JP7075340B2

JP7075340B2 - 生体磁気測定装置

Info

Publication number: JP7075340B2
Application number: JP2018521011A
Authority: JP
Inventors: 茂徳川端; 朝彦澁谷; 秀一大川
Original assignee: TDK Corp; Tokyo Medical and Dental University NUC
Current assignee: TDK Corp; Tokyo Medical and Dental University NUC
Priority date: 2016-06-03
Filing date: 2017-06-02
Publication date: 2022-05-25
Anticipated expiration: 2037-06-02
Also published as: US20190133477A1; US11647928B2; EP3466333A4; CN109414212A; CN109414212B; WO2017209273A1; JPWO2017209273A1; EP3466333A1

Description

本発明は、磁気センサを用いた生体磁気測定装置に関する。

磁気を検出する磁気センサに関し、従来より、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を用いたＭＲセンサが知られている。磁界の強さに応じて、ＭＲ素子にかかる直流抵抗が変化する。この直流抵抗の変化の程度を利用して、ＭＲセンサは、磁界の変化や磁性体の有無を電圧の変化として検出する。

ＭＲセンサは、ハードディスク装置の磁気ヘッドや、回転センサ（エンコーダ）、位置センサとして広く利用されている。また、近年、スマートフォンやタブレット機器等のモバイル機器が普及しており、モバイル機器には地磁気を利用して方位を計測するＭＲセンサを用いた方位センサが内蔵されている。方位センサから得られる情報は、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）による位置情報を利用したナビゲーション等に用いられる。

しかしながら、これら工業応用分野では、高感度な磁気検出技術を必要としていない。例えば、回転センサや位置センサにおいては、磁石等を基準信号とするので、高感度の磁気検出を必須としていない。また、方位センサは、地磁気を基準として絶対方位を検出すれば足り、高感度の磁気検出を必須としていない。

ところで、近年、医療現場において、生体の脳、心臓、筋肉の電気活動に伴って発生する微弱な低周波の磁気を検出する脳磁計、心磁計、筋磁計といった生体磁気計測装置が使用されている。脳の電気的活動に伴って発生する脳磁は、地磁気の約１億分の１程度の強度であり、心臓の心筋の電気的活動に伴って発生する心磁は、地磁気の百万分の１程度の大きさである。そのため、生体が発生する磁気（以下、「生体磁気」ともいう。）を検出するに際し、磁気センサには、極めて高感度な検出性能が要求される。

高感度な磁気検出を可能にする高感度磁気センサとして、超電導量子干渉素子（ＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＱｕａｎｔｕｍＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＤｅｖｉｃｅ、以下、「ＳＱＵＩＤ」ともいう。）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

ＳＱＵＩＤセンサは、超電導現象を利用した磁気センサであり、ジョセフソン接合を有する。そのため、ＳＱＵＩＤセンサを用いるに際し、液体ヘリウムや液体窒素といった冷媒による冷却を要する。したがって、ＳＱＵＩＤセンサは、冷媒を貯蔵するデュワー内に設けられなければならず、生体磁気を検出するにあたり、ＳＱＵＩＤセンサを生体と密着させることが難しい。

また、ＳＱＵＩＤセンサは、デュワー内にアレイ状に複数配置されている。しかしながら、ＳＱＵＩＤセンサを配置するにあたって、ＳＱＵＩＤセンサは、ＳＱＵＩＤ内部のジョセフソン接合に電磁気的な影響が及ばないように配置しなければならない。そのため、ＳＱＵＩＤセンサの配置変更、取替え、取り出し等は、容易ではない。

このように、ＳＱＵＩＤセンサは、超高感度な磁気センサであるにもかかわらず、生体に対して十分に近づけることができず、取り扱いが難しい等の課題がある。

そこで、冷却が不要な常温域で、微弱な磁気の検出が可能なＭＲセンサを用いた生体磁気測定装置が提案されている。例えば、特許文献２には、生体を外部磁場からシールドする被覆部材をヘルメット状又は円筒状に形成し、この被覆部材にＭＲセンサをアレイ状に内張りした生体磁気測定装置が提案されている。ＭＲセンサを用いた生体磁気測定装置では、ＭＲセンサをデュワー内に配置する必要がなく、ＳＱＵＩＤセンサを用いる場合に比べ、取り扱いが簡単で、ＭＲセンサを生体に近づけやすい。

特開２０１２－０２０１４３号公報特開２０１２－０９５９３９号公報

しかしながら、特許文献２に記載の生体磁気測定装置のように、ＭＲセンサの位置が固定されていると、測定対象（生体）によっては、測定対象とＭＲセンサとの密着性がなくなり、ＭＲセンサが磁気を検出できない場合がある。例えば、大人や子供、ヒト以外の動物等のように体型が異なる測定対象では、最適なＭＲセンサの配置が異なる。また、測定対象の部位によっては、それぞれ要求される測定結果の分解能も異なり、最適なＭＲセンサの配置が異なることがある。

本発明は、測定対象に応じて磁気センサを最適な位置に配置可能な生体磁気測定装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記のような課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、複数の磁気センサを着脱可能又は移動可能に保持することにより、測定対象に応じて磁気センサを最適な位置に配置可能な生体磁気測定装置を提供できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に、本発明は、以下のものを提供する。

（１）本発明は、生体磁気を検出する複数の磁気センサと、前記複数の磁気センサを生体に対向するように着脱可能又は移動可能に保持する保持部とを備える生体磁気測定装置である。

（２）また、本発明は、前記保持部には、前記磁気センサを着脱可能に保持する枠がアレイ状に配置されている、（１）に記載の生体磁気測定装置である。

（３）また、本発明は、前記保持部には、前記磁気センサをスライド移動可能に保持するレールが複数配置されている、（１）に記載の生体磁気測定装置である。

（４）また、本発明は、前記保持部は、非磁性材料から構成される、（１）から（３）のいずれかに記載の生体磁気測定装置である。

（５）また、本発明は、前記保持部は、可撓性材料から構成される、（１）から（４）のいずれかに記載の生体磁気測定装置である。

（６）また、本発明は、前記磁気センサが測定対象の直下に配される、（１）から（５）のいずれかに記載の生体磁気測定装置である。

本発明によれば、測定対象に応じて磁気センサを最適な位置に配置可能な生体磁気測定装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る生体磁気測定装置の構成の一例を示す平面図である。図１に示す生体磁気測定装置におけるＡ－Ａ’断面の部分拡大図である。被験者が大人である場合のＸ線撮影像と磁気センサの配置図を重ね合わせた説明図である。被験者が小人である場合のＸ線撮影像と磁気センサの配置図を重ね合わせた説明図である。生体が犬である場合のＸ線撮影像と磁気センサの配置図を重ねあわせた説明図である。磁気センサが被験者の直下に配される構成を説明する説明図である。磁気センサが被験者の直下に配される別の構成を説明する説明図である。生体磁気測定装置の第１の変形例であり、保持部にレールを設けた一例を示す平面図である。生体磁気測定装置の第２の変形例であり、保持部を可撓性材料から構成した一例を示す平面図である。生体磁気測定装置の第３の変形例であり、生体磁気測定装置が組み込まれた台を他の構成に置き換えた一例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。

＜生体磁気測定装置１＞
図１は、本発明の実施形態に係る生体磁気測定装置の一例を示す平面図である。図２は、図１に示す生体磁気測定装置におけるＡ－Ａ’断面の部分拡大図である。図１に示すように、生体磁気測定装置１は、生体磁気を検出する複数の磁気センサ１１と、磁気センサ１１を着脱可能に保持する保持部１２とを備えている。保持部１２には、磁気センサ１１を着脱可能に保持する枠１３がアレイ状に配置されている。

［磁気センサ１１］
磁気センサ１１は、測定対象である生体（以下、「被験者」ともいう。）から生じる磁界を検知する。磁気センサ１１としては、巨大磁気抵抗センサ（ＧＭＲセンサ）、トンネル磁気抵抗センサ（ＴＭＲセンサ）、異方的磁気抵抗センサ（ＡＭＲセンサ）、磁気インピーダンスセンサ（ＭＩセンサ）、フラックスゲートセンサ等が挙げられる。本実施形態で使用する磁気センサ１１は、１０^－４Ｔ（テスラ）～１０^－１０Ｔ（テスラ）程度の磁界（法線成分）を検出することができれば、いずれの磁気センサであってもよい。本実施形態で使用する磁気センサ１１は、ＳＱＵＩＤセンサと同程度の情報を得ることができ、かつ、常温で使用可能で、冷却を貯蔵するデュワー内に配置する必要がなく、ＳＱＵＩＤセンサを用いる場合に比べ、取り扱いが簡単で、生体に近づけやすい。

磁気センサ１１は、信号の授受や電力供給のための配線を有していてもよいし、有していなくてもよい。ただし、図２に示すように、生体磁気測定装置１においては、複数の磁気センサ１１が配置されることから、混線を避けるためには、配線１５を有していることが好ましい。

上記磁気センサ１１で検知された信号は、図示しない演算部に送られる。演算部では、各磁気センサ１１で検知された信号から生体磁気情報を生成し、画像情報化して表示装置に表示出力する。

［保持部１２・枠１３］
図１に示すように、保持部１２には、磁気センサ１１を着脱可能に保持する枠１３がアレイ状（１４×１４）に配置されている。図２に示すように、保持部１２には、磁気センサ１１を挿入可能な貫通孔１４が複数形成され、貫通孔１４の測定対象に対向する開口部には、磁気センサ１１を着脱可能に保持する枠１３が取り付けられている。磁気センサ１１を枠１３に取り付ける取付機構は、特に制限されるものでなく、ネジ等の固定具によって取り付けてもよい。これにより、磁気センサ１１は、検知面が生体に対向するように、保持部１２及び枠１３に対して、着脱可能である。

上述した保持部１２、枠１３、及び固定具（図示せず）は、アクリル樹脂等のプラスチック材料、銅・真鍮等の非鉄金属、木材等の非磁性材料で構成されることが好ましい。呼吸等による被験者の動きによって、保持部１２、枠１３、固定具等が振動しても、保持部１２、枠１３、固定具が非磁性材料であることにより、環境磁気の変動を抑制することができる。よって、環境磁気の変動による影響が磁気センサ１１に及ぶことを抑制することができる。

［生体磁気の測定手順］
以下、図３～図７を参照しながら、上記構成の生体磁気測定装置１を用いて生体磁気を測定する手順について説明する。

まず、測定者は、測定対象、例えば、被験者の体型や部位に応じて、必要とされる磁気センサ１１の個数とその配置を決定し、所定の磁気センサ１１を生体磁気測定装置１の保持部２の枠３の最適な位置に取り付ける。磁気センサ１１が信号授受のための配線１５を有する場合には、保持部１２の下方から磁気センサ１１を貫通孔１４に挿入し、磁気センサ１１を固定具により枠１３に取り付ければよい。

例えば、生体磁気測定装置１により、心磁図を得たい場合、被験者が大人のときには、１４×１４のアレイ状に配置された枠１３のうち、６×７のアレイ状に配置された枠１３に、４２個の磁気センサ１１を取り付ければよい（図３参照）。被験者が小人のときは、１４×１４のアレイ状に配置された枠１３のうち、５×４のアレイ状に配置された枠１３に、２０個の磁気センサ１１を取り付ければよい（図４参照）。生体が犬のときは、１４×１４のアレイ状に配置された枠１３のうち、５×１＋７×４＋５×１のアレイ状に配置された枠１３に３８個の磁気センサ１１を取り付ければよい（図５参照）。保持部１２上の１４×１４のアレイ状に配置された枠１３のうち、磁気センサ１１を取り付けるために選択される枠１３の位置は、保持部１２の中央部であっても周辺部であってもよいが、被験者の安定性の点から、中央部であることが好ましい。

また、被験者の部位によっては、要求される測定結果の分解能が異なる場合もある。そのような場合には、図１に示すように、高分解能が必要である箇所に、磁気センサ１１を密に配置し、高分解能が必要でない箇所に、磁気センサ１１を疎に配置してもよい。

その後、測定者は、磁気センサ１１が配置された生体磁気測定装置１に被験者の測定部位が載るように誘導し、磁気センサ１１の検知面と測定対象との密着性が得られているかを確認し、図示しない操作部から生体磁気測定装置１を操作し、測定を開始する。または、測定者は、磁気センサ１１が配置された生体磁気測定装置１に被験者の測定部位が載るように誘導した後、生体磁気測定装置１を操作し、磁気センサ１１の検知結果に基づき、磁気センサ１１の検知面と測定対象との密着性が得られているかを確認しながら、磁気センサ１１の配置を再調整してもよい。

磁気センサ１１の検知面と測定対象との密着性を高める上では、磁気センサ１１が測定対象の直下に配されることが好ましい。よって、例えば、被験者１００は、生体磁気測定装置１が組み込まれた診療台２上に仰向けに横たわってもよい（図６参照）。または、被験者１００は診療台２上にうつ伏せで横たわってもよい（図７参照）。生体磁気測定装置１が組み込まれた診療台２に被験者１００が横たわることにより、被験者１００に重力が作用し、被験者１００の体表面と磁気センサ１１の検知面との密着性が向上する。その結果、生体磁気測定装置１は、より精度の高い生体磁気情報を得ることが可能となる。

このように、被験者（生体）の体型・部位に応じて、磁気センサ１１を最適な位置に配置することにより、最適な領域で生体磁気情報を得ることができる。これにより、磁気センサ１１と生体の密着性が得られず生体磁気情報が得られない等の不具合が発生しない。また、不要な磁気センサ１１が配置されることもないので、不要な磁気センサ１１との信号授受や電力供給も行われず、省電力化及び低コスト化が可能となる。

また、要求される測定結果の分解能に応じて、磁気センサ１１を最適な位置に取り付けることにより、必要な磁気センサ１１の個数を減らすことができる。これにより、不要な磁気センサ１１との信号授受や電力供給も行われず、省電力化及び低コスト化が可能となる。

＜生体磁気測定装置の変形例＞
以下、図８～図１０を参照しながら、本実施形態に係る生体磁気測定装置の変形例について説明する。なお、図８～図１０中、上述した部材と同一部材には同一符号を付し、説明を省略する。

［第１の変形例］
図８は、生体磁気測定装置の第１の変形例を示す。図１及び図２に示す生体磁気測定装置１において、磁気センサ１１は、保持部１２の枠１３に着脱可能に保持されているが、レール１６によって移動可能に保持されていてもよい。

（レール１６）
図８に示す生体磁気測定装置１’において、保持部１２には、磁気センサ１１を移動可能に保持するレール１６が複数本並列して形成されている。これにより、複数の磁気センサ１１は、レール１６に沿って任意の位置に移動可能である。磁気センサ１１やレール１６の数は、特に制限されず、測定対象によって適宜選択されればよい。磁気センサ１１は、レール１６に対して着脱可能であっても、可能でなくてもよい。

レール１６は、保持部１２と同様に、アクリル樹脂等のプラスチック材料、銅・真鍮等の非鉄金属、木材等の非磁性材料で構成されることが好ましい。呼吸等による被験者の動きによって、保持部１２、レール１６等が振動しても、保持部１２、レール１６が非磁性材料であることにより、環境磁気の変動を抑制することができる。よって、環境磁気の変動による影響が磁気センサ１１に及ぶことを抑制することができる。

保持部１２にレール１６が形成された生体磁気測定装置１’では、測定者は、被験者の生体磁気を測定する際、測定結果を確認しながら、磁気センサ１１をレール１６に沿って移動させやすい。すなわち、保持部１２にレール１６が形成された生体磁気測定装置１’では、測定時に、磁気センサ１１の位置合わせを容易に行いやすい。

［第２の変形例］
図９は、生体磁気測定装置の第２の変形例を示す。上述した保持部１２は、プラスチック等の非磁性材料が一体成形された成形体であったが、保持部１７は、可撓性材料から構成されてもよい。

図９に示す保持部１７は、複数の磁気センサ１１を個別に固定する複数の固定部１８と、複数の固定部１８同士を連結するヒンジ１９とを有する。ヒンジ１９がゴム等の可撓性材料から構成されることにより、保持部１７は、生体に凹凸や曲率があっても、その形状に沿って磁気センサ１１を配置可能であり、生体の体表面と磁気センサ１１の検知面とを密着させることが可能である。その結果、保持部１７を備えた生体磁気測定装置は、生体の磁気を精度よく測定することができる。なお、固定部１８は、磁気センサ１１を固定できれば、固定部１８自体が可撓性材料から構成されてもよい。

［第３の変形例］
図１０は、生体磁気測定装置の第３の変形例を示す。図６及び図７に示す生体磁気測定装置１は、被験者１００が横たわれる診療台に組み込まれる形態であったが、生体磁気測定装置１が組み込まれる台は、これに限定されない。

例えば、測定対象が被験者の四肢の一部（例えば、手）である場合には、図１０に示すように、生体磁気測定装置１が診療台２よりも小型化された測定台３に組み込まれる形態であってもよい。図１０に示す測定台３は、被験者が横たわることなく、手から生じる磁気を検出可能であり、手の大きさや、必要な分解能に応じて、磁気センサ１１を最適な位置に取り付けることが可能である。

１生体磁気測定装置
２診療台
３測定台
１１磁気センサ
１２保持部
１３枠
１４貫通孔
１５配線
１６レール
１７保持部
１８固定部
１９ヒンジ

Claims

生体磁気を検出する複数の磁気センサと、
保持部と、
前記保持部に配置された、前記複数の磁気センサを生体に対向するように着脱可能に保持する枠と、を備え、
前記磁気センサは、検出面を有し、前記検出面は、前記磁気センサの鉛直方向の上端に測定対象に対向する位置に形成され、前記測定対象の重力によって前記測定対象と前記磁気センサの検出面との密着性が向上するように構成され、
前記磁気センサの前記生体の測定に必要な個数及び前記磁気センサを保持する前記枠の位置は、前記生体の体型及び前記生体の部位に対応しており、前記磁気センサを保持する前記枠の位置は、測定に最適な位置であり、かつ前記磁気センサを保持している前記枠は、前記磁気センサを保持するための前記保持部の前記枠の一部だけを構成している生体磁気測定装置。
前記保持部には、前記磁気センサを着脱可能に保持する前記枠がアレイ状に配置されている、請求項１に記載の生体磁気測定装置。
前記保持部には、前記磁気センサをスライド移動可能に保持するレールが複数配置されている、請求項１に記載の生体磁気測定装置。
前記保持部は、非磁性材料から構成される、請求項１から３のいずれかに記載の生体磁気測定装置。
前記保持部は、可撓性材料から構成される、請求項１から４のいずれかに記載の生体磁気測定装置。