JP2016006817A - Magnetic shield device and magnetic shield method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気シールド装置および磁気シールド方法に関する。 The present invention relates to a magnetic shield device and a magnetic shield method.
医療現場において画像診断が広く用いられている。画像診断は非侵襲的であるので人体への負担も少なく、心臓や脳などの生命活動にとって重要な臓器を調べる際には、特に好まれて用いられる。
生体の臓器はニューロンの活動によって微弱な電流を常に発生させており、この電流によって生じる磁場を測定することにより、臓器の状態を知ることができる。
具体的には、生体を起因とした磁場は、0.1ピコテスラ(1×10-13T)程度から10ピコテスラ(1×10-11T)程度と極めて微弱である。
このような磁場を検出して画像化する手法の一つに磁場源描画がある。例えば、心臓の動きにより形成される磁場を記録する方法は、心磁図法(Magnetocardiography:MCG)として知られている。また、脳の活動により形成される磁場を測定し記録する方法は脳磁図法(Magnetoencephalography:MEG)として知られている。
Image diagnosis is widely used in the medical field. Since image diagnosis is non-invasive, there is little burden on the human body, and it is particularly preferred when examining organs important for life activity such as the heart and brain.
A living organ always generates a weak current due to the activity of neurons, and the state of the organ can be known by measuring the magnetic field generated by this current.
Specifically, the magnetic field caused by a living body is extremely weak, about 0.1 pico tesla (1 × 10 −13 T) to about 10 pico tesla (1 × 10 −11 T).
One technique for detecting and imaging such a magnetic field is magnetic field source drawing. For example, a method for recording a magnetic field formed by the movement of the heart is known as magnetocardiography (MCG). A method for measuring and recording a magnetic field formed by brain activity is known as magnetoencephalography (MEG).
一方で、地磁気等の外部磁場は、例えば10マイクロテスラ(1×10-5T)程度から100マイクロテスラ(1×10-4T)程度であり、脳や心臓から発生される磁場に比べて、10万倍以上の大きさをもっている。そのため、高感度な磁場測定においてこのような外部磁場はノイズとなってしまう。
すなわち、生体からの微弱な磁場を検出するためには、高感度な磁場測定装置を用いたうえで、ノイズとなる外部磁場を遮断する必要があり、外部磁場を遮断するためには磁気シールド装置を用いる必要がある。そして、外部磁場を遮蔽する磁気シールド装置としては、例えば特許文献1乃至8に記載された技術が知られている。
On the other hand, the external magnetic field such as geomagnetism is, for example, about 10 micro Tesla (1 × 10 −5 T) to about 100 micro Tesla (1 × 10 −4 T), compared with the magnetic field generated from the brain and heart. It is 100,000 times larger. Therefore, such an external magnetic field becomes noise in highly sensitive magnetic field measurement.
That is, in order to detect a weak magnetic field from a living body, it is necessary to cut off an external magnetic field that becomes noise after using a highly sensitive magnetic field measuring device, and to shield an external magnetic field, a magnetic shield device Must be used. As a magnetic shield device that shields an external magnetic field, for example, techniques described in Patent Documents 1 to 8 are known.
特許文献1乃至8に記載された技術によると、磁気シールド装置の内部の制御対象とする空間(磁場測定装置を配置する空間)の磁場が最小になるように、打ち消し磁場を生成したり、あるいは、磁気シールド装置の開口部などへの流入磁場が最小になるように打ち消し磁場を生成したりしている。 According to the techniques described in Patent Documents 1 to 8, a cancellation magnetic field is generated so that the magnetic field in the space to be controlled (the space in which the magnetic field measurement device is arranged) inside the magnetic shield device is minimized, or The canceling magnetic field is generated so that the magnetic field flowing into the opening of the magnetic shield device is minimized.
しかしながら、特許文献1乃至8に記載された技術では、磁気シールドの内部に磁場勾配のきわめて弱い環境を作ることは困難であるという課題があった。具体的には、従来技術では、外部からの磁場は軽減できるが、磁気シールドの持つ磁化成分などを考慮していないため、磁気シールドの内部の磁場状態に勾配が生じるという課題があった。 However, the techniques described in Patent Documents 1 to 8 have a problem that it is difficult to create an environment having a very weak magnetic field gradient inside the magnetic shield. Specifically, in the prior art, the magnetic field from the outside can be reduced. However, since the magnetization component of the magnetic shield is not considered, there is a problem that a gradient occurs in the magnetic field state inside the magnetic shield.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]本適用例に係る磁気シールド装置は、パッシブシールドと、前記パッシブシールド内に規定された補正対象空間と、前記パッシブシールド内の磁場を補正する第1コイルと、第1磁気センサーと、前記第1磁気センサーよりも前記パッシブシールドの内側に配置された第2磁気センサーと、制御部と、を有し、前記第1磁気センサーと前記第2磁気センサーとは前記パッシブシールド内の磁場勾配を測定し、前記制御部は、前記第1磁気センサーと前記第2磁気センサーとの測定結果に基づいて、前記第1コイルを制御することを特徴とする。 Application Example 1 A magnetic shield device according to this application example includes a passive shield, a correction target space defined in the passive shield, a first coil for correcting a magnetic field in the passive shield, and a first magnetic sensor. And a second magnetic sensor disposed inside the passive shield with respect to the first magnetic sensor, and a control unit, wherein the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are in the passive shield. The magnetic field gradient is measured, and the control unit controls the first coil based on measurement results of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor.
この構成によれば、第1磁気センサーと、第2磁気センサーとで、それぞれの磁場強度を測定し、パッシブシールドの内部の磁場勾配を測定する。磁場勾配の測定値に基づいて、制御部は補正対象空間における最大の磁場勾配を見積もる。さらに、制御部は補正対象空間における最大の磁場勾配が所定の閾値以下となるように、第1コイルの電流量を調整する。補正対象空間における磁場勾配を所定の閾値以下とすることによって、補正対象空間において、磁場勾配が極めて弱い状態で磁場測定を行う空間を提供することが可能になる。 According to this configuration, each magnetic field strength is measured by the first magnetic sensor and the second magnetic sensor, and the magnetic field gradient inside the passive shield is measured. Based on the measured value of the magnetic field gradient, the control unit estimates the maximum magnetic field gradient in the correction target space. Furthermore, the control unit adjusts the current amount of the first coil so that the maximum magnetic field gradient in the correction target space is equal to or less than a predetermined threshold value. By setting the magnetic field gradient in the correction target space to be equal to or less than a predetermined threshold value, it is possible to provide a space in the correction target space in which magnetic field measurement is performed with a very weak magnetic field gradient.
[適用例2]本適用例に係る磁気シールド装置によれば、前記制御部は前記磁場勾配が閾値以下となるように前記第1コイルを制御することが好ましい。 Application Example 2 In the magnetic shield device according to this application example, it is preferable that the control unit controls the first coil so that the magnetic field gradient is equal to or less than a threshold value.
この構成によれば、磁場勾配を所定の閾値以下とすることによって、第1磁気センサーよりも、パッシブシールドの内部にある補正対象空間においても、所定の閾値以下の磁場勾配とすることができる。
すなわち、補正対象空間において、磁場勾配が極めて弱い状態で磁場測定を行う空間を提供することが可能になる。
According to this configuration, by setting the magnetic field gradient to a predetermined threshold value or less, the magnetic field gradient can be set to a predetermined threshold value or less in the correction target space inside the passive shield as compared with the first magnetic sensor.
That is, it is possible to provide a space for performing magnetic field measurement in a state where the magnetic field gradient is extremely weak in the correction target space.
[適用例3]本適用例に係る磁気シールド装置によれば、前記第1磁気センサーと前記第2磁気センサーとは、第1方向に沿った磁場勾配を測定し、前記第1コイルの軸は前記第1方向に沿っていることが好ましい。 Application Example 3 According to the magnetic shield device according to this application example, the first magnetic sensor and the second magnetic sensor measure the magnetic field gradient along the first direction, and the axis of the first coil is It is preferable that it is along the first direction.
この構成によれば、第1磁気センサーと第2磁気センサーとで測定される磁場勾配の方向と、第1コイルの軸方向とが同じである。よって、第1コイルの電流量を制御することによって、磁場勾配の調整を容易におこなうことができる。 According to this configuration, the direction of the magnetic field gradient measured by the first magnetic sensor and the second magnetic sensor is the same as the axial direction of the first coil. Therefore, the magnetic field gradient can be easily adjusted by controlling the current amount of the first coil.
[適用例4]本適用例に係る磁気シールド装置によれば、前記パッシブシールドは開口部を有し、前記開口部の前記第1方向に関する座標を原点とし、前記第1方向に沿って前記開口部から前記パッシブシールドの内部に向かう方向を前記第1方向の正の方向とした際に、前記第1磁気センサーは、前記第1方向に関して、前記開口部の前記第1方向に直交する投射断面の面積の平方根の−0.5倍から1.0倍の範囲内に配置されていることが好ましい。 Application Example 4 According to the magnetic shield device according to this application example, the passive shield has an opening, the coordinates of the opening in the first direction are set as the origin, and the opening along the first direction. When the direction from the portion toward the inside of the passive shield is a positive direction of the first direction, the first magnetic sensor has a projection cross section orthogonal to the first direction of the opening with respect to the first direction. It is preferable that it is disposed within the range of -0.5 to 1.0 times the square root of the area.
この構成によれば、第1磁気センサーの配置の自由度を高め、さらに開口部を有するパッシブシールドの補正対象空間においても、所定の閾値以下の磁場勾配とすることができる。 According to this configuration, it is possible to increase the degree of freedom of arrangement of the first magnetic sensor, and to make the magnetic field gradient equal to or less than a predetermined threshold even in the correction target space of the passive shield having an opening.
[適用例5]本適用例に係る磁気シールド装置によれば、前記第2磁気センサーは、前記第1方向に関して、前記開口部の前記第1方向に直交する投射断面の面積の平方根の0倍から1.0倍の範囲内に配置され、前記第2磁気センサーの前記第1方向に関する座標は、前記第1磁気センサーの前記第1方向に関する座標よりも正であることが好ましい。 Application Example 5 According to the magnetic shield device of this application example, the second magnetic sensor is 0 times the square root of the area of the projection cross section perpendicular to the first direction of the opening with respect to the first direction. It is preferable that the coordinates of the second magnetic sensor with respect to the first direction be more positive than the coordinates of the first magnetic sensor with respect to the first direction.
この構成によれば、第2磁気センサーの配置の自由度を高め、さらに開口部を有するパッシブシールドの補正対象空間においても、所定の閾値以下の磁場勾配とすることができる。 According to this configuration, the degree of freedom of arrangement of the second magnetic sensor can be increased, and a magnetic field gradient equal to or less than a predetermined threshold can be obtained even in the correction target space of the passive shield having an opening.
[適用例6]本適用例に係る磁気シールド装置によれば、前記補正対象空間は、前記第1方向に関する座標に関して、前記第1磁気センサーの前記第1方向に関する座標よりも正であることが好ましい。 Application Example 6 According to the magnetic shield device according to this application example, the correction target space is more positive with respect to the coordinates relating to the first direction than the coordinates relating to the first direction of the first magnetic sensor. preferable.
この構成によれば、パッシブシールドの補正対象空間においても、所定の閾値以下の磁場勾配とすることができる。 According to this configuration, even in the correction target space of the passive shield, the magnetic field gradient can be set to a predetermined threshold value or less.
[適用例7]本適用例に係る磁気シールド装置によれば、前記補正対象空間の磁場強度を調整する第2コイルを前記パッシブシールドの内部に更に備えることが好ましい。 Application Example 7 In the magnetic shield device according to this application example, it is preferable that a second coil for adjusting the magnetic field strength of the correction target space is further provided inside the passive shield.
この構成によれば、第2コイルの電流量を調整することによって、補正対象空間の磁場強度を所定の値に調整することが可能である。すなわち、補正対象空間において、より磁場強度の弱い状態で磁場測定を行う磁場測定空間を提供することが可能になる。 According to this configuration, it is possible to adjust the magnetic field strength of the correction target space to a predetermined value by adjusting the current amount of the second coil. That is, it is possible to provide a magnetic field measurement space for performing magnetic field measurement in a state where the magnetic field strength is weaker in the correction target space.
[適用例8]本適用例に係る磁気シールド方法は、パッシブシールド内の磁場勾配を測定する第1工程と、前記第1工程に基づいて前記磁場勾配を所定の閾値以下とする第2工程と、前記パッシブシールド内の磁場強度を測定する第3工程と、前記磁場強度を所定の閾値以下とする第4工程と、を含むことを特徴とする。 Application Example 8 A magnetic shielding method according to this application example includes a first step of measuring a magnetic field gradient in a passive shield, and a second step of setting the magnetic field gradient to a predetermined threshold or less based on the first step. And a third step of measuring the magnetic field strength in the passive shield, and a fourth step of setting the magnetic field strength to a predetermined threshold value or less.
この方法によれば、パッシブシールドの補正対象空間において、所定の閾値以下の磁場勾配とすることができる。また、補正対象空間の磁場強度を所定の値に調整することが可能である。すなわち、補正対象空間を、磁場勾配が極めて弱い状態で磁場測定を行う磁場測定空間とすることが可能になる。 According to this method, the magnetic field gradient below a predetermined threshold can be obtained in the correction target space of the passive shield. It is also possible to adjust the magnetic field strength of the correction target space to a predetermined value. That is, the correction target space can be a magnetic field measurement space in which magnetic field measurement is performed in a state where the magnetic field gradient is extremely weak.
以下に、本発明を具体化した実施形態について図面を用いて説明する。なお、使用する図面は、説明する部分を明確に認識し読み手の理解を促進できるように、適宜、拡大または縮小して表示している。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the drawings to be used are appropriately enlarged or reduced so as to clearly recognize the portion to be described and promote understanding of the reader.
<実施形態>
図1は、本実施形態に係る磁気シールド装置100の概観斜視図である。磁気シールド装置100は、例えば生体から発せられる微弱な電流を磁気として測定する際に、磁気測定装置を地磁気などの外部磁場から遮蔽するために用いられるものである。
磁気シールド装置100は、パッシブシールド11と、パッシブシールド11の内部磁場を補正する外部コイル12A,12Bと、第1磁気センサー14A,第2磁気センサー14Bと、パッシブシールド11の内部に配置された内部コイル13A,13Bと、制御部20(図2参照)と、を有している。ここで、外部コイル12A,12Bは本発明に係る「第1コイル」の一例であり、内部コイル13A,13Bは本発明に係る「第2コイル」の一例である。
<Embodiment>
FIG. 1 is a schematic perspective view of a
The
パッシブシールド11は、内部を空洞とした筒形状を有しており、その軸方向をほぼ水平にして、例えば、図示しない台座に配置されている。パッシブシールド11の軸方向の断面形状は概ね四角形としている。パッシブシールド11は、その軸方向の両端を開口しており、一端を開口部11Aとし、他端を開口部11Bとしている。パッシブシールド11の大きさは、軸方向の長さを約200cmとし、開口部11A,11Bの一辺を90cm程度としている。このような大きさのパッシブシールド11は、開口部11A,11Bのいずれかから被測定物たる「人体」が出入りし、その内部に横たわることができる。
The
パッシブシールド11は、比透磁率が例えば数千以上の強磁性体(パーマロイ、フェライト、または鉄、クロム若しくはコバルト系のアモルファスなど)、または、高伝導率の導体(例えば、アルミニウムなどで、渦電流効果によって磁場低減効果を有するものが望ましい)によって形成される。なお、前述の強磁性体と高伝導率の導体とを交互に積層して形成することも可能である。本実施形態では、アルミニウムとパーマロイとを交互に2層ずつ形成し、その合計の厚みを20〜30mm程度としている。
The
パッシブシールド11で取り囲まれた領域を内部空間110と規定し、内部空間110を除く領域(パッシブシールド11の外側)を外部空間と規定する。内部空間110は、被測定物(例えば人体)や、被測定物から発せられる磁場を測定する図示しない高感度磁気センサー(例えば光ポンピング式磁気センサー)を収容できる程度の空間を有している。内部空間110のうち、高感度磁気センサーを配置して、例えば心臓や脳からの微弱な磁気信号を測定する領域を、特に補正対象空間150とする。より詳しくは後述する。
A region surrounded by the
以下の説明においては、本実施形態の理解をより容易にするため、3次元直交座標系を用いる。パッシブシールド11の軸方向をX方向、奥行方向をY方向、X方向・Y方向のぞれぞれと直交するいわゆる高さ方向をZ方向と定義する。パッシブシールド11の軸方向の各位置における垂直断面(YZ面)の中心を結んだ線および、当該線を延長した線を、以降、中心軸110Aと規定する。本実施形態のパッシブシールド11のように、ほぼ筒形状の場合、開口部11Aの中心点と開口部11Bの中心点とを結ぶ線が、中心軸110Aとなる。
In the following description, a three-dimensional orthogonal coordinate system is used to facilitate understanding of the present embodiment. The axial direction of the
また、開口部11Aの位置をX方向の原点とし、開口部11Aから開口部11Bへと向かう方向を正のX方向と規定する。ここで、X方向は本発明に係る「第1方向」の一例である。なお、例えば開口部11Aが中心軸110Aに対して垂直断面ではない場合、つまり中心軸110Aに対して傾斜を有している場合は、開口部11Aを取り囲む稜線のうち、もっとも正のX方向にある位置をX方向の原点としている。つまり、パッシブシールド11のYZ平面への投射平面図と同じ形状が、断面形状として現れるX方向の位置を原点という。
Further, the position of the
外部コイル12A,12Bは、内部空間110への流入磁場を補正するためのコイルである。流入磁場とは開口部11A,11Bから外部磁場が内部空間110に入り込む磁場であり、この流入磁場は開口部11A,11Bの垂直断面に対して垂直の方向(すなわち第1方向に沿った方向)で最も強くなる。外部コイル12A,12Bは、例えばヘルムホルツコイルであり、図示しない電源から供給される電流により磁界を発生させる。
外部コイル12Aは開口部11A側に、外部コイル12Bは残る一端である開口部11B側に、それぞれパッシブシールド11を取り囲むように配置されている。本実施形態では、外部コイル12A,12Bの直径を約120cmとしている。外部コイル12Aは、X方向において開口部11Aの位置とほぼ同じ位置、つまり、X方向の原点の位置に配置されていることが望ましい。外部コイル12Bは、X方向において開口部11Bの位置とほぼ同じ位置に配置されていることが望ましい。
The
The
外部コイル12A,12Bは、それぞれの中心を通る軸が、パッシブシールド11の中心軸110Aの方向とほぼ同じ方向となる位置関係で配置されている。この結果、流入磁場が強くなる方向と、外部コイル12A,12Bとで補正する磁場の方向とがほぼ一致するので、効率的に磁場勾配を補正できるのである。なお、パッシブシールド11を図示しない非磁化性の枠などで取り囲み、その枠部に当該コイルを巻き付けるように配置して、外部コイル12A,12Bを構成してもよい。また、外部コイル12A,12Bの形状は、パッシブシールド11の中心軸110Aの方向の断面形状と相似する形状に拘らないため、例えば、円形状としても良い。
The external coils 12 </ b> A and 12 </ b> B are arranged in a positional relationship in which the axes passing through the centers of the external coils 12 </ b> A and 12 </ b> B are substantially the same direction as the direction of the
第1磁気センサー14Aは、外部空間から内部空間110への流入磁場を測定する、例えば半導体センサーである。第1磁気センサー14Aは、中心軸110Aの軸上に設けられ、かつ、X方向において、開口部11Aとほぼ同じ位置に配置されている。
The first
第2磁気センサー14Bは、内部空間110のある一領域の磁場強度を測定するための、例えば半導体センサーである。第2磁気センサー14Bは、第1磁気センサー14Aと同じく中心軸110Aの軸上に設けられている。第1磁気センサー14A,第2磁気センサー14Bは、共に2cm角程度の大きさを有しており、それぞれ図示しない非磁化性の治具により、パッシブシールド11の内部に配置されている。
The second
第2磁気センサー14Bは、第1磁気センサー14Aに対してパッシブシールド11の内部に位置している。言い換えれば第1磁気センサー14Aに対して正のX方向に位置している。第1磁気センサー14Aと第2磁気センサー14Bとで磁場強度を測定することにより、中心軸110Aの軸方向に沿った磁場勾配を測定することができる。なお、以降、第1磁気センサー14Aと第2磁気センサー14Bとで求められた磁場勾配を流入磁場勾配と称して説明する。
The second
以上まとめると、第1磁気センサー14A,第2磁気センサー14Bとは、中心軸110A上に設けられている。また、外部コイル12A,12Bのそれぞれの中心を通る軸も中心軸110Aと方向を同じくするように配置されているため、流入磁場勾配の方向と、外部コイル12A,12Bで補正可能な磁場の方向とは同じとなる。
In summary, the first
内部コイル13A,13Bは、補正対象空間150の磁場強度を調整するために用いられるコイルであり、補正対象空間150の両端を挟みこむように内部空間110に配置されている。内部コイル13A,13Bは、各々のコイルの中心を通る軸がパッシブシールド11の中心軸110Aと重なるように配置されていることが望ましい。
The
内部コイル13A,13Bは、例えばヘルムホルツコイルであり、図示しない電源から供給される電流を当該コイルへ流すことにより一様な磁場を発生させる。ヘルムホルツコイルであるために、補正対象空間150の少なくとも内部コイル13A,13Bの各々の中心を結んだ軸上には、一様な磁場強度を形成することが可能である。すなわち、内部コイル13Aと内部コイル13Bとに流れる電流量を調整することにより、補正対象空間150の磁場強度を任意の値にオフセット調整することができる。
The
なお、補正対象空間150は明確に位置を規定できる性質のものではないため、内部コイル13A,13Bを有するパッシブシールド11においては、内部コイル13Aと内部コイル13Bとで挟まれた空間を補正対象空間150と定義しておく(図1、図2でドットハッチングを施している領域)。そして、補正対象空間150は、第1磁気センサー14Aよりも正のX方向に位置している。
Since the
以上説明したとおり、本実施形態においては、外部コイル12A,12B、内部コイル13A,13B、第1磁気センサー14A,第2磁気センサー14Bのそれぞれは、パッシブシールド11の中心軸110Aに沿うように配置されている。
As described above, in the present embodiment, the
ひと通り、磁気シールド装置100の説明を終えたところで、本実施形態の目的をより明確に説明する。本発明者が鋭意研究したところ、生体からの磁場のように、例えば外部磁場の10万分の1に満たないような微弱な磁場を高感度に測定するためには、当該磁場を測定する領域となる補正対象空間150での磁場勾配が、ある閾値以下であることが重要であると判明した。
Once the description of the
すなわち、特許文献1乃至8に記載のような従来の技術では、補正対象空間150の磁場が最小になるように打ち消し磁場を生成したり、また、磁気シールド装置100の開口部11A(11B)からの流入磁場が最小になるように、打ち消し磁場を生成していた。そうすると、補正対象空間150の例えば端部と、開口部11Aとの差分が補正対象空間150での磁場勾配となって現れていた。この補正対象空間150での磁場勾配が、高感度な磁場測定を阻害していることを、本発明者は見出した。よって、前述のような微弱な磁場を高感度に測定するためには、補正対象空間150での磁場勾配をある閾値以下に制御することがまず重要であり、補正対象空間150での磁場勾配をある閾値以下にした上で、補正対象空間150での磁場強度を被測定物に応じて最小とすることが重要となる。なお、閾値については後述する。
That is, in the conventional techniques as described in Patent Documents 1 to 8, a canceling magnetic field is generated so that the magnetic field of the
そして、補正対象空間150での磁場勾配は、流入磁場勾配により推定可能であることも本願発明人の実験で確かめられた。すなわち、流入磁場勾配をある閾値以下にすることによって、補正対象空間150での磁場勾配も所定の閾値以下にできることを確認した。
It has also been confirmed by the inventors' experiments that the magnetic field gradient in the
なお、誤解を与えないようにさらにいうと、流入磁場勾配と、補正対象空間150での磁場勾配とは、数値的に異なるものである。流入磁場勾配は、開口部11A近傍の磁場勾配であるためパッシブシールド11からの漏れ磁場などの影響により、補正対象空間150での磁場勾配よりも大きくなるのが通常だからである。
In order to avoid misunderstanding, the inflow magnetic field gradient and the magnetic field gradient in the
補正対象空間150での磁場勾配を推定するにあたって重要となる、第1磁気センサー14Aと第2磁気センサー14BとのX方向における相対的な位置関係についてより詳しく説明する。本発明者の実験によれば、以下の関係性を有する位置に第1磁気センサー14Aと第2磁気センサー14Bとを配置することによって、流入磁場勾配を好適に測定もしくは推定することが可能であることが確認できた。ここでいう好適な測定もしくは推定とは、流入磁場勾配に基づいて、補正対象空間150での磁場勾配(具体的には内部コイル13Aと内部コイル13Bとの間の磁場勾配)を推定可能にする測定のことをいう。
The relative positional relationship in the X direction between the first
第1磁気センサー14A,第2磁気センサー14Bの配置可能な領域を示すにあたって、開口部11Aの断面積をSとする。この場合の開口部11Aの断面積Sは、X方向に対するYZ平面への投射断面の面積と定義する。前述したように開口部11Aの中心位置をX方向の原点とし、開口部11Aから開口部11Bへ向かう方向を正のX方向(+X方向)とすると、第1磁気センサー14Aの位置は、原点から+X方向に対して、開口部11AのYZ平面への投射断面の面積(S)の平方根の1.0倍(+√S)未満であり、原点から−X方向に対しては、絶対値でYZ平面への投射断面の面積(S)の平方根の0.5倍(0.5×√S)以下の範囲に位置していることが好適である。すなわち、第1磁気センサー14Aの配置可能な範囲(X座標)をL1とすれば、L1は式(1)の範囲に該当する。本実施形態ではL1の位置は0cmとしている。
−0.5×√S ≦ L1 < +√S …(1)
In showing the area | region which can arrange | position the 1st
−0.5 × √S ≦ L1 <+ √S (1)
また、第2磁気センサー14Bの位置は、原点の位置から+X方向に対して、YZ平面への投射断面の面積(S)の平方根の1.0倍(+√S)以下の範囲に位置していることが好適である。すなわち、第2磁気センサー14Bの配置可能な範囲をL2とすれば、L2は式(2)の範囲に該当する。ただし、第2磁気センサー14Bの+X方向の位置については、常に第1磁気センサー14Aよりも正の位置になければならない。本実施形態ではL2の位置は60cm程度としている。
0 < L2 ≦ +√S …(2)
Further, the position of the second
0 <L2 ≦ + √S (2)
図2に、本実施形態に係る磁気シールド装置100の制御部を含めた概観図を示す。図2は、図1における磁気シールド装置100のY軸方向から見た模式断面図に加えて、制御部20が示されている。以下の説明で、図1と重複する部分の説明は省略する。
なお、図2において制御部20は、測定回路15と駆動回路16と制御回路17とを含んでいるが、この構成に拘らない。つまり、このうちいずれか一つ以上であっても良いし、他の回路を含んでいても良い。また、図2においてX、Y、Z方向を図示しているが、これらは制御部20を構成する測定回路15等の位置関係を表す場合には考慮しない。
FIG. 2 shows an overview including the control unit of the
In FIG. 2, the
測定回路15は、第1磁気センサー14A,第2磁気センサー14Bおよび補正対象空間150に位置する図示しない高感度磁気センサーとそれぞれ接続されている。ここでの高感度磁気センサーとは、第1磁気センサー14A,第2磁気センサー14Bと同等以上の測定精度を持つ磁気センサーという意味である。なお、図2においては一つの測定回路15に第1磁気センサー14A,第2磁気センサー14B等の複数のセンサーが接続された図となっているが、磁気センサーごとに独立した測定回路15を有していても良い。
測定回路15によって、第1磁気センサー14A,第2磁気センサー14Bにおけるそれぞれの磁場強度や、例えば原点の位置からの距離を測定することができる。
The
The
駆動回路16は、外部コイル12A,12Bと内部コイル13A,13Bとにそれぞれ接続されている。なお、図2においては一つの駆動回路16に外部コイル12A,12B、内部コイル13A,13Bの4つのコイルが接続された図となっているが、コイルごとに独立した駆動回路16を有していても良い。駆動回路16は、図示しない電源から当該コイルに交流電流および直流電流を供給し、磁場を発生させる。
The
制御回路17は、測定回路15と駆動回路16とに接続されている。制御回路17は、測定回路15によって測定された磁場強度に応じて流入磁場勾配を計測し、当該流入磁場勾配を所定の閾値以下となるように駆動回路16を制御するための装置である。
The
図3は制御回路17の構成の一例を示す図である。制御回路17は、CPU(Central Processing Unit)21と、長期記憶回路(例えばROM(Read Only Memory)やフラッシュメモリー等の不揮発性メモリー)22と、一時記憶回路(例えば、DRAMやSRAM等のRAM(Random Access Memory))23と、入力部24と、出力部25とを有している。各構成要素はそれぞれバス26を介して電気的に相互に接続されている。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the
CPU21は、測定回路15から取得した磁場強度を元に、長期記憶回路22に記憶されている制御プログラムを読みだして実行し、駆動回路16を制御する。長期記憶回路22には、一例として、流入磁場勾配の閾値などが保持されている。一時記憶回路23は、CPU21が制御プログラムを実行する際の作業エリアを提供する。入力部24は、図示しない操作部を介して、測定回路15から磁場強度など受け取る。出力部25は、駆動回路16に対して駆動信号(例えば交流電流の大きさなど)を出力する。すなわちCPU21は、第1磁気センサー14A,第2磁気センサー14Bと測定回路15とで測定された磁場強度を元に計算された流入磁場勾配が閾値以下になるように、駆動回路16に対して最適な指令を送ることができる。
The
<磁気シールド装置100の動作方法>
次に磁気シールド装置100の動作について図4を用いて説明する。図4は磁気シールド装置100の動作フローチャートである。図4の処理は、例えば磁気シールド装置100が駆動されたことを契機として開始されるものである。つまり、パッシブシールド11の性能(例えば「高透磁率×厚み」によって示される)などに基づいて、駆動回路16によって外部コイル12A,12Bや内部コイル13A,13Bを動作させた状態をいう。
<Operation Method of
Next, the operation of the
<流入磁場勾配測定(S10)>
流入磁場勾配の測定方法について説明する。ステップS10でいう流入磁場勾配とは、前述したように第1磁気センサー14Aと第2磁気センサー14Bとで測定された磁場強度の差分を、第1磁気センサー14Aと第2磁気センサー14Bとの間の距離で除したものである。
<Inflow magnetic field gradient measurement (S10)>
A method for measuring the inflow magnetic field gradient will be described. As described above, the inflow magnetic field gradient in step S10 refers to the difference between the magnetic field intensities measured by the first
まず第1磁気センサー14Aと測定回路15とによって、第1磁気センサー14Aが設置されている位置の磁場強度(外部空間から内部空間110への流入磁場)と、原点からの距離とが測定される(本実施形態においては、第1磁気センサー14Aを原点に配置しているので、原点からの距離はゼロとなる)。続いて、第2磁気センサー14Bと測定回路15によって、第2磁気センサー14Bが設置されている位置の磁場強度(内部空間110の磁場強度)と、原点からの距離とが測定される。
First, the first
制御回路17では、測定回路15で測定された第1磁気センサー14A,第2磁気センサー14Bとの磁場強度と距離とを取得し、流入磁場勾配を測定する。なお、第1磁気センサー14Aと第2磁気センサー14Bとの距離は、測定回路15で測定される場合に限られない。例えば、あらかじめユーザーによって測定し、制御回路17の入力部24を介して長期記憶回路22に入力することもできる。
ちなみに、ここでの流入磁場勾配は、必ずしも1次の直線勾配にかぎられない。つまり、実質的には1次以上の勾配成分をもった、例えば2次の勾配をもった状態であっても適用できる。
ステップS20「流入磁場勾配の閾値判断」へと進む。
The
Incidentally, the inflow magnetic field gradient here is not necessarily limited to a linear linear gradient. In other words, the present invention can be applied even in a state having substantially a first-order or higher-order gradient component, for example, a second-order gradient.
The process proceeds to step S20 “judgment magnetic field gradient threshold determination”.
<流入磁場勾配の閾値判断(S20)>
ステップS10で測定された流入磁場勾配が所定の閾値以下であるか否かを、制御回路17によって判定する。ここでいう所定の閾値とは、ステップS10で求められた流入磁場勾配と、補正対象空間150(すなわち脳磁等が計測される領域)で許容される磁場勾配との関係から求められる。
通常、パッシブシールド11においては、開口部11A(11B)近傍と、補正対象空間150とでは、パッシブシールド11の構造に起因して、パッシブシールド11を構成する強磁性体の磁場分布が異なっている。よって、ステップS10で求められた流入磁場勾配が、補正対象空間150まで一様に存在しているのではなく、開口部11A(11B)から、補正対象空間150に進むほど、おおよそ磁場勾配は緩くなることも知られている。
そして、前述のとおり、補正対象空間150での磁場勾配は、流入磁場勾配により推定可能であることが本発明者の実験で確かめられた。すなわち、流入磁場勾配をある閾値以下にすることによって、補正対象空間150での磁場勾配も所定の閾値以下にできることを確認している。
<Threshold determination of inflow magnetic field gradient (S20)>
The
Usually, in the
As described above, it has been confirmed by experiments of the present inventors that the magnetic field gradient in the
具体的には、第1磁気センサー14A,第2磁気センサー14Bにおける磁場強度や、互いの距離をパラメーターとして、つまりステップS10で測定した流入磁場勾配をパラメーターとして、補正対象空間150の磁場勾配を推定可能であることが実験的に確かめられている。すなわち、一例として、開口部11Aの投射断面が面積Sを有する場合に、流入磁場勾配が50nT/cm程度であると、原点から投射断面の面積の平方根の1〜1.6倍の範囲(本実施形態の場合、S=8100cm2であるので、原点からおおよそ90cm〜140cmの範囲)にある補正対象空間150の磁場勾配は2nT/cm以下となることが確認されている。
Specifically, the magnetic field gradient in the
すなわち、ある流入磁場勾配と、その流入磁場勾配における補正対象空間150での磁場勾配とを実験によってあらかじめ取得しておくことで、流入磁場勾配と補正対象空間150での磁場勾配との相関を求めることができる。つまり、この相関するデータや、このデータをもとに導かれる関係式を、例えば、制御回路17の長期記憶回路22に記憶させておくことにより、ステップS20の判断を容易に行えることとなる。
In other words, a correlation between the inflow magnetic field gradient and the magnetic field gradient in the
ここで、補正対象空間150で許容される磁場勾配の閾値は、補正対象空間150において用いられる心磁計などの磁気測定装置(高感度磁気センサー)の測定範囲に応じて決められる。
より詳しくは、補正対象空間150のX方向の両端(両端は内部コイル13Aと内部コイル13Bとで規定することができる)における磁場強度の差分が、当該磁気測定装置の測定範囲に応じた所定の値以下となるように決定される。例えば、磁気測定装置における測定範囲が10nTであったと仮定すると、補正対象空間150のX方向の両端における磁場強度の差分(補正対象空間150の磁場勾配と補正対象空間150のX方向の長さとの積)が、この測定範囲以下になるように、補正対象空間150で許容される磁場勾配の閾値は決定される。
Here, the threshold value of the magnetic field gradient allowed in the
More specifically, the difference in magnetic field strength at both ends in the X direction of the correction target space 150 (both ends can be defined by the
つまり、磁気測定装置における測定範囲が10nTであり、補正対象空間150のX方向の両端の長さが1mであった場合、補正対象空間150における磁場勾配の閾値は10nT/mとなる。なお、補正対象空間150にて許容される磁場勾配以下の磁場勾配となった補正対象空間150のことを、以降、磁場勾配の打ち消された補正対象空間150と表記する。
つまり、流入磁場勾配を閾値以下にするということは、補正対象空間150を磁場勾配の打ち消された空間にすることと同じ意味である。
That is, when the measurement range in the magnetic measurement apparatus is 10 nT and the length of both ends in the X direction of the
That is, making the inflow magnetic field gradient equal to or less than the threshold value has the same meaning as making the correction target space 150 a space in which the magnetic field gradient is canceled.
制御回路17は、流入磁場勾配が、上記方法によって求められた閾値以下であると判断した場合、処理をステップS30「外部コイル維持状態」へと進める。また、閾値よりも大きいと判断した場合は、ステップS40「外部コイル制御状態」へと進める。
When the
<外部コイル維持状態(S30)>
制御回路17によって流入磁場勾配が閾値以下と判定された場合には、現状の流入磁場勾配を維持するため、制御回路17は、駆動回路16に対して、外部コイル12A,12Bに流れている電流量を維持させる。続いて、ステップS50「補正対象空間の磁場測定」へと進む。
<External coil maintenance state (S30)>
If the
<外部コイル制御状態(S40)>
制御回路17によって流入磁場勾配が閾値よりも大きいと判定された場合には、制御回路17は、磁場勾配が閾値以下となるように外部コイル12A,12Bに流れている電流量を調整する。具体的には、駆動回路16に対して、所定の流入磁場勾配となるような電流を外部コイル12A,12Bに供給させるための信号を出力する。駆動回路16は、制御回路17からの信号に基づいて、外部コイル12A,12Bに対して電流を供給する。なお、外部コイル12A,12Bに供給される電流の大きさと、外部コイル12A,12Bの内部に生じる磁場との関係は、例えば制御回路17の長期記憶回路22にあらかじめ記憶されている。
<External coil control state (S40)>
When the
なお、この制御に用いられる流入磁場勾配を閾値以下にするための方法は、どのようなものでもよい。例えば、第2磁気センサー14Bにより測定された磁場強度が、第1磁気センサー14Aにより測定された磁場強度よりも大きい場合や、逆に、第2磁気センサー14Bにより測定された磁場強度が、第1磁気センサー14Aにより測定された磁場強度よりも小さい場合など、いずれの磁場勾配の方向に対しても制御回路17は、外部コイル12A,12Bに供給する電流量を制御することができる。
そして、再度、ステップS10「流入磁場勾配測定」へと戻る。制御回路17によって磁場勾配が閾値以下と判定されるまで、ステップS10、ステップS20、ステップS30をループする。
閾値以下と判定された場合には、ステップS50「補正対象空間の磁場測定」へと進む。
Note that any method may be used for making the inflow magnetic field gradient used for this control equal to or less than the threshold value. For example, when the magnetic field strength measured by the second
And it returns to step S10 "inflow magnetic field gradient measurement" again. Steps S10, S20, and S30 are looped until the
If it is determined that the threshold value is not more than the threshold value, the process proceeds to step S50 “magnetic field measurement of the correction target space”.
<補正対象空間の磁場測定(S50)>
続いて、測定回路15は、補正対象空間150に配置された図示しない高感度センサー(例えば光ポンピング式磁気センサー)にて、補正対象空間150の磁場測定を行う。
ステップS30までの工程により、補正対象空間150は、すでに磁場勾配の打ち消された空間となっている。しかしながら、補正対象空間150においてもパッシブシールド11による残留磁場が生じているために、少なくとも当該残留磁場強度の分だけ、補正対象空間150の磁場強度は高くなっている恐れがあるからである。なお、磁場勾配が打ち消されていることは、磁場強度が略ゼロということを意味しているのではないので注意されたい。磁場勾配が打ち消されているとは、磁場強度が一様であるという意味である。
ステップS60へと進む。
<Magnetic field measurement in correction target space (S50)>
Subsequently, the
By the steps up to step S30, the
Proceed to step S60.
<磁場強度の閾値判断(S60)>
制御回路17は、測定回路15から補正対象空間150の磁場強度を取得して、補正対象空間150の磁場強度が閾値以下か否かの判定をする。先に述べたとおり、補正対象空間150は、磁場強度が略ゼロの状態にあるわけではない。すなわち残留磁場の存在により、残留磁場の磁場強度分だけオフセットがかかった状態にあり、このオフセット状態が磁場測定を行う際のバックグラウンドとなって、被測定物に応じた好適な磁場測定環境を提供し得ない場合がある。
<Threshold determination of magnetic field strength (S60)>
The
ここでの閾値以下か否かの判断基準となる閾値とは、被測定物に応じて選択される磁場測定装置の感度により異なるものであるが、少なくとも補正対象空間150に残存する残留磁場を打ち消して、磁場強度を略ゼロにできる程度の値をいう。磁場強度を略ゼロとすることにより、好適な磁場測定環境を提供することができる。
なお、ここで略ゼロとしたのは、測定誤差を含んでいることと、被測定物によって必要とされる磁場測定装置の絶対感度が異なるために、絶対的にゼロであるとはいいきれないからである。
The threshold value used as a criterion for determining whether or not the threshold value is equal to or smaller than the threshold value varies depending on the sensitivity of the magnetic field measuring device selected according to the object to be measured, but at least cancels the residual magnetic field remaining in the
Note that the value of approximately zero here cannot be said to be absolutely zero because it includes a measurement error and the absolute sensitivity of the magnetic field measurement device required differs depending on the object to be measured. Because.
制御回路17は、補正対象空間150の磁場強度が閾値以下であると判定した場合、処理をステップS70「内部コイル維持状態」へと進める。また、閾値よりも大きいと判断した場合は、ステップS80「内部コイル制御状態」へと進める。
When the
<内部コイル維持状態(S70)>
制御回路17によって補正対象空間150の磁場強度が閾値以下と判断された場合には、現状の磁場強度を維持するため、制御回路17は、駆動回路16に対して、内部コイル13A,13Bに流れている電流量を維持させる。そして、磁気シールド装置100の動作は終了する。なお、外部空間の状態により流入磁場勾配や補正対象空間150での磁場強度は変動する場合があるため、本ステップS70から再度、ステップS10「流入磁場勾配測定」と進み、ステップS10〜ステップS80に至る処理フローをループさせても良い。
<Internal coil maintenance state (S70)>
When the
<内部コイル制御状態(S80)>
制御回路17によって補正対象空間150の磁場強度が所定の閾値よりも大きいと判定した場合には、制御回路17は、磁場強度が閾値以下となるように内部コイル13A,13Bに流れている電流量を調整する。具体的には、駆動回路16に対して所定の磁場強度となるような電流を内部コイル13A,13Bに供給させるための信号を出力する。
駆動回路16は、制御回路17からの信号に基づいて、内部コイル13A,13Bに対して電流を供給する。なお、内部コイル13A,13Bに供給される電流の大きさと、内部コイル13A,13Bの内部に生じる磁場との関係は、例えば制御回路17の長期記憶回路22にあらかじめ記憶されている。
そして、ステップS50「補正対象空間の磁場測定」へと進み、制御回路17によって磁場強度が閾値以下と判定されるまで、ステップS50、ステップS60、ステップS80をループする。
閾値以下と判定された場合には、ステップS70「内部コイル維持状態」へと進み、磁気シールド装置100の動作を終了する。
<Internal coil control state (S80)>
When the
The
Then, the process proceeds to step S50 “magnetic field measurement of the correction target space”, and steps S50, S60, and S80 are looped until the
When it is determined that the threshold value is not more than the threshold value, the process proceeds to step S70 “internal coil maintaining state”, and the operation of the
図4の処理フローによって制御される磁場勾配と磁場強度との関係について、図5を用いてさらに説明する。図5は、図4の処理フローによって制御された、磁気シールド装置100の磁場強度の分布の一例を示したものである。先行の図と重複する説明は省略する。
The relationship between the magnetic field gradient and the magnetic field intensity controlled by the processing flow of FIG. 4 will be further described with reference to FIG. FIG. 5 shows an example of the distribution of the magnetic field strength of the
図5(a)は、図2と同様の磁気シールド装置100の概観図、図5(b)は図5(a)のX方向に対応した磁場強度の分布図である。図5(b)において、縦軸は磁場強度を表し、横軸は、開口部11AをX方向の原点とし、第1磁気センサー14Aから第2磁気センサー14Bに向かう方向を正のX方向としたときの相対的な位置関係を表している。便宜的に第1磁気センサー14AのX方向の位置をL1(実際には原点としているので、X=0)、第2磁気センサー14Bの位置をL2としている。なお、L1、L2についは、先の式(1)、式(2)の範囲にあればよい。図5(a)の各部材から、図5(b)に対して垂直方向に降りている破線と、図5(b)の各グラフとの交点は、当該部材におけるおおよその磁場強度を表している。
FIG. 5A is a schematic view of a
図5(b)において破線で示されたグラフG10は、初期状態、つまり図4でいう磁気シールド装置100の駆動開始前のおおよその磁場強度分布の一例を示している。L1とL2との間における磁場勾配(いわゆる流入磁場勾配)は、図4のステップS20で判定される閾値よりも大きく、補正対象空間150での磁場勾配は、打ち消された状態とはなっていない。また、補正対象空間150の磁場強度も図4のステップS60で判定される閾値より大きい状態にある。
A graph G10 indicated by a broken line in FIG. 5B shows an example of an approximate magnetic field strength distribution in the initial state, that is, before the driving of the
図5(b)において一点鎖線で示されたグラフG20は、図4でいうステップS30「外部コイル維持状態」のおおよその磁場強度分布を示している。すなわち、ステップS10、ステップS20(ステップS40含む)のプロセスを終えた状態を示している。L1とL2との間における磁場勾配は、図4のステップS20で判定される閾値以下となっており、補正対象空間150は、いわゆる磁場勾配の打ち消された状態となっている。しかしながら、補正対象空間150の磁場強度は、ステップS60で判定される閾値より大きい状態にある。
A graph G20 indicated by a one-dot chain line in FIG. 5B shows an approximate magnetic field strength distribution in step S30 “external coil maintaining state” in FIG. That is, it shows a state where the processes of Step S10 and Step S20 (including Step S40) have been completed. The magnetic field gradient between L1 and L2 is equal to or less than the threshold value determined in step S20 in FIG. 4, and the
図5(b)において実線で示されたグラフG30は、図4でいうステップS70「内部コイル維持状態」のおおよその磁場強度分布を示している。すなわち、グラフG20から更に、ステップS50、ステップS60(ステップS80含む)のプロセスを終えた状態を示している。補正対象空間150での磁場強度は、図4のステップS60で判定される閾値以下となっており、好適な磁場測定環境が形成された状態を示している。
なお、グラフG30において補正対象空間150の両端、つまり内部コイル13A,13Bの周囲に凸部の磁場強度の変位が見られる。これは、ヘルムホルツコイルを用いた内部コイル13A,13Bを駆動させた際に生じる生成磁場であるが、補正対象空間150での磁場強度の分布に対して影響を与えるものでは無い。
A graph G30 indicated by a solid line in FIG. 5B shows an approximate magnetic field strength distribution in step S70 “internal coil maintaining state” in FIG. That is, the graph G20 further shows a state where the processes of step S50 and step S60 (including step S80) have been completed. The magnetic field intensity in the
In the graph G30, the displacement of the magnetic field strength of the convex portion is seen at both ends of the
上記、実施形態に係る磁気シールド装置100によれば、以下の効果が得られる。(1)流入磁場勾配を制御することにより、補正対象空間150において、いわゆる磁場勾配の打ち消された空間を形成することが可能になる。よって、補正対象空間150を好適な磁場測定環境とすることが可能になる。
(2)補正対象空間150の磁場強度を閾値以下とするためには、内部コイル13A,13Bとして公知のヘルムホルツコイルを用いて制御可能である。すなわち、入手容易な内部コイル13A,13Bによって、補正対象空間150をほぼゼロ磁場とすることができ、例えば心臓や脳からの微小な磁気信号を高いSN比で計測することが可能となる。
(3)第1磁気センサー14Aと第2磁気センサー14Bとはともに同程度の測定感度を有するものであればよく、例えば、補正対象空間150に配置される図示しない高感度センサー(例えば、光ポンプ式磁気センサー)である必要はない。よって、製造コストを抑えた磁気シールド装置100を提供することが可能になる。
According to the
(2) In order to make the magnetic field intensity of the
(3) The first
本発明は、上記の実施形態に限定されるものでは無く、種々の実施形態が可能である。以下に、いくつかの変形例を説明する。なお、上記実施形態で説明した部分と重複する部分の説明は省略する。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various embodiments are possible. Hereinafter, some modified examples will be described. In addition, description of the part which overlaps with the part demonstrated by the said embodiment is abbreviate | omitted.
(変形例1)
<磁気センサーの配置例>
磁場強度を測定するための第1磁気センサー14A等の配置は、図2に示したものに限られない。以下に、第1磁気センサー14A等の配置についていくつか説明する。
(Modification 1)
<Arrangement example of magnetic sensor>
The arrangement of the first
図6は第2の配置例を示した磁気シールド装置200の概観図である。この例では、一方の外部コイル12Aのみが駆動され、他方の外部コイル12Bは駆動しない状態にある。ゆえに、制御回路17による流入磁場勾配の制御を単純化することができる。
FIG. 6 is a schematic view of a
図7は第3の配置例を示した磁気シールド装置300の概観図である。この例では、パッシブシールド11への流入磁場を測定する磁気センサーと内部空間110の磁場を測定する磁気センサーとが、2組設けられている。第1磁気センサー14A,14Cは外部空間から内部空間110への流入磁場の強度を測定するための磁気センサーであり、第2磁気センサー14B,14Dは内部空間110の磁場強度を測定するための磁気センサーである。なお、この例において、第1磁気センサー14A,14C、第2磁気センサー14B,14Dは図示しない中心軸110A上に配置されている。
FIG. 7 is a schematic view of a
第1磁気センサー14Aと第2磁気センサー14Bとで、パッシブシールド11の一端である開口部11A側の流入磁場勾配を測定し、磁気センサー14Cと磁気センサー14Dとで、他端の開口部11B側の流入磁場勾配を測定する。そして、それぞれの流入磁場勾配が閾値以下となるように制御回路17によって制御される。
第3の磁気センサーの配置例によれば、パッシブシールド11の両端にある開口部11A,11Bからの流入磁場に対しても、流入磁場勾配を閾値以下に制御することができるため、流入磁場の対称性のないパッシブシールド11においても流入磁場勾配を容易に制御することができる。
The first
According to the arrangement example of the third magnetic sensor, the inflow magnetic field gradient can be controlled to be equal to or less than the threshold value with respect to the inflow magnetic field from the
図8は第4の配置例を示した磁気シールド装置400の概観図である。磁場強度を測定するための磁気センサーが、図示しない中心軸110Aに沿って3個配置されている。パッシブシールド11の開口部11Aから内部に向かって、第1磁気センサー14A、磁気センサー14E、第2磁気センサー14Bと、この順で配置されている。この例では最も開口部11Aに近い第1磁気センサー14Aを用いずに、内部空間110に配置された第2磁気センサー14Bと磁気センサー14Eとで流入磁場勾配を測定することもできる。他方、3つの第1磁気センサー14A,第2磁気センサー14B,14Eのそれぞれで磁場強度を測定し、所定の演算(例えば最小二乗近似法)にて流入磁場勾配を測定することもできる。
FIG. 8 is a schematic view of a
なお、流入磁場勾配を測定するにあたり4つ以上の磁気センサーを用いて、より詳細な磁場勾配を測定してもよい。なお、内部空間110に配置される第2磁気センサー14Bと磁気センサー14Eとの配置方向は、図示しない中心軸110Aの方向に沿っていなくても良い。例えばパッシブシールド11の構造によっては、第2磁気センサー14B,14Eによる磁場勾配の測定感度もその配置の方向によって変わる場合があるからである。
In measuring the inflow magnetic field gradient, more detailed magnetic field gradients may be measured using four or more magnetic sensors. The arrangement direction of the second
図9は第5の配置例を示した磁気シールド装置500の概観図である。流入磁場の強度を測定するための磁気センサーは、先に述べた第1磁気センサー14Aの配置可能な範囲(式(1))に存在していればよく、第1磁気センサー14Aと、第2磁気センサー14Bとの配置方向は、図示しない中心軸110Aに沿っている必要はない。第1磁気センサー14Aは外部空間から内部空間110への流入磁場を測定できれば良いためである。
FIG. 9 is a schematic view of a
(変形例2)
パッシブシールド11のX方向の断面形状は、前述の実施形態で説明したものに限られない。例えば、多角形状や円形状、またはその外周を直線と曲線とで組み合わせた形状であってもよい。具体的には、パッシブシールド11の断面形状は円形や楕円形の他、多角形ならば、四角形、五角形、六角形、七角形、八角形などとすることができる。
また、パッシブシールド11は開口部11A,11Bを有していなくてもよいし、開口部11A,11Bのいずれか一方のみとしてもよい。あるいは、開口部11A,11Bは蓋などで覆われていてもよい。パッシブシールド11の形状に自由度を持たせることにより、磁気シールド装置100は、様々な磁気測定装置に適用可能となる。
(Modification 2)
The cross-sectional shape of the
Further, the
(変形例3)
内部コイル13A,13Bは省略されてもよい。磁気シールド装置100が内部コイル13A,13Bを有さない場合でも、外部コイル12A,12Bを用いて流入磁場勾配を制御し、磁場勾配の打ち消された補正対象空間150を形成することが可能だからである。なお、内部コイル13A,13Bを有しない場合には、例えば高感度磁気センサーを配置する領域を補正対象空間150とすればよい。
(Modification 3)
The
(変形例4)
前述の実施形態においては、X方向(つまり1軸)の磁場を補正する例を説明した。一方、内部空間110においては、2軸以上の磁場強度を測定することにより流入磁場勾配を補正してもよい。この場合、磁気シールド装置100には、2組以上の外部コイルを有する。具体的には、例えば3軸とした場合に、磁気シールド装置100には、X軸、Y軸、およびZ軸の3軸それぞれについて2つの外部コイルを用いて(計6個)、3軸方向の成分の磁場を測定してもよい。1軸のみの流入磁場勾配を測定する場合に比べて、より精度の高い流入磁場勾配の測定を行うことができる。
(Modification 4)
In the above-described embodiment, the example in which the magnetic field in the X direction (that is, one axis) is corrected has been described. On the other hand, in the
(変形例5)
パッシブシールド11は、その中心軸110Aがほぼ水平になるように設置される場合に限られない。例えば、中心軸110Aがほぼ垂直となるように、電話ボックスのような配置としてもよい。
(Modification 5)
The
(変形例6)
外部コイル12A,12Bは一例としてヘルムホルツコイルであるが、他の構成をとることもできる。例えば、外部コイル12Aと外部コイル12Bとの間に等間隔で複数個の外部コイルを配置しても良い。
(Modification 6)
The
11…パッシブシールド、11A,11B…開口部、12A,12B…外部コイル、13A,13B…内部コイル、20…制御部、14A,14C…第1磁気センサー、14B,14D…第2磁気センサー、15…測定回路、16…駆動回路、17…制御回路、20…制御部、21…CPU、22…長期記憶回路、23…一時記憶回路、24…入力部、25…出力部、26…バス、100,200,300,400,500…磁気シールド装置、110…内部空間、110A…中心軸、150…補正対象空間。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記パッシブシールドの内部に規定された補正対象空間と、
前記パッシブシールド内の磁場を補正する第1コイルと、
第1磁気センサーと、
前記第1磁気センサーよりも前記パッシブシールドの内側に配置された第2磁気センサーと、
制御部と、を有し、
前記第1磁気センサーと前記第2磁気センサーとは前記パッシブシールド内の磁場勾配を測定し、
前記制御部は、前記第1磁気センサーと前記第2磁気センサーとの測定結果に基づいて、前記第1コイルを制御することを特徴とする磁気シールド装置。 A passive shield,
A correction target space defined inside the passive shield;
A first coil for correcting the magnetic field in the passive shield;
A first magnetic sensor;
A second magnetic sensor disposed inside the passive shield with respect to the first magnetic sensor;
A control unit,
The first magnetic sensor and the second magnetic sensor measure a magnetic field gradient in the passive shield;
The said control part controls the said 1st coil based on the measurement result of a said 1st magnetic sensor and a said 2nd magnetic sensor, The magnetic shield apparatus characterized by the above-mentioned.
前記第1コイルの軸は前記第1方向に沿っていることを特徴とする請求項1および請求項2のいずれかに記載の磁気シールド装置。 The first magnetic sensor and the second magnetic sensor measure a magnetic field gradient along a first direction,
3. The magnetic shield device according to claim 1, wherein an axis of the first coil is along the first direction. 4.
前記開口部の前記第1方向に関する座標を原点とし、前記第1方向に沿って前記開口部から前記パッシブシールドの内部に向かう方向を前記第1方向の正の方向とした際に、
前記第1磁気センサーは、前記第1方向に関して、前記開口部の前記第1方向に直交する投射断面の面積の平方根の−0.5倍から1.0倍の範囲内に配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の磁気シールド装置。 The passive shield has an opening;
When the coordinate in the first direction of the opening is the origin, and the direction from the opening to the inside of the passive shield along the first direction is the positive direction of the first direction,
The first magnetic sensor is arranged within a range of -0.5 to 1.0 times the square root of the area of the projection cross section perpendicular to the first direction of the opening with respect to the first direction. The magnetic shield device according to claim 1, wherein the magnetic shield device is a magnetic shield device.
前記第2磁気センサーの前記第1方向に関する座標は、前記第1磁気センサーの前記第1方向に関する座標よりも正であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の磁気シールド装置。 The second magnetic sensor is disposed within a range of 0 to 1.0 times the square root of the area of the projection cross section perpendicular to the first direction of the opening with respect to the first direction,
5. The magnetism according to claim 1, wherein a coordinate of the second magnetic sensor related to the first direction is more positive than a coordinate of the first magnetic sensor related to the first direction. Shield device.
前記第1工程に基づいて前記磁場勾配を所定の閾値以下とする第2工程と、
前記パッシブシールド内の磁場強度を測定する第3工程と、
前記磁場強度を所定の閾値以下とする第4工程と、
を含むことを特徴とする磁気シールド方法。 A first step of measuring a magnetic field gradient in the passive shield;
A second step of setting the magnetic field gradient to a predetermined threshold or less based on the first step;
A third step of measuring the magnetic field strength in the passive shield;
A fourth step of setting the magnetic field intensity to a predetermined threshold value or less;
A magnetic shielding method comprising:
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