JPH10305019A - 生体磁場計測方法及び生体磁場計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出コイルの数を増加させることなく、生体
磁場の垂直成分Ｂ_zを計測して磁場源の解析を可能とす
る生体磁場計測方法及び生体磁場計測装置を提供する。 【解決手段】 本発明の生体磁場計測装置は、量子干渉
素子（ＳＱＵＩＤ）からなり生体２から発する生体磁場
を信号として検出する複数の磁束計と、信号の演算処理
を行なう演算処理手段８と、演算処理結果を表示する表
示手段とを有し、シールドルーム１内で生体磁場分布を
計測する装置に於いて、磁束計は、生体磁場の生体の面
に垂直である第１方向の磁場成分である垂直磁場成分の
時間変化を検出し、演算処理手段は、第１方向と交叉す
る第２方向及び第３方向に於ける垂直磁場成分の変化率
の２乗和の平方根に比例する値の時間変化を求める演
算、この時間変化の所定の期間での積分値を求める演算
を行ない積分値を表示手段に表示する。 【効果】 少数の図を用い定量的な生体磁場分布を表示
するので、個人毎の疾患、異常を客観的、定量的に把握
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体の脳の神経活
動、心臓の心筋活動等により発生する生体磁場を、高感
度な量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ:superconducting quant
um interferencedevice）からなる複数の磁束計を用い
て計測する生体磁場計測方法及び生体磁場計測装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】本発明は、生体の脳の神経活動、心臓の
心筋活動等により発生する生体磁場を、高感度な量子干
渉素子（ＳＱＵＩＤ：ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ
ｑｕａｎｔｕｍ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｄｅｖ
ｉｃｅ）からなる複数の磁束計を用いて計測する生体磁
場計測方法及び生体磁場計測装置に関する。

【０００３】生体磁場としては、電流ダイポールが作り
出す磁場の他、生体内を流れる体積電流による磁場があ
る。生体磁場の法線成分（Ｂ_z（直交座標系でのＺ成
分）又はＢ_r（極座標系での動径成分））の計測は、体
積電流の影響を受けにくいと考えられている。従来技術
では、生体表面に対してＳＱＵＩＤに接続した検出コイ
ルの面を平行に配置して、生体表面に垂直な法線成分で
あるＢ_z又はＢ_rを計測していた。生体磁場計測の結果
は、測定された磁場成分の時間変化波形、測定された磁
場成分の任意の時点での強度の等しい点を結ぶ等磁場線
図（コンターマップ）により表示されていた。また、得
られた等磁場曲線から、生体磁場を発生している磁場源
を解析する種々の解析方法が提案されているが、代表的
な解析方法では磁場源を電流ダイポールに置き換えて解
析を行なっていた。

【０００４】電流ダイポールが作る磁場の法線成分（Ｂ
_z又はＢ_r）の等磁場線図は、磁場源（電流ダイポール）
を中心として分離した位置に磁場の沸き出し極、磁場の
吸い込み極を持つパターンとなる。この２つの極での磁
場強度、２つの極の間の距離により、磁場源（電流ダイ
ポール）の大きさ、位置、方向等が解析されている。

【０００５】第１の従来技術（Ｈ．Ｈｏｓａｋａ ａｎ
ｄ Ｄ．Ｃｏｈｅｎ、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏ
ｌ．、９（４）、４２６−４３２（１９７６））では、
心筋内の電流の方向や強さを見易くするため、計測され
た法線成分Ｂ_zの等磁場線図を用いて、心筋に分布する
電流源を表示する方法として、（数１）で定義される電
流ベクトル〈Ｊ（ｘ、ｙ）〉を各計測点上に矢印で表現
するアローマップが考案されている。なお以下の説明で
は、括弧〈 〉は〈 〉内の記号がベクトルであること
を示し、例えば、〈Ｊ〉はＪがベクトルであることを表
わす。

【０００６】 〈Ｊ（ｘ、ｙ）〉 ＝（∂Ｂ_z（ｘ、ｙ）／∂ｙ）〈ｅ_x〉−（∂Ｂ_z（ｘ、ｙ）／∂ｘ）〈ｅ_y〉 …（数１） （数１）に於いて、〈ｅ_x〉はｘ方向の単位ベクトル、
〈ｅ_y〉はｙ方向の単位ベクトルである。しかし、複数
の電流源が存在する時には、法線成分Ｂ_zの等磁場線図
から個々の電流源を判別しにくいという問題があった。

【０００７】第２の従来技術（Ｋ．Ｔｕｋａｄａ ｅｔ
ａｌ．、Ｒｅｖｅｉｗ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｔ
ｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、６６（１０）５０
８５−５０９１（１９９５））では、分布する複数の電
流源を可視化するために、法線成分（Ｂ_z又はＢ_r）を計
測するのではなく、検出コイルの面を生体表面に対して
垂直に配置して、接線成分Ｂ_x及びＢ_yを計測している。
計測された接線成分Ｂ_x、Ｂ_yを各成分毎に等磁場線図と
して表示している。従来技術２で計測された接線成分Ｂ
_x、Ｂ_yは体積電流の影響が考えられるものの、（数２）
に従って、時刻ｔに於いて計測されたＢ_x及びＢ_yを合成
した２次元ベクトル強度Ｂ_xyの等磁場線図では、常に電
流ダイポールの直上にピークが得られることから、複数
の電流ダイポールが存在する場合でも、各電流ダイポー
ルを分離して可視化できる。

【０００８】 │Ｂ_xy（ｘ、ｙ、ｔ）│ ＝√｛（Ｂ_x（ｘ、ｙ、ｔ））²＋（Ｂ_y（ｘ、ｙ、ｔ））²｝ …（数２） 第３の従来技術（Ｙ．Ｙｏｓｈｉｄａ ｅｔ ａｌ．、
Ｔｅｎｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅ
ｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｂｉｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ、Ｓａｎ
ｔａｎａ Ｆｅ、Ｎｅｗ Ｍｅｘｉｃｏ、Ｆｅｂ．２０
（１９９６））では、コイルの面がそれぞれ直交した３
つの検出コイルからなるベクトル磁場センサを用いて生
体磁場の法線成分と２つの接線成分を検出し、磁場成分
の検出結果を直交座標系に変換して、直交座標系の成分
Ｂ_x、Ｂ_y、Ｂ_zを求め、法線成分Ｂ_z及び２次元ベクトル
強度Ｂ_xyの等磁場線図をそれぞれ表示している。

【０００９】第４の従来技術（Ｋ．Ｔｓｕｋａｄａ、ｅ
ｔ．ａｌ．、Ｔｅｎｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｂｉｏｍａｇｎｅｔｉ
ｓｍ、Ｓａｎｔａｎａ Ｆｅ、Ｎｅｗ Ｍｅｘｉｃｏ、
Ｆｅｂ．２０（１９９６））では、生体磁場の２つの接
線成分Ｂ_x、Ｂ_yを検出し、｜Ｂ_xy｜＝｜Ｂ_x＋Ｂ_y｜に基
づく等磁場線図と法線成分Ｂ_zに基づく等磁場線図との
比較を行なっている。

【００１０】生体内の電気的生理学現象の計測結果を表
す図として、脳波計により計測して得る脳波図（ＭＥ
Ｇ、magnetoencephalogram）、心電計により計測して得
る心電図（ＥＣＧ、electrocardiogram）がある。心電
図の計測に於いて、複数の電極を用いて心電図形をマッ
ピングする体表面心電図(body surface potential map)
は周知の技術である。これらの脳波図、又は体表面心電
図は、等しい電位点を結ぶ等電位線図として表示されて
いた。

【００１１】第５の従来技術（Ｔ．Ｊ．Ｍｏｎｔａｇｕ
ｅ ｅｔ ａｌ．、Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ６３、Ｎ
ｏ．５、ｐｐ１１６６−１１７２（１９８１））では、
複数の電極の各電極の出力の時間変化波形を任意の時間
区間で積分した等積分図(isointegral map)を、体表面
心電図として表示している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以下の説明では、「生
体磁場」は「生体磁場から発する磁場」を意味し、「心
磁場計測」は、「心臓から発する磁場の計測」を意味
し、「心磁波形」は、「心磁場計測により得た心磁図
（ＭＣＧ、Magnetocardiogram）が表わす波形」を意味
する。また、「脳磁場計測」は、「脳から発する磁場の
計測」を意味し、「脳磁波形」は、「脳磁場計測により
得た脳磁図（ＭＥＧ、Magnetoencephalogram）が表わす
波形」を意味する。

【００１３】従来技術に於ける各成分毎の等磁場線図は
それぞれ特徴があり、単一電流ダイポールが存在する時
には、法線成分Ｂ_zの等磁場線図では、電流源の位置、
大きさ、方向等が容易に解析できる。一方、接線成分Ｂ
_x、Ｂ_yの計測結果から得る２次元ベクトル強度Ｂ_xyの等
磁場線図では、複数の電流ダイポールが存在する時で
も、容易に各電流ダイポールを判別できる特徴がある。
しかし、磁場を検出するコイルの数はｘ、ｙ方向それぞ
れに必要であるため、法線成分Ｂ_zのみの検出に比べて
コイル数が２倍になる。また、Ｂ_x、Ｂ_y、Ｂ_zの全ての
成分を計測するベクトル計測では、法線成分Ｂ_zのみの
検出に比べて３倍の数のコイルが必要となる。このた
め、検出コイルとＳＱＵＩＤからなる磁場センサの数は
増加し、更に、信号処理回路等も増加し、生体磁場計測
システムは高価なシステムとなってしまうという問題が
あった。また、第１の従来技術では、各計測点上にアロ
ーを表示するだけであり、電流源の詳細な分布状態が識
別しにくいという問題があった。

【００１４】生体磁場成分で表わした等磁場線図によ
り、任意の時点での生体内の電流源の位置、大きさ、方
向等を解析でき詳細な電流源の位置、大きさ、方向等の
情報の変化を知ることができる。従来技術では、装置に
表示、又は出力された多数の図を用いて各種情報のダイ
ナミックな変化をとらえ疾患等の診断を行っていた。し
かし、従来技術では、診断のために各種情報を表す多数
の図を必要とし、各種情報の変化の異常を経験的に行っ
ていた。この様に従来技術では、どの生体部位でどのよ
うな大きさの電流が流れたか、又は異常な生体電流が流
れている領域がどこであるか等を表わす総合的な情報を
１つの図として表示するための処理は実行されてなかっ
た。また、体表面心電図では、任意の時間間隔（Ｑ、
Ｒ、Ｓの各波の発生する期間、Ｓ波からＴ波の発生する
期間等）での積分値の等しい点を示す等積分図では、連
続する各時刻での等電位線図を複数必要とせず、１つの
心電図形で心臓の情報を得ることができる。しかし、等
電位線図では心臓内の電流源を１つの電流ダイポールと
仮定しておくと、電流ダイポールの直上ではなく電流ダ
イポールの直上から離れた位置に陽極のピークと陰極の
ピークが存在する図形となってしまうという問題があ
る。更に、電流ダイポールの位置が変化せず電流ダイポ
ールの方向が変化すると陽極及び陰極のピーク位置が変
化してしまい、電位を積分する時に電流源と積分値のピ
ークとが対応しなくなるという問題があった。また、生
体磁場計測により得る生体磁場の成分を単に積分して
も、心電図の場合と同様に、生体磁場成分のピーク位置
と電流源の位置が対応しないという問題があった。ま
た、心電図から得る等積分図のみでは、臓器の位置、大
きさ等の個人差があり単純に等積分図から疾患等の異常
を正確に判断することが困難であるという問題があっ
た。

【００１５】本発明の目的は、従来技術で必要としてい
た図（マップ）の数よりもはるかに少数の図（マップ）
を用いて、生体部位の全体の状態を把握できる生体磁場
計測方法及び生体磁場計測装置を提供することにある。

【００１６】本発明の他の目的は、検出コイルの数を増
加させることなく、生体磁場の垂直成分Ｂ_zを計測して
磁場源の解析を可能とする生体磁場計測方法及び生体磁
場計測装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の生体磁場計測方
法では、（１）量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）からなり、
生体の外部に配置される複数の磁束計を用いて、生体か
ら発する生体磁場の生体の面に垂直な第１方向の磁場成
分の時間変化を計測する第１の工程と、第１方向と交叉
する第２方向及び第３方向に於ける第１方向の磁場成分
の変化率の２乗和の平方根に比例する値の時間変化を求
める第２の工程と、この第２の工程で得る値の時間変化
を所定の期間で積分し積分値を求める第３の工程と、こ
の第３の工程の工程で得る積分値を表示する第４の工程
とを有することに特徴があり、更に、（２）量子干渉素
子（ＳＱＵＩＤ）からなり、生体の外部に配置される複
数の磁束計を用いて、生体から発する生体磁場の生体の
面に平行な第１、第２方向の磁場成分の時間変化を計測
する第１の工程と、第１、第２方向の磁場成分の２乗和
の平方根に比例する値の時間変化を求める第２の工程
と、この第２の工程で得る値の時間変化を所定の期間で
積分し積分値を求める第３の工程と、この第３の工程の
工程で得る積分値を表示する第４の工程とを有すること
に特徴がある。また上記（１）、（２）の特徴を有する
生体磁場計測方法に於いて、上記の積分値を用いて、内
挿、外挿により、上記の第４の工程で積分値が等しい点
を結ぶ等積分図を表示すること、上記の第３の工程に於
いて、上記の第２の工程で得る上記の値の時間変化を所
定の期間で積分し積分値を求めることを、複数の所定の
期間で行ない積分値を複数個求め、この複数個の積分値
の間での、比、等加重を含む和又は差の何れかを求める
演算を行なうことにも特徴がある。なお、直交座標系
（ｘ、ｙ、ｚ）に於いて、生体表面に垂直な方向をｚ軸
とし、第１方向をｚ方向、第２方向をｘ方向、第３方向
をｙ方向とする。また、極座標系（ｒ、θ、φ）におい
て、生体表面に垂直な方向をｒ軸とし、第１方向をｒ方
向、第２方向をθ方向、第３方向をφ方向とする。

【００１８】本発明の生体磁場計測装置では、（１）量
子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）からなり生体から発する生体
磁場を信号として検出する、生体の外部に配置される複
数の磁束計と、信号の演算処理を行なう演算処理手段
と、演算処理結果を表示する表示手段とを有し、生体磁
場分布を計測する生体磁場計測装置に於いて、磁束計
は、生体磁場の生体の面に垂直な第１方向の磁場成分の
時間変化を検出し、演算処理手段は、第１方向と交叉す
る第２方向及び第３方向に於ける第１方向の磁場成分の
変化率の２乗和の平方根に比例する値の時間変化を求め
る演算と、この値の時間変化を所定の期間で積分し積分
値を求める演算とを行ない、表示手段に積分値を表示す
ることに特徴があり、更に、（２）同上の生体磁場計測
装置に於いて、磁束計は、生体磁場の生体の面に平行な
第１、第２方向の磁場成分の時間変化を検出し、演算処
理手段は、第１、第２方向の磁場成分の２乗和の平方根
に比例する値の時間変化を求める演算と、この値の時間
変化を所定の期間で積分し積分値を求める演算とを行な
い、表示手段に積分値を表示することに特徴がある。ま
た、上記（１）、（２）の特徴を有する生体磁場計測装
置に於いて、表示手段に、内挿、外挿により積分値の等
しい点を結ぶ等積分図が表示されること、演算処理手段
は、上記値の時間変化を所定の期間で積分し積分値を求
めることを、複数の所定の期間で行ない積分値を複数個
求め、この複数個の積分値の間での、比、等加重を含む
和又は差の何れかを求める演算を行なうこと、複数の磁
束計が、生体の面に等間隔に配置されることにも特徴が
ある。本発明の生体磁場計測装置では、心臓から発する
磁場の、胸面に対する法線（垂直）成分、接線（平行）
成分の同時表示が可能である。なお、直交座標系（ｘ、
ｙ、ｚ）に於いて、生体表面に垂直な方向をｚ軸とし、
第１方向をｚ方向、第２方向をｘ方向、第３方向をｙ方
向とする。また、極座標系（ｒ、θ、φ）において、生
体表面に垂直な方向をｒ軸とし、第１方向をｒ方向、第
２方向をθ方向、第３方向をφ方向とする。

【００１９】本発明の本質的な特徴は、生体表面に垂直
な方向を直交座標（ｘ、ｙ、ｚ）のｚ軸とし、生体表面
に平行な面を（ｘ、ｙ）平面とする時、生体磁場の生体
表面に垂直な法線成分Ｂ_z(ｘ、ｙ）を検出し、生体磁場
の生体表面に平行な接線成分Ｂ_x、Ｂ_yをそれぞれ、法線
成分Ｂ_zのｘ方向、ｙ方向に於ける変化率から推定する
ことに特徴がある。

【００２０】本発明によれば、接線成分Ｂ_x、Ｂ_yを測定
する検出コイルを必要とすることなく、生体の磁場分布
を２次元（ｘ、ｙ）平面に投影した等磁場線図を得るこ
とができ、等磁場線図のピークパターンから生体内の電
流源を判別でき、複数の電流ダイポールの（ｘ、ｙ）座
標での位置を知ることができる。

【００２１】以下、本発明に於ける演算処理手段（複数
の磁束計により計測された信号を収集し、信号に対して
以下の演算処理を行なうパソコン等の計算機、又は専用
的にハードウエア化され演算処理を行なう電子回路）に
て行なう演算処理の内容に付いて説明する。

【００２２】量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）からなる複数
の磁束計を用いて、生体表面の位置（ｘ、ｙ）に於いて
生体から発する磁場の接線成分（生体の面に平行な成
分）Ｂ_x（ｘ、ｙ、ｔ）、Ｂ_y（ｘ、ｙ、ｔ）を計測する
場合には（但し、直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）に於いて生
体の面に平行な面をｘｙ面、生体の面に垂直な軸をｚと
する）、接線成分Ｂ_x（ｘ、ｙ、ｔ）とＢ_y（ｘ、ｙ、
ｔ）の２乗和の平方根から２次元ベクトル強度│Ｂ
_xy（ｘ、ｙ）│（以下、│ │は絶対値を表わす）を
（数３）により求める。

【００２３】 │Ｂ_xy（ｘ、ｙ、ｔ）│＝√｛（Ｂ_x（ｘ、ｙ、ｔ））² ＋（Ｂ_y（ｘ、ｙ、ｔ））²｝ …（数３） 次いで、各点（ｘ、ｙ）について任意の期間での波形│
Ｂ_xy（ｘ、ｙ、ｔ）│の積分値Ｉ₁（ｘ、ｙ）を（数
４）により求め、内挿、外挿により各点（ｘ、ｙ）での
積分値Ｉ₁（ｘ、ｙ）が同じ値の点を結ぶ等積分図を求
めて、等積分図を表示画面に表示する。

【００２４】 Ｉ₁（ｘ、ｙ）＝∫│Ｂ_xy（ｘ、ｙ、ｔ）│ｄｔ …（数４） 以下、計測された生体の面に垂直な磁場成分Ｂ_z（ｘ、
ｙ、ｔ）（法線成分）から、接線成分Ｂ_x、Ｂ_yを推定す
ること説明する。

【００２５】生体磁場の体表面に平行な接線成分は、体
表面直下を流れる電流を最もよく反映していることを利
用すると、電流の流れる向きと磁場の向きの関係から、
計測された磁場の接線ベクトル（Ｂ_x、Ｂ_y）を反時計回
りに９０°回転させることにより、生体内の電流分布を
生体表面に平行な２次元平面に投影して概観できる。即
ち、〈ｅ_x〉、〈ｅ_y〉をそれぞれｘ軸方向、ｙ軸方向の
単位ベクトルとして、各計測点に於ける接線成分Ｂ_x、
Ｂ_yから、（数５）に示す電流ベクトク〈Ｊ〉を求め、
各計測点（ｘ、ｙ）に於ける電流ベクトル場の分布（ア
ローマップ）として表現することができる。

【００２６】 〈Ｊ〉＝−Ｂ_y〈ｅ_x〉＋Ｂ_x〈ｅ_y〉 …（数５） 一方、磁場の生体表面に垂直な法線成分Ｂ_zを計測する
場合、（数１）により表現される電流ベクトルを用いた
アローマップが定義されている（第１の従来技術：Ｈ、
Ｈｏｓａｋａ ａｎｄ Ｄ．Ｃｏｈｅｎ（１９７
６））。

【００２７】 〈Ｊ〉＝（∂Ｂ_z／∂ｙ）〈ｅ_x〉−（∂Ｂ_z／∂ｘ）〈ｅ_y〉 …（数１） 本願発明の発明者らは、（数１）と（数５）との比較か
ら、（数６）及び（数７）が成立する可能性、即ち、計
測された磁場の法線成分Ｂ_zから接線成分Ｂ_x及びＢ_yを
導出できる可能性があることを見い出し、種々の検討を
行なった。以下、検討の結果を詳細に説明する。

【００２８】 Ｂ_x＝−（∂Ｂ_z／∂ｘ） …（数６） Ｂ_y＝−（∂Ｂ_z／∂ｙ） …（数７） 図１は、心臓の活動による磁場（心磁場）の発生を、無
限平面導体中の電流ダイポールから発生する磁場により
モデル化して解析するための図である。図１に於いて、
Ｐは直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）のｘｙ面に表面を持つ無
限平面導体、〈Ｑ〉は位置ベクトル〈ｒ₀（ｘ₀、ｙ₀、
ｚ₀）〉で示される位置に存在する電流ダイポールのモ
ーメント、〈ｒ（ｘ、ｙ、ｚ）〉は磁束密度（磁場）
〈Ｂ（ｒ）〉を計測する計測点の位置ベクトルを示す。
図１に示すモデルに於いて、無限平面導体Ｐの外部に生
じる磁場〈Ｂ（ｒ）〉は、Ｓａｒｖａｓ（文献：Ｐｈｙ
ｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ．、Ｖｏｌ．３２、Ｎｏ．１、１
１−２２（１９８７））により定式化されており、（数
８）により表現される。

【００２９】 〈Ｂ（ｒ）〉＝｛μ₀／（４πＫ²）｝｛〈Ｑ〉×〈ａ〉・〈ｅ_z〉∇Ｋ −Ｋ〈ｅ_z〉×〈Ｑ〉｝ …（数８） （数８）に於いて、μ₀は真空の透磁率、〈ｅ_z〉はｚ軸
方向の単位ベクトル、×はベクトル積、・はスカラ積、
∇はｇｒａｄ＝（∂／∂ｘ、∂／∂ｙ、∂／∂ｚ）を表
わし、〈ａ〉は（数９）、ａは（数１０）、Ｋは（数１
１）、∇Ｋは（数１２）により示される。｜ ｜は絶対
値を示す。

【００３０】 〈ａ〉＝〈ｒ（ｘ、ｙ、ｚ）〉−〈ｒ₀（ｘ₀、ｙ₀、ｚ₀）〉 …（数９） ａ＝｜〈ａ〉｜ …（数１０） Ｋ＝ａ（ａ＋〈ａ〉・〈ｅ_z〉） …（数１１） ∇Ｋ＝（２＋ａ^-1〈ａ〉・〈ｅ_z〉）〈ａ〉＋ａ〈ｅ_z〉 …（数１２） （数８）により示される〈Ｂ〉（ｒ）の無限平面導体Ｐ
に平行な接線成分Ｂ_x及びＢ_yと、無限平面導体Ｐに垂直
なな法線成分Ｂ_zは、それぞれ（数１３）、（数１
４）、（数１５）により与えられる。

【００３１】 Ｂ_x＝｛μ₀／（４πＫ²）｝ ×［｛Ｑ_x（ｙ−ｙ₀）−Ｑ_y（ｘ−ｘ₀）｝（∇Ｋ）_x＋ＫＱ_y］…（数１３） Ｂ_y＝｛μ₀／（４πＫ²）｝ ×［｛Ｑ_y（ｙ−ｙ₀）−Ｑ_x（ｘ−ｘ₀）｝（∇Ｋ）_y＋ＫＱ_x］…（数１４） Ｂ_Z＝｛μ₀／（４πＫ²）｝ ×［｛Ｑ_x（ｙ−ｙ₀）−Ｑ_y（ｘ−ｘ₀）｝（∇Ｋ）_z］ …（数１５） 一方、（数１３）により示される法線成分Ｂ_Zのｘ方向
に於ける微分は（数１６）により表わされる。

【００３２】 ∂Ｂ_Z／∂ｘ＝｛μ₀／（４πＫ²）｝×［｛Ｑ_x（ｙ−ｙ₀）−Ｑ_y（ｘ−ｘ₀）｝ ｛−２（∇Ｋ）_z（∇Ｋ）_x／Ｋ−ａ^-3（ｘ−ｘ₀）（ｚ−ｚ₀）²＋ａ^-1（ｘ−ｘ₀ ）｝−（∇Ｋ）_zＱ_y］ …（数１６） 同様に、法線成分Ｂ_Zのｙ方向に於ける微分は（数１
７）により表わされる。

【００３３】 ∂Ｂ_Z／∂ｙ＝−｛μ₀／（４πＫ²）｝×［｛Ｑ_x（ｙ−ｙ₀）−Ｑ_y（ｘ−ｘ₀） ｝｛２（∇Ｋ）_z（∇Ｋ）_y／Ｋ＋ａ^-3（ｙ−ｙ₀）（ｚ−ｚ₀）²−ａ^-1（ｙ−ｙ₀ ）｝＋（∇Ｋ）_zＱ_x］ （数１７） （数１６）、（数１７）に於いて、 α＝（∇Ｋ）_z／Ｋ …（数１８） β_x＝−ａ^-3（ｘ−ｘ₀）（ｚ−ｚ₀）²＋ａ^-1（ｘ−ｘ₀） …（数１９） β_y＝−ａ^-3（ｙ−ｙ₀）（ｚ−ｚ₀）²＋ａ^-1（ｙ−ｙ₀） …（数２０） と置く時、（数１６）、（数１７）はそれぞれ（数２
１）、（数２２）により表わされる。

【００３４】 ∂Ｂ_Z／∂ｘ＝−｛μ₀／（４πＫ²）｝×［｛Ｑ_x（ｙ−ｙ₀）−Ｑ_y（ｘ−ｘ₀） ｝｛２α（∇Ｋ）_x−β_x｝＋αＫＱ_y］ …（数２１） ∂Ｂ_Z／∂ｙ＝−｛μ₀／（４πＫ²）｝×［｛Ｑ_x（ｙ−ｙ₀）−Ｑ_y（ｘ−ｘ₀） ｝｛２α（∇Ｋ）_y−β_y｝＋αＫＱ_x］ …（数２２） 簡単のために、（数１３）、（数２１）、（数１４、
（数２２）を共通因子である｛μ₀／（４πＫ²）｝によ
り規格化して変形を行ない、（数１３’）、（数２
１’）、（数１４’）、（数２２’）を得る。

【００３５】 Ｂ_x＝（∇Ｋ）_x｛Ｑ_x（ｙ−ｙ₀）−Ｑ_y（ｘ−ｘ₀）｝＋ＫＱ_y …（数１３’） ∂Ｂ_Z／∂ｘ＝ −２α（∇Ｋ）_x｛Ｑ_x（ｙ−ｙ₀）−Ｑ_y（ｘ−ｘ₀）｝−αＫＱ_y ＋β_x｛Ｑ_x（ｙ−ｙ₀）−Ｑ_y（ｘ−ｘ₀）｝＝ −２αＢ_x＋αＫＱ_y＋β_x｛Ｑ_x（ｙ−ｙ₀）−Ｑ_y（ｘ−ｘ₀）｝ …（数２１’） Ｂ_y＝（∇Ｋ）_y｛Ｑ_y（ｙ−ｙ₀）−Ｑ_x（ｘ−ｘ₀）｝＋ＫＱ_x …（数１４’） ∂Ｂ_Z／∂ｙ＝ −２α（∇Ｋ）_y｛Ｑ_x（ｙ−ｙ₀）−Ｑ_y（ｘ−ｘ₀）｝−αＫＱ_x］ ＋β_y｛Ｑ_x（ｙ−ｙ₀）−Ｑ_y（ｘ−ｘ₀）｝＝ −２αＢ_y＋αＫＱ_x＋β_y｛Ｑ_x（ｙ−ｙ₀）−Ｑ_y（ｘ−ｘ₀）｝ …（数２２’） （数１３’）と（数２１’）とから明らかなように、∂
Ｂ_Z／∂ｘの値は、接線成分Ｂ_xの−２α倍に等しい項
に、２つの付加項を加算した値に等しく、（数１４’）
と（数２２’）とから明らかなように、∂Ｂ_Z／∂ｙの
値は、接線成分Ｂ_yの−２α倍に等しい項に、２つの付
加項を加算した値に等しい。

【００３６】ここで、図２に概略位置を示すように、無
限平面導体Ｐの内部の点〈ｒ₀（０、０、−ｚ₀）〉、ｚ
₀＝０．０５［ｍ］に、電流ダイポールのモーメント
〈Ｑ〉＝（Ｑ_x、Ｑ_y、０）、Ｑ_x＝Ｑ_y＝５０［ｎＡｍ］
が存在する場合に、Ｂ_x（（数１３））と−∂Ｂ_Z／∂ｘ
（（数１６））を比較する。ｘ₀＝ｙ₀＝ｙ＝０、Ｑ_z＝
０を（数１３）、（数１６）に代入して、（数２３）、
（数２４）を得る。

【００３７】 Ｂ_x（ｘ、０） ＝｛μ₀／（４πＫ²）｝｛−（∇Ｋ）_xＱ_yｘ＋ＫＱ_y｝ …（数２３） ∂Ｂ_Z（ｘ、０）／∂ｘ＝ ｛μ₀／（４πＫ²）｝｛２α（∇Ｋ）_xＱ_yｘ−αＫＱ_y−β_xＱ_yｘ｝ …（数２４） 図３は、無限平面導体Ｐの上でのＢ_x（（数２３））及
び−∂Ｂ_Z／∂ｘ（（数２４））をそれぞれの最大値で
規格化した相対磁場強度曲線Ｃ₁、Ｃ₂で示す。

【００３８】即ち、曲線Ｃ₁はＢ_x（ｘ、０）／ｍａｘ｜
Ｂ_x（ｘ、０）｜を、曲線Ｃ₂は｛−∂Ｂ_Z（ｘ、０）／
∂ｘ｝／ｍａｘ｜∂Ｂ_Z（ｘ、０）／∂ｘ｜を表わす。
図３から明らかなように、Ｂ_x及び−∂Ｂ_Z／∂ｘの分布
は何れも電流ダイポールが存在する真上の原点（ｘ＝
０）にピークを持ち、何れも共に電流ダイポールが存在
する点の真上に計測点がある時に最大の信号を検出可能
であることを示している。また、曲線Ｃ₂の方が曲線Ｃ₁
よりも鋭いピークを与え、−∂Ｂ_Z／∂ｘ（（数１
６））による磁場分布はＢ_x（（数１３））による磁場
分布よりも空間分解能が高いことを示している。

【００３９】図４に示す磁場強度曲線Ｃ₃、Ｃ₄、Ｃ₅は
それぞれ、−∂Ｂ_Z（ｘ、０）／∂ｘの第１項、第２
項、第３項を示す。図４に示す結果から、第３項は第１
項及び第２項に対して無視でき、−∂Ｂ_Z（ｘ、０）／
∂ｘの形状は第１項、第２項により決定されていると見
なせ、（数２４）は（数２４’）と近似できる。

【００４０】 ∂Ｂ_Z（ｘ、０）／∂ｘ＝ ｛μ₀／（４πＫ²）｝｛２α（∇Ｋ）_xＱ_yｘ−αＫＱ_y｝ …（数２４’） 図５は、（数１３）、（数１６）のそれぞれの第１項と
第２項を規格化の後に比較した相対磁場強度曲線を示す
図である。図５に於いて、曲線Ｃ₆は｛Ｂ_x（ｘ、０）の
第１項｝／ｍａｘ｜Ｂ_x（ｘ、０）｜、即ち、｛−（∇
Ｋ）_xＱ_yｘ｝／ｍａｘ｜Ｂ_x（ｘ、０）｜を表わし、曲
線Ｃ₇は｛−∂Ｂ_Z（ｘ、０）／∂ｘの第１項｝／ｍａｘ
｜∂Ｂ_Z（ｘ、０）／∂ｘ｜、即ち、｛−２α（∇Ｋ）_x
Ｑ_yｘ｝／ｍａｘ｜∂Ｂ_Z（ｘ、０）／∂ｘ｜を表わし、
曲線Ｃ₈は｛Ｂ_x（ｘ、０）の第２項｝／ｍａｘ｜Ｂ
_x（ｘ、０）｜、即ち、｛ＫＱ_y｝／ｍａｘ｜Ｂ_x（ｘ、
０）｜を表わし、曲線Ｃ₉は｛−∂Ｂ_Z（ｘ、０）／∂ｘ
の第２項｝／ｍａｘ｜∂Ｂ_Z（ｘ、０）／∂ｘ｜、即
ち、｛αＫＱ_y｝／ｍａｘ｜∂Ｂ_Z（ｘ、０）／∂ｘ｜を
表わす。

【００４１】図５に示す結果から、−∂Ｂ_Z（ｘ、０）
／∂ｘの第１項、第２項の分布は共にそれぞれ、Ｂ
_x（ｘ、０）の第１項、第２項の分布よりも鋭く、分布
の尖鋭度は（数１８）で定義されているα＝（∇Ｋ）_z
／Ｋにより規定されている。

【００４２】図６に於いて、磁場曲線Ｃ₁₀はα＝（∇
Ｋ）_z／Ｋを、磁場曲線Ｃ₁₁は−｛（数２４）の第１
項｝／｛（数２３）の第１項｝、即ち、２α（∇Ｋ）_x
Ｑ_yｘ／（∇Ｋ）_xＱ_yｘ＝２αを、磁場曲線Ｃ₁₂は−
｛（数２４）の第２項｝／｛（数２３）の第２項｝、即
ち、αＫＱ_y／ＫＱ_y＝αをそれぞれ示す。図６に示すよ
うに、α＝（∇Ｋ）_z／Ｋ（曲線Ｃ₁₀）は電流ダイポー
ルが存在する原点にピーク点を有し、ピーク値は２／
（ｚ−ｚ₀）である。−∂Ｂ_Z（ｘ、０）／∂ｘの大きさ
は、Ｂ_x（ｘ、０）の大きさとピーク点で２／（ｚ−
ｚ₀）だけ異なる。（ｚ−ｚ₀）は電流ダイポールの存在
する深さである。実際の磁場計測からは（ｚ−ｚ₀）を
決定することは困難である。（数２３）と（数２４’）
との比較から（数２５）を得る。

【００４３】 −∂Ｂ_Z（ｘ、０）／∂ｘ ＝｛μ₀／（４πＫ²）｝｛−２α（∇Ｋ）_xＱ_yｘ＋αＫＱ_y｝ ＝２αＢ_x（ｘ、０）−｛μ₀／（４πＫ）｝αＱ_y …（数２５） 即ち、（数２５）の第２項が第１項に対して小さい場合
には、近似的に（数２６）が成立すると見做せる。

【００４４】 −∂Ｂ_Z（ｘ、０）／∂ｘ＝２αＢ_x（ｘ、０） …（数２６） 一般化して（数２１’）に於いて、−２αＢ_x以外の２
つの付加項が−２αＢ_xに対して小さい場合には、近似
的に（数２７）が成立すると見做せる。

【００４５】 ∂Ｂ_Z／∂ｘ＝−２αＢ_x …（数２７） 以上では、−∂Ｂ_Z／∂ｘとＢ_xの関係について検討した
結果であるが、同様のことが−∂Ｂ_Z／∂ｙとＢ_yの関係
についても成立し、（数２２’）から近似的に（数２
８）成立すると見做せる。

【００４６】 ∂Ｂ_Z／∂ｙ＝−２αＢ_y …（数２８） 以下、（数２７）、（数２８）からそれぞれ、Ｂ_xは−
∂Ｂ_Z／∂ｘ、Ｂ_yは−∂Ｂ_Z／∂ｙに比例すると仮定し
て、計測された法線成分Ｂ_zから接線成分Ｂ_x、Ｂ_yを推
定して等磁場線図を求める手順を詳細に説明する。

【００４７】生体の面に垂直な磁場成分Ｂ_z（ｘ、ｙ、
ｔ）を計測した場合、Ｂ_z（ｘ、ｙ、ｔ）のｘ方向の変
化率∂Ｂ_z（ｘ、ｙ、ｔ）／∂ｘと、Ｂ_z（ｘ、ｙ、ｔ）
の方向の変化率∂Ｂ_z（ｘ、ｙ、ｔ）／∂ｙと求め、
（数３３）に示すように２乗和の平方根Ｓ（ｘ、ｙ、
ｔ）を求める。

【００４８】 Ｓ（ｘ、ｙ、ｔ）＝√［｛∂Ｂ_z（ｘ、ｙ、ｔ）／∂ｘ｝² ＋｛∂Ｂ_z（ｘ、ｙ、ｔ）／∂ｙ｝²］ …（数３３） 次いで、各点（ｘ、ｙ）について任意の期間での波形Ｓ
_t（ｔ、ｘ、ｙ）の積分値Ｉ₂（ｘ、ｙ）を（数３４）に
より求め、内挿、外挿により各点（ｘ、ｙ）での積分値
Ｉ₂（ｘ、ｙ）が同じ値の点を結ぶ等積分図を求めて、
等積分図を表示画面に表示する。

【００４９】 Ｉ₂（ｘ、ｙ）＝∫│Ｓ_t（ｘ、ｙ、ｔ）│ｄｔ …（数３４） なお、（数４）、（数３４）の積分範囲としては、例え
ば、心臓を測定の対象とする時には、Ｑ、Ｒ、Ｓの各波
の発生する期間、Ｑ波からＳ波の発生するＱＲＳ波(QRS
complex)の期間、Ｔ波の発生する期間等をとる。更
に、（数４）、（数３４）の積分範囲として複数の積分
範囲をとり求めた複数の積分値の間での、等加重を含む
和又は差、比を求める等の演算を行ない、内挿、外挿に
より演算結果が同じ値の点を結ぶ等積分図を求めて、等
積分図を表示画面に表示する。例えば、第１の積分範囲
としてＱＲＳ波の発生する期間Ｔ₁、第２の積分範囲と
してＴ波の発生する期間Ｔ₂を設定し、（数４）に従っ
て、期間Ｔ₁に関する積分値Ｉ ₁、_T1（ｘ、ｙ）、Ｉ₂、
_T1（ｘ、ｙ）、（数３４）に従って、期間Ｔ₂に関する
積分値Ｉ₁、_T2（ｘ、ｙ）、Ｉ₂、_T2（ｘ、ｙ）をそれぞ
れを求め、積分値Ｉ₁、_T1（ｘ、ｙ）と積分値Ｉ₁、
_T2（ｘ、ｙ）との間、又は積分値Ｉ₂、_T1（ｘ、ｙ）と
積分値Ｉ₂、_T2（ｘ、ｙ）との間で、等加重を含む和Ｉ
_sum（ｘ、ｙ）、又は差Ｉ_dif（ｘ、ｙ）、比ｒ（ｘ、
ｙ）を、（数３５）〜（数３６）、（数３７）〜（数３
８）、（数３９）〜（数４０）に従って求める。

【００５０】 Ｉ_sum（ｘ、ｙ）＝ ｗ₁×Ｉ₁、_T1（ｘ、ｙ）＋ｗ₂×Ｉ₁、_T2（ｘ、ｙ） …（数３５） Ｉ_sum（ｘ、ｙ）＝ ｗ₁×Ｉ₂、_T1（ｘ、ｙ）＋ｗ₂×Ｉ₂、_T2（ｘ、ｙ） …（数３６） Ｉ_dif（ｘ、ｙ）＝ ｗ₂×Ｉ₁、_T2（ｘ、ｙ）−ｗ₁×Ｉ₁、_T1（ｘ、ｙ） …（数３７） Ｉ_dif（ｘ、ｙ） ＝ｗ₂×Ｉ₂、_T2（ｘ、ｙ）−ｗ₁×Ｉ₂、_T1（ｘ、ｙ） …（数３８） ｒ（ｘ、ｙ）＝Ｉ₁、_T1（ｘ、ｙ）／Ｉ₁、_T2（ｘ、ｙ） …（数３９） ｒ（ｘ、ｙ）＝Ｉ₂、_T1（ｘ、ｙ）／Ｉ₂、_T2（ｘ、ｙ） …（数４０） （数３５）〜（数３６）、（数３７）〜（数３８）、
（数３９）〜（数４０）の演算の結果、個人差による等
積分図のばらつきが改善され、疾患等による生体機能の
異常を検出できる。

【００５１】本発明で得られる等積分図によれば、従来
技術で必要としていた生体部位の各時刻に於ける状態を
表わす多数の図（マップ）を用いて生体現象を解析する
ことなく、従来技術で必要としていた図（マップ）の数
よりもはるかに少数の図（マップ）を用いて、生体部位
の全体の状態を把握できる。また、生体磁場の接線成
分、又は法線成分を用いて得られる等積分図のピーク位
置と、生体内で電流が多く流れる部位が一致するので、
等積分図から任意の時間帯での生体内のどの部位で多く
電流が流れたかを判別できる。生体磁場分布は個人差が
大きいが、本発明では、生体磁場の各方向成分の時間変
化を表わす波形から得る任意の時間（期間）での積分値
を用いるので、より定量的な生体磁場分布を少数の図
（マップ）を用いて表示でき、個人毎の疾患、異常を客
観的、定量的に把握できる。

【００５２】本発明では、生体の面に垂直な磁場成分Ｂ
_z（ｘ、ｙ、ｔ）を計測して、Ｂ_xをＢ_z（ｘ、ｙ、ｔ）
のｘ方向の変化率∂Ｂ_z（ｘ、ｙ、ｔ）／∂ｘから、Ｂ_y
をＢ_z（ｘ、ｙ、ｔ）の方向の変化率∂Ｂ_z（ｘ、ｙ、
ｔ）／∂ｙから推定して求めるので、隣接する各計測点
（ｘ、ｙ）に共通して存在する背景となる磁場（妨害磁
場）は、ｘ方向、及びｙ方向で各々キャンセルされるこ
ととなる。

【００５３】

【発明の実施の形態】生体磁場計測に於ける座標系とし
て直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）（磁場成分をＢ_x、Ｂ_y、Ｂ
_zとする）や極直交座標系（ｒ、θ、φ）が用いられ
る。計測対象が心臓等である場合には、胸壁をｘｙ平面
とする直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）が用いられる。計測対
象が脳部等である場合には、頭部が球に近い形状である
ため極座標系（ｒ、θ、φ）（磁場成分をＢ_r、Ｂ_θ、
Ｂ_φとする）が用いられる。本実施例では、生体表面に
垂直な磁場成分（法線成分）はＢ_z、Ｂ_rで表わされ、生
体の面に平行な成分（接線成分）は、Ｂ_x、Ｂ_y、Ｂ_θ、
Ｂ_φで表わされる。以下、本実施例では、直交座標系
（ｘ、ｙ、ｚ）を用いて説明するが、極座標系（ｒ、
θ、φ）を用いる場合には、Ｂ_zをＢ_rに、Ｂ_xをＢ
_θに、Ｂ_yをＢ_φにそれぞれ読み替えれば良い。

【００５４】図７は本発明が実施される生体磁場計測装
置の概略構成を示す。心磁場計測を行なう生体磁場計測
装置は、量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）からなる複数の磁
場センサを用いる。環境磁場雑音の影響を除去するため
に、心磁場計測は磁場シールドルーム１の内部で行なわ
れる。被検者２はベッド３に横たわり計測する（図１１
に示すように、ｘｙ面がベッドの面となるように直交座
標系（ｘ、ｙ、ｚ）を設定する）。被検者２の胸部の上
方に、ＳＱＵＩＤとそのＳＱＵＩＤに接続した検出コイ
ルとが一体化された磁場センサを複数個収納し、液体Ｈ
ｅを満たしたデュワ４が配置される。液体Ｈｅは磁場シ
ールドルーム１の外部の自動補給装置５により、連続的
に液体Ｈｅが補充されている。

【００５５】磁場センサからの出力は、検出コイルが検
出した磁場強度に比例する電圧を出力するＦＬＬ（Flux
Locked Loop）回路６に入力される。このＦＦＬ回路は
ＳＱＵＩＤの出力を一定に保つようＳＱＵＩＤに入力さ
れた生体磁場の変化を帰還コイルを介してキャンセルし
ている。この帰還コイルに流した電流を電圧に変換する
ことにより、生体磁場信号の変化に比例した電圧出力が
得られる。この電圧出力は、増幅器（図示せず）により
増幅され、フイルター回路７により周波数帯域が選択さ
れ、ＡＤ変換器で（図示せず）ＡＤ変換され、計算機８
に取り込まれる。計算機８では、各種の演算処理が実行
され、演算処理結果がデイスプレイに表示され、更に、
プリンタにより出力される。

【００５６】磁場の接線成分を検出する検出コイルとし
て、コイル面がｘ方向、及びｙ方向を向いた２つのコイ
ルを使用し、磁場の法線成分を検出する検出コイルとす
る。また磁場の法線成分を検出するコイルとしては、ｚ
方向を向いたコイルを使用する。これら磁場センサ（２
０−１、２０−２、〜、２０−８、２１−１、〜、２１
−８、２２−１、〜、２２−８、２３−２、〜、２３−
８、２４−１、〜、２４−８、２５−１、〜、２５−
８、２６−１、〜、２６−８、２７−１、〜、２７−
８）の配置図を図８に示す。磁場センサ９はデュワ内部
の底部から垂直の方向に設置し、また各センサ間は磁場
の距離変化量を正確に捕らえるようにｘ方向、ｙ方向に
等間隔になるようにした。ここで、センサ間距離は２５
ｍｍとし、センサ数は８×８の６４チャンネルとした。

【００５７】この配列方法に従って、設置した磁場セン
サの１本の概略図を図９及び図１０に示す。図９の磁場
センサは生体表面に対して垂直な成分Ｂ_zを測定するセ
ンサで、超伝導線（ＮｂーＴｉ線）で作製したコイルの
面がｚ方向を向いている。このコイルは２つの逆向きの
コイルを組み合わせたもので生体に近い方を検出コイル
１０とし、遠い方のコイルを外部磁場雑音を除去する参
照コイル(reference coil)１１とし１次微分コイルを形
成している。ここでコイル径を２０ｍｍφ、コイル間の
ベースラインを５０ｍｍとした。外部磁場雑音は生体よ
り遠い信号源から生じており、これらは検出コイル及び
参照コイルで同じように検出される。一方、生体からの
信号はコイルに近いため検出コイル１０でより強く検出
される。このため、検出コイル１０では信号と雑音が検
出され、参照コイル１１では雑音のみが検出される。従
って、両者のコイルで捕らえた磁場の差を取ることによ
りＳ／Ｎの高い計測ができる。

【００５８】１次微分コイルはＳＱＵＩＤ１２を実装し
た実装基板の超伝導配線を介してＳＱＵＩＤのインプッ
トコイルに接続し、コイルで検出した生体磁場をＳＱＵ
ＩＤに伝達する。生体磁場成分の接線成分Ｂ_x、Ｂ_yを検
出する磁場センサの概略図を図１０に示す。この磁場セ
ンサは平面型のコイルを使用しており、検出コイル１
０’、１０”及び参照コイル１１’、１１”が１つの平
面に並び、コイル径は２０ｍｍ×２０ｍｍ、ベースライ
ンは５０ｍｍとした。コイルは法線成分用と同様にＳＱ
ＵＩＤ１２’、１２”の実装基板に接続している。４角
柱の支持体の互いに直交する２面に、これらｘ成分検出
用磁場センサ１３とｙ成分検出用磁場センサ１４を張り
付けることにより、ｘ及びｙ成分を測定できる磁場セン
サを形成している。この４角柱は図８に示すようにアレ
イ状に配置した。

【００５９】磁場センサを内蔵したデュワは、ベットに
横たわった被験者の胸部上方に配置し心臓から発生する
磁場を計測する。ここで、体の横方向をｘ軸とし、体の
上下方向をｙ軸とする。磁場センサ（２０−１、〜、２
０−８、２１−１、〜、２１−８、２２−１、〜、２２
−８、２３−２、〜、２３−８、２４−１、〜、２４−
８、２５−１、〜、２５−８、２６−１、〜、２６−
８、２７−１、〜、２７−８）の配置と胸部３０との位
置関係を図１１に示す。この位置関係で計測した生体磁
場信号を図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。

【００６０】図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、各磁場
センサ（８×８のアレイ状に並んだ磁場センサ）によ
る、ある健常者の心臓から発する磁場の時間変化を示
し、各図の中の６４個の波形の横軸が時間軸、縦軸が検
出された磁場強度を示している。図１２（ａ）は接線成
分Ｂ_x、図１２（ｂ）は接線成分Ｂ_y、図１２（ｃ）は法
線成分Ｂ_z、の各成分の時間（横軸）の変化を、各磁場
成分毎に信号強度の最も大きいチャンネルの絶対値の最
大値で規格化して表示している。

【００６１】図１３に示す点線、実線は、健常者につい
て計測された特定の２チャンネルに関する接線成分（Ｂ
_x）の時間波形を実線、点線で示している。心臓の心室
が脱分極したＱＲＳ波が出現する時間帯Ｔ₁でのＱ波、
Ｒ波、及びＳ波のピーク（極値）を与える時点を図１３
中にそれぞれｔ_Q、ｔ_R、ｔ_sで示した。また、心臓の再
分極過程であるＴ波の出現する時間帯Ｔ₂とし、ピーク
（極値）を与える時点をｔ_Tで示した。

【００６２】図１３に於いて、Ｐ波は心房の興奮（脱分
極(depolarization)）を示し、Ｑ波、Ｒ波、及びＳ波か
らなるＱＲＳ波は心室の興奮（脱分極）を示し、Ｔ波は
ＱＲＳ波に続いて出現するゆくやかなふれであり、心筋
の再分極(repolarization)を示している。脱分極は、は
じめに筋の中を興奮が広がる過程であり、再分極は、興
奮した筋が静止状態に戻る過程である。

【００６３】図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ｔ_Q、
ｔ_R、ｔ_sの時点での心磁場の強度の等しい点を線で結ん
だ等磁場線図を示す。図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
は、（数４）の│Ｂ_xy（ｘ、ｙ、ｔ）│で示され、６４
個所で計測された接線成分Ｂ_x、Ｂ_yを合成した２次元の
ベクトル強度分布を示している。更に、図１４（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）中の矢印は、６４個所の各測定点での電
流源が各測定点での磁場を作っているものとして仮定し
た時の２次元の電流ベクトルを示している。この電流ベ
クトルにより心臓内での電流方向及び分布が推定でき
る。図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各図の横軸ｘ、縦
軸ｙは磁場センサが配置されている座標を示す。図１４
（ａ）に示すように、Ｑ波のピーク時では、心臓内を流
れる電流は心室中隔で右下方向に流れ、図１４（ｂ）に
示すように、Ｒ波のピーク時では、左心室全体で斜め下
方向に電流が大きく流れ、図１４（ｃ）に示すように、
Ｓ波のピーク時では、心室基部の方向の左斜め上方向に
電流が流れ、心室の脱分極過程が終了することが分か
る。このように、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の等磁
場線図により各時間での心臓内の活動部位及び電流方向
が可視化できることが分かる。

【００６４】図１５は、心磁波形のＱ波からＳ波までの
ＱＲＳ波が出現する時間帯Ｔ₁に於いて検出された２つ
の接線成分Ｂ_x、Ｂ_yから得た２次元ベクトル強度│Ｂ_xy
（ｘ、ｙ、ｔ）│を各点（ｘ、ｙ）について、（数４）
の積分を行ない、同じ積分値の点を結んだ等積分図であ
る。図１５のｘ軸、ｙ軸は、生体表面に配置された磁場
センサの座標を表し、等積分図の各曲線の黒丸の近傍に
示した数値はその曲線のもつ積分値を示す。図１５か
ら、ＱＲＳ波の時間帯に心筋に流れた電流の多くは心筋
の厚みが大きい左心室で流れたことが分かり、等積分図
でのピーク位置と心臓に流れる電流量の多い部位とがよ
く対応することが分かった。

【００６５】図１６は、図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
から図１５のデータを求めたのと同一の健常者につい
て、法線線分Ｂ_zを各点（ｘ、ｙ）に於いて計測し、
（数３３）によりＳ（ｘ、y）を求め、ＱＲＳ波の時間
帯Ｔ₁について、（数３４）の積分を行ない同じ積分値
の点を結んだ等積分図である。以下、図１６から図２１
に於いて、ｘ軸、ｙ軸は、生体表面に配置された磁場セ
ンサの位置座標（単位はｍである）を表わす。図１６か
ら図２１の曲線の黒丸の近傍に示した数値はその曲線の
もつ積分値を示す。

【００６６】図１５に示す磁場の接線成分Ｂ_x、Ｂ_yから
求めた等積分図と、図１６に示す磁場の法線成分Ｂ_zか
ら求めた等積分図のパターンは一致することが判明し
た。この一致は、（数６）及び（数７）、又は（数２
７）及び（数２８）が実際の実験データでほぼ成立して
いることを意味している。

【００６７】図１７は、図１５を求めたのと同一の健常
者について、Ｔ波の時間帯Ｔ₂に於いて検出された２つ
の接線成分Ｂ_x、Ｂ_yから得た２次元ベクトル強度│Ｂ_xy
（ｘ、ｙ）│を各点（ｘ、ｙ）について、（数４）の積
分を行ない同じ積分値の点を結んだ等積分図である。図
１７に於いて、１ｅ＋００３は、１０００を示す。

【００６８】図１８は、時間帯Ｔ₂についての（数４）
の積分値と、ＱＲＳ波が発生した期間帯Ｔ₁についての
（数４）の積分値との差（数３７）を表わす等高線図で
ある。即ち、図１８は図１７に示す等積分図から図１５
に示す等積分図を差し引いた図である。Ｔ波の時間帯Ｔ
₂の方が、ＱＲＳ波の時間帯Ｔ₁よりも長い。また、図１
７のパターンは、図１５に示すパターンと似ている。こ
のため、図１８に示す等高線図は全体が正の値となる。
図１７、図１８の曲線の黒丸の近傍に示した数値はその
曲線のもつ上記の積分値の差の値を示す。

【００６９】次ぎに、心筋梗塞の患者の心磁場計測に関
する結果を、図１９、図２０、図２１に示す。図１９
は、ＱＲＳ波の時間帯Ｔ₁について図１５と同様にして
求めた等積分図、図２０は、Ｔ波の時間帯Ｔ₂について
図１７と同様にして求めた等積分図、図２１は、Ｔ波の
時間帯Ｔ₂についての積分値（数４）と、ＱＲＳ波の時
間帯Ｔ₁についての積分値（数４）との差（数３５）を
表わし、図１８と同様にして求めた等高線図である。即
ち、図２１は、図２０に示す等積分図から図１９に示す
等積分図を差し引いた図である。図１９、図２０の曲線
の黒丸の近傍に示した数値はその曲線のもつ積分値を示
し、図２１の曲線の黒丸の近傍に示した数値はその曲線
の持つ上記の積分値の差の値を示す。

【００７０】図１９に示す時間帯Ｔ₁での等積分図は、
図１５及び図１６に示す等積分図とあまり差のないパタ
ーンであり、左心室に電流が多く流れたことが分かる。
しかし、図２０に示す時間帯Ｔ₂での等積分図は、図１
９に示す時間帯Ｔ₁での等積分図とは異なるパターンと
なり、心筋梗塞のために、時間帯Ｔ₁と時間帯Ｔ₂では心
臓に流れる電流量のパターンが大きく異なることが明確
に分かる。更に、図２１に示す等高線図は全体が負の値
をもち、全体が正の値をもつ図１８に示す健常者の等高
線図とは大きく異なり、心筋梗塞の患者では、時間帯Ｔ
₂で心臓に流れる電流が障害を受けていることが明確に
分かる。

【００７１】以上説明したように、心臓の時間帯Ｔ₁と
時間帯Ｔ₂に於ける磁場強度を画像化するすることによ
り、患者に苦痛を与えることなく非侵襲的に、１分以下
の短時間で、健康な状態と異常な状態（例えば、心筋梗
塞の状態、虚血状態等）とを容易に判別できる。即ち、
逆問題を解くことな疾患部位の早期発見、推定が可能と
なる。

【００７２】図２２には生体磁場計測装置のコンピュー
タの画面上での処理画像例を示す。マルチウィンド形式
になっており、各処理画像をそれぞれのウィンド上に表
示できる。また、先に説明した図１５から図２１では磁
場強度や積分値の高低がわかるように各曲線に数値を入
れたが、ディスプレイ上では等高線の高低によって色分
けをして３次元カラー表示している。同時に、図１３に
示すように時間波形（心磁図）、更には心電図も表示で
きるようになっており、心臓疾患に関する総合的な解析
ができるようにしている。

【００７３】図２３は本発明の生体磁場計測装置のデス
プレイに表示された処理画像の一例を示す図である。図
２３に於いて、ＭＣＧは心磁図の例、ＱＲＳは積分範囲
をＱＲＳ波の発生する期間Ｔ₁とし（数３４）により得
られた第１の等磁場曲線図、Ｔは積分範囲をＴ波の発生
する期間Ｔ₂とし（数３４）により得られた第２の等磁
場曲線図、（Ｔ−ＱＲＳ）は第１及び第２の等磁場曲線
図の差の各例を示す。図２２、図２３に示すディスプレ
イ上の表示例では、等高線の高低によって色分けをして
３次元カラー表示している。

【００７４】なお、（数４）、（数３４）に於いて、積
分を行なわず簡便な方法により、Ｉ₁（ｘ、ｙ）、Ｉ
₂（ｘ、ｙ）を求めることもできる。即ち、以下の（数
４１）〜（数４４）からＩ₁（ｘ、ｙ）、Ｉ₂（ｘ、ｙ）
を求めて、更に、（数３５）〜（数４０）を適用する。
生体から発する磁場の接線成分（生体の面に平行な成
分）Ｂ_x（ｘ、ｙ、ｔ）、Ｂ_y（ｘ、ｙ、ｔ）を計測する
場合には（但し、直交座標系（、ｚ）に於いて生体の面
に平行な面をｘｙ面、生体の面に垂直な軸をｚとす
る）、接線成分Ｂ_xとＢ_yの２乗和の平方根から２次元ベ
クトル強度│Ｂ_xy（ｘ、ｙ）│（│ │は絶対値を表わ
す）を（数４１）により求める。

【００７５】 │Ｂ_xy（ｘ、ｙ、ｔ₀）│ ＝√｛（Ｂ_x（ｘ、ｙ、ｔ₀））²＋（Ｂ_y（ｘ、ｙ、ｔ₀））²｝ …（数４１） 次いで、各点（ｘ、ｙ）について任意の時点での波形│
Ｂ_xy（ｘ、ｙ、ｔ₀）│の値Ｉ₁（ｘ、ｙ）を（数１４）
により求め、内挿、外挿により各点（ｘ、ｙ）でのＩ₁
（ｘ、ｙ）が同じ値の点を結ぶ等積分図を求めて、等積
分図を表示画面に表示する。

【００７６】 Ｉ₁（ｘ、ｙ）＝│Ｂ_xy（ｘ、ｙ、ｔ₀）│ …（数４２） 生体の面に垂直な磁場成分Ｂ_z（ｘ、ｙ、ｔ）を計測す
る場合には、垂直な磁場成分Ｂ_z（ｘ、ｙ、ｔ₀）のｘ方
向の変化率∂Ｂ_z（ｘ、ｙ、ｔ₀）／∂ｘと、Ｂ_z（ｘ、
ｙ、ｔ₀）の方向の変化率∂Ｂ_z（ｘ、ｙ、ｔ₀）／∂ｙ
と求め、（数４３）に示すように２乗和の平方根Ｓ
（ｘ、ｙ、ｔ）を求める。

【００７７】 Ｓ（ｘ、ｙ、ｔ₀）＝√［｛∂Ｂ_z（ｘ、ｙ、ｔ₀）／∂ｘ｝² ＋｛∂Ｂ_z（ｘ、ｙ、ｔ₀）／∂ｙ｝²］ …（数４３） 次いで、各点（ｘ、ｙ）について任意の時点での波形Ｓ
_t0（ｔ₀、ｘ、ｙ）の値Ｉ₂（ｘ、ｙ）を（数４４）によ
り求め、内挿、外挿により各点（ｘ、ｙ）での値Ｉ
₂（ｘ、ｙ）が同じ値の点を結ぶ等積分図を求めて、等
積分図を表示画面に表示する。

【００７８】 Ｉ₂（ｘ、ｙ）＝│Ｓ_t0（ｘ、ｙ、ｔ₀）│ｄｔ …（数４４） なお、（数４１）〜（数４４）に於いてｔ₀として、例
えば、心臓を測定の対象とする時には、心室が収縮した
時のＱ、Ｒ、Ｓの各波の極大値を与える時点をとる。更
に、（数４１）〜（数４４）に於いてｔ₀として、複数
のｔ₀をとり求めた複数の値の間での、等加重を含む和
又は差、比を求める等の演算を行ない、内挿、外挿によ
り演算結果が同じ値の点を結ぶ等積分図を求めて、等積
分図を表示画面に表示する。このような方法によって
も、上記で説明した（数４）、（数３４）を用いる方法
とほぼ同様な結果を得ることができる。

【００７９】従来方法により法線成分Ｂ_zを測定して得
た患者Ｘの心磁図のＱ波、Ｒ波、Ｓ波の極値が出現する
時点での等磁場線図を、図２４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
に示す。図２４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に於いて、点線
は吸い込まれる磁場の等磁場線図を示し、実線は沸き出
す磁場の等磁場線図を示し、白抜き矢印は電流ダイポー
ルの大きさ、方向を示している。図２４（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に示す等磁場線図には、心臓内に存在す
る電流源を１つと仮定した時の電流ダイポールの位置を
白抜き矢印により示して重ねて表示している。図２４
（ａ）に示すように、Ｑ波の極値が出現する時点では、
心室中隔で右下方向に電流が流れ、図２４（ｂ）に示す
ように、Ｒ波の極値が出現する時点では、左室全体で左
斜め下方向に電流が大きく流れる。また、図２４（ｃ）
に示すように、Ｓ波の極値が出現する時点では、心室基
部方向に右斜め上に電流が流れ、心室の脱分極過程が終
了するのが分かる。

【００８０】上記患者Ｘの心臓から発する磁場の接線成
分Ｂ_x、Ｂ_yを測定し、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波の各極値が出現
する時点に於いて、接線成分を（数４１）、（数４２）
に基づいて合成した等磁場線図を、図２５（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に示す。

【００８１】図２５（ａ）のパターンと図２４（ａ）の
パターン、図２５（ｂ）のパターンと図２４（ｂ）のパ
ターン、図２５（ｃ）のパターンと図２４（ｃ）のパタ
ーン、はそれぞれほぼ一致する。しかし、図２５（ｂ）
に示すＲ波の極値が出現する時点のパターンでは、心筋
は広い領域で活動しており、図２４（ｂ）のＲ波の極値
が出現する時点のパターンでは鮮明でなかった複数の電
流源が容易に判別でき、電流源の１つは左方向に存在
し、他の電流源は下方に存在することが分かる。

【００８２】図２４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す、Ｑ
波、Ｒ波、Ｓ波の各極値が出現する時点での法線成分Ｂ
_zの等磁場線図データをそれぞれ用いて、（数４３）、
（数４４）に基づいて求めた、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波の各極
値が出現する時点の等磁場線図を、図２６（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に示す。図２６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
に示す結果から、図２４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す
法線成分Ｂ_zの等磁場線図や、（数１）に基づくアロー
マップでは判別しにくかった複数の電流源が判別でき
る。図２６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のパターンは、図２
５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すパターン（接線成分Ｂ
_x、Ｂ_y合成から得られるＢ_xyの等磁場線図）と同等であ
ることが分かる。このことは、（数６）及び（数７）、
又は（数２７）及び（数２８）が実際の実験データでほ
ぼ成立していることを意味している。

【００８３】なお、図２４（ａ）から図２６（ｃ）の各
図に於いて、横軸ｘ、縦軸ｙは、生体表面に配置された
磁場センサの位置座標を表わす。

【００８４】以上の説明では、心磁場計測に関する例を
とって本発明を説明したが、脳磁図（ＭＥＧ）を得る脳
磁場計測の場合にも本発明が適用できることは言うまで
もない。

【００８５】図２７は脳磁場を計測する脳磁場計測シス
テムの脳磁場計測用デュワの内部構成の一部を示す断面
図である。図２７に示すように、脳磁場を計測する場合
には、胸部と異なり頭部は球状であるため、ＳＱＵＩＤ
磁束計１０３−１、１０３−２、…、１０３−Ｎを内蔵
する頭部計測用デュワ１０２の底面の形状を半球として
頭部１００を覆うようにする。ＳＱＵＩＤ磁束計１０３
−１、１０３−２、…、１０３−Ｎは頭部計測用デュワ
１０２の内側の面に沿って放射状に配置され、各ＳＱＵ
ＩＤ磁束計の先端面（磁場計測面）は半球面の接線面に
ほぼ平行となるように配置されている。半球の中心が頭
部の脳部のほぼ中心と一致するように脳部を球と仮定し
て半球の半径は設定され、この半径は成人でも測定でき
るよう約１０ｃｍとした。頭部計測用デュワ１０２の内
部には熱輻射シールド部材１０４が配置され頭部計測用
デュワの上部は上板１０５により密閉されている。ＳＱ
ＵＩＤ磁束計１０３−１、…、１０３−Ｎにより検出さ
れた信号は信号線１０６−１、…、１０６−Ｎを通して
頭部計測用デュワの外部に取り出される。

【００８６】図２８は図２７に示す脳磁場計測システム
により計測可能な磁場成分と頭部の関係を説明する図で
ある。頭部の上方に放射状に複数の位置の１つＯ’配置
されたＱＵＩＤ磁束計により計測可能な脳磁場Ｂの成分
は、Ｏを原点とする極座標（ｒ、θ、φ）に於けるｒ方
向の成分Ｂ_r（法線成分）である。図２８に於いて、成
分Ｂ_θ、Ｂ_φは頭部表面に平行な接線成分を示し、原点
Ｏは脳部を球と仮定した時の球の中心である。体性感覚
として右中指に電気刺激を与え、図２７に示す脳磁場計
測システムにより法線成分Ｂ_rを検出し、電気刺激を与
えてから約１００ｍｓｅｃ後に出現する脳波が最大とな
る時点での等磁場曲線図を求める。図２９（ａ）、
（ｂ）は、図２７に示す脳磁場計測システムにより得ら
れる等磁場曲線図の一例を示す図であり、図２９（ａ）
は従来の方法による法線成分Ｂ_rの等磁場曲線図、図２
９（ｂ）は以下に示す本発明の（数４５）を使用して得
られる等磁場曲線図（地球儀に示された地図の如く、脳
部を近似する球面に表示された脳磁場の強度分布を示
す。）を示す。

【００８７】 Ｓ（θ、φ、ｔ） ＝√｛（∂Ｂ_r（ｔ）／∂θ）²＋（∂Ｂ_r（ｔ）／∂φ）²｝ …（数４５） 図２９（ａ）に示す等磁場線図には、脳内に存在する電
流源を１つと仮定した時の電流ダイポールの位置を白抜
き矢印により示して重ねて表示している。図２９（ａ）
において、点線は吸い込まれる磁場の等磁場線図を示
し、実線は沸き出す磁場の等磁場線図を示し、白抜き矢
印は電流ダイポールの大きさ、方向を示している。図２
９（ａ）に示す法線成分Ｂ_rの等磁場曲線図で従来推定
していた電流源（白抜き矢印で示す電流ダイポール）
が、図２９（ｂ）に示す等磁場曲線図ではピーク位置Ａ
に対応して出現していることが容易に直視できる。な
お、図２７に図示しない脳磁場計測システムのその他の
構成は基本的に図７に示す生体磁場計測装置の構成と同
一である。

【００８８】以上説明した本発明による各種の方法によ
り得られる心磁場、脳磁場に関する等磁場線図を使っ
て、磁場源を解析する方法として、逆問題を解く様々の
アルゴリズムが考えられる。実際に多く使用されている
単純なアルゴリズムは、磁場源として単一あるいは２つ
程度の電流ダイポールを想定し、これら電流ダイポール
が存在する位置座標を初期条件として任意に仮定して、
各位置座標に存在する電流ダイポールが、ビオサバール
の式で表される磁場を作るものとして、実測した磁場の
計測点（ｘ、ｙ）での磁場を計算する。計算された磁場
〈Ｂ_c（ｘ、ｙ）〉と実測値の磁場〈Ｖ_m（ｘ、ｙ）〉
（ｍ＝１、２、…、Ｍ：Ｍは実測される磁場の計測点の
総数）との差で表される次の（数１７）に示す評価関数
を計算し、各電流ダイポールの位置座標を変化させて、
評価関数Ｌの最小値を解析的に求めていく。（数４６）
に於いて、Ｇは定数、〈ｎ_s〉は法線又はｚ方向の単位
ベクトルであり、加算記号Σは、ｍ＝１、２、…、Ｍに
関する加算を示す。

【００８９】 Ｌ＝Σ｛〈Ｖ_m（ｘ、ｙ）〉−Ｇ（［〈Ｂ_c（ｘ、ｙ）〉］・ｎ_s）｝² …（数４６） しかし、（数４６）に基づく方法では、磁場の広い測定
領域を解析する場合、最小値に収束しない場合も出てく
る。本発明では、評価関数Ｌを算出の際のダイポールの
位置と個数の初期条件を、（数４）、（数３４）、又は
（数４４）に基づく等磁場線図に於けるピーク位置をダ
イポールの位置とし、更に、等磁場線図に於けるピーク
の個数をダイポールの個数として予め決める。このよう
に初期条件を与え評価関数Ｌを解くことにより、磁場源
解析が必ず収束する。ディスプレイ上に表示される、
（数４）、（数３４）、又は（数４４）に基づく心磁
場、脳磁場に関する等磁場線図上での各ピーク位置を指
定することにより、自動的に各ピーク位置の座標とその
個数が上記の初期値として自動的に装置に入力され、評
価関数Ｌが解かれ、収束する磁場源解析結果が得られ
る。

【００９０】従って、従来技術のように試行錯誤的に初
期値を設定するのではなく、計測の結果得られる等磁場
線図のデータに基づいて、初期値設定をほぼ一義的にか
つ容易に可能ででき、効率よくより正確に逆問題を解く
ことが可能となる。

【００９１】なお、以上の説明に於いて使用した等磁場
線図を表わす各図では、医療の分野で行なわれている通
例に従い、人体の右側を各図の左側に表示し、人体の左
側を各図の右側に表示している。

【００９２】

【発明の効果】本発明では、ベクトル計測により接線成
分Ｂ_x、Ｂ_yを計測することなく、法線成分Ｂ_zの計測の
みから、従来技術に於けるＢ_xyに基づく等磁場線図と等
価的な等磁場線図が得られる。従来技術の於ける法線成
分Ｂ_zから直接得る等磁場線図では、複数の電流源は判
別しにくかったが、本発明の等磁場線図では、従来技術
に於けるＢ_xyに基づく等磁場線図と同様に、電流源の直
上にピークパターンが出現するので、生体内の複数の電
流源を直読でき、複数の電流源の位置、大きさ等を解析
する逆問題が容易に解けるようになる。本発明の装置に
よれば、心筋梗塞、虚血等の発見、不整脈を生じている
位置の発見、心筋肥大の発見、術前術後の心筋状態の変
化の評価等の心臓に関する疾患の発見、状態の確認等が
容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に於いて、心磁場の発生を、無限平面導
体中の電流ダイポールから発生する磁場によりモデル化
して解析するための図。

【図２】本発明に於いて、無限平面導体の内部に存在す
る電流ダイポールのモーメントの概略位置を示す図。

【図３】本発明に於いて、無限平面導体の上でのＢ_x及
び−∂Ｂ_Z／∂ｘをそれぞれの最大値で規格化した相対
磁場強度曲線Ｃ₁、Ｃ₂を示す図。

【図４】本発明に於いて、−∂Ｂ_Z（ｘ、０）／∂ｘの
第１項、第２項、第３項を示す磁場強度曲線Ｃ₃、Ｃ₄、
Ｃ₅を示す図。

【図５】本発明に於いて、Ｂ_x、∂Ｂ_Z／∂ｘのそれぞれ
の第１項と第２項を規格化の後に比較した相対磁場強度
曲線Ｃ₆、Ｃ₇、Ｃ₈、Ｃ₉を示す図。

【図６】本発明に於いて、α＝（∇Ｋ）_z／Ｋ、｛−∂
Ｂ_Z（ｘ、０）／∂ｘの第１項｝／｛Ｂ_x（ｘ、０）の第
１項｝、｛−∂Ｂ_Z（ｘ、０）／∂ｘの第２項｝／｛Ｂ_x
（ｘ、０）の第２項｝の各々の磁場強度曲線Ｃ₁₀、
Ｃ₁₁、Ｃ₁₂を示す図。

【図７】本発明が実施される心磁場計測を行なう生体磁
場計測装置の概略構成を示す図。

【図８】本発明が実施される心磁場計測を行なう生体磁
場計測装置に於ける磁場センサの配置構成を示す図。

【図９】本発明が実施される心磁場計測を行なう生体磁
場計測装置に於ける磁場の法線成分を検出する磁場セン
サ単体の構成を示す図。

【図１０】本発明が実施される心磁場計測を行なう生体
磁場計測装置に於ける磁場の接線成分を検出する磁場セ
ンサ単体の構成を示す図。

【図１１】本発明が実施される心磁場計測を行なう生体
磁場計測装置に於ける磁場センサの配置と人体の胸部と
の位置関係を示す図。

【図１２】本発明の実施例に於いて、各磁場センサ位置
に於いて計測した健常者の心臓から発する磁場の各方向
の成分に於ける時間波形図。

【図１３】本発明の実施例に於いて、健常者について計
測された特定の２チャンネルに関する接線成分（Ｂ_x）
の時間波形を示す図。

【図１４】本発明の実施例に於いて、磁場の接線成分Ｂ
_x、Ｂ_yを計測した健常者の心磁波形から得た、Ｑ波、Ｒ
波、Ｓ波の各波のピーク時に於ける等磁場線図。

【図１５】本発明の実施例に於いて、健常者の心磁波形
のＱＲＳ波が出現する時間帯に於いて検出された２つの
接線成分から得た等積分図。

【図１６】本発明の実施例に於いて、健常者の心磁波形
のＱＲＳ波が出現する時間帯に於いて検出された法線線
分から得た等積分図。

【図１７】本発明の実施例に於いて、健常者の心磁波形
のＴ波が出現する時間帯に於いて検出された２つの接線
成分から得た等積分図。

【図１８】図１７に示す等積分図から図１５に示す等積
分図を差し引いた図。

【図１９】本発明の実施例に於いて、心筋梗塞の患者の
心磁波形のＱＲＳ波が出現する時間帯に於いて検出され
た２つの接線成分から得た等積分図。

【図２０】本発明の実施例に於いて、心筋梗塞の患者の
心磁波形のＴ波が出現する時間帯に於いて検出された２
つの接線成分から得た等積分図。

【図２１】図２０に示す等積分図から図１９に示す等積
分図を差し引いた図。

【図２２】本発明が実施される心磁場計測を行なう生体
磁場計測装置のパソコンでの出力画面の例を示す図。

【図２３】本発明の生体磁場計測装置のデスプレイに表
示された処理画像の一例を示す図。

【図２４】従来方法により法線成分Ｂ_zを測定して得
た、心磁図（ＭＣＧ）のＱ波、Ｒ波、Ｓ波の極値が出現
する時点での等磁場線図を示す図。

【図２５】本発明の実施例に於いてそれぞれ、心臓から
の磁場の接線成分Ｂ_x、Ｂ_yを測定し、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波
の極値が出現する時点に於いて、接線成分を合成したＢ
_xyの等磁場線図を示す図。

【図２６】本発明の実施例に於いて、図２４に示す、Ｑ
波、Ｒ波、Ｓ波の極値が出現する時点での法線Ｂ_zの等
磁場線図データをそれぞれ用いて、（数４３）、（数４
４）に基づいて求めた、各時点での等磁場線図を示す
図。

【図２７】本発明の実施例に於いて、脳磁場を計測する
脳磁場計測システムの脳磁場計測用デュワの内部構成の
一部を示す断面図。

【図２８】図２７に示す脳磁場計測システムにより計測
可能な磁場成分と頭部の関係を説明する図。

【図２９】図２７に示す脳磁場計測システムにより得ら
れる等磁場曲線図の一例を示す図。

【符号の説明】 １…磁場シールドルーム、２…被検者、３…ベッド、４
…デュワ、５…自動補給装置、６…ＦＦＬ回路、７…フ
イルター回路、８…計算機、１０、１０’、１０”…検
出コイル、１１、１１’、１１”…参照コイル、１２、
１２’、１２”…ＳＱＵＩＤ、１３…ｘ成分検出用磁場
センサ、１４…ｙ成分検出用磁場センサ、２０−１、２
０−２、〜、２０−８、２１−１、〜、２１−８、２２
−１、〜、２２−８、２３−２、〜、２３−８、２４−
１、〜、２４−８、２５−１、〜、２５−８、２６−
１、〜、２６−８、２７−１、〜、２７−８…磁場セン
サ、３０…胸部、１０３−１、１０３−２、…、１０３
−Ｎ…ＳＱＵＩＤ磁束計、１００…頭部、１０２…頭部
計測用デュワ、１０４…熱輻射シールド部材、１０５…
上板、１０６−１、…、１０６−Ｎ…信号線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 博之 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 近藤 昭二 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 小見山 泰明 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 岡島 健一 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】生体の外部に配置される量子干渉素子（Ｓ
   ＱＵＩＤ）からなる複数の磁束計を用いて、前記生体か
   ら発する生体磁場の前記生体の面に垂直な第１方向の磁
   場成分の時間変化を計測する第１の工程と、前記第１方
   向と交叉する第２方向及び第３方向に於ける前記第１方
   向の磁場成分の変化率の２乗和の平方根に比例する値の
   時間変化を求める第２の工程と、該第２の工程で得る前
   記値の時間変化を所定の期間で積分し積分値を求める第
   ３の工程と、該第３の工程の工程で得る前記積分値を表
   示する第４の工程とを有することを特徴とする生体磁場
   計測方法。
2. 【請求項２】生体の外部に配置される量子干渉素子（Ｓ
   ＱＵＩＤ）からなる複数の磁束計を用いて、前記生体か
   ら発する生体磁場の前記生体の面に平行な第１、第２方
   向の磁場成分の時間変化を計測する第１の工程と、前記
   第１、第２方向の磁場成分の２乗和の平方根に比例する
   値の時間変化を求める第２の工程と、該第２の工程で得
   る前記値の時間変化を所定の期間で積分し積分値を求め
   る第３の工程と、該第３の工程の工程で得る前記積分値
   を表示する第４の工程とを有することを特徴とする生体
   磁場計測方法。
3. 【請求項３】請求項１又は２に記載の生体磁場計測方法
   に於いて、前記積分値を用いて、前記第４の工程で等積
   分値を結ぶ等積分図を表示することを特徴とする生体磁
   場計測方法。
4. 【請求項４】請求項１又は２に記載の生体磁場計測方法
   に於いて、前記第３の工程に於いて、前記第２の工程で
   得る前記値の時間変化を所定の期間で積分し積分値を求
   めることを、複数の前記所定の期間で行ない前記積分値
   を複数個求め、該複数個の前記積分値の間での、比、等
   加重を含む和または差の何れかを求める演算を行なうこ
   とを特徴とする生体磁場計測方法。
5. 【請求項５】生体の外部に配置される量子干渉素子（Ｓ
   ＱＵＩＤ）からなる複数の磁束計を用いて、前記生体か
   ら発する生体磁場の前記生体の面に垂直な第１方向の磁
   場成分を計測する第１の工程と、前記第１方向と交叉す
   る第２方向及び第３方向に於ける前記第１方向の磁場成
   分の変化率の２乗和の平方根に比例する値を求める第２
   の工程と、該第２の工程の工程で得る前記値を表示する
   第３の工程とを有することを特徴とする生体磁場計測方
   法。
6. 【請求項６】生体の外部に配置され、前記生体から発す
   る生体磁場を検出する量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）から
   なり、前記生体磁場の前記生体の面に垂直な第１方向の
   磁場成分の時間変化を検出する複数の磁束計と、前記第
   １方向と交叉する第２方向及び第３方向に於ける前記第
   １方向の磁場成分の変化率の２乗和の平方根に比例する
   値の時間変化を求める演算と、前記値の時間変化を所定
   の期間で積分し積分値を求める演算とを行なう演算処理
   手段と、前記積分値を表示する表示手段とを有すること
   を特徴とする生体磁場計測装置。
7. 【請求項７】生体の外部に配置され、前記生体から発す
   る生体磁場を検出する量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）から
   なり、前記生体磁場の前記生体の面に平行な第１、第２
   方向の磁場成分の時間変化を検出する複数の磁束計と、
   前記第１、第２方向の磁場成分の２乗和の平方根に比例
   する値の時間変化を求める演算と、前記値の時間変化を
   所定の期間で積分し積分値を求める演算とを行なう演算
   処理手段と、前記積分値を表示する表示手段とを、有す
   ることを特徴とする生体磁場計測装置。
8. 【請求項８】請求項６又は７に記載の生体磁場計測装置
   に於いて、前記表示手段に、前記積分値の等しい点を結
   ぶ等積分図が表示されることを特徴とする生体磁場計測
   装置。
9. 【請求項９】請求項６又は７に記載の生体磁場計測装置
   に於いて、前記演算処理手段は、前記積分値を求める演
   算を、複数の前記所定の期間で行ない前記積分値を複数
   個求め、該複数個の前記積分値の間での、比、等加重を
   含む和または差の何れかを求める演算を行なうことを特
   徴とする生体磁場計測装置。
10. 【請求項１０】請求項６又は７に記載の生体磁場計測装
    置に於いて、前記複数の磁束計が、前記生体の外部面に
    等間隔に配置されることを特徴とする生体磁場計測装
    置。
11. 【請求項１１】生体表面に平行な面を直交座標のｘ、ｙ
    平面、前記生体表面に垂直な方向を前記直交座標のｚ軸
    とし、前記生体の外部に配置され、前記生体から発する
    生体磁場を検出する量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）からな
    り、前記生体表面に垂直な磁場成分Ｂ_z（ｘ、ｙ）を検
    出する複数の磁束計と、前記磁場成分Ｂ_z（ｘ、ｙ）の
    ｘ方向及びｙ方向での変化率の２乗和の平方根に比例す
    る値を求める演算処理手段と、前記値の等しい点を結ぶ
    等磁場強度曲線を表示する表示手段とを有することを特
    徴とする生体磁場計測装置。
12. 【請求項１２】請求項１１に記載の生体磁場計測装置に
    於いて、前記演算処理手段は、前記生体内の磁場源の位
    置、強度を推定する逆問題を解く演算に於いて、前記等
    磁場強度曲線のピークの数及び前記ピークの位置データ
    を、上記逆問題を解くための前記磁場源の個数、及び前
    記磁場源の位置の初期値とすることを特徴とする生体磁
    場計測装置。
13. 【請求項１３】生体の外部に配置され、前記生体から発
    する生体磁場を検出する量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）か
    らなり、前記生体磁場の前記生体の面に垂直な第１方向
    の磁場成分を検出する複数の磁束計と、前記第１方向と
    交叉する第２方向及び第３方向に於ける前記第１方向の
    磁場成分の変化率の２乗和の平方根に比例する値を求め
    る演算を行なう演算処理手段と、前記値を表示する表示
    手段とを有することを特徴とする生体磁場計測装置。
14. 【請求項１４】生体の外部に配置され、前記生体から発
    する生体磁場を検出する量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）か
    らなり、前記生体磁場の前記生体の面に垂直な第１方向
    の磁場成分を検出する複数の磁束計と、前記第１方向と
    交叉する第２方向及び第３方向に於ける前記第１方向の
    磁場成分の変化率の２乗和の平方根を求める演算を行な
    う演算処理手段と、前記平方根の値を表示する表示手段
    とを有することを特徴とする生体磁場計測装置。
15. 【請求項１５】生体の外部に配置され、前記生体から発
    する生体磁場を検出する量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）か
    らなり、前記生体磁場の前記生体の面に垂直な第１方向
    の磁場成分を検出する複数の磁束計と、前記第１方向と
    交叉する第２方向及び第３方向に於ける前記第１方向の
    磁場成分の変化率の２乗和の平方根を求める演算を行な
    う演算処理手段と、前記平方根に比例する値を表示し
    て、前記生体の心臓の心室が脱分極した時間帯と前記心
    室の再分極過程の時間帯に於ける前記生体磁場の強度分
    布を画像化して表示する表示手段とを有することを特徴
    とする生体磁場計測装置。
16. 【請求項１６】生体の外部に配置される量子干渉素子
    （ＳＱＵＩＤ）からなる複数の磁束計を用いて、前記生
    体から発する生体磁場の前記生体の面に垂直な第１方向
    の磁場成分を計測する第１の工程と、前記生体磁場の前
    記第１方向と直交する第２方向の磁場成分を、前記第２
    方向に於ける前記第１方向の磁場成分の変化率から求め
    る第２の工程と、前記生体から発する磁場の前記第１及
    び第２の方向と直交する第３方向の磁場成分を、前記第
    ３方向に於ける前記第１方向の磁場成分の変化率から求
    める第３の工程と、前記第２及び第３方向に於ける前記
    磁場成分の２乗和の平方根に比例する値を求める第４の
    工程とを有することを特徴とする生体磁場計測方法。
17. 【請求項１７】請求項１６に記載の生体磁場計測方法に
    於いて、前記第４の工程で得る前記値の時間変化を所定
    の期間で積分し積分値を求める第５の工程と、該第５の
    工程の工程で得る前記積分値を表示する第４の工程とを
    有することを特徴とする生体磁場計測方法。
18. 【請求項１８】生体の外部に配置される量子干渉素子
    （ＳＱＵＩＤ）からなる複数の磁束計を用いて、前記生
    体から発する生体磁場の前記生体の面に垂直な法線成分
    を計測する第１の工程と、前記法線成分から２つの法線
    成分を推定し該２つの法線成分の２乗和の平方根を求め
    る第２の工程と、前記２乗和の平方根に比例する値を所
    定の時間帯にわたり積分し積分値を求めるする第３の工
    程と、前記積分値の位置分布を表示する第４の工程とを
    有することを特徴とする生体磁場計測方法。
19. 【請求項１９】前記生体表面に平行な面を直交座標の
    ｘ、ｙ平面、前記生体表面に垂直な方向を直交座標のｚ
    軸とし、前記生体の外部に配置され、前記生体から発す
    る生体磁場を検出する量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）から
    なり、前記生体磁場のｚ方向成分Ｂ_z（ｘ、ｙ）を検出
    する複数の磁束計と、前記ｚ方向成分Ｂ_z（ｘ、ｙ）か
    ら、 Ｂ_xy＝｛（∂Ｂ_z（ｘ、ｙ）／∂ｘ）²＋（∂Ｂ_z（ｘ、
    ｙ）／∂ｙ）²｝ の平方根に比例する値を求める演算処理手段と、前記値
    の等しい点を結ぶ等磁場強度曲線を表示する表示手段と
    を有することを特徴とする生体磁場計測装置。
20. 【請求項２０】前記生体表面に平行な面を直交座標の
    ｘ、ｙ平面、前記生体表面に垂直な方向を直交座標のｚ
    軸とし、前記生体の外部に配置され、前記生体から発す
    る生体磁場を検出する量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）から
    なり、前記生体磁場のｚ方向成分Ｂ_z（ｘ、ｙ）を検出
    する複数の磁束計と、前記ｚ方向成分Ｂ_z（ｘ、ｙ）か
    ら、 Ｂ_xy＝｛（∂Ｂ_z（ｘ、ｙ）／∂ｘ）²＋（∂Ｂ_z（ｘ、
    ｙ）／∂ｙ）²｝ の平方根に比例する値を求める演算処理手段と、前記平
    方根に比例する値を表示する表示手段とを有することを
    特徴とする生体磁場計測装置。
21. 【請求項２１】請求項２０に記載の生体磁場計測装置に
    於いて、前記表示手段に、前記生体の心臓の心室が脱分
    極した時間帯と前記心室の再分極過程の時間帯に於ける
    前記生体磁場の強度分布を画像化して表示することを特
    徴とする生体磁場計測装置。
22. 【請求項２２】生体の外部に配置され、前記生体から発
    する生体磁場を検出する量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）か
    らなり、前記生体磁場の前記生体の面に垂直な法線成分
    を検出する複数の磁束計と、前記生体磁場の分布を表示
    する表示手段と、を具備する生体磁場計測装置におい
    て、前記表示手段は、前記法線成分から推定された２つ
    の接線成分から求められた前記生体磁場の分布を表示す
    ることを特徴とする生体磁場計測装置。
23. 【請求項２３】請求項２２に記載の生体磁場計測装置に
    於いて、前記表示手段は、前記生体の心臓から発する生
    体磁場の分布を表示することを特徴とする生体磁場計測
    装置。
24. 【請求項２４】生体の外部に配置され、前記生体から発
    する生体磁場を検出する量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）か
    らなり、前記生体磁場の前記生体の面に垂直な第１方向
    の磁場成分を検出する複数の磁束計と、前記第１方向の
    磁場成分から前記第１方向と交叉する第２方向及び第３
    方向の前記前記生体磁場の磁場成分を求める演算処理手
    段と、前記生体の心磁図のＱＲＳ波の出現する時間帯と
    前記心磁図のＴ波の出現する時間帯に於ける前記生体磁
    場の分布を表示する表示手段とを有することを特徴とす
    る生体磁場計測装置。
25. 【請求項２５】請求項２４に記載の生体磁場計測装置に
    於いて、前記表示手段は、前記心磁図のＱＲＳ波の出現
    する時間帯と前記心磁図のＴ波の出現する時間帯に於け
    る前記生体磁場の差の分布を表示することを特徴とする
    生体磁場計測装置。