JP4706075B2 - 磁気測定装置および磁気測定方法 - Google Patents
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Description
原宏・栗城真也共著「脳磁気科学、−SQUID計測と医学応用−」オーム社出版局、平成9年1月25日、p.50−51
そこで、本発明の目的は、微弱な磁場信号を増強して測定することが出来る磁気測定装置および磁気測定方法を提供することにある。
上記第1の観点による磁気測定装置では、測定対象部位(P)に存在する磁気発生源が超音波(u)の周波数で振動するため、観測される微弱な磁気信号が増強される。従って、超音波(u)で振動させない場合よりも強い磁気信号を測定することが出来る。
従来のフィルタ法では、脳磁場信号の周波数帯域だけを取り出すための0.1Hz〜300Hzのバンドパスフィルタを用いたり、商用電源に起因する50Hzや60Hzのノイズをカットするノッチフィルタなどを用いている。しかし、0.1Hz〜300Hzの周波数帯域に広がっているノイズ(例えば電子回路のノイズ)を抑制できない問題点がある。また、ノッチフィルタの周波数帯域が脳磁場信号の周波数帯域と重なるため、脳磁場信号の波形を歪ませる問題点がある。
そこで、上記第2の観点による磁気測定装置では、測定対象部位(P)に存在する磁気発生源を超音波(u)の周波数で振動させて微弱な磁気信号を超音波(u)の周波数で変調する。これにより、超音波(u)の周波数が例えば5MHzなら磁気信号の周波数帯域も5MHz近傍へシフトすることになる。一方、電子回路や商用電源は超音波(u)の影響を受けないから、それらに起因するノイズは5MHzよりずっと低い低周波数帯域のままにとどまる。よって、5MHz近傍の周波数帯域を取り出すことにより、ノイズの影響を抑制して微弱な磁場信号を好適に測定することが出来る。
従来のフィルタ法では、脳磁場信号の周波数帯域だけを取り出すための0.1Hz〜300Hzのバンドパスフィルタを用いたり、商用電源に起因する50Hzや60Hzのノイズをカットするノッチフィルタなどを用いている。しかし、0.1Hz〜300Hzの周波数帯域に広がっているノイズ(例えば電子回路のノイズ)を抑制できない問題点がある。また、ノッチフィルタの周波数帯域が脳磁場信号の周波数帯域と重なるため、脳磁場信号の波形を歪ませる問題点がある。
そこで、上記第3の観点による磁気測定装置では、測定対象部位(P)に存在する磁気発生源を超音波(u)の周波数で振動させて微弱な磁気信号を超音波(u)の周波数で変調する。これにより、超音波(u)の周波数が例えば5MHzなら磁気信号の周波数帯域も5MHz近傍へシフトすることになる。一方、電子回路や商用電源は超音波(u)の影響を受けないから、それらに起因するノイズは5MHzよりずっと低い低周波数帯域のままにとどまる。また、仮に超音波(u)の周波数のノイズが存在しても位相が一致する確率は非常に低い。よって、超音波(u)と同一周波数・同一位相の信号(f)と磁気センサ(22)で得た信号(Ss)とを乗算すれば、ノイズの影響を抑制して微弱な磁場信号を好適に測定することが出来る。
従来の加算平均法では、視覚などの感覚を通して脳に刺激を与えている。しかし、例えば肝臓などの臓器に対しては、刺激を与える適当な方法が無いという問題点がある。
そこで、上記第4の観点による磁気測定装置では、超音波パルスが測定対象部位(P)に到達する時間帯域の磁気強度を選択的に測定する。これにより、例えば肝臓などの臓器に対しても、超音波パルスを刺激とする磁場信号を測定することが出来る。
従来の加算平均法では、視覚などの感覚を通して脳に刺激を与えている。しかし、例えば肝臓などの臓器に対しては、刺激を与える適当な方法が無いという問題点がある。
そこで、上記第5の観点による磁気測定装置では、超音波パルスが測定対象部位(P)に到達する時間帯域の磁気強度を選択的に測定することを繰り返して得られたデータを加算平均する。これにより、例えば肝臓などの臓器に対しても、加算平均法を適用することが出来る。
上記第6の観点による磁気測定装置では、観測される微弱な磁気信号が増強されるため、磁気画像(Gm)の画質を向上することが出来る。
上記第6の観点による磁気測定装置では、Bモード超音波画像を作成するのと同様の方法によって磁気画像(Gm)を作成することが出来る。
上記第8の観点による磁気測定装置では、画質を向上した磁気画像(Gm)に加えて、超音波画像(Gu)を得ることが出来る。
上記第9の観点による磁気測定装置では、測定対象部位(P)のどの部分で微弱な磁気信号が発生しているのかを超音波画像(Gu)上で視認することが出来る。
上記第10の観点による磁気測定方法では、例えばガン細胞に付着しやすい物質に結合した磁気マーカーを生体(K)に注入すると、生体(K)の臓器におけるガン細胞の位置や大きさを知ることが出来る。
磁気測定装置100は、生体Kに超音波uを送信する超音波診断装置10と、生体Kで発生した磁場信号を測定する超伝導磁気測定装置20と、超音波プローブ11の3次元位置・姿勢PuおよびSQUIDセンサ部22の3次元位置・姿勢Pmを検出する3次元位置検出装置30と、超伝導磁気測定装置20で撮影した磁気画像Gmと超音波診断装置10で撮影した超音波画像Guとを合成して磁気・超音波画像Gxを作成する画像合成装置40と、磁気画像Gmと超音波画像Guと磁気・超音波画像Gxのいずれかを選択する画像選択スイッチ50と、磁気画像Gmや超音波画像Guや磁気・超音波画像Gxを表示する画像表示装置60とを具備している。
なお、超音波uは、連続波でもよいし、パルス波でもよい。超音波画像Guを作成する場合や、後述する測定時間帯域Btを設ける場合は、パルス波とする。
ノイズは、低周波数帯域では電子回路や商用電源に起因するノイズが含まれるため強くなり、高周波帯域では白色ノイズだけになるため弱くなるような周波数特性Nfを有している。
一方、磁気強度測定部23では、例えばバンドパスフィルタを用いて、超音波uの周波数Fu近傍を測定周波数帯域Bfとしている。
従って、測定対象部位Pから発生する微弱な磁気信号を、ノイズの影響を抑制して、好適に測定することが出来る。
観測される微弱な磁気信号は、超音波プローブ11から送信時刻tsに発射した超音波パルスが遅延時間τ後に測定対象部位Pに到達すると増強され、その後、元の強度に戻るような時間変化Dtを示している。
一方、磁気強度測定部23では、例えばタイミング回路を用いて、超音波パルスの送信時刻tsから遅延時間τ後の数秒間を測定時間帯域Btとしている。
従って、超音波パルスを刺激として、加算平均法を適用することが可能になる。
この磁気画像Gmでは、磁気発生源Mfがあることからガン細胞が存在していることが判る。
この超音波画像Guでは、臓器の形状が判る。
この磁気・超音波画像Gxでは、臓器のどの部分に磁気発生源Mfすなわちガン細胞が存在しているか、どの程度の大きさかなどが判る。
(1)超音波uで振動させない場合よりも強い磁気信号を測定することが出来る。
(2)ノイズの影響を抑制して微弱な磁場信号を測定することが出来る。
(3)超音波パルスを刺激とする磁場信号を測定することが出来る。
(4)例えば肝臓などの臓器に対しても加算平均法を適用することが出来る。
(5)磁気画像Gmの画質を向上することが出来る。
(6)超音波画像Guも得ることが出来る。
(7)どの部分で微弱な磁気信号が発生しているのかを超音波画像Gu上で視認することが出来る。
(8)例えばガン細胞に付着しやすい物質に結合した磁気マーカーを生体Kに注入すると、ガン細胞の位置や大きさを知ることが出来る。
この磁気測定装置200は、実施例1に係る磁気測定装置100と基本的に同じ構成であるが、磁気強度測定部23の構成が異なっている。
タイミング回路233は、図3に示す測定時間帯域Btの期間だけスイッチ232を実線の接続とし、他の期間は破線の接続とする。従って、図3に示す測定時間帯域Btの期間は、超音波プローブ11から送信する超音波uと同一周波数・同一位相の信号fが乗算器231に入力され、他の期間は「0」が乗算器231に入力される。
乗算器231は、測定時間帯域Btの期間は、超音波プローブ11から送信する超音波uと同一周波数・同一位相の信号fとSQUIDセンサ部22で得た信号Ssとを乗算した積信号を出力信号Sdとして出力し、他の期間は「0」を出力信号Sdとして出力する。
磁気測定装置300は、生体Kに超音波パルスpを送信する超音波診断装置10と、生体Kで発生した磁場信号を測定する超伝導磁気測定装置25と、超音波パルスpの送信時刻tsからの経過時間τと超音波パルスpの送信方向θと磁気信号強度とに基づいて磁気画像Gmを作成する磁気画像作成装置70と、磁気画像作成装置70で作成した磁気画像Gmと超音波診断装置10で撮影した超音波画像Guとを合成して磁気・超音波画像Gxを作成する画像合成装置45と、磁気画像Gmと超音波画像Guと磁気・超音波画像Gxのいずれかを選択する画像選択スイッチ50と、磁気画像Gmや超音波画像Guや磁気・超音波画像Gxを表示する画像表示装置60とを具備している。
超音波パルスpの送信時刻tsから経過時間τ×2の超音波エコー強度は、超音波パルスpが時間τで到達した部位の密度情報を表している。これは、超音波エコー信号を反射する部位の密度が高いほど強く反射するからである。但し、超音波は進行中に減衰するため、平均的には、超音波パルスpの送信時刻tsから経過時間に応じて超音波エコー強度は小さくなる。超音波パルスpの送信方向θと超音波パルスpの送信時刻tsからの経過時間τと超音波エコー強度とから、図12の(a)に示す如きBモード超音波画像Guを作成する方法は公知である。
超音波パルスpの送信時刻tsから経過時間τに観測される磁気強度は、超音波パルスpが時間τで到達した部位の磁気情報を表している。これは、超音波パルスpにより振動させられた部位に存在する磁気発生源からの磁気信号が、他の磁気発生源からの磁気信号よりも増強されて観測されるからである。そこで、Bモード超音波画像を作成方法と同様に、超音波パルスpの送信方向θに、超音波パルスpの送信時刻tsからの経過時間τの順に観測された磁気強度を並べることを、電子走査による異なる多数の送信方向θについて行うことで、図12の(b)に示す如き磁気画像Guを作成することが出来る。
20,25 超伝導磁気測定装置
30 3次元位置検出装置
40,45 画像合成装置
50 画像切替スイッチ
60 画像表示装置
70 磁気画像作成装置
100,200,300 磁気測定装置
231 乗算器
Claims (8)
- 測定対象部位(P)に超音波(u)を送信するための超音波送信手段(10)と、前記測定対象部位(P)に超音波(u)を送信した時の磁気強度を測定するための磁気強度測定手段(20)とを具備し、前記磁気強度測定手段(20)は、送信する超音波(u)と同一周波数・同一位相の信号(f)と磁気センサ(22)で得た信号(Ss)とを乗算する乗算手段(231)を含むことを特徴とする磁気測定装置。
- 請求項1に記載の磁気測定装置において、前記超音波送信手段(10)は超音波パルスを送信し、前記磁気強度測定手段(20)は、前記超音波パルスが前記測定対象部位(P)に到達する時間帯域の磁気強度を選択的に測定することを特徴とする磁気測定装置。
- 請求項2に記載の磁気測定装置において、前記超音波送信手段(10)は超音波パルスを送信することを複数回繰り返し、前記磁気強度測定手段(20)は、前記超音波パルスが前記測定対象部位(P)に到達する時間帯域の磁気強度を選択的に測定することを複数回繰り返して得られたデータを加算平均することを特徴とする磁気測定装置。
- 請求項1から請求項3のいずれかに記載の磁気測定装置において、前記磁気強度測定手段(20)が、複数のSQUID(21)により磁気を測定し磁気画像(Gm)を出力する超伝導磁気測定装置(20)であることを特徴とする磁気測定装置。
- 請求項1から請求項4のいずれかに記載の磁気測定装置において、前記超音波送信手段(10)は2次元領域をカバーするように超音波ビームの位置を変えて超音波パルスを送信すると共に、前記超音波ビームの位置と前記超音波パルスを送信した後の磁気強度の時間変化とから磁気画像(Gm)を作成する磁気画像作成手段(70)を具備したことを特徴とする磁気測定装置。
- 請求項4または請求項5に記載の磁気測定装置において、前記超音波送信手段(10)が、超音波(u)の送信に対応して受信した超音波エコーから超音波画像(Gu)を出力する超音波診断装置(10)であることを特徴とする磁気測定装置。
- 請求項5または請求項6に記載の磁気測定装置において、前記磁気画像(Gm)と前記超音波画像(Gu)とを合成した磁気・超音波画像(Gx)を作成する画像合成手段(40)を具備したことを特徴とする磁気測定装置。
- 請求項1から請求項7のいずれかに記載の磁気測定装置を用いて、磁気マーカーを注入した生体(K)の臓器を前記測定対象部位(P)として、磁気を測定することを特徴とする磁気測定方法。
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