(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間的に変化する磁場を検出するための１つ以上の誘導コイルを備える医療用磁力計システムであって、
前記各誘導コイルは、１０ｃｍ以下の最大外径と、前記各誘導コイルの外径に対するコイル長の比が０．９〜３の範囲でありかつ前記各誘導コイルの外径に対する内径の比が０．６〜１の範囲である構成とを有し、前記各誘導コイルは磁気コアを含み、
前記医療用磁力計システムは、
前記各誘導コイルに結合された検出回路であって、時間的に変化する磁場によって前記誘導コイルで発生された電流又は電圧を、前記時間的に変化する磁場を解析するために使用する出力信号に変換するように構成された検出回路を備える医療用磁力計システム。
【請求項２】
１つ以上の２次元又は３次元アレイに配置された複数の誘導コイルを含む請求項１に記載の磁力計システム。
【請求項３】
前記各誘導コイルは複数の巻回層を含む請求項１又は２に記載の磁力計システム。
【請求項４】
前記各誘導コイルのコイル長は１０ｃｍ以下である請求項１、２又は３に記載の磁力計システム。
【請求項５】
前記各誘導コイルは、外径に対するコイル長の比が１〜１．５の範囲である構成を有する請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の磁力計システム。
【請求項６】
前記各誘導コイルは、０．２ｍｍ未満の半径を有する巻線を含む請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の磁力計システム。
【請求項７】
前記各磁気コアは、少なくとも１０００の比透磁率μｒを有する材料を含む請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載の磁力計システム。
【請求項８】
前記各磁気コアは、磁性アモルファス金属合金、ナノ結晶材料、ニッケル−鉄合金、又はコバルト鉄合金を含む請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載の磁力計システム。
【請求項９】
前記各磁気コアの外径とコイルの内径の比Ｄｃ：Ｄｉは０．８以上である請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載の磁力計システム。
【請求項１０】
前記各磁気コアの外径とコイルの内径の比Ｄｃ：Ｄｉは０．９以上である請求項９に記載の磁力計システム。
【請求項１１】
前記磁気コアの長さと直径の比ｌｃ：Ｄｃは少なくとも１である請求項１〜１０のうちのいずれか１つに記載の磁力計システム。
【請求項１２】
前記各磁気コアが中空である請求項１〜１１のうちのいずれか１つに記載の磁力計システム。
【請求項１３】
被検体の身体の領域の磁場を解析するための心臓磁力計システムであって、
前記心臓磁力計システムは、請求項１〜１２のうちのいずれか１つに記載の磁力計システムを含む心臓磁力計システム。
【請求項１４】
被検体の身体の領域における時間的に変化する磁場を検出するために使用するコイルであって、
前記コイルは、誘導コイルと、磁気コアとを備え、
前記誘導コイルは、１０ｃｍ以下の最大外径と、前記誘導コイルの外径に対するコイル長の比が０．９〜３の範囲でありかつ前記誘導コイルの外径に対する内径の比が０．６〜１の範囲である構成とを有するコイル。
【請求項１５】
被検体の身体の領域における磁場を解析する磁力計システムの作動方法であって、
前記磁力計システムは１つ又は複数の誘導コイルを備え、
前記作動方法は、
前記１つ又は複数の誘導コイルが、被検体の身体の領域における時間的に変化する磁場を検出するステップを含み、
前記各誘導コイルは、１０ｃｍ以下の最大外径と、前記各誘導コイルの外径に対するコイル長の比が０．９〜３の範囲でありかつ前記各誘導コイルの外径に対する内径の比が０．６〜１の範囲である構成とを有し、前記誘導コイルは磁気コアを含み、
前記作動方法は、
前記磁力計システムが、前記被検体の身体の領域における時間的に変化する磁場によって前記各誘導コイルで発生された電流又は電圧を出力信号に変換するステップと、
前記磁力計システムが、前記１つ又は複数の誘導コイルからの出力信号を使用して、前記被検体の身体の領域によって発生された磁場を解析するステップとを含む磁力計システムの作動方法。
【請求項１６】
前記誘導コイルが、非磁気的に遮蔽された環境において、前記被検体の身体の領域の磁場を検出するステップを含む請求項１５に記載の磁力計システムの作動方法。
【請求項１７】
前記磁場が解析される被検体の身体の領域は、腹部、膀胱、心臓、頭、脳、胸、子宮、一つ以上の胎児、又は筋肉の１つを含む請求項１５又は１６に記載の磁力計システムの作動方法。
【請求項１８】
被検体の心臓の磁場を解析する磁力計システムの作動方法であって、
前記磁力計システムが、請求項１５〜１７のうちのいずれか１つに記載の磁力計システムの作動方法を使用して、前記被検体の心臓の時間的に変化する磁場を解析するステップを含む磁力計システムの作動方法。
【請求項１９】
被検体の身体の領域において発生される磁場を解析するための、請求項１〜１２のうちのいずれか１つに記載の磁力計システムの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載される技術は、医療用磁力測定のための方法及び装置に関し、特に、心臓磁力計としての使用など、医療用の磁力計からの信号を処理する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの医学的状況で、診断目的で人体に関連する磁場、又は人体によって発生される磁場を測定できれば便利である。例えば、心臓の磁場は、ＥＣＧ（心電図）に含まれていない情報を含むので、心磁図スキャンは、従来のＥＣＧとは異なる追加の診断情報を提供できる。
【０００３】
最新の心臓磁力計のほとんどは、超高感度ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉デバイス）センサを使用して構築されている。しかし、ＳＱＵＩＤ磁力計は極低温冷却が必要なため、操作に非常に費用がかかる。それらに関連する装置と真空室も、機器のかさばる部品である。これにより、コストや携帯性の考慮などにより、医療環境での使用に対するＳＱＵＩＤ磁力計の適合性が制限される。
【０００４】
磁力計の別の既知の形式は、誘導コイル磁力計である。誘導コイル磁力計には、極低温冷却が必ずしも必要ではないという利点があり、比較的安価で製造が容易であり、幅広い用途に適用でき、ＤＣ感度を有しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１４／００６３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、誘導コイル磁力計は、心磁図に広く採用されていない。その理由は、磁気心電図法は、低磁場（＜ｎＴ）であって、低周波（＜１００Ｈｚ）センシングを必要とするとともに、一般的な誘導コイルの磁力計の設計を必要とするからである。そのような感度を達成できるものは大きすぎて、心臓プローブとして使用するには実用的ではない。
【０００７】
出願人は、以前の出願に係る特許文献１でこれらの問題に取り組んできており、特許文献１は、特定の構成を有する誘導コイルを使用して被検体の磁場を検出するための、医学的に有用な磁場を検出及び解析するための方法と装置を開示している。
【０００８】
これにもかかわらず、出願人は、医療用の磁力計の設計と使用に対する代替の装置（配置）と改善の余地が残っており、特に、心臓磁気検出及び／又はイメージング（画像化）のために関して改善の余地があると考えている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書に記載される技術の第１の態様によれば、以下の構成を有する医療用磁力計システムが提供される。当該医療用磁力計システムは、
時間的に変化する磁場を検出するための１つ又は複数の誘導コイルを備え、各コイルの最大外径は１０ｃｍ以下であり、各コイルは、外径に対するコイル長の比が０．９以上でありかつ外径に対するコイルの内径の比が０．６以上である構成を有し、複数の実施形態における各誘導コイルは磁気コアを含み、
前記医療用磁力計システムは、
各コイルに結合され、時間変化する磁場によってコイルで発生された電流又は電圧を、時間的に変化する磁場を解析するために用いられる出力信号に変換する検出回路を備える。
【００１０】
本明細書に記載の技術の第２の態様によれば、被検体の身体の領域の磁場を解析する方法が提供される。当該方法は、１つ又は複数の誘導コイルを使用して、被検体の領域の時間変化する磁場を検出するステップを含み、各コイルの最大外径が１０ｃｍ以下であり、外径に対するコイル長の比が０．９以上でありかつ外径に対するコイルの内径の比が０．６以上である構成を有し、複数の実施形態では、各誘導コイルが磁気コアを含む。前記方法は、前記被検体の身体の領域の時間変化する磁場によって各コイルで発生された電流又は電圧を出力信号に変換するステップと、前記１つ又は複数のコイルからの出力信号を使用して、被検体の身体の領域によって発生された磁場を解析するステップとを含む。
【００１１】
本明細書に記載の技術の第３の態様によれば、被検体の身体の領域における時間的に変化する磁場を検出するために使用するためのコイルが提供される。当該コイルは、誘導コイルと、複数の実施形態において磁気コアとを備える。誘導コイルは、１０ｃｍ以下の最大外径を有し、外径に対するコイル長の比が０．９以上でありかつコイルの内径と外径の比は０．６以上である構成を有する。
【００１２】
本明細書に記載の技術は、磁場を検出及び解析するための方法及び装置を提供する。これらの方法及び装置は、医学的に有用であるか、例えば被検体の身体の領域（例えば、被検体の心臓）の磁場などの医学的診断を形成するための補助として使用できる。ただし、既存の医療（例えば心臓）磁力計の設計とは対照的に、ここで説明する技術では誘導コイルを使用する。（すなわち、コイルの両端で増幅器に接続されているコイル）を使用して、被検体（例えば、被検体の心臓）の磁場を検出する。以下でさらに説明するように、出願人は、本明細書に記載の技術の特定の構成を有する誘導コイルを使用して、携帯可能で、比較的安価で、室温で使用でき、磁気シールドを必要としない医療磁力計を提供することができ、そして依然として医学的に有用であると十分な感度、精度及び解像度を提供することができることを発見しました。
【００１３】
前記コイルの外径を１０ｃｍ以下に制限することにより、空間分解能を達成することができ、前記コイルは、医療磁気測定に適している（特に、磁気カルジオグラフィ法のために）全体のサイズを有する。
【００１４】
外径に対するコイル長の比を０．９以上に設定することは、より効果的に、前記コイルが、（この比は０．２５であるブルックスコイルに対して）ブルックスコイル構成に比較して、及び特許文献１に記載の構成（この比が０．６９であることに対して）と比較して、コイルの幅に対して（その軸に沿って）比較的長いということを意味する。コイルの内径と外径の比を０．６以上に設定することは、例えばブルックスコイルの構成（この比は０．５である）と比較し、特許文献１に記載されている装置（この比は０．４２５である）と比較して、コイルの巻線が密にコイルの軸に直交する方向に充填されている（すなわち、コイルの軸に直交する方向にコイルの軸からの半径方向距離の比較的狭い広がりを有する）ことを意味する。
【００１５】
以下で詳細に説明するように、誘導コイルの構成に対するこれらの要件は、出願人によって、本明細書に記載の技術のコイルを、特に心臓の磁場などの生体磁場に対して特に敏感にするために、発見された。特に、出願人は、これらの要件により、誘導コイルが軟磁性コアで構成されているときにコイルは特に敏感になる。このことは、（例えば空芯である）磁気コアを含まない誘導コイルに対して有効的に最適化された、特許文献１に記載されている構成とは対照的である。
【００１６】
従って、本明細書で説明する技術は、医療用の改善された磁力計システムを提供することが理解されよう。
【００１７】
本明細書に記載の技術の磁力計システムは、被検体（人間（又は動物）の身体）によって発生される任意の所望の磁場を検出するシステム及びプローブとして使用できる。実施形態では、例えば彼らの膀胱、腹、胸や心臓、頭部や脳、筋肉は、子宮又は１つ以上の胎児などの、被検体の身体の領域の時間変化する磁場（又はそれによって発生される）を検出（及び解析）するために使用される。従って、実施形態では、膀胱、妊娠、筋肉活動、脳、又は心臓に関連する磁場を検出するために使用されてもよく、実施されている。種々の実施形態において、磁力計は、磁気心電図、脳磁図、膀胱状態（例えば過活動膀胱）の検出及び解析、胎児の異常の検出及び解析、早期陣痛の検出及び解析のうちの１つ又はそれ以上のために（又はその構成のために）使用される。
【００１８】
種々の特定の実施形態では磁力計は、心臓磁力計として使用され、被検体の心臓の磁場を検出して解析するために用いられる。
【００１９】
従って、本明細書に記載の技術の別の態様によれば、被検体の心臓の磁場を解析するための心臓磁力計システムが提供される。当該心臓磁力計システムは、被検体の心臓の時間的に変化する磁場を検出するための１つ又は複数の誘導コイルを備え、各コイルの最大外径が１０ｃｍ以下であり、外径に対するコイル長の比が０．９以上でありかつ外径に対するコイルの内径の比が０．６以上である構成を有し、複数の実施形態では、各誘導コイルが磁気コアを含み、前記心臓磁力計システムは、各コイルに結合された検出回路であって、被検体の心臓の時間変化する磁場によってコイルで発生された電流又は電圧を、被検体の心臓から発生する磁場を解析するために用いられる出力信号に変換するように構成された検出回路を備える。
【００２０】
本明細書に記載される技術の別の態様によれば、被検体の心臓の磁場を解析する方法が提供される。この方法は、１つ又は複数の誘導コイルを使用して、被検体の心臓の時間的に変化する磁場を検出するステップを含み、各コイルの最大外径は１０ｃｍ以下であり、外径に対するコイル長の比が０．９以上でありかつ外径に対するコイルの内径の比が０．６以上である構成を有し、複数の実施形態では、各誘導コイルが磁気コアを含む。前記方法は、被検体の心臓の時間変化する磁場によって各コイルで発生された電流又は電圧を出力信号に変換するステップと、１つ又は複数のコイルからの出力信号を使用して、被検体の心臓によって発生される磁場を解析するステップとを含む。
【００２１】
本明細書で説明する技術の別の態様によれば、被検体の心臓の時間変動磁場を検出するために使用するコイルが提供され、このコイルは、誘導コイルと、複数の実施形態における磁気コアとを備え、誘導コイルは１０ｃｍ以下の最大外径を有し、外径に対するコイル長の比が０．９以上でありかつコイルの内径と外径の比は０．６以上である構成を有する。
【００２２】
業者には理解されるように、本明細書に記載の技術のこれらの態様は、実施形態において、本明細書に記載の技術の任意の１つ以上又は任意の特徴を適宜含むことができる。
【００２３】
明細書に記載の技術の磁力計システムは、単一のコイルを備えてもよい。この場合、コイルは、問題の被検体の身体の領域に適した（単一の）サンプリング位置から測定値を取得するために、被検体（例えば、被検体の胸部又は被検者の身体の他の領域）上に適切に配置することができる。とって代わって、コイルは、例えば使用中の複数の異なるサンプリング位置から測定値を取るために、被検体（被検体の胸部）にわたって移動させてもよい。
【００２４】
しかしながら、実施形態では、前記システムは、例えば複数のコイルを備え、ここで、例えば複数の実施形態では少なくとも７個のコイルであって、例えば７〜５００（又はそれ以上）個のコイルを備え、実施形態では、少なくとも１６個のコイルであって、例えば１６〜５００（又はそれ以上）個のコイルを備える。
【００２５】
磁力計システムが複数のコイルを含む場合、コイルの一部又はすべてを、例えば２次元又は３次元の配列に配置することができ、そして例えば、複数の実施形態において少なくとも７個のコイルを配置し、複数の実施形態において少なくとも１６個のコイルを配置し、これらのコイルは２次元又は３次元配列に配置される。この場合、前記コイルアレイ又は各コイルアレイは、複数実施形態において、被検体（例えば被検体の胸部又は被検者の身体の他の領域）上に適切に配置されたとき、コイルアレイは、被検体上のアレイを移動させる必要なく、サンプリング位置の適切なセットからの読み取り値を取ることができるように構成されている。
【００２６】
前記アレイ又は各アレイは、例えば規則的又は不規則なアレイ、六角形、長方形又は円形のアレイ（例えば、同心円で形成される）などの任意の構成を設定できる。
【００２７】
各アレイ内のコイルの数及び／又は構成は、実施形態において、問題の被検体の身体の領域に適切な数のサンプリングポイント及び／又は適切な範囲を提供するように選択される。
【００２８】
種々の実施形態において、コイルアレイは、例えば胴体や心臓などの生体磁気的に興味がある領域を覆うように構成されている。複数の実施形態では、心臓の磁力計が被検体の心臓の磁場を検出し解析するために使用されている場合又は場所において、各アレイは、少なくとも７個の六角形配列を含み、例えば７〜５０（又はそれ以上）個のコイルを含み、複数の実施形態では少なくとも１６個のコイルを含み、例えば１６〜５０（又はそれ以上）個のコイルを含む。
【００２９】
コイルの数を増やすこともできるが、例えば、より高い解像度で被検体の心臓の時間的に変化する磁場を測定することが望まれる場合又は場所において、及び／又は、例えば特定の脳のように心臓以外の被検体の身体の領域の時間的に変化する磁場を測定することが望まれる場合又は場所においてコイルの数を増大してもよい。種々の実施形態によれば、前記アレイ又は各アレイは、７、１９、３７、６１、９１、１２７、１６９、２１７、２７１、３３１、３９７（又はそれ以上）個のコイルの六角形アレイを備えてもよい。
【００３０】
磁力計システムは、コイルの単一層を備えてもよい。又は、１つ又は複数のコイルの複数の層を含むことができ、例えば複数の実施形態において、２〜１０（又はそれ以上）層などの複数層を含むことができ、すなわち、他方の上には１層を含む。
【００３１】
そのような一実施形態では、各コイル層は単一のコイルを含む。この場合、再び、磁力計は、問題の被検体の身体の領域に適した（単一の）サンプリング位置から測定値を取得するために、被検体（例えば、被検体の胸部又は被検者の身体の他の領域）上に適切に配置することができる。あるいは、使用中の複数の異なるサンプリング位置から測定値を取得するために、磁力計を被検体（例えば、被検体の胸部）上で移動させてもよい。しかし、様々な実施形態では、コイル層の１つ以上又はすべてが複数のコイルを含み、例えば、二次元アレイ配置について上述したように配置された実施形態において、１つ又はそれ以上のアレイもしくは各アレイを有して二次元アレイ状に配置される。
【００３２】
これらの複数の実施形態では、各コイル層の１つ以上又は各コイルは、必要に応じて、他の層の１つ以上又はすべての１つ以上又は各コイルを整列並置し、又はそうでなければ（例えば、非整列）などで並置され得る。
【００３３】
磁力計システムが複数のコイルを含む場合、コイルの一部又はすべては、例えば並列及び／又は直列で接続されてもよい。複数のコイルを直列に接続すると、所定の磁場強度に対して誘導電圧が増加する効果がある。複数のコイルを並列に接続すると、コイルの熱ノイズ（ジョンソンノイズ）を低減する効果がある。複数の実施形態において、直列及び並列接続の組み合わせは、使用されるＺコイルの電圧とノイズ性能のバランスを最適化するために用いられる。
【００３４】
一実施形態では、磁力計システムの１つ又は複数のコイル又は各コイルは、勾配計構成で配置され、すなわち、二つのコイルを同軸で（その各コイルの巻線が並置されている面に対して直交する方向で）整列並置され、並びに、各コイルからの信号が合計されるように、例えば空間での磁場の変化の尺度を提供するように並置される。
【００３５】
磁力計システムのコイル又は各コイルは、時間変化する磁場を検出するための任意の適切なコイルを備えてもよい。
【００３６】
複数の実施形態において、前記コイル又は各コイルは少なくとも０．１Ｈｚと１ｋＨｚの間の磁気信号に敏感になるように構成され、このことは心臓の関連する複数の磁気信号（の大部分）の周波数範囲であるためである。前記コイル又は各コイルは、この範囲外の敏感な磁気信号である場合がある。前記コイル又は各コイルは、複数の実施形態において、１０ｆＴ〜１００ｐＴの範囲の磁場に対して敏感である。
【００３７】
ここに記載されている技術では、１つ又は複数の誘導コイル（すなわち、両端で増幅器に接続されているコイル）は、被検体（例えば被検体の心臓）の磁場を検出するために使用される。各コイルは、例えば１つ以上の巻線（例えば配線）である複数の巻線を含むコイル構成で配置される。
【００３８】
コイルの巻線には、例えば銅などのアルミニウムなど、銀、金、及びそれらの合金及び／又はめっきなどの任意の適切な導体を使用できる。しかしながら、様々な特定の実施形態では、コイル巻線はアルミニウムを含み、実施形態では銅被覆アルミニウムを含む。コイル巻線が銀被覆アルミニウム又は金被覆アルミニウムを含むことも可能である。アルミニウムを使用すると、コイルの重量を減らす効果があり、従って、全体的な磁力システムの重量を減少させることができる。さらに、銅（又は銀又は金）クラッドの追加により、典型的には純粋のアルミニウム巻線で必要とされる積極的な磁束を必要とせずに従来のはんだ付け技術を採用できるため生産が容易になる。
【００３９】
前記コイル又は各コイル上の総巻数Ｎは、所望のように各コイルを選択することができる。前記コイル又は各コイルの特定の巻数は１０００から１０，０００、実施形態では５，０００である。ただし、コイル又は各コイルがこれよりも多くの巻数を持つこともでき、例えば５０，０００まで、又は最大１００，０００巻数などの巻数を持つこともできる。
【００４０】
様々な実施形態において、各コイルは複数の巻回層（すなわち、１層の巻回だけではなく）を含む。このことは総巻数Ｎを増やす効果があり、それ故、例えばコイル長ｌを増大させることなく、コイルのインダクタンスＬを増大させることができる。各コイルは、任意の複数の層を含むことができ、例えば少なくとも２層、例えば２〜５０（又はそれ以上）層、複数の実施形態において少なくとも１０層、例えば１０〜５０（又はそれ以上）層、複数の実施形態において少なくとも２０層、例えば２０〜５０（又はそれ以上）層、複数の実施形態において概略３０層の巻線を含む。このように、様々な実施形態では、各コイルは多層コイルを含む。
【００４１】
各コイルは、必要に応じて以下のように構成できる。上記のように、コイル長ｌ、外径Ｄ、及びコイルの内径Ｄｉは、注意深く本明細書に記載の技術で選択される。
【００４２】
各コイルは、１０ｃｍ以下、実施形態では７ｃｍ以下、実施形態では１〜６ｌｃｍ、実施形態では２〜５ｃｍの最大外径Ｄを有する。
【００４３】
一般にコイルの外径Ｄを大きくすると、コイルの外径を１０ｃｍ以下に制限することにより、コイルのインダクタンスＬを増大させる効果を有し、ここで、（特に磁気心磁図法のために）空間医療磁気測定するのに適した解像度を達成することができ、全体の大きさを有するコイルが提供される。特に、これにより、１６〜５０個のサンプリング位置（検出チャネル）を使用して画像を発生する医学的に適用可能な診断が容易になる（前述のように、各サンプリング位置のデータは、例えば次のいずれかで収集でき、すなわち、コイルのアレイを使用して、又は、データを収集するために胸の周りに移動される１つ（又は複数）のコイルを使用してデータを収集できる。）
【００４４】
加えて、コイルの外径を１０ｃｍ以下に制限すると、コイルの重量（従って、磁力計システムの全体重量）が制限される。そして、磁力計システムで使用するためにコイルが実用的で使いやすいことを保証する。
【００４５】
ここに記載されている技術では、外径に対するコイル長の比ｌ：Ｄは０．９以上であり、複数の実施形態において０．９５以上であり、複数の実施形態において１又はそれ以上である。外径に対するコイル長の比ｌ：Ｄは２以上、３以上などになる可能性もある。種々の実施形態において、外径に対するコイル長の比ｌ：Ｄはまた３未満であり、複数の実施形態において２．５未満であり、複数の実施形態において２未満であり、複数の実施形態において１．５未満である。このように、様々な実施形態では、外径に対するコイル長の比ｌ：Ｄは０．９〜３の範囲にある。
【００４６】
外径に対するコイル長の比ｌ：Ｄを少なくとも０．９に設定することは、コイルが、例えばブルックスコイルの構成（ブルックスコイルの比は０．２５である）と比較して、並びに、特許文献１に記載されている装置（この比は０．６９である）と比較して、その幅に対して（その軸に沿って）相対的に長くなるということを、効果的に意味する。このことは、コイルが所定の外径に対してより多くの巻線を含むことができることを意味し、それによって、コイルのインダクタンスＬを増加させる。以下にさらに詳細に説明するように、この構成は、コイルが磁気コアを含む場合にも特に有益である。
【００４７】
各コイルは、任意の適切な長さｌ（すなわち、コイル巻線の長さ）を持つことができる。複数の実施形態において、各コイルは、１０ｃｍ以下の長さｌを有し、複数の実施形態において１〜１０ｃｍの長さｌを有し、複数の実施形態において３〜７ｃｍの長さｌを有し、複数の実施形態において４，６ｃｍの長さｌを有する。特定の実施形態では、各コイルは実質的に５ｃｍの長さｌを有する。
【００４８】
この点について、出願人は、コイルの（巻線の）長さｌを長くすると、コイルはより多くの巻回数の巻線を含むことができ、それに応じてインダクタンスＬを増大させることができることを認識している。コイルの（巻線（複数可）の）長さを増加させることの利点は、コイルの（の巻線）の長さの増加に伴って直線的に増加しないが、代わりに、コイルの（巻線の）長さが増加するにつれてインダクタンスＬは落ちる。これは、被検体の生体磁場が比較的小さいためであり、磁場強度は、例えば被検体の身体の領域例えば、心臓）からの距離の３乗（１／ｒ３）に反比例するためである。これは、コイルの「上部」での巻線が、「下部」での巻線とは異なる磁場強度を経験することを意味する。これに加えて、小型のコイルは軽量であり、より実用的で便利な磁力計システムに適している。
【００４９】
そのため、出願人は以下のことを発見した。コイルの（巻線の）長さを１０ｃｍ以下に制限することにより、具体的には、複数の実施形態において１〜１０ｃｍに制限し、複数の実施形態において３〜７ｃｍに制限し、複数の実施形態において４，６ｃｍに制限し、特定の実施形態では実質的に５ｃｍに制限することで、生物学的な磁場に十分に敏感であるコイルであって、医療用磁気測定のための実用的な構成で使用することができる（特に磁気心磁図法で）全体のサイズと重量を有するコイルが提供される。
【００５０】
ここに記載されている技術では、外径に対する内径の比（すなわち、巻線の内径と巻線の外径の比）Ｄｉ：Ｄは０．６以上である。コイルの外径に対する内径の比を０．６以上に設定することは、例えばブルックスコイルの構成（この比は０．５である）と比較して、また特許文献１に記載されている装置（この比は０．４２５である）と比較して、そのコイルの巻線のコアの軸に直交する方向に比較的密に充填される（すなわち、コイルの軸に直交する方向にコイルの軸からの半径方向距離の比較的狭い広がりを持っている）ことを意味する。
【００５１】
この点について、出願人は、１巻線当たりのインダクタンスは、一般的に（多層）コイルの全巻線に対して一定ではないことを認識していた。それの訳は、例えば、（多層）コイルの外側の層の巻きは、コイルの内側の層の巻線よりも大きい直径を有するので、通常、外側の層の巻線は１巻線当たりのインダクタンスが高くなる。出願人はさらに、コイルが１巻線当たり比較的一定のインダクタンスを持っている（これにより例えば歪みを減らすことができる）こと、並びに、このことは、コイルの外径に対する内径の比Ｄｉ：Ｄができるだけ１に近いことを保証することによって（すなわち、コイルの軸に直交する方向でのコイルの軸からの半径方向の距離の広がりができるだけ狭くなるようにすることによって）達成できるという有益な場合があることを認識していた。この配置又は装置はまた、以下により詳細に説明するように、コイルが磁気コアを含む場合において特に有益である。
【００５２】
一方、上記のように、コイル巻線の複数の層を含み、巻線の層の数を増やすと、（例えばコイル長ｌを増大させることなく）コイルのインダクタンスを増加させる効果を有する。しかしながら、巻きの層数を増やすと、コイルの外径に対する内径の比Ｄｉ：Ｄが減少する。
【００５３】
この点について、出願人は以下のことを発見しました。外径に対する内径の比Ｄｉ：Ｄが０．６：１以上のコイルを提供することにより、これらの競合する要因の間に特に有益なバランスを見つけることができ、さらに、この構成は、その１巻線当たりのインダクタンスが比較的一貫している適切に敏感な多層コイルを提供することを発見した。
【００５４】
種々の特定の実施形態では、コイルの外径に対する内径の比Ｄｉ：Ｄは、０．６２５以上であり、複数の実施形態において０．６５以上、０．６７５以上、０．７以上、０．７２５以上、及び／又は０．７５以上である。コイルの外径に対する内径の比Ｄｉ：Ｄはまた０．８以上、又は０．９以上である場合がある。
【００５５】
コイルの外径に対する内径の比Ｄｉ：Ｄはまた（定義により）１未満でなければなりません。（この比の上限は、コイルが単層の巻線で構成される場合である。）従って、コイルの外径に対する内径の比Ｄｉ：Ｄは、複数の実施形態において０．６：１から１：１の範囲にある。
【００５６】
種々の実施形態において、コイルの外径に対する内径の比Ｄｉ：Ｄはまた０．９未満であり、複数の実施形態において０．８未満である。種々の特定の実施形態では、コイル又は各コイルは以下の構成を有する：
【００５７】
４ｃｍ≦Ｄ≦５ｃｍ；
ｌ≒５ｃｍ；及び
Ｄｉ／Ｄ≒０．７４５
【００５８】
ここで、Ｄはコイルの外径、ｌはコイル長、Ｄｉはコイルの内径である。
【００５９】
様々な他の特定の実施形態では、コイル又は各コイルは以下の構成を有する：
【００６０】
４ｃｍ≦Ｄ≦５ｃｍ；
ｌ≒５ｃｍ；及び
Ｄｉ／Ｄ≒０．６２５
【００６１】
ここで、Ｄはコイルの外径、ｌはコイル長、Ｄｉはコイルの内径である。
【００６２】
これらの割合をもつコイルは、特に高いインダクタンスＬ、及び関心のある生物学的磁場に対する感度を持つことがわかっている。
【００６３】
様々な実施形態において、コイル巻線には比較的小さな巻線半径が使用される。これにより、比較的高い内外径比Ｄｉ：Ｄを維持しながら、コイルの巻き数を増やすことができる。特定の巻線半径は１ｍｍ以下であり、複数の実施形態において実施形態０．５ｍｍ以下であり、複数の実施形態において０．４ｍｍ以下であり、複数の実施形態において０．３ｍｍ以下であり、複数の実施形態において０．２５ｍｍ以下であり、複数の実施形態において０．２ｍｍ以下であり、複数の実施形態において０．１５ｍｍ以下であり、複数の実施形態において０．１ｍｍ以下である。
【００６４】
ここで、比較的小さな巻線半径の使用は、コイルの抵抗とノイズを減らすために巻線半径を増やすという従来の目的に反するということに注意すべきである。これに関して、出願人は以下のことを発見した。例えば心臓の磁場など比較的小さな生体磁場を測定する場合、ノイズの増加に耐えることができる。これは、コイルの巻き数Ｎが比較的高く、内径と外径の比Ｄｉ：Ｄが比較的高いコイルを使用することから得られる利点があるためである。
【００６５】
種々の実施形態において、例えばコアの軸に直交する方向の両方において、及び（軸）方向にコアの軸に平行であるように、コイルはできるだけ密集している、複数の実施形態において、コイルは可能な限り層巻きに近く、すなわち、散在的巻回ではありません。しかしながら、コイルがあまりきつく巻かれていないコイルを含むことは可能である。
【００６６】
コイルの巻線密度（巻線の断面積に対する巻線の断面積の比）は、実施形態では０．５から１の範囲であり、特定の実施形態では１である。より高い巻線密度は、比較的高い巻き数Ｎと比較的高い内外径比Ｄｉ：Ｄの両方を促進する。言い換えれば、よりタイトな巻線はコイルの性能を改善する（一方、ギャップは損失を招く可能性がある）。
【００６７】
各コイルは磁気コアを備えていてもよい（すなわち、コイル巻線は磁気コアの周りに巻かれていてもよい）。様々な特定の実施形態では、軟磁性コアが使用される。各コイルに磁気コアを設けると、コイルのインダクタンスＬが増加する。従って、様々な実施形態では、各コイルは軟磁性コアを含む。
【００６８】
これに関して、出願人は以下のことを発見した。ここで説明する技術の誘導コイルの構成の要件により、コイルは特に、誘導コイルが磁気コアを備えることで敏感になる。このことは、（例えば空芯である）磁気コアを含まない誘導コイルに対して有効的に最適化された特許文献１に記載されている構成とは対照的である。
【００６９】
例えば（例えば鉄である）強磁性材料、フェライト又は他の磁性材料など、任意の適切な磁気コア材料を使用できる。複数の実施形態において、コアは、例えばソフトフェライトなどの軟磁性材料を含む。
【００７０】
種々の特定の実施形態では、磁気コアは、高い比透磁率μｒを有する材料から形成され、比透磁率μｒは例えば、少なくとも１０、複数の実施形態において少なくとも１，０００、複数の実施形態において少なくとも１０，０００、複数の実施形態において少なくとも１００，０００である。コア材料の比透磁率μｒが高いほど、コイルのインダクタンスＬは大きくなる。
【００７１】
適切な高比透磁率材料は、例えば、炭素鋼（μｒ≒１００）、例えばニッケル亜鉛（μｒ≒１６６４０）、マンガン亜鉛（μｒ＞６４０）などのフェライト、純鉄又は鋼などを含む。複数の実施形態において、磁気コアはより高い比透磁率の材料で形成され、例えば、Ｍｅｔｇｌａｓ  ２７１４ａ（μｒ＞８０，０００（例えばアニールされていない）〜１，０００，０００（例えばアニールされている））などのアモルファス金属合金、例えばファインメット（μｒ＞８０，０００（例えばアニールされていない）〜２００，０００（例えばアニールされている））ナノ結晶材料、ミューメタル（μｒ≒２０，０００〜８０，０００）などのニッケル−鉄、コバルト鉄合金等の合金などの材料で形成される。これらの材料は、非常に高い透磁率を示す。しかし、鉄粉などの他の磁性材料よりも軽くすることができる。これにより、磁力計システムの全体重量を減らすことができる。
【００７２】
複数の実施形態において、各磁気コアは、（軟）磁性材料の円柱形状を含み、複数の実施形態においてコイルの巻線内に位置する。従って、複数の実施形態に係るコアは、コイル（巻線）の内径Ｄｉ以下の外径Ｄｃを有する。
【００７３】
種々の特定の実施形態では、コアは、コイル巻線の内径Ｄｉに近いか等しい外径Ｄｃとを有する。従って、コイルの外径に対する内径の比Ｄｃ：Ｄｉは、１もしくはできるだけ１に近く、複数の実施形態において０．８以上であり、複数の実施形態において０．９以上であり、複数の実施形態において０．９５以上であり、複数の実施形態において１５０以上である。この点に関して、出願人は、コアがコイルの巻線に近いとき、コイルのインダクタンスＬを増加させるコアの効果が大きいことを発見しました。
【００７４】
特定の実施形態では、コアの外表面は、例えば、コアの周囲の少なくとも一部（実施形態における大部分又はすべて）でコイル巻線と接触するように配置されている。コアの外側表面がコイル巻線と接触するように配置することは、巻線がコアに可能な限り近く、それに応じて、コイルのインダクタンスＬを増大させるコアの効果は、できるだけ大きいであることを意味する。高磁場での飽和の可能性を減らすために、コアとコイル巻線の間にエアギャップを設けるという従来の教示に反するということを注意すべきである。この点について、出願人は、飽和のリスクは、医療磁気測定の分野では非常に低いということを発見した。なぜなら、例えば、生体磁場強度は比較的小さいからである。
【００７５】
（ただし、コアが巻線と直接接触している必要はありません。例えば、１つ又は複数の（エア）ギャップが、絶縁層、接着層、又はその他の方法でコアと巻線の間にある場合がある。）
【００７６】
各コアは中空ではない固体でもよく、例えば、（（軟磁性の）磁性材料の）固体柱（シリンダ）形状を含むことができる。しかし、種々の実施形態では、各コアは少なくとも部分的に中空であり、例えば、（（ソフト）磁性材料の）中空円筒を含む。これに関して、出願人は、中空コアの使用は大幅コイルのインダクタンスＬを減少させないが、有意にコイルの体重、並びにそのコストを低減することができることを発見した。
【００７７】
これらの実施形態では、中空のコアの断面積の割合（すなわち、穴が占める）は、必要に応じて選択でき、例えば複数の実施形態において２５％以上であり、複数の実施形態において５０％又はそれ以上であり、複数の実施形態において７５％又はそれ以上であり、複数の実施形態において９０％以上である。中空コアの穴のサイズを大きくすると、飽和のリスクが高くなるが、それは有益コイルの全体的なコストと重量を削減する。中空コアは、任意の適切な厚さを持つことができ、例えば、数ｍｍ以下、実施形態では約１ｍｍ以下などの厚さを有する。
【００７８】
同様に、中空コアは、任意の適切な方法で形成されてもよい。様々な特定の実施形態では、コアは磁性材料の１枚又は複数枚のシートを含み、例えば、それは中空円筒形状で形成されている。１枚以上のシートは、中空円筒形状に形成されてもよく、ここで、例えば１枚以上のシートを巻回し、及び／又は複数枚のシートを一緒に積層化することで形成してもよい。これらの実施形態では、各シートは、任意の適切な厚さを有していてもよく、例えば数ｍｍ以下、１ｍｍ以下、５００μｍ以下、１００μｍ以下、７５μｍ以下、５０μｍ以下、
及び／又は２５μｍ以下の厚さを有する。様々な特定の実施形態では、コアは３５μｍのＭｅｔｇｌａｓ  ２７１４ａのシートを含む。
【００７９】
中空コアは、磁性材料の単層又は磁性材料の多層を含んでもよい（ここで例えば、磁性材料のシートは、それ自体の周りに複数回巻回され、及び／又は、コアは、磁性材料の複数の積層を含むように形成される）。中空コアが複数の層で構成される場合、任意の適切な数の層を使用でき、例えば、２、３、４、５層以上の層の磁性材料を含む。
【００８０】
従って、様々な実施形態において、コアは、（軟磁性の）磁性材料の１枚以上の巻回されたシートを含む。これは、特に便利で低コストで軽量なコアの配置を表している。
【００８１】
上記のように、コアは、複数の実施形態において、高い比透磁率μｒを有する材料から形成される（これは、コアの比透磁率を増加させると、コイルのインダクタンスを増加させるからである）。出願人はさらに以下のことを発見した。コアの実効透磁率μｅは、コア材料の比透磁率μｒとコアの形状の両方によって決定され、特に、コアの実効透磁率μｅは、コアの長さと直径の比ｌｃ：Ｄｃによって決定される。従って、様々な実施形態において、コアの外径Ｄｃ及びその長さｌｃは注意深く選択される。
【００８２】
種々の特定の実施形態では、コアの直径に対するコアの長さの比ｌｃ：Ｄｃは１以上であり、複数の実施形態において１．５以上であり、複数の実施形態において２以上である。また、コアの長さと直径の比ｌｃ：Ｄｃはこれより大きくなる可能性があり、例えば３以上である。この点で、出願人は以下のことを発見した。一般的な、その直径にコアの長さの比ｌｃ：Ｄｃを大きくすると、コアの実効透磁率μｅを増加させる効果を有し、そしてそのため、コイルのインダクタンスＬを増大させる効果を有する。このことは、特に、（例えば、上記のように）高い比透磁率を持つ磁性材料の場合である。このためにこれらの利点は非常に非線形である。（比透磁率が低い材料は、このアスペクト比を大きくしても、まったく利点がない）。コアの長さと直径の比ｌｃ：Ｄｃは、実用性とサイズの考慮事項によって制限される。従って、様々な実施形態において、コアの長さと直径の比ｌｃ：Ｄｃはまた３以下である。
【００８３】
コアの長さと直径の比ｌｃ：Ｄｃを増やすために、コアの長さｌｃを増やすか、コアの直径Ｄｃを減らすか、その両方を行うことができる。
【００８４】
この点について、コアの長さが、コイルの巻線の長さｌ未満である可能性がある。しかしながら、様々な実施形態において、コアは、コイルの巻線の長さｌ以上の長さｌｃを有する。
【００８５】
コアの長さｌｃを巻線の長さｌと等しくなるように配置するということは、コイルの全体的な（総）長さを増大させることなく、与えられたコイル巻線の長さｌに対して、コアの長さｌｃが可能な限り長いこと、（並びに、外径に対するコアの長さの比ｌｃ：Ｄｃができるだけ大きいこと）を意味する。
【００８６】
コアの長さｌｃを巻線の長さｌより大きくすることで、例えばコイルの全長を増加させる犠牲のもとで、コアの長さと直径の比ｌｃ：Ｄｃをさらに増やすことができる。この点において、出願人は以下のことを発見した。コイルの全体（全体）の長さ（すなわち巻線及びコアを含む長さ）は３０ｃｍ以下である（及び実施形態においても）べきであり、複数の実施形態において１〜１０ｃｍであり、複数の実施形態において３〜７ｃｍであり、複数の実施形態において４，６ｃｍであり、特定の実施形態において実質的に５ｃｍである。これにより、磁力計システムで使用する実用的で扱いやすいコイルが得られる。
【００８７】
従って、実施形態における各コアは、３０ｃｍ以下の長さｌｃを有し、複数の実施形態において１〜１０ｃｍであり、複数の実施形態において３〜７ｃｍであり、複数の実施形態において４，６ｃｍであり、特定の実施形態では、各コアは、実質的に５ｃｍの長さｌｃを有する。
【００８８】
ここで以下の点に注意する必要がある。外径に対するコイル長の比を０．９以上に設定すること、すなわち、コイルがその幅に対して（その軸に沿って）比較的長い（上記のように）ことは、コイルが以下を含むことができることを意味する。
（１）外径に対する内径の比ｌｃ：Ｄｃを有する磁気コア（従って高い実効透磁率μｅを有する）を備え、
（２）コイルが比較的高いインダクタンスＬを有する。
【００８９】
コアの長さｌｃの増加とは対照的に、以下でより詳細に説明するように、コアの直径Ｄｃを小さくする（すなわち、コアの長さと直径の比ｌｃ：Ｄｃを大きくする）と、上記の他の特定のパラメーターから離れることがある。
【００９０】
特に、上記のように、コイルの内径と外径の比Ｄｉ：Ｄは比較的大きいことが好ましい（すなわち、０．６以上であって、実施形態では可能な限り１に近い）。このことは、特に、コイルは磁気コアを備えている場合である。これは、出願人が発見したように、コイルのインダクタンスを増加させる磁気コアの効果は、全てのコイルの巻線に対しての一般的な普遍なものない。特に、コイルの内側の層の巻線、すなわち、コイルの外側の層の巻きよりもコアに近い。コアの存在により、外側層の巻線よりも大幅に大きなインダクタンスの増加が発生する。このようにコアの効果を最大化するために、コイルのすべての層の巻線は、コアに比較的近くすることが必要である（従って、コイルの外径比Ｄｉ：Ｄは、比較的大きくすべきである）。（同じ理由で、上記のように、コアの外径Ｄｃは、コイルの内径Ｄｉにできるだけ近いことが好ましい）
【００９１】
ただし、コアの外径Ｄｃを小さくすると、コアの外側表面を巻線の内側表面に近接して維持しながら、そして、外径に対する内径の比Ｄｉ：Ｄが比較的高いコイルを維持しつつ、（すなわち、コイルの巻線がすべてコアに比較的近接しているように）コアの外径Ｄを小さくさせ得る。上記のように、巻回コアの外径Ｄを減少させることで、今度は、コイルの全体的なインダクタンスＬを低減することが期待される。
【００９２】
この点に関して、出願人は、上記の要因の間で特に有益なバランスが見られることを発見した。ここで、内径と外径の比Ｄｉ：Ｄは０．６以上であり、実施形態では０．６〜０．８、実施形態では０．６〜０．７である。特定の実施形態において、コイルの外径に対する内径の比Ｄｉ：Ｄは、実質的に０．６２５である。出願人は、コアを含むコイルの場合、これらの比が特に高いインダクタンスを提供することを発見しました。
【００９３】
従って、様々な特定の実施形態では、コイル又は各コイルは以下の構成を有する：
【００９４】
Ｄ≒４ｃｍ；
ｌ≒５ｃｍ；及び
Ｄｉ／Ｄ≒０．６２５
【００９５】
ここで、Ｄはコイルの外径、ｌはコイル長、そしてＤｉはコイルの内径であり、そして、次の構成を持つ磁気コアを備える。
【００９６】
Ｄｃ≒２．５ｃｍ；及び
ｌｃ≒５ｃｍ
【００９７】
ここで、Ｄｃはコアの外径、ｌｃはコアの長さである。これらの比を持つコイルは、特に高いインダクタンスＬと、関心のある生物学的磁場に対する感度を持っていることがわかっている。
【００９８】
コイルが結合され、コイルからの出力を検出するために使用される検出回路は、上述したように、磁場によってコイルに誘導される電圧及び／又は電流から、解析のための適切な出力信号を発生する。これを実行できる適切な検出回路と配置を使用できる。実施形態において、検出回路は、磁場によってコイルに発生する電圧又は電流を、後処理及び平均化のためにデジタル信号に変換する。
【００９９】
システムに複数のコイルが含まれる場合、実施形態における各コイルは、独自の、それぞれ別個の検出回路を有する（すなわち、コイルと同じ数の検出回路がある）。検出回路からの出力信号は、後処理で必要に応じて組み合わせることができる。
【０１００】
種々の実施形態において、各検出回路は、電圧又は電流検知モードで動作する（すなわち、検出した磁場の時間変化により、コイルの両端間に発生する信号を測定する）。
【０１０１】
種々の実施形態において、検出回路によって発生される電圧は、例えば後処理、ノイズ低減と信号再生のためにデジタル化される。検出セットアップの出力電圧をできる限り早く（実際的に）デジタル化することは増幅器ノイズを制限するために好ましい。従って、様々な実施形態において、１つ以上のコイルからの１つの信号又は複数の信号は、例えば１つ又はそれ以上のデジタイザを用いてデジタル化される。
【０１０２】
前記デジタイザ又は各デジタイザは、例えば別の信号処理及び平均化等のために、１つ又は複数のコイルから受信されたアナログ信号を１つのデジタル信号にデジタル化（変換）する。デジタイザはデジタル信号に磁場によって１つ以上のコイルに発生する電圧又は電流に変換する必要があり、（複数の実施形態において）そのように動作する。様々な実施形態において、前記デジタイザ又は各デジタイザは、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を含む。
【０１０３】
種々の実施形態において、磁力計システムは、デジタイザの各コイルに結合されかつコイルからの信号をデジタル化するように構成される。前記システムが複数のコイルを含む場合、各コイルは、自身のそれぞれの独立したデジタイザを有してもよい（すなわち、コイルと同じ数のデジタイザがある）、もしくは、コイルの一部又はすべてがデジタイザを共有してもよい。
【０１０４】
前記デジタイザ又は各デジタイザは、直接に又はそれぞれのコイルに接続されていてもよく、もしくは、複数の実施形態において、前記デジタイザ又は各デジタイザは、増幅器を介して各コイルに接続されてもよい。従って、種々の実施形態において、磁力計システムは、１つ以上の検出増幅器を含み、複数の実施形態において、１つ又は複数のコイル又は各コイルに接続された、例えば各コイルの両端に接続されたマイクロホン増幅器の形式で（低インピーダンス増幅器）前記検出増幅器を含む。次いで、複数の実施形態において、前記検出増幅器又は各検出増幅器は、１つ又は複数のデジタイザに接続される。
【０１０５】
前記増幅器又は各増幅器は、任意の適切で望ましい増幅レベルを有するように構成されてもよい。前記増幅器又は各増幅器は、例えば、コイル又は各コイルから受信した信号（ノイズを含む）を約１０００倍（６０ｄＢ）以上増幅してもよい。
【０１０６】
種々の実施形態において、磁力計システムは、このような（コイルに結合されている）コイル及び増幅器がセンサヘッド又はプローブ内にともに配置されるように設けられる。このことは、センサヘッド（プローブ）が使用されている磁力計システムの残りの部分から間隔を置いて配置されることを可能にする磁力システムの残りの構成要素に配線で接合されている。
【０１０７】
種々の実施形態において、１つ又はそれ以上のコイルからの信号（実施形態ではデジタル化信号）は複数の期間にわたって平均化され、例えば、平均化回路を使用して平均化される。前記デジタル化信号又は各デジタル化信号は所望のようにＥＤ信号又は信号が複数周期にわたって平均することができる。平均化回路は、複数周期にわたって、前記デジタル化信号又は複数のデジタル化信号を平均化するための任意の適切な所望の回路を含んでもよい。
【０１０８】
一実施形態では、トリガは、前記信号をゲーティング（ウィンドウイング）するために提供され用いられ、（すなわち、周期的又は疑似周期的信号を識別し、複数の繰り返し周期に分割するため）使用される。トリガは被検者の身体の領域の時間変化する磁場と同期される必要があり、また実施形態では同期される。例えば、磁力計は被検体の心臓の磁場を解析するために使用され、次いで、前記信号は複数の実施形態において、心拍数にわたって平均され、また被検体からのＥＣＧ又はパルスＯｘトリガは、信号取得プロセスの検出トリガとして使用してもよい。
【０１０９】
従って、様々な実施形態において、トリガは、（周期的又は擬似周期的）信号の各繰り返し周期を識別するために使用され、このとき、前記信号は複数の識別された期間にわたって平均化される。
【０１１０】
もちろん、他の構成も可能である。例えば、（周期的又は疑似周期的）信号の各繰り返し周期は、トリガを使用せずに識別してもよいが、このとき前記信号は、複数の識別された期間にわたって平均化され得る。
【０１１１】
（実施形態ではデジタル化された）１つ又は複数のコイルからの１つ又は複数の信号は、必要に応じてフィルタリングされてもよい。
【０１１２】
種々の実施形態において、デジタル化の前に１つ又は複数の信号で存在し得る、環境ノイズ又は磁場干渉を除去及び／又は補償するために、１つ以上の手順が取られる。ここで、任意の適切なそのような技術を使用してもよく（例えば、特許文献１に記載されているように）、このことは、ここで説明する技術が磁気シールド環境の使用を必要としないことを留意されたい。
【０１１３】
もちろん、他の構成も可能である。
【０１１４】
また、以下のことについて注意する必要がある。出願人は以下のことを発見しました。心拍スケールの感度は、勾配又はバックグラウンドノイズの減算（又はバックグラウンドノイズを補正するための同等のプロセス）を使用せずに、ここで説明する技術で実現できる。ただし、勾配又はバックグラウンドノイズの減算（又は同等のプロセス）を使用すると、有用な信号をより迅速に発生できる。
【０１１５】
種々の実施形態において、任意の残りの環境ノイズ（存在）後処理が低減及び／又は除去することができる。
【０１１６】
本明細書で説明される技術のシステム及び方法は、磁場を解析するために必要に応じて使用することができ、例えば被検体の心臓の磁場を解析するために必要に応じて使用することができる。例えば単一の心拍内及び／又は特定の機能との間の別個の心拍の間において、及び／又は１つ又は複数の心拍の形状などの、例えば時間間隔や間隔などの心拍の波形及び／又は情報は、１つ又は複数の出力信号から取得することができる。実施形態では、適切な測定が行われて、心臓（又は関心のある他の身体領域）の適切な磁気スキャン画像が発生されることを可能にし、次いで、当該画像は例えば、診断用の画像と参照するために比較される。本明細書で説明される技術は、心臓の磁場を画像化するための任意の適切な手順を実行するために使用され得る。
【０１１７】
実施形態において、所望のスキャン画像を発生するために、複数の（例えば、７〜５００（又はそれ以上）（例えば、上記のように））サンプリング位置（検出チャネル）が検出される。
【０１１８】
従って、本明細書で説明される技術は、解析のための本明細書で説明される技術の磁力計システムの使用にまで及び、並びに被検体の心臓から発生する磁場（又は他の身体領域）を画像化のための実施形態において、解析すべきここで説明する技術の方法又はシステムを用いることを含み、画像化の実施形態において、本明細書に記載の技術の方法又はシステム使用することを含み、被検体の心臓（又は他の身体領域）で発生される磁場を解析することを含む。前記解析と、実施形態における発生される情報及び／又は画像は、複数の実施形態において、例えば心臓の異常などの医学的状態を診断し又は診断のために用いられる。
【０１１９】
従って、本明細書で説明する技術の別の態様によれば、以下を含む、医学的状態を診断する方法が提供される。前記方法は、１つ又は複数の誘導コイルを使用して、被検体の身体の領域の時間変化する磁場を検出するステップを含み、ここで、各コイルは、各コイルの最大外径が１０ｃｍ以下であり、外径に対する内径の比が０．９以上でありかつ外径に対する内径の比が０．６以上である構成を有し、前記実施形態では、各誘導コイルが磁気コアを含む。前記方法は、コイルに結合された検出回路を使用して、被検体の身体の領域の時間変化する磁場により、各コイルで発生された電流又は電圧を、コイルのそれぞれの出力信号に変換するステップと、１つ又は複数のコイルからの出力信号を使用して、被検体の身体の領域によって発生された磁場を解析するステップと、被検体の身体の領域によって発生される磁場の解析を使用して、前記医学的状態を診断するステップを含む。
【０１２０】
ここに記載されている技術のこの態様では、１つ又は複数のコイルからの出力信号は、実施形態では、被検体の身体の領域によって発生される磁場を表す画像を発生するために使用される。そして、実施形態における方法は、次いで、得られた画像を参照画像と比較して、医学的状態を診断することを含む。前記医学的状態は、上述のように、実施形態では以下のうちの１つである：心臓の異常、膀胱の状態、早産、胎児の異常、又は頭や脳の異常。
【０１２１】
当業者には理解されるように、本明細書に記載の技術のこれらの態様及び実施形態は、実施形態において、必要に応じて、本明細書に記載の技術の任意の１つ以上又は任意の特徴をすべて含むことができる。
【０１２２】
上記から理解されるように、本明細書に記載される技術の特定の利点は、磁気シールドを必要とせずに、通常の病院や手術や他の環境で使用することができるということである。従って、種々の特定の実施形態では、本明細書に記載の技術の方法は、磁力計システムを使用して、非磁気シールド環境（及び磁気シールドを使用せずに）において、被検体の心臓（又は他の身体領域）の磁場を検出することを含む。（ただし、必要に応じて、磁力計システムを使用して、磁気シールド環境で（及び磁気シールドを使用して）被検体の心臓（又は他の身体領域）の磁場を検出することができる。
【０１２３】
それに対応して、本明細書に記載の技術の特定の利点は、そのような極低温冷却を冷却する必要なしに使用できることである。従って、種々の特定の実施形態では、本明細書で説明する技術の方法は、磁力計システムを使用して、（例えば、極低温）冷却を使用せずに被検体の心臓（又は他の身体領域）の磁場を検出することを含む。（ただし、必要に応じて（例えば、極低温）冷却を使用して、磁力計システムを使用して被検体の心臓（又は他の身体領域）の磁場を検出することができる。）
【０１２４】
当業者には理解されるように、ここに記載された技術のすべての側面と実施形態は、また、実施形態では、必要に応じて、本明細書に記載の技術の任意の１つ以上又は任意の特徴をすべて含む。
【０１２５】
本明細書で説明される技術による方法は、例えばコンピュータプログラムなどのソフトウェアを少なくとも部分的に使用して実装されてもよい。従って、さらなる態様から見て、以下のことがわかるであろう。本明細書に記載の技術は、コンピュータソフトウェアを提供し、具体的に、データ処理手段にインストールされたときに本明細書に記載の方法を実行するように構成されるコンピュータソフトウェアを提供し、また、プログラム要素がデータ処理手段で実行されるとき、本明細書に記載の方法を実行するためのコンピュータソフトウェアコード部分を含むコンピュータプログラム要素を提供し、さらに、プログラムがデータ処理システム上で実行されるときに、本明細書に記載の方法又は方法のすべてのステップを実行するように適合されたコード手段を含むコンピュータプログラムを提供する。データ処理システムは、マイクロプロセッサ、プログラマブルＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）などである。
【０１２６】
本明細書で説明される技術は、データ処理手段を備えた磁力システムを動作させるために使用されるときにおいて、前記データ処理手段と結合して本明細書に記載の技術の方法のステップを実行させるようなソフトウェアを含むコンピュータソフトウェア媒体にも及ぶ。このようなコンピュータソフトウェアの媒体は、例えばＲＯＭチップ、ＣＤ−ＲＯＭ又はディスクなどの物理的な記憶媒体であってもよいし、もしくは、例えば巻線上の電子信号、光信号、例えば人工衛星等に対する無線信号などの信号であってもよい。
【０１２７】
さらに以下のことが理解されるだろう。ここに記載された技術の方法のすべてのステップがコンピュータソフトウェアによって実行される必要があるわけではない。従って、さらに広範な態様から、本明細書に記載の技術は、本明細書に記載の方法のステップの少なくとも１つを実行するためのコンピュータソフトウェア及びコンピュータソフトウェアの媒体にインストールされるそのようなソフトウェアを提供する。
【０１２８】
従って、本明細書で説明する技術は、コンピュータシステムで使用するためのコンピュータプログラム製品として適切に実施することができる。そのような実装は、例えば、ディスケット、ＣＤＲＯＭ、ＲＯＭ、又はハードディスクなどの非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体などの有形媒体に固定された一連のコンピュータにより読み取り可能な命令を含むことができる。これはまた、有形の媒体のいずれかの上のモデム又は他のインターフェース装置を介してコンピュータシステムに伝送可能な一連のコンピュータ可読命令を含むが、光学又はアナログ通信回線に限定されず、もしくは、マイクロ波、赤外線又は他の伝送技術に限定されるものではない無線技術を使用する無形資産であってもよい。一連のコンピュータ可読命令は、本明細書で前述した機能のすべて又は一部を具体化する。
【０１２９】
当業者は、そのようなコンピュータ可読命令を、多くのコンピュータアーキテクチャ又はオペレーティングシステムで使用するためのいくつかのプログラミング言語で書くことができることを理解するであろう。さらに、そのような命令は、半導体、磁気、又は光を含むがこれらに限定されない現在又は将来のメモリ技術を使用して保存されるか、光、赤外線、又はマイクロ波を含むがこれらに限定されない現在又は将来の通信技術を使用して送信される。また以下のことが企図される。このようなコンピュータプログラム製品は、コンピュータシステムが予めロードされたシュリンクラップソフトウェアなどの印刷又は電子文書を添付したリムーバブルメディアとして配布でき、例えば、システムＲＯＭ又は固定ディスク上、もしくは、インターネット又はワールドワイドウェブなどのネットワークを介してサーバ又は電子掲示板から配布してもよい。
【０１３０】
ここで、本明細書に記載の技術のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】被検体の心臓の磁場を検出するための本明細書に記載の技術の実施形態の使用を概略的に示す。
【図２】被検体の心臓の磁場を検出する場合における本明細書に記載の技術の実施形態の使用の別の例示的な装置を示す。
【図３】被検体の心臓の磁場を検出する場合における本明細書に記載の技術の実施形態の使用の別の例示的な装置を示す。
【図４】被検体の心臓の磁場を検出する場合における本明細書に記載の技術の実施形態の使用の別の例示的な装置を示す。
【図５】被検体の心臓の磁場を検出する場合における本明細書に記載の技術の実施形態の使用の別の例示的な装置を示す。
【図６Ａ】本明細書で説明する技術の一実施形態によるコイル配列を概略的に示す図である。
【図６Ｂ】本明細書に記載の技術の実施形態による概略的に別のコイル配置を示す図である。
【図７】被検体の心臓の磁場を検出する場合における本明細書に記載される技術の実施形態の使用のさらなる例示的な配置を示す。
【図８】ブルックス（Ｂｒｏｏｋｓ）コイルのコイル構成を概略的に示す。
【図９】コイルの外径がコイルのインダクタンスに及ぼす影響を示す。
【図１０】コアのアスペクト比が実効透磁率に及ぼす影響を示す。
【図１１】コアのアスペクト比が実効透磁率に及ぼす影響を示す。
【図１２】単層コイルと多層コイルを模式的に示す。
【図１３Ａ】本明細書に記載の技術の一実施形態によるコイルを概略的に示す図である。
【図１３Ｂ】本明細書に記載の技術の別の実施形態による別のコイルを示す図である。
【図１４】本明細書に記載の技術の一実施形態によるコイルを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０１３２】
図面において適切な場合、同様の構成要素には同様の参照番号が使用される。
【０１３３】
図１は、本書に記載されている技術に従って運用することができる磁力計システムの種々の実施形態の基本的な配置を概略的に示す。この磁力計システムは、特に心臓の磁力計として使用することを目的としている（被検体の心臓の磁場を検出するために使用）。ただし、同じ磁力計の設計を使用して、他の身体領域によって発生される磁場を検出でき、このことは、例えば膀胱状態、早期陣痛、胎児異常の検出及び診断のために、また、心磁図のために用いることができる。従って、本実施形態は、特に心磁測定に関連して説明されているが、本実施形態（本明細書に記載の技術）は、他の医療用途にも及ぶことに留意すべきである。
【０１３４】
磁力計システムは、いくつかの構成要素を含むことができる検出回路４１に結合された誘導コイル４０を含む。
【０１３５】
検出回路４１は、例えばマイクロホン増幅器などの低インピーダンスのプリ増幅器を備えてもよい。当該増幅器は、コイル４０、及び１つ以上のフィルタに接続され、当該フィルタは、例えば、１種以上の低域通過フィルタ、１つ以上の高域通過フィルタ、一つ以上の帯域通過フィルタ、及び／又は例えば、ラインノイズを除去する（例えば５０又は６０Ｈｚ及び高調波を除去する）１つ以上のノッチフィルタである。
【０１３６】
コイル４０からの電流出力は処理され、検出回路４１によって電圧に変換された後、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）４２に提供され、当該変換器４２は、コイル４０からのアナログ信号をデジタル化してＥＳ及びデータ取得システム４３に提供する。
【０１３７】
例えば被検者からＥＣＧ又はパルスＯｘトリガなどの心拍と相関する生物学的信号は、デジタル信号取得のための検出トリガとして使用することができ、トリガパルス数を超えるデジタル化信号は、データ取得部４３により、複数の適切な信号ビン、もしくは、オーバーレイ又は平均化された複数の信号ビンに区分して入力される。また、信号ビンは、他の構成配置も可能である。
【０１３８】
コイル４０及び検出回路４１は以下のように構成してもよい。コイル４０と検出回路４１の前置増幅器はセンサヘッド又はプローブでともに配置され、次いで、センサヘッド又はプローブは検出回路４１の残りの構成要素を含む処理回路に配線で接合される。センサーヘッド（プローブ）と処理回路を配線で接続すると、使用中のセンサーヘッド（プローブ）から処理回路を離すことができる。
【０１３９】
この磁力計では、センサーヘッド（プローブ）を目的の磁場の近くに配置することにより、磁気プローブとして使用される。
【０１４０】
図２は、特にグラジエント減算の手法を使用して、バックグラウンドノイズを補正しようとする図１の装置構成に対する改善を示す。（ただし、他の手法を使用することもできる）。この場合、逆コイル４４は、プローブコイル４０によって検出された信号から背景ノイズ磁場の影響を減算することを試みるために使用される。逆コイル４４は、あらゆるバックグラウンド磁場に対して等しく敏感であるが、被検体の磁場に対してはわずかに敏感である。逆コイル４４は、ピックアップコイル４０に正確に整合させることができ、例えば、ピックアップコイル４０と逆コイルの性能を調整するために可動積層コアを用いて整合させることができる。
【０１４１】
図３は、代替の勾配減算配置を示す。この場合、両方のコイル４０、４４の向きは同じであるが、それぞれの信号は、差動増幅器４５を使用して減算される。この場合も、コイルと検出回路４１の性能を正確に一致させることにより、最適な動作が実現される。繰り返するが、可動の積層コアを使用して、一方のコイルの性能を調整し、もう一方のコイルの性能と一致させることができる。
【０１４２】
図４は、さらなる実施形態を示している。この回路は、図３の配置と同じ原理で動作するが、フィールド（磁場）キャンセルとパッシブコイルマッチングのより洗練された方法を使用する。特に、既知の大域的磁場４４が両方のコイル４０、４４に導入されて、背景磁場干渉を除去しようと試みる。
【０１４３】
この回路では、検出回路４１からの出力は、差動増幅器４５に提供される前、それぞれの増幅器４７、４８を通過する。増幅器４７、４８の少なくとも一方は調整可能である。使用中において、例えば５０又は６０Ｈｚ（高調波）のラインノイズなどの既知のグローバルフィールド（磁場）４６、もしくは信号発生器４９によって加えられる１ｋＨｚ信号などの信号が、両方のコイル４０、４４に導入される。例えばオシロスコープ５０を用いて観測できる差動増幅器４５の出力上のこの周波数の信号の存在は、コイル４０、４４が一致していないことを示す。次に、増幅器制御５１を使用して、可変電圧制御増幅器４８を調整し、差動増幅器４５の出力のグローバルノイズを除去することができ、これにより、２つのコイルからの出力を適切に一致させる。
【０１４４】
この配置の特定の実施形態では、勾配減算のための適切なコイル整合を達成するようには１ｋＨｚ程度の既知のグローバルフィールドは、両方のコイルに印加されるが、５０又は６０Ｈｚ（及び高調波）ノイズを除去するフィルタも出力信号に適用される。
【０１４５】
図５は、図４の配置をさらに変更したものであるが、この場合はアクティブコイルマッチングを使用している。従って、この配置では、コイル４０、４４の出力は再び適切な検出回路４１に導かれ、次に、少なくとも一方が調整可能であるそれぞれの増幅器４７、４８に導かれる。しかしながら、可変増幅器４８は、ロックイン増幅器５２、もしくは、差動増幅器４５及び信号発生器４９からの出力に適切に結合される同様の電圧コントローラを用いて、コモンモードノイズを除去するための構成に調整される。
【０１４６】
本明細書で説明される技術の上記の実施形態は、その被検体の心臓の磁場を検出するために使用することができる単一のピックアップコイルが存在する装置構成を示す。これらの装置構成は、被検体の心臓によって発生する磁場の診断スキャンを作るために、単一のピックアップコイルは、被検体の胸部上の適切な空間位置での測定値を取るために、被検体の胸部上に適切に移動させることができる。次いで、測定値を収集して、被検体の心臓の適切な磁場スキャンをコンパイルするために使用できる。
【０１４７】
例えば図１に示された形態の形式などの複数のコイルと検出回路の配置を配置することも可能である。そして、そのようなアレイを使用して、被検体の心臓によって発生される磁場の測定を行う。この場合、コイルのアレイを使用して、被検体の胸部の複数の位置から同時に測定値を取得できる。これにより、例えば、被検体の胸部の異なる位置で同じコイルを使用して測定値を取得する必要性を回避又は削減する。
【０１４８】
図６Ａ及び図６Ｂは、１６個の検出コイル６１のアレイ６０を有する適切なコイル配列配置を示している。アレイ６０は被検者の胸の上に１６点のサンプリング位置に被検者の心臓の磁場を測定するために被検体の胸部上に配置してもよい。図６Ａは、通常の長方形の配列を示し、図６Ｂは、正六角形のアレイを示す。これらの場合、アレイ６０の各コイル６１は上記のように構成され、それぞれの検出回路に接続される必要がある（すなわち、図１に示すように、個々のコイル６１はそれぞれ配置され、それに接続された検出回路を有する）。次いで、それぞれのコイル６１からの出力信号を組み合わせて、適切に使用して、被検体の心臓の磁気スキャンを発生することができる。
【０１４９】
必要に応じて、例えば等円形アレイ、不規則なアレイなどの他の配列配置を使用できる。
【０１５０】
例えば５０個のコイル、又は５０個以上のコイルなどのより多くの（又はより少ない）コイルをアレイに提供できる。例えば、被検者の身体の異なる領域（すなわち心臓以外の領域）の磁場を測定することが望まれる場合、次に、例えば問題の被検体の身体の領域などのため、適切な数のサンプリングポイントと適切な空間的カバレッジを提供するために、コイルの数の増大を提供してもよい。
【０１５１】
この構成では、コイル６１のいくつかを使用して、被検体の心臓の所望の場を検出するのではなく、背景雑音を減算する目的で背景磁場を検出することも可能である。例えば、アレイの外側コイル６２は、背景磁場検出器として使用できる。それらのコイルによって検出された信号は、アレイの残りのコイルによって検出された信号から適宜減算される。もちろん、バックグラウンドノイズを除去する他の方法も可能である。
【０１５２】
必要に応じて、図６に示す形式のアレイの複数のレイヤーを使用することもできる。この場合、例えば、２つのそのようなアレイがあり、１つが互いの上にあり、被検体の胸部により近いアレイが、被検体の心臓によって発生される磁場を検出するために使用される。そして、遠く離れた配列は、背景ノイズ検出の目的で使用されている。
【０１５３】
心臓が発生する磁場を測定するには、上記構成は、被検体の胸部上の間隔で磁場測定値を収集することによって、被検体の心臓の磁場スキャンをコンパイルするために使用することができ、例えば、偽色の画像は、心拍の任意のセクション用にコンパイルできる。そして、例えば既知の参照画像との比較により、スキャンを使用して、種々の心臓の状態を診断する。さらに、これは、既存の心臓磁気測定装置よりも設置コストと継続的なランニングコストの両方で大幅に低いコストで実現できる。
【０１５４】
図７は、例えば病院で使用されることが想定される磁力計の例示的な配置を示している。磁力計３０は、患者のベッドサイド３１まで動かせる携帯機器であり、ここで、その後例えば患者の心臓のスキャン取るために使用される。磁気シールド（磁気遮蔽）、極低温冷却などは必要ありません。磁力計３０は、通常の病棟環境で使用できる。（ただし、必要に応じて磁気シールド及び／又は冷却を提供できる。）
【０１５５】
ここに記載されている技術では、生体磁場に対するコイルの６１の感度を向上させるために、各コイル長ｌ、外径Ｄ、及び内径Ｄｉは注意深く選択される。
【０１５６】
最も単純な形式では、誘導コイルは、起電力を発生する磁場に対抗して（レンツの法則による）起電力（ＥＭＦ、又は電圧差）を発生することにより、磁場の変化に応答する電子部品である。この誘導電位差（電圧）から、コイルに電流が流れる。
【０１５７】
数学的には、所定の長さの巻線に対する空芯を備えたコイルの最大可能インダクタンスはブルックスコイルであることが示されている。
【０１５８】
図８は、従来のブルックスコイルの設計を示す。ここで、巻線の断面は正方形で、コイルの全体の直径は正方形の辺の１倍の幅である。ブルックスコイルのインダクタンスＬは、次式で表される。
【０１５９】
Ｌ≒０．０２５９１ｈＮ２μ０Ｈ
【０１６０】
ここで、ｈは正方形の巻線断面の一辺の高さ又は長さであり、Ｎは総巻数であり、μ０は自由空間の透磁率であり、Ｈは磁場強度である。これは、次のようにコイルの平均巻き半径（ｒｍｅａｎ）で表すこともできる。
【０１６１】
Ｌ≒０．０１６９９４ｒｍｅａｎＮ２μ０Ｈ
【０１６２】
Ｈは、磁束密度Ｂにコイルの断面積Ａを掛けたものであるＢＡとも表現できる。
【０１６３】
Ｈ＝ＢＡ＝Ｂπｒｍｅａｎ２
【０１６４】
これらの方程式から次のことがわかります。空芯コイルのインダクタンスＬを大きくするには、コイルの半径ｒｍｅａｎ又は巻数Ｎを大きくする必要がある。ただし、これらは両方ともコイルの電気抵抗を増加させる。
【０１６５】
図９は、コイルのインダクタンスＬに対するコイルの外径Ｄの影響を示す。図９では、（下部）の実線は、磁気コアを有していないコイルの直径Ｄと測定されたインダクタンスＬの変化を示す。一方、破線（上）は、軟磁性コアを備えたコイルの直径Ｄに対する測定インダクタンスＬの変化を示す。図９で測定された各コイルには、固定された（３０）巻数を有する。図９は、軟磁性コアの存在がコイルのインダクタンスを改善することを示す。さらに、図９は、固定された巻数の場合、（単層）コイルのインダクタンスＬはその直径（及び断面積）とともに増加することで、より多くの磁束線をカットできることを示す。
【０１６６】
ほとんどの従来のコイル設計は、ブルックスのコイルと巻線の断面に基づいている。空芯コイルは、特に高周波では飽和しにくく、損失が少ないため、一般的に使用される。コアの飽和を減らすために、特定のインダクタにエアギャップがしばしば意図的に導入される。典型的には内径と外径の比は小さくなる。抵抗／ノイズを低減するために、大きなゲージの巻線が選択され、その結果、物理的に大きく重いコイルになる。
【０１６７】
抵抗を増大させることなく、誘導コイルの感度を増加させる別の方法は、前記コイルの中心に軟磁性（鉄の）材料（コア）を導入することである。
【０１６８】
鉄のコア（鉄心）は、高い透磁率を備えた材料であり、磁場の誘導と閉じ込めに使用でき、誘導コイルに導入されると、磁場強度を大幅に向上させることができる。鉄心はコイル内の磁束集中器として機能し、磁力線をそれ自体に引き寄せて、コイルのインダクタンスを大幅に増加させる。
【０１６９】
鉄心を持つ単層コイルのインダクタンスは次式で表される。
【０１７０】
Ｌ＝μｅμ０Ｎ２ＢＡ
【０１７１】
ここで、μｅは、中心にある鉄材料の実効透過率を表す（空気の場合は１に等しくなる）。
【０１７２】
図９は、軟磁気コアの導入による各コイルのインダクタンスの増加を示す。そして以下のことがわかる。コアを有する直径１０ｍｍのコイルは、断面積が２５倍少ない断面積（重要なことに抵抗が小さい）にもかかわらず、コアなしである、直径５０ｍｍのコイルと同等の誘導を有する。
【０１７３】
ただし、磁気コアには主にヒステリシスと渦電流による損失が生じる可能性があるため、材料を磁気コアとして選択するには、高透磁率だけでは不十分であるという欠点はある。一般的に言えば、低い保磁力で変化する（ＡＣ）磁場に応答できるため、低保磁力の材料が推奨される（高保磁力の材料は永久磁石と見なすことができる）。
【０１７４】
次に、磁気コアを使用し、実施形態に従って構成されるいくつかのコイルについて説明する。
【０１７５】
コイルのインダクタンスを増加させると、磁場に対するコイルの感度が向上するなど、いくつかのプラスの効果がある。そしてそれによってより低い周波数にコイルの周波数応答をシフトさせる、電圧の立ち上がり時間の時定数を増加させ（これは生体信号のより一般的である）、そしてノイズの高周波数源のためのチョークとして作用する。
【０１７６】
種々の実施形態によれば、アモルファス金属合金（金属ガラス又はガラス状金属と呼ばれることもある）コアが使用され、これは例えば従来のプレスされた鉄粉コアの代替に使用される。これらの材料は、従来の金属材料及び合金とは異なり、従来の結晶質又は多結晶格子の代わりに非常に無秩序な原子構造を有する合金であり、例えば多数のユニークな性質を持っている。
【０１７７】
例えば鉄、コバルト、ニッケル等の特定の磁性材料と合金化することにより、非常に高い透磁率と磁化率の材料が使用可能であり，例えばＭｅｔｇｌａｓ２７１４ａ又はファインメットの材料を使用可能である。これらの高抵抗は交番磁場にさらされたときに渦電流損失を低減させ、保磁力が低いため、損失も減少する。
【０１７８】
そのため、例えばＭｅｔｇｌａｓ２７１４ａ、ナノ結晶材料などのコアのように（すなわち、非常に小さい粒径の多結晶材料、アモルファス材料で満たされた空間）、もしくはＭｕＭｅｔａｌを使用できる。
【０１７９】
出願人は以下のことを発見した。磁気コアの実効透磁率（μｅ）は、磁性体の比透磁率（μｒ）と、コアの幾何学的形状の両方に依存し、特に、実効透磁率（μｅ）は、コアの形状に依存する減磁係数Ｎｄｅｍａｇに依存する。
【０１８０】
【数１】
0006899055.tif 000002
【０１８１】
ここで、
【０１８２】
【数２】
0006899055.tif 000003
【０１８３】
ここで、Ｄｃとｌｃはコアの直径と長さである。
【０１８４】
比透磁率が十分に大きい場合、この式は次のように単純化されるため、実効コア透磁率は材料特性にほとんど依存しない。
【０１８５】
【数３】
0006899055.tif 000004
【０１８６】
図１０は、コアのアスペクト比が実効透磁率μｅに及ぼす影響を示す。図１０からわかるように、１０，０００の比透磁率を有する材料は、コアの長さと直径が等しいときの４の実効透磁率を有することができ、もしくは、コアがそれより広い１００倍の長さを有するとき１０００を超える実効透磁率を有する。
【０１８７】
このことは、（図９に示されている）空芯コイルからのデータを再プロットし、コアが存在しないコイルと比するようにインダクタンスをスケーリングすることでもっと簡単に見ることができる。これを図１１に示す。ここで、固定コア長（５０．８ｍｍ）を追加するが可変コア径（ｘ軸）であるとき、同じ電気抵抗コイルに対して大幅に異なるインダクタンス値が見られる。コア直径５ｍｍ（アスペクト比１０：１）のコイルは、直径５０ｍｍコア（アスペクト比１：１）のコイルの約２．５倍の増加と比較して、測定インダクタンスが約１７倍増加する。
【０１８８】
この考察を論理的な極限まで持っていくと、最も敏感なコイルは、高透磁率コアであって、多くの巻線を有し、大きな断面積を提示し、高アスペクト比を維持する。残念ながら、物理的な制約があるため、特定の長さよりも長いコイルを製造することは実用的ではないため、妥協する必要がある。
【０１８９】
この点については、全体の大きさを有するコイルを提供するために、すなわち、（磁気カルジオグラフィのために特に）医療磁気測定するのに適した空間分解能を達成するために、コイルの外径Ｄは、約１０ｃｍ以下に制限する必要がある。
【０１９０】
コイルの外径に対するコイル長の比は、コイルがその幅に対して（軸に沿って）比較的長くなるように、比較的大きく（すなわち、０．９以上）する必要がある。このことは、コイルが、長さと直径の比が比較的大きいｌｃ：Ｄｃの磁気コアを含むことができることを意味する。（そして、それに応じて高い実効透磁率μｅ）を得ることができ、コイルが比較的高いインダクタンスＬを有することができる。
【０１９１】
しかしながら、磁場強度は、１／ｒ３に比例して低下する。そのため、磁場源から２倍離れた巻線では、磁場強度が８分の１に減少する。従って、例えば、（例えば、心臓の上部又は心臓の中間など）磁場源から１０ｃｍの複数の巻線は、磁場源から５ｃｍでの経験する強度の１２．５％の磁場強度を経験する。また、磁場源から１５ｃｍの巻線は磁場源から５ｃｍで経験した強度の３．７％の磁場強度を経験し、１０ｃｍで経験した強度の２９％の磁場強度を経験する。そして、磁場源から２０ｃｍの巻線は５ｃｍで経験する強度の１．５６％の磁場強度を経験し、１０ｃｍで経験した強度の１２．５％の磁場強度を経験し、１５ｃｍで経験した強度の４２％の磁場強度を経験する。
【０１９２】
これは、コイルの上部と下部の巻線が非常に異なる電界強度を経験することを意味する。これは、アスペクト比による改善にもかかわらず、非常に長いコイルを設計する利点がないことを意味する。これらの考察から、最適なコイル長ｌは〜５０ｍｍであると判断されました。この長さを超えると、心臓の電界が著しく弱まり、発散する。そして、磁力計装置は実用的で扱いにくくなる。
【０１９３】
さらに、出願人は以下のことを発見した。コイルの外径に対する内径の比（すなわち、巻線の内径と巻線の外径の比）Ｄｉ：Ｄは、比較的大きくする必要があり、すなわち、０．６以上にする必要がある。これは、コイルの巻線がコアの軸に直交する方向に比較的きつく詰まっていることを意味する（すなわち、コイルの軸に直交する方向にコイルの軸からの半径方向距離の比較的狭い広がりを持っている）。これは、コイルの各層の巻線がコアに比較的近くなることを意味する。
【０１９４】
さらに、コアの外面をコイル巻線と接触するように配置することは、巻線がコアに可能な限り近いことを意味する。コアに直接接触又は近接しているコイル巻線は、測定されたインダクタンス値に対して大きなブーストを受信する。しかし、その効果は外側巻線ではほとんど無視できる。
【０１９５】
一方、巻線の層数を増やすとコイルのインダクタンスが増加するため（例えば、コイル長ｌを増大させることなく）各コイルは複数の巻数層を含む必要がある。ただし、巻線の層数を増やすと、コイルの内径と外径の比Ｄｉ：Ｄが小さくなる。
【０１９６】
これは、ゲージが小さいため断面積が大きい巻線を使用することである程度対処できるが、そのため、同じボリュームでより多くの巻線（及び巻線長の増加）を追加でき、もしくは、同じ巻数の巻線をコアに近接して配置できる。これを図１２に示す。
【０１９７】
この変更は、断面積（Ａ）に比例するため、抵抗の増加を犠牲にして行われる。
【０１９８】
Ｒ＝ρｌ／Ａ
【０１９９】
しかし、抵抗が高くなりすぎると、その後、ジョンソンナイキストノイズが問題となる（これにより、必要なサイクル平均回数が増え、スキャン時間が長くなるか、検出可能な最小のフィーチャのサイズが大きくなる）。そして、増幅電子機器は、十分な電流が流れるように適切に修正する必要がある。温度を下げて騒音レベルを最小限に抑えることができるが、極低温冷媒（例えば液体窒素やヘリウムなど）は、例えばコストと安全な封じ込めの観点から）実用的ではない。
【０２００】
医療用磁力測定で使用するコイルを設計するとき、上記のファクタ（係数）は注意深くバランスを取る必要がある。これに関して、出願人は、１個又は複数のコイルに以下の構成を提供することで、特に競合ファクタを上記のバランスにより求めることができることを発見した。
【０２０１】
Ｄ≒４．７ｃｍ；
ｌ＝５ｃｍ；及び
Ｄｉ／Ｄ≒０．７４５
【０２０２】
ここで、Ｄはコイルの外径、ｌはコイル長、Ｄｉはコイルの内径である。この装置構成を図１３Ｂに示す。これらの比を持つコイルは、比較的高いインダクタンスＬを持つことがわかる。
【０２０３】
様々な他の特定の実施形態では、コイル又は各コイルは以下の構成を有する：
【０２０４】
Ｄ≒４ｃｍ；
ｌ≒５ｃｍ；及び
Ｄｉ／Ｄ≒０．６２５
【０２０５】
ここで、Ｄはコイルの外径、ｌはコイル長、Ｄｉはコイルの内径である。この装置構成を図１３Ａに示す。これらの比を持つコイルは、さらに高いインダクタンスＬを持つことがわかる。
【０２０６】
出願人はまた、以下のことを発見した。コアの全体的な寸法が維持される限り、完全な固体コアを有する必要はない。実際、薄いストリップ又はリボン（例えば、＜３５μｍの厚さ）のＭｅｔｇｌａｓ  ２７１４ａ箔を中空円筒（例えば中空円筒に形成された層の積層スタック）に巻いて充填し、コイルに配置すると、高い比透磁率（μｒ）のため、同じ全体寸法のフェライトロッドと同様（又はそれ以上）のコイルインダクタンスの増加が得られる。これにより、材料費とコイル重量の両方が大幅に削減される。箔の複数の積層を使用して、同様の利点を得ることができる。
【０２０７】
また、出願人は以下のことを発見した。これらの高アスペクト比のコア形状は、巻線（又はそれに近い）と直接接触して芯材を配置することが重要である。これにより、漏れインダクタンスの可能性が最小限に抑えられ、望ましくない高周波ノイズを除去するチョークとして部分的に機能する。そのようなものとして、コイルは、自己支持型の結合コイルを含んでもよい（すなわち、ボビンに巻き付けて、コアと巻線の間に「エア」ギャップを導入する代わりに）。
【０２０８】
使用する巻線は、０．２５ｍｍ銅又は銅被覆アルミニウムである。巻線ゲージを小さくし、コイル長を長くすると、さらに多くの巻数を巻回することができ、コイルのインダクタンスが大幅に増加する。銅被覆アルミニウムを使用すると、コイルの重量が大幅に削減される（例えば、銅と比較して）。コイルの重量が大きくなりすぎると、患者の上にコイルを安全に固定するコストとエンジニアリングの課題が増大する。銅被覆アルミニウムは、抵抗が増加する代わりに、大幅に（＞５０％）軽量化できる。
【０２０９】
様々な実施形態によるコイルは、約２０倍の抵抗性があるため、特許文献１に記載されているコイルよりも約３倍の熱雑音を示す。ただし、インダクタンスは約１１倍高いため、Ｓ／Ｎ比は３倍以上改善される。
【０２１０】
図１３に示されるように、コイル６１のコア７０は、巻線７１と同じ長さを有してもよいが、図１４に示されるように、コア７０は、巻線７１の長さよりも長くすることも可能である。これにより、コア７０のアスペクト比が増加し、その実効透過率を増大させる。（図１４は説明のみを目的としており、縮尺通りではないことに注意してください。）
【０２１１】
磁気コアが存在すると、コイルのインダクタンスが大幅に増加する。被検体の生体磁場を検出するための、本明細書に記載の構成を有する空芯コイルの使用は、雑音比に同じ信号を得るために大幅に増加スキャン時間を必要とする。
【０２１２】
上記から分かるように、本明細書に記載の技術によれば、少なくともその実施形態では、広範囲の臨床環境で医療とコストの両方の観点から効果的に展開できる磁気画像装置を提供する。例えば、使用するための心臓によって発生する磁場を検出したとき。磁力計は、特に、そのコスト、臨床環境での使用に対する実用性の点で有利である。また、患者に近い診断と幅広いアプリケーションに迅速に展開できる機能は、非接触型で、衣類を介して動作し、高速でコンパクトであってポータブルで手頃な価格である。１分間の信号記録の後、高解像度で画像を回復でき、絶対的な「シングルビート」感度が潜在的に可能である。適切なデータ処理により、患者のわずかな動きで画像が大幅に劣化することはありません。
【０２１３】
このことは、特定の構成を持ち、（例えば）心臓の時変磁気を検出するように構成されている改良された検出コイルの設計を使用することにより、少なくとも本明細書に記載の技術の実施形態で達成される。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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