JP2019010483A - 磁界計測装置および計測磁界表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】参照用磁気センサを用い、磁界計測装置で計測された環境磁界の影響を低減する。【解決手段】磁気シールドルーム（ＭＳＲ）２の内部に配置される磁気センサと、ＭＳＲ２の外部に配置される参照用磁気センサ１４と、磁気センサからの磁界時系列データ及び参照用磁気センサからの環境磁界時系列データが入力される演算装置８とを有する磁界計測装置において、演算装置は、磁界時系列データに含まれる環境磁界の大きさを、磁界時系列データと環境磁界時系列データから求めた推定環境磁界時系列データとの所定の評価関数を最小とするように求め、かつ推定環境磁界時系列データを求めるにあたり、環境磁界時系列データに対してＭＳＲ２の周波数毎の磁界低減効果を適用する（Ｓ１０３）。【選択図】図４

Description

本発明は、参照用磁気センサで計測した環境磁界信号から、磁界計測装置で計測された環境磁界信号の近似値を推定し、除去する磁界計測装置に関する。

被験者の計測対象からの微弱な磁界を計測し、計測対象の電気生理学的活動を非侵襲に評価する磁界計測装置として心磁計が開発されている。心磁計は、心臓の電気生理学的活動に伴う心起電力（電流双極子）により生じた微弱な磁界（心磁）を非接触で計測する装置であり、複数の磁気センサの同時計測により、空間分解能に優れた評価が可能となる。この心磁の時間変化および空間分布を画像化したものは心磁図と呼ばれる。生体内の透磁率はほぼ真空と等しいため、心磁図は、心電図と比べて心臓の周辺臓器（骨や肺など）の影響を受けにくく、心臓の電気生理学的活動に伴う電流を高感度に反映する。この心磁図の利点を生かし、心磁図の臨床的な有効性が多数示されてきた。

この心磁図検査による心臓の電気生理学的活動の評価を正確かつ安定して実現するためには、心磁図に混入する環境磁界を十分に低減する必要がある。心磁の強度は非常に弱く、成人のＱＲＳ波（心室の電気的活動を反映した波）の強度は数十ｐＴ、Ｐ波（心房の電気的活動を反映した波）の強度は数ｐＴ、胎児のＰ波の強度は０．１ｐＴ程度である。一方、環境磁界には地磁気の直流磁界、電車の送・帰電流に起因する磁界、自動車やエレベータ及び鉄扉などの磁性体で構成された物体が移動することによって生じる磁界、送電線の電流によって生じる磁界、ファン・ポンプの回転体による磁界などがある。環境磁界は心磁に対してはるかに大きく、例えば、地磁気の直流磁界は約５０μＴ（心磁の約１００万倍以上）、電車の送・帰電流に起因する磁界の変動幅は軌道から５０ｍの地点で１．４μＴと報告されている。心磁計に混入するこれらの環境磁界を低減させるため、心磁計には、通常、磁気シールドルーム（ＭＳＲ：Magnetically shielded room、以下「ＭＳＲ」という）、磁気センサ部のグラジオメータ、アナログフィルタ（High pass filter：ＨＰＦ、Low pass filter：ＬＰＦ）およびデジタルフィルタなどの環境磁界低減技術が搭載されており、混入する環境磁界の低減を図っている。

環境磁界低減技術の一つであるＭＳＲには、通常、高透磁率のＦｅ−Ｎｉの合金のパーマロイが用いられ、高い遮蔽性能を実現するため多層構造で作成されている（通常の生体磁気計測に用いられるのは２層）。軌道や幹線道路に近い場所での心磁計測には、ＭＳＲの層数を増やすことで安定した計測が可能となるものの、パーマロイは高価な材料であり、コストが大幅に増加する。また、設置予定位置の耐荷重によりＭＳＲの層数を増やすことが困難な場合もある。このため、ＭＳＲを補完する環境磁界低減技術として、参照用磁気センサで計測した環境磁界信号から生体磁気計測装置での環境磁界信号の近似値を推定し、除去する環境磁界リダクション法（以下「リダクション法」という）が開発されている。

リダクション法の参照用磁気センサとして生体磁気計測装置のデュワ内に設置した環境磁界計測用の超電導磁気センサを用いる方式（例えば、非特許文献１および非特許文献２）、ＭＳＲ内または外に設置したフラックスゲート磁束計などの常温磁気センサを用いる方式（例えば、ＭＳＲ内について特許文献１およびＭＳＲ外について非特許文献３）が提案されている。

特開２０１６−２１７９３０号公報

J. Vrba and S. E. Robinson, "Signal Processing in Magnetoencephalography", METHODS, vol. 25, pp. 249-271, 2001 Y. Adachi, et al., "Reduction of Non-periodic Environmental Magnetic Noise in MEG Measurement by Continuously Adjusted Least Square Method", IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 11, No.1, pp. 669-672, 2001 小山大介他，モバイル・リファレンスセンサを利用した低周波環境磁気ノイズ低減法，第30回日本生体磁気学会大会論文集，vol. 28，No.1, pp. 170-171，2015

参照用磁気センサに環境磁界計測用の超電導磁気センサを用いる方式の場合、参照用磁気センサの計測磁界に線形結合係数をかけ、生体磁界計測用の超電導磁気センサの計測磁界から引き算することで環境磁界の低減を実現する。あるいは、参照用磁気センサの計測磁界と生体磁界計測用の超電導磁気センサの計測磁界とに重み係数をかけ、生体磁界計測用の計測値から引き算することで環境磁界の低減を実現する。この場合、重み係数は参照用磁気センサの計測磁界と生体磁界計測用の超電導磁気センサの計測磁界とが最も一致するように決定されている。

この方式では生体磁界計測用の超電導磁気センサと近い場所に参照用磁気センサが設置され、かつ、参照用磁気センサと生体磁界計測用の磁気センサとは同程度のセンサ感度を備えている。そのため、参照用磁気センサには生体磁界計測用の磁気センサと類似した環境磁界が計測され、高い精度で環境磁界を低減することができる。しかしながら、参照用磁気センサとして超電導磁気センサを用いるため、超電導磁気センサの個数の増加及び参照用の超電導磁気センサの冷却にかかる追加のコスト負担は少なくない。

一方、ＭＳＲ内に配置したフラックスゲート磁束計などの常温磁気センサを用いる方式では、参照用磁気センサの計測磁界に多変数多項式をかけ、生体磁気計測用の計算値から引き算することで環境磁界の低減を実現する。この方式において、参照用磁気センサに用いられる常温磁気センサ（フラックスゲート磁束計及び磁気抵抗効果素子を用いたセンサなど）のセンサ感度は超電導磁気センサのセンサ感度よりも低い。そのため、ＭＳＲやその他の環境磁界低減技術、例えば、アクティブキャンセルなどにより、常温磁気センサで計測できないレベルまでＭＳＲ内における環境磁界が低減された場合には環境磁界を計測することができず、低減効果が得られない。

一方、ＭＳＲの外の参照用磁気センサにフラックスゲート磁束計などの常温磁気センサを用いる方式は、参照用磁気センサの計測磁界から正方向と負方向に時間移動した計測値を複数作成し、この計測値に主成分分析を適用し、適用後の波形に係数をかけ、生体磁界計測用の超電導磁気センサの計測値から引き算することで環境磁界の低減を実現している。この方式ではＭＳＲ外側で計測した環境磁界から、ＭＳＲ内側の生体磁界計測用の超電導磁気センサで計測される環境磁界の近似値を推定している。

しかしながら、ＭＳＲの環境磁界遮蔽性能には周波数依存性があり、環境磁界の周波数によって低減効果が異なる。この方式ではＭＳＲの周波数毎の磁界低減効果が考慮されておらず、ＭＳＲ内の環境磁界の近似値を精度よく推定することが容易でない。

ＭＳＲと、ＭＳＲの内部に配置される磁気センサと、ＭＳＲの外部に配置される参照用磁気センサと、磁気センサからの磁界時系列データ及び参照用磁気センサからの環境磁界時系列データが入力される演算装置とを有する磁界計測装置において、演算装置は、磁界時系列データに含まれる環境磁界の大きさを、磁界時系列データと環境磁界時系列データから求めた推定環境磁界時系列データとの所定の評価関数を最小とするように求め、かつ推定環境磁界時系列データを求めるにあたり、環境磁界時系列データに対してＭＳＲの周波数毎の磁界低減効果を適用する。

なお、その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面により明らかにする。

磁界計測装置において、参照用磁気センサを用いて環境磁界の影響を低減する。

心磁計の全体構成を示す概略図である。 磁気センサの配列および被検者に対する配置例を示す図である。 実施例１に係る心磁計の全体構成を示す概略図である。 参照用磁気センサを用いて環境磁界を低減する処理フローを示す図である。 心磁計で実測した電車からの環境磁界波形（最大磁界強度のチャンネル）である。 本実施例の処理フローを適用して低減させた電車からの環境磁界波形である。 アクティブキャンセルを組み合わせた心磁計の全体構成を示す概略図である。 心磁計で実測した電車からの環境磁界波形（最大磁界強度のチャンネル）である。 本実施例の処理フローを適用して低減させた電車からの環境磁界波形である。 心磁計の計測結果を表示する表示画面の一例を示す図である。 心磁計の環境磁界の低減効果を設定する表示画面の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、磁界計測装置（心磁計）の全体構成を示す概略図である。心磁計１の構成要素は、ＭＳＲ２の内部と外部とに分かれて配置される。ＭＳＲ２は例えば各辺３ｍ程度の大きさを有しており、ＭＳＲ２の内部には、複数のＳＱＵＩＤ磁束計（以降、「磁気センサ」と表記する）を内部に配置して極低温に維持するクライオスタット３と、クライオスタット３を保持するガントリ４と、被験者（図示せず）が横になるベッド５が配置されている。ベッド５は、ベッド５の短軸（Ａ方向、ｙ方向）での移動と、ベッド５の長軸（Ｂ方向、ｘ方向）での移動と、ベッド５の上下方向（Ｃ方向、ｚ方向）での移動が可能であって、被検者と複数の磁気センサとの位置合わせを容易に行うことができる。

ＭＳＲ２の外部には、クライオスタット３内に配置される磁気センサを駆動する駆動回路６と、駆動回路６からの出力を増幅してフィルタをかけるアンプフィルタユニット７と、アンプフィルタユニット７からの出力信号をデータ収集し、収集されたデータ（以下、「磁界時系列データ」という）を解析処理するとともに心磁計１の各部の制御を行なう演算装置８と、演算装置８により解析処理された解析結果を表示する表示装置９が主に配置されている。

なお、心磁計１の磁気センサとしては、ＳＱＵＩＤ磁束計に限られず、磁気抵抗効果素子を用いたセンサ、光ポンピング磁束計、フラックスゲート磁束計、磁気インピーダンス素子を用いた磁気センサも適用することができる。

図２を用いて、心磁計１で用いられる磁気センサアレイの配列および被験者に対する配置の一例を説明する。磁気センサアレイを構成する複数の磁気センサは、クライオスタット３（図１参照）の底部の内壁にｚ方向に沿って垂設し、被験者の胸壁１０に対して垂直なｚ方向の磁界成分Ｂ_ｚを経時的に計測する。そして、複数の磁気センサは、磁界の距離変化量を的確に捉えられるように、ｘ方向およびｙ方向には等間隔に配列されている。なお、胸壁１０に対して平行なｘ方向の磁界成分Ｂ_ｘおよびｙ方向の磁界成分Ｂ_ｙを経時的に計測する磁気センサを適用することもできる。

図２の例では、磁気センサ間の距離が０．０２５ｍであって、計測面が０．１７５ｍ×０．１７５ｍ、磁気センサを８×８のアレイ状に配列した６４チャンネルの磁気センサアレイ１１を示している。磁気センサアレイ１１の座標系においては、例えば、符号１２で示す７行３列目に位置する磁気センサが胸部の剣状突起１３の真上に位置するように、磁気センサアレイ１１の位置合わせを行う。なお、１行８列目の磁気センサを座標系の原点Ｏとする。

実施例１として、ＭＳＲ２の外に設置した参照用磁気センサを用い、環境磁界を低減する磁界計測装置について説明する。図１と共通する構成要素については、同じ符号を付して示し、重複する説明は省略する。図３はＭＳＲの外に参照用磁気センサを設置した磁界計測装置（心磁計）の全体構成を示す概略図である。

ＭＳＲ２の外部には環境磁界を計測するための３軸フラックスゲート磁束計１４（以降、「参照用磁気センサ」という）と、参照用磁気センサを駆動させる駆動回路１５と、駆動回路１５からの出力を増幅してフィルタをかけるアンプフィルタユニット１６が配置されており、アンプフィルタユニット１６からの出力信号は演算装置８で収集される。

参照用磁気センサ１４としては、磁気抵抗効果素子を用いたセンサ、磁気インピーダンス素子を用いたセンサや、光ポンピング磁束計を用いた磁気センサも適用することができる。心磁計１の磁気センサアレイ１１の位置と参照用磁気センサ１４の位置のずれは、磁界強度としては環境磁界の発生源の位置からは無視できる程度であるが、計測位置が異なることから、心磁計１の磁気センサのｚ方向の磁界成分Ｂ_ｚのみの観測であっても、３軸での環境磁気成分（磁界成分Ｂ_ｘ、磁界成分Ｂ_ｙ、磁界成分Ｂ_ｚ）により補正することにより、心磁計１の磁気センサに対する環境磁界の影響をより精度よく求めることができる。もちろん、参照用磁気センサ１４の軸数が１軸及び２軸であっても適用することは可能である。さらに、複数の参照用磁気センサ１４を用いてもよい。

図４はＭＳＲ２の外の参照用センサ１４を用いた環境磁界の低減処理手順のフローチャートを示す。まず、処理を開始し（Ｓ１０１）、心磁計（図３参照）を用いて被験者の心臓から発生する磁界時系列データ（以下、「心臓磁界時系列データ」という）とＭＳＲ２外の参照用磁気センサ１４を用いて環境磁界の時系列データ（以下、「環境磁界時系列データ」という）を同時計測する（Ｓ１０２）。

環境磁界時系列データに対してＭＳＲの磁界低減効果を適用する（Ｓ１０３）。ＭＳＲの磁界低減効果には周波数特性があるため、環境磁界時系列データに周波数解析を適用して周波数領域でのデータに変換し、変換した周波数領域データにＭＳＲによる周波数毎の磁界低減率を乗算し、周波数解析を適用して再び時間領域でのデータに変換する。具体的には以下の通りである。環境磁界時系列データが所定の時間間隔でサンプリングしたＮ個の標本点（デジタル信号列）x(t)（t＝1〜T）で与えられたとすると、x(t)の離散的フーリエスペクトルX(k)（k＝0, 1, … K-1）は（数１）から得ることができる。

ここで、ＭＳＲの磁界低減率の周波数特性D_M(w_k)に基づいて、Ｋ個の離散的周波数スペクトル（フィルタ関数）F(k)を（数２）のように設定する。

（数２）に示すフィルタ関数F(k)と（数１）に示す離散的フーリエスペクトルX(k)とを掛け合わせることで（数３）、ＭＳＲの磁界低減効果を適用した離散的周波数スペクトルX’(k)を得ることができる。

離散的周波数スペクトルX’(k)を（数４）に基づいて逆フーリエ変換すると、ＭＳＲの磁界低減効果を適用した環境磁界の時系列データx’(t)を得ることができる。

次に、ＭＳＲの磁界低減効果が適用された環境磁界時系列データに心磁計の磁気センサ（グラジオメータ構造）の磁界低減効果を適用する（Ｓ１０４）。グラジオメータ構造とは超電導線で作成した差分型の検出コイルで検出した磁束をＳＱＵＩＤ磁束計に伝達する構成である。差分型検出コイルを用いることで磁界の空間勾配を検出し、一様な環境磁界を低減することができる。このグラジオメータによる磁界低減率D_gは、先に説明したＭＳＲの磁界低減効果と異なり、周波数に依存しない定数と考えることができる。そこで、処理Ｓ１０３で求めたＭＳＲの磁界低減効果を適用した環境磁界の時系列データx’(t)にグラジオメータの磁界低減率D_gを乗算する（数５）ことで、グラジオメータの磁界低減効果を適用した環境磁界の時系列データx’’(t)を得ることができる。

次に、磁気センサの磁界低減効果が適用された環境磁界時系列データに心磁計のアナログフィルタ（ＨＰＦ及びＬＰＦ）の磁界低減効果を適用する（Ｓ１０５）。具体的には心磁計のアナログフィルタにフィルタタイプやフィルタ次数が類似しているデジタルフィルタを処理Ｓ１０４で求めた環境磁界の時系列データx’’(t)に適用することで得ることができる。例えば、デジタルフィルタとしてＦＩＲ（有限インパルス応答：Finite Impulse Response）フィルタを用いた場合、ＦＩＲフィルタを適用した環境磁界の時系列データx’’’(t)は（数６）から得ることができる。ここで、mはフィルタ次数であり、a_mはフィルタタイプ及びフィルタ次数から決まるフィルタ係数である。

これまでの処理Ｓ１０３〜Ｓ１０５により得られた信号は心磁計１に適用されている環境磁界低減技術による低減効果が反映されており、心磁計で計測される環境磁界の推定値（以下「心磁計推定環境磁界」という）とみなすことができる。次に、この心磁計推定環境磁界の時系列データと、心磁計の各チャンネルで実測された心臓磁界時系列データとの差を最小とするチャンネルごとの重み係数を求める（Ｓ１０６）。参照用磁気センサ１４として３軸（ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸）の磁気センサを用いた場合、各軸のチャンネル毎の重み係数ベクトルW（W＝［W_x, W_y, W_z］）は評価関数（数７）を最小とする値として求めることができる。

評価関数（数７）において、B^MCG _n,tは心磁計のｎ番目（ｎ＝１〜６４）のチャンネルでｔ番目（ｔ＝１〜Ｔ）のサンプリング点で計測された心臓磁界を表している。B^ref _x,t、B^ref _y,t及びB^ref _z,tは、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の参照磁気センサの磁界信号から求めた心磁計１のサンプリング点ｔでの心磁計推定環境磁界をそれぞれ表している。また、W_x,n、W_y,n及びW_z,nは、ｎ番目（ｎ＝１〜６４）のチャンネルにおけるｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の参照用磁気センサの心磁計推定環境磁界に対する重み係数（以下「チャンネル毎の重み係数」という）をそれぞれ表している。

最後に、チャンネル毎の重み係数をかけた心磁計推定環境磁界の時系列データを心磁計で計測された各チャンネルの心臓磁界時系列データから除去し（Ｓ１０７）、除去結果を表示し（Ｓ１０８）、処理を終了する（Ｓ１０９）。

なお、処理Ｓ１０３の環境磁界時系列データに適用する周波数解析法としては、周知の高速フーリエ変換法やピリオドグラム法などがあり、フーリエスペクトルおよびパワースペクトル密度を計算し、環境磁界時系列データの周波数領域でのデータを取得することができる。また、ＭＳＲの周波数毎の磁界低減効果を算出するために、例えば、ＭＳＲの磁気シールド率のカタログ値や実測データを用いることができる。さらに、この磁界低減効果の算出にあたってはＭＳＲの周波数毎の位相変化情報も用いることができる。

処理Ｓ１０４の環境磁界時系列データに対する磁気センサの磁界低減効果を算出するために、例えば、磁気センサの磁界低減率のカタログ値や実測データを用いることができる。

処理Ｓ１０５の環境磁界時系列データに対するアナログフィルタの磁界低減効果を算出するために、例えば、心磁計のアナログフィルタと同じタイプ、遮断周波数、次数のデジタルフィルタから得られる磁界低減率などを用いることができる。

処理Ｓ１０６の評価関数（数７）を最小とするチャンネル毎の重み係数は、例えば、線形計画法の一つである滑降シンプレックス法を用いて求めることができる。

以上説明したＭＳＲ外に配置した参照磁気センサを用いて環境磁界を低減する方法の有効性を電車からの環境磁界の実測データを用いて確認した。

図５Ａに６４チャンネルの心磁計で計測した電車からの環境磁界波形１７（最大磁界強度のチャンネル）を示す。横軸は時間（秒）、縦軸は磁界（ｐＴ）である。図５Ｂには図４に示した処理フローを適用して環境磁界波形１７を低減させた磁界波形１８を示している。図５Ａの磁界波形１７には電車由来の−１５０ｐＴから１００ｐＴ程度のピークが認められ、peak to peak値は２１９．４ｐＴであった。一方、図５Ｂの本実施例の処理フロー適用後の磁界波形１８は−４０ｐＴから４０ｐＴの範囲に存在しており、本手法を適用することで電車からの環境磁界が心磁レベルにまで低減されていることが分かる。本手法適用後の磁界波形１８のpeak to peak値は５９．６ｐＴであり、本手法による磁界低減率は−１１．３ｄＢであった。

この電車からの環境磁界の実データ解析結果から、ＭＳＲ外の参照用磁気センサを用い、ＭＳＲの周波数毎の磁界低減効果などを用いてＭＳＲ内の心磁計で計測される環境磁界の近似値を推定することで、心磁計で計測される環境磁界を低減できることが示された。

また、心磁計１がＭＳＲとアクティブキャンセルを組み合わせた環境磁界低減技術を採用している場合においても、本実施例のＭＳＲ外に設置した参照用磁気センサを用いて環境磁界を低減する手法は効果を有する。

図６はアクティブキャンセルを組み合わせたＭＳＲの外に参照用磁気センサを設置した磁界計測装置（心磁計）１’の全体構成を示す概略図である。ＭＳＲ２の外周にはＭＳＲの周囲に主にｚ成分の磁界を発生するアクティブキャンセル用コイル１９と、アクティブキャンセル用にｚ成分の環境磁界を計測するためのフラックスゲート磁束計２０（以下「アクティブキャンセル用磁気センサ」という）と、アクティブキャンセル用磁気センサ２０で計測した環境磁界を打ち消すための磁界をアクティブキャンセル用コイル１９から発生させるために必要な電流を出力する制御回路２１が配置されている。なお、アクティブキャンセル用コイル１９としては３軸（ｘ、ｙ及びｚ軸）コイルを適用してもよい。また、アクティブキャンセル用磁気センサ２０としては、磁気抵抗効果素子を用いたセンサを適用してもよい。制御回路２１としては、ネガティブフィードバック制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御を適用することができる。

心磁計１’に対しても図４に示したフローチャートに従って環境磁界の低減を実現できる。本実施例の手法の有効性を、電車からの環境磁界の実測データを用いて確認した。

図７Ａにアクティブキャンセル適用時に６４チャンネルの心磁計で計測した電車からの環境磁界波形２２（最大磁界強度のチャンネル）を示す。横軸は時間（秒）、縦軸は磁界（ｐＴ）である。図７Ｂには図４に示した処理フローを適用して環境磁界波形２２を低減させた磁界波形２３を示している。図７Ａの磁界波形２２には電車由来の−２０ｐＴから２０ｐＴ程度のピークが認められ、peak to peak値は３１．１ｐＴであった。一方、図７Ｂの本実施例の処理フロー適用後の磁界波形２３は−１０ｐＴから１０ｐＴの範囲に存在しており、本手法を適用することで電車からの環境磁界が心磁レベルにまで低減されていることが分かる。この本手法適用後の磁界波形２３のpeak to peak値は１７．３ｐＴであり、本手法による磁界低減率は−５．１ｄＢであった。

この電車からの環境磁界の実データ解析結果から、アクティブキャンセルを組み合わせたＭＳＲにおいても、外部の参照用磁気センサを用い、ＭＳＲの周波数毎の磁界低減効果などを用いてＭＳＲ内の心磁計で計測される環境磁界の近似値を推定することで、心磁計で計測される環境磁界を低減できることが示された。

実施例２では、実施例１の磁界計測装置に適用されるインターフェイスについて説明する。まず、チャンネル毎の重み係数をかけた心磁計推定環境磁界の時系列データと、心磁計で計測された各チャンネルの心臓磁界時系列データとの一致度の算出方法を説明する。

３軸（ｘ、ｙ及びｚ軸）の参照用磁気センサを１個用いた場合、チャンネル毎の重み係数をかけた心磁計推定環境磁界の時系列データと、心磁計で計測された各チャンネルの心臓磁界時系列データとの一致度は（数８）から求めることができる。

（数８）において、B^MCG _n,tは心磁計のｎ番目（ｎ＝１〜６４）のチャンネルでｔ番目（ｔ＝１〜Ｔ）のサンプリング点で計測された心臓磁界を表している。B^ref _x,t、B^ref _y,t及びB^ref _z,tは、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の参照磁気センサの磁界信号から求めた心磁計のサンプリング点ｔでの心磁計推定環境磁界をそれぞれ表している。また、W_x,n、W_y,n及びW_z,nは、（数７）から得られた心磁計推定環境磁界の時系列データに対するチャンネル毎の重み係数をそれぞれ表している。

この一致度は心磁計推定環境磁界の時系列データが心磁計で計測された心臓磁界時系列データとどの程度一致しているかを表している。例えば、この一致度を用いて、一致度が何％以上のチャンネルに対して実施例１の環境磁界低減手法を適用するなどの処理が可能となる。

図８は、ＭＳＲ外部の参照用磁気センサを用いて環境磁界を低減した結果を表示する表示画面の一例である。表示画面２４は心磁計の表示装置９に表示される。

表示装置９の表示画面２４は、参照用磁気センサが接続された演算装置８の外部入力チャンネルの信号を表示する外部入力データ表示欄２５と、心磁計で計測された磁界信号を表示する心磁計計測データ表示欄２６と、参照用磁気センサを用いて環境磁界を低減した心磁計測データを表示する心磁計測データ（リダクション後）表示欄２７とを含んでいる。

外部入力データ表示欄２５には、参照用磁気センサで計測された磁界信号２８が表示される。この外部入力データ表示欄２５に表示される参照用磁気センサのチャンネルは、外部入力チャンネル選択ボタン２９を用いて、切り替え可能とする。図の例では、演算装置８は１６チャンネルの外部入力を接続することができる。参照用磁気センサの３軸（ｘ、ｙ及びｚ軸）の信号はそれぞれ外部入力チャンネルを通して入力され、外部入力チャンネル選択ボタン２９により選択された「外部入力チャンネル６５」に相当する参照用磁気センサの信号が磁界信号２８として表示されている。

心磁計計測データ表示欄２６には、心磁計で計測された磁界信号３０が表示される。この心磁計計測データ表示欄２６に表示される心磁計の磁気センサのチャンネルは、心磁計チャンネル選択ボタン３１を用いて、切り替え可能とする。心磁計チャンネル選択ボタン３１により選択された「心磁計チャンネル１」の磁気センサの信号が磁界信号３０として表示されている。

心磁計測データ（リダクション後）表示欄２７には、参照用磁気センサを用いて環境磁界を低減した磁界信号３２が表示される。この心磁計測データ（リダクション後）表示欄２７に表示される心磁計の磁気センサのチャンネルは、心磁計チャンネル選択ボタン３３を用いて、切り替え可能とする。心磁計チャンネル選択ボタン３３により選択された「心磁計チャンネル１」の心磁計測データ（リダクション後）が磁界信号３２として表示されている。

この心磁計チャンネル選択ボタン３３の各チャンネル表示の背景は、参照用磁気センサを用いて推定された心磁計推定環境磁界の時系列データと心磁計の各チャンネルの心臓磁界時系列データとの一致度が高いチャンネルは黒３４、一致度が中程度のチャンネルは灰色３５、一致度が低いチャンネルは白３６で表示される。色分けする一致度のしきい値はシステムまたは操作者により任意に設定することができる。色分けも３段階に限られるものではない。さらに、参照用磁気センサを用いた環境磁界低減処理の適用可否を判断するため、一致度のしきい値を表示するしきい値表示欄３７が表示される。このしきい値の値は、操作者が設定可能である。あるいは装置のデフォルト値を定めておいてもよい。リダクション実行ボタン３８を押下することにより、しきい値表示欄３７に表示される一致度以上の値を有する心磁計のチャンネルに対して実施例１に示した環境磁界低減処理が実施される。一致度は環境磁界が心磁計測データに対する影響を示しており、一致度の高い（しきい値以上である）、すなわち環境磁界の影響の大きなチャンネルに対しては環境磁界の低減処理を行い、一致度の低い（しきい値未満である）、すなわち環境磁界の影響の小さなチャンネルに対しては環境磁界の低減処理を行うことなく、計測された心磁計測データそのままとすることができる。

図９は、ＭＳＲ外部の参照用磁気センサを用いて図４のフローにしたがって環境磁界を低減する処理に用いる心磁計の環境磁界の低減効果を設定する表示画面の一例である。表示画面３９は心磁計の表示装置９に表示される。

表示装置９の表示画面３９には、ＭＳＲのシールド率の周波数特性を表示するＭＳＲの磁気シールド率の周波数特性表示欄４０と、心磁計の磁気センサの磁界低減率を表示する磁気センサの低減率表示欄４１、心磁計のアンプフィルタユニットのハイパスフィルタの低減率の周波数特性を表示するハイパスフィルタの低減率の周波数特性表示欄４２、心磁計のアンプフィルタユニットのローパスフィルタの低減率の周波数特性を表示するローパスフィルタの低減率の周波数特性表示欄４３とを含んでいる。

ＭＳＲの磁気シールド率の周波数特性表示欄４０には、ＭＳＲの周波数毎の磁気シールド率４４が表示される。ＭＳＲの磁気シールド率の周波数特性表示欄４０に表示される周波数毎の磁気シールド率は、周波数毎の磁気シールド率設定欄４５を用いて、設定可能とする。

また、ＭＳＲの磁気シールド率の周波数特性表示欄４０には、ＭＳＲの磁界低減効果の算出にあたって位相変化情報を用いる場合には、ＭＳＲの位相変化情報も表示することができる。この場合、周波数毎の磁気シールド率設定欄４５には周波数毎の位相変化情報設定欄が表示される。

ハイパスフィルタの低減率の周波数特性表示欄４２には、ハイパスフィルタの周波数毎の低減率４６が表示される。ハイパスフィルタの低減率の周波数特性表示欄４２に表示される周波数毎の低減率は、ハイパスフィルタのフィルタタイプを設定するフィルタタイプ設定欄４７、ハイパスフィルタの次数を設定する次数設定欄４８、ハイパスフィルタの遮断周波数を設定する遮断周波数設定欄４９に基づいて計算された値が表示される。

ローパスフィルタの低減率の周波数特性表示欄４３には、ローパスフィルタの周波数毎の低減率５０が表示される。ローパスフィルタの低減率の周波数特性表示欄４３に表示される周波数毎の低減率は、ローパスフィルタのフィルタタイプを設定するフィルタタイプ設定欄５１、ローパスフィルタの次数を設定する次数設定欄５２、ローパスフィルタの遮断周波数を設定する遮断周波数設定欄５３に基づいて計算された値が表示される。

１，１’：心磁計、２：磁気シールドルーム（ＭＳＲ）、３：クライオスタット、４：ガントリ、５：ベッド、６：駆動回路、７：アンプフィルタユニット、８：演算装置、９：表示装置、１１：磁気センサアレイ、１４：参照用磁気センサ、１５：駆動回路、１６：アンプフィルタユニット、１９：アクティブキャンセル用コイル、２０：アクティブキャンセル用磁気センサ、２１：制御回路。

Claims (11)

1. 磁気シールドルームと、
   前記磁気シールドルームの内部に配置される磁気センサと、
   前記磁気シールドルームの外部に配置される参照用磁気センサと、
   前記磁気センサからの磁界時系列データ及び前記参照用磁気センサからの環境磁界時系列データが入力される演算装置とを有し、
   前記演算装置は、前記磁界時系列データに含まれる環境磁界の大きさを、前記磁界時系列データと前記環境磁界時系列データから求めた推定環境磁界時系列データとの所定の評価関数を最小とするように求め、かつ、前記推定環境磁界時系列データを求めるにあたり、前記環境磁界時系列データに対して前記磁気シールドルームの周波数毎の磁界低減効果を適用する磁界計測装置。
2. 請求項１において、
   前記磁気センサは１軸の磁界成分を検出する超電導磁気センサであり、
   前記参照用磁気センサは、複数軸の磁界成分を検出する常温磁気センサであり、
   前記所定の評価関数は、前記磁界時系列データとそれぞれ重み付けをした前記複数軸ごとの前記推定環境磁界時系列データとの差の総和として表される磁計計測装置。
3. 請求項１において、
   前記演算装置は、前記推定環境磁界時系列データを求めるにあたり、さらに前記磁気センサの構造に基づく磁界低減効果及び前記磁気センサの出力に加えられるアナログフィルタの磁界低減効果を適用する磁界計測装置。
4. 請求項１において、
   前記磁気シールドルームの周囲に設けられ、前記磁気センサが検出する軸方向の磁界を発生するアクティブキャンセル用コイルと、
   前記軸方向の環境磁界を計測するアクティブキャンセル用磁気センサと、
   前記アクティブキャンセル用磁気センサで計測した環境磁気を打ち消すための磁界を前記アクティブキャンセル用コイルに発生させる制御回路とを有する磁計計測装置。
5. 請求項１において、
   複数の前記磁気センサがアレイ状に配置されて、複数チャンネルの磁気センサアレイを構成し、
   前記演算装置は、前記磁気センサアレイのチャンネルごとに、前記磁界時系列データと前記所定の評価関数を最小とするように重み付けをした前記推定環境磁界時系列データとの一致度を算出する磁界計測装置。
6. 請求項５において、
   表示装置を有し、
   前記表示装置は、前記磁界時系列データから前記所定の評価関数を最小とするように重み付けをした前記推定環境磁界時系列データにより環境磁界を低減した計測磁界を表示する磁界計測装置。
7. 請求項６において、
   前記複数のチャンネルごとの一致度を前記表示装置に表示し、
   前記表示装置は、前記一致度の大きさを識別可能に表示する磁界計測装置。
8. 請求項６において、
   前記表示装置は、前記演算装置が前記推定環境磁界時系列データを求めるための設定画面を有し、
   前記設定画面において、前記磁気シールドルームの磁気シールド率の周波数特性を表示する磁界計測装置。
9. 磁気シールドルームの内部に配置される複数チャンネルの磁気センサアレイのそれぞれから磁界時系列データを取得し、
   前記磁界時系列データの取得と同時に、前記磁気シールドルームの外部に配置される参照用磁気センサから環境磁界時系列データを取得し、
   前記環境磁界時系列データに対して前記磁気シールドルームの周波数毎の磁界低減効果を含む磁界計測装置の磁界低減効果を適用して推定環境磁界時系列データを求め、
   前記磁界時系列データに含まれる環境磁界の大きさを、前記磁界時系列データと前記推定環境磁界時系列データとの所定の評価関数を最小とするように求め、
   前記磁気センサアレイのチャンネルごとに、前記磁界時系列データと前記所定の評価関数を最小とするように重み付けをした前記推定環境磁界時系列データとの一致度を算出し、
   前記磁気センサアレイのチャンネルごとの前記一致度を表示装置に表示し、
   前記参照用磁気センサを用いた環境磁界低減処理の可否を定めるしきい値の設定を受け、
   前記一致度が前記しきい値以上のチャンネルについては、前記磁界時系列データから前記所定の評価関数を最小とするように重み付けをした前記推定環境磁界時系列データにより環境磁界を低減した計測磁界を表示し、前記一致度が前記しきい値未満のチャンネルについては、前記磁界時系列データを表示する計測磁界表示方法。
10. 請求項９において、
    前記磁気センサアレイはそれぞれ１軸の磁界成分を検出する超電導磁気センサがアレイ状に配置されて構成され、
    前記参照用磁気センサは、複数軸の磁界成分を検出する常温磁気センサであり、
    前記所定の評価関数は、前記磁界時系列データとそれぞれ重み付けをした前記複数軸ごとの前記推定環境磁界時系列データとの差の総和である計測磁界表示方法。
11. 請求項９において、
    前記磁界計測装置の磁界低減効果として、さらに前記磁気センサアレイを構成する磁気センサの構造に基づく磁界低減効果及び前記磁気センサの出力に加えられるアナログフィルタの磁界低減効果を含む計測磁界表示方法。

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