JP4077945B2 - 生体磁気計測装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検者の脳や心臓など、生体から発生する磁気（磁場）を計測する生体磁気計測装置に関し、とくに、被検者の計測部位のサイズの如何に関わらず、デュワ（容器）内に配設する複数の磁気センサの配置状態が最適な状態になるように設定した生体磁気計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体磁気計測装置は、生体の脳や心臓などの部位から発生する微弱な磁気（磁場）信号を捕らえて、それらの部位の機能診断に利用するもので、近年、その開発や研究が盛んに行われている。
【０００３】
従来良く知られているように、例えば人の心臓は、その動きに伴って電流を発生する。この電気信号は非常に微弱であるが、種々の方法により非侵襲的に測定することができる。その１つの方法が生体磁気計測であり、これは生体中を流れる電流に因って生じる磁気（磁場，磁場）を測定するものである。とくに、脳を対象とした生体磁気計測を脳磁界計測と、心臓を対象としたそれを心磁界計測と別けて呼ぶことがある。
【０００４】
従来の生体磁気計測装置は一般に、患者を載せる寝台又はこれと同等機能の装置と、磁気センサを先端部または底辺部に取り付けた円筒状または桶型のデュワと、磁気センサにより検知され、信号線を介してデュワ外部に取り出された検知信号を処理する計算機を有する処理装置とを備える。
【０００５】
この生体磁気計測装置を電気系からみると、磁気検知部および電流検出器を磁気センサとして有するセンサ部と、信号処理用の関連のエレクトロニクスとを有し、特別な工夫を施した高感度磁気計測システムとも言える。
【０００６】
各磁気センサは、磁気を検知するループコイルを有するコイル部と、その磁気信号を電流信号に変換するジョセフソン接合を有する電流検出器とを備える。コイル部は、一般的には、磁束が貫くことにより微小電流を生じさせる単一ループまたはマルチループのコイルで構成される。例えば、心臓からの磁気信号を検知する場合、コイル部は被検者の胸部に極力近接して配置されることが望ましい。それは磁界強度の変化に起因しており、磁界強度は電流源からの距離の３乗に比例して弱くなるからである。
【０００７】
磁気センサには、非常に微弱な磁気信号を検知する高感度性が要求されている。このため、最近では、ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子：Superconducting QUantum Interference Device ）を用いることが多く、このＳＱＵＩＤを複数個用いる多チャンネル化（例えば数十チャンネル）も進んでいる。最近では、このＳＱＵＩＤを液体窒素温度（７７Ｋ）で動作するＹＢＣＯ材料で製作することも多くなっている。
【０００８】
このように超伝導材料を用いた、電流検出器を含む磁気センサは、その動作に必要な超伝導状態を保持するため、かつ、温度上昇による熱雑音であるジョセフソン雑音を減らすためにも、非常に低温な状態に維持する必要がある。
【０００９】
この低温維持のため、磁気センサはデュワと呼ばれる断熱容器内に設置され、デュア内に貯めた冷媒（液体窒素や液体ヘリウム）で冷却される。典型的なデュワは直径が約５５ｃｍ、長さが約１２０ｃｍの円筒形である。冷却方法としては、デュワ内に貯めた冷媒内に磁気センサを浸し、直接冷却する方法が一般的である。デュワ内に冷媒を貯めておく必要があるので、デュワは通常、真空断熱層を有する２重層構造になっている。現時点では、ＳＱＵＩＤから成る磁気センサの特性を超電導状態に維持するには、極低温液体の窒素やヘリウムが不可欠である。
【００１０】
デュワをこのように円筒状や桶型に形成するのは、その内側底面に磁気センサを配置し易いこと、冷媒の蒸発防止、冷却効率が比較的良いことなどが挙げられる。
【００１１】
現在使用に供している高感度のＳＱＵＩＤ磁束計を用いた生体磁気計測装置の場合、円筒状のデュワは寝台上に仰向けになった被検者の例えば胸の直上に設置される。生体からの磁気信号を感度良く検知するには、上述したように、磁気センサを体表になるべく近付けた方が良い。デュワが２重層構造であると、センサと体表との間の距離が真空断熱層の分、遠くなるので、検出信号のＳ／Ｎが悪くなってしまう。デュワのサイズのみならず、センサを極力、体表に近接して配置する必要性から、デュワの幾何学的形状を綿密に設計したいところではある。通常、磁気センサはデュワ内部の最底面またはこの面に近い位置に、空間的に均等な間隔で配置される。
【００１２】
処理装置には、ＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）装置やＸ線ＣＴスキャナなどのモダリティにより収集された患者の画像情報が与えられる。処理装置は従って、その画像情報を参照しながら磁気センサに拠る検知信号を処理して画像情報を生成し、表示する。この生成・表示情報を元に生体の機能診断が行われる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば計測部位が心臓（胸部）であるとすると、その磁気信号は胸部の全面から生じているので、それらの信号をなるべく多く計測する方が、Ｓ／Ｎの向上、強いては計測精度の向上の観点から望ましいと考えられる。
【００１４】
しかしながら、上述した従来の生体磁気計測装置によれば、デュワ内に配設されている複数のＳＱＵＩＤセンサの配置間隔は常にある一定値に設定されているので、胸部面積が広い被検者の場合、その面積の広さに拠って、心臓からの磁気信号をピックアップするＳＱＵＩＤセンサの数は多くなる。その反対に胸部面積が狭い被検者の場合、心臓からの磁気信号の検出に関与するＳＱＵＩＤセンサの数はそれだけ少なくなり、診断に供し得る程度の精度の計測に必要な数のＳＱＵＩＤセンサさえも確保できないことがある。計測対象には、大人だけでなく、子供も入る。また、成人であっても、一般的に、性別によって胸部面積が異なる。つまり、従来の場合、計測対象が変わると、その計測精度が変動してしまうという問題があった。
【００１５】
さりとて胸部面積のサイズに応じて複数種のセンサ配置間隔のデュワを予め準備することは、運用コストや操作上の手間を考えると、実際の臨床の場では非常に困難なことである。したがって、計測対象によっては計測精度が十分でない場合も敢えて受容せざるを得ない状況にあった。
【００１６】
これに加えて、従来の計測装置には、心磁界計測におけるデュワの形状に関する問題もあった。従来の場合、心磁界計測の場合でも、底面がフラットな筒状のデュワを用いて、胸部前面から磁気信号を検出している。しかし、上述したように心臓から放射される磁界は胸部の全周囲にわたっているのに対し、その前面のみの磁界しか計測していない。このため、磁気検出および計測精度の点で未だ十分向上の余地があるにも関わらず、この点についての提案が何等なされていないという現状があった。
【００１７】
本発明の目的
本発明は、上述した従来技術が有する種々の未解決の問題に鑑みてなされたものである。
【００１８】
したがって、本発明は、大人と子供、老若男女など、計測対象の種類により、また、個人差により、被検者の計測部位のサイズが変わる場合でも、１台の装置でそれらの多様な被検者をカバーし、常に精度が良く且つ安定した磁気計測を行うことができる生体磁気計測装置を提供することを、その第１の目的とする。とくに、計測部位が心臓（胸部）であるときに、かかる目的を良好に達成できるようにする。
【００１９】
また本発明は、上述の第１の目的を達成すると同時に、被検者の計測部位から放射される磁気信号を多面的になるべく多く検出し、Ｓ／Ｎ比を上げて、計測精度（つまり磁場源の推定精度）の向上を図ることを、第２の目的とする。とくに、一般に心臓は胸部の中央よりも左寄りに位置しているので、少なくともこの左胸側面（部）を計測範囲に加え、かかる目的を確実に達成できるようにする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記種々の目的を達成するため、本発明の生体磁気計測装置は、被検者の磁気信号を検出する複数の磁気センサと、この磁気センサを収容したデュワとを備え、前記デュワは前記被検者の体表の周りに空間的に位置させる複数の検出面を有するものであって、かつ前記検出面のうち少なくとも一部に平面部を有する形状に形成し、前記複数の磁気センサの少なくともセンサ相互間の配置間隔を前記検出面の端部近傍において狭くしてセンサ配置密度が大きくなるように前記デュワ内に配置したことを特徴とするものである。
【００２１】
好適には、前記デュワは前記被検者の体軸方向から見たときに少なくとも２つの検出面が略Ｌ字状を成す形状であり、この２つの検出面が前記被検者の左胸部の前面および側面を覆うように配置してある。このとき、前記デュワは前記２つの検出面の間を連続的に湾曲して繋ぐ湾曲状の検出面を有し、前記磁気センサをこの湾曲状の検出面に沿って配置し、この湾曲状の検出面が前記被検者の左胸部の前面および側面の間の体表面を覆うように前記デュワを配置することが望ましい。
【００２２】
また好適な一例として、前記複数の磁気センサは、その相互の配置間隔を前記湾曲状の検出面に至るほど狭くしてセンサ配置密度が大きくなるように配置することができる。また好適な別の例として、前記複数の磁気センサは、その相互の配置間隔のみを前記湾曲状の検出面に至るほど狭くしてセンサ配置密度が大きくなるように配置することができる。
【００２３】
さらに、例えば、前記デュワは前記被検者の体軸方向から見たときに少なくとも３つの検出面が略コ字状または略Ｕ字状を成す形状であり、この少なくとも３つの検出面が前記被検者の左胸部の少なくとも前面、側面、および背面を覆うように配置してもよい。
【００２４】
さらに、前記複数の磁気センサのそれぞれは微分方向を有するＳＱＵＩＤセンサで形成し、この複数のＳＱＵＩＤセンサは前記検出面それぞれにおいてその微分方向が同一方向を向くように配置することが望ましい。
【００２５】
さらに、前記磁気センサはＳＱＵＩＤセンサで構成する一方、前記デュワの外部に配設された冷却源と、前記デュワの内部に前記冷却源に接続された状態で配設され且つ前記複数のＳＱＵＩＤセンサを冷却する冷却手段とを備えていてもよい。この場合、例えば、前記冷却源は冷凍機であり、前記冷却手段はこの冷凍機に接続されたヒートパイプである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照しながら説明する。
【００２７】
第１の実施形態
第１の実施形態を図１〜７、および、図１３〜１５に基づき説明する。
【００２８】
この実施形態に係る生体磁気計測装置は、心磁界計測用の装置であり、そのデュワとしてＬ字型デュワを搭載したことを特徴とする。
【００２９】
図１は、この生体磁気計測装置の概略構成を示す。この生体磁気計測装置は、被検者Ｐを通常、仰向けの状態で寝かせる寝台１と、この寝台１上に寝かせた被検者Ｐの心臓が発生した磁束を検知するセンサ部２と、このセンサ部２を内部に搭載したＬ字型（略Ｌ字型）デュワ３と、このＬ字型デュワ３を載置・固定する台座４と、センサ部２の駆動および検知信号の処理に供する駆動・処理ユニット５と、センサ部２の冷却機構６と、装置全体の制御装置７と、センサ部２の検知信号の解析を行う解析装置８と、解析結果を表示する表示装置９とを備える。
【００３０】
ここで、図１において、便宜的な座標軸として、寝台１の天板１ａの長さ（長手）方向、すなわち一般的には被検者Ｐの体軸方向をＺ軸とし、天板上下方向をＹ軸、天板の幅方向をＸ軸と定める。
【００３１】
Ｌ字型デュワ３は、所定高さの略直方体で板状の密閉ケーシングを図示の如く、略Ｌ字状に湾曲させた状態に成形したものである（図２参照）。このケーシングをＬ字状に湾曲させたときの横手方向、すなわちＸ軸方向の長さは被験者Ｐの体幅を十分にカバーできるようになっている。つまり、ケーシングの高さＨに比較して、横手方向の幅Ｗが長いという特徴がある。また、ケーシングの湾曲部Ｃの湾曲度は、寝ている被験者Ｐの胸部前面から胸部側面に掛けての体表の丸みに極力合わせるように設定されている。この湾曲部Ｃは被験者Ｐの体表の丸みにフィットし、心臓から放射される微弱な磁気信号をなるべく感度良く検知できるように配慮した構造になっている。
【００３２】
ケーシング（すなわちＬ字型デュワ３）のＬ字状湾曲によって、この側面に対向する方向（すなわちＺ軸方向）からみて、その内部にもＬ字状に湾曲した内部空間ＩＳが形成される。この内部空間ＩＳは高さ（Ｙ軸）方向空間部ＩＳｙ，湾曲空間部ＩＳｃ，幅（Ｘ軸）方向空間部ＩＳｘが連続して形成される。
【００３３】
ケーシングはその全体が外側ケーシング１１ａと内側ケーシング１１ｂとで形成され、それらの間に真空断熱層ＶＳがつくられている。内側ケーシング１１ｂの内部が上述した内部空間ＩＳを形成する。この内部空間ＩＳも真空に形成され、冷熱が逃げないように真空断熱されている。
【００３４】
この真空断熱構造に関するシール部の改善例を図１３〜１５に示す。真空断熱層ＶＳおよび内部空間ＩＳは１０^-3Torr程度の真空に形成される一方で、外側ケーシング１１ａの内側面、および内側ケーシング１１ｂの内側面および外側面はアルミニウムを蒸着した断熱フィルムで覆われ、これにより熱流入が低減される。また、外側ケーシングには真空断熱層ＶＳおよび内部空間ＩＳを真空引きするための引き込み口が設けられる。さらに、ケーシング１１ａ，１１ｂの内側空間ＶＳ，ＩＳとデュワ外部との気密性を保持するため、外側ケーシング１１ａの貼り合わせ部、その信号線引き込み部、および、ヒートパイプなどの熱伝導機構の引き込み部は図１３〜１５に示す如く構成される。すなわち、図１３に示す如く、外側ケーシング１１ａはシリコンゴムＳＬおよび真空グリースＶＧにより気密に貼り合わせられる。また図１４に示す如く、信号線ＳＣは外側ケーシング１１ａに対してシリコンゴムＳＬおよび真空グリースＶＧによる気密構造を介して引き込まれる。同図において、参照符号ＭＤはモールド剤である。さらに図１５に示す如く、後述するヒートパイプなどの熱伝導機構ＨＴは外側ケーシング１１ａに対してシリコンゴムＳＬおよび真空グリースＶＧによる気密構造を介して引き込まれる。
【００３５】
このような改善を行うことで、熱輻射に因る熱流入が大幅に減少し、冷却機構の冷却性能がより小さくて済む。これにより、後述する冷凍機をデュワから離して、より遠くに設置することができるから、冷凍機に因る磁気雑音の混入を減らすことができる。また、真空断熱層ＶＳおよび内部空間ＩＳは共に同じ圧力に保持すればよいため、手の届きにくい内側ケーシングの気密性を高くするために内側ケーシングにシール性を持たせるといった構造及び作業が不要になり、複雑なデュワ形状のケーシングにも関わらず、組み立てが極めて容易になるという特徴がある。また、信号線をより容易に配線したり、ケーシングやセンサの支持および組み立て性を改善するため、内側ケーシングに穴を開けるという構造も採用することができるようになる。
【００３６】
センサ部２は、複数個の磁気検知のためのＳＱＵＩＤセンサ２１…２１を備える。各ＳＱＵＩＤセンサ２１はデュワのケーシングの内部空間ＩＳ内に、その一連の空間部ＩＳｙ，ＩＳｃ，ＩＳｘに沿って列状で且つこの列をＺ軸方向に複数列並べる２次元配置とされる。
【００３７】
この配置によるセンサ位置の例を図３に示す。同図（ａ）にはＬ字型デュワ３のみを描き、このＬ字型デュワ３をＹ軸（上下）方向真上から矢印Ａに沿って見たときのＳＱＵＩＤセンサ２１の配置状態を同図（ｂ）に示す、またＸ軸（横）方向真横から矢印Ｂに沿って見たときのそれを同図（ｃ）に示す。このセンサ配置のパターンは、本発明の特徴の１つを成すもので、後で説明するＳＱＵＩＤセンサ２１の取付けの項で一緒に採り挙げる。
【００３８】
各磁気センサ２１は、筒状のボビン２２と、このボビン２２に、例えば図４に示す如くＫｅｔｃｈｅｎ型１次微分型に巻装したピックアップコイル２３と、ボビン２２の所定位置に取り付けたジョセフソン結合を有するＳＱＵＩＤチップ２４（超伝導リング体およびインプットコイル）とを備える。この結果、例えば体軸（Ｚ軸）方向に直交するＸＹ面で見た場合、各ＳＱＵＩＤセンサ２１の微分方向は、図１において、Ｌ字型デュワ３の立上がり部分（Ｙ軸方向の部分）で微分方向＝Ｘ軸（左右）方向となり、その状態から湾曲部にて微分方向が徐々にＹ軸（上下）方向に変化し、そして、水平部分（Ｘ軸方向の部分）で微分方向＝Ｙ軸（上下）方向になる。
【００３９】
ケーシングの湾曲部Ｃには、ＳＱＵＩＤセンサ２１同士の湾曲外径側の間に隙間ができるので、この隙間に、環境磁場を排除処理するときの参照コイル群２５を設置する。これにより、コイルの設置スペースを有効に利用できる。
【００４０】
冷却機構６は、冷凍機３１と、この冷凍機３１に直結しているヒートパイプ３２とを用いてセンサやコイルを冷却するようにしている。この冷却構造は、後で詳述する。
【００４１】
台座４内に設けた駆動・処理ユニット５は、駆動回路４１およびプリプロセッサ回路４２のユニットを備える。駆動回路４１は、ＳＱＵＩＤセンサ２１…２１をセンサ毎（すなわち検出チャンネル毎）に駆動する、例えば複数のＦＬＬ回路で成る。プリプロセッサ回路４２は、ＳＱＵＩＤセンサ２１…２１を用いて駆動回路４１により検出された信号を前処理するアナログフィルタリング回路、増幅回路などから成る。
【００４２】
制御装置７は、寝台、駆動回路４１・プリプロセッサ回路４２、冷凍機３１の動作を制御する。制御装置７のモニタ信号（制御される側がどのような状態にあるかを示す信号）が解析装置に伝送される。解析装置８では、駆動回路４１・プリプロセッサ回路４２を通して得られたセンサ信号とモニタ信号などを用いて、心電図や心筋の電気生理現象を解析し、表示する。
【００４３】
このようなデュワ構造にすることで、とくに、Ｌ字型デュワ３の湾曲部Ｃをはじめとして、その前後のデュワ部分が被験者Ｐの胸部体表にフィットし、ＳＱＵＩＤセンサ２１…２１と胸部体表との間の距離を短く且つ一定に確保することができる。したがって、心臓から発生する磁気信号を効率良く計測できる。
【００４４】
次に、上述したＬ字型デュワ３とその冷却機構６の、より具体的な構造の一例を図５〜７に基づき説明する。
【００４５】
この冷却機構６は、ヒートパイプ３２を利用するので、まず、ヒートパイプ３２の原理から説明する。
【００４６】
ヒートパイプ３２は、その一例として図５に示す如く、パイプを有し、そのパイプの内壁側に金網、多孔質材などの毛細管力の大きな構造体（ウイック），内部には熱の輸送を可能にする作動液と呼ばれる液体（気体）がある圧力下で充填されている。ウイックはパイプ内壁に溝を切った構造とし、その溝を利用することも可能である。ヒートパイプは、その一方の端部を蒸発（吸熱）部、他方の端部を凝集（放熱）部とし、蒸発部で外部より得られた熱に因ってウイック中の凝集液がパイプ内に蒸発する。熱を持った蒸気は圧力の低い他方の凝集部に移動する。移動してきた蒸気は冷却されるから、ウイック部へ液体の状態で凝集し、この凝集液がウイックの毛細管力に拠り再び蒸発部に戻される。ウイック部内では、蒸発部の圧力が凝集部に比べて低い。この蒸発、凝集のサイクルを介して、蒸発部での吸熱を凝集部に運ぶことで冷却が可能になる。なお、蒸発部と凝集部との間は断熱部であり、熱勾配が極めて低くなっている。
【００４７】
ここでは、このような原理のヒートパイプ３２を生体磁気計測装置に使用するので、パイプ材、ウイック材ともに非磁性材料を使用する。また、パイプ材は内圧に十分耐えるように、内部液体や気体の漏洩を防止するようにしている。
【００４８】
このヒートパイプ３２を用いたＬ字型デュワ３の構造を概略的に示す。
【００４９】
このＬ字型デュワ３は、図６に示す如く、同図の上側に位置する上側カバー３Ｕと、その下側に位置する下側カバー３Ｌを備える。そして、両カバー３Ｕ，３Ｌにより、その全体が側面方向（Ｚ軸方向）から見て、湾曲部を介してＬ字型に形成されている。両カバー３Ｕ，３Ｌ共に、前述したように外側ケーシング１１ａおよび内側ケーシング１１ｂから成る二重の断熱構造になっている。
【００５０】
上側カバー３Ｕは、その全体が側面に対向するＺ軸方向から見て略Ｌ字型の部分と、その両端に一体に立設した側面カバー３Ｕa ，３Ｕb とを一体に有する。この側面カバー３Ｕa ，３Ｕb と下側カバー３Ｌとの接触部には、シール部５１，５２がそれぞれ介挿され、気密性が確保されている。なお、この下側カバー３Ｌは、捩子などの開閉手段によりシール部５１，５２を介して側面カバー３Ｕa ，３Ｕb に取り付けられている。このため、下側カバー３Ｌは、保守などの便宜のため、着脱自在に開閉可能になっている。
【００５１】
このように上側カバー３Ｕ（および側面カバー３Ｕa ，３Ｕb ）および下側カバー３Ｌにより画成されて、その内部に空間ＩＳが形成される。この内部空間ＩＳには、上側カバー３Ｕの所定位置に挿通させた連結ホース５４を介して真空ポンプ５５に接続されている。このため、真空ポンプ５５を作動させることで、内部空間ＩＳが所定真空度の真空層に形成され、断熱状態になる。
【００５２】
一方、上側カバー３Ｕ（および側面カバー３Ｕa ，３Ｕb ）および下側カバー３Ｌのそれぞれは、前述した如く、内部に真空層ＩＳａ（ＩＳｂ）を持つように２重構造になっており、この真空層ＩＳａ，ＩＳｂがやはり断熱機能を有する。つまり、Ｌ字型デュワ３内部に置かれるセンサに対して、二重の断熱構造になっている。これにより、外部からの熱流入を極力抑えるように配慮してある。
【００５３】
冷凍機３１にはヒートパイプ３２の一端が接続されている。このヒートパイプ３２の他端は、シール部５６によりシールされた上側カバー３Ｕの一方の側の取付け穴を通ってデュワ内部に至る。このヒートパイプ３２に対し、冷凍機３１および上側カバー３Ｕ間の露出部分およびデュワ内部での露出部分は、断熱材５７により覆われている。このため、断熱材５７はヒートパイプ３２に対する断熱機能を有し、外部への熱流出を極力防止する一方で、ヒートパイプ３２を固定保持する機能をも果たす設計になっている。
【００５４】
このヒートパイプ３２は、デュワ３の内部空間ＩＳにおいて直角に方向を変え、断熱材５７から抜けてそのまま内部空間ＩＳの略Ｌ字型の隙間に沿って延び、もう一方の端部に至る。上側カバー３Ｕの内側のパイプ到達位置には段部が形成され、この段部に、パイプ取り付け部５８を介してヒートパイプ３２のもう一方の端部が取付け・固定されている。これにより、内部空間ＩＳにおいてヒートパイプ３２全体も固定される。
【００５５】
また、Ｌ字型デュワ３にて、ヒートパイプ３２にはＳＱＵＩＤセンサ２１…２１が一定間隔または調整された間隔でパイプの延び方向に沿って複数個立設されている。
【００５６】
各ＳＱＵＩＤセンサ２１は、図７に示す如くヒートパイプ３２との接合面に設けた熱伝導体５８を介して設けるか、または、ヒートパイプ３２の外壁に直接に取り付けられる。いずれの場合も、各ＳＱＵＩＤセンサ２１は熱伝導に拠り冷却される。ＳＱＵＩＤセンサ２１は取り外し可能に取り付けられる。デュワ３の患者に一番近い面、すなわち下側カバー３Ｌが開閉可能になっているため、不良チャンネルが発生した場合、不良になったＳＱＵＩＤセンサ２１を容易に交換できる。
【００５７】
また、ヒートパイプ３２の作動液として窒素を使用している。作動液はＳＱＵＩＤセンサ２１の材質により変えてもよい。ＳＱＵＩＤセンサ２１の材質が超電導状態を維持できるのであれば、アンモニア水、アルコール、メタンなどを用いてもよい。また液体窒素では十分冷却できない場合、ネオン、ヘリウムなどを用いてもよい。
【００５８】
このように本実施形態では、ヒートパイプ３２の凝集部には、極低温冷媒である液体窒素タンクもしくはそれに相当する冷却能力を持った冷凍機３１を備え、ヒートパイプ３２のもう一方の蒸発部にＳＱＵＩＤセンサ２１…２１を取り付ける構造になっている。これにより、ＳＱＵＩＤセンサ２１…２１の部分の熱をヒートパイプ３２により凝集部へ輸送することができ、これにより、ＳＱＵＩＤセンサ２１…２１が冷却される。
【００５９】
ここで、ＳＱＵＩＤセンサ２１…２１をヒートパイプの一端部にその軸方向に沿って取り付けることによりデュワ３内に配置される配置パターンを、前述した図３および図８〜図１０を用いて説明する。
【００６０】
図３（ｂ），（ｃ）のセンサ配置パターンは、その丸印Ｃで示す如く、センサ配置密度（デュワ３の単位面積当たりのセンサ配置数）およびセンサのコイル面積（ループコイルの磁束貫通面積：センサ面積）を共に変化させることを模式的に表している。変化の方向は、同図（ｂ）および（ｃ）に示す如く、Ｌ字型デュワ３の湾曲部（角部）に向かって進むにつれて線形的に、指数関数的、または多次（高次）関数的に、センサ配置密度を上げ且つコイル面積を小さくする。つまり、このＬ字型デュワ３の場合、センサ配置密度を上げ且つコイル面積を変化させたセンサ配置パターンを持つデュワ測定面が、Ｙ軸方向に直交する面（検出面）と、Ｘ軸方向に直交する面（検出面）とを含め、等価的に２面以上有することになる。なお、センサ配置密度またはコイル面積の一方のみを同様に変化させるようにしてもよい。
【００６１】
ここで、Ｌ字型デュワ３の湾曲部に移行するほど、センサ配置密度を上げ、および／または、コイル面積を小さくするのは、胸部面積の小さい被検者はその体全体を左側に寄せて、左胸部体表面をそのデュワ３の湾曲部に最も近接して位置決めすることで、心臓から放射される磁気信号がより多くの数のＳＱＵＩＤセンサ２１により検出されること、および／または、その磁気信号のＳ／Ｎ比が上がること、に依る。胸部面積の大きい被検者は単純にデュワ湾曲部に近接して位置決めすることで、多数のＳＱＵＩＤセンサ２１でカバーされる。
【００６２】
このセンサ配置パターンは種々のタイプに変化させて実施することができる。この変化例を図８〜図１０に示す。これらの図は前述した図３（ｂ）に相当するパターン、すなわちデュワ３をＹ軸方向上側からみた状態でのセンサ配置パターンを示し、各図の上段の（ａ），（ａ′）はデュワ３を横方向（Ｚ軸方向）からみたセンサ配置およびコイル径の模式図、下段の（ｂ），（ｂ′）はデュワ３を上下（Ｙ軸）方向上側からみたセンサ配置およびコイル径の模式図である。
【００６３】
簡単には、図８（ａ），（ｂ）に示す如く、Ｋｅｔｈｃｅｎ型一次微分型コイルや高温超伝導ＳＱＵＩＤのコイル面積を一定にした状態で、センサ配置密度をＬ字型デュワ３の湾曲部に移行するほど密（大）に設定する。同図（ａ′），（ｂ′）は同図（ａ），（ｂ）に示すセンサ配置構成を多次（高次）微分型に構成したものである。すなわち、同図（ａ′）に示す如く、デュワ３内のセンサ群の配置段数を上下２段Ｕ，Ｌに設定し（このとき、上下のＳＱＵＩＤセンサは互いに微分方向に設置される）、各段のＳＱＵＩＤセンサ２１が例えば１次微分型であれば、上下２段Ｕ，Ｌにより差分をとって２次微分に形成するものである。
【００６４】
また、図９（ａ），（ｂ）に示すセンサ配置パターンは、図８（ａ），（ｂ）と同様に、コイル面積を一定にした状態で、センサ配置密度をＬ字型デュワ３の湾曲部に移行するほど密に設定する。ただし、図８に示すように横（Ｘ軸）方向の変化率が体軸（Ｚ軸）方向のどの位置においても同一であるのと異なり、体軸（Ｚ軸）方向の位置に応じてセンサ配列密度の変化率が異なるパターンになっている。図９（ａ′），（ｂ′）は同図（ａ），（ｂ）に示すセンサ配置構成を多次微分型に構成したものである。
【００６５】
さらに、図１０（ａ），（ｂ）に示すセンサ配置パターンは、図８（ａ），（ｂ）と同様に、コイル面積を一定にした状態で、センサ配置密度をＬ字型デュワ３の湾曲部に移行するほど密に設定する。ただし、Ｌ字型デュワ３の湾曲部寄りの所定位置ＰＳに向かってセンサ配列密度がその周りから、疎から密に変化するパターンになっている。この所定位置ＰＳの直下に被検者の心臓部分がくるように被検者を位置決めする。図１０（ａ′），（ｂ′）は同図（ａ），（ｂ）に示すセンサ配置構成を多次微分型に構成したものである。
【００６６】
したがって、ＳＱＵＩＤセンサ２１の配列密度を密に設定し且つコイル面積を小さく設定してあるＬ字型デュワ３、または、ＳＱＵＩＤセンサ２１の配列密度のみを密に設定してあるＬ字型デュワ３の湾曲部寄りの位置に被検者の心臓部を位置させることができる。これにより、心臓部付近の直上でセンサ配列密度が高くなり、空間分解能が上がる。よって、解析精度も向上する。
【００６７】
また、寝台１上の被検者を、上述のように、心臓位置がＬ字型デュワ３の湾曲部寄りの位置に適宜に位置決めすることで、胸部の広い人、狭い人など被検者の体型、体格の如何に依らず、心臓付近でのセンサ密度を上げ、Ｓ／Ｎ比を向上させて、被検者Ｐの体型にほぼ無関係に、常に、高くかつ安定した空間分解能を確保することができる。
【００６８】
本実施形態に係る生体磁気計測装置は、従来装置に比べて、様々な優れた効果を有する。
【００６９】
具体的には、まず、側面に対向する方向（Ｚ軸方向）からみてＬ字型で、かつ、寝台１の上下方向（Ｙ軸方向）からみて２次元的な拡りを有するデュワ構造にし、その内部空間に２次元的にＳＱＵＩＤセンサ２１を配置することで、被験者Ｐの体側に沿った面にも２次元的にＳＱＵＩＤセンサ２１が位置する。したがって、心磁界計測に好適なデュワ構造となり、胸前部と胸側部から同時に磁気信号を検出でき、心臓からの磁場を効率良く収集できる。この結果、従来のように胸前部だけから、或いは、胸側部だけから検出する場合に比べて、検出データ数が多く、また各種の方向から検出できるので、磁場源解析精度が大幅に向上する。
【００７０】
とくに、上述した実施形態のデュワ３は、その一方の平面部から他方の平面部に移る途中を湾曲面部にし、極力、被験者の体表面に滑らかに沿った構造にするとともに、その湾曲面部にも２次元的にＳＱＵＩＤセンサ２１を配置している。これにより、体表の斜めの部分からも同じように磁気信号を計測できるので、磁場源解析精度をより一層向上させることができる。
【００７１】
一方、上述のＬ字型デュワ３は、従来のように液体冷媒を貯蔵した中にＳＱＵＩＤセンサ２１を浸す方式とは異なり、ヒートパイプ３２を用い、その先にヒートシンクを取り付け、ウイック部を循環する冷却液体、およびヒートパイプ３２のウイック内部を通る冷媒が蒸発するときの蒸発潜熱によりＳＱＵＩＤセンサ２１を冷却するようにしている。これにより、冷媒循環型のデュワ３を提供することができ、デュワ３の形状を選ばない。したがって、デュア３の形状を診断に最適なものにできる。
【００７２】
また、このＬ字型デュワ３の高さ（厚さ）は、ヒートパイプ３２、ＳＱＵＩＤセンサ２１、および断熱層の部分を確保できる値であればよいから、全体にコンパクトな設計が可能になる。コンパクトに設計するほど扱い易いという利点もある。
【００７３】
また、ヒートパイプ３２を利用することにより、一度に多量の冷媒が不要であり、その分、蒸発量を抑え、装置の運用コストを下げることができる。さらに、冷媒の貯蔵位置をデュワ３から離すことができるから、この点からも、デュワ３の小形軽量化を図ることができる。
【００７４】
さらに、上述の如く、センサ配置密度やコイル面積をＬ字型デュワ３の湾曲部に移行するにしたがって変化させたので、大人と子供、老若男女など、被検者Ｐのタイプの違いにより、また、個人差により、被検者の胸部のサイズが変わる場合であっても、１台の装置でそれらの多様な被検者の計測部位を所望数以上のセンサで確実にカバーでき、常に精度が良く且つ安定した磁気計測を行うことができる。とくに、この効果と、前述した胸部前面から胸部左側面にかけた体表領域を同時に磁気検出できる効果との組み合わせは、被検者の計測部位から放射される磁気信号を多面的に、なるべく多く、しかも極力体表に接近して検出し、Ｓ／Ｎ比を上げて、計測精度の向上を図るという観点からその威力は絶大である。
【００７５】
なお、ＳＱＵＩＤセンサ２１の微分方向に鑑みた配置に関する変形形態を図１１に示す。ＳＱＵＩＤセンサ２１がベクトル型のコイルである場合、３方向全ての微分コイルが複数個必要になり、環境雑音磁場を除去するときに環境雑音磁場の参照信号を検出する参照コイルの数が著しく多くなる。しかし、参照コイルの設置数や規模を考えると、参照コイル、すなわち参照信号の数は少ない方が扱い易い。微分方向を１方向に揃えると、参照信号の微分方向も１方向で済む。また、２方向の検出面のシステムであれば、参照信号の微分方向は２方向だけで十分である。つまり、より少ない参照コイルで済ませるには、各検出面の微分方向を一方向に設定しておいた方が良いということになる。このことに鑑みて、上述した図８〜図１０で説明した検出面（コイル面）を２面以上用いて２方向以上から同時に計測する装置にあっては、その検出面方向に同一の微分方向を持たせる構造にする。図１１にはその一例を示す。同図に示すように、ＳＱＵＩＤセンサ２１を多次微分構造に形成したデュワ３Ａ，３Ｂそれぞれにおいて、一方のＸＺ面に平行な検出面を呈するデュア３ＡのＳＱＵＩＤセンサ２１の微分方向は全てＹ軸方向の一方向に設定し、且つ、他方のＹＺ面に平行な検出面を呈するデュア３ＢのＳＱＵＩＤセンサ２１の微分方向は全てＸ軸方向の一方向に設定している。これにより、参照コイル（図示せず）の数を必要最低限に減らし、その規模を抑えることができる。
【００７６】
第２の実施形態
第２の実施形態を図１２に基づき説明する。上述した第１の実施形態と同一または同等の構成要素には同一符号を用いてその説明を省略または簡略化する。
【００７７】
この実施形態はデュワ構造に特徴を有するもので、第１の実施形態のデュワ構造をさらに展開したものである。
【００７８】
この実施形態に係る生体磁気計測装置は、全体形状としては略コ（Ｕ）字型を成すデュワ６６を備える。このコ字型デュワ６６は、被検者Ｐの胸部側面に対向した縦方向デュワ６６Ｓと、その胸部前面に対向した上側横方向デュワ６６Ｕと，下側横方向デュワ６６Ｌとの分割した別体構造になっている。
【００７９】
これらの分割デュワ６６Ｓ，６６Ｕ，６６Ｌは連結部材６２…６２を介して図示の如く略コ（Ｕ）字状に結合されている。このとき、縦方向デュワ６６Ｓは被検者Ｐの胸部左側面に対向し、そして、上側横方向デュワ６６Ｕおよび下側横方向デュワ６６Ｌは被検者Ｐの胸部前面および後背部面にそれぞれ対向するように位置決めされている。つまり、この３個のデュワが被検者Ｐの心臓に３方から対向できる。この略コ（Ｕ）字状デュワ６６は連結部材６２を介して図示の如くアーム６４に固設・吊持されている。
【００８０】
また、デュワ６６の被験者Ｐへのアクセスを容易にするため、寝台１の天板１Ｎを、デュワ６６とは反対向きのコ（Ｕ）字状に形成し、その下側部位を寝台基部に取り付けてある。この反対向きのコ字状構造が、下側横方向デュワ６６Ｌの寝台下への位置決めを許容する退避構造を達成している。このため、少なくとも診断時には、デュワ６６の下側横方向デュワ６６Ｌを天板１Ｎの下方位置まで差し込むことができる。
【００８１】
分割デュワ６６Ｓ，６６Ｕ，６６Ｌのそれぞれは単独で、前述した第１の実施形態の同様の独立したセンサ構造および冷却構造を有するが、３者のデュワで使用するヒートパイプ３２Ｓ，３２Ｕ，３２Ｌは共通の冷凍機３１に接続されている。この冷凍機３１は省スペース化のためにアーム６４上に載置してある。
【００８２】
なお、この第２の実施形態に係る生体磁気計測装置にも、前述したＳＱＵＩＤセンサの改善された配置パターンの適宜なものが選択されて実施されている。
【００８３】
このように、コ字型デュワ６６を３個の平面状（板状）の分割デュワ６６Ｓ，６６Ｕ，６６Ｌで構成するとともに、寝台１をその内の分割デュワ６６Ｌがアクセス可能な構造にしたことにより、被検者Ｐの胸部側面および胸部前面のみならず、後背部面をも合わせて同時に測定でき、検出データの一層の豊富化の観点から、前述したと同等の作用効果を得ることができる。また、別体構造にしてあるので、第１の実施形態と同様に、デュワ全体を簡単な構造にでき、製作コストや保守コストの低減化にも寄与できる。
【００８４】
また当然に、第１の実施形態で得られた、ＳＱＵＩＤセンサ２１の配置密度およびコイル面積の同時変化、または、ＳＱＵＩＤセンサ２１の配置密度のみの変化（すなわち、デュワ６６全体の湾曲部に相当する、分割デュワ６６Ｓ、６６Ｕの突き合わせ側寄りに、および／または、分割デュワ６６Ｓ、６６Ｌの突き合わせ側寄りに至るほど、センサ配置密度を上げ且つコイル面積を小さくする、または、センサ配置密度のみを上げる）させることに起因した効果も得られる。
【００８５】
なお、上述した各実施形態およびその変形形態にあっては、被検者の磁気計測部位が心臓である場合を説明してきたが、この計測部位は必ずしも心臓に限定されることなく、例えば、頭部であってもよい。
【００８６】
また、デュワは計測部位の体表形状に極力合わせた検出面形状を有するものであればよく、必ずしも上述したＬ字型やコ（Ｕ）字型に限定されるものではない。これらのＬ字型やコ（Ｕ）字型を変形した湾曲形状に形成することもできる。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の生体磁気計測装置によれば、ＳＱＵＩＤセンサなどで形成される磁気センサの複数個をデュワ内に配置するときの配置パターン（センサ配置密度、コイル面積）を、例えばＬ字型デュワの湾曲状の検出面（湾曲部）に至るにしたがって変える（少なくともセンサ配置密度を高くする）ように構成したため、大人と子供、老若男女など、計測対象の種類により、また、個人差により、被検者の計測部位のサイズが変わる場合でも、１台の装置でそれらの多様な被検者をカバーでき、常に精度が良く且つ安定した磁気計測を行うことができる。とくに、計測部位が心臓（胸部）であるときに、かかる効果は顕著になる。
【００８８】
また、本発明の生体磁気計測装置によれば、磁気センサの配置パターンを上述の記載の構成にすることに加えて、デュワを例えばＬ字型（または略Ｌ字型）やコ（Ｕ）字型（略コ（Ｕ）字型）に形成するので、上述の効果を得ると同時に、被検者の計測部位から放射される磁気信号を多面的になるべく多く検出し、Ｓ／Ｎ比を上げて、計測精度（つまり磁場源の推定精度）を向上させることができる。とくに、一般に心臓は胸部の中央よりも左寄りに位置しているので、少なくとも左胸側面（部）を計測範囲に加え、かかる効果を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る生体磁気計測装置のＬ字型デュワを中心とした全体構造を概略的に示す構成図。
【図２】Ｌ字型デュワの外観の一連を示す斜視図。
【図３】Ｌ次型デュワ内に配置するＳＱＵＩＤセンサの配置パターンを説明する図。
【図４】１次微分型のＳＱＵＩＤセンサの概略構造を説明する図。
【図５】ヒートパイプの原理を説明する説明図。
【図６】Ｌ字型デュワのヒートパイプおよびＳＱＵＩＤセンサの配置状況を説明する部分的な断面図。
【図７】ＳＱＵＩＤセンサの取り付けの一例を示す説明図。
【図８】ＳＱＵＩＤセンサの配置パターンの一例を模式的に示す図。
【図９】ＳＱＵＩＤセンサの配置パターンの別の一例を模式的に示す図。
【図１０】ＳＱＵＩＤセンサの配置パターンの更に別の一例を模式的に示す図。
【図１１】検出面毎に微分方向を揃えたＳＱＵＩＤセンサの配置法を説明する図。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る生体磁気計測装置のコ（Ｕ）字型デュワの構造を中心とした全体構造を示す構成図。
【図１３】Ｌ字型デュワの外側ケーシングの貼り合わせ構造を示す部分断面図。
【図１４】Ｌ字型デュワの外側ケーシングへの信号線引き込み構造を示す部分断面図。
【図１５】Ｌ字型デュワの外側ケーシングへのヒートパイプなどの熱伝導機構の引き込み構造を示す部分断面図。
【符号の説明】
１ 寝台
１Ｎ 天板
２ センサ部
３ Ｌ字型デュワ
３Ｕ 上側カバー
３Ｌ 下側カバー
４ 台座
５ 駆動・処理ユニット
６ 冷却機構
１１ａ，１１ｂ 外側、内側ケーシング
２１ ＳＱＵＩＤセンサ
２５ 参照コイル群
３１ 冷凍機（冷媒タンク）
３２，３２Ｓ，３２Ｕ，３２Ｌ ヒートパイプ
５４ 連結ホース
５５ 真空ポンプ
５７ 断熱材
５８ 熱伝導体
６２ 連結部材
６３ 支柱
６４ アーム
６６ コ（Ｕ）字型デュワ
６６Ｓ，６６Ｕ，６６Ｌ コ（Ｕ）字型デュワを形成する分割デュワ

Claims (9)

1. 被検者の磁気信号を検出する複数の磁気センサと、この磁気センサを収容したデュワとを備えた生体磁気計測装置において、
   前記デュワは前記被検者の体表の周りに空間的に位置させる複数の検出面を有するものであって、かつ前記検出面のうち少なくとも一部に平面部を有する形状に形成し、
   前記複数の磁気センサの少なくともセンサ相互間の配置間隔を前記検出面の端部近傍において狭くしてセンサ配置密度が大きくなるように前記デュワ内に配置したことを特徴とする生体磁気計測装置。
2. 請求項１記載の発明において、
   前記デュワは前記被検者の体軸方向から見たときに少なくとも２つの検出面が略Ｌ字状を成す形状であり、この２つの検出面が前記被検者の左胸部の前面および側面を覆うように配置したことを特徴とする生体磁気計測装置。
3. 請求項２記載の発明において、
   前記デュワは前記２つの検出面の間を連続的に湾曲して繋ぐ湾曲状の検出面を有し、前記磁気センサをこの湾曲状の検出面に沿って配置し、この湾曲状の検出面が前記被検者の左胸部の前面および側面の間の体表面を覆うように前記デュワを配置したことを特徴とする生体磁気計測装置。
4. 請求項３記載の発明において、
   前記複数の磁気センサは、その相互の配置間隔を前記湾曲状の検出面に至るほど狭くしてセンサ配置密度が大きくなるように配置したことを特徴とする生体磁気計測装置。
5. 請求項３記載の発明において、
   前記複数の磁気センサは、その相互の配置間隔のみを前記湾曲状の検出面に至るほど狭くしてセンサ配置密度が大きくなるように配置したことを特徴とする生体磁気計測装置。
6. 請求項１記載の発明において、
   前記デュワは前記被検者の体軸方向から見たときに少なくとも３つの検出面が略コ字状または略Ｕ字状を成す形状であり、この少なくとも３つの検出面が前記被検者の左胸部の少なくとも前面、側面、および背面を覆うように配置したことを特徴とする生体磁気計測装置。
7. 請求項１記載の発明において、
   前記複数の磁気センサのそれぞれは微分方向を有するＳＱＵＩＤセンサで形成し、この複数のＳＱＵＩＤセンサは前記検出面それぞれにおいてその微分方向が同一方向を向くように配置したことを特徴とする生体磁気計測装置。
8. 請求項１記載の発明において、
   前記磁気センサはＳＱＵＩＤセンサで構成する一方、前記デュワの外部に配設された冷却源と、前記デュワの内部に前記冷却源に接続された状態で配設され且つ前記複数のＳＱＵＩＤセンサを冷却する冷却手段とを備えたことを特徴とする生体磁気計測装置。
9. 請求項８記載の発明において、
   前記冷却源は冷凍機であり、前記冷却手段はこの冷凍機に接続されたヒートパイプであることを特徴とする生体磁気計測装置。

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