JP4857049B2 - デュワおよびそれを備えた生体磁気計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、センサ等を冷却するデュワに係り、特に被検者の心臓や脳などから発生する微弱な磁気信号を計測するＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device：超伝導量子干渉素子）磁束計を冷却するに好適なデュワ、及びそれを備えた生体磁気計測装置に関する。

従来、生体磁場計測におけるデュワは、ＳＱＵＩＤ磁気センサを冷やすために、内部は液体ヘリウムまたは液体窒素で満たされているが、真空層を挟んだ断熱二重容器により周りからの侵入熱を抑え、極低温液体である液体ヘリウムや液体窒素の蒸発量を抑えている。しかし、デュワ上面部は周りからの侵入熱によって蒸発したヘリウムガスを排出するための排気管が設けてあり、そのため蒸発したヘリウムガスが上面蓋を冷やし、外気との温度差により結露が発生する場合がある。

特許文献１では、その結露を抑えるために、上面蓋をヒータ加熱手段によって温めて、結露を防止している手段が開示されている。

特開２００２−２６１３３８号公報

特許文献１記載の技術では、ヒータ加熱手段が必要なため、加熱し過ぎないように安全装置を設けたり、また、常にヒータ加熱手段に電流を流しつづけるために、電流による磁気ノイズの影響がでないように、高い周波数の電流源を用いたりしてシステムが大掛かりになってしまうという問題点があった。

本発明の目的は、簡単な構造でデュワ上部蓋の結露を防止する手段を有するデュワ及びそれを備えた生体磁気計測装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の構成は以下の通りである。

超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）を有する磁気センサを冷却するための冷媒を保持するデュワであって、該デュワの上部蓋を気密に覆うカバーを備えたことを特徴とするデュワ。

該カバーはデュワに保持された液体ヘリウムが気化したヘリウムガスが外部に漏れないように気密に保持できるものであればどのような形状の物でも良い。最も簡単には、デュワ上部蓋の周囲にビニールなどの高分子フィルムで形成された袋の端部を接着したもので良い。

従来、液体ヘリウムなどの冷媒が入った生体磁気計測用デュワにおいて、蒸発した冷媒の冷気によってデュワ上部蓋の部分が冷やされ、夏場などの湿度の高い環境下では結露しやすく、その結露した水滴がデュワ下に横たわっている被験者に滴下してしまう可能性があるという問題があったが、上記に示した本発明によれば、デュワ上部蓋の結露防止を施した生体磁気計測システム用デュワを簡便かつ安価に提供することができる。

本発明の一実施例を図を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例である生体磁気計測装置の構成を示す図である。図１に示すように磁気シールドルーム１１内には、被験者１７が横になるベッド１４と複数個（複数チャンネル）の磁気センサおよび磁気センサを超伝導状態に保持するための冷媒（液体ヘリウムまたは液体窒素）が貯蔵されたデュワ１２と、デュワ１２を機械的に保持するガントリ１３が配置されている。被験者１７の測定部位を、該磁気センサの配置されているデュワ１２の底面部に近づけるため、ベッド１４は可動式である。あるいは、ガントリ１３が可動式であってもよいし、ベッド１４とガントリ１３の両者が可動式であってもよい。磁気シールドルーム１１の外部にはＳＱＵＩＤ磁束計動作回路や、計測した生体磁気信号を増幅するアンプ回路および、ノイズ成分を除去するフィルタ回路などが入った電子回路ユニット１５と、データ取り込みおよびデータ解析用コンピュータ１６と、が配置されている。

磁気センサによって検出された生体磁気信号は、電子回路ユニット１５のアンプ回路により増幅され、かつ設定周波数より低い周波数信号を通過させるローパスフィルタや設定周波数より高い周波数信号を通過させるハイパスフィルタ、商用電源周波数だけをカットするノッチフィルタなどの信号処理を経た後、データ解析用コンピュータ１６に生データとして取り込まれる。また、データ解析用コンピュータ１６は、取り込んだ生データを生データファイルに格納し、波形を画面表示したり、また波形の信号処理などを行い、表示することもできる。

図２は、本発明の実施例であるデュワ形状を示した図である。

図２において、デュワ１２の内部底面には、複数本の磁気センサ２２が配置されている。また、デュワ１２の内部には磁気センサ２２を超伝導状態に保持するための液体ヘリウムや液体窒素などの冷媒２３で満たされている。管状の２４は、冷媒をデュワ内に補充するための管であり、内部まで伸びている。また、極低温の液体が冷えたまま中を通れるように、真空層をもつ断熱二重管になっている。そのため、管の表面は、内部の冷気によって冷やされることはないため結露することはない。

管状の蒸発ガス排気管２５は、デュワ内部の冷媒２３が蒸発したガス２６を排出するための管である。蒸発したガス２６は、まだ低温であるため、蒸発したガス２６（冷気）によってデュワ上部蓋２７は冷やされる。そのため、デュワ上部蓋２７の周りの外気温度との差により、結露する場合がある。特に、夏場などの湿度の高い環境下では結露しやすい。

管状の蒸発ガス排気管２５は、冷媒補充管２４と同様に真空層をもつ断熱二重管になっているため、管の表面は、冷やされず結露することはない。

上記デュワにおいて、デュワ上部蓋２７の周りを覆うように、ヘリウムガスで満たされたバック２８をもつ構造にすることで、デュワ上部蓋２７の周りには結露する気体がないため、デュワ上部蓋２７は結露しない。ここでは、バック２８の中に満たされる気体としてデュワ内に保持された液体ヘリウムが気化したヘリウムガスを挙げているが、窒素ガス等、結露しないガス（融点がマイナス２０℃以下）を別に供給できる構造を備えていても良い。その場合、バック２８の中のヘリウムガス補充は、ガス吸入口２９から行う。

本発明の結露防止構造は、電気的なヒータ加熱手段とは異なるため、生体磁気計測における電気的なノイズの影響は全く無く、かつ構造的に簡便で安価に構築できるという利点がある。バックは、高分子フィルムからなる袋状の物（不定形）でも良いし、プラスチックなどで形成されたドーム状のもの（外形は固定）でも良い。

図３は、もし万が一、バック２８の中のヘリウムガスが漏れ、中に空気が混入してデュワ上部蓋が結露してしまった場合の安全対策構造を示した図である。

デュワ上部蓋に結露した水滴は、デュワ上部の周りを段差で囲った３１により、デュワ上部から水滴がこぼれ落ちてデュワ直下の被験者１７（図１）に水滴がかかることはない。

また、デュワ上部に溜まった水滴は、管３２を通って、排水用タンク３３に流れ落ち溜まる。

本発明の実施例である生体磁気計測装置の構成を示した図である。 本発明の実施例である請求項１のデュワ形状を立体図で示した図である。 本発明の実施例である請求項１のデュワ形状を立体図で示した図である。

符号の説明

１１…磁気シールドルーム、１２…デュワ、１３…ガントリ（デュワを支える支柱）、１４…ベッド、１５…電子回路ユニット、１６…コンピュータ、１７…被験者、２２…
ＳＱＵＩＤを有する磁気センサ、２３…冷媒（液体ヘリウム等）、２４…冷媒補充管、
２５…蒸発ガス排気管、２６…蒸発ガス（ヘリウムガス等）、２７…デュワ上部蓋、２８…ヘリウムガス等で満たされたバック、２９…ガス吸入口、３１…デュワ上部を囲った段差、３２…管、３３…排水用タンク。

Claims (4)

1. 超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）を有する磁気センサを冷却するための冷媒を保持するデュワであって、
   該デュワの上部蓋を気密に覆うカバーと、
   該デュワの上部蓋の周囲を囲う壁を持ち、
   前記カバー内にヘリウムガスを供給するガス供給手段を有し、更に該壁の内側にたまった水を排水する管と、
   該管に接続された貯水タンクと、
   を備えたことを特徴とするデュワ。
   
   
   
2. 請求項１記載のデュワにおいて、
   前記カバーは高分子材料からなることを特徴とするデュワ。
3. 請求項１記載のデュワにおいて、
   前記カバーは、デュワの上部蓋の周囲に気密的に接続され、それ以外の部位は不定形であることを特徴とするデュワ。
4. 請求項１〜４のいずれかに記載のデュワを備えた生体磁気計測装置。

Images