JP7342381B2 - 磁気シールド装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気シールド装置に関する。

医療の分野では、画像診断が広く用いられている。画像診断の１つして脳磁図（Magnetoencephalography：MEG）がある。これは脳の電気的な活動によって微弱な電流が流れ、それにより誘起した磁場を非常に感度の高いデバイスを用いて計測し、脳の活動を診断する手法である。

生体を起因とした磁場は非常に小さく、数十ｆＴ程度である。一方、地磁気等の外部磁場は５０μＴ程度であり、脳から発生される磁場に比べて、数桁以上大きい。そのため、生体磁場計測にあたり、外部磁場を遮断するために、磁気シールドルームが必要である。

磁気シールドルームは、パーマロイに代表される高透磁率の軟磁性材料により、磁気シールドしたい領域を囲むことで外部磁場を遮断する。パーマロイはニッケル・鉄を主成分とし、熱処理を経なければならないことや、需要量が少ないこともあり高価である。又、パーマロイは重量が極めて重いことから薄い材料を組み合わせて多層にすることで磁気シールドルーム内の低磁場空間を実現している。

脳磁計の導入障壁の１つに磁気シールドルーム自体のコストが高い、重いという点が挙げられる。その対策手段の１つとして、外部磁場と逆向きの磁場を磁気シールドルームに配置したコイルから発生させて、磁気シールドルーム内部に侵入する磁場を低減する磁気シールド装置が知られている。

一例として、磁気シールドルームの遮蔽性能を向上させるために用いるアクティブ磁気シールド技術において、磁場勾配を補正する目的で、磁気シールドルームの最外層、中間層、最内層にヘルムホルツコイルを配置し、多重的にコイルを配置した第１の磁気シールド装置が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

又、他の例として、空間内部の磁場勾配を減少させる目的で、補正対象空間における磁場を補正する第１コイルと、第１磁気センサ、第１磁気センサよりも第１コイルに近い位置に設けられた第２磁気センサを配置した第２の磁気シールド装置が挙げられる（例えば、特許文献２参照）。

上記の第１の磁気シールド装置は、磁気センサを磁気シールドルームから離れた遠方に配置しているため、外部磁場が低周波磁場であれば、周波数が低いため、磁気ノイズを相殺する逆位相の磁場の位相遅れの影響が少なく、遮蔽性能を十分に発揮できる。しかし、商用周波数以上の高い周波数の磁気ノイズに対しては、磁気シールドルームの壁面に生じる渦電流効果によって、磁気ノイズを相殺する磁場の位相遅れが大きくなり、十分な遮蔽性能が得られず、磁場勾配が大きいという問題があった。

又、比較的高い周波数の磁気ノイズが発生した場合、磁気シールドルーム周辺の磁気ノイズは一様ではない。このような環境下で第１の磁気シールド装置を用いた場合、磁気シールドルーム内部の磁場分布を正確に把握できず、磁場を低減することが難しい。更に、第１の磁気シールド装置に関し、多重に配置したキャンセルコイルで磁気シールドルーム内部の磁場を低減することが示唆されているが、磁場勾配補正を行うための具体的な方法については開示されていない。

一方、上記の第２の磁気シールド装置は、基本的な構成として第１コイルは磁気シールドルームの開口部に配置し、複数の磁気センサによって磁気シールドルーム内部の磁場勾配を減少するように制御している。しかし、第１コイルのみでは磁場勾配を完全になくすことはできず、磁場勾配が残ってしまい、磁場勾配が大きいという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、磁気シールドルーム内部の所定領域の磁場勾配を低減可能な磁気シールド装置を提供することを目的とする。

本磁気シールド装置は、内部空間を有し、外部磁場を遮蔽する多層の遮蔽材を備えた磁気シールドルームと、前記内部空間内に配置される磁気センサと、前記磁気シールドルームの外部に配置した第１コイルと、前記遮蔽材に挟まれた層間に配置した第２コイルと、前記磁気シールドルームの内部に配置した第３コイルと、前記磁気センサが計測した磁場強度に基づいて、前記第１コイルに流す電流の向きを決定する第１コイル制御部と、を有する。

開示の技術によれば、磁気シールドルーム内部の所定領域の磁場勾配を低減可能な磁気シールド装置を提供できる。

第１実施形態に係る磁気シールド装置を例示する断面図である。 第１実施形態に係る磁気シールド装置に接続される回路部を含めた構成を例示する図である。 第１実施形態に係る磁気シールド装置の制御部のハードウェアブロック図である。 第１実施形態に係る磁気シールド装置の制御部の機能ブロック図である。 第１実施形態に係る磁気シールド装置を例示する平面図（その１）である。 第１実施形態に係る磁気シールド装置を例示する平面図（その２）である。 各コイルによる磁場低減効果について説明する図である。 第１実施形態に係る磁気シールド装置における各コイルの制御方法を例示するフローチャートである。 第２実施形態に係る磁気シールド装置を例示する図である。 第２実施形態に係る磁気シールド装置に接続される回路部を含めた構成を例示する図である。 第２実施形態に係る磁気シールド装置の制御部の機能ブロック図である。 第２実施形態に係る磁気シールド装置における各コイルの制御方法を例示するフローチャートである。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１実施形態〉
図１は、第１実施形態に係る磁気シールド装置を例示する縦断面図である。図１を参照すると、磁気シールド装置１は、磁気シールドルーム１０と、第１コイル２１Ａ及び２１Ｂと、第２コイル２２Ａ及び２２Ｂと、第３コイル２３Ａ及び２３Ｂと、磁気センサ３１、３２、３３、及び３４とを有している。

磁気シールドルーム１０の内部空間の所定領域には、磁場を低減して磁場勾配を平坦化する対象となる磁場低減対象空間４０が画定されている。磁場低減対象空間４０は、磁気シールドルーム１０の内部空間の任意の領域に画定できる。磁場低減対象空間４０は、例えば、磁気シールドルーム１０の内部空間の中心に画定されてもよいし、磁気シールドルーム１０の内部空間の偏った位置に画定されてもよい。なお、本願において、平坦化とは完全に平坦な状態にすること、及び実使用上問題とならない程度に平坦に近い状態にすることを含むものである。

磁気シールドルーム１０は、パーマロイ等の軟磁性材料からなる多層の遮蔽材を備えている。遮蔽材は、少なくとも最内層１１及び最外層１２を含み、最内層１１は内部空間を有している。

第１コイル２１Ａ及び２１Ｂは、磁気シールドルーム１０の外部に配置されている。第１コイル２１Ａ及び２１Ｂは、磁気シールドルーム１０の最外層１２の外部付近の磁場低減対象空間４０を挟んだ位置に配置できる。

第２コイル２２Ａ及び２２Ｂは、遮蔽材に挟まれた層間に配置されている。第２コイル２２Ａ及び２２Ｂは、磁気シールド装置１の最内層１１と最外層１２との間の磁場低減対象空間４０を挟んだ位置に配置できる。

第３コイル２３Ａ及び２３Ｂは、磁気シールドルーム１０の内部に配置されている。第３コイル２３Ａ及び２３Ｂは、最内層１１の内壁沿いの磁場低減対象空間４０を挟んだ位置に配置できる。

なお、第１コイル２１Ａ及び２１Ｂ、第２コイル２２Ａ及び２２Ｂ、第３コイル２３Ａ及び２３Ｂの一部又は全部に、例えば、一方が一重で他方が多重に巻かれたコイルを用いてもよい。

磁気センサ３１、３２、３３、及び３４は、磁気シールドルーム１０の内部空間内に配置され、磁気シールドルーム１０の内部空間内の磁場を計測する。磁気センサ３１、３２、３３、及び３４としては、特に限定されず、必要な磁気センサを選択できるが、例えば、フラックスゲート磁束計のような磁気検出手段が挙げられる。

磁気センサ３１、３２、３３、及び３４は、例えば、第３コイル２３Ａと第３コイル２３Ｂと磁場低減対象空間４０との間に同一軸上に配置され、それぞれの磁気センサは、磁場低減対象空間４０を挟んで両側に２個以上配置される。これにより、磁場勾配を平坦化したい領域である磁場低減対象空間４０の磁場を精度よく推定できる。

磁場低減対象空間４０内には、生体活動を計測する脳磁計４１（後述の図５及び図６参照）が配置される。そのため、脳磁計４１の計測に影響を与えないように、磁気センサ３１、３２、３３、及び３４は磁場低減対象空間４０の外側に配置する必要がある。又、磁気センサ３１、３２、３３、及び３４のうち何れかの磁気センサで磁場を計測する際に、他の磁気センサから発生する磁場を計測すると磁気シールドルーム１０内の磁場分布を正確に把握できない。そのため、磁気センサ同士は一定の距離を離した位置に配置することが好ましい。

このように、磁気センサを磁気シールドルーム１０の内部空間内に複数個配置することで、磁気シールドルーム１０の内部空間内の磁場分布を詳細に把握できる。そして、各磁気センサが計測した磁場強度に基づいて、磁場低減対象空間４０の磁場を低減し、かつ、磁場低減対象空間４０の磁場勾配を平坦化するように、第１コイル２１Ａ及び２１Ｂ、第２コイル２２Ａ及び２２Ｂ、並びに第３コイル２３Ａ及び２３Ｂのコイル電流が決定される。

なお、図１は簡略化して１軸のみ図示しているが、２軸以上の成分の磁場勾配を調整してもよい。この場合、軸毎に第１コイル、第２コイル、及び第３コイル、並びに磁気センサが準備され、各軸に対応して配置される。コイル、コイルを駆動する駆動回路、及び磁気センサの個数が増えるが、１軸のみの場合と比べて、より精度の高い磁場勾配の平坦化を行うことができる。

図２は、第１実施形態に係る磁気シールド装置に接続される回路部を含めた構成を例示する図である。図２に示すように、磁気シールド装置１は、駆動回路５１～５４及び制御部７０を含む回路部を備えていてもよい。

図２において、第１コイル２１Ａ及び２１Ｂは駆動回路５１と、第２コイル２２Ａ及び２２Ｂは駆動回路５２と、第３コイル２３Ａは駆動回路５３と、第３コイル２３Ｂは駆動回路５４と接続されている。又、磁気センサ３１～３４の出力は制御部７０に入力されている。

制御部７０は、磁気センサ３１～３４から得た情報に基づいて所定の演算を行い、駆動回路５１～５４に信号を出力できる。これにより、第１コイル２１Ａ及び２１Ｂ、第２コイル２２Ａ及び２２Ｂ、並びに第３コイル２３Ａ及び２３Ｂに電流が流れ、磁気シールドルーム１０の内部の磁場低減対象空間４０の磁場を低減して磁場勾配を平坦化できる。

図３は、第１実施形態に係る磁気シールド装置の制御部のハードウェアブロック図である。図３に示すように、制御部７０は、主要な構成要素として、ＣＰＵ７１と、ＲＯＭ７２と、ＲＡＭ７３と、Ｉ／Ｆ７４と、バスライン７５とを有している。ＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３、及びＩ／Ｆ７４は、バスライン７５を介して相互に接続されている。制御部７０は、各種制御対象や各種センサ等と接続されている。制御部７０は、必要に応じ、他のハードウェアブロックを有しても構わない。

ＣＰＵ７１は、制御部７０の各機能を制御する。記憶手段であるＲＯＭ７２は、ＣＰＵ７１が制御部７０の各機能を制御するために実行するプログラムや、各種情報を記憶している。記憶手段であるＲＡＭ７３は、ＣＰＵ７１のワークエリア等として使用される。又、ＲＡＭ７３は、所定の情報を一時的に記憶できる。Ｉ／Ｆ７４は、他の機器等と接続するためのインターフェイスであり、例えば、外部ネットワーク等と接続される。

制御部７０は、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサや、所定の機能を実行するよう設計されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit)、ＤＳＰ（digital signal processor）、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）、ＳＯＣ（System on a chip)、又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）であってもよい。又、制御部７０は、回路モジュール等であってもよい。

図４は、第１実施形態に係る磁気シールド装置の制御部の機能ブロック図である。図４に示すように、制御部７０は、主要な機能ブロックとして、第１コイル制御部７１０と、第２コイル制御部７２０と、第３コイル制御部７３０とを有している。制御部７０は、必要に応じ、他の機能ブロックを有しても構わない。

制御部７０の第１コイル制御部７１０は、磁気センサ３１、３２、３３、及び３４が計測した磁場強度に基づいて、第１コイル２１Ａ及び２１Ｂに流す電流の向きを決定する。第１コイル制御部７１０から駆動回路５１に所定の信号が入力されると、決定された向きの電流が、駆動回路５１から第１コイル２１Ａ及び２１Ｂへ供給される。

なお、電流の向きを決定するだけなので、必ずしも、図２に示すように磁気センサ４個の計測値を用いなくてもよい。例えば、４個の磁気センサのうちの１個のみを使用してもよい。第１コイル２１Ａ及び２１Ｂに流す電流は固定値であり、これにより磁気シールド装置１内部の磁場を一定量低減する。電流値は磁気シールド装置１が配置される環境によって予め決定される。

ところで、磁気シールド装置１の最外層１２の外部付近に配置した第１コイル２１Ａ及び２１Ｂのみを用いて外部磁場をキャンセルする方法を採用することも可能であるが、この方法は以下の点で好ましくない。

すなわち、第１コイル２１Ａ及び２１Ｂのみを用いて外部磁場をキャンセルする方法は、磁気シールド装置１の手前で外部磁場をキャンセルできるので、より効率的に磁気シールド装置１に侵入する磁束を低減可能である。しかし、この場合、第１コイル２１Ａ及び２１Ｂに流す電流が大きくなり、磁気シールド装置１の周囲への磁気ノイズが懸念される。又、第１コイル２１Ａ及び２１Ｂに流す大電流によって遮蔽材のパーマロイが磁化し、磁気ノイズを発生することが懸念される。又、駆動回路５１が大掛かりになり、コストアップすることが懸念される。そのため、これらの懸念を回避する目的で第１コイル２１Ａ及び２１Ｂのコイル電流は固定値とし、他のコイルを併用する。

制御部７０の第２コイル制御部７２０は、磁気センサ３１、３２、３３、及び３４が計測した磁場強度に基づいて磁場低減対象空間４０内の磁場を推定する。そして、予め決定された閾値Ｂｔｈ１よりも磁場が小さくなるように、第２コイル２２Ａ及び２２Ｂへ流す電流値を決定する。第２コイル制御部７２０から駆動回路５２に所定の信号が入力されると、第２コイル制御部７２０により決定された電流値の電流が、駆動回路５２から第２コイル２２Ａ及び２２Ｂへ供給される。第２コイル制御部７２０は、磁場低減対象空間４０の磁場を、例えば、最小二乗近似等から推定できる。

なお、第２コイル２２Ａ及び２２Ｂでは内部空間の磁場を０にはできず、磁場勾配は必ず発生する。そのため、閾値Ｂｔｈ１は０にはできない。

第３コイル２３Ａ及び２３Ｂは、前述した方法で低減した磁場に対し、磁場低減対象空間４０内で磁場勾配を平坦化するように、異なる電流を流して磁場勾配を補正するためのコイルである。

制御部７０の第３コイル制御部７３０は、磁気センサ３１及び３２が計測した磁場強度に基づいて磁場低減対象空間４０内の磁場を推定する。そして、予め決定された閾値Ｂｔｈ２よりも磁場が小さくなるように、第３コイル２３Ａへ流す電流値を決定する。又、第３コイル制御部７３０は、磁気センサ３３及び３４が計測した磁場強度に基づいて磁場低減対象空間４０内の磁場を推定する。そして、予め決定された閾値Ｂｔｈ２よりも磁場が小さくなるように、第３コイル２３Ｂへ流す電流値を決定する。

第３コイル制御部７３０から駆動回路５３及び５４に所定の信号が入力されると、第３コイル制御部７３０により決定された電流値の電流が、駆動回路５３及び５４から第３コイル２３Ａ及び２３Ｂへ供給される。第３コイル制御部７３０は、磁場低減対象空間４０の磁場を、例えば、最小二乗近似等から推定できる。

閾値Ｂｔｈ２は任意で設定できるが、磁場勾配を平坦化するように限りなく０に近い方が好ましい。上記方法により、磁場低減対象空間４０の磁場が低減し、かつ、磁場勾配を平坦化できる。

なお、第３コイル２３Ａ及び２３Ｂのコイル電流を決定するにあたって、比較する閾値Ｂｔｈ２は同じにしなくてもよい。例えば、第３コイル２３Ａは閾値Ｂｔｈ２以下になるように制御し、第３コイル２３Ｂは閾値Ｂｔｈ３以下になるように制御してもよい。要は、磁場低減対象空間４０内の磁場が、脳磁計４１が生体磁場を計測できるような環境になるように閾値を制御できればよい。Ｂｔｈ１との関係は、Ｂｔｈ１＞Ｂｔｈ２、Ｂｔｈ３である。

又、第３コイル２３Ａ及び２３Ｂに流す電流を決定するにあたっての磁場低減対象空間４０の磁場推定方法は、上述の方法に限定されない。例えば、脳磁計４１に参照信号検出用センサが搭載されている場合、そのセンサ信号を併用して磁場低減対象空間４０の磁場勾配を推定してもよい。

又、図１では磁気センサを４個図示したが、これに限定されない。磁場低減対象空間４０内の磁場分布を推定でき、かつ、内部空間の磁場勾配を算出できるように、４個以上でもよい。但し、第３コイル２３Ａ及び２３Ｂをそれぞれ制御できるように、磁場低減対象空間４０の両側にそれぞれ２個以上の磁気センサを配置する必要がある。

図５は、第１実施形態に係る磁気シールド装置を例示する平面図である。図５において、コイルや磁気センサの図示は省略されている。なお、図１は、図５の磁気シールド装置１を磁場低減対象空間４０を通るように幅方向に切った縦断面を示している。

図５に示すように、磁気シールド装置１は、人が出入りする扉１５を備え、長手方向反対側に脳磁計４１が配置される。脳磁計４１を用いて脳の生体活動を計測するため、患者はベッド４２に横たわる。磁場低減対象空間４０は脳磁計４１を覆うような領域となっている。

図６に示すように、磁場低減対象空間４０は磁気シールド装置１内の中心位置に配置されず、偏った位置に配置される場合もある。この場合、脳磁計４１は扉１５の長手方向反対側に配置される。又、医師が磁気シールド装置１の内部で作業がしやすいように、幅方向に関しても脳磁計４１は扉１５から遠い位置に配置される。

図７は、各コイルによる磁場低減効果について説明する図である。図７において、縦軸は磁場強度を表し、横軸は図５及び図６の長手方向の磁場強度を表す。又、２点鎖線１００は、各コイルに電流を流して磁場低減する前の磁気シールド装置１の内部の残留磁場分布である。残留磁場は、例えば、磁気シールド装置１の内壁部分が高く、内壁から遠ざかるにつれて小さくなる。又、扉と壁の隙間からの磁束の侵入により、扉付近の磁場強度は高くなる。

一点鎖線１１０は、磁気シールド装置１の外部に配置された第１コイル２１Ａ及び２１Ｂによって、残留磁場が一定量低減されていることを表す。破線１２０は、第２コイル２２Ａ及び２２Ｂによって、残留磁場を更に低減していることを表す。磁場勾配をＢｔｈ１以下にすることで、磁場低減対象空間４０の磁場を一点鎖線１１０よりも低減できる。但し、磁場勾配はこの時点では平坦化できていない。

実線１３０は、第３コイル２３Ａ及び２３Ｂに異なる電流を流すことで、磁場低減対象空間４０内で磁場勾配が平坦化していることを表す。

図８は、第１実施形態に係る磁気シールド装置における各コイルの制御方法を例示するフローチャートである。図８に示す処理は、例えば、磁気シールド装置１が起動されることで開始される。以下、各ステップについて説明する。

まず、ステップＳ１では、第１コイル制御部７１０は、磁気センサ３１、３２、３３、及び３４のうちの少なくとも１つの磁気センサを用いて、第１コイル２１Ａ及び２１Ｂに流すコイルの向きを決定するために磁場測定を行う。そして、第１コイル制御部７１０は、磁場測定に用いた磁気センサが計測した磁場強度に基づいて、第１コイル２１Ａ及び２１Ｂに流す電流の向きを決定する。

次に、ステップＳ２では、第１コイル制御部７１０は、駆動回路５１に所定の信号を入力する。これにより、駆動回路５１から、ステップＳ１で決定された向きの電流が第１コイル２１Ａ及び２１Ｂへ供給され、磁気シールド装置１の磁場が一定量低減する。第１コイル２１Ａ及び２１Ｂに流す電流は固定値であり、例えば、ＲＯＭ７２に予め記憶されている。第１コイル制御部７１０は、必要なときに、ＲＯＭ７２に予め記憶されている情報を読み出すことができる。

次に、ステップＳ３では、第２コイル制御部７２０は、第１コイル２１Ａ及び２１Ｂに電流を流して低減した磁場において、再度磁気センサ３１、３２、３３、及び３４を用いて磁場測定を行う。

次に、ステップＳ４では、第２コイル制御部７２０は、ステップＳ３での磁場測定の結果に基づいて、磁場低減対象空間４０の磁場勾配を計算する。

次に、ステップＳ５では、第２コイル制御部７２０は、ステップＳ４で計算した磁場勾配が事前に設定した閾値Ｂｔｈ１よりも小さくなる電流値を決定し、駆動回路５２に所定の信号を入力する。これにより、駆動回路５２から第２コイル２２Ａ及び２２Ｂへ電流が供給される。

次に、ステップＳ６では、第２コイル制御部７２０は、磁場勾配が閾値Ｂｔｈ１よりも小さくなっているか否かを判断する。磁場勾配が閾値Ｂｔｈ１よりも大きい場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ３へ戻り、再度第２コイル２２Ａ及び２２Ｂの電流調整を行う。閾値Ｂｔｈ１よりも磁場勾配が小さい場合（ＹＥＳの場合）は、次のステップＳ７に進む。

次に、ステップＳ７では、第３コイル制御部７３０は、第３コイル２３Ａ及び２３Ｂに電流を流して磁場低減対象空間４０内の磁場勾配を平坦化するための演算を行う。第３コイル２３Ａに関しては磁気センサ３１及び３２を用いて磁場勾配を算出し、第３コイル２３Ｂに関しては磁気センサ３３及び３４を用いて磁場勾配を算出する。

次に、ステップＳ８では、第３コイル制御部７３０は、ステップＳ７で計算した磁場勾配が事前に設定した閾値Ｂｔｈ２よりも小さくなる電流値を決定し、駆動回路５３及び５４に所定の信号を入力する。これにより、駆動回路５３及び５４から第３コイル２３Ａ及び２３Ｂへ電流が供給される。なお、第３コイル制御部７３０は、第３コイル２３Ａと第３コイル２３Ｂに流す電流値を異なる値に決定することができる。

次に、ステップＳ９では、第３コイル制御部７３０は、磁場勾配が閾値Ｂｔｈ２よりも小さくなっているか否かを判断する。磁場勾配が閾値Ｂｔｈ２よりも大きい場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ７へ戻り、再度第３コイル２３Ａ及び２３Ｂの電流調整を行う。閾値Ｂｔｈ２よりも磁場勾配が小さい場合（ＹＥＳの場合）は、次のステップＳ１０に進む。

次に、ステップＳ１０では、第１コイル制御部７１０、第２コイル制御部７２０、及び第３コイル制御部７３０は、各駆動回路に所定の信号を入力し、各コイルの電流維持を行う。これにより、磁場低減対象空間４０の磁場勾配が平坦化された状態が維持される。

なお、外部環境の変化、すなわち、磁気ノイズの変動により、磁気シールド装置１内部の磁場が変化する場合がある。そのため、図７に示したＳ１～Ｓ１０の制御フローは、磁気シールド装置１の起動時だけでなく、常時実行し、常時フィードバック制御を行うことが好ましい。

このように、磁気シールド装置１では、磁気シールドルーム１０の外部に配置した第１コイル２１Ａ及び２１Ｂに一定電流を流すことで、磁気シールドルーム１０の内部に侵入する磁場を一定量低減する。そして、磁気シールドルーム１０の遮蔽材の層間に配置した第２コイル２２Ａ及び２２Ｂに電流を流すことで、磁気シールドルーム１０の内部に侵入する磁場をキャンセルする。更に、磁気シールドルーム１０の内部に配置した第３コイル２３Ａ及び２３Ｂに電流差を設けて電流を流すことで、磁気シールドルーム１０の内部の磁場低減対象空間４０の磁場勾配調整を行う。これにより、磁気シールドルーム１０の内部の磁場低減対象空間４０の磁場を低減して磁場勾配を平坦化できる。

〈第２実施形態〉
第２実施形態では、第１実施形態とは異なる磁気シールド装置の例を示す。なお、第２実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図９は、第２実施形態に係る磁気シールド装置を例示する図である。図９を参照すると、磁気シールド装置２は、第４コイル２４Ａ及び２４Ｂが追加された点が、磁気シールド装置１（図１等参照）と相違する。磁気シールド装置２において、第４コイル２４Ａ及び２４Ｂは、第３コイル２３Ａ及び２３Ｂの内側に配置された磁気センサ３２及び３３の更に内側に配置される。第４コイル２４Ａ及び２４Ｂは、例えば、一対のヘルムホルツコイルである。但し、第４コイル２４Ａ及び２４Ｂは、磁場低減対象空間４０の大きさによっては、必ずしもヘルムホルツコイルでなくてもよい。

図６に示したように、磁場低減対象空間４０は磁気シールド装置内の中心位置に配置されず、偏った位置に配置される場合がある。偏った位置に磁場低減対象空間４０がある場合、磁気シールド装置の壁付近に配置されたコイルで磁場を低減するためにはコイル電流を多く必要とし、それによってコイルから発生する磁場が強くなる。そのため、コイル間で磁場干渉が顕著に現れ、磁場勾配が悪化する。

そこで、図９のように第４コイル２４Ａ及び２４Ｂを配置することで、コイル間の磁場干渉による磁場勾配の悪化を抑制できる。つまり、図９のような第４コイル２４Ａ及び２４Ｂの配置は、磁場低減対象空間４０が磁気シールド装置２内で偏った位置に配置される構成において、特に効果を発揮する。

図１０は、第２実施形態に係る磁気シールド装置に接続される回路部を含めた構成を例示する図である。図１０に示すように、磁気シールド装置２は、駆動回路５１～５５及び制御部７０Ａを含む回路部を備えていてもよい。

図１０において、第１コイル２１Ａ及び２１Ｂは駆動回路５１と、第２コイル２２Ａ及び２２Ｂは駆動回路５２と、第３コイル２３Ａは駆動回路５３と、第３コイル２３Ｂは駆動回路５４と、第４コイル２４Ａ及び２４Ｂは駆動回路５５と接続されている。又、磁気センサ３１～３４の出力は制御部７０Ａに入力されている。

制御部７０Ａは、磁気センサ３１～３４から得た情報に基づいて所定の演算を行い、駆動回路５１～５５に信号を出力できる。これにより、第１コイル２１Ａ及び２１Ｂ、第２コイル２２Ａ及び２２Ｂ、第３コイル２３Ａ及び２３Ｂ、並びに第４コイル２４Ａ及び２４Ｂに電流が流れ、磁気シールドルーム１０の内部の磁場低減対象空間４０の磁場を低減して磁場勾配を平坦化できる。

制御部７０Ａのハードウェアブロックは、例えば、図３と同様である。図１１は、第２実施形態に係る磁気シールド装置の制御部の機能ブロック図である。図１１に示すように、制御部７０Ａは、主要な機能ブロックとして、第１コイル制御部７１０と、第２コイル制御部７２０と、第３コイル制御部７３０と、第４コイル制御部７４０を有している。制御部７０Ａは、必要に応じ、他の機能ブロックを有しても構わない。

制御部７０Ａの第４コイル制御部７４０は、磁気センサ３１、３２、３３、及び３４が計測した磁場強度に基づいて磁場低減対象空間４０内の磁場を推定する。そして、予め決定された閾値Ｂｔｈ４よりも磁場が小さくなるように、第４コイル２４Ａ及び２４Ｂへ流す電流値を決定する。

第４コイル制御部７４０から駆動回路５５に所定の信号が入力されると、第４コイル制御部７４０により決定された電流値の電流が、駆動回路５５から第４コイル２４Ａ及び２４Ｂ供給される。第４コイル制御部７４０は、磁場低減対象空間４０の磁場を、例えば、最小二乗近似等から推定できる。

閾値Ｂｔｈ４は任意で設定できるが、磁場勾配を平坦化するように限りなく０に近い方が好ましい。上記方法により、磁場低減対象空間４０の磁場が低減し、かつ、磁場勾配を平坦化できる。なお、第３コイル２３Ａ及び２３Ｂと同様に、第４コイル２４Ａ及び２４Ｂのコイル電流は個別に制御してもよい。又、磁気シールド装置２において、第３コイル２３Ａ及び２３Ｂを省略した形態としてもよい。

この場合には、第３コイル２３Ａ及び２３Ｂに流す電流よりも小さい電流で磁場勾配を調整できるという利点がある。又、磁場低減対象空間４０により近い位置で磁場勾配調整ができるため、磁場勾配調整が容易に行えるという効果が得られる。

図１２は、第２実施形態に係る磁気シールド装置における各コイルの制御方法を例示するフローチャートである。図１２に示す処理は、例えば、磁気シールド装置２が起動されることで開始される。ステップＳ１～Ｓ９については図８と同様であるため、第４コイルに関するステップＳ１１～Ｓ１４のみ、以下に説明する。

ステップＳ９が終了するとステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１では、第４コイル制御部７４０は、第４コイル２４Ａ及び２４Ｂに電流を流して磁場低減対象空間４０内の磁場勾配を平坦化するための演算を行う。第４コイル２４Ａに関しては磁気センサ３１及び３２を用いて磁場勾配を算出し、第４コイル２４Ｂに関しては磁気センサ３３及び３４を用いて磁場勾配を算出する。

次に、ステップＳ１２では、第４コイル制御部７４０は、ステップＳ１１で計算した磁場勾配が事前に設定した閾値Ｂｔｈ４よりも小さくなる電流値を決定し、駆動回路５５に所定の信号を入力する。これにより、駆動回路５５から第４コイル２４Ａ及び２４Ｂへ電流が供給される。

次に、ステップＳ１３では、第４コイル制御部７４０は、磁場勾配が閾値Ｂｔｈ４よりも小さくなっているか否かを判断する。磁場勾配が閾値Ｂｔｈ４よりも大きい場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１１へ戻り、再度第４コイル２４Ａ及び２４Ｂの電流調整を行う。閾値Ｂｔｈ４よりも磁場勾配が小さい場合（ＹＥＳの場合）は、次のステップＳ１４に進む。

次に、ステップＳ１４では、第１コイル制御部７１０、第２コイル制御部７２０、第３コイル制御部７３０、及び第４コイル制御部７４０は、各駆動回路に所定の信号を入力し、各コイルの電流維持を行う。これにより、磁場低減対象空間４０の磁場勾配が平坦化された状態が維持される。

なお、外部環境の変化、すなわち、磁気ノイズの変動により、磁気シールド装置２内部の磁場が変化する場合がある。そのため、図１２に示したＳ１～Ｓ１４の制御フローは、磁気シールド装置２の起動時だけでなく、常時実行し、常時フィードバック制御を行うことが好ましい。

このように、磁気シールド装置２では、磁気シールドルーム１０の外部に配置した第１コイル２１Ａ及び２１Ｂに一定電流を流すことで、磁気シールドルーム１０の内部に侵入する磁場を一定量低減する。そして、磁気シールドルーム１０の遮蔽材の層間に配置した第２コイル２２Ａ及び２２Ｂに電流を流すことで、磁気シールドルーム１０の内部に侵入する磁場をキャンセルする。更に、磁気シールドルーム１０の内部に配置した第３コイル２３Ａ及び２３Ｂに電流差を設けて電流を流すことで、磁気シールドルーム１０の内部の磁場低減対象空間４０の磁場勾配調整を行う。更に、磁気シールドルーム１０の内部に配置した第４コイル２４Ａ及び２４Ｂに電流を流すことで、磁気シールドルーム１０の内部の磁場低減対象空間４０の磁場勾配調整を行う。これにより、磁気シールドルーム１０の内部の磁場低減対象空間４０の磁場を低減して磁場勾配を平坦化できる。

特に、第３コイル２３Ａ及び２３Ｂの更に内側に、遮蔽材を介さずに第４コイル２４Ａ及び２４Ｂが配置されることで、磁場勾配を平坦化したい磁場低減対象空間４０が磁気シールドルーム１０内で偏った位置にある場合でも、磁場低減が可能になる。

以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

１、２ 磁気シールド装置
１０ 磁気シールドルーム
１１ 最内層
１２ 最外層
２１Ａ、２１Ｂ 第１コイル
２２Ａ、２２Ｂ 第２コイル
２３Ａ、２３Ｂ 第３コイル
３１、３２、３３、３４ 磁気センサ
４０ 磁場低減対象空間
５１、５２、５３、５４、５５ 駆動回路
７０、７０Ａ 制御部

特開２００２－２５７９１４号公報 特開２０１５－５５５２０号公報

Claims (8)

1. 内部空間を有し、外部磁場を遮蔽する多層の遮蔽材を備えた磁気シールドルームと、
   前記内部空間内に配置される磁気センサと、
   前記磁気シールドルームの外部に配置した第１コイルと、
   前記遮蔽材に挟まれた層間に配置した第２コイルと、
   前記磁気シールドルームの内部に配置した第３コイルと、
   前記磁気センサが計測した磁場強度に基づいて、前記第１コイルに流す電流の向きを決定する第１コイル制御部と、を有する磁気シールド装置。
2. 前記内部空間に画定された磁場低減対象空間を有し、
   前記磁気センサを前記内部空間内の前記磁場低減対象空間の外側に複数個配置した請求項１に記載の磁気シールド装置。
3. 前記内部空間内の前記磁場低減対象空間の外側に一対の前記第３コイルが配置され、
   各々の前記磁気センサは、一対の前記第３コイルと前記磁場低減対象空間との間に同一軸上に配置され、
   各々の前記磁気センサは、前記磁場低減対象空間を挟んで両側に２個以上配置されている請求項２に記載の磁気シールド装置。
4. 前記磁気センサが計測した磁場強度に基づいて、前記内部空間の磁場を推定し、前記第２コイルへ流す電流値を決定する第２コイル制御部を有する請求項１乃至３の何れか一項に記載の磁気シールド装置。
5. 前記磁気センサが計測した磁場強度に基づいて、前記内部空間の磁場を推定し、前記第３コイルへ流す電流値を決定する第３コイル制御部を有する請求項１乃至４の何れか一項に記載の磁気シールド装置。
6. 前記第３コイルは２つのコイルを含み、
   前記第３コイル制御部は、各々の前記コイルに流す電流値を異なる値に決定する請求項５に記載の磁気シールド装置。
7. 前記第３コイルの更に内側に、前記遮蔽材を介さずに第４コイルが配置された請求項１乃至６の何れか一項に記載の磁気シールド装置。
8. 前記磁気センサが計測した磁場強度に基づいて、前記内部空間の磁場を推定し、前記第４コイルへ流す電流値を決定する第４コイル制御部を有する請求項７に記載の磁気シールド装置。

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