(57)【要約】可搬性のある装置を使用し、磁場への被爆量および／または磁場の変化への被爆量を測定する。装置（１０）は、一時的磁場強度を測定する第１センサ（１４）と、第１センサに隣接し、かつ同方向に配向され、磁場の時間変化率を示す出力を提供する第２センサ（１５）とを含む。積分器（２２）は、第２センサ（１５）から出力された変化率を時間とともに積分し、磁場における相対変化を導き出す。プロセッサ（２０）は、少なくとも第１センサおよび積分器の出力に接続されている。プロセッサは、第１センサの出力が第１センサの通常の動作範囲内にある場合、それを磁場強度として、そうでない場合は、積分器からのものを磁場強度として選択的に示す。メモリ（２４）は、第２センサ（１５）の出力に接続され、磁場の変化への累積曝露量を保存する。３対の第１および第２センサは、各対がそれぞれ直交方向に配向されていてもよい。
2008514930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場強度を測定するための装置であって、
一時的磁場強度を測定する第１センサと、
前記第１センサと隣接し、かつ同方向に配向され、前記磁場の時間変化率を示す出力を提供する第２センサと、
前記磁場における相対変化を導き出すために、前記第２センサから出力された変化率を時間とともに積分演算する積分器と、
少なくとも前記第１センサおよび前記積分器の出力に接続されたプロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、磁場強度の値により、前記第１センサまたは前記積分器の出力から磁場強度を選択的に表示することを特徴とする、磁場強度測定装置。
【請求項２】
前記装置は、対になった第１センサおよび第２センサを複数有し、各対が複数の向きそれぞれに配向されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置は、３対の第１および第２センサを有し、各対は３つの直交方向のそれぞれに配向されていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１センサは、ホール効果センサであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第２センサは、前記磁場の時間変化率に応答するコイル装置を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記積分器は、前記プロセッサに組み込まれていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記プロセッサは、前記第１センサの出力が、前記第１センサの通常の動作範囲内である場合、前記第１センサの出力を磁場強度を示すものとして選択し、それ以外の場合、前記プロセッサは、前記第１センサの所定の出力を積分の始点として使用し、前記積分器の出力を磁場強度の測定値として選択するようプログラムされていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１センサ、前記第２センサおよび前記積分器の１以上の出力に接続され、磁場への累積被爆量および／または磁場における変化率を記録するメモリをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記装置は、可搬性があり人が装着するのに適していることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置は、実質的に非磁性体で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
磁場強度の測定方法であって、
第１センサで一時的磁場強度を測定し、
前記第１センサに隣接し、かつ同方向に配向された第２センサで前記磁場の変化率を測定し、
前記磁場の相対変化を導き出すために、前記第２センサから出力された変化率を時間とともに積分し、
磁場強度の値により、前記第１センサまたは前記積分による出力から磁場強度を選択的に表示することを特徴とする、磁場強度の測定方法。
【請求項１２】
前記第１センサの出力が、前記第１センサの通常の動作範囲内である場合、前記第１センサの出力を磁場強度を示すものとして選択し、それ以外の場合、前記積分の出力を磁場強度を示すものとして選択することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１センサの通常の動作範囲内にある所定の出力を、前記積分の始点として使用することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記積分の出力が磁場強度を示すものとして使用された期間に続き、前記第１センサの出力が磁場強度を示すものとして選択された場合、前記積分の出力はリセットされ、前記第１センサの出力と対応付けられることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
磁場における変化への曝露を記録する装置であり、
人に取り付けられ、前記人が曝露されている磁場の変化を測定する可搬性のあるセンサと、
前記センサの出力に接続され、前記磁場の累積変化を記録するメモリ手段と、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項１６】
前記センサは、前記磁場の時間変化率に応答するコイル装置を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場への一時的および／または累積被爆量を測定および記録する方法および装置に関する。好適な実施形態において、本発明は、磁場、磁場勾配、およびそのような磁場における動きの個人携帯用線量測定を提供する可搬型装置であり、広範囲の磁場強度を測定可能である。
【背景技術】
【０００２】
繰り返しかつ／または長期に及ぶ静磁場および静磁場勾配への曝露は、いくつかの専門分野において職務上起こっていることであり、例えば、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）を取り扱う病院技師、高エネルギー物理実験に従事する研究者、およびアルミ精錬工場労働者などが挙げられる。静磁場は電離放射線に比べはるかに害が少ないことが認められているものの、強静磁場への繰り返しの曝露は通常、規制当局の慎重な注意をもって取り扱われており、職務上の曝露を制限する勧告も存在している。例えば、英国の英国放射線防護庁（The National Radiation Protection Board）（NRPB）のガイドラインは、１日８時間労働で時間加重被爆量を０．２Ｔに制限するよう示唆している。このガイドラインは、頭部または胴体ではなく、手足だけが磁場に曝されている場合には、１労働日に２Ｔを超える被爆を許可している。
【０００３】
さらに、人体が静磁場、特に（ほとんどがそうであるように）空間内で異なる静磁場を移動する場合、電流が体内に誘導される。電気的な観点から見た場合、事実上、人体は導電性誘電体組織の不均一（heterogeneous）なアレイである。上述の電流は、生物学的機能を乱す恐れがある（例えば、John F. Schenck, " Safety of Strong, Static Magnetic Fields", J. Magn. Reson. Reson. Imag. 12: 2-19, 2000を参照のこと）。
【０００４】
（エックス線などの）電離放射線用の線量測定は既知であり開発済みである。多くの電磁線量計が先行技術文献に記載されている。例えば、米国特許第４，６７２，３０９号や６，４８６，６６４号には、無線周波電磁被爆量、つまり高周波被爆量を監視するための装置が記載されている。
静磁場勾配への曝露は、人が空間において均一でない静磁場を移動した場合や、静磁場がある値から別の値に切り替えられた場合に起こり得る。また、これら両方の作用の組み合わせも可能である。ＭＲＩマグネット中およびその周辺の磁場は、磁場の空間的変動の一例である。ＭＲＩマグネットは通常、構造体の中央部に空間（volume）があり、強力で非常に均一な静磁場を生成するが、磁場中、強力な長期勾配はこの中央部分の外に存在する。患者の中には、ＭＲＩスキャナーの中に入った時、スキャナーに入っていく際に頭部を動かした時、ＭＲＩスキャナー内にいる時などに不快感を覚えるものもいる。報告されている不快感には、落下感、閃光感覚（magnetophosphenes）、口内における金属味または筋肉の痙攣（末梢神経刺激）などがある。
【０００５】
磁場勾配のスイッチング時に同様の影響が記されている。磁場勾配は、静磁場のｚ成分において線形磁場勾配を生成するＭＲＩ装置において使用される。このような勾配は、ＮＭＲ信号を空間的にエンコードし、画像を生成するために使用される。勾配は画像の生成時に定期的にスイッチングされる。
空間的に変化する磁場での移動は、体内に著しい渦電流を誘導する（L. Feng, H. Zhao and S.Crozier, "Induced fields by body movement and head-shake in High-Field MRI", J. Magn. Reson. 161/1 pp 99 - 107, 2003）。体内でのそのような磁場誘導の性質を考察することは有益であり、体内に誘導された磁場の計算および４テスラのＭＲＩ磁気システム周辺での動きのシミュレーション例は、S.Crozier and L. Feng, "Numerical evaluation of the fields induced by body motion in or near high-field MRI scanners", Progress in Biophysics and Molecular Biology, Volume 87, Issues 2-3, February-April 2005, Pages 267-278内で紹介されている。
【０００６】
概ねこのシミュレーションが示しているのは、典型的な体動により誘導される磁場は、ＭＲＩのシナリオにおいてスイッチングされた勾配コイルにより誘導される磁場より弱いが、それと同様の強さであり、健康に悪影響を及ぼす可能性があるということである。
磁場強度を測定する既知の装置は多種あり、磁気計、テスラメータ、ガウスメータおよび磁束計として種々知られている。これらのいくつかは可搬性がなく、あるいは携帯できる仕様ではない。したがって、業務において常に磁石の周囲を移動している個人が個人の磁場への曝露を測定するには適していない。
【０００７】
一般的に、可搬性のある磁気計は、ホール効果センサ、または「ホールプローブ」を使用し磁場を感知する。なぜなら、そのようなプローブは小型に製造することができるからである。しかし、ホールプローブの多くが有する欠点は、飽和のためダイナミックレンジに限界があるということである。結果として、高磁場強度を正確に測定または記録することができない。中には広い動作範囲を有するホールプローブもあるものの、それらは嵩高く、高価になる傾向があり、低磁場強度において分解能に欠ける。
【０００８】
ほとんどの磁気計は、一時的な磁場強度の測定用であり、磁場への累積被爆量を記録するものではない。
さらに上述の通り、スイッチングされた磁場や時間変化磁場または静磁場勾配での移動などにより引き起こされる磁場強度の変化は、人体に有害な影響を与える可能性がある。通常、既知の磁気計は、人が経験する磁場における変化を適切または満足に測定および／または記録することができない。
【０００９】
本発明の目的は、個人の磁場への一時的被爆量および／または累積被爆量を測定および記録する、改良された方法および装置を提供することである。
【発明の開示】
【００１０】
１つの広い態様において、本発明は磁場強度を測定するための装置を提供し、
一時的磁場強度を測定する第１センサと、
前記第１センサと隣接し、かつ同方向に配向され、前記磁場の時間変化率を示す出力を提供する第２センサと、
前記磁場における相対変化を導き出すために、前記第２センサから出力された変化率を時間とともに積分演算する積分器と、
少なくとも前記第１センサおよび前記積分器の出力に接続されたプロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、磁場強度の値により、前記第１センサまたは前記積分器の出力から磁場強度を選択的に表示することを特徴とする。
【００１１】
別の態様において、本発明は磁場強度の測定方法を提供し、第１センサで一時的磁場強度を測定し、
前記第１センサに隣接し、かつ同方向に配向された第２センサで前記磁場の変化率を測定し、
前記磁場の相対変化を導き出すために、前記第２センサから出力された変化率を時間とともに積分し、
磁場強度の値により、前記第１センサ手段または前記積分による出力から磁場強度を選択的に表示する、ことを特徴とする。
【００１２】
好適な実施例において、第１センサは、曝されている磁場を直接測定するホール効果センサ、またはホールプローブである。第２センサは、磁場内での電流または電圧の誘導による磁場の時間変化率に応答するコイル装置を備えている。積分器は、コイル装置の出力に接続されたアナログまたはデジタル積分器である。コイル出力は積分され、磁場内に変化をもたらす。
【００１３】
使用において、積分によって導き出された磁場の相対変化は、第１センサがその動作範囲内にある間に提供する絶対値を基準にすることで、意味のあるものまたは有益なものとなる。
プロセッサは、一般に適切なソフトウェアまたはファームウェアを有するマイクロプロセッサである。ホールプローブの通常の動作範囲内において、マイクロプロセッサは、ホールプローブの出力を磁場強度を示すものとして選択する。しかし、ホールプローブが所定の磁場強度を超える強い磁場強度において飽和したり、あるいは反応を止めてしまった場合、マイクロプロセッサは、ホールプローブの非飽和の出力を積分の始点として使用し、積分器の出力を磁場強度の測定値として選択する。
【００１４】
このようにして、本装置は広範囲に渡る磁場強度の正確な測定値を提供することができる。特に、本装置は、弱い磁場強度において高い分解能を達成するホールプローブを使用することができる上、ホールプローブの通常の動作範囲に限定されない。さらに、ホールプローブとコイルを組み合わせて使用することにより、本装置は広範囲のダイナミックレンジを有し、０ヘルツ（ＤＣ）から数十キロヘルツに渡る帯域幅内で動作可能である。
【００１５】
概して、積分器の出力が所定の磁場強度を下回る場合、つまり、ホールプローブの動作範囲内に戻った場合、マイクロプロセッサは、ホールプローブの出力を磁場強度の測定値とするよう切り替える。積分器の出力もリセットされるか、ホールプローブの出力と対応づけられる。
本装置は、複数の方向に配向された第１および第２センサの対を複数有し、概して各対が３つの直交方向のそれぞれに向いていることが望ましい。センサの対を複数有することで、複数の配向にある磁場および磁場勾配を感知することが可能になり、強度と方向の両方を算出することができる。
【００１６】
概して、（電池または電源を含む）本装置は、高磁場環境において有用なものとなりうるために非磁性とする。
また本装置は、第１センサ、第２センサおよび積分器の１または複数の出力に接続され、磁場への累積被爆量および／または磁場における変化率を記録するためのメモリ手段を含んでいることが好ましい。このメモリ手段は、ピーク値、加重平均被爆量、およびあらかじめ設定した値を超えた曝露時間を記録し、本装置の多用途性を拡大してもよい。（これらの値は、メモリ手段から測定データを受け取る別のプロセッサが算出してもよい。）
本装置は、可搬性を有し人が装着可能であることが望ましい。センサは装置の残りの部分から離されていてもよい。
【００１７】
また別の態様において、本発明は磁場における変化への曝露を記録する装置を提供し、
人に取り付けられ、前記人が曝露されている磁場の変化を測定する可搬性のあるセンサと、
前記センサの出力に接続され、前記磁場の累積変化を記録するメモリ手段と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
概して、センサは磁場の時間変化率に応答するコイルを含んでいる。
本発明をさらに十分に理解し、実現するため、添付の図面を参照しながら、本発明の好適な実施例を例として示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
好適な実施例において、本発明は、磁場への被爆量および／または磁場の変化率を測定する可搬型線量計である。さらに詳細には、本線量計は、広範囲に渡る静磁場への一時的かつ累積的被爆量を携帯しながらモニタリングすることを可能にする。また、モニタリング対象の個人が曝されている累積静磁場勾配量をモニタリングおよび測定することで、磁場勾配の線量測定を提供する。
【００２０】
本線量計の電気的構成図を図１に示す。線量計１０は、３つのセンサ回路１１、１２および１３を備え、それぞれがｘ、ｙ、ｚ軸用である。図１では、センサ回路１１のみ詳細に示されているが、他の２つのセンサ回路１２および１３も同様の構成であることを理解されたい。
各センサ回路１１、１２、１３は、第１および第２センサを備えている。センサ回路１１において、第１センサは、一配向の静磁場を感知するために使用されるホール効果センサ１４（ホールプローブ）である。ホール効果センサ１４と共に配置されるのは、少なくともワイヤの１つのループからなるコイル１５である。コイル１５は、ファラデーの誘導の法則により磁場勾配または変化を感知する作用をする。
【００２１】
センサ１４および１５の対は、同じ方向に配向されている。下記に記載の通り、静磁場および磁場勾配の大きさと方向の測定および累積的記録が可能となるよう、３対のセンサ回路１１、１２、１３は、それぞれ３つの直交方向に配向されていることが好ましい。
ホール効果センサ１４は、弱い（一時的な）磁場強度の直接測定を提供する。そのアナログ出力は、アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１６によりデジタル形式に変換され、マイクロプロセッサ２０のデジタル入力／出力回路１７に供給される。
【００２２】
ホール効果センサ１４が感知した磁場のいかなる変化もコイル１５内に電流を誘起し、そしてそれがコイルに電圧を発生させる。通常、これは弱い電圧で、バッファ増幅器２１でバッファされ増幅される。
そして増幅器２１の出力は、低ドリフトアナログ回路構成を使って積分器２２で積分され、ある始点から磁場強度において変化を与える。静磁場センサ１４は、コイル１５から導き出された磁場変化の始点を提供する。積分器２２は、線量計１０の動作を制御するマイクロプロセッサ２０によりいつでもリセットされる。
【００２３】
コイル１５の増幅された出力およびその積分器２２からの積分結果との両方がアナログ−デジタルコンバータ２３に供給され、そこでデジタル化され、マイクロプロセッサ２０に入力される。よって、磁場強度と磁場強度における変化の両方が測定される。
しかしながら、ホール効果センサの範囲には限界がある。ホール効果センサ１４は、弱い磁場強度に関しては正確な測定をするものの、強い磁場においては飽和したり、反応が止まってしまう可能性がある。磁場強度がホール効果センサの動作範囲内にある場合、マイクロプロセッサ２０は、センサ１４の出力を磁場強度測定値として選択する。磁場強度が所定値を超える場合（所定値は通常、センサ１４の規定された上限動作限度より若干低く設定されている）、マイクロプロセッサ２０は、コイル１５の積分された出力を磁場強度測定値として選択する。（磁場強度がホール効果センサの動作範囲内にある場合、積分された出力は定期的にホール効果センサ１４の出力に対して較正される。）
このことは、ホール効果センサの出力電圧と、磁場の変化率（dB/dt）に比例し、ホールセンサに隣接するコイル内に誘起された電圧とを時系列に示したプロット図である図３に示されている。また、スケーリングされ、ホールセンサ出力上に重ねられたコイル電圧（deltaB）の積分結果も示されている。このデータは、医療従事者が４ＴのＭＲＩマグネット周辺を歩いている際に収集されたものである。選択的にdeltaB出力を使用することによって、線量計はホール効果センサの通常の動作範囲をはるかに超える磁場強度を測定することができる上に、ホール効果センサの低磁場における高い分解能の恩恵を受けられることが見て取れる。
【００２４】
つまり、磁場勾配センサ１５からの出力は、積分され静磁場に変化を与え、飽和または動作範囲を超える前のホール効果センサ１４の測定値と重ね合わせる。マイクロプロセッサ２０は、累積的に記録されている静磁場の合計を算出する。この有利な特徴により、線量計１０を、強い線源（sources）から離れた弱い磁場値と、線源（sources）に近い高い磁場とに適応し、それらを正確に測定することができる多範囲装置とすることを許容し、よって、ホール効果センサのみに基づいた静磁場測定用装置の限界を克服し、ＭＲＩ線量測定やその他の分野で要求される測定における広ダイナミックレンジを提供することができる。
【００２５】
またマイクロプロセッサ２０は、増幅器２１の出力の直読値から磁場勾配への累積曝露量を測定および記録する。
磁場および／または勾配曝露のピーク値、磁場強度および／または勾配の加重平均、あらかじめ選択された値を超える磁場強度および／または勾配への曝露期間など、状況に応じたレポートを提供するよう、マイクロプロセッサ２０をプログラムすることも可能である。また、上述のような曝露パラメータの１つ以上が、あらかじめ選択された限界値を超える場合、アラームを発生させるようマイクロプロセッサ２０をプログラムすることもできる。
【００２６】
線量計１０は、個人で携帯もしくは着用できる、小型のプラスチック収容部に封入できる小型で電池式の可搬性がある装置として製造することができる。線量計の全ての部品は非磁性であり、強い磁場においても使用できるようになっている。
線量計１０の別の構成図を図２に示す。（線量計１０の回路図は、関連オーストラリア特許出願番号２００４９０５５７９に示されており、その開示を本明細書で援用する。）
図２が示す通り、電池および電池管理システムの形態をとる電源は、装置が便利に携帯用装置として使用されうるよう使用される。そのように使用されるための要件には、非磁性構成、多電圧出力および高効率が含まれる。（市販の一次電池やバッテリーは、通常、強磁性体に入れられており、高静磁場の近傍に持ち込まれた場合、重大な衝撃の（ballistic）危険を引き起こす可能性がある。）強磁性部品を有する電池の欠点を回避できるため、リチウムイオン化学に基づいた電池を使用する。そのような電池は、ポケットやベルトに装着できる装置に適した物理的に小型のものである。
【００２７】
好適な実施例における電子回路の異なる性質のため、装置内で複数の電圧供給または電源バス（rail）を必要とする。アナログ増幅、ホールセンサ、およびマイクロコントローラＩＣ（microcontroller integrated circuits）は、動作するために異なる電圧供給を必要とする。このような課題に対しての従来のアプローチは、スイッチモード電源コンバータを使用することである。この技術は、交流を流した場合のインダクタの電気的性質に基づいている。このような役割を果たすのに適したインダクタは、鉄粉末芯（フェライト磁心）を有しており、その磁気的性質は強い静磁場で飽和する。この両立不能性を回避するため、インダクタのない電源またはスイッチトキャパシタ電源を使用することが好ましい。このような技術の効率性は、インダクタに基づいた技術に匹敵するもので、この方法に用いられる部品は、強い静磁場および交流磁場に耐えうる。
【００２８】
図１を参照すると、線量計１０は、適したデータ記憶媒体も含んでおり、例えば、フラッシュメモリなどの固定内部メモリ２４および着脱可能メモリ２５の両方を含んでいることが望ましい。線量計１０は、ＬＣＤなどのディスプレイ２６、およびコンピュータまたはドッキングステーションとの外部通信用のポート２７を有していてもよい。ディスプレイが取り付けられた場合、線量計１０を磁場または磁場勾配マッピングシステムとして使用してもよい。
【００２９】
上述したことは本発明の一実施例に過ぎず、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者にとって自明の変更をすることができる。
例えば、上記の実施例は低ドリフトアナログの積分を使用している。しかし、別の技術においても、信号をデジタル化および数値積分し、積分結果を得ることができる。
さらに、ホール効果センサを、磁わい装置またはその他の磁界検出素子に置き換えても良い。
【００３０】
図示している実施例において、センサ１４、１５は、マイクロプロセッサ２０と共に線量計収容部に位置している。別の実施例において、ホールセンサおよびループセンサは、線量計電子装置から離れた所に位置している。例えば、センサ１４、１５は、シャツの襟に留めておくことで、頭部が受ける被爆線量の推定量を把握することができる。一方で、残りの線量計は、センサ出力と連通してポケットに入れておけばよい。
【００３１】
また本発明の別の実施例では、単に磁場の変化または勾配への累積被爆を記録するためだけに線量計を使用する。この実施例では、上述のコイルセンサが用いられ、その出力はデジタル化され、マイクロプロセッサに保存される。ホールプローブまたはそれに匹敵する装置により測定された磁場強度への累積被爆量も記録されることが好ましい。
本発明の方法および装置は、磁石周辺の磁場のプロット図を確認したり生成したりするために使用することもできる。
【００３２】
クレームを含む本明細書において、文脈が許す限り、「備える（"comprising"、"comprises"）」は、記載されている整数を含むような包括的な意味に解釈され、必ずしも他のものを除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例による線量計の構成図。
【図２】図１に係る線量計の別の構成図。
【図３】図１に係る線量計が測定した磁場強度および磁場変化のグラフ。
【図１】
2008514930.tif 000003
【図２】
2008514930.tif 000004
【図３】
2008514930.tif 000005
【国際調査報告】
2008514930.tif 000006
2008514930.tif 000007