JPH01503603A

JPH01503603A - 生体磁気測定を行なうための装置及び方法

Info

Publication number: JPH01503603A
Application number: JP63503569A
Authority: JP
Inventors: クラム、デュアン、ビー; ウェストレイ、ロナルド、シー; グリーンブラット、リチャード、イー; タウセイント、ロバート、エム; ヒルシュコフ、ユージン、シー
Original assignee: バイオマグネチック・テクノロジーズ・インコーポレーテッド
Priority date: 1987-04-17
Filing date: 1988-04-08
Publication date: 1989-12-07
Also published as: EP0312570A1; EP0312570A4; WO1988007834A1; US4793355A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】生体磁気側　行な−ため　び龜且二１１本発明は、医療用診断装置、詳細には人体における磁界の測定を行なうためのかかる装置、更に詳細には測定中の人体部分の位置と生体磁気の測定値とを直接相関することが可能な装置に関する。

人体は種々のエネルギーを発生するが、これらのエネルギーを人体の状態及び健康のモニターに利用出来る。これらの種々のエネルギーのうち最もよく知られているものは、おそらく熱であろう、普通の健康な人の体温は約９８．６°Ｆである。

測定した体温が著しく高いと、普通、病気に感染しているか或いは通常の健康状態にないことがわかる。簡単な医療器具である体温計は体温を測るものとして長い間用いられている。

１００年以上も昔、医学研究者により人体が電気信号も発生することが発見された。現在、医者は、良好な健康状態を示す成る特定のパターンの電気信号と、病気或いは異常な状態を示す他のパターンを認識することが出来る。最も良く知られた種類の電気信号は心臓及び脳からの電気信号であり、かかる信号を測定する装置が開発されている。心電図は心臓の活動に関連する電気信号を、また脳波図は脳に関連する電気信号を測定したものである。かかる装置は現在比較的一般的なものであり、殆どの病院には患者の体から発生する電気信号を測定して成る特定の種類の病気或いは異常状態の存否を判定する設備がある。

更に最近において、医学研究者により人体からの他の種類のエネルギーとは全く異なる磁界を人体が発生することが発見された。５１界と種々の健康状態、病気及び異常状態との関連性についての研究が進行中であり、おる特定の磁界がテンカン及びアルツハイマー病のような状態と関連あることを示す充分なデータが存在する。現在の医学では、脳の正常及び異常磁界の性質を調べてこれらの磁界とその磁界が発生する脳内の正確な位置との関連性を知る研究が行なわれている０例えばアルツハイマー病のような特定の異常状態と脳内の特定位置で発生する異常な磁界との間に関連があることが知られれば、その異常状態を治療可能な早い時期に検知し、他の医学知識を応用して脳のその正確な領域を治療することが可能であろう、従って、脳の磁気的研究を行なうことにより、知られている最も工具性の病気及び状態のうちの幾つかを理解し治療出来る可能性が与えられる。

生体磁気計は人体、特に脳が発生する磁界を測定するために開発された装置である。生体磁気計は人体が発生する磁気は非常に微弱で測定が難しいため、前述の医療器具よりも大型で複雑な装置である。脳が発生する磁界の強さは普通的０．０００００００１ガウスである。これと比較するために、地球の磁界の強さは約０．５ガウス、即ち脳の磁界の強さの１００万倍以上である。また電気器具はほとんど、多くの場合地球の磁界に比べて一段と大きな磁界を発生する。特殊な予防手段を講じないかぎり、地球の磁気及び近辺の装置のような外部の作用が人体からの磁界を完全に遮蔽する可能性があるため、人体の磁気測定を行うことが不可能なことが明らかである。

生体磁気計は、磁気的信号を検出するための非常に感度の良い検出器を備えた医療装置である。現在量も広く用いられている検出器は超伝導量子干渉デバイスまたは５ＱＵＩＤであり、その感度は脳が発生する磁気的信号を検出するに充分なものである。（例えば米国特許第４，３８６，３６１及び４，４０３．１８９号を参照され度い−これらの特許を２つの種類の５ＱＵＩＤの説明のために本明細書の一部を形成するものとして引用する）、この検出器及びその関連の装置は低温デユワ−に入れる等のような特別な動作条件にする必要があり、体内に入れたり人体表面に直接付着させたりすることは出来ない。

従って、この生体磁気計には患者が横になれるテーブルと、５ＱＵＩＤを患者の頭部に近接１例えば約８インチ離れた位置に置くための構造が備わっている。地球の磁界及び近辺の電気器具の磁界のような外部の作用をフィルターにより除去するための特別な電子装置が設けられている。（かかる装置の説明については、本明細書の一部を形成するものとして引用する米国特許第３．９８０．０７６及び４，０７９，７３０号を参照されたい）、患者と検出器はまた、外部の磁界からシールドするための磁気的に静かな包囲体内に位置させることが可能である。

（かかる包囲体の説明については、本明細書の一部を形成するものとして引用する米国特許第３，５５７，７７７号を参照されたい）、これらの特別な予防手段により、医学研究者及び医者は現在、脳が発生する磁界を正確に且つ高い信頼度で測定することが出来、これらの磁界と病気及び異常状態との間の関連性についての研究を行なっている。

上述したように、測定した生体からの磁界とその磁界を発生する脳内の正確な位置とを相関できるようにすることは特に重要である。脳内のある特定の物理的に識別可能な部位が特別な種類の活動及び作用を行なうことがよく解っている。従って、測定した生体磁界をその磁界を発生する脳内の特定の位置と相関させることは重要なことである。かかる相関関係を知ることは、病気及び不具合が発生するメカニズムを解明し、問題部分を治療するために重要である。

現在、測定した生体磁界とその磁界を発生する患者の頭部内の正確な位置とを相関させるための自動式で高信頼度且つ正確な方法はない、生体磁界を測定中の人はその測定の間中頭部を動かさないように保持するようにめられるが、彼の頭部の位置は磁気測定の前或いは後において物理的な測定、写真或いはＸ線により測定される。この方法が役に立つような状況はいくつかあるが、殆ど役に立たない場合もある０頭部を約１ミリメートル以内の誤差で数時間の間静止状態に保つようにめられるかも知れない０例えば１診断中の病気がテンカンである場合、発作が起こるまでに幾時間も連続して観察する必要があるで・あろう、データを取る間に患者の頭が動くと、そのデータと頭の位置との間の相関を行なおうとしても不可能であろう、データのうちいくつかが無効であるということは、患者の頭が動いたのは短時間であってすぐに元の同じ位置に戻っているかも知れないことから、検知が困難である。

別の方法として１頭部を枠やストラップのような拘束手段により比較的不動の位置に拘束して、生体磁気測定の開始時と終了時に写真撮影、Ｘ線透視或いは物理的測定を行なうやり方がある。この方法は患者にとって不快なものになりやすく、問題の生体磁気測定を妨げる偽の信号を発生させる場合がある。

患者は頭部を不動に保つことが出来ても１頭部の位置と生体磁気信号とを相関させる精度は用途によっては充分に大きなものではない。

従って、生体磁界を測定しこれらの磁界と患者の体の位置とを以前よりは正確に相関させるための装置及び方法に対する要望がある。好ましくは、かかる方法によると、自動的に頭部の位置がリアルタイムで記録されるため、測定した生体磁界を測定の時点で体の位置と相関させることが可能である。さらに、この測定法がこの装置の主要な作用である非常に微弱な生体磁界の測定を妨げる程大きな磁界を発生することがあってはならない、この最後の要件は、電流が流れる測定装置の殆どは生体磁気測定を妨げる可能性のある大きさの磁界を発生するため特に重要である０本発明は、かかる生体磁気測定装置に対する要望を充足し、さらに付加的な利点を有するものである。

え旦二皇１本発明は、人体の生体磁気測定を行なうための装置及び方法として具体化され、かかる測定値が得られる人体部分の位置を生体磁気データ自身と共に測定し記録する。患者が測定中に動いても、生体磁気データ発生源の正確な位置がまる０体の位置に関するデータは生体磁気データが得られる部分の内部座標系の構成に用いられるため、データの正確な内部発生源がまる０体の位置の測定システムは患者の動きが拘束されないという意味において非接触型であり、不快感がないため患者は長い間使用出来る。

本発明によれば、人体の磁気測定を行なう装置は、人体の選択部分から発生する磁界測定用センサーと含む生体磁気計手段と、生体磁界が測定される人体の選択部分の位置をリアルタイムで記録する手段とよりなり、前記記録手段は電磁信号を用いて人体の選択部分の位置を感知する電磁手段を含む０人体から生体磁気データを得てそのデータを人体の構造部分と相関させるための関連の方法は、上述した装置を提供し、前記記録手段を作動して人体の選択部分の位置を：２録し、前記生体磁気計手段からデータを取り出し、生体磁気データを人体の選択部分の位置に関する情報と共に記録して、生体磁気データが発生した人体の位置をめる。

生体磁気計手段は１人体の他の部分が発生する磁界も研究の対象となり得るが、脳が発生する磁界を高感度で測定するために極低温で動作する超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）を備えた装置である０、？！者は頭部と胴体を装置のテーブル上に位置させて休止し、５ＱＵＩＤを収納した少なくとも１つ、及び出来れば２つのデユワ−を頭部から約１２インチ離して配置する。脳が発生する磁界は磁気感知コイルでピックアップされ、５ＱＵＩＤで検出されて、磁界信号に必要なフィルタリング、増幅及び信号処理を施した後コンピュータに記憶される。５ＱＵＩＤは人体に関して可動であるため、磁界の発生点のマツプを作成出来る。

生体磁気の測定は、遮蔽された環境或いは遮蔽されていない環境の何れでも行なうことが出来るが、遮蔽された環境の方が好ましい、脳の磁界は、地球の磁界及びかかる生体磁気計装置の近くに通常存在する実験室用及び医用装置の磁界の１手刀分の１であるのが普通である。これらの外部磁界の作用は脳の磁界と比べて圧倒的に大きく、脳による磁界を外部の装置で測定する場合それらの作用を無効にする措置が取られない限り脳の磁界の測定が不可能である０周囲の磁界と比較して脳の磁界信号を大きくするために、電子信号処理を利用出来る。別の方法として、患者と５ＱＵＩＤセンサーを外部の影響からシールドする磁気的に静かな包囲体の内部に置くことも可能である。

人の頭部の正確な位置を生体磁気データの記録とほぼ同時的に、迅速且つ自動的に測定し記録するため、頭部の位置及び脳の内部債域の位置を生体磁気データの各ビットの直前及び直後に得た位置情報からめることが出来る９頭部の位置は、好ましくは１人体と装置の間で送信される電磁位置測定信号を用いて測定する。

この位置測定信号は性質として電磁波であるが、人体自身が発生し生体磁気計により測定される磁界とは明確に区別されるべきものである０位置測定信号は送信機により発生され受信機により受信される。送信機及び受信機は該装置の一部を構成するものとして提供されている。かかる装置の一実施例では、送信機或いは受信機の一方が人の頭部上に装着され、他方が装置上に固定される。別の実施例では送信機を頭部とその装置から離して取付け、受信機を頭部と装置の両方の上に取付ける０通常、受信機を頭部上に、送信機を装置に取付ける、説明を容易にするため、以下においてこの普通の取付は方法を用いると仮定する。

この好ましい方法では、送信機は互いに直角に配向された３つのコイルを有し、これらのコイルを介して電流が流れ磁気位置測定信号が発生する。その信号は受信機により受信されるが、この受信機もまた互いに直角に配向された３つのコイルを有し、受信信号を電気信号に変換する。その結果書られる情報により送信機に対する受信機の６個の軸に関する位置及び相対的な方向をめることが出来る。

最も好ましくは１例えば３個のような多数個の受信機を用いて系に固有の測定誤差を減少し、冗長データを得るようにして、形状のばらつき及び測定時における人体の柔軟な動きに適応させる０位置及び方向データをめる一般的な方法は航空機着陸システムのようなある特定の他の用途に用いるものとして知られており、例えば本明細書の１部を形成するものとして引用する米国特許第３，８６８，５６５号を参照されたい、しかしながら、他の用途に用いる装置は、従来型の電磁式位置測定装置により発生する磁界が生体磁気信号よりも圧倒的に大きく人体自身の一部の測定に関連して特別の問題があるため、生体磁気の測定に関連して人体の位置の測定には用いることが出来ない。

１つの実施例において、位置測定装置は生体磁気データの収集とともに断続的に作動される。即ち、生体磁気データがある時間周期の間収集され、その後その収集が停止される。電磁位置測定・記録手段が必要な位置測定信号情報を得るに充分に長い時間の開作動され、その後作動が停止される。その後生体磁気データの収集が再び始まる０位置測定信号情報は約１０分の１秒或いはそれ以下で得ることが出来るため、生体磁気データ収集の中断を感知するのは殆ど不可詣である。

然もその短い中断の間、センサーに間するデータの発生源の位置を約１乃至３ｍｍの精度でめるに充分な位置測定データが得られる。

他の実施例において２位置測定装置は生体磁気データの収集時も連続して動作する。この連続動作の実施例では、位置測定装置の送信機は問題の磁気信号の周波数より著しく高い周波数で作動されるため、生体磁気計がピックアップする送信機信号は何れも生体磁気信号をフィルターして容易に除去することが出来る。

以前から手に入る送信機及び受信機は、スイッチを切った後も生体磁気データを収集する時残留磁気があるため１位置測定・記録手段として用いるものとしては適当でなかった。残留磁気は生体磁界の測定を妨げるに充分な大きさである。従って、送信機及び受信機は残留磁気が受容可能な低いレベルに減少するように設計される。詳細には、市販の標準型アンテナループに用いられて、いる強磁性コアをやめて、送信機及び受信機に残留磁気のない埋め込み用コンパウンドを用いることにより。

残留磁気を充分低くすることが出来る６強磁性コアをなくすると、電磁位置測定管記録装置の出力及びレンジが減少するが、送信機と受信機の間の距離が約１２乃至２４インチ以上になることが決してない本システムにはかかる能力は必要ではない。

以下余白該装置に送信機を取付けても問題無いが１人体に受信機を取付けると問題がある。必要な最終的な位置測定情報は単に送信機に対する受信機の位置ではなく、送信機に対する頭の内部、詳細には脳の一部の位置である。従っで受信機に対する脳の位置を測定する方法が必要である。即ち、生体磁気測定値の発生源の位置をめる必要のために発じる問題は、電磁式位置測定システムの従来技術の用途の一つである航空機着陸システムと比べると、内部の対象の相対的な位置の測定が必要であるという点においてより複雑である０着陸装置について同じような要求を課するとすると、それはただ航空機の位置だけでなくその内部の各乗客の位置を着陸装置が知る必要があるということであろう。

本発明は更に、受信機を心地良く且つ受入られる態様で頭部に取付け、受信機に対する頭部の識別可能な特徴部分の位置を電磁的に測定するのを可能にする。５ＱＵＩＤセンサーの位置もまた電磁的に測定される。このようにして、送信機及び受信機に対する頭部の相対的位置、送信機に対する受信機の相対的位置、及び送＠機に対するセンサーの相対的位置が全て電磁的にめられコンピュータに記憶される。データ収集過程の間に集められたこの情報に基ずいて１頭部の特徴部分の正確な相対位置をめ、生体磁気データと関連させて脳の生体磁気活動のマツプを約２乃至３ｍｍ以内の精度で得ることが出来る。

頭部の部分のような対象の位置は、その対象に接触させて選択的に作動させ送信機に対するそれらの位置を記録出来る電磁棒形受信機を用いてめる。この棒形受信機は移動可能な細長い棒のようなものであり、静止式受信機と同じような普通の型式の３軸コイル受信機を収納している０問題の対象の位置はデータ収集の開始前に記録され、またデータ収集の長い中断時あるいはクロスッチェックとしてのデータ収集過程の終了時。

もしくは相対的な移動が起こったと疑う何らかの理由がある場合に記録することが出来る。

磁気感知コイルの位置は、棒形受信機でコイルを浸漬したデユワ−上の基準マークに触れ、その中のコイルの正確な位置を確かめるためにデユワ−のＸ線透視をすることによって測定される０頭部の位置は棒形受信機で頭部上の基準点に触れることによってめる。好ましくは１頭部の両側の耳前方の点および鼻前額縫合線状の正中部が基準点として用いられる。それらの位置を決めることによって患者の頭の座標系が決定出来、脳の磁気活動の測定値をその座標系と相関することが出来る０頭部上の他の基準点もまた。もしそれらを頭部の基準マークあるいははっきりした特徴部分と相関することが出来れば、棒形受信機を用いてそれらの位置を測定出来る。最後に、頭部の正確な形状は、プローブ受信機を頭部の外側表面上にわたって横断させるとともにその受信機を連続測定モードで作動させることによりめる。

弾性ヘッドバンドを用いて受信機を患者の頭部に装着すると特に便利で効率的であることが判明している。受信機はベルクロのようなものでヘッドバンドに着脱自在に固定され１次いでヘッドバンドを患者の頭部に嵌着する。このやり方はデータ収集過程が長い場合でも患者にとって不快感がなく、患者がその過程の間中不動であるように相当程度気を付けるならば正確な位置データが得られる。もし必要なら、受信機を医用センサーを人体に固着する時よく用いる生理接着材のような他の手段で固定することも可能である。

かくして、一つの実施例では、人体の磁気測定を行なう装置は、人体の選択した部分から出る磁界を測定するセンサーを持つ生体磁気計と、測定中の人体に隣接し電流が流れていない時は残留磁気が実質的に零である電磁送信機と１人体の選択部分に装着され電流が流れていない時は残留磁気が実質的に零である少なくとも一つの電磁受信機と、人体の選択部分上の点の電磁送信機に対する位置を指示するためにそれらの点に触れることができる電磁棒形受信機と、受信機およびプローブ受信機を制御しそれらの位置を記録するとともに、生体磁気計からのデータを収集し、送信機を制御して電磁信号を送信するコンピュータ手段とよりなる。生体磁気データを得るための関連の方法は、上述したばかりの装置を提供し、送信機、受信機およびプローブ受信機を作動して人体の選択部分の位置を記録し、生体磁気計からデータを収集し、人体の所定部分の位置に関する情報を生体磁気データと共にコンピュータ手段に記録して、生体８１気データを生ぜしめた人体の位置をめることよりなる。

以上から明らかなように、本発明の装置および方法は、生体磁気測定を行なって測定値を生ぜしめる人体の正確な領域を高精度でめることが出来る、人体の医学的測定技術における有意義な進歩である。この方法を自動化すると、生体磁気データを生ぜしめる位置に関する情報を自動的にめることが出来る０本発明の他の特徴および利点は、添付図面に関連してなされ、本発明の原理を例示的に説明する以下のさらに詳細な説明から明らかになるであろう。

図面の簡単な説明第１図は、患者が測定を受けるための定位置にいる状態の本発明の装置の倒立面図である。

第２図は、受信機固定のヘッドバンドを着用した人の顔全体を示す図であり、基準点を示す。

第３図は、送信機内部の斜視図である。

第４図は、受信機内部の斜視図である。

第５図は、棒形受信機の斜視図である。

第６図は、第１図の装置のブロックダイヤグラムである。

第７図は、生体磁気の測定値と位置を相関させる方法のブロックダイヤグラムである。

第８図は、位置をめるのに適当な座標系を説明する図である。

ましい　・細な雷第１図に示すように１本発明の好ましい実施例は人間の患者の体１２から生体磁気データを得るための装ＭｌＯとして具体化されている。さらに詳細には、そのデータは普通、人間の頭部１４の内部の生体磁気発生源から得られる０人体１２はテーブル１６上の生体磁気計１８の近くに位置している。生体磁気計１８は、微弱な磁界を測定するための複数の磁気感知コイル２０を有する。各磁気感知コイル２０の出力信号は検出器、好ましくは超伝導量子干渉デバイス２１　（ＳＱＵＩＤ）により検出される。磁気感知コイル２０および５ＱＵＩＤ２１は、液体ヘリウムのデユワ−２２内で極低温に保たれる。好ましＩ／Ｘ方法では、図示のように２つのデユワ−２２が使用され、約７個の５ＱＵＩＤが各デユワ−に収容されている。この装置１０は生体磁気信号発生点の再構成を行なうにおいて良好な空間分解能を有する０本発明はこれに限定されず、１個、３個あるしλはそれ以上のデユワ−２２を備えた生体磁気計を使用可能である脳からの磁気信号はデユワ−２２内の磁気感知コイル２２よりピックアップされ、５ＱＵＩＤ２１により検出される。５ＱＵＩＤ２１は磁界の値を電流として検知し、これらの電流は電子システム２４内で処理されて、時間の関数としてコンピューター２６に記憶される。センサー２０および患者の体１２は、該装置および磁界発生源を外部の磁気的影響からシールドする包囲体２８内に位置することが好ましいが、かならずしも必要条件ではない、外部の影響を遮蔽することによって、生体磁界についての意味のある情報を得るに必要な信号処理およびフィルターリングが少なくて済む。

頭部１４の位置を記録する手段が該装置ｌＯに設けられている。この手段は頭部１４の位置を電磁的に検知する手段を有する。好ましくは、送信機３０が生体磁気計１８の各デユワ−２２上に固定されている。第３図において概略的に示す送信機３０は、アンテナの作用をする導電性ワイヤーで作った３つの直角コイル３２よりなる。コイル３２は非導電性のコア３４上に巻かれている。普通ループアンテナに用いるような強磁性のコアは用いられていない０強磁性のコアは磁気感知コイル２０が感知出来るほど充分大きな残留磁気（またはレムナンス）を持つことが解っている。この残留磁気はコイル３２に電流が流れていない時も存在し、頭部１４の磁界よりも圧倒的に大きい場合がある。この残留磁気の作用をフィルターあるいは他の方法で除去することも可能であるが、その影響を完全になくすことが好ましいと解っている０強磁性コアを省くとアンテナの信号強度が減少するが、強磁性コアを用いない場合の信号強度は生体磁気計１８にとって充分な大きさであることが解っているコイル３２を、硬質で非導電性の材料内に包み込むかまたは埋め込んでコイルを電気的に絶縁し、損傷を受けないように保護することが普通に行なわれている。埋め込み用のコンパウンドとしては１強度および硬度を増加させるための充填材を混合した硬化性エポシキよりなる、普通充填材を混ぜたエボシキ材料がある。支持構造３６に取付けたコイル３２はリード線が外側に延びるように容器内に配設され、埋め込み用コンパウンドの液状混合物をコイルの周りに流し込んで硬化させる。そうすると、送信機は比較的堅牢となり、取付けおよび使用の際取扱いが容易である。

埋め込み用フンパウンドのエポキシのための典型的な充填材はガラス粉末である。かかる充填材は、コイル３２に電流が流れていない場合でも生体磁気データの収集を妨げるに充分な大きさの残留磁気を持つ可能性があることが現在判明している、したがって、残留磁気が実質的に零である充填材を普通の充填材の代りに用いることが行なわれている０本発明に用いる埋め込み用フンパウンド用の好ましい充填材は石英である。送信機３０に用いる埋め込み用フンパウンドを調製するために、最終製品が好ましい硬度を持つに充分な石英粉末を磁気的にクリーンなエポキシ樹脂と混合する。このエポキシ／石英混合物は流し込むことが可能であり１周囲温度で約２時間すると硬化する。この埋め込み用フンパウンドは送信機３０の埋め込みあるいは包み込む用に使用される。この特別の埋め込み用フンパウンドを用いる代りに強磁性のコアの使用をやめると、コイル３２に電流が波れていない場合でも送信機３０の残留磁気は実質的に零となる。

生体磁気データを収集する患者の人体１２の部分、図示の例では頭部１４の上に、少なくとも１個、最も好ましくは３個の受信Ｉａ３８が取付けられる。これらの受信機３８は、送信機３０からの電磁信号を受信して送信機３０に対する受信機３８′の位置を以下に述べる方法で測定出来るようにする。第４図に示すように、これらの受信機は非導電性コア４２上に巻回され送信機３０の構成とほぼ同様の態様で支持構造４４に支持された導電性ワイヤの３つの直角コイル４０により構成されている、送信機３０の場合と同様、従来式構成の受信１１１ｉ３８は生体磁気データの収集を妨げるに充分な大きさの残留磁気を有することが判明している。したがって、受信機３８は送信機３０について前述したと同様の設計変更を施されている。すなわち、受信機３８には強磁性コアはなく、受信機３８は残留磁気が実質的に零の埋め込み用コンパウンド内に埋め込まれている。したがって、コイル４０に電流が流れていない場合でも受信４１３８の残留磁気は実質的に零である。

第２図に示すように、受信機３８は弾性ゴムのヘッドバンド４６により患者の頭部１４に取付けられている。別の方法として、受信機３８を接着材で頭部に固定してもよい、このヘッドバンド４６は患者が着用しても不快感がなく、これはデータを取るため患者が最大４時間もの間不動状態で居続ける必要のあるシステムにとって重要な特徴である。ヘッドバンド４６は頭部１４上にぴったりとはまり込むように調整されるため、患者が比較的不動の状態でいれば受信機３８が頭部１４に関して移動することはない、勿論、患者が激しい活動をすれば、ヘッドバンドおよび受信機は頭部に関して幾分か動くであろうが、装ＭｌＯを使用する間この種の活動は起こらない。

上述した好ましい実施例では、受信機は頭部上に、送信機はデユワ−上に配置される。送信機と受信機により双方の相対位置に関するデータが発生するが、別な方法としては受信機をデユワ−上に、送信機を頭部上に置くことも出来る。送信機はまた頭部あるいはデユワ−の何れからも離して配置し、受信機を頭部とデユワ−の両方の上に配置させることも可能である。

送信＠３０と受信９３Ｂを用いると、各受信機３８の送信機３０に対する６軸位置を測定出来る。しかしながら、実際に相関を行なう対象は送信機３０に対する頭部１４の位置、最終的には磁気感知コイル２０に対する頭部１４の位置である。第８図はこの問題の基準座標系を示している。ヘッドバンド４６が如何なる患者の頭部上にあろうともデータを収集する時に同じ位置にあるようにするのは不可能である。また、人が違えば頭の形状も異なる。従って、受信機３８．送信機３０および磁気感知コイル２０に対する頭部１４の位置を確に測定する必要がある。　′ 頭部１４の位置は、第５図に示す棒形受信機４８によりめる。棒形受信機４８は、患者からの生体磁気データの収集を監督する人が手で保持する点を除いて受信９４Ｂと同じ一般的な能力を持つ電磁受信機である。棒形受信機４８の枝状の部分の先端には、３つの直角コイルが取付けられている。杖を送信機３０に対する位置をめる点に触れると、この位置において・受信回路が作動されて棒形受信機のコイルの位置が記録される、棒形受信機４８を生体磁気データの収集時でない時に用い。

データ収集時に磁気感知コイル２０の近傍から遠去けるのであれば、棒形受信機４８として従来形構成のものを用いてもよい、すなわち、棒形構造に強磁性コアと残留磁気を有する埋め込み用コンパウンドを組み込んでもよい。

装置１０の制御システム５２のブロックダイヤグラムを第６図に示した。送信機３０、受信機３８および棒形受信機４８は電磁システム制御器５４より制御され、情報が該制御器から受信される。制御器５４および棒形受信機４８は、マクドネル・ダクラス拳エレクトロニクス・カンパニーのポルヘマス・ナビゲーション台すイエンシズーデビジ、ンから３５ｐａｃｅ（登録商櫟）システムとして市販されている。残留磁気が実質的に零であることが必要な送信機３０および受信機３８は、上述の説明に従って特別に製造される。

制御器５４は、受信機３８および棒形受信機４８が受信した電磁信号を受信機および棒形受信機の各々の６軸位置情報へ変換する。６軸位置情報は、送信機に対する各受信機の位置の３つの角座標と送信機に対する受信機の空間方向を示す３つの角座標を含む、空間における各受信機３８および棒形受信機４８の正確な位置を測定するために、各受信ユニットの６軸情報が各送信機３０に対して得られる。患者の頭部上に３つの受信機を使用する場合、それらの位置は距離情報に基すき、角度情報を用いずに測定されるため、測定の精度が非常に高い、その結果書られる制御器５４の出力は、棒形受信機４８が作動状態にある昨冬受信機３８と棒形受信＠４Ｂの一組の６軸座標である。この位置情報はコンピュタ−２６に記憶される。

患者の生体磁気データは、センサー２０からの電気信号として受信される。センサー２０は、患者の脳から発生する非常に微弱な磁界を感知して電気信号を発生する。電気信号は生体磁気データ制御器５８へ送られ、この制御器が電気信号を増幅し、外部の発生源が発生する波長の信号をフィルターにより除・　去する。

この複雑な電子信号調整機能は、偽の磁気信号を遮蔽する包囲体２８を設けることにより著しく簡単化される。Ｅ１１整した生体磁気データ信号はコンピュータ２６へ送られる。制御器５４からの位置信号と制御器５８からの生体磁気データ情報は、：Ｉンピュータ２６がそれらの間の相関をめる。

頭部１４の正確な位置から発生するものとされた生体磁気データは、第７図に示すプロセスにより得られる。生体磁気データの収集開始前に、受信Ｉａ３８に対する頭部１４の位置がめられる。受信機３８を送信機３０に対するそれらの位置を測定するように動作させて、棒形受信機４８により頭部１４上の基準点に触れる。かくして、受＠Ｉａ３８に対するこれらの基準点の位置がデータ収集過程の間にめられる０頭部１４上の基準点の位置は、受信機３８と送信機３０の相対的な位置が変化しても基準点と受信機３８の相対的位置はデータ収集過程の量変化しないため、受信機３８の位置を引続き測定することによりまる。

３つの基準点は、第２図に示すように頭部の座標系を設定する際好ましいものとして決められている。その２つは左および右の耳の前方の点６０である。これらの点６０は耳たぶの僅か前方にある柔らかな窪みである。もう１つの基準点は鼻前額縫合線上の正中部６２である。その正中部６２は両目の間の点であり、鼻梁の上側が頭蓋骨と出会う所にある。これら３つの点は生体磁気の測定に関しては特別な特徴を持つものとして知られていないが、頭部の位置と測定値を相関させる時に便利な基準点となる。基準点はまた、その後得た全ての位置測定値と生体磁気データを相関させる頭部座標系を決めるために用いることが好ましい０頭部座標系の原点は、耳前方の点の中間の点として決められる。

後の時点において再び位置を測定出来る他の基準点としてホクロ、母班あるいは頭部上につけた印のような点を用いてもよい０便利であればそれだけ多くの基準点を設けることが出来るが、普通は頭部上の夫々異なる位置にある約５個の点の位置を決め、そのうちの３つが患者の頭の位置に拘らず見えるように選らぶ。

頭部１４の形状は、プローブ受信機４８を連続位置測定モードで作動させることによってめる。棒形受信機４８を患者の頭部にわたり頭の形状を測定するに充分な数の経路を辿らせる。典型的には、頭部上を約２０回横断するとその形状がまり、それが点６０．６２および受信機３８に関してコンピュータ５６に記憶される。所望であれば、コンピュータのメモリーに記憶した頭の形状をリアルタイムで表示させ、測定を行なう人が充分明確に形状が測定出来たかどうか視覚的に判定出来るようにする。

同様に、送信機３０に対する磁界コイル２０の位置をプローブ受信ｆｉ４８を用いてめる。磁界コイル２０はデユワ−２２内に収納されているため、外からは見えない、然しなから、デユワ−２２内のそれらの位置は入念な測定によるかあるいは磁界コイル２０が定位置にあるデユワ−２２をＸ線透視することによってめることが出来る。これらの測定値はデゴユワ−２２の外面上の基準マークに対する磁界コイルの位置を決定する。磁界コイル２０の位置はその後、プローブ受信機４８でデユワ−２２の外側上の基準マークに触れてセンサニ２０の基準マークからの変位を補正することにより決定される。

磁気感知コイル２０に対する頭部の位置、所望の位置情報は相対位置のベクトル和としてまる。送信機３０に対する頭部の位置は棒形受信＠４Ｂを用いてめ、受信機３８の位置を同時に測定することにより受信機３８に対する頭部の位置がベクトルとして与えられる。送信機３２に対する受信機３８の位置は生体磁気測定時に測定され、送信機に対する受信機のベクトル位置が得られる。磁界コイル２０の位置は、送信機から基準マークまでのベクトルと基準マークから磁界コイル２０までのベクトルの和としてめる。従って、磁界コイル２０に対する頭部の位置は、磁界コイルから基準マークまでのベクトル（これは基準マークから磁界コイルまでのベクトルの負のベクトル）と、基準マークから送信機までのベクトル（これは送信機から基準マークまでのベクトルの負のベクトル）と、送信機から受信機までのベクトルと、受信機から頭部座標系までのベクトルとを正しく加えたベクトル和である。

位置をめる手順に充分な冗長性を与えて、その手続きの聞誤差を検知しその誤差を最小に出来るようにすることが好ましい１例えば、耳前方の点６０と鼻前額縫合線上の正中部６２の測定値は、各点の最初の測定値の対が、例えば患者が過程のこの部分に頭を動かしたがために誤差が生じた場合、偏差がなくなるまで数回繰換えずことが出来る０頭に弾力性があり形状にばらつきがあるため、多数の位置ベクトルを得べく多数の受信機を用いる０頭部の相対位置を測定するという問題は、一定の知られた形状の剛性物体の相対位置を測定する場合と比べて複雑である。この実施例では、３個の受信機を用いて頭部の形状のばらつきによる誤差を減少させている。３つの受信機を用いると、頭部の位置を現時点において約２乃至３ｍｍ以内の精度でめることが出来る。

電磁的にめられる頭部の位置は、各磁界コイル２０に対する生体磁気信号情報とともに記憶される。多数のコイル２０を用いるため、磁界の強さの三次元マツプを構成することが出来る。そして、磁界を発生する頭部内の位置をめることが出来る。脳の特定の部分の位置を頭部のＸ線透視などにより別個にめて、更に生体磁気信号の発生点と脳の位置との間の相関を行な）、外の生理学的研究から脳の特定の部分と成る特定の活動の関係が解っているため１本システムにより、この研究の医学上の目的である。生体磁気信号と脳の位置及び作用とを相関させることができる。

以下余白生体磁気データ収集前に完了する手順の該部分までに、受信機３８に対する頭ｍｔ　ａの位置がめられる。後で生体磁気データを収集する間患者が頭１４を動かしても、頭１４の位置をほとんど連続的にめて、その位置を受信機３８の位置の測定値に基ずき生体磁気データと相関することが出来る。このように患者が動くことは異常ではない０本発明の電磁的方法によれば頭の位置を再びめるのに約１７１０秒かかるため１頭が急速に動いても追従出来る。

生体磁気データは、ある時間周期の間連続的に収集されてコンピュータに記録される。生体磁気データの収集時、送信機３０と受信Ｉａ３８は非作動状態にあってもよい、これらは残留磁気が実質的に零であるように構成されているため、生体磁気データに干渉するような偽の磁気信号は実質的に存在しない。

データ収集前の段階において必要なものとして用いられている棒形受信機４８を近傍から遠去けて、データに伺の影響も及ぼさないようにする。

磁気データの収集は１位置をめる時連続して行ってもあるいは中断してもよい、好ましい方法では１選択可能なインターバルで生体磁気データの収集を中断し、受信機３８の位置を前述した方法でめる。その位置の測定は普通的１７１０秒必要であるだけなので、生体磁気データの収集は非常に短時間の間中断されるだけである。その位置はコンピュータに記憶され、この情報から頭部の位置および頭部の座標系が任意の時点においてまる。その後、生体磁気データをリアルタイムで頭部１４の位置と相関させ記憶させて後で評価する。

別の方法では、生体磁気データの収集を位置測定の間継続することが可能である。対象となる生体′ｍ磁気データ、直流から約１０キロヘルツの範囲内にある０位置をめるために用いる送信機３０は、約２５キロヘルツあるいはそれ以上の非常に高い周波数で作動させることが出来る。従って、送信機３０の信号は生体磁気データから効果的にフィルターで除去出来る。

かくして１本発明は生体磁気データが頭部の特徴部分の位置と容易に相関される、生体磁気データ収集装置を提供する。

脳の領域の位置はＸ線あるいは他の方法によりめて、別の手続きで基準点と相関出来る。空間的に相関させた生体磁気データと脳の領域のマツチさせることにより、磁界の生物学的発生源の位置を本発明の方法を用いて約２乃至３ｍｍ以内の精度で測定出来る。

説明の目的で本発明の特定の実施例を詳細に説明したが。

本発明の精神および範囲を逸脱することなく種々の設計変更が可能である。従って１本発明は添付の特許請求の範囲による外／６ｆ３浄書（内容に変更なし）浄書（内容に変更なし）　ｊ−ぞＪ７、補正の内容　（１）別紙の通り訂正した特許法第１８４条の５第１項の規定による書面を提出する。

（２）別紙の通り委任状及び訳文を提出する。

（３）第６図及び第７図の翻訳文の浄書（内容に変更なし）。

国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

（１）人体の磁気測定を行なう装置であって、人体の選択部分から出る磁界を測定する磁気感知コイルを含む生体磁気計手段と、磁界が出る人体の選択部分の位置をリアルタイムで記録する手段とよりなり、前記記録手段は電磁信号を用いて人体の選択部分の位置を感知する電磁手段を含む装置。
（２）前記生体磁気計手段は、人体が発生する磁界を測定する超伝導量子干渉デバイスを含む、特許請求の範囲第１項の装置。
（３）人体の選択部分は頭部である、特許請求の範囲第１項の製置。
（４）前記電磁手段は空気を介して電磁信号を送信する送信手段と、送信された電磁信号受信手段とを含み、電磁送信手段と電磁受信手段のうち一方が人体の選択部分上に取付けられ、他方が人体から離されて取付けられている、特許請求の範囲第１項の装置。
（５）前記電磁手段は人体の選択部分上に取付けた少なくとも２個の受信ユニットを含む、特許請求の範囲第１項の装置。
（６）前記電磁手段は人体の選択部分上に取付けた少なくとも１個の受信ユニットを含み、前記受信ユニットは３つの軸で電磁信号を受信するアンテナを有する、特許請求の範囲第１項の装置。
（７）前記電磁手段は人体に取付けられ、空気を介して電磁信号を送信する送信手段を含む、特許請求の範囲第１項の装置。
（８）前記電磁手段は前記生体磁気計手段上に取付けられ空気を介して電磁信号を送信する送信手段を含む、特許請求の範囲第１項の装置。
（９）前記電磁手段は人体および前記生体磁気計手段から離れて取付けられ、空気を介して電磁信号を送信する送信手段を含む、特許請求の範囲第１項の装置。
（１０）前記電磁手段は弾性バンドにより人体の選択部分に取付けた少なくとも１個の受信ユニットを含む、特許請求の範囲第１項の装置。
（１１）前記生体磁気計と測定される人体とを包囲する遮蔽する磁気的にシールドされた部屋を含む、特許請求の範囲第１項の装置。
（１２）前記電磁手段は動作中でない時残留磁気が実質的に零になるように構成されている、特許請求の範囲第１項の装置。
（１３）人体から生体磁気データを取出しそのデータを人体の構造と相関させる方法であって、特許請求の範囲第１項による装置を提供し、前記記録手段を断続的に作動して人体の選択部分の位置を記縁し、前記記縁手段が作動中でない時前記生体磁気計手段からデータを収集して、前記記録手段による生体磁気データヘの磁気的干渉を阻止し、生体磁気データを人体の選択部分の位置についての情報とともに記録して、生体磁気データと人体の位置とを相関させる方法。
（１４）人体から生体磁気データを取出しこのデータを人体の構造と相関させる方法であって、特許請求の範囲第１項による装置を提供し、前記記縁手段を連続的に作動して人体の選択部分の位置を記縁し、前記記録手段を約１０キロヘルツより高い周波数で作動し、前記生体磁気計手段からデータを取出して約１０キロヘルツよりも高い周波数の信号をフィルターにより除去することによって、前記記録手段による生体磁気データヘの磁気的干渉を阻止し、生体磁気データを人体の選択部分の位置に関する情報とともに記録して、生体磁気データと人体の一部を相関させる方法。
（１５）人体の磁気測定を行なう装置であって、人体の選択部分から出る磁界を測定するセンサーを含む生体磁気計と、測定中の人体に隣接位置し、電流が流れていない蒔残留磁気が実質的に零である電磁送信機と、人体の選択部分上に取付けられ電流が流れていない時残留磁気が実質的に零である少なくとも１つの電磁受信機と、前記電磁送信機に対する人体の選択部分上の点の位置を指示するために該点に触れることが出来る電磁棒形受信機と、前記受信機および前記棒形受信機を制御しそれらの位置を記縁し、前記生体磁気計からのデータを取出し、前記送信機を制御するコンピュータ手段とよりなる装置。
（１６）前記受信機は弾性バンドで人体に取付けられている、特許請求の範囲第１５項の装置。
（１７）前記送信機が強磁性コアを備えていない３つの直角アンテナを含む、特許請求の範囲第１５項の装置。
（１８）前記受信機が強磁性コアを備えていない３個の直角アンテナを含む、特許請求の範囲第１５項の装置。
（１９）前記送信機が非磁性埋め込み用コンパウンド内に埋め込まれている、特許請求の範囲第１５項の装置。
（２０）前記受信機が非磁性埋め込み用コンパウンド内に埋め込まれている、特許請求の範囲第１５項の装置。
（２１）人体からの生体磁気データを得てそのデータを人体の構造と相関させる方法であって、特許請求の範囲第１５項による装置を提供し、前記送信機および、前記棒形受信機を断続的に作動して人体の選択部分の位置を記縁し、前記送信機、前記受信機および前記棒形受信機が作動中でない時前記生体磁気計からデータを取出すことによって前記送信機、前記受信機および前記棒形受信機による生体磁気データヘの磁気的干渉を阻止し、生体磁気データを人体の選択部分の位置に関する情報とともに前記コンピュータ手段に記録して生体磁気データを人体の位置と相関させる方法。
（２２）前記作動ステップは、前記送信機を作動状態にして棒形受信機で人体の選択部分上の選択基準点に触れて前記送信機に対する前記基準点の位置を記録し、送信機および前記受信機を作動して前記送信機に対する前記受信機の位置を記録することにより、前記受信機と基準点の位畳を相関させて、基準点の位置と人体の選択部分から取出した生体磁気データとを相関させるステップを含む、特許請求の範囲第２１項の方法。
（２３）人体の選択部分は頭部であり、基準点は左および右の耳前部の点と鼻前額縫合線上の正中部である、特許請求の範囲第２１項の方法。
（２４）人体から生体磁気データを得てそのデータを人体の構造と相関させる方法であって、特許請求の範囲第１５項による装置を提供し、前記送信機、前記受信機および前記棒形受信機を約１０キロヘルツより高い周波数で連続的に作動して人体の選択部分の位置を記録し、前記生体磁気計からデータを連続的に取出して前記データから約１０キロヘルツより高い周波数の信号をフィルターにより除去し、生体磁気データを人体の選択部分の位置に関する情報とともに前記コンピュータ手段に記録して、生体磁気データを人体の位置と相関させる方法。