JPH04296680A - 弱磁界測定デバイス - Google Patents
弱磁界測定デバイスInfo
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- JPH04296680A JPH04296680A JP3339133A JP33913391A JPH04296680A JP H04296680 A JPH04296680 A JP H04296680A JP 3339133 A JP3339133 A JP 3339133A JP 33913391 A JP33913391 A JP 33913391A JP H04296680 A JPH04296680 A JP H04296680A
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Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
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- A61B5/245—Detecting biomagnetic fields, e.g. magnetic fields produced by bioelectric currents specially adapted for magnetoencephalographic [MEG] signals
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S505/846—Magnetometer using superconductive quantum interference device, i.e. squid
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ファイバグラスと、シ
リコン上の超伝導薄膜素子と、ヒトの脳活動の磁気脳造
影（ＭＥＧ）記録に適用可能な検出器アレイ内に対し個
別の磁力計素子を集積化するのに使用する支持構造体と
、からなるコンパクトな磁力計素子に関するものである
。
リコン上の超伝導薄膜素子と、ヒトの脳活動の磁気脳造
影（ＭＥＧ）記録に適用可能な検出器アレイ内に対し個
別の磁力計素子を集積化するのに使用する支持構造体と
、からなるコンパクトな磁力計素子に関するものである
。
【０００２】
【従来の技術】上記のようなデバイスは、神経活動から
生じる空間及び時間に依存の弱磁界を記録するのに使用
されている。この方法は、医学上の研究及び診断におい
ては、ますます関心を集めてきている。特に、この方法
では、脳の機能及びその障害についての研究は、被検者
に触れたりあるいはその被検者を電磁放射または放射性
トレーサにさらしたりせず、非侵入的に行うことができ
る。広く使用されている電気脳造影（ＥＥＧ）即ち頭皮
の電位を測定する方法と比べ、そのＭＥＧ法の基本的な
長所は、ヒトの組織の不均一な導電率により、神経に端
を発する磁気信号の歪むことの方が、頭皮上のそれに関
する電位分布が歪むことよりもはるかに少ないことであ
る。従って、このＭＥＧ法により、数ミリメートル及び
数ミリ秒の空間／時間分解能で、脳活動に関連したその
ソース電流の位置を探索することが可能である。この方
法については、例えばＣＲＣ生物医学工学クリティカル
・レビュー（ＣＲＣ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ
ｓ ｉｎ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉ
ｎｇ， ｖｏｌ．１４ （１９８６）， ｎｕｍｂｅｒ
２， ｐｐ．９３−１２６）に詳しく述べられている
。
生じる空間及び時間に依存の弱磁界を記録するのに使用
されている。この方法は、医学上の研究及び診断におい
ては、ますます関心を集めてきている。特に、この方法
では、脳の機能及びその障害についての研究は、被検者
に触れたりあるいはその被検者を電磁放射または放射性
トレーサにさらしたりせず、非侵入的に行うことができ
る。広く使用されている電気脳造影（ＥＥＧ）即ち頭皮
の電位を測定する方法と比べ、そのＭＥＧ法の基本的な
長所は、ヒトの組織の不均一な導電率により、神経に端
を発する磁気信号の歪むことの方が、頭皮上のそれに関
する電位分布が歪むことよりもはるかに少ないことであ
る。従って、このＭＥＧ法により、数ミリメートル及び
数ミリ秒の空間／時間分解能で、脳活動に関連したその
ソース電流の位置を探索することが可能である。この方
法については、例えばＣＲＣ生物医学工学クリティカル
・レビュー（ＣＲＣ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ
ｓ ｉｎ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉ
ｎｇ， ｖｏｌ．１４ （１９８６）， ｎｕｍｂｅｒ
２， ｐｐ．９３−１２６）に詳しく述べられている
。
【０００３】実際のＭＥＧデバイスは、１００ｆＴまた
はそれ以下のオーダーの磁束密度に相応する磁気信号を
検出できなければならない。さらに、その磁界は、頭部
の周囲のいくつか（百まで）の異なった場所において、
同時に測定しなければならない。それらの信号を測定す
るのに十分な感度をもった技術的なデバイスは、いわゆ
る超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）磁力計のみで
ある。関連の信号コイルを備えた最新のＳＱＵＩＤは、
集積回路の製造に広く用いられている薄膜技術を使って
、研磨したシリコン基板上に製作されている（例えば、
Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉ
ｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｔ
ｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， ｅｄｓ Ｈ．
Ｄ．Ｈａｈｌｂｏｈｍ，Ｈ．Ｌｕｂｂｉｇ， Ｗａｌｔ
ｅｒ ｄｅ Ｇｒｕｙｔｅｒ， Ｂｅｒｌｉｎ １９８
５， ｐｐ．７２９−７５９ を参照されたい）。ＳＱ
ＵＩＤ磁力計の原理及び作用は、例えば低温物理ジャー
ナル（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａ
ｔｕｒｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ｖｏｌ．７６ （１９８
９）， ｎｕｍｂｅｒ ５／６， ｐｐ．２８７−３８
６）に、詳細に説明されている。これらデバイスは、非
常に低い周囲温度においてのみ働くものである。典型的
には、そのデバイスは、真空隔離型デュワー容器内に収
容した液体ヘリウム内に浸すようになっている。このＳ
ＱＵＩＤの作動温度は、４．２度ケルビンである。
はそれ以下のオーダーの磁束密度に相応する磁気信号を
検出できなければならない。さらに、その磁界は、頭部
の周囲のいくつか（百まで）の異なった場所において、
同時に測定しなければならない。それらの信号を測定す
るのに十分な感度をもった技術的なデバイスは、いわゆ
る超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）磁力計のみで
ある。関連の信号コイルを備えた最新のＳＱＵＩＤは、
集積回路の製造に広く用いられている薄膜技術を使って
、研磨したシリコン基板上に製作されている（例えば、
Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉ
ｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｔ
ｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， ｅｄｓ Ｈ．
Ｄ．Ｈａｈｌｂｏｈｍ，Ｈ．Ｌｕｂｂｉｇ， Ｗａｌｔ
ｅｒ ｄｅ Ｇｒｕｙｔｅｒ， Ｂｅｒｌｉｎ １９８
５， ｐｐ．７２９−７５９ を参照されたい）。ＳＱ
ＵＩＤ磁力計の原理及び作用は、例えば低温物理ジャー
ナル（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａ
ｔｕｒｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ｖｏｌ．７６ （１９８
９）， ｎｕｍｂｅｒ ５／６， ｐｐ．２８７−３８
６）に、詳細に説明されている。これらデバイスは、非
常に低い周囲温度においてのみ働くものである。典型的
には、そのデバイスは、真空隔離型デュワー容器内に収
容した液体ヘリウム内に浸すようになっている。このＳ
ＱＵＩＤの作動温度は、４．２度ケルビンである。
【０００４】本発明は、新規なタイプの機械的構造と、
及びヒトである被検者の頭蓋骨全体を覆うアレイ中に個
々の磁力計素子を集積化するためにヘリウム・デュワー
容器内で使用すべき支持構造体と、を備えたＳＱＵＩＤ
磁力計素子に向けたものである。この方法を通して入手
できる情報のすべてを実際に収集するそのようなＭＥＧ
デバイスは、これまで構成されていない。本願で述べる
個々の磁力計素子及びそれらの支持体を取り付けること
ができる磁力計挿入体は、アホネン（Ａｈｏｎｅｎ）、
クヌンチラ（Ｋｎｕｕｔｉｌａ）、シモラ（Ｓｉｍｏｌ
ａ）、及びヴィルクマン（Ｖｉｌｋｍａｎ）による同時
係属の特許出願“空間的及び時間的に変化する弱磁界を
測定するマルチチャンネル・デバイス”に記載してある
。
及びヒトである被検者の頭蓋骨全体を覆うアレイ中に個
々の磁力計素子を集積化するためにヘリウム・デュワー
容器内で使用すべき支持構造体と、を備えたＳＱＵＩＤ
磁力計素子に向けたものである。この方法を通して入手
できる情報のすべてを実際に収集するそのようなＭＥＧ
デバイスは、これまで構成されていない。本願で述べる
個々の磁力計素子及びそれらの支持体を取り付けること
ができる磁力計挿入体は、アホネン（Ａｈｏｎｅｎ）、
クヌンチラ（Ｋｎｕｕｔｉｌａ）、シモラ（Ｓｉｍｏｌ
ａ）、及びヴィルクマン（Ｖｉｌｋｍａｎ）による同時
係属の特許出願“空間的及び時間的に変化する弱磁界を
測定するマルチチャンネル・デバイス”に記載してある
。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】磁力計素子を形成する
には、薄膜ＳＱＵＩＤの基板と、直径が約１インチの１
枚の薄いシリコン・ウェーハと、絶縁材料から作った基
部素子であって電気コンタクトと支持構造体上に磁力計
素子を機械的に取り付けるのに必要な構造体とを有する
基部素子と、を互いに接合することができなければなら
ない。そして、そのシリコンと基部素子との間の接合は
、磁力計の試験並びにメインテナンスの間、室温と液体
ヘリウム温度との間で繰り返す熱サイクルに耐えなけれ
ばならない。シリコンの比較的小さい熱膨張のため、接
着によりその接合を作ると、信頼性のないものとなる。 また、市販のコネクタをシリコン上に直接にしかも信頼
性良く取り付けることは、不可能である。
には、薄膜ＳＱＵＩＤの基板と、直径が約１インチの１
枚の薄いシリコン・ウェーハと、絶縁材料から作った基
部素子であって電気コンタクトと支持構造体上に磁力計
素子を機械的に取り付けるのに必要な構造体とを有する
基部素子と、を互いに接合することができなければなら
ない。そして、そのシリコンと基部素子との間の接合は
、磁力計の試験並びにメインテナンスの間、室温と液体
ヘリウム温度との間で繰り返す熱サイクルに耐えなけれ
ばならない。シリコンの比較的小さい熱膨張のため、接
着によりその接合を作ると、信頼性のないものとなる。 また、市販のコネクタをシリコン上に直接にしかも信頼
性良く取り付けることは、不可能である。
【０００６】また、その磁力計素子上の信号コイルは、
ヘリウム・デュワー容器の底部にできるだけ近く配置し
なくてはならないものであり、従ってその素子自身は平
坦でなければならない。この最初の要件は、デュワー容
器の外側の頭脳の中に位置する磁界ソースと検出器コイ
ルとの間の距離を最小限にする必要から生じるものであ
る。この要件が必要なのは、その測定した信号がそれの
ソースからの距離の３乗に反比例するからである。この
要件は、磁力計アレイをデュワー容器内に入れるときに
通るネック部のその径を最小限にする必要性によって説
明できる。そのように径を最小限にすると、ＭＥＧ磁力
計のデュワー容器構造の基本的な問題である液体ヘリウ
ムの気化流出率が、最小限となる。また、頭部全体を覆
うためには、頭部の対向する両方の側に磁力計チャンネ
ルを配置しなければならない。従って、デュワー容器ネ
ック部のその最小の内径は、ほぼ２５センチメートルに
、頭部の両側の２つの磁力計素子の高さを加えたものと
なる。上記先行技術のデバイスにおいては、それら磁力
計の（これらの取り付けに必要な構造を伴っての）高さ
は、数センチメートルとされている。このような広いネ
ック部を有するデュワー容器の気化流出率は、そのネッ
クに沿った熱伝導によって左右されることになり、従っ
て、その所要ネック部の径を小さくすること、即ち磁力
計素子の高さを減少させることが、極めて重要である。
ヘリウム・デュワー容器の底部にできるだけ近く配置し
なくてはならないものであり、従ってその素子自身は平
坦でなければならない。この最初の要件は、デュワー容
器の外側の頭脳の中に位置する磁界ソースと検出器コイ
ルとの間の距離を最小限にする必要から生じるものであ
る。この要件が必要なのは、その測定した信号がそれの
ソースからの距離の３乗に反比例するからである。この
要件は、磁力計アレイをデュワー容器内に入れるときに
通るネック部のその径を最小限にする必要性によって説
明できる。そのように径を最小限にすると、ＭＥＧ磁力
計のデュワー容器構造の基本的な問題である液体ヘリウ
ムの気化流出率が、最小限となる。また、頭部全体を覆
うためには、頭部の対向する両方の側に磁力計チャンネ
ルを配置しなければならない。従って、デュワー容器ネ
ック部のその最小の内径は、ほぼ２５センチメートルに
、頭部の両側の２つの磁力計素子の高さを加えたものと
なる。上記先行技術のデバイスにおいては、それら磁力
計の（これらの取り付けに必要な構造を伴っての）高さ
は、数センチメートルとされている。このような広いネ
ック部を有するデュワー容器の気化流出率は、そのネッ
クに沿った熱伝導によって左右されることになり、従っ
て、その所要ネック部の径を小さくすること、即ち磁力
計素子の高さを減少させることが、極めて重要である。
【０００７】大きなネック部となるのを避ける他の方法
は、１） デュワー容器を製作するときに、磁力計挿
入体をデュワー容器内にネック部を通して導入すること
のないように、もっと正確には、永久的にそのデュワー
容器内に組み込むような方法で、形成すること（ＥＰ２
００９５８）、あるいは２） デュワー容器を開ける
ことができるようにデュワー容器の真空を形成すること
である（例えば、“生体磁気における進歩”（Ａｄｖａ
ｎｃｅｓ ｉｎ Ｂｉｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ， ｅｄｓ
Ｓ．Ｊ．Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎ， Ｍ．Ｈｏｋｅ，Ｇ
，Ｓｔｒｏｉｎｋ， Ｍ．Ｋｏｔａｎｉ， Ｐｌｅｎｕ
ｍ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １９８９， ｐｐ．６７７−６
７９）を参照されたい）。上記の第１の代替案では、検
出器コイルの修理が困難になるかまたは不可能となる。 少なくともそれのＳＱＵＩＤは、メインテナンスを必要
とするものであり、従って、デュワー容器から取り出せ
る挿入体上に取り付けなくてはならない。その場合には
、それらＳＱＵＩＤとそれの検出器コイルとの間に、信
頼性が十分でない超伝導マルチコンタクト・コネクタを
使用しなければならなくなる。上記の第２の代替案、即
ちデュワー容器に、トランスファ・サイフォンのみのた
めの細いネック部をもたせるが大きなコールド真空シー
ルを設けたものは、潜在的に危険なものである。これら
のデュワー容器は、比較的狭い密閉したしかも磁気的に
シールドされた部屋の中で、そしておそらく身体障害の
ある神経科の患者のいる状態の時に使用するものである
。このことは、真空シールが破れたときには、深刻な結
果をもたらし得る、ということを意味している。従って
、ＭＥＧデュワーは、在来の信頼性のある技術を用いて
製造しなければならない。
は、１） デュワー容器を製作するときに、磁力計挿
入体をデュワー容器内にネック部を通して導入すること
のないように、もっと正確には、永久的にそのデュワー
容器内に組み込むような方法で、形成すること（ＥＰ２
００９５８）、あるいは２） デュワー容器を開ける
ことができるようにデュワー容器の真空を形成すること
である（例えば、“生体磁気における進歩”（Ａｄｖａ
ｎｃｅｓ ｉｎ Ｂｉｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ， ｅｄｓ
Ｓ．Ｊ．Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎ， Ｍ．Ｈｏｋｅ，Ｇ
，Ｓｔｒｏｉｎｋ， Ｍ．Ｋｏｔａｎｉ， Ｐｌｅｎｕ
ｍ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １９８９， ｐｐ．６７７−６
７９）を参照されたい）。上記の第１の代替案では、検
出器コイルの修理が困難になるかまたは不可能となる。 少なくともそれのＳＱＵＩＤは、メインテナンスを必要
とするものであり、従って、デュワー容器から取り出せ
る挿入体上に取り付けなくてはならない。その場合には
、それらＳＱＵＩＤとそれの検出器コイルとの間に、信
頼性が十分でない超伝導マルチコンタクト・コネクタを
使用しなければならなくなる。上記の第２の代替案、即
ちデュワー容器に、トランスファ・サイフォンのみのた
めの細いネック部をもたせるが大きなコールド真空シー
ルを設けたものは、潜在的に危険なものである。これら
のデュワー容器は、比較的狭い密閉したしかも磁気的に
シールドされた部屋の中で、そしておそらく身体障害の
ある神経科の患者のいる状態の時に使用するものである
。このことは、真空シールが破れたときには、深刻な結
果をもたらし得る、ということを意味している。従って
、ＭＥＧデュワーは、在来の信頼性のある技術を用いて
製造しなければならない。
【０００８】ＭＥＧデバイスの科学的な使用並びに臨床
的な使用の双方におけるその中心的な目標は、その測定
した神経−磁気磁界の原因となる皮質性ソース電流の位
置をできるだけ正確に見つけることである。この目標が
達成できるのは、唯一、１）その磁界を皮質全体にわた
って測定し、かつ ２） その測定用デバイスの幾何学
的形状並びにこれのその脳に対する位置が正確に分かっ
ている、という場合である。頭部のその適切な部分を覆
うためには、ほぼ半球状の磁力計アレイ用の支持構造が
必要となる。その半球の径はほぼ２５ｃｍとし、またそ
の全体の幾何学的形状の精度を、１ミリメートル（これ
は、神経学的電流ソースの位置を見つける際のそれに関
連した精度に大まかに対応している）よりも良くしなく
てはならない。特に、デュワー内の液体ヘリウム温度に
磁力計アレイがあるときのそれのサイズ、形状及び場所
を知らなければならない。
的な使用の双方におけるその中心的な目標は、その測定
した神経−磁気磁界の原因となる皮質性ソース電流の位
置をできるだけ正確に見つけることである。この目標が
達成できるのは、唯一、１）その磁界を皮質全体にわた
って測定し、かつ ２） その測定用デバイスの幾何学
的形状並びにこれのその脳に対する位置が正確に分かっ
ている、という場合である。頭部のその適切な部分を覆
うためには、ほぼ半球状の磁力計アレイ用の支持構造が
必要となる。その半球の径はほぼ２５ｃｍとし、またそ
の全体の幾何学的形状の精度を、１ミリメートル（これ
は、神経学的電流ソースの位置を見つける際のそれに関
連した精度に大まかに対応している）よりも良くしなく
てはならない。特に、デュワー内の液体ヘリウム温度に
磁力計アレイがあるときのそれのサイズ、形状及び場所
を知らなければならない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明で説明しまた請求
項１から７に特徴として記載した本磁力計の構造により
、全皮質ＭＥＧデバイスの製作に関する問題を解決する
。上記したこの主な問題は、１） 熱サイクルの繰り返
しに耐えるように絶縁基部材料とシリコン基板とを一体
化することと、 ２） 全皮質検出器アレイを挿入す
る際に必要なデュワー容器のネック部の径を最小限にす
ることと、 ３） 液体ヘリウム温度での磁力計アレイ
の全体的な幾何形状の正確さと、に関連している。本発
明においては、シリコン・チップを取り付けるための基
部は、ファイバグラスで作った一片のプリント回路基板
である。このシリコンは、そのプリント回路基板の縁部
にカット形成したグラスファイバ・スプリングによって
、それの所定の位置に保持するようにする。熱サイクル
において直ぐに壊れるような接着接合は、必要としない
。 そして、シリコン上の信号コイルは、平坦であり、そし
て（このコイルの平面に直角な）磁力計素子の高さは、
１センチメートルよりも小さくする。その結果、デュワ
ー容器のネック部の径は、平均的なヒトの頭部の皮質全
体を覆うのに必要な２５センチメートルを本質的に越え
ることはない。頭部全体を覆うアレイ中に個々の磁力計
チャンネルを一体化する支持構造体は、グラスファイバ
でできた単一のシェルから構成する。このシェル上にそ
れらチャンネル全部を取り付ける穴は、そのブランク・
シェル上に機械加工（そのシェルをその機械から取り外
さずに）して形成する。これにより、各チャンネルの相
対的な位置を、それらチャンネルが頭部の対向した双方
の側にある場合でも、確実に正確となる。個々の各チャ
ンネル素子は、支持構造体上に弾性的に取り付け、これ
により、デュワー容器の底面に対するそれの最終的な方
位が、その底面に寄り掛かる該素子の３つの脚で決まる
ようにする。それらの脚の長さと位置とにより、その素
子の平面が、この素子の中心より下のデュワー容器底面
の接平面に平行となるようにする。この弾性的な支持法
を採用することによって、デュワー容器の内側底面から
約１ミリメートルの範囲内に信号コイルを配置すること
ができる。底面の形状に密接に対応した堅い支持構造体
を使用すれば、その密接な対応は不可能となるが、その
理由は、冷却中での比較的大きなファイバグラス・シェ
ルの収縮及び変形が、デュワー容器の底部のそれらとは
違った風に進行し、従って冷却状態の底にある間に磁力
計の機械的な不整合並びに破壊を招くことになるからで
ある。
項１から７に特徴として記載した本磁力計の構造により
、全皮質ＭＥＧデバイスの製作に関する問題を解決する
。上記したこの主な問題は、１） 熱サイクルの繰り返
しに耐えるように絶縁基部材料とシリコン基板とを一体
化することと、 ２） 全皮質検出器アレイを挿入す
る際に必要なデュワー容器のネック部の径を最小限にす
ることと、 ３） 液体ヘリウム温度での磁力計アレイ
の全体的な幾何形状の正確さと、に関連している。本発
明においては、シリコン・チップを取り付けるための基
部は、ファイバグラスで作った一片のプリント回路基板
である。このシリコンは、そのプリント回路基板の縁部
にカット形成したグラスファイバ・スプリングによって
、それの所定の位置に保持するようにする。熱サイクル
において直ぐに壊れるような接着接合は、必要としない
。 そして、シリコン上の信号コイルは、平坦であり、そし
て（このコイルの平面に直角な）磁力計素子の高さは、
１センチメートルよりも小さくする。その結果、デュワ
ー容器のネック部の径は、平均的なヒトの頭部の皮質全
体を覆うのに必要な２５センチメートルを本質的に越え
ることはない。頭部全体を覆うアレイ中に個々の磁力計
チャンネルを一体化する支持構造体は、グラスファイバ
でできた単一のシェルから構成する。このシェル上にそ
れらチャンネル全部を取り付ける穴は、そのブランク・
シェル上に機械加工（そのシェルをその機械から取り外
さずに）して形成する。これにより、各チャンネルの相
対的な位置を、それらチャンネルが頭部の対向した双方
の側にある場合でも、確実に正確となる。個々の各チャ
ンネル素子は、支持構造体上に弾性的に取り付け、これ
により、デュワー容器の底面に対するそれの最終的な方
位が、その底面に寄り掛かる該素子の３つの脚で決まる
ようにする。それらの脚の長さと位置とにより、その素
子の平面が、この素子の中心より下のデュワー容器底面
の接平面に平行となるようにする。この弾性的な支持法
を採用することによって、デュワー容器の内側底面から
約１ミリメートルの範囲内に信号コイルを配置すること
ができる。底面の形状に密接に対応した堅い支持構造体
を使用すれば、その密接な対応は不可能となるが、その
理由は、冷却中での比較的大きなファイバグラス・シェ
ルの収縮及び変形が、デュワー容器の底部のそれらとは
違った風に進行し、従って冷却状態の底にある間に磁力
計の機械的な不整合並びに破壊を招くことになるからで
ある。
【００１０】従って、本発明の磁力計の下方端は、支持
構造体とデュワー容器の底面とが一緒になってチャンネ
ル・アレイの最終的な幾何形状を決定するような構造と
してある。これを、制御できかつ適当な方法にて可能に
するためには、冷却中の幾何形状の不整合に屈するよう
な適当なタイプの弾性スプリングを選択しなければなら
ない。このスプリングのその屈曲は、個々のチャンネル
素子の脚がデュワー容器の底面を強く押しつけ過ぎるを
防ぐものでなくてはならない。
構造体とデュワー容器の底面とが一緒になってチャンネ
ル・アレイの最終的な幾何形状を決定するような構造と
してある。これを、制御できかつ適当な方法にて可能に
するためには、冷却中の幾何形状の不整合に屈するよう
な適当なタイプの弾性スプリングを選択しなければなら
ない。このスプリングのその屈曲は、個々のチャンネル
素子の脚がデュワー容器の底面を強く押しつけ過ぎるを
防ぐものでなくてはならない。
【００１１】個々のチャンネル素子の位置と方位は、３
つの並進座標と３つの回転座標とに対応する６つの自由
度によって制御するようにする。以下では、その並進は
、デュワー容器の球状底面が定める球状座標系に関して
説明する。信号コイルが３つの脚で寄り掛かっており、
しかもその底面に接するように方位を定めたときには、
上記球状底部表面から脚を離さずとも、その信号コイル
を、方位角（θ）または極角（ψ）で決まるいかなる位
置へも回転させることができ、また、それ自身の法線を
中心として任意の方位（γ）へと回転させることができ
る。これは、上記の自由度に沿った動きが、それら脚が
その底部上に対し与える力に影響を及ぼさない、という
ことを意味している。それらの方向においては、上記ス
プリングの屈曲は必要とせず、従って、各チャンネル素
子の座標は、共通の支持構造体の機械加工によって固定
とする。他方、残りの自由度、即ち信号コイルの平面内
にある２つの軸での素子の回転（α，β）、及びその球
状座標系内での半径方向の並進（ｒ）は、その底面に対
する法線の脚の動きに対応している。従って、磁力計素
子を取り付けるのに使用するスプリングは、それら３つ
の方向に曲がらなければならない。上記のすべては、本
質的に球形状のいかなるデュワー容器の底面にも当ては
まるものである。その所要の方法で作用し、しかもほと
んどスペースをとらない簡単で平坦なスプリング構造に
ついて、本発明の以下の記述において説明する。
つの並進座標と３つの回転座標とに対応する６つの自由
度によって制御するようにする。以下では、その並進は
、デュワー容器の球状底面が定める球状座標系に関して
説明する。信号コイルが３つの脚で寄り掛かっており、
しかもその底面に接するように方位を定めたときには、
上記球状底部表面から脚を離さずとも、その信号コイル
を、方位角（θ）または極角（ψ）で決まるいかなる位
置へも回転させることができ、また、それ自身の法線を
中心として任意の方位（γ）へと回転させることができ
る。これは、上記の自由度に沿った動きが、それら脚が
その底部上に対し与える力に影響を及ぼさない、という
ことを意味している。それらの方向においては、上記ス
プリングの屈曲は必要とせず、従って、各チャンネル素
子の座標は、共通の支持構造体の機械加工によって固定
とする。他方、残りの自由度、即ち信号コイルの平面内
にある２つの軸での素子の回転（α，β）、及びその球
状座標系内での半径方向の並進（ｒ）は、その底面に対
する法線の脚の動きに対応している。従って、磁力計素
子を取り付けるのに使用するスプリングは、それら３つ
の方向に曲がらなければならない。上記のすべては、本
質的に球形状のいかなるデュワー容器の底面にも当ては
まるものである。その所要の方法で作用し、しかもほと
んどスペースをとらない簡単で平坦なスプリング構造に
ついて、本発明の以下の記述において説明する。
【００１２】
【実施例】図１に示したように、薄膜技術で作ったＳＱ
ＵＩＤと平坦な信号コイルとを担持したシリコン・プレ
ート１は、基部素子２に対面するように取り付けてあり
、そしてこの基部素子２は、一片のプリント回路基板（
ファイバグラス）から構成してある。このプリント回路
基板の縁部にカットによって設けたストラング・スプリ
ング３は、そのシリコン素子の平面内で圧縮力を発揮し
てこのシリコン素子をその位置に保持するものである。 各シリコン素子には、磁束（磁力計）またはその磁束の
勾配（勾配計）を測定するために巻いた１つまたはそれ
以上の信号コイルと、これらのコイルから読み取るのに
必要なＳＱＵＩＤと、を担持させるようにすることがで
きる。このシリコン１上のいくつかの薄膜構成素子とプ
リント回路基板２との間に必要な電気コンタクト４は、
在来のマイクロ回路ボンディング技術で作ってある。ま
た、それら個々のチャンネル素子を磁力計挿入体の残り
の部分の上に対し機械的に取り付けるため、プリント回
路基板２には、必要な電気接続を行う小さなコネクタ５
を設けている。これらコネクタは、ＳＱＵＩＤと信号コ
イルの双方が同一のチャンネル素子の上にあるから、超
伝導コンタクトを必要としていない。これらコネクタ５
の基部素子２への取り付けは、それらコネクタをその相
方６に押しつけたときに、そのチャンネル素子が磁力計
支持構造体７に対し機械的に良好に規定されてしかも正
確な位置を占めるようにしてある。
ＵＩＤと平坦な信号コイルとを担持したシリコン・プレ
ート１は、基部素子２に対面するように取り付けてあり
、そしてこの基部素子２は、一片のプリント回路基板（
ファイバグラス）から構成してある。このプリント回路
基板の縁部にカットによって設けたストラング・スプリ
ング３は、そのシリコン素子の平面内で圧縮力を発揮し
てこのシリコン素子をその位置に保持するものである。 各シリコン素子には、磁束（磁力計）またはその磁束の
勾配（勾配計）を測定するために巻いた１つまたはそれ
以上の信号コイルと、これらのコイルから読み取るのに
必要なＳＱＵＩＤと、を担持させるようにすることがで
きる。このシリコン１上のいくつかの薄膜構成素子とプ
リント回路基板２との間に必要な電気コンタクト４は、
在来のマイクロ回路ボンディング技術で作ってある。ま
た、それら個々のチャンネル素子を磁力計挿入体の残り
の部分の上に対し機械的に取り付けるため、プリント回
路基板２には、必要な電気接続を行う小さなコネクタ５
を設けている。これらコネクタは、ＳＱＵＩＤと信号コ
イルの双方が同一のチャンネル素子の上にあるから、超
伝導コンタクトを必要としていない。これらコネクタ５
の基部素子２への取り付けは、それらコネクタをその相
方６に押しつけたときに、そのチャンネル素子が磁力計
支持構造体７に対し機械的に良好に規定されてしかも正
確な位置を占めるようにしてある。
【００１３】図２のその磁力計支持構造体（これに、図
１に示した個々の磁力計チャンネルを取り付ける）は、
デュワーの底部の形状に対応するように成形した単一の
グラスファイバ・シェル７から製作したものである。こ
のグラスファイバ・シェルをそのデュワー内に挿入した
ときには、このグラスファイバ・シェルは、そのデュワ
ー底部と該シェルとの間のギャップ８が均一となるよう
、良好に規定した位置と方位でその底部に向かって据わ
ることになる。個々のチャンネル素子（図１）を取り付
けた相方コネクタ６は、各チャンネル素子が一緒になっ
て頭部全体を覆う均一なアレイを形成するように、弾性
的なスプリング（図３）を介してそのグラスファイバ・
シェル７上に固定する。各磁力計チャンネルを備えたそ
の支持構造体がデュワー内でのそれの最終的な位置にあ
るときには、各チャンネル素子は、そのグラスファイバ
・スプリングがデュワー底部１０に押し付けるようにな
っている。各チャンネル素子には、シリコン・ウェーハ
１を越えて伸びた３つの脚１１を設けて、そのシリコン
がデュワー底部に接触しないようにしてある。これら脚
１１は、各チャンネル素子を弾性スプリング９によって
デュワーの湾曲底部に押しつけたときに、シリコン・ウ
ェーハ上の信号コイルを、接線方向においてその底部か
ら１ミリメートル離して保持するようにする。
１に示した個々の磁力計チャンネルを取り付ける）は、
デュワーの底部の形状に対応するように成形した単一の
グラスファイバ・シェル７から製作したものである。こ
のグラスファイバ・シェルをそのデュワー内に挿入した
ときには、このグラスファイバ・シェルは、そのデュワ
ー底部と該シェルとの間のギャップ８が均一となるよう
、良好に規定した位置と方位でその底部に向かって据わ
ることになる。個々のチャンネル素子（図１）を取り付
けた相方コネクタ６は、各チャンネル素子が一緒になっ
て頭部全体を覆う均一なアレイを形成するように、弾性
的なスプリング（図３）を介してそのグラスファイバ・
シェル７上に固定する。各磁力計チャンネルを備えたそ
の支持構造体がデュワー内でのそれの最終的な位置にあ
るときには、各チャンネル素子は、そのグラスファイバ
・スプリングがデュワー底部１０に押し付けるようにな
っている。各チャンネル素子には、シリコン・ウェーハ
１を越えて伸びた３つの脚１１を設けて、そのシリコン
がデュワー底部に接触しないようにしてある。これら脚
１１は、各チャンネル素子を弾性スプリング９によって
デュワーの湾曲底部に押しつけたときに、シリコン・ウ
ェーハ上の信号コイルを、接線方向においてその底部か
ら１ミリメートル離して保持するようにする。
【００１４】その希望する方向に働くところの小さな容
積の単一のグラスファイバ・スプリング９は、図３に示
してある。即ち、薄い矩形のグラスファイバ・プレート
１２に４つのカット１３を開けて、このプレートの平面
内の２つの軸α，βにてプレート中央部１４が回転でき
るようにし、またそのプレートの平面から出る（ｒ）こ
とができるようにしてある。各チャンネル素子を取り付
けるための相方コネクタ６（図２参照）を担持した一片
のグラスファイバ１６（図２）は、そのスプリングの中
央部に、機械的に良好に規定した方法（２つのネジ）で
固定する。そして、そのスプリングの外縁は、半球状の
表面の所望の場所（θ，φ）に機械加工した法平面１７
（図２）上に、支持構造体７（図２）をネジ止めして取
り付ける。この平面上でのその方位γは、その平面にド
リル加工したネジ穴１８によって決める。本スプリング
が適度に屈曲したときに、それの座標（θ，φ，γ）は
、磁力計支持体の機械加工の際に選択したそれらの値の
ところで止まるようにしてあるが、この磁力計チャンネ
ルの最終的な方位（α，β）及び位置（ｒ）は、デュワ
ーの底面に寄り掛かる脚によって決める。
積の単一のグラスファイバ・スプリング９は、図３に示
してある。即ち、薄い矩形のグラスファイバ・プレート
１２に４つのカット１３を開けて、このプレートの平面
内の２つの軸α，βにてプレート中央部１４が回転でき
るようにし、またそのプレートの平面から出る（ｒ）こ
とができるようにしてある。各チャンネル素子を取り付
けるための相方コネクタ６（図２参照）を担持した一片
のグラスファイバ１６（図２）は、そのスプリングの中
央部に、機械的に良好に規定した方法（２つのネジ）で
固定する。そして、そのスプリングの外縁は、半球状の
表面の所望の場所（θ，φ）に機械加工した法平面１７
（図２）上に、支持構造体７（図２）をネジ止めして取
り付ける。この平面上でのその方位γは、その平面にド
リル加工したネジ穴１８によって決める。本スプリング
が適度に屈曲したときに、それの座標（θ，φ，γ）は
、磁力計支持体の機械加工の際に選択したそれらの値の
ところで止まるようにしてあるが、この磁力計チャンネ
ルの最終的な方位（α，β）及び位置（ｒ）は、デュワ
ーの底面に寄り掛かる脚によって決める。
【００１５】皮質全体を覆うＭＥＧデュワー形状の適切
な選択について、図４に示す。通常は円筒のヘリウム・
デュワーに対し、 １） 異なる半径の２つの非同心円
状の球１９及び２０と、 ２） これら２つの球に接し
た円錐表面２１と、 ３） それら球と円錐とに接する
垂直方向の円筒状表面２３と、によって定まる底部を設
ける。 これの連続的な底部表面は、２つの各球が円錐と接触す
る接触曲線とそれが円筒と接触する接触曲線との間に制
限したその２つの各球の１部分と、円錐と２つの球との
接触曲線の間に残ったその円錐表面の１部分と、からな
っている。ＭＥＧ信号の記録の間、頭の前頭部が、その
２つの球の内の小さい方１９の下にくる。垂直円筒表面
２３は、頭の後頭部の皮質全体を覆うのに十分な程下に
まで達するようにするが、被検者への視覚的刺激を可能
とするため目は覆わずにおく。それら２つの球の半径な
らびにその中心の相対的な位置を適当に選択すれば、平
均的なヒトの頭部の形状にかなり近く沿った、単純なパ
ラメータ化形（４つのパラメータ）表面を得ることがで
きる。この点に関して、説明したこの形状は、技術的に
最も簡単な選択例、即ち半球形状（これでは、側頭部領
域上の検出器は、頭部表面から１センチメートル以上離
して保持することになる）よりも優れている。しかし、
球形状に関するそれの技術的な長所は、全く失われてお
らず、その理由は、 １） ２つの球の半径を希望の同
じ量だけ変化させることによって、必要とされるすべて
のグラスファイバ・シェル（均一な真空ギャップの内面
及び外面並びに磁力計支持構造体用のブランク）が得ら
れること、並びに、 ２） 支持構造体表面のすべての
点が２つの球１９及び２０またはそれらに接する表面２
１，２３上にあって、これは、支持構造体の個々のチャ
ンネル用の取り付け穴１８及び平面１７の機械加工が、
１つの器具（この器具は、２つの直交軸にて（角度θ及
びφによる）そのブランクの回転を許容し、そしてその
後、局所的なｘ，ｙ，ｚ座標系内での操作を可能にする
）で行えることを意味するからである。
な選択について、図４に示す。通常は円筒のヘリウム・
デュワーに対し、 １） 異なる半径の２つの非同心円
状の球１９及び２０と、 ２） これら２つの球に接し
た円錐表面２１と、 ３） それら球と円錐とに接する
垂直方向の円筒状表面２３と、によって定まる底部を設
ける。 これの連続的な底部表面は、２つの各球が円錐と接触す
る接触曲線とそれが円筒と接触する接触曲線との間に制
限したその２つの各球の１部分と、円錐と２つの球との
接触曲線の間に残ったその円錐表面の１部分と、からな
っている。ＭＥＧ信号の記録の間、頭の前頭部が、その
２つの球の内の小さい方１９の下にくる。垂直円筒表面
２３は、頭の後頭部の皮質全体を覆うのに十分な程下に
まで達するようにするが、被検者への視覚的刺激を可能
とするため目は覆わずにおく。それら２つの球の半径な
らびにその中心の相対的な位置を適当に選択すれば、平
均的なヒトの頭部の形状にかなり近く沿った、単純なパ
ラメータ化形（４つのパラメータ）表面を得ることがで
きる。この点に関して、説明したこの形状は、技術的に
最も簡単な選択例、即ち半球形状（これでは、側頭部領
域上の検出器は、頭部表面から１センチメートル以上離
して保持することになる）よりも優れている。しかし、
球形状に関するそれの技術的な長所は、全く失われてお
らず、その理由は、 １） ２つの球の半径を希望の同
じ量だけ変化させることによって、必要とされるすべて
のグラスファイバ・シェル（均一な真空ギャップの内面
及び外面並びに磁力計支持構造体用のブランク）が得ら
れること、並びに、 ２） 支持構造体表面のすべての
点が２つの球１９及び２０またはそれらに接する表面２
１，２３上にあって、これは、支持構造体の個々のチャ
ンネル用の取り付け穴１８及び平面１７の機械加工が、
１つの器具（この器具は、２つの直交軸にて（角度θ及
びφによる）そのブランクの回転を許容し、そしてその
後、局所的なｘ，ｙ，ｚ座標系内での操作を可能にする
）で行えることを意味するからである。
【図１】薄いシリコン・ウェーハとファイバグラスとか
ら構成した磁力計素子を示す図である。
ら構成した磁力計素子を示す図である。
【図２】デュワーの半球状の底部のその最終的な位置で
の磁力計支持構造体を示す図である。
の磁力計支持構造体を示す図である。
【図３】その支持構造体上に個々のチャンネル素子を弾
性的に取り付けるのに使用する平坦なファイバグラス・
スプリングの図である。
性的に取り付けるのに使用する平坦なファイバグラス・
スプリングの図である。
【図４】皮質全体を覆うＭＥＧデュワーの底部の適当な
形状の例を示す図である。
形状の例を示す図である。
１：シリコン・プレート
２：基部素子
３：ストラング・スプリング
４：電気コンタクト
５：コネクタ
７：磁力計支持構造体
１０：デュワー底部
１１：脚
１２：グラスファイバ・プレート
１３：カット
１４：プレートの中央部
１６：グラスファイバ
１９：小さな球
２０：大きな球
２１：円錐
Claims (7)
- 【請求項１】 ヒトの脳の神経活動から生じる時間及
び空間に依存した弱磁界を測定するため、低温の液体を
収容した熱絶縁型デュワー容器内で動作する複数の磁力
計または勾配計を備えた弱磁界測定デバイスにおいて、
前記磁界の１つまたは複数の成分を測定するコイル及び
ＳＱＵＩＤを、磁力計素子の各々内に配置し、そしてこ
の各磁力計素子を、該素子に取り付けた１つまたは複数
の脚によって、前記デュワー容器の幾何形状的に正確な
内側底面に対し寄り掛からせ、これにより前記脚と前記
デュワー容器の前記底面の形状とにより決まる良好に規
定した方位において据えること、を特徴とする弱磁界測
定デバイス。 - 【請求項２】 前記デュワー容器の前記内側底面が、
異なる半径（１９，２０）の２つの各非同心球の１部分
と、該２つの球に接する円錐の表面（２１）の１部分と
、該２つの球と該円錐との双方に接する垂直な直円筒の
表面の適当な１部分と、からなる連続的な表面を有して
いて、前記円錐から含める前記１部分は、それに接する
各円間の部分であって、垂直軸（ｚ）に沿って上方への
外方法線（ｎ）の突出部（ｐ）を有しており、前記各球
から含める前記各１部分は、上方への突出部（ｐ）を有
し、しかも外方法線が水平になるような円錐と接する各
円の間に制限した部分であり、前記垂直円筒の前記１部
分は、前記各球及び前記円錐との共通の接する線から下
方に伸びて、頭の後頭部を覆うのに十分程下にまで達し
、しかも目は覆わないままとする部分であること、を特
徴とする請求項１に記載の弱磁界測定デバイス。 - 【請求項３】 各磁力計素子は、前記デュワー容器の
前記内側底面の形状にぴったり従う支持構造体（７）上
に対し、低温にて弾性を維持する材料で作った弾性スプ
リング（９）により取り付けること、を特徴とする請求
項１または２に記載の弱磁界測定デバイス。 - 【請求項４】 前記支持構造体（７）に前記磁力計素
子を取り付けるときに使用する前記弾性スプリング（９
）は、薄い平らな材料をカットして、該スプリングの平
面内の任意の軸での前記素子の回転と、該スプリングの
平面の法線方向における前記素子の並進と、を許容する
が、前記支持構造体に対する前記素子のそれ以外の動き
を防ぐように形成すること、を特徴とする請求項３に記
載の弱磁界測定デバイス。 - 【請求項５】 前記信号コイル、または前記ＳＱＵＩ
Ｄ及び信号コイルを含む基板材料片は、スプリングによ
って前記磁力計素子の本体に取り付けること、を特徴と
する請求項１に記載の弱磁界測定デバイス。 - 【請求項６】 前記磁力計素子（２）の本体に薄膜構
成素子の基板を取り付けるのに使用するスプリング（３
）は、前記本体プレート（２）の縁部をカットすること
によって形成すること、を特徴とする請求項１または５
に記載の弱磁界測定デバイス。 - 【請求項７】 前記磁力計素子のための電気コンタク
トを提供する１つまたは複数のコネクタ（５）は、該素
子を機械的に取り付けるのに使用する前記素子の固定部
分であって、前記素子上の前記信号コイルに対し動かな
いこと、を特徴とする請求項１または３に記載の弱磁界
測定デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI906342A FI89131C (fi) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | Magnetometerdetektor och deras montage i en flerkanalig anordning foer maetning av maenskans hjaernfunktioner alstrande magnetfaelt |
| FI906342 | 1990-12-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04296680A true JPH04296680A (ja) | 1992-10-21 |
| JP3096336B2 JP3096336B2 (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=8531631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03339133A Expired - Fee Related JP3096336B2 (ja) | 1990-12-21 | 1991-12-21 | 弱磁界測定デバイス |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5309095A (ja) |
| EP (1) | EP0492263B1 (ja) |
| JP (1) | JP3096336B2 (ja) |
| AT (1) | ATE128838T1 (ja) |
| CA (1) | CA2057455C (ja) |
| DE (1) | DE69113767T2 (ja) |
| DK (1) | DK0492263T3 (ja) |
| ES (1) | ES2078417T3 (ja) |
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