(57)【要約】【課題】ダイポールの検出感度を向上した磁場検出装置を提供する。【解決手段】本磁場検出装置は、被検者の頭部に装着する装着部と、前記被検者の頭部の磁場を検出する光ポンピング原子磁気センサを前記装着部に固定するセンサ固定部と、を有し、前記センサ固定部に前記光ポンピング原子磁気センサを取り付けて前記装着部を前記被検者の頭部に装着したときに、前記光ポンピング原子磁気センサの光軸が、前記被検者の脳構造における中央溝の側面の法線方向に略平行に配置されるように、前記センサ固定部が前記装着部に対して位置決めされている。【選択図】図２２
2020151023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検者の頭部に装着する装着部と、
前記被検者の頭部の磁場を検出する光ポンピング原子磁気センサを前記装着部に固定するセンサ固定部と、を有し、
前記センサ固定部に前記光ポンピング原子磁気センサを取り付けて前記装着部を前記被検者の頭部に装着したときに、前記光ポンピング原子磁気センサの光軸が、前記被検者の脳構造における中央溝の側面の法線方向に略平行に配置されるように、前記センサ固定部が前記装着部に対して位置決めされている磁場検出装置。
【請求項２】
前記装着部は、前記被検者の視界を確保するための開口部を備え、前記装着部の中心から前記開口部の開口方向に向かうベクトルと前記光ポンピング原子磁気センサの光軸とが略平行に配置されるように、前記センサ固定部が前記装着部に対して位置決めされている請求項１に記載の磁場検出装置。
【請求項３】
前記センサ固定部に前記光ポンピング原子磁気センサを取り付けて前記装着部を前記被検者の頭部に装着したときに、前記光ポンピング原子磁気センサが、前記被検者の前記中央溝のブロードマン領域３ｂ野の直上に配置されるように、前記センサ固定部が前記装着部に対して位置決めされている請求項１又は２に記載の磁場検出装置。
【請求項４】
前記センサ固定部を複数個有し、
前記センサ固定部に前記光ポンピング原子磁気センサを取り付けて前記装着部を前記被検者の頭部に装着したときに、隣接する前記センサ固定部の間の距離が、前記センサ固定部と前記被検者の脳構造における灰白質との間の距離よりも大きくなるように、前記センサ固定部が前記装着部に対して位置決めされている請求項１乃至３の何れか一項に記載の磁場検出装置。
【請求項５】
前記センサ固定部を複数個有し、
前記センサ固定部に前記光ポンピング原子磁気センサを取り付けて前記装着部を前記被検者の頭部に装着したときに、隣接する前記センサ固定部の前記光ポンピング原子磁気センサの光軸に平行な方向の距離が、前記光軸に垂直な方向の距離よりも小さくなるように、前記センサ固定部が前記装着部に対して位置決めされている請求項１乃至４の何れか一項に記載の磁場検出装置。
【請求項６】
前記センサ固定部を複数個有し、
前記センサ固定部に前記光ポンピング原子磁気センサを取り付けて前記装着部を前記被検者の頭部に装着したときに、光軸に垂直な方向に隣接する前記光ポンピング原子磁気センサ間によってグラジオメーターを構成する請求項１乃至５の何れか一項に記載の磁場検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の磁場検出装置と、被検者に刺激を与える刺激装置と、を含む生体磁場計測システムであって、
前記刺激装置は、レーザ光により前記被検者に刺激を与える装置であり、前記被検者の指先端部に装着可能なレーザ光照射用のホルダーを備えている生体磁場計測システム。
【請求項８】
前記刺激装置は、体性感覚野にダイポールを発生させる刺激を前記被検者に与える装置である請求項７に記載の生体磁場計測システム。
【請求項９】
前記被検者の頭部のみを覆う磁気シールドボックスを有し、
前記刺激装置は、前記磁気シールドボックスの外部に配置される請求項７又は８に記載の生体磁場計測システム。
【請求項１０】
光ポンピング原子磁気センサが固定された装着部を装着した被検者の頭部の磁場を検出する工程を有し、
前記磁場を検出する工程では、前記光ポンピング原子磁気センサの光軸が、前記被検者の脳構造における中央溝の側面の法線方向に略平行に配置されるように、前記装着部が前記被検者の頭部に装着されている磁場検出方法。
【請求項１１】
前記磁場を検出する工程では、前記光ポンピング原子磁気センサが、前記被検者の前記中央溝のブロードマン領域３ｂ野の直上に配置されるように、前記装着部が前記被検者の頭部に装着されている請求項１０に記載の磁場検出方法。
【請求項１２】
前記被検者の頭部モデルを仮定して、前記頭部モデルの任意の位置にダイポールを発生させ、前記光ポンピング原子磁気センサの位置で生成される磁場を計算する順問題計算工程と、
前記磁場を検出する工程での検出結果と前記順問題計算工程での計算結果とに基づいて、前記ダイポールの位置を推定する逆問題推定工程と、を有し、
前記磁場を検出する工程では、前記光ポンピング原子磁気センサは前記被検者の頭部の磁場をベクトルとして検出し、
前記順問題計算工程では、前記光ポンピング原子磁気センサの位置で生成される磁場をベクトルとして計算する請求項１０又は１１に記載の磁場検出方法。
【請求項１３】
前記逆問題推定工程では、
事前情報によって得られた白質、白灰質、脳髄液、頭蓋骨、筋肉層、及び頭皮の形状をモデル化すると共に、推定する前記ダイポールの位置を白灰質に限定し、前記被検者がタスクを実施した際の信号を記録収録して、前記信号に基づいて信号源を推定する請求項１２に記載の磁場検出方法。
【請求項１４】
前記順問題計算工程での計算結果に基づいて、前記磁場を検出する工程で検出された前記光ポンピング原子磁気センサの磁場が、前記被検者の脳内のどの位置から発生したダイポールからの影響をどの程度の割合で感じるかを示す感度分布を求める工程を有する請求項１２又は１３に記載の磁場検出方法。
【請求項１５】
前記光ポンピング原子磁気センサが配置された位置を検出する工程を有し、
前記位置を検出する工程よりも前に、前記被検者に刺激を与え、最も強い信号が得られる位置に前記光ポンピング原子磁気センサを配置する請求項１０乃至１４の何れか一項に記載の磁場検出方法。
【請求項１６】
光ポンピング原子磁気センサが固定された装着部を、前記光ポンピング原子磁気センサの光軸が、脳構造における中央溝の側面の法線方向に略平行に配置されるように、頭部に装着した被検者の運動により変化する脳の賦活領域を逆問題推定する第１工程と、
前記賦活領域が適切な領域であるか否かを判断する第２工程と、を有し、
前記第２工程で前記賦活領域が適切な領域であると判断した場合には、前記第２工程での判断結果を前記被検者に伝達した後に、再度前記第１工程及び前記第２工程を繰り返し、
前記第２工程で前記賦活領域が適切な領域でないと判断した場合には、前記第２工程での判断結果を前記被検者に伝達せずに、再度前記第１工程及び前記第２工程を繰り返すリハビリテーション手法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場検出装置、磁場検出方法、生体磁場計測システム、リハビリテーション手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
脳の神経細胞は、電気信号の発生（発火）とのその伝達によって、脳機能を発現させる。その発火状態を観測することで、脳機能の研究、疾患の診断等が可能になると考えられている。てんかん等の異常な発火を起こす神経細胞がある場合、その神経細胞がどの位置に存在するかを非侵襲で観察することで、異常な神経細胞を摘出する手術が可能となる。
【０００３】
又、てんかんを起こす細胞をできるだけ正確に位置検出できれば、それ以外の神経細胞を無駄に摘出することがなくなり、患者にとってメリットが大きい。そのため、脳磁計を使い、できるだけ精度よく、信号源を推定することが望まれている。
【０００４】
運動野及び感覚野は、脳卒中や外傷性脳損傷によって障害を受けることがある。この箇所をターゲットにしたリハビリ、ＴＭＳ（経頭蓋磁気刺激：Transcranial Magnetic Stimulation）、ｉＰＳ（Induced Pluripotent Stem cells）細胞、ＭＵＳＥ（Multi-lineage differentiating Stress Enduring cell）細胞等を利用した再生医療、等が活発に研究されている。
【０００５】
この研究を加速させるためにも、非侵襲で活動部位を高精度に検出することの価値は高い。又、上記の治療もその効果は個人差が大きいと考えられる。その治療の進捗状態を高い精度で検出できることによって、患者のモチベーション延いては治療成績が向上すると考えられている。
【０００６】
脳において、１次運動野と１次体性感覚野は、中央溝を介して並んだ領域である。体性感覚野には、３ａ野や１野２野と言われる部位があり、特に３ａ野は溝の奥に当たり、この部分での信号を正確に捉えることが肝要である。
【０００７】
特に、脳回は難しいが、脳溝によって生成された信号は、脳磁計によって捉えることができる。脳回部分で発生したダイポールによって生成される磁場は、頭皮部分で打ち消し合って検出ができないと考えられており、逆に、脳溝で生成されるダイポールが頭皮に対して水平であり、打ち消し合うことなく、検出できると考えられている。
【０００８】
脳磁計測について、例えば、被測定者の頭部を覆うヘルメット形状をなすように光ポンピング磁力計を複数配置した脳磁計が知られている。この脳磁計では、光ポンピング磁力計に被測定者の頭部の表面にほぼ平行に配置された蒸気セルを設け、ポンプ光レーザ及びプローブ光レーザにより、被測定者の頭部の表面にほぼ垂直であって被測定者の頭部に向かう方向に、ポンプ光及びプローブ光を出射する。そして、プローブ光を蒸気セルに入射させ、プローブ光をミラーにより被測定者の頭部の表面にほぼ垂直であって被測定者の頭部から離れる方向に反射し、フォトダイオードによりプローブ光の偏光の変化を検出する（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の脳磁計では、プローブ光の光軸が頭部表面に平行である。プローブ光の光軸が頭部表面に平行であると、ダイポールを感度良く検出することが困難である。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ダイポールの検出感度を向上した磁場検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本磁場検出装置は、被検者の頭部に装着する装着部と、前記被検者の頭部の磁場を検出する光ポンピング原子磁気センサを前記装着部に固定するセンサ固定部と、を有し、前記センサ固定部に前記光ポンピング原子磁気センサを取り付けて前記装着部を前記被検者の頭部に装着したときに、前記光ポンピング原子磁気センサの光軸が、前記被検者の脳構造における中央溝の側面の法線方向に略平行に配置されるように、前記センサ固定部が前記装着部に対して位置決めされている。
【発明の効果】
【００１２】
開示の技術によれば、ダイポールの検出感度を向上した磁場検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】生体磁場計測システムの全体構成を例示する図である。
【図２】情報処理装置のハードウェア構成を例示する図である。
【図３】磁気シールドボックスについて例示する図である。
【図４】磁気シールドルームについて例示する図（その１）である。
【図５】磁気シールドルームについて例示する図（その２）である。
【図６】頭部用の磁気シールドボックスについて説明する図である。
【図７】補助部材を例示する斜視図である。
【図８】加工前の補助部材を例示する図である。
【図９】補助部材の変形例を示す斜視図である。
【図１０】磁気シールドボックスの側壁の構造を例示する図である。
【図１１】ヘッドギヤ型の磁場検出装置を例示する側面図である。
【図１２】ＯＰＭセンサの概略構成を例示する図である。
【図１３】１つのセンサ固定部の近傍を拡大した模式図である。
【図１４】マーカーとシールドと配線の位置関係を例示する図である。
【図１５】マーカーについて説明する図である。
【図１６】脳構造を説明する図である。
【図１７】中央溝で発生するダイポールの方向を例示する図である。
【図１８】脳回と脳溝のダイポールについて説明する図である。
【図１９】脳溝のダイポールについて説明する図である。
【図２０】脳回のダイポールについて説明する図である。
【図２１】ＯＰＭセンサの光軸の方向について説明する図である。
【図２２】ダイポールの磁場分布について説明する図である。
【図２３】具体的な深さ方向の定量化方法を例示する図である。
【図２４】比較例に係るＯＰＭセンサのレイアウトについて説明する図（その１）である。
【図２５】比較例に係るＯＰＭセンサのレイアウトについて説明する図（その２）である。
【図２６】本実施形態に係るＯＰＭセンサのレイアウトについて説明する図である。
【図２７】隣接するＯＰＭセンサ間の好適な距離について説明する図（その１）である。
【図２８】隣接するＯＰＭセンサ間のクロストークについて説明する図である。
【図２９】隣接するＯＰＭセンサ間の好適な距離について説明する図（その２）である。
【図３０】ＯＰＭセンサとＳＱＵＩＤセンサとを比較する図（その１）である。
【図３１】ＯＰＭセンサとＳＱＵＩＤセンサとを比較する図（その２）である。
【図３２】生体磁場計測システムを用いた生体磁場計測の手順を示すフローチャートの一例である。
【図３３】ＯＰＭセンサの位置を測定する方法について説明する図である。
【図３４】本実施形態に係るリハビリテーション手法を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１５】
［生体磁場計測システムの全体構成］
まず、生体磁場計測システムの全体構成について説明する。図１は、生体磁場計測システムの全体構成を例示する図である。
【００１６】
図１に示すように、生体磁場計測システム４００は、磁場検出装置１０と、情報処理装置４１０と、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）撮像部４２０と、３次元計測部４３０と、刺激装置４４０と、表示装置４８０とを有する。なお、生体磁場計測システム４００は、刺激装置４４０及び表示装置４８０を必要に応じて有すればよい。
【００１７】
情報処理装置４１０は、信号処理部４１１と、表示制御部４１２と、データ格納部４１３とを有する。
【００１８】
ＭＲＩ撮像部４２０は、被検者の頭部を撮像し、脳の３次元の構造形状のＭＲＩ画像データを生成する。ＭＲＩ撮像部４２０は、生成したＭＲＩ画像データを情報処理装置４１０に送信する。
【００１９】
ＭＲＩは一般的に人間ドックなどで利用されている１．５Ｔレベルのもので良く、解像度は１ｍｍ程度あればよい。Ｔ１やＴ２画像を利用することで、コントラストの明瞭なものを採用する。特に、脳の溝構造が明瞭に観察できればよく、脳の血管の構造は今回の目的には不要である。これにより、標準脳との比較や一般的な脳機能の脳地図との照らし合わせができる。
【００２０】
被検者の頭部を撮像する際に、耳や目等の位置マーカーになる部分も計測する。又、ＭＲＩの計測の際にマーカーとなるビタミン材等を被検者の顔面に配置する。磁場検出装置１０による計測の際には、被検者の顔面のビタミン材等のマーカー位置と同一位置に、磁気を発生させる磁気マーカーを設置する。これにより、ＭＲＩ画像と磁場検出装置１０の計測データの頭部座標とを一致させることができる。そのために、ビタミン材を添付する位置には、事前にペンなどで皮膚にマーキングしておく。
【００２１】
３次元計測部４３０は、被検者の頭部に装着されたヘッドギヤ型（頭部装着型）の磁場検出装置１０に設置された光ポンピング原子磁気センサ（ＯＰＭ：Optically Pumped atomic Magnetometer）の位置を測定する。３次元計測部４３０は、センサ位置データを情報処理装置４１０に送信する。以下、光ポンピング原子磁気センサをＯＰＭセンサと称する場合がある。
【００２２】
磁場検出装置１０は、磁気マーカーの発する磁場を計測し、計測結果を情報処理装置４１０に送信する。又、磁場検出装置１０は、脳磁計測を実行し、計測結果を情報処理装置４１０に送信する。脳磁計測の際には、必要に応じて、刺激装置４４０による刺激が被検者に与えられる。磁場検出装置１０の詳細については後述する。
【００２３】
刺激装置４４０は、被検者の所定の部位に電極を装着し、電極を介して被検者に電気刺激を与える装置である。或いは、刺激装置４４０は、被検者の所定の部位にレーザ光を照射して刺激を与える装置であってもよい。
【００２４】
情報処理装置４１０の信号処理部４１１は、様々な信号処理が可能である。信号処理部４１１は、例えば、磁場検出装置１０による磁気マーカーの発する磁場の計測結果に基づいて、磁気マーカーの位置を逆問題推定等により検出し、検出結果をデータ格納部４１３に格納する。
【００２５】
又、信号処理部４１１は、例えば、ＭＲＩ撮像部４２０から送信されたＭＲＩ画像データ、３次元計測部４３０から送信されたセンサ位置データ、磁気マーカーの位置の検出結果等に基づいて、磁場検出装置１０のＯＰＭセンサの頭部座標とＭＲＩ画像の頭部座標とを整合させ、整合結果をデータ格納部４１３に格納する。
【００２６】
又、信号処理部４１１は、例えば、磁場検出装置１０による脳磁計測の計測結果をデータ格納部４１３に格納する。
【００２７】
表示制御部４１２は、データ格納部４１３に格納された所定データを読み出し、表示装置４８０に表示用の信号を送信する。表示装置４８０は、表示制御部４１２の信号に基づいて、例えば、脳磁計測の結果を表示する。表示装置４８０は、例えば、液晶ディスプレイ等である。
【００２８】
データ格納部４１３は、各種プログラムや、各種プログラムが実行されることで取得される情報を格納する記憶デバイスである。
【００２９】
図２は、情報処理装置のハードウェア構成を例示する図である。図２に示すように、情報処理装置４１０は、主要な構成要素として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１５０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１５０２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１５０３と、Ｉ／Ｆ（Interface）１５０４と、バスライン１５０５とを有している。ＣＰＵ１５０１、ＲＯＭ１５０２、ＲＡＭ１５０３、及びＩ／Ｆ１５０４は、バスライン１５０５を介して相互に接続されている。情報処理装置４１０は、各種制御対象や各種センサ等と接続されている。情報処理装置４１０は、必要に応じ、他のハードウェアブロックを有しても構わない。
【００３０】
ＣＰＵ１５０１は、情報処理装置４１０の各機能を制御する。記憶手段であるＲＯＭ１５０２は、ＣＰＵ１５０１が情報処理装置４１０の各機能を制御するために実行するプログラムや、各種情報を記憶している。記憶手段であるＲＡＭ１５０３は、ＣＰＵ１５０１のワークエリア等として使用される。又、ＲＡＭ１５０３は、所定の情報を一時的に記憶できる。Ｉ／Ｆ１５０４は、他の機器等と接続するためのインターフェイスであり、例えば、外部ネットワーク等と接続される。
【００３１】
情報処理装置４１０は、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサや、所定の機能を実行するよう設計されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＤＳＰ（digital signal processor）、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）、ＳＯＣ（System on a chip）、又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）であってもよい。又、情報処理装置４１０は、回路モジュール等であってもよい。
【００３２】
［磁気シールド］
次に、磁場検出装置１０を用いた生体磁場計測に用いる磁気シールドボックス、磁気シールドルームについて説明する。
【００３３】
脳の電気信号は、頭皮表面でも数ｐＴと、非常に微弱である。地磁気で数十μＴ、商業電源のノイズでも数１００ｎＴは存在する。そこで、これらのノイズを低減するために、磁場検出装置１０を用いた生体磁場計測は、下記のような磁気シールドボックス内や磁気シールドルーム内で行われる。
【００３４】
図３は、磁気シールドボックスについて例示する図である。図３に示すように、磁気シールドボックス１００は、可搬型であり、被検者２００の頭部のみを囲う形状である。磁気シールドボックス１００は、被検者２００が座位で生体磁場計測を行うものであり、椅子１１５を含めて可搬性を持たせるために、車輪１１７を備えている。
【００３５】
刺激装置４４０は、例えば、レーザ光により被検者に刺激を与える装置であり、被検者の指先端部に装着可能なレーザ光照射用のホルダー５４５を備えている。但し、これには限定されず、刺激装置４４０は、例えば、電気により被検者に刺激を与える装置であってもよい。この場合、刺激装置４４０は、例えば、肘部の正中神経等に電気刺激を与える。刺激装置４４０は、例えば、体性感覚野にダイポールを発生させる刺激を被検者に与えることができる。
【００３６】
なお、磁気シールドボックス１００内のノイズを低減するために、刺激装置４４０は、磁気シールドボックス１００の外部に配置される。
【００３７】
図４は、磁気シールドルームについて例示する図（その１）である。図４に示すように、磁気シールドルーム１２０内に被検者２００の体全体を入れて生体磁場計測を行ってもよい。なお、図４では被検者２００が座った状態であるが、この状態で、磁場検出装置１０の筐体を上部支柱１２５によって上方に吊り上げることができる。
【００３８】
このように、生体磁場計測システム４００は、被検者２００を座った状態に保持する保持部となる椅子や支柱等を有し、磁場検出装置１０の筐体は、保持部に設けられた上部支柱１２５等によって吊り上げられてもよい。
【００３９】
磁場検出装置１０の重さを被検者２００が全て支えると、頭部に荷重がかかることで、首等の筋肉が緊張し、ノイズの発生要因となる。磁場検出装置１０を上部支柱１２５で支えることで、被検者２００には荷重がかからない。又、被検者２００の頭部の重さも支持できるため、被検者２００は自身の頭部の重さを支持することなく、首の筋肉を緊張させることはない。その結果、ノイズの発生要因を除去できる。
【００４０】
図５は、磁気シールドルームについて例示する図（その２）である。図５に示すように、磁気シールドルーム１３０内に被検者２００の体全体を入れて、かつ磁気シールドルーム１３０内に配置されたベッド１３５に被検者２００が横になった状態で生体磁場計測を行うことができる。
【００４１】
このように、生体磁場計測システム４００は、被検者２００を仰向けに寝た状態に保持する保持部となるベッド１３５等を有してもよい。
【００４２】
なお、磁気シールドルーム１２０や１３０を用いる場合には、被検者２００へ刺激を与えるための刺激装置が発生する電気ノイズの影響を受けないようにする必要がある。そのため、例えば、長距離の光ファイバー等を使い、レーザ光による皮膚（Ｃ線維、Ａσ線維等）の刺激を行う。しかし、光ファイバーの取り扱いの難しさや、正中神経等の神経を刺激することが難しいなどという課題があった。
【００４３】
そのため、磁気シールドボックス１００を用いることが好ましい。頭部のみを囲う磁気シールドボックス１００を用いることで、それ以外の部分で発生したノイズが磁気シールドボックス１００内のＯＰＭセンサに届くことがない。そのため、指先や、肘部の正中神経等、大きな神経に刺激を与えることができる。これによって、体性感覚野の脳機能マッピングを高い信号強度で実施でき、高精度なマッピングが可能となる。
【００４４】
以下では、頭部用の磁気シールドボックスについて、更に詳しく説明する。
【００４５】
図６は、頭部用の磁気シールドボックスについて説明する図である。図６に示すように、頭部用の磁気シールドボックス１００は、略円筒状であり、被検者２００の頭部を出し入れするための開閉部１０１を有する開閉式の構造である。被検者２００の首が通る部分には略円形状の開口部１０２が設けられており、開口部１０２の近傍にはキャンセルコイル１０３を設置している。
【００４６】
キャンセルコイル１０３は、地磁気レベルの数μＴに対抗する磁場を発生させるために、例えば、１０ターンとして、数1０ｍＡで電流が流せるような配線とする。磁気シールドボックス１００は、被検者２００の頭部を囲える程度の大きさであればよく、例えば、直径が３００ｍｍ、長さ（高さ）が４００ｍｍ程度である。開口部１０２は、できるだけ狭い方が残留磁場を低減できる。そのため、被検者２００に合わせて、被検者２００の首周りに取り付けるための、磁気シールドの補助部材を準備することが好ましい。
【００４７】
図７は、補助部材を例示する斜視図である。図７（ａ）に示す補助部材６５０は、中央に首を挿入する挿入穴６５１が設けられたドーナッツ状の部材である。補助部材６５０は、柔軟な材料から形成されている。挿入穴６５１の直径はφ１である。図７（ｂ）に示す補助部材６５０は、図７（ａ）と同様の構造であるが、挿入穴６５１の直径φ２が直径φ１よりも小さく形成されている。
【００４８】
このように、挿入穴６５１の直径が異なる複数の補助部材６５０を準備することで、被検者２００の首と挿入穴６５１の内壁との隙間を小さくできるため、外界から磁気シールドボックス１００の内部に入り込むノイズを大幅に低減できる。その結果、磁気シールドボックス１００のシールド性能を向上できる。もちろん、３種類以上の補助部材６５０を準備してもよい。
【００４９】
図８は、加工前の補助部材を例示する図である。補助部材６５０は、例えば、図８に示すような可撓性のアモルファス金属箔６５３の短冊と弾性体６５５の短冊とを積層した積層物を円環状に変形させた構造である。
【００５０】
アモルファス金属箔６５３は、例えば、数１０μｍ程度の厚さである。アモルファス金属箔６５３としては、例えば、日立金属製のファインメット（商標）を用いることができる。弾性体６５５は、例えば、化学繊維を織り込んだ布のようなものや、ゴムのようなものや、発泡スチロールのような軽量なもの等、様々な選択肢があるが、被検者の首に接触することもあり、弾力性のある布を選択することが好ましい。アモルファス金属箔６５３と弾性体６５５を順次積層することで、基材となる弾性体６５５の間にアモルファス金属箔６５３が保持された柔軟な構造を形成できる。
【００５１】
従来のシールド部材は例えばパーマロイのように金属を結晶化した材料を利用しており、非常に硬い。それに対し、アモルファス金属箔６５３は、薄くとも透磁率は非常に高く、そのシールド性能が高い。アモルファス金属箔６５３は、アモルファス化した高温状態から急激に冷やすことで、結晶化することなくアモルファス状態を維持したまま硬化する。急激に冷やすために、数１０μｍ程度の薄いものが形成できる。
【００５２】
図９は、補助部材の変形例を示す斜視図である。図９に示すような蛇腹状の補助部材６５０Ａを用いてもよい。磁気シールドボックス１００の開口部１０２近傍に蛇腹状の補助部材６５０Ａを設けることで、挿入穴６５１に首を挿入する際に、補助部材６５０Ａが首に習う形で変形できる。これにより、被検者の肉体的ストレスが低減できると共に、被検者の個体差を吸収できる。
【００５３】
なお、蛇腹状の補助部材６５０Ａは、例えば、アモルファス金属箔６５３と弾性体６５５との積層物を複数組作製し、各組の積層物の一方側のみを固定し、他方側をフリーにすることで形成できる。
【００５４】
磁気シールドボックス１００の側壁は、可搬性をできるだけ上げるため、又、重量をできるだけ低減するために、一般的な高透磁率のパーマロイを使うことなく、アモルファス金属箔をＰＥＴフィルム基盤材料で挟み込んだファインメット（商標）を利用することが好ましい。
【００５５】
具体的には、図１０に示すように、厚さが１０ｍｍ程度の発泡スチロール６５７にアモルファス金属箔６５８（ファインメット）を１層接着したペアを複数ペア積層した構造が挙げられる。隣接するアモルファス金属箔６５８の間隔Ｌは、例えば、１ｍｍである。
【００５６】
図１０のような構造により、単純にファインメットを積層した場合に比べ、軽量で、かつ高いシールド性能を発揮できる。なお、図１０の例では発泡スチロール６５７とアモルファス金属箔６５８が６ペアであるが、これには限定されない。
【００５７】
（ヘッドギヤ型の磁場検出装置_水泳キャップ型）
まず、第１実施形態に係る磁場検出装置について説明する。第１実施形態に係る磁場検出装置１０は、被検者の頭部に装着するヘッドギヤ型の磁場検出装置である。
【００５８】
図１１は、ヘッドギヤ型の磁場検出装置の例を示す側面図である。図１１を参照すると、磁場検出装置１０は、被検者の頭部に装着する磁場検出装置であって、メッシュ状のベース２１の表面にセンサ固定部２２を設置した水泳キャップ型である。センサ固定部２２は、例えば、ほぼ等間隔に、約３０ｍｍピッチで縦横に配置される。各々のセンサ固定部２２には、ＯＰＭセンサ３０が固定されている。
【００５９】
磁場検出装置１０において、ベース２１は、例えば、細いゴム繊維をベースに編まれており、１.５倍近く伸び縮みするゴム弾性を有している。これによって、被検者２００の頭部の形状にしっかりフィットできる。ベース２１は、本発明に係る装着部の代表的な一例である。
【００６０】
磁場検出装置１０は、子供用から大人用まで、例えば、１０種類程度を頭囲の大きさ別に準備し、利用の際に被検者が適切なサイズを選択することが好ましい。例えば、大人用には、帽子の種類と同様に、小さい方から、Ｓ、Ｍ、Ｌ、２Ｌ、及び３Ｌの５種類を準備する。具体的には、例えば、被検者の頭部の形状を考慮し、頭囲２ｃｍ刻みで作り分ける。
【００６１】
磁場検出装置１０において、ベース２１及びセンサ固定部２２等の全ての部材には、反射光が小さくなるように、３次元カメラに映る可能性がある部分に、つや消し処理を施すことが好ましい。これにより、３次元カメラに映りにくくなり、ノイズ成分を低減できる。
【００６２】
（ＯＰＭセンサ）
ＯＰＭセンサ３０は、被検者の頭部から発する磁場ベクトルを検出するセンサである。ＯＰＭセンサ３０において、樹脂製の筐体及び配線は黒である。これは３次元計測の際の反射光を少なくするためである。
【００６３】
ＯＰＭセンサ３０としては、例えば、Ｑｕｓｐｉｎ社製のＧｅｎ２．０を使用できる。Ｇｅｎ２．０の外形寸法は、１２ｍｍ×１６ｍｍ×２４ｍｍの直方体であり、この上面から約１０ｍｍ幅の配線が出されている。
【００６４】
ここで、ＯＰＭセンサ３０について、より詳しく説明する。図１２は、ＯＰＭセンサの概略構成を例示する図である。図１２に示すように、ＯＰＭセンサは、ルビジウム原子のガスセルに、レーザビームを入射し、ガスセルを透過したレーザビームを、光検出器で検出する。ガスセルを透過するレーザビームは、Ｙ０軸方向又はＺ０軸方向に発生した磁場の大きさに応じて、吸収されるため、Ｙ０軸方向又はＺ０軸方向に磁場が発生すると、光検出器で検出されるレーザビームの強度は低下する。
【００６５】
このため磁場が発生していない状態で、光検出器で検出されたレーザビームの強度と、磁場が発生している状態で、光検出器で検出されたレーザビームの強度とを対比することで、磁場の大きさを算出できる。なお、ガスセルの周囲には、コイルが巻かれており、適切な交流電流が印加される。
【００６６】
このように、ＯＰＭセンサは、レーザビームの入射方向（光伝播方向）と略直交する方向の磁場を検出できる。本実施形態では、レーザビームの入射方向と略平行な方向を、Ｘ０軸方向とし、レーザビームの入射方向と略直交する方向を、それぞれ、Ｙ０軸方向、Ｚ０軸方向とおく。
【００６７】
ガスセルは、例えば、筐体表面から約６ｍｍの位置に配置されており、この箇所の磁場を検出する。以下、ガスセルと記した場合、検出位置としての意味合いを持つ。
【００６８】
ＯＰＭセンサ３０を用いることで、高感度な磁場検出が可能となる。すなわち、ＭＩ（Magneto-Impedance element）センサやＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistance）センサ等では実現できない神経の磁場信号を検出できる。
【００６９】
（センサ固定部）
図１３は、１つのセンサ固定部の近傍を拡大した模式図である。図１３に示すように、センサ固定部２２は、筒状部２２１と、ヘッドギヤ固定部２２２と、センサ固定ピン２２３とを有している。センサ固定部２２の筒状部２２１、ヘッドギヤ固定部２２２、及びセンサ固定ピン２２３は、例えば、ポリカーボネイト等の樹脂によって成形加工されたものである。
【００７０】
筒状部２２１は、ＯＰＭセンサ３０の形状に合わせて形成された筒状の部分であり、ＯＰＭセンサ３０が挿入される。筒状部２２１の長手方向の一方の側には、筒状部２２１の外周側に突出するヘッドギヤ固定部２２２が設けられている。なお、筒状部２２１の外周面を囲むように、シールド２５を設けることが好ましい。
【００７１】
ヘッドギヤ固定部２２２には、ビス挿入用の貫通孔２２４が形成されている。センサ固定部２２は、例えば、貫通孔２２４に挿入された２本のプラスチック製のビス２３Ａ及び２３Ｂにより、回転による変動がないように磁場検出装置１０のベース２１に固定できる。
【００７２】
センサ固定部２２は、ＯＰＭセンサ３０を固定できるように設計されている。ＯＰＭセンサ３０は、例えば、センサ固定ピン２２３によってセンサ固定部２２に固定できる。なお、ＯＰＭセンサ３０には、配線３５が接続されている。
【００７３】
例えば、センサ固定部２２にＯＰＭセンサ３０を押し込み、ある程度挿入されたところで、センサ固定ピン２２３が自動的にＯＰＭセンサ３０に引っかかる機構を採用できる。この場合、センサ固定部２２に単にＯＰＭセンサ３０を押し込むだけで、設置作業が完了する。
【００７４】
なお、ＯＰＭセンサ３０の数が６４個と多いため、磁場検出装置１０をマネキン等の設置場所に固定して各センサ固定部２２にＯＰＭセンサ３０を取り付け、その後に、ＯＰＭセンサ３０が固定された磁場検出装置１０のベース２１を被検者２００の頭部に装着する手順が好ましい。
【００７５】
実際の計測の際には、呼吸や心拍等を含めて、体動が最も大きなアーチファクトとなる。アーチファクトは除去できないが、その影響ができるだけ小さくなるように、被検者２００の頭部、ベース２１、及びセンサ固定部２２が１つの剛体となるように、センサ固定部２２を磁場検出装置１０のベース２１に固定することが好ましい。
【００７６】
体動等の影響によって、磁場検出装置１０がずれないように、磁場検出装置１０のゴム弾性による締め付けはある程度強くする必要がある。しかし、あまり強すぎると、頭皮への圧迫があり、被検者２００に不快な思いをさせると同時に、皮膚表面の筋肉繊維からの筋電がノイズとなる問題も起きる。適切な締め付けが重要なファクターである。
【００７７】
なお、各々のＯＰＭセンサ３０の上面側（ベース２１から遠い方の側）には、ＯＰＭセンサ３０の位置測定に用いるマーカー４０が設置されている。マーカー４０は、各々のＯＰＭセンサ３０に２個以上設置されていることが好ましく、３個以上設置されていることがより好ましい。
【００７８】
図１４は、マーカーとシールドと配線の位置関係を例示する図である。なお、図１４では、センサ固定部２２の図示は省略されている（以降の図についても同様の場合がある）。図１４に示すように、マーカー４０は、３次元計測の際に３次元カメラによる観察を可能とするために、最も上の面に配置される必要がある。ここでは、マーカー４０は、ＯＰＭセンサ３０の上面に配置されている。
【００７９】
又、配線３５は、電気信号が流れることよって、ノイズを発生させる。そのため、頭皮及びＯＰＭセンサ３０からできるだけ離すことが望ましい。ＯＰＭセンサ３０がＯＰＭセンサである場合、ガスセル３１を有するため、配線３５をガスセル３１からできるだけ離すことが望ましい。
【００８０】
配線３５は、６４個のＯＰＭセンサ３０の各々に接続されているため本数が多く、又、シールドルームの外まで出すために、数ｍと非常に長い。配線３５は、例えば、図１４のようにＯＰＭセンサ３０の上端面に合わせて這わせることができる。配線３５とＯＰＭセンサ３０との間には、シールド２５を設けることが好ましい。シールド２５としては、例えば、ファインメット等を用いることができる。
【００８１】
（ＯＰＭセンサの位置検出）
図１５は、マーカーについて説明する図である。ここでは、各々のＯＰＭセンサ３０に３点のマーカー４０を設置する例を示す。
【００８２】
図１５に示すように、各々のＯＰＭセンサ３０の筐体の上面３０ａには、３点のマーカー４０が、上面３０ａの法線方向から視たときに（すなわち、被検者の頭部の表面の法線方向から視たときに）、３角を形成するように配置されている。１つのＯＰＭセンサ３０に４点以上のマーカー４０を設置してもよい。
【００８３】
マーカー４０は、どちらからの光も散乱させる完全散乱体であることが好ましい。マーカー４０は、先端側（ＯＰＭセンサ３０の上面３０ａから離れる側）に、例えば直径４ｍｍの半球部分を有する。
【００８４】
１つのＯＰＭセンサ３０の筐体の上面３０ａに３点のマーカー４０を設置することで、３か所のｘ、ｙ、ｚの位置座標のデータから、筐体の６軸（ｘ、ｙ、ｚ、Θｘ、Θｙ、Θｚ）のデータへ変換できる。３か所のマーカー４０の位置座標を（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）とすると、この３点によって形成される３角面４０Ｔを定義できる。又、３角面４０Ｔの法線ベクトルＶが定義でき、これが（Θｘ、Θｙ、Θｚ）となる。
【００８５】
又、３角面４０Ｔの重心が定義できるために、（ｘ、ｙ、ｚ）の位置座標を得ることができる。３つマーカー４０の位置座標からセンサの６次元データ（ｘ、ｙ、ｚ、Θｘ、Θｙ、Θｚ）を得る方法は、データの数が最小ですむため計算コストを最小限にできる。但し、ＯＰＭセンサ３０の位置（ｘ、ｙ、ｚ、Θｘ、Θｙ、Θｚ）は、ＯＰＭセンサ３０の筐体の下面３０ｂの重心位置である。
【００８６】
なお、マーカーとは、ＯＰＭセンサ３０の位置を示す部材であり、３次元計測部４３０がＯＰＭセンサ３０の位置を測定する際に、ＯＰＭセンサ３０のセンサ位置データを取得するために使用する。このような目的で使用可能であれば、マーカーという名称でない部材であっても、本実施形態に係るマーカーに含まれる。又、他の機能を有する部材あっても、３次元計測部４３０がＯＰＭセンサ３０の位置を測定する際に、ＯＰＭセンサ３０のセンサ位置データを取得するために使用可能であれば、名称の如何を問わず本実施形態に係るマーカーに含まれる。
【００８７】
例えば、図１５において、上面３０ａに突起物があり、それに２つのマーカー４０を追加して実質的に３つのマーカーとして使用可能であれば、この突起物もマーカーである。
【００８８】
（センサ固定部の固定位置）
センサ固定部２２は、センサ固定部２２にＯＰＭセンサ３０を取り付けてベース２１を被検者の頭部に装着したときに、ＯＰＭセンサ３０の光軸が、被検者の脳構造における中央溝の側面の法線方向に略平行に配置されるように、装着部２１に対して位置決めされている。
【００８９】
例えば、ベース２１に、ベース２１を被検者の頭部に装着する際の左右方向を示すマークが付されており、センサ固定部２２にＯＰＭセンサ３０を取り付けたときに、ＯＰＭセンサ３０の光軸が、マークが示す左右方向に垂直な方向を向くように、センサ固定部２２がベース２１に対して位置決めされている。
【００９０】
或いは、ベース２１は、被検者の視界を確保するための開口部を備え、ベース２１の中心から開口部の開口方向に向かうベクトルとＯＰＭセンサ３０の光軸とが略平行に配置されるように、センサ固定部２２がベース２１に対して位置決めされていてもよい。
【００９１】
なお、被検者２００の脳構造における中央溝の側面の法線方向と略平行は方向は、言い換えると、被検者２００の脳構造における中央溝から発生するダイポールの方向と略平行な方向である。ここで、略平行は、完全に平行な場合のみでなく、ダイポールの方向に対してＯＰＭセンサ３０の光軸の方向が±５度ずれた場合も含むものとする。
【００９２】
このように、ＯＰＭセンサ３０の光軸が、被検者の脳構造における中央溝の側面の法線方向に略平行に配置されることで、ダイポールの検出感度を向上できる。すなわち、生体磁場計測システム４００は、運動野と体性感覚野を隔てる中央溝に最適化したシステムであり、中央溝からのダイポールを感度良く検出できる。
【００９３】
図１６は、脳構造を説明する図であり、人間の顔を左側面から視たものである。図１６において、Ｘは深さ方向、Ｙは顔の前後方向、Ｚは顔の左右方向（左右の耳同士を結ぶ方向）である。
【００９４】
図１６に示すように、顔正面（矢印方向）に対し垂直に、すなわち左右の耳同士を結ぶＺ方向に、中央溝３００が存在している。なお、図１６において、３０１は運動野、３０２は体性感覚野、３０３は前頭葉、３０４は頭頂葉、３０５はブローカ野、３０６は側頭葉、３０７はウェルニッケ野、３０８は後頭葉、３０９は視覚野、３１０は小脳、３１１は脳幹をそれぞれ示している。
【００９５】
頭部表面の法線方向に脳の皮質の発火電流のベクトルがあることが知られ、その発火電流をここではダイポールと記す。図１７に示すように、ダイポールＤｉの発生方向は中央溝３００に垂直である。
【００９６】
図１８（ａ）に示すように、脳表面には凹凸が存在し、凸部が脳回３２０であり、凹部が脳溝３２１である。図１８（ｂ）に示すように、脳回３２０と脳溝３２１には、それぞれ表面の法線方向（各矢印の方向）にダイポールが発生する。Ｄｉ１は脳溝３２１のダイポールであり、Ｄｉ２は脳回３２０のダイポールである。
【００９７】
図１９に示すように、脳溝３２１のダイポールＤｉ１は、ＯＰＭセンサ３０により頭皮の部分で検出できる。これに対し、図２０に示すように、脳回３２０のダイポールＤｉ２は、頭皮表面で打ち消し合うためＯＰＭセンサ３０では検出ができない。
【００９８】
脳溝３２１に発生したダイポールＤｉ１によって発生する磁場を正確に捉えるには、ダイポールＤｉ１のベクトル方向を正確に捉える必要がある。図２１に示すように、ＯＰＭセンサ３０は、光軸と垂直な２軸、ここでは、光軸ＯＡをＸ０、その垂直方向をＹ０及びＺ０としたときに、検出される磁場のベクトルは、Ｙ０、Ｚ０である。ＯＰＭセンサ３０の光軸ＯＡをダイポールＤｉ１のベクトル方向と略平行にすることで、頭皮面で発生した磁場分布をベクトル情報を含めた分布として検出できる。
【００９９】
図２２に示す断面図のように、ＯＰＭセンサ３０の光軸ＯＡを頭部表面２００Ａと水平にすることで、距離が３０ｍｍ程度離れた個所では、深さ方向（Ｚ０方向）にも磁場強度を持つことになる。このＺ０方向の強度は、発火してダイポールを形成している位置からの距離情報として有効である。
【０１００】
図２３は、具体的な深さ方向の定量化方法を例示する図である。ダイポールが発生する位置を脳表と仮定する。これは体性感覚野等のように電気信号が脳表面に投影されるようなタスクの場合に有効である。脳表面を規定することで、ＭＲＩ画像等から、おおよその深さＺｋを推定できる。深さＺｋが決まれば、図２３に示すように、隣接するＯＰＭセンサ３０を仮定すると、Ｌｙ２とＬｙ３のおおよその位置を検出できる。詳細は下記の通りである。
【０１０１】
図２３では、発火位置Ｄを中心に磁場が同心円状に形成されている。ＬＳ１は、ＯＰＭセンサ３０＿１の位置において、磁場Ｍ２に垂直に引かれた垂線である。また、ＬＳ２は、ＯＰＭセンサ３０＿２の位置において、磁場Ｍ３に垂直に引かれた垂線である。垂線ＬＳ１と垂線ＬＳ２との交点が、発火位置Ｄとなる。
【０１０２】
発火位置Ｄから、ＯＰＭセンサ３０＿１とＯＰＭセンサ３０＿２とを結ぶ線分ＬＳ３に下した垂線ＬＳ４により、ＯＰＭセンサ３０＿１とＯＰＭセンサ３０＿２との距離ＬｙがＬｙ２とＬｙ３に分けられる。このとき、Ｌｙ２とＬｙ３は、θとφとＺｋとで表現できる。
【０１０３】
すなわち、ＯＰＭセンサ３０＿１及び３０＿２の検出データのピーク値ＺｎとＹｎとの比「Ｚｎ／Ｙｎ」を求めると、ｔａｎφ＝Ｚ２／Ｙ２、ｔａｎθ＝Ｚ３／Ｙ３である。また、Ｌｙ２×ｔａｎφ＝Ｚｋ、Ｌｙ３×ｔａｎθ＝Ｚｋ、Ｌｙ２＋Ｌｙ３＝Ｌｙである。Ｚ２／Ｙ２、Ｚ３／Ｙ３、Ｌｙ２、Ｌｙ３、及びＬｙは全て既知であるから、これの値から発火位置の深さ方向の距離Ｚｋを算出できる。
【０１０４】
図２４及び図２５は、ＯＰＭセンサ３０の光軸がダイポールＤｉ１の方向と略垂直になるように固定した比較例である。この場合、図２４に示すように、頭部のレイアウトを９０°回転し、中央溝３００を横から見ると、ＯＰＭセンサ３０が検出できるＺ０Ｙ０平面上の磁場ではなく、Ｘ０方向への磁場となる。そのため、ＯＰＭセンサ３０では磁場を検出できない。これでは、高感度な検出が望めない。
【０１０５】
このことは、図２５に示すようにＯＰＭセンサ３０をアレイ状に並べた場合も同様である。この場合、中央溝３００に垂直に発生したダイポールＤｉ１について、アレイ状に並べた何れのＯＰＭセンサ３０も略同一方向の磁場ベクトルＭを検出する。つまり、磁場ベクトルＭを検出しても、ダイポールＤｉ１の位置を推定することは不可能である。
【０１０６】
一方、本実施形態では、図２６に示すように、ＯＰＭセンサ３０の光軸がダイポールＤｉ１の方向と略平行になるように固定する。そのため、図２６の配置では、各ＯＰＭセンサ３０は、それぞれの箇所で角度の違う磁場ベクトルＭを検出可能である。この磁場ベクトルを観察することで、おおよそのダイポールＤｉ１の発生位置を検出可能である。
【０１０７】
つまり、ダイポールＤｉ１の位置がある程度決まっている中央溝３００の付近では、最適なＯＰＭセンサ３０の配置が一意に決まっている。それが、中央溝３００の側面の法線に対して略平行な方向に（ダイポールＤｉ１の方向と略平行な方向）にＯＰＭセンサ３０の光軸を合わせてアレイ状に配置することである。このことは、従来は発見されていない、本発明者らが初めて見出した事実である。
【０１０８】
（ＯＰＭセンサのレイアウト）
図２７に示すように、複数のＯＰＭセンサ３０を配置する場合にも、全てのＯＰＭセンサ３０の光軸が中央溝３００の側面の法線に対して略平行な方向に（ダイポールＤｉ１の方向と略平行な方向）になるように配置する。
【０１０９】
このとき、図２８に示すように、隣接するＯＰＭセンサ３０ではＹ０方向にクロストークが発生する。具体的には、隣接するＯＰＭセンサ３０間のＹ０方向の距離が２０ｍｍ程度になるとクロストークが発生する。従って、隣接するＯＰＭセンサ３０間のＹ０方向の距離はある程度開ける必要がある。
【０１１０】
これに対し、Ｘ０方向はクロストークが発生しないことから、隣接するＯＰＭセンサ３０間のＸ０方向の距離を短くすることが可能である。これらを考慮すると、例えば、図２７において、Ｘ１＝２０ｍｍ、Ｙ１＝３０ｍｍとすることができる。
【０１１１】
このように、磁場検出装置１０において、ＯＰＭセンサ３０が複数配列されている場合、隣接するＯＰＭセンサ３０のＯＰＭセンサ３０の光軸に平行な方向の距離Ｘ１が、光軸に垂直な方向の距離Ｙ１よりも小さくなるように、ＯＰＭセンサ３０を配列することが好ましい。
【０１１２】
すなわち、センサ固定部２２は、センサ固定部２２にＯＰＭセンサ３０を取り付けてベース２１を被検者の頭部に装着したときに、隣接するセンサ固定部２２のＯＰＭセンサ３０の光軸に平行な方向の距離が、光軸に垂直な方向の距離よりも小さくなるように、ベース２１に対して位置決めされていることが好ましい。
【０１１３】
距離Ｘ１を短くすることで、ダイポールＤｉ１の推定精度が向上する。これは、中央溝３００の位置には個人差があり、外部の位置合わせでは、１０ｍｍ程度の誤差が生じるためである。Ｘ１が２０ｍｍであれば、多少ずれたとしても、どちらかのＯＰＭセンサ３０に中央溝３００の一部がかかる可能性が高い。又、Ｘ０方向にはクロストークがないため、ＯＰＭセンサ３０の大きさとセンサ固定部２２の大きさで決まる最小距離に近づけることができる。
【０１１４】
又、図２９に示すように、本実施形態で狙っている灰白質は、頭部表面２００Ａから約３０ｍｍである。この場合、例えば、Ｙ１＝１５ｍｍにすると、図２９のように磁場ベクトルがほとんど違わない位置にＯＰＭセンサ３０が配置され、ノイズによって逆問題推定の精度を下げてしまう。
【０１１５】
一方、頭部表面２００Ａから灰白質までの距離（約３０ｍｍ）に対し、Ｙ１＝３０ｍｍという、ほぼ同じ距離に合わせることで、隣接するＯＰＭセンサ３０が異なる磁場ベクトルを検出可能となり、ノイズによって逆問題推定の精度を下げてしまうことを防止できる。なお、センサ固定部２２は、センサ固定部２２にＯＰＭセンサ３０を取り付けてベース２１を被検者の頭部に装着したときに、光軸に垂直な方向に隣接するＯＰＭセンサ３０間によってグラジオメーターを構成することが好ましい。
【０１１６】
磁場検出装置１０では、中央溝３００に形成されるダイポールＤｉ１の方向が、ＯＰＭセンサ３０の光軸とほぼ同方向である可能性が高いので、それによって生成される磁場は、垂直方向の相違が発生しやすい。これは、磁場ベクトルの方向が隣接するＯＰＭセンサ３０で３０ｍｍ程度離れることで、Ｚ０方向（頭皮の法線方向）の信号の相違が顕著になるからである。
【０１１７】
これに対し、光軸と平行な方向（Ｘ０）の隣接間では顕著な相違が生まれない。又、光軸と平行な方向（Ｘ０）の場合、中央溝３００が、ＯＰＭセンサ３０の直下にはなく、隣接するＯＰＭセンサ３０間に配置される可能性があり、ダイポールＤｉ１の位置が、隣接するＯＰＭセンサ３０に対し、ほぼ同等の距離になることがある。その時には、脳からの信号を、外部のノイズを勘違いして、除去してしまうことになる。
【０１１８】
又、図２７に示したように、光軸と垂直な方向（Ｙ０）の方が、隣接するＯＰＭセンサ３０間の距離が大きい。しかし、距離が大きくても、複数のＯＰＭセンサ３０にかかる大局的な大きなノイズに対する除去効果が大きく、かつ、脳信号を間違って除去する可能性が低い。ノイズ低減の観点から、隣接するＯＰＭセンサ３０間の距離は、ＯＰＭセンサ３０と灰白質間の距離よりも大きいことが好ましい。
【０１１９】
ところで、一般的にＳＱＵＩＤセンサは液体ヘリウムのデュワーに配置するため、信号源からの距離が大きい。ＳＱＵＩＤセンサのコイルは、頭皮から垂直に上がってくる磁場を検出する方向に向いている。一般的に吸い込み個所と掃出し箇所を同定して、その中間箇所にダイポールが存在するといったイメージでの位置検出となる。これは、ＳＱＵＩＤセンサと信号源が離れ、そのベクトル方向の変化が緩慢になっていることも要因である。例えば、ＳＱＵＩＤセンサで３軸方向を検出する試みもあるが、磁場ベクトルが緩慢であるため、有用性を発揮できていない。
【０１２０】
これに対して、ＯＰＭセンサ３０は、液体ヘリウムのデュワーが不要であり、ＯＰＭセンサ３０から頭皮までの距離がＳＱＵＩＤセンサよりも３０ｍｍ程度小さい。脳幹等の深い部分に対しては、３０ｍｍという距離はそれほど影響力がないが、白灰質等の頭皮に近い位置に対しては影響力が大きい。
【０１２１】
例えば、中央溝３００等の深い溝では、その位置は頭部表面２００Ａから２０ｍｍ程度と考えられる。脳の中央部は頭部表面２００Ａから１００ｍｍ程度であり、側頭葉では２００ｍｍ程度である。例えば、ＯＰＭセンサ３０の場合、ＯＰＭセンサ３０から白灰質までの距離は２５ｍｍ程度、脳幹までの距離は１０５ｍｍ程度である。
【０１２２】
一方、ＳＱＵＩＤセンサの場合、ＳＱＵＩＤセンサから白灰質までの距離は５５ｍｍ程度、脳幹までの距離は１３５ｍｍ程度となる。比で考えると、白灰質の場合にはＯＰＭセンサ３０の方が２．２倍近いが、脳幹には１．３倍近い。磁場強度は距離の二乗で効くので、その差は大きい。
【０１２３】
又、図３０に示すように、前頭筋３０３のような筋肉も大きなノイズ源となる。頭部表面２００Ａとの距離が大きいＳＱＵＩＤセンサ３０Ｘは、ＯＰＭセンサ３０よりもノイズの影響を受けやすい。
【０１２４】
図３１に示すように、ＯＰＭセンサ３０は、ＳＱＵＩＤセンサ３０Ｘよりも、頭部表面２００Ａとの距離が近いため、ベクトル方向の変化が鋭敏である。つまり、ＯＰＭセンサ３０を用いることで、初めて、磁場ベクトルを扱う価値が出てきたと言える。これは発明者らが初めて見出した効果である。ＯＰＭセンサ３０を用いて、推定エリアを白灰質に限定することで、高精度な検出が可能となる。
【０１２５】
図２９を参照して説明したように、信号源である灰白質よりも隣接するＯＰＭセンサ３０間の距離が短いと、ベクトルでの変化が小さく、ノイズに埋もれてしまい価値がない。図２７を参照して説明したように、隣接するＯＰＭセンサ３０間の距離が短いと、例えば、３０ｍｍ以下になると、内部にあるコイルが隣接するＯＰＭセンサに干渉しあい、クロストークが発生する。
【０１２６】
つまり、必要以上に隣接するＯＰＭセンサ３０間の距離を短くすると信号源推定精度が悪化する。ここでは、白灰質までの距離が、約３０ｍｍ程度あるので、センサ間距離が１５ｍｍであると、ベクトルが約４５°に傾き、顕著に検出できる。しかし、それ以上値近づいても、それほど変化がない。又、クロストークが発生するのが２０ｍｍ前後である。これらから、隣接するＯＰＭセンサ３０の間の距離が、ＯＰＭセンサ３０と灰白質との間の距離よりも大きいことが好ましいといえる。
【０１２７】
すなわち、センサ固定部２２は、センサ固定部２２にＯＰＭセンサ３０を取り付けてベース２１を被検者の頭部に装着したときに、隣接するセンサ固定部２２の間の距離が、センサ固定部２２と被検者の脳構造における灰白質との間の距離よりも大きくなるように、ベース２１に対して位置決めされていることが好ましい。
【０１２８】
リハビリなどの運動野や体性感覚野をターゲットした場合、脳表の灰白質、特に中央溝を狙うことが望まれる。ブロードマンの脳地図の「３野ｂ」がリハビリの感覚では重要であり、これが中央溝３００の側壁に一致する。この部分を狙うには、約３０ｍｍという頭皮からの距離になり、隣接するＯＰＭセンサ間の距離の最適値となる。
【０１２９】
そのため、センサ固定部２２は、センサ固定部２２にＯＰＭセンサ３０を取り付けてベース２１を被検者の頭部に装着したときに、ＯＰＭセンサ３０が、被検者の中央溝のブロードマン領域３ｂ野の直上に配置されるように、ベース２１に対して位置決めされていることが好ましい。
【０１３０】
磁場検出装置のＯＰＭセンサ３０によって、脳の賦活領域（神経細胞の発火が起きた領域）を検出することが可能である。しかし、信号が非常に弱くかつノイズが大きいため、空間分解能を向上させるためには、信号をできるだけ大きくする必要がある。ＭＲＩによって、解剖学的に理解されている、指の先端、皮膚からの情報を投影されるブロードマン領域３ｂ野が、最も大きな神経細胞の発火があることが期待される。被検者のＭＲＩ画像を指標にして、ＯＰＭセンサ３０の配置を決める。
【０１３１】
又、ブロードマン領域３ｂ野は中央溝３００の側壁の最も広いエリアを覆っていることが多い。つまり、中央溝３００の側面をターゲットにしたＯＰＭセンサ３０を配置とすることで最も感度を高くできる。
【０１３２】
又、ブロードマン領域３ｂ野は、指の先端の皮膚からの刺激を最も顕著に示すエリアであることが知られている。この指の皮膚に刺激を与えられる手法として、レーザ光がある。レーザ光によって、Ｃ線維刺激やＡσ線維刺激を行いＳＱＵＩＤセンサの脳磁計で計測した結果がよく知られている。これに関しては、例えば、非特許文献である『日本ペインクリニック学会誌Vol11No1（2004）p1（柿木隆介）』に詳細が述べられている。レーザ光を利用することで、磁場的なノイズを発生することなく、かつ皮膚刺激を与えることができる。ブロードマン領域３ｂ野である指先端に繰り返し刺激を与え平均化することで、非常にきれいな信号を得ることができる。
【０１３３】
（刺激装置）
磁気計測は、自発信号を検出する方法もあるが、本実施形態では、刺激装置４４０を用い、外部から被検者に刺激を与え、その時に生成される誘発信号を検出する。刺激装置４４０が被検者に与える刺激としては、例えば、電気刺激やレーザ刺激等が挙げられる。
【０１３４】
本実施形態では、例えば、正中神経に電気刺激を入れる方法を用いる。正中神経の電気刺激には、例えば、日本光電製の「筋電図、誘発電位検査装置MEB9400シリーズ  ニューロパックS1」を利用できる。
【０１３５】
刺激部位は、手首の位置や肘の部分などが良く利用されるが、本実施形態では、一例として肘の部分とする。肘の部分を選択することで、刺激部位を磁気シールドボックスの外に設置できるため、ノイズが低減できる。
【０１３６】
又、誘発刺激の電流量を決定する際に参考になる誘発電流量をモニターするために、指の位置に表面電極パッドを設置し、その信号を検出することが好ましい。この際、筋肉の収縮が起きることによるアーチファクトを避けるために、活動電位閾値以下の刺激強度とすることが好ましい。
【０１３７】
（解析方法（逆問題推定））
次に、計測した結果から、賦活領域を推定する手法について説明する。順問題計算として、ダイポールを任意箇所に設置した磁場分布の電磁場シミュレーションを行うことができる。順問題計算では、被検者の頭部モデルを仮定して、頭部モデルの任意の位置にダイポールを発生させ、ＯＰＭセンサ３０の位置で生成される磁場を計算する。
【０１３８】
ここで、順問題計算とは、脳内の活動源と頭部モデルを仮定して、頭皮上で計測されるであろう磁場の理論値を計算することである。順問題計算では、被検者の頭部モデルを仮定して、頭部モデルの任意の位置にダイポールを発生させ、ＯＰＭセンサ３０の位置で生成される磁場を計算する。すなわち、脳の任意の位置にダイポールを仮定して、そのダイポールが生成する磁場がＯＰＭセンサ３０の位置でどのような磁場になるかを計算する。この際、ＯＰＭセンサ３０は被検者の頭部の磁場をベクトルとして検出し、順問題計算では、ＯＰＭセンサ３０の位置で生成される磁場をベクトルとして計算する。
【０１３９】
電磁場シミュレーションは、ビオサバールの方程式を電流の位置に合わせて計算すればよい。この際に、頭部のＭＲＩ等による事前情報によって得られた白質、白灰質、脳髄液、頭蓋骨、筋肉層、及び頭皮の形状を頭部モデルとしてモデル化する。そして、それぞれの部位に透磁率をパラメターとして導入し、頭部モデルの透磁率分布を設定する。これによって、神経に電流が流れた際に発生する磁界分布をシミュレーションできる。
【０１４０】
このシミュレーションの結果、順問題計算結果から感度分布を求める。感度分布は、磁場を検出する工程で検出されたＯＰＭセンサ３０のそれぞれのベクトルの磁場が、被検者の脳内のどの位置から発生したダイポールからの影響をどの程度の割合で感じるかをプロットしたものである。
【０１４１】
位置ｒｓに生成されたダイポールによって形成されるｒｓ位置での磁場をφ（ｒｓ）とする。この時、ダイポールはその方向性をもつことによって、生成されるため、φ（ｒｓ）は方向のベクトル情報を持つ。φ（ｒｓ）はベクトル値である。又、例えば、ＯＰＭセンサが配置されている位置ｒｄにおける、観測値をφ（ｒｄ）とすると、これも磁場の方向成分をもつベクトル値となる。
【０１４２】
この２つの変数を結びつける以下の式（１）を定義する。又、式（１）を変形すると式（２）が得られる。
【０１４３】
【数１】
2020151023.tif 000003
【０１４４】
【数２】
2020151023.tif 000004
【０１４５】
ここで、Ａ（ｒ）は感度であり、ｒの位置依存性を含めた分布として記述できる。Ａ（ｒ）は、ベクトル情報を持つものである。
【０１４６】
一般的な脳磁計の感度分布はスカラーで定義されており、これをベクトルに変換したことが、今回ＯＰＭセンサを用いた利点であり、情報量が膨大になるために、逆問題推定の精度が向上する。この感度分布が決定されれば、発生したダイポールとＯＰＭセンサが検出される観測値（磁場ベクトル）が計算できる。このことを簡単に記述すると、以下の式（３）となる。
【０１４７】
【数３】
2020151023.tif 000005
【０１４８】
ここで、Ｘはダイポールの位置と方向によって定義付けられる磁場ベクトルであり、Ａ（ｒ）が感度分布、そのときの磁場計測結果がＹである。Ｙは位置と磁場ベクトルの関数であり、ＯＰＭセンサの位置での磁界観測値を意味する。
【０１４９】
逆問題推定では、この逆を行い、つまりは観測値Ｙを利用してダイポールの位置及び方向であるＸを推定する。一般的には、Ｌ２ノルム正則化という逆問題の推定手法を利用する。この手法では、以下に示す式（４）のコスト関数Ｃを最小にするＸを算出する。
【０１５０】
【数４】
2020151023.tif 000006
【０１５１】
ここで、Ｙは観測値、Ａは感度分布、λは正則化係数である。これにより、観測値（磁場分布）が計測できれば、その時の電流分布を推測できる。詳細な逆問題推定方法は、例えば、特許第３７３０６４６号等に記載されている。上記逆問題推定によって、高い精度でダイポールの位置を推定できる。
【０１５２】
（生体磁場計測の手順）
図３２は、生体磁場計測システム４００を用いた生体磁場計測の手順を示すフローチャートの一例である。
【０１５３】
まず、ステップＳ１１では、医師等は、マーカーとなるビタミン材等を被検者の顔面に配置する。その後、医師等がＭＲＩ撮像部４２０を操作し、ＭＲＩ撮像部４２０は、被検者の頭部を撮像して脳の３次元の構造形状のＭＲＩ画像データを生成する。ＭＲＩ撮像部４２０は、生成したＭＲＩ画像データを情報処理装置４１０に送信する。なお、ＭＲＩ撮像部４２０は、被検者の耳や目等の位置マーカーになる部分も撮像する。又、ＭＲＩ撮像部４２０は、計測の前に配置したマーカーとなるビタミン材等も撮像する。なお、ビタミン材等を配置する位置には、事前にペン等で皮膚にマーキングしておく。
【０１５４】
次に、ステップＳ１２では、医師等は、被検者に磁気マーカーを設置する。具体的には、ステップＳ１で配置したマーカーとなるビタミン材等と同じ位置（事前にペン等で皮膚にマーキングした位置）に、磁気を発生させる磁気マーカーを設置する。
【０１５５】
次に、ステップＳ１３では、医師等は、被検者の頭囲を計測し、適切な大きさのヘッドギヤ型の磁場検出装置１０を選択する。なお、この時点では、磁場検出装置１０の各センサ固定部２２にＯＰＭセンサ３０は設置されていない。
【０１５６】
次に、ステップＳ１４では、医師等は、選択した磁場検出装置１０を被検者の頭部に装着し、磁場検出装置１０の中央部に設置しているマーカーが眉間中央になることを目視で確認する。
【０１５７】
次に、ステップＳ１５では、磁場検出装置１０の各センサ固定部２２にＯＰＭセンサ３０を設置する。
【０１５８】
但し、上記のステップＳ１４及びＳ１５に代えて、磁場検出装置１０の各センサ固定部２２にＯＰＭセンサ３０を取り付け、その後に、ＯＰＭセンサ３０が固定された磁場検出装置１０を被検者２００の頭部に装着してもよい。
【０１５９】
上記の何れの場合も、ステップＳ１６の磁場を検出する工程では、ＯＰＭセンサ３０の光軸が、被検者の脳構造における中央溝の側面の法線方向に略平行に配置されるように、磁場検出装置１０のベース２１が被検者の頭部に装着されている。
【０１６０】
ＯＰＭセンサ３０が、被検者の中央溝のブロードマン領域３ｂ野の直上に配置されるように、磁場検出装置１０のベース２１が被検者の頭部に装着されていることが好ましい。この際、被検者に刺激を与え、最も強い信号が得られる位置にＯＰＭセンサ３０を配置してもよい。
【０１６１】
次に、ステップＳ１６では、医師等は、磁気マーカーのコイルに特定周波数の電流を流す。そして、磁場検出装置１０は、磁気マーカーの発する磁場を計測し、計測結果を情報処理装置４１０に送信する。
【０１６２】
次に、ステップＳ１７では、信号処理部４１１は、磁場検出装置１０による磁気マーカーの発する磁場の計測結果に基づいて、磁気マーカーの位置を逆問題推定等により検出し、検出結果をデータ格納部４１３に格納する。
【０１６３】
次に、ステップＳ１８では、信号処理部４１１は、ＭＲＩ撮像部４２０から送信されたＭＲＩ画像データに含まれるビタミン材等の位置と、３次元計測部４３０から送信されたセンサ位置データと、磁気マーカーの位置の検出結果とに基づいて、磁場検出装置１０のＯＰＭセンサ３０の頭部座標とＭＲＩ画像の頭部座標とを整合させ、脳モデルを作製してデータ格納部４１３に格納する。
【０１６４】
次に、ステップＳ３１では、医師等が３次元計測部４３０を操作し、３次元計測部４３０は、被検者の頭部に装着された磁場検出装置１０に設置された複数のＯＰＭセンサ３０の位置を測定する。３次元計測部４３０は、各ＯＰＭセンサ３０に設置された複数のマーカー４０を撮像することでＯＰＭセンサ３０の位置を測定する。３次元計測部４３０は、センサ位置データを情報処理装置４１０に送信する。
【０１６５】
ＯＰＭセンサ３０の位置（マーカー４０の位置）の３次元計測には、モーションキャプチャ用の複数台の３次元カメラを用いる手法や、静止形状用のハンディーなステレオカメラタイプを用いる手法等、いくつもの手法が存在する。例えば、ハンディーなステレオカメラタイプを用いる手法であるＡｒｔｅｃ社製のＥｖａを選択できる。Ｅｖａは、解像度が０．５ｍｍで角度範囲３０°×２１°であり、重量が０．８５ｋｇと軽い。
【０１６６】
例えば、図３３に示すように、被検者２００の頭部の周囲に複数のステレオカメラ２５０を配置し、ＯＰＭセンサ３０の位置の３次元計測を行う。ＯＰＭセンサ３０に３か所のマーカー４０を設置する場合、ＯＰＭセンサ３０が６４個あると、マーカー４０は１９２個となる。ステレオカメラ２５０で複数個所から計測することで、配線３５等が邪魔で計測できないマーカー４０はなくなる。
【０１６７】
次に、ステップＳ１９では、信号処理部４１１は、ステップＳ３１で取得したセンサ位置データに基づいて、全てのＯＰＭセンサ３０の位置を割り出す。そして、信号処理部４１１は、ＯＰＭセンサ３０の位置とステップＳ１１で取得したＭＲＩ画像データとに基づいて、順問題を計算する。
【０１６８】
次に、ステップＳ２０では、信号処理部４１１は、それぞれのＯＰＭセンサ３０、かつ、それぞれのベクトル方向に対して、感度分布を１ずつ算出し、算出結果をデータ格納部４１３に格納する。一般的な脳磁計では、この感度分布及び順問題はスカラー量で計算されている。本実施形態では、感度分布及び順問題をベクトル量で計算する点が従来の手法とは大きく異なる。
【０１６９】
次に、ステップＳ３２では、医師等は、情報処理装置４１０を操作することで、磁場計測開始の指示を入力する。これにより、磁場検出装置１０は、被検者の脳磁計測を開始し、
計測結果を情報処理装置４１０に送信する。情報処理装置４１０は、磁場検出装置１０から入手した計測結果をデータ格納部４１３に格納する。
【０１７０】
次に、ステップＳ３３では、医師等は、磁場検出装置１０による脳磁計測の途中で、刺激装置４４０の電極を被検者２００の肘等に装着し、刺激装置４４０を操作して被検者２００の肘等への刺激を開始する。医師等は、刺激装置４４０の電極を被検者２００の指先に装着し、被検者２００に刺激を与えてもよい。なお、この間も、磁場検出装置１０は被検者の脳磁計測を継続し、計測結果を情報処理装置４１０に送信している。
【０１７１】
次に、ステップＳ３４では、医師等は、所定時間が経過後、刺激装置４４０を操作して被検者２００への刺激を終了する。
【０１７２】
ステップＳ３５では、医師等は、情報処理装置４１０を操作することで、磁場計測終了の指示を入力する。これにより、磁場検出装置１０は、被検者の脳磁計測を終了する。磁場検出装置１０の計測結果は、全てデータ格納部４１３に格納されている。
【０１７３】
なお、磁場検出装置１０による脳磁計測の途中で被検者２００に刺激を与えているため、刺激を加えたときと、加えていないときの差分を検出できる。
【０１７４】
次に、ステップＳ２１では、信号処理部４１１は、ステップＳ２０で得た感度分布の算出結果とステップＳ３５で得た磁場検出装置１０の計測結果をデータ格納部４１３から読み出し、逆問題推定を実施して、脳の賦活している領域（賦活領域）を検出する。そして、情報処理装置４１０は、賦活領域の検出結果をデータ格納部４１３に格納しデータ収録を行う。
【０１７５】
ステップＳ２１の逆問題推定工程では、事前情報によって得られた白質、白灰質、脳髄液、頭蓋骨、筋肉層、及び頭皮の形状をモデル化すると共に、推定するダイポールの位置を白灰質に限定し、被検者がタスク（運動）を実施した際の信号を記録収録して、信号に基づいて信号源を推定してもよい。この場合、推定するダイポールの位置を白灰質に限定することで、高精度な検出が可能となる。
【０１７６】
次に、ステップＳ２２では、表示制御部４１２は、データ格納部４１３に格納された賦活領域の検出結果のデータを読み出し、表示装置４８０に表示用の信号を送信する。表示装置４８０は、表示制御部４１２の信号に基づいて、賦活領域の検出結果を表示する。
【０１７７】
本実施形態では、ＯＰＭセンサ３０の検出がベクトルであり、感度分布もベクトルであるから、スカラーに比べはるかに情報量が多く、賦活領域の検出精度を向上できる。賦活領域を表示させ、リハビリの場合にはその状態を見ることで被検者にフィードバックを行え、効率的なリハビリが可能となる。なお、脳磁計測の合間に、磁気マーカーでの位置を検出し、頭部と磁場検出装置１０との位置がずれていないことを確認することが好ましい。
【０１７８】
このように、本実施形態では、信号源として推定される位置から発生される磁場分布を、従来の強度分布だけではなく、ベクトル分布に拡張している。
【０１７９】
具体的には、ダイポールを仮定した際に、その周辺に生成される磁場分布を単純なビオサバールの式から導く。このダイポールの位置を、計算に用いる領域の全てのボクセルに対して出現したことを仮定して、各々の計測値における感度の分布を示したものが感度分布となる。
【０１８０】
この感度分布も、それぞれの検出位置に対して導く際には、スカラーではなく、それぞれの位置でのベクトル（つまりは、Ｘ、Ｙ、Ｚ）の３つの感度分布を持つことになる。つまり、情報量としては３倍となる。この感度分布をベクトル別に保有し、それを有効に利用するためには、検出値もベクトルで検出する必要がある。情報量が３倍になることで、検出精度を向上できる。
【０１８１】
（ニューロリハビリテーション）
上記の説明から明らかなように、生体磁場計測システム４００は、ＯＰＭセンサ３０の逆問題推定を利用した賦活領域推定システムとして利用できる。以下では、この賦活領域推定システムを利用したリハビリについて記す。一般的に脳機能を計測してリハビリを行う手法は、ニューロリハビリテーションと呼ばれている。その詳細は、国立研究開発法人日本医療研究開発機構のホームページ等で公開されているため、ここでは割愛する。
【０１８２】
例えば、脳卒中による後遺症で手指の曲げ伸ばしが困難な重度の麻痺患者に、ＯＰＭセンサ３０を設置して、脳の賦活領域を検出する。患者が頭の中で手指を動かそうとイメージすることによって、脳の運動を司る部分の神経細胞が発火し、賦活領域が発生する。その手指を伸ばす筋肉の収縮が認められる。
【０１８３】
一般的に、脳の中央溝付近に患部がある場合には、運動機能に障害が生じている。しかし、脳の可塑性から、その周辺に代替機能は形成される。代替機能が成熟されていない場合には、イメージですることで賦活領域が非常に広範囲にあり、かつ再現性が低いことが知られている。
【０１８４】
つまり、代替機能が成熟する過程で、賦活領域の局所化及び再現性の向上が望まれる。この方針を元に、賦活領域に対し、点数を付けて、その点数を随時被検者へ、情報提供する。これによって、被検者は毎回指を動かすイメージをする際に、そのイメージの良し悪しを知ることができる。このフィードバックかける行為が、リハビリテーションを飛躍的に効率的にする。
【０１８５】
図３４は、本実施形態に係るリハビリテーション手法を例示するフローチャートである。図３４のステップＳ４１は、被検者が運動する工程である。まず、医師等は、磁場検出装置１０を被検者の頭部に装着し、被検者に運動を促す。そして、被検者が運動を開始する。なお、ここでいう運動は、運動が困難な被検者が運動をイメージすることも含む。
【０１８６】
ステップＳ４２では、前述の図３２に示した中の必要なステップを実行し、信号処理部４１１は、ステップＳ４１の運動によって変化する脳の賦活領域を逆問題推定する。そして、表示装置４８０は、表示制御部４１２の信号に基づいて、賦活領域の検出結果を表示する。
【０１８７】
次に、ステップＳ４３では、医師等は、ステップＳ４２の賦活領域が適切な領域であるか否かを判断する。
【０１８８】
ステップＳ４３で、医師等が、ステップＳ４２で推定された賦活領域が適切な領域であると判断した場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ４４に移行し、ステップＳ４３での判断結果を被検者へ伝達した後に、再度ステップＳ４１〜Ｓ４３を繰り返す。
【０１８９】
一方、ステップＳ４３で、医師等が、ステップＳ４２で推定された賦活領域が適切な領域でないと判断した場合には、ステップＳ４３での判断結果を被検者に伝達せずに、再度ステップＳ４１〜Ｓ４３を繰り返す。
【０１９０】
一般的な脳波計を利用したニューロリハビリテーションでは、被検者が運動するタイミングのみを検出するレベルであり、効果が限定的である。又、ｆＭＲＩを利用したニューロリハビリテーションは賦活領域を高精度に検出できることで、正しい位置の賦活領域が否かを判断できるため、高い効果が上がっているという報告もある。
【０１９１】
しかし、ｆＭＲＩは大きな装置に体を入れるために、行動が限定的であり、頭部を動かすことが検出精度を低下させる。又、ｆＭＲＩは脳血流変化であるため、２次信号となり、応答速度が悪く、神経細胞の発火から、血流変化の賦活までは、１０ｓｅｃ以上かかることが知られている。
【０１９２】
刺激に対するフィードバック反応も非常に遅く、有効なフィードバックとはならない。又、データを平均化するにも、１分間の刺激が１期間程度となり、情報量が不足する。そのため、脳波計のように神経細胞の１次信号を検出する数１００ｍｓｅｃ程度の応答速度を持ち、かつ、ｆＭＲＩレベルの賦活領域検出の高い空間分解能（１ｍｍ程度）が求められていた。ＳＱＵＩＤセンサによる脳磁計は空間分解能と応答速度を兼ね備えるが、被検者への拘束が高く、頭部や体を動かすことができない。
【０１９３】
これに対して、図３４に示す本実施形態に係るリハビリテーション手法では、ＯＰＭセンサ３０を有する磁場検出装置１０を被検者の頭部に装着するだけであるため、体を容易に動かすことが可能である。特に脳の中央溝にある運動野を高感度に検出することが可能である。
【０１９４】
被検者の静止状態において、中央溝付近に、１３〜３０Ｈｚのβ波が存在している場合、被検者が運動を始めると、そのβ波が弱まる。この現象はβＥＲＤ（Event-Related Desynchronization：事象関連脱同期）と呼ばれている。このβＥＲＤの発生したエリアを、賦活領域を呼ぶ。
【０１９５】
賦活領域は、脳卒中等を起こした人間の脳では、適切なエリアに発生させることができない。本来であれば、中央溝付近に局在しているが、脳の機能に問題がある場合には、複数個所、かつ広い範囲に賦活領域が広がってしまう。
【０１９６】
そこで、本実施形態では、局在化を一つの指標として、被検者にフィードバックをかける。つまりは、できるだけ局在したエリアに賦活領域を発生させた場合にのみ、正しいという指標を被検者へ提供する。
【０１９７】
これによって、例えば、指を動かすというタスクにおいて、指を動かすことが可能でも、脳の賦活領域が広い範囲である場合には、これは脳をうまく使えていない状態だと判断する。その結果、より局在化した脳機能だけで指を動かせるようになる。
【０１９８】
このように、磁場検出装置１０は、簡易に被検者に装着でき、非常に高い空間分解能で生体磁場を検出できる。又、磁場検出装置１０を装着した被検者は、体を容易に動かすことができる。これらにより、高い効果が期待できるリハビリテーションシステムを実現できる。
【０１９９】
（治療（薬効）判断）
ｉＰＳ細胞を移植する方法やＴＭＳ等による脳卒中後の治療方法が近年目覚ましく発達してきている。又、最近では、リハビリ効果を促進する新薬「エドネルピク・マレアート」やＡＭＰＡ受容体シナプス移行促進作用をもつ化合物の発見等、新薬が開発されている。
【０２００】
これらの治療には、それぞれ効果が実感できるまでに時間がかかり、副作用がある場合などはその期間治療がつらく、途中での離脱が起きる。又、時間をかけて治療しても、相性の悪い治療薬では治療成果が十分得られない場合も考えられる。
【０２０１】
そこで、治療を開始し始めて、わずかな変化でも捉えることができれば、その後の長い治療期間も我慢することができる。つまりは、脳の変化を、極わずかでも検出できることによって、治療成績が飛躍的に改善する可能性がある。磁場検出装置１０により、脳の中央溝付近に脳神経活動のわずかな変化を捉えることが可能である。
【０２０２】
以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【０２０３】
１０  磁場検出装置
２１  ベース
２２  センサ固定部
２３Ａ  ビス
２５  シールド
３０  ＯＰＭセンサ
３１  ガスセル
３５  配線
４０  マーカー
２２１  筒状部
２２２  ヘッドギヤ固定部
２２３  センサ固定ピン
２２４  貫通孔
２５０  ステレオカメラ
３００  中央溝
４００  生体磁場計測システム
４１０  情報処理装置
４１１  信号処理部
４１２  表示制御部
４１３  データ格納部
４２０  ＭＲＩ撮像部
４３０  ３次元計測部
４８０  表示装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２０４】
【特許文献１】特許第５８２３１９５号
【図１】
2020151023.tif 000007
【図２】
2020151023.tif 000008
【図３】
2020151023.tif 000009
【図４】
2020151023.tif 000010
【図５】
2020151023.tif 000011
【図６】
2020151023.tif 000012
【図７】
2020151023.tif 000013
【図８】
2020151023.tif 000014
【図９】
2020151023.tif 000015
【図１０】
2020151023.tif 000016
【図１１】
2020151023.tif 000017
【図１２】
2020151023.tif 000018
【図１３】
2020151023.tif 000019
【図１４】
2020151023.tif 000020
【図１５】
2020151023.tif 000021
【図１６】
2020151023.tif 000022
【図１７】
2020151023.tif 000023
【図１８】
2020151023.tif 000024
【図１９】
2020151023.tif 000025
【図２０】
2020151023.tif 000026
【図２１】
2020151023.tif 000027
【図２２】
2020151023.tif 000028
【図２３】
2020151023.tif 000029
【図２４】
2020151023.tif 000030
【図２５】
2020151023.tif 000031
【図２６】
2020151023.tif 000032
【図２７】
2020151023.tif 000033
【図２８】
2020151023.tif 000034
【図２９】
2020151023.tif 000035
【図３０】
2020151023.tif 000036
【図３１】
2020151023.tif 000037
【図３２】
2020151023.tif 000038
【図３３】
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【図３４】
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