JP7222777B2 - 脳磁計及び脳磁計の使用方法 - Google Patents

Description

本発明は脳磁計及びその使用方法に関するものである。

従来、下記特許文献１に記載の脳磁計が知られている。この脳磁計では、デュワーに収容された冷却液体に脳の磁場を検出するセンサーが浸漬される。デュワーの周囲は熱シールド板（熱輻射シールド部）に囲まれており、熱シールド板が外部からデュワーへの輻射熱の進入を抑制する。

特開2010-46344号公報

熱シールド板を他の部材と接続して固定する際に、その上端を当該他の部材に対して接続・固定することが考えられ、この接続部分であるデュワー上端部が抜熱点となる。ここで、デュワーを傾けて脳磁を計測する際には、当該抜熱点とデュワー内の冷却液体の液面との距離が短くなる箇所が生じる。そして、冷却液体の液面から抜熱点までの距離が短い部分は冷却液体への入熱が多くなり、その結果、冷却液体の蒸発量が増加し、脳磁計測が可能な時間が短くなってしまう。この問題に鑑み、本発明は、冷却液体への入熱を抑える脳磁計及びその使用方法を提供することを目的とする。

本発明の脳磁計は、磁場を検出するセンサーを冷却する冷却液体を収容する冷却液体収容部と、冷却液体収容部の外周を囲む冷却シールド部と、を備え、冷却シールド部の上端縁に沿う仮想平面が、冷却液体収容部の延在方向に対して傾斜している。

また、冷却液体収容部及び冷却シールド部は、延在方向を鉛直とする状態に対し、予め定められた方向に回動が可能であり、延在方向を鉛直とする状態の冷却シールド部の上端縁は、回動による移動方向に向かって高くなるように傾斜していることとしてもよい。

本発明の脳磁計の使用方法は、上記いずれかの脳磁計の使用方法であって、冷却シールド部の上端縁に沿う仮想平面が水平になるように冷却液体収容部及び冷却シールド部を回動させた状態で、センサーにより脳磁の計測を実行する。

本発明によれば、冷却液体への入熱を抑える脳磁計及びその使用方法を提供することができる。

実施形態に係る脳磁計を示す断面図である。 図１の脳磁計のデュワーと冷却シールド部とを拡大して示す断面図である。 冷却シールド部の斜視図である。 （ａ）は比較例のデュワーと冷却シールド部とを示す断面図、（ａ）は実施形態のデュワーと冷却シールド部とを示す断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明に係る脳磁計の好適な実施形態について詳細に説明する。以下では、図に示されるように互いに直交するＸ、Ｙ、及びＺ方向を定め、脳磁計１の各部位の位置関係の説明に用いる場合がある。この場合、Ｚ方向が鉛直方向、Ｘ方向が被験者Ｐの前後方向、Ｙ方向が被験者Ｐの左右方向である。また、被験者Ｐから見て＋Ｘ方向が前方、－Ｘ方向が後方、＋Ｙ方向が左方、－Ｙ方向が右方である。

図１に示す脳磁計１は、計測ユニット１Ａ内の計測位置Ｈに頭が位置するように被験者Ｐを着座させ、当該被験者Ｐの脳の神経活動に伴って発生する微弱な磁場を非接触で計測、解析する装置である。この計測ユニット１Ａは、計測位置Ｈの周囲に配置され、脳で発生する磁場を検出するセンサー３を複数備えている。この脳磁計１では、被験者Ｐの脳の様々な位置から発生する磁場を検出するため、数十個～数百個（６４個，１２８個，２５６個など）といった多数の上記センサー３が、被験者Ｐの頭の表面に沿うように３次元的に配置されている。センサー３としては、例えばＳＱＵＩＤセンサが用いられる。

この多数のセンサー３で得られた電気信号は、それぞれ信号線４を通じて、計測ユニット１Ａの外に設けられる制御部１Ｃに送信される。そして制御部１Ｃの情報処理部１０において上記電気信号が解析されることにより、被験者Ｐの脳から発生した磁場が解析される。制御部１Ｃは、センサー３に制御信号を送信したり、上記のようにセンサー３からの電気信号を解析したりする機能を有しており、この制御部１Ｃとしては、例えばパーソナルコンピュータが用いられる。

また、計測ユニット１Ａは、センサー３を超伝導転移温度まで冷却するため、このセンサー３と、センサー３を冷却する冷媒と、を収納する断熱容器のデュワー７（冷却液体収容部）を備えている。上記の冷媒としては、例えば液化ヘリウムなどの冷却流体が用いられてもよい。本実施形態では液化ヘリウム５が冷媒として使用され、当該液化ヘリウム５にセンサー３が浸漬されるものとする。デュワー７の外周には冷却シールド部１７と真空断熱層１９とが配置される。更に、計測ユニット１Ａは、計測位置Ｈ及びデュワー７を包囲するように配置されると共に、被験者Ｐを覆う筒型体１５を備えている。筒型体１５には、筒型の磁気シールド体１１が内蔵されている。

磁気シールド体１１は、ニッケルからなる円筒状の基板１１ａと、当該基板１１ａの内壁面全体に成膜されたシールド膜１１ｂとを備えている。シールド膜１１ｂは、例えば、ビスマス系酸化物超伝導体からなる。また、筒型体１５には、磁気シールド体１１の外壁面に沿って冷媒を流通させる冷媒管（図示せず）が内蔵されている。そして、この冷媒管に、脳磁計１の冷凍機ユニット１Ｂから送出される極低温の冷媒（例えば、ここではヘリウム）が循環することで、シールド膜１１ｂが超伝導転移温度まで冷却され完全反磁性を発揮する。このような磁気シールド体１１により、計測位置Ｈの近傍から外部磁場の影響が除去され、被験者Ｐの脳で発生する極めて微弱な磁場の検出が可能になる。

脳磁計１のデュワー７は円筒状の側壁７ａを有する器体であり、軸線Ａ方向に延在する。なお、軸線Ａは側壁７ａの円筒軸でもあり、筒型体１５の円筒軸でもある。デュワー７の材料は、例えばＦＲＰである。

例えば、脳磁計１の非使用時には、計測ユニット１Ａが鉛直に立った状態（以下「直立状態」という）とすることができ、このとき軸線Ａは、図中にＡ０の符号で示されるように鉛直方向（Ｚ方向）に向いている。このような直立状態から、計測ユニット１Ａは、全体としてＹ軸周りで矢印Ｂ方向に回動可能である。そして、脳磁計１の使用時には、計測ユニット１Ａが図１に示されるような傾いた状態（以下「傾斜状態」という）になることで、被験者Ｐを筒型体１５内に収容し易くなっている。なお、計測ユニット１Ａの回動機構（図示せず）にはストッパが設けられている。このストッパにより、計測ユニット１Ａは、直立状態から矢印Ｂ方向の反対の方向には回動しないようになっている。

図２及び図３を参照しながら、冷却シールド部１７について更に説明する。図２は、直立状態におけるデュワー７及び冷却シールド部１７を拡大して示す断面図であり、図３は、その冷却シールド部１７のみを示す斜視図である。冷却シールド部１７はデュワー７の外周を囲むように配置されている。冷却シールド部１７の材料は、例えば、熱伝導性を良くするために、樹脂中に銅線を埋込んだものである。冷却シールド部１７は、デュワー７の底壁を覆う底壁部３１と、デュワー７の円筒側壁を同心に覆う平面視円形の側壁部３３と、を備えている。なお底壁部３１には、被験者Ｐの頭部を収容するための凹部３１ａが形成されている。

側壁部３３は、当該側壁部３３の上端縁３５においてデュワー７の外周面に固定される。なお、図２の例では、側壁部３３の上端縁３５とデュワー７の外周面との間に部材３７が介在しているが、このような固定形態には限定されず、上端縁３５が直接デュワー７の外周面に連結されてもよい。上端縁３５以外の位置では、デュワー７と冷却シールド部１７との間には隙間があり、当該隙間は真空層３９として形成されている。なお、真空層３９は比較的小さい隙間であるので、図１では真空層３９の図示が省略され、図２では真空層３９が誇張して図示されている。冷却シールド部１７は、上端縁３５においてデュワー７と連結されることにより、外気よりも低温に冷却される。そして、冷却シールド部１７は外部からデュワー７に侵入する輻射熱を抑制する。

側壁部３３は、上部を斜めに切除した円筒の形状をなしている。より詳細には、側壁部３３の上端縁３５は楕円形状をなしており、側壁部３３に沿った円筒を軸線Ａに直交しない仮想平面Ｓで切り取った切り口の形状をなす。すなわち、上端縁３５を含む仮想平面Ｓは軸線Ａに対して傾斜している。また仮想平面ＳはＹ方向に対して平行である。上端縁３５は、計測ユニット１Ａの回動による移動方向（矢印Ｂ方向）に向かって直線的に高くなるように傾斜している。すなわち、直立状態において、上端縁３５は、－Ｘ方向に行くほど高く、＋Ｘ方向に行くほど低くなるように、軸線Ａに対して傾斜している。

脳磁計１の使用方法は次の通りである。脳磁計１の使用時には、前述の通り、直立状態に対して矢印Ｂ方向に計測ユニット１Ａ全体を所定角度回動させ、傾斜状態とされる。この傾斜状態では、冷却シールド部１７の上端縁３５を含む仮想平面Ｓは水平になり、液化ヘリウム５の液面は上端縁３５と平行になる。このような傾斜状態において、センサー３による被験者Ｐの脳磁の計測が実行される。

以上説明した脳磁計１及びその使用方法による作用効果について図４を参照しながら説明する。

比較のため、図４（ａ）に示されるように、本実施形態の冷却シールド部１７の代わりに冷却シールド部１１７を用いる場合を考える。冷却シールド部１１７の上端縁１３５は、軸線Ａに直交する平面内に位置する。この場合、傾斜状態においては、図４（ａ）に示されるように、冷却シールド部１１７の上端縁１３５と液化ヘリウム５の液面５ａとの距離が短くなる箇所が発生する。図４（ａ）の例の場合、右端部（－Ｘ側の端部）における上端縁１３５と液面５ａとの上下方向の距離Ｈ１が最も短い。そうすると、この右端部において、抜熱点でもある上端縁１３５の液面５ａとの間の温度勾配が強くなり、その結果、液化ヘリウム５への入熱が増加する。そして、液化ヘリウム５の蒸発量が多くなり消費も早くなるといった問題がある。

これに対して、冷却シールド部１７を用いた本実施形態の脳磁計１の傾斜状態は、図４（ｂ）に示される状態となる。前述の通り、傾斜状態で、液化ヘリウム５の液面５ａは上端縁３５と平行になるので、上端縁３５と液面５ａとの上下方向の距離Ｈ２は冷却シールド部１７の周方向で一定である。そうすると、上端縁３５と液面５ａとの上下方向の距離が極端に短くなる箇所は発生せず、上端縁３５と液面５ａとの間の温度勾配が極端に強い箇所が発生しない。よって、上記のような問題が発生する可能性が低減され、液化ヘリウム５への入熱を抑えられ、その結果、液化ヘリウム５の消費も抑えられる。

また、図４（ｂ）には、直立状態における液化ヘリウム５の液面５ａ’が二点鎖線で示されている。直立状態において、上端縁３５と液面５ａとの最短距離は、図中の距離Ｈ３である。この直立状態における上端縁３５と液面５ａとの最短距離Ｈ３に比較して、傾斜状態における上端縁３５と液面５ａとの最短距離Ｈ２が長くなることは、幾何学的に明らかである。従って、脳磁計１によれば、脳磁の計測中（傾斜状態）において、直立状態のときを上回る液化ヘリウム５への入熱は避けられる。よって、脳磁計１によれば、特に、計測中において液化ヘリウム５の消費が抑えられる。そして、計測中における液化ヘリウム５の消費が抑えられることにより、計測中にセンサー３の液面５ａからの距離が短くなることが抑制され、その結果、計測中のセンサー３の検出感度の低下が抑制される可能性もある。

また仮に、直立状態と傾斜状態とで上端縁３５と液面５ａとの間の温度勾配が同じになるように設定された場合には、直立状態から傾斜状態に移行したときに液化ヘリウム５の蒸発量が大きく変化しないので、温度が安定するまでの時間が短くなり、計測の準備時間を短縮することができる。

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

１…脳磁計、３…センサー、５…液化ヘリウム（冷却液体）、７…デュワー（冷却液体収容部）、１７…冷却シールド部、３５…上端縁、Ｓ…仮想平面。

Claims (3)

1. 磁場を検出するセンサーを冷却する冷却液体を収容する冷却液体収容部と、
   前記冷却液体収容部の外周を囲む冷却シールド部と、を備え、
   前記冷却シールド部の上端縁に沿う仮想平面が、前記冷却液体収容部の延在方向に対して傾斜しており、
   前記冷却液体収容部及び前記冷却シールド部が、前記延在方向を鉛直とする状態に対して第１の傾斜方向に傾斜した状態で、脳磁計測が行なわれ、
   前記延在方向に対する前記仮想平面の傾斜方向が、前記第１の傾斜方向とは反対の方向である、脳磁計。
2. 磁場を検出するセンサーを冷却する冷却液体を収容する冷却液体収容部と、
   前記冷却液体収容部の外周を囲む冷却シールド部と、を備え、
   前記冷却シールド部の上端縁に沿う仮想平面が、前記冷却液体収容部の延在方向に対して傾斜しており、
   前記冷却液体収容部及び前記冷却シールド部は、前記延在方向を鉛直とする状態に対し、予め定められた方向に回動が可能であり、
   前記延在方向を鉛直とする状態の前記冷却シールド部の前記上端縁は、前記回動による移動方向に向かって高くなるように傾斜している、脳磁計。
3. 磁場を検出するセンサーを冷却する冷却液体を収容する冷却液体収容部と、前記冷却液体収容部の外周を囲む冷却シールド部と、を備え、前記冷却シールド部の上端縁に沿う仮想平面が、前記冷却液体収容部の延在方向に対して傾斜している、脳磁計の使用方法であって、
   前記冷却シールド部の前記上端縁に沿う仮想平面が水平になるように前記冷却液体収容部及び前記冷却シールド部を回動させた状態で、前記センサーにより脳磁の計測を実行する、脳磁計の使用方法。

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