(57)【要約】  任意のキュリー点を有する感温磁性体を被計測部に配置するとともに、被計測部から離れた場所に設置された磁場発生源から磁場を発生させ、感温磁性体の温度に依存する、磁場の磁束ベクトルの変化を、磁気センサで検出することによって、被計測部の温度を計測することで、ワイヤレスで離れた位置から被計測部の温度を計測でき、かつ、小型化することが容易な温度プローブを用いる温度計測方法、及び該温度計測方法を用いた温度制御方法、並びにそれらの方法に用いるシステムを提供する。
2009088062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意のキュリー点を有する感温磁性体を被計測部に配置するとともに、前記被計測部から離れた場所に設置された磁場発生源から磁場を発生させ、
前記感温磁性体の温度に依存する、前記磁場の磁束ベクトルの変化を、磁気センサで検出することによって、
前記被計測部の温度を計測することを特徴とする、温度計測方法。
【請求項２】
それぞれ異なる任意のキュリー点を有する複数の感温磁性体を被計測部に配置するとともに、前記被計測部から離れた場所に設置された磁場発生源から磁場を発生させ、
前記感温磁性体の温度に依存する、前記磁場の磁束ベクトルの変化を、磁気センサで検出することによって、
前記被計測部の温度を計測することを特徴とする、温度計測方法。
【請求項３】
前記磁場発生源が、交流電流を流したコイルであることを特徴とする、請求の範囲第１項１又は第２項に記載の温度計測方法。
【請求項４】
前記磁気センサがコイルであることを特徴とする、請求の範囲第１〜３項のいずれか一項に記載の温度計測方法。
【請求項５】
前記感温磁性体が粉体であることを特徴とする、請求の範囲第１〜４項のいずれか一項に記載の温度計測方法。
【請求項６】
前記感温磁性体に、誘導加熱しやすい発熱材料が併用されることを特徴とする、請求の範囲第１〜５項のいずれか一項に記載の温度計測方法。
【請求項７】
前記磁気センサの出力が最小値（Ｖｍｉｎ）となるように、前記磁気センサ及び前記磁場発生源の相対的な位置及び姿勢を調整して固定し、
前記感温磁性体を前記被計測部に配置するとともに、前記磁気センサの出力が最大値（Ｖｍａｘ）となるように、前記磁気センサ及び前記磁場発生源と、前記感温磁性体との相対的な位置及び姿勢を調整して固定し、
前記被計測部の温度が目標温度に達したときの前記磁気センサの出力（Ｖ）を、下記計算式より求めることを特徴とする、請求の範囲第１〜６項のいずれか一項に記載の温度計測方法。
計算式：Ｖ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）×ｋ＋Ｖｍｉｎ（ただし、ｋは０＜ｋ＜１の定数である。）
【請求項８】
被計測部に配置される、任意のキュリー点を有する感温磁性体と、
前記被計測部から離れた場所で磁場を発生させるとともに、前記感温磁性体の温度に依存する前記磁場の磁束ベクトルの変化を検出する検出部と、
を備えることを特徴とする、温度計測システム。
【請求項９】
前記検出部が、前記被計測部から離れた場所で磁場を発生させる磁場発生源、及び、前記感温磁性体の温度に依存する前記磁場の磁束ベクトルの変化を検出する磁気センサ、を備えることを特徴とする、請求の範囲第８項に記載の温度計測システム。
【請求項１０】
前記検出部に、さらにロックインアンプが備えられることを特徴とする、請求の範囲第９項に記載の温度計測システム。
【請求項１１】
任意のキュリー点を有する感温磁性体を被計測部に配置するとともに、前記被計測部を加熱用器具によって加熱し、
前記被計測部から離れた場所に設置された磁場発生源から磁場を発生させるとともに、前記感温磁性体の温度に依存する前記磁場の磁束ベクトルの変化を磁気センサで検出し、
前記磁気センサからの検出信号に基づいて前記加熱用器具を制御することを特徴とする、温度制御方法。
【請求項１２】
前記磁場発生源が前記加熱用器具を兼ねる、請求の範囲第１１項に記載の温度制御方法。
【請求項１３】
被計測部に配置される、任意のキュリー点を有する感温磁性体と、
前記被計測部から離れた場所で磁場を発生させるとともに、前記感温磁性体の温度に依存する前記磁場の磁束ベクトルの変化を検出する検出部と、
前記被計測部を加熱する加熱部と、
前記検出部から得られる検出信号に基づいて前記加熱部を制御するコンピュータを有する制御部と、を備えることを特徴とする、温度制御システム。
【請求項１４】
前記検出部に、前記被計測部から離れた場所で磁場を発生させる磁場発生源が備えられ、該磁場発生源が前記感温磁性体を誘導加熱することで前記加熱部の役割を果たすことを特徴とする、請求の範囲第１３項に記載の温度制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感温磁性体の温度に依存して変化する磁場の磁束ベクトルの変化を検出することによって、被計測部から離れた位置で温度を計測できる温度計測方法、及び該温度計測方法を用いた温度制御方法、並びにそれらの方法に用いるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
悪性腫瘍を治療する手段の一つに、マイクロ波および高周波電流をエネルギー源とした温熱療法がある。この温熱療法を行う際には、患部の温度が目標温度に達したことを確認しなければならない。温度計測技術としては、赤外線を利用したサーマルカメラが存在するが、これは主として表面温度の測定の利用に限られており、赤外線が透過できない生体内部の温度を測ることはできない。そのため、患部の温度を計測するためには、サーミスタや熱電対等の温度プローブを侵襲的に体内に差し込むことが考えられるが、かかる方法では患者へ苦痛を与えることになるといった問題や、感染症を招くなど衛生的にも問題があった。【０００３】
このような問題を解決するものとして、これまでに、ワイヤレスで離れた位置から被計測部の温度を計測できる技術が考えられ、開示されている。例えば、特許文献１には、永久磁石と、その永久磁石の周囲を覆う、キュリー点の異なる複数の感温磁性体と、を有する温度計測素子を被計測部に配置し、温度計測素子から温度に依存して漏洩する漏洩磁束を、温度計測素子から離れた位置に配置した磁気センサで検出し、その出力に基づいて被計測部の温度を計測する温度計測方法が開示されている。【０００４】
【特許文献１】特許第３３３３８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に開示されている温度計測方法では、被計測部に配置する温度計測素子（温度プローブ）が、永久磁石及び複数の感温磁性体からなる複層構造をしているため、各層を薄膜化したとしても小型化には限界があるという問題が残っていた。【０００６】
そこで本発明は、ワイヤレスで離れた位置から被計測部の温度を計測でき、かつ、小型化することが容易な温度プローブを用いる温度計測方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、第一の本発明は、任意のキュリー点を有する感温磁性体を被計測部に配置するとともに、被計測部から離れた場所に設置された磁場発生源から磁場を発生させ、感温磁性体の温度に依存する、磁場の磁束ベクトルの変化を、磁気センサで検出することによって、被計測部の温度を計測することを特徴とする温度計測方法を提供する。【０００８】
このような本発明の温度計測方法は、殆ど全ての温熱療法に適用可能なため、既存の誘導加熱、マイクロ波による温熱療法機器に組み込むことが可能である。また、非侵襲で腫瘍温度をモニターできるため、患者に与える負担および感染リスクを軽減できる。さらに、非磁性体の対象であれば本発明を適用できるため、従来はサーミスタや熱電対を用いて有線で計測せざるを得なかった物体内部の温度をワイヤレスで計測することができる。【０００９】
本発明において、「感温磁性体」とは、組成比の変更、添加物の添加、熱処理などによってキュリー点を任意に設定できる磁性材料からなる磁性体を意味する。本発明に用いることができる磁性材料の具体例としては、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトなどを挙げることができる。温熱療法を行う際の患部温度計測のために、本発明の温度計測方法を用いる場合は、キュリー点を４３度程度に設定できる磁性材料を選択することが好ましい。そのような磁性材料の具体例としては、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトなどを挙げることができる。また、「磁場発生源」とは、磁場を発生させられるものであれば特に限定されず、具体例として、コイル、超伝導コイル、永久磁石などを挙げることができる。そして、「離れた場所」とは、好ましくは２０ｃｍ以下であり、より好ましくは、１０ｃｍ以下であり、最も好ましくは、５ｃｍ以下である。さらに、「磁気センサ」とは、磁場の磁束ベクトルの変化を検出できるものであれば特に限定されず、具体例として、コイル、ホール素子、磁気抵抗効果素子、フラックス・ゲートセンサ、ファラデー素子、超伝導量子干渉素子などを挙げることができる。【００１０】
また、第一の本発明の温度計測方法では、それぞれ異なる任意のキュリー点を有する複数の感温磁性体を被計測部に配置することができる。かかる形態とすることによって、複数の目標温度を検知することが可能である。すなわち、本発明の温度計測方法は、上述した温熱療法への利用に限定されない汎用的な非接触温度計測技術であり、異なる任意のキュリー点を有する複数の感温磁性体を用いることで、連続的な温度計測が可能になる。【００１１】
さらに、第一の本発明の温度計測方法では、磁場発生源が交流電流を流したコイルであることが好ましく、磁気センサもコイルであることが好ましい。かかる形態とすることによって、システムの耐久性の向上とコストの低減が可能になる。また、半導体素子において生じるｃｒｏｓｓ‐ａｘｉｓ  ｅｆｆｅｃｔを完全に除去できるというメリットもある。【００１２】
さらに、第一の本発明の温度計測方法では、温度プローブとして用いる感温磁性体を粉体にして用いることができる。ここに、「粉体」とは、平均粒径が１５０μｍ以下程度の微粒子を意味する。感温磁性体を微粒子にすることによって、感温磁性体を生理食塩水等の液体中に分散等させ、注射針を用いて生体内に注入することが可能である。また、感温磁性体を微粒子にすることによって、感温磁性体の熱容量が低下するため、キュリー点付近での温度を高感度に検知することができる。【００１３】
さらに、第一の本発明の温度計測方法において、感温磁性体に、上記した磁性材料とともに誘導加熱しやすい発熱材料が併用されることが好ましい。ここに、「誘導加熱しやすい発熱材料」とは、具体的には、Ｆｅ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔなどの金属や、これらの金属のうち一種又は複数種を主成分とした合金などを挙げることができる。特に温熱療法の際に用いる場合は、人体への影響などを考慮して、上記金属及び合金のうち、Ａｕ、Ｔｉなどの金属やそれら金属からなる合金を選択することが好ましい。このように、感温磁性体に誘導加熱しやすい発熱材料を併用することによって、低磁束密度での温熱療法を実現でき、電源設備の小型化が可能となる。【００１４】
さらに、第一の本発明の温度計測方法において、磁気センサの出力が最小値（Ｖｍｉｎ）となるように、磁気センサ及び磁場発生源の相対的な位置及び姿勢を調整して固定し、感温磁性体を被計測部に配置するとともに、磁気センサの出力が最大値（Ｖｍａｘ）となるように、磁気センサ及び磁場発生源と、感温磁性体との相対的な位置及び姿勢を調整して固定し、被計測部の温度が目標温度に達したときの磁気センサの出力（Ｖ）を、下記計算式より求めることが好ましい。
計算式：Ｖ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）×ｋ＋Ｖｍｉｎ（ただし、ｋは０＜ｋ＜１の定数である。）
かかる方法を用いることによって、後に詳述するように、測定対象内における感温磁性体の分量及び配置された位置が事前に不明確な場合であっても、被計測部が目標温度に到達したか否かを検知することができる。【００１５】
第二の本発明は、被計測部に配置される、任意のキュリー点を有する感温磁性体と、被計測部から離れた場所で磁場を発生させるとともに、感温磁性体の温度に依存する磁場の磁束ベクトルの変化を検出する検出部と、を備えることを特徴とする、温度計測システムを提供する。【００１６】
第二の本発明の温度計測システムは、検出部が、被計測部から離れた場所で磁場を発生させる磁場発生源、及び、感温磁性体の温度に依存する磁場の磁束ベクトルの変化を検出する磁気センサ、を備えるものとすることができ、さらにロックインアンプが備えられることが好ましい。【００１７】
第三の本発明は、任意のキュリー点を有する感温磁性体を被計測部に配置するとともに、被計測部を加熱用器具によって加熱し、被計測部から離れた場所に設置された磁場発生源から磁場を発生させるとともに、感温磁性体の温度に依存する磁場の磁束ベクトルの変化を磁気センサで検出し、磁気センサからの検出信号に基づいて加熱用器具を制御することを特徴とする、温度制御方法を提供する。【００１８】
第三の本発明の温度制御方法において、磁場発生源に加熱用器具を兼ねさせることができる。すなわち、磁場発生源によって発せられる磁場により、感温磁性体若しくは該感温磁性体と併用される誘導加熱しやすい発熱材料を誘導加熱し、被計測部を加熱することができる。【００１９】
第四の本発明は、被計測部に配置される、任意のキュリー点を有する感温磁性体と、被計測部から離れた場所で磁場を発生させるとともに、感温磁性体の温度に依存する磁場の磁束ベクトルの変化を検出する検出部と、被計測部を加熱する加熱部と、検出部から得られる検出信号に基づいて加熱部を制御するコンピュータを有する制御部と、を備えることを特徴とする、温度制御システムを提供する。【００２０】
第四の本発明の温度制御システムにおいて、検出部に、被計測部から離れた場所で磁場を発生させる磁場発生源が備えられ、該磁場発生源が感温磁性体を誘導加熱することで加熱部の役割を果たすことができる。
【発明の効果】
【００２１】
第一の本発明の温度計測方法によれば、ワイヤレスで離れた位置から被計測部の温度を計測できる。さらに、温度プローブとして感温磁性体を利用することによって、温度プローブを小型化することが容易である。第二の本発明によれば、ワイヤレスで離れた位置から被計測部の温度を計測できる温度計測システムを提供できる。第三の本発明によれば、ワイヤレスで離れた位置から被計測部の温度を計測しつつ、被計測部の温度を制御できる温度制御方法を提供することができる。第四の本発明によれば、ワイヤレスで離れた位置から被計測部の温度を計測しつつ、被計測部の温度を制御できる温度制御システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の温度計測方法の原理を概略的に示す図である。
【図２】本発明の温度計測システムの一例を概略的に示す図である。
【図３】駆動コイルとピックアップコイルの配置の一例を概略的に示す図である。
【図４】本発明の温度計測方法の実施形態の一例を概略的に示す図である。
【図５】測定対象内での感温磁性体の温度とピックアップコイルの出力電圧の関係を示す図である。
【図６】本発明の温度制御システムの一例を概略的に示す図である。
【図７】本発明の温度制御システムを操作する際の加熱用電源のタイムチャートの一例を概略的に示す図である。
【図８】本発明の温度制御システムを操作する際の高周波交流電源のタイムチャートの一例を概略的に示す図である。
【図９】任意の距離における水温と出力電圧の関係を示す図である。
【図１０】任意の距離における水温と出力電圧の関係を示す図である。
【図１１】ファントム中の感温磁性体粉体の温度と出力電圧の関係を示す図である。
【図１２】異なるキュリー点を持つ感温磁性体併用時の磁束ベクトルの計測結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  感温磁性体
２  駆動コイル（磁場発生源）
３  ピックアップコイル（磁気センサ）
４  電圧計
５  発振器
６  ロックインアンプ
７  電力増幅器
８  高周波交流電源
９  抵抗
１０  温度計測システム
１５  検出部
２０  加熱部
２１  加熱用電源
２２  加熱用器具
３０  制御部
３１  計測制御用コンピュータ
４０  測定対象（人体）
１００  温度制御システム
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
＜温度計測方法＞
以下、図面を参照しつつ、本発明の温度計測方法について説明する。【００２５】
図１は、本発明の温度計測方法の原理を概略的に示す図である。図中の破線矢印は交流磁場の磁束線を示している。図１（ａ）は、感温磁性体１の温度がキュリー点未満のときの状態を示しており、図１（ｂ）は、感温磁性体１の温度がキュリー点以上のときの状態を示している。【００２６】
感温磁性体１は、キュリー点を、目標とする任意の温度に設定した磁性材料からなる磁性体である。また、磁場発生源２は、交流電流を流すことによって交流磁場を発生させるコイル（以下「駆動コイル」という。）である。さらに、磁気センサ３は、駆動コイル２から発生する交流磁場の磁束ベクトルの変化を検出するコイル（以下「ピックアップコイル」という。）である。駆動コイル２とピックアップコイル３は互いの軸方向が直交するように配置されている。【００２７】
感温磁性体１の温度が感温磁性体１のキュリー点より低ければ、感温磁性体１は高い誘磁率を有する。そのため、図１（ａ）に示すように、駆動コイル２から発生した交流磁場の磁束が感温磁性体１に引き付けられ、磁束ベクトルが曲げられる。このとき、感温磁性体１と駆動コイル２との間に配置されたピックアップコイル３には、磁束ベクトルの直交成分の変位に比例した誘導起電力が発生し、電位が発生する。【００２８】
一方、感温磁性体１の温度が感温磁性体１のキュリー点以上となった場合には、感温磁性体１の磁性は空気と同程度になっている。そのため、図１（ｂ）に示すように、駆動コイル２から発生した交流磁場の磁束は感温磁性体１に引き付けられずにほぼ直進し、磁束ベクトルとピックアップコイル３の軸はほぼ直交する。そのため、ピックアップコイル３に発生する誘導起電力は、感温磁性体１の温度がキュリー点未満である場合に比べて減少する。【００２９】
このように、感温磁性体１の温度を上昇させていくと、キュリー点の付近でピックアップコイル３に発生する誘導起電力が急激に変化する。つまり、感温磁性体１を被計測部に配設して、感温磁性体１から離れた場所で交流磁場を発生させ、感温磁性体１の温度に依存するその交流磁場の磁束ベクトルの変化を検出することによって、感温磁性体１の周辺（被計測部）の温度が任意の温度（感温磁性体１のキュリー点）以上になっていることを確認することができる。したがって、本発明の温度計測方法によれば、ワイヤレスで離れた位置から被計測部の温度を計測することができる。【００３０】
さらに、本発明の温度計測方法は殆ど全ての温熱療法に適用可能なため、既存の誘導加熱、マイクロ波による温熱療法機器に組み込むことが可能である。そして、本発明の温度計測方法によれば、腫瘍温度を非接触・非侵襲でモニターできるため、患者に与える負担および感染リスクを軽減することができる。【００３１】
上述したような温熱療法に本発明の温度計測方法を適用する場合には、感温磁性体に、誘導加熱しやすい発熱材料を併用することが好ましい。かかる形態とすることによって、体外から高周波磁場を印加する温熱療法の発熱効率を向上させることが可能になり、低出力の電源による低磁束密度での治療が可能になるため、電源設備の小型化が可能となる。【００３２】
本発明の温度計測方法で測定できる場所は生体内に限らず、非磁性体の対象であれば適用できる。したがって、磁場を透過する材料であれば固体、液体、気体に対して適用が可能であるため、従来はサーミスタや熱電対を用いて有線で計測せざるを得なかった物体内部の温度をワイヤレスで計測することができる。【００３３】
図１を用いた本発明の温度計測方法の原理の説明では、ピックアップコイル３が駆動コイル２及び感温磁性体１の間で、駆動コイル２とピックアップコイル３の軸方向が直交するように配置される形態を例示して説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。感温磁性体１、駆動コイル２、及びピックアップコイル３は温度計測時に互いの相対的位置が固定されており、かつ、互いに影響を受ける程度に近い位置に配置されていれば良い。【００３４】
また、図１を用いた本発明の温度計測方法の原理の説明では、一の感温磁性体を用いた例について説明したが、本発明はかかる形態に限定されるものではなく、複数の感温磁性体を用いることができる。したがって、感温磁性体、磁気センサ、及び磁場発生源の相対的な位置関係が一定の条件で、キュリー点が異なる複数の感温磁性体を被計測部に設置することによって、複数の目標温度を検知することが可能である。すなわち、本発明の温度計測方法は、上述した温熱療法への利用に限定されない汎用的な非接触温度計測技術であり、異なる任意のキュリー点を有する複数の感温磁性体を用いることで、連続的な温度計測が可能になる。【００３５】
また、本発明の温度計測方法では、温度プローブとして感温磁性体を用いており、感温磁性体は粉体にすることができる。例えば、感温磁性体（温度プローブ）を、平均粒径１５０μｍ以下程度の粉体にすることによって、生理食塩水等の液体中に分散等させ、注射針を用いて生体内に注射して利用することが可能になる。また、感温磁性体をこのような粉体にすることによって、感温磁性体の熱容量が低下するため、キュリー点付近での温度を高感度に検出することができる。ただし、感温磁性体を生体内に配置する場合に、該感温磁性体がリンパ管を通って移動しない様にするためには、感温磁性体の大きさはある程度大きいことが好ましい。【００３６】
感温磁性体を生体内の被計測部に配置するその他の方法としては、固形製剤の注入器を用いる方法が考えられる。この方法用いる場合、感温磁性体の粒径は２ｍｍ以下であることが好ましい。【００３７】
さらに、感温磁性体を被計測部に配置するその他の方法としては、感温磁性体をカプセルに封入して被計測部に配置する方法が考えられる。カプセルの粒径が２ｍｍ以下であれば、上記した注入器を用いて生体内に配置することができる。また、カプセルを用いれば、感温磁性体を上記したような誘導加熱しやすい発熱材料とともに封入して被計測部に配置することも容易にできる。さらに、カプセルを用いて感温磁性体などを生体内に配置する場合、感温磁性体などが生体内で拡散することを防止できるという効果や、感温磁性体などが生体に悪影響を及ぼすものであっても、それらを生体から隔離して用いることができるという効果を奏する。カプセルを生体内に配置する場合、カプセルの材質は生体に悪影響を及ぼさないものであれば特に限定されず、例えば、シリコーンや樹脂やチタンなどを用いることができる。【００３８】
図２は、本発明の温度計測システム一例を概略的に示す図である。３本の破線矢印は駆動コイル２から発生する交流磁場の磁束線を示している。図２において、図１と同様の構成を採るものには、図１にて用いた符号と同じ符号を付している。【００３９】
図２に示すように、温度計測システム１０は、感温磁性体１、駆動コイル２、ピックアップコイル３、発振器５、ロックインアンプ６、及び、電力増幅器７を備えている。【００４０】
駆動コイル２から発生する交流磁場の磁束ベクトルの変化を検出する過程について、以下に説明する。【００４１】
発信器５から電力増幅器７へと電気信号が入力され、電力増幅器７から駆動コイル２へと交流電流が流されると、駆動コイル２から交流磁場が発生する。この交流磁場は、駆動コイル２から任意の距離にある感温磁性体１が持つ磁性の影響を受ける。感温磁性体１の磁気特性は、その感温磁性体１の温度に依存するため、駆動コイル２によって発生される交流磁場は、感温磁性体１の温度に影響を受ける。すなわち、感温磁性体１の温度がキュリー点未満のときは、駆動コイル２によって発生される交流磁場の磁束ベクトルは曲げられ、感温磁性体１の温度がキュリー点以上になると、駆動コイル２によって発生される交流磁場の磁束ベクトルは、駆動コイル２と感温磁性体１の間をほぼ直進する。【００４２】
上述したように、駆動コイル２によって発生される交流磁場の磁束ベクトルが曲げられているときは、ピックアップコイル３に誘導起電力が発生し、該磁束ベクトルとピックアップコイル３の軸がほぼ直交しているときは、該磁束ベクトルが曲げられているときに比べて、ピックアップコイル３に発生する誘導起電力が減少する。すなわち、感温磁性体１の温度がキュリー点以上になると、感温磁性体１の温度がキュリー点未満のときに比べてピックアップコイル３に発生する誘導起電力が減少する。したがって、駆動コイル２と感温磁性体１の間に設置されているピックアップコイル３に発生する誘導起電力を検出することによって、被計測部が目標温度（任意に設定された感温磁性体のキュリー点）に到達したか否かを判断することができる。しかし、駆動コイル２と感温磁性体１の距離が離れると、磁束ベクトルの変化量は低下し、ピックアップコイル３に発生する誘導起電力を検出し難くなる。そこで、温度計測システム１０では、発信器５から電力増幅器７へと電気信号を入力すると同時に、ピックアップコイル３に接続されたロックインアンプ６にも発信器５から電気信号（参照信号）を入力し、ピックアップコイル３に発生する誘導起電力をロックインアンプ６で同期検波することによって周囲の磁場ノイズを低減させ、検出感度を向上させている。【００４３】
次に、計測対象内における感温磁性体１の分量や配置された位置が不明確な場合であっても被計測部が目標温度に到達したか否かを検知することができる方法について、図３〜５を用いて以下に説明する。【００４４】
図３は、駆動コイル２とピックアップコイル３の配置の一例を概略的に示す図である。図４は、本発明の温度計測方法の実施形態の一例を概略的に示す図である。図５は、測定対象内での感温磁性体１の温度とピックアップコイル３の出力電圧の関係を示す図である。図３及び図４において、図１及び図２と同様の構成を採るものには、図１及び図２にて用いた符号と同じ符号を付している。【００４５】
まず、図３に示す様に、測定対象４０（図４参照）が無い状態で、ピックアップコイル３の出力電圧が最小となるように駆動コイル２とピックアップコイル３との相対的位置および相対的姿勢を調整し、固定する。この姿勢でのピックアップコイル３の出力電圧をＶｍｉｎとする。以後の計測において、駆動コイル２とピックアップコイル３との相対的な位置・姿勢を変えない。したがって、もし周囲に磁性体や金属が存在すると、駆動コイル２から出る磁束ベクトルが変化し、ピックアップコイル３の電圧値はＶｍｉｎより大きくなる。【００４６】
次に、図４に示す様に、感温磁性体１を測定対象（例えば、人体。）４０の測定したい部位（被計測部）に配置し、ピックアップコイル３の出力電圧が最大となるように、感温磁性体１を内部に配置した測定対象４０の位置及び姿勢を調整する。この姿勢でのピックアップコイル３の出力電圧をＶｍａｘとする。この作業により、測定対象４０内に配置された感温磁性体１の位置・姿勢・質量に依存することなく、被計測部が目標温度に到達したことを検知できるようになる。【００４７】
感温磁性体１の周囲の温度が上昇すると、感温磁性体１も同様に温められる。やがて感温磁性体１の温度はキュリー点に到達し、感温磁性体１の透磁率は減少する。その結果、磁束ベクトルの変化量は減少し、ピックアップコイル３の出力はＶｍｉｎに近づくことになる。【００４８】
図４に示した装置により被計測部が目標温度に到達したことを検知する計測アルゴリズムの一例を以下に示す。上記したＶｍｉｎ及びＶｍａｘを用いることで、図５に示す様に、任意の定数ｋを用いた下記計算式から、感温磁性体１がキュリー点（Ｔｃ）に達したときのピックアップコイル３の電圧値（Ｖ）を求めることができ、ピックアップコイル３の電圧値を計測することで、被計測部が目標温度に到達したことを検知できる。
計算式：Ｖ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）×ｋ＋Ｖｍｉｎ
ここで、定数ｋ（０＜ｋ＜１）は、被計測部（及びその周囲）の熱容量、感温磁性体１の量、駆動コイル２とピックアップコイル３との相対的な位置および姿勢によって決まる値であるが、実験的に求めることも可能である。また、加熱過程におけるピックアップコイル３の電圧値をリアルタイムに時間微分することで、ピックアップコイル３の電圧値の変化量の最大値から、被計測部が目標温度に到達したことを検知することもできる。【００４９】
感温磁性体１と一緒に他の磁性材料または金属材料を併用することで、誘導加熱による発熱効率を向上させた状態で、被計測部が目標温度に到達したことを検知することもできる。この場合、併用した他の材料により磁束ベクトルが曲げられるためピックアップコイル３の電圧値にバイアスが生じ、被計測部が目標温度に到達して感温磁性体１のキュリー点に到達しても、ピックアップコイル３の電圧値はＶｍｉｎまで低下しない。しかし、感温磁性体１の透磁率の低下による磁束ベクトルの変化分、つまりピックアップコイル３の電圧値の変化量は（駆動コイル２、ピックアップコイル３および他の材料との相対的な位置および姿勢が一定であれば）常に一定であるため、ピックアップコイル３の電圧値の変化量から被計測部が目標温度に到達したことを検知することができる。【００５０】
＜温度制御方法＞
次に、上記した本発明の温度計測方法を用いた、本発明の温度制御方法について、図面を参照しながら以下に説明する。【００５１】
図６は、本発明の温度制御システムの一例を概略的に示す図である。図６において、図１〜４と同様の構成を採るものには、図１〜４で用いた符号と同じ符号を付している。【００５２】
図６に示すように、本発明の温度制御システム１００は、感温磁性体１と、駆動コイル２、ピックアップコイル３、駆動コイル２に電力を供給する高周波交流電源８、及び高周波交流電源８からの参照信号に基づいてピックアップコイル３からの出力を同期検波するロックインアンプ６を有する検出部１５と、被計測部を加熱する加熱用器具２２、及び加熱用器具２２に電力を供給する加熱用電源２１を有する加熱部２０と、検出部１５から得られる検出信号に基づいて、高周波交流電源８の制御、及び加熱用電源２１の制御を行う計測制御用コンピュータ３１を有する制御部３０と、を備えている。【００５３】
高周波交流電源８から駆動コイル２へと交流電流が流されると、駆動コイル２から交流磁場が発生する。この交流磁場は、駆動コイル２から任意の距離にある感温磁性体１が持つ磁性の影響を受ける。感温磁性体１の磁気特性は、その感温磁性体１の温度に依存するため、駆動コイル２によって発生される交流磁場は、感温磁性体１の温度に影響を受ける。すなわち、感温磁性体１の温度がキュリー点未満のときは、駆動コイル２によって発生される交流磁場の磁束ベクトルは曲げられ、感温磁性体１の温度がキュリー点以上になると、駆動コイル２によって発生される交流磁場の磁束ベクトルは、駆動コイル２と感温磁性体１の間をほぼ直進する。【００５４】
上述したように、駆動コイル２によって発生される交流磁場の磁束ベクトルが曲げられているときは、ピックアップコイル３に誘導起電力が発生し、該磁束ベクトルとピックアップコイル３の軸がほぼ直交しているときは、該磁束ベクトルが曲げられているときに比べて、ピックアップコイル３に発生する誘導起電力が減少する。すなわち、感温磁性体１の温度がキュリー点以上になると、感温磁性体１の温度がキュリー点未満のときに比べてピックアップコイル３に発生する誘導起電力が減少する。したがって、駆動コイル２と感温磁性体１の間に設置されているピックアップコイル３に発生する誘導起電力を検出することによって、被計測部が目標温度（任意に設定された感温磁性体のキュリー点）に到達したか否かを判断することができる。しかし、駆動コイル２と感温磁性体１の距離が離れると、磁束ベクトルの変化量は低下し、ピックアップコイル３に発生する誘導起電力を検出し難くなる。そこで、温度制御システム１００では、高周波交流電源８及び駆動コイル２の間の抵抗９を挟んだ位置から取った電気信号（参照信号）をロックインアンプ６に入力し、ピックアップコイル３に発生する誘導起電力をロックインアンプ６で同期検波することによって周囲の磁場ノイズを低減させ、検出感度を向上させている。【００５５】
ロックインアンプ６から得られる検出信号は計測制御用コンピュータ３１に送られ、該検出信号に基づいて計測制御用コンピュータ３１は高周波交流電源８及び加熱用電源２１の制御を行う。その具体例について以下に説明する。【００５６】
図７は、本発明の温度制御システムを操作する際の加熱用電源２１のタイムチャートの一例を概略的に示す図である。図７の上段はロックインアンプ６による検出信号を示しており、縦軸は信号の強度であり、Ｖｍａｘ及びＶｍｉｎの意味は上述した通りである。下段は加熱用電源２１のタイムチャートを示している。なお、横軸は時間である。【００５７】
加熱用電源２１をＯＮにして加熱用器具２２によって被計測部を加熱し続けると、やがて被計測部の温度は目標温度（感温磁性体１のキュリー点）に近づき、ロックインアンプ６による検出信号がＶｍｉｎに近づく。その後、加熱用電源２１をＯＦＦにして被計測部の加熱をやめると、被計測部の温度は下がり始めるため、しばらくしてからロックインアンプ６による検出信号がＶｍａｘに近づき始める。その後、加熱用電源２１を再度ＯＮにすると、被計測部が加熱され、ロックインアンプ６による検出信号がＶｍｉｎに近づき始める。このように加熱用電源２１のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことによって、被計測部の温度を一定に制御することができる。【００５８】
図６に示した形態例では、加熱部として加熱用電源２１及び加熱用器具２２を用いているが、感温磁性体１若しくは感温磁性体１に誘導加熱しやすい発熱材料を併用した混合体を誘導加熱できる場合は、駆動コイル２が加熱部の役割を兼ねることができる。すなわち、駆動コイル２によって発せられる磁場を用いて感温磁性体１若しくは上記混合体を誘導加熱し、感温磁性体１若しくは上記混合体を熱源として被計測部を加熱するとともに、その加熱量を調整することができる。この場合、感温磁性体１とともに誘導加熱しやすい発熱材料を併用した混合体を用いた方が、被計測部をより加熱しやすいため好ましい。かかる方法によれば、例えば、加熱用の電極を用いることなく温熱療法を行うことができる。【００５９】
以下に、図８を用いて、駆動コイル２を用いて感温磁性体１を加熱しつつ被計測部の温度を制御する方法について説明する。図８は、本発明の温度制御システムを操作する際の、駆動コイル２に電力を供給する高周波交流電源８のタイムチャートの一例を概略的に示す図である。図８の上段はロックインアンプ６による検出信号を示しており、縦軸は信号の強度であり、Ｖｍａｘ及びＶｍｉｎの意味は上述した通りである。下段は高周波交流電源８のタイムチャートを示している。なお、横軸は時間である。【００６０】
高周波交流電源８をＯＮにし、駆動コイル２によって発生する磁場よって感温磁性体１を誘導加熱し続けると、やがて感温磁性体１の温度は目標温度（感温磁性体１のキュリー点）に近づき、ロックインアンプ６による検出信号がＶｍｉｎに近づく。その後、高周波交流電源８をＯＦＦにして被計測部の加熱をやめると、被計測部の温度は下がり始めるため、しばらくしてからロックインアンプ６による検出信号がＶｍａｘに近づき始める。このとき、高周波交流電源８をＯＦＦにしたままでは駆動コイル２にも電力が供給されなくなるため、ロックインアンプ６（ピックアップコイル３）からの検出信号も得られなくなる。したがって、間欠的に高周波交流電源８をＯＮにすることで離散的に検出信号（温度情報）を得る。このように、感温磁性体１を加熱する際には高周波交流電源８を常時ＯＮにし、温度保持時には間欠的に高周波交流電源８をＯＮにすることで離散的に検出信号（温度情報）を得つつ、被計測部の温度を制御することができる。【００６１】
これまでの本発明の説明では、磁場発生源及び磁気センサとしてコイルを用いる形態について説明してきたが、本発明はかかる形態に限定されるものではない。本発明の温度計測方法は、磁場発生源から磁場を発生させ、温度に依存する感温磁性体の磁性の影響を受けて変化するその磁場の磁束ベクトルの変化を検出することができれば良い。したがって、本発明に用いることができる磁場発生源のコイル以外の具体例としては、超伝導コイル、永久磁石などを挙げることができる。また、磁気センサとしては、コイル以外に、ホール素子、磁気抵抗効果素子、フラックス・ゲートセンサ、ファラデー素子、超伝導量子干渉素子などを挙げることができる。ただし、システムの耐久性の向上、コストの低減、半導体素子において生じるｃｒｏｓｓ‐ａｘｉｓ  ｅｆｆｅｃｔの除去などの観点からは、磁場発生源及び磁気センサとしてコイルを用いることが好ましい。
【実施例】
【００６２】
以下、実施例を参照しつつ、本発明についてさらに説明する。【００６３】
本発明の温度計測方法の妥当性を検討するため、上記計測ユニット１０と感温磁性体を用いて種々の試験を行った。以下の試験では、駆動コイル２に６４０Ｈｚ、１０Ａｐ‐ｐの交流電流を流して行った。また、感温磁性体としては、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＺｎＯ、及びＭｇＯからなるものを用いており、特に説明がない限り、キュリー点を４３℃に設定したもの（組成比［ｍｏｌ％］が、Ｆｅ２Ｏ３：ＣｕＯ：ＺｎＯ：ＭｇＯ＝４９：７：３０：１４）を用いている。【００６４】
＜任意の距離における感温磁性体の温度と検知装置の出力電圧の関係＞
直径２ｃｍの球状の感温磁性体を、水が張られた水槽内に入れ、ピックアップコイル３をその感温磁性体から任意の距離（２ｃｍ、２．５ｃｍ）に設置した。そして、感温磁性体が入れられた水槽内の水温（以下、単に「水温」という。）を変えたときの、駆動コイル２から発生される交流磁場の磁束ベクトルの変化を調べた。この試験では、温熱療法における体内での治療を想定し、水温を３２℃から４５℃まで連続して変化させ、水温とロックインアンプ６で検出される出力電圧（以下、単に「出力電圧」という。）の関係を調べた。【００６５】
図９は水温と出力電圧の関係を示している。図中の「ｄ＝」とは、感温磁性体とピックアップコイル３の距離を意味する。横軸は水温（感温磁性体周辺の温度）、縦軸は出力電圧を示している。図９より、感温磁性体のキュリー点（４３℃）前後で、出力電圧が大きく変化していることがわかる。したがって、本発明の温度計測方法によれば、磁束ベクトルの変化量を検出することによって、非接触で被計測部の温度が任意の温度（感温磁性体のキュリー点）に達したかどうかを確認できることがわかる。【００６６】
次に、ピックアップコイル３と感温磁性体の距離を、１ｃｍ、２ｃｍ、３ｃｍ、４ｃｍ、５ｃｍ、６ｃｍ、及び７ｃｍに変えて、水槽内の水温が３７℃、４０℃、４３℃、及び、４６℃のときの水温と出力電圧の関係を調べた。【００６７】
図１０は、水槽中の感温磁性体からピックアップコイル３を任意の距離（１ｃｍ、２ｃｍ、３ｃｍ、４ｃｍ、５ｃｍ、６ｃｍ、及び７ｃｍ）に置いたときの、水温と出力電圧の関係を示している。図中の「ｄ＝」とは、感温磁性体とピックアップコイル３の距離を意味する。横軸が水温（感温磁性体周辺の温度）、縦軸が出力電圧を示している。感温磁性体とピックアップコイル３の距離が６ｃｍの場合の出力電圧を調べると、本実験条件ではキュリー点の前後で−１５ｄＢの差が得られており、感温磁性体とピックアップコイル３の距離が６ｃｍの場合でも十分に計測可能であることがわかった。【００６８】
より離れた位置における感温磁性体の温度（透磁率）の変化を検出するためには、駆動コイル２の磁束密度を上げる、ピックアップコイル３のインダクタンスを上げる、駆動コイル２の内径を大きくする等が考えられる。【００６９】
＜ファントム中の感温磁性体粉の温度と出力電圧の関係＞
粒径５０μｍ〜１５０μｍの感温磁性体の粉体１ｇを模擬生体（ファントム）中に埋め込み、光ファイバー温度計によって、その感温磁性体粉体中心部の温度を計測した。【００７０】
図１１は、ファントムに注入した感温磁性体粉体の温度と出力電圧の関係を示している。図１１に示すように、キュリー点付近で感温磁性体粉体の温度は急激に低下した。これは、粉体の状態では、大きさが小さくなったことによって熱容量が小さくなり、急激な温度変化にも追従できたからであると考えられる。したがって、感温磁性体を粉体にして用いることによって、キュリー点付近での温度を高感度に検知できることがわかる。【００７１】
＜連続的な温度計測＞
異なるキュリー点を持つ感温磁性体を複数併用し、連続的な温度計測を行った。なお、ここでは、４３℃にキュリー点を持つ感温磁性体粒子と４８℃にキュリー点を持つ感温磁性体粒子とを、１ｇずつ混合したファントムを対象として磁束ベクトルの変化を計測した。【００７２】
図１２において横軸は被計測部の温度、縦軸は磁束密度を示している。この磁束密度は、出力電圧と磁束密度が比例関係にあることを利用し、実験式に基づいて換算したものである。図１２より、キュリー点である４３℃および４８℃において磁束ベクトルの大きな減少が見られるが、４３℃から５２℃の範囲で磁束密度は、ほぼ線形に減少しており温度と磁束ベクトルが比例関係にあることを確認できる。この結果から、複数のキュリー点を有する感温磁性体の組み合わせにより連続的な温度計測を実現できることがわかる。【００７３】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う温度計測方法、及び温度制御方法、並びにそれらの方法に用いるシステムもまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【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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【国際調査報告】
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