KR20210151871A

KR20210151871A - 계측 장치, 계측 방법 및 프로그램

Info

Publication number: KR20210151871A
Application number: KR1020217036077A
Authority: KR
Inventors: 히데유키 츠지; 시게키 오카타케; 마사시 야마다
Original assignee: 아사히 가세이 가부시키가이샤
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2020-05-21
Publication date: 2021-12-14
Anticipated expiration: 2040-05-21
Also published as: CN113874742A; WO2020241465A1; US20220065953A1; CN113874742B; JPWO2020241465A1; TWI752510B; JP7204908B2; TW202100100A; US12038488B2; KR102770857B1

Abstract

단층 화상 등을 취득할 때에 정밀도가 높은 측정을 행한다. 생체에 접촉하는 복수의 전극과, 복수의 자기 센서 셀을 갖고, 3차원 공간 내의 복수의 개소에 있어서 3축 방향의 입력 자장을 검출 가능한 자기 센서 어레이와, 복수의 전극 중 적어도 1개의 전극쌍에 의해 생체에 전류를 흘리는 전류 인가부와, 생체에 전류를 흘리고 있는 동안에 자기 센서 어레이가 생체로부터 검출한 입력 자장에 기초한 계측 데이터를 취득하는 계측 데이터 취득부와, 계측 데이터에 기초하여, 생체 내에 흐르는 전류를 추정하는 추정부를 구비하는 계측 장치를 제공한다.

Description

계측 장치, 계측 방법 및 프로그램

본 발명은 계측 장치, 계측 방법 및 프로그램에 관한 것이다.

종래, 생체의 진단을 위해 단층 화상 등을 취득하는 방법이 있다(특허문헌 1-3 참조). 이러한 방법 중 하나로서, 생체의 주위에 복수의 전극을 배치하고, 전류를 흘려서 측정한 다른 전극간의 전위차에 의해 생체 내의 전기 전도도의 분포를 검출하고, 당해 분포로부터 생체의 단면 화상을 얻는 전기 임피던스 토모그래피(EIT)가 있다.

미국특허출원공개 제2017/0303991호 명세서 국제공개 제2011/086512호 국제공개 제2010/113067호

그러나, EIT는 계측을 위한 전극을 생체에 접촉시켜서 배치할 필요가 있기 때문에, 배치 가능한 전극의 수에 따라 얻어지는 정보량이 한정된다. 또한, 생체의 표면 상태(예를 들어 발한 등)에 따라 전극의 접촉 저항이 변화하여, 측정값에 영향을 준다.

<일반적 개시>

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 양태에 있어서는 계측 장치를 제공한다. 계측 장치는 생체에 접촉하는 복수의 전극을 갖는 전극 유닛을 구비해도 된다. 계측 장치는 복수의 자기 센서 셀을 갖고, 3차원 공간 내의 복수의 개소에 있어서 3축 방향의 입력 자장을 검출 가능한 자기 센서 어레이를 구비해도 된다. 계측 장치는 복수의 전극 중 적어도 1개의 전극쌍에 의해 생체에 전류를 흘리는 전류 인가부를 구비해도 된다. 계측 장치는 생체에 전류를 흘리고 있는 동안에 자기 센서 어레이가 생체로부터 검출한 입력 자장에 기초한 계측 데이터를 취득하는 계측 데이터 취득부를 구비해도 된다. 계측 장치는 계측 데이터에 기초하여 생체 내에 흐르는 전류를 추정하는 추정부를 구비해도 된다.

전류 인가부는 적어도 1개의 전극쌍에 의해 생체에 교류 전류를 흘려도 된다. 계측 장치는 적어도 1개의 전극쌍에 의해 생체에 흐르는 전류와, 계측 데이터 취득부에 의한 계측 데이터의 취득을 동기하는 제어부를 구비해도 된다. 자기 센서 어레이는 전극 유닛과 비접촉으로 배치되어도 된다. 자기 센서 어레이는 전극 유닛에 대하여 대향해서 배치되어도 된다. 복수의 전극은 생체에 접촉해서 나란히 배치되어도 된다. 전류 인가부는 복수의 전극 중 2개의 전극으로 이루어지는 전극쌍에 전류를 인가해서 생체에 전류를 흘려도 된다. 전류 인가부는, 복수의 전극 중 전극쌍이 되는 2개의 전극을 바꾸면서 순서대로 전류를 인가해서 생체에 전류를 흘려도 된다. 예를 들어, 전류 인가부는 인접하는 2개의 전극으로 이루어지는 전극쌍에, 전극을 1개마다 비켜가게 하면서 순서대로 전류를 인가해서 생체에 전류를 흘려도 된다. 추정부는 계측 데이터에 의해 나타나는 자장의 공간 분포를, 생체로부터의 측정 대상 자장과 외란 자장으로 분리하는 신호 공간 분리부를 구비해도 된다. 추정부는 분리한 측정 대상 자장에 기초하여, 생체 내에 흐르는 전류를 산출하는 계산부를 구비해도 된다. 복수의 자기 센서 셀은 각각, 자기 저항 소자와 자기 저항 소자의 양 끝에 배치된 자기 수렴판을 갖는 자기 센서를 복수 가져도 된다. 신호 공간 분리부는 자장의 공간 분포를, 정규 직교 함수의 공간 분포를 갖는 자장을 자기 센서 어레이로 검출했을 때에 복수의 자기 센서의 각각이 출력하는 신호 벡터를 기저 벡터로서 분리해도 된다. 자기 센서 어레이는 곡면상으로 배치되어도 된다.

신호 공간 분리부는, 생체의 무게 중심이 배치되어야 할 위치보다 자기 센서 어레이에 가까운 위치를 좌표 원점으로 설정한 경우의 자장의 공간 분포를, 생체로부터의 측정 대상 자장과 외란 자장으로 분리해도 된다. 신호 공간 분리부는, 생체의 무게 중심이 배치되어야 할 위치보다 자기 센서 어레이에 가까운 복수의 위치의 각각을 좌표 원점으로 설정한 경우에 대응하는 다른 복수의 자장의 공간 분포의 각각을, 생체로부터의 측정 대상 자장과 외란 자장으로 분리해도 된다. 추정부는 다른 복수의 자장의 공간 분포에 각각 대응하는 생체 내의 다른 복수의 영역을 흐르는 전류를 산출해도 된다.

본 발명의 제2 양태에 있어서는 계측 방법을 제공한다. 계측 방법은, 생체에 접촉하는 전극 유닛의 복수의 전극 중 적어도 1개의 전극쌍에 의해 생체에 전류를 흘리는 단계를 구비해도 된다. 계측 방법은, 3차원 공간 내의 복수의 개소에 있어서 3축 방향의 입력 자장을 검출 가능한 자기 센서 어레이에 의해 생체로부터 검출한 입력 자장에 기초한 계측 데이터를, 생체에 전류를 흘리고 있는 동안에 취득하는 단계를 구비해도 된다. 계측 방법은 계측 데이터에 기초하여, 생체 내에 흐르는 전류를 추정하는 단계를 구비해도 된다.

본 발명의 제3 양태에 있어서는 프로그램을 제공한다. 프로그램은 컴퓨터에 의해 실행되며, 컴퓨터를, 계측 데이터에 의해 나타나는 자장의 공간 분포를, 생체로부터의 측정 대상 자장과 외란 자장으로 분리하는 신호 공간 분리부로서 기능시켜도 된다. 계측 데이터는 생체에 접촉하는 적어도 1개의 전극쌍에 의해 생체에 전류를 흘리고 있는 동안에, 3차원 공간 내의 복수의 개소에 있어서 3축 방향의 입력 자장을 검출 가능한 자기 센서 어레이에 의해 생체로부터 검출한 입력 자장에 기초해도 된다. 프로그램은 컴퓨터에 의해 실행되며, 컴퓨터를, 분리한 측정 대상 자장에 기초하여, 생체 내에 흐르는 전류를 산출하는 계산부로서 기능시켜도 된다.

또한, 상기의 발명의 내용은 본 발명의 필요한 특징 모두를 열거한 것은 아니다. 또한, 이들 특징군의 하위 조합도 또한 발명이 될 수 있다.

도 1은 본 실시 형태에 따른 계측 장치(10)의 구성을 나타낸다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 자기 센서 유닛(110)의 구성을 나타낸다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 자기 센서 어레이(210) 중의 자기 센서 셀(220)의 구성 및 배치를 나타낸다.
도 4는 본 실시 형태에 따른 자기 저항 소자를 갖는 자기 센서의 입출력 특성의 일례를 나타낸다.
도 5는 본 실시 형태에 따른 센서부(300)의 구성예를 나타낸다.
도 6은 본 실시 형태에 따른 센서부(300)의 입출력 특성의 일례를 나타낸다.
도 7은 본 실시 형태에 따른 자기 센서(520)의 구성예를 나타낸다.
도 8은 본 실시 형태에 따른 계측 장치(10)의 구성을 나타낸다.
도 9는 본 실시 형태의 계측 장치(10)가 곡면상으로 배치된 자기 센서 어레이(210)를 사용해서 자장을 계측하는 예를 나타낸다.
도 10은 본 실시 형태의 계측 장치(10)의 복수의 전극(800)의 배치예를 나타낸다.
도 11은 본 실시 형태의 계측 장치(10)의 일부의 XZ 평면에 평행한 단면의 설명도를 나타낸다.
도 12는 XZ 평면에 평행한 단면에 있어서의, 본 실시 형태의 계측 장치(10)로 검출한 자장과 전류의 분포를 나타낸다.
도 13은 본 실시 형태에 따른 계측 장치(10)의 계측 플로를 나타낸다.
도 14는 본 실시 형태에 따른 계측 장치(10)의 변형예를 나타낸다.
도 15는 실시 형태의 계측 장치(10)에 의한 계측 방법의 변형예를 설명하기 위한 설명도를 나타낸다.
도 16은 실시 형태의 계측 장치(10)에 의한 계측 방법의 변형예를 설명하기 위한 설명도를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 복수의 양태가 전체적 또는 부분적으로 구현화되어도 되는 컴퓨터(2200)의 예를 나타낸다.

이하, 발명의 실시 형태를 통해서 본 발명을 설명하지만, 이하의 실시 형태는 청구범위에 관한 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 실시 형태 중에서 설명되고 있는 특징의 조합 모두가 발명의 해결 수단에 필수라고는 할 수 없다.

도 1은 본 실시 형태에 따른 계측 장치의 구성을 나타낸다. 계측 장치(10)는 피험자 등의 생체(50)에 전류를 흘려서 발생한 자장을 계측하고, 계측한 자장을 사용하여 생체(50) 내의 전류를 추정한다. 계측 장치(10)는 생체(50)의 단면 화상의 취득을 위해 사용되어도 된다.

계측 장치(10)는 본체부(20)와 정보 처리부(30)를 구비한다. 본체부(20)는 생체(50)에 전류를 흘려서 자장을 센싱하기 위한 컴포넌트이고, 전류 인가 유닛(100)과, 자기 센서 유닛(110)과, 헤드(120)와, 구동부(125)와, 베이스부(130)와, 폴부(140)를 갖는다.

전류 인가 유닛(100)은 계측 시에 생체(50)의 표면에 접촉해서 배치되어, 생체(50)에 전류를 흘린다. 자기 센서 유닛(110)은 계측 시에 생체(50)의 계측 대상(일례로서 피험자의 폐 등)을 향하는 위치에 배치되어, 생체(50)로부터의 자장을 센싱한다. 헤드(120)는 자기 센서 유닛(110)을 지지하고, 자기 센서 유닛(110)을 생체(50)에 대향시킨다. 구동부(125)는 자기 센서 유닛(110) 및 헤드(120) 사이에 마련되고, 캘리브레이션을 행하는 경우에 헤드(120)에 대한 자기 센서 유닛(110)의 방향을 변경한다. 본 실시 형태에 따른 구동부(125)는 도면 중의 Z축을 중심으로 자기 센서 유닛(110)을 360도 회전시킬 수 있는 제1 액추에이터와, Z축과 수직인 축(도면 중의 상태에 있어서는 X축)을 중심으로 자기 센서 유닛(110)을 회전시키는 제2 액추에이터를 포함하고, 이들을 사용해서 자기 센서 유닛(110)의 방위각 및 천정각을 변경한다. 또한, 자기 센서 유닛(110)은 또한 도면 중의 Y축을 중심으로 계측 대상의 주위를 회전 가능해도 된다.

베이스부(130)는 다른 부품을 지지하는 기대(基台)이다. 생체(50)인 피험자는 측정 시에 당해 베이스부(130) 위에 서도 되고, 베이스부(130) 앞에 앉아도 된다. 폴부(140)는 헤드(120)를 생체(50)의 계측 대상의 높이로 지지한다. 폴부(140)는 자기 센서 유닛(110)의 높이를 생체(50)의 계측 대상의 높이로 조정하기 위해 상하 방향으로 신축 가능해도 된다.

정보 처리부(30)는 본체부(20)에 의한 계측 데이터를 처리해서 표시·인쇄 등에 의해 출력하기 위한 컴포넌트이다. 정보 처리부(30)는 PC(퍼스널 컴퓨터), 태블릿형 컴퓨터, 스마트폰, 워크스테이션, 서버 컴퓨터 또는 범용 컴퓨터 등의 컴퓨터여도 되고, 복수의 컴퓨터가 접속된 컴퓨터 시스템이어도 된다. 이 대신에, 정보 처리부(30)는 특정한 정보 처리용으로 설계된 전용 컴퓨터여도 되고, 전용 회로에 의해 실현된 전용 하드웨어여도 된다.

도 2는 본 실시 형태에 따른 자기 센서 유닛(110)의 구성을 나타낸다. 자기 센서 유닛(110)은 자기 센서 어레이(210) 및 센서 데이터 수집부(230)를 갖는다. 자기 센서 어레이(210)는 자장을 3축 방향으로 검출 가능한 복수의 자기 센서 셀(220)을 3차원으로 배열해서 구성된다. 복수의 자기 센서 셀(220)은 일례로서, 각각이 자기 저항 소자와, 자기 저항 소자의 일단부 및 타단부의 적어도 한쪽에 배치된 자기 수렴판을 갖는 자기 센서를 복수 갖는다. 또한, 자기 수렴판은 자기 저항 소자의 양 끝에 배치되는 쪽이, 후술하는 자장의 공간 분포의 샘플링 정밀도를 높게 할 수 있는 점에서 적합하다. 본 도면에 있어서, 자기 센서 어레이(210)는 X 방향, Y 방향 및 Z 방향의 각각에 복수의 자기 센서 셀(220)(예를 들어, X 방향으로 8개, Y 방향으로 8개 및 Z 방향으로 2개의 계 128개의 자기 센서 셀(220))이 평면상으로 배치되어 있다.

센서 데이터 수집부(230)는 자기 센서 어레이(210)에 포함되는 복수의 자기 센서 셀(220)에 전기적으로 접속되고(도시하지 않음), 복수의 자기 센서 셀(220)로부터의 계측 데이터(검출 신호)를 수집, 처리해서 정보 처리부(30)에 공급한다.

도 3은 본 실시 형태에 따른 자기 센서 어레이(210) 중의 자기 센서 셀(220)의 구성 및 배치를 나타낸다. 각 자기 센서 셀(220)은, 각각이 자기 저항 소자를 갖는 복수의 센서부(300x 내지 z)(이하, 「센서부(300)」라고 총칭한다)를 갖는다. 본 실시 형태에 있어서, 센서부(300x)는 X축 방향을 따라 배치되어 X축 방향의 자장을 검출 가능하다. 또한, 센서부(300y)는 Y축 방향을 따라 배치되어 Y축 방향의 자장을 검출 가능하다. 또한, 센서부(300z)는 Z축 방향을 따라 배치되어 Z축 방향의 자장을 검출 가능하다. 본 도면에 있어서 일점쇄선으로 나타나는 확대도에 의해 나타나는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 각 센서부(300)는 각각 자기 저항 소자의 양 끝에 자기 수렴판이 배치되어 있다. 따라서, 각 센서부(300)는 자기 수렴판 사이에 끼워진 좁은 위치에 배치된 자기 저항 소자를 사용해서 자장의 공간 분포를 샘플링함으로써, 각 축 방향에 있어서 공간에 있어서의 샘플링점을 명확하게 할 수 있다. 각 센서부(300)의 구성의 상세에 대해서는 후술한다.

복수의 자기 센서 셀(220)은 X축 방향을 따라 Δx, Y축 방향을 따라 Δy, Z축 방향을 따라 Δz의 간격으로 각각 등간격으로 배열되어 있다. 자기 센서 어레이(210)에 있어서의 각 자기 센서 셀(220)의 위치는, X 방향의 위치 i, Y 방향의 위치 j 및 Z 방향의 위치 k의 조[i, j, k]에 의해 표현된다. 여기서, i는 0≤i≤Nx-1을 충족하는 정수이고(Nx는 X 방향으로 배열된 자기 센서 셀(220)의 개수를 나타낸다), j는 0≤j≤Ny-1을 충족하는 정수이고(Ny는 Y 방향으로 배열된 자기 센서 셀(220)의 개수를 나타낸다), k는 0≤k≤Nz-1을 충족하는 정수이다(Nz는 Z 방향으로 배열된 자기 센서 셀(220)의 개수를 나타낸다).

본 도면에 있어서, 센서부(300x, 300y 및 300z)에 의해 검출되는 자장의 3축 방향과, 자기 센서 셀(220)을 배열하는 3차원의 방향이 동일한 방향이다. 이에 의해, 측정 자장의 분포의 각 성분의 파악이 용이해진다. 또한, 센서부(300x, 300y 및 300z)는 각 자기 센서 셀(220) 내에 있어서, 자기 센서 셀(220)을 배열하는 3차원 방향 각각에서 볼 때 서로 겹치지 않고, 또한 복수의 센서부(300) 사이에 마련하는 갭측에 일단부가 마련되고, 타단부가 당해 갭으로부터 이격되도록 3축 방향의 각 축 방향으로 연신되어 배치되어 있는 것이 바람직하다. 일례로서, 본 도면에 있어서, 자기 센서 셀(220)의 정면에서 볼 때 좌측 하방의 구석부에 공극(갭)이 마련되고, 센서부(300x, 300y 및 300z)는 일단부가 당해 공극에 접하도록 마련되고, 타단부가 당해 공극으로부터 이격되도록 X축, Y축 및 Z축 방향의 각 축 방향으로 연신되어 배치되어 있는 예를 나타낸다. 본 도면에 있어서, 센서부(300x, 300y 및 300z)가 입방체상의 자기 센서 셀(220)의 한 구석부로부터 서로 수직인 3변을 따라 배치되고, 해당 한 구석부에 공극이 마련되어 있다. 또한, 나중에 설명하는 센서부(300x, 300y 및 300z)가 갖는 코일 또는 자성체가 서로 겹치지 않도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해 측정점을 명확하게 할 수 있어, 측정 자장의 각 성분의 파악이 더욱 용이해진다. 또한, 더욱이 센서부(300x, 300y 및 300z)가 갖는 타축 감도를 서로 등가의 것이라 간주할 수 있어, 후술하는 선형 대수의 교정 연산이 용이하게 된다. 이 타축 감도는 센서부(300x, 300y 및 300z)가 갖는 코일, 또는 자성체에 의한 상호 간섭에 의해 발생하는 것이다. 그러나, 검출하는 자장의 3축 방향과 자기 센서 셀(220)을 배열하는 3차원의 방향은 달라도 된다. 양자가 다른 경우, 자기 센서 셀(220) 내에 있어서의 센서부(300)의 배치나, 자기 센서 셀(220)의 배열 방향에 제약을 받는 일이 없고, 자기 센서 어레이(210)의 설계 자유도를 증가시킬 수 있다.

도 4는 본 실시 형태에 따른 자기 저항 소자를 갖는 자기 센서의 입출력 특성의 일례를 나타낸다. 본 도면은 횡축이 자기 센서에 입력하는 입력 자장의 크기 B를 나타내고, 종축이 자기 센서의 검출 신호의 크기 V_xMR0을 나타낸다. 자기 센서는, 예를 들어 거대 자기 저항(GMR: Giant Magneto-Resistance) 소자 또는 터널 자기 저항(TMR: Tunnel Magneto-Resistance) 소자 등을 갖고, 미리 정해진 1축 방향의 자장의 크기를 검출한다.

이러한 자기 센서는 입력 자장 B에 대한 검출 신호 V_xMR0의 기울기인 자기 감도가 높고, 10pT 정도의 미소한 자장을 검출할 수 있다. 반면에, 자기 센서는 예를 들어 입력 자장 B의 절댓값이 1μT 정도에서 검출 신호 V_xMR0이 포화되어버려, 입출력 특성의 직선성이 양호한 범위가 좁다. 그래서, 이러한 자기 센서에 피드백 자장을 발생시키는 폐루프를 더하면, 자기 센서의 직선성을 개선할 수 있다. 이러한 자기 센서에 대해서 다음에 설명한다.

도 5는 본 실시 형태에 따른 센서부(300)의 구성예를 나타낸다. 센서부(300)는 복수의 자기 센서 셀(220)의 각각의 내부에 마련되고, 자기 센서(520)와, 자장 생성부(530)와, 출력부(540)를 갖는다. 또한, 센서부(300)의 일부, 예를 들어 증폭 회로(532) 및 출력부(540)는 자기 센서 셀(220)측이 아니고 센서 데이터 수집부(230)측에 마련되어도 된다.

자기 센서(520)는 도 4에서 설명한 자기 센서와 마찬가지로, GMR 소자 또는 TMR 소자 등의 자기 저항 소자를 갖는다. 또한, 자기 센서(520)는 자기 저항 소자의 양 끝에 배치된 자기 수렴판을 갖는다. 자기 센서(520)가 갖는 자기 저항 소자는 감자축(感磁軸)의 양의 방향을 +X 방향으로 한 경우에, +X 방향의 자장이 입력되면 저항값이 증가하고, -X 방향의 자장이 입력되면 저항값이 감소하도록 형성되어도 된다. 즉, 자기 센서(520)가 갖는 자기 저항 소자의 저항값의 변화를 관측함으로써, 당해 자기 센서(520)에 입력되는 자장 B의 크기를 검출할 수 있다. 예를 들어, 자기 센서(520)의 자기 감도를 S라 하면, 자기 센서(520)의 입력 자장 B에 대한 검출 결과는 S×B로 산출할 수 있다. 또한, 자기 센서(520)는 일례로서, 전원 등이 접속되고, 저항값의 변화에 따른 전압 강하를 입력 자장의 검출 결과로서 출력한다. 자기 센서(520)의 구성의 상세에 대해서는 후술한다.

자장 생성부(530)는 자기 센서(520)가 검출한 입력 자장을 저감시키는 피드백 자장을 자기 센서(520)에 부여한다. 자장 생성부(530)는 예를 들어 자기 센서(520)에 입력되는 자장 B와는 역방향이며, 절댓값이 당해 입력 자장과 대략 동일한 피드백 자장 B_FB를 발생시켜서 입력 자장을 없애도록 동작한다. 자장 생성부(530)는 증폭 회로(532)와, 코일(534)을 포함한다.

증폭 회로(532)는 자기 센서(520)의 입력 자장의 검출 결과에 따른 전류를 피드백 전류 I_FB로서 출력한다. 자기 센서(520)가 갖는 자기 저항 소자가 적어도 1개의 자기 저항 소자를 포함하는 브리지 회로에 의해 구성되는 경우, 증폭 회로(532)의 입력 단자쌍에는 브리지 회로의 출력이 각각 접속된다. 그리고, 증폭 회로(532)는 브리지 회로의 출력에 따른 전류를 피드백 전류 I_FB로서 출력한다. 증폭 회로(532)는 예를 들어 트랜스컨덕턴스 앰프를 포함하고, 자기 센서(520)의 출력 전압에 따른 피드백 전류 I_FB를 출력한다. 예를 들어, 증폭 회로(532)의 전압·전류 변환 계수를 G로 하면, 피드백 전류 I_FB는 G×S×B로 산출할 수 있다.

코일(534)은 피드백 전류 I_FB에 따른 피드백 자장 B_FB를 발생시킨다. 코일(534)은 자기 센서(520)가 갖는 자기 저항 소자 및 자기 저항 소자의 양 끝에 배치된 자기 수렴판을 둘러싸도록 감겨 있다. 코일(534)은 자기 센서(520)의 전체에 걸쳐 균일한 피드백 자장 B_FB를 발생시키는 것이 바람직하다. 예를 들어 코일(534)의 코일 계수를 β라 하면, 피드백 자장 B_FB는 β×I_FB로 산출할 수 있다. 여기서, 피드백 자장 B_FB는 입력 자장 B를 없애는 방향으로 발생하므로, 자기 센서(520)에 입력되는 자장은 B-B_FB로 저감되게 된다. 따라서, 피드백 전류 I_FB는 다음 식과 같이 나타난다.

(수 1)

(수 1) 식을 피드백 전류 I_FB에 대해서 풀면, 센서부(300)의 정상 상태에 있어서의 피드백 전류 I_FB의 값을 산출할 수 있다. 자기 센서(520)의 자기 감도 S 및 증폭 회로(532)의 전압·전류 변환 계수 G가 충분히 크다고 하면, (수 1) 식으로부터 다음 식이 산출된다.

(수 2)

출력부(540)는, 자장 생성부(530)가 피드백 자장 B_FB를 발생하기 위해서 흘리는 피드백 전류 I_FB에 따른 출력 신호 V_xMR을 출력한다. 출력부(540)는 예를 들어 저항값 R의 저항성 소자를 갖고, 당해 저항성 소자에 피드백 전류 I_FB가 흐르는 것에 의해 발생하는 전압 강하를 출력 신호 V_xMR로서 출력한다. 이 경우, 출력 신호 V_xMR은 (수 2) 식으로부터 다음 식과 같이 산출된다.

(수 3)

이상과 같이, 센서부(300)는 외부로부터 입력되는 자장을 저감시키는 피드백 자장을 발생하므로, 자기 센서(520)에 실질적으로 입력되는 자장을 저감시킨다. 이에 의해, 센서부(300)는 예를 들어 자기 센서(520)로서 도 4의 특성을 갖는 자기 저항 소자를 사용하고, 입력 자장 B의 절댓값이 1μT를 초과해도, 검출 신호 V_xMR이 포화되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 센서부(300)의 입출력 특성을 다음에 설명한다.

도 6은 본 실시 형태에 따른 센서부(300)의 입출력 특성의 일례를 나타낸다. 본 도면은 횡축이 센서부(300)에 입력되는 입력 자장의 크기 B를 나타내고, 종축이 센서부(300)의 검출 신호의 크기 V_xMR을 나타낸다. 센서부(300)는 자기 감도가 높고, 10pT 정도의 미소한 자장을 검출할 수 있다. 또한, 센서부(300)는 예를 들어 입력 자장 B의 절댓값이 100μT를 초과해도, 검출 신호 V_xMR이 양호한 직선성을 유지할 수 있다.

즉, 본 실시 형태에 따른 센서부(300)는 예를 들어 입력 자장 B의 절댓값이 수백 μT 이하와 같은 미리 정해진 입력 자장 B의 범위에 있어서, 당해 입력 자장 B에 대한 검출 결과가 선형성을 갖도록 구성된다. 이러한 센서부(300)를 사용함으로써, 예를 들어 생체(50)로부터의 미약한 자기적 신호를 간편하게 검출할 수 있다.

도 7은 본 실시 형태에 따른 자기 센서(520)의 구성예를 나타낸다. 일례로서, 본 실시 형태에 따른 자기 센서(520)는 자기 저항 소자(702)와, 자기 저항 소자(702)의 일단부 및 타단부에 배치된 자기 수렴판(704, 706)을 갖는다. 자기 수렴판(704, 706)은 자기 저항 소자(702)를 사이에 끼우도록 배치되어 있다. 즉, 자기 저항 소자(702)의 양 끝에 자기 수렴판이 배치되어 있다. 도 7에 있어서, 정면에서 보아 감자축을 따라 자기 저항 소자(702)의 우측 단부에 배치되어 있는 자기 수렴판(704)이 감자축의 양의 측에 마련된 자기 수렴판이고, 자기 저항 소자(702)의 좌측 단부에 배치되어 있는 자기 수렴판(706)이 감자축의 음의 측에 마련된 자기 수렴판이다. 감자축의 음의 측으로부터 양의 측을 향해서 자장이 자기 수렴판(704, 706)에 입력되면, 자기 저항 소자(702)의 저항이 증가 또는 감소해도 된다. 또한, 감자축은 자기 저항 소자(702)를 형성하는 자화 고정층에서 고정된 자화의 방향을 따르고 있어도 된다. 자기 수렴판(704, 706)은, 예를 들어 철 등의 연자성체 재료에 의해 구성된다. 연자성체 재료에 의해 구성되는 자기 수렴판(704, 706)을 자기 저항 소자(702)의 일단부 및 타단부에 배치함으로써, 자기 저항 소자(702)를 통과하는 자력선을 증가시킬 수 있고, 이에 의해 자기 센서(520)의 감도를 높일 수 있다.

또한, 본 도면에 있어서는 자기 수렴판이 자기 저항 소자(702)의 일단부 및 타단부의 양쪽에 배치된 예를 나타냈지만, 자기 수렴판은 자기 저항 소자(702)의 일단부 및 타단부 중 어느 한쪽에만 마련되어도 된다. 그러나, 자기 센서(520)의 감도를 보다 높이기 위해서는 자기 저항 소자(702)의 일단부 및 타단부의 양쪽에 자기 수렴판을 마련하는 것이 바람직하다. 또한, 자기 저항 소자(702)의 일단부 및 타단부의 양쪽에 자기 수렴판을 마련하면, 2개의 자기 수렴판(704 및 706) 사이에 끼워진 좁은 위치에 배치되는 자기 저항 소자(702)의 위치가 감자부, 즉 공간 샘플링점이 되기 때문에, 감자부가 명확해지고, 후술하는 신호 공간 분리 기술과의 친화성을 보다 높일 수 있다. 이와 같이, 자기 저항 소자(702)의 양 끝에 자기 수렴판(704 및 706)이 배치된 자기 센서(520)를 각 센서부(300)에 사용함으로써, 본 실시 형태에 따른 계측 장치(10)는 도 3에 도시된 바와 같이, 각 축 방향에 있어서, 양 끝을 자기 수렴판에 끼워진 매우 좁은(예를 들어 100㎛ 이하) 위치에 있어서 자장의 공간 분포를 샘플할 수 있으므로, 생체 자장을 계측하는 SQUID 코일(2㎝ 까지)을 사용해서 자장의 공간 분포를 샘플링하는 경우에 비하여 샘플링의 정밀도(위치 정밀도)가 높아진다.

도 8은 본 실시 형태에 따른 계측 장치(10)의 구성을 나타낸다. 일례로서, 도 1에 도시한 본체부(20)의 전류 인가 유닛(100)은 복수의 전극(800)과, 전류 인가부(810)를 갖고, 자기 센서 유닛(110)은 자기 센서 어레이(210)와, 센서 데이터 수집부(230)를 갖고, 정보 처리부(30)는 추정부(870)를 갖는다. 또한, 본원의 전극 유닛은 적어도 복수의 전극(800)을 포함하는 것이면 되고, 예를 들어 전류 인가 유닛(100)이어도 된다.

복수의 전극(800(1) 내지 (5))은 전류 인가부(810)에 전기적으로 접속되고, 생체(50)의 측정 대상에 대응하는 위치에 접촉해서 배치된다. 복수의 전극(800)은 생체(50)의 표면에 일렬로 나란히 배치되어도 되고, 또는 이차원으로 나란히 배치되어도 된다. 예를 들어, 복수의 전극(800)은 도 1의 X축 또는 Y축 방향으로 일렬로 나란히 배치되어도 되고, 또는 도 1의 X축 방향 및 Y축 방향으로 각각 복수 나란히 배치되어도 된다. 또한, 전극(800)은 2개 이상이면 되고, 특별히 한정되지 않는다.

전류 인가부(810)는 자기 센서 유닛(110)에 접속되고, 복수의 전극(800) 중 적어도 1개의 전극쌍에 의해 생체(50)에 전류를 흘린다. 전류 인가부(810)는 적어도 1개의 전극쌍에 의해 생체(50)에 교류 전류를 흘려도 된다. 전류 인가부(810)는 전극쌍에 교류 전류를 공급하기 위한 교류 전원을 가져도 되거나, 또는 외부의 교류 전원에 접속되어도 된다. 전류 인가부(810)는 자기 센서 유닛(110)의 제어부(820)로부터의 동기 신호에 따라, 복수의 전극(800)의 전극쌍에 전류를 흘려도 된다. 전류 인가부(810)는 일례로서 동기 신호에 동기해서 1mA 이하의 교류 전류를 생체(50)에 흘려도 된다.

자기 센서 어레이(210)는 복수의 자기 센서 셀(220)을 갖고, 3차원 공간 내의 복수의 개소에 있어서 3축 방향의 입력 자장을 검출 가능하다. 복수의 자기 센서 셀(220) 각각은, 상술한 바와 같이 복수의 센서부(300x 내지 z)를 갖는다. 본 도면에 있어서는, 자기 센서 어레이(210)가 각 차원 방향으로 갖는 복수의 자기 센서 셀(220) 중, 위치 [i, j, k], [i+1, j, k], [i, j+1, k] 및 [i, j, k+1]에 관한 부분을 나타낸다.

센서 데이터 수집부(230)는 제어부(820)와, 복수의 계측 데이터 취득부(830)와, 복수의 AD 변환기(840)와, 클럭 발생기(842)와, 교정 연산부(850)와, 기억부(860)를 갖는다.

제어부(820)는 전류 인가부(810)와, 복수의 계측 데이터 취득부(830)에 각각 접속되고, 전류 인가부(810)와 계측 데이터 취득부(830)의 동기 검파를 제어한다. 제어부(820)는 적어도 1개의 전극쌍에 의해 생체(50)에 흐르는 전류와, 계측 데이터 취득부(830)에 의한 계측 데이터의 취득을 동기한다. 제어부(820)는 공통의 동기 신호를 전류 인가부(810)와 각 계측 데이터 취득부(830)에 출력하고, 전류 인가부(810)에 의해 전류를 흘리는 타이밍을, 복수의 계측 데이터 취득부(830)에 의해 각 센서 셀로부터의 계측 데이터를 취득하는 타이밍과 일치시켜도 된다. 제어부(820)는 일례로서 10 내지 100㎑의 주파수의 동기 신호를 출력한다.

복수의 계측 데이터 취득부(830)는, 각각 대응하는 자기 센서 셀(220)의 복수의 센서부(300x 내지 z)와, 대응하는 AD 변환기(840)에 접속된다. 계측 데이터 취득부(830)는, 생체(50)에 전류를 흘리고 있는 동안에 자기 센서 어레이(210)의 자기 센서 셀(220)이 생체(50)로부터 검출한 입력 자장에 기초한 계측 데이터를 취득한다. 계측 데이터 취득부(830)는, 각각 대응하는 자기 센서 셀(220)의 복수의 센서부(300x 내지 z)가 출력한 계측 데이터를, 제어부(820)로부터의 동기 신호에 따라서 취득해도 된다. 계측 데이터 취득부(830)는 계측 데이터에 동기 신호를 곱셈해서 출력해도 된다. 계측 데이터 취득부(830)는 또한 곱셈한 계측 데이터에 대하여, 저역 통과 필터링 등의 처리를 행해도 된다.

복수의 AD 변환기(840)는 각각 클럭 발생기(842)와, 대응하는 교정 연산부(850)에 접속되고, 대응하는 계측 데이터 취득부(830)가 취득한 아날로그의 신호(도 6의 계측 데이터 V_xMR)를 디지털의 계측 데이터(Vx, Vy, Vz)로 변환한다. 여기서, Vx, Vy 및 Vz는 센서부(300x, 300y 및 300z)로부터의 계측 데이터를 디지털로 변환한 계측값(예를 들어 디지털의 전압값)이다.

클럭 발생기(842)는 샘플링 클럭을 발생시키고, 공통의 샘플링 클럭을 복수의 AD 변환기(840) 각각에 공급한다. 그리고 복수의 AD 변환기(840) 각각은, 클럭 발생기(842)로부터 공급된 공통의 샘플링 클럭에 따라서 아날로그/디지털 변환을 행한다. 따라서, 다른 위치에 마련된 3축의 센서부(300x 내지 z)의 출력을 각각 아날로그/디지털 변환하는 복수의 AD 변환기(840)의 전부가 동기 동작을 한다. 이에 의해, 복수의 AD 변환기(840)는 다른 공간에 마련된 3축의 센서부(300x 내지 z)의 검출 결과를 동시에 샘플링할 수 있다.

복수의 교정 연산부(850)는 각각 대응하는 기억부(860)에 접속되고, AD 변환기(840)로부터의 계측 데이터를 교정 파라미터를 사용해서 교정하고, 교정한 데이터를 기억부(860)에 출력한다. 교정 연산부(850)에 의한 계측 데이터의 교정 개요는 이하와 같다. 위치 [i, j, k]에 있는 자기 센서 셀(220)에 입력되는 자장을 B(Bx, By, Bz)라 하고, 센서부(300x, 300y, 300z)에 의한 3축 자기 센서의 검출 결과를 V(Vx, Vy, Vz)라 한다. 이 경우, 3축 자기 센서의 자기 센서 특성을 행렬 S라 하면, 3축 자기 센서의 검출 결과 V는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.

(수 4)

여기서, Sxx, Syy, Szz는 각각 센서부(300x, 300y, 300z)의 주축 방향의 감도를 나타내고, Sxy, Sxz, Syx, Syz, Szx, Szy는 타축 방향의 감도를 나타내고 있다. 또한, Vos,x, Vos,y, Vos,z는 각각 센서부(300x, 300y, 300z)의 주축 방향의 오프셋을 나타내고 있다. 또한, 3축 자기 센서의 검출 결과인 V(Vx, Vy, Vz)는 생체(50)에 인가되는 교류 전류와 동기해서 검출되기 때문에, 이들의 오프셋에 대해서는 무시하는 것도 가능하다.

센서부(300)의 각각이, 검출해야 할 입력 자장의 범위에 있어서 당해 입력 자장에 대한 검출 결과가 선형성을 가지므로, 행렬 S의 각 요소는 입력 자장 B의 크기와는 무관계한 대략 일정한 계수가 된다. 또한, 센서부(300)가 타축 감도를 갖고 있어도, 당해 센서부(300)의 검출 결과가 선형성을 갖고 있으면, 행렬 S의 각 요소는 입력 자장 B의 크기와는 무관계한 대략 일정한 계수가 된다.

따라서, 교정 연산부(850)는 행렬 S의 역행렬 S^-1과 오프셋(Vos,x, Vos,y, Vos,z)을 사용함으로써, 다음 식과 같이 계측 데이터 V(Vx, Vy, Vz)를 원래의 입력되는 자장을 나타내는 자장 계측 데이터 B(Bx, By, Bz)로 변환할 수 있다. 또한, 이 변환은 센서부(300x 내지 z)가 상술한 자기 수렴판을 구비하고 있는 경우도 성립된다. 이것은 자기 센서 셀(220)이 센서부(300x 내지 z)를 이용한 3축 자기 센서로서 구성되기 때문이고, 선형 대수를 이용한 변환이 가능해지기 때문이다.

(수 5)

교정 연산부(850)는 환경 자장 계측 데이터를 사용해서 행렬 S의 역행렬 S^-1 및 오프셋(Vos,x, Vos,y, Vos,z)을 산출하고, 계측 데이터 취득부(830)에서 취득한 계측 데이터를, 이들의 교정 파라미터를 사용해서 계측 데이터 B로 변환해서 기억부(860)에 공급한다.

이상과 같이 각 센서부(300)가 선형성을 가지므로, 교정 연산부(850)는 대략 일정한 계수를 사용해서 계측 데이터를 계측 데이터 B로 변환할 수 있다. 즉, 교정 연산부(850)가 사용하는 대략 일정한 계수는, 환경 자장 데이터를 사용해서 1조의 교정 파라미터로서 정할 수 있다.

기억부(860)는 추정부(870)에 접속되고, 교정 연산부(850)에 의해 교정된 계측 데이터 B를 기억하고, 추정부(870)에 공급한다.

추정부(870)는 기억부(860)로부터의 계측 데이터에 기초하여, 생체(50) 내에 흐르는 전류를 추정한다. 추정부(870)는 기저 벡터 기억부(880)와, 신호 공간 분리부(890)와, 계산부(895)를 갖는다.

기저 벡터 기억부(880)는 신호 공간 분리부(890)에 접속되고, 신호 공간 분리부(890)가 자장 계측 데이터 B를 신호 분리하기 위해서 필요한 기저 벡터를 미리 기억하고, 이것을 신호 공간 분리부(890)에 공급한다.

신호 공간 분리부(890)는 기억부(860)와 계산부(895)에 접속되고, 기억부(860)가 출력한 계측 데이터에 의해 나타나는 자장의 공간 분포를, 생체(50)로부터의 측정 대상 자장과 외란 자장으로 분리한다. 신호 공간 분리부(890)는, 예를 들어 계측 데이터 B에 의해 나타나는 자장의 공간 분포를, 정규 직교 함수의 공간 분포를 갖는 자장을 자기 센서 어레이(210)로 검출했을 때에 복수의 자기 센서(520) 각각이 출력하는 신호 벡터를 기저 벡터로서 신호 분리한다. 신호 공간 분리부(890)는, 신호 분리에 필요한 기저 벡터를 기저 벡터 기억부(880)로부터 취득한다. 그리고, 신호 공간 분리부(890)는 기저 벡터 기억부(880)로부터 취득한 기저 벡터를 사용하여, 계측 데이터 B에 의해 나타나는 자장의 공간 분포를 측정 대상 자장과 외란 자장으로 신호 분리하고, 외란 자장을 억제해서 측정 대상 자장을 산출한다. 신호 공간 분리부(890)는, 자기 센서 어레이(210)가 배치되어 있지 않은 생체(50)의 표면 상의 복수의 자장 위치에 있어서의 측정 대상 자장을 산출하고, 이것을 출력해도 된다.

계산부(895)는 신호 공간 분리부(890)로부터의 측정 대상 자장을 나타내는 데이터를 수취하고, 측정 대상 자장에 기초하여 생체(50) 내에 흐르는 전류를 산출한다. 계산부(895)는 생체(50)의 표면 상의 복수의 위치에 있어서의 측정 대상 자장으로부터, 전극쌍에 의해 전류가 흘려진 생체(50)에 있어서의 전류값의 분포를 산출해도 된다.

도 9는 본 실시 형태의 계측 장치(10)가 곡면상으로 배치된 자기 센서 어레이(210)를 사용해서 자장을 계측하는 예를 나타낸다. 자기 센서 어레이(210)는 X 방향, Y 방향 및 Z 방향의 각각에 복수의 자기 센서 셀(220)(예를 들어, X 방향으로 12개, Y 방향으로 8개 및 Z 방향으로 2개의 계 192개의 자기 센서 셀(220))이 곡면상으로 배치되어 있다. 각 자기 센서 셀(220)은 3차원 격자 공간에 있어서의 곡면 형상에 포함되는 격자점에 각각 배치되어 있다. 또한, 여기서 격자점이란, X 방향, Y 방향 및 Z 방향으로 각각 미리 정해진 간격으로 등간격으로 마련된 격자 상의 점이다. 일례로서, 각 자기 센서 셀(220)은 X 방향, Y 방향 및 Z 방향 중 어느 하나의 방향으로부터 보았을 때, 하나의 방향에 직교하는 방향으로 볼록을 갖는 곡면을 따르도록 배치되어 있다. 본 도면에 있어서는 각 자기 센서 셀(220)이, Y 방향으로부터 보았을 때, Z축의 플러스 방향으로 볼록을 갖는 곡면을 따르도록 배치되어 있는 예를 나타낸다. 이때, 자기 센서 어레이(210)는 예를 들어 각 자기 센서 셀(220)의 각 정점이, Z축의 플러스 방향으로 볼록을 갖는 미리 정해진 곡면을 초과하지 않는 범위에서, 가능한 한 Z축의 마이너스 방향으로 배치되도록 각 자기 센서 셀(220)을 3차원 격자 공간에 있어서의 격자점에 각각 배치함으로써, Z축의 플러스 방향으로 볼록을 갖는 곡면 형상을 형성해도 된다.

계측 장치(10)는 Y축 방향의 중심 위치가 복수의 전극(800)이 배치된 위치와 일치하고, 생체(50)(피험자의 흉부 등)의 X축 방향의 중심 위치가 곡면의 중심에 위치하도록 자기 센서 어레이(210)를 배치해서 자장을 계측한다. 이에 의해, 계측 장치(10)는 측정 대상 자장원인 생체(50)에 가까운 위치에서 계측한 계측 데이터 B를 사용해서 신호 공간 분리함으로써, 고정밀도로 측정 대상 자장과 외란 자장을 분리할 수 있다. 또한, 이때, 자기 센서 어레이(210)는 곡면의 곡률이 피험자의 흉부 둘레의 곡률과 대략 동등하면, 측정 대상 자장원인 생체(50)에 보다 가까운 위치에서 자장을 계측할 수 있기 때문에 바람직하다.

도 10은 본 실시 형태의 계측 장치(10)의 복수의 전극(800)의 배치예를 나타낸다. 복수의 전극(800(1) 내지 (5))은, 생체(50)의 자기 센서 어레이(210)가 배치된 측과는 반대측(예를 들어, 피험자의 등측)에 접촉해서 X축 방향으로 일렬로 배치된다. 복수의 전극(800)은, 예를 들어 벨트에 일렬로 노출해서 고정되어도 되고, 당해 벨트를 생체(50)에 감아서 고정함으로써 생체(50)에 접촉한 상태로 배치되어도 된다.

도 11은 본 실시 형태의 계측 장치(10)의 일부의 XZ 평면에 평행한 단면을 나타낸다. 도 11에 있어서 생체(50) 내의 점선 화살표는 생체(50) 내의 2차 전류의 흐름을 개략적으로 나타낸다. 계측 장치(10)는 복수의 전극(800)이 생체(50)의 일방측에 접촉하고, 자기 센서 어레이(210)가 생체(50)의 타방측에 있어서의 입력 자장을 검출한다. 계측 장치(10)는 예를 들어 2개의 전극(800(2) 및 (3))으로 이루어지는 전극쌍에 교류 전류를 흘리고, 이에 의해 생체(50) 내에 2차 전류가 흐른다. 계측 장치(10)는 전극쌍에 의해 교류 전류를 흘리고 있는 동안에 발생하는 자장을 자기 센서 어레이(210)로 검출하고, 검출한 자장으로부터 생체(50) 내의 전류 분포를 산출할 수 있다. 또한, 자기 센서 어레이(210)는 복수의 전극(800)을 포함하는 전극 유닛과 비접촉으로 배치되고, 전극 유닛에 대하여 대향해서 배치된다. 이에 의해, 자기 센서 어레이(210)는 검출하는 생체(50)로부터의 자장에 대한, 전극 유닛 자체에 흐르는 전류로부터의 영향을 효율적으로 저감시킬 수 있다.

도 12는 XZ 평면에 평행한 단면에 있어서의, 본 실시 형태의 계측 장치(10)로 검출한 자장과 전류의 분포를 나타낸다. 본 실시 형태의 계측 장치(10)의 신호 공간 분리부(890)는, 자기 센서 어레이(210)로 검출한 자장에 기초하여, 생체(50)의 표면에 있어서의 M개(M≥1)의 자장 위치(1200)의 측정 대상 자장을 산출할 수 있다. 이에 의해 계산부(895)는 당해 M개의 자장 위치(1200)의 자장을 사용하여, 생체(50) 내의 N개(N≥1)의 위치(복셀)의 전류 J1 내지 JN을 산출할 수 있다. 또한, 당해 자장 위치(1200)는 Y축 방향에서 있어서, 복수의 전극(800)이 배치된 위치와 대략 동일해도 된다.

도 13은 본 실시 형태에 따른 계측 장치(10)의 계측 플로를 나타낸다.

스텝 1300에 있어서, 기저 벡터 기억부(880)는 기저 벡터를 기억한다. 일례로서, 기저 벡터 기억부(880)는 측정 대상 자장의 측정 전에, 구면 조화 함수의 공간 분포를 갖는 자장을 자기 센서 어레이(210)로 검출했을 때에 복수의 자기 센서(520) 각각이 출력하는 신호 벡터를 기저 벡터로서 기억한다. 즉, 기저 벡터 기억부(880)는, 공간 내의 미리 정해진 점을 좌표 원점으로 지정했을 때에 구면 조화 함수를 공간 샘플링해서 얻어지는 자장 신호 벡터를 기저 벡터로서 기억한다. 여기서 구면 조화 함수란, n차원 라플라스 방정식의 해가 되는 동차 다항식을 단위 구면으로 제한함으로써 얻어지는 함수이고, 구면 상에서의 정규 직교성을 갖는다. 또한, 기저 벡터 기억부(880)는 계측 장치(10)에 의한 신호 공간 분리(스텝 1330) 전에 기저 벡터를 기억해 두면 된다. 또한, 기저 벡터 기억부(880)는 시뮬레이션 결과 등에 의해 미리 정해져 있는 신호 벡터를 기저 벡터로서 기억해도 된다.

이어서 스텝 1310에 있어서, 계측 장치(10)는 생체(50)에 전류를 흘리고 있는 동안에 검출한 입력 자장에 기초한 계측 데이터를 취득한다. 제어부(820)는, 동기 검파를 위해서 동기 신호를 전류 인가부(810) 및 계측 데이터 취득부(830)에 출력해도 된다. 제어부(820)는 유저에 의해 설정된 주파수 또는 미리 정해진 주파수의 동기 신호를 출력해도 된다.

전류 인가부(810)는 동기 신호를 수신하고 있는 기간에 동기 신호와 동일한 주파수의 교류 전류를 전극쌍에 의해 생체(50)에 흘리고, 한편 계측 데이터 취득부(830)는 동기 신호를 수신하고 있는 기간에 계측 데이터를 취득해도 된다. 전류 인가부(810)는 복수의 전극(800) 중 인접하는 2개의 전극으로 이루어지는 전극쌍에 전류를 인가해서 생체에 전류를 흘려도 된다. 예를 들어, 전류 인가부(810)는 인접하는 2개의 전극(800)으로 이루어지는 전극쌍에, 전극(800)을 1개마다 비켜가게 하면서 순서대로 전류를 인가해서 생체(50)에 전류를 흘려도 된다. 구체적으로는, 전류 인가부(810)는 도 11에 있어서의 전극(800(1) 및 (2)), 전극(800(2) 및 (3)), 전극(800(3) 및 (4)), 전극(800(4) 및 (5))의 전극쌍의 순으로, 동기 신호의 하나 또는 복수 주기마다 전극쌍을 전환해서 전류를 흘림으로써, 모든 조합의 전극쌍으로부터 전류를 생체(50)에 흘려도 된다.

계측 데이터 취득부(830)는 전극쌍마다 계측한 계측 데이터에 대해서, 동기 신호를 곱셈해서 취득해도 된다. 계측 데이터 취득부(830)는 동기 신호를 곱셈한 계측 데이터를, 아날로그 저역 통과 필터에 의해 필터링해서 출력해도 된다.

복수의 AD 변환기(840)는, 각각 취득한 계측 데이터를 아날로그/디지털 변환해서 출력한다. 교정 연산부(850)는 취득한 계측 데이터를 교정해서 기억부(860)에 출력해도 된다. 교정 연산부(850)는 교정 전에, 계측 데이터를 디지털 저역 통과 필터에 의해 필터링해도 된다. 신호 공간 분리부(890)는 교정된 계측 데이터 B를 기억부(860)로부터 취득한다.

스텝 1320에 있어서, 신호 공간 분리부(890)는 스텝 1300에 있어서 기저 벡터 기억부(880)가 기저 벡터로서 기억한 신호 벡터를 기저 벡터 기억부(880)로부터 취득한다. 또한, 본 플로에 있어서, 스텝 1310과 스텝 1320은 어느 쪽이 먼저 행해져도 된다.

스텝 1330에 있어서, 신호 공간 분리부(890)는 스텝 1310에 있어서 취득한 자장 계측 데이터 B에 의해 나타나는 자장의 공간 분포를, 스텝 1320에 있어서 취득한 신호 벡터를 기저 벡터로서 이용해서 급수 전개한다. 그리고, 신호 공간 분리부(890)는 급수 전개에 의해 얻어진 벡터로부터, 자장의 공간 분포를 측정 대상 자장과 외란 자장으로 신호 분리한다. 또한, 정규 직교 함수는 구면 조화 함수여도 된다. 또한, 신호 공간 분리부(890)는 신호 분리함에 있어서, 기저 벡터의 계수를 최소 제곱법에 의해 계산한다.

그리고 스텝 1340에 있어서, 신호 공간 분리부(890)는 스텝 1330에 있어서 신호 분리한 결과에 기초하여, 외란 자장을 억제해서 측정 대상 자장만을 산출해서 계산부(895)에 출력한다. 이하, 이에 대해서 상세히 설명한다.

정자장 B(r)은 라플라스 방정식 Δ·V(r)=0을 충족하는 포텐셜 V(r)을 사용하여, 다음 식과 같이 포텐셜 V(r)의 공간 구배(gradient)로서 구해진다. 여기서, r은 좌표 원점으로부터의 위치를 나타내는 위치 벡터이고, Δ은 라플라시안이고, μ은 투자율이고, ∇은 벡터 미분 연산을 나타내는 연산자이다.

(수 6)

그리고, 라플라스 방정식의 해는 일반적으로 정규 직교 함수계인 구면 조화 함수 Yl, m(θ, φ)을 사용한 급수 전개의 형태로 해를 갖기 때문에, 포텐셜 V(r)은 다음 식으로 나타낼 수 있다. 여기서, |r|은 위치 벡터 r의 절댓값(좌표 원점으로부터의 거리)이고, θ 및 φ은 구 좌표에 있어서의 2개의 편각이고, l은 방위 양자수이고, m은 자기 양자수이고, α 및 β는 다극 모멘트이고, Lin 및 Lout은 각각 생체(50)로부터 볼 때 자기 센서 어레이(210)의 앞의 공간과 안쪽의 공간의 각각에 관한 급수의 수이다. 방위 양자수 l은 양의 정수를 취하고, 자기 양자수 m은 -l 내지 +l까지의 정수를 취한다. 즉, 예를 들어 l이 1일 때, m은 -1, 0 및 1이고, 예를 들어 l이 2일 때, m은 -2, -1, 0, 1 및 2이다. 또한, 자장에 있어서는 단자극이 존재하지 않는 점에서, (수 7)에 있어서 방위 양자수 l은 0부터가 아니고 1부터 시작되고 있다. (수 7)에 있어서의 제1항은 좌표 원점으로부터의 거리에 반비례하는 항이고, 생체(50)로부터 볼 때 자기 센서 어레이(210)의 앞의 공간에 존재하는 포텐셜을 나타내고 있다. 또한, (수 7)에 있어서의 제2항은 좌표 원점으로부터의 거리에 비례하는 항이고, 생체(50)로부터 볼 때 자기 센서 어레이(210)의 안쪽의 공간에 존재하는 포텐셜을 나타내고 있다.

(수 7)

따라서 (수 6) 및(수 7)에 의하면, 정자장 B(r)은 다음 식으로 나타낼 수 있다. 여기서, (수 8)에 있어서의 제1항은, 피험자로부터 볼 때 자기 센서 어레이(210)의 앞의 공간에 존재하는 자장원(측정 대상 자장)을 나타내고 있다. 또한, (수 8)에 있어서의 제2항은, 생체(50)로부터 볼 때 자기 센서 어레이(210)의 안쪽 공간에 존재하는 자장원이 만드는 외란 자장을 나타내고 있다.

(수 8)

구면 조화 함수를 사용한 급수 전개의 형태로 라플라스 방정식의 해를 나타낸 경우, 그 일반해는 무한 급수가 되는데, 생체(50)로부터의 자장을 계측하기에 충분한 SNR(신호 노이즈비, 즉 외란 자장 및 센서 노이즈에 대한 측정 대상 자장 신호의 비)이 얻어지면 되고, 실제로는 10항 정도의 급수로 나타내면 충분하다고 알려져 있다. 또한, 예를 들어 뇌자계에 있어서의 신호 공간 분리의 급수에 대해서는, Lin=8, Lout=3 정도여도 된다고 알려져 있다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서도 Lin=8, Lout=3의 경우를 일례로서 설명한다. 그러나, Lin 및 Lout의 값은 이것에 한정되는 것이 아니라, 외란 자장을 충분히 억제하고 측정 대상 자장만을 산출하기에 충분한 어떠한 수치여도 된다.

여기서, 각 자기 센서 셀(220)에 있어서의 센서부(300x, y 및 z)의 감자축 방향과 자기 감도를 나타내는 벡터를 각각 nx, ny 및 nz라 하고, 첨자 t를 전치 행렬로 하여, al,m 및 bl,m을 다음 식과 같이 정의한다. 즉, al,m 및 bl,m을, 센서부(300x, y 및 z)의 감자축 방향과 자기 감도를 나타내는 각 벡터 nx, ny, nz와, 3차원의 벡터 신호인 구면 조화 함수의 내적을 성분으로 하여 갖는 벡터로서 정의한다. 이것은, 각 자기 센서 셀(220)에 있어서 구면 조화 함수를 직교 좌표계로 샘플링하는 것을 의미하고 있다. 또한, 이 al,m 및 bl,m은 자기 센서 셀(220)의 개수를 3배한 수의 차원을 갖는 벡터가 된다. 또한, 각 센서부(300)의 감자축 방향과 자기 감도를 나타내는 각 벡터 nx, ny, nz는 상술한 주축 방향의 감도, 및 타축 방향의 감도와 대응한 벡터여도 된다. nx는 Sxx, Sxy, Sxz에 대응해도 된다. ny는 Syx, Syy, Syz에 대응해도 된다. nz는 Szx, Szy, Szz에 대응해도 된다. 이와 같이, 센서부(300x, y 및 z)의 주축 방향의 감도와 타축 방향의 감도 보정을 포함해서 계산된 al,m 및 bl,m의 값은 기저 벡터 기억부(880)에 기억된다. 기저 벡터 기억부(880)가 자기 감도(주축 감도, 타축 감도)의 보정을 포함해서 계산된 al,m 및 bl,m의 값을 기억하는 본 실시 형태에 따른 자기 계측 장치(10)는, 동작 시에 취득된 계측 데이터에 대하여 교정 연산부(850)에 있어서의 보정을 행함으로써, 각 자기 센서 셀(220)의 자기 감도(주축 감도, 타축 감도)의 보정을 행하는 것이 가능해진다.

(수 9)

그렇게 하면, 어떤 시각에 자기 센서 셀 어레이(210)에 있어서 출력되는 센서 출력 벡터 Φ는 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

(수 10)

또한, Sin, Sout, Xin 및 Xout을 각각 다음과 같이 정의한다. 즉, Sin을 l=1 내지 l=Lin까지, 각 l에 있어서 m=-l 내지 l까지의 정수를 취했을 때의 각 벡터 a를 순서대로 열로 나열한, 계 Lin·(Lin+2)열의 벡터라 정의한다. 또한, Sout을 l=1 내지 L=Lout까지, 각 l에 있어서 m=-l 내지 l까지의 정수를 취했을 때의 각 벡터 b를 순서대로 열로 나열한, 계 Lout·(Lout+2)열의 벡터라 정의한다. 또한, Xin을 l=1 내지 l=Lin까지, 각 l에 있어서 m=-l 내지 l까지의 정수를 취했을 때의 각 다극 모멘트 α를 순서대로 열로 나열한 벡터를 전치한, 계 Lin·(Lin+2)행의 벡터라 정의한다. 또한, Xout을 l=1 내지 l=Lin까지, 각 l에 있어서 m=-1 내지 l까지의 정수를 취했을 때의 각 다극 모멘트 β를 순서대로 열로 나열한 벡터를 전치한, 계 Lout·(Lout+2)행의 벡터라 정의한다.

(수 11)

그렇게 하면, 센서 출력 벡터 Φ는 다음 식에 나타내는 바와 같이, 행렬 S와 세로 벡터 X의 내적의 형태로 나타낼 수 있다. 여기서, 행렬 S는 기저 벡터를 나타내고, 예를 들어 스텝 1320에 있어서, 신호 공간 분리부(890)가 기저 벡터 기억부(880)로부터 취득한 것이다. 또한, 세로 벡터 X는 기저 벡터에 관한 계수를 나타낸다.

(수 12)

이 (수 12)에서 얻어진 센서 출력 벡터 Φ의 모델 식에 기초하여, 다음 식을 사용해서 Φ=S·X를 최소 제곱 근사로 만족하는 세로 벡터 X를 결정한다. 이에 의해, 신호 공간 분리부(890)는 자장의 공간 분포를 풀 수 있다.

(수 13)

본 실시 형태에 있어서, 도 12에 도시한 바와 같이 생체(50)의 표면 상의 복수의 자장 위치(1200)의 자장을 산출하는 경우에는, (수 13)에서 구한 X를 사용한 (수 14)에 의해, 센서 출력 벡터 Φ에 기초하여 당해 복수의 자장 위치(1200)의 벡터 r에 있어서의 자장을 산출할 수 있다. (수 14)에 있어서, 제1항은 생체(50)의 표면 상의 자장 위치(1200)의 측정 대상 자장을 나타내고, 제2항은 외란 자장을 나타낸다.

(수 14)

본 실시 형태에 따른 신호 공간 분리부(890)는 복수의 자장 위치(1200(1) 내지 (M)) 각각에 대해서 (수 14)를 사용해서 자장을 산출할 수 있다. 신호 공간 분리부(890)는 외란 자장 성분(즉, (수 14)에 있어서의 제2항의 성분)을 억제한 결과를 출력한다. 신호 공간 분리부(890)는 자장 위치(1200)의 벡터 r에 있어서의 측정 대상 자장, 즉 (수 14)에 있어서의 제1항의 성분만을 출력해도 된다.

이어서 스텝 1350에 있어서, 계산부(895)는 신호 공간 분리부(890)로부터의 측정 대상 자장 성분의 자장 데이터 B에 기초하여 생체(50) 내에 흐르는 전류를 산출한다. 계산부(895)는 신호 공간 분리부(890)로부터의 M개의 자장 데이터 B1 내지 BM으로부터, 도 12에 도시한 바와 같은 N개의 전류 J1 내지 JN을 구해도 된다. 먼저, 전류로부터 자장으로 변환하는 정문제는 리드 프레임 행렬 L을 사용해서 (수 15)와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 자장 B1 내지 BM 및 전류 J1 내지 JN은 각각 3차원 벡터이다. 리드 프레임 행렬 L의 행렬 요소의 값은, 생체(50)를 모델화하는 유한 요소법(FEM)에 의해 산출되어도 된다.

(수 15)

계산부(895)는 정문제로 리드 프레임 행렬을 산출한 후에, 그의 역문제로서 N개의 전류 J1 내지 JN을 산출해도 된다. 계산부(895)는 역문제에 있어서 (수 16)에 나타내는 바와 같은 제곱 오차를 최소로 하도록, (수 17)에 나타내는 식으로 전류 J1 내지 JN을 각각 산출할 수 있다.

(수 16)

(수 17)

이상과 같이, 계산부(895)는 생체(50) 내의 복수 위치에 있어서의 전류를 산출해서 생체(50) 내의 전류 분포를 출력할 수 있다. 스텝 1310은 반복 실행되어도 되고, 모든 전극쌍에 대응하는 계측 데이터를 취득한 후에도, 마찬가지로 전류쌍마다의 계측 데이터의 취득을 반복해도 된다. 스텝 1330 내지 1350은 스텝 1310과 병행하여 행해져도 되고, 전류 인가 및 자장 측정하면서 실시간으로 산출 결과를 출력할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 계측 장치(10)는 예를 들어 정보 처리부(30)의 디스플레이 등에 의해, EIT의 기술의 일부를 사용하여, 산출 결과의 전류 분포에 따른 생체(50) 내의 임피던스 분포를 나타내는 화상을 생성해서 표시할 수 있다.

본 실시 형태의 계측 장치(10)는 신호 공간 분리부(890)에 의해 외란 자장을 억제하여, 생체(50)의 외표면 상의 자장을 고정밀도로 검출할 수 있다. 본 실시 형태의 계측 장치(10)는 자기 센서 어레이(210)의 자장 검출 결과에 기초하여 생체(50)의 외표면 상의 다수의 위치의 자장을 산출할 수 있기 때문에, 분해능을 높일 수 있다.

도 14는 본 실시 형태에 따른 계측 장치(10)의 변형예의 일부를 나타낸다. 도 14의 계측 장치(10)는 도 1의 계측 장치(10)와 마찬가지의 구성을 갖고, 단 전류 인가 유닛(100)과 자기 센서 유닛(110)이 복대상으로 고정된다.

도 14의 계측 장치(10)는 전류 인가 유닛(100)의 적어도 1부와 자기 센서 유닛(110)의 적어도 1부를 생체(50)에 고정하기 위한 고정부(1300)를 갖는다. 고정부(1300)는 중공 부분의 직경이 변경 가능한 원통상이어도 되고, 생체(50)가 중공 부분에 들어가서 고정됨으로써, 생체(50)와 전류 인가 유닛(100)의 적어도 1부 및 자기 센서 유닛(110)의 적어도 1부의 위치 관계를 고정해도 된다. 일례로서, 전류 인가 유닛(100)의 복수의 전극(800)은 고정부(1300)의 한쪽 측에 생체(50)에 접촉하도록 고정되고, 자기 센서 유닛(110)의 자기 센서 어레이(210)는 고정부(1300)의 다른 쪽 측에 고정되어도 된다. 도 14의 계측 장치(10)는 도 1에 도시한 헤드(120)와, 구동부(125)와, 베이스부(130)와, 폴부(140)를 갖지 않아도 된다.

또한, 어느 실시 형태에 있어서도, 자기 센서 어레이(210)는 생체(50)에 접촉해도 되고 접촉하지 않고 있어도 된다. 또한, 계측 장치(10)는 본체부(20)에 있어서의, 전극(800) 및 자기 센서 어레이(210) 이외의 적어도 하나의 구성이 정보 처리부(30)에 포함되어도 된다.

도 15 및 도 16은 실시 형태의 계측 장치(10)에 의한 계측 방법의 변형예를 설명하기 위한 설명도를 나타낸다. 변형예의 계측 방법은 도 1 내지 도 14에 있어서 설명한 계측 방법과 마찬가지 공정을 가져도 되고, 계측 장치(10)에 의해 실행되어도 된다. 단, 도 1 내지 도 14에 있어서 설명한 계측 방법에서, 신호 공간 분리부(890)는 생체(50)의 무게 중심이 배치되어야 할 위치를 좌표 원점으로 설정했지만, 변형예의 계측 방법에 있어서 신호 공간 분리부(890)는, 생체(50)의 무게 중심이 배치되어야 할 위치보다 자기 센서 어레이(210)에 가까운 복수의 위치를 각각 좌표 원점으로 해서 설정한다. 이하, 도 1 내지 도 14에 있어서 설명한 계측 방법과 상이한 점에 대해서 주로 설명한다.

도 13의 스텝 1300에서, 기저 벡터 기억부(880)는 생체(50)의 무게 중심이 배치되어야 할 위치보다 자기 센서 어레이(210)에 가까운 위치를 좌표 원점으로 지정했을 때에 구면 조화 함수를 공간 샘플링해서 얻어지는 자장 신호 벡터를 기저 벡터로서 기억한다. 도 15에 있어서는, 생체(50)의 무게 중심이 배치되어야 할 위치보다 자기 센서 어레이(210)에 가깝고, 당해 위치보다 X 방향에서 플러스 방향(좌측)으로 벗어난 위치를 좌표 원점으로 해서 설정한다. 도 16에 있어서는, 생체(50)의 무게 중심이 배치되어야 할 위치보다 자기 센서 어레이(210)에 가깝고, 당해 위치보다 X 방향에서 마이너스 방향(우측)으로 벗어난 위치를 좌표 원점으로 해서 설정한다. 도 15 및 16의 좌표 원점은, 도 1 내지 도 14에 있어서 설명한 계측 방법의 좌표 원점과 동일하고, XZ 평면에 평행한 단면으로 설정되어도 된다. 기저 벡터 기억부(880)는, 도 15의 좌측의 신호 벡터와 도 16의 우측의 신호 벡터를 각각 기저 벡터로서 기억해도 된다.

여기서 생체(50)의 무게 중심은, 예를 들어 생체(50)에 있어서 전극이 접촉하고 있는 위치에 있어서의 XZ 평면에 평행한 단면의 무게 중심, 당해 단면에 있어서의 X 방향의 최대 폭의 중심 위치, 또는 당해 단면에 있어서의 Z 방향의 최대 폭의 중심 위치여도 된다.

스텝 1320에 있어서, 신호 공간 분리부(890)는 스텝 1300에 있어서 기저 벡터 기억부(880)가 기저 벡터로서 기억한 우측 및 좌측의 신호 벡터를, 각각 기저 벡터 기억부(880)로부터 취득한다.

스텝 1330에 있어서, 신호 공간 분리부(890)는 스텝 1310에 있어서 취득한 자장 계측 데이터 B에 의해 나타나는 자장의 공간 분포를, 스텝 1320에 있어서 취득한 우측 및 좌측의 신호 벡터를 기저 벡터로서 각각 이용해서 급수 전개한다. 그리고, 신호 공간 분리부(890)는, 급수 전개에 의해 얻어진 벡터로부터, 우측 및 좌측의 자장의 공간 분포를, 각각 측정 대상 자장과 외란 자장으로 신호 분리한다. 이에 의해, 신호 공간 분리부(890)는 생체(50)의 무게 중심이 배치되어야 할 위치보다 자기 센서 어레이(210)에 가까운 복수의 위치의 각각을 좌표 원점으로 설정한 경우에 대응하는 다른 복수의 자장의 공간 분포의 각각을, 생체(50)로부터의 측정 대상 자장과 외란 자장으로 분리해도 된다.

스텝 1340에 있어서, 신호 공간 분리부(890)는 스텝 1330에 있어서 신호 분리한 결과에 기초하여, 외란 자장을 억제하고, 우측 및 좌측의 측정 대상 자장만을 각각 산출해서 계산부(895)에 출력한다. 우측 및 좌측의 측정 대상 자장의 계산은, 각각 (수 6) 내지 (수 14)를 사용해서 마찬가지로 실시되어도 된다.

이어서 스텝 1350에 있어서, 계산부(895)는 신호 공간 분리부(890)로부터의 우측 및 좌측의 측정 대상 자장 성분의 자장 데이터 B에 기초하여, 각각 생체(50) 내에 흐르는 전류를 산출한다. 이에 의해, 추정부(870)의 계산부(895)는, 다른 복수의 자장의 공간 분포에 각각 대응하는 생체(50) 내의 다른 복수의 영역(생체(50) 내의 우측 및 좌측의 영역)을 흐르는 전류를 산출해도 된다.

본 실시 형태에 있어서 좌표 원점을 자기 센서 어레이(210)에 보다 가깝게 함으로써, (수 13)의 해 ^Xin에 대응한 신호원이 존재하는 신호원 공간이 좁아지기 때문에, 식(예를 들어 (수 15) 등)의 부적절 정도가 저감되어, 신호원 공간에 포함되는 전류 요소에 대해서 고정밀도의 검출이 가능해진다. 예를 들어, 생체(50)의 내부의 우측과 좌측의 영역에 흐르는 전류의 분포(또는 생체(50) 내의 임피던스 분포를 나타내는 2개의 화상)를 비교함으로써, 이들 영역의 이상(異常)을 추정할 수 있다. 따라서 변형예의 계측 방법은, 일례로서 폐수종 등의 폐의 진단에 적합하다. 도 15에 있어서는, 두개의 전극(800(2)와 800(3)) 사이에서 전류가 주입되기 때문에, 생체(50) 내에 있어서, 이들 전극(800(2)와 800(3)) 부근을 흐르는 전류나 전극(800(2)과 800(3))에 연결되는 전류 케이블에서 기인한 자장이 센서 벡터 신호 Φ에 있어서 지배적인 성분이 되어 버린다. 그러나, 본 실시 형태에 있어서 좌표 원점을 자기 센서 어레이(210)에 보다 가깝게 함으로써 신호원 공간을 좁힐 수 있기 때문에, 신호원 공간에 포함되고, 계측하고자 하는 대상이 되는 신호원(전류 요소)에 대한 계측의 정밀도를 높이는 것이 가능해진다.

또한, 도 1 내지 16에 관한 실시 형태에 있어서, 각 자기 센서 셀(220)은 자장을 3축 방향에서 검출 가능하지 않아도 되고, 자기 센서 어레이(210)는 자기 센서 어레이(210) 전체로서, 자장을 3축 방향에서 검출 가능하면 된다.

본 발명의 다양한 실시 형태는 흐름도 및 블록도를 참조하여 기재되어도 되고, 여기에 있어서 블록은, (1) 조작이 실행되는 프로세스의 단계 또는 (2) 조작을 실행하는 역할을 갖는 장치의 섹션을 나타내도 된다. 특정한 단계 및 섹션이, 전용 회로, 컴퓨터 가독 매체 상에 저장되는 컴퓨터 가독 명령과 함께 공급되는 프로그래머블 회로, 및/또는 컴퓨터 가독 매체 상에 저장되는 컴퓨터 가독 명령과 함께 공급되는 프로세서에 의해 실장되어도 된다. 전용 회로는 디지털 및/또는 아날로그 하드웨어 회로를 포함해도 되고, 집적 회로(IC) 및/또는 디스크리트 회로를 포함해도 된다. 프로그래머블 회로는 논리 AND, 논리 OR, 논리 XOR, 논리 NAND, 논리 NOR 및 기타 논리 조작, 플립플롭, 레지스터, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 프로그래머블 로직 어레이(PLA) 등과 같은 메모리 요소 등을 포함하는, 재구성 가능한 하드웨어 회로를 포함해도 된다.

컴퓨터 가독 매체는 적절한 디바이스에 의해 실행되는 명령을 저장 가능한 임의의 유형의 디바이스를 포함해도 되고, 그 결과, 거기에 저장되는 명령을 갖는 컴퓨터 가독 매체는, 흐름도 또는 블록도에서 지정된 조작을 실행하기 위한 수단을 제작하기 위해 실행될 수 있는 명령을 포함하는 제품을 구비하게 된다. 컴퓨터 가독 매체의 예로서는, 전자 기억 매체, 자기 기억 매체, 광 기억 매체, 전자 기억 매체, 반도체 기억 매체 등이 포함되어도 된다. 컴퓨터 가독 매체의 보다 구체적인 예로서는, 플로피(등록상표) 디스크, 디스켓, 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 소거 가능 프로그래머블 리드 온리 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), 전기적 소거 가능 프로그래머블 리드 온리 메모리(EEPROM), 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM), 콤팩트 디스크 리드 온리 메모리(CD-ROM), 디지털 다용도 디스크(DVD), 블루레이(RTM) 디스크, 메모리 스틱, 집적 회로 카드 등이 포함되어도 된다.

컴퓨터 가독 명령은 어셈블러 명령, 명령 세트 아키텍처(ISA) 명령, 머신 명령, 머신 의존 명령, 마이크로 코드, 펌웨어 명령, 상태 설정 데이터 또는Smalltalk, JAVA(등록상표), C++ 등과 같은 오브젝트 지향 프로그래밍 언어, 및 「C」 프로그래밍 언어 또는 마찬가지의 프로그래밍 언어와 같은 종래의 수속형 프로그래밍 언어를 포함하는, 하나 또는 복수의 프로그래밍 언어의 임의의 조합으로 기술된 소스 코드 또는 오브젝트 코드 중 어느 것을 포함해도 된다.

컴퓨터 가독 명령은 범용 컴퓨터, 특수 목적의 컴퓨터, 혹은 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치의 프로세서 또는 프로그래머블 회로에 대하여, 로컬적으로 또는 로컬 에어리어 네트워크(LAN), 인터넷 등과 같은 와이드 에어리어 네트워크(WAN)를 통해 제공되며, 흐름도 또는 블록도에서 지정된 조작을 실행하기 위한 수단을 제작하기 위해 컴퓨터 가독 명령을 실행해도 된다. 프로세서의 예로서는, 컴퓨터 프로세서, 처리 유닛, 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서, 컨트롤러, 마이크로컨트롤러 등을 포함한다.

도 17은 본 발명의 복수의 양태가 전체적 또는 부분적으로 구현화되어도 되는 컴퓨터(2200)의 예를 나타낸다. 컴퓨터(2200)에 인스톨된 프로그램은, 컴퓨터(2200)에, 본 발명의 실시 형태에 따른 장치와 관련지어진 조작 또는 당해 장치의 하나 또는 복수 섹션으로서 기능시킬 수 있거나, 또는 당해 조작 또는 당해 하나 또는 복수의 섹션을 실행시킬 수 있고, 및/또는 컴퓨터(2200)에, 본 발명의 실시 형태에 따른 프로세스 또는 당해 프로세스의 단계를 실행시킬 수 있다. 그러한 프로그램은 컴퓨터(2200)에, 본 명세서에 기재된 흐름도 및 블록도의 블록 중 몇 가지 또는 모두와 관련지어진 특정한 조작을 실행시키기 위해, CPU(2212)에 의해 실행되어도 된다.

본 실시 형태에 따른 컴퓨터(2200)는 CPU(2212), RAM(2214), 그래픽 컨트롤러(2216) 및 디스플레이 디바이스(2218)를 포함하고, 그들은 호스트 컨트롤러(2210)에 의해 서로 접속되어 있다. 컴퓨터(2200)는 또한, 통신 인터페이스(2222), 하드디스크 드라이브(2224), DVD-ROM 드라이브(2226) 및 IC 카드 드라이브와 같은 입/출력 유닛을 포함하고, 그들은 입/출력 컨트롤러(2220)를 통해 호스트 컨트롤러(2210)에 접속되어 있다. 컴퓨터는 또한, ROM(2230) 및 키보드(2242)와 같은 레거시의 입/출력 유닛을 포함하고, 그들은 입/출력 칩(2240)을 통해 입/출력 컨트롤러(2220)에 접속되어 있다.

CPU(2212)는 ROM(2230) 및 RAM(2214) 내에 저장된 프로그램에 따라 동작하고, 그에 의해 각 유닛을 제어한다. 그래픽 컨트롤러(2216)는 RAM(2214) 내에 제공되는 프레임 버퍼 등 또는 그 자체 내에 CPU(2212)에 의해 생성된 이미지 데이터를 취득하고, 이미지 데이터가 디스플레이 디바이스(2218) 상에 표시되도록 한다.

통신 인터페이스(2222)는 네트워크를 통해서 다른 전자 디바이스와 통신한다. 하드디스크 드라이브(2224)는 컴퓨터(2200) 내의 CPU(2212)에 의해 사용되는 프로그램 및 데이터를 저장한다. DVD-ROM 드라이브(2226)는 프로그램 또는 데이터를 DVD-ROM(2201)으로부터 판독하고, 하드디스크 드라이브(2224)에 RAM(2214)을 통해 프로그램 또는 데이터를 제공한다. IC 카드 드라이브는 프로그램 및 데이터를 IC 카드로부터 판독하고, 및/또는 프로그램 및 데이터를 IC 카드에 기입한다.

ROM(2230)은 그 안에, 액티브화 시에 컴퓨터(2200)에 의해 실행되는 부트 프로그램 등 및/또는 컴퓨터(2200)의 하드웨어에 의존하는 프로그램을 저장한다. 입/출력 칩(2240)은 또한, 다양한 입/출력 유닛을 패러럴 포트, 시리얼 포트, 키보드 포트, 마우스 포트 등을 통해 입/출력 컨트롤러(2220)에 접속해도 된다.

프로그램이 DVD-ROM(2201) 또는 IC 카드와 같은 컴퓨터 가독 매체에 의해 제공된다. 프로그램은 컴퓨터 가독 매체로부터 판독되고, 컴퓨터 가독 매체의 예이기도 한 하드디스크 드라이브(2224), RAM(2214) 또는 ROM(2230)에 인스톨되고, CPU(2212)에 의해 실행된다. 이들 프로그램 내에 기술되는 정보 처리는, 컴퓨터(2200)에 판독되고, 프로그램과, 상기 다양한 타입의 하드웨어 리소스 사이의 연계를 초래한다. 장치 또는 방법이 컴퓨터(2200)의 사용에 따라 정보의 조작 또는 처리를 실현함으로써 구성되어도 된다.

예를 들어 통신이 컴퓨터(2200) 및 외부 디바이스 사이에서 실행되는 경우, CPU(2212)는 RAM(2214)에 로드된 통신 프로그램을 실행하고, 통신 프로그램에 기술된 처리에 기초하여, 통신 인터페이스(2222)에 대하여 통신 처리를 명령해도 된다. 통신 인터페이스(2222)는 CPU(2212)의 제어 하, RAM(2214), 하드디스크 드라이브(2224), DVD-ROM(2201) 또는 IC 카드와 같은 기록 매체 내에 제공되는 송신 버퍼 처리 영역에 저장된 송신 데이터를 판독하고, 판독된 송신 데이터를 네트워크로 송신하거나, 또는 네트워크로부터 수신된 수신 데이터를 기록 매체 상에 제공되는 수신 버퍼 처리 영역 등에 기입한다.

또한, CPU(2212)는 하드디스크 드라이브(2224), DVD-ROM 드라이브(2226)(DVD-ROM(2201)), IC 카드 등과 같은 외부 기록 매체에 저장된 파일 또는 데이터베이스의 전부 또는 필요한 부분이 RAM(2214)에 판독되도록 하고, RAM(2214) 상의 데이터에 대하여 다양한 타입의 처리를 실행해도 된다. CPU(2212)는 이어서, 처리된 데이터를 외부 기록 매체에 라이트 백한다.

다양한 타입의 프로그램, 데이터, 테이블 및 데이터베이스와 같은 다양한 타입의 정보가 기록 매체에 저장되고, 정보 처리를 받아도 된다. CPU(2212)는 RAM(2214)으로부터 판독된 데이터에 대하여 본 개시의 도처에 기재되고, 프로그램의 명령 시퀀스에 의해 지정되는 다양한 타입의 조작, 정보 처리, 조건 판단, 조건 분기, 무조건 분기, 정보의 검색/치환 등을 포함하는 다양한 타입의 처리를 실행해도 되고, 결과를 RAM(2214)에 대하여 라이트 백한다. 또한, CPU(2212)는 기록 매체 내의 파일, 데이터베이스 등에 있어서의 정보를 검색해도 된다. 예를 들어, 각각이 제2 속성의 속성값과 관련지어진 제1 속성의 속성값을 갖는 복수의 엔트리가 기록 매체 내에 저장되는 경우, CPU(2212)는 제1 속성의 속성값이 지정되는, 조건에 일치하는 엔트리를 당해 복수의 엔트리 중에서 검색하고, 당해 엔트리 내에 저장된 제2 속성의 속성값을 판독하고, 그에 의해 미리 정해진 조건을 충족하는 제1 속성과 관련지어진 제2 속성의 속성값을 취득해도 된다.

위에서 설명한 프로그램 또는 소프트웨어 모듈은 컴퓨터(2200) 상 또는 컴퓨터(2200) 근방의 컴퓨터 가독 매체에 저장되어도 된다. 또한, 전용 통신 네트워크 또는 인터넷에 접속된 서버 시스템 내에 제공되는 하드 디스크 또는 RAM과 같은 기록 매체가 컴퓨터 가독 매체로서 사용 가능하고, 그에 의해 프로그램을, 네트워크를 통해서 컴퓨터(2200)에 제공한다.

이상, 본 발명을 실시 형태를 사용해서 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시 형태에 기재된 범위에 한정되지는 않는다. 상기 실시 형태에 다양한 변경 또는 개량을 가하는 것이 가능한 것이 당업자에게 자명하다. 그와 같은 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있는 것이 청구범위의 기재로부터 자명하다.

청구범위, 명세서 및 도면 중에 있어서 나타낸 장치, 시스템, 프로그램 및 방법에 있어서의 동작, 수순, 스텝 및 단계 등의 각 처리의 실행 순서는 특별히 「보다 전에」, 「앞서」 등으로 명시하고 있지 않고, 또한 앞의 처리의 출력을 나중의 처리에서 사용한 것이 아닌 한, 임의의 순서로 실현할 수 있는 것에 유의해야 한다. 청구범위, 명세서 및 도면 중의 동작 플로에 관해서, 편의상 「먼저」,「이어서」 등을 사용해서 설명했다 하더라도, 이 순서로 실시하는 것이 필수적인 것을 의미하는 것은 아니다.

10 : 계측 장치
20 : 본체부
30 : 정보 처리부
50 : 생체
100 : 전류 인가 유닛
110 : 자기 센서 유닛
120 : 헤드
125 : 구동부
130 : 베이스부
140 : 폴부
210 : 자기 센서 어레이
220 : 자기 센서 셀
230 : 센서 데이터 수집부
300 : 센서부
520 : 자기 센서
530 : 자장 생성부
532 : 증폭 회로
534 : 코일
540 : 출력부
702 : 자기 저항 소자
704 : 자기 수렴판
706 : 자기 수렴판
800 : 전극
810 : 전류 인가부
820 : 제어부
830 : 계측 데이터 취득부
840 : AD 변환기
842 : 클럭 발생기
850 : 교정 연산부
860 : 기억부
870 : 추정부
880 : 기저 벡터 기억부
890 : 신호 공간 분리부
895 : 계산부
1200 : 자장 위치
1300 : 고정부
2200 : 컴퓨터
2201 : DVD-ROM
2210 : 호스트 컨트롤러
2212 : CPU
2214 : RAM
2216 : 그래픽 컨트롤러
2218 : 디스플레이 디바이스
2220 : 입/출력 컨트롤러
2222 : 통신 인터페이스
2224 : 하드디스크 드라이브
2226 : DVD-ROM 드라이브
2230 : ROM
2240 : 입/출력 칩
2242 : 키보드

Claims

생체에 접촉하는 복수의 전극을 갖는 전극 유닛과,
복수의 자기 센서 셀을 갖고, 3차원 공간 내의 복수의 개소에 있어서 3축 방향의 입력 자장을 검출 가능한 자기 센서 어레이와,
상기 복수의 전극 중 적어도 1개의 전극쌍에 의해 상기 생체에 전류를 흘리는 전류 인가부와,
상기 생체에 전류를 흘리고 있는 동안에 상기 자기 센서 어레이가 상기 생체로부터 검출한 상기 입력 자장에 기초한 계측 데이터를 취득하는 계측 데이터 취득부와,
상기 계측 데이터에 기초하여, 상기 생체 내에 흐르는 전류를 추정하는 추정부를 구비하는,
계측 장치.
제1항에 있어서,
상기 전류 인가부는 상기 적어도 1개의 전극쌍에 의해 상기 생체에 교류 전류를 흘리는,
계측 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 1개의 전극쌍에 의해 상기 생체에 흐르는 전류와, 상기 계측 데이터 취득부에 의한 상기 계측 데이터의 취득을 동기하는 제어부를 구비하는,
계측 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자기 센서 어레이는 상기 전극 유닛과 비접촉으로 배치되는,
계측 장치.
제4항에 있어서,
상기 자기 센서 어레이는 상기 전극 유닛에 대하여 대향해서 배치되는,
계측 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 전극은, 상기 생체에 접촉해서 나란히 배치되고, 상기 전류 인가부는, 상기 복수의 전극 중 2개의 전극으로 이루어지는 전극쌍에 전류를 인가해서 상기 생체에 전류를 흘리는,
계측 장치.
제6항에 있어서,
상기 전류 인가부는 인접하는 2개의 전극으로 이루어지는 전극쌍에, 전극을 1개마다 비켜가게 하면서 순서대로 전류를 인가해서 상기 생체에 전류를 흘리는,
계측 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 추정부는,
상기 계측 데이터에 의해 나타나는 자장의 공간 분포를, 상기 생체로부터의 측정 대상 자장과 외란 자장으로 분리하는 신호 공간 분리부와,
분리한 상기 측정 대상 자장에 기초하여, 상기 생체 내에 흐르는 전류를 산출하는 계산부를 구비하는,
계측 장치.
제8항에 있어서,
상기 복수의 자기 센서 셀은 각각, 자기 저항 소자와 상기 자기 저항 소자의 양 끝에 배치된 자기 수렴판을 갖는 자기 센서를 복수 갖고,
상기 신호 공간 분리부는 상기 자장의 공간 분포를, 정규 직교 함수의 공간 분포를 갖는 자장을 상기 자기 센서 어레이로 검출했을 때에 상기 자기 센서의 각각이 출력하는 신호 벡터를 기저 벡터로서 분리하는,
계측 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 신호 공간 분리부는, 상기 생체의 무게 중심이 배치되어야 할 위치보다 상기 자기 센서 어레이에 가까운 위치를 좌표 원점으로 설정한 경우의 상기 자장의 공간 분포를, 상기 생체로부터의 측정 대상 자장과 외란 자장으로 분리하는,
계측 장치.
제10항에 있어서,
상기 신호 공간 분리부는, 상기 생체의 무게 중심이 배치되어야 할 위치보다 상기 자기 센서 어레이에 가까운 복수의 위치의 각각을 좌표 원점으로 설정한 경우에 대응하는 다른 복수의 상기 자장의 공간 분포의 각각을, 상기 생체로부터의 측정 대상 자장과 외란 자장으로 분리하고,
상기 추정부는, 다른 복수의 상기 자장의 공간 분포에 각각 대응하는 상기 생체 내의 다른 복수의 영역을 흐르는 전류를 산출하는,
계측 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자기 센서 어레이는 곡면상으로 배치되는,
계측 장치.
계측 방법으로서,
생체에 접촉하는 전극 유닛의 복수의 전극 중 적어도 1개의 전극쌍에 의해 상기 생체에 전류를 흘리는 단계와,
3차원 공간 내의 복수의 개소에 있어서 3축 방향의 입력 자장을 검출 가능한 자기 센서 어레이에 의해 상기 생체로부터 검출한 입력 자장에 기초한 계측 데이터를, 상기 생체에 전류를 흘리고 있는 동안에 취득하는 단계와,
상기 계측 데이터에 기초하여, 상기 생체 내에 흐르는 전류를 추정하는 단계를 구비하는,
계측 방법.
컴퓨터에 의해 실행되며, 상기 컴퓨터를,
생체에 접촉하는 적어도 1개의 전극쌍에 의해 상기 생체에 전류를 흘리고 있는 동안에, 3차원 공간 내의 복수의 개소에 있어서 3축 방향의 입력 자장을 검출 가능한 자기 센서 어레이에 의해 상기 생체로부터 검출한 입력 자장에 기초한 계측 데이터에 의해 나타나는 자장의 공간 분포를, 상기 생체로부터의 측정 대상 자장과 외란 자장으로 분리하는 신호 공간 분리부와,
분리한 상기 측정 대상 자장에 기초하여, 상기 생체 내에 흐르는 전류를 산출하는 계산부
로서 기능시키기 위한, 프로그램.