JP3498680B2 - 生体磁場計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，成人，小児，胎児
の心臓等から発する磁場の計測を行なうＳＱＵＩＤ（Ｓ
ｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉｎ
ｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ）磁束計を用いた
生体磁場計測装置，方法に関し，特に，シールドルーム
内に超音波探触子を配置し，被験体の超音波断層像，及
び被験体の心臓から発する磁場の波形をシールドルーム
内で表示するモニタ装置，シールドルーム内から生体磁
場の測定開始の制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】胎児の心臓病の診断には超音波検査が広
く使用されていいるが，心臓の形状と大まかな動き，血
流の状態の把握はできるが，心臓の筋肉の細かな動きま
では検出できない。

【０００３】従来の生体磁場計測では，シールドルーム
の外部に波形モニタ装置が配置され，オペレーターは，
シールドルームの内部で波形を確認できなかった。特
に，心臓の位置が一定でない胎児の心臓から発する磁場
を検出する場合には，オペレーターは，シールドルーム
外部のモニター装置を操作している人から情報を聞き，
測定場所を決定しなければならなかった（Ｒｅｖ．Ｓｃ
ｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．６６（１０），ｐｐ．５０８５−
５０９１（１９９５））。

【０００４】生体磁場計測装置を用いて心臓から発する
磁場（以下，心臓磁場と略記する）を計測して，心筋活
動の診断ができる。一方，超音波診断装置では心臓内の
血流状態等を診断できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の生体磁場計測で
は，測定場所を検索する時間が長くかかり，最適な場所
での磁場測定が困難であるという問題があった。更に，
ＳＱＵＩＤ磁束計の制御装置と磁場波形の取り込み制御
装置もシールドルームの外部に配置されていたために，
一番最適な時間帯に磁場波形を記録できないという問題
があった。

【０００６】心疾患の判別を正確に行なうには，ほぼ同
時刻に得られた心臓磁場の計測結果と超音波診断装置の
結果とを照合して総合的に診断を行なう必要がある。し
かし，磁性材料を多く使用している従来の超音波診断装
置をシールドルーム内部に配置すると，磁気雑音を発生
するために，従来の超音波診断装置を生体磁場計測装置
が配置されるシールドルーム内部に配置できず，心臓磁
場の計測と同時に超音波診断装置による検査ができない
という問題があった。

【０００７】胎児の心臓から発生する大変微弱な磁場の
計測では，生体磁場計測装置のセンサ部を胎児の心臓に
できるだけ近づけなければならない。しかし，胎児は子
宮の中で移動するために胎児の心臓から発生する磁場を
計測する直前に，胎児の心臓の位置を，無侵襲な診断が
可能な超音波診断装置で確認することが望ましく，シー
ルドルームの中で超音波診断装置を使用することが強く
望まれていた。

【０００８】本発明の目的は，シールドルーム内で被験
体の心臓から計測された磁場波形，演算処理により求め
られた磁場分布，電流分布等の観察，及び磁場波形の計
測開始の制御を可能にし，迅速に最適な測定場所にセン
サを合わせることが可能となる生体磁場計測装置，方法
を提供することにある。

【０００９】本発明の他の目的は，シールドルーム内で
超音波検査と共に生体磁場の計測を行なう装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の生体磁場計測装
置では，シールドルーム内で，被験体の内部の胎児の心
臓から発する磁場波形，心臓に於ける磁場分布，電流分
布をモニタするディスプレイと，心臓の心拍に同期して
音声を発するスピーカと，ＳＱＵＩＤ磁束計と，磁場波
形の取り込みの制御を行うスイッチとを有し，ベッドを
移動させる手段と，クライオスタットを保持するガント
リを移動させる手段と，ベッド上で被験者の体の一部を
上昇又は下降させるエアーマットを有する。

【００１１】本発明の生体磁場計測装置によれば，シー
ルド内部にいるオペレーターは，被験体の内部の胎児の
心臓から発する磁場波形をリアルタイムにディスプレイ
の表示画面で観察ができ，最適な測定位置にセンサを迅
速に合わせることができる。

【００１２】また，本発明の装置では，シールドルーム
内に超音波診断装置の超音波探触子を配置し，超音波の
送信を行なう送信回路と，超音波の受信を行ない受信信
号の処理を行なう処理回路とからなる超音波診断装置の
本体部をシールドルーム外に配置し，超音波断層像をシ
ールドルーム内に配置された上記ディスプレイに表示す
る。

【００１３】生体磁場の計測結果と被験体の内部の胎児
の超音波断層像を，シールドルーム内で確認可能とする
本発明の構成によれば，胎児の心臓から発生する磁場を
計測する際に，シールドルーム内部にいるオペレーター
は，胎児の心臓の位置を超音波断層像によりほぼリアル
タイにム観察できるため，最適な測定位置にＳＱＵＩＤ
磁束計の位置を迅速に合わせることができ，胎児の心臓
から発生する磁場を高感度で鮮明に検出できる。成人又
は小児の心臓から発生する磁場を計測する際には，超音
波断層像により心臓内の血流状態を同時に観察しなが
ら，心臓磁場の計測ができる。

【００１４】本発明の生体磁場計測装置によれば，不整
脈等の胎児の心臓の異常を検出でき，心臓疾患の早期診
断が可能となり，胎内治療や出生後の治療に対する重要
な情報を得ることができる。

【００１５】図１，図７に示すように，本発明の生体磁
場計測装置は，シールドルーム１と，ベッド４と，被験
体からの磁場を検出するＳＱＵＩＤ磁束計と，ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計を極低温（液体ヘリウムＨｅ温度，又は液体窒
素温度）に保持するクライオスタット２と，クライオス
タットを保持するガントリー１８０と，ＳＱＵＩＤ磁束
計を駆動し，ＳＱＵＩＤ磁束計からの信号を検出する駆
動検出回路５０の出力を収集し演算処理を行なうコンピ
ュータ９０とを具備し，シールドルーム１内に，計測さ
れた磁場波形，計測された心電図波形，演算処理で得ら
れた磁場の分布，演算処理で得られた電流の分布，の何
れか一つ以上を表示する手段（モニタディスプレイ８
０），ＳＱＵＩＤ磁束計の動作を制御するＳＱＵＩＤ磁
束計動作用ボタン１９ａ，データ収集の開始を制御する
データ収集開始ボタン１９ｂ，母体及び胎児の心拍に同
期してビープ音を発生するスピーカ１００が配置され，
シールドルーム外に，アンプフィルタユニット６０，測
定された磁場波形から心拍及び心拍数を検出する手段
（心拍数検出ユニット）１１とが配置される。

【００１６】クライオスタット２の内部には，胎児の心
臓から発生する磁場を検出するために，例えば，４〜１
６個の磁場の法線成分（ｚ成分）を検出するＳＱＵＩＤ
磁束計が２×２〜４×４のマトリック状に配置されてい
る。複数個のＳＱＵＩＤ磁束計による検出信号から得る
磁場波形から，胎児の心臓に於ける，磁場分布図と電流
分布図とを得ることができる。更に，詳細な情報を必要
とする場合には，磁場の３成分（ｘ，ｙ，ｚ成分）を検
出するＳＱＵＩＤ磁束計をマトリックス状に配置しても
良い。

【００１７】シールドルーム１の内部には超音波探触子
８が配置され，シールドルーム１の外部には，被験体に
対して超音波の送信を行なう送信回路と，被験体からの
反射超音波の受信を行ない受信信号の処理を行なう処理
回路とからなる超音波診断装置の本体部６が配置され
る。本体部６により信号処理された超音波断層像は，上
記のモニタディスプレイ８０に表示される。上記の本体
部６の構成要素を非磁性材料を用いて構成して，本体部
６からの磁場発生が，被験体から発生する磁場の検出に
妨害とならない程度に十分小さく遮蔽されている場合に
は，磁束計が内蔵されるクライオスタット２から離れた
シールドルーム１の内部の位置に，本体部６を配置する
こともできる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図を参照して詳
細に説明する。

【００１９】図１は本発明の実施例である生体磁場計測
装置の構成を示す図である。図１に示すように，シール
ドルーム１内に，ＳＱＵＩＤ磁束計を極低温に保持する
クライオスタット２と，クライオスタット２を保持する
ガントリ１８０と，被験者が横になるベッド４と，ＳＱ
ＵＩＤ磁束計の動作を制御するＳＱＵＩＤ磁束計動作用
ボタン１９ａと，データ収集の開始を制御するデータ収
集開始ボタン１９ｂと，ＳＱＵＩＤ磁束計の出力波形等
を表示するモニタディスプレイ８０と，母体及び胎児の
心臓の鼓動（心拍）に同期してビープ音を発生するスピ
ーカ１００が配置されている。ＳＱＵＩＤ磁束計動作用
ボタン１９ａとデータ収集開始ボタン１９ｂは，磁場雑
音の発生をさけるため，ＳＱＵＩＤ磁束計から遠ざけた
位置に置く。ボタン１９ａ，１９ｂは，赤外線によるス
イッチ等のような電流の発生が少ないものが望ましい。
モニタディスプレイ８０は，液晶ディスプレイ，プラズ
マディスプレイ，投影によるディスプレイ等のような磁
場の発生が少ないモニタ装置が望ましい。

【００２０】シールドルームの外部には，ＳＱＵＩＤ磁
束計を駆動し，ＳＱＵＩＤ磁束計からの磁気信号を検出
する駆動検出回路５０と，駆動検出回路５０の出力にア
ンプ又はフィルターを施すアンプフィルタユニット６０
と，アンプフィルタ６０の出力をディジタルのデータと
して収録するコンピュータ９０と，測定された磁場波形
から心臓の心拍，及び心拍数を検出する心拍数検出ユニ
ット１１とが配置されている。心拍数検出ユニット１１
は，例えば心臓から発する磁場信号に狭帯域（１０Ｈｚ
〜２０Ｈｚ等）のバンドパスフィルターをかけて，ピー
クディテクションを行う回路を有する構成とする。但
し，ソフトウェアにより同様の心拍検出を行ってもよ
い。

【００２１】図２は，本発明の実施例のシールドルーム
内に於ける生体磁場装置の構成を示す図である。ベッド
の下部の４つの車輪３０５がシールドルームの床に配置
されたレール２９５の上をスライドすることにより，ベ
ッド全体がＡ方向（ベッド短軸方向）に移動できる。ベ
ッドのＢ方向（上下方向）の移動は，油圧シリンダーに
連動された上下移動用レバー２８５によって微調整がで
きる。ベッドのＣ方向（ベッド長軸方向）の移動は，ベ
ッド天板３１５のスライドによって微調整ができる。ク
ライオスタット２を保持しているガントリ１８０は，ク
ライオスタット２をＤ方向（ｘｚ面内）とＥ方向（ｙｚ
面内）に回転が可能である。更に，ベッドの上には，被
験者の体の一部分を上昇させて心臓（成人の心臓，又は
胎児）をクライオスタット２の下方先端に近づけるため
のエアーマット２４５が配置してある。ベッド４のＡ，
Ｂ，Ｃ方向の移動と，ガントリ１８０のＤ，Ｅ方向の移
動と，エアーマット２４５の上下移動は，手動又はリモ
ートコントロールレバー１９ｃによって制御可能であ
る。

【００２２】図１及び図２に示す装置に於ける生体磁場
の測定の手順を以下に説明する。被験者はベッド４に横
たわり，シールドルーム１内にいるオペレーターは，手
動又はリモートコントロールレバー１９ｃによって，ベ
ッド４を上下，左右，前後（Ａ，Ｂ，Ｃ方向）に移動さ
せ，ＳＱＵＩＤ磁束計を内蔵するクライオスタット２と
患者の心臓との位置合わせを行う。必要に応じてガント
リ１８０をＤ，Ｅ方向に回転させて，被験者の心臓とク
ライオスタット２の位置とを最適な位置関係に保持す
る。被験者の心臓とクライオスタット２との位置が２０
ｃｍ程度まで近づいた時点で，オペレーターはＳＱＵＩ
Ｄ磁束計動作用ボタン１９ａを押してＳＱＵＩＤ磁束計
を動作させる。オペレーターはＳＱＵＩＤ磁束計からの
出力波形をモニタディスプレイ８０で見ると同時に，ス
ピーカ１００から発する被験者の心臓の心拍に伴うビー
プ音を聞きながら，最後の微調整を行っていく。微調整
が終わった後に，オペレーターはモニタディスプレイ８
０の磁場波形を見ながら，磁場波形を記録したい時点で
データ収集開始ボタン１９ｂを押してコンピュータ９０
へ磁場波形の収録を行う。以上が一般的な動作手順であ
る。

【００２３】図３は，本発明の実施例である胎児の心臓
から発する磁場を検出する磁場測定の構成を示す図であ
る。母体の心臓１３０から発生する磁場と胎児の心臓１
４０から発生する磁場とを区別するために，四肢誘導心
電計１２０による母体の心電図測定を，クライオスタッ
ト２の内部にあるＳＱＵＩＤ磁束計による磁場測定と同
時に行う。モニタディスプレイ８０に母体の心電図情報
と，クライオスタット２内のＳＱＵＩＤ磁束計による胎
児の心磁図情報とを同時に表示する。オペレーターは胎
児の心臓の磁場波形を見ながら，そして胎児の心臓の心
拍に伴うビープ音を聞きながら，ベッド４又はクライオ
スタット２の何れかを移動させて，胎児の心臓の場所を
探索することが可能となる。このようにして，クライオ
スタット２の下部を母体の腹部面に密着させて（図１１
参照），胎児の心臓の磁場を検出するのに最適な位置を
選択できる。なお，アンプフィルタユニット６０を構成
するフィルタとして，母体の呼吸による腹部の運動が原
因で生じる雑音（２〜３Ｈｚの腹部の動きがクラオイス
タットに振動を与え，この振動がＳＱＵＩＤ磁束計に伝
達して，雑音の発生原因となる）を除去するために，駆
動検出回路５０の出力信号のうち，２〜３Ｈｚの周波数
成分を遮断し，所定の周波数帯（４〜５Ｈｚ以上）を持
つ信号を通過させるアナログ又はディジタルフイルタを
使用する。

【００２４】図４は，胎児の心臓から発する磁場測定の
結果を示す画面の例を示す図であり，図３に示した胎児
の心臓から発する磁場検出時に於けるモニタディスプレ
イ８０に表示される画面を示す図である。画面の上段に
示すように，ＳＱＵＩＤ磁束計のチャネル０，１，２，
３に於いてそれぞれ検出した，胎児の心臓から発する磁
場波形１５−１，１５−２，１５−３，１５−４は，リ
アルタイムに画面の左から右へとスイープして波形を描
いていく。画面の下段に示すように，同時に母体の心電
図（ＥＣＧ）２０５をスイープして描いていく。オペレ
ーターは，上段の波形１５−１，１５−２，１５−３，
１５−４のピークの位置と下段の波形２０５のピークの
位置とが一致していないことによって，胎児の心臓から
発する磁場が検出されていることを確認する。

【００２５】画面は，上段の波形１５−１，１５−２，
１５−３，１５−４から検出される心拍数を数値で表示
する胎児の心臓心拍数（図４，図５では心拍数＝１４
２）を表示する部分１７５と，胎児の心拍のタイミング
を知らせるために胎児の心拍に同期して点滅する胎児の
心臓心拍同期点滅灯１６５と，画面の下段の母体の心電
図２０５から得られる母体の心拍数を数値で表示する母
体の心臓心拍数（図４，図５では心拍数＝７０）を表示
する部分１９５とを有し，母体の心臓１３０の心拍のタ
イミングを知らせるための母体の心拍に同期して点滅す
る母体の心臓心拍同期点滅灯１８５を表示する。母体の
心拍数は，四肢誘導心電計１２０又は母体の心臓１３０
から発する磁場波形から抽出してもよい。

【００２６】胎児の心拍のタイミングを知らせる胎児の
心臓心拍同期点滅灯１６５が点滅すると同時に，スピー
カ１００から胎児の心拍に合わせたビープ音を発生させ
る。必要に応じて母体の心臓１３０の心拍に対応したビ
ープ音も同時に発生させる。オペレーターは，スピーカ
１００から発する胎児の心拍に同期するビープ音，胎児
の心臓心拍同期点滅灯１６５，胎児の心臓から発する磁
場波形１５等を参照しながら，胎児の心臓から発する磁
場信号が検出できる最適な場所にＳＱＵＩＤ磁束計を内
蔵するクライオスタット２を妊婦の腹部の上に迅速に合
わせることが可能となる。

【００２７】図５は，胎児の心臓から発する磁場測定の
結果を示す画面の他の例を示す図であり，図３に示した
胎児の心臓から発する磁場検出時に於けるモニタディス
プレイ８０に表示される画面を示す図である。モニタデ
ィスプレイ８０に，胎児の心臓に於ける磁場分布図２１
５と，胎児の心臓に於ける電流分布図２２５とが，胎児
の心臓から発する磁場波形１５−１，１５−２，１５−
３，１５−４と，母体の心電図２０５の波形表示と同時
にリアルタイムに表示されている。

【００２８】磁場分布図２１５は，複数個のＳＱＵＩＤ
磁束計により測定された法線方向の磁場成分（Ｂ_z成
分）の分布，測定された接線方向の磁場成分（Ｂ_x，
Ｂ_y）の絶対値（√（Ｂ_x ²＋Ｂ_y ²）），測定された法線
方向の磁場成分の微分値（ｄＢ_z／ｄｘ，ｄＢ_z／ｄｙ）
の絶対値（√（（ｄＢ_z／ｄｘ）²＋（ｄＢ_z／ｄ
ｙ）²））の，何れかを用いて表示している。

【００２９】図５に示す例では，９個のＳＱＵＩＤ磁束
計により測定された法線方向の磁場成分（Ｂ_z成分）の
微分値（ｄＢ_z／ｄｘ，ｄＢ_z／ｄｙ）の絶対値（√
（（ｄＢ_z／ｄｘ）²＋（ｄＢ_z／ｄｙ）²））から求めた
磁場分布図２１５を示している。

【００３０】電流分布図２２５は，測定された接線方向
の磁場成分（Ｂ_x，Ｂ_y）のベクトル値を反時計周りに９
０度まわした方向か，測定された法線方向の磁場成分の
微分値（ｄＢ_z／ｄｘ，ｄＢ_z／ｄｙ）のベクトル値を反
時計周りに９０度まわした方向を示している。

【００３１】図５の画面は図４と同様に，胎児の心臓心
拍同期点滅灯１６５と，胎児の心臓心拍数を表示する部
分１７５と，母体の心臓心拍同期点滅灯１８５，母体の
心臓心拍数（図４，図５では心拍数＝７０）を表示する
部分１９５とを有している。

【００３２】表示される分布図は，胎児の心臓から発す
る磁場信号のピーク値を，心拍数検出ユニット１１によ
って検出し，磁場，電流の分布図を表示する時刻を表わ
す線２３５により示される時相に於ける磁場，電流の分
布である。磁場分布図２１５と電流分布図２２５は，各
心拍全てに表示してもよいし，２〜３心拍に１度表示す
るものでも構わない。オペレーターは，磁場分布図２１
５又は電流分布図２２５と，胎児の心臓から発する磁場
波形１５とを見ながら，ベッド４やガントリ１８０を移
動して胎児の心臓から発する磁場の最も強い磁場の場所
や観測範囲を決めていくことが可能となる。

【００３３】磁場分布図２１５又は電流分布図２２５の
表示画面の上下方向は，オペレーターがベッド４の上方
のクライオスタット２側から母体を見て得られるセンサ
位置に対応させることによって，母体のどの部位に胎児
の心臓から発する磁場が強く出ているかが判断でき，母
体内での胎児の位置が簡単に理解できるようになる。

【００３４】図６は，図３の胎児の心臓１４０が存在す
る妊婦の下腹部近辺とベッド４の間に配置されるエアー
マット２４５の構成図である。図６は，エアーがエアー
入力部２７５からエアーマット２４５に最大限に充填さ
れた状態を示している。妊婦が横に転んでエアーマット
２４５から落ちないように，転倒防止用ガイド２５５を
フラット部２６５の両側に有している。しぼませたエア
ーマット２４５上に下腹部が位置するように，妊婦はベ
ッド４に仰向け，又は脇を下にして横になる。

【００３５】その後，オペレーターはエアー入力部２７
５からエアーをポンプ等を用いてエアーマット２４５に
入れて，妊婦の下腹部を上昇させていく。妊婦の下腹部
のみを上昇させることにより，母体の心臓１３０からク
ライオスタット２を遠ざけることができるため，胎児の
心臓からの磁場信号のみの分離が容易になる。エアーマ
ット２４５内のエアーの入力の調整は，リモートコント
ロールレバー１９ｃによっても可能である。

【００３６】図７は，本発明の実施例の生体磁場計測装
置の他の構成例であり，図１に示す構成の装置に於い
て，シールドルームの内部で超音波断層像を観察可能と
する構成を説明する図である。図７に関する説明では，
図１と共通する説明は省略する。図７に示すように，シ
ールドルーム１の内部には，被験者（図示せず）が横に
なるベッド４上で，超音波検査を行なう超音波プローブ
（超音波探触子）８と，被験者からの反射超音波を超音
波プローブ８で受信して信号処理を行ない得られた超音
波断層像を表示するモニタディスプレイ８０と，超音波
診断装置のゲイン，フォーカス，各種の撮影モード（測
定モード）等を設定するコンローラ１１０が配置されて
いる。各種の撮影モード（測定モード）としては，後で
説明するＡモード，Ｂモード，Ｍモード，ドップラーモ
ード又はＣＦＭモード等がある。

【００３７】シールドルーム１の外部には，超音波診断
装置の測定回路（超音波の送信を行なう送信回路と，超
音波の受信を行ない受信信号の処理を行なう処理回路）
等を収めた超音波診断装置本体６とが配置されている。
超音波診断装置本体６は，シールドルーム１内部の超音
波プローブ８，モニタディスプレイ８０，コンローラ１
１０と接続され，超音波診断装置の全体を構成してい
る。

【００３８】次に，本発明の装置による胎児の心臓から
発生する微弱な磁場の測定手順の一例を示す。図１の説
明では説明を省略したが，ベッド４は，ベッドの短軸
（Ａ方向，ｘ方向）での移動と，ベッドの長軸（Ｃ方
向，ｙ方向）での移動と，ベッドの上下方向（Ｂ方向，
ｚ方向）での移動が可能で，クライオスタット２は，ガ
ントリ１８０によってＤ方向（ｘｚ面内）とＥ方向（ｙ
ｚ面内）の回転が可能である。被験者は，Ａ方向（ｘ方
向）でクライオスタット２の下から引き出されたベッド
４に横になる。オペレーターは，超音波プローブ８を被
験者の腹部に当て，モニタディスプレイ８０の超音波画
像（例えば，Ｂモード像）を見ながら，胎児の心臓の位
置を確認し，確認した位置にできるだけクライオスタッ
ト２の下面位置を近づけるように，ベッド４のＡ，Ｂ，
Ｃ方向の移動量とガントリ１８０のＤ，Ｅ方向のチルト
量を調整して，クライオスタット２を最適な位置へ合わ
せ胎児の心臓磁場の測定を実行できる。

【００３９】図８は，本発明の実施例の生体磁場計測装
置で使用する超音波診断装置の全体の構成を示す図であ
る。シールドルーム１内には超音波プローブ（超音波探
触子）８，コンローラ１１０，モニタディスプレイ８０
が配置されている。超音波プローブ８は，シールドルー
ム１の外部に配置される超音波診断装置本体６の送受信
部及び電子走査部９と，同軸のフラットケーブル等で構
成されたケーブル１５０により接続されている。送受信
部及び電子走査部９により得られるエコー信号は，信号
処理回路（図示せず）で信号処理され画像データとして
画像メモリー部１０に記憶されると共に，シールドルー
ム１内部にあるモニタディスプレイ８０に超音波画像と
して表示される。モニタディスプレイ８０には，図１の
構成と同様に，計測された磁場波形等が出力される。

【００４０】図９は本発明の実施例で使用される超音波
プローブ８の構成を示す図である。超音波振動子を構成
する圧電セラミックス（振動子）１４としては，チタン
酸ジルコン酸鉛，チタン酸鉛等のセラミックスを高電界
で分極し圧電特性を持たせた圧電体，又はポリフッ化ビ
ニリデン（ＰＶＤＦ）等の圧電高分子を使用する。特
に，超音波プローブをＳＱＵＩＤ磁束計の近傍で使用す
る場合は，非磁性材料で構成されるＰＶＤＦの使用が望
ましい。圧電セラミックス１４の第１の面には信号電極
２１−１，第２の面には高圧電極２１−２が形成されて
おり，信号電極２１−１の上面に，生体との音響的な整
合をとる音響整合層１３が形成されている。音響整合層
１３は，エポキシ樹脂，溶融石英等の中に非磁性材料の
各種材料のフィラ（充填剤）を混合して形成し，音響イ
ンピーダンスを最適な値にしておく。

【００４１】例えば，音響整合を１層で行なう場合，周
知のごとく，超音波の波長をλ，媒体（ここでは，生
体）の音響インピーダンスをＺ_M，圧電セラミックスの
音響インピーダンスをＺ₀とする時，インピーダンスを
√（Ｚ_MＺ₀）として厚さをλ／４とする。多くの場合音
響整合を多層で構成している。音響整合層１３の上面
に，放射される超音波を収束させるビームを形成する音
響レンズ１２を配置する。

【００４２】例えば，シリコンゴムに非磁性材料からな
るＳｉＯ₂等のフィラを混合して音速，音響インピーダ
ンス，超音波減衰量等を最適な値に設定した音響レンズ
１２を使用する。音響レンズの音速は約１５００ｍ／ｓ
ｅｃ，音響インピーダンスは約１，５ＭＲａｙｌｓ，超
音波減衰量は可能な限り小さい方が好ましい。圧電セラ
ミックス１４の背面には背面制動（バッキング）材２０
が配置され，背面制動材２０は圧電セラミックス１４
（振動子）を機械的に支持する役割と，音響的に制動を
かけ超音波パルス波形を短くする働きを持つ。背面制動
材２０は，エポキシ樹脂に酸化タングステン，酸化チタ
ン等の非磁性材料の粉末を入れてプレス成形作成する。
信号電極２１−１，高圧電極２１−２は，コネクタ２２
を介して同軸フラットケーブル等で構成されているケー
ブル１５０により，超音波診断装置本体６の送受信部及
び電子走査部９と電気的に接続されている。

【００４３】音響レンズ１２の大部分，音響整合層１
３，電極２１−１，２１−２，圧電セラミックス１４，
背面制動材２０，コネクタ２２，ケーブル１５０等は，
ケース２８の中に収納されている。ケース２８の材質と
してはプラスチックが望ましく，電磁シールドを施す必
要がある場合は，アルミニウム，銅等の非磁性材料によ
りケース２８に電磁シールドを施す。

【００４４】図１０（ａ），図１０（ｂ），図１０
（ｃ），図１０（ｄ），図１０（ｅ）は，本発明の実施
例に於いてシールドルーム内で使用される配列振動子か
らなる超音波プローブのスライス方向（Ｆで示す）の視
野範囲の例を示す図である。図１０（ａ），図１０
（ｂ）は，リニアアレイプローブ（１次元配列振動子）
を利用した場合の視野範囲１６ａ，１６ｂを示し，Ｇは
電子走査方向，Ｆはスライス方向である。図１０（ａ）
は，超音波アレイ（圧電セラミックス）１４から発生し
た超音波を，音響レンズ１２によって狭くフォーカスさ
せた場合の視野範囲１６ａを示し，図１０（ｂ）は，超
音波アレイ（圧電セラミックス）１４から発生した超音
波を，音響レンズ１２により広くフォーカスするよう構
成し，スライス方向（Ｆで示す）に積算した胎児の体表
面の３次元的な超音波画像を得る場合の視野範囲１６ｂ
を示す。

【００４５】図１０（ｃ），図１０（ｄ）は，スライス
方向（Ｆで示す）も圧電セラミックスを分割しスライス
方向も，電子走査方向（Ｇで示す）と同じようにして，
電子走査により超音波をフォーカスするプローブ（２次
元配列振動子）を利用した場合の視野範囲１６ｃ，１６
ｄを示す。図１０（ｃ）は，２方向の電子走査により超
音波のフォーカスを狭くした場合の視野範囲１６ｃを示
す。図１０（ｄ）は，２方向の電子走査により超音波の
フォーカスを広くし，胎児の体表面の３次元的な超音波
画像を得ることができる。図１０（ｅ）は，超音波プロ
ーブ８の内部の音響カップル剤の中で，リニヤアレイ又
はコンベックスアレイの１次元配列振動子部分２３を，
電子走査方向と直交する走査方向に機械的に回転させる
ことにより３次元データとして得られる視野範囲１６ｅ
を示し，Ｈは回転方向，Ｇは電子走査方向である。

【００４６】図１０（ｅ）に示す超音波の走査により，
任意断面表示，更には，ＣＦＭ（カラーフローマッピン
グを利用した血管の３次元像が得られる。機械的な回転
運動は超音波モーター等の磁場が発生しにくい方法によ
るのが望ましい。また，図１０（ｃ），図１０（ｄ）に
示す２次元配列振動子を使用して，図１０（ｅ）に示す
３次元走査を電子的にできる。

【００４７】図１０（ａ），図１０（ｂ），図１０
（ｃ），図１０（ｄ），図１０（ｅ）に示す，本発明の
実施例に於いてシールドルーム内で使用される配列振動
子からなる超音波プローブを，クライオスタット２の下
方に配置できる。図１１は，図１０（ｅ）に示すメカニ
カルスキャンを行なう超音波プローブをクライオスタッ
ト２の下方に配置した実施例を説明する図である。超音
波プローブ８は，クライオスタット２の下部に固定配置
されているラックピニオン３０−１にホルダー３０−２
を介して取り付けられている。上下方向調節用ダイヤル
２５−１を回すことによって，超音波プローブ８がクラ
イオスタット２の側面に沿って上下に移動可能であり，
更に，ダイヤル２５−２を回わして超音波プローブ８の
生体表面への接触角度を変化させることができ，超音波
プローブ８の先端面を生体表面２９に密着させることが
できる。

【００４８】超音波プローブ８の内部の音響カップル剤
の中で，１次元配列振動子部分２３が回転可能であるこ
とは先に説明した通りである。１次元配列振動子部分２
３の回転運動は超音波モーター等で駆動してもよく，駆
動時のノイズが問題になる時は，振動子方向設定用ダイ
ヤル２４によって手動で１次元配列振動子２３を最適な
位置に合わせて固定して使用できる。この結果，例え
ば，図１１に示すように，視野範囲１６ｅに於ける特定
の方位に於いて，被験者２９の子宮３３の内部の胎児３
１の超音波断層像が得られ，胎児３１の心臓３２の位置
に対して，超伝導量子干渉素子を低温に保持するクライ
オスタットの下面の位置を，胎児３１の心臓３２から検
出される磁場信号がより大きくなるように調整する。以
上説明した方法は，特に胎児の心臓から発生する磁場を
測定する場合に有効であり，生体磁場計測装置による胎
児の心臓磁場の計測と同時に胎児の血流等の動きを超音
波診断装置によってモニタできる。

【００４９】また，双子の胎児の心臓から発生する磁場
を測定する場合，上記で説明した超音波プローブ８を用
いて，双子の各々の胎児の心臓の位置を確認して，各々
の胎児の心臓にクライオスタットの下面を近づけること
により，各々の胎児の心臓から発生する磁場信号を別々
に測定できる。以上の説明では，図１０（ｅ）に示すメ
カニカルスキャンを行なう超音波プローブをクライオス
タット２の下方に配置する場合を例として説明したが，
図１０（ａ），図１０（ｂ），図１０（ｃ），図１０
（ｄ），図１０（ｅ）に示す，シールドルーム内で使用
される１次元又は２次元配列振動子からなる超音波プロ
ーブの場合もクライオスタット２の下方に配置できる。

【００５０】図１０（ａ），図１０（ｂ），図１０
（ｃ），図１０（ｄ），図１０（ｅ）に示す，本発明の
実施例に於いてシールドルーム内で使用される配列振動
子からなる超音波プローブを，クライオスタット２を保
持するガントリ１８０の一部に配置できる。図１２は，
図１０（ｅ）に示すメカニカルスキャンを行なう超音波
プローブをガントリ１８０の一部に配置した実施例を説
明する図である。クライオスタット２の円周方向（Ｒ１
１方向）は，内側ガイドレール３５−２により取り囲ま
れており，ガイドレール３５−２は内側支持体３５−４
によりガントリ１８０に保持されている。

【００５１】更に，内側ガイドレール３５−２の外部
に，外側ガイドレール３５−１が外側支持体３５−３に
よりガントリ１８０に保持されている。ラックピニオン
３０−１が，外側ガイドレール３５−１と内側ガイドレ
ール３５−２との間を，クライオスタット２の円周方向
（Ｒ１１方向）に回転移動できる構成となっている。

【００５２】外側ガイドレール３５−１と内側ガイドレ
ール３５−２との間でラックピニオン３０−１の回転位
置を固定するストッパー３４が，ラックピニオン３０−
１の上部の端に設けられている。ラックピニオン３０−
１の下部の端に，図１１に示す構成で，メカニカルスキ
ャンを行なう超音波プローブ８をクライオスタット２の
下方に配置する。超音波プローブ８の先端面を生体表面
２９に密着させる方法は，図１１に於いて説明した通り
であり，図１２に示す構成では，超音波プローブ８をク
ライオスタット２の周方向の任意の位置で，生体表面２
９に密着させることができる。

【００５３】以上の説明では，図１０（ｅ）に示すメカ
ニカルスキャンを行なう超音波プローブをガントリ１８
０に配置する場合を例として説明したが，図１０
（ａ），図１０（ｂ），図１０（ｃ），図１０（ｄ），
図１０（ｅ）に示す，シールドルーム内で使用される１
次元又は２次元配列振動子からなる超音波プローブの場
合もガントリ１８０の一部に配置できる。

【００５４】図１３は，本発明の実施例のモニタディス
プレイ８０の構成を説明する図である。モニタディスプ
レイ８０は，コンローラ１１０と表示画面を有する。各
種の測定（撮影）モードの設定ボタン１７ａ〜１７ｄに
よって設定されたモードでの超音波画像が表示される。
設定可能なモードとしては，生体の各部位のインピーダ
ンス推定等が可能なＡモード設定ボタン１７ａ（図１３
中のボタンＡ），断層図を得るＢモード設定ボタン１７
ｂ（図１３中のボタンＢ），組織の壁面の時間的な動き
が観察可能なＭモード設定ボタン１７ｃ（図１３中のボ
タンＭ），血流の動きがモニター可能なドップラーモー
ド又はＣＦＭモード設定ボタン１７ｄ（図１３中のボタ
ンＤｏｐ）等がある。Ａモード，Ｍモード，ドップラー
モード又はＣＦＭモードは，何れもＢモードと交互に動
作する。

【００５５】超音波画像は，ゲイン調整ボタン１７ｅ
（図１３中のボタンＧａｉｎ），フォーカス調整ボタン
１７ｆ（図１３中のボタンＦｏｃｕｓ）とにより調整し
て鮮明な画像を得ることができる。超音波画像をプリン
トアウトしたい時には，フリーズボタン１７ｈ（図１３
中のボタンＦｒｅｅｚｅ）を押して画面を一時停止さ
せ，印刷開始ボタン１７ｇ（図１３中のボタンＰｒｉｎ
ｔ）を押すことによって，一時停止した超音波画像の印
刷が可能である。以上の説明では，モニタディスプレイ
８０に超音波画像を表示しているが，表示データは超音
波画像に限定されることなく，例えば，心電図の波形
と，ＳＱＵＩＤ磁束計により得られた心臓磁場の波形を
同時に表示することもできる。

【００５６】モニタディスプレイ８０は，磁場雑音の発
生が少ない液晶ディスプレイ，プラズマディスプレイで
構成することが望ましい。モニタディスプレイ８０の各
種ボタン１７ａ〜１７ｈは，タッチパネル式のボタンを
有する構成とするか，又はモニタディスプレイ８０の各
種ボタン１７ａ〜１７ｈに点灯表示を行なう機能を持た
せ，モニタディスプレイ８０とは別に設置されているコ
ンローラ１１０により制御された超音波画像等のモード
を点灯表示して知らせる表示用灯とする構成とする。

【００５７】図１４は，本発明の実施例の超音波診断装
置のコントロール部及び超音波プローブ支持台の配置を
説明する図である。超音波診断装置のコンローラ１１０
は，ベッド４の脇に通常配置されており，必要に応じて
ベッド４からコンローラ１１０を取り外してハンディタ
イプで使用できる。コンローラ１１０による制御は，図
１３と同様であり，各種の測定（撮影）モードの設定ボ
タン１７ａ〜１７ｄ，ゲイン調整ボタン１７ｅ，フォー
カス調整ボタン１７ｆ，フリーズボタン１７ｈ，印刷開
始ボタン１７ｇの選択により実行される。

【００５８】図１４に示すコンローラ１１０と図７に示
す超音波診断装置本体６とは，赤外線を利用した通信手
段で結ばれているか，又はケーブルによって電気的に接
続されており，コンローラ１１０と超音波診断装置本体
６との間で，制御信号，画像データを含む各種データが
やりとりされる。コンローラ１１０の制御内容は図１３
のモニタディスプレイ８０の表示画面に点灯表示され
る。ベッド４の脇には，超音波プローブ支持台２６と超
音波プローブ支持台２７が配置されている。オペレータ
ーが，心臓磁場計測と同時に超音波診断装置による計測
を行なう場合は，超音波プローブ支持台２６を調整し
て，超音波プローブ８を，クライオスタット２に接触し
ない位置で，且つ測定したい被験者の部位に接触するよ
うにし，測定部位が視野内に入るように固定する。

【００５９】心臓磁場計測と同時に超音波診断装置によ
る計測が必要でない場合は，超音波プローブ８をベッド
４の脇の超音波プローブ支持台２７に置いて，必要に応
じて超音波診断装置による計測を実行できる。なお，各
種の測定（撮影）モードの設定ボタン１７ａ〜１７ｄ，
ゲイン調整ボタン１７ｅ，フォーカス調整ボタン１７
ｆ，フリーズボタン１７ｈ，印刷開始ボタン１７ｇを超
音波プローブ８の外部に設けても良い。

【００６０】図１５は，超音波プローブ支持台２６の詳
細な構成を説明する図である。回転軸部材２６−１の主
軸がベッド４の面に垂直に回転（Ｒ₁方向）可能に結合
され，長方向（Ｌ方向）の長さを可変とする伸縮機構を
持つ腕部材２６−２の一端が，回転軸部材２６−１の主
軸に回転（Ｒ₂方向）可能に結合され，超音波プローブ
８を保持する保持部材２６−３が，腕部材２６−２の他
端に，腕部材２６−２の軸の回りに回転（Ｒ₃方向）可
能に結合されている。Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃方向の回転と，Ｌ
方向での長さの調整により，超音波プローブ８の先端面
を生体表面２９に密着させる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
被験者（成人又は胎児）の心臓から発生する磁場を計測
する際に，オペレーターは，シールドルーム内部で，被
験者の心臓の位置を超音波断層像によりほぼリアルタイ
にム観察できるため，最適な測定位置にＳＱＵＩＤ磁束
計の位置を迅速に合わせることができ，被験者の心臓か
ら発生する磁場を高感度で鮮明に検出できる。また，超
音波断層像により胎児の心臓の位置を観察しながら，ク
ライオスタット２の下面位置を，胎児の心臓からの磁場
信号が最大となるように調整して，生体表面に密着させ
ることができ，胎児の心臓からの磁場信号の計測と同時
に心臓内の血流状態の観察がシールドルーム内で可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の生体磁場装置の構成を示す
図。

【図２】本発明の実施例の，シールドルーム内に於ける
生体磁場装置の構成を示す図。

【図３】本発明の実施例の，胎児の心臓から発する磁場
測定の構成を示す図。

【図４】本発明の実施例の，胎児の心臓から発する磁場
測定の結果を示す画面の例を示す図。

【図５】本発明の実施例の，胎児の心臓から発する磁場
測定の結果を示す画面の例を示す図。

【図６】本発明の実施例のエアーマットの構成を示す
図。

【図７】本発明の実施例の生体磁場計測装置の構成を示
す図。

【図８】本発明の実施例の生体磁場計測装置で使用する
超音波診断装置の全体の構成を示す図。

【図９】本発明の実施例で使用される超音波プローブの
構成を示す図。

【図１０】本発明の実施例に於いて使用される配列振動
子からなる超音波プローブのスライス方向の視野範囲の
例を示す図。

【図１１】本発明の実施例に於いて超音波プローブをク
ライオスタットの下方に配置する構成を説明する図。

【図１２】本発明の実施例に於いて超音波プローブをガ
ントリの一部に配置する構成を説明する図。

【図１３】本発明の実施例のモニタディスプレイの構成
を説明する図。

【図１４】本発明の実施例の，超音波診断装置のコント
ロール部及び超音波プローブ支持台の配置を説明する
図。

【図１５】本発明の実施例の超音波プローブ支持台の詳
細な構成を説明する図。

【符号の説明】

１…シールドルーム，２…クライオスタット，４…ベッ
ド，６…超音波診断装置本体，８…超音波プローブ，９
…送受信部及び電子走査部，１０…画像メモリー部，１
１…心拍数検出ユニット，１２…音響レンズ，１３…音
響整合層，１４…圧電セラミックス（振動子），１５−
１，１５−２，１５−３，１５−４，１６ａ，１６ｂ，
１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１７ａ…Ａモード設定ボタ
ン，１７ｂ…Ｂモード設定ボタン，１７ｃ…Ｍモード設
定ボタン，１７ｄ…ドップラーモード又はＣＦＭモード
設定ボタン，１７ｅ…ゲイン調整ボタン，１７ｆ…フォ
ーカス調整ボタン，１７ｇ…印刷開始ボタン，１７ｈ…
フリーズボタン，１９ａ…ＳＱＵＩＤ磁束計動作用ボタ
ン，１９ｂ…データ収集開始ボタン，１９ｃ…リモート
コントロールレバー，２０…背面制動材，２１−１…信
号電極，２１−２…高圧電極，２２…コネクタ，２３…
１次元配列振動子部分，２４…振動子方向設定用ダイヤ
ル，２５−１…上下方向調節用ダイヤル，２５−２…ダ
イヤル，２６…超音波プローブ支持台，２６−１…回転
軸部材，２６−２…伸縮機構を持つ腕部材，２６−３…
超音波プローブを保持する保持部材，２７…超音波プロ
ーブ支持台，２８…ケース，２９…生体表面，３０−１
…ラックピニオン，３０−２…ホルダー，３１…胎児，
３２…心臓，３３…子宮，３４…ストッパ，３５−１…
外側ガイドレール，３５−２…内側ガイドレール，３５
−３…外側支持体，３５−４…内側支持体，５０…駆動
検出回路，６０…アンプフィルタユニット，８０…モニ
タディスプレイ，９０…コンピュータ，１００…スピー
カ，１１０…コントローラ，１２０…四肢誘導心電計，
１３０…母体の心臓，１４０…胎児の心臓，１５０…ケ
ーブル，１６５…胎児の心臓心拍同期点滅灯，１７５…
胎児の心臓心拍数を表示する部分，１８０…ガントリ，
１８５…母体の心臓心拍同期点滅灯，１９５…母体の心
臓心拍数を表示する部分，２０５…母体の心電図，２１
５…磁場分布図，２２５…電流分布図，２３５…磁場，
電流の分布図を表示する時刻を表わす線，２４５…エア
ーマット，２５５…転倒防止用ガイド，２６５…フラッ
ト部，２７５…エアー入力部，２８５…上下移動用レバ
ー，２９５…レール，３０５…車輪，３１５…ベッド天
板，Ａ…ｘ方向の移動，Ｂ…ｚ方向の移動，Ｃ…ｙ方向
の移動，Ｄ…ｘｚ面内の回転，Ｅ…ｙｚ面内の回転，Ｆ
…スライス方向，Ｇ…電子走査方向，Ｈ…回転方向。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹渕 仁 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式 会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 小見山 泰明 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式 会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 勅使河原 健二 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式 会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 鈴木 博之 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式 会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 篠村 隆一 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 平４−261648（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−21740（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−115459（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−269426（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−56927（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−501（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−248821（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 5/05,8/00 - 8/15

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被験体から発生する磁場の法線方向（ｚ方
   向）の成分（Ｂｚ）を検出する複数のＳＱＵＩＤ磁束計
   を低温に保持する低温容器がシールドルーム内に配置さ
   れ，複数のＳＱＵＩＤ磁束計を駆動し前記複数のＳＱＵ
   ＩＤ磁束計からの信号を検出する駆動検出回路が前記シ
   ールドルーム外に配置され，前記駆動検出回路の出力を
   収集し演算処理を行なうコンピュータとを具備し，前記
   ＳＱＵＩＤ磁束計により検出された磁場波形を表示する
   表示手段が前記シールドルーム内に配置され，前記シー
   ルドルーム内で前記駆動検出回路の制御を行ない前記駆
   動検出回路の出力の収集の開始を制御し，検出された前
   記法線方向の成分（Ｂｚ）を用いて｛√（（ｄＢｚ／ｄ
   ｘ）２＋（ｄＢｚ／ｄｙ）２）｝から磁場分布図を求め
   る演算処理を行ない，前記表示手段に，検出された前記
   磁場波形，前記磁場分布図を表示することを特徴とする
   生体磁場計測装置。
2. 【請求項２】被験体の心臓から発生する磁場の法線方向
   （ｚ方向）の成分（Ｂｚ）を検出する複数のＳＱＵＩＤ
   磁束計を低温に保持する低温容器がシールドルーム内に
   配置され，複数のＳＱＵＩＤ磁束計を駆動し前記複数の
   ＳＱＵＩＤ磁束計からの信号を検出する駆動検出回路が
   前記シールドルーム外に配置され，前記駆動検出回路の
   出力を収集し演算処理を行なうコンピュータとを具備
   し，前記ＳＱＵＩＤ磁束計により検出された磁場波形を
   表示する表示手段が前記シールドルーム内に配置され，
   前記シールドルーム内で超音波探触子を前記被験体に接
   触させて得られた超音波断層像を前記表示手段に表示
   し，前記超音波断層像に基づいて前記複数のＳＱＵＩＤ
   磁束計の位置を調整し，検出された前記法線方向の成分
   （Ｂｚ）を用いて｛√（（ｄＢｚ／ｄｘ）２＋（ｄＢｚ
   ／ｄｙ）２）｝から磁場分布図を求める演算処理を行な
   い，前記表示手段に，検出された前記磁場波形，前記磁
   場分布図を表示することを特徴とする生体磁場計測装
   置。
3. 【請求項３】被験体の心臓から発生する磁場の法線方向
   （ｚ方向）の成分（Ｂｚ）を検出する複数のＳＱＵＩＤ
   磁束計を低温に保持する低温容器がシールドルーム内に
   配置 され，複数のＳＱＵＩＤ磁束計を駆動し前記複数の
   ＳＱＵＩＤ磁束計からの信号を検出する駆動検出回路が
   前記シールドルーム外に配置され，前記駆動検出回路の
   出力を収集し演算処理を行なうコンピュータとを具備
   し，前記ＳＱＵＩＤ磁束計により検出された磁場波形を
   表示する表示手段が前記シールドルーム内に配置され，
   前記シールドルーム内で超音波探触子を前記被験体に接
   触させて得られた超音波断層像を前記表示手段に表示
   し，前記超音波断層像に基づいて前記複数のＳＱＵＩＤ
   磁束計の位置を調整して，前記被験体の位置合わせを行
   なうことを特徴とすることを特徴とする生体磁場計測装
   置。