、その超電導
遷移温度以下の温度において超電導性である材料で形成
された磁気ピックアップ・コイルと；その超電導遷移温
度以下の温度において超電導性である材料で形成された
検出器と；一端がピックアップ・コイルに接続され、他
端が検出器に接続され、少なくともその全長の一部が液
体窒素の沸点よりも高い超電導遷移温度を有する材料で
形成された導線から成る。

他のアプローチでは、バイオ磁力計が、磁気ピックア
ップ・コイルと；検出器と；ピックアップ・コイルを検
出器と電気的に接続し、少なくとも下記部分、即ち、第
１容器内に配置された第１リード、第２容器内に配置さ
れた第２リード、及びピックアップ・コイルから検出器
へ電気信号を伝送できるように第１リードを第２リード
に接続する誘導カプラーを含む導電リード・システムか
ら成る。

本発明の要点は、ピックアップ・コイル及び検出器を
それぞれ異なる理由で超電導温度に維持し、そのため
に、前記２つの構成部分をそれぞれ異なる超電導温度に
維持することを可能にする構造を提供することにある。
２通りの超電導温度を発生させることのできるこの構造
はピックアップ・コイルを検出器から遠隔位置に設置す
るのを可能にするから、バイオ磁力計の実用上の観点か
ら見て大きな利点である。これに反して、公知のバイオ
磁力計の場合、ピックアップ・コイル、検出器、及び接
続回路を約10K以下の単一の超電導温度、通常は4.2Kに
維持しなければならない。

公知の装置では、ピックアップ・コイル及び該ピック
アップ・コイルから検出器に至る電気コネクタを、これ
らを流れる電流が微弱で、０−5kHという低周波電流で
あり、これらの素子における低い電気抵抗でさえもこの
ように微小な低周波磁場の測定を妨げるであろうから、
超電導温度に維持する。検出器を超電導温度に維持する
理由もひとつは同様に電気抵抗を回避するためである
が、回路中の熱ノイズを極めて低いレベルに維持しなけ
ればならないことにもよる。従って、検出器は約10K以
下の温度に維持する必要があり、液体ヘリウム中に浸漬
させるか、または最新式の機械的冷却装置によって冷却
するのが普通である。しかし、電気コネクタを10K以下
の超電導温度に維持するのは極めて困難であるから、ピ
ックアップ・コイルを遠隔位置に別設した容器内に収容
し、検出器への接続を超電導コネクタで行うのは実際的
でなかった。

超電導遷移温度が77K以上の超電導体が発見されるに
及んで、超電導遷移温度が液体窒素の沸点77Kよりも高
い材料から成るピックアップ・コイル及び電気コネクタ
で本発明のバイオ磁力計を構成できることが可能になっ
た。ピックアップ・コイルを遠隔配置すると共にその超
電導遷移温度以下に維持することができ、電気コネクタ
も容易にその超電導遷移温度以下に維持することができ
る。即ち、液体窒素及び既存の断熱技術で冷却された容
器を用いてピックアップ・コイルを液体窒素温度または
それ以上の温度に維持するのは容易であり、コネクタも
その全長に亘って液体窒素温度またはそれ以上の温度に
維持することは容易である。

検出器は、ほぼ絶対０度またはこれよりやや高い温度
であろう妥当な作動温度に維持すればよい。低ノイズ高
温スクイドを用いて検出器を10K以上の、おそらくは77K
以上の高温で作動させることができる。即ち、磁気ピッ
クアップ・コイルも検出器も比較的高い温度で作動させ
ることができ、しかも後述するように、同じ高温でも物
理的に互いに分離させることができる。

そこで本発明の１つの好ましいアプローチとして、検
出器を実質的に固設したまま、この検出器と接続した状
態に維持しながらピックアップ・コイルと電気コネクタ
を自在に移動させることができるようにする。検出器は
常時その作動温度に維持されているから、装置の深刻な
熱的状態の断絶を招くことなく電気コネクタを外してピ
ックアップ・コイルを別構成のピックアップ・コイルと
交換することができる。

他の好ましいアプローチとしては、バイオ磁力計のピ
ックアップ・コイルを誘導コイルの構成で検出器と電気
的に結合し、機械的には結合されないようにする。この
誘導カプラーの一方のコイルを一方の容器に収容してピ
ックアップ・コイルと接続し、誘導カプラーの他方のコ
イルを第２容器に収容して検出器と接続する。誘導カプ
ラーの両コイルを両容器間の界面を挟んで互いに対向さ
せ、前記界面は両コイルを互いに比較的接近した位置に
配置できるように形成する。

本発明のその他の特徴及び利点は、本発明の原理を例
示する添付図面に沿って以下に述べる好ましい実施例の
詳細な説明から明らかになるであろう。

図面の簡単な説明図１は本発明の装置の側断面図である。

図2A−Ｃは本発明に使用できるピックアップ・コイル
及び容器のいくつかの構成を示す立面図である。

図３は図１に示した装置の使用時における配置を示す
立面図である。

図４は好ましい可撓管の側断面図である。

図５は図４に示した可撓管の５−５線における断面図
である。

図６は本発明の装置の他の実施例を示す側断面図であ
る。

図７は図６の実施例に使用できるピックアップ・コイ
ル及び容器の他の構成を示す側断面図である。

図８は誘導コイルの他の構成を示す側断面図である。

発明の好ましい実施態様本発明を用いる好ましいバイオ磁力計10を図１に示
す。バイオ磁力計10は第１容器14内にピックアップ・コ
イル12を含む。実際には容器14内に複数のピックアップ
・コイル12を収容する。ピックアップ・コイル12は好ま
しくはその超電導遷移温度が77K以上の材料で形成す
る。ピックアップ・コイル12の材料として現時点で好ま
しいのはYBa₂Cu₃O_7-xである。ただし、ｘは酸化物の製
法もによるが、典型的には0.1−0.2である。この材料の
超電導遷移温度は77K以上であることが判明している。
超電導遷移温度が77K以上ならその他の材料も使用でき
る。例えば、Bi₂Ca₂Sr₂Cu₃O₁₀やTl₂Ba₂Ca₂Cu₃O₁₀などで
ある。なお、“超電導遷移温度”とは磁場を印加されて
いない状態でその材料が超電導状態となる最高温度を意
味する。

ピックアップ・コイルによって微弱な低周波磁場をピ
ックアップするには、抵抗に起因する熱ノイズを回避す
る必要上コイルを超電導状態に維持しなければならな
い。超電導遷移温度が77K以上の“高温超電導材”から
ピックアップ・コイルを構成することが好ましいが、高
温超電導材からピックアップ・コイルを構成することは
必須条件ではなく、（Tcが77K以下の）従来の低温超電
導材を使用する実施態様も可能である。

容器14は冷媒としての液体窒素またはその他の液化ガ
スを収容する中空部18を有する断熱容器16として形成さ
れている。容器壁16はファイバーグラスや断熱フォーム
のような硬質材料で形成すればよく、その構造は液体窒
素デュワーびん製造の分野で既に公知である。容器壁16
はステンレススチール波板のような可撓材で細長い二重
壁管状に形成するか、またはプラスチックのような積層
補強膜で形成すればよい。このような可撓金属構造は液
体窒素を移動させる移送管の分野において公知である。
薄膜構造は例えば航空宇宙産業のような分野で超低温か
らの保護を目的として既に公知である。容器壁16は一部
が硬質、一部が可撓性の複合構造で形成することもでき
る。このアプローチでは、容器壁16の、ピックアップ・
コイル12に近い部分をファイバーグラスのような薄い硬
質材で形成し、他の部分を可撓材で形成することによ
り、容器14の形状を被験者の身体に合わせて修正できる
ようにする。容器の断熱壁16は被験者が容器14の表面と
接触する際の冷たさから来る不快感を防止する。

超電導遷移温度が77K以上の材料でコイル12を形成す
ることがシステムのデザイン上好ましい。もし材料の超
電導遷移温度がさらに低い場合には、断熱性を高めると
共に液体窒素よりも強力な冷媒を使用することが必要に
なる。しかし、経験に照らして、特に容器14の形状を修
正できるように壁16を可撓壁として構成した場合、容器
14内をこのような低温にすることは困難である。高温超
電導材を使用すれば、容器14の壁16に過剰な断熱材を組
み込まずに液体窒素による冷却またはその他の液化ガス
による冷却または機械的手段による冷却を行うことがで
きる。安価であり、豊富に供給され、大抵の病院や研究
施設に配備されているという点で液体窒素による冷却が
好ましい。１気圧における液体窒素の沸点77K以下に冷
却しなければならないとなると冷却はさらに困難にな
る。可撓性の断熱部材の設計もまた一段と困難になる。

第２容器32内に検出器30を配置する。検出器30は微弱
電流に対して極めて感度の高い検出器であり、超電導量
子干渉装置（スクイド）が検出器として好ましい。検出
器30はその超電導遷移温度以下の温度で超電導状態とな
る材料で形成されている。

検出器30は絶対０度に近い温度、例えば約10K以下に
冷却することが好ましく、液体ヘリウム温度4.2Kに冷却
するのが最も好ましい。スクイドがジョセフソン効果を
発生させ、熱ノイズの原因となる電気抵抗を最低限に抑
えることができるように検出器30を超電導状態で作動さ
せねばならない。用途によっては、検出回路の熱ノイズ
を軽減するため絶対温度に近い温度で作動させることが
好ましい。即ち、多くの用途、特に生体磁力測定には、
回路のノイズを軽減するため検出器30を絶対０度に近い
温度で作動させる。検出器を超電導温度に冷却してもこ
の温度が約30K以上なら熱ノイズが検出信号を圧倒する
おそれがあるから、上記用途には不十分である。

ただし、他の用途においては、必ずしも検出器を絶対
０度に近い温度に維持しなくてもよく、超電導遷移温度
以下でさえあればよい。スクイドは既に述べたような高
温超電導材、例えばYBa₂Cu₃O_7-xを材料として製造され
ている。このような高温スクイドから成る検出器を77K
に近いまたは77K以上の温度及び高周波で作動させる
と、絶対０度付近で作用するスクイドのノズル・レベル
よりもはるかに高いノイズ・レベルを示す。高温スクイ
ドは測定すべき磁気信号が比較的大きい、例えば心臓磁
気測定に利用できるであろう。ニオブを材料として製造
され、絶対０度付近で作動させられる低温スクイドは測
定すべき磁気信号がはるかに微弱な（従って高温スクイ
ドならその計器ノイズに圧倒されて検出できそうもな
い）、例えば脳磁場測定に利用できるであろう。

従って、好ましい実施例の場合、スクイドは液体ヘリ
ウム中で絶対０度付近の温度において作動する低温スク
イドであるが、本発明はこの実施例に限定されない。計
器ノイズ条件が許すなら、スクイドは77K付近または以
上で作動させられる高温スクイドであってもよい。ただ
し、いずれの場合にも、スクイドをそれぞれの超電導遷
移温度以下で作動させる。

再び図１に示す実施例について説明すると、検出器30
を絶対０度に近い温度に維持するため、第２容器32は液
体ヘリムウまたは沸点が絶対０度に近い適当な液化ガス
の充填を可能にするような断熱内壁34を有する。断熱壁
34をヒートシールド36及び断熱外壁38が囲む。壁34及び
38はファイバーグラスまたはその他の非金属性、非磁性
材から成り、すぐれた断熱手段であり、両壁間に真空を
保持することができるように不透気性である。両壁34、
38間の空間と連通する真空ライン40を設けて、この空間
を真空にできるようにする。容器32の頂部に形成した孔
から懸架された支持部材42に検出器30を取り付ける。支
持部材42にファイバーグラスのような低熱伝導性の材料
を使用することとヒートシールド44とが相俟って検出器
30を断熱して孔からの熱損失を防止する。検出器30から
外部計装装置への電気的接触子として作用する導線46を
支持部材42の長さに沿って配設する。壁34、38、熱シー
ルド36、44、及び両壁34、38間の真空からなる組み合わ
せにより、液状ガス冷媒を不当に多量消費することなく
検出器30を絶対０度に近い温度に維持することが可能に
なる。このようなデュワー容器の構造はその開示内容を
本願明細書中にも引用した米国特許第4,773,925号に詳
細に記載されている。検出器を機械的冷却装置によって
冷却してもよく、このような方式はその開示内容を本願
明細書中にも引用した米国特許出願通し番号第07/187,0
16号、即ち、米国特許第号に記載されている。

ピックアップ・コイル12と検出器30をリード・システ
ム50を介して互いに電気的に接続する。リード・システ
ム50はピックアップ・コイル12から検出器30に延びてお
り、ピックアップ・コイル12から検出器30へ信号を伝送
する。リード52はピックアップ・コイル12と直接接続
し、第２容器32の外側に位置するがコネクター56におい
て第２容器32の内部と接続する。コネクター56を起点と
して別のリード58がジャンクション・ブロック60まで延
び、このジャンクション・ブロック60を起点としてさら
に別のリード62が検出器30に延びている。これらのリー
ドは以下に述べるようにいくつかの温度環境を通過す
る。

リード52、58、62も、電流を運ぶコネクター56及びジ
ャンクション・ブロック50の要素も超電導遷移温度が77
K以上の材料で形成されているから、これらを超電導状
態に維持すれば、熱ノイズを発生させることなくピック
アップ・コイル12からの信号を検出器30へ伝送すること
ができる。コイル12と同じYBa₂Cu₃O_7-xでこれらの要素
を形成することが好ましく、先に述べたその他の高Tc超
電導材を使用することも可能である。ピックアップ・コ
イルが複数の場合には各ピックアップ・コイルごとにリ
ード・システムを設ける。

リードは容器の構造に応じて硬質でも可撓性でもよ
い。公知の好ましい組成の超電導材を組み込むことで超
電導状態にされた可撓リードの製造については、例えば
S.Jin等の“High Tc Superconductors−−composite wi
re fabrication",Appl.Phys.Lett.51（３）,1987年７月
20日号、第203ページ、及びS.Sen等の“Fabrication of
stable superconductive wires with YBa₂Cu₃O_x/Ag
₂O"composite core",Appl.Phys.Lett.54（８）,1989年
２月20日号、第766ページを参照されたい。コイルはこ
のような材料から形成するか、または基材に超電導材層
を付着させてから単巻コイル構造にエッチングすること
によって形成することができる。

第３容器70はリード・システム50を収容し、これを超
電導状態に維持する。容器70は図１に示す好ましい実施
例ではいくつかの部品を含む。ピックアップ・コイル12
からコネクター56に至るリード52は短い距離に亘って第
１容器14の内部を通過してから細長管72の内部を通過す
る。一般的な表現として“第３容器”という表現を用い
たが、第３容器70は第１容器14の一体的な部分であって
もよいし、第２容器32と一体的な部分であってもよく、
その場合には物理的に独立した容器は２つしかないこと
になる。このような構成は図６に関連して後述する。

管72の壁は必須条件ではないが可撓性であることが好
ましい。図４及び５は容器70の好ましい構成を詳細に示
す。外壁100と内壁102は第１容器14と本質的に同じ構成
にステンレススチール波板で形成されている。このよう
な波板構成は壁にある程度の可撓性を与え、容器70の長
手軸線沿いの湾曲を可能にする。また、金属自体に可能
な弾性湾曲度以上の弾性湾曲を可能にする。このような
可撓構造は極低温流体の移送に使用される可撓蛇腹を製
造する分野で公知である。好ましい実施例では、外壁10
0と内壁102の間の空間を真空にすることによって伝導及
び対流による熱損失を軽減する。リード・システム50を
保持する内壁102内の空間には、装置使用中液体窒素の
ような液状ガスを充填することによってリード・システ
ム50を超電導遷移温度以下に維持する。内外壁と同程度
の可撓性を得るのに、リード・システムを、十分な可撓
性を具える直線状ワイヤーまたは螺旋巻きワイヤー若し
くは螺旋状または波形基材のような可撓基材に超電導材
を付着させたものを材料として形成すればよい。

好ましいアプローチでは、管72の内部が第１容器14の
内部と連続的であり、かつこれと連通関係にある。管72
はその最上部付近に液状ガス充填管75を有し、従って、
好ましくは液体窒素のような液状ガスを管72の内部へ、
さらに第１容器14の内部へ注入することができる。その
結果、装置の使用中、リード52はその超電導遷移温度以
下の温度に維持される。

リード58、ジャンクション・ブロック60、及びリード
62の下部は第３容器70の一部である断熱容器76内に収容
される。容器76は第２容器32の下側に取り付けられ、断
熱用ファイバーグラスで形成された壁78を有する。充填
管80を介して液体窒素を容器76の内部へ注入することに
より、容器76に収容されているリード58、ジャンクショ
ン・ブロック60、及びリード62の部分をそれぞれの超電
導遷移温度よりも低い約77Kに維持することができる。
リード62の上部はシール82を通って第２容器32の内部に
進入し、検出器30の該当リードと接続する。リード62の
上部はその超電導温度に維持される。

リード52、58間に、両リードの接続を随時解くことが
できるようにコネクター56を介在させる。超電導材から
なる切れ目のないリード・システム50であってもよい
が、リード・システム50の容器32、76の外部に位置する
部分の接続を容易に解くことができるようにコネクター
56を設けることが好ましい。このアプローチを採用すれ
ば、検出器30の温度を上げることなくピックアップ・コ
イル列全体を取り外し、他のコイル列と交換することが
できる。コネクター56は液状ガスをシールしてその損失
を防ぐプラグ・コネクター、誘導結合コネクターのほ
か、極低温技術の分野で公知の適当なタイプのものでも
よい。誘導カプラーについては図８に関連して詳細に後
述する。

図１、2A、2B、及び2Cはピックアップ・コイル列12及
び対応の第１容器14のいくつかの実施態様を示す。図１
では、被験者の頭蓋に帽子のように容器14がかぶさり、
コイル列12を被験者の脳に対して種々の位置に配置でき
るように容器14を構成している。図2Aの場合、コイル12
及び容器14′は例えば胸部に配置して心臓磁場を感知で
きるように緩やかな湾曲形状を呈する。図2Bではコイル
12及び容器14′が扁平である。図2Cは２つの容器14、1
4′にそれぞれ２列のピックアップ・コイル12、12′に
配置されている実施態様を示す。この構成は例えば心臓
と肝臓、または脳と心臓というように身体の異なる部位
を同時測定するのに適している。いずれの実施態様にお
いても管72、充填管80、及びコネクター56の一方の側を
含む。

なお、これらの実施態様はあくまでも説明のために挙
げた態様であり、本発明を応用してその他の種々の態様
で実施できることはいうまでもない。要は絶対０度に近
い作動温度を必要とする可能性がある検出器を、本発明
のアプローチを利用して、必ずしも絶対０度に近くなく
ても超電導状態で作動できさえすればよいピックアップ
・コイルから物理的に分離させ、絶対０度付近でなくて
も超電導状態で作用できさえすればよいリード・システ
ムと接続すればよい。超電導遷移温度が77K以上の高温
超伝導材を使用すれば、ピックアップ・コイル及びリー
ド・システムを超電導温度またはそれ以下に維持する構
造が従来よりもはるかに小型化され、検出器を絶対０度
付近に維持するのに利用される構造よりもコンパクトに
なる。

図３は図１に示したバイオ磁力計10の好ましい実施例
の使用態様を示す。被験者90は椅子に腰掛け、頭に第１
容器14をかぶせられ、従って、ピックアップ・コイル列
が頭を囲んでいる。被験者90からやや距離を保って上方
に第２容器32及び容器76が取り付けられている。第１容
器14と容器32、76を可撓管72が接続している。

このアプローチはその開示内容を本願明細書中に引用
した米国特許第4,793,355号の図１に略示されている公
知アプローチに比較して顕著な長所を有する。この公知
アプローチではピックアップ・コイルを硬質、大型のデ
ュワー構造内に収容せざるを得ず、従って、移動させる
のが容易ではなかった。ピックアップ・コイルを随意に
位置決めできる範囲も著しく制限された。これに対して
図３に示す本発明のアプローチでは、ピックアップ・コ
イルが被験者の身体の間近に配置されるから、高解像度
及び低ノイズが得られる。被験者の近くに、かつ四方八
方にピックアップ・コイル列12を配置できる。このこと
は現在開発中である複数のピックアップ・コイルから同
時に得られる信号を相関させる技術にとって極めて有意
義であると期待される。可撓管72は被験者が少しばかり
身体を動かすことによって、脳に好ましくない信号を発
生させる恐れがある無理な拘束状態の回避を可能にす
る。管72とリード58の間にコネクター56を介在させるこ
とで、検出器30を周囲温度まで上昇させずに管72、ピッ
クアップ・コイル列12、及び第１容器14を一括して取り
外し、別のユニットと交換することができるが、これは
上記米国特許第4,793,355号に開示されている装置では
不可能であった。

米国特許第4,793,355号はピックアップ・コイル及び
被験者の位置を自動的に追跡するためのアプローチを開
示している。このアプローチは容易に本発明と併用でき
る。図１−３に示した第１容器12はいずれも米国特許第
4,793,355号が開示したコイル列の位置をモニターする
装置と併用される位置モニター・センサー92を含む。

超電導材の技術が進歩するのに伴って、周囲温度にお
いて超電導状態となる材料が発見される可能性がある。
このような材料をピックアップ・コイル12及びリード・
システム50の導電部分に使用して本発明を実施すること
ができる。この場合、リード・システム50を内臓する容
器の断熱は検出器30との接続のためリードを低温にする
箇所を除いて不要となる。

誘導結合ピックアップ・コイル及び検出器を使用する
バイオ磁力計10′の他の構成を図６に示す。断熱壁16′
を有する容器14′内にピックアップ・コイル12′を収容
し、断熱壁34′を有する第２容器32′内に配置する。バ
イオ磁力計10′の各要素には図１のバイオ磁力計10の対
応要素と同じ参照番号にダッシュを付加した番号を割り
当てた。これらの対応要素は図１に関連して述べたのと
同じ機能及び構成を有し、従って、特に指摘するような
変更部分を除き、重複を避けて説明を省く。

図６に示す実施例ではコイルに達するリードが挿通さ
れている長いケーブルは存在せず、壁の一部に沿って互
いに近接するように容器を構成する。即ち、容器14′の
壁16′は界面110′を有し、容器32′の壁34′は界面11
2′を有する。図６では界面110′、112′が緩やかに湾
曲しているが、扁平その他の形状であってもよい。場合
によってはバヨネット係止機構のように互いに係合させ
てもよい。ただし、面110′、112′はロックせずに嵌合
させるだけでよく、容器14′、32′は複数のファイバー
グラス・ロッキング・ロッド114′によって着脱自在に
結合させる。

誘導カプラー116′がピックアップ・コイル12′を検
出器30′に接続する。誘導カプラー116′において、各
ピックアップ・コイル12′から第１誘導コイル118′ま
でリード52′を配設し、検出器30′から第２誘導コイル
120′までリード62′を配設する。誘導コイル118′、12
0′をそれぞれ容器14′、34′内に収容し、界面110′、
112′を挟んで互いに対面させる。

誘導カプラー116′は両容器14′、32′を物理的に電
気接続することなく界面110′、112′間のギャップを挟
んでピックアップ・コイル12′から検出器30′へ信号を
伝送する。いかなる電気接続手段も必ずコネクターの超
電導温度に冷却しなければならず、密閉接続に必要な構
造は比較的複雑であるから、上記能力は重要である。確
かに機械的コネクター114′は存在するが、誘導カプラ
ー構成は上記物理的電気接続を不要にする。

容器14′はロッキング・ロッド114′を取り外すこと
によって容易に取り外すことができる。壁16及びピック
アップ・コイルの実施態様を変えた図７に示すような容
器14″を使用することも可能であり、面112″と整合す
る面110″及び然るべく形成した第１誘導コイル群を有
する限り、容器32′に密着固定することができる。従っ
て、容器14′、14″及びピックアップ・コイル列を、検
出器30′の熱安定性を乱すことなく容易に交換すること
ができる。被験者の身体の特定部位に正しくフィットさ
せるために、或いは壁16′に発生した漏れに対処するた
め、またはタイプの異なるピックアップ・コイルと交換
する必要から、またはピックアップ・コイルに発生した
故障に対処するためなどの理由で容器を交換する場合に
は容器14′または14″を選択すればよい。壁やコイルの
故障は滅多に発生しないから、この構成の最も重要な利
点は同じ第２容器32′及びその検出器30′で異なる検査
を実施できることにある。

図８は誘導カプラー116′の他の構成を示す。面11
0′、112′の１つに突出雄部を形成し、他方の面にこれ
と対応する雌部を形成する。図示の実施例では、面11
0′が２つの雄部を有し、面112′がこれらに対応する雌
部を有する。面110′及び112′は一体的に形成され、寸
法設定されている。各対の一方の誘導コイル、ここでは
誘導コイル118′を面110′の突出雄部内に収納される螺
旋として形成し、各対の他方の誘導コイル、ここでは誘
導コイル120′を面112′の雌部を囲む螺旋として形成
し、両コイルを容器14′、32′内にそれぞれ収納する。
誘導コイルをこのように構成したことで誘導結合効果が
高められる。

以上に本発明を特定の実施例について説明したが、本
発明の思想及び範囲を逸脱することなく多様な変更を加
えることができる。従って、本発明は後記する請求の範
囲によってのみ制限されるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ブキャナン，デビッド，スコットアメリカ合衆国，カリフォルニア州，エスコンディド，オーク・ビユー・ウェイ，1189 (72)発明者ハーシュコフ，ユージン，シーアメリカ合衆国，カリフォルニア州，リューカディア，エオラス・ストリート, 1374 (72)発明者ディロリオ，マーク，エスアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サン・ディエゴ，カーメル・ビスタ・ロード，12221，ナンバー202 (72)発明者ブラック，ウイリアム，シー，ジュニアアメリカ合衆国，カリフォルニア州，デル・マー，バイア・エスペリア，13081 (56)参考文献特開昭64−16976（ＪＰ，Ａ) 実開平３−65991（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 33/035 A61B 5/05 H01L 39/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】その超電導遷移温度以下の温度で超電導状
態となる材料で形成された磁気ピックアップ・コイル
と；磁気ピックアップ・コイルを収容し、該磁気ピックアッ
プ・コイルを超電導状態となる温度に維持する第１容器
と；その超電導遷移温度以下の温度で超電導状態となる材料
で形成された検出器と；検出器を収容し、該検出器を超電導状態となる温度に維
持する第２容器と；磁気ピックアップ・コイルと検出器とを電気的に結合す
る電気的結合手段とから成り、第２容器は第１容器とは物理的に別体で、第１容器の内
部に存在しないことを特徴とするバイオ磁力計。
【請求項２】電気的結合手段は、１対の誘導コイルを互
いに近接配置して第１コイルを流れる電流が第２コイル
に結合されるように構成した誘導カプラーを有し、第１コイルは第１容器内に収容され、磁気ピックアップ
・コイルと電気的に接続し、磁気ピックアップ・コイル
が超電導状態となる温度で超電導状態となる材料で形成
されており、第２コイルは第２容器内に収容され、検出器と電気的に
接続し、検出器が超電導状態となる温度で超電導状態と
なる材料で形成されていることを特徴とする請求項１に
記載のバイオ磁力計。
【請求項３】誘導カプラーは、磁気ピックアップ・コイ
ルと検出器との間で電路を断つ手段を含むことを特徴と
する請求項２に記載のバイオ磁力計。
【請求項４】電気的結合手段は第１容器内の磁気ピック
アップ・コイルから第２容器内の検出器に延びるケーブ
ルより成り、前記ケーブルは、一端が磁気ピックアップ・コイルと接続し、他端が検出
器と接続し、少なくともその全長の一部に亘ってその超
電導遷移温度以下の温度で超電導状態となる材料で形成
されている導体と、導体を囲み、第１容器から第２容器に延びる第３容器と
を含み、第１容器、第２容器及び第３容器が共に磁気ピックアッ
プ・コイル、検出器及びケーブルを包んで、これらを各
々が超電導状態となる温度に温度に維持することを特徴
とする請求項１に記載のバイオ磁力計。
【請求項５】ケーブルは、磁気ピックアップ・コイルと
検出器との間で電路を断つ手段を含むことを特徴とする
請求項４に記載のバイオ磁力計。
【請求項６】第３容器は可撓性を有する壁を備えている
ことを特徴とする請求項４または５に記載のバイオ磁力
計。
【請求項７】電気的結合手段は第１容器内の磁気ピック
アップ・コイルから第２容器内の検出器に延びるケーブ
ルより成り、前記ケーブルは、一端が磁気ピックアップ・コイルと接続し、他端が検出
器と接続し、少なくともその全長の一部に亘ってその超
電導遷移温度以下の温度で超電導状態となる材料で形成
されている導体を含むことを特徴とする請求項１に記載
のバイオ磁力計。
【請求項８】磁気ピックアップ・コイルの超電導遷移温
度は少なくとも液体窒素の沸点であることを特徴とする
請求項１乃至７に記載のバイオ磁力計。
【請求項９】検出器の超電導遷移温度は磁気ピックアッ
プ・コイルの超電導遷移温度より低いことを特徴とする
請求項１乃至８に記載のバイオ磁力計。
【請求項１０】第１容器は頭部にフィットする帽子の形
状または緩やかに湾曲した形状を有することを特徴とす
る請求項１乃至９に記載のバイオ磁力計。
【請求項１１】磁気ピックアップ・コイルは検出器とは
独立して配置し移動できることを特徴とする請求項１乃
至10に記載のバイオ磁力計。