(57)【要約】  課題は、磁気センサを用いて検体内の磁性体を検出するに際して、磁気センサの配設位置における磁場勾配が低減された、高感度な検出を可能な磁性体検出装置を提供することである。  解決手段は、磁性体を磁化するための磁石部３を、磁石本体部５と、磁石本体部５の前方に配されて磁石本体部５から生じる磁場を補正する補正部６からなるものとし、補正部６は、磁石本体部５が生じさせる磁場を相殺することで所望の磁場強度である特定位置Ｎを形成するとともに、補正部６の磁場勾配に応じて、磁石本体部５を磁石部３の前端部３ａから離間させることで、磁石部３が生じさせる磁場の磁場ヌル点Ｎにおける磁場勾配を調節するよう構成されており、磁石部３の前端部３ａに形成される磁場ヌル点Ｎに磁気センサ４を配したことである。
2020013123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体検出装置であって、
対象物に接触又は近接した状態で磁性体を検出する検出部を前端に備え、
該検出部は、
磁性体を磁化するための磁石部と、
磁気を検出するための磁気センサと、を備え、
前記磁石部は、
永久磁石である磁石本体部と、
該磁石本体部の少なくとも前後一方に配されて磁石本体部から生じる磁場を補正する補正部と、を備え、
補正部の前後端部の近傍に、所望の磁場強度となる特定位置を形成し、
前記補正部は、
磁石部の前後一端部において磁石本体部が生じさせる磁場を相殺するとともに、
補正部が生じさせる磁場の磁場勾配に応じて、磁石本体部の補正部が配された前後端部から前後方向内方に離間させることで、前記特定位置における、磁石部が生じさせる磁場の磁場勾配を調節するよう構成されており、
前記磁気センサは、前記補正部によって磁場勾配が調節された前記特定位置に配されていることを特徴とする磁性体検出装置。
【請求項２】
前記補正部は、
前記磁石本体部の前後方向外方に配された第一補正部と、
該第一補正部の前後方向外方に配された永久磁石からなる第二補正部と、からなり、
前記第一補正部は、前記磁石本体部を磁石部の前後端部から前後方向内方に離間させることで、前記特定位置における磁石本体部が生じさせる磁場の磁場勾配を調節し、
前記第二補正部は、第二補正部を除いた磁石部が生じさせる磁石部の前後端部における磁場を相殺することで、前記特定位置における磁場勾配を調節していることを特徴とする磁性体検出装置。
【請求項３】
前記特定位置は、第二補正部を除いた磁石部が生じさせる磁場のピークと、第二補正部が生じさせる磁場のピークを一致させることで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の磁性体検出装置。
【請求項４】
前記特定位置は、所望の磁場強度が略０の磁場ヌル点であり、該磁場ヌル点は、第二補正部を除いた磁石部が生じさせる磁場の正負一方のピークと、第二補正部が生じさせる磁場の正負他方のピークを一致させることで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の磁性体検出装置。
【請求項５】
前記第二補正部は、前記第一補正部よりも前後長さが短いことを特徴とする請求項１〜４の何れか１に記載の磁性体検出装置。
【請求項６】
前記第一補正部は、前記磁石本体部の内径よりも大きい内径の円筒形状の永久磁石であり、前記第二補正部は前記第一補正部の内径よりも小さい内径の円筒形状をしていることで、前記補正部の内部に中空部が形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１に記載の磁性体検出装置。
【請求項７】
前記特定位置における所望の磁場強度は、磁気センサの温度変化に伴う検出値の変化量に基づいて設定された磁場強度であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１記載の磁性体検出装置。
【請求項８】
前記磁気センサは、前記磁石部の前端部に配され、磁石部によって磁化された磁性体の磁気を検出することを特徴とする請求項１〜７の何れか１記載の磁性体検出装置。
【請求項９】
前記磁気センサは、前記磁石部の後端部に配され、地磁気を検出する地磁気センサであることを特徴とする請求項１〜７の何れか１記載の磁性体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体を検出する際に用いられる磁性体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体内に磁性体を注入して、特定部位や組織の磁性体の磁気を検出することによって、生体の状態を確認、特定することが行われている。例えば、乳癌の治療では、センチネルリンパ節（sentinel lymph node）の生検をすることで、癌細胞の転移を確認することが行われている。この際、摘出されたリンパ節のうち、どのリンパ節がセンチネルリンパ節であるかを特定する必要がある。センチネルリンパ節を特定する手法として、病変部に磁性流体を注入し、しかるべき時間経過後、注入した磁性流体の磁気を検出して行うものが知られている。【０００３】
このような生体内の磁性体から磁気を検出する磁性体検出装置として、例えば特許文献１、２に記載されたもののように、磁性体を磁化するために永久磁石を用いた小型のものが知られている。かかる磁性体検出装置は、円筒状の永久磁石の先端中央部に磁気センサを配したものであり、永久磁石による励起磁場によって磁性体を磁化させることで、磁気センサによって磁性体の磁気を検出するよう構成されている。そして、磁気センサは、磁性体が近くに存しない場合に、永久磁石によって生じる磁場を検出しない領域（磁場ヌル点）に配されている。【０００４】
また、このような磁性体検出装置においては、一般に永久磁石の後方にも磁気センサを配したものとしている。この後方の磁気センサは、先端側の磁気センサと同じものが同方向に配されていて、地磁気を検出するものである。そして、先端側の磁気センサの検出値から後方の磁気センサの検出値を減算するよう補正することで、地磁気による影響を排除している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９６０５５８号公報
【特許文献２】国際公開２０１７／０８１７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した磁性体検出装置において採用されている単純な円筒形状の永久磁石は、磁場ヌル点が永久磁石の先端近傍に形成されるものの、当該位置における磁場勾配が大きいという問題がある。磁場ヌル点における磁場勾配が大きいと、例えば磁気センサや永久磁石が温度変化して熱膨張や熱収縮が生じる等することにより、磁気センサが永久磁石に対してマイクロメートルレベルで偏倚した場合であっても、その影響を大きく受け、所望の磁場強度から外れてしまうおそれがある。永久磁石の端部から磁気センサを離間させれば、徐々に磁場勾配は小さくなるため、地磁気を検出する磁気センサでは、永久磁石の後端部より後方に離間させることで、磁場強度・磁場勾配ともに永久磁石の影響を低減させたものとすることができる。一方で、先端側の磁気センサを永久磁石の先端部から離間させると、検出対象の磁性体も永久磁石から離間してしまうため、検出に支障をきたす。したがって、従来の磁性体検出装置では、磁気センサの配置が非常にシビアであるとともに、磁気センサの偏倚による影響を受けやすい。そのため、磁気センサとしてはやや感度が劣るホール素子が用いられており、ＭＩ素子やＧＭＲセンサ、ＧＳＲセンサ、ダイヤモンドセンサといった高感度な磁気センサを用いることができなかった。そこで、磁気センサの配設位置における磁場勾配が低減された、高感度な検出を可能な磁性体検出装置の提供が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するため鋭意創作されたものであって、請求項１の発明は、磁性体検出装置であって、対象物に接触又は近接した状態で磁性体を検出する検出部を前端に備え、該検出部は、磁性体を磁化するための磁石部と、  磁気を検出するための磁気センサと、を備え、前記磁石部は、永久磁石である磁石本体部と、該磁石本体部の少なくとも前後一方に配されて磁石本体部から生じる磁場を補正する補正部と、を備え、補正部の前後端部の近傍に、所望の磁場強度となる特定位置を形成し、前記補正部は、磁石部の前後一端部において磁石本体部が生じさせる磁場を相殺するとともに、補正部が生じさせる磁場の磁場勾配に応じて、磁石本体部の補正部が配された前後端部から前後方向内方に離間させることで、前記特定位置における、磁石部が生じさせる磁場の磁場勾配を調節するよう構成されており、前記磁気センサは、前記補正部によって磁場勾配が調節された前記特定位置に配されていることを特徴とする磁性体検出装置である。
請求項２の発明は、前記補正部は、前記磁石本体部の前後方向外方に配された第一補正部と、該第一補正部の前後方向外方に配された永久磁石からなる第二補正部と、からなり、前記第一補正部は、前記磁石本体部を磁石部の前後端部から前後方向内方に離間させることで、前記特定位置における磁石本体部が生じさせる磁場の磁場勾配を調節し、前記第二補正部は、第二補正部を除いた磁石部が生じさせる磁石部の前後端部における磁場を相殺することで、前記特定位置における磁場勾配を調節していることを特徴とする磁性体検出装置である。
請求項３の発明は、前記特定位置は、第二補正部を除いた磁石部が生じさせる磁場のピークと、第二補正部が生じさせる磁場のピークを一致させることで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の磁性体検出装置である。
請求項４の発明は、前記特定位置は、所望の磁場強度が略０の磁場ヌル点であり、該磁場ヌル点は、第二補正部を除いた磁石部が生じさせる磁場の正負一方のピークと、第二補正部が生じさせる磁場の正負他方のピークを一致させることで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の磁性体検出装置である。
請求項５の発明は、前記第二補正部は、前記第一補正部よりも前後長さが短いことを特徴とする請求項１〜４の何れか１に記載の磁性体検出装置である。
請求項６の発明は、前記第一補正部は、前記磁石本体部の内径よりも大きい内径の円筒形状の永久磁石であり、前記第二補正部は前記第一補正部の内径よりも小さい内径の円筒形状をしていることで、前記補正部の内部に中空部が形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１に記載の磁性体検出装置である。
請求項７の発明は、前記特定位置における所望の磁場強度は、磁気センサの温度変化に伴う検出値の変化量に基づいて設定された磁場強度であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１記載の磁性体検出装置である。
請求項８の発明は、前記磁気センサは、前記磁石部の前端部に配され、磁石部によって磁化された磁性体の磁気を検出することを特徴とする請求項１〜７の何れか１記載の磁性体検出装置である。
請求項９の発明は、前記磁気センサは、前記磁石部の後端部に配され、地磁気を検出する地磁気センサであることを特徴とする請求項１〜７の何れか１記載の磁性体検出装置である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１、２の発明とすることにより、補正部によって所望の磁場強度である特定位置の磁場勾配を調節して低減可能となるため、温度変化によって磁気センサや磁石部に熱膨張が生じる等して、磁気センサや磁石部が偏倚した場合であっても、その影響を低減可能とした高感度な検出が可能となる。
請求項３の発明とすることにより、特定位置における磁場勾配を容易に略０とすることができる。
請求項４の発明とすることにより、磁場勾配を略０とした磁場ヌル点を容易に形成することができる。
請求項５の発明とすることにより、磁場勾配を低減しつつ、特定位置を可及的に前方に配することができる。
請求項６の発明とすることにより、単一の磁石素材の加工によって特定位置の磁場勾配を低減可能となる。
請求項７の発明とすることにより、磁気センサの温度特性の影響を低減した検出結果を得ることができるため、高感度な検出が可能となる。
請求項８の発明とすることにより、検出対象の磁気を検知する磁気センサが特定位置に配されるため、高感度な検知が可能となる。
請求項９の発明とすることにより、地磁気を検知する磁気センサが特定位置に配されるため、磁石部の影響を低減しつつ、地磁気を高感度に検知が可能となるとともに、地磁気センサを磁石部内に収めることができるため、装置の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一実施形態に係る磁性体検出装置の全体図である。
【図２】検出部の拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】（Ａ）図２のＢ−Ｂ断面図、（Ｂ）図２のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】磁石部の（Ａ）平面図、（Ｂ）正面図である。
【図６】（Ａ）磁石本体部のみ、（Ｂ）磁石本体部及び第一補正部のみ、（Ｃ）磁石本体部及び第一、第二補正部を有する磁石部の正面断面図である。
【図７】磁石部の軸方向（Ｚ方向）の（Ｘ）磁場を示すグラフ、（Ｙ）磁場の変化量（磁場勾配）を示すグラフである。
【図８】（Ａ）磁石本体部のみの場合、（Ｃ）磁石本体部及び補正部を有する場合の磁石部における、磁力線を示す図である。
【図９】各磁石部における磁石部前方の磁気感度を示すグラフである。
【図１０】初期温度を２５℃とした場合の、磁気センサの検出値の変化を示すグラフであって、印加された磁場強度が（Ａ）−１ｍＴ、（Ｂ）０ｍＴ、（Ｃ）１ｍＴ、（Ｄ）２ｍＴの場合のものである。
【図１１】初期温度を３６．３℃とした場合の、磁気センサの検出値の変化を示すグラフであって、印加された磁場強度が（Ａ）−１ｍＴ、（Ｂ）０ｍＴ、（Ｃ）１ｍＴ、（Ｄ）２ｍＴの場合のものである。
【図１２】磁気センサの印加された磁場強度と、検出値の変化量に対する温度の変化量の割合との関係を示すグラフであって、（Ａ）図１０の場合、（Ｂ）図１１の場合のものである。
【図１３】（Ａ）、（Ｂ）いずれも磁石部の変形例の正面断面図である。
【図１４】第二実施形態に係る磁性体検出装置の全体図である。
【図１５】第二実施形態に係る磁性体検出装置の検出部の断面図である。
【図１６】第三実施形態に係る磁性体検出装置の検出部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。１は、磁性体を検出する磁性体検出装置である。磁性体検出装置１は、対象物に接触又は近接した状態で磁性体を検出する検出部２を前側（先端側）に備えている。検出部２は、対象物内の磁性体を磁化するための磁石部３と、磁化された磁性体の磁気を検出するための磁気センサである第一磁気センサ４と、を備えている。そして、磁石部３は、永久磁石である磁石本体部５と、磁石本体部５の前方（先端側）に配された補正部６と、を備えている。ここで、磁石部３は、補正部６を備えている前端部３ａに、所望の磁場強度となる特定位置である磁場ヌル点Ｎを形成するよう構成されている。磁場ヌル点Ｎとは、近くに磁性体が存しないときは、磁場強度が略０となり、かつ、磁性体の近接に応じて磁場強度が変化する領域である。すなわち、本実施形態における所望の磁場強度は略０ということができる。そして、補正部６は、内部に中空部Ｈが形成された形状をしている。後述するように、この補正部６によって、磁場ヌル点Ｎにおける磁場勾配が調節されて低減し、特に、磁場ヌル点Ｎにおける磁場勾配が略０となるように磁石本体部５から生じる磁場が補正されている。そして、第一磁気センサ４は、後述するように、補正部６によって磁場勾配が調節されることで、磁場勾配が略０となった磁場ヌル点Ｎに配されている。なお、磁場勾配の大小は、０に近いほど小さいというものとし（すなわち、磁場勾配の絶対値の大小を意味するものとする）、磁場勾配を低減するとは、磁場勾配を０に近づけること（すなわち、磁場勾配の絶対値を低減すること）をいうものとする。
【００１１】
磁性体検出装置１はさらに、後部にケース部８を備えている。検出部２とケース部８とは、シャフト９によって連結されている。ケース部８の内部には、図示しない制御部、電源部及び出力部等が収容されている。制御部は、検出部２からの検出値等に基づいて出力部を制御する。電源部は、電池等を電源として検出部２、制御部及び出力部等に電源供給を行う。出力部は、検出部２からの信号に基づき、検出結果を所定の表示や音、データによる送信等によって出力する。ケース部８のこれらの配置については適宜のものとすることができる。また、電源は外部電源を用いたものとしてもよい。シャフト９は、前後方向に長尺で中空状の非磁性体からなり、内部に検出部２と制御部とを接続する配線コード１０が挿通されている。また、シャフト９は図１に示されるように真っ直ぐなものとしてもよいし、例えば検出部２の近傍で折曲した形状としてもよい。
【００１２】
検出部２の内部には、磁石部３と、磁石部３の前端部３ａ中央部に第一磁気センサ４とが配されている。そして、磁石部３の内部をシャフト９が貫いており、シャフト９の前端部は、後述する磁石部３の中空部Ｈの前端部に嵌合可能な形状となっていて、シャフト９の前端面に第一磁気センサ４が配されている。一方、検出部２の外周は、非磁性体からなるカバー体２ａで被覆されている。カバー体２ａを、例えば熱伝導率が低い樹脂材料で形成された断熱部材とすることで、第一磁気センサ４や磁石部３の温度変化を抑制できる。なお、検出部２内には、第一磁気センサ４の近傍に温度センサを配してもよく、さらに第一磁気センサ４と温度センサとのあいだに熱伝導部材を配してもよい。温度センサを配することで、制御部や出力部において、温度による影響を補正して検出結果を出力するようにすることができる。
【００１３】
磁石部３は、軸方向の前後で極性が異なる円筒形状の永久磁石で、Ｎ極側が前方、Ｓ極側が後方となるよう検出部２内に配されている。なお、磁極の方向は、Ｓ極側が後方、Ｎ極側が後方となるようにしてもよく、磁気センサの極性と揃えることが好ましい。磁石部３としては、例えばネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石等の希土類磁石を用いることができる。そして、磁石部３の後半部は、円筒形状の磁石本体部５となっている。磁石本体部５は、内部が中空状になっていて、配線コード１０を含むシャフト９が内部を挿通可能に構成されている。
【００１４】
磁石本体部５の前方に配された補正部６は、後側（磁石本体部５側）の第一補正部１１と、前側（第一磁気センサ４側）の第二補正部１２と、から構成されている。第一補正部１１は、外径は磁石本体部５と等しく、内径は磁石本体部５よりも大きい中空状となった円筒形状をしている。第二補正部１２は、外径は磁石本体部５と等しく、内径は磁石本体部５（及び第一補正部１１）よりも小さい中空状となった円筒形状をしている。これら第一補正部１１及び第二補正部１２の中空形状により、補正部６の内部に中空部Ｈが形成されている。中空部Ｈは前方から後方に向けて拡開した形状となっている。
【００１５】
補正部６を含めた磁石部３は、磁場強度及び磁場勾配が略０となった磁場ヌル点Ｎを前端部３ａに生じさせるが、この際の磁石本体部５、第一補正部１１、第二補正部１２のそれぞれの配置及び形状は、以下のように構成されている。
【００１６】
図６は、磁石部３を、（Ａ）磁石本体部５のみとした場合、（Ｂ）磁石本体部５と第一補正部１１とで構成した場合、（Ｃ）磁石本体部５と第一、第二補正部１１、１２とで構成した場合の構造を示している（以下、「（Ａ）の場合」等という。）。そして、軸方向をＺ軸方向、前方を正方向とし、磁石部３の前端をＺ＝０としたうえで、図７（Ｘ）は、Ｚ軸上での上記（Ａ）〜（Ｃ）におけるそれぞれの磁場強度、図７（Ｙ）は磁場強度の変化量、すなわち磁場勾配をグラフ化したものである。
【００１７】
図７の各グラフを得るための、磁石部３の各部について具体的な数値を以下に示す。磁石部３の外径はいずれも約１２．５ｍｍとしている。磁石本体部５、第一補正部１１、第二補正部１２の内径は、それぞれ約５．０ｍｍ、１０．０ｍｍ、４．０ｍｍとしている。磁石部３の前後長さは、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）それぞれの場合において、約１２ｍｍ、２１ｍｍ、３８ｍｍとしている。第一補正部１１、第二補正部１２の前後長さは、それぞれ４．０ｍｍ、０．６６ｍｍとしている。磁石本体部５の前後長さは、各場合において磁石部３の前後長さから第一補正部１１及び第二補正部の前後長さを引いた長さとなる。磁石部３としては、保持力が約９５０〜１０００ｋＡ／ｍ、残留磁束密度が約１．３Ｔのネオジム磁石を用いた。もっとも、上記数値はあくまで一例に過ぎず、測定対象や設計等に応じて、各部は適宜の大きさ、強度のものを採用することができる。
【００１８】
まず（Ａ）の場合は、単純な円筒状の永久磁石である磁石部３が配されたものであり、従来の磁性体検出装置に用いられていた永久磁石と同視することができる。（Ａ）の場合には、図７の各グラフから明らかなように、磁場ヌル点（磁場強度Ｂｚ≒０ｍＴの領域）Ｎは、Ｚ≒０．３ｍｍに位置しており、この磁場ヌル点Ｎにおける磁場勾配は∇Ｂｚ≒１５０ｍＴ／ｍｍとなっている。したがってこの場合には磁場ヌル点Ｎにおける磁場勾配Ｂｚが大きいため、第一磁気センサ４は熱膨張等による偏倚の影響等を大きく受けてしまうことになる。
【００１９】
次に（Ｂ）の場合は、Ｚ＝０ｍｍにおける磁場勾配∇Ｂｚは約０ｍＴ／ｍｍであるものの、当該位置での磁場強度はＢｚ≒１４０ｍＴである。したがってこの場合には、Ｚ＝０ｍｍ近傍の磁場勾配は小さいものの、当該領域が磁場ヌル点とはならないため、第一磁気センサ４が磁石部３から生じる磁場を検知してしまうことになる。
【００２０】
そこで、（Ｂ）の場合におけるＺ＝０ｍｍ近傍に、約−１４０ｍＴの磁場を生じさせる前後方向に短尺な扁平形状の第二補正部１２を設けた場合が、（Ｃ）の場合となる。（Ｃ）の場合は、磁場ヌル点ＮがＺ≒−０．３ｍｍに位置し、しかもその磁場勾配は∇Ｂｚ≒０ｍＴ／ｍｍとなっている。したがって、この磁場ヌル点Ｎに第一磁気センサ４を配することにより、磁石部３から生じる磁場を検知することなく、熱膨張等による偏倚の影響を抑制することができる。
【００２１】
これらの結果について原理的に説明する。まず、（Ｂ）の場合に磁石本体部５は、（Ａ）の場合から第一補正部１１の前後長さ（約４ｍｍ）だけ磁石部３の前端部３ａから離間する。したがって、このときの磁石本体部５がＺ＝０ｍｍ近傍の位置に生じさせる磁場及び磁場勾配は、図７の各グラフにおける（Ａ）の場合のＺ≒４ｍｍのものと同視することができる。そして、図７（Ｙ）において、（Ａ）の場合のＺ≒４ｍｍでの磁場勾配は∇Ｂｚ≒−２０ｍＴ／ｍｍとなっている。このことから、（Ｂ）の場合においては、第一補正部１１によって、磁石本体部５を磁石部３の前端部３ａから離間させることで、磁石本体部５によって生じる磁場の磁石部３の前端部３ａにおける磁場勾配を小さくしたものということができる。またさらに、第一補正部１１によって生じる磁場によって、磁石本体部５及び第一補正部１１によって生じる磁場のＺ＝０近傍での磁場勾配∇Ｂｚは、略０Ｔ／ｍｍとなっている。
【００２２】
続いて、第二補正部１２は、磁石部３の前端部３ａにおいて、第二補正部１２の磁場の磁場勾配が略０となるとともに、磁石本体部５及び第一補正部１１によって生じる磁場を相殺するよう構成されている。理想的な円筒状の永久磁石を想定すると、その軸上の磁場は、前端から前方、及び後端から後方に向かっては正の方向に生じる一方、前端から後方及び後端から前方に向かうと磁場ヌル点を境に負の方向に磁場が生じ、徐々に磁場勾配が低下して永久磁石の前後長さの中央で変化量が略０となった線対称のグラフで表される。このことは、図７（Ｙ）における第二補正部のグラフから確かめられる。したがって、円筒形状の磁石の前後方向中央の位置では、磁場が最も負の方向に強くなり、かつ、磁場勾配が略０となる。このことから、第二補正部１２は、前後長さを磁石本体部５及び第一補正部１１よりも短尺なものとし、磁石部３の前端部３ａ内に収まるものとしている。そして、第二補正部１２の前後方向中央における磁場を、磁石本体部５及び第一補正部１１の当該位置における磁場と相殺させるよう設計することで、磁石部３の前端部３ａに磁場勾配が略０の磁場ヌル点Ｎを生じさせるようになっている。特に、第二補正部１２の内径を第一補正部１１よりも短尺なものとすることで、磁石部３の前端部３ａにおいて、磁石本体部５及び第一補正部１１によって生じる磁場を相殺するようにしている。
【００２３】
このことを単純化すると、磁場ヌル点Ｎは、磁石本体部５が生じさせる磁場の正のピークとなる前後位置と、第二補正部１２が生じさせる磁場の負のピークとなる前後位置を一致させることで、磁場を相殺して略０とするとともに、磁場勾配も略０とすることができる。このように設定すると、磁場勾配を略０とする磁場ヌル点Ｎの設計を単純化して行うことができる。もっとも、必ずしも双方のピーク同士を一致させる必要はなく、双方の磁場勾配の和が略０となるような位置関係で磁場ヌル点Ｎを形成するようにしてもよい。また、第一補正部１１を永久磁石としている本実施形態のように、磁石部３が他に磁場に影響を与える構成を有している場合には、さらにこのことを考慮することができる。すなわち、第二補正部１２の磁場のピークと第二補正部１２以外の磁石部３（すなわち、磁石本体部５と第一補正部１１を併せた（Ｂ）の場合）の磁場のピークを一致させ、各ピークの磁場強度の和が略０となれば、磁場勾配が略０の磁場ヌル点Ｎを形成することができる。
【００２４】
図８は、上記した（Ａ）の場合と（Ｃ）の場合それぞれの磁力線を示したものである。比較すると、（Ａ）の場合に対して、（Ｃ）の場合のほうが、磁石部３の前端近傍で磁力線が少なくなっていることが分かる。さらに、各磁石部３の前方の磁力線は同程度の密度となっているため、磁場強度が同等であることが分かる。この点に関し、図９は、各磁石部３の前端部からの距離（Ｚ）に応じた磁気感度の変化を示している。この図から明らかなように、両者の磁気感度は、Ｚ＝１０ｍｍ近傍でも略同等である。以上から、（Ｃ）の場合には、磁場ヌル点Ｎ近傍の磁場勾配が低減されたものでありながら、（Ａ）の場合のような通常の円柱磁石と同等の磁気感度を有するということができる。なお、同程度の磁気感度を担保するために、上述したように、（Ａ）の場合の磁石部３の前後長さが約１２ｍｍであるのに対し、（Ｃ）の場合の磁石部３の前後長さは約３８ｍｍとして、長尺なものとしている。この他に、磁石部３の直径を大きくする、より強い磁力の磁石を採用すること等によっても信号強度を担保することができる。したがって、本実施形態に係る磁石部３は、信号強度を維持しつつ、磁場ヌル点Ｎにおける磁場勾配を低減しているため、第一磁気センサ４によって高感度な検出が可能となる。このことは、信号強度（Ｓ）を維持しつつ、位置変化によって生じるノイズ（Ｎ）を低減できるため、ＳＮ比を大きくすることができるということでもある。そのため、第一磁気センサ４による検出に際してノイズの影響が小さくなるため、より遠方まで高感度に検出することができる。
【００２５】
なお、上述したように、（Ａ）〜（Ｃ）の各場合において、磁石本体部５の前後長さが変更されているが、これは磁石本体部５が磁石部３の前端部３ａに対して後方に離間することに伴う前方での磁場の減少を補償するためのものである。すなわち、磁石本体部５を後方に配した場合であっても、磁石部３全体として適切に前方の磁性体を磁化できるよう設計する必要がある。その基準は検出対象に応じて適宜設定可能であるが、例えばＺ＝１０ｍｍにおける磁場を、Ｂ＞５０ｍＴを満たすよう、磁石本体部５の前後長さ（又は磁石部３の前後長さ）を設定することで、適切に前方の磁性体を磁化可能なものとすることができる。
【００２６】
また、第一磁気センサ４の偏倚による影響を低減するという観点では、磁場ヌル点Ｎにおいて必ずしも磁場勾配を略０とする必要はない。すなわち、第一補正部１１によって磁石本体部５を磁石部３の前端部３ａから離間させることで、磁石部３の前端部３ａにおける磁石本体部５が生じさせる磁場の磁場勾配を小さくすれば、磁場ヌル点Ｎにおける磁場勾配を低減でき、偏倚による影響を低減することができる。もっともこの際、補正部６自体が生じさせる磁場の磁場勾配についても考慮する必要がある。言い換えると、第一補正部１１は、特に第二補正部１２が生じさせる磁場の磁場勾配に応じて、磁石本体部５を磁石部３の前端部３ａから後方に離間させることで、磁場ヌル点Ｎにおける磁石部３全体が生じさせる磁場の磁場勾配を調節し、磁場ヌル点Ｎにおける磁場勾配を低減できるということである。こうした点からも、本発明は上記した具体的な数値・形状等に限定されるものではない。
【００２７】
さらに、磁石本体部５及び第二補正部１２は永久磁石である必要があるが、第一補正部１１は永久磁石である必要はない。すなわち、第一補正部１１は磁石本体部を磁石部３の前端部３ａから後方に離間させることで、磁場ヌル点Ｎにおける磁石本体部５が生じさせる磁場の磁場勾配を調節するものであるから、それ自体が永久磁石である必要はなく、非磁性体としてもよい。あるいは、適切な位置関係で配した磁石本体部５及び第二補正部１２を、カバー体２ａ又はシャフト９によって固定すれば、第一補正部１１は必ずしも設けなくてもよい。
【００２８】
第一磁気センサ４は、上述した磁場ヌル点Ｎに配されて、前方の磁性体の磁場を検出する。第一磁気センサ４の磁極は、磁石部３の磁極と同じく、前方をＳ極としている。磁場ヌル点Ｎでは、磁場勾配Ｂｚも略０であるため、第一磁気センサ４として、ホール素子のほか、ＭＩ素子やＧＭＲセンサ、ＧＳＲセンサ、ダイヤモンドセンサといった高感度ものを採用することができる。また、第一磁気センサ４は１つに限らず、複数設けることもできる。特に、本実施形態においては磁場ヌル点における磁場勾配が低いため、磁気センサを複数設ける場合であっても、配設スペースを確保しやすい。第一磁気センサ４による信号は、配線コード１０を通じてケース部８内の制御部に伝達される。なお、第二補正部１２の前後長さを短いものとすれば、その分磁場ヌル点Ｎが前方に形成され、第一磁気センサ４を前方に配することができるため、検出範囲を広くすることができる。
【００２９】
磁性体検出装置１は、図１に示すように、第二磁気センサ１３を備えたものとすることが好ましい。第二磁気センサ１３は、地磁気を検出するための磁気センサであって、第一磁気センサ４と同じものが採用される。第二磁気センサ１３は、シャフト９内の磁石部３の後端よりも後方位置に、第一磁気センサ４と同方向に配設される。第二磁気センサ１３は、磁石部３から離間させることで、磁石部３の影響を抑えた状態で地磁気を検出することができる。そして、第一磁気センサ４の検出値から第二磁気センサ１３の検出値を減算して補正することにより、地磁気の影響を排した検出値を取得することができる。
【００３０】
あるいは、第二磁気センサ１３を第一磁気センサ４に隣接し、第一磁気センサ４と反対向きに配設したものとしてもよい。このようにすると、互いの検出値の差分が地磁気として検出できるため、同様に地磁気の影響を排した検出値を取得することができる。この際、第一磁気センサ４と第二磁気センサ１３とは、対称性があるように配設することが好ましい。
【００３１】
また、第一磁気センサ４を配する位置は、必ずしも磁場ヌル点Ｎに限られず、所望の磁場強度位置に配することができる。そして、該所望の磁場強度位置において、磁場勾配が調節されて低減されたものとすればよい。すなわち、上記実施形態では、磁石本体部５と第一補正部１１とを合わせた磁場強度の正のピークと、第二補正部１２の磁場強度の負のピークを合わせて磁場強度を略０としているが、例えば第二補正部１２の負のピークの磁場強度を変化させることで、磁場勾配が略０の位置における磁場強度を調節することができる。
【００３２】
このように、磁場ヌル点Ｎではない所望の磁場強度の特定位置に第一磁気センサ４を配するのは、例えば以下のような場合が想定される。磁気センサには、温度変化に伴って検出値が変化するものが存在する。そして、磁気センサは、使用に際して自己の発熱や生体への近接等に伴って温度が上昇することがあり、この場合、磁気センサの温度に応じて検出値を補正することが望まれる。ここで、磁気センサによっては、磁気センサの温度変化が、磁気センサに印加される磁場強度に応じて変化するものがある。かかる場合に、所望の補正をするに際して、予め磁気センサに所定強度の磁場を印加する、すなわち、磁場ヌル点ではなく所望の磁場強度の位置に磁気センサを配することが好ましいことがある。
【００３３】
この点について、図１０〜１２に基づき、具体例を示して説明する。図１０は、初期温度Ｔｅｍｐ０＝２５℃で所定の磁場強度Ｂbias（ｍＴ）の磁場が印加された磁気センサ（ホールＩＣ）に通電し、その温度Ｔｅｍｐと検出値Ｂ（μＴ）の変化を示したグラフである。温度変化は、磁気センサへの通電に伴う発熱によって生じたものである。図１０（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれＢbias＝−１ｍＴ、０ｍＴ、１ｍＴ、２ｍＴのときのグラフである。図１１は、初期温度Ｔｅｍｐ０＝３６．３℃の場合において、同様の試行をした場合の変化を示すグラフである。これらの結果から、この磁気センサでは、同じ温度の変化量であっても、印加された磁場強度Ｂbiasによって検出値Ｂの変化量が異なることが分かる。より具体的には、Ｂbiasが大きいほど、温度の変化量に対して検出値の変化量も大きくなる傾向にある。
【００３４】
図１２（Ａ）は、図１０（Ａ）〜（Ｄ）に基づき、初期温度Ｔｅｍｐ０＝２５℃のときにおける、横軸に通電後３０秒後の検出値Ｂ３０を、縦軸に通電後３０秒から１２０秒までの検出値Ｂの変化量ΔＢと温度Ｔｅｍｐの変化量ΔＴｅｍｐとの比をプロットしたグラフである。この４点を１次関数で近似させると、ΔＢ／ΔＴｅｍｐ＝０．０００２８８Ｂ３０−０．３４８５７３となる。ここで、ΔＢ／ΔＴｅｍｐ＝０となるＢ３０は約１２１０μＴである。このＢ３０の値に基づき、例えばこの値を印加された磁場強度Ｂbiasとみなして、Ｂbias＝１．２１０ｍＴとすることで磁気センサに温度変化が生じても、通電後３０秒経過後からは検出値がほぼ一定なるため、安定した検出が可能となることが想定される。同様に、図１２（Ｂ）は、図１１（Ａ）〜（Ｄ）に基づき、初期温度Ｔｅｍｐ０＝３６．３℃のときにおけるΔＢとΔＴｅｍｐとの比をプロットしたグラフである。この場合には、ΔＢ／ΔＴｅｍｐ＝０．０００１５９Ｂ３０−０．５８６７７４となり、ΔＴｅｍｐ＝０となるＢ３０は約３６９０μＴであり、Ｂbias＝３．６９０ｍＴとすることが好ましいと想定される。
【００３５】
このように、磁気センサによっては、温度変化によって検出値への影響が生じるため、この影響を低減することが望まれる。このときに、磁気センサに予め所定の磁場強度Ｂbiasの磁場を印加しておくことにより、温度変化の影響を低減することができる場合がある。かかる場合、磁気センサを磁場ヌル点ではなく、例えば初期温度Ｔｅｍｐ０＝２５℃のときには、磁気センサを所望の磁場強度としてＢ＝１．２１０ｍＴの特定位置に配することが好ましいことになる。そして、上述した構成に基づき、当該所望の磁場強度となる特定位置において、磁場勾配を略０となるように磁石部３を構成すればよい。
【００３６】
次に、磁石部３の変形例を説明する。上記実施形態では、磁石部３は単一の磁石素材の内部形状の変化によって磁石本体部５及び補正部６を設けたものとしている。しかしながら、磁石本体部５と、第一、第二補正部１１、１２としてそれぞれ異なる磁石を用いて磁石部３を構成してもよい。例えば、図１３（Ａ）に示されるように、磁石部３０を、磁石本体部３１と第一補正部３２を単一の磁石とし、第二補正部３３を他の磁石として構成することができる。この場合、磁石本体部３１と第一補正部３２とは、上記実施形態と同様の形状をしたものとする一方で、第二補正部３３として、磁石本体部３１と第一補正部３２の磁石よりも残留磁束密度が大きい適切な磁石を採用することで、その内径を磁石本体部３１の内径と等しいものとすることが可能となる。したがって、シャフト９の前端部を第二補正部３３の内径に沿って変形させる必要がなく、第一磁気センサ４の配置の調整が容易となる。なお、この場合の中空部Ｈは、磁石本体部３１の内径よりも広い単純な円筒状の空間となる。
【００３７】
また、図１３（Ｂ）に示されるように、磁石本体部４１、第一補正部４２、第二補正部４３をそれぞれ別の磁石として永久磁石４０を構成することもできる。この際、第一補正部４２は磁石本体部４１よりも残留磁束密度が小さい磁石とし、第二補正部４３は第一補正部４２よりも残留磁束密度が大きい磁石としている。これらの磁力の調節によって、第一補正部４２及び第二補正部４３の内径を磁石本体部４１の内径と等しいものとすることができる。なお、この場合の中空部Ｈは、磁石本体部４１の内径と同径の単純な円柱状の空間となる。
【００３８】
これら変形例に示されるように、本発明における磁石部において、磁石本体部、第一補正部、第二補正部の各内径の大小関係は一義的に定められるものではない。各部の磁石の強度や前後長さに応じて、種々の設計変更が可能である。また、各部の外径についてもそれぞれ異なったものとすることもできる。
【００３９】
さらに、上記実施形態（及び変形例）においては、磁石部３の各構成である磁石本体部５、第一補正部１１、第二補正部１２はいずれも円筒形状としているが、形状はこれに限られるものではない。例えば磁石本体部５については、シャフト９を挿通させるために円筒形状としているが、その必要がない場合には中実の円筒形状とすることができる。さらに、磁石本体部５も１つの永久磁石とする必要はなく、複数の永久磁石等を組み合わせたものとしてもよい。この場合、磁石本体部５を構成する複数の永久磁石は互いに接合していても、離間していてもよい。また、磁石部３の各構成は、Ｚ軸に水平な面の断面形状が円形である必要もなく、例えば多角形や星型、楕円形等種々のものとすることができる。この断面形状としては、Ｚ軸に対して対称性を有するものとすることが設計上は好ましいが、これに限られるものでもない。このように、磁石部３の各構成の形状については、磁石本体部５の前方の磁場を補正部６で補正することで磁場ヌル点Ｎにおける磁場勾配を調節するに際しての１つの要素であって、磁石の強度の調節等によっても適宜の設計が可能なものであるから、上記した具体的形状に限定されるものではない。
【００４０】
叙述の如く構成された第一実施形態において、磁性体検出装置１は、永久磁石である磁石本体部５と、磁石本体部５の前方に配されて磁石本体部５から生じる磁場を補正する補正部６とからなる磁石部３を備えている。そして、補正部６は、磁石部３の前端部３ａにおける磁石本体部５が生じさせる磁場を相殺することで所望の磁場強度となる特定位置としてとして、磁場強度が略０の磁場ヌル点Ｎを形成している。特にこの際、第一補正部１１の前方に配された永久磁石からなる第二補正部１２によって、第二補正部１２を除いた磁石部３全体が生じさせる磁石部３の前端部３ａにおける磁場を相殺することで、磁場ヌル点が形成されている。補正部６はさらに、第一補正部１１によって、磁石本体部５を磁石部３の前端部３ａから離間させることで、磁石本体部５によって生じる磁場の磁石部３の前端部３ａにおける磁場勾配を調節して低減している。この際、補正部６が生じさせる磁場の磁場勾配に応じて、磁石本体部５を磁石部３の前端部３ａから離間させることで、磁場ヌル点Ｎにおける磁石部３全体が生じさせる磁場勾配を調節することで、磁場ヌル点Ｎの磁場勾配を低減することが可能となっている。特に、磁石部３を磁石本体部５のみとした場合（図６（Ａ）のような場合）における磁場ヌル点Ｎと比較して、磁場ヌル点Ｎの磁場勾配が低減するよう調節されることとなる。そして、当該磁場ヌル点Ｎに第一磁気センサ４を配することで、対象物への近接等に伴う温度変化による熱膨張等による、第一磁気センサ４や磁石部３の偏倚の影響を低減することができる。
【００４１】
そして、特定位置である磁場ヌル点Ｎは、第二補正部１２を除いた磁石部３（すなわち磁石本体部５及び第一補正部１１）が生じさせる磁場の正のピークと、第二補正部１２が生じさせる磁場の負のピークのそれぞれの前後位置を一致させることで形成されている。このように、異なるピーク同士を一致させることで、磁場勾配を略０とした特定位置を容易に設計可能となり、しかもその正負を一致させることで、磁場ヌル点Ｎを容易に設計することができる。
【００４２】
また、第二補正部１２の前後長さを第一補正部１１の前後長さより短いものとすることで、磁場ヌル点Ｎを可及的に前方に配することができる。さらに、第一補正部１１は、磁石本体部５の内径よりも大きい内径の円筒形状をしており、第二補正部１２は第一補正部１１の内径よりも小さい内径の円筒形状をしていることで、補正部６の内部に中空部Ｈが形成されている。このような形状とすることによって、１つの磁石の加工によって磁場ヌル点の磁場勾配を低減することが可能となる。
【００４３】
続いて、本発明に係る磁性体検出装置の第二実施形態について図１４〜１５に基づいて説明する。第二実施形態に係る磁性体検出装置５１は、第一実施形態に係る磁性体検出装置１とは磁石部の構造、磁気センサの配置が相違しており、他の点は同様の構成である。したがって、相違する構成を中心に説明し、同様の構成については適宜説明を省略する。
【００４４】
第二実施形態に係る磁性体検出装置５１は、検出部５２に、磁石部５３として、第一実施形態に係る磁石部３を前後反対にしたものを備えている。すなわち、磁石本体部５５の後端部に補正部５６が設けられていて、磁石部５３の後端に第二補正部６２、磁石本体部５５と第二補正部６２との間に第一補正部６１が配されている。
【００４５】
そして、磁性体検出装置５１は、磁気センサとして、磁石部５３の前端部に配された第一磁気センサ５４と、後端部に配された第二磁気センサ６３と、を備えている。第一磁気センサ５４は、検出対象物の磁性体の磁場を検出するために用いられる。他方、第二磁気センサは、磁石部５３の影響を排した状態で、地磁気を検出するために用いられる。そして、第一磁気センサ５４及び第二磁気センサ６３は、いずれも略同じ磁場強度である磁場ヌル点Ｎに配されるよう構成されている。
【００４６】
このように、地磁気センサである第二磁気センサ６３を磁場勾配が低減された磁場ヌル点Ｎのような所望の磁場強度の特定位置に配すると、磁石部５３内でその影響を受けずに地磁気の検出ができるため、高感度なものでとすることができる。しかも、地磁気センサを磁石部５３の後方に配する必要がないため、シャフト５９の前後長さを短くすることが可能となり、装置の小型化も可能となる。
【００４７】
なお、第一実施形態同様に第一補正部６１の内径を磁石本体部５５の内径よりも小さいため、シャフト９は少なくとも磁石部５３に挿通される部分を第一補正部６２の内径としている。このようにすると、磁石本体部５５の内周とシャフト５９とが離間してしまうため、隙間を埋める間隙剤を先端側から嵌め込む等してもよい。あるいは、シャフト５９を複数部材からなるものとし、第二補正部６２の内周端部を前後に挟み込むように構成させたものとしてもよい。
【００４８】
続いて、本発明に係る磁性体検出装置の第三実施形態について図１６に基づいて説明する。第三実施形態に係る磁性体検出装置７１は、検出部７２の前端部に配された第一磁気センサ７４と、後端部に配された第二磁気センサ８３と、を備えている。さらに、磁石部７３の前後端部いずれにも補正部７６が設けられていて、その間に長尺な磁石本体部７５が配されている。それぞれ所望の磁場強度として磁場強度が略０の特定位置である磁場ヌル点Ｎに、第一磁気センサ７４、第二磁気センサ８３が配されている。
【００４９】
このように第一磁気センサ７４及び第二磁気センサ８３のいずれもが、補正部７６によって磁場勾配が低減された磁場ヌル点Ｎに配されることとなるため、いずれの磁気センサもノイズの影響を低減することができるため、高感度な検出が可能となり、シャフト７９の前後長さを短くすることによる装置の小型化も可能となる。
【００５０】
なお当然ながら、第二実施形態及び第三実施形態においても、図１３（Ａ）、（Ｂ）に示す第一実施形態の変形例と同様に、磁石本体部と各補正部を別の磁石として永久磁石を構成したものとしてもよい。第三実施形態においては、前後いずれかの補正部のみを磁石本体部と別の磁石としてもよいし、前後いずれも別の磁石としてもよい。
【００５１】
その他、本発明は上述した実施形態や変形例のみに限定されるものではなく、具体的な形態や数値に限定されるものでもない。また、本発明は主として乳癌のセンチネルリンパ節生検に用いることができるが、用途はこれに限定されず、生体内の種々の部位における磁性体の検出に用いることができ、生体以外の対象物に対しても用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、センチネルリンパ節生検等において用いられる磁性体検出装置の技術分野に利用可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１    磁性体検出装置
２    検出部
３    磁石部
３ａ  前端部
４    第一磁気センサ
５    磁石本体部
６    補正部
１１    第一補正部
１２    第二補正部
１３    第二磁気センサ
Ｈ    中空部
Ｎ    磁場ヌル点（特定位置）
【図１】
2020013123.tif 000003
【図２】
2020013123.tif 000004
【図３】
2020013123.tif 000005
【図４】
2020013123.tif 000006
【図５】
2020013123.tif 000007
【図６】
2020013123.tif 000008
【図７】
2020013123.tif 000009
【図８】
2020013123.tif 000010
【図９】
2020013123.tif 000011
【図１０】
2020013123.tif 000012
【図１１】
2020013123.tif 000013
【図１２】
2020013123.tif 000014
【図１３】
2020013123.tif 000015
【図１４】
2020013123.tif 000016
【図１５】
2020013123.tif 000017
【図１６】
2020013123.tif 000018
【国際調査報告】
2020013123.tif 000019
2020013123.tif 000020
2020013123.tif 000021
2020013123.tif 000022