JPH0984777A

JPH0984777A - 生体磁場計測装置

Info

Publication number: JPH0984777A
Application number: JP7246285A
Authority: JP
Inventors: Shigeharu Oyu; 重治大湯
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-09-25
Filing date: 1995-09-25
Publication date: 1997-03-31
Also published as: US5891031A

Abstract

(57)【要約】【課題】生体深さ方向の検出感度を向上させ且つ装置ト
ータルのＳ／Ｎ比を向上させて、生体内の電流源分布や
複数の電流ダイポールを従来よりも精度よく推定する。【解決手段】ピックアップコイルアレイを、微分次数及
びベースラインの内の少なくとも一方が相互に異なる複
数種のピックアップコイル２１_０、２１_１、２１_２を組
み合わせて配置することで形成。複数種のピックアップ
コイル２１_０、２１_１、２１_２は、例えば、微分次数の
みが相異なったり、ベースラインのみが相異なるもの
で、異なった測定点に各別に配置したり、同一測定点に
配置する。複数種のピックアップコイルの検知信号に基
づいて生体内の磁場源又は磁場源分布の情報を推定演算
する磁場源推定手段１１、１２を備える。磁場源推定手
段は複数種のピックアップコイル間の磁気的クロストー
クの影響を補正する手段を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は生体磁場計測装置に
係り、とくに、生体が発生した微弱磁界をピックアップ
コイルで検知し、この磁界をＳＱＵＩＤ（超伝導量子干
渉素子）と呼ばれる超伝導リングに導くように構成した
磁界検出部を有する生体磁場計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＳＱＵＩＤ（Superconducting QU
antum Interferance Device ；超伝導量子干渉素子）を
生体の磁束計測に応用した生体磁場計測装置としてのＳ
ＱＵＩＤ磁束計が実用化されている。ＳＱＵＩＤ磁束計
には、高周波型ｒｆ−ＳＱＵＩＤとｄｃ−ＳＱＵＩＤと
が存るが、感度も良く、雑音もあまり発生しない点で、
最近ではｄｃ−ＳＱＵＩＤの方が主に使用されている。

【０００３】ｄｃ−ＳＱＵＩＤの場合、超伝導リングの
接合部には超伝導状態を保てなくなる程度の直流バイア
ス電流を流した状態でピックアップコイルで生体からの
磁界を検出し超伝導リングに導くと、接合部には検出し
た磁界に対して周期的に変化する電圧が発生する。そこ
で、接合部の電圧が変化すると、その変化を打ち消すよ
うな磁束をフィードバックコイルから超伝導リングに与
え、フィードバックコイルに流す電流に比例した電圧が
外部から読み出せるように構成する。このうな回路はＦ
ＬＬ（flux locked loop）回路と呼ばれ、これにより、
ピックアップコイルで検出した磁場に比例した出力を得
ることが出来る。

【０００４】このようなＳＱＵＩＤ磁束計で用いられる
ピックアップコイルアレイの典型的な構成を図１４に、
各種ピックアップコイルの巻線方法を図１５にそれぞれ
示す。図１４に示すピックアップコイルアレイ１００
は、複数の１次微分型ピックアップコイル１０１をその
軸方向を被検体の頭部表面にほぼ垂直になるように湾曲
したコイル配置面に沿って配置したもので、現在のＳＱ
ＵＩＤ磁束計の主流を成す。ピックアップコイル１０１
としては、図１５（ａ）に示すマグネットメータ型ピッ
クアップコイル（微分次数＝０）、同図（ｂ）に示す１
次微分型ピックアップコイル、同図（ｃ）に示す２次微
分型ピックアップコイルなどが用いられる。とくに２次
微分型ピックアップコイルは１次微分型よりも外来雑音
磁場の除去能力が高いので、外来雑音の大きい環境下で
の磁場計測に用いられる。一次微分型ピックアップコイ
ルは外来雑音の除去能力が小さいので、磁気シールドル
ームでの計測が望ましい。マグネットメータ型ピックア
ップコイルは外来雑音の除去能力が無いので、通常用い
られない。図１５（ｂ）、（ｃ）に示す如く、２つのコ
イルループ面の間の軸方向の距離はベースラインと呼ば
れており、従来のピックアップコイルアレイ（微分型）
の場合、同じベースラインのピックアップコイルが曲面
を成すコイル配置面上に複数配置されるという特徴があ
る。なお、外来雑音に対する耐性などを考慮した３次以
上の高次微分次数のピックアップコイルも考えられてい
る。

【０００５】このような構造のピックアップコイルアレ
イを搭載した生体磁場計測装置を用いた測定結果から生
体内部の電流源の情報を推定すると、以下のような不都
合を生じる恐れのあることが分っている。

【０００６】（１）生体内に３次元的に分布した電流源
分布を線形最少２乗法的な解法で推定すると、実際より
浅い位置に分布した電流源分布が推定されてしまう傾向
がある。（２）生体内に複数の電流ダイポールを仮定し、それら
のダイポールの位置や大きさ、向きを非線形最適化法に
より推定すると、深い位置にあるダイポールが発生する
小さな磁場信号が、浅い位置にあるダイポールが発生す
る大きな磁場信号に隠れてしまい、深い位置のダイポー
ルを精度良く求めることが難しい。

【０００７】この問題を解決するため、図１６に示すよ
うに、例えば１次微分型のピックアップコイル１０２を
軸方向に複数段配置し、これらのピックアップコイル１
０２…１０２で検出した磁場強度に基づいて生体内の電
流源の情報を推定するという提案がなされている（例え
ば特開平５−２９７０９１号参照）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図１６に記載した構造のピックアップコイルアレイを
有する磁場計測装置では、生体から遠い位置にあるピッ
クアップコイルで検出される生体磁場信号が小さくなっ
てしまうため、遠い位置にあるピックアップコイルのＳ
／Ｎ比が近い位置に在るピックアップコイルのそれより
も悪くなり、全体としては推定精度の向上にはあまり寄
与しないという問題がある。

【０００９】本発明は以上の状況に鑑みてなされたもの
で、生体深さ方向の検出感度を向上させ且つ装置トータ
ルのＳ／Ｎ比を向上させることで、生体内の電流源分布
や複数の電流ダイポールを従来よりも精度よく推定でき
る生体磁場計測装置を提供することを、その目的とす
る。具体的には、３次元的に分布した電流源分布を推定
する場合、浅目に推定されることがなく、電流源分布の
位置を精度良く推定することが可能な生体磁場計測装置
を提供することであり、また複数の電流ダイポールを推
定する場合、複数の電流ダイポールが異なる深さに存在
した場合も、深い位置のダイポールをも精度良く推定で
きる生体磁場計測装置を提供することである。

【００１０】

【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、生体の磁場源からの磁束を検知するピッ
クアップコイルを配置したピックアップコイルアレイを
有する生体磁場計測装置であり、前記ピックアップコイ
ルアレイを、微分次数及びベースラインの内の少なくと
も一方が相互に異なる複数種の前記ピックアップコイル
を組み合わせて配置することで形成される。

【００１１】例えば、前記複数種のピックアップコイル
の前記微分次数のみが相異なるようにしたコイルであっ
たり、前記複数種のピックアップコイルの前記ベースラ
インのみが相異なるようにしたコイルである。また例え
ば、前記複数種のピックアップコイルは、前記磁束を検
知する異なった測定点に各別に配置される。また、前記
複数種のピックアップコイルは、前記磁束を検知する同
一の測定点に配置される。前記複数種のピックアップコ
イルは、例えば、同一ボビン上に前記生体側に近いコイ
ルループが同一又は略同一のボビン軸方向の位置となる
ように形成される。

【００１２】さらに好ましくは、前記複数種のピックア
ップコイルの検知信号に基づいて前記生体内の単一若し
くは複数の前記磁場源又はこの磁場源の分布の情報を推
定演算する磁場源推定手段を備え。この磁場源推定手段
は、前記複数種のピックアップコイル間の磁気的クロス
トークの影響を補正する手段を含む。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。

【００１４】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態を図１〜図６，図１７及び図１８に基づいて説明
する。

【００１５】図１は、多チャンネルのｄｃ−ＳＱＵＩＤ
磁束計を使った生体磁場計測装置の概略ブロック図であ
る。この計測装置は、ピックアップコイルアレイ１０、
ＳＱＵＩＤ部１１、及びデータ処理部１２を有する。ピ
ックアップコイルアレイ１０は、複数のピックアップコ
イル部２０₁〜２０_nを有する。各ピックアップコイル
部２０₁（〜２０_n）はマグネットメータ型、１次微分
型、及び２次微分型の各ピックアップコイル２１₀，２
１₁，２１₂が１組を成し、これらのピックアップコイ
ル２１₀，２１₁，２１₂が同一ボビンＢに図の如く巻
装・配置されている。ここでは、１次微分型及び２次微
分型のピックアップコイル２１₁，２１₂のベースライ
ンは等しいとする。

【００１６】ピックアップコイル部２０₁〜２０_nのそ
れぞれは、図２に示す如く、生体の測定対象領域（例え
ば頭部）の体表に沿って湾曲形成されたコイル配置面を
有するデュワ２２に収容されており、そのコイル配置面
に沿ってコイル軸方向をほぼ垂直にして配置されてい
る。これにより、ピックアップコイル部２０₁〜２０_n
は測定対象領域の周囲に３次元的に置かれることにな
る。同時に、マグネットメータ型、１次微分型、２次微
分型の３種類のピックアップコイル２１₀，２１₁，２
１₂が同一の測定点（複数在る）に配置されることにな
る。

【００１７】ＳＱＵＩＤ部１１は、各測定点に対応する
複数（ピックアップコイル部の数の３倍）のＳＱＵＩＤ
回路２３₁〜２３_3nを有しており、このＳＱＵＩＤ回路
２３₁〜２３_3nがピックアップコイル部２０₁〜２０_n
のピックアップコイル２１₀，２１₁，２１₂に独立に
接続されている。ＳＱＵＩＤ回路２３₁〜２３_3nの各々
は、接合部を２つ有する超伝導リングで成るＳＱＵＩＤ
（超伝導量子干渉素子）を有し、図示しないインプット
コイルを介して各ピックアップコイル２１₀（〜２
１₂）の検出磁束を接合部に導くようになっている。な
お、このＳＱＵＩＤ部１１及びピックアップコイルアレ
イ部１０は、液体ヘリウムに拠る冷却を行うデュワ２２
に収容され、超伝導状態に保持される。

【００１８】データ処理部１２は、検出チャンネル毎に
介挿されるＦＬＬ回路２４₁〜２４_3n及びＡ／Ｄ変換器
２５₁〜２５_3nを有するとともに、データ処理用のワー
クステーション２６を備えている。ＦＬＬ回路２４₁〜
２４_3nのそれぞれはＳＱＵＩＤ回路２３₁（〜２３_3n）
の超伝導リングへの直流バイアス電流の供給及び超伝導
リングの接合部の電圧が変化しないよう印加磁界にフィ
ードバックを掛ける、いわゆるＦＬＬ（flux locked lo
op）操作を行うもので、そのフィードバック信号を磁束
強度に対応した検出信号としてチャンネル毎に各Ａ／Ｄ
変換器２５₁（〜２５_3n）に出力する。Ａ／Ｄ変換器２
５₁〜２５_3nでデジタル化された検出信号はワークステ
ーション２６のコンピュータ２６Ａに各々読み込まれ
る。

【００１９】このコンピュータ２６Ａは読み込んだチャ
ンネル毎の検出信号に基づいて、例えば図３に示すソフ
トウェア処理を行うようになっている。

【００２０】本実施形態のように、複数のピックアップ
コイルを同一の測定点に配置するような場合、ピックア
ップコイルどうしが極めて近いので、ピックアップコイ
ル間の相互インダクタンスによる磁気的クロストークが
問題となる。そのため、本実施形態では次に説明するよ
うな相互インダクタンスに対する補正処理を行う。

【００２１】図４に図１のピックアップコイル２１₀，
２１₁，２１₂と各ＳＱＵＩＤ回路２３₁（〜２３_3n）
内のインプットコイル３１₀，３１₁，３１₂の模式図
を示す。ピックアップコイルに加えられる磁束φ₀，φ
₁，φ₂と遮蔽電流Ｉ₀，Ｉ₁，Ｉ₂が作る磁束とが等
しいとし、ループ１個のインダクタンスをＬとし、同じ
位置に設置されたループどうしの結合係数を１とし、イ
ンプットコイルのインダクタンスをＬ_i0＝α₀Ｌ，Ｌ_i1
＝α₁Ｌ，Ｌ_i2＝α₂Ｌとすれば、マグネットメータ出
力Φ₀＝φ₀、１次微分出力Φ₁＝φ₀−φ₁、２次微
分出力Φ₂＝φ₀−２φ₁＋φ₂は以下のように表せ
る。α₀，α₁，α₂はクロストークの影響を補正する
補正係数である。

【００２２】

【数１】ＳＱＵＩＤリングに加わる磁束φ_e0，φ_e1，φ_e2はＳＱ
ＵＩＤリングのインダクタンスＬ_s，インプットコイル
との結合係数ｋ_sとして、

【数２】と表される。これと式（１）より

【数３】が得られる。上式により、クロストークの影響が加わっ
た各チャンネルの出力（ＳＱＵＩＤリングに鎖交する磁
束φ_e0，φ_e1，φ_e2に比例する）から、マグネットメー
タ出力、１次微分出力、２次微分出力を得ることができ
る。

【００２３】ＳＱＵＩＤあるいは初段アンプ由来のノイ
ズを、この様にして得た磁場に換算すると、マグネット
メータ出力の磁場雑音（Ｓ_B0）^1/2、１次微分出力の磁
場雑音（Ｓ_B1）^1/2、２次微分出力の磁場雑音（Ｓ_B2）
^1/2は次式で表される。

【００２４】

【数４】ここで、Ａ_pはループひとつの面積、（Ｓ_Φ）^1/2はＳ
ＱＵＩＤのｒｍｓ磁束雑音である。（Ｓ_B0）^1/2，（Ｓ
_B1）^1/2，（Ｓ_B2）^1/2の２乗和Ｓ_B0＋Ｓ_B1＋Ｓ_B2を最
少にするα₀，α₁，α₂の組み合わせは、

【数５】であるので、この付近の値を使用するのが望ましいが、
これから多少のズレは問題なく、例えば、α₀，α₁，
α₂に全て同じ値を用いたとしても、α₀＝α₁＝α₂
＝２〜８程度の値であればさほど感度の低下はない（図
５参照）。したがって、α₀，α₁，α₂として同一の
値のものを用いる場合、２から８の間の値とする事が望
ましい。ちなみに、Ｓ_B0＋Ｓ_B1＋Ｓ_B2を最少にするα＝
α₀＝α₁＝α₂は（２１）^1/2である。

【００２５】本実施形態ではマグネットメータ型、１次
微分型、２次微分型を組み合わせたピックアップコイル
を例にとって説明したが、他の組み合わせであっても、
同様の方法でクロストークの補正式を導出することがで
き、同様の方法でピックアップコイル２１₀，２１₁，
２１₂とインプットコイル３１₀，３１₁，３１₂のイ
ンダクタンスにおけるクロストークを最少にする最良の
比、すなわち補正係数α₀，α₁，α₂を求めることが
できる。

【００２６】図３の処理を説明する。コンピュータ２６
Ａは各検出チャンネルのＡ／Ｄ変換器２５₁（〜２
５_3n）でデジタル変換された磁束強度φ_e0，φ_e1，φ_e2
に応じた検出信号を順次読み込む（図３ステップＳ
１）。次いでコンピュータ２６Ａは予め上述の如く設定
してあるピックアップコイル間のクロストークの影響を
最小にする補正係数α（α₀，α₁，α₂）を自己の内
蔵メモリからワークエリアに読み出し（ステップＳ
２）、上記（３）式を用いてマグネット型ピックアップ
コイル２１₀によるマグネットメータ出力Φ₀、１次微
分型ピックアップコイル２１₁による１次微分出力
Φ₁、又は２次微分型ピックアップコイル２１₂による
２次微分出力Φ₂を検出チャンネル毎に演算する（ステ
ップＳ３）。

【００２７】次いでコンピュータ２６Ａにより、電流源
分布を３次元的に又は複数の電流ダイポールがリードフ
ィールド行列法や準ニュートン法、共役勾配法などの解
法によって推定演算される。このとき電流源分布や電流
ダイポールの深さ方向の識別処理も合わせて実行され
（ステップＳ４）、その推定結果がワークステーション
２６内の出力装置に出力される（ステップＳ５）。

【００２８】図６に第１の実施形態に用いた３種類の微
分次数のピックアップコイルの電流源距離と感度の関係
を示す。横軸には生体に近い方のループから測った電流
源の距離をベースラインを１として相対的に表してい
る。縦軸は各微分次数のピックアップコイルの感度を、
電流源距離１のときのマグネットメータ型ピックアップ
コイルの感度を１として相対的に表している。このグラ
フに示されるように電流源の距離による感度の変化が、
ピックアップコイルの微分次数により異なるため、微分
次数の異なる複数のピックアップコイルを用いることに
より異なる深さの電流源を識別することが可能になる。

【００２９】このように本実施形態では、異なる微分次
数のピックアップコイル２１₀，２１₁，２１₂を同一
測定点毎に組み合わせているので、分布電流の推定を行
う場合に電流源分布が実際より浅目に推定されるという
問題を改善することができる。さらに、異なる深さの複
数の電流ダイポールを推定する場合、深い方のダイポー
ルと浅い方のダイポールとを識別できるので、深い方の
電流ダイポールも精度良く推定することができる。

【００３０】ここで、複数の微分次数のピックアップコ
イルを用いることにより、電流源の深さの識別が可能に
なることを、簡単のため１次元のモデルで詳述する。図
１７に微分次数の異なる３つのピックアップコイルと電
流源の配置を示す。３つのピックアップコイルＡ，Ｂ，
Ｃは同一の測定点に配置され、３つの深さの異なる電流
ダイポールが発生する磁場を検出する。マグネットメー
タ型ピックアップコイルで検出される磁束をｆ₀（Ｊ）
とする。Ｊは図１８の様な位置に固定された３個の電流
ダイポールのモーメントＪ₁，Ｊ₂，Ｊ₃を縦（深さ方
向）に並べたベクトルである。同様に１次微分型ピック
アップコイルで検出される磁束をｆ₁（Ｊ）、２次微分
型ピックアップコイルで検出される磁束をｆ₂（Ｊ）と
する。ｆ₀，ｆ₁，ｆ₂はそれぞれの電流源により発生
する磁場の和で表されるので、以下のような連立１次方
程式が成立する。

【００３１】

【数６】ここで、ｆ_0i（ｉ＝１，２，３）はｉ番目の電流ダイポ
ール（単位の大きさの）が作る磁場をマグネットメータ
型ピックアップコイルで検出したもの、ｆ_1i，ｆ_2iは同
様に１次微分、２次微分型ピックアップコイルで検出し
た磁場の大きさである。電流源深さと感度の関係（深さ
−感度曲線）が３種類のピックアップコイルの間で線形
独立であるので、この連立１次方程式は正則であり、唯
一の解を持つ。従ってこれを解くことにより、３種類の
ピックアップコイルでの磁場の検出値から３種類の深さ
の異なる電流源の大きさＪ₁，Ｊ₂，Ｊ₃を求めること
ができる。従来のように単一の種類のピックアップコイ
ル複数個を同一の測定点に配置した場合、複数個のピッ
クアップコイルの間で深さ−感度曲線が同一であるため
に連立一次方程式が特異となり、深さの異なる電流源の
大きさを決定することが出来ない。

【００３２】以上は簡単のため一次元で概念を説明した
が、本実施形態のように測定点が曲面上に配置された場
合も同様であり、深さ−感度曲線の異なるピックアップ
コイルを配置することにより電流源と測定される磁場の
間の支配方程式の線形独立性が高められるため、３次元
電流源分布を推定した場合に推定される電流源の分布が
浅い方に偏る問題、あるいは深さの異なる複数の電流源
を推定した場合深い方の電流源を精度良く推定できない
問題を改善することが出来る。この効果は深さ−感度曲
線の異なるピックアップコイルを配置することから得ら
れるものであり、従来と同一の電流源推定方法を用いた
場合でもその効果を得ることが出来る。

【００３３】なお、上記実施の形態では同一測定点毎に
マグネットメータ型、１次微分型、及び２次微分型の３
種のピックアップコイルを組合せて配置するとしたが、
コイル組合せは必ずしもこれに限定されず、例えば、１
次微分型及び２次微分型のみの組合せや、１次、２次及
び３次の微分型コイルの組合せなど、他の組合せ方も可
能である。

【００３４】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態を図７、８を用いて説明する。

【００３５】この実施形態に係る生体磁場計測装置は第
１の実施形態と同様にｄｃ−ＳＱＵＩＤ磁束計について
実施するもので、全体構成は前述した図１とほぼ同一で
ある。相違点はピックアップコイルアレイ１０に複数配
置するピックアップコイル部４０₁〜４０_nにある。

【００３６】すなわち、本実施形態のピックアップコイ
ル部４０₁〜４０_nの各々は図７に示す如く、同一ボビ
ンＢに、ベースラインｂがｂ＝ｂ₁＜ｂ₂＜ｂ₃と互い
に異なる３つの１次微分型のピックアップコイル４１
Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが生体に近い側のループが重なるよ
うに巻装・配置されている。このピックアップコイル部
４０₁〜４０_nは図２の場合と同様に、デュワ２２内に
おいて湾曲した２次元のコイル配置面に沿って所定数配
置されている。これにより、ピックアップコイル部４０
₁〜４０_nの配置位置で決まる測定点毎に、３種類のベ
ースライン値の同一微分次数の１次微分型ピックアップ
コイル４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが配置される。

【００３７】このｄｃ−ＳＱＵＩＤ磁束計を搭載した生
体磁場計測装置では、そのワークステーションが図３と
同様の処理を行って磁場源を推定する。第２の実施形態
に係るピックアップコイル部４０₁〜４０_nの各々にお
いてもコイル間の距離が近接しているため、クロースト
ークの影響があるので、これに対する補正処理が同様に
行われる。この処理で使う補正係数αの設定の仕方を以
下に説明する。

【００３８】いま、生体に近い側、遠い側のループのイ
ンダクタンスは全て同一でＬとする。生体に近い側の３
つのループ間の相互インダクタンスは結合係数が１であ
ると仮定すると、Ｌとなる。生体に遠い側のループ間の
相互インダクタンスは０と仮定する。このとき、外部か
らピックアップコイル４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃに加わる
磁束φ₀，φ₁，φ₂は第１の実施形態と同様にして次
式で表わされる。

【００３９】

【数７】上式により、ＳＱＵＩＤリングに印加する磁束φ_e0，φ
_e1，φ_e2に比例する検出信号に加わっているクロストー
クの影響を除去したマグネットメータ出力に対応する信
号Φ₀、１次微分出力に対応する信号Φ₁、２次微分出
力に対応する信号Φ₂を得ることができる。

【００４０】ＳＱＵＩＤあるいは初段アンプ由来のノイ
ズを、このようにして得た磁場に換算すると、マグネッ
トメータ出力の磁場雑音（Ｓ_B0）^1/2、１次微分出力の
磁場雑音（Ｓ_B1）^1/2、２次微分出力の磁場雑音
（Ｓ_B2）^1/2は次式で表される。

【００４１】

【数８】ここで、Ａ_pはループひとつの面積、（Ｓ_Φ）^1/2はＳ
ＱＵＩＤのｒｍｓ磁束雑音である。（Ｓ_B0）^1/2，（Ｓ
_B1）^1/2，（Ｓ_B2）^1/2が最少になるのはα₀＝α₁＝
α₂＝（３）^1/2のときである。従って本実施形態の場
合、通常の設計（Ｌ_i＝Ｌ）よりもインプットコイルの
インダクタンスを大きめに（Ｌ_i0＝Ｌ_i1＝Ｌ_i2＝（３）
^1/2Ｌ程度に）設定するのがよい。

【００４２】図８に第２の実施形態に用いた３種類のベ
ースラインのピックアップコイルの電流源距離と感度の
関係を示す。３種類のピックアップコイルのベースライ
ンは例として１，３，１０とした。横軸には生体に近い
方のループから測った電流源の距離を一番短いベースラ
インを１として相対的に表している。縦軸は３種のピッ
クアップコイルの感度を、電流源距離１のときのマグネ
ットメータ型ピックアップコイルの感度を１として相対
的に表している。グラフに示されるように電流源の距離
による感度の変化が、ピックアップコイルのベースライ
ンに応じて異なるため、ベースラインの異なる複数のピ
ックアップコイルを用いることで異なる深さの電流源を
第１の実施形態と同様の処理により識別することができ
る。

【００４３】したがって、第１の実施形態のときと同
様、異なるベースラインのピックアップコイルを組み合
わせることにより、分布電流の推定を行う場合に、推定
された電流源分布が実際より浅目になる問題を改善する
ことができる。さらに、異なる深さの複数の電流ダイポ
ールを推定する場合、深い方のダイポールと浅い方のダ
イポールとを識別できるので、深い方の電流ダイポール
も精度良く推定することができる。

【００４４】なお、この実施形態ではベースラインの異
なる３つの１次微分型ピックアップコイルを同一測定点
に配置するとしたが、ベースラインの異なる２つ又は４
つ以上のピックアップコイルを同一測定点（ボビン）に
配置することもできるし、ベースラインの異なる複数の
２次微分以上のピックアップコイルを同一測定点に配置
することもできる。

【００４５】（第３の実施の形態）本発明に係る第３の
実施の形態を図９を用いて説明する。この実施形態の生
体磁場計測装置のピックアップコイルアレイは、異なる
微分次数のピックアップコイルを異なる測定点に配置す
るもので、例えば図９に示す配置法を採る。

【００４６】同図には複数のマグネットメータ型ピック
アップコイル５０…５０（図中丸付きの０で示す）、複
数の１次微分型ピックアップコイル５１…５１（図中
で示す）、及び複数の２次微分型ピックアップコイル５
２…５２（図中で示す）を個別に配置する例を示す。
ピックアップコイル５０…５０、５１…５１、５２…５
２の各々が単独のボビンに巻装され配置されているた
め、図中丸印のそれぞれがひとつの測定点を表す。本配
置は頭部を測定対象とするもので本来は頭部を覆うよう
な曲面状に配置されるが、図では簡単のため曲面を平面
に展開した図上に各測定点を示した。

【００４７】この配置法の特徴は、隣接する３つの測定
点（例えば図中の仮想線Ｉ₁，Ｉ₂参照）のピックアッ
プコイルの種類が異なっていることである。この様に隣
合う測定点のピックアップコイルの種類を異ならせるこ
とで、３種類のピックアップコイルを均等に配置するこ
とが出来、都合がよい。ただし、図中の２重丸で示され
た測定点は隣合う測定点が５つしかない（他は全て６
つ）ため、点線をまたぐような部位では隣合う全ての測
定点が異なる種類のピックアップコイルとはなっていな
い。しかしながら、そのような部位（点線の部位）は極
力少なくなるようにしてあるため、全体としては微分次
数の異なる３種類のピックアップコイルをほぼ均等に配
置したとみなすことができる。これにより、第１の実施
形態と同様の作用効果を得ることができる。

【００４８】本実施形態はそれぞれの測定点に微分次数
の異なるピックアップコイルを配置する点が特徴である
が、ピックアップコイルの次数としてはこのほかにも、
１，２，３次微分型の３種類や１，２次微分型の２種
類、あるいは０，１，２，３次微分の４種類など、様々
な組み合わせが考えられる。

【００４９】（第４の実施の形態）本発明の第４の実施
の形態を図１０を用いて説明する。この実施形態に係る
生体磁場計測装置のピックアップコイルアレイは、異な
るベースラインを異なる測定点に配置するもので、例え
ば図１０に示す配置法を採る。

【００５０】同図には、例えば１次微分型で成る、ベー
スライン＝ｂ₀の複数のピックアップコイル６０…６０
（図中丸付きの０で示す）、ベースライン＝ｂ₁の複数
のピックアップコイル６１…６１（図中で示す）、ベ
ースライン＝ｂ₂の複数のピックアップコイル６２…６
２（図中で示す）、及びベースライン＝ｂ₃の複数の
ピックアップコイル６３…６３（図中ので示す）を４
種類、個別に配置する例を示す。これらのピックアップ
コイル６０…６０、６１…６１、６２…６２、６３…６
３の各々が単独のボビンに巻装・配置されているので、
図中の丸印のそれぞれがひとつの測定点を表す。本配置
は頭部を測定対象とするもので本来は頭部を覆うような
曲面状に配置されるが、図では簡単のため曲面を平面に
展開した図上に各測定点を示した。

【００５１】この配置法の特徴は、隣接する４つの測定
点（４つでひし形を構成するような隣接する測定点；例
えば図中の仮想線Ｉ₁，Ｉ₂参照）のピックアップコイ
ルのベースラインが異なるように配置されていることで
ある。この様に隣合う測定点のピックアップコイルのベ
ースラインを異ならせることで、４種類のピックアップ
コイルを均等に配置することが出来、都合がよい。ただ
し、図中の２重丸で示された測定点は隣合う測定点が５
つしかない（他は全て６つ）ため、点線をまたぐような
部位では隣合う全ての測定点が異なるベースラインのピ
ックアップコイルとはなっていない。しかしながら、そ
のような点線の部位は極力少なくなるように配置してあ
るため、全体としてはベースラインの異なる４種類のピ
ックアップコイルをほぼ均等に配置したとみなすことが
できる。これにより第２の実施形態と同様の作用効果を
得ることができる。

【００５２】なお、本実施形態はそれぞれの測定点にベ
ースラインの異なるピックアップコイルを配置する点が
特徴であり、異なるベースラインの組合せ数としては上
述した４種類のほかにも、２、３、４あるいは５以上の
組み合わせが可能である。ベースラインの異なる３種類
のピックアップコイルの配置は第３実施例形態の図９と
同様に実施すれば良い。

【００５３】またなお、ベースラインの異なる（ｂ₀，
ｂ₁）２種類のピックアップコイル７０，７１を各々異
なる測定点に配置する変形例を図１１、１２に各々示
す。図１１では同じベースラインのピックアップコイル
がほぼ直線状に配置されるようにし、この直線のほぼ直
角方向にベースラインの異なる２種類のピックアップコ
イルが交互に並ぶ様にしたものである。図１２ではベー
スラインの異なる２種類のピックアップコイルをほぼ同
心円上に交互に配置したものである。

【００５４】（第５の実施の形態）本発明の第５の実施
の形態を図１３を用いて説明する。本実施形態は異なる
微分次数のピックアップコイルと異なるベースラインの
ピックアップコイルを組み合わせて、それらを同一ある
いは異なる測定点に配置するものである。同一の測定点
に配置した場合には第１又は第２実施形態と同様にコイ
ル間のクロストークに対する補正が行われる。

【００５５】図１３に一例として、組み合わせる３種類
のピックアップコイル８１，８２，８３を示す。この例
では１，２，３次微分型のピックアップコイル８１，８
２，８３を組み合わせるとともに、その３種類のピック
アップコイル８１，８２，８３のベースラインを各々変
えている。微分次数が高くなるほど短いベースラインに
設定することにより、ピックアップコイル全体の軸方向
の長さが１次微分型のピックアップコイルのベースライ
ンとほぼ同じかそれより長くならないようにでき、ピッ
クアップコイルの大きさを第１の実施形態よりも小さく
することが出来る。

【００５６】このように形成した３種類のピックアップ
コイル８１，８２，８３を例えば図９で説明した配置法
を使ってデュワのコイル配置面に配置する。そして、同
様の検出／データ処理を行うことで前述した各実施形態
と同等の作用効果が得られる。

【００５７】なお変形に係る実施形態として、０次微分
ピックアップコイルまたは１次微分ピックアップコイル
を軸方向にずらして配置し、ソフトウェア処理で高次微
分ピックアップコイルと等価な信号処理を行い、これを
逆問題に適用することもできる。これをベクトル型に適
用することもできる。

【００５８】

【発明の効果】以上ののように本発明では、ピックアッ
プコイルアレイを、微分次数及びベースラインの内の少
なくとも一方が相互に異なる複数種のピックアップコイ
ルを組み合わせて配置することで形成したり、複数種の
ピックアップコイル間の磁気的クロストークの影響を補
正する手段を含む磁場源推定手段を設けたので、複数種
のピックアップコイルから得られる情報には磁場源の深
さの情報が含まれ、推定結果の分解能が向上し、生体深
さ方向の検出感度が向上するとともに、クロストーク分
に対する補正によってチャンネル数の増加を考慮した等
価的な全体のＳ／Ｎ比を改善でき、電流源分布が浅目に
推定されるのを防止したり、複数の電流ダイポールが深
さ方向に重なって位置する場合でも、深い方の電流源推
定精度を向上させるなど、従来よりも高精度に磁場源を
推定できる。

【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場計測装
置の概略ブロック図。

【図２】ピックアップコイル部を頭部用に配置するとき
の配置説明図。

【図３】ワークステーションのコンピュータのデータ演
算の概略を示すフローチャート。

【図４】第１の実施形態におけるピックアップコイルと
インプットコイルの接続状態を説明する図。

【図５】ピックアップコイル間のクロストークの影響を
除去する補正係数を設定するためのシミュレーション結
果を示す図。

【図６】微分次数が異なるピックアップコイル夫々に対
する生体内電流源深さとコイル感度の変化を相対的に表
わすグラフ。

【図７】本発明の第２の実施形態に係る生体磁場計測装
置に用いるピックアップコイル部を示す模式図。

【図８】ベースラインが異なるピックアップコイル夫々
に対する生体内電流源深さとコイル感度の変化を相対的
に表わすグラフ。

【図９】本発明の第３の実施形態に係る生体磁場計測装
置に用いるピックアップコイルの配置模式図。

【図１０】本発明の第４の実施形態に係る生体磁場計測
装置に用いるピックアップコイルの配置模式図。

【図１１】第４の実施形態の一変形を示すピックアップ
コイルの配置模式図。

【図１２】第４の実施形態のほかの変形を示すピックア
ップコイルの配置模式図。

【図１３】本発明の第５の実施形態に係る生体磁場計測
装置に用いる複数種のピックアップコイルを説明する模
式図。

【図１４】従来の典型的なピックアップコイルアレイの
構成を説明する図。

【図１５】ピックアップコイルの巻線状態を微分次数毎
に示す図。

【図１６】従来のピックアップコイルの他の構成を示す
図。

【図１７】３種のピックアップコイルを同一測定点に配
置した模式図。

【図１８】３種の電流ダイポールを深さ方向に並べて配
置した模式図。

【符号の説明】

１０ピックアップコイルアレイ１１ＳＱＵＩＤ部１２データ処理部２０₁〜２０_n ピックアップコイル部２１₀，２１₁，２１₂ ピックアップコイル４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃピックアップコイル５０，５１，５２ピックアップコイル６０，６１，６２，６３ピックアップコイル７０，７１ピックアップコイル８１，８２，８３ピックアップコイルＢボビン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体の磁場源からの磁束を検知するピッ
クアップコイルを配置したピックアップコイルアレイを
有する生体磁場計測装置において、前記ピックアップコイルアレイを、微分次数及びベース
ラインの内の少なくとも一方が相互に異なる複数種の前
記ピックアップコイルを組み合わせて配置することで形
成したことを特徴とする生体磁場計測装置。
【請求項２】前記複数種のピックアップコイルの前記
微分次数のみが相異なるようにした請求項１記載の生体
磁場計測装置。
【請求項３】前記複数種のピックアップコイルの前記
ベースラインのみが相異なるようにした請求項１記載の
生体磁場計測装置。
【請求項４】前記複数種のピックアップコイルを、前
記磁束を検知する異なった測定点に各別に配置した請求
項２又は３記載の生体磁場計測装置。
【請求項５】前記複数種のピックアップコイルを、前
記磁束を検知する同一の測定点に配置した請求項２又は
３記載の生体磁場計測装置。
【請求項６】前記複数種のピックアップコイルを、同
一ボビン上に前記生体側に近いコイルループが同一又は
略同一のボビン軸方向の位置となるように形成した請求
項５記載の生体磁場計測装置。
【請求項７】前記複数種のピックアップコイルの検知
信号に基づいて前記生体内の単一若しくは複数の前記磁
場源又はこの磁場源の分布の情報を推定演算する磁場源
推定手段を備えた請求項１ないし６の何れか一項記載の
生体磁場計測装置。
【請求項８】前記磁場源推定手段は、前記複数種のピ
ックアップコイル間の磁気的クロストークの影響を補正
する手段を含む請求項７記載の生体磁場計測装置。