JPH0542120A

JPH0542120A - 生体磁場計測装置

Info

Publication number: JPH0542120A
Application number: JP3230883A
Authority: JP
Inventors: Shuji Fujimoto; 修二藤本; Yasushi Kondo; 泰志近藤; Hisashi Kado; 久賀戸
Original assignee: CHODENDO SENSOR KENKYUSHO KK
Current assignee: CHODENDO SENSOR KENKYUSHO KK
Priority date: 1991-08-19
Filing date: 1991-08-19
Publication date: 1993-02-23
Anticipated expiration: 2009-06-01
Also published as: JPH0640868B2

Abstract

(57)【要約】【目的】生体の種々の形状に合わせて生体磁場計測装
置を適応できるようにするとともに、精度の高い測定を
行い、生体の形状をも計測することができるようにする
ことを目的とする。【構成】スクイッドと磁束入力回路とからなる磁場検
出手段を複数個備え、生体から発生する磁場をリアルタ
イムで検出し画像化する装置において、磁場検出手段を
有する複数のデュワ５と、デュワ５の先端を生体の形状
に一致させるためにデュワ５を軸方向に移動する駆動手
段と、デュワの１次元的な位置を検出する変位計７とを
備え、デュワ５の先端が生体の種々の形状に適応できる
ような構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人体の医療用診断の資
料として、人体のどの部位であっても、人体から発生す
る磁場の強さを正確に測定することができる生体磁場計
測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の複数個のグラジオメータ又はスク
イッド（超伝導量子干渉素子、マグネトメータともい
う）を有する生体磁場計測装置では、磁場検出部分を平
均的な人体の計測対象部位（頭部、胸部など）に対応す
るような形状となるようにデュワを成形し、そのデュワ
の内部にスクイッドを配置し、そのスクイッドを極低温
の液体ヘリュウムに浸して超伝導状態にし、磁場の計測
を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、計測対象者毎に測定対象部位の大きさや形状が
異なるので、生体磁場を正確に計測することが困難であ
る。即ち、例えば人体の頭部からの磁束を検出する場
合、各個人によって頭部の形状や大きさが異なるが、平
均的な頭部形状のデュワを用いると、検出しようとする
頭部の外形とデュワの形状との相違によって頭部表面と
磁束入力回路（ピックアップコイルとインプットコイル
からなる超伝導トランス）の距離が異なる。その結果、
平均的な頭部形状以外の頭部形状の人間の磁場を測定す
る場合においては、測定の精度が著しく低下する。さら
に、人間の胸部と頭部ではその形状が著しく異なるた
め、頭部用に設計された生体計測装置を胸部用に使用す
ることができない。また、スクイッド、熱シールドを極
低温冷凍機の冷却器に接触させて、熱伝達によって冷却
する場合には、冷却器とスクイッド、熱シールドの熱伝
達およびスクイッド、熱シールドの熱伝導の効率が低
く、スクイッド、熱シールドの温度が安定するまでに要
する冷却時間が長くなる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の生体磁場計測装
置は、スクイッドと磁束入力回路とからなる磁場検出手
段を複数個備え、生体から発生する磁場をリアルタイム
で検出し画像化する装置において、磁場検出手段を有す
る複数のデュワと、デュワの先端を生体の形状に一致さ
せるために、デュワを軸方向に移動する駆動手段と、デ
ュワの１次元的な位置を検出する変位計とを備え、生体
の種々の測定対象部位の形状に適応できるように構成し
たものである。

【０００５】

【作用】本発明においては、複数のデュワの位置を変位
計によって計測しながら、駆動手段によって各デュワを
軸方向に沿って前後に移動させる。これによりデュワの
先端を生体の形状に一致させ、精度の高い磁場の測定が
可能となるとともに、生体の形状をも計測することが可
能である。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明の第１の実施例の全体構成を
示す。１は図には示されていない高圧ガス供給装置から
供給されるヘリウムガスと水素ガスを含む３種以上のガ
スをそれぞれ個別に移送するための屈曲可能な第１の移
送管、２は第１の移送管１から移送されてきた上記３種
以上のガスをスクイッドと磁束入力回路が冷却されてい
る各デュワに分配するための分配器、３はデュワの保持
器、４はデュワにガスを供給するため分配器２から延在
しているフレキシブルで着脱可能である小径な第２の移
送管、５は内部のスクイッドを冷却するためのデュワ、
６はデュワ５の位置を軸方向に１次元的に変えることが
できる移動装置（例えば炭酸ガスピストンからなる）、
７はデュワ５の１次元的な位置を計測する変位計、８は
被測定物（人体の測定対象部位）との接触を検出するた
めデュワ５の先端に設けた接触センサ、９は被測定物、
例えば人の頭部で、移動装置６及び変位計７は各デュワ
５毎に設けてある。

【０００７】前記した装置において、第１の移送管１か
ら供給される３種以上のガスは、分配器２によって第２
の移送管４を介して各デュワ５に供給される。各デュワ
５の内部において、ガスはジュールトムソン効果によっ
て極低温度にまで温度降下し、デュワ内部の熱シールド
とスクイッドおよび磁束入力回路を冷却して極低温度に
保持する。上記した装置全体は、地磁気などの外部磁気
ノイズを除去するために磁気シールドルームの内部に収
められていることが望ましい。

【０００８】図４は本発明の生体磁場計測装置の制御シ
ステムのブロックダイヤグラムを示す。図４において、
デュワ位置制御装置６２はデュワ５毎の接触センサ８及
び変位計７からの信号により、デュワ５の先端の位置及
びデュワ５の移動距離の情報を得て、コンピュータ６１
にその情報を供給する。上記したコンピュータ６１は、
被測定物の形状に合わせるように移動装置６を駆動し、
その結果、各デュワ５の先端部は常に被測定物の形状と
一致するように制御される。即ち、保持器３によって保
持されている複数のデュワ５は、移動装置６によりその
軸方向に１次元的に位置を変えることができ、また接触
センサ８からの情報により移動の終点を検知できるの
で、人体の測定対象となる部位の形状に合わせて全ての
ピックアップコイルが最も近接する位置にデュワ５を置
くことが可能になる。この結果、全てのスクイッド検出
器の感度を低下させることなく生体の磁場を計測するこ
とが可能になる。さらに、個々のデュワ５の１次元的な
位置は変位計７によって検知することができるので、こ
のデータをコンピュータ６１に供給し、測定部位の形状
及び測定部位に対するスクイッドの相対的な位置を求め
ることができる。

【０００９】一方、被測定物である生体から発生示す磁
場は磁束入力回路４３によってスクイッド４２に伝達さ
れ、上記スクイッド４２はこの信号を電圧に変換する。
そして、スクイッド４２は駆動回路（通常ではＦ．Ｌ．
Ｌ回路を用いる）６３によって線形動作するように制御
される。上記した駆動回路６３の出力である生体磁気デ
ータは時系列なデータとしてコンピュータ６１に取り込
まれ、画像データとして表示される。

【００１０】図５は図４で示された本発明の生体磁場計
測装置における生体磁気計測のためのフローチャートを
示す。図５において、新たに人体の被測定物を設定した
ときは、まず前記したデュワ５の位置をリセットする
（ステップ７１）。次に、移動装置６は各デュワ５を人
体の被測定物の方向に移動させる（ステップ７２）。そ
して、上記したデュワ５は、先端の接触センサ８が被測
定物を検出するまで徐々に移動することになる（ステッ
プ７３）。上記した接触センサ８は、デュワ５の先端が
被測定物に接触又は近接したことを検出すると、移動装
置６がデュワ５の移動を停止し、デュワ５の位置の情報
が収集される（ステップ７４）。しかし、センサ８が被
測定物に接触又は近接していなければ、ステップ５２に
戻って接触又は近接していないデュワ５だけを移動させ
ることにより、被測定物に接触又は近接させるこの接触
センサ８の情報から被測定物の形状を計算することがで
きる（ステップ７５）。人体の被測定物の形状がコンピ
ュータ６１により計算して決定されたら、スクイッド４
２から得られた生体の磁場情報を収集し（ステップ７
６）、磁場源の磁場の強さを推定する（ステップ７
７）。上記のようにして求められた磁場の情報を画像情
報として表示する（ステップ７８）。

【００１１】図２は被測定物の形状が小さい場合に本発
明が適用される場合を示す。即ち、被測定物が小さい場
合は、被測定物９に近接できるデュワ５の数が少なくな
るので、図２に示すように１つおきにデュワ５を被測定
物に近接するように移動装置６を動作制御することによ
って、小さな被測定物の形状に合わせてデュワ５を配置
するのである。なお、デュワ５にヘリウムガスを供給す
る第２の移送管４は着脱可能であるので、デュワ５の数
を計測対象部位の大きさに対応するように増減すること
によって、被測定物の形状にデュワ５の先端を一致させ
ることもできる。

【００１２】図３は、人体の計測対象部位として人体の
胸部１０を測定するための本発明の第２の実施例を示す
ものである。図３において、デュワの保持器３の形状は
平面的に構成され、この保持器３に各デュワ５が移動可
能に配置されている。デュワ５の位置を人体の胸部の形
状に一致させることによって、人体の胸部の測定を行な
うことができる。もちろん、この保持器３の形状及びデ
ュワ５の位置設定や移動状態を種々変化させることによ
って、人体の種々の部位の測定をすることができるもの
である。

【００１３】上記したデュワ５の内部の構成と作用につ
いて以下に説明する。図６は、磁場検出手段として１次
微分型のグラジオメータ（ボビンタイプ）で構成した磁
束入力回路とスクイッドとを冷却する場合のデュワ５の
構成の１つの実施例を示す。外部の高圧ガス供給装置か
ら供給される水素ガスとヘリウムガスとを含む３種以上
のガスが、第１の移送管１から分配器２を介して第２の
移送管４によりデュワ５の内部に供給される。

【００１４】デュワ５の内部には、第１のガス回路１
１、第２のガス回路２１、第３のガス回路３１及び磁場
検出手段としての磁束計４１を上から下に向かいその順
に設けてあり、第２のガス回路２１、第３のガス回路３
１及び磁束計４１だけがデュワ５の外部から作用する輻
射熱を遮断するための熱シールド５１の内部に収納され
ている。

【００１５】上記した第１のガス回路１１は、円筒状の
第１のケース１２の内部にフィン付きの第１の熱交換パ
イプ１３を螺旋状に巻成した構成であって、第１の熱交
換パイプ１３の下端には第１の膨張弁１４を設けて、第
１のケース１２の内部に開口させてある。

【００１６】そして、前記した第２のガス回路２１は、
第１のケース１２より小径な円筒状の第２のケース２２
の内部にフィン付きの第２の熱交換パイプ２３を螺旋状
に巻成した構成で、第２の熱交換パイプ２３の下端には
第２の膨張弁２４を設けて、第２のケース２２の内部に
開口させてある。上記した第２のケース２２は、第１の
ガス回路１１の第１のケース１２の中心位置を縦方向に
延在して第１の熱交換パイプ１３の内部に位置し、第１
のケース１２の上端にまで達している。

【００１７】さらに、前記した第３のガス回路３１は、
前記した第１のガス回路１１や第２のガス回路２１と同
様であるが第２のケース２２より小径な円筒状の第３の
ケース３２の内部にフィン付きの第３の熱交換パイプ
（図示せず）を螺旋状に巻成した構成で、第３の熱交換
パイプの下端部分を第３のケース３２の下端から突出さ
せて膨張弁３３を設け、上記膨張弁３３から流出管３４
を下向きに設けるとともに、第３のケース３２の下面に
流入管３５を接続した構成である。上記した第３のケー
ス３２は、第２のケース２２、第１のケース１２の中心
位置を縦方向に延在して第２の熱交換パイプ２３、第１
の熱交換パイプ１３の内部に位置し、第１のケース１２
の上端にまで達している。

【００１８】前記した磁場検出手段としての磁束計４１
は、スクイッド４２とグラジオメータにより構成した磁
束入力回路４３とからなり、スクイッド４２の信号線４
４は第３のケース３２、第２のケース２２及び第１のケ
ース１２の外周を螺旋状に巻成してデュワ５の外部に延
在している。そして、磁束入力回路４３には線が巻かれ
た心材の内部に流路４５が形成してあり、この流路４５
の一端に前記した第３のガス回路３１の流出管３４が接
続してあり、流路４５の他端に前記した流入管３５が接
続してある。

【００１９】前記した熱シールド５１は、円筒状の外層
５２、中間層５３、内層５４を液密に、気密に接着重合
して一体状に構成したもので、中間層５３には直径方向
に対向する様に２本の溝状の縦流路５５、５５を有し、
また下方に円周方向の溝状の横流路５６を形成して上記
した両縦流路５５の下端を連通し、上記した２本の縦流
路５５と横流路５６とによりガス流路５７を構成する。
そして、両縦流路５５の上端は、前記した第１のガス回
路１１の第１のケース１２の内部に連通させ、第１のケ
ース１２の内部に充満するガスをガス流路５７に流すの
である。尚、熱シールド５１の各層５２、５３、５４
は、非磁性で熱伝導率の大きい成分、例えばアルミナを
原料としたセラミックス等で構成するのが好ましい。

【００２０】本発明のデュワ５の第１実施例は前記した
構成で、第２のガス移送管４の内部には少なくとも３種
類のガス管を有し、その内の１種のガス（例えば窒素ガ
ス、メタンガス、アルゴンガス）は、第１のガス回路１
１の第１の熱交換パイプ１３に連結されている。従っ
て、外部の常温の高圧ガス供給装置から上記した１種の
ガスが高圧で第１の熱交換パイプ１３に供給されると、
螺旋状に通過して第１の膨張弁１４から噴出し、ジュー
ルトムソン効果によりガスの沸点まで温度降下する。し
たがって、温度降下したガスにより第１のケース１２の
内部が低温雰囲気となり、例えば沸点まで温度降下した
ガスが窒素であれば約８０Ｋ、アルゴンであれば約９
０Ｋとなる。そして、このガスは熱シールド５１の一
方の縦流路５５の上端から流入して横流路５６から他方
の縦流路５５を通るため、前記ガス流路５７を循環流す
るので熱シールドを効果的に冷却することになり、デュ
ワ５の外部温度により作用する輻射熱を有効に遮断して
熱シールド５１の内部を加温することがない。しかも、
第１のケース１２の内部が上記したように冷却されてい
るし、第１の熱交換パイプ１３も冷却しているので、第
１の熱交換パイプ１３の内部に通っている第２のケース
２２や第３のケース３２の外周を予備冷却することにな
る。また、第１のケース１２の外面も冷却されることに
なるので、スクイッド４２の信号線４４も冷却し、デュ
ワ５の外部の常温部分からの伝導熱を吸収し、スクイッ
ド４２及び磁束入力回路４１に伝わる熱を極めて低減す
ることが可能である。さらに、第１のケース１２内のガ
スは上昇する時に第１の熱交換パイプ１３の外面に接触
し、フィンにより第１の熱交換パイプ１３を通過するガ
スを効果的に冷却して第２のガス移送管４から外部に流
出する。したがって、第１の膨張弁１４から第１のケー
ス１２の内部に噴出する沸点まで温度降下したガスは、
熱シールド５１を冷却するとともに第２のケース２２と
第３のケース３２を予備冷却し、しかも第１の熱交換パ
イプ１３を冷却するので内部を流れるガス自体も冷却さ
れることになり、第１の膨張弁１４でのジュールトムソ
ン効果を有効に達成することができる。

【００２１】また、第２の移送管４中に設けた水素ガス
の管は第２のガス回路２１の第２の熱交換パイプ２３に
接続されているので、水素ガスは第１のガス回路１１中
で予備冷却されてから第２のガス回路２１内の第２の熱
交換パイプ２３を通過し、第２の膨張弁２４を噴出する
際にジュールトムソン効果により沸点まで温度降下し
て、第２のケース２２の内部に充満して上昇し、第２の
移送管４を通過して外部に放出することになる。したが
って、第２のケース２２の内部は水素の沸点である約２
０Ｋにまで冷却するために、第２の熱交換パイプ２３
の内部中心を縦方向に延在している第３のケース３２も
予備冷却し、しかも第２の熱交換パイプ２３を冷却する
ので通過する水素ガス自体も充分に冷却され、ジュール
トムソン効果が有効に達成することができる。さらに、
第２のケース２２の外周に巻いたスクイッド４２の信号
線４４も確実に冷却する。

【００２２】前記した第２の移送管４内のヘリウムガス
の管は、第３のガス回路３１のフィン付き熱交換パイプ
に連結してあるので、第１のガス回路１１、第２のガス
回路２１で充分に予備冷却されて第３のガス回路３１の
熱交換パイプを通過し、第３の膨張弁３３を噴出する際
にジュールトムソン効果によってガスの沸点まで温度降
下し、ヘリウムの沸点である約４Ｋの極低温度になっ
て流出管３４から磁束入力回路４１の流路４５を通過
し、流入管３５から第３のケース３２の内部に戻り、上
昇して第２の移送管４から外部に放出する。したがっ
て、磁場検出手段としての磁束入力回路４３及びスクイ
ッド４２は極低温度にまで冷却されて保持されるので、
外部からの微小な磁場を検出し、信号線４４により外部
に信号を供給することができる。

【００２３】図７はデュワ５の他の構成例を示すもの
で、特に磁場検出手段として機能する磁束計４１’とし
て磁束入力回路とスクイッドとを同一基板上に薄膜状に
構成した平面スクイッドで、熱シールド５１の内部下端
に支持台４６を介して第３のガス回路３１に接触する様
にして設けてある。従って、磁束計４１’は第３のガス
回路３１の冷却効果により約４Ｋの極低温度にまで冷
却されて保持される。尚、図７において説明していない
符号は前記した図６の同一符号と同一の構成であるから
説明を省略する。

【００２４】以上説明した様に、前記した各デュワ５は
内部が極めて有効に冷却されて磁場検出手段としての磁
束計を極低温状態に維持し、外部磁場を正確に測定する
ことができる。そして、各ガス回路は自体のガスを冷却
したり他の種類のガスを冷却する熱交換器としての機能
を有し、ジュールトムソン効果を確実に達成するのであ
る。なお、本発明においては熱シールド５１は前記した
構成に限定されるものではなく、デュワの外部から作用
する輻射熱が熱シールド５１の内部に作用しなければど
のような構成であってもよい。

【００２５】図９は本発明のデュワ５の他の構成例を示
すもので、この実施例のデュワ５の内部のガス回路８１
は、円筒状のケース８２の内部にフィン付きの熱交換パ
イプ８３を螺旋状に巻成した構成であって、上記した熱
交換パイプ８３の下端には膨張弁８４を設けて、ケース
８２の内部に開口させてある。そして、ケース８２の下
端には支持台８５を設けて磁場検出手段である磁束計８
６を取り付けてあるが、この磁束計８６は高温超伝導材
からなる平面スクイッドと磁束入力回路とを一体型にし
た薄板状であり、磁束計８６は８０Ｋ以上の高温雰囲
気でも磁場を検出するのに充分な機能を有する。従っ
て、前記した実施例と同様に、第２の移送管４の例えば
窒素ガス管を熱交換パイプ８３に接続して窒素ガスを流
し、膨張弁８４から噴出させてジュールトムソン効果に
より窒素の沸点まで温度降下させると、ケース８２の内
部、外部が８０Ｋにまで冷却されるので、磁束計８６
により磁場を検出して信号線８７から信号を発信するこ
とができる。この実施例は、前記した実施例と比較して
磁場検出手段として機能する磁束計が８０Ｋ以上であっ
ても作動することができるということであって、その他
の機能や作動状態は前記した実施例と同一である。

【００２６】以上本発明をいくつかの実施例に基づいて
説明したが、本発明は前記した各実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載した構成を変更しな
い限りどの様にでも実施することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上要するに、本発明によれば、複数の
デュワの先端の位置を制御して移動させ、生体の測定対
象部位の形状に一致させることによって、生体のどの部
分でも測定することができる。さらにデュワの先端を生
体に近接させることができるので、精度の高い測定がで
きるとともに、生体の形状をも計測することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の全体概略構成図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施例の全体概略構成図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施例における使用状態の説明
図である。

【図４】本発明の生体磁場計測装置の制御システムのブ
ロックダイヤグラムを示す図である。

【図５】本発明の生体磁場計測装置における生体磁場計
測のためのフローチャートを示す図である。

【図６】１次微分型のグラジオメータで構成した磁束入
力回路とスクイッドとにより磁束計を構成した場合のデ
ュワの構成例を示す一部を断面とした正面図である。

【図７】平面型の磁束計を使用した場合のデュワの構成
例の概略図である。

【図８】デュワの内部に設けた熱シールドの一例を示す
概略分解斜視図である。

【図９】高温平面型の磁束計を使用した場合のデュワの
構成例を示す一部を断面とした正面図である。

【符号の説明】

１第１の移送管２分配器３保持器４第２の移送管５デュワ６移動装置７変位計８接触センサ９被測定物１１第１のガス回路１２第１のケース１３第１の熱交換パイプ１４第１の膨張弁２１第２のガス回路２２第２のケース２３第２の熱交換パイプ２４第２の膨張弁３１第３のガス回路３２第３のケース３３第３の膨張弁３４流出管３５流入管４１磁束計４２スクイッド４３磁束入力回路４４信号線４５流路５１熱シールド５２外層５３中間層５４内層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者賀戸久東京都中央区東日本橋１丁目６番５号東日本橋佐藤ビル５階株式会社超伝導センサ研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スクイッドと磁束入力回路とからなる磁
場検出手段を複数個備え、生体から発生する磁場をリア
ルタイムで検出して画像化する生体磁場計測装置におい
て、上記した磁場検出手段を有する複数のデュワと、上記したデュワの先端を生体の形状に対応させるために
上記した各デュワを軸方向に移動する駆動手段と、上記したデュワの１次元的な位置を検出する変位計とを
備え、生体の形状を計測可能としたことを特徴とする生体磁場
計測装置
【請求項２】前記デュワには、フレキシブルで着脱可
能な移送管によってデュワ外部の常温の高圧ガス供給装
置からヘリュウムガスと水素ガスを含む３種以上のガス
が供給され、かつデュワ内部に熱交換器と膨張弁を有し
て通過するガスをジュールトムソン効果により沸点まで
温度降下させるようにしたことを特徴とする請求項１に
記載の生体磁場計測装置。
【請求項３】前記デュワには、フレキシブルで着脱可
能な移送管によってデュワ外部の常温の高圧ガス供給装
置から窒素ガスあるいは窒素ガスを含む少なくとも２種
類のガスの混合ガスが供給され、かつデュワ内部に熱交
換器と膨張弁を有して通過するガスをジュールトムソン
効果によりガスの沸点温度まで降下させるようにしたこ
とを特徴とする請求項１に記載の生体磁場計測装置。
【請求項４】前記デュワの内部の熱シールドは互いに
重合した３つの層からなり、デュワの内部に供給される
８０Ｋ程度の窒素ガスが、熱シールドの層間に形成さ
れた流路を流れることを特徴とする請求項１に記載の生
体磁場計測装置。
【請求項５】前記デュワの内部の膨張弁から流出する
液体ヘリュウム温度レベルのヘリュウムガスが、グラジ
オメータにより構成される磁束入力回路の巻かれた心材
の内部に形成された流路を流れることを特徴とする請求
項１に記載の生体計測装置。