(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象内の電流源から発せられた微弱磁気信号に基づいて当該電流源の位置を推定する電流源推定装置において、
前記測定対象の深さ方向に沿って互いに異なる位置に配設され、互いに異なる磁場感度を有する第１及び第２のピックアップコイルからなる複数のコイルと、前記第１のピックアップコイル及び第２のピックアップコイル毎に設けられ当該各ピックアップコイルにより検出された各微弱磁気信号に基づく磁束に応じてそれぞれ電気信号を出力するＳＱＵＩＤ素子を有する複数の磁場測定手段と、前記複数のＳＱＵＩＤ素子から出力された各電気信号を磁束として当該各ＳＱＵＩＤ素子にそれぞれフィードバックすることにより前記各電気信号を前記各微弱磁気信号に比例した出力信号とする複数のＳＱＵＩＤ駆動手段とを備えた磁気信号検出手段と、
前記複数のＳＱＵＩＤ駆動手段から出力された各電気信号の内の少なくとも一方のゲインを調整して当該各電気信号に係わる磁場感度を変化させるゲイン調整手段と、このゲイン調整手段によりゲイン調整された各電気信号のゲイン値に基づいて演算処理により前記電流源の深さ方向の位置を求める演算処理手段と有する推定手段とを備えた電流源推定装置であって、
前記演算処理手段は、前記ゲイン調整手段によりゲイン調整された各電気信号をそれぞれディジタルデータに変換する手段と、変換された各ディジタルデータの差分値を求め、この差分値に基づいて前記測定対象内の磁場分布（磁場マッピング）を求める手段と、この磁場マッピング上においてピークを抽出し、ピークにおける差分値が零か否かを判断する手段と、前記判断の結果ピークにおける差分値が零でない場合に前記ゲイン調整手段を制御して前記各電気信号の内の少なくとも一方に対する設定ゲイン値を変化させる手段とを備え、前記判断の結果ピークにおける差分値が零の場合に前記ゲイン調整手段において設定された各電気信号のゲイン値に基づいて演算処理を行ない前記電流源の深さ方向の位置を求めるようにしたことを特徴とする電流源推定装置。
【請求項２】
測定対象内の電流源から発せられた微弱磁気信号に基づいて当該電流源の位置を推定する電流源推定装置において、
前記測定対象の深さ方向に沿って互いに異なる位置に配設され、互いに異なる磁場感度を有する第１及び第２のピックアップコイルからなる複数のコイルと、
前記第１のピックアップコイル及び第２のピックアップコイル毎に設けられ当該各ピックアップコイルにより検出された各微弱磁気信号に基づく磁束に応じてそれぞれ電気信号を出力するＳＱＵＩＤ素子を有する複数の磁場測定手段と、前記複数のＳＱＵＩＤ素子から出力された各電気信号を磁束として当該各ＳＱＵＩＤ素子にそれぞれフィードバックすることにより前記各電気信号を前記各微弱磁気信号に比例した出力信号とする複数のＳＱＵＩＤ駆動手段とを備えた磁気信号検出手段と、
前記各電気信号をディジタルデータに変換する手段と、変換された前記各ディジタルデータにおける前記第１のピックアップコイルに係わる第１のディジタルデータに基づいて前記測定対象内の磁場分布（磁場マッピング）を求める手段と、この磁場マッピング上においてピーク値を抽出し、前記第２のピックアップコイルに係わる第２のディジタルデータの値と前記ピーク値との間の差分値を求める手段と、求められた差分値が零になるように前記第２のディジタルデータのゲインを調整する手段と、前記差分値が零になった際の前記第１のディジタルデータのゲイン値及び前記第２のディジタルデータのゲイン値に基づいて演算処理を行ない前記電流源の深さ方向の位置を求める演算処理手段とを有する推定手段とを備えた電流源推定装置。
【請求項３】
測定対象内の電流源から発せられた微弱磁気信号に基づいて当該電流源の位置を推定する電流源推定装置において、
前記測定対象の深さ方向に沿って互いに異なる位置に配設され、互いに異なる磁場感度を有する第１及び第２のピックアップコイルからなる複数のコイルと、前記第１のピックアップコイル及び第２のピックアップコイル毎に設けられ当該各ピックアップコイルにより検出された各微弱磁気信号に基づく磁束に応じてそれぞれ電気信号を出力するＳＱＵＩＤ素子とを備えた複数の磁場測定手段と、
前記複数のＳＱＵＩＤ素子から出力された各電気信号をサンプルホールドするサンプルホールド手段と、このサンプルホールド手段から出力された各電気信号をディジタルデータに変換する変換手段と、変換された各ディジタルデータにおける第２のピックアップコイルに係わる第２のディジタルデータを増幅して当該第１のピックアップコイルに係わる第１のディジタルデータとの比を演算処理することにより前記電流源の深さ方向の位置を求める演算処理手段と、この演算処理手段を介して出力された第１及び第２のディジタルデータをそれぞれ電気信号に変換する変換手段と、この変換手段により変換された電気信号を磁束として当該各ＳＱＵＩＤ素子にそれぞれフィードバックすることにより前記変換手段により変換された電気信号を前記各微弱磁気信号に比例した出力信号とする複数のＳＱＵＩＤ駆動手段とを備えたことを特徴とする電流源推定装置。
【請求項４】
前記演算処理手段は、前記第２のディジタルデータの増幅量を前記サンプルホールド回路のサンプリングクロックに応じて変化させ、増幅量の異なる複数の第２のディジタルデータを用いて前記第１のディジタルデータとの比をそれぞれ演算処理することにより複数の電流源の深さ方向の位置をそれぞれ求めるようにした請求項３記載の電流源推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微弱磁気信号検出用のＳＱＵＩＤ磁束計（超伝導量子干渉計）等の磁気信号検出手段を用いて生体等の測定対象から発せられた微弱磁界を測定し、この測定磁場から測定対象体内の磁場発生源である電流源の深さ方向の位置を推定する電流源推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高感度磁場測定デバイスであるＳＱＵＩＤ磁束計を用いて生体等の測定対象（以下、生体とする）における測定部位から発せられた微弱磁場（生体磁場）を計測する際には、磁気シールドルーム内に生体およびＳＱＵＩＤ磁束計を入れた状態において、生体の測定部位の周囲にＳＱＵＩＤ磁束計における検出コイル（ピックアップコイル）を配置し、この検出コイルにより測定部位から発せられた生体磁場に基づく磁束を検出するようになっている。
【０００３】
このとき、従来のピックアップコイルとしては、磁場の空間微分｛体表から法線方向の磁場を法線方向に微分したもの（法線方向成分用ピックアップコイル）、体表から接線方向の磁場を法線方向に微分したもの（接線方向成分用ピックアップコイル）等｝を検出するグラジオメータがよく用いられている。
【０００４】
このグラジオメータは、生体以外からの信号（磁気雑音）を減衰させるためのものであり、図１４に示すように、複数（例えば２つ）の離れた位置にあるコイル７０ａ、７０ｂを逆相に巻いて間隔（ベースライン）ＢＬを置いて結合した構造になっている。そして、生体Ｈに近接して配置される一方のコイル（以下、信号検出用コイルと呼ぶ）７０ａにより生体磁気信号と雑音成分を検出し、生体から遠方に配置される他方のコイル（以下、補償用コイルと呼ぶ）７０ｂで雑音成分のみを検出してその差をとることにより、生体磁気信号のみを検出するように構成されている。なお、図１４に示したグラジオメータのように、２つのコイルに基づく２カ所の磁場の差をとるグラジオメータを１次微分型グラジオメータと呼び、例えば２個のグラジオメータを用意して互いの差分をとるグラジオメータを２次微分型グラジオメータと呼ぶ。
【０００５】
ところで、ピックアップコイルおよびＳＱＵＩＤ磁束計のＳＱＵＩＤ素子、駆動回路等を介して得られた測定磁場に基づいて生体の測定部位内の電流源推定を行なう場合には、均質あるいは多層の同心円導体球を用いて電流ダイポールを電流源として測定部位から発生する磁場を計算し、測定磁場との差が最小となる電流ダイポールを電流源の推定位置としている。このとき、非線形な系の反復した演算を回避する方法として、電流ダイポールの位置を固定し問題を線形な系に置き換える方法が知られている。この方法は、次の文献に詳細に示されている。
【０００６】
（１）Brain Jeffs, et al："An Evaluation of Methods for Neuromagnetic Image Reconstruction", IEEE Transactions on Biomadecal Engineering, Vol.BME-34, No. 9, Sep.1987;
（２）Warren E.Smith, et al:"Linear estimation theory applied to the reconstruction of a 3-D vector current distribution", Applied Optics, Vol.29, No. 5(1990);
（３）Jukka Sarvas："Basic mathematical and electromagnetic concepts of the biomagnetic inverse problem", Phys.Med.&Biol., Vol.32, Jan., 1987.
【０００７】
ここで、行列の特異値分解を用いる方法では、ピックアップコイルで拾う測定磁界と離散化モデルにおける格子点上の電流ダイポール密度を線形な連立方程式で表すために、電流ダイポールの分布を固定した３次元の格子点上におく。今、電流ダイポールの各３方向の電流密度を表す行列Ｑ、ピックアップコイルの位置と電流ダイポールの位置で決定される線形な方程式で表した行列Ａ、測定磁界Ｂとすると、これらの関係は、連立一次方程式
【数２】
Ｂ＝ＡＱ                  ……（２）
で表される。よって、Ａの逆行列が存在すれば、
【数３】
Ｑ＝Ａ-1Ｂ                ……（３）
と表すことができる。しかし、一般には、係数行列Ａは各列が独立していない特異行列であるので、逆行列は存在しない。このような場合には、測定磁場と計算磁場との二乗和が最小となる一意な解を特異値分解から求める方法がある（最小二乗法を用いた方法）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特異値分解（最小二乗法）を用いた電流源推定法では、深い電流源では正確に位置推定することが困難であり、したがって、例えば心臓から発生する磁界や脳の深部から発生する磁界から医療診断に必要な数ｃｍの深さの電流ダイポールの位置推定を正確に行なうことが困難であった。
【０００９】
そこで、特開平０５−２９７０９１号公報に開示されているように（図１５参照）、ＳＱＵＩＤ磁束計の複数のピックアップコイル（ピックアップコイル群）７５Ａ、７５Ｂを深さ方向で異なる２平面に沿って２段（生体へ近接する側を下段コイル群、生体から離れた側を上段コイル群とする）に配置して生体磁場計測を行なうことにより、生体の深部電流源の推定精度を向上させる装置が知られている。
【００１０】
しかしながら、上記特開平０５−２９７０９１号公報に開示された装置では、信号検出用コイルおよび補償用コイルから成るピックアップコイルを単純に複数段に配置しただけであるため、測定磁場と計算磁場との差が局所的に最小値となる不適当な解、すなわちローカルミニマムに陥る危険性が依然強く、正確な電流源推定を行なうことが困難であった。また、上記特開平０５−２９７０９１号公報に開示された装置では、同様の理由からグローバルミニマム（本明細書では、大局的な真の最小値に到達するまでに多大な時間を要することとする）に陥る危険性も依然強く、実用的ではなかった。
【００１１】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、生体等の測定対象の深部に分布する電流源の深さ方向の位置をローカルミニマムおよびグローバルミニマムを起こすことなく高精度で推定することを可能にした電流源推定装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
近年、磁気シールドルームの性能が向上し、また、環境磁場キャンセリング用のアクティブシールド技術も実施されているため、そのような高い環境磁場シールド環境の下では、グラジオメータ、すなわち、信号検出用コイルおよび補償用コイルで雑音成分を除去する必要性が低減している。
【００１３】
したがって、当初において環境磁場キャンセリング用に開発されたグラジオメータの新たな役割を考えることが、重要になっていた。
【００１４】
そこで、本発明者は、グラジオメータの各コイル（信号検出用コイル、補償用コイル）の磁場に対する検出感度（磁場感度）を変えることにより、グラジオメータに新たな役割を与えること、すなわち、生体深部の電流源の深さ方向の位置を高精度に推定することができるのではないかと考えるに至った。
【００１５】
今、ビオサバールの公式より電流ダイポールｄＩから生じた磁場ベクトルＢ１は、
【数４】
Ｂ１＝（μ0 ・ｄＩ）／（４πＸ2 ）  ……（４）
で表される。なお、μ0 ＝４π×１０-7（零等磁率）、Ｘは、電流ダイポールｄＩとピックアップコイル（の第１コイル）との間の深さ方向に沿った距離（以下、焦点距離と呼ぶ）である。ここで、ピックアップコイルのベースラインをｂとすると、ピックアップコイルにより測定される磁界ベクトルＢ２は、
【数５】
0003949237.tif 000002
【００１６】
したがって、（４）式および（５）式から、
【数６】
Ｂ２／Ｂ１＝Ｘ2 ／（Ｘ＋ｂ）2       ……（６）
として、表される。
【００１７】
この（６）式から、ピックアップコイルにおける補償用コイルの磁場感度Ｓ2 を信号検出用コイルの磁場感度Ｓ1 の（Ｘ＋ｂ）2 ／Ｘ2 、すなわち、
【数７】
Ｓ2 ＝Ｓ1 ×｛（Ｘ＋ｂ）2 ／Ｘ2 ｝  ……（７）
に設定すれば、ピックアップコイルからＸの距離にある電流ダイポールから生じて同ピックアップコイルにより検出される磁場は、信号検出用コイルおよび補償用コイルでキャンセルされて零になることが分る。すなわち、ＳＱＵＩＤ磁束計のピックアップコイルにおける信号検出用コイルおよび補償用コイルの磁場感度を測定したい焦点距離Ｘに合わせて設定しておくことにより、その焦点距離Ｘにある電流源を認識することができる。
【００１８】
また、上述したグラジオメータの各コイルの感度を変えた場合の利点を図１６および図１７を用いて説明する。
【００１９】
図１６（ａ）および（ｂ）は、従来の例えば接線方向成分用の１次微分型グラジオメータ（ピックアップコイル）のベースライン長と深さ方向の感度分布との関係を示すための図であり、それぞれ上記ピックアップコイルの設置部分から直下側の深さ方向に沿った断面図を示すものである。なお、図１６（ａ）は、ピックアップコイルのベースライン長を５ｃｍに設定した場合の図であり、図１６（ｂ）は、ピックアップコイルのベースライン長を７ｃｍに変えた場合の図である。また、測定対象とピックアップコイルとの深さ方向に沿った距離は２ｃｍに設定しており、Ｌ0 は感度ゼロラインを示している。
【００２０】
図１６（ａ）に示すように、従来のピックアップコイルに基づく深さ方向の感度は、Ｒ1(-2.5×10-12 [T] 〜 2.0×10-12 [T])、Ｒ2(-2.0×10-12 [T] 〜 -1.5 ×10-12 [T])、Ｒ3(-1.5×10-12 [T] 〜 -1.0 ×10-12 [T])、Ｒ4(-1.0×10-12 [T] 〜 -0.5 ×10-12 [T])、Ｒ5(-0.5×10-12 [T] 〜 0[T])、Ｒ6(0[T]〜 0.5×10-12 [T])の各領域に分布される。
【００２１】
このとき、図１６（ｂ）に示すように、従来のピックアップコイルに基づく深さ方向の感度分布Ｒ1'〜Ｒ6'は、ベースライン長を変えたにも係わらず一定であり（Ｒ1'＝Ｒ1 、Ｒ2'＝Ｒ2 、Ｒ3'＝Ｒ3 、Ｒ4'＝Ｒ4 、Ｒ5'＝Ｒ5 、Ｒ6'＝Ｒ6 ）、測定対象である生体における深さが異なる電流源を精度良く推定することは難しかった。
【００２２】
一方、図１７は、上述したように例えば接線方向成分用の１次微分型グラジオメータ（ピックアップコイル）における信号検出用コイルおよび補償用コイルの感度を変えたピックアップコイル（感度変化ピックアップコイル）の深さ方向の感度分布を示すための図であり、それぞれ上記ピックアップコイルの設置部分から直下側の深さ方向に沿った断面図を示すものである。なお、図１７（ａ）および（ｂ）は、ベースライン長を一定の５ｃｍに設定し、図１７（ａ）は焦点距離が５ｃｍ、図１７（ｂ）は、焦点距離が７ｃｍになるように補償用コイルの感度を調整した場合の図である。また、測定対象とピックアップコイルとの深さ方向に沿った距離は２ｃｍに設定しており、Ｌ1 は感度ゼロラインを示している。
【００２３】
図１７（ａ）に示すように、上述した感度変化ピックアップコイルに基づく深さ方向の感度は、Ｒ10( -0.8×10-12 [T] 〜 -0.6 ×10-12 [T])、Ｒ11( -0.6×10-12 [T] 〜 -0.4 ×10-12 [T])、Ｒ12( -0.4×10-12 [T] 〜 -0.2 ×10-12 [T] ) 、Ｒ13( -0.2×10-12 [T] 〜 0[T])、Ｒ14( 0 [T] 〜 0.2×10-12 [T])の各領域に分布される。
【００２４】
このとき、図１７（ｂ）に示すように、焦点距離を変えた感度変化ピックアップコイルに基づく深さ方向の感度分布Ｒ10' 〜Ｒ14' は、その焦点距離の変化に応じて上記Ｒ10〜Ｒ14とは変わるため {Ｒ10'(-0.6×10-12 [T] 〜 -0.4 ×10-12 [T])、Ｒ11'(-0.4×10-12 [T] 〜 -0.2 ×10-12 [T])、Ｒ12'(-0.2×10-12 [T] 〜 0[T])、Ｒ13'(0[T]〜 0.2×10-12 [T])、Ｒ14'( 0.2×10-12 [T] 〜 0.4×10-12 [T])} 、測定対象である生体における深さ方向の位置が異なる電流源を精度良く推定することが可能になる。
【００２５】
本発明に係る電流源推定装置は、上述した課題を解決するために、測定対象内の電流源から発せられた微弱磁気信号に基づいて当該電流源の位置を推定する電流源推定装置において、前記測定対象の深さ方向に沿って互いに異なる位置に配設され、互いに異なる磁場感度を有する第１及び第２のピックアップコイルからなる複数のコイルと、前記第１のピックアップコイル及び第２のピックアップコイル毎に設けられ当該各ピックアップコイルにより検出された各微弱磁気信号に基づく磁束に応じてそれぞれ電気信号を出力するＳＱＵＩＤ素子を有する複数の磁場測定手段と、前記複数のＳＱＵＩＤ素子から出力された各電気信号を磁束として当該各ＳＱＵＩＤ素子にそれぞれフィードバックすることにより前記各電気信号を前記各微弱磁気信号に比例した出力信号とする複数のＳＱＵＩＤ駆動手段とを備えた磁気信号検出手段と、前記複数のＳＱＵＩＤ駆動手段から出力された各電気信号の内の少なくとも一方のゲインを調整して当該各電気信号に係わる磁場感度を変化させるゲイン調整手段と、このゲイン調整手段によりゲイン調整された各電気信号のゲイン値に基づいて演算処理により前記電流源の深さ方向の位置を求める演算処理手段と有する推定手段とを備えた電流源推定装置であって、前記演算処理手段は、前記ゲイン調整手段によりゲイン調整された各電気信号をそれぞれディジタルデータに変換する手段と、変換された各ディジタルデータの差分値を求め、この差分値に基づいて前記測定対象内の磁場分布（磁場マッピング）を求める手段と、この磁場マッピング上においてピークを抽出し、ピークにおける差分値が零か否かを判断する手段と、前記判断の結果ピークにおける差分値が零でない場合に前記ゲイン調整手段を制御して前記各電気信号の内の少なくとも一方に対する設定ゲイン値を変化させる手段とを備え、前記判断の結果ピークにおける差分値が零の場合に前記ゲイン調整手段において設定された各電気信号のゲイン値に基づいて演算処理を行ない前記電流源の深さ方向の位置を求めるようにしたものである。
【００２６】
また、本発明に係る電流源推定装置は、上述した課題を解決するために、測定対象内の電流源から発せられた微弱磁気信号に基づいて当該電流源の位置を推定する電流源推定装置において、前記測定対象の深さ方向に沿って互いに異なる位置に配設され、互いに異なる磁場感度を有する第１及び第２のピックアップコイルからなる複数のコイルと、前記第１のピックアップコイル及び第２のピックアップコイル毎に設けられ当該各ピックアップコイルにより検出された各微弱磁気信号に基づく磁束に応じてそれぞれ電気信号を出力するＳＱＵＩＤ素子を有する複数の磁場測定手段と、前記複数のＳＱＵＩＤ素子から出力された各電気信号を磁束として当該各ＳＱＵＩＤ素子にそれぞれフィードバックすることにより前記各電気信号を前記各微弱磁気信号に比例した出力信号とする複数のＳＱＵＩＤ駆動手段とを備えた磁気信号件手段と、前記各電気信号をディジタルデータに変換する手段と、変換された各ディジタルデータにおける前記第１のピックアップコイルに係わる第１のディジタルデータに基づいて前記測定対象内の磁場分布（磁場マッピング）を求める手段と、この磁場マッピング上においてピーク値を抽出し、前記第２のピックアップコイルに係わる第２のディジタルデータの値と前記ピーク値との間の差分値を求める手段と、求められた差分値が零になるように前記第２のディジタルデータのゲインを調整する手段と、前記差分値が零になった際の前記第１のディジタルデータのゲイン値及び前記第２のディジタルデータのゲイン値に基づいて演算処理を行ない前記電流源の深さ方向の位置を求める演算処理手段とを有する推定手段とを備えている。
【００２７】
さらに、上述した課題を解決するための本発明に係わる電流源推定装置によれば、測定対象内の電流源から発せられた微弱磁気信号に基づいて当該電流源の位置を推定する電流源推定装置において、前記測定対象の深さ方向に沿って互いに異なる位置に配設され、互いに異なる磁場感度を有する第１及び第２のピックアップコイルからなる複数のコイルと、前記第１のピックアップコイル及び第２のピックアップコイル毎に設けられ当該各ピックアップコイルにより検出された各微弱磁気信号に基づく磁束に応じてそれぞれ電気信号を出力するＳＱＵＩＤ素子とを備えた複数の磁場測定手段と、前記複数のＳＱＵＩＤ素子から出力された各電気信号をサンプルホールドするサンプルホールド手段と、このサンプルホールド手段から出力された各電気信号をディジタルデータに変換する変換手段と、変換された各ディジタルデータにおける第２のピックアップコイルに係わる第２のディジタルデータを増幅して当該第１のピックアップコイルに係わる第１のディジタルデータとの比を演算処理することにより前記電流源の深さ方向の位置を求める演算処理手段と、この演算処理手段を介して出力された第１及び第２のディジタルデータをそれぞれ電気信号に変換する変換手段と、この変換手段により変換された電気信号を磁束として当該各ＳＱＵＩＤ素子にそれぞれフィードバックすることにより前記変換手段により変換された電気信号を前記各微弱磁気信号に比例した出力信号とする複数のＳＱＵＩＤ駆動手段とを備えたものである。
【００３１】
また特に、前記複数のコイルは、前記測定対象内の電流源に対して近接した配置された第１のピックアップコイル及びこの第１のピックアップコイルに対して前記深さ方向に沿って所定間隔を置いて配置された第２のピックアップコイルを有し、前記磁気信号検出手段は、前記第１のピックアップコイル及び第２のピックアップコイル毎に設けられ当該各ピックアップコイルにより検出された各微弱磁気信号に基づく磁束に応じてそれぞれ電気信号を出力するＳＱＵＩＤ素子を有する複数の磁場測定手段とを備え、前記推定手段は、前記複数のＳＱＵＩＤ駆動手段から出力された各電気信号をサンプルホールドするサンプルホールド手段と、このサンプリングホールド手段から出力された各電気信号をディジタルデータに変換する変換手段と、変換された各ディジタルデータにおける第２のピックアップコイルに係わる第２のディジタルデータを増幅して当該第１のピックアップコイルに係わる第１のディジタルデータとの比を演算処理することにより前記電流源の深さ方向の位置を求める演算処理手段と、この演算処理手段を介して出力された第１及び第２のディジタルデータをそれぞれ電気信号に変換する変換手段と、この変換手段により変換された電気信号を磁束として当該各ＳＱＵＩＤ素子にそれぞれフィードバックすることにより前記変換手段により変換された電気信号を前記各微弱磁気信号に比例した出力信号とする複数のＳＱＵＩＤ駆動手段とを備えている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って以下に説明する。
【００３３】
（第１の実施の形態）
本発明の電流源推定装置に係わる第１の実施の形態を図１に示す。
【００３４】
図１によれば、本実施形態の電流源推定装置１は、測定対象である生体から発せられた生体磁場を計測するための複数（本実施形態では３個）のＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 を備えている。
【００３５】
各ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 は、２つのジョセフソン接合を有するＳＱＵＩＤ素子５と、生体から発せられた微弱磁場（微弱磁気信号）をピックアップするためのピックアップコイル６（６ａ1 〜６ａ3 ）と、このピックアップコイル６によりピックアップされた微弱磁気信号に基づく磁束をＳＱＵＩＤ素子５に伝達する入力コイル７とを備えている。
【００３６】
このとき、各ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 のピックアップコイル６ａ1 〜６ａ3 （以下、ピックアップコイル６ａ1 について説明する）は、図１に示すように、深さ方向に沿って２つの異なる（離間した）平面上に位置するコイル６ｃ1 、６ｃ2 を逆相に巻いて間隔（ベースライン）ＢＬを置いて結合した１次微分型構造になっており、図示しない生体の体表の法線方向（ラジアル方向）の磁場を検出するために、各ピックアップコイル６ａ1 〜６ａ3 は、それらのコイル面の法線方向が上記体表の法線方向に一致するように配設されている。
【００３７】
そして、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 のピックアップコイル６ａ1 は、各信号検出用コイル６ｃ1 の磁場感度と補償用コイル６ｄ1 の磁場感度とが互いに異なるように構成されている。
【００３８】
すなわち、ピックアップコイル６ａ1 における生体に近接して配置される信号検出用コイル６ｃ1 のコイル面積をＳｃ1 、生体から遠方に配置される補償用コイル６ｄ1 のコイル面積をＳｄ1 とすると、
【数８】
0003949237.tif 000003
すなわち、補償コイル６ｄ1 の磁場感度が信号検出用コイル６ｃ1 の磁場感度の「（Ｘ１＋ＢＬ）2 ／（Ｘ１）2 倍」となるように構成されている。但し、Ｘ１は、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 での焦点距離を表す。
【００３９】
同様に、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 のピックアップコイル６ａ2 は、信号検出用コイル６ｃ2 のコイル面積をＳｃ2 、補償用コイル６ｄ2 のコイル面積をＳｄ2 とすると、
【数９】
0003949237.tif 000004
すなわち、補償コイル６ｄ2 の磁場感度が信号検出用コイル６ｃ2 の磁場感度の「（Ｘ２＋ＢＬ）2 ／（Ｘ２）2 倍」となるように構成され、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 のピックアップコイル６ａ3 は、信号検出用コイル６ｃ3 のコイル面積をＳｃ3 、補償用コイル６ｄ3 のコイル面積をＳｄ3 とすると、
【数１０】
0003949237.tif 000005
すなわち、補償コイル６ｄ3 の磁場感度が信号検出用コイル６ｃ3 の磁場感度の「（Ｘ３＋ＢＬ）2 ／（Ｘ３）2 倍」となるように構成されている。但し、Ｘ２およびＸ３は、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 および２ａ3 での焦点距離をそれぞれ表す。
【００４０】
また、各ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 は、ＳＱＵＩＤ素子５にバイアス電流を流す電流源８と、ＳＱＵＩＤ素子５から出力された電圧を増幅する増幅器（プリアンプ）や積分器から成る駆動回路１１および積分器から出力された電圧信号Ｖout1〜Ｖout3を電圧／電流変換回路である例えば抵抗１２（インピーダンスＺf0）を介して電流に変換し、フィードバック電流としてフィードバックコイル１３に流す第１のフィードバック回路１４を有したＳＱＵＩＤ駆動回路１５とを備えており、フィードバックコイル１３に流れるフィードバック電流Ｉf により測定磁場変化を打ち消すフィードバック磁束Φf をＳＱＵＩＤ素子５に与えるようになっている。なお、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 、２ａ3 もＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 と同様に構成されている。
【００４１】
ところで、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 のピックアップコイル６ａ1 〜６ａ3 、入力コイル７、ＳＱＵＩＤ素子５およびフィードバックコイル１３は、図示しないデュワー内に収容されており、このデュワーおよび生体を外界から磁気的に遮断して環境磁場雑音を遮蔽する磁気シールドルームＲ内に配設している。
【００４２】
また、電流源推定装置１は、各ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 の駆動回路１１（積分器）から出力された電圧信号Ｖout1〜Ｖout3を入力し、それらの入力電圧信号Ｖout1〜Ｖout3に基づいてデータ処理を行ない、生体内の深さ方向の電流源の位置を推定するデータ処理装置１６を備えている。
【００４３】
次に本構成の全体動作について説明する。
【００４４】
本構成の電流源推定装置によれば、デュワーを生体に装着して各ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 のＳＱＵＩＤ駆動回路１５をそれぞれ駆動させることにより、ピックアップコイル６ａ1 〜６ａ3 を介して生体から発せられた微弱磁気信号がそれぞれ検出される。
【００４５】
ピックアップコイル６ａ1 〜６ａ3 によりそれぞれ検出された磁気信号に基づく磁束は、ＳＱＵＩＤ素子５に入力コイル７を介してそれぞれ伝達されて入力磁束に基づく電圧が出力される。そして、この電圧出力は、駆動回路１１を介して増幅処理されて電圧信号Ｖout1〜Ｖout3としてそれぞれ出力される。
【００４６】
このとき、フィードバック回路１４により、駆動回路１１から出力された電圧信号Ｖout1〜Ｖout3は、抵抗１２を介してフィードバック電流としてフィードバックコイル１３にそれぞれ供給されており、フィードバック磁束がＳＱＵＩＤ素子５に与えられ、測定された磁気信号の変化が打ち消される。
【００４７】
また、駆動回路１１から出力されたフィードバック磁束に比例する電圧信号Ｖout1〜Ｖout3は、それぞれデータ処理装置１６に送られる。
【００４８】
データ処理装置１６では、送られた電圧信号Ｖout1〜Ｖout3に基づいて上述した特異値分解（最小二乗法）を用いて生体内の電流源の位置を逆推定する処理が行なわれる。
【００４９】
このとき、本構成では、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 のピックアップコイル６ａ1 の補償用コイル６ｄ1 のコイル面積Ｓｄ1 が信号検出用コイル６ｃ1 のコイル面積Ｓｃ1 の「（Ｘ１＋ＢＬ）2 ／（Ｘ１）2 」倍、すなわち、補償用コイル６ｄ1 の微弱磁気信号に対する磁場感度が信号検出用コイル６ｃ1 の微弱磁気信号に対する磁場感度の「（Ｘ１＋ＢＬ）2 ／（Ｘ１）2 」倍に設定されているため、生体内の電流源（電流ダイポール）がピックアップコイル６ａ1 に対して焦点距離Ｘ１の位置にある場合においては、そのピックアップコイル６ａ1 で検出されＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 を介して測定された電圧信号Ｖout1が零になる。
【００５０】
また、同様に、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 、２ａ3 のピックアップコイル６ａ2 の補償用コイル６ｄ2 およびピックアップコイル６ａ3 の補償用コイル６ｄ3 のコイル面積Ｓｄ2 、Ｓｄ3 が信号検出用コイル６ｃ2 、６ｃ3 のコイル面積Ｓｃ2 、Ｓｃ3 の「（Ｘ２＋ＢＬ）2 ／（Ｘ２）2 」倍、「（Ｘ３＋ＢＬ）2 ／（Ｘ３）2 」倍、すなわち、補償用コイル６ｄ2 、６ｄ3 の微弱磁気信号に対する磁場感度が信号検出用コイル６ｃ2 、６ｃ3 の微弱磁気信号に対する磁場感度の「（Ｘ２＋ＢＬ）2 ／（Ｘ２）2 」倍、「（Ｘ３＋ＢＬ）2 ／（Ｘ３）2 」倍にそれぞれ設定されているため、生体内の電流源がピックアップコイル６ａ2 、６ａ3 に対して焦点距離Ｘ２、Ｘ３の位置にある場合においては、そのピックアップコイル６ａ2 、６ａ3 で検出されＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 、２ａ3 を介して測定された電圧信号Ｖout2、Ｖout3が零になる。
【００５１】
したがって、データ処理装置１６は、各ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 の出力値Ｖout1〜Ｖout3に基づいて、当該出力値Ｖout1〜Ｖout3が零になる焦点距離Ｘ１〜Ｘ３、すなわち、それら焦点距離Ｘ１〜Ｘ３を深さ方向の位置とする３つの電流源ＰＳ１〜ＰＳ３を容易且つ正確に求める（推定する）ことができる。
【００５２】
すなわち、本構成によれば、磁場感度（コイル面積）の異なる２つのコイルを有する１次微分型ピックアップコイルを、その２つのコイルが深さ方向に沿って２つの離れた平面上に位置するように配置したため、電流源の深さ方向の位置を直接求めることができ、例えば心臓や脳の深部等、生体内の深さ方向に沿って深い（ピックアップコイルから離れた）位置の電流源の深さ方向の位置を高精度で検出することができる。
【００５３】
なお、本実施形態では、検出感度（コイル面積）の異なる３つのピックアップコイルを有する３つのＳＱＵＩＤ磁束計を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、検出感度（コイル面積）を様々に変化させた（例えば、所定値を隔てて複数段階に分けられた検出感度を有する）複数のピックアップコイルを備えた複数のＳＱＵＩＤ磁束計を用いることもでき、さらに高精度で異なる電流源それぞれの深さ方向の位置を推定することができる。
【００５４】
また、本実施形態では、各ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 のピックアップコイル６ａ1 〜６ａ3 は、生体の体表の法線方向（ラジアル方向）の磁場を検出するラジアル方向磁場検出用のピックアップコイル６ａ1 〜６ａ3 について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図２に示すように、
体表の接線方向（タンジェンシャル方向）の磁場を検出するタイプのピックアップコイル２０ａ1 〜２０ａ3 についても適用できる。
【００５５】
すなわち、図２によれば、ピックアップコイル２０ａ1 〜２０ａ3 は、図２に示すように、２つの離れた位置にあるコイル２０ｃ1 、２０ｃ2 を逆相に巻いて間隔ＢＬを置いて結合した１次微分型構造になっており、図示しない生体の体表の接線方向の磁場を検出するために、各ピックアップコイル６ａ1 〜６ａ3 は、それらのコイル面の法線方向が上記体表の接線方向に一致するように配設されている。
【００５６】
そして、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 のピックアップコイル２０ａ1 は、そのコイル２０ａ1 における生体に近接して配置される信号検出用コイル２０ｃ1 のコイル面積をＳｃ1'、生体から遠方に配置される補償用コイル２０ｄ1 のコイル面積をＳｄ1'とすると、
【数１１】
0003949237.tif 000006
を満足するように構成されている。但し、Ｘ１Ａは、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 での焦点距離を表す。
【００５７】
同様に、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 のピックアップコイル２０ａ2 は、信号検出用コイル２０ｃ2 のコイル面積をＳｃ2'、補償用コイル２０ｄ2 のコイル面積をＳｄ2'とすると、
【数１２】
0003949237.tif 000007
を満足するように構成され、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 のピックアップコイル２０ａ3 は、信号検出用コイル６ｃ3 のコイル面積をＳｃ3'、補償用コイル２０ｄ3 のコイル面積をＳｄ3'とすると、
【数１３】
0003949237.tif 000008
を満足するように構成されている。但し、Ｘ１ＢおよびＸ１Ｃは、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 および２ａ3 での焦点距離をそれぞれ表す。
【００５８】
なお、上述したラジアル方向磁場検出用のピックアップコイルとタンジェンシャル方向磁場検出用ピックアップコイルを組み合わせて用いることも当然可能である。
【００５９】
また、上述した異なる検出感度、言い換えれば異なる焦点距離Ｘ１１、Ｘ１２、…を有する複数個のピックアップコイル２０ａ1 〜２０ａn （ここでは、体表の接線方向のピックアップコイルについて示す）をそれぞれ有するＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａn を用いた場合においては、それらのピックアップコイル２０ａ1 〜２０ａn を、図３（ａ）および（ｂ）に示すように（図３においては、ｎ＝１２としている）、そのコイル面が同心円上に所定間隔をおいて並ぶように配設するとよい。
【００６０】
さらに、図４に示すように、異なる検出感度を有する複数個のピックアップコイル（２１ａ1 〜２１ａn ）をそれぞれ有するＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1'〜２ａn'を複数組（ＳＱＵＩＤ磁束計２Ａ1 〜２Ａm ）設け、それらのピックアップコイル群２１Ａ1 〜２１Ａm （図中においてはｍ＝７とする）を細密重点構造に配置してもよい。さらに、当該ピックアップコイル群２１Ａ1 〜２１Ａm を上述した離散化モデルにおける格子点上に設置してもよい。
【００６１】
（第２の実施の形態）
本発明のＳＱＵＩＤ磁束計を用いた電流源推定装置に係わる第２の実施形態を図５に示す。
【００６２】
図５によれば、本実施形態の電流源推定装置２５は、測定対象である生体から発せられた生体磁場を計測するための複数（本実施形態では２個）のＳＱＵＩＤ磁束計３０ａ1 〜３０ａ2 を備えている。
【００６３】
各ＳＱＵＩＤ磁束計３０ａ1 、３０ａ2 は、２つのジョセフソン接合を有するＳＱＵＩＤ素子５と、生体から発せられた微弱磁場（微弱磁気信号）をピックアップするための第１のピックアップコイル３２ａ1 、第２のピックアップコイル３２ａ2 と、この第１のピックアップコイル３２ａ1 、第２のピックアップコイル３２ａ2 によりそれぞれピックアップされた微弱磁気信号に基づく磁束をＳＱＵＩＤ素子５にそれぞれ伝達する入力コイル７とを備えている。
【００６４】
各ＳＱＵＩＤ磁束計３０ａ1 、３０ａ2 の第１のピックアップコイル３２ａ1 、第２のピックアップコイル３２ａ2 は、第１実施形態の構成と異なり、単一のコイルで磁場を検出する、いわゆるマグネトメータとして構成されている。
【００６５】
ピックアップコイル３２ａ1 、３２ａ2 は、深さ方向に沿って２つの異なる（離間した）平面上に位置し、かつピックアップコイル３２ａ1 が生体に近接する位置、ピックアップコイル３２ａ2 が生体から離間した位置にそれぞれ配置されており、図示しない生体の体表の法線方向の磁場を検出するようになっている。
【００６６】
また、ピックアップコイル３２ａ2 は、ピックアップコイル３２ａ1 に対して第１実施形態と同様にベースライン（ＢＬ）を置いて配設されている。
【００６７】
なお、ＳＱＵＩＤ磁束計３０ａ1 、３０ａ2 の他の構成は、第１実施形態におけるＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 、２ａ2 の構成と同様であるため、その説明は省略する。
【００６８】
また、電流源推定装置２５は、各ＳＱＵＩＤ磁束計３０ａ1 〜３０ａ2 の駆動回路１１（積分器）から出力された電圧信号Ｖout1〜Ｖout2を入力し、それらの入力電圧信号Ｖout1〜Ｖout2に基づいてデータ処理を行ない、生体内の電流源の位置を推定するデータ処理装置３１を備えている。
【００６９】
データ処理装置３１は、図５に示すように、電圧信号Ｖout1、Ｖout2のゲインをそれぞれ個別にコントロールしながら設定する第１のゲインコントローラ３３ａ、第２のゲインコントローラ３３ｂを有するゲイン制御部３３と、第１のゲインコントローラ３３ａおよび第２のゲインコントローラ３３ｂによりゲイン制御された電圧信号Ｖout1' 、Ｖout2' をそれぞれディジタルデータＤ1 、Ｄ2 にそれぞれ変換するＡ／Ｄ変換器３４と、このＡ／Ｄ変換器３４により変換されたディジタルデータＤ1 、Ｄ2 および第１のゲインコントローラ３３ａ、第２のゲインコントローラ３３ｂで設定された各ゲイン値に基づいて電流源の深さ方向の位置を含む３次元位置を推定する制御演算部（例えば、ＣＰＵ、ＤＳＰ等）３５とを備えている。
【００７０】
次に本構成の電流源推定装置２５の全体動作について、特に制御演算部３５の処理を中心に説明する。
【００７１】
本構成の電流源推定装置２５によれば、第１実施形態と同様に、デュワーを生体に装着して各ＳＱＵＩＤ磁束計３０ａ1 、３０ａ2 のＳＱＵＩＤ駆動回路１５をそれぞれ駆動させることにより、ピックアップコイル３２ａ1 、３２ａ2 を介して生体から発せられた微弱磁気信号が検出される。
【００７２】
ピックアップコイル３２ａ1 、３２ａ2 によりそれぞれ検出された磁気信号に基づく磁束は、入力コイル７、ＳＱＵＩＤ素子５を介してそれぞれ伝達されて入力磁束に基づく電圧が出力される。そして、この電圧出力は、駆動回路１１を介して増幅処理され、フィードバック磁束に比例する電圧信号Ｖout1、Ｖout2としてそれぞれデータ処理装置１６のゲイン制御部３３の第１のゲインコントローラ３３ａ、第２のゲインコントローラ３３ｂにそれぞれ送られる。
【００７３】
第１および第２のゲインコントローラ３３ａおよび３３ｂは、それぞれ送られた電圧信号Ｖout1、Ｖout2に対してゲイン値Ｇ1 およびＧ2 をそれぞれ設定し、電圧信号Ｖout1' 、電圧信号Ｖout2' としてＡ／Ｄ変換器３４へ出力する。Ａ／Ｄ変換器３４は、送られた電圧信号Ｖout1' 、電圧信号Ｖout2' をディジタルデータＤ1 、Ｄ2 に変換して制御演算部３５に送る（図６；ステップＳ１）。
【００７４】
制御演算部３５は、送られたディジタルデータＤ1 、Ｄ2 の差分値（ディジタル差分値）を求め（ステップＳ２）、この差分値に基づいて磁場マッピング（ディジタル差分値の強度をマッピングしたものであり、生体内の磁場分布を表す）を求める（ステップＳ３）。
【００７５】
続いて制御演算部３５は、磁場マッピング上のピーク部分の値を見付け出し（ステップＳ４）、そのピーク部分の値が零か否かを判断する（ステップＳ５）。
【００７６】
このとき、ステップＳ５の制御演算部３５の判断の結果ＮＯ、すなわちピーク部分の値が零でない場合には、第２のゲインコントローラ３３ｂのゲイン設定値をＧ2 からＧ2'に変更してステップＳ２の処理に戻り（ステップＳ６）、同様の処理を繰り返す。
【００７７】
一方、ステップＳ５の判断の結果、ＹＥＳ、すなわちピーク部分の値が零である場合には、制御演算部３５は、このピーク部分の値が零のときにステップＳ１の処理、あるいはステップＳ６において設定された第１のゲインコントローラ３３ａおよび第２のコントローラ３３ｂのゲイン値Ｇ1 およびＧ2 （Ｇ2'）の比｛Ｇ2 （Ｇ2'）／Ｇ1 ｝から、前掲式（６）を用いた計算により、電流源の深さ方向の位置（焦点距離ＸA ）を求めて（ステップＳ７）、電流源の深さ方向の位置を算出する処理を終了する。
【００７８】
以上述べたように、本構成によれば、深さ方向に沿って２つの離れた平面上に位置するように配置した２つのピックアップコイルを介して検出された信号のゲイン値を変化させることにより、その２つのピックアップコイルを介して検出された信号の磁場感度を変えることができるため、電流源の深さ方向の位置を直接求めることが可能になる。したがって、第１実施形態と同様に、生体内の深さ方向に沿って深い位置の電流源の深さ方向の位置を高精度で検出することができる。
【００７９】
なお、本実施形態では、ゲイン制御部３３（第１のゲインコントローラ３３ａおよび第２のゲインコントローラ３３ｂ）によりゲイン制御された電圧信号Ｖout1' 、Ｖout2' をＡ／Ｄ変換器３４によりＡ／Ｄ変換し、変換されたディジタルデータＤ1 、Ｄ2 の差分値を制御演算部３５の処理により求めたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、上記ゲイン制御部３３とＡ／Ｄ変換器３４との間にアナログ差分回路４０を設けてもよい。すなわち、図７に示すように、アナログ差分回路４０により上記ゲイン制御された電圧信号Ｖout1' 、Ｖout2' は、アナログ差分回路４０を介してアナログ差分値としてＡ／Ｄ変換器３４に送られ、このＡ／Ｄ変換器３４によりディジタルデータ（ディジタル差分値）に変換されて制御演算部３５に送られる。このとき、制御演算部３５は、送られたディジタル差分値に基づいて前掲図６のステップＳ３以降の処理を行なうことにより、電流源の深さ方向の位置を求めることができる。
【００８０】
また、本実施形態では、ゲイン制御部３３（ゲインコントローラ３３ａ、３３ｂ）を用いて電圧信号Ｖout1、Ｖout2のゲインを制御しながら電流源の深さ方向の位置を検出したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００８１】
図８に第２実施形態の変形例を示す。図８に示す電流源推定装置２５Ａのデータ処理装置３１Ａは、各ＳＱＵＩＤ磁束計３０ａ1 〜３０ａ2 の駆動回路１１（積分器）から出力された電圧信号Ｖout1〜Ｖout2を入力し、それらの入力電圧信号Ｖout1〜Ｖout2をそれぞれディジタルデータＤ1 、Ｄ2 に変換するＡ／Ｄ変換器３４Ａと、このＡ／Ｄ変換器３４Ａにより変換されたディジタルデータＤ1 、Ｄ2 に基づいて電流源の深さ方向の位置を含む３次元位置を推定する制御演算部（ＣＰＵ／ＤＳＰ）３５Ａとを備えている。なお、その他の構成は、第２実施形態の構成（図５）と同様であるため、その説明は省略する。
【００８２】
次に本構成の電流源推定装置２５Ａの全体動作について、特に制御演算部３５Ａの処理を中心に説明する。
【００８３】
本構成の電流源推定装置２５Ａによれば、第１および第２実施形態と同様の動作により、ＳＱＵＩＤ磁束計３０ａ1 、３０ａ2 を駆動させて生体から発せられた微弱磁気信号が検出されると、この検出された微弱磁気信号に基づく電圧信号Ｖout1、Ｖout2は、データ処理装置３１ＡのＡ／Ｄ変換器３４Ａに送られる。Ａ／Ｄ変換器３４Ａは、送られた電圧信号Ｖout1、電圧信号Ｖout2をディジタルデータＤ1 、Ｄ2 に変換して制御演算部３５Ａに送る。
【００８４】
制御演算部３５Ａは、送られたディジタルデータＤ1 、Ｄ2 の内の第１のピックアップコイル３２ａ1 で検出された生体磁気信号に基づくディジタルデータＤ1 に基づいて磁場マッピング（ディジタルデータＤ1 の強度をマッピングしたものであり、生体内の磁場分布を表す）を行ない（図９；ステップＳ１０）、その磁場マッピングにおけるピーク部分の値を見付け出す（ステップＳ１１）。
【００８５】
一方、制御演算部３５Ａは、第２のピックアップコイル３２ａ2 で検出された生体磁気信号に基づくディジタルデータＤ2 のゲインを調整（増幅）（ディジタルデータＤ1 のゲインは一定（Ｇ10）とする）してそのピーク部分の値（ピーク値）との間の差分をとり（ステップＳ１２）、その差分値が零になるようにその第２のピックアップコイル３２ａ2 に係わるディジタルデータＤ2 のゲインを増幅する（ステップＳ１３）。
【００８６】
そして、制御演算部３５Ａは、差分値が零になったときのディジタルデータＤ1 のゲイン値（Ｇ10）およびディジタルデータＤ2 の増幅ゲイン値（Ｇ20）との比（Ｇ20／Ｇ10）から、前掲式（６）を用いた計算により、電流源の深さ方向の位置（焦点距離ＸB ）を求めて（ステップＳ１３）、電流源の深さ方向の位置を算出する処理を終了する。
【００８７】
以上述べたように、本変形例においては、第２実施形態と同様に、生体内の深さ方向に沿って深い位置の電流源の深さ方向の位置を高精度で検出することができる。また、本変形例では、ゲイン制御部を設ける必要がなくなり、電流源推定装置の回路スペースを減少させることができる。
【００８８】
さらに、第２実施形態におけるデータ処理装置を、サンプルホールド回路等を用いて構成した変形例を図１０に示す。
【００８９】
図１０に示す電流源推定装置５０のデータ処理装置５１は、各ＳＱＵＩＤ磁束計３０ａ1 〜３０ａ2 の駆動回路１１の増幅器および積分器を介して増幅された電圧信号Ｖout1およびＶout2をサンプリングクロックに応じてサンプルして一定時間ホールド（保持）した後出力するサンプルホールド回路５２と、このサンプルホールド回路５２から出力された電圧信号Ｖout1およびＶout2をそれぞれディジタルデータＤ1 、Ｄ2 に変換するＡ／Ｄ変換器５３と、このＡ／Ｄ変換器５３により変換されたディジタルデータＤ1 、Ｄ2 の内の少なくとも一方を必要に応じて増幅処理するともに、この増幅処理したディジタルデータＤ1 、Ｄ2 に基づいて電流源の深さ方向の位置を含む３次元位置を推定する制御演算部（ＣＰＵ／ＤＳＰ）５４と、この制御演算部５４に接続され、その制御演算部５４に入力されたディジタルデータＤ1 、Ｄ2 をモニタするモニタ５５とを備えている。
【００９０】
また、データ処理装置５１は、制御演算部５４により増幅処理されたディジタルデータＤ1 、Ｄ2 をそれぞれ保持（ラッチ）した後で出力する第１のラッチ回路５６Ａおよび第２のラッチ回路５６Ｂと、第１のラッチ回路５６Ａおよび第２のラッチ回路５６Ｂからそれぞれ出力されたディジタルデータＤ1 およびＤ2 をアナログ値（直流電圧信号）に変換する第１のＤ／Ａ変換器（第１のＤＡＣ）５７Ａおよび第２のＤ／Ａ変換器（第２のＤＡＣ）５７Ｂとを備えており、第１のＳＱＵＩＤ磁束計３０ａ1 および第２のＳＱＵＩＤ磁束計３０ａ2 の各フィードバック回路１４Ａは、駆動回路１１からの出力電圧信号に代わって、第１のＤＡＣ５７Ａおよび第２のＤＡＣ５７Ｂから出力された直流電圧信号をそれぞれ抵抗１２（インピーダンスＺf0）を介して電流に変換し、フィードバック電流としてフィードバックコイル１３に流すように構成されている。なお、その他の構成は、第２実施形態の構成（図５）と同様であるため、その説明は省略する。
【００９１】
次に本構成の電流源推定装置５０の全体動作について説明する。
【００９２】
本構成の電流源推定装置５０によれば、第１および第２実施形態と同様に、デュワーを生体に装着して各ＳＱＵＩＤ磁束計３０ａ1 、３０ａ2 のＳＱＵＩＤ駆動回路１５をそれぞれ駆動させることにより、ピックアップコイル３２ａ1 、３２ａ2 を介して生体から発せられた微弱磁気信号が検出される。
【００９３】
ピックアップコイル３２ａ1 、３２ａ2 によりそれぞれ検出された磁気信号に基づく磁束は、入力コイル７、ＳＱＵＩＤ素子５を介してそれぞれ伝達されて入力磁束に基づく電圧が出力される。そして、これらの電圧出力Ｖout1、Ｖout2は、駆動回路１１を介して増幅処理される。
【００９４】
このとき、サンプルホールド回路５２により、増幅処理された電圧信号Ｖout1、Ｖout2は、送られてきたサンプルクロック（例えばｎ番目のサンプリングクロック）の立上がりに応じて同一のタイミングで保持（ホールド）され、立ち下がりに応じて出力Ａ／Ｄ変換器５３へ向けて出力される。そして、送られた電圧信号Ｖout1、電圧信号Ｖout2は、Ａ／Ｄ変換器５３を介してディジタルデータＤ1 、Ｄ2 に変換されて制御演算部５４に送られる。
【００９５】
制御演算部５４は、送られたディジタルデータＤ1 、Ｄ2 をモニタ５５を介してモニタし、ディジタルデータＤ1 、Ｄ2 の内の少なくとも一方（例えばディジタルデータＤ2 ）を増幅して（Ｄ2 →Ｄ2a）、そのデータ値の比（Ｄ2a／Ｄ1 ）が前掲式（６）において焦点距離＝Ｘ1 （例えば３ｃｍ）を満足するように設定する。
【００９６】
そして、制御演算部５４は、ディジタルデータＤ1 およびＤ2aをそれぞれ第１のラッチ回路５６Ａおよび第２のラッチ回路５６Ｂに出力する。
【００９７】
ディジタルデータＤ1 およびＤ2'は、第１のラッチ回路５６Ａおよび第２のラッチ回路５６Ｂを介してそれぞれラッチされた後で第１のＤＡＣ５７Ａおよび第２のＤＡＣ５７Ｂに送られる。これら第１のＤＡＣ５７Ａおよび第２のＤＡＣ５７Ｂを介して得られた直流電圧信号Ｖ1 、Ｖ2 は、それぞれ第１のＳＱＵＩＤ磁束計３０ａ1 および第２のＳＱＵＩＤ磁束計３０ａ2 の各フィードバック回路１４Ａに送られる。
【００９８】
各フィードバック回路１４Ａに送られた直流電圧信号Ｖ1 、Ｖ2 は、抵抗１２（インピーダンスＺf0）を介して電流に変換され、フィードバック電流として第１のＳＱＵＩＤ磁束計３０ａ1 および第２のＳＱＵＩＤ磁束計３０ａ2 の各フィードバックコイル１３にそれぞれ供給されている。この結果、フィードバック磁束が各ＳＱＵＩＤ素子５にそれぞれ与えられ、測定された磁気信号の変化が打ち消される。
【００９９】
一方、サンプルホールド回路５２により、増幅処理された電圧信号Ｖout1、Ｖout2は、続いて送られてきたサンプルクロック（ｎ＋１番目）の立上がりに応じて保持（ホールド）され、立ち下がりに応じてＡ／Ｄ変換器５３へ向けて出力される。そして、送られた電圧信号Ｖout1、電圧信号Ｖout2は、Ａ／Ｄ変換器５３を介してディジタルデータＤ1 、Ｄ2 に変換されて制御演算部５４に送られる。
【０１００】
このとき、制御演算部５４は、送られたディジタルデータＤ1 、Ｄ2 をモニタ５５を介してモニタし、ディジタルデータＤ1 、Ｄ2 の内のディジタルデータＤ2 を増幅して（Ｄ2 →Ｄ2a' ）、そのデータ値の比（Ｄ2a' ／Ｄ1 ）が前掲式（６）において焦点距離＝Ｘ2 （例えば４ｃｍ）を満足するように設定する。
【０１０１】
そして、第１，第２のラッチ回路５６Ａ，５６Ｂ、第１，第２のＤＡＣ５７Ａ，５７Ｂおよび各フィードバック回路１４Ａを介して上述した磁束フィードバック処理が行なわれる。
【０１０２】
以下、データ処理装置５１は、順次送られてくるサンプリングクロック（ｎ番目〜ｎ＋４番目）に応じて焦点距離をＸ1 ：３ｃｍ〜Ｘ5 ：７ｃｍまで順次変更しながら上述した演算処理を行なうことにより、異なる焦点距離Ｘ1 ：３ｃｍ〜Ｘ5 ：７ｃｍを深さ方向の位置とする電流源を推定することができる（図１１参照、なお、ｎ番目〜ｎ＋４番目までのサンプリングクロック群、およびこのサンプリングクロック群に対応したディジタルデータＤ1 群、ディジタルデータＤ2 群をデータ群１とする）。
【０１０３】
続いて、データ処理装置５１は、続いて送られてくるｎ＋５番目、ｎ＋６番目、…、ｎ＋１０、…のサンプリングクロックに応じて、焦点距離の設定を再びＸ1 ：３ｃｍに戻して上述した処理を繰り返し行なうことにより、焦点距離Ｘ1 ：３ｃｍ〜Ｘ5 ：７ｃｍを深さ方向の位置とする電流源を繰り返し求めることができる。
【０１０４】
すなわち、本構成によれば、第１および第２のピックアップコイルを用いてサンプリング時間毎に第２のピックアップコイルで検出された信号を増幅することにより、それらピックアップコイルの数（２）を越えた多数の焦点距離を有する電流源の深さ方向の位置を推定することができる。したがって、例えば第１実施形態の図３および図４で示したような多数のピックアップコイルを用いる必要がないため、上記多数焦点距離の電流源の深さ方向の位置を効率よく、かつ単純なシステム構成で推定することができる。
【０１０５】
なお、第１実施形態、第２実施形態およびその各変形例によれば、ＳＱＵＩＤ磁束計のピックアップコイル、入力コイル、ＳＱＵＩＤ素子およびフィードバックコイルを収容するデュワーと生体とを磁気シールドルームＲ内に配設して環境磁場雑音を遮蔽しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ピックアップコイルを含む所定空間部分にアクティブシールドを構成する逆磁場発生用コイル（例えばヘルムホルツコイル）を配設して環境磁場に基づく信号をその逆磁場発生用コイルへフィードバックして環境磁場をキャンセルする方法（アクティブシールド）や、環境磁場キャンセル用（参照信号用）ＳＱＵＩＤ磁束計で受けた環境磁場信号を生体磁場信号検出用ＳＱＵＩＤ磁束計で受けた磁場信号から差し引くことにより、環境磁場雑音を除去する方法等も適用することができる。
【０１０６】
例えば、図１２に示すように、図示しない生体磁場信号検出用ＳＱＵＩＤ磁束計の信号検出用コイル群６ｃ1 …６ｃn および補償用コイル群６ｄ1 …６ｄn から構成されたピックアップコイル群６ａ1 …６ａn と、図示しない環境磁場検出用ＳＱＵＩＤ磁束計の参照信号用コイル群６０ａ1 …６０ａn とをデュワーＤ内に設置しておき、ピックアップコイル群６ａ1 …６ａn により検出された磁束に基づいて得られた環境磁場を含む生体磁場信号から、参照信号用コイル群６０ａ1 …６０ａn により検出された磁束に基づいて得られた環境磁場信号（参照信号）を減算することにより、環境磁場雑音を影響を受けることなく、電流源の深さ方向の位置推定処理を行なうことができる。
【０１０７】
なお、上述したアクティブシールドや参照信号を用いた環境磁場雑音除去システムは、磁気シールドルームと併せて用いることも可能であり、より優れた環境磁場雑音システムの中で電流源推定処理を行なうことができる。
【０１０８】
また、第１実施形態によれば、深さ方向に沿って２つの異なる（離間した）平面上に位置するコイルを逆相に巻いてベースラインＢＬを置いて結合した１次微分型のピックアップコイルを有するＳＱＵＩＤ磁束計を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば２次微分以上の多次微分型のピックアップコイルを有するＳＱＵＩＤ磁束計を用いてもよい。
【０１０９】
例えば、図１３に示す２次微分型のピックアップコイル６Ａは、深さ方向に沿って３つの異なる（離間した）平面上に位置する信号検出用コイル６Ｍ1 および６Ｍ2 と補償用コイル（二重コイル）６Ｍ3 とを逆相に巻いて間隔（ベースライン）ＢＬ１、ＢＬ２を置いてそれぞれ結合した２次微分型構造になっており、図示しない生体の体表の法線方向（ラジアル方向）の磁場を検出するようになっている。
【０１１０】
そして、ピックアップコイル６Ａは、そのコイル６Ａにおける最も生体に近接して配置される第１の信号検出用コイル６Ｍ1 のコイル面積をＳ1 、最も生体から遠方に配置される第２の信号検出用コイル６Ｍ2 のコイル面積をＳ2 、および信号検出用コイル６Ｍ1 と第２の信号検出用コイル６Ｍ2 との間に介在する補償用コイル６Ｍ3 のコイル面積をＳ3 とすると、
【数１４】
Ｓ3 ＝Ｓ1 ＋Ｓ2                 ……（１４）
と設定されている。
【０１１１】
このように構成された２次微分型ピックアップコイルを用いれば、第１の信号検出用コイル６Ｍ1 と補償用コイル６Ｍ3 との間の面積の違い（アンバランス）に起因した環境磁場に対する検出感度を、第２の信号検出用コイル６Ｍ3 により打ち消すことができる。すなわち、第１の信号検出用コイル６Ｍ1 および第２の信号検出用コイル６Ｍ2 と補償用コイル６Ｍ3 との間でバランスをとることにより、環境磁場に対する検出感度を大きく低減することができるため、上述した電流源の深さ方向位置推定処理を環境磁場雑音の影響をほとんど受けることなく行なうことができる。
【０１１２】
さらに、第１実施形態、第２実施形態およびその変形例によれば、検出感度の異なる信号検出用コイルおよび補償用コイルを深さ方向に沿って２つの異なる平面上に位置するように配設したが、そのような信号検出用コイルおよび補償用コイルから成るピックアップコイルを、さらに深さ方向で異なる２平面に沿って２段に配置して生体磁場計測を行なうことも可能であり、生体内の電流源の深さ方向位置をさらに精度良く推定することができる。
【０１１３】
さらにまた、第１、第２実施形態およびその変形例によれば、ピックアップコイルが付帯した磁束トランスファ方式のＳＱＵＩＤ磁束計を用いた電流源推定装置を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のタイプのＳＱＵＩＤ磁束計、例えばＤｉｒｅｃｔ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ方式のＳＱＵＩＤ磁束計を用いた電流源推定装置でも良いし、Ｄｉｇｉｔａｌ型ＳＱＵＩＤ磁束計を用いた電流源推定装置であってもよい。
【０１１４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の電流源推定装置によれば、測定対象の深さ方向に沿って互いに異なる位置に配設された複数のコイル（信号検出用コイル、補償用コイル）を介して前記測定対象から発せられた微弱磁気信号を互いに異なる磁場感度で電気信号として検出し、この検出した電気信号に基づいて前記電流源の深さ方向の位置を直接推定することができるため、例えば生体の心臓や脳の深部等、測定対象内の深さ方向に沿って深い位置の電流源の深さ方向の位置をローカルミニマムおよびグローバルミニマムを起こすことなく高精度で推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる電流源推定装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】図１におけるＳＱＵＩＤ磁束計のピックアップコイルとして、接線方向磁場検出用ピックアップコイルを用いた場合の構成を示すブロック図。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、感度の異なる複数個のピックアップコイルの配置例を示す図。
【図４】感度の異なる複数個のピックアップコイルの配置例を示す図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係わる電流源推定装置の概略構成を示すブロック図。
【図６】図５のデータ処理装置の処理の一例を示す概略フローチャート。
【図７】第２実施形態に係わる電流源推定装置の変形例の概略構成を示すブロック図。
【図８】第２実施形態に係わる電流源推定装置の変形例の概略構成を示すブロック図。
【図９】図８の制御演算部の処理の一例を示す概略フローチャート。
【図１０】第２実施形態に係わる電流源推定装置の変形例の概略構成を示すブロック図。
【図１１】図８のデータ処理装置の処理における各サンプリングクロックに応じた各ＳＱＵＩＤ素子のデータを表すタイミングチャート。
【図１２】デュワー内に設置された環境磁場をキャンセリングするための参照信号用ＳＱＵＩＤ磁束計の参照信号用コイル群および生体磁気信号検出用ピックアップコイル群を示す図。
【図１３】本発明に係わる２次微分型のピックアップコイルの概略構成を示す図。
【図１４】従来のグラジオメータを用いた生体からの磁気信号計測を説明するための図。
【図１５】従来のＳＱＵＩＤ磁束計の２つのピックアップコイル群を深さ方向で異なる２平面に沿って２段に配置して生体磁場計測を行なう構成を概略的に示す図。
【図１６】従来の接線方向成分用の１次微分型ピックアップコイルのベースライン長と深さ方向の感度分布との関係を示す図であり、（ａ）は、ピックアップコイルのベースライン長を５ｃｍに設定した場合の図、（ｂ）は、ピックアップコイルのベースライン長を７ｃｍに変えた場合の図。
【図１７】接線方向成分用のピックアップコイルにおける信号検出用コイルおよび補償用コイルの感度を変えた場合の深さ方向の感度分布を示すための図であり、（ａ）は、焦点距離が５ｃｍになるように補償用コイルの感度を調整した場合の図、（ｂ）は、焦点距離が７ｃｍになるように補償用コイルの感度を調整した場合の図。
【符号の説明】
１、２５、５０  電流源推定装置
２ａ1 〜２ａ3 、３０ａ1 、３０ａ2   ＳＱＵＩＤ磁束計
５  ＳＱＵＩＤ素子
６ａ1 〜６ａ3 、６Ａ、２０ａ1 〜２０ａ12、３２ａ1 、３２ａ2   ピックアップコイルコイル
６ｃ1 〜６ｃ3 、６Ｍ1 、６Ｍ2 、２０ｃ1 〜２０ｃ3   信号検出用コイル
６ｄ1 〜６ｄ3 、６Ｍ3 、２０ｄ1 〜２０ｄ3   補償用コイル
７  入力コイル
８  電流源
１１  駆動回路
１２  抵抗
１３  フィードバックコイル
１４  フィードバック回路
１５  ＳＱＵＩＤ駆動回路
１６、３１、３１Ａ、５１  データ処理装置
２１Ａ1 〜２１Ａm   ピックアップコイル群
３３  ゲイン制御部
３３ａ  第１のゲインコントローラ
３３ｂ  第２のゲインコントローラ
３４、３４Ａ、５３  Ａ／Ｄ変換器
３５、３５Ａ、５４  制御演算部
４０  差分回路
５２  サンプルホールド回路
５５  モニタ
５６Ａ  第１のラッチ回路
５６Ｂ  第２のラッチ回路
５７Ａ  第１のＤＡＣ
５７Ｂ  第２のＤＡＣ
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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