(57)【要約】【課題】生体磁気信号より遥かに大きなノイズの影響によるＳＱＵＩＤ磁束計動作回路の磁場ロックはずれを検知し、オペレータに磁場ロックはずれを通知し、手動または自動により磁気計測可能な装置の状態に戻す機能を有する生体磁気計測装置を提供する。【解決手段】磁場ロックはずれは、磁束計動作回路の積分器が飽和状態になることで発生するため、該積分器の後段にハイパスフィルターを設け、ハイパスフィルター後の出力のノイズレベルが設定した閾値より小さい場合、飽和状態にあると判断する機能を設けた。【効果】上記に示した本発明によれば、生体磁気計測装置において、ＳＱＵＩＤ磁束計動作回路の磁場ロックはずれの原因である積分器の飽和状態を検知することができるため、適切な磁気センサの動作範囲で計測データの取り込みや、取り込んだ計測データの一部に磁気センサの動作範囲外のデータがあったときでも適切に解析ができるよう対処が可能である。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を有する少なくとも１つ以上の磁気センサと、
前記超伝導量子干渉素子を低温に保持するためのクライオスタットと、
該超伝導量子干渉素子の磁束計動作回路と、
該磁束計動作回路の出力信号を収集するコンピュータと、
を備えた生体磁気計測装置において、
前記磁束計動作回路は、該超伝導量子干渉素子によって検出された磁場信号出力を積分する積分器と、該積分器の出力から直流分をカットするフィルターと、該フィルターを通した後の該積分器の出力が概ねゼロであるかどうかにより磁場ロックがはずれたことを検知するロックはずれ検知手段と、
を備えたことを特徴とする生体磁気計測装置。
【請求項２】
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を有する少なくとも１つ以上の磁気センサと、
前記超伝導量子干渉素子を低温に保持するためのクライオスタットと、
該超伝導量子干渉素子の磁束計動作回路と、
該磁束計動作回路の出力信号を収集するコンピュータと、
を備えた生体磁気計測装置において、
前記磁束計動作回路は、該超伝導量子干渉素子によって検出された磁場信号出力を積分する積分器と、該積分器の出力から直流分をカットするフィルターと、該フィルターを通した後の該積分器の出力のノイズレベルが予め設定した閾値より小さいかどうかにより磁場ロックがはずれたことを検知するロックはずれ検知手段と、
を備えたことを特徴とする生体磁気計測装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の生体磁気計測装置において、
前記ロックはずれ検知手段が磁場ロックはずれを検知したときに、計測不可能を報知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４】
請求項１〜３のいずれかに記載の生体磁気計測装置において、
前記ロックはずれ検知手段が磁場ロックはずれを検知したときに、生体磁気計測を開始させないように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５】
請求項１〜４のいずれかに記載の生体磁気計測装置において、
前記ロックはずれ検知手段が磁場ロックはずれを検知したときに、自動的に積分器の飽和状態を解除することで計測可能な状態にし、計測を継続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、
計測データのどの時間でロックはずれが起こり、計測データのどの時間で計測可能な状態に復帰したかを計測データに表示する手段を備えたことを特徴とする生体磁気計測装置。
【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関するものであり、特に磁束計動作回路の積分器が、ノイズにより飽和状態となって磁気計測が不可能な状態にあるとき、前記飽和状態を検知および回避する手段を有する生体磁気計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＱＵＩＤ磁束計は、温度，電源変動等によってアンプ出力の位相変動，振幅変動が生じると積分器の出力信号が変動し、磁界計測誤差になるなどの問題があった。この問題を解決するため特開平９−２５７８９５号公報には、超伝導量子干渉素子を用いた磁束計において、超伝導量子干渉素子からの出力を予め設定されている上限値，下限値と比較するコンパレータを備え、下限値，上限値の範囲外となったときには、ＳＱＵＩＤまたは駆動回路に異常があることを報知する磁力計が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特開平９−２５７８９５号公報で問題にしているアンプ出力の位相変動，振幅変動の他に、ＳＱＵＩＤ磁束計では生体磁気信号より遥かに大きなノイズを検出したことにより磁束計動作回路の積分器が飽和状態になり、磁気センサの磁場ロックがはずれてしまうことが問題になっている。磁場ロックがはずれると、ロックはずれの原因となったノイズが無くなった後でも磁束計の出力は元に戻らず計測が続行できない。そのため、磁場ロックがはずれたことをできるだけ早期に発見し、オペレータに前記飽和状態（磁場ロックはずれ検知）を通知するとともに、必要な対策、例えば手動または自動により前記飽和状態を解除し、再度磁場ロックの操作を行って磁気計測可能な状態とすることが必要である。
【０００４】
本発明の目的は、磁場ロックはずれを検知できる機能を備えた生体磁気計測装置を提供することにある。
【０００５】
【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。
【０００６】
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を有する少なくとも１つ以上の磁気センサと、前記超伝導量子干渉素子を低温に保持するためのクライオスタットと、該超伝導量子干渉素子の磁束計動作回路と、該磁束計動作回路の出力信号を収集するコンピュータと、を備えた生体磁気計測装置において、
前記磁束計動作回路は、該超伝導量子干渉素子によって検出された磁場信号出力を積分する積分器と、該積分器の出力から直流分をカットするフィルターと、該フィルターを通した後の該積分器の出力が概ねゼロであるかどうかにより磁場ロックがはずれたことを検知するロックはずれ検知手段と、を備えたことを特徴とする生体磁気計測装置。
【０００７】
上記の直流分をカットするフィルターは通称ハイパスフィルターと呼ばれるものであっても良い。積分器の出力が概ねゼロとはアンプ等から時折発生するわずかなノイズを除いて出力がほとんどないという意味であり、該出力を積分した場合の出力はほとんどゼロとなるような出力を意味する。これは予め閾値を設定しておき、出力が設定値以下であるかどうかを監視することによっても同様に磁場ロックはずれの発生を検知することができる。
【０００８】
磁場ロックはずれが発生した場合、発生後の測定データは意味をなさなくなるので、装置のオペレータに対策を促すように報知する手段を備えることが好ましい。報知の手段としては、ＣＲＴ等の操作画面を備えるＰＣ等で装置を操作する機器の場合は、操作画面に磁場ロックはずれが発生したことを知らせる表示をしたり、アラームを鳴らしたり等があるが、要は操作者が磁場ロックはずれを認識することができればどのような手段でも良い。
【０００９】
磁場ロックはずれが発生した後は、生体磁気の測定ができないよう装置にロックをかけるシステムがあっても良いし、自動的にロックはずれを解除するようなシステムを備えても良い。その場合、操作者がロックはずれの発生を認識しないと、無効な計測データを有効と信じて使用する可能性があるため、いつの時点で磁場ロックはずれが発生したか、あるいはいつの時点でロックはずれが解除されたか、またはその両方を測定データに表示することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図を用いて説明する。
【００１１】
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磁束計動作回路５と、アンプ回路およびフィルター回路ユニット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、心電計などの外部参照信号を取るための回路８とが配置されている。
【００１２】
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ー回路ユニット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ー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ー、商用電源周波数だけをカットするノッチフィルターなどの信号処理を経た後、コンピュータ７に生データとして取り込まれる。また、心電計などの外部参照信号をとるための回路８からの信号波形はコンピュータ７に生データとして取り込まれる。また、コンピュータ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などを行い、表示することもできる。
【００１３】
図２は、本発明の実施例である生体磁気計測装置のＳＱＵＩＤ磁束計の回路構成を示した図である。図１で述べた前記ＳＱＵＩＤ磁気センサは、検出コイル
２０と入力コイル２１と超伝導リング２２で構成され、検出コイル２０で捕らえられた生体磁気信号は、入力コイル２１を介して、超伝導リング２２を貫く磁束として伝達される。超伝導リング２２を貫く磁束によって得られる超伝導リング２２からの出力信号電圧は、プリアンプ２３で増幅された後、積分器２４で積分出力される。また、出力電圧をフィードバック回路およびフィードバックコイル２５で超伝導リング２２を貫く磁束変化に対して負帰還されるので、超伝導リングを貫く磁束を一定に保つことができ、信号を増幅する回路や非線形性やドリフトの影響を少なくすることができる。前記フィードバック回路およびフィードバックコイル２５を含むフィードバックループは一般にＦｌｕｘ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ（ＦＬＬ）と呼ばれるものである。
【００１４】
積分器２４の直後にコンパレータ回路２８を配置すれば生体磁気信号より遥かに大きな磁気ノイズによって積分器２４が飽和状態になったことを検知することができるが、それにより磁場ロックはずれが発生したかどうかはコンパレータではわからない。そこで本発明では、積分器２４の直後にハイパスフィルター２６を設け、その出力信号がほとんどゼロであるか、あるいは微少な閾値を設定し、その閾値以下かどうかで判定して、磁場ロックはずれが発生したかどうかを検知することができる。この場合、磁場ロックはずれが発生すると積分器２４の出力信号はハイパスフィルター２６により直流成分はカットされるので、ハイパスフィルター２６の直後の出力信号２７は、通常の環境レベルでのノイズ出力より小さく出力される（図３に示す）。
【００１５】
図３は、図２の出力信号２７について、通常時の環境ノイズ出力波形３１と大きなノイズによって磁束計動作回路に磁場ロックはずれが発生した時の環境ノイズ出力波形３４を示した図である。出力波形３４の波形振幅３５は、出力波形
３１の波形振幅３２と比較してほぼ０に近いため、振幅の閾値幅３３を設定して、磁場ロックはずれの発生を判定することができる。また、判定条件として一定時間における波形振幅の絶対値の積分値をとってもよい。
【００１６】
図４は、本発明の実施例である生体磁気計測ソフトウェアの計測画面の一例を示した図である。計測画面４１において、各チャンネルでの磁気センサで計測される生体磁気信号波形４２が表示される。図４では、一例として６４チャンネル分の波形を１画面に表示しているが、選択したチャンネルのみを表示することも可能である。計測開始ボタン４３をクリックすると、磁気信号波形データの取り込みを開始する。データ取り込み開始からデータ取り込み終了までの進行状況がインジケータ４４に表示される。
【００１７】
図５は、本発明の実施例である生体磁気計測ソフトウェアの計測画面の一例を示した図である。計測画面５１において、磁気信号波形データの取り込みを開始前に、磁場ロックはずれ（磁束計の積分器の飽和状態）を検知すると、磁場ロックはずれを起こしたチャンネルの波形ウィンドウ５３の色が変わって、オペレータに知らせる。また、磁場ロックはずれが発生したことを知らせるエラーメッセージボックス５２が表示され、再度、磁場ロックを掛け直すときは、エラーメッセージボックス５２の［Ｙｅｓ］ボタンをクリックする。また、磁場ロックはずれ中はデータ取り込みを開始できないよう、計測開始ボタン５４の色が変わり、クリックできないようになっている。
【００１８】
図６は、本発明の実施例である生体磁気計測ソフトウェアの波形解析画面の一例を示した図である。図６では、一例として８チャンネル分の波形を１画面に表示しているが、選択したチャンネルのみを表示することも可能である。波形解析画面６１において、各チャンネルの磁気センサで計測された生体磁気信号波形
６２が表示され、表示設定入力ボックス６３によって、時間軸や磁場強度のスケール設定を行うことができる。また、計測データ取り込み中に、磁場ロックはずれを起こしたときに、計測データのどの部分で磁場ロックはずれが起こったかを表示６４することができる。生体磁気計測装置が、自動的に磁場ロックはずれを解除した場合、表示６４のように磁場ロックはずれを起こした時間範囲が表示される。また、表示６４の時間範囲は、磁場ロックはずれを検知した時刻から磁場ロックはずれを解除した時刻までではなく、解析に有効な計測データと区別するためにも回路の時定数等を考慮した分だけ範囲を広げて表示するよう設定もできる。
【００１９】
【発明の効果】
上記に示した本発明によれば、生体磁気計測装置において、ＳＱＵＩＤ磁束計動作回路の磁場ロックはずれの原因である積分器の飽和状態を検知することができるため、適切な磁気センサの動作範囲で計測データの取り込みや、取り込んだ計測データの一部に磁気センサの動作範囲外のデータがあったときでも適切に解析ができるよう対処が可能である。
【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した図である。
【図２】本発明の実施例である生体磁気計測装置のＳＱＵＩＤ磁束計の回路構成を示した図である。
【図３】本発明の実施例であるＳＱＵＩＤ磁束計動作回路において、大きなノイズによって磁束計動作回路の積分器が飽和状態になったときの環境ノイズ出力信号を示した図である。
【図４】本発明の実施例である生体磁気計測ソフトウェアの計測画面の一例を示した図である。
【図５】本発明の実施例である生体磁気計測ソフトウェアの計測画面の一例を示した図である。
【図６】本発明の実施例である生体磁気計測ソフトウェアの波形解析画面の一例を示した図である。
【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磁束計動作回路、６…アンプ回路およびフィルター回路ユニット、７…コンピュータ、８…心電計などの外部参照信号を取るための回路、９…被験者、２０…検出コイル、２１…入力コイル、２２…ＳＱＵＩＤを含む超伝導リング、２３…プリアンプ、２４…積分器、２５…フィードバック回路とフィードバックコイル、２６…ハイパスフィルター（高域通過フィルター）、２７…ハイパスフィルター直後の出力信号、２８…コンパレータ回路、２９…コンパレータ出力、３１…通常環境ノイズ出力波形、３２…通常環境ノイズ出力波形振幅、３３…磁場ロックはずれ検知のための設定閾値幅、３４…磁場ロックはずれ時の環境ノイズ出力波形、３５…磁場ロックはずれ時の環境ノイズ出力波形振幅、４１，５１…生体磁気計測画面、４２…生体磁気計測信号波形、４３，５４…計測開始ボタン、４４…計測データ取り込み進行状況インジケータ、５２…磁場ロックはずれメッセージボックス、５３…磁場ロックはずれを起こした磁気センサのチャンネル表示、６１…波形解析画面、６２…各チャンネルの磁気センサで計測された生体磁気信号波形、６３…時間軸や磁場強度のスケール設定を行う表示設定入力ボックス、６４…磁場ロックはずれを検知した計測波形データの区間表示。
【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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