JPH04226631A - 生体磁気計測装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、人間の脳や心臓など
において発生する磁界を計測することによって、脳や心
臓の活動部位の推定などを行う生体磁気計測装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、微小な磁気を計測するセンサ
として、ＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ
Ｑｕａｎｔｕｍ　　ＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＤｅｖｉ
ｃｅ：超電導量子干渉型デバイス）センサが知られてい
る。このＳＱＵＩＤは超電導状態を維持するため液体ヘ
リウムで冷却する必要があり、通常デュワーと呼ばれる
容器中に満たされた液体ヘリウム中に浸されている。

【０００３】このＳＱＵＩＤセンサを用いることにより
、人体から発生する微小な磁気を多数の測定点において
計測することができる。一方、人体内部の構造はＭＲＩ
装置やＸ線ＣＴ装置などの断層撮影装置を用いれば知る
ことができる。そこで、磁界計測点と生体との位置関係
が分かれば、これらより人体内部のどこで電流が発生し
たかを推定することが可能となる。具体的には内部構造
を表すデータより生体近似の適当なモデルを作り、その
モデルについて複数の電流ダイポールの位置・大きさ・
方向を仮定し、それら電流双極子群が上記磁界の計測点
に作る磁界分布と上記の計測データとの差が最小になる
ような電流ダイポール群を求める。こうして求めた電流
ダイポール群の各位置・大きさ・方向をＭＲ画像などの
上に表示すれば、人体内部での活動電流の分布を知るこ
とができる。

【０００４】このような生体磁気計測においては、測定
対象となる生体に対してどの位置にどの方向からＳＱＵ
ＩＤセンサをあてて、どの位置・方向で磁気を計測した
かを正確に把握することは非常に重要である。生体とＳ
ＱＵＩＤセンサとの位置関係把握のため、従来ではたと
えば生体の保持装置とＳＱＵＩＤセンサの保持装置の両
方に位置・方向検出機構を持たせることなどが考えられ
ている（特開平２−１１６７６７号公報）。

【０００５】また、ビデオカメラ等の画像入力装置と画
像処理用コンピュータとを利用し、生体とデュワーとの
位置関係を捉えることも考えられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
場合は、いずれも生体とＳＱＵＩＤセンサとの位置関係
を正確に把握することが困難であるという問題がある。

【０００７】すなわち、生体保持装置とＳＱＵＩＤセン
サ保持装置の両方に位置・方向検出機構を持たせる場合
、生体は生体保持装置に正確な位置関係で保持されてい
るわけではなく、生体保持装置の位置・方向を検出して
も、かならずしも生体自体の位置・方向は正確には分か
らないからである。また、この場合、生体保持装置とＳ
ＱＵＩＤセンサ保持装置の両方に位置・方向検出機構を
持たせたので、大がかりな機構が必要となり、簡便でな
く、コストもかかるという問題もある。

【０００８】また、ビデオカメラ等の画像入力装置を用
いて生体画像とデュワー画像とをコンピュータに取り込
み、画像処理して生体とデュワーとの位置関係を求める
場合には、生体の特徴点を画像から求めなければならず
、その画像処理に時間がかかる。そればかりでなく、画
像入力装置の位置決めが非常に困難で、測定精度を確保
しにくいことも問題である。また、ハードウェアの費用
が非常に高い。

【０００９】この発明は、上記に鑑み、磁気測定点の位
置・測定方向の生体との位置関係を容易且つ正確に把握
して磁気測定を行うことができるように改善した、生体
磁気計測装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明による生体磁気計測装置においては、デュ
ワー及び生体表面に発光源を取り付け、その発光源から
の光をポジションセンサで捉え、その発光源の位置を検
出することが特徴となっている。このように発光源の位
置が検出されるので、発光源を生体の特定位置に固定す
るとともに、デュワーのＳＱＵＩＤセンサコイル位置に
関連した位置に固定しておけば、生体とＳＱＵＩＤセン
サとの相対位置関係を正確に把握できる。しかも、ポジ
ションセンサで発光源の位置を測定するので、短時間に
位置を求めることができるとともに、安価に構成するこ
とができる。生体には発光源を取り付けておくだけでよ
いので、非拘束状態とすることができ、この状態で生体
とＳＱＵＩＤセンサとの相対位置関係を捉えながら磁気
計測することができる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら詳細に説明する。この実施例では図１に示す
ように、生体・ＳＱＵＩＤセンサ装置位置検出装置４に
より被検者８とデュワー１１との位置関係を検出しなが
ら、デュワー１１内のＳＱＵＩＤセンサによる生体磁気
計測を行う。生体・ＳＱＵＩＤセンサ装置位置検出装置
４は、２方向に配置されたポジションセンサ４１、４２
と、それからの信号を処理するパーソナルコンピュータ
４３とにより構成される。被検者８には、その特徴点に
点状の発光源８１が取り付けられる。またデュワー１１
の表面にも、その内部のＳＱＵＩＤセンサコイル位置に
関連した位置に、点状の発光源１２が取り付けられる。 これら点状の発光源１２、８１はたとえば光ファイバ先
端により構成することができる。すなわち、ＬＥＤやＬ
Ｄなどの発光素子を十分離れた場所に配置してそれから
の光を光ファイバを通じて導いてきて、被検者８の頭部
特定位置及びデュワー１１の特定位置から発光させる。

【００１２】ポジションセンサ４１、４２は、いわゆる
ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅ
ｖｉｃｅ）を用いたものである。 このＰＳＤは半導体表面におけるＬａｔｅｒａｌ　Ｐｈ
ｏｔｏ　Ｅｆｆｅｃｔを利用し、光の入射面での走査を
行わないで入射位置を検出するもので、各電極から光入
射位置までの距離に関係した電流値によりその入射位置
の２次元的位置を求めることができる（倉沢一男；「位
置測定におけるＰＳＤの応用」、精密機械５１／４／１
９８５等を参照）。これによると走査が不要なため、光
源位置の高速な測定ができる。

【００１３】被検者８の頭部に取り付けられた多数の発
光源８１は数μｓ程度の時間で時分割点灯させられてお
り、それに同期して信号を取り込むことにより、各発光
源８１の位置を測定する。ここでは互いに直角なＸ，Ｙ
の２方向から測定することにより、頭部の３次元の位置
・姿勢を求め、これから頭部基準座標系を定める。

【００１４】デュワー１１に取り付けられた多数の発光
源１２は、上記の発光源８１の点灯タイミングと重なら
ないように同期して、同じく数μｓ程度の時間で時分割
点灯させられ、他の２方向のポジションセンサ４１、４
２によりその３次元位置が測定される。このデュワー１
１の発光源１２の取り付け位置は、ＳＱＵＩＤセンサコ
イルに関連した位置とされているので、ＳＱＵＩＤセン
サの３次元位置・姿勢が求められ、デュワー基準座標系
が定められる。

【００１５】図２はこの位置計測の流れを示すものであ
る。デュワー基準座標系が求められるので、これに対す
る頭部の位置・姿勢が分かる。頭部が動いたと思われる
場合は、発光源８１の位置を再び計測することにより、
デュワー基準座標系における頭部の位置・姿勢を求める
。デュワー１１を移動させた場合は、発光源１２の位置
を測定することにより、デュワー１１の位置・姿勢を再
度求める。

【００１６】これら発光源１２、８１は必要ならば常時
時分割点灯させておけば、頭部とデュワー１１の移動軌
跡を捉えることができ、正確な位置計測ができる。発光
源１２、８１からの光は、環境光の影響などを考えると
、近赤外線（波長８００ｎｍ程度）を用いることが望ま
しい。被検者８は図では立位に描いているが、横臥位で
もよいことはもちろんである。ポジションセンサ４１、
４２はここではデュワー１１用、被検者８用と分けて測
定しているが、１方向に１台ずつ用いるだけでデュワー
１１用、被検者８用と分けなくてもよい。検出方向は３
次元の位置検出を行うため２方向とする必要があり、互
いに垂直な方向が望ましい。

【００１７】このようにポジションセンサ４１、４２を
用い、そのＰＳＤによって入射光の重心からその位置を
求めるため、シールドルーム外にこれらを置いて光学レ
ンズや光ファイバプローブなどでシールドルーム内から
光を導いてくれば、ＳＱＵＩＤセンサによる微小磁気計
測の妨げとなることがない。発光源１２、８１を構成す
る光ファイバについても、シールドルーム外に発光素子
を置くことにより磁気的な影響を避けることができる。

【００１８】こうして生体・ＳＱＵＩＤセンサ相対位置
検出装置４により、デュワー１１と被検者８との位置関
係を測定しながら被検者８の頭部の生体磁気を計測する
。図３に示すように、ＳＱＵＩＤセンサ１で計測された
生体磁気データは、データ収集装置２により収集され、
コンピュータ３に送られる。位置関係の検出データも生
体・ＳＱＵＩＤセンサ相対位置検出装置４からコンピュ
ータ３に取り込まれる。

【００１９】被検者８の頭部に対する生体磁気計測は、
被検者８に対してデュワー１１を動かしながら、位置関
係を測定した直後に行われる。こうして多数の測定点に
おいて、その測定位置・方向を検出しながら、生体の磁
気計測を行うことにより、被検者８に対して位置的に関
係づけられた磁束密度分布データを収集する。

【００２０】他方、ＭＲＩ装置５（あるいは図示しない
Ｘ線ＣＴ装置）により被検者８の頭部の断層像を撮影す
る。この撮影は上記の磁気計測の前でも後でもよく、得
られた画像データはオンラインあるいはオフラインでコ
ンピュータ３に送られる。この撮影時にはＭＲ画像（あ
るいはＸ線ＣＴ画像など）でも写るような指標を頭部特
徴点につけておく。こうして得られた指標像の現れた画
像データと、発光源８１の位置を表すデータとがコンピ
ュータ３においてつき合わされる。これにより、断層像
の上でどの位置・方向から磁気計測されたかを正確に知
ることができ、上記の磁束密度分布データを断層像デー
タと位置的に正確に関連付けることができる。

【００２１】コンピュータ３はこの断層像データから頭
部の適当な近似モデルを作成し、電流双極子の算出を行
う。すなわち、その頭部近似モデル上に電流双極子の大
きさ・位置・方向を仮定し、この仮定した電流双極子が
近似モデル上で作る磁束密度分布と計測した磁束密度分
布との２乗誤差が最小になるような電流双極子の大きさ
・位置・方向を求めることによって、この電流双極子の
大きさ・位置・方向が算出される。上記のように、計測
した磁束密度分布が正確に近似モデルに対して位置決め
されるため、電流双極子の算出精度を向上させることが
できる。こうして算出された電流双極子はたとえば矢印
などで表示することとし、この矢印をＣＴ像やＭＲ像な
どの断層像の上に重ねた状態で、コンピュータ３に接続
された表示装置６において表示する。また、この求めら
れた電流双極子の大きさ・位置・方向は断層像データと
ともに記録装置７で記録される。

【００２２】なお、上記では被検者８の頭部の磁気計測
を行う場合を例として説明したが、このような脳磁計測
に限らず、生体に付ける発光源８１の位置を変えること
により心磁計測などに適用することもできる。

【００２３】

【発明の効果】以上実施例について説明したように、こ
の発明の生体磁気計測装置によれば、被検者を拘束して
静止させておく必要がなく、被検者が動いた場合でも、
被検者に対して正確に位置関係が測定された測定点・方
向において磁気計測することができる。また、大がかり
な機構が不要で、構成が簡単であり、コスト的も有利で
ある。ポジションセンサを用いた光による位置計測であ
るため、リアルタイムでの測定ができ、位置及び相対位
置関係の計算速度が速い。さらにポジションセンサの位
置決めも容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の模式図。

【図２】処理の流れを示す図。

【図３】同実施例の全体のブロック図。

【符号の説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ＳＱＵＩＤセンサと、このＳＱＵＩＤ
   センサを収納するデュワーと、該デュワー及び生体表面
   に取り付けられた発光源と、該発光源の位置を検出する
   ポジションセンサを含んで構成された生体・ＳＱＵＩＤ
   センサ相対位置検出装置とを備えることを特徴とする生
   体磁気計測装置。