(57)【要約】【課題】小型化を容易にする磁気シールド体、及びこのような磁気シールド体を備える脳磁計を提供する。【解決手段】磁気シールド体１１は、脳磁計に用いられ、計測位置Ｈを外部の磁場から遮蔽する。磁気シールド体１１は、両端が開口された筒状の基体４０の内壁面４０ａ側に超伝導体からなるシールド膜５０が形成されてなり、円筒形状をなす胴部４１と、胴部の一端側に連続して設けられ徐々に先が細くなるように形成された絞り部４３と、を備え、絞り部側の開口径Ｄと、当該絞り部側の開口３３ａと計測位置Ｈとの距離Ｌと、の関係が、Ｌ／Ｄ≧１．１３である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の頭が配置される計測位置の周囲に設置され、前記被験者の脳から発生する磁場を検出するＳＱＵＩＤセンサと、前記ＳＱＵＩＤセンサと冷却用の寒剤とを収納する寒剤容器と、を備える脳磁計に用いられ、前記寒剤容器を囲んで配置され前記計測位置を外部の磁場から遮蔽するための磁気シールド体であって、
両端が開口された筒状の基体の内壁面側に超伝導体からなるシールド膜が形成されてなり、
円筒形状をなす胴部と、
前記胴部の一端側に連続して設けられ徐々に先が細くなるように形成された絞り部と、を備え、
前記絞り部側の開口径Ｄと、当該絞り部側の開口と前記計測位置との距離Ｌと、の関係が、Ｌ／Ｄ≧１．１３であることを特徴とする磁気シールド体。
【請求項２】
前記胴部と前記絞り部とは、前記内壁面側でなす角度が９０°以上かつ１８０°未満になるように交差していることを特徴とする請求項１に記載の磁気シールド体。
【請求項３】
前記シールド膜は、
ビスマス系酸化物超伝導体からなり、
前記ビスマス系酸化物超伝導体の材料が前記基体の内壁面側に溶射加工される工程を経て形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気シールド体。
【請求項４】
被験者の頭が配置される計測位置の周囲に設置され、前記被験者の脳から発生する磁場を検出するＳＱＵＩＤセンサと、
前記ＳＱＵＩＤセンサと冷却用の寒剤とを収納する寒剤容器と、
請求項１〜３の何れか１項に記載の磁気シールド体と、を備えることを特徴とする脳磁計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脳磁計に用いられる磁気シールド体、及び脳磁計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の磁気シールド装置が知られている。この装置は、円筒形状をなす高温超伝導体磁気シールド体を備えている。この装置では、循環する冷却媒体で磁気シールド体を冷却することにより、磁気シールド体の内部空間を外部磁場から遮蔽する機能を有するものである。この種の筒状の磁気シールド体においては、磁気シールド性能は、開口径に関係する。具体的には、磁気シールド体の内部空間内の所定位置における磁気シールド率（外部磁場／内部磁場）Ｓは、開口径Ｄ及び開口面と上記所定位置との距離Ｌを用いて、Ｓ＝ｅｘｐ（７．６Ｌ／Ｄ）で表される。このような関係式から理解されるように、磁場を遮蔽すべき位置における所望の磁気シールド率を達成するためには、開口径Ｄと遮蔽すべき位置から開口面までの距離Ｌとを適切に設定しなくてはならない。
【特許文献１】特開平１０−２５６６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、この種の脳磁計用の磁気シールド体においては、最低でも被験者の頭部や頭部周辺に配置されるセンサ類を包囲することが可能な程度まで、太さ方向の寸法を大きくすることが必要になる。そして、太さ方向の寸法に伴って磁気シールド体の開口径Ｄも大きくなる。そして、そのような制限下で必要な磁気シールド率を確保するためには、磁場を遮蔽すべき位置をある程度開口から離す必要があり、その結果、磁気シールド体の筒軸方向の長さをある程度確保する必要がある。例えば、従来の一般的な脳磁計用磁気シールド体のおおよその寸法は、直径が約６５０ｍｍ、筒軸方向の長さが約１６００ｍｍである。以上のように、脳磁計溶の磁気シールド体にあっては、太さ方向の寸法の制限に起因して、小型化が難しかった。
【０００４】
そこで、本発明は、小型化を容易にする磁気シールド体、及びこのような磁気シールド体を備える脳磁計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の磁気シールド体は、被験者の頭が配置される計測位置の周囲に設置され、被験者の脳から発生する磁場を検出するＳＱＵＩＤセンサと、ＳＱＵＩＤセンサと冷却用の寒剤とを収納する寒剤容器と、を備える脳磁計に用いられ、寒剤容器を囲んで配置され計測位置を外部の磁場から遮蔽するための磁気シールド体であって、両端が開口された筒状の基体の内壁面側に超伝導体からなるシールド膜が形成されてなり、円筒形状をなす胴部と、胴部の一端側に連続して設けられ徐々に先が細くなるように形成された絞り部と、を備え、絞り部側の開口径Ｄと、当該絞り部側の開口と計測位置との距離Ｌと、の関係が、Ｌ／Ｄ≧１．１３であることを特徴とする。
【０００６】
この磁気シールド体では、円筒形状の胴部の一端側に先細りの絞り部が設けられているので、胴部の太さ方向の寸法を確保しながらも、絞り部側の開口径Ｄを小さく抑えることができる。従って、所望の磁気シールド率確保のために、開口位置と計測位置との距離Ｌを極端に大きくする必要がない。その結果、磁気シールド体の筒軸方向の長さを比較的小さく抑えること可能になり、磁気シールド体の小型化を図ることが容易になる。また、開口径Ｄと距離Ｌとの関係は、Ｌ／Ｄ≧１．１３とされるので、関係式Ｓ＝ｅｘｐ（７．６Ｌ／Ｄ）より、計測位置における磁気シールド率Ｓは５０００以上の値となる。従って、一般的に脳磁計に要求される磁気シールド率を満足することができる。
【０００７】
また、胴部と絞り部とは、内壁面側でなす角度が９０°以上かつ１８０°未満になるように交差してもよい。
【０００８】
また、シールド膜はビスマス系酸化物超伝導体からなり、ビスマス系酸化物超伝導体の材料が基体の内壁面側に溶射加工される工程を経て形成されることとしてもよい。
【０００９】
また、本発明の脳磁計は、被験者の頭が配置される計測位置の周囲に設置され、被験者の脳から発生する磁場を検出するＳＱＵＩＤセンサと、ＳＱＵＩＤセンサと冷却用の寒剤とを収納する寒剤容器と、上述の何れかの磁気シールド体と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この脳磁計の構成によれば、磁気シールド体の小型化が図られ、その結果、脳磁計の小型化を図ることができる。また、ＳＱＵＩＤセンサ付近の磁気シールド率として、一般的に脳磁計に要求される５０００以上といった値を満足することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小型化を図ることができる磁気シールド体、及びこのような磁気シールド体を備える脳磁計を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る磁気シールド体及び脳磁計の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１に示す脳磁計１は、計測ユニット１Ａ内の計測位置Ｈに頭が位置するように被験者Ｐを着座させ、当該被験者Ｐの脳の神経活動に伴って発生する微弱な磁場を非接触で計測、解析する装置である。この計測ユニット１Ａは、計測位置Ｈの周囲に配置され、脳で発生する磁場を検出するＳＱＵＩＤ（Superconducting QuantumInterference Device）センサ３を備えている。また、計測ユニット１Ａは、ＳＱＵＩＤセンサ３を冷却するため、このＳＱＵＩＤセンサ３と液体ヘリウム（寒剤）５とを収納する断熱容器のジュワー７を備えている。更に、計測ユニット１Ａは、ジュワー７を包囲するように配置されると共に、被験者Ｐを覆う筒型体１５を備えている。なお、筒型体１５とジュワー７との間には断熱材１９が充填されている。
【００１４】
この脳磁計１では、被験者Ｐの脳で発生する極めて微弱な磁場を検出する必要があるので、計測位置Ｈの近傍から外部磁場の影響を除去する必要がある。このため、筒型体１５は、筒軸Ａが計測位置Ｈを通るように配置された筒状の磁気シールド体１１を備えている。磁気シールド体１１は、ジュワー７を包囲して筒型体１５の外筒部１５ａに支持されると共に、筒型体１５の上下寸法とほぼ同じ寸法で延在し、外筒部１５ａと内筒部１５ｂとの間の間隙に内蔵されている。
【００１５】
この磁気シールド体１１は、図２に示すように、ニッケルからなる筒状の基板４０と、当該基板４０の内壁面４０ａの全体に成膜され超伝導体からなるシールド膜５０とを備えている。シールド膜５０は、ビスマス系酸化物超伝導体からなり、磁束侵入長よりも十分に大きい膜厚を有している。ここで、シールド膜５０に用いられるビスマス系酸化物超伝導体としては、例えば、組成式Bi2Sr2Ca2Cu3Oxで表されるＢｉ２２２３、或いは、組成式Bi2Sr2CaCu2Oxで表されるＢｉ２２１２が好適に採用される。
【００１６】
また、筒型体１５（図１）には、磁気シールド体１１の外壁面に沿って冷媒を流通させる冷媒管（図示せず）が更に内蔵されている。そして、この冷媒管に、脳磁計１の冷凍機ユニット１Ｂから送出される極低温の冷媒（例えば、ここではヘリウム）を循環させることで、磁気シールド体１１のシールド膜５０が、超伝導転移温度まで冷却され、完全反磁性を発揮する。そして、このシールド膜５０の完全反磁性によって、磁気シールド体１１に包囲された計測位置Ｈが外部磁場から遮蔽されるので、ＳＱＵＩＤセンサ３においては外部磁場によるノイズをほとんど排除した微弱な磁場計測が可能になる。なお、当然ながら、この脳磁計１は、シールド膜５０の下部臨界磁場を超えない外部磁場の環境下で使用される。
【００１７】
上記の磁気シールド体１１について、図２及び図３を参照しながら更に詳細に説明する。なお、以下では、磁気シールド体１１の筒軸Ａの延在方向を上下方向とし、図２に示す状態に対応して「上」、「下」の語を説明に用いる場合がある。
【００１８】
図２に示すように、磁気シールド体１１は、上下両端に開口部３３ａ，３１ａを有し断面円形の筒状をなしている。磁気シールド体１１は、円筒形状の胴部３１と、この胴部３１の上方に連なって延びる絞り部３３とを備えている。絞り部３３は、上に行くほど徐々に小径とされる切頭円錐筒の形状をなしている。すなわち、胴部３１と絞り部３３とは、内壁面４０ａ側においてなす角度αが、９０°以上１８０°未満になるように交差している。前述の計測位置Ｈは、筒軸Ａ上に位置すると共に、上下方向においても全長のほぼ中央に位置している。
【００１９】
ここで、この磁気シールド体１１の磁気シールド性能を考える。磁気シールド体１１の上端の絞り部３３側の開口部３３ａの開口径をＤとし、上端開口部３３ａが存在する開口面と計測位置Ｈとの距離をＬとすると、計測位置Ｈにおける磁気シールド率Ｓは、下記の関係式（１）で表される。
Ｓ＝ｅｘｐ（７．６Ｌ／Ｄ）  …  （１）
この関係式（１）から理解されるように、所望の磁気シールド率Ｓを確保するには、Ｌ／Ｄの値を所定以上に確保する必要がある。すなわち、開口径Ｄが大きくなれば、距離Ｌを大きくする必要がある。
【００２０】
これに対し、磁気シールド体１１は、先が細くなった絞り部３３の存在によって、ジュワー７を完全に包囲し被験者Ｐを覆うような太さを全体として確保しながらも、上端の開口径Ｄは小さく抑えることができる。従って、磁気シールド体１１では、距離Ｌの値を比較的小さく抑えながら、所望の磁気シールド率Ｓを確保することができる。その結果、磁気シールド体１１の筒軸Ａ方向の全長を比較的小さく抑えること可能になり、磁気シールド体１１の小型化を図ることが容易になる。そして、磁気シールド体１１が小型化されれば、磁気シールド体１１の製作コストが低減されると共に、磁気シールド体１１の冷却のためのエネルギーが低減され脳磁計１の運用コストも低減される。
【００２１】
また、具体的には、この磁気シールド体１１においては、開口径Ｄと距離Ｌとの関係を、Ｌ／Ｄ≧１．１３とすることが好ましい。一般的には、人間の脳で発生する極微弱な磁場を検出し解析するためには、脳磁計１が設置される平均的な環境の地磁気や磁気雑音等の大きさを考慮し、磁気シールド率Ｓを５０００程度にすることが望まれる。そこで、上記の関係Ｌ／Ｄ≧１．１３を満足すれば、関係式（１）より、計測位置Ｈにおける磁気シールド率Ｓは、５０００以上の値となる。従って、一般的に脳磁計において要求される磁気シールド率を満足することができる。
【００２２】
すなわちこの場合、磁気シールド体１１の胴部３１の直径を従来通り約６５０ｍｍ確保したとしても、例えば、絞り部３３によってＤ＝約４００ｍｍとし、Ｌ＝約４５０ｍｍとすることにより、磁気シールド率Ｓが５０００以上との上記条件を満足することができる。そして、この場合、磁気シールド体１１の筒軸方向の全長２Ｌは、約１２００ｍｍ程度に抑えることができ、磁気シールド体１１の小型化が達成される。
【００２３】
また、筒型体１５の上部開口１５ｄには、ＳＱＵＩＤセンサ３と計測ユニット１Ａの外部とを接続する配線を挿通させる必要がある。更に、液体ヘリウム５の補充作業を容易にするためにも、上部開口１５ｄにあっては、ある程度の開口径が必要である。従って、磁気シールド体１１の開口径Ｄにおいても、ある程度の大きさが必要となる。このような観点から、開口径Ｄは、３５０ｍｍ以上とすることが好ましい。一方、実際の施工、設置の点を考慮すると磁気シールド体全長（２Ｌ）は、２ｍ以下とすることが望ましい。すなわち、Ｌは１０００ｍｍ以下とすることが好ましい。そこで、開口径Ｄを３５０ｍｍ以上とする条件と、Ｌを１０００ｍｍ以下とする条件と、から、Ｌ／Ｄは２．８６以下とすることが望ましい。
【００２４】
続いて、磁気シールド体１１の製造方法について、図２及び図３を参照しながら、説明する。
【００２５】
まず、基板４０を製作するため、ニッケル製の円筒形状の胴部基板４１を準備し、同様に、ニッケル製の切頭円錐筒形状の絞り部基板４３を準備する。そして、胴部基板４１と絞り部基板４３とを溶接により接合し、接合部の内壁面４０ａ側を研磨して、基板４０を完成させる。その後、基板４０の中空部にプラズマ溶射装置を挿入し、ビスマス系酸化物超伝導体の材料（例えば、Bi2Sr2Ca2Cu3或いはBi2Sr2CaCu2）を用い、プラズマ溶射加工によって基板４０の内壁面４０ａ全体に溶射膜を形成させる。このとき、プラズマ溶射装置は、基板４０の内壁面４０ａに対して、螺旋状にビスマス系酸化物超伝導体の材料を吹き付け溶射膜を形成していく。その後、形成された溶射膜を焼成してシールド膜５０を完成させる。
【００２６】
ここで、胴部基板４１と絞り部基板４３とが内壁面４０ａ側においてなす角度は、前述の角度αに等しい。この角度αが小さすぎると、胴部基板４１と絞り部基板４３との境界線上で内壁面４０ａの不連続性が大きくなり、上記のプラズマ溶射加工による溶射膜が、当該境界線上で均一に形成されなくなるおそれがある。その一方、角度αが大きすぎると、前述の上端開口部３３ａの開口径Ｄを絞る効果が十分に得られない。従って、角度αは、９０〜１８０°に設定されることが好ましい。
【００２７】
また、磁気シールド体１１では、絞り部３３の形状として切頭円錐筒が採用されているので、絞り部３３を形成するための切頭円錐筒形状の絞り部基板４３は、比較的容易に製作することができる。
【００２８】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態では、基板４０を、胴部基板４１と絞り部基板４３との溶接により製作しているが、円筒形状の基板を準備し、その円筒基板の上部を切頭円錐筒形状に塑性加工することにより基板４０を製作してもよい。また、ニッケル製の基板４０に代えて、セラミック製の基板を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る脳磁計の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る磁気シールド体を示す断面図である。
【図３】図２の磁気シールド体の基板を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…脳磁計、３…ＳＱＵＩＤセンサ、５…液体ヘリウム（寒剤）、７…ジュワー（寒剤容器）、１１…磁気シールド体、３１…胴部、３１ａ…胴部側の開口、３３…絞り部、３３ａ…絞り部側の開口、４０…基板（基体）、４０ａ…基板の内壁面、５０…シールド膜、Ｈ…計測位置、Ｐ…被験者。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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