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WO2006067828A1 - 超伝導磁気シールド脳磁界計測装置の計測構造体 - Google Patents

超伝導磁気シールド脳磁界計測装置の計測構造体 Download PDF

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WO2006067828A1
WO2006067828A1 PCT/JP2004/019012 JP2004019012W WO2006067828A1 WO 2006067828 A1 WO2006067828 A1 WO 2006067828A1 JP 2004019012 W JP2004019012 W JP 2004019012W WO 2006067828 A1 WO2006067828 A1 WO 2006067828A1
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WO
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wall
enclosure
upper space
adiabatic expansion
cooling medium
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/019012
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Toshiaki Matsui
Hiroshi Ohta
Original Assignee
National Institute Of Information And Communications Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/035—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using superconductive devices
    • G01R33/0354—SQUIDS
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/242—Detecting biomagnetic fields, e.g. magnetic fields produced by bioelectric currents
    • A61B5/245—Detecting biomagnetic fields, e.g. magnetic fields produced by bioelectric currents specially adapted for magnetoencephalographic [MEG] signals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
    • Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
    • Y10S505/842—Measuring and testing
    • Y10S505/843—Electrical
    • Y10S505/845—Magnetometer
    • Y10S505/846—Magnetometer using superconductive quantum interference device, i.e. squid

Definitions

  • the present invention relates to a superconducting magnetic shield brain magnetic field measuring apparatus that measures a weak magnetic field of about one hundred millionth of the earth's magnetic field generated by a nerve current that flows in nerves of the brain when the brain works.
  • a SQUID Superconducting Quantum Interference Device
  • a brain magnetic field sensor When a SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) is immersed in liquid helium and operated as a brain magnetic field sensor at extremely low temperatures, such a weak magnetic field can be detected. This makes it possible to observe the state of the cranial nerve network and use it to investigate brain functions (memory, learning, attention, etc.) and to diagnose brain disorders (attention deficits, autism, learning disorders, schizophrenia, etc.) can do.
  • brain functions memory, learning, attention, etc.
  • brain disorders attention deficits, autism, learning disorders, schizophrenia, etc.
  • a brain magnetic field measurement apparatus using SQUID in liquid helium and used as a brain magnetic field sensor at extremely low temperatures has been developed and implemented by the present inventors.
  • This conventional superconducting magnetic shield brain magnetic field measuring device comprises a hollow cylindrical vacuum heat insulating structure 11, a circulation cooling device 12, a cryogenic vessel 13, and a top enclosure 14! /.
  • the vacuum heat insulating structure 11 has a hollow cylindrical structure in which a first enclosure 111 of a high-temperature superconductor and a second enclosure 112 of a high magnetic permeability magnetic material are accommodated in a double wall.
  • the circulation cooling device 12 circulates a cooling medium that cools the first enclosure 111 of the high-temperature superconductor disposed in the double wall space of the vacuum thermal insulation structure 11.
  • the first enclosure 1 11 is thin! When a cooling pipe is wound, helium gas is circulated through the cooling pipe to cool the enclosure and prevent external magnetic fields from entering! .
  • the cryogenic container 13 is disposed in and fixed to the cylindrical vacuum thermal insulation structure 11.
  • the top enclosure 14 is a double structure enclosure (hollow inside) of a good metallic conductor (electromagnetic wave shielding) and a magnetic material (magnetic field shielding) and is fitted to the top of the vacuum thermal insulation structure 11.
  • a head receiving area 131 that surrounds the subject's head is limited below the cryogenic container 13, and the SQUID magnetic sensor 15 around the head containing area 131 inside the cryogenic container 13. Is disposed on the support member 20.
  • liquid helium is a cryogenic medium. Are filled.
  • the vacuum heat insulating structure 11 is installed on the floor, and a non-magnetic chair 17 is disposed in the lower opening thereof.
  • the top of the vacuum heat insulating structure 11 is fitted with the top enclosure 14 of magnetic material in order to prevent the top force from invading electromagnetic waves and geomagnetism.
  • the top enclosure 14 is removed and the cryogenic vessel 13 is replenished with evaporated liquid helium.
  • Patent Document 1 JP-A-10-313135
  • Patent Document 2 International Publication Number WO2004Z066836 A1
  • Non-patent document 1 “Full-head SQUID brain magnetic field measurement device using high-temperature superconductor magnetic shield” Hiroshi Ota, Ceramics 35 (2000) No. 2, Special issue Brain and ceramics Elucidation of brain function, diagnosis, treatment Active ceramics
  • Tokubi 2 Nanometer SNS junctions and their application to SQUIDOs by Hiroshi Ohta et al, "PHYSICA C ⁇ 352 (2001) 186-190
  • the vacuum thermal insulation structure 11 and the cryogenic vessel 13 will be further described.
  • the first enclosure 111 of the high-temperature superconductor bismuth 'strontium' calcium 'copper oxide: BSCCO
  • BSCCO bismuth 'strontium' calcium 'copper oxide
  • a pillow structure that fills the gap between the inner wall of the structure 11 and the outer wall of the cryogenic vessel 13 is used, and the structure 11 is supported on the floor via a vibration isolation support.
  • the anti-vibration support has vibration absorbing means for absorbing vibration from the floor and vibration from the floor.
  • a vibration isolation mechanism that detects and cancels the vibration by feedback control.
  • the cryogenic container 13 contains about 40 liters of liquid helium (one 270 ° C). During operation, it evaporates and is discharged from the duct of the cryogenic container 13 into the atmosphere. The amount is about 20 liters per day, so 20 liters of liquid helium must be replenished every other day.
  • Liquid helium to be replenished annually is expensive (about 10 million yen), and because it is extremely cold, the work is dangerous, and it was necessary to secure personnel who can handle dangerous goods for replenishment.
  • helium gas instead of liquid helium as a refrigerant and circulate and supply helium gas from a refrigerator using a pump.
  • the gas refrigerator that can supply a large amount of helium gas required by the cryogenic vessel 13 becomes large-scale, and its manufacture, installation, and operation are impossible in reality. Cooling the magnetic shield enclosure 111 by cooling the helium gas in the refrigerator by cooling at a higher temperature (one 250 ° C.) than that of the cryogenic vessel 13 is the limit. For this reason, the cryogenic vessel 13 is liquid-cooled while replenishing the consumption of liquid helium, and helium gas is circulated to the first enclosure 111 of the high-temperature superconductor in the double wall to cool the gas.
  • An object of the present invention is to solve the maintenance problem of the refrigerant in the superconducting magnetic shield brain magnetic field measurement device in consideration of the cooling capacity of a practical cryogenic refrigerator, and to perform measurement by vibration.
  • An object of the present invention is to provide a simple measurement structure that can eliminate noise.
  • helium gas is adiabatically expanded and liquidized, thereby replenishing liquid helium vapor, or liquid helium gas (liquid helium) is heated to the SQUID magnetic sensor. It can also be cooled by contact indirectly through conduction. In this case as well, since the load on the helium gas refrigerator is reduced due to the reduction of heat intrusion due to the one-piece structure, the capacity of the helium gas refrigerator is sufficient with a realistic size. In this way, the cooling of the SQUID magnetic sensor can be handled with difficulty, and it can be carried out with helium gas in the same way as the cooling of the first enclosure of the high-temperature superconductor that prevents the penetration of an external magnetic field that is not liquid helium. . As a result, the brain magnetic field measuring device can be operated only by the electric energy that operates the helium gas refrigerator.
  • the measurement structure of the superconducting magnetic shield brain magnetic field measurement apparatus of the present invention includes an enclosure outer wall, a first enclosure inner wall that defines an upper space closed upward in the enclosure outer wall, and a downward opening.
  • a second surrounding inner wall that limits the lower space, and the bottom of the first surrounding inner wall and the ceiling of the second surrounding inner wall are arranged to face each other so that the inside of the surrounding outer wall and the inside of the first surrounding
  • An airtight structure consisting of a wall and a second enclosing inner wall
  • the SQUID magnetic sensor is cooled in the upper space via a cooling medium, and the first enclosure of the high-temperature superconductor is cooled in the annular vacuum space via the cooling medium. ing.
  • the integrated structure that blocks heat intrusion from the side wall significantly reduces the wear of the refrigerant. Noise to the measurement due to vibration can be eliminated.
  • the superconducting magnetic shield brain magnetic field measuring device can be operated by a cryogenic refrigerator with realistic cooling capacity.
  • the cooling medium in the upper space is liquid helium accommodated in the upper space, and the cooling medium for cooling the first enclosure of the high-temperature superconductor is helium gas.
  • the wear during operation of the liquid helium is halved.
  • An adiabatic expansion chamber is further provided in the upper space, the cooling medium in the upper space is liquid helium accommodated in the upper space, and the cooling medium supplied to the adiabatic expansion chamber is helium gas.
  • the gas is liquefied in the adiabatic expansion chamber, and the liquid helium produced thereby is dropped into the upper space to replenish the evaporation.
  • the first enclosure of the high-temperature superconductor is cooled by helium gas, which is a cooling medium of the same or different refrigerator power.
  • An adiabatic expansion chamber is further provided in the upper space, the cooling medium in the upper space is liquid helium accommodated in the upper space, and the cooling medium supplied to the adiabatic expansion chamber is also helium gas.
  • the gas is liquefied in the adiabatic expansion chamber and the SQUID magnetic sensor is indirectly cooled by heat conduction.
  • the cooling medium that cools the first enclosure of the high-temperature superconductor is helium gas.
  • the helium gas cooling pump can be operated to cool the SQUID magnetic sensor and the first enclosure of the magnetic field shielded high-temperature superconductor.
  • a refrigerant such as liquid nitrogen or liquid helium
  • the continuous operation of the brain magnetic field measurement device is possible only with electrical energy for operating the refrigerator.
  • the refrigerator operates with a commercial power supply (100 volts), is small, and the measurement structure is insensitive to vibrations. Therefore, a brain magnetic field measurement device can be installed in the vehicle and used for cyclic diagnosis. it can.
  • the cylindrical measurement structure 1 of the superconducting magnetic shield cerebral magnetic field measuring apparatus of the present invention includes an enclosure outer wall 114 and a first enclosure inner wall 115 that limits the upper space S1 closed upward in the enclosure outer wall 114. Second inner wall that defines the lower space S2 that opens downward And an airtight structure with 116. As shown in the figure, the first surrounding inner wall 115 and the second surrounding inner wall 116 are arranged in the surrounding outer wall 114 with the bottom of the first surrounding inner wall 115 and the ceiling of the second surrounding inner wall 116 facing each other. .
  • the first enclosure 111 of the high temperature superconductor and the second of the high permeability magnetic body Place the enclosure 112 in the same center.
  • the annular space is evacuated to form a vacuum chamber, and the hermetic structure is thermally insulated from the outside.
  • a head housing that surrounds the human head by forming a recess in the center of the vacuum partition 113 formed by facing the bottom of the first surrounding inner wall 115 and the ceiling of the second surrounding inner wall 116.
  • An area 131 is formed, and the SQUID magnetic sensor 15 is arranged inside the upper space S1 along this accommodation area.
  • Reference numeral 20 denotes a support for these sensors 15.
  • the SQUID magnetic sensor 15 is cooled via liquid helium H, and in the annular vacuum space, the circulating cooling device is connected to the cooling gabion (not shown) of the enclosure 111 of the high-temperature superconductor. Send helium gas from 12 and cool. The subject sits on a non-metallic chair 17 with his head in the recess.
  • FIGS. 5A and 5B schematically show the structures of the measurement structures of the brain magnetic field measurement apparatus of the present invention and the prior art as shown in FIGS. 1 and 4, respectively.
  • the cerebral magnetic field measuring apparatus of the present invention has one vacuum chamber VI including an outer wall 114, a first inner wall 115, and a second inner wall 116.
  • the cylindrical vacuum heat insulating structure 11 and the cryogenic container 13 are separated.
  • the vacuum chamber V2 of the cylindrical vacuum heat insulating structure 11 and the vacuum chamber V3 of the cryogenic vessel 13 are also separated.
  • the ends of the vacuum walls forming the vacuum seal are drawn open for illustration, but in reality, the ends of the vacuum walls are sealed with each other, Vacuum sealed with O-seal ring.
  • the measurement structure 1 according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment shown in FIG. Same as example.
  • the cooling medium in the upper space is liquid helium H
  • the cooling medium supplied to the adiabatic expansion chamber 117 is helium gas
  • this helium gas is liquefied in the adiabatic expansion chamber 117 to form liquid helium. It drops into the upper space and replenishes the evaporation during operation.
  • the helium gas that cools the first enclosure 111 of the high-temperature superconductor is supplied by a helium refrigerator 12, and the helium refrigerator 214 is supplied to the adiabatic expansion chamber 117.
  • FIG. 1 which is the third embodiment of the present invention is the second embodiment of FIG. 2 except that a thermal conductor 118 is provided to connect the adiabatic expansion chamber 117 and the support 20 of the SQUID sensor 15.
  • the support 20 of the SQID sensor 15 is a good heat conductor, and the liquid helium in the adiabatic expansion chamber 117 is indirectly contacted via the heat conductor 118 to cause the SQUID sensor 15 to conduct heat.
  • Upper space S1 is a vacuum force
  • Low pressure Helium gas filling force Liquid helium is not filled.
  • helium gas (20K) supplied to the adiabatic expansion chamber 117 becomes liquid helium (4.3K) in the adiabatic expansion chamber 117 by adiabatic expansion, and indirectly cools the SQUID magnetic sensor by heat conduction.
  • the helium gas that cools the first enclosure 111 and the helium gas that is supplied to the adiabatic expansion chamber 117 are supplied from the circulating cooling devices 12 and 214. Can operate continuously.
  • the measurement structure of the present invention makes the superconducting magnetic shield brain magnetic field measurement apparatus suitable for practical use.
  • only the circulation cooling device can be operated in an environment where a commercial power source can be used, and the brain magnetic field device can be continuously operated.
  • the brain magnetic field device is operated in the state of being mounted on the vehicle, and the brain function (memory, learning, attention, etc.) is examined, or brain damage (attention deficit). Diagnosis of autism, learning disabilities, schizophrenia, etc.) can be extended to the field of traveling practice.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a magnetoencephalograph having the measurement structure according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of a measurement structure according to a second embodiment of the present invention.
  • ⁇ 3 This is a schematic diagram of a measurement structure according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view schematically showing the structure of the brain magnetic field measurement apparatus of the present invention.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view schematically showing the structure of a prior art brain magnetic field measuring apparatus.

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Abstract

　超伝導磁気シールド脳磁界計測装置の計測構造体は、包囲外壁と包囲外壁内で上方に閉じた上部空間を限定する第１包囲内壁と下方に開いた下部空間を限定する第２包囲内壁との真空機密体で、第１包囲内壁の底を第２包囲内壁の天井と対向させ包囲外壁内に配置する。包囲外壁と第１及び第２の包囲内壁の間の環状真空空間に高温超伝導体の第１包囲体と高透磁率磁性体の第２包囲体を配置する。第１包囲内壁底を第２包囲内壁天井と対向させ中空隔壁に頭部収容域を形成し、上部空間の内側にＳＱＵＩＤ磁気センサを配置する。上部空間の液体ヘリウムでセンサを冷却し、循環ヘリウムガスで第１包囲体を冷却する。上部空間に断熱膨張室を設けヘリウムガスを供給しその中で断熱膨張させてヘリウムガスを液化し、上部空間の液体ヘリウム浴に滴下して稼働中液体ヘリウムの損耗を補充する。又は断熱膨張室を熱伝導体でセンサと接続し、液化ヘリウムでセンサを間接冷却する。

Description

明 細 書
超伝導磁気シールド脳磁界計測装置の計測構造体
技術分野
[0001] 本発明は脳が働くとき脳の神経に流れる神経電流がつくる地球磁場の一億分の一 程度の弱い磁場を計測する超伝導磁気シールド脳磁界計測装置に係るものである。
SQUID (Superconducting Quantum Interference Device:超 izs導量子千渉ァノ ス )を液体ヘリウムに漬けて極低温下で脳磁界センサとして作動させると、そのような微 弱な磁場を検出できる。これにより脳神経ネットワークの様子を観察することができ、 脳の働き (記憶、学習、注意など)を調べたり、脳障害 (注意欠陥、自閉症、学習障害 、精神分裂症など)の診断に利用することができる。
背景技術
[0002] SQUIDを液体ヘリウムに漬けて極低温下で脳磁界センサとして使用した脳磁界計 測装置は本発明者により開発され、実施されている。
図 4を参照する。この従来の超伝導磁気シールド脳磁界計測装置は中空の円筒状 真空熱絶縁構造体 11と、循環冷却装置 12と、極低温容器 13と、頂部包囲体 14とを 備えて!/、る。真空熱絶縁構造体 11は高温超伝導体の第 1の包囲体 111と高透磁率 磁性体の第 2の包囲体 112とを二重壁内に収容し、中空円筒状の構造となっている 。循環冷却装置 12は真空熱絶縁構造体 11の二重壁の空間に配置された高温超伝 導体の第 1の包囲体 111を冷却する冷却媒体を循環させている。この第 1の包囲体 1 11には細!、冷却パイプが巻きつ ヽて 、て、その冷却パイプにヘリウムガスを循環さ せて包囲体を冷却し外部磁場の侵入を防!、で 、る。
[0003] 極低温容器 13は円筒状真空熱絶縁構造体 11内に配置され、それに固定されてい る。頂部包囲体 14は金属良導体 (電磁波遮蔽)と磁性材料 (磁場遮蔽)の二重構造 の包囲体（内部は中空）となって真空熱絶縁構造体 11の頂部に嵌合している。極低 温容器 13の下方に被検者の頭部を包囲する頭部収容域 131が限定されており、そ して極低温容器 13の内部で頭部収容域 131の周囲で SQUID磁気センサ 15が支 持部材 20に配置されて 、る。この極低温容器 13には極低温媒体である液体へリウ ムを充填している。
[0004] この真空熱絶縁構造体 11を床上に据え付け、それの下方開口に非磁性体の椅子 17を配置する。真空熱絶縁構造体 11の頂部に磁性材料の頂部包囲体 14を嵌合さ せたのは頂部力も電磁波と地磁気が侵入するのを防ぐためである。この頂部包囲体 14を取り外して極低温容器 13に蒸発した液体ヘリウムを補充する。
[0005] 上述の従来技術を示す文献としては以下のものがある。
特許文献 1 :特開平 10— 313135
特許文献 2 :国際公開番号 WO2004Z066836 A1
非特許文献 1：「高温超伝導体磁気シールドを用いた全頭型 SQUID脳磁界計測装 置」 大田 浩、セラミックス 35 (2000) No. 2、特集 脳とセラミックス 脳の機能解明 、診断、治療に活躍するセラミックス
^^特干文献 2： Nanometer SNS junctions and their application to SQUIDOs by Hiroshi Ohta et al, "PHYSICA C〃 352 (2001) 186-190
[0006] 真空熱絶縁構造体 11と極低温容器 13とについてさらに述べる。高温超伝導体 (ビ スマス'ストロンチューム 'カルシューム '銅の酸化物： BSCCO)の第 1の包囲体 111 を液体窒素温度付近まで低下（103K以下）させると、この高温超伝導体の内側の空 間には磁力線が外部力 入り込むことはできなくなる。しかし、真空熱絶縁構造体 11 の内部空間には第 1の包囲体 111の温度を低下させる前に既に地球磁場の磁束が 入り込んでおり、その磁束が第 1の包囲体 111にピン止めされて、トラップされている 。この状態では極低温容器 13が第 1の包囲体 111に対して縦方向に移動しても、横 方向に移動しても SQUID磁気センサ 15を横切るピン止め静磁界の磁力線の成分 は変化し、これがノイズ信号となって現れる。このノイズ信号を排除すると言う課題は、 構造体 11と極低温容器 13とを相互に動力ないよう固定することにより、そして脳磁界 計測装置を設置した床から構造体 11への振動伝達を完全に遮断して極低温容器 1 3が構造体 11内の包囲体 111に対し僅かでも移動しな 、ようにすることによって解決 している (特許文献 2参照)。具体的には構造体 11の内壁と極低温容器 13の外壁と の間隙を埋める枕構造体を使用し、さらに構造体 11を除振支持体を介して床上に支 持して 、る。除振支持体は床からの振動を吸収する振動吸収手段と床からの振動を 検知してフィードバック制御により振動を相殺する除振機構とを備えている。
[0007] この除振手段によりノイズを排除し脳磁界を精確に計測することは可能となったの であるが、なお問題となって!/、たのは計測装置を使用するのにそれを極低温状態に 維持しなければならないが、そのことは冷却能力的に見て冷凍機の設計製作上、そ して保守管理上極めて困難であって、殆ど非現実的であった。すなわち、極低温容 器 13は液体ヘリウム (一 270°C)を 40リットル程収容しているのである力 稼動中これ が蒸発して極低温容器 13のダクトから大気中に排出される。その量は一日当たり 20 リットル程度であり、そのため一日置きに 20リットルの液体ヘリウムを補充しなければ ならない。年間で補充する液体ヘリウムは高額となり（約 1、 000万円）、また極低温で あるためその作業は危険であって、補充のため危険物を扱える人員も確保しなけれ ばならな力つた。このような保守管理上の問題の解消のためにも、液体へリウムでは なくヘリウムガスを冷媒として利用し、ポンプを利用して冷凍機カゝらヘリウムガスを循 環供給することが考えられるが、極低温容器 13が必要とする大量のヘリウムガスを供 給できるガス冷凍機は大規模なものとなって、その製作、設置、稼働は現実には不可 能である。冷凍機でヘリウムガスを循環させて冷却するのは、冷却能力的に極低温 容器 13よりも高温 (一 250°C)で冷却すれば足りる磁気シールド包囲体 111の冷却が 限界である。このため極低温容器 13は液体ヘリウムの消耗を補充しながら液冷し、二 重壁内の高温超伝導体の第 1の包囲体 111へはヘリウムガスを循環させガス冷却し ている。
発明の開示
[0008] 本発明の目的は超伝導磁気シールド脳磁界計測装置におけるこの冷媒の保守管 理上の問題を現実的な極低温冷凍機の冷却能力を考慮して解決し、併せて振動に よる計測への雑音をも排除することのできる構造簡単な計測構造体を提供することに ある。
[0009] 再び図 4を参照する。極低温容器 13とこれを包囲する中空の円筒状真空熱絶縁構 造体 11との間には環状の空間があって、この包囲空間は構造体 11の外側の周囲環 境とつながつている。そのため、矢で示すように極低温容器 13に熱が侵入して液体 ヘリウムの蒸発を促進して 、ることを発見した。本発明はこの発見に基礎を置 1、て ヽ る。この外部からの熱侵入を阻止するには中空の円筒状真空熱絶縁構造体 11と極 低温容器 13とを一体構造として包囲空間をなくすれば足りる。事実、この一体構造 によって液体ヘリウムの消費は半減する。また、この一体構造にすることは円筒状真 空熱絶縁構造体 11と極低温容器 13との相対的微動をも排除して床力もの振動によ るノイズ発生の原因も除去することになつて、除振装置は実質的には不要となる。
[0010] さらにこの構成を基礎としてヘリウムガスを断熱膨張させて液ィ匕し、それにより液体 ヘリウムの蒸発分を補充し、または液ィ匕したヘリウムガス (液体ヘリウム）を SQUID磁 気センサに熱伝導により間接的に接触させて冷却するようにもできる。この場合も、一 体構造ィ匕による熱侵入の減少によりヘリウムガス冷凍機への負荷が軽減されている ためにヘリウムガス冷凍機の容量は現実的な大きさのもので足りる。このようにして S QUID磁気センサの冷却を取り扱 、難 、液体ヘリウムではなぐ外部磁界の侵入を 阻止する高温超伝導体の第 1の包囲体の冷却と同様ヘリウムガスにより実施できるこ ととなる。その結果へリウムガス冷凍機を運転する電気エネルギーのみで脳磁界計測 装置を稼働できる。
[0011] すなわち、本発明の超伝導磁気シールド脳磁界計測装置の計測構造体は、 包囲外壁と、この包囲外壁内で上方に閉じた上部空間を限定する第 1の包囲内壁 と、下方に開いた下部空間を限定する第 2の包囲内壁とを備え、第 1の包囲内壁の 底と第 2の包囲内壁の天井とを対向させて配置して、前記の包囲外壁内と第 1の包 囲内壁と第 2の包囲内壁とから成る気密構造体、
前記の包囲外壁と前記の第 1と第 2の包囲内壁との間に形成された環状真空空間 に配した高温超伝導体の第 1の包囲体と高透磁率磁性体の第 2の包囲体、 第 1の包囲内壁の底と第 2の包囲内壁の天井とを対向させて形成した中空隔壁に 限定した人体の頭部を包囲する頭部収容域に沿って前記の上部空間の内側に配置 した SQUID磁気センサ
を備え、前記の上部空間では冷却媒体を介して SQUID磁気センサを冷却し、前 記の環状真空空間内では冷却媒体を介して前記の高温超伝導体の第 1の包囲体を 冷却するようにしている。
[0012] この側壁からの熱侵入を遮る一体化構造により冷媒の損耗を著しく低減し、併せて 振動による計測への雑音をも排除することができる。事実、超伝導磁気シールド脳磁 界計測装置は現実的な冷却能力の極低温冷凍機により稼働できるものとなった。
[0013] 上部空間の冷却媒体は上部空間に収容された液体ヘリウムであり、高温超伝導体 の第 1の包囲体を冷却する冷却媒体はヘリゥムガスである。液体ヘリゥムの稼働中の 損耗は半減する。
[0014] 上部空間に断熱膨張室をさらに備え、上部空間の冷却媒体は上部空間に収容さ れた液体ヘリウムであり、そして断熱膨張室に供給される冷却媒体はヘリウムガスで あって、このヘリウムガスは断熱膨張室で液ィ匕し、それにより生じた液体ヘリウムを上 部空間に滴下して蒸発分を補充する。そして高温超伝導体の第 1の包囲体は同一ま たは別の冷凍機力 の冷却媒体であるヘリウムガスにより冷却される。
[0015] この構成により稼働中液体ヘリウムの損耗は補充され、液体ヘリウムの補填による 脳磁界計測の中断なしの連続稼働が実現される。
[0016] 上部空間に断熱膨張室をさらに備え、上部空間の冷却媒体は上部空間に収容さ れた液体ヘリウムであり、そして断熱膨張室に供給された冷却媒体もヘリウムガスで あって、このヘリウムガスは断熱膨張室で液ィ匕して前記の SQUID磁気センサを熱伝 導により間接的に冷却する。高温超伝導体の第 1の包囲体を冷却する冷却媒体はへ リウムガスである。
[0017] この構成によりヘリウムガス冷却ポンプを作動させて SQUID磁気センサと磁場遮 蔽の高温超伝導体の第 1の包囲体とを冷却することができる。このようにして取り扱い 難 ヽ液体窒素や液体ヘリウムなどの冷媒を用いる必要はなくなり、冷凍機運転のた めの電気エネルギーのみで脳磁界計測装置の連続稼働が可能になる。冷凍機は商 用電源（100ボルト)で作動し、小型でもあり、また計測構造体は振動に対してセンサ を不感としているので脳磁界計測装置を車両に搭載して巡回診断に使用することが できる。
発明を実施するための最良の形態
[0018] 図 1を参照する。本発明の超伝導磁気シールド脳磁界計測装置の円筒状の計測 構造体 1は、包囲外壁 114と、この包囲外壁 114内で上方に閉じた上部空間 S1を限 定する第 1の包囲内壁 115と、下方に開いた下部空間 S2を限定する第 2の包囲内壁 116とを備えた気密構造体を含んでいる。図に示すように、第 1の包囲内壁 115の底 と第 2の包囲内壁 116の天井とを対向させて包囲外壁 114内に第 1の包囲内壁 115 と第 2の包囲内壁 116とを配置する。
[0019] 包囲外壁 114と第 1と第 2の包囲内壁 115、 116との間に形成された環状空間に高 温超伝導体の第 1の包囲体 111と高透磁率磁性体の第 2の包囲体 112とを同中心 に配置する。この環状空間は真空にされ、真空室を形成し、気密構造体は外部に対 して熱絶縁状態を生ずる。
[0020] 第 1の包囲内壁 115の底と第 2の包囲内壁 116の天井とを対向させて形成した真 空隔壁部 113の中央に凹所をつくって人体の頭部を包囲する頭部収容域 131を形 成し、この収容域に沿って上部空間 S1の内側に SQUID磁気センサ 15を配置する。 20はこれらのセンサ 15の支持体である。
[0021] 上部空間 S1では液体ヘリウム Hを介して SQUID磁気センサ 15を冷却し、環状真 空空間内では高温超伝導体の 1の包囲体 111の冷却蛇菅（図示せず）に循環冷却 装置 12からヘリウムガスを送って冷却する。被験者は頭部を凹所に入れて非金属性 の椅子 17に腰掛ける。
[0022] 本発明の脳磁界計測装置と従来技術の脳磁界計測装置との違いを明確にするた めに、図 5A及び図 5Bを参照する。図 5A及び図 5Bは、ぞれぞれ、図 1及び図 4に示 すような本発明及び従来技術の脳磁界計測装置の計測構造体の構造を図解的に示 したものである。本発明の脳磁界計測装置は、図 5Aに示すように、包囲外壁 114と、 第 1の包囲内壁 115と、第 2の包囲内壁 116とから成る 1つの真空室 VIを有する。こ れに対し、従来の脳磁界計測装置は、図 5Bに示すように、円筒状真空熱絶縁構造 体 11と極低温容器 13が分離している。特に、極低温容器 13が真空室 V3を有する 構造においては、円筒状真空熱絶縁構造体 11の真空室 V2と極低温容器 13の真空 室 V3も、分離している。なお、図 5A及び図 5Bでは、図解上、真空シールを形成す る各真空壁の端部が開放されて描かれているが、実際には、これら各真空壁の端部 は互いに密閉され、 O—シールリングなどで真空シールされる。
[0023] 図 2を参照する。本発明の第 2の実施例であるこの計測構造体 1は、第 1の包囲内 壁 115が限定する上部空間 S1に断熱膨張室 117を設けた以外は図 1の第 1の実施 例と同じである。上部空間の冷却媒体は液体ヘリウム Hであり、そして断熱膨張室 11 7に供給される冷却媒体はヘリウムガスであって、このヘリウムガスは断熱膨張室 117 内で液ィ匕して、液体ヘリウムとなって上部空間内に滴下し、稼働中の蒸発分を補充 する。高温超伝導体の第 1の包囲体 111を冷却するヘリウムガスはヘリゥム冷凍機 1 2が供給し、断熱膨張室 117へはヘリウム冷凍機 214が供給している。これにより冷 媒の補充のために計測を中断することなく脳磁界計測装置を連続稼働させることが できる。
[0024] 図 3を参照する。本発明の第 3の実施例であるこの計測構造体 1は、断熱膨張室 11 7と SQUIDセンサ 15の支持体 20とを接続する熱伝導体 118を設けた以外は図 2の 第 2の実施例と同じである。 SQIDセンサ 15の支持体 20は熱の良伝導体であって、 これに断熱膨張室 117の液ィ匕したヘリウムを熱伝導体 118を介して間接的に接触さ せ、 SQUIDセンサ 15を熱伝導により冷却する。上部空間 S1は真空とする力 低圧 ヘリウムガスを充填している力 液体ヘリウムは充填していない。この構成により断熱 膨張室 117に供給されるヘリウムガス (20K)は断熱膨張によって断熱膨張室 117内 で液体ヘリウム (4. 3K)となって SQUID磁気センサを熱伝導により間接的に冷却す る。第 1の包囲体 111を冷却するヘリウムガスと断熱膨張室 117に供給するヘリウム ガスとは循環冷却装置 12、 214から供給され、これらの冷却装置を運転する電気工 ネルギーのみで脳磁界計測装置は連続稼働することができる。
産業上の利用可能性
[0025] 本発明の計測構造体により超伝導磁気シールド脳磁界計測装置は現実的な使用 に適するものとなった。特に、第 2、第 3の実施例では商業電源を利用できる環境で 循環冷却装置のみを作動させて脳磁界装置を連続稼働できる。また、ヘリウムガスの みを冷却媒体として利用する第 3実施例では脳磁界装置を車両に搭載した状態で 作動させ、脳の働き (記憶、学習、注意など)を調べたり、脳障害 (注意欠陥、自閉症 、学習障害、精神分裂症など)を診断することが巡回診療の分野にまで拡張できる。 図面の簡単な説明
[0026] [図 1]本発明の第 1の実施例の計測構造体を備えた脳磁気計測装置の略図である。
[図 2]本発明の第 2の実施例の計測構造体の略図である。 圆 3]本発明の第 3の実施例の計測構造体の略図である。
圆 4]従来の脳磁気計測装置の略図である。
圆 5A]本発明の脳磁界計測装置の構造を図解的に示す断面図である。 圆 5B]従来技術の脳磁界計測装置の構造を図解的に示す断面図である。

Claims

請求の範囲
[1] 包囲外壁と、この包囲外壁内で上方に閉じた上部空間を限定する第 1の包囲内壁 と、下方に開いた下部空間を限定する第 2の包囲内壁とを備え、前記の包囲外壁内 に第 1の包囲内壁の底と第 2の包囲内壁の天井とを対向させて配置した、包囲外壁と 第 1の包囲内壁と第 2の包囲内壁とから成る気密構造体、
前記の包囲外壁と前記の第 1と第 2の包囲内壁との間に形成された環状真空空間 に配置した高温超伝導体の第 1の包囲体と高透磁率磁性体の第 2の包囲体、 第 1の包囲内壁の底と第 2の包囲内壁の天井とを対向させて形成した中空隔壁に 限定した人体の頭部を包囲する頭部収容域に沿って前記の上部空間の内側に配置 した SQUID磁気センサ
を備え、前記の上部空間では冷却媒体を介して SQUID磁気センサを冷却し、前 記の環状真空空間内では冷却媒体を介して前記の高温超伝導体の第 1の包囲体を 冷却するようにしたことを特徴とする超伝導磁気シールド脳磁界計測装置の計測構 造体。
[2] 上部空間の冷却媒体は上部空間に収容された液体ヘリウムであり、高温超伝導体 の第 1の包囲体を冷却する冷却媒体はヘリウムガスである請求項 1に記載の超伝導 磁気シールド脳磁界計測装置の計測構造体。
[3] 上部空間に断熱膨張室をさらに備え、上部空間の冷却媒体は上部空間に収容さ れた液体ヘリウムであり、そして断熱膨張室に供給される冷却媒体はヘリウムガスで あって、このヘリウムガスは断熱膨張によって液ィ匕して、断熱膨張室から上部空間に 滴下して蒸発分を補充し、そして高温超伝導体の第 1の包囲体を冷却する冷却媒体 はヘリウムガスである請求項 1に記載の超伝導磁気シールド脳磁界計測装置の計測 構造体。
[4] 上部空間に断熱膨張室をさらに備え、断熱膨張室に供給される冷却媒体はへリウ ムガスであって、このヘリウムガスは断熱膨張によって液化し、前記の SQUID磁気セ ンサに熱伝導体を介して間接的に接触してこれを冷却し、そして高温超伝導体の第 1の包囲体を冷却する冷却媒体はへリウムガスである請求項 1に記載の超伝導磁気 シールド脳磁界計測装置の計測構造体。
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