JPH0898823A - 微弱磁界測定装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 生体磁界検出感度を低下することなく、外部
環境による磁界雑音を充分に除去してＳＮ比の向上を図
ること。 【構成】 脳の微弱磁界を検出するために生体磁界検出
のための１次微分形グラジオメータを用い、その頭部か
らたとえば３０ｃｍ程度充分に離れた位置で磁界雑音だ
けを検出するために０次微分形マグネトメータと１次微
分形グラジオメータとを設け、このような磁界雑音検出
のためのコイルの出力によって、２次微分形グラジオメ
ータに相当する出力を求めて、生体磁界検出の１次微分
形グラジオメータが配置されている位置における磁界雑
音強度とその向きとを演算して求めて補正を行い、磁界
雑音の除去を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人体である被検体の脳
などの生体から発生される微弱な磁界を測定するための
装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような微弱磁界測定装置では、超伝
導量子干渉（略称ＳＱＵＩＤ）素子を用いた磁束計で生
体から発生される磁界の強さを測定するにあたっては、
外部からの磁気雑音が大きな問題となる。図５１に示さ
れるように、脳からの磁界は、数１００ｆＴ（＝１０
^-13Ｔ）であって微弱であるのに対し、自動車、電車お
よびエレベータなどから発生される都市の磁気雑音は、
数１００ｎＴ（＝１０^-7Ｔ）であり、このような都市の
磁気雑音は、脳磁界の１００万倍から１億倍もの大きさ
がある。

【０００３】従来では、このような磁気雑音を除去する
ために、検出コイルに工夫をしたグラディオメータを用
いる。このグラディオメータでは、軸線方向に間隔をあ
けた一対のコイルを逆相に接続して、１次微分形グラデ
ィオメータを構成し、またこの１次微分形グラディオメ
ータを一対設けて相互に逆相に接続して２次微分形グラ
ディオメータを構成し、こうして勾配の次数を上げる。
１次微分形グラディオメータでは、均等な磁界が打消さ
れ、また２次微分形グラディオメータでは、均等な磁界
だけでなく、均等な磁界勾配も打消される。したがって
このようにグラディオメータの次数を増やすことによっ
て、ノイズ除去性能が向上し、ＳＮ比を上げることがで
きる。

【０００４】この反面、このようにグラディオメータの
次数を上げることによって、検出すべき生体からの微弱
な磁界が部分的に打消されることになり、その次数を上
げることによって感度が低下してしまうという問題があ
る。またこのようなグラディオメータは、その原理上、
一様な平行磁場に対しては優れたノイズ除去性能を有し
ているけれども、勾配をもつノイズ、すなわち数１０ｍ
離れた場所の自動車および電車などのノイズに対して
は、充分なノイズ除去性能を発揮できず、したがってこ
のことは微弱な生体磁界の測定時には大きな問題とな
る。

【０００５】他の先行技術では、磁界測定装置を磁気シ
ールドルーム内に配置する。この磁気シールドルームの
遮蔽能、すなわち磁気シールドルームの室内の磁界強度
に対する室外の磁界強度の比を向上するには強磁性材料
であるパーマロイの層を多層として厚くすればよいけれ
ども、そのようにするとコストが高くなり、現実的では
ない。

【０００６】もっと悪いことは磁気シールドルームの遮
蔽能は、周波数依存性を有し、周波数が低くなるにつれ
て、遮蔽能が低下することである。たとえば磁界が０．
１Ｈｚで遮蔽能は１０²であり、１Ｈｚでは遮蔽能は１
０³であり、１０Ｈｚでは遮蔽能は１０⁴であるのが一般
的である。生体磁界、たとえば脳磁界は、約１０Ｈｚ前
後であって低い周波数範囲であり、したがってこのよう
な低い周波数範囲で、自動車や電車などの低周波磁界雑
音を充分に除去することは、磁気シールドルームでは、
不可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、外部
環境の磁界雑音を充分に抑制して、しかも脳などの生体
からの微弱磁界を高感度で検出し、しかも周波数特性を
もたずに低い周波数範囲においても磁界雑音を充分に低
減することができるようにした微弱磁界測定装置および
方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、生体の検出す
べき部位の近傍に配置され、微弱磁界を検出する生体磁
界検出手段と、生体磁界検出手段から離れた位置に配置
され、外部環境からの磁界雑音である微弱磁界を検出す
る磁界雑音検出手段と、生体磁界検出手段の出力と、磁
界雑音検出手段の出力とを演算処理して、外部環境磁界
雑音を除いた生体磁界を求める演算手段とを含むことを
特徴とする微弱磁界測定装置である。また本発明は、磁
界雑音検出手段は、磁界の検出の方向性を有する磁界検
出素子を、複数個、磁界検出方向が相互に異なるように
配置されて構成され、これによって外部からの雑音であ
る磁界の分布を求めることができ、演算手段は、磁界雑
音検出手段の出力に応答して、生体磁界検出手段の位置
にある磁界雑音の強度を求めて前記演算をすることを特
徴とする。また本発明は、生体の近傍に配置される１次
微分形グラジオメータである生体磁界検出コイルと、生
体磁界検出コイルから離れた位置に配置される０次微分
形マグネトメータである第１参照コイルと、第１参照コ
イルの近傍に配置され、１次微分形グラジオメータであ
る第２参照コイルと、第１および第２参照コイルの出力
に応答して、生体磁界検出コイルの近傍の位置に仮想上
配置された微分形コイルの出力を演算することにより、
生体磁界検出コイルの位置における外部環境からの磁界
雑音を求める第１演算手段と、生体磁界検出コイルおよ
び第１演算手段の各出力に応答して、生体磁界検出コイ
ルの出力と第１演算手段の出力とを演算処理して、外部
環境磁界雑音を除いた生体磁界強度を求める第２演算手
段とを含むことを特徴とする微弱磁界測定装置である。
また本発明は、生体磁界検出コイルは、生体の近傍に分
散して配置され、第１および第２参照コイルは、その磁
界検出方向が直交３軸Ｘ−Ｙ−Ｚの各軸Ｘ，Ｙ，Ｚにそ
れぞれ平行であり、第１演算手段は、各生体磁界検出コ
イル毎の微分形グラジオメータの出力を演算して求め、
各生体磁界検出コイル毎の各位置における外部磁界を演
算して求め、第２演算手段は、各生体磁界検出コイルの
出力と、対応する演算して求められた第１演算手段の出
力とを演算処理し、外部環境磁界雑音を除いた生体磁界
を求めることを特徴とする。また本発明は、生体の近傍
に配置されるｉ次（ｉは、零または正の整数）微分形の
生体磁界検出コイルと、生体磁界検出コイルから離れた
位置に配置され、ｉ次微分形コイルの出力を演算して求
めるためのｉ次以下の微分形の複数の参照コイルと、前
記複数の参照コイルの出力に応答して、各生体磁界検出
コイルの位置における仮想上のｉ次微分形コイルの外部
環境雑音出力を演算して求める第１演算手段と、生体磁
界検出コイルおよび第１演算手段の出力に応答して、生
体磁界検出コイルの出力から第１演算手段の出力を演算
処理する第２演算手段とを含むことを特徴とする微弱磁
界測定装置である。また本発明は、生体の磁界を検出す
べき部位の近傍の位置でｉ次（ｉは零または正の整数）
微分形の生体磁界を測定し、生体磁界から離れた生体磁
界の影響のない位置で、ｉ次微分形の外部環境からの磁
界雑音を測定し、前記生体磁界の測定位置における仮想
上のｉ次微分形の外部環境磁界雑音を演算して求め、前
記測定された生体磁界から、前記演算して求めた外部環
境の磁界雑音を演算処理することを特徴とする微弱磁界
測定方法である。

【０００９】

【作用】本発明に従えば、生体磁界検出手段は、脳など
の生体の微弱磁界を検出するとともに、外部環境からの
磁界雑音もまた同時に検出し、これに対して生体磁界検
出手段から離れた位置に設けられた外部磁界雑音検出手
段は、磁界強度が信号源からの距離の２乗に反比例して
小さくなるので、生体磁界を検出することなく、外部環
境からの磁界雑音だけを検出し、したがってこの生体磁
界検出出力と磁界雑音検出出力とを演算処理することに
よって、磁界雑音に悪影響なしに、外部環境磁界雑音を
除いた生体磁界を高精度で検出することが可能になる。

【００１０】本発明に従えば、外部環境からの磁界雑音
を検出する磁界雑音検出手段は、複数の磁界検出素子、
たとえば０次微分形マグネトメータである第１参照コイ
ルと、１次微分形グラジオメータである第２参照コイル
との組合せを設け、このような第１および第２参照コイ
ルは、磁界の強度の検出が可能なだけでなく、その磁界
の検出の方向性を有しており、すなわち磁界の方向が第
１および第２の参照コイルの軸線に一致したとき、鎖交
磁束が大きくなって誘起起電力が大きくなる特性を有し
ており、したがってこれらに基づいて、外部環境からの
磁界雑音の分布、すなわち強度および方向を求めること
ができる。このような磁界分布に基づいて、演算手段に
よって、生体磁界検出手段の位置におけるその生体磁界
検出手段の磁界検出方向に沿う磁界の強度を求めること
ができる。これによって生体磁界検出手段の出力に含ま
れている磁界雑音を除去することができる。

【００１１】生体磁界検出手段は、たとえば１次微分形
グラジオメータである生体磁界検出コイルであってもよ
い。さらにコイルに代えて、その他の構成によって実現
されてもよく、たとえばホール素子が用いられてもよ
い。

【００１２】特に本発明に従えば、生体磁界検出のため
に前述のように１次微分形コイルを、測定対象物である
被検体のたとえば頭蓋、したがって脳に充分に近づくよ
うにして配置し、さらに外部環境からの磁界雑音を検出
するために、被検体からたとえば３０ｃｍ以上離れた位
置に、非微分形、すなわち０次微分形のコイルであるマ
グネトメータと１次微分形のグラジオメータとを配置
し、これらの各コイルは全て、同一の極低温断熱容器に
収納され、個別的に各ＳＱＵＩＤ素子に磁気結合されて
磁界が検出される。このような構成によれば、生体磁界
検出用の１次微分形コイルでは、生体磁界の外部環境磁
界雑音とが検出され、また外部環境の磁界雑音を検出す
るマグネトメータとグラジオメータとは、測定対象物で
ある被検体の頭蓋から充分離れているので、そのような
生体磁界は、減衰してしまい、検出不可能であり、磁界
雑音だけが検出される。したがってこれらの各コイルの
データをマイクロコンピュータなどの信号処理手段で演
算処理を施すことによって、外部環境からの磁界雑音が
除去された生体磁界を高精度に測定することができる。

【００１３】さらに本発明に従えば、生体磁界の検出の
ためにｉ次（ｉは、零または正の整数）微分形の生体磁
界検出コイルとし、一方、外部環境の磁界雑音の検出の
ために、複数の参照コイルを用い、この参照コイルは、
ｉ次微分形コイルとそれ以下の次数を有する微分形のコ
イルとを含み、これらの参照コイルの出力によって、各
生体磁界検出コイルの位置における仮想上のｉ次微分形
コイルの外部環境雑音出力を演算して求めることが可能
となり、これによって生体磁界検出コイルの出力から、
高次の微分形コイルの出力を減算して、ＳＮ比を著しく
向上することができる。これらのｉ次以下の複数の参照
コイルは、たとえば直交３軸Ｘ−Ｙ−Ｚの各軸毎に設け
て、生体磁界検出コイルの配置された位置における生体
磁界検出コイルの軸線に沿う方向の磁界雑音の成分を演
算して求めることができ、このことによって、磁界雑音
の悪影響を充分に除去することができる。

【００１４】さらに本発明に従えば、磁気雑音だけを検
出する参照コイルを用いてその参照コイルの出力を演算
することによって、参照コイルの次数よりも高い次数の
仮想上の高次の微分形グラジオメータの出力を求めるこ
とができ、磁界雑音除去性能を向上することができる。
たとえば上述のように本発明に従い、参照コイルとして
マグネトメータと１次微分形グラジオメータとの組合せ
を用いたとき、たとえば重み付け関数を用いて、２次微
分または３次微分などに相当する特性を演算して求める
ことができ、しかも生体磁界の信号検出感度は、その生
体磁界検出コイルの次数に対応した特性が維持され、た
とえば生体磁界検出コイルが１次微分形グラジオメータ
であるときには、その１次微分形のグラジオメータの感
度が維持される。

【００１５】さらに本発明に従えば、参照コイルを用い
て実際の磁界雑音を、生体磁界の検出と同時に計測して
いるので、磁界雑音の除去特性に周波数特性がなく、た
とえば自動車および電車などのような外部環境からの磁
界雑音のような低周波数の磁界雑音であっても、充分に
除去可能である。したがって高価な遮蔽能が優れた磁気
シールドルームは必要ではなく、さらには磁気シールド
ルームを省略することも可能であり、あるいはＳＱＵＩ
Ｄ素子の同期検波のために用いられるＭＨｚのオーダの
高周波帯域の磁界雑音を遮断する高周波磁気シールドル
ーム内で本発明を実施することもまた可能である。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の一実施例の微弱磁界測定装置
１の側方から見た全体の構成を簡略化して示す断面図で
あり、図２はその微弱磁界測定装置１の使用状態を示す
斜視図である。人体である被検体２はベッド３に着座し
た状態で、その頭部４の脳磁界が、本件微弱磁界測定装
置１によって測定される。この微弱磁界測定装置１は、
磁気遮蔽材料から成る側壁４３，４４と、底の磁気遮蔽
板６１と、天井の磁気遮蔽板６２とによって、さらに図
１の手前と背後の磁気遮蔽材料から成る側壁によって囲
まれた磁気遮蔽室６内に配置される。このような磁気遮
蔽のための材料としては、強磁性材料、たとえばパーマ
ロイなどがある。磁気遮蔽室６を形成する強磁性材料で
ある磁気遮蔽材料の板の間には、接地された導電性板を
介在し、この導電性板は、たとえばステンレス鋼または
アルミニウムなどから成り、これによって電界遮蔽室
を、同様に形成することができる。磁気遮蔽室６は、磁
気シールドルームと呼ぶことができ、電界遮蔽室は、電
界シールドルームと呼ぶことができる。このような導電
性板は、薄板であればよく、したがって磁気遮室６を構
成する磁気遮蔽材料の板の間にサンドイッチされて介在
されていればよく、また常温で超伝導である高温超伝導
材料製であってもよい。

【００１７】磁界測定アセンブリ５は、デュワ容器また
はクライオスタットと呼ばれる極低温断熱容器１２内に
貯留された低温液体、たとえば液体ヘリウム１７に、超
伝導量子干渉（略称ＳＱＵＩＤ）磁束計９（後述の図２
９参照）などが浸漬して構成され、この磁界測定アセン
ブリ５は、たとえば２００ｋｇｆの大重量を有する。

【００１８】図３は磁界測定アセンブリ５の側面図であ
り、図４はそのアセンブリ５の簡略化した構成を示す断
面図である。極低温断熱容器１２は、外槽１３と、その
外槽１３の内方に間隔をあけて設けられる内槽１５とを
備え、両槽１３，１５間には、真空断熱層１６が形成さ
れる。真空断熱層１６の側部には、アルミニウム蒸着さ
れたポリエステルフィルムが、たとえば３０〜４０層に
わたって巻回されて収納されており、その下部の参照符
１６ａで示す空間には、脳磁界測定に支障を来さないよ
うに、そのようなフィルムは収納されていない。内槽１
５内には、液体ヘリウム１７が貯留される。この内槽１
５内には、大略的に直円筒状の支持体１８が収納されて
おり、スリット２７を介して支持体１８内にも液体ヘリ
ウム１７が貯留される。

【００１９】磁界測定アセンブリ５の天板２２には、下
向きにコネクタ２２９が取付けられており、これにライ
ン１５７（後述の図３０参照）などが接続される。コネ
クタ２２９が、天板２２の下部に下に延びて設けられる
ことによって、磁界測定アセンブリの軸線３０に沿う長
さを小さくすることができ、可及的に小形化を図ること
ができるようになる。

【００２０】図５は、磁界測定アセンブリ５の上部の一
部の断面図である。内槽１５の上部には、外向きフラン
ジ１９が形成され、そのフランジ１９の下面は、外槽１
３の上端部と、パッキン２０を介して真空断熱層１６が
気密に保たれる。内槽１５には、真空断熱層１６が真空
であることによって、外槽１３がパッキン２０を介して
支持されて固定される。フランジ１９には、ボルト２１
によって着脱可能に天板２２が取付けられる。Ｏリング
２３は、内槽１５の頂部と天板２２の下面とを気密に封
止する。ボルト２１はフランジ１９の上部のねじ孔２４
に着脱可能に螺着される。

【００２１】外槽１３には、その重心位置２５，２６付
近で図１および図２に示す支持リング６０が固定され、
揺動を容易にしている。重心２５は、内槽１５内に液体
ヘリウム１７が充填されていない空の状態の重心位置で
あり、重心２６は、重心２５よりも下方であり、この重
心２６は液体ヘリウム１７が充填されたときの重心位置
である。

【００２２】支持体１８の上部は、天板２２に固定され
る。外槽１３、内槽１５および支持体１８などは繊維強
化プラスチックスなどの材料から成り、非磁性、かつ電
気絶縁性材料である。

【００２３】図６は磁界測定アセンブリ５の下部付近の
側方から見た縦断面図であり、図７はその正面から見た
縦断面図である。外槽１３は、その下部に、頭部４の少
なくとも頭蓋を覆う頭部被覆具２８を有する。この頭部
被覆具２８の前部分２９は、本件磁界測定アセンブリ５
の軸線３０に対して半径方向外方になるにつれて下方に
傾斜した傾斜部３１に連なる。頭部被覆具２８の後部分
３２は、軸線３０に対して半径方向外方になるにつれて
下方に傾斜した傾斜部３３に連なり、この傾斜部３３
は、軸線３０に対して半径方向外方になるにつれて立上
がるように傾斜した傾斜部３４に連なる。

【００２４】頭部被覆具２８の後部分３２に連なる左右
両側部分３５は、前述の傾斜部３３，３４に連なる傾斜
部３６，３７に順次的に連なる。傾斜部３１，３４，３
７は、軸線３０を有する外槽１３の大略的に直円筒状の
筒部３８に連なる。

【００２５】内槽１５は、外槽１３の筒部３８と同軸の
筒部３９から内被覆部材４０に、外槽１３の傾斜部３
１，３３，３４，３６，３７に対応して同一の数字に添
え字ａを付して示す各部分を介して連なる。頭部被覆具
２８は、全体にわたって同一の厚みを有し、内被覆部材
４０もまた全体にわたって同一の厚みを有し、この頭部
被覆具２８と内被覆部材４０との間の距離ｄ１は、全体
にわたって一様な予め定める一定の値に保たれている。

【００２６】図８は磁界測定アセンブリ５の下部付近の
正面図であり、頭部被覆具２８に被検体２の頭部４が装
着された状態を示す。頭部被覆具２８の前部分２９は、
目２２６の眼窩１４７（後述の図１９参照）の近傍でそ
の上方まで延びており、側部分３５が、顔の両側部を覆
い、こうして上方に立上がった凹所４５を形成する。こ
れによって目２２６の前方が開放され、前方およびその
付近が視野に入り、これによって視覚の刺激を与えるこ
とができ、また被検体２が不安感を抱くことが防がれ
る。

【００２７】再び図６および図７を参照して、前述のよ
うに直円筒状の支持体１８の下部には、さらに支持体４
６が、連結部材８６を介して連結される。この支持体４
６は、頭部被覆具２８に対応する部分を、内槽１５の内
被覆部材４０から間隔ｄ２をあけて覆う。支持体４６に
は、複数（この実施例ではたとえば６４個）の取付け孔
８７が形成され、その取付け孔８７を挿通して筒体１２
８の長手方向途中位置で固定される。頭部被覆具２８、
内被覆部材４０、支持体４６および筒体１２８もまた、
非磁性、かつ電気絶縁性の材料、たとえば繊維強化プラ
スチックスなどから成る。この支持体４６にはまた、液
体ヘリウム１７が供給されることを可能にするための透
孔１２９が形成される。

【００２８】筒体１２８と内槽１５、したがって内被覆
部材４０側の一端部は、内被覆部材４０の図６および図
７における上方の表面に、本発明の一実施例では、わず
かな間隙をあけて近接しており、他の実施例では、間隙
なしに当接している。したがって前記他の実施例では、
すなわち筒体１２８と内被覆部材４０とが当接している
構成では、両部材１２８，４０相互に前後左右に変位す
ることはなく、またこの内被覆部材４０を有する内槽１
５と外槽１３とは、図５を参照して前述したとおり、相
互に固定されている。したがって筒体１２８は、頭部被
覆具２８と一体的であって、相互に変位することはな
い。

【００２９】図９は、支持体４６が連結部材８６を介し
て筒状支持体１８に固定された状態を示す下方から見た
斜視図である。支持体４６は、頭部被覆具２８を、ほぼ
一定間隔で覆う構成を有しており、頭部被覆具２８の内
被覆部材４０に対向する部分は、各部分の参照番号に添
字ｂを付して示す。

【００３０】図１０は、筒体１２８の配置を示す簡略化
した斜視図である。頭部４には、筒体１２８が等間隔で
左右対称に３２個ずつ配置され、一側半球には、３２個
の筒体１２８がほぼ等しい密度で分散して配置されてい
る。したがって換言すると、この筒体１２８は、少なく
とも前後および左右にそれぞれ配置されていることにな
る。

【００３１】図１１〜図１８は、頭部被覆具２８のもっ
と詳細な構成を示している。すなわち図１１は頭部被覆
具２８の正面図であり、図１２はその側面図であり、図
１３はその平面図であり、図１４はその背面図であり、
図１５はその底面図であり、図１６は図１１の切断面線
ＸＶＩ−ＸＶＩから見た断面図であり、図１７は図１２
の切断面線ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩから見た断面図であり、
図１８は図１２の切断面線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩから
見た断面図である。これらの図面を参照して、頭部被覆
具２８は、たとえば日本人の成人の平均的な頭蓋をぴっ
たりと覆うことができる寸法、形状に選ばれており、そ
の両側部分３５は、頭部４の耳介２１４，２１５を大き
く変形させない程度、したがってその耳介２１４，２１
５の変形によって脳磁界を誘発しないように、その耳介
２１４，２１５に対応して、左右の外方に隆起し、下方
に延在している。これによって頭部被覆具２８を頭部４
に上方からすっぽりと、かつ、ぴったりと嵌め込んで装
着することが可能となる。

【００３２】図１１において頭部被覆具２８の幅Ｌ１＝
２０５ｍｍであり、凹所４５の下部の幅Ｌ２＝１５０ｍ
ｍであり、隆起した側部分３５の高さＬ３＝９０ｍｍで
あり、頭部被覆具２８の全高さＬ４＝１９０ｍｍであ
る。また図１３から明らかなように、前後の長さＬ５＝
２００ｍｍであり、側部分３５の前部分２９からの距離
Ｌ６＝５０ｍｍである。図１２における前部分２９の凹
所４５の高さＬ７＝７０ｍｍであり、隆起部分３５の幅
Ｌ８＝５０ｍｍである。この頭部被覆具２８の厚みは、
約５ｍｍ程度である。

【００３３】頭部被覆具２８が覆う領域は、図１９およ
び図２０にさらに詳細に示される。この頭部被覆具２８
は、頭蓋１３１を少なくとも、覆う。この頭蓋１３１
は、頭蓋冠１３２と頭蓋底１３５とから成る。頭蓋冠１
３２は、前頭骨１３６、頭部中央の左右の頭頂骨１３
７、後方部の後頭骨１３８への少なくとも一部を含む。
頭蓋底１３５は、頭部の中央より少し前方に位置する蝶
形骨１３９、その周囲に位置する前頭骨１３６の一部、
左右の側頭骨１４０、および後頭骨１３８の一部を含
む。このような頭蓋１３１によって、図２１に示される
大脳１４１と小脳１４２とが包囲される。大脳１４１
は、左右の大脳半球で、前頭葉１４３、後頭葉１４４、
側頭葉１４５および頭頂葉１４６を含む。頭部被覆具２
８の後部分３２は、小脳１４２を覆う後頭骨１３８より
も、もっと下方にまで延びて覆うように構成され、これ
によって小脳１４２から発生される微弱磁界の分布を広
範囲に正確に測定することが可能となる。

【００３４】図１９において眼窩１４７が示され、これ
は凹所４５から露出する。さらに側部３５は、外耳道１
４８を覆い、さらに顎骨１４９の下部の角１５０付近ま
で延び、これによって小脳１４２および大脳１４１の下
部付近から発生される微弱磁界の分布を高精度に検出す
ることができるようになる。

【００３５】頭部被覆具２８は、たとえば日本人以外の
東洋人、西洋人、およびアメリカ人などの欧米人、なら
びにアフリカ人、さらにはその他の人種などの頭蓋１３
１の平均的な各形状に応じて、それぞれ構成されること
ができ、また成人だけでなく、子供などの頭蓋１３１の
形状に応じて、寸法、形状が変更される。

【００３６】本発明の他の考え方によれば、頭部被覆具
２８は、人の頭蓋１３１の人類学的な特徴に沿った緩や
かな曲面で少なくとも頭蓋部を３次元的にほぼ均一の間
隔をもって覆う弯曲部２４１と、磁界を大きく変形させ
ない程度に外方に隆起して２つの磁界部が弯曲部２４１
とは別の平面上に形成された平面部２４２とを含む。平
面部２４２は、前述の側部分に対応している。

【００３７】図２２は頭蓋１３１の正面図であり、図２
３はその頭蓋１３１の側面図である。これらの図面を参
照して、頭部被覆具２８の弯曲部２４１および平面部２
４２は、その前面でナジオン（鼻根）ｎ付近まで延び、
側面はフロントマラーレテムポラーレｆｍｔより後ろを
多い、側面下部はゴニオンｇｏ付近まで延びて、後頭部
においてイニオンより少なくとも１０ｃｍ以上下方まで
覆う。頭蓋１３１の上述の、およびその他の位置を表１
および表２に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】本件発明者らの調査によれば、日本人の頭
蓋１３１の外形の人類学的計数値は、表３のとおりであ
ることが判明した。表３では、日本人男性および女性の
成人の計測項目毎に、最小値と最大値が記載されてお
り、本発明の一実施例によれば、頭部被覆具２８の内周
面は、男女共通値に示される仮想上の頭蓋１３１を、そ
の頭蓋１３１の外周面からほぼ同一距離、たとえば１〜
３ｃｍ程度をあけて、内周面が形成される。また他の実
施例では、日本人男性成人に最適な頭部被覆具の内周面
が、表３の男性値を用いて得られる。また同様にして、
日本人女性成人に最適な頭部被覆具の内周面は、表３に
基づき、定められる。本発明において特に重要な値は、
頭蓋最大長、頭蓋最大幅、バジオン・ブレグマ高、頭蓋
底長、最小前頭幅、最大前頭幅、最大後頭幅であり、さ
らに両耳幅、頬骨弓幅が重要であり、これらの値に基づ
き、頭部被覆具２８の内周面が決定される。

【００４１】

【表３】

【００４２】表３における計測項目の定義は、表４に示
すとおりである。

【００４３】

【表４】

【００４４】さらに本発明の他の実施例として、被覆さ
れるべき頭蓋１３１の表５に示される各実測値である計
測項目Ｘ１〜Ｘ１８などと、それらに個別的に対応する
予め定める計数とを用いて得られる判別式Ｙの値が、予
め定める値の範囲にあるように、頭部被覆具２８の内周
面の形状が選ばれる。ここで判別式Ｙは、 Ｙ＝−２０．９２５４＋０．０２８０Ｘ１＋０．０１９７Ｘ２ ＋０．００１３Ｘ３＋０．０２９２Ｘ４−０．０１８９Ｘ５ −０．０６１９Ｘ６＋０．０９１２Ｘ７−０．００１９Ｘ８ −０．００２１Ｘ９＋０．００４８Ｘ１０＋０．０３８２Ｘ１１ ＋０．０５６２Ｘ１２−０．０１４８Ｘ１３−０．１１８１Ｘ１４ ＋０．０４８２Ｘ１５＋０．０３０６Ｘ１６−０．０２１２Ｘ１７ −０．０２０５Ｘ１８ …（１）

【００４５】

【表５】

【００４６】前記判別式Ｙの値が、判別限界値を超える
とき、日本人男性に適した頭部被覆具の内周面の形状が
達成されているものと判定することができ、また判別式
Ｙは前記判別限界値未満であるときには、その頭部被覆
具は日本人女性成人に適したものであると判定すること
ができる。特に本発明では、実測値としては、頭蓋最大
長Ｘ１、頭蓋最大幅Ｘ２、バジオン・ブレグマ高Ｘ３お
よび頭蓋底長Ｘ４を用いて、前述の式１以外の式を用い
て、演算を行うようにしてもよく、上述の少なくとも４
つの実測値Ｘ１〜Ｘ４を用いることが重要である。

【００４７】頭部４の外形形状、したがって頭蓋の形状
の計測をするにあたっては、図２４に示されるように、
計測用被覆具２４３を用いる。この計測用被覆具２４３
は、頭部４、したがって頭蓋１３１を緩やかに覆い、参
照符２４４で示される間隔を有する。この計測用被覆具
２４３を、頭部４と相対的に変位しないように設けた状
態で、多数の計測棒２４５を用いて頭蓋の形状の計測を
行う。

【００４８】図２５は計測用被覆具２４３の平面図であ
り、図２６はその計測用被覆具２４３の側面図であり、
図２７は計測用被覆具２４３の正面図である。計測用被
覆具２４３には、表６に示されるように多数の計測用の
挿通孔Ｈ０１〜Ｈ０７，Ｌ１３〜Ｌ４２，Ｒ１３〜Ｒ４
２が形成され、これらの挿通孔には個別的に計測棒２４
５が一斉に、または順次的に挿入され、この挿入量によ
って頭蓋の表面形状を計測することができる。計測用被
覆具２４３は、予め定めた寸法を有し、厚みは４ｍｍで
ある。日本人男性成人の計測用被覆具２４３を用いたと
きの計測棒の一端部を頭部および／または下方の表面に
当接し、計測用被覆具２４３の外表面までの距離を測定
した累積％を表６に示す。

【００４９】

【表６】

【００５０】頭部４の表皮までの距離を測って、得られ
た表５のデータに基づき、頭部４、したがって頭蓋１３
１の形状を前述のようにして人類学的に得ることが可能
である。後述のようにして頭蓋１３１に本件頭部被覆具
２８を装着して脳磁界検出をしたときに、その頭部被覆
具２８に関する座標系と、頭蓋１３１の座標系との間の
座標変換を行う操作について説明する。

【００５１】図２８は、頭蓋１３１の平面図である。こ
の頭蓋１３１のナジオンｎからは、左右の基準位置２４
６を結ぶ一直線２４７への垂線２４８との交点２４９を
原点とし、直線２４７をたとえばＸ軸方向、垂線２４８
をＹ軸方向とし、これらの各線２４７，２４８を含む平
面に垂直な方向を、原点２４９を通るＺ軸方向に定め、
これによって頭蓋１３１の座標系が決定される。基準位
置２４６は、左右２つの各アオリクラーレａｕの近傍で
あってわずかに前方の位置であり、図２３にもまた、同
一の参照符２４６で示されている。

【００５２】本発明では、このナジオンｎと２つの基準
位置２４６とに、予め定める周波数を有する小形の電磁
波信号源をそれぞれ設け、頭部被覆具に関連して設けら
れる電磁波検出手段によって、その各電磁波信号源の３
次元位置を検出し、こうして電磁波検出手段の座標系に
おける各電磁波信号源の位置を求め、こうして頭部被覆
具に関連する座標系と頭蓋１３１の座標系との座標変換
の演算式を得ることができる。したがって、その後にお
いては、頭部被覆具を頭蓋１３１に装着して信号源を検
出した後に、頭蓋１３１の座標系に変換して、その信号
源の３次元の位置を補正演算することによって、複数回
の脳磁界検出の比較などを高精度で行うことができ、頭
蓋１３１と頭部被覆具２８とのわずかなずれによる誤差
をなくことができる。前記電磁波信号源は、各取付け位
置毎に、周波数が異なっていてもよく、これによって各
電磁波信号源の個別的な位置を容易に検出することがで
き、あるいはまた各取付け位置に順次的に電磁波信号源
を単一個、取付けて磁界測定を行い、このような操作を
合計３回行うようにしてもよい。

【００５３】図２９は磁界測定アセンブリ５に内蔵され
る電気的構成を示す簡略化した電気回路図であり、図３
０は全体の電気的構成を示す電気回路図である。前述の
各筒体１２８内には、生体磁界を検出するための検出コ
イルである１次微分形のグラジオメータ１５１が固定さ
れて収納される。このグラジオメータ１５１には、結合
コイル１５２が接続され、各結合コイル１５２にはＳＱ
ＵＩＤ素子１５３が磁気結合される。ＳＱＵＩＤ素子１
５３は、いわゆる直流形であり、超伝導リング１５４に
２つのジョセフソン接合１５５を有する構成を有する。
ジョセフソン接合１５５はニオブなどの超伝導体による
トンネル接合において、絶縁膜を、たとえば２ｎｍ程度
まで薄くすることによって、零電圧のまま電流が流れ、
電子対のままトンネルリングを起こすジョセフソン効果
を生じる。ＳＱＵＩＤ素子１５３は、トンネル接合に限
定されず、点接触形、ブリッジ形などであってもよい。
ＳＱＵＩＤ素子１５３には、直流定電流源１５６が接続
され、その定電流源１５６からの電流は、ＳＱＵＩＤ素
子１５３に供給される。ＳＱＵＩＤ素子１５３の出力電
圧Ｖ１は、ライン１５７を介して増幅器１５８で増幅さ
れ、磁気遮蔽室６の外部に、ライン１５９を介して導出
される。ライン１５９の出力は、同期検波回路１６１を
介してアナログ／デジタル変換回路１６２でデジタル値
に変換され、微弱磁界に対応したデジタル信号がマイク
ロコンピュータなどによって実現される処理回路１６３
に入力される。他の実施例として、直流形ＳＱＵＩＤ素
子１５３に代えて、１つのジョセフソン接合を有する超
伝導リングに関連して、共振コイルとコンデンサとの並
列共振回路を設け、高周波電流を与えて共振回路からの
外部検出磁界に対応した電圧を得る構成とした交流形Ｓ
ＱＵＩＤ素子を用いてもよい。

【００５４】１次微分形グラジオメータ１５１の具体的
な構成は、図３１（２）に示されている。この１次微分
形グラジオメータ１５１は、一対のコイル１６４，１６
５が相互に逆相となるように接続され、その取出しライ
ン１６６は、前述の結合コイル１５２に接続される。

【００５５】前述のおよび後述のマグネトメータおよび
グラジオメータは、超伝導材料から成る。

【００５６】本発明の他の実施例として、１次微分形グ
ラジオメータ１５１に代えて、図３１（１）に示される
０次微分形（すなわち非微分形）マグネトメータ１６７
であってもよいし、また図３１（３）に示されるように
２次微分形グラジオメータ１６８であってもよく、もっ
と高次微分形のグラジオメータであってもよい。２次微
分形グラジオメータ１６８は、一対の１次微分形グラジ
オメータ１６９，１７０を相互に逆相に接続した構成を
有しており、各１次微分形グラジオメータ１６９，１７
０は、一対の逆相に接続されたコイル１７１，１７２；
１７３，１７４をそれぞれ有する。取出しライン１７５
は、結合コイル１５２に接続される。

【００５７】さらに本発明の他の実施例として、図３２
（１）に示される０次微分形グラジオメータとしてホー
ル素子１７６を用い、演算増幅器１７７に接続するよう
に構成してもよく、また図３２（２）のように１次微分
形グラジオメータとして一対の逆方向性に接続されたホ
ール素子１７８，１７９を演算増幅器１８０に接続する
ように構成してもよく、さらに図３２（３）のように２
次微分形グラジオメータとして一対の逆相に接続された
ホール素子１８１，１８２；１８３，１８４を、演算増
幅器１８５に接続するように構成してもよい。ホール素
子の他に、さらに他の構成を有する方向性検出が可能な
素子を用いてもよい。後述の実施例では、図３１（２）
で示されるコイルによって実現される１次微分形グラジ
オメータ１５１を用いるものとする。

【００５８】外部環境からの磁界雑音を、１次微分形グ
ラジオメータ１５１の出力から除去するために、図２９
のように磁界雑音検出手段１８６が、生体磁界検出手段
としての１次微分形グラジオメータ１５１から、上方に
たとえば３０ｃｍ離れた位置で液体ヘリウム１７に浸漬
されて設けられる。この磁界雑音検出手段１８６は、図
３３に示されるように、各組合せ１８７，１８８，１８
９が、磁界検出方向１９０，１９１，１９２を有し、そ
れらが直交３軸Ｘ−Ｙ−Ｚの各軸Ｘ，Ｙ，Ｚにそれぞれ
平行になるように設けられている。Ｘ軸に平行な磁界検
出方向１９０を有する組合せ１８７は、０次微分形マグ
ネトメータ１９３と、１次微分形グラジオメータ１９４
とを有する。１次微分形グラジオメータ１９４は、一対
の逆相接続されたコイル１９５，１９６を有する。残余
のＹ軸に平行した磁界検出方向１９１を有する組合せ１
８８、およびＺ軸に平行した磁界検出方向１９２を有す
る組合せ１８９もまた同様な構成を有し、対応する部分
には添え字ａ，ｂをそれぞれ付して示す。

【００５９】再び図３０を参照して、マグネトメータ１
９３は結合コイル１９７に接続され、また１次微分形グ
ラジオメータ１９４は結合コイル１９８に接続され、さ
らに直流形ＳＱＵＩＤ素子１９９，２００に接続され、
このような構成は、前述のグラジオメータ１５１と同様
であり、ライン２３５，２３６を介して増幅回路２０
１，２０２を介してさらにライン２３７，２３８を介し
て同期検波回路２０３，２０４を経て、アナログ／デジ
タル変換回路２０５，２０６を経て、処理回路１６３に
与えられる。残余の組合せ１８８，１８９もまた同様な
電気回路に関連して接続され、対応する部分には添え字
ａ，ｂを付して示す。処理回路１６３の出力によって表
示手段２３７には、等磁界分布図、電流源、ＭＲＩ画像
などが目視表示される。

【００６０】図３４は、処理回路１６３の動作を説明す
るためのフローチャートである。ステップａ１からステ
ップａ２に移り、脳磁界検出のために１次微分形グラジ
オメータ１５１の出力を受信する。これと同時にステッ
プａ３では、磁界雑音検出手段１８６の各組合せ１８
７，１８８，１８９の出力を受信する。

【００６１】ステップａ４では、磁界雑音検出手段１８
６の出力に基づき、仮想上の微分形グラジオメータの出
力の演算を行う。

【００６２】生体、すなわちこの実施例では脳の信号源
である電流源に近い位置にある１次微分形グラジオメー
タ１５１を検出コイルと呼び、その脳磁界信号が充分に
減衰して検出されない位置にある１次微分形グラジオメ
ータ１９４，１９４ａ，１９４ｂを、参照コイルと呼ぶ
ことにする。検出コイル１５１は、前述のようにたとえ
ば６４個のチャネル分だけあり、参照コイル１９４，１
９４ａ，１９４ｂは、前述の図３３に示されるように３
個ある。或るチャネルの検出コイルの出力をＳｋ、参照
コイルの出力をＳｊ、減算の重みをζとすると、演算に
よって仮想上の微分形グラジオメータを構成するように
補正された検出コイルの出力Ｓｋｐは、次式で示され
る。

【００６３】

【数１】

【００６４】すなわち適当な減算の重みζｋｊを決定す
ることによって、検出コイル１５１と同じ位置での参照
コイルをソフトウエアで構成し、検出コイル１５１との
減算を行う。この操作によって、非常に優れた環境雑音
除去効果を持つ仮想上の微分形グラジオメータが得ら
れ、その効果は、３次微分形グラジオメータに匹敵する
ことが、本件発明者の実験によって確認された。

【００６５】参照コイルは、図３３に示されるように、
３つの組合せ１８７，１８８，１８９だけ設けられ、さ
らにマグネトメータ１９３，１９３ａ，１９３ｂが設け
られているので、３次元空間の磁界雑音の強さと方向と
が求められ、各検出コイル１５１の軸線方向の磁界雑音
の強さを求めることができる。こうして、全ての検出コ
イルである１次微分形グラジオメータ１５１の各位置に
おけるその１次微分形グラジオメータ１５１の軸線に沿
う方向の磁界成分を演算して求めることができ、したが
って各１次微分形グラジオメータ１５１の出力の補正を
行うことができる。こうして１次微分形グラジオメータ
１５１を用いることによって、脳磁界検出感度の低下を
来すことなく、しかも外部環境による雑音を充分に除去
することが可能となる。

【００６６】本件発明者の実験結果を述べると、１次微
分形グラジオメータ１５１および参照コイルによって検
出されたホワイトノイズは、図３５に示されるとおりで
あり、他の位置に設けられている或る１次微分形グラジ
オメータ１５１および参照コイルのホワイトノイズ出力
は図３６で示されるとおりであった。

【００６７】図３７を参照して、大脳皮質のほぼ全域に
分散して、前述のような１次微分形グラジオメータ１５
１を配置し、被検体２の脳の聴覚誘発磁界測定を行った
結果を説明する。参照符２０７で示されるように、音波
を被検体２に与えたとき、１次微分形グラジオメータ１
５１の出力は参照符２０８で示されるとおりであり、Ｓ
Ｎ比は０．０５である。図３７の波形２０８は、１次微
分形グラジオメータ１５１で検出された聴覚誘発反応の
脳磁界波形であり、このような波形は、外部環境の磁気
雑音によって隠れてしまい、脳磁界だけを判別すること
は不可能である。１次微分形グラジオメータ１５１に代
えて、２次微分形グラジオメータを実際に配置したとき
の脳磁界波形は参照符２０９で示されるとおりである。
この２次微分形グラジオメータの出力波形２０９では、
ＳＮ比は０．５であったが、脳磁界だけを判別するには
不充分である。

【００６８】本件発明者の実験結果によれば、１次微分
形グラジオメータ１５１の出力を、磁界雑音検出手段１
８６の出力に基づいて補正して外部環境の磁界雑音を除
去した後の波形は、参照符２１０で示されるとおりとな
り、ＳＮ比が５．０に向上されたことが確認された。す
なわち波形２１０に示されるように、磁界雑音を除去す
る効果が３次微分形グラジオメータに相当する演算を行
って、前述の磁界雑音の除去を行うことによって、１次
微分形グラジオメータ１５１のみに比べてＳＮ比で約１
００倍改善され、これによって脳磁界だけの解析が充分
に可能となった。このことから、本発明によれば、外部
環境の磁界雑音が著しく低減され、微弱な脳磁界を高精
度に検出することができることが理解される。

【００６９】このような磁界雑音検出手段１８６を用い
て外部環境からの磁界雑音を除去することによって、図
４５に示されるように脳からの数百ｆＴ＝１０^-13Ｔで
ある微弱な磁界を、数百ｎＴ＝１０^-7Ｔである自動車、
電車およびエレベータなどから発生される都市の磁気雑
音から遮蔽して、高精度に検出することが可能となる。
さらにまたこのような外部環境からの磁界雑音を除去す
る構成は、周波数依存性を有さず、したがってこの点
で、周波数依存性の遮蔽能を有する磁気シールドルーム
に比べて、優れている。

【００７０】また、磁気遮蔽室６を構成する磁気遮蔽板
６１、両側壁４３，４４および天井板６２、さらに図１
の手前と背後の側壁は、前述のパーマロイによって構成
されるけれども、磁界雑音検出手段１８６を用いること
によって、高精度の脳磁界分布を検出するために、たと
えば図４４の特性２２３の遮蔽能を有する磁性材料を用
いればよい。これに対して磁界雑音検出手段１８６が用
いられていない従来の微弱磁界測定装置を用いるときに
は、特性２２２またはそれよりももっと優れた遮蔽能を
有する磁性材料を、磁気遮蔽室６の形成のために、用い
る必要がある。本発明によれば、磁気遮蔽室６は、省略
されることもあり得る。

【００７１】図３８は、筒体１２８にそれぞれ設けられ
た１次微分形グラジオメータ１５１および参照コイルに
よって検出された立体的な頭磁界分布を示す斜視図であ
る。前述の図３６に関連して示す音の信号２０７を被検
体２に与えたとき、図３８に示されるような聴覚誘発磁
界分布が、本件発明者の実験によって得られた。参照符
２１２の位置から、脳磁気が沸き出し、参照符２１３の
位置で沈み込む。こうして左脳側に電流源があることが
判る。

【００７２】図３９は、前述の図３８で得られる３次元
の立体的な頭磁界線図をその頭部４の上方から見た頭磁
界分布の平面図である。図３９の上方が頭部４の前方で
あり、この図３８では参照符２１４，２１５は左右の耳
介を示している。右脳にもまた参照符２１６で示される
脳磁気の沸き出し位置があり、その脳磁気は沈み込み位
置２１７に入り込む。これによって左右の脳には、電流
源２１８，２１９が存在することが明瞭に判る。

【００７３】図４０は、図３８および図３９に示される
本件発明者の実験結果を、脳断面画像２２０とともに立
体的に示す図である。電流源２１８または２１９が存在
する３次元の位置が測定された後には、頭部被覆具２８
の座標系から頭蓋１３１の座標系に変換され、その各位
置２１８，２１９を通る脳の断面画像を、頭蓋１３１の
座標系で、磁気共鳴映像法ＭＲＩを用いて得る。これに
よって電流源２１８，２１９の立体的な位置を、観察者
が視覚上、把握しやすい。

【００７４】特に本発明の実験によれば、頭部４のほぼ
全域を覆う頭部被覆具２８を用い、多数の脳磁界検出用
グラジオメータ１５１を用いて、頭部４全体の脳磁界を
測定することができるようにしたので、聴覚誘発脳磁界
のように、両側頭葉１４５（図２１参照）に１つずつの
電流源２１８，２１９が存在することが、本発明によっ
て初めて明らかとなった。本発明に従えば、このように
複数の電流源２１８，２１９の３次元位置を演算によっ
て算出することができる。従来では、脳磁界の測定範囲
が狭く、そのため電流源の数は１個だけあるものとし
て、その電流源の位置を演算して求めていたので、本発
明に従う電流源の位置と比較して、たとえば約１０ｍｍ
以上の誤差が生じていたけれども、本発明によれば、複
数の電流源を高精度で検出することができるようにな
る。

【００７５】図４１は、このような電流源２１８，２１
９の位置を検出するための処理回路１６３の動作を説明
するためのフローチャートである。たとえば聴覚誘発磁
界の測定においては、一側半球のみの測定データの中に
も、反対側の電流源の電流ダイポールからの磁界寄与は
含まれている。この磁界寄与の電流源推定に与える影響
について、磁界Ｂ、電流源Ｊ、その位置ｒ、導体表面で
の電位Ｖ、導電率σ、真空の比透磁率μｏとするとき、
次の式３および式４が成立する。

【００７６】

【数２】

【００７７】式３中には、各導体の表面の電位Ｖが右辺
第２項に含まれており、この電位Ｖの算出のためには式
４が必要となる。

【００７８】式３の電位Ｖに関する積分方程式は自己無
頓着である。これらの積分方程式は、生体モデルが球や
回転楕円体のような対称な形状の場合のみ解析解を得る
ことができる。一般的な形状の場合、境界要素法などの
数値計算によって磁界は算出される。正確な磁界算出の
ためには、各導体の境界面を数万個に分割する必要があ
る。

【００７９】このように順問題でさえ複雑な記述、取扱
を必要とする理由は、体積電流の存在にある。この体積
電流が無視できる場合、式３の右辺第２項は零となり、
右辺第１項のみの簡単な記述となる。この右辺第１項は
いわゆるビオ・サバールの定理である。この場合、当然
式４の表面電位計算の必要も全くなくなる。しかし体積
電流を無視できるような状態は、実際の生体にはありえ
ない。

【００８０】そこで逆問題解析について述べる。式３，
４において、磁界Ｂが測定されており、電流源Ｊ、その
位置ｒを求めることが（特にｒ）、ＳＱＵＩＤ素子を用
いた生体機能診断の目的である。この解析解が得られな
いことは容易に推定できる。電流源推定は、一般的に測
定された磁界データと、仮説された電流源から算出され
る磁界との比較により、評価関数を予め定めた範囲にす
ることによって行われる。つまり順問題の回帰計算に帰
着される。具体的には、測定データをＳｉ（ｉ＝１，
２，…，ｎ）、仮説された電流源から算出されるデータ
をＣｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）とすると、前記比較に伴
う評価関数δは、最小２乗誤差として次式５で与えられ
る。

【００８１】

【数３】

【００８２】評価関数δが設定した値、たとえば０．９
７より小さくなるまで、電流源のパラメータを変化させ
る。

【００８３】このようにして、脳磁界測定データから電
流源の推定を行う場合には、観察したい電流ダイポール
と、その他の電流ダイポールを全て仮定して行うとすれ
ば、電磁気学的には誤差を生じる結果になり、本発明で
はこの問題を解決するために、電流源の位置の推定前
に、大脳皮質のほぼ全域から発生する磁界を計測し、こ
れによって上述のように電流源の位置を正確に検出する
ことを可能にしている。

【００８４】図４１のステップｂ２では、電流源の位置
の仮設を行って電流源のパラメータを定め、次のステッ
プｂ３では、検出位置ｉにおける磁界強度の演算を行
い、その後、ステップｂ４では、前述の評価関数δの演
算を行う。ステップｂ５では、この評価関数δの値が設
定した値δ１（たとえば０．９７）未満であるかどうか
が判断され、そうであれば、ステップｂ７に移り、その
電流源の位置を含む磁気共鳴映像法ＭＲＩによるたとえ
ば図３９に示される脳断面画像２２０上に電流源の位置
を表示する。

【００８５】ステップｂ５において評価関数δの値が、
予め設定した値δ１を超えるときにには、上述のように
電流源の位置、方向、大きさのうち少なくとも１つ、し
たがってパラメータを変更して仮設し、ステップｂ３に
戻り、このようにして評価関数δが予め定める値δ１以
下になるまで、電流源のパラメータを変化して演算を繰
返す。

【００８６】評価関数δは、前述の式５は分母で規格化
されているけれども、本発明において重要なことは、式
６で示されるように、（Ｓｉ−Ｃｉ）の絶対値の和が重
要であり、その和を得ることができる評価関数δと等価
な評価関数であればよい。

【００８７】

【数４】

【００８８】また評価関数δは、内積を利用して、下式
の式であってもよい。下式の式を用いると、δは１に近
い方がよく、｜δ−１｜が設定した値より小さくなるま
で、電流源のパラメータを変化して演算を繰返す。

【００８９】

【数５】

【００９０】図４２は、本件発明者の実験結果を示す磁
気共鳴映像法ＭＲＩによる頭部４の背後から見た縦断面
画面上に電流源２１８，２１９を表した図である。また
図４３は、同様な磁気共鳴映像法ＭＲＩによる頭部４の
水平断面画像上に、電流源２１８，２１９を描いた画像
である。このように電流源２１８，２１９が、存在する
３次元の位置を通る磁気共鳴映像法ＭＲＩによる脳断面
画像上に、電流源２１８，２１９の位置を高精度に表示
することによって、その聴覚誘発磁界の検出、したがっ
て脳の機能情報の診断を、高精度で行うことができるよ
うになる。

【００９１】このような画像に電流源の位置を３次元的
に重ねて表示を行うにあたっては、前述の図２８に関連
して説明したように、頭蓋１３１の座標系に変換して、
電流源の位置を求め、これによって、磁気共鳴映像法Ｍ
ＲＩによる脳断面画像に、正確に表示を行うことが可能
となる。

【００９２】本発明の他の実施例として、磁気共鳴映像
法ＭＲＩのほかに、Ｘ線ＣＴ（computed tomograph
y）、ＰＥＴ（position emission tomography）、ＳＰ
ＥＣＴ（single position emission computed tomograp
hy）または超音波画像診断装置などによって脳などの生
体の断面画像、さらには３次元画像図として表示を行
い、そのような各画像上に、本発明によって求めた電流
源の位置、方向、および大なきさなどを判りやすく表示
することができる。

【００９３】図４２および図４３における参照符２２
４，２２５は、外部環境の磁界雑音を検出する手段１８
６が設けられないときにおける先行技術における電流源
の推定位置であり、しかもその先行技術では、脳磁界の
検出は、頭部４のきわめて限られた範囲だけしか検出さ
れず、１つの電流源だけを推定する構成となっている。
このような先行技術では、電流源の位置２１９が、実際
よりも１０ｍｍ以上、浅く求められてしまい、誤差が大
きいという問題がある。上述の実施例では、この問題を
解決している。

【００９４】本発明は、次のような構成に関連して、実
施することができる。

【００９５】（１）日本人などの東洋人、および欧米人
などの人種および／または性別に、頭蓋の人類学的計数
値に基づいて、頭蓋から全周にわたってほぼ同一距離を
あけた内周面を有する頭部被覆具。

【００９６】（２）人の頭蓋の人類学的な特徴に沿った
緩やかな曲面で少なくとも頭蓋部を３次元的にほぼ均一
の間隔をもって覆い、その前面はナジオン（鼻根）付近
まで延び、側面はフロントマラーレテムポラーレより後
ろを覆い、側面下部はゴニオン付近まで延びて、後頭部
においてイニオンより少なくとも１０ｃｍ以上、下方ま
で覆う弯曲部を形成し、耳介部は耳介を大きく変形させ
ない程度に外方に隆起し、２つの耳介部がそれぞれ隆起
したかつ前記弯曲部とは別の平面部を形成し、非磁性か
つ電気絶縁性の材料から成る頭部被覆具。

【００９７】（３）頭蓋最大長１６９．３〜１８３．０
ｍｍ、頭蓋最大幅１３３．６〜１４５．３ｍｍ、バジオ
ン・ブレグマ高１２７．５〜１４０．６、頭蓋底長９
３．８〜１０３．１、最小前頭幅８９．８〜９５．４、
最大前頭幅１０９．１〜１１９．９、最大後頭幅１０
３．６〜１１０．３、両耳幅１１０．５〜１２８．８、
頬骨弓幅１２３．６〜１３６．２の仮想上の頭蓋幅の頭
蓋の外周面からほぼ同一距離をあけて、内周面が形成さ
れる頭部被覆具。

【００９８】（４）頭蓋最大長１７８．３〜１８３．０
ｍｍ、頭蓋最大幅１３９．８〜１４５．３ｍｍ、バジオ
ン・ブレグマ高１３４．５〜１４０．６、頭蓋底長１０
０．９〜１０３．１、最小前頭幅９３．０〜９５．４、
最大前頭幅１１３．８〜１１９．９、最大後頭幅１０
７．５〜１１０．３、両耳幅１１８．４〜１２８．８、
頬骨弓幅１３３．５〜１３６．２の仮想上の頭蓋幅の頭
蓋の外周面からほぼ同一距離をあけて、内周面が形成さ
れる頭部被覆具。

【００９９】（５）頭蓋最大長１６９．３〜１７４．１
ｍｍ、頭蓋最大幅１３３．６〜１３９．７ｍｍ、バジオ
ン・ブレグマ高１２７．５〜１３６．２、頭蓋底長９
３．８〜９８．２、最小前頭幅８９．８〜９１．２、最
大前頭幅１０９．１〜１１３．８、最大後頭幅１０３．
６〜１０６．２、両耳幅１１０．５〜１２２．７、頬骨
弓幅１２３．６〜１２８．３の仮想上の頭蓋幅の頭蓋の
外周面からほぼ同一距離をあけて、内周面が形成される
頭部被覆具。

【０１００】（６）被覆される頭蓋の少なくとも頭蓋最
大長、頭蓋最大幅、バジオン・ブレグマ高、頭蓋底長の
各実測値と、それらに個別的に対応する予め定める係数
との積の加算および／または減算によって得られる判別
式Ｙの値が、予め定める値の範囲にあるように、内周面
の形状が選ばれる頭部被覆具。

【０１０１】（７）少なくとも頭蓋を覆い、非磁性、か
つ電気絶縁性の材料から成り、ほぼ均一な厚みを有し、
耳介を大きく変形させない程度に耳介に対応する部分が
外方に隆起して下方に延在している頭部被覆具。

【０１０２】（８）前部分は、眼窩の近傍でその上方ま
で延びる頭部被覆具。

【０１０３】（９）後部分は、後頭骨の下部付近まで延
び、側部分は、顎骨付近まで延びる頭部被覆具。

【０１０４】（10）頭蓋を緩やかに覆い、多数の挿通孔
が形成される剛性の計測用被覆具の前記各挿通孔に計測
棒をそれぞれ挿入し、計測棒の一端部を、頭および／ま
たは顔の表面に当接し、計測用被覆具からの計測棒の挿
入量によって、頭蓋の表面形状を計測する頭蓋形状の計
測方法。

【０１０５】（11）頭蓋のナジオンｎと、左右２つのア
ウリクラーレａｕの近傍であってわずかに前方の基準位
置とに、予め定める周波数を有する小形の電磁波信号源
をそれぞれ取付け、頭部被覆具に関連して設けられた電
磁波検出手段によって、各電磁波信号源の位置を検出
し、その検出結果に基づいて頭部被覆具の座標系と、頭
蓋の座標系との座標変換をする座標系の変換方法。

【０１０６】（12）頭蓋の座標系は、前記２つの基準位
置を結ぶ直線とナジオンｎを通る垂線との交点を原点と
し、前記直線と前記垂線とを座標軸とする直交座標系で
ある座標系の変換方法。

【０１０７】本件頭部被覆具は、少なくとも頭蓋を覆
う。この頭蓋は、頭蓋冠と頭蓋底とから成り、頭蓋冠
は、前頭骨、頭部中央の左右の頭頂骨、後方部の後頭骨
の一部を含み、頭蓋底は、頭部の中央より少し前方に位
置する蝶形骨、その周囲に位置する前頭骨の一部、左右
の側頭骨および後頭骨の一部を含む。このような頭蓋に
よって、大脳と小脳を包囲することができる。この大脳
は、左右の大脳半球、前頭葉、後頭葉、側頭葉および頭
頂葉を含む。これによって脳から発生される微弱な磁界
を、その脳の全体にわたって測定して採取することが可
能となる。

【０１０８】すなわち頭部被覆具は、湾曲部と平面部と
を有し、弯曲部は、その前面がナジオン付近まで延び、
側面は、フロントマラーレテムポラーレより後ろを覆
い、側面下部はゴニオン付近まで延びて後頭部において
イニオンより少なくとも１０ｃｍ以上、下方まで覆い、
平面部は、耳介に対応しており、耳介を大きく変形させ
ない程度に外方に隆起している。

【０１０９】また頭蓋の形状を、日本人の男女共通用、
日本人男性用、日本人女性用などに分けて、ぴったりと
頭部に装着することができる頭部被覆具を実現すること
ができる。前述の第２の先行技術に関連して述べた単純
なヘルメット状の構造では、頭蓋底付近、すなわち側頭
部および後頭部を被覆することは不充分であり、そのよ
うな部位の信号源推定は誤差が大きく、支障を来す。

【０１１０】この頭部被覆具は、非磁性、かつ電気絶縁
性の材料から成り、たとえば繊維強化プラスティック
ス、合成樹脂などの材料から成り、したがって脳から発
生される磁界などの物理量が変化してその測定値に誤差
を生じるおそれはない。

【０１１１】さらに厚みはほぼ均一であり、したがって
その頭部被覆具に近接して検出コイルなどの磁界検出手
段を配置したとき、頭蓋からほぼ等距離で磁界などの検
出が可能となり、その強度を高精度に測定することが可
能である。

【０１１２】さらに頭部被覆具には耳介を大きく変化さ
せない程度に、耳介に対応する部分が、外方に隆起して
下方に延在しているので、本件頭部被覆具を、被検体の
頭部にぴったりと上方からかぶせることができ、このと
き耳介が大きく変形されないので、耳介の変形に対応す
る脳からの不所望な磁界などの発生を防ぐことができ
る。

【０１１３】さらに頭部被覆具の前部分は、眼窩の近傍
でその上方まで延びる。したがって被検体が前方を直視
することができ、さらには或る範囲にわたって視野が存
在し、したがって視覚誘発磁界の測定が可能である。ま
た人体の目を覆うことがなくなるので、人体に不安感を
与えることがない。

【０１１４】さらに頭部被覆具の後部分は、後頭骨の下
部付近まで延び、また側部分は顎骨付近まで延びるの
で、小脳付近および顎骨付近での磁界の分布を測定する
ことができ、このような磁界分布の測定のための検出コ
イルなどの磁界測定手段は、信号源である電流源推定の
ために、それから広く分布して配置されることが必要で
あり、本発明はこのことを可能にしている。

【０１１５】本発明は、脳から発生される磁界を検出す
るためだけでなく、その他の物理量を測定するために広
範囲に実施することができる。

【０１１６】頭蓋の表面形状を計測するにあたっては、
頭蓋を緩やかに覆う剛性の計測用被覆具を用い、その計
測用被覆具の挿通孔に、容易に安価に計測棒をそれぞれ
挿入して、その軽装棒の計測用被覆具内方の一端部を、
頭および／または顔の表面に当接し、その計測用被覆具
のたとえば外表面からの計測棒の挿入量を測定すること
によって頭蓋の表面形状を計測することができる。

【０１１７】さらにこのような頭部被覆具を用いて、脳
などの物理量を３次元空間で計測したとき、その頭部被
覆具に関連する座標系と実際の頭蓋の座標系との座標変
換を行うことによって、頭蓋の座標系での３次元の物理
量の分布を得ることができる。

【０１１８】特にこの頭蓋の座標系を設定するにあた
り、頭蓋のナジオンｎと、左右２つのアウリクラーレａ
ｕの近傍であってわずかに前方の基準位置とに、予め定
める周波数を有する小形の電磁波信号源をそれぞれ取付
けて、頭部被覆具に関連して設けられた電磁波検出手段
によって、その各電磁波信号源の位置を検出し、この検
出結果に基づいて、座標系の変換を行うことができるよ
うになる。

【０１１９】本発明は、次の構成に関連して実施するこ
とができる。

【０１２０】（13）生体の検出すべき部位の近傍に配置
され、微弱磁界を検出する生体磁界検出手段と、生体磁
界検出手段から離れた位置に配置され、外部環境からの
磁界雑音である微弱磁界を検出する磁界雑音検出手段
と、生体磁界検出手段の出力と、磁界雑音検出手段の出
力とを演算処理して、外部環境磁界雑音を除いた生体磁
界を求める演算手段とを含む微弱磁界測定装置。

【０１２１】（14）磁界雑音検出手段は、磁界の検出の
方向性を有する磁界検出素子を、複数個、磁界検出方向
が相互に異なるように配置されて構成され、これによっ
て外部からの雑音である磁界の分布を求めることがで
き、演算手段は、磁界雑音検出手段の出力に応答して、
生体磁界検出手段の位置にある磁界雑音の強度を求めて
前記演算をする微弱磁界測定装置。

【０１２２】（15）生体の近傍に配置される１次微分形
グラジオメータである生体磁界検出コイルと、生体磁界
検出コイルから離れた位置に配置される０次微分形マグ
ネトメータである第１参照コイルと、第１参照コイルの
近傍に配置され、１次微分形グラジオメータである第２
参照コイルと、第１および第２参照コイルの出力に応答
して、生体磁界検出コイルの近傍の位置に仮想上配置さ
れた微分形コイルの出力を演算することにより、生体磁
界検出コイルの位置における外部環境からの磁界雑音を
求める第１演算手段と、生体磁界検出コイルおよび第１
演算手段の各出力に応答して、生体磁界検出コイルの出
力と第１演算手段の出力とを演算処理して、外部環境磁
界雑音を除いた生体磁界強度を求める第２演算手段とを
含む微弱磁界測定装置。

【０１２３】（16）生体磁界検出コイルは、生体の近傍
に分散して配置され、第１および第２参照コイルはその
磁界検出方向が直交３軸Ｘ−Ｙ−Ｚの各軸Ｘ，Ｙ，Ｚに
それぞれ平行であり一致し、第１演算手段は、各生体磁
界検出コイル毎の微分形グラジオメータの出力を演算し
て求め、各生体磁界検出コイル毎の各位置における外部
磁界を演算して求め、第２演算手段は、各生体磁界検出
コイルの出力と、対応する演算して求められた第１演算
手段の出力とを演算処理し、外部環境磁界雑音を除いた
生体磁界を求める微弱磁界検出装置。

【０１２４】（17）生体の近傍に配置されるｉ次（ｉ
は、零または正の整数）微分形の生体磁界検出コイル
と、生体磁界検出コイルから離れた位置に配置され、ｉ
次微分形コイルの出力を演算して求めるためのｉ次以下
の微分形の複数の参照コイルと、前記複数の参照コイル
の出力に応答して、各生体磁界検出コイルの位置におけ
る仮想上のｉ次微分形コイルの外部環境雑音出力を演算
して求める第１演算手段と、生体磁界検出コイルおよび
第１演算手段の出力に応答して、生体磁界検出コイルの
出力から第１演算手段の出力を演算処理する第２演算手
段とを含む微弱磁界測定装置。

【０１２５】（18）生体の磁界を検出すべき部位の近傍
の位置でｉ次（ｉは零または正の整数）微分形の生体磁
界を測定し、生体磁界から離れた生体磁界の影響のない
位置で、ｉ次微分形の外部環境からの磁界雑音を測定
し、前記生体磁界の測定位置における仮想上のｉ次微分
形の外部環境磁界雑音を演算して求め、前記測定された
生体磁界から、前記演算して求めた外部環境の磁界雑音
を演算処理する微弱磁界測定方法。

【０１２６】本件生体磁界検出手段は、脳などの生体の
微弱磁界を検出するとともに、外部環境からの磁界雑音
もまた同時に検出し、これに対して生体磁界検出手段か
ら離れた位置に設けられた外部磁界雑音検出手段は、磁
界強度が信号源からの距離の２乗に反比例して小さくな
るので、生体磁界を検出することなく、外部環境からの
磁界雑音だけを検出し、したがってこの生体磁界検出出
力と磁界雑音検出出力とを演算処理することによって、
磁界雑音に悪影響なしに、外部環境磁界雑音を除いた生
体磁界を高精度で検出することが可能になる。

【０１２７】外部環境からの磁界雑音を検出する磁界雑
音検出手段は、複数の磁界検出素子、たとえば０次微分
形マグネトメータである第１参照コイルと、１次微分形
グラジオメータである第２参照コイルとの組合せを設
け、このような第１および第２参照コイルは、磁界の強
度の検出が可能なだけでなく、その磁界の検出の方向性
を有しており、すなわち磁界の方向が第１および第２の
参照コイルの軸線に一致したとき、鎖交磁束が大きくな
って誘起起電力が大きくなる特性を有しており、したが
ってこれらに基づいて、外部環境からの磁界雑音の分
布、すなわち強度および方向を求めることができる。こ
のような磁界分布に基づいて、演算手段によって、生体
磁界検出手段の位置におけるその生体磁界検出手段の磁
界検出方向に沿う磁界の強度を求めることができる。こ
れによって生体磁界検出手段の出力に含まれている磁界
雑音を除去することができる。

【０１２８】生体磁界検出手段は、たとえば１次微分形
グラジオメータである生体磁界検出コイルであってもよ
い。さらにコイルに代えて、その他の構成によって実現
されてもよく、たとえばホール素子が用いられてもよ
い。

【０１２９】特に生体磁界検出のために前述のように１
次微分形コイルを、測定対象物である被検体のたとえば
頭蓋、したがって脳に充分に近づくようにして配置し、
さらに外部環境からの磁界雑音を検出するために、被検
体からたとえば３０ｃｍ以上離れた位置に、非微分形、
すなわち０次微分形のコイルであるマグネトメータと１
次微分形のグラジオメータとを配置し、これらの各コイ
ルは全て、同一の極低温断熱容器に収納され、個別的に
各ＳＱＵＩＤ素子に磁気結合されて磁界が検出される。
このような構成によれば、生体磁界検出用の１次微分形
コイルでは、生体磁界の外部環境磁界雑音とが検出さ
れ、また外部環境の磁界雑音を検出するマグネトメータ
とグラジオメータとは、測定対象物である被検体の頭蓋
から充分離れているので、そのような生体磁界は、減衰
してしまい、検出不可能であり、磁界雑音だけが検出さ
れる。したがってこれらの各コイルのデータをマイクロ
コンピュータなどの信号処理手段で演算処理を施すこと
によって、外部環境からの磁界雑音が除去された生体磁
界を高精度に測定することができる。

【０１３０】さらに生体磁界の検出のためにｉ次（ｉ
は、零または正の整数）微分形の生体磁界検出コイルと
し、一方、外部環境の磁界雑音の検出のために、複数の
参照コイルを用い、この参照コイルは、ｉ次微分形コイ
ルとそれ以下の次数を有する微分形のコイルとを含み、
これらの参照コイルの出力によって、各生体磁界検出コ
イルの位置における仮想上のｉ次微分形コイルの外部環
境雑音出力を演算して求めることが可能となり、これに
よって生体磁界検出コイルの出力から、高次の微分形コ
イルの出力を減算して、ＳＮ比を著しく向上することが
できる。これらのｉ次以下の複数の参照コイルは、たと
えば直交３軸Ｘ−Ｙ−Ｚの各軸毎に設けて、生体磁界検
出コイルの配置された位置における生体磁界検出コイル
の軸線に沿う方向の磁界雑音の成分を演算して求めるこ
とができ、このことによって、磁界雑音の悪影響を充分
に除去することができる。

【０１３１】さらに磁気雑音だけを検出する参照コイル
を用いてその参照コイルの出力を演算することによっ
て、参照コイルの次数よりも高い次数の仮想上の高次の
微分形グラジオメータの出力を求めることができ、磁界
雑音除去性能を向上することができる。たとえば上述の
ように本発明に従い、参照コイルとしてマグネトメータ
と１次微分形グラジオメータとの組合せを用いたとき、
たとえば重み付け関数を用いて、２次微分または３次微
分などに相当する特性を演算して求めることができ、し
かも生体磁界の信号検出感度は、その生体磁界検出コイ
ルの次数に対応した特性が維持され、たとえば生体磁界
検出コイルが１次微分形グラジオメータであるときに
は、その１次微分形のグラジオメータの感度が維持され
る。

【０１３２】さらに参照コイルを用いて実際の磁界雑音
を、生体磁界の検出と同時に計測しているので、磁界雑
音の除去特性に周波数特性がなく、たとえば自動車およ
び電車などのような外部環境からの磁界雑音のような低
周波数の磁界雑音であっても、充分に除去可能である。
したがって高価な遮蔽能が優れた磁気シールドルームは
必要ではなく、さらには磁気シールドルームを省略する
ことも可能であり、あるいはＳＱＵＩＤ素子の同期検波
のために用いられるＭＨｚのオーダの高周波帯域の磁界
雑音を遮断する高周波磁気シールドルーム内で本発明を
実施することもまた可能である。

【０１３３】さらに本発明は、次のような構成に関連し
て実施することができる。

【０１３４】（19）（ａ）少なくとも頭蓋を覆う頭部被
覆具を有する外槽と、その外槽を、真空断熱層を介して
囲む内槽とを備え、内槽内に、極低温液体が貯留される
極低温容器と、（ｂ）内槽に収納され、内槽の頭部被覆
具に対応する部分を、その内槽から間隔をあけて覆う支
持体と、（ｃ）支持体を挿通して支持体に固定され、内
槽側の一端部が、その内槽の表面に当接し、少なくとも
前後左右に配置される筒体と、（ｄ）筒体内に収納さ
れ、脳からの微弱な磁界を検出するコイルとを含み、
（ｅ）外槽、内槽、支持体および筒体は、非磁性かつ電
気絶縁性の材料から成る微弱磁界測定装置。

【０１３５】極低温液体、たとえば液体ヘリウムなどを
貯留した内槽は、真空断熱層を介して外槽によって囲ま
れており、この外槽は、被検体の少なくとも頭蓋を覆う
頭部被覆具を有しており、これによって頭部に外槽がい
わばヘルメット状にぴったりと装着されることができ
る。極低温容器の内槽には、支持体が固定されており、
この支持体には、被検体の少なくとも前後左右に、した
がって少なくとも４つの筒体が配置されてその筒体が支
持体に固定されており、この筒体内に、脳からの微弱な
磁界を検出するコイルが収納され、特にこの筒体の内槽
側、すなわち頭蓋側の一端部が、内槽の表面に当接して
おり、これによって筒体と内槽、したがって極低温容器
との相対的な変位が阻止される。したがってこの筒体内
に収納されたコイルは、頭蓋から予め定める正確な距離
に位置して微弱磁界を検出することが可能である。

【０１３６】さらに外槽、内槽、支持体および筒体は、
非磁性かつ電気絶縁性の材料、たとえば繊維強化プラス
ティックス、合成樹脂などからなり、したがって検出す
べき微弱磁界が減衰されたり不所望に変化されたりする
ことはなく、磁界の検出を高精度に行うことができる。

【０１３７】さらに本発明は、次の構成に関連して実施
することができる。

【０１３８】（20）生体の検出すべき複数の部位の近傍
にそれぞれ配置され、生体の微弱磁界を検出する複数の
生体磁界検出手段と、生体磁界検出手段の出力データ
と、仮設された位置にある１または複数の電流源から算
出される磁界分布データとの比較を行い、生体磁界検出
手段の出力データと、前記算出した磁界分布データとの
適合度を評価する関数値が予め定める範囲になるまで、
電流源の位置、方向および大きさを変化して演算する手
段とを含む磁界を発生する電流源の位置検出装置。

【０１３９】（21）前記演算手段は、前記比較に伴う評
価関数δ、

【０１４０】

【数６】

【０１４１】あるいは

【０１４２】

【数７】

【０１４３】またはこれらと等価な評価関数であり、こ
こで生体磁界検出手段によって検出される各位置ｉ（ｉ
＝１，２，…，ｎ）毎の測定値をＳｉとし、仮設された
１または複数の電流源による各位置ｉ毎の磁界をＣｉと
し、評価関数δが予め定める範囲になるまで電流源の位
置、方向、大きさを変化して演算する磁界を発生する電
流源の位置検出装置。

【０１４４】（22）生体磁界検出手段は、少なくとも頭
蓋を覆う頭部被覆具に分散して設けられる磁界を発生す
る電流源の位置検出装置。

【０１４５】（23）前記検出された電流源の位置を、磁
気共鳴映像法ＭＲＩ、Ｘ線ＣＴ、ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴな
どの画像診断装置による脳断層画像上に表す表示手段を
さらに含む磁界を発生する電流源の位置検出装置。

【０１４６】たとえば脳磁界を検出するにあたっては、
少なくとも頭蓋を覆う頭部被覆具に、生体磁界検出手段
を分散して複数個設け、これによって大脳および小脳を
覆う脳磁界を頭部の広い範囲にわたって検出が可能であ
り、こうして計測結果である磁界分布データを得るとと
もに、仮設された位置にある電流源から算出される磁界
分布データを求めてパターンマッチングを行い、予め定
める評価関数の演算によって、実際の生体磁界の検出デ
ータと、仮設された位置にある電流源から算出される磁
界分布データとが近似する値になるように、電流源の位
置、方向、大きさを変化して演算を繰返し行い、これに
よって電流源の１または複数の位置を正確に検出するこ
とが可能となる。

【０１４７】こうしてたとえば脳の全体の磁界分布を同
時に計測することによって、電流源が複数個ある複雑な
磁界分布を観測することができ、そのような複数の電流
源の位置、方向、大きさを高精度に検出することができ
る。こうして複数の信号源を推定可能にすることによっ
て、複雑な磁界分布にも対応可能となる。このように複
雑の電流源の位置、方向、大きさの推定が可能となるの
で、その各電流源の位置、方向、大きさの検出精度を向
上することができる。もしも仮に、生体の微弱磁界の測
定範囲が狭く、たとえば２個の電流源が存在するにもか
かわらず、狭い測定範囲の磁界分布データだけに基づい
て、１個の電流源の位置、方向、大きさを推定しようと
すると、もう１つの他方の電流源によって形成される磁
界が演算時に磁界雑音として扱われてしまい、一方の電
流源の位置、方向、大きさの推定精度が低下してしま
う。本発明では、このような問題が解決される。

【０１４８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、生体磁界
検出手段と外部環境の磁界雑音を検出する磁界雑音検出
手段との次数を低減した構成として、たとえばせいぜい
１次微分形グラジオメータを用いることによって、生体
磁界検出感度を低下させることなく、ＳＮ比の向上を図
ることができるようになる。しかも生体磁界の検出と同
時に磁界雑音を計測して除去するようにしたので、磁界
雑音除去特性に周波数特性がなく、低周波の磁界雑音で
あっても充分に除去することができ、これによって磁界
シールドルームを、低周波磁界雑音の除去が可能のよう
にコスト上昇となる要因をなくすことができ、その磁界
シールドルームの省略もまた可能であり、あるいはＳＱ
ＵＩＤ素子を用いる構成としたときには、そのＳＱＵＩ
Ｄ素子に関連して用いられる高周波の周波数領域の磁界
雑音を除去することができる高周波磁界シールドルーム
内で本発明を実施することが可能となり、コスト低減が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の微弱磁界測定装置１の側方から見た全
体の構成を簡略化して示す断面図である。

【図２】微弱磁界測定装置１の使用状態を示す斜視図で
ある。

【図３】磁界測定アセンブリ５の側面図である。

【図４】磁界測定アセンブリ５の簡略化した構成を示す
断面図である。

【図５】磁界測定アセンブリ５の上部の一部の断面図で
ある。

【図６】磁界測定アセンブリ５の下部付近の側方から見
た縦断面図である。

【図７】磁界測定アセンブリ５の下部付近の正面から見
た縦断面図である。

【図８】磁界測定アセンブリ５の下部付近の正面図であ
る。

【図９】支持体４６が連結部材８６を介して筒状の支持
体１８に固定された状態を示す下方から見た斜視図であ
る。

【図１０】筒体１２８の配置を示す簡略化した斜視図で
ある。

【図１１】頭部被覆具２８の正面図である。

【図１２】頭部被覆具２８の側面図である。

【図１３】頭部被覆具２８の平面図である。

【図１４】頭部被覆具２８の背面図である。

【図１５】頭部被覆具２８の底面図である。

【図１６】図１１の切断面線ＸＶＩ−ＸＶＩから見た断
面図である。

【図１７】図１２の切断面線ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩから見
た断面図である。

【図１８】図１２の切断面線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩか
ら見た断面図である。

【図１９】頭蓋１３１に頭部被覆具２８を装着した状態
を示す正面図である。

【図２０】頭蓋１３１に頭部被覆具２８を装着した状態
を示す側面図である。

【図２１】頭蓋１３１に頭部被覆具２８が装着された状
態における脳の位置を示す断面図である。

【図２２】頭蓋１３１の正面図である。

【図２３】頭蓋１３１の側面図である。

【図２４】頭部４、したがって頭蓋１３１の外形の形状
を測定するための手法を説明するための断面図である。

【図２５】計測用被覆具２４３の計測位置を説明するた
めの簡略化した平面図である。

【図２６】計測用被覆具２４３の計測位置を説明するた
めの簡略化した側面図である。

【図２７】計測用被覆具２４３の計測位置を簡略化して
示す正面図である。

【図２８】頭蓋１３１の座標系を説明するめたの簡略化
した平面図である。

【図２９】磁界測定アセンブリ５に内蔵される電気的構
成を示す簡略化した電気回路図である。

【図３０】全体の電気的構成を示す電気回路図である。

【図３１】０次微分形マグネトメータ１６７、１次微分
形グラジオメータ１５１および２次微分形グラジオメー
タ１６８の構成を示す斜視図である。

【図３２】本発明の他の実施例のホール素子を用いた磁
界検出手段の構成を示す電気回路図である。

【図３３】磁界雑音検出手段１８６の構成を示す斜視図
である。

【図３４】処理回路１６３の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図３５】１次微分形グラジオメータ１５１の本件発明
者による実験結果の周波数スペクトルを示す図である。

【図３６】他の１次微分形グラジオメータ１５１の本件
発明者による実験結果を示す周波数スペクトルである。

【図３７】本件発明者の実験結果を示すグラフである。

【図３８】筒体１２８にそれぞれ設けられた１次微分形
グラジオメータ１５１によって検出された立体的な頭磁
界分布を示す斜視図である。

【図３９】図３０で得られる３次元の立体的な頭磁界線
図をその頭部４の上方から見た頭磁界分布の平面図であ
る。

【図４０】図３７および図３８に示される本件発明者の
実験結果を、脳断面画像２２０とともに立体的に示す図
である。

【図４１】電流源の位置を検出するための処理回路１６
３の動作を説明するためのフローチャートである。

【図４２】本件発明者の実験結果を示す磁気共鳴映像法
ＭＲＩによる頭部４の背後から見た縦断面上に電流源２
１８，２１９を表した図である。

【図４３】磁気共鳴映像法ＭＲＩによる頭部４の水平断
面画像上に、電流源２１８，２１９を描いた画像であ
る。

【図４４】磁気遮蔽室６を形成するための磁気遮蔽板６
１，６２および側壁４３，４４などの磁気遮蔽能の周波
数特性を示すグラフである。

【図４５】脳からの磁界および都市雑音などの磁界強度
を示す図である。

【符号の説明】 １ 微弱磁界測定装置 ２ 被検体 ３ ベッド ４ 頭部 ５ 磁界測定アセンブリ ６ 磁気遮蔽室 ９ ＳＱＵＩＤ素子 １２ 極低断熱温容器 １３ 外槽 １５ 内槽 １６ 真空断熱層 １７ 液体ヘリウム １８ 支持体 ２２ 天板 ２８ 頭部被覆具 ２９ 前部分 ３２ 後部分 ３５ 側部分 ４０ 内被覆部材 ４３，４４ 側壁 ４５ 凹所 ４６ 支持体 ６１，６２ 磁気遮蔽板 １２８ 筒体 １３１ 頭蓋 １３２ 頭蓋冠 １３５ 頭蓋底 １３６ 前頭骨 １３７ 頭頂骨 １３８ 後頭骨 １３９ 蝶形骨 １４０ 側頭骨 １４１ 大脳 １４２ 小脳 １４３ 前頭葉 １４４ 後頭葉 １４５ 側頭葉 １４６ 頭頂葉 １４７ 眼窩 １４９ 顎骨 １５０ 角 １５１ １次微分形グラジオメータ １５２ 結合コイル １５３ ＳＱＵＩＤ素子 １５４ 超伝導リング １８６ 磁界雑音検出手段 １８７，１８８，１８９ 組合せ １９０，１９１，１９２ 磁界検出方向 １９３，１９３ａ，１９３ｂ ０次微分形マグネトメー
タ １９４，１９４ａ，１９４ｂ １次微分形グラジオメー
タ ２１２，２１３，２１８，２１９ 電流源 ２１４，２１５ 耳介 ２２０ 磁気共鳴映像法ＭＲＩによる脳断面画像 ２２４，２２５ 電流源 ２２６ 目 ２４１ 弯曲部 ２４２ 平面部 ２４３ 計測用被覆具 ２４５ 計測棒 ２４６ 基準位置 ２４７ 直線 ２４８ 垂線 ２４９ 交点すなわち原点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ユーリ バーバ カナダ国 ブリティッシュ コロンビア ポート コキットラム ヴィー３シー １ エム９ マクリーン アヴェニュー 15− 1750 シー ティー エフ システムズ インコーポレーテッド内 (72)発明者 アリスター エー．ファイフ カナダ国 ブリティッシュ コロンビア ポート コキットラム ヴィー３シー １ エム９ マクリーン アヴェニュー 15− 1750 シー ティー エフ システムズ インコーポレーテッド内 (72)発明者 マックス ビー．バーバンク カナダ国 ブリティッシュ コロンビア ポート コキットラム ヴィー３シー １ エム９ マクリーン アヴェニュー 15− 1750 シー ティー エフ システムズ インコーポレーテッド内 (72)発明者 ゴードン ジェイ．ハイド カナダ国 ブリティッシュ コロンビア ポート コキットラム ヴィー３シー １ エム９ マクリーン アヴェニュー 15− 1750 シー ティー エフ システムズ インコーポレーテッド内 (72)発明者 シクスタス リー カナダ国 ブリティッシュ コロンビア ポート コキットラム ヴィー３シー １ エム９ マクリーン アヴェニュー 15− 1750 シー ティー エフ システムズ インコーポレーテッド内 (72)発明者 ブレント アール．テイラー カナダ国 ブリティッシュ コロンビア ポート コキットラム ヴィー３シー １ エム９ マクリーン アヴェニュー 15− 1750 シー ティー エフ システムズ インコーポレーテッド内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生体の検出すべき部位の近傍に配置さ
   れ、微弱磁界を検出する生体磁界検出手段と、 生体磁界検出手段から離れた位置に配置され、外部環境
   からの磁界雑音である微弱磁界を検出する磁界雑音検出
   手段と、 生体磁界検出手段の出力と、磁界雑音検出手段の出力と
   を演算処理して、外部環境磁界雑音を除いた生体磁界を
   求める演算手段とを含むことを特徴とする微弱磁界測定
   装置。
2. 【請求項２】 磁界雑音検出手段は、磁界の検出の方向
   性を有する磁界検出素子を、複数個、磁界検出方向が相
   互に異なるように配置されて構成され、これによって外
   部からの雑音である磁界の分布を求めることができ、 演算手段は、磁界雑音検出手段の出力に応答して、生体
   磁界検出手段の位置にある磁界雑音の強度を求めて前記
   演算をすることを特徴とする請求項１記載の微弱磁界測
   定装置。
3. 【請求項３】 生体の近傍に配置される１次微分形グラ
   ジオメータである生体磁界検出コイルと、 生体磁界検出コイルから離れた位置に配置される０次微
   分形マグネトメータである第１参照コイルと、 第１参照コイルの近傍に配置され、１次微分形グラジオ
   メータである第２参照コイルと、 第１および第２参照コイルの出力に応答して、生体磁界
   検出コイルの近傍の位置に仮想上配置された微分形コイ
   ルの出力を演算することにより、生体磁界検出コイルの
   位置における外部環境からの磁界雑音を求める第１演算
   手段と、 生体磁界検出コイルおよび第１演算手段の各出力に応答
   して、生体磁界検出コイルの出力と第１演算手段の出力
   とを演算処理して、外部環境磁界雑音を除いた生体磁界
   強度を求める第２演算手段とを含むことを特徴とする微
   弱磁界測定装置。
4. 【請求項４】 生体磁界検出コイルは、生体の近傍に分
   散して配置され、 第１および第２参照コイルは、その磁界検出方向が直交
   ３軸Ｘ−Ｙ−Ｚの各軸Ｘ，Ｙ，Ｚにそれぞれ平行であ
   り、 第１演算手段は、各生体磁界検出コイル毎の微分形グラ
   ジオメータの出力を演算して求め、各生体磁界検出コイ
   ル毎の各位置における外部磁界を演算して求め、 第２演算手段は、各生体磁界検出コイルの出力と、対応
   する演算して求められた第１演算手段の出力とを演算処
   理し、外部環境磁界雑音を除いた生体磁界を求めること
   を特徴とする請求項３記載の微弱磁界検出装置。
5. 【請求項５】 生体の近傍に配置されるｉ次（ｉは、零
   または正の整数）微分形の生体磁界検出コイルと、 生体磁界検出コイルから離れた位置に配置され、ｉ次微
   分形コイルの出力を演算して求めるためのｉ次以下の微
   分形の複数の参照コイルと、 前記複数の参照コイルの出力に応答して、各生体磁界検
   出コイルの位置における仮想上のｉ次微分形コイルの外
   部環境雑音出力を演算して求める第１演算手段と、 生体磁界検出コイルおよび第１演算手段の出力に応答し
   て、生体磁界検出コイルの出力から第１演算手段の出力
   を演算処理する第２演算手段とを含むことを特徴とする
   微弱磁界測定装置。
6. 【請求項６】 生体の磁界を検出すべき部位の近傍の位
   置でｉ次（ｉは零または正の整数）微分形の生体磁界を
   測定し、 生体磁界から離れた生体磁界の影響のない位置で、ｉ次
   微分形の外部環境からの磁界雑音を測定し、 前記生体磁界の測定位置における仮想上のｉ次微分形の
   外部環境磁界雑音を演算して求め、 前記測定された生体磁界から、前記演算して求めた外部
   環境の磁界雑音を演算処理することを特徴とする微弱磁
   界測定方法。