CN109561848B

CN109561848B - 生物磁测量装置

Info

Publication number: CN109561848B
Application number: CN201780047125.1A
Authority: CN
Inventors: 川端茂德; 福井崇人; 涩谷朝彦
Original assignee: TDK Corp; Tokyo Medical and Dental University NUC
Current assignee: TDK Corp; Tokyo Medical and Dental University NUC
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2017-08-01
Publication date: 2023-03-10
Anticipated expiration: 2037-08-01
Also published as: WO2018025829A1; JPWO2018025829A1; EP3494879B1; US20190167136A1; CN109561848A; EP3494879A4; US11317843B2; JP7036319B2; EP3494879A1

Abstract

本发明的目的是提供一种不论测量对象如何均能够高精度地检测生物磁的生物磁测量装置。本发明的生物磁测量装置(1)具有：多个磁传感器(11)，其检测生物(100)的生物磁；保持部(12)，其具有个别地且可移动自由地保持所述磁传感器(11)的保持孔(12a)；以及移动机构，其使磁传感器(11)朝向与生物(100)进行接触及分离的接触分离方向个别地移动。作为移动机构，例如举出气压液压机构(20)、弹性体机构(30)、螺丝机构(40)、齿轮机构(50)等。

Description

生物磁测量装置

技术领域

本发明涉及使用磁传感器的生物磁测量装置。

背景技术

关于检测磁的磁传感器，在现有技术中已知有使用磁阻效应元件(MR元件)的MR传感器。根据磁场的强度，施加于MR元件的直流电阻发生变化。利用该直流电阻的变化的程度，MR传感器将磁场的变化、磁性体的有无作为电压的变化来进行检测。

MR传感器广泛地被用作硬盘装置的磁头、旋转传感器(编码器)、位置传感器。此外，近年来，智能手机、平板设备等移动设备正在普及，在移动设备中内置有采用了利用地磁来计量方位的MR传感器的方位传感器。从方位传感器获取的信息被用于利用了由GPS(Global Positionning System：全球定位系统)得到的位置信息的导航等。

然而，在这些工业应用领域中不需要高灵敏度的磁检测技术。例如，在旋转传感器、位置传感器中，由于将磁铁等作为基准信号，不是必须进行高灵敏度的磁检测。此外，在方位传感器中，只要将地磁作为基准来检测绝对方位即可，不是必须进行高灵敏度的磁检测。

可是，近年来，在医疗现场中使用了对伴随着生物的大脑、心脏、肌肉的电活动而产生的微弱的低频磁进行检测的脑磁图仪、心磁图仪、肌磁图仪这样的生物磁测量装置。伴随着大脑的电活动产生的脑磁约为地磁的1亿分之一左右的强度，伴随着心脏的心肌的电活动产生的心磁约为地磁的百万分之一左右的大小。因此，在检测生物产生的磁(以下，也称为“生物磁”。)时，对于磁传感器，要求极高灵敏度的检测性能。

作为能够进行高灵敏度的磁检测的高灵敏度磁传感器，已知有超导量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device，以下称为“SQUID”。)(例如，参照专利文献1。)。

SQUID传感器为利用超导现象的磁传感器，具有约瑟夫森结(Josephsonjunction)。因而，在使用SQUID传感器时，需要通过液氦、液氮这样的制冷剂进行冷却。因此，SQUID传感器必须设置在储存制冷剂的杜瓦瓶中，在检测生物磁时难以使SQUID传感器与生物贴紧。

此外，SQUID传感器在杜瓦瓶内以阵列状配置有多个。然而，在配置SQUID传感器时，SQUID传感器必须以电磁的影响不会波及到SQUID内部的约瑟夫森结的方式配置。因此，不容易进行SQUID传感器的配置变更、更换、取出等。

像这样，虽然SQUID传感器是超高灵敏度的磁传感器，但是存在相对于生物不能充分地靠近、难以处理等问题。

因此，曾提出了一种使用在不需要冷却的常温区域能够进行弱磁的检测的MR传感器的生物磁测量装置。例如，在专利文献2中提出了如下的生物磁测量装置：将对生物屏蔽外部磁场的覆盖构件形成为头盔状或圆筒状，在该覆盖构件中将MR传感器内镶成阵列状。在使用了MR传感器的生物磁测量装置中，不需要将MR传感器配置在杜瓦瓶内，与使用SQUID传感器的情况相比，处理简单且容易使MR传感器靠近生物。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-020143号公报；

专利文献2：日本特开2012-095939号公报。

发明内容

发明要解决的课题

然而，当如专利文献2中记载的生物磁测量装置那样固定了MR传感器的位置时，有时根据测量对象(生物)的情况，测量对象与MR传感器的紧贴性消失，MR传感器不能检测磁。例如，对于像成人、儿童、人以外的动物等那样体型不同的测量对象，最适合的MR传感器的位置是不同的。此外，根据头部、心脏、四肢等测量对象的部位，最适合的MR传感器的位置也是不同的。

本发明的目的是提供一种不论测量对象如何均能够高精度地检测生物磁的生物磁测量装置。

用于解决课题的方案

本发明人为了解决如上述这样的问题，反复进行深入研究。其结果发现能够提供一种通过可移动自由地保持多个磁传感器，并根据测量对象使磁传感器移动到最合适的位置，从而不论测量对象如何均能够高精度地检测生物磁的生物磁测量装置，由此完成了本发明。具体而言，本发明提供以下的技术方案。

(1)本发明涉及一种生物磁测量装置，具有：多个磁传感器，其检测生物磁；保持部，其具有个别地且可移动自由地保持所述多个磁传感器的保持孔；以及移动机构，其使所述磁传感器朝向与测量对象进行接触及分离的接触分离方向个别地移动。

(2)在本发明的(1)所述的生物磁测量装置中，所述移动机构为气压机构、液压机构、弹性体机构、螺丝机构以及齿轮机构中的至少一种。

(3)在本发明的(1)或(2)所述的生物磁测量装置中，所述移动机构由非磁性材料构成。

(4)在本发明的(1)至(3)中的任一项所述的生物磁测量装置中，具有：控制单元，其基于来自外部的生物信息，控制所述移动机构对所述磁传感器的移动量。

(5)在本发明的(1)至(4)中的任一项所述的生物磁测量装置中，所述磁传感器还具有对与测量对象有无接触进行检测的接触检测单元。

(6)在本发明的(1)至(5)中的任一项所述的生物磁测量装置中，所述磁传感器还具有获取生物信息的生物信息获取单元。

(7)在本发明的(1)至(6)中的任一项所述的生物磁测量装置中，所述磁传感器配置在紧靠测量对象的下方。

(8)在本发明的(1)至(7)中的任一项所述的生物磁测量装置中，所述保持部由挠性材料构成。

发明效果

根据本发明能够提供一种不论测量对象如何均能够高精度地检测生物磁的生物磁测量装置。

附图说明

图1为表示本发明的实施方式的生物磁测量装置的结构的一个示例的俯视图。

图2为对被检测者和生物磁测量装置的各磁传感器的位置关系进行说明的示意图。

图3为对磁传感器配置在紧靠被检测者的下方的结构进行说明的说明图。

图4为对磁传感器配置在紧靠被检测者的下方的其他的结构进行说明的说明图。

图5为表示具有气压液压机构的生物磁测量装置的一个示例的示意图。

图6为表示具有弹性体机构的生物磁测量装置的一个示例的主要部分放大示意图。

图7为表示具有螺丝机构的生物磁测量装置的一个示例的主要部分放大示意图。

图8为表示具有齿轮机构的生物磁测量装置的一个示例的主要部分放大示意图。

图9为表示生物磁测量装置的结构的框图。

图10的(a)(b)(c)为表示磁传感器具有压力传感器的结构的一个示例的主要部分放大示意图。

图11为表示压力传感器的结构的示意图。

图12为表示磁传感器具有检测出生物信息的检测单元的结构的一个示例的示意图。

图13为表示生物电极的结构的示意图。

图14为表示保持部由挠性材料构成的生物磁测量装置的一个示例的示意图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行详细说明，但是本发明完全不限于以下的实施方式，能够在本发明的目的的范围内加以适当的改变来实施。

<生物磁测量装置1>

图1为本发明的实施方式的生物磁测量装置的一个示例的俯视图。图2为对被检测者和生物磁测量装置的各磁传感器的位置关系进行说明的示意图，示出图1所示的生物磁测量装置中的A-A’剖面。如图1和图2所示，生物磁测量装置1具有：检测生物磁的多个磁传感器11、具有可移动自由地保持磁传感器11的保持孔12a的保持部12、以及使磁传感器11的检测面朝向与作为测量对象的生物(以下，称为“被检测者”)100进行接触及分离的方向移动的移动机构。

[磁传感器11]

磁传感器11对由作为测量对象的生物100产生的生物磁进行检测。作为磁传感器11，可举出：巨磁阻传感器(GMR传感器)、隧道磁阻传感器(TMR传感器)、各向异性磁阻传感器(AMR传感器)、磁阻抗传感器(MI传感器)、磁通门传感器等。在本实施方式中使用的磁传感器11只要能够检测10^-4T(特斯拉)～10^-10T(特斯拉)左右的磁场(法线成分)，则可以是任意的磁传感器。在本实施方式中使用的磁传感器11能够得到与SQUID传感器同等程度的信息，并且能够在常温下使用，不需要配置在储存制冷剂的杜瓦瓶内，与使用SQUID传感器的情况相比，处理简单且容易靠近生物100。

磁传感器11可以具有用于信号的授受、电力供给的布线，也可以不具有布线。但是，如图1所示，由于在生物磁测量装置1中配置多个磁传感器11，所以为了避免串线，优选具有布线。

由上述磁传感器11检测出的信号被发送到控制部。在控制部中，根据由各磁传感器11检测出的信号来生成生物磁信息，并进行图像信息化而向显示装置输出。

[保持部12]

在保持部12以阵列状配置保持孔12a，该保持孔12a个别地且可移动自由地保持多个磁传感器11。另外，在图1中图示了以5×5的阵列状配置有保持孔12a的示例，但保持孔12a(磁传感器11)的排列方向、其个数只要根据测量对象、测量部位酌情选择即可。

上述的保持部12优选由丙烯酸树脂等塑料材料、铝、钛、铜、黄铜、经特殊加工的不锈钢合金等的非铁金属、木材等非磁性材料构成。即使由于被检测者100的呼吸等活动而导致保持部12发生振动，但由于保持部12为非磁性材料，所以能够抑制环境磁的变动。由此，能够抑制由于环境磁的变动引起的影响波及到磁传感器11的情况。

此外，从提高磁传感器11的检测面与测量对象的紧贴性方面来看，优选上述保持部12配置在紧靠测量对象的下方。例如，如图3所示，被检测者100也可以仰着躺卧在组装有保持部12的诊疗台2上。或者，如图4所示，被检测者100也可以俯卧在诊疗台2上。由于被检测者100躺卧在组装有保持部12的诊疗台2上，重力作用于被检测者100，容易提高被检测者100的身体表面与磁传感器11的检测面的紧贴性。其结果是，生物磁测量装置1能够得到精度更高的生物磁信息。

[移动机构]

移动机构使磁传感器11朝向相对于生物100进行接触及分离的接触分离方向个别地移动，使磁传感器11的检测面与作为测量对象的生物100贴紧。作为移动机构，只要能够使磁传感器11移动到规定的位置，就没有特别限制，例如可举出气压机构、液压机构、弹性体机构、螺丝机构、齿轮机构等。

(气压液压机构20)

图5为表示具有气压液压机构的生物磁测量装置的一个示例的示意图。另外，在图5中，对于与在图1和图2示出的部件相同的部件标记相同的符号，并省略说明。如图5所示，气压液压机构20通过利用泵21使保持孔12b内的气压或液压进行增减，从而使保持孔12b内的磁传感器11的检测面朝向与测量对象接触的方向或者分离的方向移动。在使用不影响磁传感器11的灵敏度的空气或油的方面来看，气压液压机构20是优选的。

(弹性体机构30)

图6为表示具有弹性体机构的生物磁测量装置的一个示例的主要部分放大示意图。另外，在图6中，对于与在图1和图2示出的部件相同的部件标记相同的符号，并省略说明。如图6所示，弹性体机构30在保持孔12a内具有线圈状弹簧等的弹性体31，通过来自测量对象的反作用力使弹性体31的伸缩量进行增减，从而使保持孔12a内的磁传感器11的检测面与测量对象贴紧。在不需要驱动源且为简单的结构的方面来看，弹性体机构30是优选的。

(螺丝机构40)

图7为表示具有螺丝机构的生物磁测量装置的一个示例的主要部分放大示意图。另外，在图7中，对于与在图1和图2示出的部件相同的部件标记相同的符号，并省略说明。如图7所示，螺丝机构40具有螺杆轴41、螺杆轴41进行螺合的螺母42，通过利用未图示的驱动电机使螺母42进行旋转驱动，从而使螺杆轴41的旋转量进行增减而使保持孔12a内的磁传感器11的检测面朝向与测量对象接触的方向或者分离的方向移动。在如后述那样能够通过控制部使螺杆轴41的旋转量进行增减，从而使磁传感器11个别地移动到所需要的位置的方面来看，螺丝机构40是优选的。

(齿轮机构50)

图8为表示具有齿轮机构的生物磁测量装置的一个示例的主要部分放大示意图。另外，在图8中，对于与在图1和图2示出的部件相同的部件标记相同的符号，并省略说明。如图8所示，齿轮机构50具有齿轮51、和与齿轮51啮合的啮合部52，通过利用未图示的驱动电机使齿轮51进行旋转驱动，从而使啮合部52的移动量进行增减而使保持孔12a内的磁传感器11移动。不言而喻，齿轮51可以由多个齿轮构成。在如后述那样能够通过控制部使啮合部52的移动量进行增减，从而使磁传感器11个别地移动到所需要的位置的方面来看，齿轮机构50是优选的。

上述的构成弹性体机构30、螺丝机构40、齿轮机构50等移动机构的部件优选由丙烯酸树脂等塑料材料、铝、钛、铜、黄铜、经特殊加工的不锈钢合金等非铁金属、木材等非磁性材料构成。即使由于移动机构的工作而导致各部件发生移动，由于各部件由非磁性材料构成，能够抑制环境磁的变动。由此，能够抑制由于环境磁的变动引起的影响波及到磁传感器11的情况。

[控制部]

本实施方式的生物磁测量装置1也可以通过控制部控制移动机构对各磁传感器11的移动量。例如，控制部可以基于来自外部的生物信息等对上述的气压液压机构20、螺丝机构40、齿轮机构50等移动机构进行控制，并调整各磁传感器11的移动量。

图9是表示包含基于来自外部的生物信息来确定移动量的控制部的生物磁测量装置的结构的框图。例如，如图9所示，生物磁测量装置1的控制部13可以将事先获取的生物信息101储存在存储器14中，由中央处理单元(CPU)15基于储存的生物信息101对例如移动机构所具有的多个驱动电机16的转速进行运算，控制各磁传感器11的移动量。由此，生物磁测量装置1能够根据生物信息101将各磁传感器11移动到恰当的位置。作为来自外部的生物信息101，例如可举出通过MRI测量得到的被检测者100的身体等的生物截面信息等。

[磁传感器的变形例]

磁传感器11也可以进一步具有对生物100的磁信息以外的信息进行检测的检测单元、例如对磁传感器11与生物100有无接触进行检测的接触检测单元、获取生物100的信息的生物信息获取单元。

(具有接触检测单元的磁传感器)

磁传感器11也可以具有压力传感器、位置传感器来作为对与生物100有无接触进行检测的接触检测单元。图10的(a)(b)(c)是表示磁传感器具有对与生物有无接触进行检测的压力传感器的结构的一个示例的主要部分放大示意图。例如，如图10(a)所示，磁传感器11可以在与测量对象相向的检测面11a具有对与生物100有无接触进行检测的压力传感器61。此外，如图10(b)所示，磁传感器11也可以在磁传感器11的与检测面11a相对的面11b具有压力传感器61。此外，如图10(c)所示，磁传感器11也可以在磁传感器11的检测面11a、以及与检测面11a相对的面11b的两者具有压力传感器61。此外，在磁传感器11的与检测面11a相对的面11b设置的压力传感器61对来自测量对象的应力和来自移动机构的应力相加后的应力进行感测，控制部13基于该压力传感器61的检测结果来判断磁传感器11与生物100有无接触。

压力传感器61只要是将与施加的压力对应的压力信号输出到控制部13的传感器即可。例如，如图11所示，压力传感器61使用压敏元件隔着隔膜(diaphragm)61a对来自测量对象的压力进行测量，将其转换成电信号，并经由两根连接电缆61b、61c发送到控制部13。

在控制部13中，能够基于从压力传感器61或位置传感器输出的电信号来判断磁传感器11与生物100有无接触。控制部13也可以在与未接触到测量对象的磁传感器11之间不进行信号的授受、电力供给，能够实现节能。此外，控制部13能够仅选择来自与测量对象接触的磁传感器11的信息，生成生物磁信息。

(具有生物信息获取单元的磁传感器)

进而，磁传感器11也可以具有生物电极、压力传感器来作为获取生物磁信息的生物信息获取单元。图12是表示磁传感器具有检测生物信息的检测单元的结构的一个示例的示意图。如图12所示，磁传感器11可以在与测量对象相向的检测面具有作为生物信息获取单元的生物电极62。例如，如图13所示，生物电极62具有电极部62a，将由电极部62a获取的生物信息经由连接电缆62b发送到控制部13。作为由生物电极62、压力传感器获取的生物信息，例如可举出心电图、心率、脉搏、呼吸频率、肌电位等。

在控制部13中，能够附带地得到生物磁信息以外的生物信息，能够将这些生物信息图像信息化并向显示装置输出。由此，测量者能够用1台生物磁测量装置且以一次的测量得到多个信息。

[保持部的变形例]

图2所示的保持部12可以由刚性材料构成，但保持部也可以由挠性材料构成。图14是表示保持部由挠性材料构成的生物磁测量装置的一个示例的示意图。如图14所示，保持部12’由挠性材料构成，因此即使测量对象存在曲面、凹凸，也与其形状对应地变形。因此，被保持部12’保持的磁传感器11能够增大其检测面与测量对象的贴紧面积，能够更高精度地进行生物磁的检测。

此外，如图14所示，保持部12’的磁传感器11也可以具有检测磁传感器11的位置的位置传感器63、检测磁传感器11的倾斜度的角度传感器64。在控制部13中，也可以基于位置传感器63、角度传感器64的检测结果来计算磁传感器11和测量对象的相对位置，并进行生物磁的磁分布、电流源估计等。此外，控制部13将这些进行图像信息化而在显示装置上显示输出即可。

作为用于保持部12’的挠性材料，可举出天然橡胶、合成橡胶等弹性材料、聚丙烯、聚乙烯、丙烯酸、聚碳酸酯、氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂这样的合成树脂。另外，保持部12’不需要整体由挠性材料构成，例如也可以是分别固定保持孔的多个固定部由刚性材料构成、这些多个固定部通过由挠性材料构成的铰链进行连结的结构。

附图标记说明

1：生物磁测量装置；

2：诊疗台；

11：磁传感器；

12：保持部；

12a、12b：保持孔；

13：控制部；

14：存储器；

15：CPU；

20：气压液压机构；

21：泵；

30：弹性体机构；

31：弹性体；

40：螺丝机构；

41：螺杆轴；

42：螺母；

50：齿轮机构；

51：齿轮；

52：啮合部；

61：压力传感器；

62：生物电极；

63：位置传感器；

64：角度传感器；

100：生物(被检测者)；

101：生物信息。

Claims

1.一种生物磁测量装置，具有：

多个磁传感器，其检测生物磁；

保持部，其具有个别地且可移动自由地保持所述多个磁传感器的保持孔；以及

移动机构，其使所述磁传感器朝向与测量对象进行接触及分离的接触分离方向个别地移动，

所述磁传感器是巨磁阻传感器、隧道磁阻传感器、各向异性磁阻传感器、磁阻抗传感器、或磁通门传感器，

所述磁传感器具有检测面，所述检测面在所述磁传感器的铅直方向的上端形成在与所述测量对象相向的位置，所述生物磁测量装置构成为通过所述测量对象的重力提高所述测量对象与所述磁传感器的检测面的紧贴性，

所述磁传感器还具有获取生物信息的生物信息获取单元，所述生物信息选自心电图、心率、脉搏、呼吸频率、肌电位，

所述磁传感器配置在紧靠测量对象的下方。

2.根据权利要求1所述的生物磁测量装置，其中，

所述移动机构为气压机构、液压机构、弹性体机构、螺丝机构以及齿轮机构中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的生物磁测量装置，其中，

所述移动机构由非磁性材料构成。

4.根据权利要求1或2中任一项所述的生物磁测量装置，其中，

具有：控制单元，其基于来自外部的生物信息，控制所述移动机构对所述磁传感器的移动量。

5.根据权利要求1或2中任一项所述的生物磁测量装置，其中，

所述磁传感器还具有对与测量对象有无接触进行检测的接触检测单元。

6.根据权利要求1或2中任一项所述的生物磁测量装置，其中，

所述保持部由挠性材料构成。