測定装置における干渉抑制方法
本発明は、弱い生体磁気信号を測定する装置を、強い磁気干渉場から遮蔽できるようにした方法に関する。測定センサには帰還補償ループが設けられており、その差信号が測定センサ自身から得られる。帰還機能のアクチュエータとして、１つ以上のコイルがセンサの領域における外部干渉場の除去に関与する。差信号は、２つ以上のセンサからの信号一次結合として生成することができる。この制御論理においては、測定中の生体磁気信号を、測定領域の外部に配された発生源、即ち、補償用コイル及び干渉源により生成された信号から数値的に分離するために、ＳＳＳ（信号空間分離）法を用いる。この干渉抑制については、センサ群及びアクチュエータを磁気遮蔽ルーム内に配置することによって、向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部磁気干渉からの測定装置の遮蔽に関する。
【背景技術】
【０００２】
弱い生体磁気信号を測定する装置は、その動作環境において、強い磁気干渉の影響を非常に受け易い。これは、干渉信号が測定中の生体磁気信号に比べて１千万倍も強いことによる。また、干渉抑制の実施は、磁気干渉から遮蔽すべき領域が直径数十センチメートルと比較的広いために、一層難しくなっている。
【０００３】
生体磁気計測を行うために、測定装置を干渉場から保護する方法がいくつか開発されてきた。この干渉場は、対象信号の何倍も大きい。遮蔽方法の正攻法は、高感度生体磁気測定装置を、いわゆる磁気遮蔽ルーム内に置くことである。この磁気遮蔽ルームでは、室外の発生源に起因する磁場がおよそ１００分の１から１０，０００分の１に抑制される。
【０００４】
これに加えて、磁気遮蔽を実現するために、センサを用いてその幾何構造により、遠隔地の発生源から発せられるむしろ定常な磁場の影響を受けないようにすることが知られている。この種の磁気センサは、磁場勾配計（グラジオメーター）と呼ばれる。これを用いることで、通常、外部干渉に対しておよそ１００〜１０００の遮蔽因子が得られる。
【０００５】
さらに、アクティブシステムを用いることにより磁気遮蔽を実施し、又はこれを向上させることができる。このアクティブシステムでは、適切な制御システムによって磁気干渉が取り除かれるが、その場合に１つ以上のセンサを用いて遮蔽された領域の近傍における干渉を測定する。この測定に基づいて、干渉に対抗する反対の磁場を生成する通電コイルにより干渉場が補償される。アクティブな磁気遮蔽は、単独で用いるか、又は磁気遮蔽ルーム等によるパッシブな遮蔽方法と組み合わせて用いることができる。
【０００６】
この制御システムにおいては、直接結合（ｄｉｒｅｃｔ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）又は帰還（ｆｅｅｄｂａｃｋ）を用いることができる。直接結合を用いる場合、制御システムに関連した測定装置は、アクチュエータからも、また１つ以上のコイル内で補償される領域からも離れて配置される。この場合、制御システムは単に、ある電流を複数のコイルに入力するように機能し、該電流は測定装置により測定された干渉に比例するとともに、遮蔽されている領域において、できるだけ正確に干渉の大きさを有する補償場を形成する電流である。尚、この種のシステムには、磁気遮蔽ルームを組み合わせることもできる。
【０００７】
直接結合に基づく補償の実行はかなり限定的であり、というのも、通常、補償されるべき場の強度が、遮蔽されている領域から離れて決定されるからである。これは、定常干渉源が１つ又は２つの場合に機能するが、発生源が３つ以上である場合には、通常、遮蔽されている領域について全ての発生源により生成される場を正しく外挿することができる、センサの場所を見つけることはできない。この種の遮蔽方法は、通常、干渉源の数に応じて、約３〜１０の遮蔽因子を与える。この方法は、制御システムを制御するセンサよりも、遮蔽されている領域から、明らかに遠くに位置した干渉源に対してのみ機能する。そして、この方法は、制御システムを制御するセンサよりもほんの少しだけ遠くに位置する干渉源に対しては、うまく機能せず、特に、センサよりも近くに位置する干渉源については全く機能しない。
【０００８】
制御システムのセンサは、干渉に対して補償したい領域の近くにおいて、補償用コイル群（アセンブリ）の内部に導入することもできる。その場合、多くの異なる発生源に起因する複雑な干渉について、直接結合型のシステムよりもうまく機能する帰還制御システムの問題となる。特許文献１は、磁気干渉の効果を最小限にすることができる帰還制御システムの例を示している。帰還制御システムにおいても、補償用コイルが磁気遮蔽の外部（特許文献２）又は内部（特許文献３）に位置されるように、磁気遮蔽ルームを接続することができる。
【０００９】
特許文献４には、磁場の発散成分の測定に用いる磁気グラジオメーターが開示されている。この装置は、特に、地球の磁場に関係なく変化の小さな場（磁場の勾配成分）の測定に用いることができる。該装置は、２つ以上の磁気検出器と、帰還コイルとを含み、そしてさらに、各帰還ループが、増幅器と積分器とを含む。２つ以上の検出器は、同一方向の磁場を検出するように調整されている。帰還コイルの目的は、環境により生成される磁場を模倣することにより、検出器を用いて測定されるべき全磁場での干渉効果を除去することである。検出器の出力を相互に均衡させるために、検出器の出力が信号処理アルゴリズムを用いて処理される。検出器の出力の和として得られる全エネルギーは、磁場の成分を見い出すために最小化される。
【００１０】
この特許文献４に示す方法では、アクティブ補償の結果として測定中の生体磁気信号に歪みが生じるが、これは、当該方法において磁気検出器が生体磁気信号と干渉信号の両方を検出するためである。特許文献４はこの歪みを補正する方法を提示していない。
【００１１】
生体磁気への適用において、複数のセンサが分布した領域のボリューム（ｖｏｌｕｍｅ）については、通常、直径数十センチメートルと比較的大きい。また、先行技術のように、補償に用いる基準（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）センサの組を、対象とする生体信号の発生源から離れた状態にしておきたい場合、これらのセンサを含むボリュームは直径５０ｃｍにもなる。例えば、１％の精度での（１００分の１までの減少）、帰還を用いた磁気干渉の補償に要求されることは、補償用コイルの組が、制御システムの異なる信号を生成する測定センサと基準センサを含むボリューム全体において１％の正確さで干渉場の幾何学的形状に対応する場を生成できることである。このような状況においてのみ、制御システムには補償すべき干渉が正確に通知され、この干渉が全測定ループにおいて高精度で補償されることになる。
【特許文献１】欧州特許出願公開第０５１４０２７号明細書
【特許文献２】米国特許第３８０１８７７号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第０３９６３８１号明細書（又は、これに対応する米国特許第４９６３７８９号明細書）
【特許文献４】欧州特許出願公開第０９６６６８９号明細書
【特許文献５】フィンランド特許出願公開第２００３０３９２号明細書（Ｔａｕｌｕ Ｓ．，Ｋａｊｏｌａ Ｍ．，Ｓｉｍｏｌａ Ｊ．「Ｔｈｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｐａｃｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ」，Ｂｉｏｍｅｄ．Ｔｅｃｈ．，４８，ｉｎ ｐｒｅｓｓ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
補償場を形成するコイルを用いた補償については、補償されるボリュームが小さいほど、より正確となる。このため、帰還補償システムのセンサを、測定装置の実際のセンサにできるだけ近づけることが望ましい。従来、このことは不可能と考えられてきたが、その理由は、その場合に測定されるべき信号に対しても、該信号が外部干渉であるかのように補償することになるためである。
【００１３】
したがって、先行技術の問題は、干渉場がセンサ群の外部で測定されるため、センサの組全体の領域内における補償の精度が低くなることである。また、基準センサの組を別途用いると、装置が複雑になりすぎてしまう。
【００１４】
本発明の目的は、干渉の補償に必要な帰還情報を、測定用のセンサ自体、すなわち干渉からの保護の対象であるセンサから得られるようにした解決方法を提供することである。これにより、非常に効果的な干渉抑制を実現することができるが、これは、干渉を除去すべき、まさにその場所で干渉が測定され、そして、補償すべき領域の大きさをできるだけ小さくすることができるためである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、先行技術、すなわち、差信号を与える１つ以上の基準センサを別途必要としない帰還補償システムを用いた磁気遮蔽の実施とは全く違った方法を開示する。本発明は、特に、脳が発する微弱な神経磁気信号の測定に用いる磁気図記録装置（ＭＥＧ）に適用することができる。
【００１６】
この方法において、実際の測定センサの組には２つの独立した帰還ループが設けられる。その内側の帰還ループは、監視対象から発せられ、かつそのジオメトリ（幾何形状）に対して小さい信号の帰還に関与し、そして、外側の帰還ループは干渉信号の帰還を担当し、これは干渉信号の振幅とジオメトリに対して大きい。また、内側の帰還ループはフローロック（ｆｌｏｗ−ｌｏｃｋｅｄ）状態で動作するＭＥＧ装置のチャネルであると言うこともでき、そして、外側の帰還ループは補償アクチュエータを制御する帰還ループであると言うこともできる。これにより、外側の帰還ループでは大きな外部干渉のみが検出され、これが実際の対象信号を含む内側の帰還ループのダイナミクスを侵食することのない状況となる。好適な実施形態において、１つの帰還ループには増幅器と帰還抵抗とが含まれる。
【００１７】
したがって、測定中の干渉信号と測定の対象信号との和が、実際の測定センサの組である複数のセンサを用いて測定され、これによって差信号を得ることができる。差信号は、測定センサによって測定された複数の信号に基づく一次結合として生成することができる。差信号によって得られる補償電圧は、アクチュエータに電流を発生させる。このアクチュエータは、通常、補償磁場を生成するコイルである。該コイルは数個であってもよい。補償電圧については、センサ群のチャネルに基づく各種の一次結合を用いて複数の電圧を生成してもよく、そして、これらの補償電圧は、適切な重み付け係数を用いて重み付けを行うことによって、補償動作システムの異なるコイルに供給してもよい。補償磁場は、センサ群において検出される干渉を除去し、これによって、著しく小さな所望の生体磁気信号の測定を、高い信頼性でもって行うことが可能となる。その場合、干渉補償によって、センサはそのダイナミック（動作）レンジにおいて動作するようになるが、これは、予定される振幅の大きな干渉が補償されたことに拠るものである。
【００１８】
補償アクチュエータについては、通常、コイルとされ、センサ群の近くではあるが生体磁気信号の発生源からセンサよりも遠い場所に位置することができる。該コイルは別個のフレーム又はその他の固体表面に固定することができる。
【００１９】
外側の帰還ループ内で処理される大きな干渉信号と、内側の帰還ループに含まれる振幅の小さな生体磁気情報を有する補償信号とは、数学的なＳＳＳ法（ＳＳＳ＝Ｓｉｇｎａｌ Ｓｐａｃｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ：信号空間分離）を用いて混合を防ぐことができる。これについては、上記特許文献５に記載されている。
【００２０】
ＳＳＳ法では、マルチチャネルＭＥＧ装置を用いて測定された磁場が、異なる測定形状の３つのボリュームを調べることによって解析される。対象となる発生源は測定ボリュームＶ１に配され、複数のセンサはＶ１の外部にある測定ボリュームＶ２に配される。磁気干渉の発生源と補償用コイルは、前記２つのボリュームの外部とされるボリュームＶ３にある。尚、この検査において、Ｖ３はその体積が無限であってもよい。この方法において、ボリュームＶ１内にある、対象の発生源により生成された磁場は、基本場（ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｆｉｅｌｄ）の和としてボリュームＶ２でパラメータ化される。各基本場は、ボリュームＶ１の外部において、渦なしで湧き出しがなく、無限であり、ボリュームＶ２でパラメータ化された磁場について所望の精度が得られる。同様に、ボリュームＶ３に配された干渉場と補償用コイルにより生成された磁場の和は、複数の基本場の和としてボリュームＶ２にてパラメータ化される。各基本場に対応した、測定装置の信号ベクトルが計算される。磁気信号がセンサを用いて測定される場合、その後、それぞれのボリュームに配された発信源により生成された場は、基本場に関連する信号ベクトルにより形成される基底において、測定された信号ベクトルの成分を計算することで分離される。
【００２１】
干渉補償の動作については、帰還抵抗の値を変更し、補償用コイルの数を増やし、そして、センサや測定対象に対するコイルの場所を変えることにより、最適化することができる。
【００２２】
本発明の一実施形態では、センサ群と、アクチュエータとして機能するコイルを、磁気遮蔽ルームの内部に配置することができる。これにより、干渉抑制を向上させることができる。
【００２３】
本発明は、先行技術の解決方法よりも簡便であり、これは、生体磁気信号の測定センサ自体が、干渉レベルを測定するセンサとして用いられるためである。また、干渉を取り除くことが望まれる、まさにその場所で干渉が測定されるため、干渉抑制が一層効果的となる。さらに、本発明の場合、補償される領域のボリュームが小さい。
【００２４】
上記特許文献４に示す先行技術に比べて、本発明は、アクティブ補償により引き起こされる信号の歪みが、ＳＳＳ法によって補正されるという利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の主要原理は、添付図面より明らかである。装置自体の全体構造については、図１及び図２より明白である。また、図３及び図４は、主として、本装置における信号の進行状態や処理を示す機能図である。図１は、神経磁気信号の測定に用いられる、いわゆるＭＥＧ（脳磁図記録）装置であって、その一部に干渉を補償するシステムを有する。この装置は、モニタされる人の頭部を取り囲むセンサ１０のアセンブリ（図示の例では９個のセンサを含む）と、測定装置の動作を制御する電子機器１１と、干渉補償システムのアクチュエータとして用いられるコイル１２、１３とから構成される。
【００２６】
各装置のセンサに関連するのが小型の帰還コイル１４であり、該コイルを用いて制御電子機器１１は、いわゆるフローロック状態でセンサを動作させる。これは、制御電子機器１１が帰還コイル１４に電流を流し、該コイルによって生じる場が、センサ１０においてこれに入り、かつ測定対象１５に配置された発信源から発せられる場を抑制することを意味する。この発信源１５からセンサ１０へと進行する磁気効果に比例する電流を得るために必要な電圧は、問題のチャネルによって与えられる測定信号である。従来のＭＥＧ装置は全て、この原理を用いて実施されてきた。
【００２７】
帰還コイル１４はセンサに固有のものである。このコイルは大変小さく、これによって生じる場が各コイルのセンサにのみ影響を及ぼすように配置されている。センサ１０と帰還コイル１４はともに、物理センサとして機能するコンポーネント（部品）を構成すると考えることもできる。このような配置においては、当然ながら、測定チャネル全てが、測定対象１５と外部干渉源の両方から発せられる磁場に反応を示す。
【００２８】
外部干渉からの遮蔽を行うアクティブ補償を実現するために、本発明では、測定装置において、大きな補償用コイル１２、１３が設けられており、該コイルに供給される電流がセンサ群の領域全体に磁場を生成する。複数の補償用コイル、例えば、６個の補償用コイルを用いることができ、それらのコイルを用いてセンサ群の近くで少なくともほぼ直交する３方向において補償場が生成される。
【００２９】
電子機器１１によってシステムの動作が如何に制御されるかについては、図２、図３及び図４から、より詳細に理解できる。図２は、例えば、図１のセンサ１０が補償用コイル１２を介して帰還される様子を簡略化して示した図である。破線で囲んだ部分は、フローロック状態で動作する標準のＭＥＧチャネルであり、これに関連するのが増幅器２０、帰還抵抗２１、帰還コイル１４である。該帰還コイル１４は、相互インダクタンスＭｆを介してセンサ１０に切り替わる。この破線で分けられた部分については、実際の測定チャネルとみなすことができ、先に述べた広い意味で、センサ１０、１４と、電子機器１１内に配置された電子部品２０、２１を含んでいる。電圧Ｕ０は、センサ１０が検出可能な磁束Φｓに比例したチャネルの信号である。そして、この磁束は、測定対象である磁束と、センサ１０の位置する領域において外部干渉により生じる磁束との和からなる。
【００３０】
この測定チャネルが帰還アクティブ補償システムの差信号を与えるチャネルとして許容される場合、制御電子機器には増幅器２４、帰還抵抗２５、コイル１２が設けられる。磁場は、相互インダクタンスＭｃを介してコイル１２から測定センサ１０へと伝えられる。
【００３１】
図３は、２つの帰還ループを有する制御システムを示す機能図であり、この帰還ループについて伝達関数を計算することができる。内側の帰還ループには、増幅ブロック３０、抵抗２１に対応する伝達関数３１、相互インダクタンスＭｆに対応する伝達関数３２が含まれる。また、干渉を補償する外側の帰還ループには、増幅ブロック３３、抵抗２５に対応する伝達関数３４、相互インダクタンスＭｃに対応する伝達関数３５が含まれる。増幅器３０（図２の増幅器２０に同じ）の入力において、外部干渉源Φｓからの磁束及び干渉を補償する磁束Φｃ、ならびにコイル１４を介して切り替わる内側の帰還からの磁束が合算される。この合計の計算は、加算ブロック３６、３７を用いた機能ブロックで実行される。但し、該加算ブロックは、実際上、システムの要素として現実には存在しない。
【００３２】
チャネルの出力電圧Ｕ０と外側の帰還ループの電圧Ｕｃは、以下のようになる。
【数１】
【数２】
【００３３】
外側の帰還ループを省略する場合（Ｇ２＝０）には、従来の帰還磁力計が残される。この従来の帰還磁力計の一部は、図２及び図３の破線で囲んだ部分に配されており、そのキャリブレーション（較正）は内側の帰還ループの伝達関数によって決定される。
【数３】
【００３４】
外側の帰還ループを導入する場合、十分な増幅を前提として、すなわち、「Ｇ２×（Ｍｃ／Ｒｃ）＞＞Ｍｆ／Ｒｆ」のとき、下式のようになる。
【数４】
【００３５】
外側の帰還ループを導入した結果、チャネルの出力信号が失われ、補償磁場を生成する電流が補償用コイル１２に現れる。外部干渉源によって信号が生成される場合、センサ領域全体において、この外部干渉源にできるだけ近い形態の場を形成するように、１つ以上の補償用コイル１２が形成できたならば、出力信号についての同じ補償を、アセンブリにおける他の全てのセンサについても行うことができる。しかしながら、それらの帰還において、外側のループは省略される（Ｇ２＝０）。これは、外側の帰還ループを追加することによって目指した遮蔽効果にほかならない。
【００３６】
外側の帰還ループの制御については、モニタ中の生体磁気信号の測定に用いられるのと同じ磁力計チャネルが用いられ、明らかに、外側の帰還がこの生体磁気信号に影響を及ぼす。例えば、外側のループがその帰還部に付加された（Ｇ２＞０）チャネルは、この配置の結果として、生体磁気信号を失うことになる。
【００３７】
本発明の基本的思想は、このような望ましくない影響を簡単に防止する方法に含まれるものである。まずは、アクティブな帰還ループのないシステムを考える。このようなシステムの測定チャネルは、外部発生源からの大きな干渉信号及び弱い生体磁気信号の両方を記録する。上記特許文献５は、このような状況において、装置のチャネルの配置が適切であって、かつその数が十分（少なくとも２００）であるならば、装置の測定領域の内外からの信号を高い精度で互いに分離することができるようした方法（ＳＳＳ法）を開示する（Ｔａｕｌｕ Ｓ．，Ｋａｊｏｌａ Ｍ．，Ｓｉｍｏｌａ Ｊ．「Ｔｈｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｐａｃｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ」，Ｂｉｏｍｅｄ．Ｔｅｃｈ．，４８，ｉｎ ｐｒｅｓｓ）。
【００３８】
この数値法は、干渉があまりに小さく、センサの組のいずれの測定チャネルのダイナミック（動的）領域をも超えないことを条件として、測定信号から外部干渉を取り除くのに十分である。本発明に記載の補償方法により防止することができるのはまさにこの超過である。この補償方法は装置の測定領域の外部に配置されたコイルを用いることで実施されるため、この外側の帰還ループに関する補償電流の信号に対する影響についても、同様に、ＳＳＳ法を用いて、測定領域から発せられる信号から分離することができる。
【００３９】
一例として、外側の補償ループに基づく遮蔽方法が最も非実用的に機能しているような状況について述べる。外部干渉が存在せず、かつ差信号チャネルとして機能するセンサが生体磁気信号のみを検出する場合を想定する。センサが位置する場所において生体磁場を補償する補償場を生成する電流を、補償用コイルに対して供給することによって、該センサは、これに反応する。明らかに、外部干渉が存在しないにもかかわらず外側ループの帰還がこのように機能し、まさにこのようにして対象となる信号が失われる。
【００４０】
したがって、生体磁気信号は測定領域の外部にある、磁場の補償発生源を作動させることによりゼロになる。これはまさに、ＳＳＳ法によって数値的に分離可能な種類の外部発生源の効果であり、その結果、差信号チャネルには元の生体磁気信号だけが残ることになる。ＳＳＳ法は、差信号チャネルにおいて、そして残るチャネルにおいても同様に、外側の帰還ループが作動しない場合に検出されたであろう信号を再構成する。この再構成は、磁力計のアセンブリにより、生体磁気発生源と補償用コイルの両方について同時に行われる測定に基づいて行われる。
【００４１】
もちろん、ＳＳＳ法は、差信号チャネルが、測定領域の外部、又は補償用コイルのセット全体の外部に配された干渉源からの信号の一部を受信する場合と同じように、干渉補償に連動して機能する。この場合に、オリジナルの発生源と、帰還ループの一部として作動する補償用コイルの両方が測定領域外に配置される。そして、信号の一部がＳＳＳ法によって除去される。この場合、外部干渉の変更に関与するのは、補償システムのみであり、全センサがそのダイナミック領域にとどまったままとされ、数値的システムが入力として必要とする信号を収集することが可能となる。
【００４２】
補償されるべき干渉が、センサ群全体の領域内で一定ではないベクトル場として機能するため、十分に良好な補償を実現するには通常、補償用コイルの組（セット）を用いることが必要であり、該コイルを用いて、方向及び形態においてさまざまな場を実現することができる。具体的には、当該コイルの組は、最も強力な外部干渉の形態の場を、できるだけ正確に生成できなければならず、さらに具体的には、このような補償場をセンサ群の領域全体に生成できなければならない。図４は、図３に示した、複数の補償用コイルにより構成された補償方法の一般化を示す機能図である。
【００４３】
図４において、補償電流を生成する電圧Ｕｃは、別個に選択される２つの結合強度（１／Ｒｃ，ｊ及び１／Ｒｃ，ｊ＋ｉ）４０、４１によって、２つの異なるコイル４２、４３にそれぞれ結合される。符号４４で示す誘導結合Ｍｊｉなどは、補償用コイル４３、４３の場所及びセンサ群内におけるセンサ４５の配置や位置に基づいて決定される。Ｕｃについては、１つ以上のコイルと結合してもよい。また、図４において、補償電圧を生成する差信号は、２つの異なるセンサ４５の信号から、それらの一次結合として形成される。この一次結合を形成する際に、符号４６で示す重み付け係数Ｃｉ，ｊがセンサ４５に対して用いられ、２つの項は加算器４７によって加算される。尚、２つ以上のチャネルを、一次結合の形成に用いることもできる。帰還ループの増幅に必要な伝達関数は、符号４８で示すＧ２である。さらに、差信号の生成のため、センサ４５の集合（アセンブリ）の信号についての様々な一次結合を用いて、複数の補償電圧Ｕｃ，ｎを生成することや、最適な重み付け係数を用いて補償用コイルのセットの異なるコイル４２、４３へ電圧を供給することもできる。図４に示す機能図において、センサ４５に検出される補償磁気流（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｏｗ）の総和は、加算器４９の出力から得ることができる。但し、実際上、加算器４９は、現実の要素として本システムに存在しない。つまり、加算器４９は、各センサについて、補償用コイルによって生じる場の効果全体を説明するために用いられる（場全体は、部分的な場の和である）。
【００４４】
このようにして、マルチチャネル装置の干渉補償を行う外側の帰還ループが形成される。この帰還ループは、２つのマトリクスによって記述される。それらは、直接結合のループ構造を記述し、かつ第ｊ番目の差信号における第ｉ番目のセンサ４５の重み付け係数を決定するマトリクスｃｉｊと、帰還ループを記述し、かつ第ｋ番目のコイル４２、４３に供給すべき全電流中の第ｊ番目の補償電流の重み付け係数を決定するマトリクス１／Ｒｊｋである。
【００４５】
これら２つのマトリクスの選択により、干渉補償の実行を最適化することができる。例えば、センサ群の様々な角度に配された、いくつかのチャネルから、一次結合として差信号をコンパイル（作出）することは有効であり、これは、差信号の精度を高めるとともに、センサ群に亘って有効外挿距離を短縮するからである。基準センサを別途用いる従来のシステムでは、差信号を与えるセンサが、センサ群内において補償される最遠のセンサから５０ｃｍもの距離に位置されるため、幾何学的な理由により、差信号に基づいて算定される干渉の強度が不正確となる。アセンブリの別々の側に配したセンサの信号から差信号を構成することによって、外挿レンジを短縮して、アセンブリの半径を約１２ｃｍ程度にすることができる。
【００４６】
補償ループを用いることで、帰還された場の形態については、最大の外部干渉の幾何学的形態に対応するように、できるだけ正確にカスタマイズすることができるが、これは、十分な数の補償用コイルを用いるとともに、マトリクス１／Ｒｊｋに対して正しい重み付け係数を決定することによって行われる。通常、補償電圧Ｕｃ，ｊ及び補償用コイルの数は、例えば、６個であり、よって、マトリクス１／Ｒｊｋは６×６（６行６列）のマトリクスとなる。
【００４７】
尚、図１乃至図４では、符号を使って、類似の電子機器を用いた外部干渉を補償する帰還の実施例を参照しているが、これは説明の便宜のためである。最新の実施例においては、信号処理装置又はリアルタイムコンピュータが用いられ、その場合に、重み付け係数マトリクスＣｉｊ、そして１／Ｒｊｋ及び伝達関数Ｇ２がプログラムされる。
【００４８】
本発明は、上記の実施形態の例だけに限定されるものではなく、請求項により規定された発明の思想の範囲内で、各種の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】干渉を補償するアクチュエータ装置をその一部に有する、神経磁気信号を測定する装置を示す図である。
【図２】１つの測定センサについての帰還を示す回路図である。
【図３】２つの帰還ループを備えた制御システムの機能図である。
【図４】図２及び図３に示す補償方法の一般化を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部磁気干渉からの測定装置の遮蔽に関する。
【背景技術】
【０００２】
弱い生体磁気信号を測定する装置は、その動作環境において、強い磁気干渉の影響を非常に受け易い。これは、干渉信号が測定中の生体磁気信号に比べて１千万倍も強いことによる。また、干渉抑制の実施は、磁気干渉から遮蔽すべき領域が直径数十センチメートルと比較的広いために、一層難しくなっている。
【０００３】
生体磁気計測を行うために、測定装置を干渉場から保護する方法がいくつか開発されてきた。この干渉場は、対象信号の何倍も大きい。遮蔽方法の正攻法は、高感度生体磁気測定装置を、いわゆる磁気遮蔽ルーム内に置くことである。この磁気遮蔽ルームでは、室外の発生源に起因する磁場がおよそ１００分の１から１０，０００分の１に抑制される。
【０００４】
これに加えて、磁気遮蔽を実現するために、センサを用いてその幾何構造により、遠隔地の発生源から発せられるむしろ定常な磁場の影響を受けないようにすることが知られている。この種の磁気センサは、磁場勾配計（グラジオメーター）と呼ばれる。これを用いることで、通常、外部干渉に対しておよそ１００〜１０００の遮蔽因子が得られる。
【０００５】
さらに、アクティブシステムを用いることにより磁気遮蔽を実施し、又はこれを向上させることができる。このアクティブシステムでは、適切な制御システムによって磁気干渉が取り除かれるが、その場合に１つ以上のセンサを用いて遮蔽された領域の近傍における干渉を測定する。この測定に基づいて、干渉に対抗する反対の磁場を生成する通電コイルにより干渉場が補償される。アクティブな磁気遮蔽は、単独で用いるか、又は磁気遮蔽ルーム等によるパッシブな遮蔽方法と組み合わせて用いることができる。
【０００６】
この制御システムにおいては、直接結合（ｄｉｒｅｃｔ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）又は帰還（ｆｅｅｄｂａｃｋ）を用いることができる。直接結合を用いる場合、制御システムに関連した測定装置は、アクチュエータからも、また１つ以上のコイル内で補償される領域からも離れて配置される。この場合、制御システムは単に、ある電流を複数のコイルに入力するように機能し、該電流は測定装置により測定された干渉に比例するとともに、遮蔽されている領域において、できるだけ正確に干渉の大きさを有する補償場を形成する電流である。尚、この種のシステムには、磁気遮蔽ルームを組み合わせることもできる。
【０００７】
直接結合に基づく補償の実行はかなり限定的であり、というのも、通常、補償されるべき場の強度が、遮蔽されている領域から離れて決定されるからである。これは、定常干渉源が１つ又は２つの場合に機能するが、発生源が３つ以上である場合には、通常、遮蔽されている領域について全ての発生源により生成される場を正しく外挿することができる、センサの場所を見つけることはできない。この種の遮蔽方法は、通常、干渉源の数に応じて、約３〜１０の遮蔽因子を与える。この方法は、制御システムを制御するセンサよりも、遮蔽されている領域から、明らかに遠くに位置した干渉源に対してのみ機能する。そして、この方法は、制御システムを制御するセンサよりもほんの少しだけ遠くに位置する干渉源に対しては、うまく機能せず、特に、センサよりも近くに位置する干渉源については全く機能しない。
【０００８】
制御システムのセンサは、干渉に対して補償したい領域の近くにおいて、補償用コイル群（アセンブリ）の内部に導入することもできる。その場合、多くの異なる発生源に起因する複雑な干渉について、直接結合型のシステムよりもうまく機能する帰還制御システムの問題となる。特許文献１は、磁気干渉の効果を最小限にすることができる帰還制御システムの例を示している。帰還制御システムにおいても、補償用コイルが磁気遮蔽の外部（特許文献２）又は内部（特許文献３）に位置されるように、磁気遮蔽ルームを接続することができる。
【０００９】
特許文献４には、磁場の発散成分の測定に用いる磁気グラジオメーターが開示されている。この装置は、特に、地球の磁場に関係なく変化の小さな場（磁場の勾配成分）の測定に用いることができる。該装置は、２つ以上の磁気検出器と、帰還コイルとを含み、そしてさらに、各帰還ループが、増幅器と積分器とを含む。２つ以上の検出器は、同一方向の磁場を検出するように調整されている。帰還コイルの目的は、環境により生成される磁場を模倣することにより、検出器を用いて測定されるべき全磁場での干渉効果を除去することである。検出器の出力を相互に均衡させるために、検出器の出力が信号処理アルゴリズムを用いて処理される。検出器の出力の和として得られる全エネルギーは、磁場の成分を見い出すために最小化される。
【００１０】
この特許文献４に示す方法では、アクティブ補償の結果として測定中の生体磁気信号に歪みが生じるが、これは、当該方法において磁気検出器が生体磁気信号と干渉信号の両方を検出するためである。特許文献４はこの歪みを補正する方法を提示していない。
【００１１】
生体磁気への適用において、複数のセンサが分布した領域のボリューム（ｖｏｌｕｍｅ）については、通常、直径数十センチメートルと比較的大きい。また、先行技術のように、補償に用いる基準（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）センサの組を、対象とする生体信号の発生源から離れた状態にしておきたい場合、これらのセンサを含むボリュームは直径５０ｃｍにもなる。例えば、１％の精度での（１００分の１までの減少）、帰還を用いた磁気干渉の補償に要求されることは、補償用コイルの組が、制御システムの異なる信号を生成する測定センサと基準センサを含むボリューム全体において１％の正確さで干渉場の幾何学的形状に対応する場を生成できることである。このような状況においてのみ、制御システムには補償すべき干渉が正確に通知され、この干渉が全測定ループにおいて高精度で補償されることになる。
【特許文献１】欧州特許出願公開第０５１４０２７号明細書
【特許文献２】米国特許第３８０１８７７号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第０３９６３８１号明細書（又は、これに対応する米国特許第４９６３７８９号明細書）
【特許文献４】欧州特許出願公開第０９６６６８９号明細書
【特許文献５】フィンランド特許出願公開第２００３０３９２号明細書（Ｔａｕｌｕ Ｓ．，Ｋａｊｏｌａ Ｍ．，Ｓｉｍｏｌａ Ｊ．「Ｔｈｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｐａｃｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ」，Ｂｉｏｍｅｄ．Ｔｅｃｈ．，４８，ｉｎ ｐｒｅｓｓ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
補償場を形成するコイルを用いた補償については、補償されるボリュームが小さいほど、より正確となる。このため、帰還補償システムのセンサを、測定装置の実際のセンサにできるだけ近づけることが望ましい。従来、このことは不可能と考えられてきたが、その理由は、その場合に測定されるべき信号に対しても、該信号が外部干渉であるかのように補償することになるためである。
【００１３】
したがって、先行技術の問題は、干渉場がセンサ群の外部で測定されるため、センサの組全体の領域内における補償の精度が低くなることである。また、基準センサの組を別途用いると、装置が複雑になりすぎてしまう。
【００１４】
本発明の目的は、干渉の補償に必要な帰還情報を、測定用のセンサ自体、すなわち干渉からの保護の対象であるセンサから得られるようにした解決方法を提供することである。これにより、非常に効果的な干渉抑制を実現することができるが、これは、干渉を除去すべき、まさにその場所で干渉が測定され、そして、補償すべき領域の大きさをできるだけ小さくすることができるためである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、先行技術、すなわち、差信号を与える１つ以上の基準センサを別途必要としない帰還補償システムを用いた磁気遮蔽の実施とは全く違った方法を開示する。本発明は、特に、脳が発する微弱な神経磁気信号の測定に用いる磁気図記録装置（ＭＥＧ）に適用することができる。
【００１６】
この方法において、実際の測定センサの組には２つの独立した帰還ループが設けられる。その内側の帰還ループは、監視対象から発せられ、かつそのジオメトリ（幾何形状）に対して小さい信号の帰還に関与し、そして、外側の帰還ループは干渉信号の帰還を担当し、これは干渉信号の振幅とジオメトリに対して大きい。また、内側の帰還ループはフローロック（ｆｌｏｗ−ｌｏｃｋｅｄ）状態で動作するＭＥＧ装置のチャネルであると言うこともでき、そして、外側の帰還ループは補償アクチュエータを制御する帰還ループであると言うこともできる。これにより、外側の帰還ループでは大きな外部干渉のみが検出され、これが実際の対象信号を含む内側の帰還ループのダイナミクスを侵食することのない状況となる。好適な実施形態において、１つの帰還ループには増幅器と帰還抵抗とが含まれる。
【００１７】
したがって、測定中の干渉信号と測定の対象信号との和が、実際の測定センサの組である複数のセンサを用いて測定され、これによって差信号を得ることができる。差信号は、測定センサによって測定された複数の信号に基づく一次結合として生成することができる。差信号によって得られる補償電圧は、アクチュエータに電流を発生させる。このアクチュエータは、通常、補償磁場を生成するコイルである。該コイルは数個であってもよい。補償電圧については、センサ群のチャネルに基づく各種の一次結合を用いて複数の電圧を生成してもよく、そして、これらの補償電圧は、適切な重み付け係数を用いて重み付けを行うことによって、補償動作システムの異なるコイルに供給してもよい。補償磁場は、センサ群において検出される干渉を除去し、これによって、著しく小さな所望の生体磁気信号の測定を、高い信頼性でもって行うことが可能となる。その場合、干渉補償によって、センサはそのダイナミック（動作）レンジにおいて動作するようになるが、これは、予定される振幅の大きな干渉が補償されたことに拠るものである。
【００１８】
補償アクチュエータについては、通常、コイルとされ、センサ群の近くではあるが生体磁気信号の発生源からセンサよりも遠い場所に位置することができる。該コイルは別個のフレーム又はその他の固体表面に固定することができる。
【００１９】
外側の帰還ループ内で処理される大きな干渉信号と、内側の帰還ループに含まれる振幅の小さな生体磁気情報を有する補償信号とは、数学的なＳＳＳ法（ＳＳＳ＝Ｓｉｇｎａｌ Ｓｐａｃｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ：信号空間分離）を用いて混合を防ぐことができる。これについては、上記特許文献５に記載されている。
【００２０】
ＳＳＳ法では、マルチチャネルＭＥＧ装置を用いて測定された磁場が、異なる測定形状の３つのボリュームを調べることによって解析される。対象となる発生源は測定ボリュームＶ１に配され、複数のセンサはＶ１の外部にある測定ボリュームＶ２に配される。磁気干渉の発生源と補償用コイルは、前記２つのボリュームの外部とされるボリュームＶ３にある。尚、この検査において、Ｖ３はその体積が無限であってもよい。この方法において、ボリュームＶ１内にある、対象の発生源により生成された磁場は、基本場（ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｆｉｅｌｄ）の和としてボリュームＶ２でパラメータ化される。各基本場は、ボリュームＶ１の外部において、渦なしで湧き出しがなく、無限であり、ボリュームＶ２でパラメータ化された磁場について所望の精度が得られる。同様に、ボリュームＶ３に配された干渉場と補償用コイルにより生成された磁場の和は、複数の基本場の和としてボリュームＶ２にてパラメータ化される。各基本場に対応した、測定装置の信号ベクトルが計算される。磁気信号がセンサを用いて測定される場合、その後、それぞれのボリュームに配された発信源により生成された場は、基本場に関連する信号ベクトルにより形成される基底において、測定された信号ベクトルの成分を計算することで分離される。
【００２１】
干渉補償の動作については、帰還抵抗の値を変更し、補償用コイルの数を増やし、そして、センサや測定対象に対するコイルの場所を変えることにより、最適化することができる。
【００２２】
本発明の一実施形態では、センサ群と、アクチュエータとして機能するコイルを、磁気遮蔽ルームの内部に配置することができる。これにより、干渉抑制を向上させることができる。
【００２３】
本発明は、先行技術の解決方法よりも簡便であり、これは、生体磁気信号の測定センサ自体が、干渉レベルを測定するセンサとして用いられるためである。また、干渉を取り除くことが望まれる、まさにその場所で干渉が測定されるため、干渉抑制が一層効果的となる。さらに、本発明の場合、補償される領域のボリュームが小さい。
【００２４】
上記特許文献４に示す先行技術に比べて、本発明は、アクティブ補償により引き起こされる信号の歪みが、ＳＳＳ法によって補正されるという利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の主要原理は、添付図面より明らかである。装置自体の全体構造については、図１及び図２より明白である。また、図３及び図４は、主として、本装置における信号の進行状態や処理を示す機能図である。図１は、神経磁気信号の測定に用いられる、いわゆるＭＥＧ（脳磁図記録）装置であって、その一部に干渉を補償するシステムを有する。この装置は、モニタされる人の頭部を取り囲むセンサ１０のアセンブリ（図示の例では９個のセンサを含む）と、測定装置の動作を制御する電子機器１１と、干渉補償システムのアクチュエータとして用いられるコイル１２、１３とから構成される。
【００２６】
各装置のセンサに関連するのが小型の帰還コイル１４であり、該コイルを用いて制御電子機器１１は、いわゆるフローロック状態でセンサを動作させる。これは、制御電子機器１１が帰還コイル１４に電流を流し、該コイルによって生じる場が、センサ１０においてこれに入り、かつ測定対象１５に配置された発信源から発せられる場を抑制することを意味する。この発信源１５からセンサ１０へと進行する磁気効果に比例する電流を得るために必要な電圧は、問題のチャネルによって与えられる測定信号である。従来のＭＥＧ装置は全て、この原理を用いて実施されてきた。
【００２７】
帰還コイル１４はセンサに固有のものである。このコイルは大変小さく、これによって生じる場が各コイルのセンサにのみ影響を及ぼすように配置されている。センサ１０と帰還コイル１４はともに、物理センサとして機能するコンポーネント（部品）を構成すると考えることもできる。このような配置においては、当然ながら、測定チャネル全てが、測定対象１５と外部干渉源の両方から発せられる磁場に反応を示す。
【００２８】
外部干渉からの遮蔽を行うアクティブ補償を実現するために、本発明では、測定装置において、大きな補償用コイル１２、１３が設けられており、該コイルに供給される電流がセンサ群の領域全体に磁場を生成する。複数の補償用コイル、例えば、６個の補償用コイルを用いることができ、それらのコイルを用いてセンサ群の近くで少なくともほぼ直交する３方向において補償場が生成される。
【００２９】
電子機器１１によってシステムの動作が如何に制御されるかについては、図２、図３及び図４から、より詳細に理解できる。図２は、例えば、図１のセンサ１０が補償用コイル１２を介して帰還される様子を簡略化して示した図である。破線で囲んだ部分は、フローロック状態で動作する標準のＭＥＧチャネルであり、これに関連するのが増幅器２０、帰還抵抗２１、帰還コイル１４である。該帰還コイル１４は、相互インダクタンスＭｆを介してセンサ１０に切り替わる。この破線で分けられた部分については、実際の測定チャネルとみなすことができ、先に述べた広い意味で、センサ１０、１４と、電子機器１１内に配置された電子部品２０、２１を含んでいる。電圧Ｕ０は、センサ１０が検出可能な磁束Φｓに比例したチャネルの信号である。そして、この磁束は、測定対象である磁束と、センサ１０の位置する領域において外部干渉により生じる磁束との和からなる。
【００３０】
この測定チャネルが帰還アクティブ補償システムの差信号を与えるチャネルとして許容される場合、制御電子機器には増幅器２４、帰還抵抗２５、コイル１２が設けられる。磁場は、相互インダクタンスＭｃを介してコイル１２から測定センサ１０へと伝えられる。
【００３１】
図３は、２つの帰還ループを有する制御システムを示す機能図であり、この帰還ループについて伝達関数を計算することができる。内側の帰還ループには、増幅ブロック３０、抵抗２１に対応する伝達関数３１、相互インダクタンスＭｆに対応する伝達関数３２が含まれる。また、干渉を補償する外側の帰還ループには、増幅ブロック３３、抵抗２５に対応する伝達関数３４、相互インダクタンスＭｃに対応する伝達関数３５が含まれる。増幅器３０（図２の増幅器２０に同じ）の入力において、外部干渉源Φｓからの磁束及び干渉を補償する磁束Φｃ、ならびにコイル１４を介して切り替わる内側の帰還からの磁束が合算される。この合計の計算は、加算ブロック３６、３７を用いた機能ブロックで実行される。但し、該加算ブロックは、実際上、システムの要素として現実には存在しない。
【００３２】
チャネルの出力電圧Ｕ０と外側の帰還ループの電圧Ｕｃは、以下のようになる。
【数１】
【数２】
【００３３】
外側の帰還ループを省略する場合（Ｇ２＝０）には、従来の帰還磁力計が残される。この従来の帰還磁力計の一部は、図２及び図３の破線で囲んだ部分に配されており、そのキャリブレーション（較正）は内側の帰還ループの伝達関数によって決定される。
【数３】
【００３４】
外側の帰還ループを導入する場合、十分な増幅を前提として、すなわち、「Ｇ２×（Ｍｃ／Ｒｃ）＞＞Ｍｆ／Ｒｆ」のとき、下式のようになる。
【数４】
【００３５】
外側の帰還ループを導入した結果、チャネルの出力信号が失われ、補償磁場を生成する電流が補償用コイル１２に現れる。外部干渉源によって信号が生成される場合、センサ領域全体において、この外部干渉源にできるだけ近い形態の場を形成するように、１つ以上の補償用コイル１２が形成できたならば、出力信号についての同じ補償を、アセンブリにおける他の全てのセンサについても行うことができる。しかしながら、それらの帰還において、外側のループは省略される（Ｇ２＝０）。これは、外側の帰還ループを追加することによって目指した遮蔽効果にほかならない。
【００３６】
外側の帰還ループの制御については、モニタ中の生体磁気信号の測定に用いられるのと同じ磁力計チャネルが用いられ、明らかに、外側の帰還がこの生体磁気信号に影響を及ぼす。例えば、外側のループがその帰還部に付加された（Ｇ２＞０）チャネルは、この配置の結果として、生体磁気信号を失うことになる。
【００３７】
本発明の基本的思想は、このような望ましくない影響を簡単に防止する方法に含まれるものである。まずは、アクティブな帰還ループのないシステムを考える。このようなシステムの測定チャネルは、外部発生源からの大きな干渉信号及び弱い生体磁気信号の両方を記録する。上記特許文献５は、このような状況において、装置のチャネルの配置が適切であって、かつその数が十分（少なくとも２００）であるならば、装置の測定領域の内外からの信号を高い精度で互いに分離することができるようした方法（ＳＳＳ法）を開示する（Ｔａｕｌｕ Ｓ．，Ｋａｊｏｌａ Ｍ．，Ｓｉｍｏｌａ Ｊ．「Ｔｈｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｐａｃｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ」，Ｂｉｏｍｅｄ．Ｔｅｃｈ．，４８，ｉｎ ｐｒｅｓｓ）。
【００３８】
この数値法は、干渉があまりに小さく、センサの組のいずれの測定チャネルのダイナミック（動的）領域をも超えないことを条件として、測定信号から外部干渉を取り除くのに十分である。本発明に記載の補償方法により防止することができるのはまさにこの超過である。この補償方法は装置の測定領域の外部に配置されたコイルを用いることで実施されるため、この外側の帰還ループに関する補償電流の信号に対する影響についても、同様に、ＳＳＳ法を用いて、測定領域から発せられる信号から分離することができる。
【００３９】
一例として、外側の補償ループに基づく遮蔽方法が最も非実用的に機能しているような状況について述べる。外部干渉が存在せず、かつ差信号チャネルとして機能するセンサが生体磁気信号のみを検出する場合を想定する。センサが位置する場所において生体磁場を補償する補償場を生成する電流を、補償用コイルに対して供給することによって、該センサは、これに反応する。明らかに、外部干渉が存在しないにもかかわらず外側ループの帰還がこのように機能し、まさにこのようにして対象となる信号が失われる。
【００４０】
したがって、生体磁気信号は測定領域の外部にある、磁場の補償発生源を作動させることによりゼロになる。これはまさに、ＳＳＳ法によって数値的に分離可能な種類の外部発生源の効果であり、その結果、差信号チャネルには元の生体磁気信号だけが残ることになる。ＳＳＳ法は、差信号チャネルにおいて、そして残るチャネルにおいても同様に、外側の帰還ループが作動しない場合に検出されたであろう信号を再構成する。この再構成は、磁力計のアセンブリにより、生体磁気発生源と補償用コイルの両方について同時に行われる測定に基づいて行われる。
【００４１】
もちろん、ＳＳＳ法は、差信号チャネルが、測定領域の外部、又は補償用コイルのセット全体の外部に配された干渉源からの信号の一部を受信する場合と同じように、干渉補償に連動して機能する。この場合に、オリジナルの発生源と、帰還ループの一部として作動する補償用コイルの両方が測定領域外に配置される。そして、信号の一部がＳＳＳ法によって除去される。この場合、外部干渉の変更に関与するのは、補償システムのみであり、全センサがそのダイナミック領域にとどまったままとされ、数値的システムが入力として必要とする信号を収集することが可能となる。
【００４２】
補償されるべき干渉が、センサ群全体の領域内で一定ではないベクトル場として機能するため、十分に良好な補償を実現するには通常、補償用コイルの組（セット）を用いることが必要であり、該コイルを用いて、方向及び形態においてさまざまな場を実現することができる。具体的には、当該コイルの組は、最も強力な外部干渉の形態の場を、できるだけ正確に生成できなければならず、さらに具体的には、このような補償場をセンサ群の領域全体に生成できなければならない。図４は、図３に示した、複数の補償用コイルにより構成された補償方法の一般化を示す機能図である。
【００４３】
図４において、補償電流を生成する電圧Ｕｃは、別個に選択される２つの結合強度（１／Ｒｃ，ｊ及び１／Ｒｃ，ｊ＋ｉ）４０、４１によって、２つの異なるコイル４２、４３にそれぞれ結合される。符号４４で示す誘導結合Ｍｊｉなどは、補償用コイル４３、４３の場所及びセンサ群内におけるセンサ４５の配置や位置に基づいて決定される。Ｕｃについては、１つ以上のコイルと結合してもよい。また、図４において、補償電圧を生成する差信号は、２つの異なるセンサ４５の信号から、それらの一次結合として形成される。この一次結合を形成する際に、符号４６で示す重み付け係数Ｃｉ，ｊがセンサ４５に対して用いられ、２つの項は加算器４７によって加算される。尚、２つ以上のチャネルを、一次結合の形成に用いることもできる。帰還ループの増幅に必要な伝達関数は、符号４８で示すＧ２である。さらに、差信号の生成のため、センサ４５の集合（アセンブリ）の信号についての様々な一次結合を用いて、複数の補償電圧Ｕｃ，ｎを生成することや、最適な重み付け係数を用いて補償用コイルのセットの異なるコイル４２、４３へ電圧を供給することもできる。図４に示す機能図において、センサ４５に検出される補償磁気流（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｏｗ）の総和は、加算器４９の出力から得ることができる。但し、実際上、加算器４９は、現実の要素として本システムに存在しない。つまり、加算器４９は、各センサについて、補償用コイルによって生じる場の効果全体を説明するために用いられる（場全体は、部分的な場の和である）。
【００４４】
このようにして、マルチチャネル装置の干渉補償を行う外側の帰還ループが形成される。この帰還ループは、２つのマトリクスによって記述される。それらは、直接結合のループ構造を記述し、かつ第ｊ番目の差信号における第ｉ番目のセンサ４５の重み付け係数を決定するマトリクスｃｉｊと、帰還ループを記述し、かつ第ｋ番目のコイル４２、４３に供給すべき全電流中の第ｊ番目の補償電流の重み付け係数を決定するマトリクス１／Ｒｊｋである。
【００４５】
これら２つのマトリクスの選択により、干渉補償の実行を最適化することができる。例えば、センサ群の様々な角度に配された、いくつかのチャネルから、一次結合として差信号をコンパイル（作出）することは有効であり、これは、差信号の精度を高めるとともに、センサ群に亘って有効外挿距離を短縮するからである。基準センサを別途用いる従来のシステムでは、差信号を与えるセンサが、センサ群内において補償される最遠のセンサから５０ｃｍもの距離に位置されるため、幾何学的な理由により、差信号に基づいて算定される干渉の強度が不正確となる。アセンブリの別々の側に配したセンサの信号から差信号を構成することによって、外挿レンジを短縮して、アセンブリの半径を約１２ｃｍ程度にすることができる。
【００４６】
補償ループを用いることで、帰還された場の形態については、最大の外部干渉の幾何学的形態に対応するように、できるだけ正確にカスタマイズすることができるが、これは、十分な数の補償用コイルを用いるとともに、マトリクス１／Ｒｊｋに対して正しい重み付け係数を決定することによって行われる。通常、補償電圧Ｕｃ，ｊ及び補償用コイルの数は、例えば、６個であり、よって、マトリクス１／Ｒｊｋは６×６（６行６列）のマトリクスとなる。
【００４７】
尚、図１乃至図４では、符号を使って、類似の電子機器を用いた外部干渉を補償する帰還の実施例を参照しているが、これは説明の便宜のためである。最新の実施例においては、信号処理装置又はリアルタイムコンピュータが用いられ、その場合に、重み付け係数マトリクスＣｉｊ、そして１／Ｒｊｋ及び伝達関数Ｇ２がプログラムされる。
【００４８】
本発明は、上記の実施形態の例だけに限定されるものではなく、請求項により規定された発明の思想の範囲内で、各種の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】干渉を補償するアクチュエータ装置をその一部に有する、神経磁気信号を測定する装置を示す図である。
【図２】１つの測定センサについての帰還を示す回路図である。
【図３】２つの帰還ループを備えた制御システムの機能図である。
【図４】図２及び図３に示す補償方法の一般化を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのセンサを備えた、生体磁気信号を測定するセンサ群を、外部干渉から遮蔽する方法であって、
前記センサ群に少なくとも１つの磁気帰還を与えて、該センサ群の少なくとも１つのセンサから１つの帰還の差信号を得るステップと、
前記センサ群の領域において、前記センサ群の外部に配された少なくとも１つのアクチュエータを用いて外部干渉を補償する磁場を生成するとともに、前記アクチュエータに補償電圧を生成する前記差信号が、前記センサの信号の一次結合とされるようにしたステップと、
ＳＳＳ（信号空間分離）法を用いて、測定中の有効生体磁気信号を、前記アクチュエータ及び外部干渉によって生じる（測定領域の外部に起因する）信号から分離するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記センサ群のうち、２つ以上のセンサの信号から一次結合として差信号を形成するステップと、
前記差信号を前記アクチュエータに帰還させ、前記補償磁場が１つ以上のアクチュエータによって形成された磁場から一次結合として生成されるようにしたステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記帰還が作動する際に前記外部干渉信号が最小化されるように、一次結合として得られる前記差信号及び使用する前記アクチュエータを選択するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
脳磁図記録装置（ＭＥＧ）に用いることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記測定センサが、２つの帰還ループに結合され、その第１のループがフローロック状態で動作するＭＥＧ装置のチャネルであり、第２のループが補償アクチュエータを制御する帰還ループである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ＳＳＳ法において、マルチチャネル測定装置を用いて記録された磁場は、対象となる発生源が測定ボリュームＶ１に配され、前記場又はその成分を測定する複数のセンサが前記ボリュームＶ１の外部であってかつボリュームＶ２内に配され、そして磁気干渉の発生源及び前記アクチュエータが前記ボリュームＶ１及びＶ２の外部であってかつ無限でありうるボリュームＶ３内に配された幾何学的配置において解析され、
前記ボリュームＶ１に配された対象の発生源によって前記ボリュームＶ２内で生成される磁場を、各々が前記ボリュームＶ１の外部で渦なしでかつ湧き出しがなく有限である基本場の和としてパラメータ化して、前記ボリュームＶ２においてパラメータ化された磁場について所望の精度が得られるようにするステップと、
前記ボリュームＶ３に配された前記干渉の発生源と前記補償アクチュエータによって、前記ボリュームＶ２において生成される磁場の和を、各々が前記ボリュームＶ３の外部で渦なしでかつ湧き出しがなく有限である基本場の和としてパラメータ化して、前記ボリュームＶ２においてパラメータ化された磁場について所望の精度が得られるようにするステップと、
各基本場に対応する前記測定装置の信号ベクトルを計算するステップと、
センサを用いて前記磁気信号を測定するステップと、
前記基本場に関連する前記信号ベクトルによって形成される基底において前記測定された信号ベクトルの成分を計算することで、異なるボリュームに配された発生源により生成された場を分離するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記アクチュエータがコイルであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記測定された信号を、増幅器と帰還抵抗を介して前記アクチュエータに帰還させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記方法において、前記アクチュエータを用いて形成される干渉補償の動作を最適化する上で、前記帰還抵抗の値を変更し、前記アクチュエータの数を増やし、前記アクチュエータの場所を変えることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記センサ群及び前記アクチュエータを磁気遮蔽ルームに配置するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
生体磁気信号を測定するセンサ群を外部干渉から遮蔽するシステムであって、
１つ以上の磁気センサを備えるセンサ群（１０，４５）と、
各センサに結合された帰還コイル（１４）と、
測定装置を制御する制御電子機器（１１）と、を備え、
前記センサ群に結合された１つ以上の磁気帰還であって、該センサ群の少なくとも１つのセンサ（１０，４５）から１つの帰還の差信号を得る磁気帰還と、
前記センサ群（１０，４５）の領域内に磁場を形成するために、該センサ群の外部に配された１つ以上のアクチュエータ（１２，１３，４２，４３）であって、当該磁場が外部干渉を補償し、前記アクチュエータに補償電圧を生成する前記差信号が前記１つ以上のセンサ（１０，４５）の信号の一次結合であるものとされたアクチュエータと、
測定中の有効生体磁気信号を、前記アクチュエータ及び前記外部干渉により生成される（測定領域の外部に起因する）信号から分離するための制御電子機器（１１）と、をさらに備えたことを特徴とするシステム。
【請求項１２】
前記センサ群の２つ以上のセンサ（４５）の測定信号から一次結合として前記差信号を生成する差信号生成手段（４６，４７）と、
前記差信号を前記アクチュエータに帰還させる前記磁気帰還（４８，４０）であって、補償磁場が、１つ以上のアクチュエータ（４２，４３）によって形成された磁場からの一次結合として生成される磁気帰還と、をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記帰還が作動すると前記外部干渉信号が最小化されるように選択された、前記差信号とアクチュエータ（１２，１３，４２，４３）とをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記センサ群（１０、４５）、前記帰還コイル（１４）、及び前記制御電子機器（１１）が、脳磁図記録装置（ＭＥＧ）の一部として機能することを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
２つの帰還ループに結合された各測定センサ（１０，４５）であって、第１のループがフローロック状態で動作するＭＥＧ装置のチャネルであり、第２のループが前記補償アクチュエータ（１２，１３，４２，４３）を制御する帰還ループとされた各測定センサをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
ＳＳＳ法において、マルチチャネル測定装置を用いて記録された磁場は、対象となる発生源（１５）が測定ボリュームＶ１に配され、前記の場又はその成分を測定するセンサ（１０、４５）が前記ボリュームＶ１の外部であってかつボリュームＶ２内に配され、磁気干渉の発生源及び前記アクチュエータが前記ボリュームＶ１及びＶ２の外部であってかつ無限でありうるボリュームＶ３内に配された幾何学的配置において解析され、
前記制御電子機器（１１）は、
前記ボリュームＶ１内に配された対象の発生源によって、前記ボリュームＶ２において生成される磁場を、各々が前記ボリュームＶ１の外部で渦なしでかつ湧き出しがなく有限である基本場を和としてパラメータ化して、前記ボリュームＶ２においてパラメータ化された磁場について所望の精度が得られるようにするとともに、
前記ボリュームＶ３に配された干渉源及び補償アクチュエータ（１２，１３，４２，４３）によって、前記ボリュームＶ２において生成される磁場の和を、各々が前記ボリュームＶ３の外部で渦なしでかつ湧き出しがなく有限である基本場の和としてパラメータ化して、前記ボリュームＶ２においてパラメータ化された磁場について所望の精度が得られるようにし、
各基本場に対応する前記測定装置の信号ベクトルを計算し、
センサ（１０，４５）を用いて磁気信号を測定し、
前記基本場に関連する前記信号ベクトルによって形成される基底において前記測定された信号ベクトルの成分を計算することで、異なるボリュームに配された発生源により生成された場を分離するように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記磁場を生成する前記アクチュエータ（１２，１３，４２，４３）がコイルであって、センサ群（１０，４５）を含む装置、又はセンサ群（１０，４５）の周囲の別個のフレーム、又は壁面、床、あるいは天井に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記磁気帰還の一部として、増幅器（２４）と、帰還抵抗（２５）と、アクチュエータ（１２）とをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１９】
アクチュエータ（１２，１３，４２，４３）を用いて形成される干渉補償の動作は、帰還抵抗（２５）の値を変更し、アクチュエータ（１２，１３，４２，４３）の数を増やし、前記アクチュエータ（１２，１３，４２，４３）の場所を変えることにより最適化されることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記センサ群（１０，４５）及び前記アクチュエータ（１２，１３，４２，４３）のための場所として磁気遮蔽ルームをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１】
少なくとも１つのセンサを備えた、生体磁気信号を測定するセンサ群を、外部干渉から遮蔽する方法であって、
前記センサ群に少なくとも１つの磁気帰還を与えて、該センサ群の少なくとも１つのセンサから１つの帰還の差信号を得るステップと、
前記センサ群の領域において、前記センサ群の外部に配された少なくとも１つのアクチュエータを用いて外部干渉を補償する磁場を生成するとともに、前記アクチュエータに補償電圧を生成する前記差信号が、前記センサの信号の一次結合とされるようにしたステップと、
ＳＳＳ（信号空間分離）法を用いて、測定中の有効生体磁気信号を、前記アクチュエータ及び外部干渉によって生じる（測定領域の外部に起因する）信号から分離するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記センサ群のうち、２つ以上のセンサの信号から一次結合として差信号を形成するステップと、
前記差信号を前記アクチュエータに帰還させ、前記補償磁場が１つ以上のアクチュエータによって形成された磁場から一次結合として生成されるようにしたステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記帰還が作動する際に前記外部干渉信号が最小化されるように、一次結合として得られる前記差信号及び使用する前記アクチュエータを選択するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
脳磁図記録装置（ＭＥＧ）に用いることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記測定センサが、２つの帰還ループに結合され、その第１のループがフローロック状態で動作するＭＥＧ装置のチャネルであり、第２のループが補償アクチュエータを制御する帰還ループである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ＳＳＳ法において、マルチチャネル測定装置を用いて記録された磁場は、対象となる発生源が測定ボリュームＶ１に配され、前記場又はその成分を測定する複数のセンサが前記ボリュームＶ１の外部であってかつボリュームＶ２内に配され、そして磁気干渉の発生源及び前記アクチュエータが前記ボリュームＶ１及びＶ２の外部であってかつ無限でありうるボリュームＶ３内に配された幾何学的配置において解析され、
前記ボリュームＶ１に配された対象の発生源によって前記ボリュームＶ２内で生成される磁場を、各々が前記ボリュームＶ１の外部で渦なしでかつ湧き出しがなく有限である基本場の和としてパラメータ化して、前記ボリュームＶ２においてパラメータ化された磁場について所望の精度が得られるようにするステップと、
前記ボリュームＶ３に配された前記干渉の発生源と前記補償アクチュエータによって、前記ボリュームＶ２において生成される磁場の和を、各々が前記ボリュームＶ３の外部で渦なしでかつ湧き出しがなく有限である基本場の和としてパラメータ化して、前記ボリュームＶ２においてパラメータ化された磁場について所望の精度が得られるようにするステップと、
各基本場に対応する前記測定装置の信号ベクトルを計算するステップと、
センサを用いて前記磁気信号を測定するステップと、
前記基本場に関連する前記信号ベクトルによって形成される基底において前記測定された信号ベクトルの成分を計算することで、異なるボリュームに配された発生源により生成された場を分離するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記アクチュエータがコイルであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記測定された信号を、増幅器と帰還抵抗を介して前記アクチュエータに帰還させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記方法において、前記アクチュエータを用いて形成される干渉補償の動作を最適化する上で、前記帰還抵抗の値を変更し、前記アクチュエータの数を増やし、前記アクチュエータの場所を変えることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記センサ群及び前記アクチュエータを磁気遮蔽ルームに配置するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
生体磁気信号を測定するセンサ群を外部干渉から遮蔽するシステムであって、
１つ以上の磁気センサを備えるセンサ群（１０，４５）と、
各センサに結合された帰還コイル（１４）と、
測定装置を制御する制御電子機器（１１）と、を備え、
前記センサ群に結合された１つ以上の磁気帰還であって、該センサ群の少なくとも１つのセンサ（１０，４５）から１つの帰還の差信号を得る磁気帰還と、
前記センサ群（１０，４５）の領域内に磁場を形成するために、該センサ群の外部に配された１つ以上のアクチュエータ（１２，１３，４２，４３）であって、当該磁場が外部干渉を補償し、前記アクチュエータに補償電圧を生成する前記差信号が前記１つ以上のセンサ（１０，４５）の信号の一次結合であるものとされたアクチュエータと、
測定中の有効生体磁気信号を、前記アクチュエータ及び前記外部干渉により生成される（測定領域の外部に起因する）信号から分離するための制御電子機器（１１）と、をさらに備えたことを特徴とするシステム。
【請求項１２】
前記センサ群の２つ以上のセンサ（４５）の測定信号から一次結合として前記差信号を生成する差信号生成手段（４６，４７）と、
前記差信号を前記アクチュエータに帰還させる前記磁気帰還（４８，４０）であって、補償磁場が、１つ以上のアクチュエータ（４２，４３）によって形成された磁場からの一次結合として生成される磁気帰還と、をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記帰還が作動すると前記外部干渉信号が最小化されるように選択された、前記差信号とアクチュエータ（１２，１３，４２，４３）とをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記センサ群（１０、４５）、前記帰還コイル（１４）、及び前記制御電子機器（１１）が、脳磁図記録装置（ＭＥＧ）の一部として機能することを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
２つの帰還ループに結合された各測定センサ（１０，４５）であって、第１のループがフローロック状態で動作するＭＥＧ装置のチャネルであり、第２のループが前記補償アクチュエータ（１２，１３，４２，４３）を制御する帰還ループとされた各測定センサをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
ＳＳＳ法において、マルチチャネル測定装置を用いて記録された磁場は、対象となる発生源（１５）が測定ボリュームＶ１に配され、前記の場又はその成分を測定するセンサ（１０、４５）が前記ボリュームＶ１の外部であってかつボリュームＶ２内に配され、磁気干渉の発生源及び前記アクチュエータが前記ボリュームＶ１及びＶ２の外部であってかつ無限でありうるボリュームＶ３内に配された幾何学的配置において解析され、
前記制御電子機器（１１）は、
前記ボリュームＶ１内に配された対象の発生源によって、前記ボリュームＶ２において生成される磁場を、各々が前記ボリュームＶ１の外部で渦なしでかつ湧き出しがなく有限である基本場を和としてパラメータ化して、前記ボリュームＶ２においてパラメータ化された磁場について所望の精度が得られるようにするとともに、
前記ボリュームＶ３に配された干渉源及び補償アクチュエータ（１２，１３，４２，４３）によって、前記ボリュームＶ２において生成される磁場の和を、各々が前記ボリュームＶ３の外部で渦なしでかつ湧き出しがなく有限である基本場の和としてパラメータ化して、前記ボリュームＶ２においてパラメータ化された磁場について所望の精度が得られるようにし、
各基本場に対応する前記測定装置の信号ベクトルを計算し、
センサ（１０，４５）を用いて磁気信号を測定し、
前記基本場に関連する前記信号ベクトルによって形成される基底において前記測定された信号ベクトルの成分を計算することで、異なるボリュームに配された発生源により生成された場を分離するように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記磁場を生成する前記アクチュエータ（１２，１３，４２，４３）がコイルであって、センサ群（１０，４５）を含む装置、又はセンサ群（１０，４５）の周囲の別個のフレーム、又は壁面、床、あるいは天井に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記磁気帰還の一部として、増幅器（２４）と、帰還抵抗（２５）と、アクチュエータ（１２）とをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１９】
アクチュエータ（１２，１３，４２，４３）を用いて形成される干渉補償の動作は、帰還抵抗（２５）の値を変更し、アクチュエータ（１２，１３，４２，４３）の数を増やし、前記アクチュエータ（１２，１３，４２，４３）の場所を変えることにより最適化されることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記センサ群（１０，４５）及び前記アクチュエータ（１２，１３，４２，４３）のための場所として磁気遮蔽ルームをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２００７−５２２４６５（Ｐ２００７−５２２４６５Ａ）
【公表日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５５２６４３（Ｐ２００６−５５２６４３）
【出願日】平成１７年２月１１日（２００５．２．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＩ２００５／００００９０
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７８４６７
【国際公開日】平成１７年８月２５日（２００５．８．２５）
【出願人】（５０５００５５００）エレクタ アクチボラゲット（パブル） (8)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１１日（２００５．２．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＩ２００５／００００９０
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７８４６７
【国際公開日】平成１７年８月２５日（２００５．８．２５）
【出願人】（５０５００５５００）エレクタ アクチボラゲット（パブル） (8)
【Ｆターム（参考）】
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