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【発明の名称】 生体磁気計測装置
【発明者】 【氏名】笹渕 仁

【氏名】近藤 昭二

【氏名】塚田 啓二

【氏名】神鳥 明彦
【要約】 【課題】被検者及び装置の操作者にとって、測定を容易に行うことができる生体磁場計測装置を提供する。

【解決手段】磁気シールドルーム１内に、３次元の方向に可動可能に設置されたベッド３と、ベッド３上の被検者２の発する磁場を測定する磁気センサ（デュワ４）とが配置される。ベッド上面を最低位置に下げた時のベッド３上面と磁気シールドルームの床面との間隔ｉを３５〜５０ｃｍとし、磁気センサ４底面と磁気シールド床面との間隔ｊを７５〜９０ｃｍとし、磁気センサ中心線Ｏとベッド天板前後調整ハンドル１０８の位置間隔ｅは０〜＋６０ｃｍとし、ハンドル１０８等のベッド位置調整手段とセンサ４との間隔を４０ｃｍ以上とする。また、ベッド位置調整手段は、いずれもベッド３の最上面部よりも低位の位置に設置される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 磁気の影響を遮断する磁気シールドルームと、３次元の方向に可動可能であり測定時に被検者が乗せられるベッドと、前記ベッド上の被検者の発する磁場を測定する磁気センサを有するセンサ手段とを備えた生体磁気計測装置において、前記ベッド上面を最低位置に下げた時の該ベッド上面と前記磁気シールドルームの床面との間隔（ｉ）は、３５〜５０ｃｍであることを特徴とする生体磁気計測装置。
【請求項２】 磁気の影響を遮断する磁気シールドルームと、３次元の方向に可動可能であり測定時に被検者が乗せられるベッドと、前記ベッド上の被検者の発する磁場を測定する磁気センサを有するセンサ手段とを備えた生体磁気計測装置において、前記センサ手段の底面と前記磁気シールドルームの床面との間隔（ｊ）は、７５〜９０ｃｍであることを特徴とする生体磁気計測装置。
【請求項３】 磁気の影響を遮断する磁気シールドルームと、３次元の方向に可動可能であり測定時に被検者が乗せられるベッドと、前記ベッド上の被検者の発する磁場を測定する磁気センサを有するセンサ手段とを備えた生体磁気計測装置において、前記ベッドは、前記被検者の身長方向にベッド自身の可動調整を行う調整手段を備え、前記センサ手段中心線と前記調整手段の操作部との位置間隔（ｅ）は、０〜＋６０ｃｍであることを特徴とする生体磁気計測装置。
【請求項４】 磁気の影響を遮断する磁気シールドルームと、３次元の方向に可動可能であり測定時に被検者が乗せられるベッドと、前記ベッド上の被検者の発する磁場を測定する磁気センサを有するセンサ手段とを備えた生体磁気計測装置において、前記ベッドはベッド自身の位置調整手段として、前記被検者の身長方向に可動調整を行う第１の調整手段と、前記被検者の横方向に可動調整を行う第２の調整手段と、上下方向に可動調整を行う第３の調整手段とを備え、前記第１乃至第３の調整手段と前記センサ手段との間隔が、少なくとも４０ｃｍ以上であることを特徴とする生体磁気計測装置。
【請求項５】 磁気の影響を遮断する磁気シールドルームと、３次元の方向に可動可能であり測定時に被検者が乗せられるベッドと、前記ベッド上の被検者の発する磁場を測定する磁気センサを有するセンサ手段とを備えた生体磁気計測装置において、前記ベッドはベッド自身の位置調整手段として、前記被検者の身長方向に可動調整を行う第１の調整手段と、前記被検者の横方向に可動調整を行う第２の調整手段と、上下方向に可動調整を行う第３の調整手段とを備え、前記第１乃至第３の調整手段は、いずれも前記ベッドの最上面部よりも低位の位置に設置されていることを特徴とする生体磁気計測装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、心臓の心筋活動等により発生する生体磁場（biomagnetic field）を高感度な量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ：superconducting quantum interferencedevice）からなる複数の磁束計（ganetomete）を用いて計測する生体磁場計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から磁気センサである超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）を用いて、生体から発生する微弱な磁場の分布を測定し、その測定結果から、生体内部の活動電流の位置を推定し、その分布をイメージングする多チャンネルの生体磁気イメージング装置が知られている。そのような従来例は、たとえば特開平４−３１９３３４号あるいは特開平５−１４６４１６号等の公開公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記従来例は、生体磁気イメージング装置に関する動作原理に関するものであり、その開示内容には実施化する上での技術課題や解決手段が開示されていない。
【０００４】また、被検者や装置を操作する医者等にとっての操作性等を考慮した、具体的な装置構成を開示したものはなかった。
【０００５】本発明の目的は、被検者及び装置の操作者にとって、測定を容易に行うことができる生体磁場計測装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明は以下の特徴を有する。
【０００７】磁気の影響を遮断する磁気シールドルームと、３次元の方向に可動可能であり測定時に被検者が乗せられるベッドと、前記ベッド上の被検者の発する磁場を測定する磁気センサを有するセンサ手段とを備えた生体磁気計測装置において、前記ベッド上面を最低位置に下げた時の該ベッド上面と前記磁気シールドルームの床面との間隔を３５〜５０ｃｍとした。
【０００８】また、前記センサ手段の底面と前記磁気シールドルームの床面との間隔を７５〜９０ｃｍにした生体磁場計測装置を提案する。
【０００９】更には、前記ベッドは、前記被検者の身長方向にベッド自身の可動調整を行う調整手段を備え、前記センサ手段中心線と前記調整手段の位置間隔を０〜＋６０ｃｍとした生体磁場計測装置を提案する。
【００１０】更には、前記ベッドはベッド自身の位置調整手段として、前記被検者の身長方向に可動調整を行う第１の調整手段と、前記被検者の横方向に可動調整を行う第２の調整手段と、上下方向に可動調整を行う第３の調整手段とを備え、前記第１乃至第３の調整手段と前記センサ手段との間隔を少なくとも４０ｃｍ以上とした生体磁場計測装置を提案する。
【００１１】更には、前記第１乃至第３の調整手段は、いずれも前記ベッドの最上面部よりも低位の位置に設置されている生体磁場計測装置を提案する。
【００１２】なお、これらの作用については、以下の発明の実施の形態の項で説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図面により説明する。
【００１４】図１に本発明が適用される生体磁気計測装置（心臓磁気計測装置）の一実施例の概略構成を示す。図１に示すように、環境磁気雑音の影響を除去するために、生体磁気計測装置は磁気シールドルーム１内に設置される。生体からなる被検体である被検者２は、ベッド３に仰向け状態で計測が行われる。被検者の生体面（胸部の場合は一般に胸壁に平行な面）はベッド３の面と略平行であるとし、そしてこの面は直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）のｘ−ｙ平面と平行であるものとする。被検者の胸部は曲面であると共に傾いているが、説明を簡単にするために略平行とする。
【００１５】被検者２の胸部の上方には、冷媒である液体Ｈeで満たされたデュワ４が配置され、該デュワ４は超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ＝Ｓuperconducting Ｑuantum Ｉnterference Ｄevice）とそのＳＱＵＩＤに接続された検出コイルとを含む複数個の磁気センサを収容している。液体Ｈｅは磁気シールド１の外部にある自動補給装置５から連続的に補給される。
【００１６】磁気センサの出力は、被検者２から発生して検出コイルにより検出される生体磁場の強度（磁束密度と考えることもできる）と特定の関係をもつ電圧を出力し、その出力がＦＬＬ（Flux Locked loop）回路６に入力される。このＦＬＬ回路６は、ＳＱＵＩＤの出力を一定に保つように、ＳＱＵＩＤに入力された生体磁場（生体磁気）の変化を帰還コイルを介してキャンセルする（これを磁場ロックと呼ぶ）。そ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と特定の関係にある電圧出力を得ることができる。このように帰還コイルを介して検出する方式を取っているので、微弱の磁場を高感度に検出できる。
【００１７】上記出力電圧は増幅器・フィルタ・増幅器（ＡＦＡ）７に入力され、その出力はサンプリングされて、Ａ／Ｄ変換され、計算機８に取り込まれる。
【００１８】計算機８はパーソナルコンピュータからなり、８−１はそのディスプレイ部、８−２はキーボード、そして８−３はマウスを示す。マウス８−３は画面上でカーソルを移動させて処理対象を選択するのに用いられる。この操作はキーボードを操作することによっても行うことができる。ＡＦＡ７の入力ゲイン（Ｉgain）及び出力ゲイン（Ｏgain）は調整可能であり、また、ＡＦＡ７は第１の基準周波数以下の周波数信号を通過させるローパスフイルタ（ＬＰＦ）、第１の基準周波数よりも低い第２の基準周波数以上の周波数信号を通過させるハイパスフイルタ（ＨＰＦ）及び商用電源周波数をカットするノッチフィルタ（ＢＥＦ）を含む。計算機８は各種の処理を行うことができ、その処理結果はディスプレイ部８−１に表示され得る。なお、図１で示す前記計算機８は一実施例を示したものであり、これに限定されるものではない。例えば、タッチパネルを備えたディスプレイを備えたものや、マウスに変えて他の座標指示装置、例えばトラックボールやジョスティック等を使用したものでもよい。また場合によっては公衆電話回線を介して接続される計算機でもよい。
【００１９】ＳＱＵＩＤとしては、例えば一例として直流ＳＱＵＩＤが用いられる。ＳＱＵＩＤに外部磁場が与えられたときに、それに対応する電圧（Ｖ）が発生するようにＳＱＵＩＤには直流バイアス電流（Ｉbias）が流される。その外部磁場を磁束Φで表すと、ＶのΦに対する特性曲線すなわちΦ−Ｖ特性曲線は周期関数で与えられる。計測に当っては、それに先立って、ＦＬＬ回路６のオフセット電圧（ＶOFF）を調整してΦ−Ｖ特性曲線の直流電圧をゼロレベルにする操作が行われる。更に、ＡＦＡ７の入力がゼロのときその出力がゼロとなるようにＡＦＡ７のオフセット電圧（ＡOFF）の調整が行われる。
【００２０】ＳＱＵＩＤに外部から大きな磁場がかかると、その磁場がＳＱＵＩＤによってトラップされ、その正規の動作がなされなくなる。その場合は、ＳＱＵＩＤを加熱して一旦常伝導状態にし、そしてその後加熱を止めて、トラップされた磁場を取り除くことができる。その場合のＳＱＵＩＤの加熱操作をヒートフラッシュと呼ぶ。
【００２１】図２は磁気センサの配置構成を示す。磁気センサの検出コイルには生体磁場の接線成分（生体面すなわちｘ−ｙ平面に略平行な成分）を検出するコイルと生体磁場の法線成分（生体面すなわちｘ−ｙ平面に直交する成分）を検出するコイルがある。生体磁場の接線成分を検出するコイルとしては、コイル面がｘ方向及びｙ方向をそれぞれ向いた２つのコイルが用いられ、また、生体磁場の法線成分を検出するコイルとしてはコイル面がｚ方向を向いたコイルが用いられる。複数個の磁気センサ２０−１〜２０−８、２１−１〜２１−８、２２−１〜２２−８、２３−１〜２３−８、２４−１〜２４−８、２５−１〜２５−８、２６−１〜２６−８及び２７−１〜２７−９は、図２に示されるように、生体面すなわちｘ−ｙ平面と略平行な面上にマトリックス状に配置される。磁気センサの数は任意であってよいが、図２では、磁気センサのマトリックスは８行８列からなっているから、磁気センサの数は８×８＝６４である。
【００２２】各磁気センサは、図２に示されるように、その長手方向が生体面すなわちｘ−ｙ平面に対して垂直な方向（ｚ方向）と一致するように配置される。なお、この一実施例ではベッド面とセンサのＸ−Ｙ面とを平行にしているが、測定精度を高めるには体に接近させる方が良く、傾けるようにすることができる。但し、被検者である人体は常に動いているので、人体に密着させるとこの動きが検出部を動かし、かえって高精度の検出が困難となる。
【００２３】図５は磁気センサと被検者２の被計測部である胸部３０との位置関係を示す。示されている点は、図２に示されるマトリックス上の行と列との交点すなわち被検者２の計測点すなわち計測位置を表す。これらの各計測位置をチャンネルとも呼ぶ。図からわかるように、この実施例では、被検者２の身長方向をｙ方向とし、被検者２の横方向をｘ方向としている。
【００２４】図６は図５に示されるそれぞれの計測位置の生体磁場の測定結果を示す。この測定結果は各計測位置に対応する磁気センサでそれぞれ検出された信号を基に上述の処理を行うことで得られた、時間的に変化する生体磁場波形をマトリックス中の対応するチャンネル毎に示すものである。この実施例では心臓の筋肉が発する磁場を検出できる位置に各チャンネルを設けたので、図６の波形は心磁波形を示している。なお、心臓の筋肉から発せられる磁場を計測することで得られた波形を心磁波形と呼ぶ。図６に示されるように、チャンネル毎に計測された計測データをチャンネル毎にその位置に対応させて表示する場合、これをグリッドマップ表示と呼ぶ。図６の心磁波形は、ある健常者についての心磁の計測結果の波形を示す。ここで（ａ）は接線成分Ｂxの心磁波形を、（ｂ）は接線成分Ｂyの心磁波形を、そして（ｃ）は法線成分Ｂzの心磁波形をそれぞれ示す。
【００２５】上記に示した生体磁気計測装置の具体的な構造について、図３及び図４を用いて更に詳細に説明する。
【００２６】図３は本実施例に係る生体磁気計測装置を磁気シールドルーム１上方からみた平面図、図４はその側面図である。
【００２７】ベッド３は、被検者２を乗せるベッド天板１０６を備え、ベッド自身の位置調整手段として、被検者の身長方向に可動調整を行うベッド天板前後位置調整用ハンドル（第１の調整手段）１０８と、前記被検者の横方向に可動調整を行う第２の調整手段（図示省略）と、上下方向に可動調整を行うベッド天板昇降用レバー（第３の調整手段）１０７とを備える。これらの調整手段は、ベッド３側面部に配設されている。
【００２８】デュワ４はガントリー１０２により支持され、液体Ｈｅ自動補給装置５からＨｅ補給用のトランスファーチューブ１０４を介して液体Ｈｅが供給される。１０５は蒸発Ｈｅの排気管、１１１は信号ケーブル、１１２はＨｅレベル計ケーブル、１１３は計測回路ラックである。これらの要素のうち、ベッド天板１０６，デュワ４，ベッド天板前後位置調整ハンドル１０８等については、次のように位置設定されている。この設定条件を図４を参照しながら説明する。
【００２９】（１）ベッド天板１０６の最低位置の高さｉについてベッド３の天板１０６を最低位置に下げた時の磁気シールドルーム１床面からベッド天板１０６までの高さ（すなわち、ベッド上面と磁気シールドルームの床面との間隔）ｉは、３５〜５０ｃｍの間の値に設定される。この値は成人がベッド３にスムーズに腰掛ける姿勢をとり得る値である。この結果、被検者がベッドに乗る際、一度ベッドに腰掛け、次にベッドに横たわることになり、被検者がベッドに乗り又は降りる際の事故や被験者の負担を軽減する。このことは、心臓疾患を抱える被検者にとって重要な点である。
【００３０】３５ｃｍ以下の場合には一旦しゃがみこむ姿勢とるか又は、一旦天板上に正座してから足を下ろして腰掛ける動作を採らざるを得ない。また５０ｃｍ以上の場合には一度つま先立ち又は腕で体を引き上げることが必要になり、また極端な場合には這い登る形となり危険である。いすれも高齢者や心疾患を抱える被検者には負担が大きい。
【００３１】（２）液体Ｈｅデュワ４の底面の高さｊについて磁気シールドルーム１の床面より液体Ｈｅデュワ４の底面までの高さ（すなわちセンサ手段の底面と磁気シールドルームの床面との間隔）ｊは、７５〜９０ｃｍの間の値に設定される。この値は成人が上記（１）項に基づいて設計されたベッドに仰向け又はうつ伏せの姿勢で横たわり、且つ成人胸部厚さを考慮して、計測に必要十分な最適値として得られるものである。即ち、成人胸部厚さは体型に依存して異なるが、ほぼ３０〜４０ｃｍの範囲に収まると考えられる。この観点からベッド最低高さｉに４０ｃｍを加えた値があれば十分である。
【００３２】更に医者等のベッド調整を行う者（調整者）は、ベッド３に設けたレバー１０７を用いて被検者２の高さを調整をする場合に、上記のデュワ４底面高さｊの設定値は、調整姿勢の状態（かがんだ状態）状態で液体Ｈｅデュワ４の底面がちょうど調整者の目線の高さにくるため、精密且つ安全に高さ調整をなし得る値でもある。これは操作性及び安全性の観点から最も望ましいものである。
【００３３】（３）液体Ｈｅデュワ４の中心線とベッド天板前後位置調整ハンドル１０８の位置間隔ｅについて液体Ｈｅデュワ４中心線Ｏとベッド天板前後位置調整ハンドル（第１の調整手段）１０８の位置間隔ｅを０〜＋６０ｃｍの範囲内の値とする。被検者２の心臓計測位置を液体Ｈｅデュワ４の中心位置にあわせる作業は、調整者が、被検者２に向かって液体Ｈｅデュワ４正面又はやや右側に位置し、右手でベッド天板前後位置調整ハンドル１０８を回しながら、被検者２／液体Ｈｅデュワ４の位置を目視するのが、最も直接的な位置合わせの方法である。このため、調整者の作業効率の最適な範囲として、上記ｅの位置間隔０〜＋６０ｃｍが規定されるものである。
【００３４】この結果、最も操作性良く高精度且つ、計測ミスを最小にすることができる。
【００３５】（４）金属製制御装置の配置についてベッド天板前後位置調整ハンドル（第１の調整手段）１０８、ベッド天板昇降用レバー１０７（第３の調整手段）、油圧シリンダからなるベッド天板昇降シリンダ１１５（第３の調整手段の一部となる）、第２の調整手段等の金属製制御部材は、可動時に磁気雑音を生じる。この影響を避けるため、各金属製制御部材は、液体Ｈｅデュワ４内の何れの磁気センサからも、少なくとも４０ｃｍ以上離れた距離に置かれる。これにより、金属製制御部材からの磁気雑音のない安定な計測が可能となる。
【００３６】（５）操作ハンドルの位置についてベッド昇降側の突起物は、ベッドに乗り降りする際の障害になる。これを避けるため、ベッド天板前後位置調整ハンドル（第１の調整手段）１０８、ベッド天板昇降用レバー１０７（第３の調整手段）、第２の調整手段等の操作部はいずれも被検者用ベッド天板１０６下に配置される。
【００３７】これにより、心疾患をもつ被検者でも安心且つ容易にベッドへの乗り降りが可能となる。
【００３８】
【発明の効果】上記に示した本発明の生体磁気計測装置によれば、高齢者や心疾患をもつ被検者でも容易且つ安全に測定を行うことができる。また、磁気雑音の発生源となる部材の配置が十分に磁場が減衰する距離を採って配置されるので、デュワへの磁気雑音の影響が無く、高精度の測定が可能となる。
【出願人】 【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【出願日】 平成１０年（１９９８）３月１８日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 明夫 （外１名）
【公開番号】 特開平１１−２６２４７７
【公開日】 平成１１年（１９９９）９月２８日
【出願番号】 特願平１０−６８３５５