(57)【要約】複数の感知デバイス、例えばＳＱＵＩＤＳ、が温度制御されたチャンバ、例えば、デュワー、内に収容され、複数のピックアップ装置を含む着脱可能なヘッドセットを有する神経イメージング装置が記載されている。上記ピックアップデバイスは、上記着脱可能なヘッドセット内に配置され、測定対象の身体部分に適合する。複数の異なる着脱可能なヘッドセットは、異なる身体部分と共に使用するように配置されたピックアップデバイスを有することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
神経イメージング装置であって、
温度制御されたチャンバ；
前記温度制御されたチャンバ内に収容された複数の感知デバイス；
前記温度制御されたチャンバに着脱できるように搭載可能なヘッドユニット；
前記ヘッドユニットに搭載された各測定信号を捕捉するための複数のピックアップデバイス；および、
前記測定信号を前記感知デバイスに伝達するためのインターフェースを含む
神経イメージング装置。
【請求項２】
前記感知デバイスが超伝導デバイス、例えば、ＳＱＵＩＤ、ＨｙＱＵＩＤまたはＡｎｄｒｅｅｖ干渉計である請求項１に記載の神経イメージング装置。
【請求項３】
前記ピックアップデバイスがピックアップコイルである請求項１または２に記載の神経イメージング装置。
【請求項４】
前記インターフェースは、前記ヘッドユニット内に複数の送信コイルを含み、前記感知デバイスのそれぞれに接続され；
前記温度制御されたチャンバ内に複数の受信コイルを含み、前記感知デバイスに結合され；
各送信コイルは、前記ヘッドユニットが前記温度制御されたチャンバに搭載されたときに前記受信コイルのそれぞれ１つと相互インダクタンスを有するように構成されている、先行請求項のいずれか一項に記載の神経イメージング装置。
【請求項５】
前記装置が動作しているときに前記ピックアップコイル、送信コイル、受信コイル及びこれらの間の相互接続が超伝導である、請求項４に記載の神経イメージング装置。
【請求項６】
第２のヘッドユニットをさらに含み、前記第２のヘッドユニットは、第２の複数のピックアップデバイスを有し、前記第２の複数のピックアップデバイスは、前記複数のピックアップデバイスとは異なって構成されている先行請求項のいずれか一項に記載の神経イメージング装置。
【請求項７】
前記ピックアップデバイスは、測定対象の第１の身体部分に適合するように構成され、前記第２のピックアップデバイスは、測定対象の第２の身体部分に適合するように構成され、前記第２の身体部分は前記第１の身体部分とは異なる請求項６に記載の神経イメージング装置。
【請求項８】
前記第１及び第２の身体部分が異なるサイズの頭部である請求項７に記載の神経イメージング装置。
【請求項９】
前記第１の身体部分が頭部であり、前記第２の身体部分が妊婦の腹部である、請求項７に記載の神経イメージング装置。
【請求項１０】
前記装置に対して第１の向きにあるときに前記複数のピックアップデバイスが身体部分に適合するように構成され、前記装置に対して第２の向きにあるときに前記第２の複数のピックアップデバイスが前記身体部分に適合するように構成されている、請求項６に記載の神経イメージング装置。
【請求項１１】
温度制御されたチャンバ；
前記温度制御されたチャンバ内に収容された複数の感知デバイス；および
着脱可能なヘッドユニットを受け取り、そこから測定信号を前記感知デバイスに伝達するためのインターフェースを含む、神経イメージング装置。
【請求項１２】
複数のピックアップデバイスを備え、先行請求項のいずれか１項に記載の装置と共に使用するように構成されているヘッドユニット。
【請求項１３】
着脱可能なヘッドユニットを有する神経イメージング装置を使用する神経イメージング方法であって、
測定対象の身体部分を撮像するのに適したヘッドユニットを選択すること；
前記ヘッドユニットを前記神経イメージング装置に搭載すること；および
前記測定対象の前記身体部分を撮像することを含む方法。
【請求項１４】
前記感知デバイスが超伝導デバイス、例えば、ＳＱＵＩＤ、ＨｙＱＵＩＤまたはＡｎｄｒｅｅｖ干渉計である請求項１３に記載の神経イメージング方法。
【請求項１５】
前記ピックアップデバイスがピックアップコイルである請求項１３または１４に記載の神経イメージング方法。
【請求項１６】
前記インターフェースは、前記ヘッドユニット内に複数の送信コイルを含み、前記感知デバイスのそれぞれに接続され；
前記温度制御されたチャンバ内に複数の受信コイルを含み、前記感知デバイスに結合され；
各送信コイルは、前記ヘッドユニットが前記温度制御されたチャンバに搭載されたときに前記受信コイルのそれぞれ１つと相互インダクタンスを有するように構成されている、請求項１３，１４，または１５に記載の神経イメージング方法。
【請求項１７】
前記方法が動作しているときに前記ピックアップコイル、送信コイル、受信コイル及びこれらの間の相互接続が超伝導である、請求項１６に記載の神経イメージング方法。
【請求項１８】
第２のヘッドユニットをさらに含み、前記第２のヘッドユニットは、第２の複数のピックアップデバイスを有し、前記第２の複数のピックアップデバイスは、前記複数のピックアップデバイスとは異なって構成されている請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の神経イメージング方法。
【請求項１９】
前記ピックアップデバイスは、測定対象の第１の身体部分に適合するように構成され、前記第２のピックアップデバイスは、測定対象の第２の身体部分に適合するように構成され、前記第２の身体部分は前記第１の身体部分とは異なる請求項１８に記載の神経イメージング方法。
【請求項２０】
前記第１及び第２の身体部分が異なるサイズの頭部である請求項１９に記載の神経イメージング方法。
【請求項２１】
前記第１の身体部分が頭部であり、前記第２の身体部分が妊婦の腹部である、請求項１９に記載の神経イメージング方法。
【請求項２２】
前記装置に対して第１の向きにあるときに前記複数のピックアップデバイスが身体部分に適合するように構成され、前記装置に対して第２の向きにあるときに前記第２の複数のピックアップデバイスが前記身体部分に適合するように構成されている、請求項１８に記載の神経イメージング方法。
【請求項２３】
図面を参照して本明細書で説明されるような神経イメージング装置、ヘッドユニット、または神経イメージング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、神経イメージングのための装置、および特にそのような装置のためのヘッドセットに関する。
【背景技術】
【０００２】
神経イメージングは、一般に、その構造または機能に関する情報を得るための、ヒトまたは動物の神経系、特に脳の部分のイメージングを指す。１つの神経イメージング技術は脳磁図（ＭＥＧ）である。ＭＥＧでは、脳内の電気的活動によって生成される磁場が測定される。これには、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）などの極めて敏感なデバイスが必要である。ＭＥＧは、非常に高い時間分解能を有する機能的ＭＲＩ（ｆＭＲＩ）と比較して、神経電気活動のより直接的な測定を提供することができる。
【０００３】
脳によって生成される極度に低い磁場を測定するために必要であるＳＱＵＩＤは、超伝導であるようにするために非常に低い温度、例えば、約４．２Ｋに保たれなければならない。ＳＱＵＩＤは、液体ヘリウムを使用して冷却されるデュワー（真空フラスコ）内に保管しなければならず、真空中の部品を含み得る。それらの感度にもかかわらず、ＳＱＵＩＤに結合された信号コイルは、目的の磁場を検出するために頭皮の非常に近く、例えば数ｍｍ以内になければならない。デュワーは必然的にかさばり、堅い。
【０００４】
超伝導を起こすために十分低い温度でＳＱＵＩＤを維持し、患者をその低温から断熱する一方で、頭皮に十分近くにＳＱＵＩＤを配置することができる装置を構築することは非常に困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来技術の少なくとも１つの問題を少なくとも部分的に解決することができる神経イメージングデバイスのための改良されたヘッドセットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、
温度制御されたチャンバ；
前記温度制御されたチャンバ内に収容された複数の感知デバイス；
前記温度制御されたチャンバに着脱できるように搭載可能なヘッドユニット；
前記ヘッドユニットに搭載された各測定信号を捕捉するための複数のピックアップデバイス；および、
前記測定信号を感知デバイスに伝達するためのインターフェースを含む神経イメージング装置が提供される。
【０００７】
本発明によれば、
温度制御されたチャンバ；
前記温度制御されたチャンバ内に収容された複数の感知デバイス；および
着脱可能なヘッドユニットを受け取り、そこから測定信号を前記感知デバイスに伝達するためのインターフェースを含む神経イメージング装置が提供される。
【０００８】
本発明によれば、複数のピックアップデバイスを備え、上記の装置と共に使用するように構成されたヘッドユニットが提供される。
【０００９】
本発明によれば、着脱可能なヘッドユニットを有する神経イメージング装置を使用する神経イメージング方法であって、
測定対象の身体部分を撮像するのに適したヘッドユニットを選択すること、および、
前記ヘッドユニットを前記神経イメージング装置に搭載すること；および
前記測定対象の前記身体部分を撮像することを含む方法が提供される。
本発明の例示的な実施形態は、添付の図面を参照して以下にさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による着脱可能なヘッドセットを含む神経イメージング装置を示す。
【図２】図２は図１の神経イメージング装置に使用するための着脱可能なヘッドセットを示す。
【図３】図３は、図１の神経イメージング装置に使用するための別の着脱可能なヘッドセットを示す。
【図４】図４は着脱可能なヘッドセットを神経イメージング装置に接続するためのインターフェースプレートを示す図である。
【図５】図５は着脱可能なヘッドセットを神経イメージング装置に接続するための別のインターフェースプレートを示す図である。
【図６】図６は、捕捉回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
様々な図面において、同様の部品は同様の参照番号によって示されている。
本発明の例示的な実施形態による神経イメージング装置１が図１に概略的に示されている。その主なサブシステムは、制御システム１１、デュワー１２、着脱可能なヘッドセット１３、および冷却システム１４である。デュワー１２は、温度制御されたチャンバを形成するために冷却システム１４によって冷却される。
【００１２】
制御システム１１は、装置全体の動作を制御し、１つまたは複数の適切にプログラムされた汎用コンピュータを含んでいてもよい。制御システム１１は、記録および分析のために別のシステムに渡される測定データを単に得ていてもよく、またはそれ自体が得られた測定信号を記録および／または分析していてもよい。
【００１３】
デュワー１２は、測定データを制御システム１１に伝達するためのＳＱＵＩＤアレイ１２２および測定データバス１２３を収容している。増幅器およびアナログ／デジタル変換器のような他のエレクトロニクスもデュワー１２内に含まれていてもよい。冷却システム１４は、第１冷却ダクト１４３を介してデュワー１２と連通してデュワー１２の内部をＳＱＵＩＤの臨界温度Ｔｃ未満の温度まで冷却する第１冷却ユニット１４１を含む。例えば、第１の冷却ユニット１４１は、４．５Ｋ未満の温度でデュワー１２の内部に液体ヘリウムを供給していてもよい。
【００１４】
デュワー１２はまた、着脱可能なヘッドセット１３への接続のためのデュワーインターフェースプレート１２１を含む。着脱可能なヘッドセット１３は、デュワー１２のチャンバインターフェースプレート１２１への接続に適合したヘッドセットインターフェースプレート１３１を有する。デュワーインターフェースプレート１２１およびヘッドセットインターフェース１３１は、デュワー１２とヘッドセット１３との間のインターフェースを形成している。上記インターフェースは、機械的相互接続と測定信号のための経路とを提供する。
【００１５】
着脱可能なヘッドセット１３は、測定対象の頭部を受け入れるように成形された外部に開いた空洞１３５を画定するキャップ１３２を含む。キャップ１３２は、測定対象内の神経活動によって生成された磁場を捕捉するように適合された複数のピックアップコイル１３３を支持する。ピックアップコイル１３３は、信号コイルと呼ぶこともできる。キャップ１３２はまた、ピックアップコイルが保持される低温から測定対象を保護するための断熱材を含む。
【００１６】
ピックアップコイル１３３の数は、行われる測定の所望の空間分解能に依存する。ピックアップコイル１３３の数は、１００〜５００の範囲、例えば２００〜３００の範囲であってもよい。ピックアップコイル１３３は、対象となる磁界を捕捉し、望ましくは測定対象の頭部の関連する領域を取り囲むように、必要に応じて配置される。ピックアップコイル１３３をヘッドセットインターフェースプレート１３１に接続して信号がＳＱＵＩＤアレイ１２２に伝達されるように、コンダクタ１３４が設けられている。
【００１７】
第２の冷却ユニット１４２は、第２の導管１４４を介して着脱可能なヘッドセット１３の内部に接続される。非常に小さな磁場を検出することを可能にするために、ピックアップコイル１３３およびコンダクタ１３４は望ましくは超伝導である。しかし、ピックアップコイル１３３およびコンダクタ１３４は、着脱可能なヘッドセット１３をデュワー内の温度ほど低い温度に冷却する必要がないように、ＳＱＵＩＤを形成するために使用される温度よりも高い温度で超伝導性である材料で形成することができる。一実施形態では、着脱可能なヘッドセット１３の内部は、液体窒素を用いて約７７Ｋの温度にコード化される。
【００１８】
着脱可能なヘッドセット１３のさらなる利点は、複数の着脱可能なヘッドセット１３を神経イメージング装置１に設けることができることである。追加のヘッドセットは、異なる測定用に構成することができる。例えば、図２に示されているような着脱可能なヘッドセット１３ａは、より小さな頭、例えば大人というよりは子供の頭を収容するのに適したより小さなキャビティ１３５ａを有する、より小さなキャップ１３２ａを有していてもよい。測定装置１は、頭のサイズの全範囲を収容することができるように、異なるサイズのキャップ１３２をそれぞれ有する着脱可能なヘッドセット１３のセットを有していてもよい。
【００１９】
他の方向性で異なっている着脱可能なヘッドセットを提供することもできる。例えば、図３は、キャップ１３２ｂが異なる角度に配向し、例えば直立または着座した測定対象ではなくうつぶせの測定対象の頭部を収容することができる、着脱可能なヘッドセット１３ｂを示している。着脱可能なヘッドセット１３は、また、他の点、たとえばピックアップコイル１３３の数および配置で、異なっていてもよい。
【００２０】
着脱可能なヘッドセット１３は、他の測定対象を撮像するように構成することができる。例えば、着脱可能なヘッドセット１３は、子宮内の胎児の測定を行うことができるように構成することができる。この場合、キャップは、妊婦の腹部、特に子宮の基底部に適合するように構成される。着脱可能なヘッドセットの異なるサイズおよび／または構成を、妊娠の異なる段階および／または異なる胎児の向きもしくは数で使用するために提供することができる。
【００２１】
着脱可能なヘッドセット１３は、非ヒト動物の測定を行うように構成することができる。
【００２２】
図４は、デュワー１２と着脱可能なヘッドセット１３との間のインターフェースを示す。デュワーインターフェースプレート１２１は、デュワープレート部材１２１３に搭載された複数の受信コイル１２１１を含む。デュワープレート部材１２１３は、デュワー１２の外壁の一部を形成していればよい。ヘッドセットインターフェースプレート１３１は、ヘッドセットプレート部材１３１３に搭載された複数の送信コイル１３１１を含む。ヘッドセットプレート部材１３１３は、ヘッドセット１３の外壁の一部を形成していればよい。送信コイル１３１１と受信コイル１２１１の数と配置は同じであり、第１のプレート１２１３と第２のプレート１３１３が協働するコネクタ１２１２と１３１２を介して互いに結合されるとき、各送信コイル１３１１はそれぞれの受信コイル１２１１と対になる。着脱可能なヘッドセット１３が所定の位置にあるときの送信コイル１３１１および受信コイル１２１１ならびにそれらの相対的な配置は、それらの間の結合係数および相互インダクタンスができるだけ高いように構成される。断熱材１３２０は、デュワーインターフェースプレート１２１とヘッドセットインターフェースプレート１３１との間に設けられる。
【００２３】
デュワー１２と着脱可能なヘッドセット１３との間のインターフェースは、キャップ１３２およびピックアップコイルｌ３３から物理的に離れているので、送信コイル１３１１の配置は、キャップ上のピックアップコイル１３３の配置によって制約されない。従って、送信コイルｌ３１１の配置は、測定信号の結合を最大にし、測定チャネル間のクロストークを最小にするように最適化することができる。
【００２４】
また、着脱可能なヘッドセット１３とデュワー１２とが異なる温度に維持されるように、着脱可能なヘッドセット１３内に、デュワー１２内とは異なる超伝導材料が使用されている場合には、送信コイル１３１１および受信コイル１２１１は、絶縁ギャップを横切って測定信号を送信するように構成することができる。
【００２５】
図５は、デュワー１２と着脱可能なヘッドセット１３との間のインターフェースの別の配置を示している。この配置では、デュワーインターフェース１２１ａは、複数の突起１２１４を有するデュワーインターフェースプレート１２１３ａを含む。受信コイル１２１１ａは、突起１２１４内に収容される。ヘッドセットインターフェース１３１ａは、突出１２１４に対応する複数の凹部１３１４を含むヘッドセットインターフェースプレート１３１３ａを有する。送信コイル１３１１ａは、凹部１３１４の周りに配置される。このような配置により、送信コイル１３１１ａと受信コイル１２１１ａとの間の結合を増加させることができる。この配置は、逆転可能であり、すなわち、ヘッドセットインターフェースプレート１３１３ａに複数の突起が設けられ、対応する複数の凹部がデュワーインターフェースプレート１２１３ａに設けられていてもよい。混合配置を設けること、すなわち、一部の測定チャネルはインターフェースのヘッドセット側に突起を有し、一部はインターフェースのデュワー側に突起を有することも可能である。
【００２６】
図６は、本発明の一実施形態の神経イメージング装置の測定チャネルの回路図である。図形ピックアップコイル１３３の右側は、測定対象の頭部に近接して測定される磁場内に配置される。ピックアップコイル１３３が受ける磁場の変化は、その中に電流を生じさせる。ピックアップコイル１３３は、ピックアップコイル１３３で発生した電流が送信コイル１３１１を流れ、対応する磁界が生じるように、送信コイル１３１１と直列に接続される。望ましくはピックアップコイル１３３と送信コイル１３１１は超伝導であり、損失がないように超伝導回路内に配置される。
【００２７】
送信コイル１２１１は、インターフェースのデュワー側に位置するが、送信コイル１３１１と電磁的に結合される。したがって、送信コイル１３１１により生じた磁界は、受信コイル１２１１に電流を誘導する。受信コイル１２１１は、受信コイル１２１１内で誘導された電流が出力コイル１２１５を通過するように、出力コイル１２１５と直列に接続される。出力コイル１２１５は、そこを流れる電流に応答して磁場を生じさせる。送信コイル１２１１および出力コイル１２１５を含むすべてのコイルは超伝導であり、超伝導ワイヤによって接続されている。出力コイル１２１５は、ＳＱＵＩＤ１２２１または他の磁気感知デバイスに隣接して配置される。出力コイル１２１５によって生じた磁場に応答して、ＳＱＵＩＤ１２２１に電気信号が生じる。
【００２８】
送信コイル１３１１と受信コイル１２１１との間、および出力コイル１２１５とＳＱＵＩＤ１２２１との間の誘導結合は、磁力計の感度を最適化するように設計することができる。
【００２９】
本発明の利点は、デュワー１２、ヘッドセット１３および測定対象ＭＳを異なる温度Ｔ１、Ｔ２およびＴｒにそれぞれ維持できることである。一実施形態では、Ｔ１は約４〜５Ｋであり、Ｔ２は約５０〜８０Ｋであり、Ｔｒは約３００Ｋである。したがって、測定対象の環境とヘッドセットの内部との間の温度差Ｔｒ−Ｔ２は、従来のＭＥＧシステムでの約２９５Ｋではなく、約２２０〜２５０Ｋである。したがって、信号コイルは、キャップと測定対象との間の断熱材の所与の熱コンダクタンスのために測定信号により近く配置することができる。
【００３０】
本発明の例示的な実施形態を説明してきたが、記載された実施形態の変形を行うことができることが理解されよう。本発明は、上記の説明によってではなく、むしろ添付の特許請求の範囲によって限定される。
【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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【国際調査報告】
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