JP5712640B2 - Magnetic measuring device and biomagnetic measuring method - Google Patents

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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Description

本発明は、脳磁計測に代表される生体などの磁気計測のための装置および方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and a method for magnetic measurement of a living body represented by magnetoencephalography.

従来から、前記脳磁計測に代表される生体磁気計測では、微弱な磁場を検出する高感度磁気センサであるSQUID(Superconducting QUantum Interference Device:超伝導磁束量子干渉計)が用いられていた。その概略的な測定メカニズムは、位相の異なる超伝導体を障壁層を介して接合(Josephson接合)すると、それらの超伝導体間にトンネル電流が流れ、そのトンネル電流は、接合面内を貫く磁束が磁束量子の整数倍のとき弱め合い、それ以外のとき強め合うというFraunhofer型の量子干渉効果を利用するものである。このような性質をJosephson効果と称し、1個以上のJosephson接合を超伝導ループでつないだデバイスを、前記SQUIDと称する。   Conventionally, in biomagnetic measurements represented by the above-mentioned magnetoencephalography, a SQUID (Superconducting Quantum Interference Device), which is a highly sensitive magnetic sensor that detects a weak magnetic field, has been used. The rough measurement mechanism is that when superconductors with different phases are joined via a barrier layer (Josephson junction), a tunnel current flows between the superconductors, and the tunnel current is a magnetic flux penetrating the junction surface. It uses the Fraunhofer-type quantum interference effect, which is weakened when is an integral multiple of the flux quantum and strengthened at other times. Such a property is called the Josephson effect, and a device in which one or more Josephson junctions are connected by a superconducting loop is called the SQUID.

そして、現在のところ実用化されているほとんどのSQUID素子はニオブ(Nb)で作られており、SQUID素子として働かせるためにはこのニオブを上述のように超伝導状態にする必要があり、ニオブの超伝導転移温度が9.2Kであることから、液体ヘリウムでの冷却が必要となる。その為、実際の測定に際しては、ポットに液体ヘリウムを循環させて10K程の低温に冷却する一方、そのポットの底にある凹面内には前記SQUID素子を多数並べて固定しておき、その凹面に被験者の頭を入れて測定に供している。   Most of the SQUID elements currently in practical use are made of niobium (Nb), and in order to work as a SQUID element, it is necessary to make this niobium into a superconducting state as described above. Since the superconducting transition temperature is 9.2K, cooling with liquid helium is required. Therefore, in actual measurement, liquid helium is circulated through the pot and cooled to a low temperature of about 10K, while a large number of the SQUID elements are arranged and fixed in the concave surface at the bottom of the pot. The subject's head is put in for measurement.

このようなSQUIDセンサおよびそれを用いた脳磁計測装置として、特許文献1〜5などが提案されている。特に特許文献1で示されるように、SQUIDは、液体ヘリウムによる冷却のため、冷凍機等、磁気センサ以外の付帯設備が多く、装置が高価であるとともに、スペースも嵩み、しかも高価なヘリウムガスが蒸散で消耗するので、ランニングコストも大変高いといった問題がある。また、前記Josephson素子の故障時には、一旦前記液体ヘリウムの抜き取りが必要になるなど、メンテナンスの負担も大きい。   Patent documents 1-5 etc. are proposed as such a SQUID sensor and a magnetoencephalography measuring device using the same. In particular, as shown in Patent Document 1, SQUID is cooled by liquid helium, so there are many incidental facilities other than a magnetic sensor such as a refrigerator, the apparatus is expensive, the space is bulky, and expensive helium gas There is a problem that the running cost is very high because the water is consumed by transpiration. In addition, when the Josephson element fails, the maintenance burden is heavy, such as the need to remove the liquid helium once.

また、センサ部分の構造としては、被検者の頭に柔軟に沿う構造ではなく、単に硬い凹面部に頭を入れるだけの構造であるので、頭皮と凹面とは密着できず、隙間を生じる。しかも、凹面に頭が密着したとしても、冷却されているセンサと頭部との断熱のために、3〜4cmもの断熱層の厚みがあり、その分、SQUIDセンサは被検査部位から離れる。したがって、SQUIDセンサは、単体では磁場感度が高いにも関わらず、被検査部位から離れて配置されているためにセンサに入る磁場が弱くなり、かつ、隣接する磁場が交錯して1つのSQUIDに入力されるので、計測における位置分解能が大きく低下するという問題がある。また、計測毎に姿勢が変ったり、計測中に体動があると、脳とSQUIDセンサとの位置関係が変ってしまい、大きな計測誤差の発生要因となるので、被験者に静止を要求するという問題もある。   In addition, the structure of the sensor portion is not a structure that flexibly follows the subject's head, but is simply a structure in which the head is put into a hard concave surface portion, so that the scalp and the concave surface cannot be in close contact with each other, and a gap is generated. Moreover, even if the head is in close contact with the concave surface, the heat insulation layer has a thickness of 3 to 4 cm for heat insulation between the cooled sensor and the head, and the SQUID sensor is separated from the site to be inspected accordingly. Therefore, although the SQUID sensor alone is high in magnetic field sensitivity, the SQUID sensor is arranged away from the region to be inspected, so the magnetic field entering the sensor becomes weak, and adjacent magnetic fields intersect to form one SQUID. Since it is input, there is a problem that the position resolution in measurement is greatly reduced. In addition, if the posture changes for each measurement or if there is body movement during measurement, the positional relationship between the brain and the SQUID sensor changes, causing a large measurement error. There is also.

一方、常温で微弱な磁気計測の可能なMI(磁気インピーダンス)素子を用いた心磁界計測の例が、非特許文献1で示されている。このような手法を用いると、センサの冷却が不要となるので、SQUIDのような制約がなくなり、直接人体にこれらの素子を密着させることが可能になる。密着することで位置ずれを回避でき、位置分解能の向上が達成され、かつ断熱層が不要になることから、近接しての測定が可能になり、隣接する磁場が交差する前の、より位置分解能の高い状態でかつ強い磁場での計測も可能となる。こうして、測定装置の分解能の向上を達成することができる。   On the other hand, Non-Patent Document 1 shows an example of an electrocardiogram measurement using an MI (magnetic impedance) element capable of performing weak magnetic measurement at room temperature. When such a method is used, it is not necessary to cool the sensor, so there is no restriction such as SQUID, and these elements can be brought into close contact with the human body directly. Close contact avoids misalignment, improves position resolution, and eliminates the need for a heat insulating layer, enabling close-up measurements and more positional resolution before adjacent magnetic fields intersect. Measurement with a high magnetic field and a strong magnetic field is also possible. In this way, an improvement in the resolution of the measuring device can be achieved.

特開2000−193364号公報JP 2000-193364 A 特開2004−65605号公報JP 2004-65605 A 特開2007−17248号公報JP 2007-17248 A 特開平2−40578号公報JP-A-2-40578 特開平3−1839号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-1839

”A Measurement of Magnetocardiogram(MCG) by Planar Type Sensor using CoNbZr FILM”Y.Ohtomo,S.Yabukami,K.Kato,T.Ozwa and I,Arai(Journal of Magnetics Society of Japan Vol.33,No.3,2009)“A Measurement of Magnetocardiogram (MCG) by Planar Type Sensor using CoNbZr FILM” Y.Ohtomo, S. Yabukami, K. Kato, T. Ozwa and I, Arai (Journal of Magnetics Society of Japan Vol.33, No.3, 2009)

しかしながら、上述の従来技術では、磁気センサの生体との密着性は向上するものの、複数の磁気センサは、SQUIDのように固定化されたセンサではなく、測定の度に生体に被着されるので、毎回正確に同じ位置に被着できるとは限らないという問題がある。そこで各磁気センサの位置関係にずれが生じると、磁気発生源を特定する際に大きな影響(誤差)を与えることになる。   However, in the above-described prior art, although the magnetic sensor has improved adhesion to the living body, the plurality of magnetic sensors are not fixed sensors as in the SQUID, and are attached to the living body at every measurement. There is a problem that it is not always possible to deposit at the same position exactly every time. Therefore, if a deviation occurs in the positional relationship between the magnetic sensors, a large influence (error) is given when the magnetic generation source is specified.

すなわち、たとえば図19(a)で示すように、1つの磁気発生源501を、2つのセンサユニット502,503で検出する場合、センサユニット502,503の被着位置が規定の位置からずれていると、図19(b)で示すように、個別の磁気発生源501a,501b、すなわち一方をゴーストのように捉えてしまう。前記センサユニット502,503は、アレイ状に配列された多数の磁気センサ504から成る。   That is, for example, as shown in FIG. 19A, when one magnetic generation source 501 is detected by two sensor units 502 and 503, the attachment positions of the sensor units 502 and 503 are deviated from the prescribed positions. Then, as shown in FIG. 19B, the individual magnetism generation sources 501a and 501b, that is, one of them is caught like a ghost. The sensor units 502 and 503 include a large number of magnetic sensors 504 arranged in an array.

詳しくは、磁気センサは被験者の頭部の各方向に立体的に配置されているので、各磁気センサが貼付いている頭皮付近からの信号の分布だけでなく、より深い位置から出てくる信号を検知するが、その磁気センサの位置関係が間違って設定されると、磁気計測結果としては、深さ方向を始め、前記磁気発生源501の位置が誤って導出され、前記ゴーストとして誤った解析結果をもたらす原因となる。また、磁気発生源501の深さ方向が浅くとも、磁気センサの真下方向以外からの磁気信号を解析する際にも、位置情報がないと誤った解析結果をもたらす。   Specifically, since the magnetic sensor is three-dimensionally arranged in each direction of the subject's head, not only the signal distribution from the vicinity of the scalp to which each magnetic sensor is attached, but also a signal coming from a deeper position. If the positional relationship of the magnetic sensor is detected incorrectly, the magnetic measurement results include the depth direction, the position of the magnetic source 501 is erroneously derived, and the analysis result is incorrect as the ghost. Cause. Even if the depth direction of the magnetic generation source 501 is shallow, when analyzing magnetic signals from directions other than the direction directly below the magnetic sensor, there is an erroneous analysis result if there is no position information.

本発明の目的は、磁気センサの位置ずれによるゴーストの発生を抑え、高精度な磁気解析を行うことができる磁気計測装置および生体磁気計測方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a magnetic measurement device and a biomagnetic measurement method capable of suppressing the generation of a ghost due to a positional deviation of a magnetic sensor and performing highly accurate magnetic analysis.

本発明の磁気計測装置は、測定対象に被着され、各磁気センサ間の位置が固定されていない複数の磁気センサと、前記測定対象に被着された各磁気センサ間の相対位置関係を計測する3次元計測装置と、前記3次元計測装置によって得られた各磁気センサ間の相対位置関係に基いて、前記各磁気センサの計測結果を磁場解析することで、前記測定対象内に生じた微弱電流に関する情報を収集する計測装置本体とを含み、前記磁気センサは、強磁性体を用い、相互に等しい一対の磁気検出素子と、出力端とを有する磁気センサであって、前記一対の磁気検出素子は、その磁化容易軸の方向が検出磁束に対して直交し、かつ互いの磁化容易軸が直交するように、前記検出磁束の方向に互いに間隔を開けて配置され、前記出力端は、前記一対の磁気検出素子の検出結果の差分を得ることを特徴とする。 The magnetic measurement device of the present invention measures a relative positional relationship between a plurality of magnetic sensors that are attached to a measurement target and whose positions between the magnetic sensors are not fixed, and each of the magnetic sensors attached to the measurement target. And a weak magnetic field generated in the measurement object by performing magnetic field analysis on the measurement result of each magnetic sensor based on the relative positional relationship between the three-dimensional measurement device and each magnetic sensor obtained by the three-dimensional measurement device. A measuring device main body that collects information about current, wherein the magnetic sensor is a magnetic sensor that uses a ferromagnetic material and has a pair of magnetic detection elements that are equal to each other and an output end. The elements are arranged spaced apart from each other in the direction of the detected magnetic flux such that the direction of the easy axis of magnetization is perpendicular to the detected magnetic flux and the mutual easy axes of magnetization are orthogonal to each other, and the output end is Pair of magnetism Wherein the output obtained a difference between the detection result of the device.

上記の構成によれば、生体などの測定対象内に生じた微弱電流に関する情報を収集するために、前記磁気センサには、たとえばTMR(トンネル磁気抵抗)素子、GMR(巨大磁気抵抗)素子、或いはMI(磁気インピーダンス)素子などの冷却無し或いは簡易な冷却のみで、前記微弱電流による磁界を計測できる磁気センサが用いられ、その磁気センサが前記測定対象に複数被着され、計測装置本体で前記各磁気センサの計測結果を磁場解析することで、前記測定対象内に生じた微弱電流に関する情報(磁場(微弱電流)の発生源の分布状況)が収集(描画)される。   According to said structure, in order to collect the information regarding the weak electric current which generate | occur | produced in measurement objects, such as a biological body, the said magnetic sensor has a TMR (tunnel magnetoresistive) element, a GMR (giant magnetoresistive) element, or A magnetic sensor capable of measuring a magnetic field due to the weak current is used without cooling or simple cooling of an MI (magnetic impedance) element or the like, and a plurality of the magnetic sensors are attached to the measurement object. By performing magnetic field analysis on the measurement result of the magnetic sensor, information (distribution status of the generation source of the magnetic field (weak current)) regarding the weak current generated in the measurement target is collected (drawn).

そして、磁気計測の前または後に、前記測定対象に被着された各磁気センサ間の相対位置関係が3次元計測装置で計測され、該3次元計測装置によって得られた各磁気センサ間の相対位置関係に基いて、前記各磁気センサの計測結果が磁場解析される。   And before or after the magnetic measurement, the relative positional relationship between the magnetic sensors attached to the measurement object is measured by the three-dimensional measuring device, and the relative position between the magnetic sensors obtained by the three-dimensional measuring device. Based on the relationship, the magnetic sensor analyzes the measurement results of the magnetic sensors.

これによって、解析結果として得られる、たとえば前記測定対象が生体の場合の脳磁図や心磁図に、位置ずれによるゴーストの発生を抑え、高精度な解析を行うことができる。
又、生体内に生じた微弱電流などによる微弱な磁束を計測する磁気センサにおいて、常温域で計測が可能な、たとえばTMR(トンネル磁気抵抗)素子、或いはMI(磁気インピーダンス)素子などの強磁性体を用いる磁気検出素子を、2つを一対で使用する。そして、その2つの磁気検出素子が、検出磁束の方向(生体の場合、生体表面から遠去かる方向)に互いに間隔を開けて積層され、前記検出磁束に対して磁化容易軸の方向が略直交しており、かつ互いの磁化容易軸が直交するように配置される。すなわち、生体の場合、該生体の内部で発生された検出磁束は、生体表面に対して略垂直に外部に放射され、前記磁気検出素子の磁化容易軸は、前記生体表面と平行に設けられることになる。ただし、前記2つの磁気検出素子の磁化容易軸は、前記生体表面と平行な面内で、互いに直交するように設けられる。一方、該磁気センサの出力としては、前記2つの磁気検出素子の検出結果の差分を取る。
ここで、前記生体等、微弱な磁束の発生源が発生する検出磁束は、その表面から比較的近い位置で磁束のループを形成し、表面から比較的近い方の磁気検出素子は通過しても、前記ループによって比較的遠い方の磁気検出素子を通過する磁束の割合が少なくなる。これに対して、地磁気や環境磁場などの生体外の環境などによる比較的大きな磁束(ノイズ)は、前記2つの磁気検出素子を、ほぼ共通に通過する。したがって、前記2つの磁気検出素子の検出結果の差分を取ることで、入力初段で環境磁場(ノイズ)を効率良く低減してSN比を向上することができる。こうして、強磁性体を用いた常温磁気検出素子から成る該磁気センサでは、低コストかつ高感度に、微弱な磁束を測定することができる。また、外部磁界のシールドも不要或いは簡素化することができ、前記SQUIDのような部屋全体を磁気シールドする構成に比べて、コストやスペースを格段に削減することができる。
As a result, for example, in the magnetoencephalogram or magnetocardiogram obtained as an analysis result when the measurement target is a living body, it is possible to suppress the generation of a ghost due to displacement and perform a highly accurate analysis.
Further, in a magnetic sensor for measuring a weak magnetic flux caused by a weak current generated in a living body, a ferromagnetic material such as a TMR (tunnel magnetoresistance) element or an MI (magnetic impedance) element that can be measured in a normal temperature range. Two magnetic detection elements using are used in pairs. The two magnetic detection elements are stacked with a gap therebetween in the direction of the detected magnetic flux (in the case of a living body, the direction away from the surface of the living body), and the direction of the easy magnetization axis is substantially orthogonal to the detected magnetic flux. And are arranged so that their easy magnetization axes are orthogonal to each other. That is, in the case of a living body, the detected magnetic flux generated inside the living body is radiated to the outside substantially perpendicular to the surface of the living body, and the easy axis of magnetization of the magnetic detection element is provided parallel to the surface of the living body. become. However, the easy magnetization axes of the two magnetic detection elements are provided so as to be orthogonal to each other in a plane parallel to the biological surface. On the other hand, as the output of the magnetic sensor, the difference between the detection results of the two magnetic detection elements is taken.
Here, the detection magnetic flux generated by the weak magnetic flux source such as the living body forms a magnetic flux loop at a position relatively close to the surface, and the magnetic detection element relatively close to the surface passes through. The ratio of the magnetic flux passing through the relatively far magnetic detecting element is reduced by the loop. On the other hand, a relatively large magnetic flux (noise) due to an environment outside the living body such as geomagnetism and environmental magnetic field passes through the two magnetic detection elements almost in common. Therefore, by taking the difference between the detection results of the two magnetic detection elements, it is possible to efficiently reduce the environmental magnetic field (noise) at the first input stage and improve the SN ratio. Thus, the magnetic sensor including the room temperature magnetic detection element using the ferromagnetic material can measure a weak magnetic flux with low cost and high sensitivity. Further, the shielding of the external magnetic field can be eliminated or simplified, and the cost and space can be significantly reduced as compared with the configuration in which the entire room is magnetically shielded such as the SQUID.

また、本発明の磁気計測装置では、前記測定対象を生体とすることで、前記脳磁図や心磁図を作成する。そして、その生体の3次元断層画像を撮影する断層撮影装置をさらに備え、前記計測装置本体は、前記断層撮影装置によって得られた前記3次元断層画像における特徴点と、前記3次元計測装置によって得られた特徴点とを一致させることで、該計測装置本体によって得られた前記微弱電流に関する情報を、前記断層撮影装置によって得られた3次元断層画像に合成することを特徴とする。   In the magnetic measurement device of the present invention, the magnetoencephalogram or magnetocardiogram is created by using the measurement object as a living body. The apparatus further includes a tomographic apparatus that captures a three-dimensional tomographic image of the living body, and the measurement apparatus main body is obtained by the feature points in the three-dimensional tomographic image obtained by the tomographic apparatus and the three-dimensional measurement apparatus. By matching the obtained feature points, the information on the weak current obtained by the measurement apparatus main body is synthesized with the three-dimensional tomographic image obtained by the tomography apparatus.

さらにまた、本発明の生体磁気計測方法は、生体内に生じた微弱電流に関する情報を収集する生体磁気計測方法において、断層撮影装置によって前記生体の3次元断層画像を撮像し、その撮像画像から特徴点を検出するステップと、前記微弱電流による磁界を検出し、各磁気センサ間の位置が固定されていない複数の磁気センサを前記生体に複数被着するステップと、3次元計測装置によって前記生体に被着された各磁気センサ間の相対位置関係および前記特徴点を計測するステップと、前記各磁気センサによって前記磁界を検出するステップと、前記3次元計測装置によって得られた各磁気センサ間の相対位置関係に基いて、計測装置本体が、前記各磁気センサの計測結果を磁場解析することで、前記生体内に生じた微弱電流に関する情報を収集するステップと、前記断層撮影装置によって得られた3次元断層画像における特徴点と、前記3次元計測装置によって得られた特徴点とを一致させることで、前記計測装置本体が、該計測装置本体によって得られた前記微弱電流に関する情報を、前記断層撮影装置によって得られた3次元断層画像に合成するステップとを含み、前記磁気センサは、強磁性体を用い、相互に等しい一対の磁気検出素子と、出力端とを有する磁気センサであって、前記一対の磁気検出素子は、その磁化容易軸の方向が検出磁束に対して直交し、かつ互いの磁化容易軸が直交するように、前記検出磁束の方向に互いに間隔を開けて配置され、前記出力端は、前記一対の磁気検出素子の検出結果の差分を得ることを特徴とする。 Furthermore, the biomagnetic measurement method of the present invention is a biomagnetic measurement method that collects information on a weak current generated in a living body, and takes a three-dimensional tomographic image of the living body with a tomographic apparatus, and features from the captured image. A step of detecting a point; a step of detecting a magnetic field due to the weak current; and a step of attaching a plurality of magnetic sensors whose positions between the magnetic sensors are not fixed to the living body; A step of measuring the relative positional relationship and the feature points between the magnetic sensors deposited; a step of detecting the magnetic field by the magnetic sensors; and a relative relationship between the magnetic sensors obtained by the three-dimensional measuring device. Based on the positional relationship, the measuring device main body analyzes the measurement result of each magnetic sensor by magnetic field analysis, and thereby information on the weak current generated in the living body. The measuring device main body matches the feature point in the three-dimensional tomographic image obtained by the tomography device with the feature point obtained by the three-dimensional measuring device by the collecting step. information relating to the weak current obtained by viewing including the step of combining the three-dimensional tomographic image obtained by the tomograph, the magnetic sensor of a ferromagnetic material, mutually equal pair of magnetic detection A magnetic sensor having an element and an output end, wherein the pair of magnetic detection elements are arranged so that the direction of the easy axis of magnetization is perpendicular to the detected magnetic flux and the easy axes of magnetization are perpendicular to each other. The detection magnetic fluxes are arranged to be spaced apart from each other in the direction of the detection magnetic flux, and the output end obtains a difference between detection results of the pair of magnetic detection elements .

上記の構成によれば、たとえば測定部位が脳の場合、実際の脳の様子を知るためには、空間の分解能が3mmの精度で測定することが求められているが、この精度を達成するためには、いわゆる標準脳モデルによる解析ではなく、CTスキャンやMRIを用いた実際の被験者の情報(3次元断層画像)を用いる必要がある。そこで、断層撮影装置が、被験者の実際の脳モデルを測定するとともに、そのモデル上で、眼球や耳の穴などの動かない人体の特徴的な点、或いは人工的に生体に被着したマーカなどを測定しておく一方、前記3次元計測装置においても、画像解析等で3次元画像上に前記特徴点を抽出し、前記計測装置本体において、それらの特徴点が対応付けられて、前記断層撮影装置による生体の3次元断層画像に、前記3次元計測装置から該計測装置本体に得られた前記微弱電流に関する情報を合成する。   According to the above configuration, for example, when the measurement site is the brain, in order to know the actual state of the brain, it is required to measure the spatial resolution with an accuracy of 3 mm. In order to achieve this accuracy, However, it is necessary to use actual subject information (three-dimensional tomographic image) using CT scan or MRI instead of analysis based on a so-called standard brain model. Therefore, the tomography device measures the actual brain model of the subject, and on the model, a characteristic point of the human body such as an eyeball and an ear hole, or a marker artificially attached to the living body, etc. In the three-dimensional measurement apparatus, the feature points are extracted from the three-dimensional image by image analysis or the like, and the feature points are associated with the tomography in the measurement apparatus body. Information related to the weak current obtained from the three-dimensional measurement device to the measurement device main body is synthesized with a three-dimensional tomographic image of a living body by the device.

このように構成することで、前記各磁気センサ間の相対位置関係に加えて、生体と磁気センサとの間の相対位置関係、たとえば前記脳モデルに対する磁気センサの空間的な位置情報を正確に計測し、高精細な磁気測定を可能にすることができる。特に、脳磁計測の場合に有効であり、それは脳の形状も機能割付けの際には重要になるためである。   With this configuration, in addition to the relative positional relationship between the magnetic sensors, the relative positional relationship between the living body and the magnetic sensor, for example, the spatial position information of the magnetic sensor with respect to the brain model can be accurately measured. In addition, high-definition magnetic measurement can be made possible. This is particularly effective in the case of magnetoencephalography measurement, because the shape of the brain is also important when assigning functions.

また、本発明の磁気計測装置では、前記複数の磁気センサは、柔軟な材料から成る支持部材に搭載されることを特徴とする。   In the magnetic measuring device of the present invention, the plurality of magnetic sensors are mounted on a support member made of a flexible material.

上記の構成によれば、前記複数(多数)の磁気センサが、支持部材に纏めて搭載されるので、被験者への被着を容易にすることができるとともに、各磁気センサ間の位置関係を、或る程度一定に保つことができる。しかしながら、前記支持部材は、生体の表面への馴染みを良くするために柔軟な材料で形成されると、それが支持する磁気センサが、毎回同じ位置関係を保つとは限らず、各磁気センサ間の厳密な位置関係が測定のたびにずれる可能性がある。したがって、前述のように相対位置関係を測定することが有効である。   According to the above configuration, since the plurality (large number) of magnetic sensors are collectively mounted on the support member, it is possible to facilitate the attachment to the subject, and the positional relationship between the magnetic sensors is as follows: It can be kept constant to some extent. However, if the support member is formed of a flexible material so as to improve the familiarity with the surface of the living body, the magnetic sensor supported by the support member does not always maintain the same positional relationship. There is a possibility that the exact positional relationship of each time is shifted every measurement. Therefore, it is effective to measure the relative positional relationship as described above.

また、本発明の磁気計測装置では、前記磁気センサは、トンネル磁気抵抗素子、巨大磁気抵抗素子、又は磁気インピーダンス素子の何れかであることを特徴とする。 In the magnetic measurement device of the present invention, the magnetic sensor is any one of a tunnel magnetoresistive element, a giant magnetoresistive element, and a magnetoimpedance element .

さらにまた、本発明の磁気計測装置では、前記支持部材は、胴部を覆う筒状体であることを特徴とする。   Furthermore, in the magnetic measuring device of the present invention, the support member is a cylindrical body that covers the body.

上記の構成によれば、測定対象を心臓や胎児とし、解析結果として、たとえば前記心磁図を作成することができる。   According to said structure, the measurement object can be made into a heart or a fetus, and the said magnetocardiogram can be created as an analysis result, for example.

また、本発明の磁気計測装置では、前記計測装置本体による磁気センサからの信号の取り込みのタイミングが、心拍周期における同位相のタイミングであることを特徴とする。   In the magnetic measurement device of the present invention, the timing of signal acquisition from the magnetic sensor by the measurement device main body is the same-phase timing in the heartbeat cycle.

上記の構成によれば、心臓の血流を送り出すポンプの作用は、自らの大きさや位置を周期的に変えることで機能が得られている。このため、磁気画像(前記心磁図)を作成する場合に、心臓が最も拡張したタイミング、または縮小したタイミング、或いはそれらのタイミングから任意にオフセットしたタイミング等、心臓の動作周期における任意のタイミングに規定して、毎回同じタイミングに計測を行うことで、正確な前記磁気画像を得ることができる。   According to said structure, the function of the effect | action of the pump which sends out the blood flow of the heart is acquired by changing own magnitude | size and a position periodically. For this reason, when creating a magnetic image (the magnetocardiogram), the timing is specified at an arbitrary timing in the heart's motion cycle, such as the timing at which the heart is most expanded, contracted, or arbitrarily offset from those timings. And an accurate said magnetic image can be acquired by measuring at the same timing each time.

さらにまた、本発明の磁気計測装置では、前記生体に被着された磁気センサ上を覆い、外部磁場からシールドする被覆部材をさらに備えることを特徴とする。   Furthermore, the magnetic measurement device of the present invention is characterized by further comprising a covering member that covers the magnetic sensor attached to the living body and shields it from an external magnetic field.

上記の構成によれば、前記のように特に液化ガスによる冷却を行わず、常温域で微弱な磁気計測が可能な磁気センサを生体上に複数設けて磁気測定を行う場合に、前記生体上には、該生体に被着された磁気センサ上を覆うように被覆部材が設けられ、磁気センサおよび被測定部を外部磁場からシールドする。   According to the above configuration, when performing magnetic measurement by providing a plurality of magnetic sensors capable of performing weak magnetic measurement in a normal temperature range without performing cooling with liquefied gas as described above, Is provided with a covering member so as to cover the magnetic sensor attached to the living body, and shields the magnetic sensor and the measured part from an external magnetic field.

このように構成することで、従来の生体内の微弱電流の測定装置であるSQUIDのような部屋全体を磁気シールドするのではなく、被測定部周辺のみをシールドするので、磁気シールドのコストを格段に削減することができるとともに、測定に係る自由度を向上することができる。   With this configuration, the entire room such as SQUID, which is a conventional measurement apparatus for weak current in a living body, is not magnetically shielded, but only the periphery of the measured part is shielded. And the degree of freedom in measurement can be improved.

本発明の磁気計測装置および生体磁気計測方法は、位置ずれによるゴーストの発生を抑え、高精度な解析を行うことができる。   The magnetic measurement apparatus and biomagnetic measurement method of the present invention can suppress the generation of ghosts due to displacement and perform highly accurate analysis.

本発明の実施の第1の形態に係る生体磁気計測装置の使用状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the use condition of the biomagnetic measuring device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 前記生体磁気計測装置における3次元計測装置によって3次元位置測定された磁気センサ素子の配置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows arrangement | positioning of the magnetic sensor element by which the three-dimensional position measurement was carried out by the three-dimensional measuring apparatus in the said biomagnetic measuring device. 図2に頭部モデルを合成した図である。It is the figure which synthesize | combined the head model in FIG. 図2での測定結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the measurement result in FIG. 前記生体磁気計測装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical structure of the said biomagnetic measuring device. 図5におけるインタフェイスの電気的構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating an electrical configuration of an interface in FIG. 5. 図5におけるセンサプラットフォームボードの電気的構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing an electrical configuration of the sensor platform board in FIG. 5. 図4で示すような計測結果を導く演算装置による微弱電流による磁界の発生源の特定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the identification method of the generation source of the magnetic field by the weak electric current by the arithmetic unit which guides a measurement result as shown in FIG. トンネル磁気抵抗素子における磁化容易軸の回転について説明するための図である。It is a figure for demonstrating rotation of the easy magnetization axis | shaft in a tunnel magnetoresistive element. 本発明に係る磁気センサ素子の1素子の具体的構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the specific structure of 1 element of the magnetic sensor element which concerns on this invention. 図10で示す磁気センサ素子を実際の磁気センサに適用した場合の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure at the time of applying the magnetic sensor element shown in FIG. 10 to an actual magnetic sensor. 前記生体磁気計測装置の計測方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the measuring method of the said biomagnetic measuring device. 本発明の実施の第2の形態に係る生体磁気計測装置の使用状態を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the use condition of the biomagnetism measuring device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の実施の第3の形態に係る生体磁気計測装置の使用状態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the use condition of the biomagnetic measuring device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の実施の第3の形態に係る生体磁気計測装置の使用状態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the use condition of the biomagnetic measuring device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の実施の第4の形態に係る生体磁気計測装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical constitution of the biomagnetism measuring device which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 頭部のMRI画像に、図16の生体磁気計測装置で使用する位置マーカによるマーキング位置を重ね合わせて示す斜視図である。It is a perspective view which superimposes and marks the marking position by the position marker used with the biomagnetic measuring device of FIG. 16 on the MRI image of a head. 図16で示す生体磁気計測装置の計測方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the measuring method of the biomagnetic measuring device shown in FIG. 生体磁気計測で生じるセンサ位置ずれによるゴースト発生メカニズムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the ghost generation | occurrence | production mechanism by the sensor position shift which arises by biomagnetic measurement.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の第1の形態に係る生体磁気計測装置1の使用状態を模式的に示す図である。本実施の形態の生体磁気計測装置1は、被験者2の頭部21から発せられる磁気を計測して脳磁図を得るものとする。詳しくは、この生体磁気計測装置1は、脳の神経細胞が興奮したときに流れる電流から生じる磁場を測定し、たとえばてんかんの発作がどこで起っているか、脳の手術でどこまで切除してよいかなどを判定するために用いられる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a use state of the biomagnetic measurement device 1 according to the first embodiment of the present invention. The biomagnetism measuring apparatus 1 according to the present embodiment measures the magnetism emitted from the head 21 of the subject 2 and obtains a magnetoencephalogram. Specifically, this biomagnetic measuring apparatus 1 measures the magnetic field generated from the current that flows when the brain neurons are excited, for example, where the epileptic seizure occurs, and how far it can be excised by brain surgery It is used to determine etc.

この生体磁気計測装置1では、被験者2の頭部21には、センサユニット3が被せられる。センサユニット3は、非磁性で、柔軟な材料から成り、いわゆる目出し帽(頭巾、バラクダ)型に形成される支持部材31に、多数のセンサプラットフォームボード32が並べて搭載されて成る。これにより、被験者2がセンサユニット3を被るだけで、該被験者2に容易に多数のセンサプラットフォームボード32を被着することができる。そして、前記支持部材31の表裏何れかの面上に、多数のセンサプラットフォームボード32が、所定の間隔で分布し、支持部材31の内面を頭部21の表面に沿って押し当てるようにして、センサユニット3が被験者2の頭部21に被せられることで、前記頭部21の表面から等間隔に(密着或いは支持部材31の厚みを介して)、前記センサプラットフォームボード32のセンサ面が沿うことになる。   In the biomagnetic measurement device 1, the sensor unit 3 is put on the head 21 of the subject 2. The sensor unit 3 is made of a non-magnetic, flexible material, and is formed by mounting a number of sensor platform boards 32 side by side on a support member 31 formed in a so-called balaclava type. As a result, only by the subject 2 wearing the sensor unit 3, a large number of sensor platform boards 32 can be easily attached to the subject 2. A large number of sensor platform boards 32 are distributed at predetermined intervals on either the front or back surface of the support member 31 so that the inner surface of the support member 31 is pressed along the surface of the head 21. The sensor unit 3 is placed on the head 21 of the subject 2 so that the sensor surface of the sensor platform board 32 is along the surface of the head 21 at regular intervals (through contact or through the thickness of the support member 31). become.

前記センサプラットフォームボード32は、液化ガスによる冷却を必要とせず、常温域で、微弱な磁気計測が可能な、TMR(トンネル磁気抵抗)素子、GMR(巨大磁気抵抗)素子、或いはMI(磁気インピーダンス)素子などの各種の磁気センサ素子の集合体である。なお、特許請求の範囲における磁気センサとの用語は、このセンサプラットフォームボード32に搭載される単体の磁気センサ素子を示すものとし、以下、この磁気センサ素子として、トンネル磁気抵抗素子または磁気インピーダンス素子、主としてトンネル磁気抵抗素子が用いられることとする。   The sensor platform board 32 does not require cooling with a liquefied gas and can perform a weak magnetic measurement in a normal temperature range, a TMR (tunnel magnetoresistive) element, a GMR (giant magnetoresistive) element, or MI (magnetic impedance). It is an aggregate of various magnetic sensor elements such as elements. The term “magnetic sensor” in the claims refers to a single magnetic sensor element mounted on the sensor platform board 32. Hereinafter, as the magnetic sensor element, a tunnel magnetoresistive element or a magnetic impedance element, A tunnel magnetoresistive element is mainly used.

前記支持部材31における被験者2の目22部分の開口33は、被験者2の心的影響等を考慮したもので、測定部位などの事情によっては、特に設けられなくてもよい。その場合、前頭部、後頭部および側頭部のほか、顔面部から発せられる脳磁気を計測することも可能となる。   The opening 33 of the eye 22 portion of the subject 2 in the support member 31 takes into account the mental influence of the subject 2 and the like, and may not be provided depending on circumstances such as the measurement site. In that case, it becomes possible to measure the magnetoencephalogram emitted from the face portion as well as the frontal region, the occipital region and the temporal region.

このようなセンサユニット3では、支持部材31が生体の表面への馴染みを良くするために柔軟な材料で形成されるので、それが支持する磁気センサ素子が、毎回同じ位置関係を保つとは限らず、各磁気センサ素子間の厳密な位置関係が測定のたびにずれる可能性がある。そこで、センサユニット3を被験者2の頭部21に装着した状態で、各センサプラットフォームボード32の位置関係が、3次元計測装置8によって測定される。   In such a sensor unit 3, since the support member 31 is formed of a flexible material in order to improve the familiarity with the surface of the living body, the magnetic sensor element supported by the support member 31 does not always maintain the same positional relationship. Therefore, there is a possibility that the strict positional relationship between the magnetic sensor elements is shifted every measurement. Therefore, the positional relationship between the sensor platform boards 32 is measured by the three-dimensional measuring device 8 with the sensor unit 3 mounted on the head 21 of the subject 2.

この図1の例では、前記3次元計測装置8は、複数のステレオカメラ81を用いる光学式の3次元測定装置を例示している。その測定方法としては、図1で示すように、センサユニット3を装着した被験者2の頭部21を囲み、各センサプラットフォームボード32に漏れや隠れる部分の無いように配置された2台以上のステレオカメラ81からなるカメラ群により同時に画像撮影を行い、その撮像画像を、各カメラシステム内で画像処理し、撮像対象(各センサプラットフォームボード32)の3次元情報に置き換える。その後、この位置測定の前または後に行われた各センサプラットフォームボード32の磁気測定結果が、上述のようにして得られた各センサプラットフォームボード32の位置情報に基づいて解析され、前記脳磁図が作成される。   In the example of FIG. 1, the three-dimensional measuring device 8 exemplifies an optical three-dimensional measuring device using a plurality of stereo cameras 81. As the measurement method, as shown in FIG. 1, two or more stereos that surround the head 21 of the subject 2 to which the sensor unit 3 is attached and are arranged so that there is no leakage or concealed portion on each sensor platform board 32. Images are simultaneously captured by a camera group including the cameras 81, and the captured images are processed in each camera system and replaced with the three-dimensional information of the imaging target (each sensor platform board 32). Thereafter, the magnetic measurement result of each sensor platform board 32 performed before or after this position measurement is analyzed based on the position information of each sensor platform board 32 obtained as described above, and the magnetoencephalogram is created. Is done.

図2は、前記3次元計測装置8によって3次元位置測定された磁気センサ素子の図である。この図2では、図面の煩雑化を避けるために、前記磁気センサ素子は大幅に間引いて示されるとともに、1素子当りの大きさが実際よりも大きく示されている。また、図2は、磁気センサ素子の相対位置関係のみを示しており、イメージし難いので、被験者2の頭部21のモデルに重ね合わせた例を図3に示す。実際の頭部21の形状は、上述の3次元光学測定では、磁気センサ素子の影になる部分は測定できないが、この図3は、センサユニット3の装着前、或いは後述の断層撮影などの画像に重ね合わせて示している。こうして3次元位置測定された磁気センサ素子で検出された磁界から求められた電流の発生源(患部位置)ならびに向きおよび大きさを示すベクトルを、前記図2に合成した脳磁図を、図4に示す。   FIG. 2 is a diagram of a magnetic sensor element whose three-dimensional position is measured by the three-dimensional measuring device 8. In FIG. 2, in order to avoid complication of the drawing, the magnetic sensor elements are greatly thinned out and the size per element is shown larger than the actual size. FIG. 2 shows only the relative positional relationship of the magnetic sensor elements and is difficult to imagine. FIG. 3 shows an example of superposition on the model of the head 21 of the subject 2. The actual shape of the head 21 cannot be measured in the shadow of the magnetic sensor element by the above-described three-dimensional optical measurement. However, FIG. 3 shows an image before the sensor unit 3 is mounted or after tomography described later. It is shown superimposed on. FIG. 4 shows a magnetoencephalogram obtained by combining the current source (affected part position) obtained from the magnetic field detected by the magnetic sensor element thus measured in three dimensions and the vector indicating the direction and magnitude in FIG. Show.

図5は、上述のように構成される生体磁気計測装置1の電気的構成を示すブロック図である。この生体磁気計測装置1は、前記センサユニット3および3次元計測装置8と、演算装置5と、インタフェイス6とを備えて構成される。演算装置5は、パーソナルコンピュータなどから成り、センサユニット3と、インタフェイス6を介して接続されるとともに、前記3次元計測装置8と接続される。センサユニット3とインタフェイス6との間は、ケーブル7で接続されており、ケーブル7の届く範囲でセンサユニット3を移動可能であり、向きを自由に変えることができる。ケーブル7は、電源線71と、信号線72とを備えている。   FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of the biomagnetic measurement device 1 configured as described above. The biomagnetism measuring device 1 includes the sensor unit 3, the three-dimensional measuring device 8, an arithmetic device 5, and an interface 6. The arithmetic device 5 is composed of a personal computer or the like, and is connected to the sensor unit 3 via the interface 6 and to the three-dimensional measuring device 8. The sensor unit 3 and the interface 6 are connected by a cable 7. The sensor unit 3 can be moved within the reach of the cable 7, and the direction can be freely changed. The cable 7 includes a power line 71 and a signal line 72.

図6は、インタフェイス6の電気的構成を示すブロック図である。インタフェイス6は、PCI・バス・コントローラ61と、コマンド変換・バッファ・コントローラ62と、SRAM63と、シリアルインタフェイスドライバ64とを備えて構成される。PCI・バス・コントローラ61は、演算装置5とコマンド変換・バッファ・コントローラ62との間の通信を行う。コマンド変換・バッファ・コントローラ62は、演算装置5からのコマンドを各センサユニット3へ送信するとともに、各センサユニット3からシリアル信号で送信されてきた計測結果を適宜展開し、SRAM63に書込んでゆくとともに、演算装置5からの読出し要求に応えて、SRAM63の記憶内容を読出して演算装置5へ送信する。シリアルインタフェイスドライバ64は、コマンド変換・バッファ・コントローラ62と、各センサプラットフォームボード32との間の通信を行う。   FIG. 6 is a block diagram showing an electrical configuration of the interface 6. The interface 6 includes a PCI bus controller 61, a command conversion buffer controller 62, an SRAM 63, and a serial interface driver 64. The PCI bus controller 61 performs communication between the arithmetic device 5 and the command conversion buffer controller 62. The command conversion / buffer controller 62 transmits a command from the arithmetic unit 5 to each sensor unit 3, develops the measurement result transmitted from each sensor unit 3 as a serial signal, and writes it in the SRAM 63. At the same time, in response to a read request from the arithmetic device 5, the stored contents of the SRAM 63 are read and transmitted to the arithmetic device 5. The serial interface driver 64 performs communication between the command conversion / buffer controller 62 and each sensor platform board 32.

図7は、各センサプラットフォームボード32の電気的構成を示すブロック図である。センサプラットフォームボード32には、アレイ状に配列された数mm角のTMR素子を複数個含むTMRアレイモジュール321,321,・・・が電気的に接続されるとともに、機械的に固定されている。そして、このセンサプラットフォームボード32はまた、コントローラ322と、RAM323と、増幅・変換回路324,324,・・・とを備える。増幅・変換回路324は、TMRアレイモジュール321毎に設けられ、TMRアレイモジュール321と1対1で接続されている。増幅・変換回路324は、TMRアレイモジュール321からの出力信号を増幅する増幅器324aと、増幅器324aの出力をデジタル信号に変換してコントローラ322に入力するA/D変換器324bとを有する。RAM323は、コントローラ322に入力された情報やコントローラ322が演算した情報を記憶する記憶装置である。   FIG. 7 is a block diagram showing an electrical configuration of each sensor platform board 32. The sensor platform board 32 is electrically connected and mechanically fixed with TMR array modules 321, 321,... Including a plurality of TMR elements of several mm square arranged in an array. The sensor platform board 32 also includes a controller 322, a RAM 323, and amplification / conversion circuits 324, 324,. The amplification / conversion circuit 324 is provided for each TMR array module 321 and is connected to the TMR array module 321 on a one-to-one basis. The amplification / conversion circuit 324 includes an amplifier 324 a that amplifies the output signal from the TMR array module 321, and an A / D converter 324 b that converts the output of the amplifier 324 a into a digital signal and inputs the digital signal to the controller 322. The RAM 323 is a storage device that stores information input to the controller 322 and information calculated by the controller 322.

コントローラ322は、演算装置5からのコマンドを受信して計測を開始し、TMRアレイモジュール321を稼動し、その出力信号を順次増幅・変換回路324を介して取込み、RAM323に記憶してゆく。その後、コントローラ322は、適宜のタイミングで(演算装置5からのポーリングに応答したり、各コントローラ322に予め定められている時刻に)、択一的に前記TMRアレイモジュール321の出力信号を、所定のフォーマットによるシリアル通信で、信号線72を介して演算装置5に送出する。   The controller 322 receives a command from the arithmetic unit 5 and starts measurement, operates the TMR array module 321, sequentially takes the output signal through the amplification / conversion circuit 324, and stores it in the RAM 323. Thereafter, the controller 322 alternatively outputs the output signal of the TMR array module 321 to a predetermined timing at an appropriate timing (in response to polling from the arithmetic unit 5 or at a time predetermined for each controller 322). Is transmitted to the arithmetic unit 5 through the signal line 72 by serial communication in the format of.

計測装置本体である演算装置5は、前記各TMRアレイモジュール321の出力信号から、前記生体内に生じた微弱電流に関する情報、たとえば発生位置から流れた位置や大きさなどの情報を収集する。ただし、各センサプラットフォームボード32の相対位置関係は、前記3次元計測装置8によってセンサプラットフォームボード32毎に予め測定され、さらに各センサプラットフォームボード32内における各TMRアレイモジュール321から各TMR素子の位置は、モジュールおよびアレイの配列から認識することができ、これらの情報は演算装置5で認識されている。   The arithmetic device 5 which is a measuring device main body collects information on the weak current generated in the living body, for example, information such as a position and a size flowing from the generation position, from the output signal of each TMR array module 321. However, the relative positional relationship of each sensor platform board 32 is measured in advance for each sensor platform board 32 by the three-dimensional measuring device 8, and the position of each TMR element from each TMR array module 321 in each sensor platform board 32 is , Which can be recognized from the arrangement of modules and arrays, and these pieces of information are recognized by the arithmetic unit 5.

前記3次元計測装置8では、各ステレオカメラ81で撮像された画像は、I/F82を通じてデジタル情報に変換され、位置測定部83にそれぞれ送られる。位置測定部83では、各撮像画像から、先ず特徴点抽出部831が、各センサプラットフォームボード32の画像内の位置を特定し、その後、位置計測部832が、各画像間における位置ずれ量から、3角法に基き位置情報を決定し、それぞれの空間位置情報を確定する。そのような空間位置情報の作成方法は、たとえば特開2008−90583号公報に示されている。   In the three-dimensional measuring apparatus 8, the images captured by the stereo cameras 81 are converted into digital information through the I / F 82 and sent to the position measuring unit 83. In the position measurement unit 83, first, the feature point extraction unit 831 specifies the position in the image of each sensor platform board 32 from each captured image, and then the position measurement unit 832 determines the amount of positional deviation between the images. Position information is determined based on the triangle method, and each spatial position information is determined. A method for creating such spatial position information is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-90583.

そして、各ステレオカメラ81間の位置関係は固定されており、その位置関係については別途測定が行われ、合成部84の位置情報統合部841内に保存されている。こうして、各ステレオカメラ81で得られた情報は、前記位置計測部832から前記合成部84の特徴点照合部842に送られ、特徴点毎に整理された後、前記位置情報統合部841で情報の合成を受け、各センサプラットフォームボード32の位置情報として整理統合され、前記演算装置5へ送られる。   The positional relationship between the stereo cameras 81 is fixed, and the positional relationship is separately measured and stored in the positional information integration unit 841 of the synthesis unit 84. In this way, the information obtained by each stereo camera 81 is sent from the position measurement unit 832 to the feature point matching unit 842 of the synthesis unit 84, and is arranged for each feature point, and then the information is obtained by the position information integration unit 841. Are combined and integrated as position information of each sensor platform board 32 and sent to the arithmetic unit 5.

図8は、前記演算装置5による微弱電流による磁界の発生源の特定方法を説明するための図である。前述のように、各トンネル磁気抵抗素子の相対位置関係は予め認識されており、この図8では、その認識されているトンネル磁気抵抗素子をセンサPa,Pbとする。このようにセンサの位置を反映し、解析を行う方法は、信号強度が距離の2乗に反比例して減衰することを利用する。すなわち、この解析方法では、多数のセンサで同時に受信した磁気信号のうち、最も強い信号を受信した2つのセンサの信号と受信したセンサの位置とを特定すれば、そのパルスの強度が距離の2乗に反比例して減衰することから、2つのセンサからの距離の比は、信号強度の平方根の逆数になることを利用する。したがって、磁界の発生源Pは、センサPa,Pbの2点から、信号強度Sa,Sbの平方根の逆数の比率で規定されるアポロニウスの円Rのどこかに存在する。   FIG. 8 is a diagram for explaining a method of specifying a magnetic field generation source caused by a weak current by the arithmetic unit 5. As described above, the relative positional relationship between the tunnel magnetoresistive elements is recognized in advance. In FIG. 8, the recognized tunnel magnetoresistive elements are referred to as sensors Pa and Pb. Thus, the method of performing analysis by reflecting the position of the sensor utilizes the fact that the signal intensity attenuates in inverse proportion to the square of the distance. That is, in this analysis method, if the signals of the two sensors that have received the strongest signal among the magnetic signals simultaneously received by a large number of sensors and the position of the received sensor are identified, the intensity of the pulse is 2 of the distance. Since it attenuates in inverse proportion to the power, the ratio of the distances from the two sensors is used to be the reciprocal of the square root of the signal intensity. Therefore, the magnetic field generation source P exists somewhere in the Apollonius circle R defined by the ratio of the reciprocal of the square root of the signal intensities Sa and Sb from the two points of the sensors Pa and Pb.

前記円Rは、正確には空間であるので、センサPa,Pbを結ぶ2点を回転軸とした、回転体の球の表面である。たとえば、簡単のため、一方のセンサPaの座標をa(0, 0, 0)、もう一方のセンサPbの座標をb(0, d, 0)とし、信号強度をそれぞれ前記Sa,Sbとし、信号強度Sa,Sbの平方根の逆数の比をk (=(Sa/Sb)0.5 ) とおくと、中心は(0, d/(1−k), 0)、半径 |(d+k0.5/(1−k)|で規定される球である。 Since the circle R is precisely a space, it is the surface of a sphere of a rotating body with two points connecting the sensors Pa and Pb as rotation axes. For example, for simplicity, the coordinates of one sensor Pa are a (0, 0, 0), the coordinates of the other sensor Pb are b (0, d, 0), and the signal strengths are Sa and Sb, respectively. If the ratio of the reciprocals of the square roots of the signal intensities Sa and Sb is k (= (Sa / Sb) 0.5 ), the center is (0, d / (1-k 2 ), 0), and the radius | (d 2 + K 2 ) 0.5 / (1−k 2 ) |

更に、一般的に、センサPa,Pbの座標をそれぞれ(xa, ya, za), (xb, yb, zb)とすると、中心は((−kxa+xb)/1−k,(−kya+yb)/1−k,(−kza+zb)/1−k)と記述できる。半径dは、d=((xa−xb)+(ya−yb)+(za−zb)0.5とすることで、|(d+k0.5/(1−k)|と記述できる。 Furthermore, generally, when the coordinates of the sensors Pa and Pb are (xa, ya, za) and (xb, yb, zb), respectively, the center is ((−k 2 xa + xb) / 1−k 2 , (−k 2 ya + yb) / 1−k 2 , (−k 2 za + zb) / 1−k 2 ). The radius d is set to d = ((xa−xb) 2 + (ya−yb) 2 + (za−zb) 2 ) 0.5 , so that | (d 2 + k 2 ) 0.5 / (1− k 2 ) |.

このようにして信号源Pとして考えられる球を3つ用意し、それぞれの球と接する点を求めることで、信号源を特定することができる。3つの球を求める際に用いるセンサは、たとえば同時に受信した磁気信号のうち最も強い3つの信号を受信したセンサを用い、これらの3つのセンサのうち、2つセンサの組み合わせから得られる3組の情報を用いる。このとき、測定対象の外側にも発生源があるように見えることがあるが、それは除去する。さらに詳細には、様々な2組のセンサの位置と、信号強度とから多くの球を求め、その球表面の交点の集中する点を磁気発生源として捉えることで、位置精度の向上が期待できる。   In this way, by preparing three spheres that can be considered as the signal source P and obtaining points that contact each sphere, the signal source can be specified. The sensors used for obtaining the three spheres are, for example, the sensors that received the strongest three signals among the magnetic signals received at the same time, and among these three sensors, three sets obtained from a combination of two sensors. Use information. At this time, it may appear that there is a source outside the object to be measured, but it is removed. More specifically, the position accuracy can be improved by obtaining a large number of spheres from the positions and signal strengths of various two sets of sensors and capturing the points where the intersections of the sphere surfaces are concentrated as magnetic sources. .

実際の生体磁気計測では、先ず、生体磁気計測装置1全体に電源が投入され、各磁気センサアレイモジュール321にも電流が印加される。これによって、被験者2の頭部21から発生される磁束の影響を受けて、前記磁気センサアレイモジュール321中の各磁気センサ素子から出力信号が導出される。次に、オペレータにより、演算装置5に計測実行コマンドが入力される。すると、演算装置5は、計測実行コマンドをn個のセンサプラットフォームボード32に送出する。各センサプラットフォームボード32にあっては、計測実行コマンドをコントローラ322が受信する。コントローラ322は、増幅・変換回路324を介して、デジタル化された各磁気センサアレイモジュール321からの出力信号を受け、これを各磁気センサアレイモジュール321のアドレス情報を特定する情報にリンクさせた所定のフォーマットで生体磁気計測情報として演算装置5に送出する。演算装置5は、各コントローラ322からの生体磁気計測情報を解析して、被検者2の頭部21上の位置と磁気の強さと方向との組み合わせからなる脳磁図を演算し、画像情報化して表示装置51に出力する。   In actual biomagnetism measurement, power is first applied to the entire biomagnetism measuring apparatus 1, and current is also applied to each magnetic sensor array module 321. Thus, an output signal is derived from each magnetic sensor element in the magnetic sensor array module 321 under the influence of the magnetic flux generated from the head 21 of the subject 2. Next, a measurement execution command is input to the arithmetic device 5 by the operator. Then, the arithmetic device 5 sends a measurement execution command to the n sensor platform boards 32. In each sensor platform board 32, the controller 322 receives a measurement execution command. The controller 322 receives the digitized output signal from each magnetic sensor array module 321 via the amplification / conversion circuit 324, and links this to the information specifying the address information of each magnetic sensor array module 321. Is sent to the arithmetic unit 5 as biomagnetic measurement information. The arithmetic device 5 analyzes biomagnetic measurement information from each controller 322, calculates a magnetoencephalogram comprising a combination of the position on the head 21 of the subject 2 and the strength and direction of the magnetic field, and converts it into image information. To the display device 51.

前記計測実行コマンドは、コマンドが入力される度に演算装置5が計測を実行するものであってもよいが、計測開始コマンドと計測終了コマンドとから構成されるものでもよい。その場合、演算装置5は、計測開始コマンドと計測終了コマンドとの間の期間において、一定の時間レートで計測を実行し、リアルタイムに変化する脳磁図や心磁図を表示装置51に表示することが有効である。また、生体磁気計測情報や、脳磁図や心磁図の情報、表示のために生成された画像情報は、演算装置5から読出可能に記録しておき、表示装置51に表示や再生を可能にしておくことが好ましい。   The measurement execution command may be one in which the arithmetic device 5 executes measurement each time a command is input, or may be composed of a measurement start command and a measurement end command. In that case, the arithmetic unit 5 may perform measurement at a constant time rate during the period between the measurement start command and the measurement end command, and display a magnetoencephalogram or magnetocardiogram that changes in real time on the display device 51. It is valid. In addition, biomagnetic measurement information, magnetoencephalogram and magnetocardiogram information, and image information generated for display are recorded so as to be readable from the arithmetic unit 5, and can be displayed and reproduced on the display unit 51. It is preferable to keep it.

一方、本実施の形態の磁気センサとしては、前述のように、磁気インピーダンス素子またはトンネル磁気抵抗素子を用いることができる。その検出原理においては、強磁性体を用いており、外部磁場を材料内に収束させて磁束密度を高め、以下に詳述するように、その強磁性体の磁化容易軸が回転するという現象を基本としている。前述の非特許文献1は、前記磁気インピーダンス素子の生体の磁気計測への適用例であるが、上述のような本実施の形態の特徴は備えていない。   On the other hand, as described above, a magnetic impedance element or a tunnel magnetoresistive element can be used as the magnetic sensor of the present embodiment. In the detection principle, a ferromagnetic material is used, the external magnetic field is converged in the material to increase the magnetic flux density, and the phenomenon that the easy magnetization axis of the ferromagnetic material rotates as described in detail below. Basic. The aforementioned Non-Patent Document 1 is an application example of the magneto-impedance element to living body magnetic measurement, but does not have the above-described features of the present embodiment.

先ず、前記磁化容易軸の回転について説明する。スパッタなどで、図10で示されるように、数μm以下の厚みに成膜されたアモルファス金属(CoNbZr)などの強磁性体101(図9では、成膜に用いた基板を引き剥がしている)が、磁界104の中で加熱冷却されると、磁気モーメントを揃えて磁化容易軸102,103を設定することができる。検出すべき外部磁界Bに対して、この磁化容易軸102,103が直交する方向に配置されると、外部磁界Bに沿う方向へ磁化容易軸が参照符号102’,103’のように回転する。   First, the rotation of the easy axis will be described. As shown in FIG. 10, the ferromagnetic material 101 such as amorphous metal (CoNbZr) is formed by sputtering or the like as shown in FIG. 10 (in FIG. 9, the substrate used for film formation is peeled off). However, when heated and cooled in the magnetic field 104, the magnetic easy axes 102 and 103 can be set with the same magnetic moment. When the easy magnetization axes 102 and 103 are arranged in a direction orthogonal to the external magnetic field B to be detected, the easy magnetization axes rotate in the direction along the external magnetic field B as indicated by reference numerals 102 ′ and 103 ′. .

この現象によって、磁気インピーダンス方式の素子では、高周波電流Iにおいて発生する磁界の透磁率変化による回路インピーダンスの変化から、外部磁界Bを検出している。図9は、強磁性体101の中に高周波電流Iを流す方式を示しているが、高周波回路を別にして強磁性体薄膜を回路上に絶縁して貼り付ける方式もある。この場合も同様に、外部磁界Bによる強磁性体101の磁化容易軸102,103の回転により、誘導起電流が変化して高周波電流が変動することで、微弱な外部磁界Bが検出される。また、インピーダンス変化の検出は、直接インピーダンスを測定するのではなく、高周波電流Iの位相ズレをヘテロダイン検出することで行われており、これによって検出感度を向上することができる。どちらの場合の素子も、その磁化容易軸102,103が外部磁界Bに対して直交する向きに配置されて外部磁界Bを検出することで、最も感度が高くなる。   Due to this phenomenon, in the magnetic impedance type element, the external magnetic field B is detected from the change in circuit impedance due to the change in magnetic permeability of the magnetic field generated in the high-frequency current I. FIG. 9 shows a system in which a high-frequency current I is passed through the ferromagnetic material 101, but there is also a system in which a ferromagnetic thin film is insulated and pasted on the circuit separately from the high-frequency circuit. In this case as well, a weak external magnetic field B is detected as the induced electromotive force changes and the high-frequency current fluctuates due to rotation of the easy magnetization axes 102 and 103 of the ferromagnetic body 101 by the external magnetic field B. In addition, the impedance change is detected not by directly measuring the impedance but by detecting the phase shift of the high-frequency current I in a heterodyne manner, thereby improving the detection sensitivity. In either case, the sensitivity is highest when the easy magnetization axes 102 and 103 are arranged in a direction orthogonal to the external magnetic field B and the external magnetic field B is detected.

また、トンネル磁気抵抗方式の素子は、磁化容易軸をもった強磁性体に酸化マグネシウムやアルミナなどの数nmの厚みの絶縁層を介して、磁化方向を固定した強磁性体を積層し、両強磁性体間に電圧をかけると、磁化固定軸と磁化容易軸との成す角度に応じて絶縁層を通るトンネル電流が大きく変動して流れ、この電流によって微小な外部磁界を検出できる。磁化容易軸と磁化固定軸との成す角度については、両方向が一致したときが最もトンネル電流が大きく、反対向きとなったときが最もトンネル電流が小さくなり、この180度の回転角でほぼ正弦波的にトンネル電流は変化する。したがって、磁化固定軸に対して磁化容易軸の向きが直交する場合が、最もトンネル電流の変化として感度良く捉えることができる。これらの磁気インピーダンス素子およびトンネル磁気抵抗素子は、板状の形態をした強磁性体の断面が透過磁束の開口部となる。   A tunnel magnetoresistive element is formed by laminating a ferromagnetic material with a fixed magnetization direction on a ferromagnetic material having an easy axis of magnetization through an insulating layer with a thickness of several nanometers such as magnesium oxide and alumina. When a voltage is applied between the ferromagnets, the tunnel current passing through the insulating layer varies greatly according to the angle formed by the magnetization fixed axis and the easy magnetization axis, and a minute external magnetic field can be detected by this current. Regarding the angle formed between the easy axis and the fixed axis, the tunnel current is the largest when the two directions coincide with each other, and the tunnel current is the smallest when the directions are opposite to each other. The tunnel current changes. Therefore, when the direction of the easy magnetization axis is orthogonal to the fixed magnetization axis, it can be understood with the highest sensitivity as the change in the tunnel current. In these magneto-impedance element and tunnel magneto-resistive element, the cross section of the ferromagnetic material having a plate-like shape serves as an opening of the transmitted magnetic flux.

しかしながら、これらの強磁性体を用いた常温磁気検出素子は、小型で感度が高いとはいえ、SQUID程の検出感度には達しておらず、これを単独で直接、生体磁気などの微弱な磁気検出に使うことはできない。そのため、地磁気や環境磁場などのノイズを低減することが、検出感度を相対的に高める上で特に重要となり、ノイズ低減の工夫が実使用においては不可避である。そこで本実施の形態の常温高感度磁気検出素子における、外部ノイズ磁界の除去方法を以下に詳述する。   However, although room temperature magnetic detection elements using these ferromagnetic materials are small and have high sensitivity, they do not reach detection sensitivity as high as SQUID. It cannot be used for detection. Therefore, reducing noise such as geomagnetism and environmental magnetic field is particularly important for relatively increasing detection sensitivity, and a device for reducing noise is inevitable in actual use. Therefore, a method for removing an external noise magnetic field in the room temperature and high sensitivity magnetic detection element of the present embodiment will be described in detail below.

図10は、前記トンネル磁気抵抗素子または磁気インピーダンス素子の場合の磁気センサ素子の1素子の構成を示す斜視図である。本実施の形態の磁気センサ素子は、強磁性体を有する相互に等しい一対の磁気検出素子301,302を用い、該一対の磁気検出素子301,302は検出磁束Bと平行に、さらにその磁化容易軸3011,3021の方向が前記検出磁束Bと直交し、かつ互いの磁化容易軸3011,3021が直交するように、前記検出磁束Bの方向に互いに間隔を開けて配置される。さらにまた、前記磁化容易軸3011,3021に対して、磁化固定軸3012,3022は、検出磁束Bを最も感度良く検出するために、直交して、すなわち該磁化固定軸3012,3022が検出磁束Bと平行に設けられる。図10では、磁化固定軸3012,3022の方向は、互いに逆向きとなっているが、同じ方向でもよい。   FIG. 10 is a perspective view showing a configuration of one element of the magnetic sensor element in the case of the tunnel magnetoresistive element or the magnetoimpedance element. The magnetic sensor element according to the present embodiment uses a pair of mutually equivalent magnetic detection elements 301 and 302 having a ferromagnetic material, and the pair of magnetic detection elements 301 and 302 is parallel to the detection magnetic flux B and further easily magnetized. The axes 3011 and 3021 are arranged at intervals in the direction of the detected magnetic flux B so that the directions of the easy magnetic axes 3011 and 3021 are orthogonal to the detected magnetic flux B. Furthermore, the fixed magnetization axes 3012 and 3022 are orthogonal to the easy magnetization axes 3011 and 3021 in order to detect the detected magnetic flux B with the highest sensitivity, that is, the fixed magnetization axes 3012 and 3022 are detected magnetic flux B. Are provided in parallel. In FIG. 10, the directions of the magnetization fixed axes 3012 and 3022 are opposite to each other, but may be the same direction.

こうして、磁気検出素子301,302が検出磁束Bと略平行に、かつその磁化固定軸3012,3022も検出磁束Bと略平行に配置されることで、外部からのノイズとして、地磁気などの広範に均等に到来する環境磁場(外部磁束)BNがあると、両磁気検出素子301,302の磁化固定された強磁性体にはそれぞれほぼ等しい数の磁束(図では各5本)が入力する。ここで、前述のように磁化固定軸3012,3022の方向は一致しているが向きは逆となっていることで、誘導起電流やトンネル電流の変化量はそれぞれの検出素子間で逆向きかつ同じ大きさとなる。したがって、センサ出力端に2つの磁気検出素子301,302を直列に接続して出力を加算すれば、その抵抗平均値はほぼ一定となり、出力電流はほとんど変わらない。なお、磁化固定軸3012,3022の向きを同じにした場合、両磁気検出素子301,302の外部ノイズ磁場BNによる電流変化が同じ向きに現れるので、この場合は両磁気検出素子301,302の出力電流の差動をとって検出電流とすれば、ゼロとなって外部ノイズ磁場BNの影響をキャンセルすることができる。   In this way, the magnetic detection elements 301 and 302 are arranged substantially parallel to the detection magnetic flux B, and the magnetization fixed axes 3012 and 3022 are also arranged substantially parallel to the detection magnetic flux B. If there is an environmental magnetic field (external magnetic flux) BN that uniformly arrives, approximately equal numbers of magnetic fluxes (five in the figure) are input to the ferromagnetic bodies with fixed magnetization of both magnetic detection elements 301 and 302, respectively. Here, as described above, the directions of the magnetization fixed axes 3012 and 3022 coincide with each other, but the directions are reversed, so that the amount of change in the induced electromotive current and the tunnel current is reversed between the respective detection elements. It becomes the same size. Therefore, if two magnetic detection elements 301 and 302 are connected in series to the sensor output terminal and the outputs are added, the average resistance value becomes substantially constant and the output current hardly changes. If the directions of the magnetization fixed axes 3012 and 3022 are the same, current changes due to the external noise magnetic field BN of both the magnetic detection elements 301 and 302 appear in the same direction. In this case, the outputs of the magnetic detection elements 301 and 302 are the same. If the current difference is taken as the detection current, it becomes zero and the influence of the external noise magnetic field BN can be canceled.

これに対して、検出すべき信号磁束BSは、生体に近い方の磁気検出素子301に磁束(図では9本)を吸収され、透磁路の出口で発散する。その直後にある生体から遠い方の磁気検出素子302には、発散した磁束の一部のみ(図では1本)が吸収されるだけなので、両磁気検出素子301,302間の出力電流には大きな差を生じる。したがって、これらの加算をとっても差動をとっても、信号電流として検出することができる。   On the other hand, the signal magnetic flux BS to be detected is absorbed by the magnetic detection element 301 closer to the living body (9 in the figure) and diverges at the exit of the magnetic permeability path. Immediately after that, the magnetic detection element 302 far from the living body absorbs only a part of the diverged magnetic flux (one in the figure), so the output current between the magnetic detection elements 301 and 302 is large. Make a difference. Therefore, even if these additions are taken or differentials are taken, they can be detected as signal currents.

そして、磁気検出素子301,302間では、磁束の入力面(磁化固定軸3012,3022)を直交する配置とすることで、磁気感度を最大にすることができる。すなわち、生体から遠い方の磁気検出素子302において、近い方の磁気検出素子301に重ならない部分では、磁路を形成する部材が無いために生体からの微弱な磁束BSが届かず、前記磁気検出素子301との差分が顕著に現れるためである。   The magnetic sensitivity can be maximized by arranging the magnetic flux input surfaces (magnetization fixed axes 3012 and 3022) perpendicularly between the magnetic detection elements 301 and 302. That is, in the magnetic detection element 302 far from the living body, the weak magnetic flux BS from the living body does not reach the portion that does not overlap the near magnetic detection element 301 because there is no member that forms a magnetic path, and the magnetic detection This is because a difference from the element 301 appears remarkably.

このように構成することで、入力初段で環境磁場BN(ノイズ)を効率良く低減してSN比を向上することができ、低コストかつ高感度に、微弱な磁束BSを測定することができる。また、外部磁界BNのシールドも不要或いは簡素化することができ、前記SQUIDのような部屋全体を磁気シールドする構成に比べて、コストやスペースを格段に削減することができる。   With this configuration, the environmental magnetic field BN (noise) can be efficiently reduced at the first input stage to improve the SN ratio, and a weak magnetic flux BS can be measured with low cost and high sensitivity. Further, the shielding of the external magnetic field BN can be eliminated or simplified, and the cost and space can be significantly reduced as compared with the configuration in which the entire room is magnetically shielded such as the SQUID.

また、2つの磁気検出素子301,302における検出磁束B方向の間隔は、0.5〜20mmであることが好ましい。これは、該磁気検出素子301,302がトンネル磁気抵抗素子または磁気インピーダンス素子である場合、検出磁束Bは強磁性体の中を通るので、SQUIDのような真空中を通る場合に比べて、減衰が1/2000程度に少なくなり、該2つの磁気検出素子301,302が近接し過ぎると、該2つの磁気検出素子301,302を通過する検出磁束が略等しくなるためである。そこで前記のように2つの磁気検出素子301,302の検出磁束B方向の間隔を前記0.5〜20mmとすることで、それらの磁気検出素子301,302は、検出磁束Bに対して、さらに良好な感度を得ることができる。   Moreover, it is preferable that the space | interval of the detection magnetic flux B direction in the two magnetic detection elements 301 and 302 is 0.5-20 mm. This is because, when the magnetic detection elements 301 and 302 are tunnel magnetoresistive elements or magnetoimpedance elements, the detected magnetic flux B passes through the ferromagnetic material, so that it is attenuated compared to when passing through a vacuum such as SQUID. This is because the detected magnetic flux passing through the two magnetic detection elements 301 and 302 becomes substantially equal when the two magnetic detection elements 301 and 302 are too close to each other. Therefore, by setting the distance between the two magnetic detection elements 301 and 302 in the direction of the detection magnetic flux B to 0.5 to 20 mm, the magnetic detection elements 301 and 302 further Good sensitivity can be obtained.

こうして、液化ガスによる冷却を行わず、常温域で微弱な磁気計測が可能な前記磁気検出素子301,302として、トンネル磁気抵抗素子を用いることで、より高感度化することができ、また磁気インピーダンス素子を用いることで、構造を簡略化することができる。   In this manner, tunnel magnetoresistive elements can be used as the magnetic detection elements 301 and 302 capable of performing weak magnetic measurement in a normal temperature range without performing cooling with a liquefied gas. By using the element, the structure can be simplified.

そして、前記トンネル磁気抵抗素子または磁気インピーダンス素子を用いる磁気検出素子301,302は、実際の前記磁気センサ素子に適用される際には、図11で示すように、ゴムなどの生体に密着し、非磁性の材料から成る柔軟な支持部材31に、相互に直交するように積層して埋め込まれる。そして、数mm角の一対の磁気検出素子301,302が、適宜複数対組み合わせられて、前記磁気センサアレイモジュール321を構成する。   And when the magnetic detection elements 301 and 302 using the tunnel magnetoresistive element or the magnetic impedance element are applied to the actual magnetic sensor element, as shown in FIG. The flexible support member 31 made of a non-magnetic material is laminated and embedded so as to be orthogonal to each other. A plurality of pairs of magnetic detection elements 301 and 302 of several mm square are appropriately combined to constitute the magnetic sensor array module 321.

図12は、上述のように構成される生体磁気計測装置1の計測方法を説明するためのフローチャートである。先ずステップS1では、被験者2の頭部21にセンサユニット3が被せられることで、支持部材31に支持された複数のセンサプラットフォームボード32の各センサ面が、頭皮に密着する。ステップS2では、3次元計測装置8によって、前記被験者2の頭部21に被着された各センサプラットフォームボード32間の相対位置関係が計測される。ステップS3では、各磁気センサ素子によって磁界検出が行われる。ステップS4では、前記3次元計測装置8によって得られた各センサプラットフォームボード32内の磁気センサ素子の相対位置関係に基いて、演算装置5が、前述のようにして各磁気センサ素子の計測結果を磁場解析することで、前記頭部21内に生じた微弱電流による脳磁図を作成する。なお、ステップS2での位置関係の測定は、好ましくは上述のようにステップS3での脳磁計測前に行われるが、脳磁計測後や、磁気ノイズ上問題の無い測定方法であれば、脳磁測定中に行われてもよい。   FIG. 12 is a flowchart for explaining a measurement method of the biomagnetic measurement apparatus 1 configured as described above. First, in step S <b> 1, the sensor unit 3 is placed on the head 21 of the subject 2, so that the sensor surfaces of the plurality of sensor platform boards 32 supported by the support member 31 are in close contact with the scalp. In step S <b> 2, the relative positional relationship between the sensor platform boards 32 attached to the head 21 of the subject 2 is measured by the three-dimensional measuring device 8. In step S3, magnetic field detection is performed by each magnetic sensor element. In step S4, based on the relative positional relationship of the magnetic sensor elements in each sensor platform board 32 obtained by the three-dimensional measurement apparatus 8, the arithmetic unit 5 calculates the measurement results of the magnetic sensor elements as described above. A magnetoencephalogram with a weak current generated in the head 21 is created by analyzing the magnetic field. The measurement of the positional relationship in step S2 is preferably performed before the magnetoencephalogram measurement in step S3 as described above. However, if the measurement method has no problem in terms of magnetic noise after the magnetoencephalogram measurement, It may be performed during the magnetic measurement.

以上のように、本実施の形態の磁気計測装置1では、生体などの測定対象内に生じた微弱電流に関する情報を収集するために、磁気センサ素子には、たとえばトンネル磁気抵抗素子、巨大磁気抵抗素子、或いは磁気インピーダンス素子などの冷却無し或いは簡易な冷却のみで、前記微弱電流による磁界を計測できる磁気センサ素子を用いる。そして、その磁気センサ素子が前記測定対象に複数被着され、磁気計測の前または後に、各磁気センサ素子間の相対位置関係が3次元計測装置8で計測され、得られた相対位置関係に基いて、演算装置5が前記各磁気センサ素子の計測結果を磁場解析することで、前記測定対象内に生じた微弱電流に関する情報(磁場(微弱電流)の発生源の分布状況)を収集(描画)する。   As described above, in the magnetic measurement device 1 of the present embodiment, in order to collect information on the weak current generated in the measurement target such as a living body, the magnetic sensor element includes, for example, a tunnel magnetoresistive element, a giant magnetoresistive element. A magnetic sensor element that can measure the magnetic field due to the weak current is used without cooling or simply cooling the element or the magnetic impedance element. Then, a plurality of the magnetic sensor elements are attached to the measurement object, and before or after the magnetic measurement, the relative positional relationship between the magnetic sensor elements is measured by the three-dimensional measuring device 8, and based on the obtained relative positional relationship. Then, the arithmetic unit 5 collects (draws) information on the weak current generated in the measurement target (distribution status of the generation source of the magnetic field (weak current)) by performing a magnetic field analysis on the measurement result of each magnetic sensor element. To do.

このように構成することで、複数の磁気センサ素子が、SQUIDのように固定化されたセンサではなく、測定の度に位置ずれの生じる可能性があっても、そのずれを正確に検出して解析を行うことができるので、解析結果として得られる、たとえば前記測定対象が生体の場合の脳磁図に、位置ずれによるゴーストの発生を抑え、高精度な解析を行うことができる。   By configuring in this way, even if a plurality of magnetic sensor elements are not fixed sensors like SQUID, and there is a possibility of positional deviation at every measurement, the deviation is accurately detected. Since the analysis can be performed, for example, in the magnetoencephalogram obtained as an analysis result when the measurement target is a living body, it is possible to suppress the generation of a ghost due to a positional shift and perform a highly accurate analysis.

(実施の形態2)
図13は、本発明の実施の第2の形態に係る生体磁気計測装置1’の使用状態を模式的に示す正面図である。本実施の形態の生体磁気計測装置1’は、被験者2の胸部26や腹部27から発せられる磁気を計測するものである。被測定部が胸部26の場合、この生体磁気計測装置1’は、心臓28の筋電位(収縮のパルス)を測定し、心臓28の動作に異常が無いか確認することができる。また、被測定部が腹部27の場合、この生体磁気計測装置1’は、安静時の妊婦の胎児の心臓から発生する磁場などを計測でき、胎児の心臓の動きが分り、出産前検査などに用いることができ、或いは、脊髄の損傷を確認することができる。
(Embodiment 2)
FIG. 13: is a front view which shows typically the use condition of biomagnetic measuring device 1 'which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. The biomagnetism measuring apparatus 1 ′ of the present embodiment measures magnetism emitted from the chest 26 and abdomen 27 of the subject 2. When the part to be measured is the chest part 26, the biomagnetic measurement device 1 ′ can measure the myoelectric potential (contraction pulse) of the heart 28 and confirm whether there is an abnormality in the operation of the heart 28. When the measurement target is the abdomen 27, the biomagnetism measuring device 1 'can measure the magnetic field generated from the heart of the pregnant woman's fetus at rest, knows the movement of the heart of the fetus, and can be used for prenatal examinations. Can be used, or spinal cord damage can be confirmed.

そのため、センサユニット3’は、胴部を覆う筒状体である腹巻き状の支持部材31’の表裏何れかの面上に、多数のセンサプラットフォームボード32が、所定の間隔で配置されて構成される。椅子に座った状態や立った状態など、被験者2の上体を起こして測定が行われる場合は、支持部材31‘に、肩紐状の固定具34が設けられ、ずり落ちないように構成されて、生体との密着を高めることが好ましい。センサユニット3’の構成は、前述のセンサユニット3と同様である。このようにして、心磁図などを作成することができる。なお、前記胸部26や腹部27の測定の場合は、簡易的に、多数のセンサプラットフォームボード32を板にアレイ状に固定したものをセンサユニット3’として、それを前記胸部26や腹部27に押し付け、密着させるようにしてもよい。   Therefore, the sensor unit 3 ′ is configured by arranging a large number of sensor platform boards 32 at predetermined intervals on either the front or back surface of the belly-wrapped support member 31 ′ that is a cylindrical body that covers the trunk. The When measurement is performed by raising the upper body of the subject 2 such as sitting in a chair or standing, the support member 31 ′ is provided with a shoulder strap-like fixture 34 so as not to slide down. Thus, it is preferable to improve the adhesion with the living body. The configuration of the sensor unit 3 ′ is the same as that of the sensor unit 3 described above. In this way, a magnetocardiogram or the like can be created. In the measurement of the chest part 26 and the abdominal part 27, a sensor unit 3 ′ is simply formed by fixing a large number of sensor platform boards 32 on a plate and pressed against the chest part 26 or the abdominal part 27. You may make it stick.

このような生体磁気計測装置1’において、前記心磁図の作成のために、前記演算装置5に心拍周期を検出する装置89が接続され、各センサプラットフォームボード32には、前記演算装置5から、計測タイミングを規定する信号を与えるようにすることが好ましい。これは、測定対象である心臓28から発せられる磁場変化は弱く、積算が必要になるのに対して、心臓28のように、大きな形状変化を伴った測定対象からの情報をそのまま積算しては、得られた画像がそれぞれの大きさの状態での信号の平均値となってしまい、詳細な画像情報を得ることができないためである。   In such a biomagnetic measurement device 1 ′, a device 89 for detecting a heartbeat cycle is connected to the arithmetic device 5 in order to create the magnetocardiogram, and each sensor platform board 32 is connected to the arithmetic device 5 from the arithmetic device 5. It is preferable to provide a signal that defines the measurement timing. This is because the change in the magnetic field emitted from the heart 28 to be measured is weak and needs to be integrated, whereas the information from the measurement object with a large shape change like the heart 28 is integrated as it is. This is because the obtained image becomes an average value of signals in the respective sizes, and detailed image information cannot be obtained.

ここで、心臓28の血流を送り出すポンプの作用は、自らの大きさや位置を周期的に変えることで機能が得られており、特に血液を全身に送り出す仕事をしている左心室は、最大の大きさになる拡張期と最小になる収縮期とで、正常値で30〜50%も変化を見せる。しかしながら、前記心磁図を作成する場合に、前記演算装置5が、心臓28の鼓動の周期に同期して磁気信号を取り込み積算することで、概ね同じ大きさの状態で情報を得ることができ、鮮明な画像情報を得ることができる。前記同期は、心臓28が最も拡張したタイミング、または縮小したタイミング、或いはそれらのタイミングから任意にオフセットしたタイミング等、心臓28の動作周期における任意のタイミングでよく、毎回同じタイミングであれば、正確な心磁図を作成することができる。   Here, the function of the pump that sends the blood flow of the heart 28 is obtained by periodically changing its size and position, and in particular, the left ventricle that is working to send blood to the whole body is the maximum The normal value shows a change of 30 to 50% between the diastole and the minimum systole. However, when creating the magnetocardiogram, the arithmetic unit 5 can obtain information in a state of approximately the same size by capturing and integrating magnetic signals in synchronization with the heartbeat period of the heart 28, Clear image information can be obtained. The synchronization may be any timing in the operation cycle of the heart 28, such as the timing at which the heart 28 is most expanded, contracted, or arbitrarily offset from those timings. A magnetocardiogram can be created.

ここで、前記のような心臓28の動作と磁気画像とを同期させる具体的な方法としては、心電図の信号と同期させる、心臓28付近の皮膚の上下動と同期させる等の方法が挙げられる。心電の伝播は非常に早く、体のどの位置で測定しても、心臓28の拍動に対して極端な位相ずれが生じず、好適である。その場合は、心電を取るための配線が、心磁計測に悪影響を及ぼす可能性が高いので、この図13のように左腋下付近、もしくは左腕で取ることが好ましい。皮膚の上下の測定も、機械的に測定するほか、レーザ変位計などによる光や、音の反射時間や位相ずれなど、測定する磁界に影響を与えない方法をとることで、測定結果に対する悪影響を回避できる。   Here, as a specific method of synchronizing the motion of the heart 28 and the magnetic image as described above, there are a method of synchronizing with an electrocardiogram signal, synchronizing with vertical movement of the skin near the heart 28, and the like. The propagation of the electrocardiogram is very fast, and no matter what position of the body is measured, an extreme phase shift does not occur with respect to the pulsation of the heart 28, which is preferable. In that case, the wiring for taking the electrocardiogram is likely to have an adverse effect on the magnetocardiogram measurement. Therefore, it is preferable to use the left arm or the left arm as shown in FIG. In addition to mechanically measuring the top and bottom of the skin, the measurement results can be adversely affected by taking measures that do not affect the magnetic field to be measured, such as light reflected by a laser displacement meter, sound reflection time, and phase shift. Can be avoided.

(実施の形態3)
図14および図15は、本発明の実施の第3の形態に係る生体磁気計測装置1a,1a’の使用状態を模式的に示す断面図である。これらの生体磁気計測装置1a,1a’は、前述の生体磁気計測装置1,1’に類似しており、それぞれ脳磁図や心磁図を得ることができる。本実施の形態の生体磁気計測装置1a,1a’では、上述のようにしてセンサユニット3,3’を被験者2の頭部21や胸部26に装着した上に、磁気シールドを行う被覆部材4,4’を装着し、計測を実行することである。なお、この被覆部材4,4’に併用して、被験者2を囲むように、磁気シールド室を形成してもよい。ただし、その場合の磁気シールド室は、前述のSQUIDに用いられるような大掛かりなものではなく、簡易なものでよい。
(Embodiment 3)
FIG. 14 and FIG. 15 are cross-sectional views schematically showing use states of the biomagnetic measurement devices 1a and 1a ′ according to the third embodiment of the present invention. These biomagnetism measuring devices 1a and 1a ′ are similar to the biomagnetism measuring devices 1 and 1 ′ described above, and can obtain a magnetoencephalogram and a magnetocardiogram, respectively. In the biomagnetic measuring devices 1a and 1a ′ according to the present embodiment, the sensor unit 3 and 3 ′ are mounted on the head 21 and the chest 26 of the subject 2 as described above, and the covering member 4 that performs magnetic shielding is provided. 4 'is mounted and measurement is executed. A magnetic shield chamber may be formed so as to surround the subject 2 in combination with the covering members 4 and 4 ′. However, the magnetic shield room in that case is not a large-scale one used for the above-described SQUID, and may be a simple one.

前記被覆部材4は、前頭部、後頭部および側頭部に加えて、頬、鼻、口、目、顎または頸の少なくとも1つを覆うこととする。図14の例では、前記被覆部材4は、それらの総てを覆う、いわゆるフルフェイスのヘルメット(頭部を衝撃などから保護するために被る防護帽)の形状を呈しているものとする。なお、目や口については、前述の支持体31の開口33に対応する。   The covering member 4 covers at least one of the cheek, the nose, the mouth, the eyes, the jaw, and the neck in addition to the forehead, the occipital region, and the temporal region. In the example of FIG. 14, it is assumed that the covering member 4 has a shape of a so-called full-face helmet (a protective cap worn to protect the head from an impact or the like) covering all of them. The eyes and mouth correspond to the openings 33 of the support 31 described above.

一方、センサユニット3’に対応して、被覆部材4’は、前記胸部26や腹部27に適した円筒形状に形成される。残余の演算装置5などの構成は、前述の生体磁気計測装置1,1’と同様であり、その説明を省略する。特に被覆部材4’には、前記センサプラットフォームボード32が内張りされている。そして、この被覆部材4’は、磁気シールドを行う外側の筒状体から成り、その内側に充填される緩衝用の内装体が前記支持体31’となる。また、このセンサユニット3’は、2つの部材3a’,3b’から構成されており、たとえば図15で示すように、楕円の軸直角断面の長径線で、すなわち被験者2の前後に分割可能となっている。分割された2つの部材3a’,3b’は、一端側がヒンジなどで連結され、他端側がフックなどで締着され、或いは両端共フックなどで締着されてもよい。   On the other hand, corresponding to the sensor unit 3 ′, the covering member 4 ′ is formed in a cylindrical shape suitable for the chest part 26 and the abdominal part 27. The configuration of the remaining calculation device 5 and the like is the same as that of the biomagnetic measurement devices 1 and 1 'described above, and a description thereof is omitted. In particular, the sensor platform board 32 is lined on the covering member 4 '. The covering member 4 ′ is composed of an outer cylindrical body that performs magnetic shielding, and the cushioning inner body filled therein becomes the support body 31 ′. Further, the sensor unit 3 ′ is composed of two members 3a ′ and 3b ′. For example, as shown in FIG. 15, the sensor unit 3 ′ can be divided by a long diameter line of an elliptical cross section perpendicular to the axis, that is, before and after the subject 2. It has become. The two divided members 3a 'and 3b' may be connected at one end side by a hinge or the like and fastened at the other end side by a hook or the like, or both ends may be fastened by a hook or the like.

したがって、必要に応じて被験者2がこれらの被覆部材4,4’を着用することで、該被覆部材4,4’が外乱磁束BNをより確実に遮断し、測定精度を向上することができる。また、該被覆部材4,4’は、従来の生体内の微弱電流の測定装置であるSQUIDのような部屋全体を磁気シールドするのではなく、被測定部周辺のみをシールドするので、磁気シールドのコストを格段に削減することができるとともに、測定に係る自由度を向上することができる。さらにまた、被測定部が頭部21である場合に、該被覆部材4が、いわゆるヘルメットの形状を呈していることで、被験者2は被覆部材4を被るだけで、磁気シールドを行うことができ、被覆部材4の装着が容易である。また、図15の被覆部材4’のように、図14の被覆部材4において、センサプラットフォームボード32を内貼りしてもよい。   Therefore, when the subject 2 wears these covering members 4 and 4 ′ as necessary, the covering members 4 and 4 ′ can more reliably block the disturbance magnetic flux BN and improve the measurement accuracy. Further, the covering members 4 and 4 'do not magnetically shield the entire room like the SQUID which is a conventional measurement apparatus for weak current in a living body, but shield only the periphery of the measured part. The cost can be remarkably reduced and the degree of freedom related to the measurement can be improved. Furthermore, when the measured part is the head 21, the covering member 4 has a so-called helmet shape, so that the subject 2 can perform magnetic shielding only by covering the covering member 4. The covering member 4 can be easily mounted. Further, like the covering member 4 ′ in FIG. 15, the sensor platform board 32 may be attached inside the covering member 4 in FIG. 14.

前記被覆部材4,4’としては、一般に用いられているパーマロイやミューメタルなどの透磁率の高いもので覆うシールドが好適である。前記パーマロイの場合、その薄層が鋳物で成型され、水素雰囲気下で焼き鈍ますことで歪みが除かれたものが複数層積層されて該被覆部材4,4’が形成される。このため、該被覆部材4,4’は、左右に半割れや上下に分離した状態などで成型されたパーツが、接着や他の支持体によって、前記ヘルメット形状などに組上げられて構成される。或いは、そのような生体に密着したシールドではなく、簡易な磁気無音室を形成した後、被験者2に帷子状もしくは板鎧状にした着脱できるシールドを着用させるようにしてもよい。   As the covering members 4 and 4 ′, a shield covered with a material having high magnetic permeability such as permalloy or mu metal generally used is suitable. In the case of the permalloy, a thin layer is formed by casting, and a plurality of layers in which distortion is removed by annealing in a hydrogen atmosphere are laminated to form the covering members 4 and 4 ′. For this reason, the covering members 4 and 4 ′ are formed by assembling parts formed in a half-cracked state on the left and right or separated into the upper and lower sides into the helmet shape or the like by bonding or another support. Alternatively, instead of such a shield that is in close contact with a living body, a simple magnetic silence room may be formed, and then the subject 2 may be made to wear a detachable shield in the shape of a lion or a plate armor.

(実施の形態4)
図16は、本発明の実施の第4の形態に係る生体磁気計測装置1’’ の電気的構成を示すブロック図である。この生体磁気計測装置1’’において、前述の図5で示す生体磁気計測装置1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。本実施の形態の生体磁気計測装置1’’では、計測装置本体である演算装置5’’には、3次元計測装置8’’とともに、断層撮影装置9がさらに接続される。前記断層撮影装置9は、生体の3次元断層画像を撮影するCTやMRIなどから成り、前記演算装置5’’は、前記断層撮影装置9によって得られた3次元断層画像における特徴点と、前記3次元計測装置8’’によって得られた特徴点とを一致させることで、該演算装置5’’によって得られた脳磁図を、前記断層撮影装置9によって得られた3次元断層画像に合成する。
(Embodiment 4)
FIG. 16 is a block diagram showing an electrical configuration of a biomagnetic measurement apparatus 1 ″ according to the fourth embodiment of the present invention. This biomagnetism measuring apparatus 1 ″ is similar to the biomagnetism measuring apparatus 1 shown in FIG. 5 described above, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the biomagnetism measuring device 1 ″ of the present embodiment, a tomography device 9 is further connected to the arithmetic device 5 ″ that is the main body of the measuring device together with the three-dimensional measuring device 8 ″. The tomographic apparatus 9 is composed of CT, MRI, or the like that captures a three-dimensional tomographic image of a living body, and the arithmetic unit 5 '' includes feature points in the three-dimensional tomographic image obtained by the tomographic apparatus 9, By matching the feature points obtained by the three-dimensional measuring device 8 ″, the magnetoencephalogram obtained by the arithmetic device 5 ″ is combined with the three-dimensional tomographic image obtained by the tomography device 9. .

このため、前記3次元計測装置8’’の位置測定部83’’では、特徴点抽出部831’’は、各撮像画像から、前記各センサプラットフォームボード32を抽出するとともに、センサユニット3を被着しても隠れず、動かない人体の特徴的な点、たとえば眼球や耳の穴、或いは意識的に被験者2に装着したマーカを抽出し、前記位置計測部832が、各画像間における位置のずれから、3角法に基き、それらの位置情報を決定する。また、合成部84’’の特徴点照合部842’’も、それらの特徴点毎の情報を整理した後、前記位置情報統合部841が情報の合成を行い、各センサプラットフォームボード32の位置情報として整理統合し、前記演算装置5’’へ出力する。   For this reason, in the position measuring unit 83 ″ of the three-dimensional measuring apparatus 8 ″, the feature point extracting unit 831 ″ extracts each sensor platform board 32 from each captured image and also covers the sensor unit 3. Characteristic points of the human body that do not hide even when worn, such as eyeballs or ear holes, or markers that are consciously attached to the subject 2 are extracted, and the position measuring unit 832 determines the position of the position between the images. The positional information is determined from the deviation based on the triangle method. Also, the feature point matching unit 842 ″ of the synthesis unit 84 ″ organizes information for each of the feature points, and then the position information integration unit 841 synthesizes the information, and the position information of each sensor platform board 32. Are integrated and output to the arithmetic unit 5 ''.

一方、断層撮影装置9は、頭部21の3次元断層画像を撮像することで、各センサプラットフォームボード32および前記特徴点の位置計測を行うことができる。これによって、各センサプラットフォームボード32、すなわち各磁気センサ素子と生体との位置計測を行うことができる。図17には、前記頭部21のMRI画像に前記位置マーカによるマーキング位置を、重ね合わせて示す。   On the other hand, the tomography apparatus 9 can measure the positions of the sensor platform boards 32 and the feature points by capturing a three-dimensional tomographic image of the head 21. Thereby, the position measurement of each sensor platform board 32, that is, each magnetic sensor element and the living body can be performed. FIG. 17 shows the marking position by the position marker superimposed on the MRI image of the head 21.

そして、演算装置5’’は、前述のように、3次元計測装置8’’によって得られた各磁気センサ素子間の相対位置関係に基いて各磁気センサ素子の計測結果を磁場解析することで、頭部21内に生じた微弱電流に関する情報(磁場(微弱電流)の発生源の分布状況)を収集(描画)した後、前記断層撮影装置9によって得られた3次元断層画像における特徴点と、前記3次元計測装置8によって得られた特徴点とを一致させることで、前記微弱電流に関する情報を、前記断層撮影装置9によって得られた3次元断層画像に合成する。   Then, as described above, the arithmetic device 5 ″ performs magnetic field analysis on the measurement results of the magnetic sensor elements based on the relative positional relationship between the magnetic sensor elements obtained by the three-dimensional measurement device 8 ″. After collecting (drawing) information on the weak current generated in the head 21 (distribution status of the generation source of the magnetic field (weak current)), the feature points in the three-dimensional tomographic image obtained by the tomography apparatus 9 The information about the weak current is combined with the three-dimensional tomographic image obtained by the tomography device 9 by matching the feature points obtained by the three-dimensional measuring device 8.

ここで、多数のセンサを人体に貼り付けて人体内部の様子を観察する取組みは、脳に対する光トポグラフィーやEEG(Electroencephalogram:脳波)などで行われている。しかしながら、一般にこれらの取組みで得られる解像度は、貼り付けられるセンサの数に限りがあり、センサ間隔が数センチ程度離れているので、センサの詳細な位置情報を得ても、脳の機能分布に必要な解像度である3mmには程遠く、センサの位置情報を得る必然性は無かった。さらに、光トポグラフィーの場合には、脳や頭蓋骨の影響で信号が散乱し、非常にぼやけた画像になる。   Here, an approach of attaching a large number of sensors to the human body and observing the inside of the human body is performed by optical topography on the brain, EEG (Electroencephalogram) or the like. However, in general, the resolution obtained by these approaches is limited to the number of sensors to be attached, and the sensor interval is about several centimeters away. It was far from the required resolution of 3 mm, and there was no necessity to obtain sensor position information. Furthermore, in the case of optical topography, signals are scattered due to the influence of the brain and skull, resulting in a very blurred image.

これに対して、前記磁気センサ素子としてのトンネル磁気抵抗素子や磁気インピーダンス素子のように、冷却なしあるいは簡易な冷却のみで計測できる磁気センサ素子は、小型化が可能で、かつパッシブに磁気信号を受取るので、センサ間の信号にコンタミが発生せず、沢山敷き詰めることで解像度を向上することが可能である。そのため、演算装置5’’が、脳の機能など詳細な位置情報と合わせて得られた情報を精査することにより、より高解像度で得られた情報の意味付けが可能になる。そして、センサの位置情報と同時に被測定部の位置情報を得る方法として、前記3次元計測装置8’’を用いることが有効である。   On the other hand, magnetic sensor elements that can be measured without cooling or only with simple cooling, such as tunnel magnetoresistive elements and magneto-impedance elements as the magnetic sensor elements, can be reduced in size and passively output magnetic signals. Since it is received, the signal between the sensors is not contaminated, and it is possible to improve the resolution by laying a lot. For this reason, the arithmetic device 5 ″ examines information obtained in combination with detailed position information such as the function of the brain, thereby making it possible to give meaning to the information obtained with higher resolution. It is effective to use the three-dimensional measuring device 8 ″ as a method for obtaining the position information of the measured portion simultaneously with the position information of the sensor.

図18は、上述のように構成される生体磁気計測装置1’’の計測方法を説明するためのフローチャートである。ステップS01では、被験者2の頭部21にマーカが貼付けられ、ステップS02では、MRIなどの断層撮影装置9によって被験者2の頭部21の3次元断層画像を撮像し、その撮像画像を解析することで特徴点を検出する。続いて、前記ステップS1で、被験者2の頭部21にセンサユニット3が被せられ、ステップS2’では、3次元計測装置8によって、前記被験者2の頭部21に被着された各センサプラットフォームボード32および特徴点(マーカ)間の相対位置関係が計測される。   FIG. 18 is a flowchart for explaining a measurement method of the biomagnetic measurement device 1 ″ configured as described above. In step S01, a marker is attached to the head 21 of the subject 2, and in step S02, a three-dimensional tomographic image of the head 21 of the subject 2 is captured by the tomography apparatus 9 such as MRI, and the captured image is analyzed. To detect feature points. Subsequently, in step S1, the sensor unit 3 is placed on the head 21 of the subject 2, and in step S2 ′, each sensor platform board attached to the head 21 of the subject 2 by the three-dimensional measuring device 8. 32 and the relative positional relationship between feature points (markers) are measured.

その後、必要な場合はステップS5で前記マーカの取外しが行われ、前記ステップS3では各磁気センサ素子によって磁界検出が行われる。ステップS4では、前記3次元計測装置8によって得られた各センサプラットフォームボード32内の磁気センサ素子の相対位置関係に基いて、演算装置5’’が、前述のようにして各磁気センサ素子の計測結果を磁場解析することで、前記頭部21内に生じた微弱電流による脳磁図を作成する。   Thereafter, if necessary, the marker is removed in step S5, and the magnetic field is detected by each magnetic sensor element in step S3. In step S4, based on the relative positional relationship of the magnetic sensor elements in each sensor platform board 32 obtained by the three-dimensional measuring apparatus 8, the arithmetic unit 5 '' measures each magnetic sensor element as described above. A magnetoencephalogram with a weak current generated in the head 21 is created by magnetic field analysis of the result.

本実施の形態では、続いて、ステップS6において、前記演算装置5’’が、断層撮影装置9によって得られた3次元断層画像における特徴点(マーカ)と、前記3次元計測装置8’’によって得られた特徴点(マーカ)とを一致させることで、該演算装置5’’によって得られた前記脳磁図を、前記断層撮影装置9によって得られた3次元断層画像に合成する。   In the present embodiment, subsequently, in step S6, the calculation device 5 ″ uses the feature point (marker) in the three-dimensional tomographic image obtained by the tomography device 9 and the three-dimensional measurement device 8 ″. By matching the obtained feature points (markers), the magnetoencephalogram obtained by the arithmetic device 5 ″ is synthesized with the three-dimensional tomographic image obtained by the tomography device 9.

このように構成することで、前記各磁気センサ素子間の相対位置関係に加えて、生体と磁気センサ素子との間の相対位置関係、たとえば前記脳モデルに対する磁気センサ素子の空間的な位置情報を正確に計測し、高精細な磁気測定を可能にすることができる。特に、脳磁計測の場合に有効であり、それは、脳の形状も機能割付けの際には重要になるためである。たとえば、測定部位が脳の場合、実際の脳の様子を知るためには、空間の分解能が3mmの精度で測定することが求められているが、本実施の形態では、いわゆる標準脳モデルによる解析ではなく、CTスキャンやMRIを用いた実際の被験者2の3次元断層画像を用いるので、この精度を達成することができる。   With this configuration, in addition to the relative positional relationship between the magnetic sensor elements, the relative positional relationship between the living body and the magnetic sensor element, for example, the spatial position information of the magnetic sensor element with respect to the brain model can be obtained. Accurate measurement enables high-definition magnetic measurement. This is particularly effective in the case of magnetoencephalography, because the shape of the brain is also important when assigning functions. For example, in the case where the measurement site is the brain, in order to know the actual state of the brain, it is required to measure the spatial resolution with an accuracy of 3 mm. Instead, this accuracy can be achieved because a three-dimensional tomographic image of the actual subject 2 using CT scan or MRI is used.

なお、図18において、ステップS1,S2’を行った後、ステップS01,S02を行ってもよい。その場合は、断層撮影によっても、各センサプラットフォームボード32の位置測定を行うことができる。また、光学式3次元計測装置8’’を用いず、CTスキャンなどの断層撮影装置9によって同時に磁気センサ素子の位置と被験者2の位置とを測定することで、CTスキャン情報に磁気センサ素子もしくはセンサプラットフォームボード32の情報が得られるので、磁気センサ素子と人体との位置計測と、生体磁気計測とを連続的に行うことができ、正確な3次元情報として情報をリンクできる。また、光学式3次元計測装置8’’で撮像された3次元画像を、さらに合成するようにしてもよい。   In FIG. 18, steps S01 and S02 may be performed after performing steps S1 and S2 '. In that case, the position of each sensor platform board 32 can be measured also by tomography. Further, without using the optical three-dimensional measuring device 8 '', the position of the magnetic sensor element and the position of the subject 2 are simultaneously measured by the tomography apparatus 9 such as a CT scan, so that the CT scan information can include the magnetic sensor element or Since the information of the sensor platform board 32 is obtained, the position measurement between the magnetic sensor element and the human body and the biomagnetism measurement can be continuously performed, and the information can be linked as accurate three-dimensional information. Further, the three-dimensional image captured by the optical three-dimensional measuring device 8 '' may be further synthesized.

上述の例では、各センサプラットフォームボード32間の相対位置測定を行う3次元計測装置8,8’’としては、ステレオカメラ81を用いた光学式の3次元計測装置を用いており、好適であるが、それに限定されるものではなく、たとえばレーザスキャニングや磁気を利用する方法がある。   In the above-described example, an optical three-dimensional measuring device using the stereo camera 81 is used as the three-dimensional measuring device 8, 8 ″ for measuring the relative position between the sensor platform boards 32, which is preferable. However, the method is not limited to this, and for example, there is a method using laser scanning or magnetism.

先ず、前記光学式の3次元計測装置8,8’’において、撮像対象である各センサプラットフォームボード32と生体(頭部21)との判別には、各センサプラットフォームボード32の形状が用いられる。各センサプラットフォームボード32の外形が直方体をしていることから、この外側に向いた4つの頂点から各センサプラットフォームボード32の位置が特定される。その場合、各センサプラットフォームボード32と生体との見分けを補助する方法として、各センサプラットフォームボード32の背面に、球状のマーカを付ける、色を付ける、蛍光塗料を塗る、或いは反射率の異なるマーカを付けるなどの方法が挙げられ、たとえば文献(KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.6(2009) 阿部、山口、河野、向井 非接触3次元デジタイザRANGE7のコア技術)に示されている。   First, in the optical three-dimensional measuring device 8, 8 ″, the shape of each sensor platform board 32 is used to discriminate between each sensor platform board 32 to be imaged and the living body (head 21). Since the outer shape of each sensor platform board 32 is a rectangular parallelepiped, the position of each sensor platform board 32 is specified from the four apexes facing outward. In that case, as a method for assisting in distinguishing between each sensor platform board 32 and a living body, a spherical marker, a color, a fluorescent paint, or a marker having a different reflectance is attached to the back of each sensor platform board 32. For example, it is shown in the literature (KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.6 (2009) Abe, Yamaguchi, Kono, Mukai non-contact 3D digitizer RANGE7 core technology).

一方、前記レーザスキャニングにおいても、各センサプラットフォームボード32にマーカを付与しておき、このマーカを検知することで、簡便および/または精密に位置測定を行うことができる。この場合には、被験者自身にもマーカを装着させることも可能である。   On the other hand, also in the laser scanning, by providing a marker on each sensor platform board 32 and detecting the marker, position measurement can be performed easily and / or precisely. In this case, it is also possible to attach a marker to the subject himself / herself.

また、各センサプラットフォームボード32の位置を測定する別法として、磁気を利用する方法がある。その方法は、磁気シールドで磁場遮蔽された磁気無音空間内に、測定者が任意の磁気発生源を設置し、その磁気の強度の比率などを各センサプラットフォームボード32で測定し、磁場発生源との相対位置を計算することによって、前記各センサプラットフォームボード32間の相対位置を測定するものである。この方法においては種々バリエーションがあり、磁気発生源を複数もつもの、磁気発生源を移動させるもの、磁気発生源を同一箇所で回転させるもの、電磁石などで磁界をOn・Offするもの、これらを複数組合わせた方法などが挙げられるが、本実施の形態ではこれらいずれの方法で計測しても構わない。   Another method for measuring the position of each sensor platform board 32 is to use magnetism. In this method, a measurer installs an arbitrary magnetic source in a magnetic silence space shielded by a magnetic field with a magnetic shield, measures the ratio of the magnetic strength with each sensor platform board 32, and the like. The relative positions of the sensor platform boards 32 are measured by calculating the relative positions of the sensor platform boards 32. There are various variations in this method, those having multiple magnetic sources, those that move the magnetic source, those that rotate the magnetic source at the same location, those that turn the magnetic field on and off with an electromagnet, etc. A combination method may be mentioned, but in this embodiment, measurement may be performed by any of these methods.

さらにまた、各センサプラットフォームボード32は、被験者2の頭部21の形状、測定の都合などで必ずしも同じ場所には固定されないので、上述のようにして3次元計測装置8,8’’によって相対位置が測定されるのであるが、支持部材31,31’が所定の厚みおよび硬さを有するゴムなどの皺になり難い材料から成り、各センサプラットフォームボード32間の相対位置関係に狂いが生じ難い場合は、必ずしも総てのセンサプラットフォームボード32の位置関係を測定する必要はない。   Furthermore, each sensor platform board 32 is not necessarily fixed at the same place due to the shape of the head 21 of the subject 2, the convenience of measurement, etc., so that the relative position is set by the three-dimensional measuring devices 8, 8 '' as described above. Is measured, but the support members 31 and 31 'are made of a material such as rubber having a predetermined thickness and hardness, and the relative positional relationship between the sensor platform boards 32 is unlikely to be distorted. It is not always necessary to measure the positional relationship of all sensor platform boards 32.

また、各センサプラットフォームボード32は、支持部材31,31’に搭載されず、生体に個別に貼付けられてもよい。その場合、センサプラットフォームボード32そのものを粘着性をもったシートを介して生体に張り付ける方法、吸盤によって貼り付ける方法等が考えられる。また、センサユニット3,3’としても、支持部材31,31’にアダプタやホルダを設け、被験者2が該支持部材31,31’を被ってから、各センサプラットフォームボード32を取付けるようにしてもよい。このように、センサプラットフォームボード32の生体への被着方法については、特に限定するものではない。   Moreover, each sensor platform board 32 may not be mounted on the support members 31 and 31 ′ but may be individually attached to a living body. In that case, a method of sticking the sensor platform board 32 itself to a living body through an adhesive sheet, a method of sticking with a suction cup, or the like can be considered. Also, as the sensor units 3 and 3 ′, adapters and holders are provided on the support members 31 and 31 ′, and the sensor platform board 32 is attached after the subject 2 covers the support members 31 and 31 ′. Good. Thus, the method for attaching the sensor platform board 32 to the living body is not particularly limited.

前記アダプタやホルダを用いる場合、センサプラットフォームボード32そのものの位置を測定する代わりに、前記アダプタやホルダの位置を測定し、センサプラットフォームボード32の位置を、それらのアダプタやホルダの位置と略同一もしくはアダプタやホルダの位置から所定値だけずれた推定位置としてもよい。   When using the adapter or holder, instead of measuring the position of the sensor platform board 32 itself, the position of the adapter or holder is measured, and the position of the sensor platform board 32 is substantially the same as the position of the adapter or holder. The estimated position may be shifted from the position of the adapter or holder by a predetermined value.

本実施の形態では、磁気センサ素子すべての位置と被験者2との位置関係を完全に計測することのみを重要とするのではなく、生体に密着できる磁気センサ素子を用いることによる高感度化と、磁気センサ素子の固定、磁気センサ素子と被験者2との相対位置情報取得による脳磁読影の高精度化、易読化を達成することを目的としている。このことから、本実施の形態では磁気センサ素子の位置すべてを測定せず、被験者2との位置関係に、上述のように磁気センサ素子の推定位置を利用することを否定しない。   In the present embodiment, it is not only important to completely measure the positional relationship between all the positions of the magnetic sensor elements and the subject 2, but high sensitivity by using a magnetic sensor element that can be in close contact with a living body, The object is to achieve high accuracy and easy reading of the magnetoencephalogram by fixing the magnetic sensor element and acquiring relative position information between the magnetic sensor element and the subject 2. Therefore, in this embodiment, not all positions of the magnetic sensor element are measured, and it is not denied that the estimated position of the magnetic sensor element is used as described above for the positional relationship with the subject 2.

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ充分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を著しく逸脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。   In order to express the present invention, the present invention has been properly and fully described through the embodiments with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily change and / or improve the above-described embodiments. It should be recognized that this is possible. Accordingly, unless a modification or improvement implemented by a person skilled in the art is at a level that significantly departs from the scope of the claims recited in the claims, the modification or the improvement is not entitled to the claims. It is interpreted as encompassing the scope.

1,1’;1a,1a’;1’’ 生体磁気計測装置
2 被験者
21 頭部
22 目
26 胸部
27 腹部
28 心臓
3,3’ センサユニット
301,302 磁気検出素子
3011,3021 磁化容易軸
3012,3022 磁化固定軸
31,31’ 支持部材
32 センサプラットフォームボード
321 TMRアレイモジュール
322 コントローラ
323 RAM
324 増幅・変換回路
34 固定具
3a’,3b’ 部材
4,4’ 被覆部材
5,5’’ 演算装置
6 インタフェイス
61 PCI・バス・コントローラ
62 コマンド変換・バッファ・コントローラ
63 SRAM
64 シリアルインタフェイスドライバ
7 ケーブル
71 電源線
72 信号線
8,8’’ 3次元計測装置
81 ステレオカメラ
82 I/F
83,83’’ 位置測定部
831,831’’ 特徴点抽出部
832 位置計測部
84,84’’ 合成部
841 位置情報統合部
842,842’’ 特徴点照合部
89 心拍周期を検出する装置
9 断層撮影装置
1, 1 ′; 1a, 1a ′; 1 ″ Biomagnetic measuring device 2 Subject 21 Head 22 Eye 26 Chest 27 Abdomen 28 Heart 3, 3 ′ Sensor units 301, 302 Magnetic detection elements 3011 and 3021 Easy magnetization axis 3012 3022 Magnetization fixed shaft 31, 31 'Support member 32 Sensor platform board 321 TMR array module 322 Controller 323 RAM
324 Amplification / Conversion Circuit 34 Fixture 3a ', 3b' Member 4, 4 'Cover Member 5, 5''Arithmetic Unit 6 Interface 61 PCI Bus Controller 62 Command Conversion Buffer Controller 63 SRAM
64 Serial interface driver 7 Cable 71 Power line 72 Signal line 8, 8 ″ Three-dimensional measuring device 81 Stereo camera 82 I / F
83, 83 ″ position measuring unit 831, 831 ″ feature point extracting unit 832 position measuring unit 84, 84 ″ combining unit 841 position information integrating unit 842, 842 ″ feature point collating unit 89 device for detecting heartbeat period 9 Tomography equipment

Claims (8)

測定対象に被着され、各磁気センサ間の位置が固定されていない複数の磁気センサと、
前記測定対象に被着された各磁気センサ間の相対位置関係を計測する3次元計測装置と、
前記3次元計測装置によって得られた各磁気センサ間の相対位置関係に基いて、前記各磁気センサの計測結果を磁場解析することで、前記測定対象内に生じた微弱電流に関する情報を収集する計測装置本体とを含み、
前記磁気センサは、
強磁性体を用い、相互に等しい一対の磁気検出素子と、出力端とを有する磁気センサであって、
前記一対の磁気検出素子は、その磁化容易軸の方向が検出磁束に対して直交し、かつ互いの磁化容易軸が直交するように、前記検出磁束の方向に互いに間隔を開けて配置され、
前記出力端は、前記一対の磁気検出素子の検出結果の差分を得ることを特徴とする磁気計測装置。
A plurality of magnetic sensors that are attached to the object to be measured and whose positions between the magnetic sensors are not fixed;
A three-dimensional measurement device that measures the relative positional relationship between the magnetic sensors attached to the measurement object;
Measurement that collects information on the weak current generated in the measurement object by performing magnetic field analysis of the measurement results of the magnetic sensors based on the relative positional relationship between the magnetic sensors obtained by the three-dimensional measurement apparatus. Including the device body,
The magnetic sensor is
A magnetic sensor using a ferromagnetic material and having a pair of mutually equal magnetic detection elements and an output end,
The pair of magnetic detection elements are arranged at intervals in the direction of the detection magnetic flux so that the direction of the easy magnetization axis is orthogonal to the detection magnetic flux and the mutual easy magnetization axes are orthogonal to each other,
The output terminal obtains a difference between detection results of the pair of magnetic detection elements .
前記測定対象とする生体の3次元断層画像を撮影する断層撮影装置をさらに備え、
前記計測装置本体は、前記断層撮影装置によって得られた前記3次元断層画像における特徴点と、前記3次元計測装置によって得られた特徴点とを一致させることで、該計測装置本体によって得られた前記微弱電流に関する情報を、前記断層撮影装置によって得られた3次元断層画像に合成することを特徴とする請求項1記載の磁気計測装置。
It further comprises a tomography apparatus that images a three-dimensional tomographic image of the living body to be measured,
The measurement apparatus body is obtained by the measurement apparatus body by matching the feature points in the three-dimensional tomographic image obtained by the tomography apparatus with the feature points obtained by the three-dimensional measurement apparatus. The magnetic measurement apparatus according to claim 1, wherein information relating to the weak current is synthesized with a three-dimensional tomographic image obtained by the tomography apparatus.
前記複数の磁気センサは、柔軟な材料から成る支持部材に搭載されることを特徴とする請求項2記載の磁気計測装置。   The magnetic measurement apparatus according to claim 2, wherein the plurality of magnetic sensors are mounted on a support member made of a flexible material. 前記磁気センサは、トンネル磁気抵抗素子、巨大磁気抵抗素子、又は磁気インピーダンス素子の何れかであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の磁気計測装置。   The magnetic measurement apparatus according to claim 1, wherein the magnetic sensor is a tunnel magnetoresistive element, a giant magnetoresistive element, or a magnetoimpedance element. 前記支持部材は、胴部を覆う筒状体であることを特徴とする請求項3記載の磁気計測装置。   The magnetic measurement apparatus according to claim 3, wherein the support member is a cylindrical body that covers the body portion. 前記計測装置本体による磁気センサからの信号の取り込みのタイミングが、心拍周期における同位相のタイミングであることを特徴とする請求項5記載の磁気計測装置。   6. The magnetic measurement apparatus according to claim 5, wherein the timing of taking in the signal from the magnetic sensor by the measurement apparatus main body is the same phase timing in the heartbeat cycle. 前記生体に被着された磁気センサ上を覆い、外部磁場からシールドする被覆部材をさらに備えることを特徴とする請求項2〜6のいずれか1項に記載の磁気計測装置。   The magnetic measurement device according to claim 2, further comprising a covering member that covers the magnetic sensor attached to the living body and shields the magnetic sensor from an external magnetic field. 生体内に生じた微弱電流に関する情報を収集する生体磁気計測方法において、In the biomagnetism measurement method for collecting information on the weak current generated in the living body,
断層撮影装置によって前記生体の3次元断層画像を撮像し、その撮像画像から特徴点を検出するステップと、Capturing a three-dimensional tomographic image of the living body with a tomographic apparatus and detecting a feature point from the captured image;
前記微弱電流による磁界を検出し、各磁気センサ間の位置が固定されていない複数の磁気センサを前記生体に複数被着するステップと、Detecting a magnetic field due to the weak current and attaching a plurality of magnetic sensors whose positions between the magnetic sensors are not fixed to the living body;
3次元計測装置によって前記生体に被着された各磁気センサ間の相対位置関係および前記特徴点を計測するステップと、Measuring a relative positional relationship between the magnetic sensors attached to the living body by the three-dimensional measuring device and the feature points;
前記各磁気センサによって前記磁界を検出するステップと、Detecting the magnetic field by each of the magnetic sensors;
前記3次元計測装置によって得られた各磁気センサ間の相対位置関係に基いて、計測装置本体が、前記各磁気センサの計測結果を磁場解析することで、前記生体内に生じた微弱電流に関する情報を収集するステップと、Based on the relative positional relationship between the magnetic sensors obtained by the three-dimensional measuring device, the measuring device main body performs magnetic field analysis on the measurement results of the magnetic sensors, thereby providing information on the weak current generated in the living body. Collecting steps,
前記断層撮影装置によって得られた3次元断層画像における特徴点と、前記3次元計測装置によって得られた特徴点とを一致させることで、前記計測装置本体が、該計測装置本体によって得られた前記微弱電流に関する情報を、前記断層撮影装置によって得られた3次元断層画像に合成するステップとを含み、By matching the feature points in the three-dimensional tomographic image obtained by the tomography device with the feature points obtained by the three-dimensional measurement device, the measurement device body is obtained by the measurement device body. Synthesizing information on weak current with a three-dimensional tomographic image obtained by the tomography apparatus,
前記磁気センサは、強磁性体を用い、相互に等しい一対の磁気検出素子と、出力端とを有する磁気センサであって、前記一対の磁気検出素子は、その磁化容易軸の方向が検出磁束に対して直交し、かつ互いの磁化容易軸が直交するように、前記検出磁束の方向に互いに間隔を開けて配置され、前記出力端は、前記一対の磁気検出素子の検出結果の差分を得ることを特徴とする生体磁気計測方法。The magnetic sensor is a magnetic sensor using a ferromagnetic material and having a pair of mutually equivalent magnetic detection elements and an output end, and the pair of magnetic detection elements has a direction of an easy magnetization axis as a detection magnetic flux. The output ends are arranged to be spaced apart from each other in the direction of the detection magnetic flux so as to be orthogonal to each other and the axes of easy magnetization are orthogonal to each other, and the output end obtains a difference between detection results of the pair of magnetic detection elements. A biomagnetic measurement method characterized by the above.
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