(57)【要約】      （修正有）【課題】心磁をより高精度に計測することが可能な心磁計測装置を提供する。【解決手段】各々が３軸方向の入力磁場を検出可能な複数の磁気センサセル２２０を三次元に配列して構成される磁気センサアレイ２１０と、心臓の電気活動により発生する心磁を含む入力磁場に基づく計測値を取得する計測データ取得部と、複数の磁気センサセル間で計測された複数の計測値を用いて勾配磁場を算出する勾配磁場演算部９４０と、勾配磁場を用いて、入力磁場の空間分布を、心磁と環境磁場とに信号分離する信号空間分離部９６０と、を備える、心磁計測装置。【選択図】図９
2020156870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が３軸方向の入力磁場を検出可能な複数の磁気センサセルを三次元に配列して構成される磁気センサアレイと、
心臓の電気活動により発生する心磁を含む前記入力磁場に基づく計測値を取得する計測データ取得部と、
前記複数の磁気センサセル間で計測された複数の計測値を用いて勾配磁場を算出する勾配磁場演算部と、
前記勾配磁場を用いて、前記入力磁場の空間分布を、前記心磁と環境磁場とに信号分離する信号空間分離部と、
を備える、心磁計測装置。
【請求項２】
前記信号空間分離部は、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を前記磁気センサアレイで検出したときに磁気センサのそれぞれが出力する信号を成分とするベクトルを磁場信号ベクトルとした場合に、前記複数の磁気センサセル間で出力された複数の磁場信号ベクトルを用いて算出される磁場勾配ベクトルを、少なくとも基底ベクトルとして、前記入力磁場の空間分布を信号分離する、請求項１に記載の心磁計測装置。
【請求項３】
前記信号空間分離部は、前記磁場勾配ベクトルおよび前記磁場信号ベクトルを基底ベクトルとして、前記入力磁場の空間分布を信号分離する、請求項２に記載の心磁計測装置。
【請求項４】
前記複数の磁気センサセルのそれぞれは、
磁気センサと、
前記磁気センサが検出した入力磁場を低減させるフィードバック磁場を前記磁気センサに与える磁場生成部と、
前記磁場生成部が前記フィードバック磁場を発生するために流す電流に応じた出力信号を出力する出力部と、
を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の心磁計測装置。
【請求項５】
前記磁気センサは、磁気抵抗効果素子を有する、請求項４に記載の心磁計測装置。
【請求項６】
前記複数の磁気センサセルのそれぞれは、前記磁気抵抗効果素子の両端に配置された二つの磁気収束板をさらに有し、前記磁気抵抗効果素子は、二つの前記磁気収束板に挟まれた位置に配置される、請求項５に記載の心磁計測装置。
【請求項７】
前記フィードバック磁場を発生させるためのコイルが、前記磁気抵抗効果素子および二つの前記磁気収束板を取り囲むように巻かれている、請求項６に記載の心磁計測装置。
【請求項８】
前記複数の磁気センサセルの出力をアナログからデジタルに変換して前記計測値を出力する複数のＡＤ変換器を更に備え、
前記複数のＡＤ変換器は、共通のサンプリングクロックに応じてＡＤ変換を行う、請求項１から７のいずれか一項に記載の心磁計測装置。
【請求項９】
前記磁気センサアレイは、前記複数の磁気センサセルを被測定体の胸部の少なくとも一部を取り囲むための内部空間が形成されるように配列して構成される、請求項１から８のいずれか一項に記載の心磁計測装置。
【請求項１０】
前記複数の磁気センサセルは、前記被測定体の重心を中心として、前記被測定体の胸部に沿うように断面視略円弧状に配列される、請求項９に記載の心磁計測装置。
【請求項１１】
円弧の中心角は、１８０°より大きい、請求項１０に記載の心磁計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、心磁計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子をアレイ状に配列したセンサプラットフォームボードを用いて被験者の頭部または胸部から発せられる磁場を計測する磁場計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］  特開２０１２−１５２５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の磁場計測装置では、磁場の検出方向に一対の磁気検出素子を積層させ、外乱磁場に対しては一対の磁気検出素子間での計測結果の大きさが同じとなる一方で、測定対象磁場に対しては一対の磁気検出素子間での計測結果の大きさが異なる、との原理に基づいて外乱磁場を抑制し、測定対象磁場を計測していた。しかしながら、心臓の状態をより精密に検査するためには、心臓の電気活動により生成される微弱な生体磁場（「心磁」と示す。）を、より高精度に計測することができる心磁計測装置を実現することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、心磁計測装置を提供する。心磁計測装置は、各々が３軸方向の入力磁場を検出可能な複数の磁気センサセルを三次元に配列して構成される磁気センサアレイを備えてよい。心磁計測装置は、心臓の電気活動により発生する心磁を含む入力磁場に基づく計測値を取得する計測データ取得部を備えてよい。心磁計測装置は、複数の磁気センサセル間で計測された複数の計測値を用いて勾配磁場を算出する勾配磁場演算部を備えてよい。心磁計測装置は、勾配磁場を用いて、入力磁場の空間分布を、心磁と環境磁場とに信号分離する信号空間分離部を備えてよい。
【０００５】
信号空間分離部は、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を磁気センサアレイで検出したときに磁気センサのそれぞれが出力する信号を成分とするベクトルを磁場信号ベクトルとした場合に、複数の磁気センサセル間で出力された複数の磁場信号ベクトルを用いて算出される磁場勾配ベクトルを、少なくとも基底ベクトルとして、入力磁場の空間分布を信号分離してよい。
【０００６】
信号空間分離部は、磁場勾配ベクトルおよび磁場信号ベクトルを基底ベクトルとして、入力磁場の空間分布を信号分離してよい。
【０００７】
複数の磁気センサセルのそれぞれは、磁気センサと、磁気センサが検出した入力磁場を低減させるフィードバック磁場を磁気センサに与える磁場生成部と、磁場生成部がフィードバック磁場を発生するために流す電流に応じた出力信号を出力する出力部と、を有してよい。
【０００８】
磁気センサは、磁気抵抗効果素子を有してよい。
【０００９】
複数の磁気センサセルのそれぞれは、磁気抵抗効果素子の両端に配置された二つの磁気収束板をさらに有し、磁気抵抗効果素子は、二つの磁気収束板に挟まれた位置に配置されてよい。
【００１０】
フィードバック磁場を発生させるためのコイルが、磁気抵抗効果素子および二つの磁気収束板を取り囲むように巻かれていてよい。
【００１１】
複数の磁気センサセルの出力をアナログからデジタルに変換して計測値を出力する複数のＡＤ変換器を更に備え、複数のＡＤ変換器は、共通のサンプリングクロックに応じてＡＤ変換を行ってよい。
【００１２】
磁気センサアレイは、複数の磁気センサセルを被測定体の胸部の少なくとも一部を取り囲むための内部空間が形成されるように配列して構成されてよい。
【００１３】
複数の磁気センサセルは、被測定体の重心を中心として、被測定体の胸部に沿うように断面視略円弧状に配列されてよい。
【００１４】
円弧の中心角は、１８０°より大きくてよい。
【００１５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る心磁計測装置１０の構成を示す。
【図２】本実施形態に係る磁気センサユニット１１０の構成を示す。
【図３】本実施形態に係る磁気センサアレイ２１０中の磁気センサセル２２０の構成および配置を示す。
【図４】本実施形態に係る磁気抵抗効果素子を有する磁気センサの入出力特性の一例を示す。
【図５】本実施形態に係るセンサ部３００の構成例を示す。
【図６】本実施形態に係るセンサ部３００の入出力特性の一例を示す。
【図７】本実施形態に係る磁気センサ５２０の構成例を示す。
【図８】本実施形態に係る磁気センサ５２０にフィードバック磁場を発生させた時の磁束分布を示す。
【図９】本実施形態に係る磁気センサアレイ２１０、センサデータ収集部２３０、およびセンサデータ処理部９００の構成を示す。
【図１０】本実施形態に係る心磁計測装置１０がＮ次の勾配磁場を算出するフローを示す。
【図１１】本実施形態に係る心磁計測装置１０が磁場の空間分布を信号分離するフローを示す。
【図１２】本実施形態に係る心磁計測装置１０が、指標εを算出して指標εに基づいた制御を行うフローを示す。
【図１３】本実施形態の変形例に係る心磁計測装置１０が、内部空間が形成されるように構成された磁気センサアレイ２１０を用いて心磁を計測する例を示す。
【図１４】本実施形態の別の変形例に係る心磁計測装置１０が、内部空間が形成されるように構成された磁気センサアレイ２１０を用いて心磁を計測する例を示す。
【図１５】本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ２２００の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る心磁計測装置１０の構成を示す。心磁計測装置１０は、磁気抵抗効果素子を用いて、人間の心臓の電気活動により生成される磁場である心磁を計測する。また、心磁計測装置１０は、人間以外の生体の心磁を計測するために用いられてもよい。
【００１９】
心磁計測装置１０は、本体部１００と、情報処理部１５０とを備える。本体部１００は、被測定体（被験者）の心磁をセンシングするためのコンポーネントであり、磁気センサユニット１１０と、ヘッド１２０と、駆動部１２５と、ベース部１３０と、ポール部１４０とを有する。
【００２０】
磁気センサユニット１１０は、心磁計測時に被験者の胸部における心臓に向かう位置に配置され、被験者の心磁をセンシングする。ヘッド１２０は、磁気センサユニット１１０を支持し、磁気センサユニット１１０を被験者に対向させる。駆動部１２５は、磁気センサユニット１１０およびヘッド１２０の間に設けられ、キャリブレーションを行う場合にヘッド１２０に対する磁気センサユニット１１０の向きを変更する。本実施形態に係る駆動部１２５は、図中のＺ軸を中心に磁気センサユニット１１０を３６０度回転させることができる第１アクチュエータと、Ｚ軸と垂直な軸（図中の状態においてはＸ軸）を中心に磁気センサユニット１１０を回転させる第２アクチュエータとを含み、これらを用いて磁気センサユニット１１０の方位角および天頂角を変更する。図中の駆動部１２５として示したように、駆動部１２５は図中のＹ軸方向から見るとＹ字形状を有し、第２アクチュエータは、磁気センサユニット１１０を図中Ｘ軸中心に３６０度回転させることができる。
【００２１】
ベース部１３０は、他の部品を支える基台であり、本実施形態においては心磁計測時に被験者が乗る台となっている。ポール部１４０は、ヘッド１２０を被験者の胸部の高さに支持する。ポール部１４０は、磁気センサユニット１１０の高さを被験者の胸部の高さに調整するべく上下方向に伸縮可能であってよい。
【００２２】
情報処理部１５０は、本体部１００による計測データを処理して表示・印刷等により出力するためのコンポーネントである。情報処理部１５０は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、タブレット型コンピュータ、スマートフォン、ワークステーション、サーバコンピュータ、または汎用コンピュータ等のコンピュータであってよく、複数のコンピュータが接続されたコンピュータシステムであってもよい。これに代えて、情報処理部１５０は、心磁計測の情報処理用に設計された専用コンピュータであってもよく、専用回線によって実現された専用ハードウェアであってもよい。
【００２３】
図２は、本実施形態に係る磁気センサユニット１１０の構成を示す。磁気センサユニット１１０は、磁気センサアレイ２１０およびセンサデータ収集部２３０を有する。磁気センサアレイ２１０は、各々が複数の磁気抵抗効果素子を有し、３軸方向の入力磁場を検出可能な複数の磁気センサセル２２０を三次元に配列して構成される。本図において、磁気センサアレイ２１０は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向のそれぞれに複数の磁気センサセル２２０（例えば、Ｘ方向に８個、Ｙ方向に８個、およびＺ方向に２個の計１２８個の磁気センサセル２２０）が平面状に配置されている。
【００２４】
センサデータ収集部２３０は、磁気センサアレイ２１０に含まれる複数の磁気センサセル２２０に電気的に接続され（図示せず。）、複数の磁気センサセル２２０からのセンサデータ（検出信号）を収集して情報処理部１５０へと供給する。
【００２５】
図３は、本実施形態に係る磁気センサアレイ２１０中の磁気センサセル２２０の構成および配置を示す。各磁気センサセル２２０は、各々が磁気抵抗効果素子を有する複数のセンサ部３００ｘ〜ｚ（「センサ部３００」と総称する。）を有する。センサ部３００ｘはＸ軸方向に沿って配置されＸ軸方向の磁場を検出可能である。また、センサ部３００ｙはＹ軸方向に沿って配置されＹ軸方向の磁場を検出可能である。また、センサ部３００ｚはＺ軸方向に沿って配置されＺ軸方向の磁場を検出可能である。本図において一点鎖線で示される拡大図によって示されるように、本実施形態において、各センサ部３００は、それぞれ、磁気抵抗効果素子の両端に磁気収束板が配置されている。したがって、各センサ部３００は、磁気収束板に挟まれた狭い位置に配置された磁気抵抗効果素子を用いて磁場の空間分布をサンプリングすることにより、各軸方向において、空間におけるサンプリング点を明確にすることができる。各センサ部３００の構成の詳細については後述する。
【００２６】
本図において、センサ部３００ｘ、３００ｙ、および３００ｚにより検出する磁場の３軸方向と、磁気センサセル２２０を配列する三次元の方向とが同一方向である。これにより、測定磁場の分布の各成分の把握が容易となる。また、３つのセンサ部３００ｘ、３００ｙ、および３００ｚは、各磁気センサセル２２０内において、磁気センサセル２２０を配列する三次元方向それぞれから見て互いに重ならず、かつ、３つのセンサ部３００の間に設けるギャップ側に一端が設けられ、他端が当該ギャップから離れるように３軸方向の各軸方向に延伸して配置されていることが好ましい。一例として、本図において、磁気センサセル２２０の正面視左下の角部に空隙（ギャップ）が設けられ、センサ部３００ｘ、３００ｙ、および３００ｚは、一端が当該空隙に接するように設けられ、他端が当該空隙から離れるようにＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向の各軸方向に延伸して配置されている例を示す。本図において、センサ部３００ｘ、３００ｙ、および３００ｚが、立方体状の磁気センサセル２２０の一角部から互いに垂直な３辺に沿って配置され、該一角部に空隙が設けられている。しかしながら、検出する磁場の３軸方向と磁気センサセル２２０を配列する三次元の方向とは異なっていてもよい。例えば、検出する磁場の３軸方向としてＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に代えて、極座標系のｒ軸、θ軸、およびφ軸を用いてもよい。また、磁気センサセル２２０を配列する三次元の方向として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に代えて、極座標系のｒ軸、θ軸、およびφ軸を用いてもよい。検出する磁場の３軸方向と磁気センサセル２２０を配列する三次元の方向とが異なる場合、磁気センサセル２２０内におけるセンサ部３００の配置や、磁気センサセル２２０の配列方向に制約を受けることがなく、磁気センサアレイ２１０の設計の自由度を増すことができる。
【００２７】
図４は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子を有する磁気センサの入出力特性の一例を示す。本図は、横軸が磁気センサに入力する入力磁場の大きさＢを示し、縦軸が磁気センサの検出信号の大きさＶ＿ｘＭＲ０を示す。磁気センサは、例えば、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果素子またはトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果素子等を有し、予め定められた一軸方向の磁場の大きさを検出する。
【００２８】
このような磁気センサは、入力磁場Ｂに対する検出信号Ｖ＿ｘＭＲ０の傾きである磁気感度が高く、１０ｐＴ程度の微小な磁場を検出することができる。その一方で、磁気センサは、例えば、入力磁場Ｂの絶対値が１μＴ程度で検出信号Ｖ＿ｘＭＲ０が飽和してしまい、入出力特性の直線性が良好な範囲が狭い。そこで、このような磁気センサにフィードバック磁場を発生させる閉ループを加えると、磁気センサの直線性を改善することができる。このような磁気センサについて次に説明する。
【００２９】
図５は、本実施形態に係るセンサ部３００の構成例を示す。センサ部３００は、複数の磁気センサセル２２０のそれぞれの内部に設けられ、磁気センサ５２０と、磁場生成部５３０と、出力部５４０と、を含む。なお、センサ部３００の一部、例えば増幅回路５３２および出力部５４０は、磁気センサセル２２０側ではなくセンサデータ収集部２３０側に設けられてもよい。
【００３０】
磁気センサ５２０は、図４で説明した磁気センサと同様に、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子等の磁気抵抗効果素子を有する。また、磁気センサ５２０のそれぞれは、磁気抵抗効果素子と磁気抵抗効果素子の両端に配置された二つの磁気収束板とを含み、磁気抵抗効果素子は、二つの磁気収束板に挟まれた位置に配置される。磁気センサ５２０が有する磁気抵抗効果素子は、感磁軸の正の方向を＋Ｘ方向とした場合に、＋Ｘ方向の磁場が入力すると抵抗値が増加し、−Ｘ方向の磁場が入力すると抵抗値が減少するように形成されてよい。即ち、磁気センサ５２０が有する磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を観測することにより、当該磁気センサ５２０に入力する磁場Ｂの大きさを検出することができる。例えば、磁気センサ５２０の磁気感度をＳとすると、磁気センサ５２０の入力磁場Ｂに対する検出結果は、Ｓ×Ｂと算出できる。なお、磁気センサ５２０は、一例として、電源等が接続され、抵抗値の変化に応じた電圧降下を、入力磁場の検出結果として出力する。磁気センサ５２０の構成の詳細については後述する。
【００３１】
磁場生成部５３０は、出力部５４０が出力する出力信号に応じた大きさで、磁気センサ５２０が検出した入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させ、磁気センサ５２０に与える。磁場生成部５３０は、例えば、磁気センサ５２０に入力する磁場Ｂとは逆向きで、絶対値が当該入力磁場と略同一のフィードバック磁場Ｂ＿ＦＢを発生させ、入力磁場を打ち消すように動作する。磁場生成部５３０は、増幅回路５３２と、コイル５３４とを含む。
【００３２】
増幅回路５３２は、磁気センサ５２０の入力磁場の検出結果に応じた電流をフィードバック電流Ｉ＿ＦＢとして出力する。磁気センサ５２０が有する磁気抵抗効果素子が、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を含むブリッジ回路により構成される場合、増幅回路５３２の入力端子対には、ブリッジ回路の出力がそれぞれ接続される。そして、増幅回路５３２は、ブリッジ回路の出力に応じた電流をフィードバック電流Ｉ＿ＦＢとして出力する。増幅回路５３２は、例えば、トランスコンダクタンスアンプを含み、磁気センサ５２０の出力電圧に応じたフィードバック電流Ｉ＿ＦＢを出力する。例えば、増幅回路５３２の電圧・電流変換係数をＧとすると、フィードバック電流Ｉ＿ＦＢは、Ｇ×Ｓ×Ｂと算出できる。
【００３３】
コイル５３４は、フィードバック電流Ｉ＿ＦＢに応じたフィードバック磁場Ｂ＿ＦＢを発生させる。コイル５３４は、磁気センサ５２０が有する磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果素子の両端に配置された二つの磁気収束板を取り囲むように、磁気センサ５２０が検出対象とする磁場の軸方向に沿って巻かれている。コイル５３４は、磁気センサ５２０の全体にわたって均一のフィードバック磁場Ｂ＿ＦＢを発生させることが望ましい。例えば、コイル５３４のコイル係数をβとすると、フィードバック磁場Ｂ＿ＦＢは、β×Ｉ＿ＦＢと算出できる。ここで、フィードバック磁場Ｂ＿ＦＢは、入力磁場Ｂを打ち消す向きに発生するので、磁気センサ５２０に入力する磁場は、Ｂ−Ｂ＿ＦＢに低減されることになる。したがって、フィードバック電流Ｉ＿ＦＢは、次式のように示される。
【数１】
2020156870.tif 000003
【００３４】
（数１）式をフィードバック電流Ｉ＿ＦＢについて解くと、センサ部３００の定常状態におけるフィードバック電流Ｉ＿ＦＢの値を算出することができる。磁気センサ５２０の磁気感度Ｓおよび増幅回路５３２の電圧・電流変換係数Ｇが十分に大きいとすると、（数１）式から次式が算出される。
【数２】
2020156870.tif 000004
【００３５】
出力部５４０は、磁場生成部５３０がフィードバック磁場Ｂ＿ＦＢを発生するために流すフィードバック電流Ｉ＿ＦＢに応じた出力信号Ｖ＿ｘＭＲを出力する。出力部５４０は、例えば、抵抗値Ｒの抵抗性素子を有し、当該抵抗性素子にフィードバック電流Ｉ＿ＦＢが流れることによって生じる電圧降下を出力信号Ｖ＿ｘＭＲとして出力する。この場合、出力信号Ｖ＿ｘＭＲは、（数２）式より次式のように算出される。
【数３】
2020156870.tif 000005
【００３６】
以上のように、センサ部３００は、外部から入力する磁場を低減させるフィードバック磁場を発生するので、磁気センサ５２０に実質的に入力する磁場を低減させる。これにより、センサ部３００は、例えば、磁気センサ５２０として図４に示した非線形性であり、動作磁場範囲が狭い特性を有する磁気抵抗効果素子を用い、入力磁場Ｂの絶対値が１μＴを超えても、検出信号Ｖ＿ｘＭＲが飽和することを防止できる。このようなセンサ部３００の入出力特性を次に説明する。
【００３７】
図６は、本実施形態に係るセンサ部３００の入出力特性の一例を示す。本図は、横軸がセンサ部３００に入力する入力磁場の大きさＢを示し、縦軸がセンサ部３００の検出信号の大きさＶ＿ｘＭＲを示す。センサ部３００は、磁気感度が高く、１０ｐＴ程度の微小な磁場を検出することができる。また、センサ部３００は、例えば、入力磁場Ｂの絶対値が１００μＴを超えても、検出信号Ｖ＿ｘＭＲの良好な線形性を保つことができる。
【００３８】
即ち、本実施形態に係るセンサ部３００は、例えば、入力磁場Ｂの絶対値が数百μＴ以下といった、予め定められた入力磁場Ｂの範囲において、当該入力磁場Ｂに対する検出結果が線形性を有するように構成される。このようなセンサ部３００を用いることにより、心磁信号のように微弱な磁気的信号を簡便に検出することができる。
【００３９】
図７は、本実施形態に係る磁気センサ５２０の構成例を示す。本図において、磁気センサ５２０は、磁気抵抗効果素子７１０と、磁気抵抗効果素子７１０の両端に配置された磁気収束板７２０および７３０とを有する。磁気収束板７２０および７３０は、磁気抵抗効果素子７１０を間に挟むように、磁気抵抗効果素子７１０の両端に配置されている。本図において、磁気収束板７２０は、感磁軸に沿って磁気抵抗効果素子７１０の負側に設けられ、磁気収束板７３０は、感磁軸に沿って磁気抵抗効果素子７１０の正側に設けられている。なお、ここで、感磁軸は、磁気抵抗効果素子７１０を形成する磁化固定層において固定された磁化の方向に沿っていてよい。また、感磁軸の負側から正側に向かって磁場が入力されると、磁気抵抗効果素子７１０の抵抗は増加または減少してよい。磁気収束板７２０および７３０は、例えばパーマロイ等の透磁率の高い材料により形成される。そして、磁気センサ５２０が本図に示すように構成される場合、コイル５３４は、磁気抵抗効果素子７１０と、磁気抵抗効果素子７１０の両端に配置された磁気収束板７２０および７３０との断面を取り囲むように、磁気センサ５２０が検出対象とする磁場の軸方向に沿って巻かれている。また、磁気センサ５２０は、１つの磁気センサ５２０内に複数の磁気抵抗効果素子７１０を有する場合、磁気抵抗効果素子およびその両端に配置された磁気収束板を含む組を複数有してもよい。その場合、磁気抵抗効果素子およびその両端に配置された磁気収束板を含む組を１つのコイルで取り囲むようにコイル５３４が巻かれてもよい。
【００４０】
このような磁気センサ５２０において、感磁軸の負側から正側に磁場が入力されると、透磁率の高い材料で形成された磁気収束板７２０および７３０が磁化されることにより、本図において破線で示すような磁束の分布が発生する。すると、磁気収束板７２０および７３０が磁化されることにより発生する磁束は、二つの磁気収束板７２０および７３０の間に挟まれた磁気抵抗効果素子７１０の位置を通過することとなる。このため、磁気抵抗効果素子７１０の位置における磁束密度は、磁気収束板７２０および７３０を配置することによって大幅に増加させることができる。また、本図のように、磁気収束板７２０および７３０に挟まれた狭い位置に配置された磁気抵抗効果素子７１０を用いて磁場の空間分布をサンプリングすることにより、空間におけるサンプリング点を明確にすることができる。
【００４１】
図８は、本実施形態に係る磁気センサ５２０にフィードバック磁場を発生させた時の磁束分布を示す。図８においては、図７と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本実施形態に係る磁気センサ５２０において、コイル５３４にフィードバック電流が供給されると、コイル５３４がフィードバック磁場を発生させることにより、本図において一点鎖線で示すような磁束の分布が発生する。このフィードバック磁場により発生する磁束は、磁気抵抗効果素子７１０に入力され磁気収束板７２０および７３０によって磁気増幅された磁場の空間分布をキャンセルするように空間分布する。このため、磁気センサ５２０は、本図に示すように磁気抵抗効果素子７１０の両端に磁気収束板７２０および７３０が配置されており、磁気抵抗効果素子およびその両端に配置された磁気収束板を含む組を１つのコイルで取り囲むようにコイル５３４が巻かれている場合には、磁気抵抗効果素子７１０の位置における磁場分布をフィードバック磁場によって正確にキャンセルすることができるため、入力磁場と出力電圧との間の線形性が高いセンサを実現することができる。
【００４２】
図９は、本実施形態に係る磁気センサアレイ２１０、センサデータ収集部２３０、およびセンサデータ処理部９００の構成を示す。
【００４３】
磁気センサアレイ２１０は、複数の磁気センサセル２２０を有する。複数の磁気センサセル２２０のそれぞれは、上述のとおり複数のセンサ部３００ｘ〜ｚを有してよい。本図においては、磁気センサアレイ２１０が各次元方向に有する複数の磁気センサセル２２０のうち、位置［ｉ，ｊ，ｋ］、［ｉ＋１，ｊ，ｋ］、［ｉ，ｊ＋１，ｋ］、および、［ｉ，ｊ，ｋ＋１］に関する部分を示す。
【００４４】
センサデータ収集部２３０は、複数のＡＤ変換器２３２およびクロック発生器２３４を有する。複数のＡＤ変換器２３２は、複数の磁気センサセル２２０の出力をアナログからデジタルに変換して計測値を出力する。一例として、複数のＡＤ変換器２３２は、磁気センサセル２２０の複数のセンサ部３００ｘ〜ｚのそれぞれに対応して設けられており、対応するセンサ部３００が出力するアナログの検出信号（図６のセンサ出力信号Ｖ＿ｘＭＲ）をデジタルの計測値Ｖ（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）に変換して複数の計測値を計測データとして出力する。ここで、Ｖｘ、Ｖｙ、およびＶｚは、それぞれ、センサ部３００ｘ、３００ｙ、および３００ｚからの検出信号をデジタルに変換した計測値（例えばデジタルの電圧値）である。
【００４５】
クロック発生器２３４は、サンプリングクロックを発生させ、共通のサンプリングクロックを複数のＡＤ変換器２３２のそれぞれへ供給する。そして、複数のＡＤ変換器２３２のそれぞれは、クロック発生器２３４から供給された共通のサンプリングクロックに応じてＡＤ変換を行う。したがって、異なる位置に設けられた複数のセンサ部３００ｘ〜ｚの出力をそれぞれＡＤ変換する複数のＡＤ変換器２３２の全てが同期動作をする。これにより、複数のＡＤ変換器２３２は、異なる空間に設けられた複数のセンサ部３００ｘ〜ｚの検出結果を同時にサンプリングすることができる。
【００４６】
センサデータ処理部９００は、複数の磁気センサセル２２０のそれぞれに対応して設けられた複数の計測データ取得部９１０、複数の較正演算部９２０、複数のデータ出力部９３０、勾配磁場演算部９４０、基底ベクトル記憶部９５０、信号空間分離部９６０、指標算出部９７０、指標出力部９８０、および、故障判定部９９０を有する。
【００４７】
計測データ取得部９１０は、心臓の電気活動により発生する心磁を含む入力磁場に基づく計測値を取得する。計測データ取得部９１０は、それぞれ対応する磁気センサセル２２０に接続された３つのＡＤ変換器２３２に接続され、磁気センサアレイ２１０を構成する複数の磁気センサセル２２０内のセンサ部３００ｘ〜ｚによって計測された複数の計測値を計測データとしてそれぞれ取得する。具体的に、計測データ取得部９１０は、ＡＤ変換器２３２によってデジタルに変換された計測値Ｖ（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）を所定のタイミングＴでラッチするフリップフロップ等を用いて構成されてよい。
【００４８】
較正演算部９２０は、計測データ取得部９１０に接続され、計測データ取得部９１０が取得した計測データを、較正パラメータを用いて較正する。較正演算部９２０による計測データの較正の概要は以下のとおりである。位置［ｉ，ｊ，ｋ］にある磁気センサセル２２０に入力される磁場をＢ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）とし、センサ部３００ｘ、３００ｙ、３００ｚによる３軸磁気センサの検出結果を計測値Ｖ（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）とする。この場合、３軸磁気センサの磁気センサ特性を行列Ｓとすると、３軸磁気センサの検出結果Ｖは次式のように示すことができる。
【数４】
2020156870.tif 000006
【００４９】
ここで、Ｓｘｘ、Ｓｙｙ、およびＳｚｚは、それぞれセンサ部３００ｘ、３００ｙ、および３００ｚの主軸方向の感度を表し、Ｓｘｙ、Ｓｘｚ、Ｓｙｘ、Ｓｙｚ、Ｓｚｘ、およびＳｚｙは他軸方向の感度を表している。また、Ｖｏｓ，ｘ、Ｖｏｓ，ｙ、およびＶｏｓ，ｚは、それぞれセンサ部３００ｘ、３００ｙ、および３００ｚの主軸方向のオフセットを表している。
【００５０】
センサ部３００のそれぞれが、検出すべき入力磁場の範囲において、当該入力磁場に対する検出結果が線形性を有するので、行列Ｓの各要素は、入力磁場Ｂの大きさとは無関係な略一定の係数となる。また、センサ部３００が他軸感度を有していても、当該センサ部３００の検出結果が線形性を有していれば、行列Ｓの各要素は、入力磁場Ｂの大きさとは無関係な略一定の係数となる。
【００５１】
したがって、較正演算部９２０は、行列Ｓの逆行列Ｓ−１とオフセット（Ｖｏｓ，ｘ，Ｖｏｓ，ｙ，Ｖｏｓ，ｚ）とを用いることで、次式のように、計測値Ｖ（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）を元の入力された磁場を示す磁場計測値Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）に変換することができる。なお、この変換は、センサ部３００ｘ〜ｚが上述の磁気収束板を備えている場合も成立する。これは、磁気センサセル２２０がセンサ部３００ｘ〜ｚを利用した３軸磁気センサとして構成されるためであり、線形代数を利用した変換が可能となるからである。
【数５】
2020156870.tif 000007
【００５２】
較正演算部９２０は、環境磁場計測データを用いて行列Ｓの逆行列Ｓ−１およびオフセット（Ｖｏｓ，ｘ，Ｖｏｓ，ｙ，Ｖｏｓ，ｚ）を算出して、計測データ取得部９１０により取得された計測値Ｖを、これらの較正パラメータを用いて磁場計測値Ｂに変換する。そして、較正演算部９２０は、複数の磁場計測値Ｂを磁場計測データとしてデータ出力部９３０に供給する。
【００５３】
以上のように、各センサ部３００が線形性を有するので、較正演算部９２０は、略一定の係数を用いて計測値Ｖを磁場計測値Ｂに変換することができる。すなわち、較正演算部９２０が用いる略一定の係数は、環境磁場データを用いて一組の較正パラメータとして定めることができる。
【００５４】
データ出力部９３０は、較正演算部９２０によって較正された複数の磁場計測値Ｂを、磁場計測データとして勾配磁場演算部９４０に供給する。
【００５５】
勾配磁場演算部９４０は、複数の磁気センサセル２２０間で計測された複数の計測値を用いて勾配磁場を算出する。例えば、勾配磁場演算部９４０は、データ出力部９３０から供給された磁場計測データを用いて勾配磁場を算出する。本実施形態において、勾配磁場演算部９４０は、３軸方向の全ての磁場に対して三次元の全ての方向についての勾配磁場を算出する。これによって、より詳細な勾配磁場分布を得ることができる。これに代えて、勾配磁場演算部９４０は、３軸方向の一部の磁場に対してのみ勾配磁場を算出してもよい。また、勾配磁場演算部９４０は、三次元方向の一部の方向についてのみ勾配磁場を算出してもよい。これにより、必要な勾配磁場成分のみを算出することができ、勾配磁場演算部９４０における演算処理の負荷を低減できる。
【００５６】
また、本実施形態においては、検出する磁場の３軸方向と磁気センサセル２２０を配列する三次元方向とが同一方向である。これにより、後に示す信号空間分離において、信号を分離するための演算が容易となる。これに代えて、検出する磁場の３軸方向と磁気センサセル２２０を配列する三次元方向とが異なっていてもよい。両者が異なる場合、磁気センサセル２２０内におけるセンサ部３００の配置や、磁気センサセル２２０の配列方向に制約を受けることがなく、磁気センサアレイ２１０の設計の自由度を増すことができる。
【００５７】
勾配磁場演算部９４０は、複数の磁気センサセル２２０のうちの隣接する磁気センサセル２２０間で計測された磁場計測データを用いて隣接する磁気センサセル２２０間の磁場の差分を算出することで、すなわち磁場計測値Ｂの差分を算出することで、勾配磁場を算出する。勾配磁場演算部９４０は、複数の隣接する磁気センサセル２２０間で計測された磁場計測データを用いて２次以上の勾配磁場を算出してもよい。これについては後述する。勾配磁場演算部９４０は、算出した勾配磁場を、磁場計測データとともに基底ベクトル記憶部９５０および信号空間分離部９６０に供給する。
【００５８】
基底ベクトル記憶部９５０は、信号空間分離部９６０が磁場の空間分布を信号分離するために必要な基底ベクトルを記憶する。この場合、基底ベクトル記憶部９５０は、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を磁気センサアレイ２１０で検出したときに磁気センサ５２０のそれぞれが出力する信号を成分とするベクトルを磁場信号ベクトルとした場合に、複数の磁気センサセル２２０間で出力された複数の磁場信号ベクトルを用いて算出される磁場勾配ベクトルを、少なくとも基底ベクトルとして記憶してよい。また、基底ベクトル記憶部９５０は、磁場勾配ベクトルに加えて、当該磁場勾配ベクトルの算出に用いた磁場信号ベクトルを基底ベクトルとして記憶してもよい。基底ベクトル記憶部９５０は、記憶した基底ベクトルを信号空間分離部９６０に供給する。
【００５９】
信号空間分離部９６０は、勾配磁場を用いて入力磁場の空間分布を、心磁と環境磁場とに信号分離する。信号空間分離部９６０は、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を磁気センサアレイ２１０で検出したときに磁気センサ５２０のそれぞれが出力する信号を成分とするベクトルを磁場信号ベクトルとした場合に、複数の磁気センサセル２２０間で出力された複数の磁場信号ベクトルを用いて算出される磁場勾配ベクトルを、少なくとも基底ベクトルとして、入力磁場の空間分布を信号分離してよい。この際、信号空間分離部９６０は、磁場勾配ベクトルおよび磁場信号ベクトルを基底ベクトルとして、入力磁場の空間分布を信号分離してもよい。一例として、信号空間分離部９６０は、較正演算部９２０によって較正された磁場計測データと、勾配磁場演算部９４０によって算出された勾配磁場とによって示される磁場の空間分布を、基底ベクトル記憶部９５０から供給された磁場信号ベクトルと磁場勾配ベクトルとを基底ベクトルとして、信号分離する。これについては後述する。信号空間分離部９６０は、磁場を空間分離した結果を指標算出部９７０に供給する。
【００６０】
指標算出部９７０は、較正演算部９２０における較正の精度を示す指標εを算出する。指標算出部９７０は、信号空間分離部９６０に接続され、信号空間分離部９６０が信号分離した結果に基づいて、指標εを算出する。
【００６１】
指標出力部９８０は、指標算出部９７０に接続され、指標算出部９７０が算出した指標εを出力する。この際、指標出力部９８０は、例えば、指標εを表示部に表示させてもよいし、指標εをネットワークを介して他の装置に供給してもよい。また、指標出力部９８０は、本図に示すように、指標εを故障判定部９９０に供給する。
【００６２】
故障判定部９９０は、指標算出部９７０が算出した指標εに基づいて、心磁計測装置１０の故障を判定する。
【００６３】
図１０は、本実施形態に係る心磁計測装置１０がＮ次の勾配磁場を算出するフローを示す。ステップ１０１０において、勾配磁場演算部９４０は、ｎに１を代入する。ステップ１０２０において、勾配磁場演算部９４０は、各位置における磁気センサセル２２０により計測された磁場計測値Ｂを取得する。ここで、位置［ｉ，ｊ，ｋ］の磁気センサセル２２０により計測された磁場計測値Ｂを次の（数６）式のように表記する。
【数６】
2020156870.tif 000008
【００６４】
ステップ１０３０において、勾配磁場演算部９４０は、磁気センサアレイ２１０に含まれる隣接する各磁気センサセル２２０間の磁場計測値Ｂを用いて磁場の１次の差分を算出することで、１次の勾配磁場を算出する。勾配磁場演算部９４０は、Ｘ軸方向についての１次の勾配磁場を、磁気センサセル２２０［ｉ＋１，ｊ，ｋ］と磁気センサセル２２０［ｉ，ｊ，ｋ］との間で計測された磁場計測データを用いて次式により算出する。
【数７】
2020156870.tif 000009
【００６５】
すなわち、勾配磁場演算部９４０は、磁気センサセル２２０［ｉ＋１，ｊ，ｋ］におけるＸ軸の磁場計測値Ｂｘｉ＋１，ｊ，ｋから磁気センサセル２２０［ｉ，ｊ，ｋ］におけるＸ軸の磁場計測値Ｂｘｉ，ｊ，ｋを減算して磁気センサセル２２０［ｉ＋１，ｊ，ｋ］と磁気センサセル２２０［ｉ，ｊ，ｋ］との間の磁場計測値のＸ軸成分の差分を算出し、これを磁気センサセル２２０［ｉ＋１，ｊ，ｋ］と磁気センサセル２２０［ｉ，ｊ，ｋ］との間の距離Δｘで除すことで、位置［ｉ，ｊ，ｋ］における磁場計測値のＸ軸成分に対するＸ軸方向についての１次の勾配磁場を算出する。
【００６６】
同様に、勾配磁場演算部９４０は、磁気センサセル２２０［ｉ＋１，ｊ，ｋ］におけるＹ軸の磁場計測値Ｂｙｉ＋１，ｊ，ｋから磁気センサセル２２０［ｉ，ｊ，ｋ］におけるＹ軸の磁場計測値Ｂｙｉ，ｊ，ｋを減算して磁気センサセル２２０［ｉ＋１，ｊ，ｋ］と磁気センサセル２２０［ｉ，ｊ，ｋ］との間の磁場計測値のＹ軸成分の差分を算出し、これを磁気センサセル２２０［ｉ＋１，ｊ，ｋ］と磁気センサセル２２０［ｉ，ｊ，ｋ］との間の距離Δｘで除すことで、位置［ｉ，ｊ，ｋ］における磁場計測値のＹ軸成分に対するＸ軸方向についての１次の勾配磁場を算出する。
【００６７】
同様に、勾配磁場演算部９４０は、磁気センサセル２２０［ｉ＋１，ｊ，ｋ］におけるＺ軸の磁場計測値Ｂｚｉ＋１，ｊ，ｋから磁気センサセル２２０［ｉ，ｊ，ｋ］におけるＺ軸の磁場計測値Ｂｚｉ，ｊ，ｋを減算して磁気センサセル２２０［ｉ＋１，ｊ，ｋ］と磁気センサセル２２０［ｉ，ｊ，ｋ］との間の磁場計測値のＺ軸成分の差分を算出し、これを磁気センサセル２２０［ｉ＋１，ｊ，ｋ］と磁気センサセル２２０［ｉ，ｊ，ｋ］との間の距離Δｘで除すことで、位置［ｉ，ｊ，ｋ］における磁場計測値のＺ軸成分に対するＸ軸方向についての１次の勾配磁場を算出する。
【００６８】
また、勾配磁場演算部９４０は、Ｘ軸方向についての１次の勾配磁場と同様に、Ｙ軸方向についての１次の勾配磁場を、磁気センサセル２２０［ｉ，ｊ＋１，ｋ］と磁気センサセル２２０［ｉ，ｊ，ｋ］との間で計測された磁場計測値を用いて次式により算出する。
【数８】
2020156870.tif 000010
【００６９】
また、勾配磁場演算部９４０は、Ｘ軸方向についての１次の勾配磁場と同様に、Ｚ軸方向についての１次の勾配磁場を、磁気センサセル２２０［ｉ，ｊ，ｋ＋１］と磁気センサセル２２０［ｉ，ｊ，ｋ］との間で計測された磁場計測値を用いて次式により算出する。
【数９】
2020156870.tif 000011
【００７０】
勾配磁場演算部９４０は、（数７）〜（数９）式の演算により、３軸の磁場計測値に対して三次元方向について、以下の１次の勾配磁場を得ることができる。なお、勾配磁場演算部９４０は、各磁気センサセル２２０間の距離Δｘ＝Δｙ＝Δｚを１単位として１次の勾配磁場を算出してもよい。この場合、勾配磁場演算部９４０は、磁場計測データの差分を１次の勾配磁場としてみなすことができる。
【数１０】
2020156870.tif 000012
【００７１】
ステップ１０４０において、勾配磁場演算部９４０は、ｎがＮに等しいか否か判定する。ｎがＮに等しい場合、勾配磁場演算部９４０は、処理を終了する。ステップ１０４０において、ｎがＮに等しくない場合、勾配磁場演算部９４０は、処理をステップ１０５０へ進め、ｎを１インクリメントする。そして、勾配磁場演算部９４０は、処理をステップ１０６０へ進める。
【００７２】
ステップ１０６０において、勾配磁場演算部９４０は、磁場のｎ−１次の勾配磁場を用いてｎ次の勾配磁場を算出する。一例として、勾配磁場演算部９４０は、２次の勾配磁場の算出前のステップ１０３０において、（数７）式に加えて、Ｘ軸方向についての１次の勾配磁場として磁気センサセル２２０［ｉ＋２，ｊ，ｋ］と磁気センサセル２２０［ｉ＋１，ｊ，ｋ］との間で計測された磁場計測値を用いて、位置［ｉ＋１，ｊ，ｋ］におけるの１次の勾配磁場を次式により算出済みである。
【数１１】
2020156870.tif 000013
【００７３】
そこで、２次の勾配磁場を算出する場合のステップ１０６０において、勾配磁場演算部９４０は、（数７）式および（数１１）式で算出した１次の勾配磁場を用いて次式によりＸ軸方向についての２次の勾配磁場を算出する。
【数１２】
2020156870.tif 000014
【００７４】
すなわち、勾配磁場演算部９４０は、位置［ｉ＋１，ｊ，ｋ］におけるＸ軸方向についての１次の勾配磁場から位置［ｉ，ｊ，ｋ］におけるＸ軸方向についての１次の勾配磁場を減算した値を、Ｘ軸方向における隣接する磁気センサセル２２０間の距離ΔＸで除すことで、Ｘ軸方向についての２次の勾配磁場を算出する。
【００７５】
勾配磁場演算部９４０は、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向についてもＸ軸方向と同様の演算により、２次の勾配磁場を算出することができる。次に、勾配磁場演算部９４０は、処理をステップ１０４０へ戻し、以下処理を繰り返す。これにより、勾配磁場演算部９４０は、隣接する磁気センサセル２２０間で計測された磁場計測値を用いて３軸の磁場計測値に対して３次元方向についてのｎ次の勾配磁場を取得することができる。
【００７６】
ここで、Ｎ＝１の場合、勾配磁場演算部９４０は、Δｘ＝Δｙ＝Δｚが十分小さいとして、ステップ１０３０で得られた（数１０）式で与えられる１次の勾配磁場を以下のように表すことができる。
【数１３】
2020156870.tif 000015
【００７７】
Ｎ＝２の場合、勾配磁場演算部９４０は、１次の勾配磁場と本図のフローにより以下の２次の勾配磁場を取得する。
【数１４】
2020156870.tif 000016
【００７８】
Ｎが２より大きい場合、勾配磁場演算部９４０は、１次および２次の勾配磁場と本図のフローにより以下のｎ次の勾配磁場を取得する。
【数１５】
2020156870.tif 000017
【００７９】
このように、本実施形態の心磁計測装置１０によれば、（数１３）、（数１４）、（数１５）式に示されるように、３軸の磁場計測値に対して三次元方向についての勾配磁場をもれなく得ることができる。また、本実施形態の心磁計測装置１０によれば、隣接する磁気センサセル２２０間の磁場からの演算となるので、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のみの２次以上の勾配磁場だけでなく、∂２Ｂ／∂ｘ∂ｙ、∂２Ｂ／∂ｙ∂ｚ、∂２Ｂ／∂ｚ∂ｘのような、異なる軸方向に偏微分した形式に相当する勾配磁場成分も得られる。そして、本実施形態の心磁計測装置１０は、このようにして得られた勾配磁場の少なくとも一部を用いて、入力磁場の空間分布を、心磁と環境磁場とに信号分離する。
【００８０】
図１１は、本実施形態に係る心磁計測装置１０が磁場の空間分布を信号分離するフローを示す。ステップ１１１０において、心磁計測装置１０は、磁場勾配ベクトルを算出する。例えば、心磁計測装置１０の勾配磁場演算部９４０は、心磁の計測前に、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を磁気センサアレイ２１０で検出したときに複数の磁気センサ５２０のそれぞれが出力する信号を成分とするベクトルを磁場信号ベクトルとして取得する。なお、正規直交関数は、例えば、球面調和関数であってよい。一例として、勾配磁場演算部９４０は、心磁の計測前に、空間内の予め定められた点を座標原点に指定した時に球面調和関数を空間サンプリングして得られる磁場信号ベクトルを取得する。ここで、球面調和関数とは、ｎ次元ラプラス方程式の解となる斉次多項式を単位球面に制限することで得られる関数であり、球面上での正規直交性を有する。そして、勾配磁場演算部９４０は、図１０のフローに従って、複数の磁気センサセル２２０間で出力された複数の磁場信号ベクトルを用いて磁場勾配ベクトルを算出する。この際、勾配磁場演算部９４０は、図１０のフローに従って、１次の磁場勾配ベクトルを算出してもよいし、２次以上の磁場勾配ベクトルを算出してもよい。そして、勾配磁場演算部９４０は、算出した磁場勾配ベクトルを、当該磁場勾配ベクトルの算出に用いた磁場信号ベクトルとともに基底ベクトル記憶部９５０に供給する。
【００８１】
ステップ１１２０において、心磁計測装置１０は、基底ベクトルを記憶する。例えば、心磁計測装置１０の基底ベクトル記憶部９５０は、勾配磁場演算部９４０から供給された、磁場勾配ベクトルを、当該磁場勾配ベクトルの算出に用いた磁場信号ベクトルとともに基底ベクトルとして記憶する。なお、本図においては、一例として、勾配磁場演算部９４０が磁場勾配ベクトルを算出するステップ１１１０、および、基底ベクトル記憶部９５０が基底ベクトルを記憶するステップ１１２０を、心磁計測装置１０による磁場の空間分布を信号分離するフローにおける最初のステップとした場合について示す。しかしながら、心磁計測装置１０による磁場の空間分布を信号分離するフローの前に、勾配磁場演算部９４０は、磁場勾配ベクトルを事前に算出し、基底ベクトル記憶部９５０は、基底ベクトルを事前に記憶しておいてもよい。また、基底ベクトル記憶部９５０は、シミュレーション結果等により予め決められている磁場勾配ベクトルを、磁場信号ベクトルとともに基底ベクトルとして記憶してもよい。
【００８２】
ステップ１１３０において、心磁計測装置１０は、心磁を計測する。例えば、被験者をベース部１３０に立たせて被験者の胸部を磁気センサユニット１１０に向かう位置に配置させる。そして、被験者の心磁をセンシングした状態において、信号空間分離部９６０は、較正演算部９２０によって較正された磁場計測データを、勾配磁場演算部９４０によって算出された勾配磁場とともに、勾配磁場演算部９４０から取得する。
【００８３】
ステップ１１４０において、心磁計測装置１０は、基底ベクトルを取得する。例えば、信号空間分離部９６０は、ステップ１１２０において基底ベクトル記憶部９５０が記憶した基底ベクトルを、基底ベクトル記憶部９５０から取得する。なお、本フローにおいて、ステップ１１３０とステップ１１４０とはどちらが先に行われてもよい。
【００８４】
ステップ１１５０において、心磁計測装置１０は、ステップ１１３０において計測した磁場の空間分布を信号分離する。例えば、信号空間分離部９６０は、ステップ１１３０において取得した磁場計測データと勾配磁場とによって示される磁場の空間分布を、ステップ１１４０において取得した磁場信号ベクトルと磁場勾配ベクトルとを基底ベクトルとして利用して級数展開する。そして、信号空間分離部９６０は、級数展開によって得られたベクトルから、計測した磁場の空間分布を心磁と外乱磁場とに信号分離する。
【００８５】
そして、信号空間分離部９６０は、信号分離した結果から、外乱磁場を抑制して心磁だけを取り出す。以下、これについて数式を用いて詳細に説明する。
【００８６】
静磁場Ｂ（ｒ）は、ラプラス方程式Δ・Ｖ（ｒ）＝０を満たすポテンシャルＶ（ｒ）を用いて、次式のように、ポテンシャルＶ（ｒ）の空間勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）として求められる。ここで、ｒは座標原点からの位置を表す位置ベクトルであり、Δはラプラシアンであり、μは透磁率であり、∇はベクトル微分演算を表す演算子である。
【数１６】
2020156870.tif 000018
【００８７】
そして、ラプラス方程式の解は、一般に、正規直交関数系である球面調和関数Ｙｌ，ｍ（θ，φ）を使った級数展開の形での解を持つため、ポテンシャルＶ（ｒ）は次式で表すことができる。ここで、｜ｒ｜は位置ベクトルｒの絶対値（座標原点からの距離）であり、θおよびφは球座標における２つの偏角であり、ｌは方位量子数であり、ｍは磁気量子数であり、αおよびβは多極モーメントであり、ＬｉｎおよびＬｏｕｔはそれぞれ座標原点および被験者被験者から見て磁気センサアレイ２１０の手前の空間と奥の空間のそれぞれについての級数の数である。方位量子数ｌは正の整数をとり、磁気量子数ｍは−１から＋１までの整数をとる。すなわち、例えばｌが１のとき、ｍは−１、０、および１であり、例えばｌが２のとき、ｍは−２、−１、０、１、および２である。なお、磁場においては単磁極が存在しないことから、（数１７）において方位量子数ｌは、０からではなく１から始まっている。（数１７）における第１項は、座標原点からの距離に反比例する項であり、座標原点および被験者から見て磁気センサアレイ２１０の手前の空間に存在するポテンシャルを示している。また、（数１７）における第２項は、座標原点からの距離に比例する項であり、座標原点および被験者から見て磁気センサアレイ２１０の奥の空間に存在するポテンシャルを示している。
【数１７】
2020156870.tif 000019
【００８８】
したがって、（数１６）および（数１７）によれば、静磁場Ｂ（ｒ）は、次式で表すことができる。ここで、（数１８）における第１項は、座標原点および被験者から見て磁気センサアレイ２１０の手前の空間に存在する磁場源、すなわち、心臓の電気活動が作る心磁を示している。また、（数１８）における第２項は、座標原点および被験者から見て磁気センサアレイ２１０の奥の空間に存在する磁場源が作る外乱磁場を示している。
【数１８】
2020156870.tif 000020
【００８９】
球面調和関数を使った級数展開の形でラプラス方程式の解を表した場合、その一般解は無限級数となるが、例えば、生体磁場を計測するのに十分なＳＮＲ（信号ノイズ比、すなわち、外乱磁場及びセンサノイズに対する測定対象磁場信号の比）が得られればよく、実際には１０項程度の級数で表せば十分であると言われている。また、脳磁計における信号空間分離の級数については、Ｌｉｎ＝８、Ｌｏｕｔ＝３程度でよいと言われている。したがって、本実施形態の心磁計測装置１０においても、Ｌｉｎ＝８、Ｌｏｕｔ＝３の場合を一例として説明する。しかしながら、ＬｉｎおよびＬｏｕｔの値は、これに限定されるものではなく、外乱磁場を十分抑制し測定対象である心磁だけを取り出すのに十分な、いかなる数値であってもよい。
【００９０】
ここで、各磁気センサセル２２０におけるセンサ部３００ｘ、ｙ、およびｚの感磁軸方向と磁気感度を表すベクトルを、それぞれ、ｎｘ、ｎｙ、およびｎｚとし、添字ｔを転置行列として、ａｌ，ｍおよびｂｌ，ｍを次式のように定義する。すなわち、ａｌ，ｍおよびｂｌ，ｍを、センサ部３００ｘ、ｙ、およびｚの感磁軸方向と磁気感度を表す各ベクトルｎｘ、ｎｙ、ｎｚと、三次元のベクトル信号である球面調和関数との内積を成分として有するベクトルとして定義する。これは、球面調和関数を直交座標系でサンプリングすることを意味している。なお、本実施形態において、このａｌ，ｍおよびｂｌ、ｍは、磁気センサセル２２０の個数を３倍にした数に、勾配磁場演算部９４０が算出する勾配磁場の数を加えた次元を持つベクトルとなる。このように、本実施形態においては、勾配磁場演算部９４０が算出した勾配磁場を含むａｌ，ｍおよびｂｌ，ｍの値が基底ベクトル記憶部９５０に記憶される。基底ベクトル記憶部９５０が、勾配磁場を含むａｌ，ｍおよびｂｌ，ｍの値を記憶する本実施形態に係る心磁計測装置１０は、動作時に、実際にセンサ部によって計測された実データから算出される磁場の勾配分布を用いて、実データがない位置における磁場の情報を仮想的に補うことができる。また、各センサ部３００の感磁軸方向と磁気感度を表す各ベクトルｎｘ、ｎｙ、ｎｚは、先述した主軸方向の感度、および、他軸方向の感度と対応したベクトルでよい。ｎｘは、Ｓｘｘ、Ｓｘｙ、Ｓｘｚに対応してよい。ｎｙは、Ｓｙｘ、Ｓｙｙ、Ｓｙｚに対応してよい。ｎｚは、Ｓｚｘ、Ｓｚｙ、Ｓｚｚに対応してよい。このように、センサ部３００ｘ、ｙ、およびｚの主軸方向の感度と他軸方向の感度補正を含めて計算されたａｌ，ｍおよびｂｌ，ｍの値が基底ベクトル記憶部９５０に記憶される。基底ベクトル記憶部９５０が、磁気感度（主軸感度、他軸感度）の補正を含めて計算されたａｌ，ｍおよびｂｌ，ｍの値を記憶する本実施形態に係る心磁計測装置１０は、動作時に、計測データ取得部９１０によって取得された計測データに対して較正演算部９２０における補正を行うことで、各磁気センサセル２２０の磁気感度（主軸感度、他軸感度）の補正を行うことが可能となる。
【数１９】
2020156870.tif 000021
【００９１】
そうすると、ある時刻において磁気センサアレイ２１０を用いて計測された磁場の出力ベクトルΦ、すなわち、磁場計測データと勾配磁場とによって示される出力ベクトルΦは、以下の式で表すことができる。
【数２０】
2020156870.tif 000022
【００９２】
さらに、Ｓｉｎ、Ｓｏｕｔ、Ｘｉｎ、およびＸｏｕｔをそれぞれ次のように定義する。すなわち、Ｓｉｎを、ｌ＝１からｌ＝Ｌｉｎまで、各ｌにおいてｍ＝−ｌからｌまでの整数をとった時の各ベクトルａを順に列に並べた、計Ｌｉｎ・（Ｌｉｎ＋２）列のベクトルと定義する。また、Ｓｏｕｔを、ｌ＝１からＬ＝Ｌｏｕｔまで、各ｌにおいてｍ＝−ｌからｌまでの整数をとった時の各ベクトルｂを順に列に並べた、計Ｌｏｕｔ・（Ｌｏｕｔ＋２）列のベクトルと定義する。また、Ｘｉｎを、ｌ＝１からｌ＝Ｌｉｎまで、各ｌにおいてｍ＝−ｌからｌまでの整数をとった時の各多極モーメントαを順に列に並べたベクトルを転置した、計Ｌｉｎ・（Ｌｉｎ＋２）行のベクトルと定義する。また、Ｘｏｕｔを、ｌ＝１からｌ＝Ｌｉｎまで、各ｌにおいてｍ＝−１からｌまでの整数をとった時の各多極モーメントβを順に列に並べたベクトルを転置した、計Ｌｏｕｔ・（Ｌｏｕｔ＋２）行のベクトルと定義する。
【数２１】
2020156870.tif 000023
【００９３】
そうすると、出力ベクトルΦは、次式に示すように、行列Ｓと縦ベクトルＸの内積の形で表すことができる。ここで、行列Ｓは、合計Ｌｉｎ・（Ｌｉｎ＋２）＋Ｌｏｕｔ・（Ｌｏｕｔ＋２）個の基底ベクトルを縦ベクトルとして並べることによって得られる行列を示し、例えば、ステップ１１４０において、信号空間分離部９６０が基底ベクトル記憶部９５０から取得したものである。また、縦ベクトルＸは、基底ベクトルに係る係数を示す。
【数２２】
2020156870.tif 000024
【００９４】
本実施形態に係る信号空間分離部９６０は、ステップ１１５０において、この（数２２）で得られた出力ベクトルΦのモデル式に基づいて、次式を用いてΦ＝Ｓ・Ｘを最小２乗近似で満たす縦ベクトルＸを決定する。これにより、信号空間分離部９６０は、ステップ１１５０において、磁場の空間分布を解くことができる。この際、信号空間分離部９６０は、外乱磁場の大きさが予め定められた範囲を超える場合に、測定対象磁場である心磁を高精度に計測できない旨の警告を出してもよい。これにより、心磁計測装置１０は、装置が故障している場合や、測定対象磁場を高精度に計測することができない程大きな外乱磁場が存在している場合等の状況において、心磁を計測してしまうことを事前に防止することができる。この場合に、信号空間分離部９６０は、例えば、Ｘｏｕｔ・Ｓｏｕｔの各成分のいずれかの大きさが予め定められた閾値を超える場合に外乱磁場の大きさが予め定められた範囲を超えると判断してもよいし、Ｘｏｕｔ・Ｓｏｕｔの各成分の大きさの和や平均が予め定められた閾値を超える場合に外乱磁場の大きさが予め定められた範囲を超えると判断してもよい。
【数２３】
2020156870.tif 000025
【００９５】
そして、ステップ１１５０において、信号空間分離部９６０は、磁場を空間分離した結果から、測定対象である心磁成分だけを取り出す。ここで、信号空間分離部９６０が（数２２）および（数２３）を用いて決定した縦ベクトルＸに関して、Ｘｉｎ・Ｓｉｎは測定対象である心磁成分を表し、Ｘｏｕｔ・Ｓｏｕｔは外乱磁場成分を表す。そこで、信号空間分離部９６０は、外乱磁場成分を排除して、測定対象である心磁成分だけを取り出すためには、磁場の空間分離結果Ｘ・ＳのうちＸｉｎ・Ｓｉｎだけを取り出せばよい。
【００９６】
このように、心磁計測装置１０は、各々が３軸方向の入力磁場を検出可能な複数の磁気センサセル２２０を有する磁気センサアレイ２１０を用いて計測された磁場の空間分布を、測定対象磁場である心磁と外乱磁場とに信号分離し、外乱磁場成分を抑制して心磁成分だけを取り出すことができる。そして、本実施形態に係る心磁計測装置１０は、磁場の空間分布を信号分離するにあたって、複数の磁気センサセル２２０間で計測された複数の計測値を用いて算出された勾配磁場を用いる。これにより、心磁計測装置１０は、実データがない位置、すなわち、センサ部３００が実際に配置されていない位置における磁場の情報を仮想的に補うことができ、心磁計測の精度を高めることができる。例えば、心磁計測装置１０は、実際に計測された実データと実データから算出した勾配磁場との両者を用いることによって、見かけ上の情報量を増やすことができ、心磁計測の精度をより高めることができる。心磁計測にあたっては、理想的には、心臓を取り囲むように心臓に近い位置に球面上にセンサ部３００を配置することが好ましい。しかしながら、物理的な制約により、センサ部３００を理想的に配置することは極めて困難である。本実施形態に係る心磁計測装置１０は、このような状況においても、磁場の情報を仮想的に補うことができるので、精度よく心磁を計測することができる。また、複数のセンサ部３００がそれぞれ磁気収束板を有するので、センサ部３００の磁気感度を高めるとともに、空間サンプリング点を明確化することができ、信号空間分離技術との親和性をより高めることができる。さらに、心磁計測装置１０が較正演算部９２０を有する場合には、高精度な較正（主軸感度ミスマッチ、他軸感度、およびオフセット等）を実現でき、複数のセンサ部３００のキャリブレーション誤差を、信号空間分離段階で処理するのではなく、その前段で低減させることができるので、より高精度に測定対象磁場成分を取り出すことができる。
【００９７】
図１２は、本実施形態に係る心磁計測装置１０が、指標εを算出して指標εに基づいた制御を行うフローを示す。ステップ１２１０において、較正演算部９２０は、上述の（数５）に基づいて、計測データを較正して磁場計測データを生成する。
【００９８】
ステップ１２２０において、信号空間分離部９６０は、磁場の空間分布を、図１１のフローに従って、信号分離する。そして、信号空間分離部９６０は、信号分離した結果を指標算出部９７０へ供給する。この際、信号空間分離部９６０は、信号分離した結果として、例えば、出力ベクトルΦ、行列Ｓ、および、縦ベクトルＸを指標算出部９７０へ供給してよい。
【００９９】
ステップ１２３０において、指標算出部９７０は、信号空間分離部９６０が信号分離した結果に基づいて、較正演算部９２０における較正の精度を示す指標εを算出する。指標算出部９７０は、例えば、次式に示すように、出力ベクトルΦから、行列Ｓと縦ベクトルＸとの内積を減算して指標εを算出してよい。すなわち、指標算出部９７０は、ある時刻において磁気センサアレイ２１０を用いて計測された磁場の出力ベクトルΦを、最小２乗法を用いて基底ベクトルＳ＝［Ｓｉｎ，Ｓｏｕｔ］によって張られる部分空間へマッピングした際の誤差を、ベクトルの成分ごとに算出し、これを指標εとする。そして、指標算出部９７０は、算出した指標εを指標出力部９８０へ供給する。
【数２４】
2020156870.tif 000026
【０１００】
次に、指標出力部９８０は、指標εを表示部に表示させる。そして、指標出力部９８０は、指標εを故障判定部９９０に供給する。この際、指標出力部９８０はさらに、指標εをネットワークを介して他の装置に供給してもよい。
【０１０１】
ステップ１２４０において、故障判定部９９０は、指標εが予め定められた基準の範囲内であるか否か判定する。故障判定部９９０は、例えば、次式に示すように、指標の２乗が、予め定められた閾値Ｅ＿Ｔｈの２乗未満であるか否か判定する。すなわち、故障判定部９９０は、指標εのベクトルの大きさが予め定められた閾値Ｅ＿ｔｈ未満であるか否か判定する。
【数２５】
2020156870.tif 000027
【０１０２】
ここで、指標εは、磁気センサアレイ２１０が有する複数の磁気センサセル２２０の個数を３倍にした数に、勾配磁場演算部９４０が算出する勾配磁場の数を加えた数に対応するベクトルの成分からなる。故障判定部９９０は、例えば、複数の成分ごとの指標を算出し、それらの平均が予め定められた基準の範囲内であるか否か判定してよい。これに代えて、故障判定部９９０は、算出した複数の成分ごとの指標のうち、大きさが最大となる成分の指標、大きさが最小となる成分の指標、および、複数の成分の中央値のいずれかが予め定められた基準の範囲内であるか否か判定してもよい。
【０１０３】
そして、故障判定部９９０は、指標εが予め定められた基準の範囲内であると判定した場合、較正演算部９２０において精度よく較正されたと判断して処理を終了する。すなわち、故障判定部９９０は、較正演算部９２０において精度よく較正されているので、心磁計測装置１０の計測結果が信頼性が高いものであると判断し、さらなる処理を要求しない。
【０１０４】
一方、ステップ１２４０において、指標εが予め定められた基準の範囲内でないと判定した場合、故障判定部９９０は、ステップ１２５０において、較正演算部９２０における較正回数が予め定められた回数以内であるか否か判定する。
【０１０５】
そして、較正回数が予め定められた回数以内でなかった場合、ステップ１２６０において、故障判定部９９０は、心磁計測装置１０に故障が生じているものと判定して処理を終了する。この際、故障判定部９９０は、心磁計測装置１０に故障が生じている旨を表示部に表示、または、音で報知してもよい。また、故障判定部９９０は、ステップ１２３０において算出したベクトルの成分ごとの指標から、心磁計測装置１０の故障箇所を推定して、それを出力してもよい。この際、故障判定部９９０は、予め定められた基準の範囲内にないと判定された指標に対応する磁気センサセル２２０やセンサ部３００を特定する情報を出力してよい。また、故障判定部９９０は、例えば、ベクトルの成分ごとの指標を、対応する磁気センサセル２２０やセンサ部３００にマッピングした指標マップを出力してもよい。
【０１０６】
一方、ステップ１２５０において、較正回数が予め定められた回数以内であると判定された場合、故障判定部９９０は、較正演算部９２０に対して、計測データを再較正する旨を指示する。そして、ステップ１２７０において、較正演算部９２０は、較正パラメータを変更して、処理をステップ１２１０に戻し、変更された較正パラメータを用いて再較正を行い、処理を継続する。この際、較正演算部９２０は、例えば、環境磁場の計測を再び行って、センサ部３００の主軸感度、他軸感度、および、オフセットを再調整して較正パラメータを変更してもよい。
【０１０７】
なお、図１２のフローは、被験者が心磁計測装置１０の計測位置にいる場合に行われてもよいし、被験者が心磁計測装置１０の計測位置に来る前に事前に行われてもよい。この場合、故障判定部９９０は、被験者がいる場合といない場合とで、故障判定に用いる閾値Ｅ＿Ｔｈを異なる値に設定してもよい。
【０１０８】
このように、本実施形態に係る心磁計測装置１０は、較正演算部９２０における較正の精度を示す指標εを算出し、指標εに基づいた制御を行う。これにより、本実施形態に係る心磁計測装置１０によれば、較正演算部９２０において精度よく較正されたかどうかを把握することができる。また、本実施形態に係る心磁計測装置１０によれば、指標εを表示することで、心磁計測装置１０の計測結果の信頼性をユーザに知らせることができる。また、本実施形態に係る心磁計測装置１０によれば、指標εに基づいて心磁計測装置１０の故障を判定し、故障箇所を推定することができる。また、本実施形態に係る心磁計測装置によれば、較正演算部９２０が、指標算出部９７０が算出した指標εに基づいて、計測データを再較正するので、精度よく較正された状態で心磁を計測することができる。
【０１０９】
図１３は、本実施形態の変形例に係る心磁計測装置１０が、内部空間が形成されるように構成された磁気センサアレイ２１０を用いて心磁を計測する例を示す。本変形例において、磁気センサアレイ２１０は、複数の磁気センサセル２２０を被測定体（被検者）の胸部の少なくとも一部を取り囲むための内部空間が形成されるように配列して構成される。本図においては、一例として、被測定体の正面に対向する一辺（Ｘ軸方向）と、被測定体の左右側面に対向する二辺（Ｚ軸方向）とに複数の磁気センサセル２２０をＵの字状に配列し、Ｕの字状に配列された複数の磁気センサセル２２０の内部空間に被測定体を配置させることで、被測定体の胸部の少なくとも一部を、磁気センサアレイ２１０を構成する複数の磁気センサセル２２０によって取り囲む。すなわち、複数の磁気センサセル２２０は、本図において一点斜線で示すように、被測定体の重心を中心として、被測定体の胸部に沿うように断面視略円弧状に配列されてよい。これにより、磁気センサアレイ２１０は、心臓に対向する一方向だけでなく多方向にセンサ部を配置させることができ、心磁を多方向からセンシングすることができる。また、この場合、円弧の中心角は、１８０°より大きくてよい。これにより、磁気センサアレイ２１０は、心臓を正面、左側面、右側面、および背面の４方向からセンシングすることができる。
【０１１０】
図１４は、本実施形態の別の変形例に係る心磁計測装置１０が、内部空間が形成されるように構成された磁気センサアレイ２１０を用いて心磁を計測する例を示す。本図においては、一例として、被測定体の正面および背面に対向する一辺（Ｘ軸方向）と、被測定体の左側面に対向する一辺（Ｚ軸方向）とに複数の磁気センサセル２２０をＵの字状に配列し、Ｕの字状に配列された複数の磁気センサセル２２０の内部空間に被測定体を配置させることで、被測定体の胸部の少なくとも一部を、磁気センサアレイ２１０を構成する複数の磁気センサセル２２０によって取り囲む。これにより、磁気センサアレイ２１０は、被測定体の左側に位置する心臓を、心臓の近い位置に複数の磁気センサセル２２０を配置してセンシングすることができる。
【０１１１】
なお、図１３および図１４は、複数の磁気センサセル２２０がＵの字を構成する１辺のそれぞれに一直線上に並んだ場合を一例として示したが、これに限定されるものではない。複数の磁気センサセル２２０は、内部空間を形成する少なくとも一つの辺において、階段状に配列されていてもよい。また、上述の説明では、複数の磁気センサセル２２０が、三次元格子空間における格子点にそれぞれ配置されている、すなわち、複数の磁気センサセル２２０が、セルの大きさを単位とするマス目に沿って配置されている場合を一例として示したが、これに限定されるものではない。複数の磁気センサセル２２０は、少なくとも一部の隣接するセル同士が、セルの大きさの単位よりも小さいズレ量で配置されていてもよい。
【０１１２】
図１３や図１４に示されるような磁気センサアレイ２１０を用いると、勾配磁場を用いて磁場の空間分布を信号分離して磁場の情報を仮想的に補う本実施形態に係る心磁計測装置１０との親和性が高い。すなわち、図１３や図１４のように、物理的な制約の許す限り、被測定体の胸部を複数の磁気センサセル２２０で取り囲み、このように配置された複数の磁気センサセル２２０を用いて計測された磁場の空間分布を、勾配磁場を用いて信号分離して磁場の情報を仮想的に補うことによって、より理想に近い状態で心磁を計測することができる。
【０１１３】
本発明の様々な実施形態は、フローチャートおよびブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、（１）操作が実行されるプロセスの段階または（２）操作を実行する役割を持つ装置のセクションを表わしてよい。特定の段階およびセクションが、専用回路、コンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、および／またはコンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタルおよび／またはアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路（ＩＣ）および／またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、論理ＡＮＤ、論理ＯＲ、論理ＸＯＲ、論理ＮＡＮＤ、論理ＮＯＲ、および他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）等のようなメモリ要素等を含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。
【０１１４】
コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ-ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイ（ＲＴＭ）ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。
【０１１５】
コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはＳｍａｌｌｔａｌｋ、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、１または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。
【０１１６】
コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して提供され、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。
【０１１７】
図１５は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ２２００の例を示す。コンピュータ２２００にインストールされたプログラムは、コンピュータ２２００に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられる操作または当該装置の１または複数のセクションとして機能させることができ、または当該操作または当該１または複数のセクションを実行させることができ、および／またはコンピュータ２２００に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ２２００に、本明細書に記載のフローチャートおよびブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定の操作を実行させるべく、ＣＰＵ２２１２によって実行されてよい。
【０１１８】
本実施形態によるコンピュータ２２００は、ＣＰＵ２２１２、ＲＡＭ２２１４、グラフィックコントローラ２２１６、およびディスプレイデバイス２２１８を含み、それらはホストコントローラ２２１０によって相互に接続されている。コンピュータ２２００はまた、通信インターフェイス２２２２、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ２２２６、およびＩＣカードドライブのような入／出力ユニットを含み、それらは入／出力コントローラ２２２０を介してホストコントローラ２２１０に接続されている。コンピュータはまた、ＲＯＭ２２３０およびキーボード２２４２のようなレガシの入／出力ユニットを含み、それらは入／出力チップ２２４０を介して入／出力コントローラ２２２０に接続されている。
【０１１９】
ＣＰＵ２２１２は、ＲＯＭ２２３０およびＲＡＭ２２１４内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ２２１６は、ＲＡＭ２２１４内に提供されるフレームバッファ等またはそれ自体の中にＣＰＵ２２１２によって生成されたイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス２２１８上に表示されるようにする。
【０１２０】
通信インターフェイス２２２２は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブ２２２４は、コンピュータ２２００内のＣＰＵ２２１２によって使用されるプログラムおよびデータを格納する。ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ２２２６は、プログラムまたはデータをＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１から読み取り、ハードディスクドライブ２２２４にＲＡＭ２２１４を介してプログラムまたはデータを提供する。ＩＣカードドライブは、プログラムおよびデータをＩＣカードから読み取り、および／またはプログラムおよびデータをＩＣカードに書き込む。
【０１２１】
ＲＯＭ２２３０はその中に、アクティブ化時にコンピュータ２２００によって実行されるブートプログラム等、および／またはコンピュータ２２００のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入／出力チップ２２４０はまた、様々な入／出力ユニットをパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入／出力コントローラ２２２０に接続してよい。
【０１２２】
プログラムが、ＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１またはＩＣカードのようなコンピュータ可読媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読媒体から読み取られ、コンピュータ可読媒体の例でもあるハードディスクドライブ２２２４、ＲＡＭ２２１４、またはＲＯＭ２２３０にインストールされ、ＣＰＵ２２１２によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ２２００に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ２２００の使用に従い情報の操作または処理を実現することによって構成されてよい。
【０１２３】
例えば、通信がコンピュータ２２００および外部デバイス間で実行される場合、ＣＰＵ２２１２は、ＲＡＭ２２１４にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インターフェイス２２２２に対し、通信処理を命令してよい。通信インターフェイス２２２２は、ＣＰＵ２２１２の制御下、ＲＡＭ２２１４、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１、またはＩＣカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ処理領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信された受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ処理領域等に書き込む。
【０１２４】
また、ＣＰＵ２２１２は、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ２２２６（ＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１）、ＩＣカード等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がＲＡＭ２２１４に読み取られるようにし、ＲＡＭ２２１４上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。ＣＰＵ２２１２は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックする。
【０１２５】
様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、およびデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。ＣＰＵ２２１２は、ＲＡＭ２２１４から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプの操作、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索／置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をＲＡＭ２２１４に対しライトバックする。また、ＣＰＵ２２１２は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第２の属性の属性値に関連付けられた第１の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、ＣＰＵ２２１２は、第１の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第２の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第１の属性に関連付けられた第２の属性の属性値を取得してよい。
【０１２６】
上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ２２００上またはコンピュータ２２００近傍のコンピュータ可読媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはＲＡＭのような記録媒体が、コンピュータ可読媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ２２００に提供する。
【０１２７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１２８】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１２９】
１０      心磁計測装置
１００    本体部
１１０    磁気センサユニット
１２０    ヘッド
１３０    ベース部
１４０    ポール部
１５０    情報処理部
２１０    磁気センサアレイ
２２０    磁気センサセル
２３０    センサデータ収集部
２３２    ＡＤ変換器
２３４    クロック発生器
３００    センサ部
５２０    磁気センサ
５３０    磁場生成部
５３２    増幅回路
５３４    コイル
５４０    出力部
７１０    磁気抵抗効果素子
７２０、７３０    磁気収束板
９００    センサデータ処理部
９１０    計測データ取得部
９２０    較正演算部
９３０    データ出力部
９４０    勾配磁場演算部
９５０    基底ベクトル記憶部
９６０    信号空間分離部
９７０    指標算出部
９８０    指標出力部
９９０    故障判定部
２２００  コンピュータ
２２０１  ＤＶＤ−ＲＯＭ
２２１０  ホストコントローラ
２２１２  ＣＰＵ
２２１４  ＲＡＭ
２２１６  グラフィックコントローラ
２２１８  ディスプレイデバイス
２２２０  入／出力コントローラ
２２２２  通信インターフェイス
２２２４  ハードディスクドライブ
２２２６  ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ
２２３０  ＲＯＭ
２２４０  入／出力チップ
２２４２  キーボード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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