(57)【要約】【課題】本発明の目的は、生体磁気計測装置におけるＳＱＵＩＤセンサを冷却するための冷媒の残量を生体磁気計測中も常時監視する方法を提供することと、かつ冷媒の残量計測によって蒸発する冷媒の量を無くす技術を提供することである。【解決手段】クライオスタットからガス化した冷媒を排出するための配管には圧力計と流量計と温度計を備え、該圧力計と該流量計と該温度計の値から、気体の状態方程式を用いてガス化した冷媒の液体時の量（消費量）を計算する手段を備えた生体磁気計測装置が提供される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を貯蔵する冷媒容器と、
該冷媒容器中の気化した冷媒を該冷媒容器から外部に放出する配管と、
を備えた冷却システムにおいて、
前記配管中を流れる気化した冷媒の量を測定することにより前記冷媒容器中の冷媒の減少量を測定する機能を備えたことを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
冷媒を貯蔵する冷媒容器と、
該冷媒容器中の気化した冷媒を該冷媒容器から外部に放出する配管と、
を備えた冷却システムにおいて、
前記配管中を流れる気化した冷媒の流量，温度，圧力を測定することにより該配管中を流れる気化した冷媒の量を算出し、前記冷媒容器中の冷媒の減少量を測定する機能を備えたことを特徴とする冷却システム。
【請求項３】
請求項２記載の冷却システムにおいて、
測定された圧力の値と、該温度の値と、該流量の値と、該圧力，流量計，温度の値から算出された気化した冷媒の液体時の量と、計測時刻と、を記憶する記憶手段を備えることを特徴とする冷却システム。
【請求項４】
請求項２または３記載の冷却システムにおいて、
該冷媒容器に入れた冷媒の量と、前記配管中を流れる気化した冷媒の圧力，流量，温度の値から算出したガス化した冷媒の液体時の量に基づき、前記冷媒容器に入っている冷媒の残量を計算する手段を備えたことを特徴とする冷却システム。
【請求項５】
被験者から発生する磁場を検出する超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）を備える磁気センサと、
該超伝導量子干渉素子を低温に保持するための冷媒を貯蔵するクライオスタットと、
前記超伝導量子干渉素子の駆動回路を含む磁束計回路と、
該磁束計回路を制御する制御手段と、
計測データを記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶された計測データを解析するデータ処理装置と、
を備えた生体磁気計測装置であって、
更に、前記クライオスタットから気化した前記冷媒を排出するための配管を備え、
前記配管には圧力計と流量計と温度計を備え、
該圧力計と該流量計と該温度計の値から気化した冷媒の液体時の量を計算する手段を備えたことを特徴とする生体磁気計測装置。
【請求項６】
請求項５記載の生体磁気計測装置において、
該圧力計の値と、該温度計の値と、該流量計の値と、前記圧力計と流量計と温度計の値から計算した気化した冷媒の液体時の量と、計測時刻と、を記憶する記憶手段を備えたことを特徴とする生体磁気計測装置。
【請求項７】
請求項５記載の生体磁気計測装置において、
該クライオスタットに入れた冷媒の量と、該圧力計と流量計と温度計の値から計算した気化した冷媒の液体時の量から、該クライオスタットに入っている冷媒の残量を計算する計算手段を備えたことを特徴とする生体磁気計測装置。
【請求項８】
被験者から発生する磁場を検出する超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）を備える磁気センサと、
該超伝導量子干渉素子を低温に保持するための冷媒を貯蔵するクライオスタットと、
前記超伝導量子干渉素子の駆動回路を含む磁束計回路と、
該磁束計回路を制御する制御手段と、
計測データを記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶された計測データを解析するデータ処理装置と、
前記クライオスタットから気化した冷媒を排出するための配管と、
を備えた生体磁気計測装置の冷媒残量監視方法であって、
前記配管を流れる気化した冷媒の圧力と流量と温度を計測する計測ステップと、
該計測ステップにより計測された圧力と流量と温度の値から気化した冷媒の液体時の量を算出する算出ステップと、
該算出された液体時の冷媒の量に基づき、前記クライオスタット中の冷媒の残量を算出するステップと、
を備えたことを特徴とする生体磁気計測装置の冷媒残量監視方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成人，小児，胎児などの心臓や脳などから発生する微弱な磁気信号を計測するＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ：超伝導量子干渉素子）磁束計を含めた生体磁気計測装置に係り、特にＳＱＵＩＤセンサを作動温度まで冷却するための冷媒の残量を監視する機構を備えた生体磁気計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、成人，小児，胎児などの心臓や脳などから発生する生体磁気信号の検出はＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ：超伝導量子干渉素子）磁束計を用いて検出されている。
【０００３】
特許文献１には、生体磁気計測装置においてＳＱＵＩＤセンサを冷却するための冷媒の残量を監視する方法について記載されている。
【０００４】
すなわち、生体磁気計測装置におけるＳＱＵＩＤセンサを冷却するための冷媒の残量を計測する手段として、冷媒の中に挿入された超伝導棒材の抵抗を測定することにより、冷媒の残量を測定している。冷媒の液面以下の超伝導棒材部分は電気抵抗がゼロとなるため、超伝導棒材の電気抵抗に応じた信号を出力することで、冷媒の液面の高さが測定でき、よって残量を知ることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２８１７２３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１で開示されている冷媒の中に挿入された超伝導棒材の抵抗を測定することにより冷媒の残量を計測する手段は、超伝導棒材がＳＱＵＩＤ磁気センサの近くにあるため、ノイズの発生源となり生体磁気計測中は冷媒の残量の計測はできないという問題がある。また、超伝導棒材の抵抗を測定するために電流を流すことから、クライオスタットの中に熱源を持ち込むことになり、冷媒に熱が加わり必要以上に冷媒を蒸発させてしまうという問題もある。本発明の目的は、生体磁気計測装置におけるＳＱＵＩＤセンサを冷却するための冷媒の残量を生体磁気計測中も常時監視する方法を提供することと、かつ冷媒を残量計測することにより蒸発する冷媒の量を低減する技術を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための本発明の構成は以下の通りである。
【０００８】
冷媒を貯蔵する冷媒容器と、
該冷媒容器中の気化した冷媒を該冷媒容器から外部に放出する配管と、
を備えた冷却システムにおいて、
前記配管中を流れる気化した冷媒の量を測定することにより前記冷媒容器中の冷媒の減少量を測定する機能を備えた冷却システム。
【０００９】
気化した冷媒の量を測定する方法としては配管中を流れる気化した冷媒の流量，温度，圧力を測定することが最も簡便であるが、これ以外の方法でも量を測定できる方法であれば本発明に含まれる。
【００１０】
本発明の対象としている冷媒としては液体窒素，液体ヘリウム等の極低温の冷媒であることが望ましい。このような冷媒の残量を監視することは、冷媒を使用する機器の運用に重要であり、冷媒残量を監視するためのシステムを付加してもコスト的に十分ペイするものになるからである。適用装置としては、液体ヘリウムを冷媒として用いるものとして、生体磁気測定装置，磁気共鳴計測装置（ＭＲＩ），超伝導電力貯蔵装置（ＳＭＥＳ），超伝導モーター等が挙げられるが、もちろんこれに限定されるものではない。
【００１１】
また液体窒素を用いるシステムとしては、電子顕微鏡や、宇宙からの微弱な電波を検出するための超高感度電気信号増幅装置等が挙げられる。
【００１２】
また、本発明が適用されるシステムとしては、冷媒貯蔵容器から気化した冷媒が配管を通して外部に放出されるシステムであることが好適である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に生体磁気計測装置を例にして本発明を説明する。
【００１４】
すなわち、構成としては、
被験者から発生する磁場を検出する超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）を備える磁気センサと、該超伝導量子干渉素子を低温に保持するための冷媒を貯蔵するクライオスタットと、前記超伝導量子干渉素子の駆動回路を含む磁束計回路と、該磁束計回路を制御する制御手段と、計測データを記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された計測データを解析するデータ処理装置と、を備えた生体磁気計測装置であって、更に、前記クライオスタットから気化した前記冷媒を排出するための配管を備え、前記配管には圧力計と流量計と温度計を備え、該圧力計と該流量計と該温度計の値から気化した冷媒の液体時の量を計算する手段を備えた生体磁気計測装置に関して説明する。
【００１５】
ガス化した冷媒の液体時の量は、
（１モルあたりの液体の体積）×（圧力×流量×時間）／（温度×気体定数）の計算式により求められる。
【００１６】
該圧力計の値と、該温度計の値と、該流量計の値と、前記圧力計と流量計と温度計の値から計算したガス化した冷媒の液体時の量と、計測時刻データは、記憶手段によって記憶される。
【００１７】
更に、該クライオスタットに入れた冷媒の量を知る手段を備えることで、前記ガス化した冷媒の液体時の量を差し引き、該クライオスタットに入っている冷媒の残量を計算する手段を備える。
【００１８】
該クライオスタットに入れた冷媒の量を知る手段は、どのようなものであっても良いが、超伝導体で作られたものに電流を流し、その抵抗値により冷媒の量を測定するものが一般的である。これは、超伝導体が冷媒の液面に接触している部分は電気抵抗が０であるのに対し、冷媒に接触していない部分は抵抗が発生することを使用し、その抵抗値によって液面を検出するものでる。容量が既知のクライオスタットに１００％補充されたときの高さに超伝導体を設置し、抵抗値を計測しながら補充し、抵抗値が０になったときに、補充を止めれば、クライオスタットにちょうど１００％補充されたことになる。
【００１９】
更に本発明の一実施例を図を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施例である生体磁気計測装置の構成を示す図である。図１に示すように磁気シールドルーム１内には、被験者９が横になるベッド４と複数個（複数チャンネル）のＳＱＵＩＤ磁気センサおよびＳＱＵＩＤ磁気センサを超伝導状態に保持するための冷媒（液体ヘリウムまたは液体窒素）が貯蔵されたクライオスタット２と、クライオスタット２を機械的に保持するガントリー３が配置されている。ベッド４は、Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向に移動可能である。磁気シールドルーム１の外部にはＳＱＵＩＤ磁束計の駆動回路５と、アンプ回路およびフィルタ回路ユニット６と、データ取り込みおよびデータ解析用コンピュータ７と、が配置されている。
【００２１】
ＳＱＵＩＤ磁気センサによって検出された生体磁気信号は、アンプ回路およびフィルタ回路ユニット６により増幅され、かつ設定周波数より低い周波数信号を通過させるローパスフィルタや設定周波数より高い周波数信号を通過させるハイパスフィルタ，商用電源周波数だけをカットするノッチフィルタなどの信号処理を経た後、パソコン７に生データとして取り込まれる。また、パソコン７は、取り込んだ生データを生データファイルに格納し、波形を画面表示したり、また波形の信号処理や等磁場線図処理などを行い、表示することもできる。
【００２２】
また、クライオスタット２の中の冷媒は、徐々に蒸発するため、蒸発した冷媒を外部に排出するための配管８が設置され、配管８には冷媒の消費量を監視するシステム（図２）が設置されている。
【００２３】
図２は、本発明の実施例であるクライオスタット内の冷媒消費量を監視するシステムの構成を示した図である。図１のクライオスタット２と配管８は、それぞれ図２のクライオスタット１１と配管１３に相当する。クライオスタット１１の中の冷媒１２が蒸発したガスは、配管１３を通って外部に排出される。配管１３の途中個所１４には、温度計１５と圧力計１６と流量計１７が設置され、温度計１５と圧力計１６と流量計１７のそれぞれのデータは、データ処理部１８に送られ、計測時刻とともに記憶される。データ処理部１８は、温度計１５と圧力計１６と流量計１７のそれぞれのデータから、冷媒の消費量を換算する。換算式は、次の通り。
【００２４】
（ガス化した冷媒の液体時の量）＝
（１モルあたりの液体の体積）×（圧力×流量×時間）／（温度×気体定数）
例えば、冷媒が液体ヘリウムであり、測定個所１４での圧力が１００［ｋＰａ］、流量が１［Ｌ／ｍｉｎ］，時間１［ｍｉｎ］，温度２７［℃］（＝３００［Ｋ］）の場合、
沸点温度での１モルあたりの液体ヘリウムの体積は０．０３２［Ｌ／ｍｏｌ］、
気体定数は８．３［Ｊ／Ｋ・ｍｏｌ］、であるから、
前記計算式により消費量（沸点での液体ヘリウムの量）は、約１．２８５［ｍＬ］になる。
【００２５】
このようにして、１［ｍｉｎ］  ごとの消費量を積算していけば、トータルの消費量が計算できる。
【００２６】
図３は、本発明の実施例であるクライオスタット２１内に、超伝導体による液面感知センサ２３を備えた図である。冷媒２２の補給を超伝導体による液面感知センサ２３の高さでストップさせれば、補給された冷媒の量がわかる。はじめに補給された量から消費量を減算していけば残量が求まる。
【００２７】
図３における超伝導体による液面感知センサ２３は、クライオスタット底面まで伸びた棒状超伝導体であってもよいが、これは従来技術の液面計と同様であるため、ここでは液面計による冷媒の蒸発を少なくするという目的から、冷媒補給時の液量を測るときのみに使用するのが望ましい。
【００２８】
図４は、本発明の実施例である冷媒消費量監視画面の一例を示した図である。
【００２９】
温度計１５（図２），圧力計１６（図２），流量計１７（図２）の計測データは、データ処理部１８（図２）を介して、表示部１９（図２）に監視モニター４０として、それぞれ温度表示部４５，圧力表示部４２，流量表示部４３に表示される。また、冷媒消費量が表示部４１に表示される。更に、図３で説明したシステムにより、はじめに入れた冷媒の量は既知であるから、はじめに入れた冷媒の量に対して、冷媒消費量を減算した値が冷媒残量として表示される。
【００３０】
冷媒消費量，冷媒残量，圧力，温度，流量の時間経過の履歴は、履歴表示部４６に表示される。それぞれの履歴表示はボタン４７〜５１により切り替えることができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明により生体磁気計測装置におけるＳＱＵＩＤセンサを冷却するための冷媒の残量を生体磁気計測中も常時監視する方法が提供できると、また冷媒を残量計測することにより蒸発する冷媒の量を低減する技術が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である生体磁気計測装置の構成を示す図。
【図２】本発明の実施例であるクライオスタット内の冷媒消費量を監視システムの構成を示す図。
【図３】本発明の実施例であるクライオスタット内に超伝導体による液面感知センサを備えた図。
【図４】本発明の実施例である冷媒消費量監視画面例の図。
【符号の説明】
１…磁気シールドルーム、２…ＳＱＵＩＤ磁気センサおよびクライオスタット、３…ガントリー、４…ベッド、５…ＳＱＵＩＤ磁束計の駆動回路、６…アンプ回路およびフィルタ回路ユニット、７…コンピュータ、８，１３…蒸発した冷媒ガスを排出するための配管、９…被験者、１０…ＳＱＵＩＤ磁気センサ、１１，２１…クライオスタット、１２，２２…冷媒、１４…温度，圧力，流量測定個所、１５…温度計、１６…圧力計、１７…流量計、１８…データ処理部、１９…表示部、２３…液面感知センサ、２４…抵抗測定器、４０…監視モニター、４１…冷媒消費量表示部、４２…圧力表示部、４３…流量表示部、４４…冷媒残量値表示部、４５…温度表示部、４６…履歴表示部、４７…冷媒消費量履歴表示切替ボタン、４８…冷媒残量履歴表示切替ボタン、４９…圧力履歴表示切替ボタン、５０…温度履歴表示切替ボタン、５１…流量履歴表示切替ボタン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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