JP5101433B2 - 脳磁計 - Google Patents

Description

本発明は、脳磁計に関する。

従来、このような分野の技術として、超伝導量子干渉計（Superconducting Quantum Interference Device：ＳＱＵＩＤ）センサを用いた脳磁計が知られている。このような脳磁計では、例えば特許文献１に開示されているように、計測対象である人の頭部に合わせてセンサ支持体がヘルメット状に形成され、このセンサ支持体に複数のＳＱＵＩＤセンサが装着されている。そして、センサ支持体が、ほぼ中心の一箇所で脳磁計内に固定されている。
特開平９−１６６６５４号公報

しかしながら、特許文献１のようなＳＱＵＩＤセンサの固定手法では、センサ支持体が一箇所で固定されているため、ＳＱＵＩＤセンサを装着するセンサ支持体の設置が不安定であり、脳磁計本体が振動した場合には、センサ支持体が脳磁計に対して相対的に揺れてしまう。この結果、外部の振動に対してＳＱＵＩＤセンサが安定した形で生体磁場を測定することができず、ＳＱＵＩＤセンサの測定精度が悪化するという問題があった。

本発明は、上記の問題点を解決し、生体磁場の計測に対する振動の影響を低減させることができる脳磁計を提供することを目的とする。

本発明に係る脳磁計は、生体から発生する磁場を検出するＳＱＵＩＤセンサと、ＳＱＵＩＤセンサを固定するセンサホルダと、ＳＱＵＩＤセンサを固定したセンサホルダを収容する有底筒状の容器と、センサホルダを支持すると共に、容器の内側面に対向する対向面を有する支持部材と、容器の内側面と支持部材の対向面との間に圧入され、容器の内側面に対して支持部材を固定する固定部材と、を備えることを特徴とする。

このような脳磁計によれば、ＳＱＵＩＤセンサを固定したセンサホルダを支持する支持部材が容器の内側面に対して固定されるため、脳磁計が振動した場合でもＳＱＵＩＤセンサ及びセンサホルダは容器に対して相対的に安定しており、ＳＱＵＩＤセンサの耐震性を向上させ、生体磁場の計測に対する振動の影響を低減させることができる。

また、支持部材が、容器の内側面に沿って同方向に延びる対向面を含む環状部を有することが好適である。これにより、支持部材の環状部が容器の内側面に沿って延在するため、支持部材がセンサホルダをより多くの箇所で支持することができ、センサホルダの安定性を向上させることができる。また、センサホルダを容器内に組み入れる際には、支持部材の環状部が容器の内側面に沿ってセンサホルダを案内するため、センサホルダを簡便に容器内に設置することができ、ＳＱＵＩＤセンサ設置の作業効率を向上させることができる。

また、支持部材の対向面は、環状部の中心軸線に対して傾斜するテーパ状であることが好適である。これにより、固定部材を入れ込む側の容器の内側面と支持部材の対向面との間隔が広くなるため、固定部材を容器の内側面と支持部材の対向面との間に簡便に入れ込み圧入することができる。

また、固定部材は、支持部材の対向面と当接する接面を有するリング部を有し、接面は、支持部材の対向面に沿って傾斜するテーパ状であることが好適である。これにより、固定部材のリング部が容器の内側面に沿って延在するため、容器の内側面と固定部材との接触面積が大きくなり、支持部材を容器の内側面に対してより一層確実に固定することができる。また、リング部の接面が支持部材の対向面に沿って傾斜するテーパ状であるため、固定部材を容器の内側面と支持部材の対向面との間により一層簡便に嵌合し圧入することができる。

また、支持部材は、環状部の周方向の一部とこれに対向する一部とを繋ぐアーチ部を有し、固定部材は、アーチ部の上方においてリング部の周方向の一部とこれに対向する一部とを繋ぐ弧状部を有し、アーチ部と弧状部との距離を調整することで、容器の内側面と支持部材の対向面との間への固定部材の圧入力を調節する調節部材を備えることが好適である。

この構成により、調整部材が容器の内側面と支持部材の対向面との間への固定部材の圧入力を調節できるため、調整部材によって容器の内側面に対する支持部材の固定・離脱を簡便に行うことができ、センサホルダの設置、取り外し作業の効率を向上させることができる。

本発明に係る脳磁計によれば、生体磁場の計測に対する振動の影響を低減させることができる。

以下、本発明に係る脳磁計の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、特に明示する場合を除き、上下方向は説明図面中の方向を示す。

図１に示す脳磁計１は、計測ユニット１Ａ内の計測位置Ｈに頭が位置するように被験者Ｐを着座させ、当該被験者Ｐの脳の神経活動に伴って発生する微弱な磁場を非接触で計測、解析する装置である。この計測ユニット１Ａは、計測位置Ｈの周囲に配置され、脳で発生する磁場を検出するＳＱＵＩＤセンサ３を備えている。この脳磁計１では、被験者Ｐの脳の様々な位置から発生する磁場を検出するため、数十個〜数百個（６４個，１２８個，２５６個など）といった多数の上記ＳＱＵＩＤセンサ３が、被験者Ｐの頭の表面に沿うように配置され、センサホルダ４に固定されている。

計測ユニット１Ａは、ＳＱＵＩＤセンサ３を冷却するため、このＳＱＵＩＤセンサ３と液体ヘリウム５とを収納するためのデュワー（容器）７を備えている。デュワー７は、図１に示すように、円筒状で有底の断熱容器である。また、デュワー７の底部７ｂは、被験者の頭部を外から収容できるように内に凹んでいる。ＳＱＵＩＤセンサ３は、デュワー７内に貯留されている液体ヘリウム５によって冷却される。

なお、この脳磁計１では、ＳＱＵＩＤセンサ３の耐震性を向上させて、生体磁場の計測に対する振動の影響を低減させるべく、ＳＱＵＩＤセンサ３が装着されているセンサホルダ４が、デュワー７の内側面７ａに固定されている。センサホルダ４をデュワー７の内側面７ａに固定するための構成については後述する。

さらに、計測ユニット１Ａは、デュワー７を包囲するように配置されると共に、被験者Ｐを覆う筒型体１５を備えている。なお、筒型体１５とデュワー７との間には断熱材１９が充填されている。

この脳磁計１では、被験者Ｐの脳で発生する極めて微弱な磁場を検出する必要があるので、計測位置Ｈの近傍から外部磁場の影響を除去する必要がある。このため、筒型体１５は、筒軸が計測位置Ｈを通るように配置された筒状の磁気シールド体１１を備えている。磁気シールド体１１は、デュワー７を包囲して筒型体１５の外筒部１５ａに支持されると共に、筒型体１５の上下寸法とほぼ同じ寸法で延在し、外筒部１５ａと内筒部１５ｂとの間の間隙に内蔵されている。また、計測位置Ｈは、筒軸上に位置すると共に、上下方向においても磁気シールド体１１の全長のほぼ中央に位置している。

この磁気シールド体１１は、ニッケルからなる円筒状の基板１１ａと、当該基板１１ａの内壁面全体に成膜されたシールド膜１１ｂとを備えている。シールド膜１１ｂは、ビスマス系酸化物超伝導体からなり、磁束侵入長よりも十分に大きい膜厚を有している。ここで、シールド膜１１ｂに用いられるビスマス系酸化物超伝導体としては、例えば、組成式Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_xで表されるＢｉ２２２３、或いは、組成式Bi₂Sr₂CaCu₂O_xで表されるＢｉ２２１２が好適に採用される。

また、筒型体１５には、磁気シールド体１１の外壁面に沿って冷媒を流通させる冷媒管（図示せず）が更に内蔵されている。そして、この冷媒管に、脳磁計１の冷凍機ユニット１Ｂから送出される極低温の冷媒（例えば、ここではヘリウム）を循環させることで、磁気シールド体１１のシールド膜１１ｂが、超伝導転移温度まで冷却され、完全反磁性を発揮する。そして、このシールド膜１１ｂの完全反磁性によって、磁気シールド体１１に包囲された計測位置Ｈが外部磁場から遮蔽されるので、ＳＱＵＩＤセンサ３においては外部磁場によるノイズをほとんど排除した微弱な磁場計測が可能になる。なお、当然ながら、この脳磁計１は、シールド膜１１ｂの下部臨界磁場を超えない外部磁場の環境下で使用される。

以下、図２及び図３を参照して、上記のセンサホルダ４をデュワー７の内側面７ａに固定するための構成について詳細に説明する。

図２に示すように、センサホルダ４は、ベースリング（支持部材）２１、くさびリング（固定部材）２２、及びクランプハンドル（調整部材）２３と共に一体的に連結された状態で、デュワー７の内側面７ａに対して固定されている。ここで、ベースリング２１及びくさびリング２２は、例えばＦＲＰなどの弾性変形が可能な材料からなる。

センサホルダ４は、図２に示すように、デュワー７の底部７ｂに沿うヘルメット状をなし、被験者Ｐの頭部の所望の位置に複数のＳＱＵＩＤセンサ３を配置できるように設けられた装着孔（図示せず）に所定数のＳＱＵＩＤセンサ３を装着している。このセンサホルダ４は、これらの装着孔を有する表面の端部に沿って水平方向へ延在する縁部４ａを有し、図２及び図３に示すように、縁部４ａの複数箇所（本実施形態では５箇所）で棒状の連結部材２４によってベースリング２１に連結され吊り下げられている。

ベースリング２１は、デュワー７の内側面７ａと対向するテーパ状の周面（対向面）２１ａを有する円環状の環状部２１ｂを有する部材である。ベースリング２１の環状部２１ｂの外径はデュワー７の内径よりも小さく、ベースリング２１がデュワー７内に配置されると周面２１ａと内側面７ａとの間に隙間ができる。この隙間に上方からくさびリング２２が圧入される。

くさびリング２２は、デュワー７の内側面７ａと対向する外周面２２ａと、ベースリング２１の周面２１ａと対向するテーパ状の内周面（接面）２２ｂとを有する円環状のリング部２２ｃを有する部材である。くさびリング２２のリング部２２ｃの外径はデュワー７の内径とほぼ同一である。

ここで、ベースリング２１の周面２１ａ及びくさびリング２２の内周面２２ｂのテーパ方向は、共に下方に広がるように構成されており、これらの周面２１ａ及び内周面２２ｂが当接するようにくさびリング２２を上方よりベースリング２１に組み合わせれば、両者を簡便に嵌合させることができる。

また、図２に示すように、ベースリング２１は、環状部２１ｂを十字型に繋ぐアーチ部２１ｃを有し、環状部２１ｂの中心位置であるアーチ部２１ｃの頂点に螺子孔２１ｄを有する。また、くさびリング２２は、リング部２２ｃを十字型に繋ぐ弧状部２２ｄを有し、リング部２２ｃの中心位置である弧状部２２ｄの頂点に連通孔２２ｅを有する。そして、これらの螺子孔２１ｄ及び連通孔２２ｅを通るようにクランプハンドル（調整部材）２３が装着されている。

クランプハンドル２３は、その先端に螺子部２３ａが設けられ、この螺子部２３ａがベースリング２１の螺子孔２１ｄと螺合されている。そして、クランプハンドル２３が回転することにより、螺子部２３ａがベースリング２１の螺子孔２１ｄに沿って上方又は下方に進行し、ベースリング２１とくさびリング２２との距離が調整され、デュワー７の内側面７ａとベースリング２１の周面２１ａとの間へのくさびリング２２のリング部２２ｃの圧入力が調整される。

クランプハンドル２３の回転によりクランプハンドル２３の螺子部２３ａがベースリング２１の螺子孔２１ｄに螺入され、ベースリング２１とくさびリング２２との距離が近づく場合、くさびリング２２がベースリング２１の周面２１ａとデュワー７の内側面７ａとの隙間に押し込まれる。このとき、ベースリング２１の周面２１ａのテーパ方向に沿って、くさびリング２２のリング部２２ｃが外に広がり、くさびリング２２の外径が大きくなっていく。

くさびリング２２の外径が大きくなるにつれて、くさびリング２２はその外周面２２ａと接しているデュワー７の内側面７ａからより大きな反力を受けるようになり、この反力がくさびリング２２の内周面２２ｂを介してベースリング２１の周面２１ａに加えられる。この結果、ベースリング２１及びくさびリング２２が一体的にデュワー７の内側面７ａに固定されると共に、ベースリング２１に連結されているセンサホルダ４もデュワー７の内側面７ａに固定される。また、ＳＱＵＩＤセンサ３及びこのＳＱＵＩＤセンサ３が取り付けられたセンサホルダ４は、デュワー７の底部７ｂにも当接しており、この結果、ＳＱＵＩＤセンサ３及びセンサホルダ４は、デュワー７の内側面７ａ及び底部７ｂによってしっかりと固定される。

なお、くさびリング２２の弧状部２２ｄは、図２に示すように、連通孔２２ｅを中心に上方に凸状に湾曲し、上方から押し込まれる際にくさびリング２２のリング部２２ｃが上方に反り返るのを抑制して、ベースリング２１と嵌合しやすくするように構成するのが好適である。

また、センサホルダ４をデュワー７に固定させるのと逆方向にクランプハンドル２３が回転する場合、ベースリング２１とくさびリング２２との距離が離れていき、くさびリング２２がベースリング２１から脱着され、センサホルダ４の固定が解除される。

なお、本実施形態の変形例として、図４に示すように、ベースリング３１の周面３１ａ及びくさびリング３２の内周面３２ｂのテーパ方向が上方に広がるように構成してもよい。この場合、ベースリング３１とくさびリング３２との距離が離れるようにクランプハンドル２３が回転すると、くさびリング３２が上方に押し上げられ、ベースリング３１の周面３１ａのテーパ方向に沿ってくさびリング３２が外に広がり、この結果、上記実施形態と同様にベースリング３１及びくさびリング３２が一体的にデュワー７の内側面７ａに固定される。

以上説明したように、本実施形態に係る脳磁計１によれば、ＳＱＵＩＤセンサ３を固定したセンサホルダ４を支持するベースリング２１がデュワー７の内側面７ａに対して固定されるため、脳磁計１が振動した場合でもＳＱＵＩＤセンサ３及びセンサホルダ４はデュワー７に対して相対的に安定しており、ＳＱＵＩＤセンサ３の耐震性を向上させ、生体磁場の計測に対する振動の影響を低減させることができる。

また、ベースリング２１の環状部２１ｂがデュワー７の内側面７ａに沿って延在するため、ベースリング２１がセンサホルダ４をより多くの箇所で支持することができ、センサホルダ４の安定性を向上させることができる。また、センサホルダ４をデュワー７内に組み入れる際には、ベースリング２１の環状部２１ｂがデュワー７の内側面７ａに沿ってセンサホルダ４が案内するため、センサホルダ４を簡便にデュワー７内に設置することができ、ＳＱＵＩＤセンサ３設置の作業効率を向上させることができる。

また、ベースリング２１の周面２１ａが環状部２１ｂの中心軸線に対して傾斜するテーパ状であるため、くさびリング２２を入れ込む側のデュワー７の内側面７ａとベースリング２１の周面２１ａとの間隔が広くなり、くさびリング２２をデュワー７の内側面７ａとベースリング２１の周面２１ａとの間に簡便に入れ込み圧入することができる。

また、くさびリング２２は、ベースリング２１の周面２１ａと当接する内周面２２ｂを有するリング部２２ｃを有し、内周面２２ｂは、ベースリング２１の周面２１ａに沿って傾斜するテーパ状であるため、くさびリング２２のリング部２２ｃがデュワー７の内側面７ａに沿って延在して、デュワー７の内側面７ａとくさびリング２２との接触面積が大きくなり、ベースリング２１をデュワー７の内側面７ａに対してより一層確実に固定することができる。また、ベースリング２１をデュワー７の内側面７ａとベースリング２１の周面２１ａとの間により一層簡便に嵌合し圧入することができる。

また、クランプハンドル２３がデュワー７の内側面７ａとベースリング２１の周面２１ａとの間へのくさびリング２２の圧入力を調節できるため、クランプハンドル２３によってデュワー７の内側面７ａに対するベースリング２１の固定・離脱を簡便に行うことができ、センサホルダ４の設置、取り外し作業の効率を向上させることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ベースリング２１の形状は円環状以外でもよく、例えば十字型のように少なくとも３点以上でデュワー７の内側面７ａに固定されていればよい。なお、ベースリング２１が３点で固定される場合には、これらの３点を結ぶ三角形の中にベースリング２１の重心が含まれるように３点を配置すると、より一層、ベースリング２１の固定状態を安定させることができる。

また、くさびリング２２の形状も円環状以外でもよく、例えば十字型のようにベースリング２１を少なくとも３点以上の位置でデュワー７の内側面７ａに固定することができればよい。また、くさびリング２２のように一体型の部材ではなく、図５に示すように、複数のくさび状部材２４によってベースリング２１を固定する形態でもよい。

本発明の一実施形態に係る脳磁計の断面図である。 図１中のセンサホルダをデュワーの内側面に固定するための構成について詳細に示す断面図である。 図２のIII−III矢視図である。 本実施形態の変形例におけるベースリング及びくさびリングの嵌合部分を示す図である。 本実施形態の変形例である複数のくさび状部材によってベースリングを固定する状態を示す図である。

符号の説明

１…脳磁計、３…ＳＱＵＩＤセンサ、４…センサホルダ、７…デュワー（容器）、７ａ…内側面、２１，３１…ベースリング（支持部材）、２１ａ，３１ａ…周面（対向面）、２１ｂ…環状部、２１ｃ…アーチ部、２２，３２…くさびリング（固定部材）、２２ｂ，３２ｂ…内周面（接面）、２２ｃ…リング部、２２ｄ…弧状部、２３…クランプハンドル（調整部材）、２４…くさび状部材（固定部材）。

Claims (5)

1. 生体から発生する磁場を検出するＳＱＵＩＤセンサと、
   前記ＳＱＵＩＤセンサを固定するセンサホルダと、
   前記ＳＱＵＩＤセンサを固定した前記センサホルダを収容する有底筒状の容器と、
   前記センサホルダを支持すると共に、前記容器の内側面に対向する対向面を有する支持部材と、
   前記容器の内側面と前記支持部材の前記対向面との間に圧入され、前記容器の内側面に対して前記支持部材を固定する固定部材と、
   を備えることを特徴とする脳磁計。
2. 前記支持部材が、前記容器の前記内側面に沿って同方向に延びる前記対向面を含む環状部を有することを特徴とする、請求項１に記載の脳磁計。
3. 前記支持部材の前記対向面は、前記環状部の中心軸線に対して傾斜するテーパ状であることを特徴とする、請求項２に記載の脳磁計。
4. 前記固定部材は、前記支持部材の対向面と当接する接面を有するリング部を有し、
   前記接面は、前記支持部材の対向面に沿って傾斜するテーパ状であることを特徴とする、請求項３に記載の脳磁計。
5. 前記支持部材は、前記環状部の周方向の一部とこれに対向する一部とを繋ぐアーチ部を有し、
   前記固定部材は、前記アーチ部の上方において前記リング部の周方向の一部とこれに対向する一部とを繋ぐ弧状部を有し、
   前記アーチ部と前記弧状部との距離を調整することで、前記容器の内側面と前記支持部材の対向面との間への前記固定部材の圧入力を調節する調節部材を備えることを特徴とする、請求項４に記載の脳磁計。
   
   

Images