特許 7060867 生体磁気計測装置及び生体磁気計測システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-19

(45)【発行日】2022-04-27

(54)【発明の名称】生体磁気計測装置及び生体磁気計測システム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/243 20210101AFI20220420BHJP

【ＦＩ】

A61B5/243

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018021056

(22)【出願日】2018-02-08

(65)【公開番号】P2019136240

(43)【公開日】2019-08-22

【審査請求日】2020-10-30

(73)【特許権者】

【識別番号】593165487

【氏名又は名称】学校法人金沢工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002516

【氏名又は名称】特許業務法人白坂

(72)【発明者】

【氏名】足立 善昭

【審査官】樋口 祐介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－０５１１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２９５６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１０４２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２１１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０８９８１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ５／２４－５／３９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

生体が発生する磁場を検出可能な複数の磁気センサを含む、長方形状の領域の磁気センサアレイと、
前記複数の磁気センサの各々によって検出された磁場に基づいて、前記磁気センサアレイによって観測される観測領域の磁場分布を計測する計測手段とを含み、
前記磁気センサは、前記磁場を検出可能な検出コイルを備え、
前記磁気センサアレイは、前記長方形状の長手方向に垂直に設けられた複数の領域に分割され、
前記複数の領域ごとに、当該領域に含まれる磁気センサに備わる検出コイルの径の大きさが異なり、前記長方形状の短辺側に設けられた領域に含まれる磁気センサに備わる検出コイルの径は、前記長手方向の中央部分に設けられた領域に含まれる磁気センサに備わる検出コイルの径と比べて、前記中央部分から前記短辺側に向かうにつれて段階的に大きくなることを特徴とする生体磁気計測装置。

【請求項2】

生体が発生する磁場を検出可能な複数の磁気センサを含む、円形状の磁気センサアレイと、
前記複数の磁気センサの各々によって検出された磁場に基づいて、前記磁気センサアレイによって観測される観測領域の磁場分布を計測する計測手段とを含み、
前記磁気センサは、前記磁場を検出可能な検出コイルを備え、
前記磁気センサアレイは、前記円形状において同心円状に設けられた複数の領域に分割され、
前記複数の領域ごとに、当該領域に含まれる磁気センサに備わる検出コイルの径の大きさが異なり、前記検出コイルの径は、前記円形状の中心に近づくにつれ、段階的に大きく又は小さくなることを特徴とする生体磁気計測装置。

【請求項3】

前記検出コイルは、法線方向の磁場を検出する第１コイルと、接線方向の磁場を検出する第２コイルとを含み、
前記複数の領域ごとに、前記第１コイルの径及び前記第２コイルの径の少なくとも一方の大きさが異なることを特徴とする請求項１または２に記載の生体磁気計測装置。

【請求項4】

前記検出コイルは、法線方向の磁場を検出する第１コイルと、接線方向の磁場を検出する第２コイルとを含み、
前記複数の領域ごとに、前記第１コイルの径及び前記第２コイルの径の両方の大きさが異なることを特徴とする請求項１または２に記載の生体磁気計測装置。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか一項に記載の生体磁気計測装置と、
磁気シールドルームと、
前記磁気シールドルームの外部に設置された極低温冷凍機と、
前記磁気シールドルームの内部に設置されたクライオスタットと、
前記磁気シールドルームを貫通し、前記極低温冷凍機と前記クライオスタットとの間でヘリウムの流路を形成するトランスファチューブと、
を備え、
前記磁気センサアレイに含まれる複数の磁気センサは、前記クライオスタットに収容されて前記ヘリウムで冷却される、生体磁気計測システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は生体磁気計測装置及び生体磁気計測システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、人間等の生体が発生する磁場を検出する技術が開発されていた。特許文献１には、複数の磁気センサを含む磁気センサアレイを用いて、心臓内に発生した電流に伴って発生する磁気を検出し、磁気センサアレイにより得られた多チャンネル心磁図の磁場波形を計測することによって、心磁図データを得る心磁図装置が開示されている。そして、特許文献１の磁気センサアレイは、同一の磁気センサ６４個を８×８の格子状で等間隔に並べて構成されていることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６―１０１２６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、磁気センサは、検出コイルの径の大きさによって空間分解能及び磁場分解能が異なるところ、特許文献１に記載の磁気センサアレイのように、同一の磁気センサを等間隔に並べたのでは、単一の空間分解能及び磁場分解能でしか磁場波形を測定できず、柔軟な測定ができないという問題があった。

【0005】

本発明は、このような課題に鑑み、高い空間分解能を必要とする測定と、高い磁場分解能を必要とする測定とを、１つの磁気センサアレイで可能とする生体磁気計測装置及び生体磁気計測システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一実施形態における生体磁気計測装置は、生体が発生する磁場を検出可能な複数の磁気センサを含む磁気センサアレイと、複数の磁気センサの各々によって検出された磁場に基づいて、磁気センサアレイによって観測される観測領域の磁場分布を計測する計測手段とを含み、磁気センサは、磁場を検出可能な検出コイルを備え、磁気センサアレイは、複数の領域に分割され、複数の領域ごとに、当該領域に含まれる磁気センサに備わる検出コイルの径の大きさが異なることを特徴とする。

【0007】

本発明の一実施形態における生体磁気計測装置において、前記磁気センサアレイは、長方形状の領域であり、複数の領域は、長方形状の長手方向に垂直に設けられた複数の領域であり、複数の領域ごとに、当該領域に含まれる磁気センサに備わる検出コイルの径の大きさが異なることを特徴としてもよい。

【0008】

本発明の一実施形態における生体磁気計測装置において、複数の領域のうち、長方形状の短辺側に設けられた領域に含まれる磁気センサに備わる検出コイルの径が、長手方向の中央部分に設けられた領域に含まれる磁気センサに備わる検出コイルの径に比べて、大きいことを特徴としてもよい。

【0009】

本発明の一実施形態における生体磁気計測装置において、検出コイルの径は、長方形状の一の短辺側に配置された領域から、他の短辺側に配置された領域に近づくにつれ、段階的に小さくなることを特徴としてもよい。

【0010】

本発明の一実施形態における生体磁気計測装置において、磁気センサアレイは、円形状の領域であり、複数の領域は、円形状において同心円状に設けられた複数の領域であり、複数の領域ごとに、当該領域に含まれる磁気センサに備わる検出コイルの径の大きさが異なることを特徴としてもよい。

【0011】

本発明の一実施形態における生体磁気計測装置において、検出コイルの径は、円形状の中心に近づくにつれ、段階的に大きく又は小さくなることを特徴としてもよい。

【0012】

本発明の一実施形態における生体磁気計測装置において、検出コイルは、法線方向の磁場を検出する第１コイルと、接線方向の磁場を検出する第２コイルとを含み、複数の領域ごとに、第１コイルの径及び第２コイルの径の少なくとも一方の大きさが異なることを特徴としてもよい。

【0013】

本発明の一実施形態における生体磁気計測装置において、検出コイルは、法線方向の磁場を検出する第１コイルと、接線方向の磁場を検出する第２コイルとを含み、複数の領域ごとに、第１コイルの径及び第２コイルの径の両方の大きさが異なることを特徴としてもよい。

【0014】

本発明の一実施形態における生体磁気計測システムは、磁気シールドルームと、磁気シールドルームの外部に設置された極低温冷凍機と、磁気シールドルームの内部に設置されたクライオスタットと、磁気シールドルームを貫通し、極低温冷凍機とクライオスタットとの間でヘリウムの流路を形成するトランスファチューブと、クライオスタットに収容され、ヘリウムで冷却される複数の磁気センサを含む磁気センサアレイとを備え、磁気センサは、磁場を検出可能な検出コイルを備え、磁気センサアレイは、複数の領域に分割され、複数の領域ごとに、当該領域に含まれる磁気センサに備わる検出コイルの径の大きさが異なることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明は、領域ごとに磁気を検出する検出コイルの径の大きさを異なるものとすることによって、高い空間分解能を必要とする測定と、高い磁場分解能を必要とする測定とを、１つの磁気センサアレイで可能とする生体磁気計測装置等を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態における、生体磁気計測システムの全体構成を模式的に示す図である。

【図2】本発明の一実施形態における、生体磁気計測装置の機能構成を模式的に示す図である。

【図3】本発明の一実施形態における、磁気センサアレイの構成例を示す図である。

【図4】磁気センサの検出コイルの径と、当該検出コイルの面積と、当該検出コイルの分解能とを対応付けた表である。

【図5】生体の複数の部位における、磁場分布の状況を説明するためのグラフである。

【図6】本発明の一実施形態における、磁気センサアレイの他の構成例を示す図である。

【図7】本発明の一実施形態における、磁気センサアレイの他の構成例を示す図である。

【図8】本発明の一実施形態における、磁気センサに含まれる検出コイルの構成例を示す図である。

【図9】本発明の一実施形態における、磁気センサアレイの他の構成例を示す図である。

【図10】本発明の一実施形態の変形例における、磁気センサの構成例を示す図である。

【図11】本発明の一実施形態の変形例における、磁気センサアレイの構成例を示す図である。

【図12】本発明の一実施形態の変形例における、磁気センサアレイの他の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。本発明の一実施形態における生体磁気計測システム１について説明する。

【0018】

（生体磁気計測システムの全体構成）
図１は、本発明の一実施形態における、生体磁気計測システム１の全体構成を模式的に示す図である。本発明の一実施形態における生体磁気計測システム１は、磁気シールドルーム１０、極低温冷凍機２０、クライオスタット３０、トランスファチューブ４０、ガントリ５０、架台６０、接続部８０を含む。ここで、クライオスタット３０、ガントリ５０、および接続部８０は、磁気シールドルーム１０の内部に設置されている。また極低温冷凍機２０と架台６０とは磁気シールドルーム１０の外部に設置されている。極低温冷凍機２０は、例えば既知の４Ｋパルスチューブ冷凍機を用いて実現できる。

【0019】

トランスファチューブ４０は磁気シールドルーム１０を貫通し、極低温冷凍機２０とクライオスタット３０とのそれぞれに接続されている。より具体的には、トランスファチューブ４０は極低温冷凍機２０とは直接接続され、クライオスタット３０とは接続部８０を介して接続されている。

【0020】

磁気シールドルーム１０の内部には、被験者７０が横臥するための台９０も設置されている。図１に示すように、クライオスタット３０の一部は被験者７０の腰椎の位置まで延在しており、台９０の機能も兼ねている。図１に例示するように、クライオスタット３０には磁気センサアレイ３２が収容される。なお図示しないが、生体磁気計測システム１には、磁気センサによって測定されたデータを解析したり、磁気センサの動作を制御したりする計測手段も備えられている。例えば、計測手段は、複数の磁気センサの各々によって検出された磁場に基づいて、磁気センサアレイによって観測される観測領域の磁場分布を計測することができる。なお、本発明の一実施形態において、磁気センサアレイ３２と、計測手段とを含めて、生体磁気計測装置とする。

【0021】

図１では、図中鉛直上方向をｚ軸、図中左から右に向かう方向をｘ軸、ｘ軸とｚ軸とに垂直なｙ軸からなる右手座標系２が設定されている。以下本明細書で参照する他の図に示す右手座標系２も、図１に示す右手座標系２と同一である。

【0022】

（生体磁気計測システムの機能構成）
図２は、本発明の一実施形態における生体磁気計測システムの機能構成を模式的に示す図である。また、図２は、生体磁気計測システム１における計測機能を主に説明する図である。図２は、図１に示す生体磁気計測システム１を右手座標系２のｙｚ平面に対して垂直な方向から見た図である。

【0023】

図１を参照して説明したように、磁気シールドルーム１０の内部において被験者７０が台９０の上に横臥している。磁気センサアレイ３２は、被験者７０の腰椎の位置に来るようにクライオスタット３０に収容されている。磁気センサアレイ３２は、例えば既知のＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＱＵａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いて実現できる。

【0024】

情報処理部１２は、生体磁気計測システム１における計測機能を統括的に制御する。情報処理部１２はまた、生体磁気計測システム１が計測した生体磁気データを解析する。情報処理部１２は、例えばＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）やワークステーション等の計算機を用いて実現できる。磁気センサ駆動回路１４は、情報処理部１２の制御の下、磁気センサアレイ３２の動作を制御する。アンプ／アナログフィルタ部１６は、磁気センサアレイ３２が計測した生体磁気データを増幅したり、ノイズを除去したりする。データ取得部１８は、アンプ／アナログフィルタ部１６が処理したデータをデジタルデータに変換する。データ取得部１８は、例えば既知のＡ／Ｄ変換器を用いて実現できる。データ取得部１８が取得したデータは情報処理部１２に送られ、種々の解析が実行される。

【0025】

このように、本発明の一実施形態における生体磁気計測システム１は、被験者７０の体内で生じる生体磁場を計測するための装置である。被験者７０の性別や体格等に応じて磁気センサアレイ３２を配置すべき位置が異なるため、磁気センサアレイ３２はある程度位置を変えられることが好ましい。一方で、上述したように、磁気センサアレイ３２は例えばＳＱＵＩＤセンサを用いて実現される。ＳＱＵＩＤセンサは超伝導体を利用した磁気センサであるため、センサとして機能するためには極低温（例えば４Ｋ）まで冷却される必要がある。このため、磁気センサアレイ３２は液体ヘリウムを貯留するクライオスタット３０に収容されている。そして、磁気センサアレイ３２はクライオスタット３０が貯留する液体ヘリウムによって冷却される。

【0026】

（磁気センサアレイの構成）
図３は、本発明の一実施形態における、磁気センサアレイ３２の構成例を示す図である。図３は、磁気センサアレイ３２を上部から観察した場合の構成例を、平面図として示したものである。図３に例示するように、磁気センサアレイ３２は、複数の磁気センサ３２０を含む。複数の磁気センサ３２０の各々は、生体が発生する磁場を検出可能である。具体的には、磁気センサ３２０は、生体の発する電気信号によって発生した磁場を検出可能である。磁気センサ３２０は、例えば、超電導材料が好適に用いられる。超伝導材料としては、例えば、Ｎｂ（ニオブ）を用いることができるが、Ｎｂに限定されず、どのような超電導材料であってもよい。

【0027】

本発明の一実施形態における磁気センサ３２０は、磁場を検出する検出コイルを備える。そして、磁気センサアレイ３２は、検出コイルの径の大きさが互いに異なる複数種類の磁気センサ３２０を含む。図３に例示するように、例えば、磁気センサアレイ３２は、検出コイルの径が第１の大きさである磁気センサ３２０Ａと、検出コイルの径が第２の大きさである磁気センサ３２０Ｂと、検出コイルの径が第３の大きさである磁気センサ３２０Ｃとを含む。なお、磁気センサアレイ３２には、検出コイルの径の大きさが互いに異なる複数種類の磁気センサ３２０が含まれていればよく、図３のように３種類に限られるわけではない。また、磁気センサ３２０に備わる検出コイルの径の大きさは、好適には５［ｍｍ］～６０［ｍｍ］であるが、これらの範囲に限られる必要はなく、どのような大きさであってもよい。

【0028】

図４は、磁気センサ３２０の検出コイルの径と、当該検出コイルの面積と、当該検出コイルの分解能と、を対応付けた表である。図４に示すように、磁気センサ３２０は、検出コイルの径が大きいほど磁場分解能が高く、小さな磁場を検出することが可能となる。例えば、径が１６［ｍｍ］の検出コイルは、その磁場分解能が２．７［ｆＴ／Ｈｚ^１／２］であるのに対して、径が２０［ｍｍ］の検出コイルは、その磁場分解能が２．０［ｆＴ／Ｈｚ^１／２］となり、径が大きい方が磁場分解能は高くなる。

【0029】

一方、検出コイルの径が小さいと、径が大きい場合に比べて、単位面積あたりに配置できる検出コイルの数（すなわち、磁気センサ３２０の数）が多くなる。その結果、検出コイルの径が小さい場合の方が、大きい場合に比べて、より多くの検出コイルによって空間の磁場分布を検出でき、きめ細やかな磁場分布の検出が可能である。すなわち、検出コイルの径が小さいほど空間分解能が高くなる。

【0030】

図５は、生体の複数の部位における、磁場分布の状況を説明するためのグラフである。図５に示すように、体表から磁場源までの距離が短い（浅い）“手掌”は、磁場分布の範囲が狭い。これに対して、体表から磁場源までの距離が長い（深い）“腰椎部”や“頚部”は、磁場分布の範囲が広い。すなわち、体表から磁場源までの距離が短い（浅い）ほど、径が小さい検出コイルを備える磁気センサ３２０を用いて、検出すべきである。

【0031】

一方、図５に示すように、体表から磁場源までの距離が長い（深い）“腰椎部”や“頚部”は、体表から磁場源までの距離が短い（浅い）“手掌”に比べて、磁場の大きさが小さい。そのため、体表から磁場源までの距離が長い（深い）ほど、径が大きい検出コイルを備える磁気センサ３２０を用いて、検出すべきである。

【0032】

しかしながら、従来の磁気センサアレイに含まれる複数の検出センサの各々が備える検出コイルの径の大きさは同一であって、単一の空間分解能及び磁場分解能でしか磁場波形を測定できない。そのため、1つの磁気センサアレイでは、体表から磁場源までの距離が長い（深い）部位と、体表から磁場源までの距離が短い（浅い）部位との両方を観察することが困難であった。そのため、最適な観測のためには観察する部位に応じて、適切な径の検出コイルを備える磁気センサを含む磁気センサアレイに取り換える必要があった。

【0033】

ここで、本発明の一実施形態における生体磁気計測システム１において、磁気センサアレイ３２は、液体ヘリウムによって冷却しなければならない。そのため、磁気センサアレイ３２が収容されるクライオスタット３０は、液体ヘリウムを貯留可能なように構成されており、構造が複雑かつ重厚である。また、クライオスタット３０には、通常、液体ヘリウムが貯留されている。このようなクライオスタット３０に対して、磁気センサアレイ３２を取り付けたり（収容したり）、取り出したりすることは容易ではない。そのため、できる限り磁気センサアレイ３２を取り換える必要がないように、1つの磁気センサアレイによって、複数の部位の磁場を観察可能にすることが望ましい。

【0034】

そこで、本発明の一実施形態における生体磁気計測システム１において、磁気センサアレイは、検出コイルの径が互いに異なる複数種類の磁気センサを含む。そして、磁気センサアレイによって観察される観測領域は、複数の領域に分割され、当該複数の領域ごとに、当該領域に含まれる磁気センサに備わる検出コイルの径の大きさを異なるものとする。その結果、磁気センサアレイの一の部分は、検出コイルの径の小さい磁気センサが含まれ、他の部分には、検出コイルの径の大きい磁気センサが含まれるようになる。そのため、体表から磁場源までの距離が短い（浅い）部位を観察する場合には、磁気センサアレイのうち、検出コイルの径の小さい磁気センサが含まれる一の部分を用いることにより、空間分解能が高い磁気センサによって観察することができる。一方、体表から磁場源までの距離が長い（深い）部位を観察する場合には、磁気センサアレイのうち、検出コイルの径の大きい磁気センサが含まれる他の部分を用いることにより、磁場分解能が高い磁気センサによって観察することができる。

【0035】

図３に示すように、磁気センサアレイ３２は、例えば長方形状であり、当該長方形状が複数の領域に分割されている。そして、当該複数の領域は、当該長方形状の長手方向に垂直に設けられており、複数の領域ごとに、当該領域に含まれる磁気センサ３２０に備わる検出コイルの径の大きさが異なる。例えば、複数の領域のうち、磁気センサアレイ３２の短辺側に設けられた領域（図３の例では、領域Ａや領域Ｈ）に含まれる磁気センサ３２０Ａに備わる検出コイルの径は、長手方向の中央部分に設けられた領域（図３の例では、領域Ｄや領域Ｅ）に含まれる磁気センサ３２０Ｃに備わる検出コイルの径に比べて、大きくなるように構成される。そのため、体表から磁場源までの距離が短い（浅い）部位を観察する場合には、磁気センサアレイ３２のうち、検出コイルの径の小さい磁気センサ３２０Ｃが含まれる領域Ｄや領域Ｅを用いることにより、空間分解能が高い磁気センサによって観察可能となる。一方、体表から磁場源までの距離が長い（深い）部位を観察する場合には、磁気センサアレイ３２のうち、検出コイルの径の大きい磁気センサ３２０Ａが含まれる領域Ａや領域Ｈを用いることにより、磁場分解能が高い磁気センサによって観察可能となる。

【0036】

図６は、本発明の一実施形態における、磁気センサアレイ３２の他の構成例を示す図である。図６は、磁気センサアレイ３２を上部から観察した場合の構成例を、平面図として示したものである。

【0037】

図６に示すように、磁気センサアレイ３２は、例えば長方形状であり、当該長方形状が複数の領域に分割されている。そして、当該複数の領域は、当該長方形状の長手方向に垂直に設けられており、複数の領域ごとに、当該領域に含まれる磁気センサ３２０に備わる検出コイルの径の大きさが異なる。例えば、磁気センサ３２０に備わる検出コイルの径は、磁気センサアレイ３２の一の短辺側（図６の例では、短辺α側）に設けられた領域（図６の例では、領域Ｈ）から、他の短辺側（図６の例では、短辺β側）に配置された領域（図６の例では、領域Ａ）に近づくにつれ、段階的に小さくなる。そのため、体表から磁場源までの距離が短い（浅い）部位を観察する場合には、磁気センサアレイ３２のうち、検出コイルの径の小さい磁気センサ３２０が含まれる領域Ａや領域Ｂを用いることにより、空間分解能が高い磁気センサによって観察可能となる。一方、体表から磁場源までの距離が長い（深い）部位を観察する場合には、磁気センサアレイ３２のうち、検出コイルの径の大きい磁気センサ３２０が含まれる領域Ｇや領域Ｈを用いることにより、磁場分解能が高い磁気センサによって観察可能となる。

【0038】

図７は、本発明の一実施形態における、磁気センサアレイ３２の他の構成例を示す図である。図７は、磁気センサアレイ３２を上部から観察した場合の構成例を、平面図として示したものである。

【0039】

図７に示すように、磁気センサアレイ３２は、例えば円形状であり、当該円形状が複数の領域に分割されている。そして、当該複数の領域は、当該円形状において同心円状に設けられており、複数の領域ごとに、当該領域に含まれる磁気センサ３２０に備わる検出コイルの径の大きさが異なる。例えば、磁気センサ３２０に備わる検出コイルの径は、円形状の中心に近づくにつれ、段階的に小さくなる。そのため、体表から磁場源までの距離が短い（浅い）部位を観察する場合には、磁気センサアレイ３２のうち、検出コイルの径の小さい磁気センサが含まれる領域Ｃや領域Ｄを用いることにより、空間分解能が高い磁気センサによって観察可能となる。一方、体表から磁場源までの距離が長い（深い）部位を観察する場合には、磁気センサアレイ３２のうち、検出コイルの径の大きい磁気センサ３２０が含まれる領域Ａを用いることにより、磁場分解能が高い磁気センサによって観察可能となる。なお、磁気センサに備わる検出コイルの径は、円形状の中心に近づくにつれ、段階的に大きくなるものであってもよい。

【0040】

図８は、本発明の一実施形態における、磁気センサに含まれる検出コイルの構成例を示す図である。図８は、磁気センサ３２０が、法線方向の磁場を検出する第１コイル３２１に加えて、接線方向の磁場を検出する第２コイル（図８の例では、検出コイル３２２又は検出コイル３２３）を含む場合の例である。

【0041】

図８に示すように、磁気センサ３２０は、法線方向の磁場を検出する第１コイル３２１を含み、法線方向（Ｚ方向）の磁場を検出可能である。また、磁気センサ３２０は、第２コイルとして検出コイル３２２を含み、接線方向（Ｘ方向）の磁場を検出可能である。また、磁気センサは、第２コイルとして検出コイル３２３を含み、接線方向（Ｙ方向）の磁場を検出可能である。

【0042】

図９は、本発明の一実施形態における、磁気センサアレイ３２の他の構成例を示す図である。図９は、磁気センサアレイ３２を一方向から観察した場合の構成例を、模式図として示したものである。

【0043】

図９に示すように、磁気センサアレイ３２は、複数の領域に分割されている。そして、当該複数の領域ごとに、当該領域に含まれる磁気センサ３２０に備わる第１コイル（法線方向の磁場を検出する検出コイル）の径の大きさが異なる。また、複数の領域ごとに、当該領域に含まれる磁気センサ３２０に備わる第２コイル（接線方向の磁場を検出する検出コイル）の径の大きさも異なる。例えば、磁気センサ３２０に備わる第１コイル及び第２コイルの径は、例えば、複数の領域のうち、磁気センサアレイ３２の短辺側に設けられた領域（図９の例では、領域Ａや領域Ｈ）では相対的に大きく構成され、磁気センサアレイ３２の長手方向の中央部分に設けられた領域（図９の例では、領域Ｄや領域Ｅ）では相対的に小さく構成される。そのため、体表から磁場源までの距離が短い（浅い）部位を観察する場合には、磁気センサアレイ３２のうち、第１コイル及び第２コイルの径の小さい磁気センサ３２０が含まれる領域Ｄや領域Ｅを用いることにより、空間分解能が高い磁気センサによって観察可能となる。一方、体表から磁場源までの距離が長い（深い）部位を観察する場合には、磁気センサアレイ３２のうち、第１コイル及び第２コイルの径の大きい磁気センサ３２０が含まれる領域Ａや領域Ｈを用いることにより、磁場分解能が高い磁気センサによって観察可能となる。

【0044】

なお、第１コイル及び第２コイルの径は、それぞれ異なるものであってもよい。また、磁気センサアレイ３２において、第１コイル及び第２コイルの径のいずれか一方が、複数の領域の各々において異なるものとなるように構成してもよい。さらに、第２コイルには、Ｘ軸方向とＹ軸方向の２つの検出コイル（図８の例では、検出コイル３２２と検出コイル３２３の２つの検出コイル）が含まれるが、これら２つの検出コイルの径は同じものであることが望ましいものの、必ずしも同じである必要はなく、いずれか一方が複数の領域の各々において異なるものとなるように構成してもよい。

【0045】

上記のように、本発明の一実施形態における生体磁気計測システムは、磁気センサアレイに含まれる複数の磁気センサに備わる検出コイルの径の大きさが、当該磁気センサアレイを複数に分割した領域ごとに異なるものであるため、観察する部位に応じて、当該観察に用いる領域を変更することによって、1つの磁気センサアレイで、高い空間分解能を必要とする測定と、高い磁場分解能を必要とする測定とが可能となる。

【0046】

（変形例）
本発明の一実施形態の変形例は、生体磁気計測システムに含まれる磁気センサアレイが、常温で使用可能な磁気センサを含む場合の例である。

【0047】

図１０は、本発明の一実施形態の変形例における、磁気センサ３３０の構成例を示す図である。図１０の例は、磁気センサ３３０を一方向から観察した場合の構成例を、平面図として示したものである。図１０に例示するように、磁気センサ３３０は、磁気ガイド３３１と、磁気検出部３３２を含む。磁気ガイド３３１は、高透磁率材料で構成されており、図１０に例示する検出コイルと同様の機能を備える。また、磁気検出部３３２は、磁気を検出可能な磁気抵抗素子やホール素子などで構成され、生体の発する電気信号によって発生した磁場を検出することができる。磁気ガイドは検出コイルと同様の機能を備えるため、比較的大きな磁気ガイドは高い磁場分解能を与え、小さな磁場を検出できるが、空間分解能は犠牲になり、比較的小さな磁気ガイドは高い空間磁場分解能を与え、空間的な細かい変化を観測できるが、磁場分解能が犠牲になる。

【0048】

図１１は、本発明の一実施形態の変形例における、磁気センサアレイ３２の構成例を示す図である。図１１は、磁気センサアレイ３２を一方向から観察した場合の構成例を、平面図として示したものである。

【0049】

図１１に示すように、磁気センサアレイ３２は、複数の領域に分割されている。そして、当該複数の領域ごとに、当該領域に含まれる磁気センサ３３０に備わる磁気ガイド３３１の大きさが異なる。例えば、磁気センサ３３０に備わる磁気ガイド３３１の径は、例えば、複数の領域のうち、磁気センサアレイ３２の短辺側に設けられた領域（図１１の例では、領域Ａや領域Ｂ、領域Ｉ、領域Ｊ）では相対的に大きく構成され、磁気センサアレイ３２の長手方向の中央部分に設けられた領域（図１１の例では、領域Ｅや領域Ｆ）では相対的に小さく構成される。そのため、体表から磁場源までの距離が短い（浅い）部位を観察する場合には、磁気センサアレイ３２のうち、磁気ガイド３３１の径の小さい磁気センサ３３０が含まれる領域Ｅや領域Ｆを用いることにより、空間分解能が高い磁気センサによって観察可能となる。一方、体表から磁場源までの距離が長い（深い）部位を観察する場合には、磁気センサアレイ３２のうち、磁気ガイド３３１の径の大きい磁気センサ３３０が含まれる領域Ａや領域Ｂ、領域Ｉ、領域Ｊを用いることにより、磁場分解能が高い磁気センサによって観察可能となる。

【0050】

図１２は、本発明の一実施形態の変形例における、磁気センサアレイ３２の他の構成例を示す図である。図１２は、立体的な磁気センサアレイ３２を、一方向から観察した場合の構成例を、平面図として示したものである。図１２の磁気センサアレイ３２は、例えば、ヘルメット型の磁気センサアレイ３２であって、全頭型脳磁計として運用可能である。

【0051】

図１２に示すように、磁気センサアレイ３２は、複数の領域に分割され、当該複数の領域ごとに、当該領域に含まれる磁気センサ３３０に備わる磁気ガイド３３１の径の大きさが異なる。そのため、体表（頭表）から磁場源までの距離が短い（浅い）部位を観察したい領域（図１２の例では、領域Ａ）には、磁気ガイド３３１の径の小さい磁気センサを含ませることにより、空間分解能が高い磁気センサによって観察可能となる。一方、体表（頭表）から磁場源までの距離が長い（深い）部位を観察したい領域（図１２の例では、領域Ｂなど）には、磁気センサアレイ３２のうち、磁気ガイド３３１の径の大きい磁気センサ３３０を含ませることにより、磁場分解能が高い磁気センサによって観察可能となる。なお、図１２に例示する磁気センサアレイ３２は、室温センサに限られず、ＳＱＵＩＤを用いて実現できる。この場合、図１２に例示する磁気センサアレイ３２は、法線方向の磁場を検出する検出コイルを備える磁気センサ３２０であっても、図８に例示する法線方向の磁場を検出する第１コイル、及び、法線方向（Ｚ方向）の磁場を検出する第２コイルの両方を備える磁気センサ３２０であってもよい。

【0052】

上記のように、本発明の一実施形態の実施例における生体磁気計測システムは、常温で使用可能な磁気センサアレイに含まれる複数の磁気センサに備わる磁気ガイドの径の大きさが、当該磁気センサアレイを複数に分割した領域ごとに異なるものであるため、観察する部位に応じて、当該観察に用いる領域を変更することによって、1つの磁気センサアレイで、高い空間分解能を必要とする測定と、高い磁場分解能を必要とする測定とが可能となる。

【0053】

以上、本発明を本発明の一実施形態をもとに説明した。本発明の一実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下そのような変形例を説明するが、上述した本発明の一実施形態における生体磁気計測システム１と共通する部分については、適宜省略または簡略化して説明する。

【符号の説明】

【0054】

１ 生体磁気計測システム
２ 右手座標系
１０ 磁気シールドルーム
１２ 情報処理部
１４ 磁気センサ駆動回路
１６ アンプ／アナログフィルタ部
１８ データ取得部
２０ 極低温冷凍機
３０ クライオスタット
３２ 磁気センサアレイ
４０ トランスファチューブ
５０ ガントリ
６０ 架台
７０ 被験者
８０ 接続部
９０ 台
３２０、３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３３０ 磁気センサ
３２１ 第１コイル
３２２、３２３ 検出コイル（第２コイル）
３３１ 磁気ガイド
３３２ 磁気検出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】