JP4077945B2 - Biomagnetic measurement device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検者の脳や心臓など、生体から発生する磁気(磁場)を計測する生体磁気計測装置に関し、とくに、被検者の計測部位のサイズの如何に関わらず、デュワ(容器)内に配設する複数の磁気センサの配置状態が最適な状態になるように設定した生体磁気計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
生体磁気計測装置は、生体の脳や心臓などの部位から発生する微弱な磁気(磁場)信号を捕らえて、それらの部位の機能診断に利用するもので、近年、その開発や研究が盛んに行われている。
【0003】
従来良く知られているように、例えば人の心臓は、その動きに伴って電流を発生する。この電気信号は非常に微弱であるが、種々の方法により非侵襲的に測定することができる。その1つの方法が生体磁気計測であり、これは生体中を流れる電流に因って生じる磁気(磁場,磁場)を測定するものである。とくに、脳を対象とした生体磁気計測を脳磁界計測と、心臓を対象としたそれを心磁界計測と別けて呼ぶことがある。
【0004】
従来の生体磁気計測装置は一般に、患者を載せる寝台又はこれと同等機能の装置と、磁気センサを先端部または底辺部に取り付けた円筒状または桶型のデュワと、磁気センサにより検知され、信号線を介してデュワ外部に取り出された検知信号を処理する計算機を有する処理装置とを備える。
【0005】
この生体磁気計測装置を電気系からみると、磁気検知部および電流検出器を磁気センサとして有するセンサ部と、信号処理用の関連のエレクトロニクスとを有し、特別な工夫を施した高感度磁気計測システムとも言える。
【0006】
各磁気センサは、磁気を検知するループコイルを有するコイル部と、その磁気信号を電流信号に変換するジョセフソン接合を有する電流検出器とを備える。コイル部は、一般的には、磁束が貫くことにより微小電流を生じさせる単一ループまたはマルチループのコイルで構成される。例えば、心臓からの磁気信号を検知する場合、コイル部は被検者の胸部に極力近接して配置されることが望ましい。それは磁界強度の変化に起因しており、磁界強度は電流源からの距離の3乗に比例して弱くなるからである。
【0007】
磁気センサには、非常に微弱な磁気信号を検知する高感度性が要求されている。このため、最近では、SQUID(超伝導量子干渉素子:Superconducting QUantum Interference Device )を用いることが多く、このSQUIDを複数個用いる多チャンネル化(例えば数十チャンネル)も進んでいる。最近では、このSQUIDを液体窒素温度(77K)で動作するYBCO材料で製作することも多くなっている。
【0008】
このように超伝導材料を用いた、電流検出器を含む磁気センサは、その動作に必要な超伝導状態を保持するため、かつ、温度上昇による熱雑音であるジョセフソン雑音を減らすためにも、非常に低温な状態に維持する必要がある。
【0009】
この低温維持のため、磁気センサはデュワと呼ばれる断熱容器内に設置され、デュア内に貯めた冷媒(液体窒素や液体ヘリウム)で冷却される。典型的なデュワは直径が約55cm、長さが約120cmの円筒形である。冷却方法としては、デュワ内に貯めた冷媒内に磁気センサを浸し、直接冷却する方法が一般的である。デュワ内に冷媒を貯めておく必要があるので、デュワは通常、真空断熱層を有する2重層構造になっている。現時点では、SQUIDから成る磁気センサの特性を超電導状態に維持するには、極低温液体の窒素やヘリウムが不可欠である。
【0010】
デュワをこのように円筒状や桶型に形成するのは、その内側底面に磁気センサを配置し易いこと、冷媒の蒸発防止、冷却効率が比較的良いことなどが挙げられる。
【0011】
現在使用に供している高感度のSQUID磁束計を用いた生体磁気計測装置の場合、円筒状のデュワは寝台上に仰向けになった被検者の例えば胸の直上に設置される。生体からの磁気信号を感度良く検知するには、上述したように、磁気センサを体表になるべく近付けた方が良い。デュワが2重層構造であると、センサと体表との間の距離が真空断熱層の分、遠くなるので、検出信号のS/Nが悪くなってしまう。デュワのサイズのみならず、センサを極力、体表に近接して配置する必要性から、デュワの幾何学的形状を綿密に設計したいところではある。通常、磁気センサはデュワ内部の最底面またはこの面に近い位置に、空間的に均等な間隔で配置される。
【0012】
処理装置には、MRI(磁気共鳴イメージング)装置やX線CTスキャナなどのモダリティにより収集された患者の画像情報が与えられる。処理装置は従って、その画像情報を参照しながら磁気センサに拠る検知信号を処理して画像情報を生成し、表示する。この生成・表示情報を元に生体の機能診断が行われる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
例えば計測部位が心臓(胸部)であるとすると、その磁気信号は胸部の全面から生じているので、それらの信号をなるべく多く計測する方が、S/Nの向上、強いては計測精度の向上の観点から望ましいと考えられる。
【0014】
しかしながら、上述した従来の生体磁気計測装置によれば、デュワ内に配設されている複数のSQUIDセンサの配置間隔は常にある一定値に設定されているので、胸部面積が広い被検者の場合、その面積の広さに拠って、心臓からの磁気信号をピックアップするSQUIDセンサの数は多くなる。その反対に胸部面積が狭い被検者の場合、心臓からの磁気信号の検出に関与するSQUIDセンサの数はそれだけ少なくなり、診断に供し得る程度の精度の計測に必要な数のSQUIDセンサさえも確保できないことがある。計測対象には、大人だけでなく、子供も入る。また、成人であっても、一般的に、性別によって胸部面積が異なる。つまり、従来の場合、計測対象が変わると、その計測精度が変動してしまうという問題があった。
【0015】
さりとて胸部面積のサイズに応じて複数種のセンサ配置間隔のデュワを予め準備することは、運用コストや操作上の手間を考えると、実際の臨床の場では非常に困難なことである。したがって、計測対象によっては計測精度が十分でない場合も敢えて受容せざるを得ない状況にあった。
【0016】
これに加えて、従来の計測装置には、心磁界計測におけるデュワの形状に関する問題もあった。従来の場合、心磁界計測の場合でも、底面がフラットな筒状のデュワを用いて、胸部前面から磁気信号を検出している。しかし、上述したように心臓から放射される磁界は胸部の全周囲にわたっているのに対し、その前面のみの磁界しか計測していない。このため、磁気検出および計測精度の点で未だ十分向上の余地があるにも関わらず、この点についての提案が何等なされていないという現状があった。
【0017】
本発明の目的
本発明は、上述した従来技術が有する種々の未解決の問題に鑑みてなされたものである。
【0018】
したがって、本発明は、大人と子供、老若男女など、計測対象の種類により、また、個人差により、被検者の計測部位のサイズが変わる場合でも、1台の装置でそれらの多様な被検者をカバーし、常に精度が良く且つ安定した磁気計測を行うことができる生体磁気計測装置を提供することを、その第1の目的とする。とくに、計測部位が心臓(胸部)であるときに、かかる目的を良好に達成できるようにする。
【0019】
また本発明は、上述の第1の目的を達成すると同時に、被検者の計測部位から放射される磁気信号を多面的になるべく多く検出し、S/N比を上げて、計測精度(つまり磁場源の推定精度)の向上を図ることを、第2の目的とする。とくに、一般に心臓は胸部の中央よりも左寄りに位置しているので、少なくともこの左胸側面(部)を計測範囲に加え、かかる目的を確実に達成できるようにする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記種々の目的を達成するため、本発明の生体磁気計測装置は、被検者の磁気信号を検出する複数の磁気センサと、この磁気センサを収容したデュワとを備え、前記デュワは前記被検者の体表の周りに空間的に位置させる複数の検出面を有するものであって、かつ前記検出面のうち少なくとも一部に平面部を有する形状に形成し、前記複数の磁気センサの少なくともセンサ相互間の配置間隔を前記検出面の端部近傍において狭くしてセンサ配置密度が大きくなるように前記デュワ内に配置したことを特徴とするものである。
【0021】
好適には、前記デュワは前記被検者の体軸方向から見たときに少なくとも2つの検出面が略L字状を成す形状であり、この2つの検出面が前記被検者の左胸部の前面および側面を覆うように配置してある。このとき、前記デュワは前記2つの検出面の間を連続的に湾曲して繋ぐ湾曲状の検出面を有し、前記磁気センサをこの湾曲状の検出面に沿って配置し、この湾曲状の検出面が前記被検者の左胸部の前面および側面の間の体表面を覆うように前記デュワを配置することが望ましい。
【0022】
また好適な一例として、前記複数の磁気センサは、その相互の配置間隔を前記湾曲状の検出面に至るほど狭くしてセンサ配置密度が大きくなるように配置することができる。また好適な別の例として、前記複数の磁気センサは、その相互の配置間隔のみを前記湾曲状の検出面に至るほど狭くしてセンサ配置密度が大きくなるように配置することができる。
【0023】
さらに、例えば、前記デュワは前記被検者の体軸方向から見たときに少なくとも3つの検出面が略コ字状または略U字状を成す形状であり、この少なくとも3つの検出面が前記被検者の左胸部の少なくとも前面、側面、および背面を覆うように配置してもよい。
【0024】
さらに、前記複数の磁気センサのそれぞれは微分方向を有するSQUIDセンサで形成し、この複数のSQUIDセンサは前記検出面それぞれにおいてその微分方向が同一方向を向くように配置することが望ましい。
【0025】
さらに、前記磁気センサはSQUIDセンサで構成する一方、前記デュワの外部に配設された冷却源と、前記デュワの内部に前記冷却源に接続された状態で配設され且つ前記複数のSQUIDセンサを冷却する冷却手段とを備えていてもよい。この場合、例えば、前記冷却源は冷凍機であり、前記冷却手段はこの冷凍機に接続されたヒートパイプである。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照しながら説明する。
【0027】
第1の実施形態
第1の実施形態を図1〜7、および、図13〜15に基づき説明する。
【0028】
この実施形態に係る生体磁気計測装置は、心磁界計測用の装置であり、そのデュワとしてL字型デュワを搭載したことを特徴とする。
【0029】
図1は、この生体磁気計測装置の概略構成を示す。この生体磁気計測装置は、被検者Pを通常、仰向けの状態で寝かせる寝台1と、この寝台1上に寝かせた被検者Pの心臓が発生した磁束を検知するセンサ部2と、このセンサ部2を内部に搭載したL字型(略L字型)デュワ3と、このL字型デュワ3を載置・固定する台座4と、センサ部2の駆動および検知信号の処理に供する駆動・処理ユニット5と、センサ部2の冷却機構6と、装置全体の制御装置7と、センサ部2の検知信号の解析を行う解析装置8と、解析結果を表示する表示装置9とを備える。
【0030】
ここで、図1において、便宜的な座標軸として、寝台1の天板1aの長さ(長手)方向、すなわち一般的には被検者Pの体軸方向をZ軸とし、天板上下方向をY軸、天板の幅方向をX軸と定める。
【0031】
L字型デュワ3は、所定高さの略直方体で板状の密閉ケーシングを図示の如く、略L字状に湾曲させた状態に成形したものである(図2参照)。このケーシングをL字状に湾曲させたときの横手方向、すなわちX軸方向の長さは被験者Pの体幅を十分にカバーできるようになっている。つまり、ケーシングの高さHに比較して、横手方向の幅Wが長いという特徴がある。また、ケーシングの湾曲部Cの湾曲度は、寝ている被験者Pの胸部前面から胸部側面に掛けての体表の丸みに極力合わせるように設定されている。この湾曲部Cは被験者Pの体表の丸みにフィットし、心臓から放射される微弱な磁気信号をなるべく感度良く検知できるように配慮した構造になっている。
【0032】
ケーシング(すなわちL字型デュワ3)のL字状湾曲によって、この側面に対向する方向(すなわちZ軸方向)からみて、その内部にもL字状に湾曲した内部空間ISが形成される。この内部空間ISは高さ(Y軸)方向空間部ISy,湾曲空間部ISc,幅(X軸)方向空間部ISxが連続して形成される。
【0033】
ケーシングはその全体が外側ケーシング11aと内側ケーシング11bとで形成され、それらの間に真空断熱層VSがつくられている。内側ケーシング11bの内部が上述した内部空間ISを形成する。この内部空間ISも真空に形成され、冷熱が逃げないように真空断熱されている。
【0034】
この真空断熱構造に関するシール部の改善例を図13〜15に示す。真空断熱層VSおよび内部空間ISは10-3Torr程度の真空に形成される一方で、外側ケーシング11aの内側面、および内側ケーシング11bの内側面および外側面はアルミニウムを蒸着した断熱フィルムで覆われ、これにより熱流入が低減される。また、外側ケーシングには真空断熱層VSおよび内部空間ISを真空引きするための引き込み口が設けられる。さらに、ケーシング11a,11bの内側空間VS,ISとデュワ外部との気密性を保持するため、外側ケーシング11aの貼り合わせ部、その信号線引き込み部、および、ヒートパイプなどの熱伝導機構の引き込み部は図13〜15に示す如く構成される。すなわち、図13に示す如く、外側ケーシング11aはシリコンゴムSLおよび真空グリースVGにより気密に貼り合わせられる。また図14に示す如く、信号線SCは外側ケーシング11aに対してシリコンゴムSLおよび真空グリースVGによる気密構造を介して引き込まれる。同図において、参照符号MDはモールド剤である。さらに図15に示す如く、後述するヒートパイプなどの熱伝導機構HTは外側ケーシング11aに対してシリコンゴムSLおよび真空グリースVGによる気密構造を介して引き込まれる。
【0035】
このような改善を行うことで、熱輻射に因る熱流入が大幅に減少し、冷却機構の冷却性能がより小さくて済む。これにより、後述する冷凍機をデュワから離して、より遠くに設置することができるから、冷凍機に因る磁気雑音の混入を減らすことができる。また、真空断熱層VSおよび内部空間ISは共に同じ圧力に保持すればよいため、手の届きにくい内側ケーシングの気密性を高くするために内側ケーシングにシール性を持たせるといった構造及び作業が不要になり、複雑なデュワ形状のケーシングにも関わらず、組み立てが極めて容易になるという特徴がある。また、信号線をより容易に配線したり、ケーシングやセンサの支持および組み立て性を改善するため、内側ケーシングに穴を開けるという構造も採用することができるようになる。
【0036】
センサ部2は、複数個の磁気検知のためのSQUIDセンサ21…21を備える。各SQUIDセンサ21はデュワのケーシングの内部空間IS内に、その一連の空間部ISy,ISc,ISxに沿って列状で且つこの列をZ軸方向に複数列並べる2次元配置とされる。
【0037】
この配置によるセンサ位置の例を図3に示す。同図(a)にはL字型デュワ3のみを描き、このL字型デュワ3をY軸(上下)方向真上から矢印Aに沿って見たときのSQUIDセンサ21の配置状態を同図(b)に示す、またX軸(横)方向真横から矢印Bに沿って見たときのそれを同図(c)に示す。このセンサ配置のパターンは、本発明の特徴の1つを成すもので、後で説明するSQUIDセンサ21の取付けの項で一緒に採り挙げる。
【0038】
各磁気センサ21は、筒状のボビン22と、このボビン22に、例えば図4に示す如くKetchen型1次微分型に巻装したピックアップコイル23と、ボビン22の所定位置に取り付けたジョセフソン結合を有するSQUIDチップ24(超伝導リング体およびインプットコイル)とを備える。この結果、例えば体軸(Z軸)方向に直交するXY面で見た場合、各SQUIDセンサ21の微分方向は、図1において、L字型デュワ3の立上がり部分(Y軸方向の部分)で微分方向=X軸(左右)方向となり、その状態から湾曲部にて微分方向が徐々にY軸(上下)方向に変化し、そして、水平部分(X軸方向の部分)で微分方向=Y軸(上下)方向になる。
【0039】
ケーシングの湾曲部Cには、SQUIDセンサ21同士の湾曲外径側の間に隙間ができるので、この隙間に、環境磁場を排除処理するときの参照コイル群25を設置する。これにより、コイルの設置スペースを有効に利用できる。
【0040】
冷却機構6は、冷凍機31と、この冷凍機31に直結しているヒートパイプ32とを用いてセンサやコイルを冷却するようにしている。この冷却構造は、後で詳述する。
【0041】
台座4内に設けた駆動・処理ユニット5は、駆動回路41およびプリプロセッサ回路42のユニットを備える。駆動回路41は、SQUIDセンサ21…21をセンサ毎(すなわち検出チャンネル毎)に駆動する、例えば複数のFLL回路で成る。プリプロセッサ回路42は、SQUIDセンサ21…21を用いて駆動回路41により検出された信号を前処理するアナログフィルタリング回路、増幅回路などから成る。
【0042】
制御装置7は、寝台、駆動回路41・プリプロセッサ回路42、冷凍機31の動作を制御する。制御装置7のモニタ信号(制御される側がどのような状態にあるかを示す信号)が解析装置に伝送される。解析装置8では、駆動回路41・プリプロセッサ回路42を通して得られたセンサ信号とモニタ信号などを用いて、心電図や心筋の電気生理現象を解析し、表示する。
【0043】
このようなデュワ構造にすることで、とくに、L字型デュワ3の湾曲部Cをはじめとして、その前後のデュワ部分が被験者Pの胸部体表にフィットし、SQUIDセンサ21…21と胸部体表との間の距離を短く且つ一定に確保することができる。したがって、心臓から発生する磁気信号を効率良く計測できる。
【0044】
次に、上述したL字型デュワ3とその冷却機構6の、より具体的な構造の一例を図5〜7に基づき説明する。
【0045】
この冷却機構6は、ヒートパイプ32を利用するので、まず、ヒートパイプ32の原理から説明する。
【0046】
ヒートパイプ32は、その一例として図5に示す如く、パイプを有し、そのパイプの内壁側に金網、多孔質材などの毛細管力の大きな構造体(ウイック),内部には熱の輸送を可能にする作動液と呼ばれる液体(気体)がある圧力下で充填されている。ウイックはパイプ内壁に溝を切った構造とし、その溝を利用することも可能である。ヒートパイプは、その一方の端部を蒸発(吸熱)部、他方の端部を凝集(放熱)部とし、蒸発部で外部より得られた熱に因ってウイック中の凝集液がパイプ内に蒸発する。熱を持った蒸気は圧力の低い他方の凝集部に移動する。移動してきた蒸気は冷却されるから、ウイック部へ液体の状態で凝集し、この凝集液がウイックの毛細管力に拠り再び蒸発部に戻される。ウイック部内では、蒸発部の圧力が凝集部に比べて低い。この蒸発、凝集のサイクルを介して、蒸発部での吸熱を凝集部に運ぶことで冷却が可能になる。なお、蒸発部と凝集部との間は断熱部であり、熱勾配が極めて低くなっている。
【0047】
ここでは、このような原理のヒートパイプ32を生体磁気計測装置に使用するので、パイプ材、ウイック材ともに非磁性材料を使用する。また、パイプ材は内圧に十分耐えるように、内部液体や気体の漏洩を防止するようにしている。
【0048】
このヒートパイプ32を用いたL字型デュワ3の構造を概略的に示す。
【0049】
このL字型デュワ3は、図6に示す如く、同図の上側に位置する上側カバー3Uと、その下側に位置する下側カバー3Lを備える。そして、両カバー3U,3Lにより、その全体が側面方向(Z軸方向)から見て、湾曲部を介してL字型に形成されている。両カバー3U,3L共に、前述したように外側ケーシング11aおよび内側ケーシング11bから成る二重の断熱構造になっている。
【0050】
上側カバー3Uは、その全体が側面に対向するZ軸方向から見て略L字型の部分と、その両端に一体に立設した側面カバー3Ua ,3Ub とを一体に有する。この側面カバー3Ua ,3Ub と下側カバー3Lとの接触部には、シール部51,52がそれぞれ介挿され、気密性が確保されている。なお、この下側カバー3Lは、捩子などの開閉手段によりシール部51,52を介して側面カバー3Ua ,3Ub に取り付けられている。このため、下側カバー3Lは、保守などの便宜のため、着脱自在に開閉可能になっている。
【0051】
このように上側カバー3U(および側面カバー3Ua ,3Ub )および下側カバー3Lにより画成されて、その内部に空間ISが形成される。この内部空間ISには、上側カバー3Uの所定位置に挿通させた連結ホース54を介して真空ポンプ55に接続されている。このため、真空ポンプ55を作動させることで、内部空間ISが所定真空度の真空層に形成され、断熱状態になる。
【0052】
一方、上側カバー3U(および側面カバー3Ua ,3Ub )および下側カバー3Lのそれぞれは、前述した如く、内部に真空層ISa(ISb)を持つように2重構造になっており、この真空層ISa,ISbがやはり断熱機能を有する。つまり、L字型デュワ3内部に置かれるセンサに対して、二重の断熱構造になっている。これにより、外部からの熱流入を極力抑えるように配慮してある。
【0053】
冷凍機31にはヒートパイプ32の一端が接続されている。このヒートパイプ32の他端は、シール部56によりシールされた上側カバー3Uの一方の側の取付け穴を通ってデュワ内部に至る。このヒートパイプ32に対し、冷凍機31および上側カバー3U間の露出部分およびデュワ内部での露出部分は、断熱材57により覆われている。このため、断熱材57はヒートパイプ32に対する断熱機能を有し、外部への熱流出を極力防止する一方で、ヒートパイプ32を固定保持する機能をも果たす設計になっている。
【0054】
このヒートパイプ32は、デュワ3の内部空間ISにおいて直角に方向を変え、断熱材57から抜けてそのまま内部空間ISの略L字型の隙間に沿って延び、もう一方の端部に至る。上側カバー3Uの内側のパイプ到達位置には段部が形成され、この段部に、パイプ取り付け部58を介してヒートパイプ32のもう一方の端部が取付け・固定されている。これにより、内部空間ISにおいてヒートパイプ32全体も固定される。
【0055】
また、L字型デュワ3にて、ヒートパイプ32にはSQUIDセンサ21…21が一定間隔または調整された間隔でパイプの延び方向に沿って複数個立設されている。
【0056】
各SQUIDセンサ21は、図7に示す如くヒートパイプ32との接合面に設けた熱伝導体58を介して設けるか、または、ヒートパイプ32の外壁に直接に取り付けられる。いずれの場合も、各SQUIDセンサ21は熱伝導に拠り冷却される。SQUIDセンサ21は取り外し可能に取り付けられる。デュワ3の患者に一番近い面、すなわち下側カバー3Lが開閉可能になっているため、不良チャンネルが発生した場合、不良になったSQUIDセンサ21を容易に交換できる。
【0057】
また、ヒートパイプ32の作動液として窒素を使用している。作動液はSQUIDセンサ21の材質により変えてもよい。SQUIDセンサ21の材質が超電導状態を維持できるのであれば、アンモニア水、アルコール、メタンなどを用いてもよい。また液体窒素では十分冷却できない場合、ネオン、ヘリウムなどを用いてもよい。
【0058】
このように本実施形態では、ヒートパイプ32の凝集部には、極低温冷媒である液体窒素タンクもしくはそれに相当する冷却能力を持った冷凍機31を備え、ヒートパイプ32のもう一方の蒸発部にSQUIDセンサ21…21を取り付ける構造になっている。これにより、SQUIDセンサ21…21の部分の熱をヒートパイプ32により凝集部へ輸送することができ、これにより、SQUIDセンサ21…21が冷却される。
【0059】
ここで、SQUIDセンサ21…21をヒートパイプの一端部にその軸方向に沿って取り付けることによりデュワ3内に配置される配置パターンを、前述した図3および図8〜図10を用いて説明する。
【0060】
図3(b),(c)のセンサ配置パターンは、その丸印Cで示す如く、センサ配置密度(デュワ3の単位面積当たりのセンサ配置数)およびセンサのコイル面積(ループコイルの磁束貫通面積:センサ面積)を共に変化させることを模式的に表している。変化の方向は、同図(b)および(c)に示す如く、L字型デュワ3の湾曲部(角部)に向かって進むにつれて線形的に、指数関数的、または多次(高次)関数的に、センサ配置密度を上げ且つコイル面積を小さくする。つまり、このL字型デュワ3の場合、センサ配置密度を上げ且つコイル面積を変化させたセンサ配置パターンを持つデュワ測定面が、Y軸方向に直交する面(検出面)と、X軸方向に直交する面(検出面)とを含め、等価的に2面以上有することになる。なお、センサ配置密度またはコイル面積の一方のみを同様に変化させるようにしてもよい。
【0061】
ここで、L字型デュワ3の湾曲部に移行するほど、センサ配置密度を上げ、および/または、コイル面積を小さくするのは、胸部面積の小さい被検者はその体全体を左側に寄せて、左胸部体表面をそのデュワ3の湾曲部に最も近接して位置決めすることで、心臓から放射される磁気信号がより多くの数のSQUIDセンサ21により検出されること、および/または、その磁気信号のS/N比が上がること、に依る。胸部面積の大きい被検者は単純にデュワ湾曲部に近接して位置決めすることで、多数のSQUIDセンサ21でカバーされる。
【0062】
このセンサ配置パターンは種々のタイプに変化させて実施することができる。この変化例を図8〜図10に示す。これらの図は前述した図3(b)に相当するパターン、すなわちデュワ3をY軸方向上側からみた状態でのセンサ配置パターンを示し、各図の上段の(a),(a′)はデュワ3を横方向(Z軸方向)からみたセンサ配置およびコイル径の模式図、下段の(b),(b′)はデュワ3を上下(Y軸)方向上側からみたセンサ配置およびコイル径の模式図である。
【0063】
簡単には、図8(a),(b)に示す如く、Kethcen型一次微分型コイルや高温超伝導SQUIDのコイル面積を一定にした状態で、センサ配置密度をL字型デュワ3の湾曲部に移行するほど密(大)に設定する。同図(a′),(b′)は同図(a),(b)に示すセンサ配置構成を多次(高次)微分型に構成したものである。すなわち、同図(a′)に示す如く、デュワ3内のセンサ群の配置段数を上下2段U,Lに設定し(このとき、上下のSQUIDセンサは互いに微分方向に設置される)、各段のSQUIDセンサ21が例えば1次微分型であれば、上下2段U,Lにより差分をとって2次微分に形成するものである。
【0064】
また、図9(a),(b)に示すセンサ配置パターンは、図8(a),(b)と同様に、コイル面積を一定にした状態で、センサ配置密度をL字型デュワ3の湾曲部に移行するほど密に設定する。ただし、図8に示すように横(X軸)方向の変化率が体軸(Z軸)方向のどの位置においても同一であるのと異なり、体軸(Z軸)方向の位置に応じてセンサ配列密度の変化率が異なるパターンになっている。図9(a′),(b′)は同図(a),(b)に示すセンサ配置構成を多次微分型に構成したものである。
【0065】
さらに、図10(a),(b)に示すセンサ配置パターンは、図8(a),(b)と同様に、コイル面積を一定にした状態で、センサ配置密度をL字型デュワ3の湾曲部に移行するほど密に設定する。ただし、L字型デュワ3の湾曲部寄りの所定位置PSに向かってセンサ配列密度がその周りから、疎から密に変化するパターンになっている。この所定位置PSの直下に被検者の心臓部分がくるように被検者を位置決めする。図10(a′),(b′)は同図(a),(b)に示すセンサ配置構成を多次微分型に構成したものである。
【0066】
したがって、SQUIDセンサ21の配列密度を密に設定し且つコイル面積を小さく設定してあるL字型デュワ3、または、SQUIDセンサ21の配列密度のみを密に設定してあるL字型デュワ3の湾曲部寄りの位置に被検者の心臓部を位置させることができる。これにより、心臓部付近の直上でセンサ配列密度が高くなり、空間分解能が上がる。よって、解析精度も向上する。
【0067】
また、寝台1上の被検者を、上述のように、心臓位置がL字型デュワ3の湾曲部寄りの位置に適宜に位置決めすることで、胸部の広い人、狭い人など被検者の体型、体格の如何に依らず、心臓付近でのセンサ密度を上げ、S/N比を向上させて、被検者Pの体型にほぼ無関係に、常に、高くかつ安定した空間分解能を確保することができる。
【0068】
本実施形態に係る生体磁気計測装置は、従来装置に比べて、様々な優れた効果を有する。
【0069】
具体的には、まず、側面に対向する方向(Z軸方向)からみてL字型で、かつ、寝台1の上下方向(Y軸方向)からみて2次元的な拡りを有するデュワ構造にし、その内部空間に2次元的にSQUIDセンサ21を配置することで、被験者Pの体側に沿った面にも2次元的にSQUIDセンサ21が位置する。したがって、心磁界計測に好適なデュワ構造となり、胸前部と胸側部から同時に磁気信号を検出でき、心臓からの磁場を効率良く収集できる。この結果、従来のように胸前部だけから、或いは、胸側部だけから検出する場合に比べて、検出データ数が多く、また各種の方向から検出できるので、磁場源解析精度が大幅に向上する。
【0070】
とくに、上述した実施形態のデュワ3は、その一方の平面部から他方の平面部に移る途中を湾曲面部にし、極力、被験者の体表面に滑らかに沿った構造にするとともに、その湾曲面部にも2次元的にSQUIDセンサ21を配置している。これにより、体表の斜めの部分からも同じように磁気信号を計測できるので、磁場源解析精度をより一層向上させることができる。
【0071】
一方、上述のL字型デュワ3は、従来のように液体冷媒を貯蔵した中にSQUIDセンサ21を浸す方式とは異なり、ヒートパイプ32を用い、その先にヒートシンクを取り付け、ウイック部を循環する冷却液体、およびヒートパイプ32のウイック内部を通る冷媒が蒸発するときの蒸発潜熱によりSQUIDセンサ21を冷却するようにしている。これにより、冷媒循環型のデュワ3を提供することができ、デュワ3の形状を選ばない。したがって、デュア3の形状を診断に最適なものにできる。
【0072】
また、このL字型デュワ3の高さ(厚さ)は、ヒートパイプ32、SQUIDセンサ21、および断熱層の部分を確保できる値であればよいから、全体にコンパクトな設計が可能になる。コンパクトに設計するほど扱い易いという利点もある。
【0073】
また、ヒートパイプ32を利用することにより、一度に多量の冷媒が不要であり、その分、蒸発量を抑え、装置の運用コストを下げることができる。さらに、冷媒の貯蔵位置をデュワ3から離すことができるから、この点からも、デュワ3の小形軽量化を図ることができる。
【0074】
さらに、上述の如く、センサ配置密度やコイル面積をL字型デュワ3の湾曲部に移行するにしたがって変化させたので、大人と子供、老若男女など、被検者Pのタイプの違いにより、また、個人差により、被検者の胸部のサイズが変わる場合であっても、1台の装置でそれらの多様な被検者の計測部位を所望数以上のセンサで確実にカバーでき、常に精度が良く且つ安定した磁気計測を行うことができる。とくに、この効果と、前述した胸部前面から胸部左側面にかけた体表領域を同時に磁気検出できる効果との組み合わせは、被検者の計測部位から放射される磁気信号を多面的に、なるべく多く、しかも極力体表に接近して検出し、S/N比を上げて、計測精度の向上を図るという観点からその威力は絶大である。
【0075】
なお、SQUIDセンサ21の微分方向に鑑みた配置に関する変形形態を図11に示す。SQUIDセンサ21がベクトル型のコイルである場合、3方向全ての微分コイルが複数個必要になり、環境雑音磁場を除去するときに環境雑音磁場の参照信号を検出する参照コイルの数が著しく多くなる。しかし、参照コイルの設置数や規模を考えると、参照コイル、すなわち参照信号の数は少ない方が扱い易い。微分方向を1方向に揃えると、参照信号の微分方向も1方向で済む。また、2方向の検出面のシステムであれば、参照信号の微分方向は2方向だけで十分である。つまり、より少ない参照コイルで済ませるには、各検出面の微分方向を一方向に設定しておいた方が良いということになる。このことに鑑みて、上述した図8〜図10で説明した検出面(コイル面)を2面以上用いて2方向以上から同時に計測する装置にあっては、その検出面方向に同一の微分方向を持たせる構造にする。図11にはその一例を示す。同図に示すように、SQUIDセンサ21を多次微分構造に形成したデュワ3A,3Bそれぞれにおいて、一方のXZ面に平行な検出面を呈するデュア3AのSQUIDセンサ21の微分方向は全てY軸方向の一方向に設定し、且つ、他方のYZ面に平行な検出面を呈するデュア3BのSQUIDセンサ21の微分方向は全てX軸方向の一方向に設定している。これにより、参照コイル(図示せず)の数を必要最低限に減らし、その規模を抑えることができる。
【0076】
第2の実施形態
第2の実施形態を図12に基づき説明する。上述した第1の実施形態と同一または同等の構成要素には同一符号を用いてその説明を省略または簡略化する。
【0077】
この実施形態はデュワ構造に特徴を有するもので、第1の実施形態のデュワ構造をさらに展開したものである。
【0078】
この実施形態に係る生体磁気計測装置は、全体形状としては略コ(U)字型を成すデュワ66を備える。このコ字型デュワ66は、被検者Pの胸部側面に対向した縦方向デュワ66Sと、その胸部前面に対向した上側横方向デュワ66Uと,下側横方向デュワ66Lとの分割した別体構造になっている。
【0079】
これらの分割デュワ66S,66U,66Lは連結部材62…62を介して図示の如く略コ(U)字状に結合されている。このとき、縦方向デュワ66Sは被検者Pの胸部左側面に対向し、そして、上側横方向デュワ66Uおよび下側横方向デュワ66Lは被検者Pの胸部前面および後背部面にそれぞれ対向するように位置決めされている。つまり、この3個のデュワが被検者Pの心臓に3方から対向できる。この略コ(U)字状デュワ66は連結部材62を介して図示の如くアーム64に固設・吊持されている。
【0080】
また、デュワ66の被験者Pへのアクセスを容易にするため、寝台1の天板1Nを、デュワ66とは反対向きのコ(U)字状に形成し、その下側部位を寝台基部に取り付けてある。この反対向きのコ字状構造が、下側横方向デュワ66Lの寝台下への位置決めを許容する退避構造を達成している。このため、少なくとも診断時には、デュワ66の下側横方向デュワ66Lを天板1Nの下方位置まで差し込むことができる。
【0081】
分割デュワ66S,66U,66Lのそれぞれは単独で、前述した第1の実施形態の同様の独立したセンサ構造および冷却構造を有するが、3者のデュワで使用するヒートパイプ32S,32U,32Lは共通の冷凍機31に接続されている。この冷凍機31は省スペース化のためにアーム64上に載置してある。
【0082】
なお、この第2の実施形態に係る生体磁気計測装置にも、前述したSQUIDセンサの改善された配置パターンの適宜なものが選択されて実施されている。
【0083】
このように、コ字型デュワ66を3個の平面状(板状)の分割デュワ66S,66U,66Lで構成するとともに、寝台1をその内の分割デュワ66Lがアクセス可能な構造にしたことにより、被検者Pの胸部側面および胸部前面のみならず、後背部面をも合わせて同時に測定でき、検出データの一層の豊富化の観点から、前述したと同等の作用効果を得ることができる。また、別体構造にしてあるので、第1の実施形態と同様に、デュワ全体を簡単な構造にでき、製作コストや保守コストの低減化にも寄与できる。
【0084】
また当然に、第1の実施形態で得られた、SQUIDセンサ21の配置密度およびコイル面積の同時変化、または、SQUIDセンサ21の配置密度のみの変化(すなわち、デュワ66全体の湾曲部に相当する、分割デュワ66S、66Uの突き合わせ側寄りに、および/または、分割デュワ66S、66Lの突き合わせ側寄りに至るほど、センサ配置密度を上げ且つコイル面積を小さくする、または、センサ配置密度のみを上げる)させることに起因した効果も得られる。
【0085】
なお、上述した各実施形態およびその変形形態にあっては、被検者の磁気計測部位が心臓である場合を説明してきたが、この計測部位は必ずしも心臓に限定されることなく、例えば、頭部であってもよい。
【0086】
また、デュワは計測部位の体表形状に極力合わせた検出面形状を有するものであればよく、必ずしも上述したL字型やコ(U)字型に限定されるものではない。これらのL字型やコ(U)字型を変形した湾曲形状に形成することもできる。
【0087】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の生体磁気計測装置によれば、SQUIDセンサなどで形成される磁気センサの複数個をデュワ内に配置するときの配置パターン(センサ配置密度、コイル面積)を、例えばL字型デュワの湾曲状の検出面(湾曲部)に至るにしたがって変える(少なくともセンサ配置密度を高くする)ように構成したため、大人と子供、老若男女など、計測対象の種類により、また、個人差により、被検者の計測部位のサイズが変わる場合でも、1台の装置でそれらの多様な被検者をカバーでき、常に精度が良く且つ安定した磁気計測を行うことができる。とくに、計測部位が心臓(胸部)であるときに、かかる効果は顕著になる。
【0088】
また、本発明の生体磁気計測装置によれば、磁気センサの配置パターンを上述の記載の構成にすることに加えて、デュワを例えばL字型(または略L字型)やコ(U)字型(略コ(U)字型)に形成するので、上述の効果を得ると同時に、被検者の計測部位から放射される磁気信号を多面的になるべく多く検出し、S/N比を上げて、計測精度(つまり磁場源の推定精度)を向上させることができる。とくに、一般に心臓は胸部の中央よりも左寄りに位置しているので、少なくとも左胸側面(部)を計測範囲に加え、かかる効果を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る生体磁気計測装置のL字型デュワを中心とした全体構造を概略的に示す構成図。
【図2】L字型デュワの外観の一連を示す斜視図。
【図3】L次型デュワ内に配置するSQUIDセンサの配置パターンを説明する図。
【図4】1次微分型のSQUIDセンサの概略構造を説明する図。
【図5】ヒートパイプの原理を説明する説明図。
【図6】L字型デュワのヒートパイプおよびSQUIDセンサの配置状況を説明する部分的な断面図。
【図7】SQUIDセンサの取り付けの一例を示す説明図。
【図8】SQUIDセンサの配置パターンの一例を模式的に示す図。
【図9】SQUIDセンサの配置パターンの別の一例を模式的に示す図。
【図10】SQUIDセンサの配置パターンの更に別の一例を模式的に示す図。
【図11】検出面毎に微分方向を揃えたSQUIDセンサの配置法を説明する図。
【図12】本発明の第2の実施形態に係る生体磁気計測装置のコ(U)字型デュワの構造を中心とした全体構造を示す構成図。
【図13】L字型デュワの外側ケーシングの貼り合わせ構造を示す部分断面図。
【図14】L字型デュワの外側ケーシングへの信号線引き込み構造を示す部分断面図。
【図15】L字型デュワの外側ケーシングへのヒートパイプなどの熱伝導機構の引き込み構造を示す部分断面図。
【符号の説明】
1 寝台
1N 天板
2 センサ部
3 L字型デュワ
3U 上側カバー
3L 下側カバー
4 台座
5 駆動・処理ユニット
6 冷却機構
11a,11b 外側、内側ケーシング
21 SQUIDセンサ
25 参照コイル群
31 冷凍機(冷媒タンク)
32,32S,32U,32L ヒートパイプ
54 連結ホース
55 真空ポンプ
57 断熱材
58 熱伝導体
62 連結部材
63 支柱
64 アーム
66 コ(U)字型デュワ
66S,66U,66L コ(U)字型デュワを形成する分割デュワ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a biomagnetic measurement device that measures magnetism (magnetic field) generated from a living body such as a subject's brain and heart, and in particular, regardless of the size of the measurement site of the subject. The present invention relates to a biomagnetism measuring apparatus that is set so that an arrangement state of a plurality of magnetic sensors arranged inside is optimal.
[0002]
[Prior art]
Biomagnetic measurement devices capture weak magnetic (magnetic field) signals generated from parts such as the brain and heart of a living body and use them for functional diagnosis of those parts. In recent years, development and research have been actively conducted. It has been broken.
[0003]
As is well known in the art, for example, the human heart generates an electric current as it moves. This electrical signal is very weak, but can be measured non-invasively by various methods. One of the methods is biomagnetism measurement, which measures magnetism (magnetic field, magnetic field) generated due to current flowing in the living body. In particular, biomagnetic measurement for the brain may be referred to as cerebral magnetic field measurement, and it may be referred to as heart magnetic field measurement separately from the cardiac magnetic field measurement.
[0004]
Conventional biomagnetism measuring devices are generally detected by a bed or a device having the same function as a bed on which a patient is placed, a cylindrical or bowl-shaped dewar with a magnetic sensor attached to the tip or bottom, and a signal line. And a processing device having a computer for processing the detection signal extracted outside the dewar.
[0005]
When this biomagnetism measuring device is seen from the electric system, it has a sensor unit having a magnetic detection unit and a current detector as a magnetic sensor, and related electronics for signal processing, and is a highly sensitive magnetic measurement with special measures. It can be said to be a system.
[0006]
Each magnetic sensor includes a coil unit having a loop coil that detects magnetism, and a current detector having a Josephson junction that converts the magnetic signal into a current signal. The coil section is generally composed of a single-loop or multi-loop coil that generates a minute current through the passage of magnetic flux. For example, when detecting a magnetic signal from the heart, it is desirable that the coil unit be disposed as close as possible to the chest of the subject. This is because the magnetic field intensity is weakened in proportion to the cube of the distance from the current source.
[0007]
The magnetic sensor is required to have high sensitivity for detecting a very weak magnetic signal. For this reason, recently, SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) is often used, and multi-channeling (for example, several tens of channels) using a plurality of SQUIDs is also progressing. Recently, this SQUID is often made of YBCO material that operates at liquid nitrogen temperature (77K).
[0008]
A magnetic sensor including a current detector using a superconducting material in this way maintains a superconducting state necessary for its operation, and also reduces Josephson noise, which is thermal noise due to temperature rise, It is necessary to maintain a very low temperature.
[0009]
In order to maintain this low temperature, the magnetic sensor is installed in a heat insulating container called a dewar and cooled by a refrigerant (liquid nitrogen or liquid helium) stored in the dewar. A typical dewar is cylindrical with a diameter of about 55 cm and a length of about 120 cm. As a cooling method, a method in which a magnetic sensor is immersed in a refrigerant stored in a dewar and directly cooled is generally used. Since it is necessary to store the refrigerant in the dewar, the dewar usually has a double layer structure having a vacuum heat insulating layer. At present, cryogenic liquid nitrogen and helium are indispensable to maintain the characteristics of the magnetic sensor composed of SQUID in the superconducting state.
[0010]
The reason why the dewar is formed in a cylindrical shape or a saddle shape in this way is that it is easy to place a magnetic sensor on the inner bottom surface, the evaporation of the refrigerant is prevented, and the cooling efficiency is relatively good.
[0011]
In the case of a biomagnetic measurement apparatus using a highly sensitive SQUID magnetometer currently in use, a cylindrical dewar is placed, for example, just above the chest of a subject who is lying on the bed. In order to detect a magnetic signal from a living body with high sensitivity, as described above, the magnetic sensor should be as close to the body surface as possible. When the dewar has a double-layer structure, the distance between the sensor and the body surface becomes as much as the vacuum heat insulating layer, so that the S / N of the detection signal is deteriorated. Not only the size of the dewar, but also the need to place the sensor as close to the body surface as possible, we want to carefully design the geometric shape of the dewar. Usually, the magnetic sensors are arranged at equal intervals in the bottom surface inside the dewar or at a position close to this surface.
[0012]
The processing apparatus is provided with patient image information collected by a modality such as an MRI (magnetic resonance imaging) apparatus or an X-ray CT scanner. Therefore, the processing device processes the detection signal based on the magnetic sensor while referring to the image information to generate and display the image information. A function diagnosis of the living body is performed based on the generation / display information.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
For example, if the measurement site is the heart (chest), the magnetic signal is generated from the entire surface of the chest. Therefore, measuring as many of these signals as possible can improve the S / N and therefore the measurement accuracy. This is desirable from the viewpoint.
[0014]
However, according to the above-described conventional biomagnetic measuring device, since the arrangement intervals of the plurality of SQUID sensors arranged in the dewar are always set to a certain value, the case where the subject has a wide chest area Depending on the area, the number of SQUID sensors that pick up magnetic signals from the heart increases. On the other hand, in the case of a subject with a small chest area, the number of SQUID sensors involved in the detection of magnetic signals from the heart is reduced accordingly, and even the number of SQUID sensors necessary for measurement with an accuracy sufficient for diagnosis can be obtained. It may not be secured. Measurement targets include children as well as adults. Even in adults, the chest area generally differs depending on the sex. That is, in the conventional case, there is a problem that the measurement accuracy varies when the measurement object changes.
[0015]
It is very difficult to prepare a dewar having a plurality of types of sensor arrangement intervals in advance according to the size of the chest area in an actual clinical setting in consideration of operational costs and operational effort. Therefore, depending on the measurement object, even when the measurement accuracy is not sufficient, it was in a situation that it was inevitably accepted.
[0016]
In addition, the conventional measuring apparatus has a problem regarding the shape of the dewar in the magnetocardiogram measurement. In the conventional case, even in the case of measuring a magnetocardiogram, a magnetic signal is detected from the front of the chest using a cylindrical dewar with a flat bottom surface. However, as described above, the magnetic field radiated from the heart extends over the entire circumference of the chest, whereas only the magnetic field on the front surface is measured. For this reason, although there is still room for improvement in terms of magnetic detection and measurement accuracy, no proposal has been made on this point.
[0017]
Object of the present invention
The present invention has been made in view of various unsolved problems of the above-described prior art.
[0018]
Therefore, the present invention provides a variety of examinations with a single device even when the size of the measurement site of the subject varies depending on the type of measurement target, such as adults and children, young and old men and women, and individual differences. It is a first object of the present invention to provide a biomagnetic measuring device that covers a person and can always perform accurate and stable magnetic measurement. In particular, when the measurement site is the heart (chest), this object can be satisfactorily achieved.
[0019]
In addition, the present invention achieves the first object described above, and at the same time, detects as many magnetic signals as possible from the measurement site of the subject as many faces as possible, and S / NratioThe second object is to improve the measurement accuracy (that is, the estimation accuracy of the magnetic field source). In particular, since the heart is generally located to the left of the center of the chest, at least the left chest side surface (part) is added to the measurement range so that this purpose can be reliably achieved.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the various objects described above, the biomagnetic measurement device of the present invention includes a plurality of magnetic sensors for detecting a magnetic signal of a subject and a dewar that houses the magnetic sensor, and the dewar is the test subject. Multiple detection surfaces spatially positioned around the body surface of the personAnd at least a part of the detection surface has a flat surface portion.Forming at least one of the plurality of magnetic sensors between the sensors.Narrow the vicinity of the edge of the detection surface to increase the sensor arrangement densityArranged in the dewarIs.
[0021]
Preferably, the dewar has a shape in which at least two detection surfaces are substantially L-shaped when viewed from the body axis direction of the subject, and the two detection surfaces are formed on the left chest of the subject. It arrange | positions so that a front surface and a side surface may be covered. At this time, the dewar has a curved detection surface that continuously curves and connects the two detection surfaces, and the magnetic sensor is disposed along the curved detection surface. It is desirable to arrange the dewar so that the detection surface covers the body surface between the front and side surfaces of the left chest of the subject.
[0022]
Further, as a preferred example, the plurality of magnetic sensors can be arranged so that the arrangement interval between the plurality of magnetic sensors becomes narrower toward the curved detection surface so that the sensor arrangement density increases. As another preferred example, the plurality of magnetic sensors can be arranged so that only the mutual arrangement interval becomes narrower toward the curved detection surface and the sensor arrangement density is increased.
[0023]
Further, for example, when the dewar is viewed from the body axis direction of the subject, at least three detection surfaces are substantially U-shaped.Or approximately U-shapedThe at least three detection surfaces may be arranged so as to cover at least the front surface, the side surface, and the back surface of the left chest of the subject.
[0024]
Further, it is preferable that each of the plurality of magnetic sensors is formed by a SQUID sensor having a differential direction, and the plurality of SQUID sensors are arranged so that the differential direction faces the same direction on each of the detection surfaces.
[0025]
Further, the magnetic sensor is composed of a SQUID sensor, a cooling source disposed outside the dewar, and a plurality of SQUID sensors disposed in the dewar in a state of being connected to the cooling source. Cooling means for cooling may be provided. In this case, for example, the cooling source is a refrigerator, and the cooling means is a heat pipe connected to the refrigerator.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0027]
First embodiment
1st Embodiment is described based on FIGS. 1-7 and FIGS. 13-15.
[0028]
The biomagnetic measurement apparatus according to this embodiment is an apparatus for measuring a cardiac magnetic field, and is characterized by mounting an L-shaped dewar as its dewar.
[0029]
FIG. 1 shows a schematic configuration of this biomagnetic measuring apparatus. The biomagnetism measuring apparatus includes a bed 1 for laying a subject P in a state where the subject P is usually placed on his back, a
[0030]
Here, in FIG. 1, as a convenient coordinate axis, the length (longitudinal) direction of the top plate 1a of the bed 1, that is, generally the body axis direction of the subject P is the Z axis, and the top and bottom direction of the top plate is The Y axis and the width direction of the top plate are defined as the X axis.
[0031]
The L-shaped
[0032]
Due to the L-shaped curve of the casing (that is, the L-shaped dewar 3), an internal space IS that is also curved in an L-shape is formed inside the casing as viewed from the direction facing the side surface (that is, the Z-axis direction). In this internal space IS, a height (Y-axis) direction space portion ISy, a curved space portion ISc, and a width (X-axis) direction space portion ISx are continuously formed.
[0033]
The casing is entirely formed of an
[0034]
Examples of improvement of the seal portion related to this vacuum heat insulating structure are shown in FIGS. The vacuum heat insulating layer VS and the internal space IS are 10-3While a vacuum of about Torr is formed, the inner side surface of the
[0035]
By making such improvements, heat inflow due to heat radiation is greatly reduced, and the cooling performance of the cooling mechanism can be made smaller. Thereby, since the refrigerator mentioned later can be separated from a dewar and can be installed in the distance, mixing of the magnetic noise resulting from a refrigerator can be reduced. Further, since both the vacuum heat insulating layer VS and the internal space IS only need to be maintained at the same pressure, a structure and work such as providing the inner casing with a sealing property in order to increase the airtightness of the inner casing which is difficult to reach are unnecessary. In spite of the complicated dewar-shaped casing, the assembly is extremely easy. In addition, a structure in which a hole is formed in the inner casing can be employed in order to more easily wire the signal line and to improve support and assembling of the casing and the sensor.
[0036]
The
[0037]
An example of the sensor position by this arrangement is shown in FIG. FIG. 4A shows only the L-shaped
[0038]
Each
[0039]
Since there is a gap between the curved outer diameter sides of the
[0040]
The
[0041]
Drive / processing unit provided in pedestal 45Comprises a unit of a drive circuit 41 and a preprocessor circuit 42. The drive circuit 41 is composed of, for example, a plurality of FLL circuits that drive the
[0042]
The control device 7 includes a bed, a drive circuit41・ Preprocessor circuit42,refrigerator31To control the operation. Control device7Monitor signal (a signal indicating what state the controlled side is in) is transmitted to the analyzer. Analysis device8In the drive circuit41・ Preprocessor circuit42Electrocardiograms and myocardial electrophysiology are analyzed and displayed using sensor signals and monitor signals obtained through.
[0043]
By adopting such a dewar structure, in particular, the dewar portion before and after the curved portion C of the L-shaped
[0044]
Next, an example of a more specific structure of the L-shaped
[0045]
This
[0046]
heat pipe32As an example, as shown in FIG. 5, the pipe has a pipe, a structure (wick) having a large capillary force such as a wire mesh or a porous material on the inner wall side of the pipe, and an operation that enables heat to be transferred to the inside. A liquid (gas) called a liquid is filled under a certain pressure. The wick has a structure in which a groove is cut in the inner wall of the pipe, and the groove can be used. One end of the heat pipe is an evaporation (endothermic) part, and the other end is an agglomeration (heat dissipation) part, and the condensed liquid in the wick is put into the pipe due to the heat obtained from the outside in the evaporation part. Evaporate. The steam with heat moves to the other agglomerated part having a low pressure. Since the vapor | steam which has moved is cooled, it agglomerates in the liquid state to a wick part, and this aggregate liquid returns to an evaporation part again by the capillary force of a wick. In the wick part, the pressure in the evaporation part is lower than that in the aggregation part. Cooling is possible by carrying the endotherm in the evaporation section to the aggregation section through this evaporation and aggregation cycle. In addition, it is a heat insulation part between the evaporation part and the aggregation part, and the thermal gradient is very low.
[0047]
Here is the heat pipe of this principle32Is used for the biomagnetism measuring device, non-magnetic materials are used for both the pipe material and the wick material. Also, the pipe material prevents leakage of internal liquid and gas so as to sufficiently withstand the internal pressure.
[0048]
This heat pipe321 schematically shows the structure of an L-shaped
[0049]
As shown in FIG. 6, the L-shaped
[0050]
The
[0051]
Thus, the
[0052]
On the other hand, each of the
[0053]
One end of a
[0054]
The
[0055]
In the L-shaped
[0056]
Each
[0057]
Further, nitrogen is used as the working fluid of the
[0058]
As described above, in this embodiment, the aggregation portion of the
[0059]
Here, the
[0060]
The sensor arrangement pattern in FIGS. 3B and 3C has a sensor arrangement density (dewar3The number of sensors arranged per unit area) and the coil area of the sensor (the magnetic flux penetration area of the loop coil: sensor area) are both schematically changed. The direction of the change is linear, exponential, or multi-order (higher order) as it proceeds toward the curved portion (corner portion) of the L-shaped
[0061]
Here, the more the transition to the curved portion of the L-shaped
[0062]
This sensor arrangement pattern can be implemented in various types. Examples of this change are shown in FIGS. These figures show a pattern corresponding to the above-described FIG. 3B, that is, a sensor arrangement pattern in a state where the
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Briefly, as shown in FIGS. 8A and 8B, the sensor arrangement density is set to an L-shaped dewar in a state where the coil area of a ketcen type first-order differential type coil or a high-temperature superconducting SQUID is constant.3The denser (larger) is set so as to shift to the curved portion. (A ') and (b') are the arrangements of the sensors shown in (a) and (b) in the multi-order (higher order) differential type. That is, as shown in FIG. 5 (a '), the number of sensor groups in the
[0064]
Further, the sensor arrangement pattern shown in FIGS. 9A and 9B is similar to FIGS. 8A and 8B in that the sensor arrangement density is set to an L-shaped dewar in a state where the coil area is constant.3It is set so densely that it shifts to the curved portion. However, as shown in FIG. 8, the rate of change in the lateral (X-axis) direction is the same at any position in the body axis (Z-axis) direction, and the sensor according to the position in the body axis (Z-axis) direction. The pattern has a different change rate of the array density. 9A and 9B show the sensor arrangement shown in FIGS. 9A and 9B in a multi-order differential type.
[0065]
Furthermore, the sensor arrangement pattern shown in FIGS. 10A and 10B is similar to FIGS. 8A and 8B in that the sensor arrangement density is set to an L-shaped dewar with a constant coil area.3It is set so densely that it shifts to the curved portion. However, the sensor array density changes from sparse to dense toward the predetermined position PS near the curved portion of the L-shaped
[0066]
Therefore, SQUID sensor21L-shaped dewar with a dense array density and a small coil area3Or SQUID sensor21L-shaped dewar in which only the arrangement density of3The heart portion of the subject can be positioned at a position near the curved portion. As a result, the sensor arrangement density is increased immediately above the heart and the spatial resolution is increased. Therefore, the analysis accuracy is also improved.
[0067]
Also sleeper1The upper subject has an L-shaped dewar as described above.3The sensor density near the heart is increased regardless of the body type and physique of the subject, such as a person with a wide chest or a narrow person, by appropriately positioning at a position near the curved portion of the S / N.ratioImprove the subjectPIt is always possible to ensure a high and stable spatial resolution regardless of the body shape.
[0068]
The biomagnetic measurement apparatus according to the present embodiment has various excellent effects as compared with the conventional apparatus.
[0069]
Specifically, first, it is L-shaped when viewed from the direction facing the side surface (Z-axis direction), and the bed.1The dewar structure has a two-dimensional expansion as seen from the vertical direction (Y-axis direction) of the SQUID sensor in the inner space.21By placing the SQUID sensor in a two-dimensional manner on the surface along the body side of the subject P21Is located. Therefore, a dewar structure suitable for cardiac magnetic field measurement is obtained, magnetic signals can be detected simultaneously from the front and chest sides, and the magnetic field from the heart can be collected efficiently. As a result, the number of detected data is larger and the detection can be performed from various directions compared to the case of detecting from the front of the chest or the side of the chest as in the past. To do.
[0070]
In particular, the dewar of the embodiment described above.3Has a curved surface portion on the way from one flat surface portion to the other flat surface portion, and has a structure that follows the body surface of the subject as smoothly as possible, and the curved surface portion also has a two-dimensional SQUID sensor.21Is arranged. Thereby, since a magnetic signal can be measured in the same manner from an oblique portion of the body surface, the magnetic field source analysis accuracy can be further improved.
[0071]
On the other hand, the above-mentioned L-shaped dewar3SQUID sensor while storing liquid refrigerant as before21Unlike the soaking method, heat pipe32, A heat sink attached to the tip, cooling liquid circulating in the wick, and heat pipe32SQUID sensor by the latent heat of vaporization when the refrigerant passing through the wick evaporates21To cool down. As a result, the refrigerant circulation type dewar3Can provide the dewar3Any shape can be chosen. Therefore, Dua3Can be optimized for diagnosis.
[0072]
This L-shaped dewar3The height (thickness) of the heat pipe32, SQUID sensor21And any value that can secure the portion of the heat insulation layer, a compact design as a whole is possible. There is an advantage that it is easy to handle as it is designed to be compact.
[0073]
Also heat pipe32By using this, a large amount of refrigerant is not required at one time, and the amount of evaporation can be suppressed correspondingly, and the operation cost of the apparatus can be reduced. In addition, the storage location of the refrigerant3From this point, Dewa3Can be reduced in size and weight.
[0074]
Furthermore, as described above, the sensor arrangement density and the coil area can be changed to an L-shaped dewar.3The subject was changed as it moved to the curved part of the subject, such as adults and children, men and women of all agesPEven if the size of the subject's chest changes due to differences in the types of individuals or due to individual differences, the measurement site of those various subjects can be assured with a desired number of sensors or more with a single device. Therefore, it is possible to always perform magnetic measurement with high accuracy and stability. In particular, the combination of this effect and the above-described effect of simultaneously detecting the body surface region from the front of the chest to the left side of the chest, the magnetic signal radiated from the measurement site of the subject as many as possible, Moreover, it detects as close to the body surface as possible, and S / NratioThe power is tremendous from the viewpoint of improving measurement accuracy.
[0075]
SQUID sensor21FIG. 11 shows a modification relating to the arrangement in view of the differential direction. When the
[0076]
Second embodiment
A second embodiment will be described with reference to FIG. Constituent elements that are the same as or equivalent to those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
[0077]
This embodiment is characterized by a dewar structure, and is a further development of the dewar structure of the first embodiment.
[0078]
The biomagnetism measuring apparatus according to this embodiment includes a
[0079]
These divided
[0080]
Further, in order to facilitate access to the subject P of the
[0081]
Each of the divided
[0082]
Note that the biomagnetic measuring apparatus according to the second embodiment is also implemented by selecting an appropriate arrangement pattern of the above-described SQUID sensor.
[0083]
As described above, the
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Naturally, the simultaneous change in the arrangement density and coil area of the
[0085]
In each of the above-described embodiments and variations thereof, the case where the subject's magnetic measurement site is the heart has been described. However, this measurement site is not necessarily limited to the heart. Part.
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Further, the dewar is only required to have a detection surface shape that matches the body surface shape of the measurement site as much as possible, and is not necessarily limited to the above-described L-shape or U-shape. These L-shaped and U-shaped can be formed into a deformed curved shape.
[0087]
【The invention's effect】
As described above, according to the biomagnetic measurement apparatus of the present invention, the arrangement pattern (sensor arrangement density, coil area) when arranging a plurality of magnetic sensors formed by SQUID sensors or the like in the dewar is, for example, Since it is configured to change as it reaches the curved detection surface (curved part) of the L-shaped dewar (at least increase the sensor arrangement density), depending on the type of measurement target, such as adults and children, young and old, men and women, Even if the size of the measurement site of the subject changes due to the difference, these various subjects can be covered with a single device, and accurate and stable magnetic measurement can always be performed. In particular, such an effect becomes remarkable when the measurement site is the heart (chest).
[0088]
Further, according to the biomagnetic measuring device of the present invention, in addition to the arrangement of the magnetic sensor having the above-described configuration, the dewar is, for example, L-shaped (or substantially L-shaped) or U-shaped (U). Since it is formed in a shape (substantially U-shaped), the above-mentioned effects are obtained, and at the same time, as many magnetic signals as possible from the measurement site of the subject are detected as many as possible.ratioTo improve the measurement accuracy (that is, the estimation accuracy of the magnetic field source). In particular, since the heart is generally located to the left of the center of the chest, at least the left chest side (part) can be added to the measurement range to increase this effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an overall structure centered on an L-shaped dewar of a biomagnetic measurement apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a series of appearances of an L-shaped dewar.
FIG. 3 is a diagram for explaining an arrangement pattern of SQUID sensors arranged in an L-order dewar.
FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic structure of a first-order differential type SQUID sensor.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the principle of a heat pipe.
FIG. 6 is a partial cross-sectional view for explaining an arrangement state of an L-shaped dewar heat pipe and a SQUID sensor.
FIG. 7 is an explanatory view showing an example of attachment of a SQUID sensor.
FIG. 8 is a diagram schematically showing an example of an arrangement pattern of SQUID sensors.
FIG. 9 is a diagram schematically showing another example of an arrangement pattern of SQUID sensors.
FIG. 10 is a diagram schematically showing still another example of an arrangement pattern of SQUID sensors.
FIG. 11 is a diagram for explaining a method for arranging SQUID sensors in which differential directions are aligned for each detection surface;
FIG. 12 is a configuration diagram showing an overall structure centering on a U-shaped dewar structure of a biomagnetic measurement device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a partial cross-sectional view showing a bonding structure of an outer casing of an L-shaped dewar.
FIG. 14 is a partial cross-sectional view showing a structure for drawing a signal line into an outer casing of an L-shaped dewar.
FIG. 15 is a partial cross-sectional view showing a drawing structure of a heat conduction mechanism such as a heat pipe into an outer casing of an L-shaped dewar.
[Explanation of symbols]
1 sleeper
1N top plate
2 Sensor part
3 L-shaped dewar
3U upper cover
3L lower cover
4 pedestal
5 Drive and processing unit
6 Cooling mechanism
11a, 11b Outer and inner casing
21 SQUID sensor
25 Reference coil group
31 Refrigerator (refrigerant tank)
32, 32S, 32U, 32L heat pipe
54 Connecting hose
55 Vacuum pump
57 Insulation
58 Thermal conductor
62 Connecting member
63 prop
64 arms
66 U-shaped dewar
66S, 66U, 66L Split dewars that form U-shaped dewars
Claims (9)
前記デュワは前記被検者の体表の周りに空間的に位置させる複数の検出面を有するものであって、かつ前記検出面のうち少なくとも一部に平面部を有する形状に形成し、
前記複数の磁気センサの少なくともセンサ相互間の配置間隔を前記検出面の端部近傍において狭くしてセンサ配置密度が大きくなるように前記デュワ内に配置したことを特徴とする生体磁気計測装置。In a biomagnetism measuring apparatus comprising a plurality of magnetic sensors for detecting a magnetic signal of a subject and a dewar that houses the magnetic sensors,
The dewar has a plurality of detection surfaces spatially positioned around the body surface of the subject , and is formed into a shape having a flat portion at least in part of the detection surfaces ,
The biomagnetism measuring apparatus, wherein the plurality of magnetic sensors are arranged in the dewar so that at least the arrangement interval between the sensors is reduced in the vicinity of the end portion of the detection surface and the sensor arrangement density is increased .
前記デュワは前記被検者の体軸方向から見たときに少なくとも2つの検出面が略L字状を成す形状であり、この2つの検出面が前記被検者の左胸部の前面および側面を覆うように配置したことを特徴とする生体磁気計測装置。In the invention of claim 1,
The dewar has a shape in which at least two detection surfaces are substantially L-shaped when viewed from the body axis direction of the subject, and these two detection surfaces cover the front and side surfaces of the left chest of the subject. A biomagnetism measuring device arranged so as to cover.
前記デュワは前記2つの検出面の間を連続的に湾曲して繋ぐ湾曲状の検出面を有し、前記磁気センサをこの湾曲状の検出面に沿って配置し、この湾曲状の検出面が前記被検者の左胸部の前面および側面の間の体表面を覆うように前記デュワを配置したことを特徴とする生体磁気計測装置。In the invention of claim 2,
The dewar has a curved detection surface that continuously curves and connects the two detection surfaces, and the magnetic sensor is disposed along the curved detection surface, and the curved detection surface is The biomagnetism measuring apparatus, wherein the dewar is arranged so as to cover a body surface between a front surface and a side surface of the left chest of the subject.
前記複数の磁気センサは、その相互の配置間隔を前記湾曲状の検出面に至るほど狭くしてセンサ配置密度が大きくなるように配置したことを特徴とする生体磁気計測装置。In the invention of claim 3,
The biomagnetic measuring device, wherein the plurality of magnetic sensors are arranged so that a mutual arrangement interval becomes narrower toward the curved detection surface and a sensor arrangement density is increased.
前記複数の磁気センサは、その相互の配置間隔のみを前記湾曲状の検出面に至るほど狭くしてセンサ配置密度が大きくなるように配置したことを特徴とする生体磁気計測装置。In the invention of claim 3,
The biomagnetic measuring apparatus, wherein the plurality of magnetic sensors are arranged such that only the arrangement interval between the plurality of magnetic sensors reaches the curved detection surface so as to increase the sensor arrangement density.
前記デュワは前記被検者の体軸方向から見たときに少なくとも3つの検出面が略コ字状または略U字状を成す形状であり、この少なくとも3つの検出面が前記被検者の左胸部の少なくとも前面、側面、および背面を覆うように配置したことを特徴とする生体磁気計測装置。In the invention of claim 1,
The dewar has a shape in which at least three detection surfaces are substantially U-shaped or substantially U-shaped when viewed from the body axis direction of the subject, and the at least three detection surfaces are located on the left side of the subject. A biomagnetism measuring device arranged to cover at least the front, side, and back of the chest.
前記複数の磁気センサのそれぞれは微分方向を有するSQUIDセンサで形成し、この複数のSQUIDセンサは前記検出面それぞれにおいてその微分方向が同一方向を向くように配置したことを特徴とする生体磁気計測装置。In the invention of claim 1,
Each of the plurality of magnetic sensors is formed by a SQUID sensor having a differential direction, and the plurality of SQUID sensors are arranged so that the differential directions thereof are directed in the same direction on each of the detection surfaces. .
前記磁気センサはSQUIDセンサで構成する一方、前記デュワの外部に配設された冷却源と、前記デュワの内部に前記冷却源に接続された状態で配設され且つ前記複数のSQUIDセンサを冷却する冷却手段とを備えたことを特徴とする生体磁気計測装置。In the invention of claim 1,
While the magnetic sensor is composed of a SQUID sensor, a cooling source disposed outside the dewar, and a cooling source disposed inside the dewar connected to the cooling source and cooling the plurality of SQUID sensors. A biomagnetism measuring device comprising a cooling means.
前記冷却源は冷凍機であり、前記冷却手段はこの冷凍機に接続されたヒートパイプであることを特徴とする生体磁気計測装置。In the invention of claim 8,
The biomagnetism measuring apparatus, wherein the cooling source is a refrigerator, and the cooling means is a heat pipe connected to the refrigerator.
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