专利名称：生物磁场测量装置、生物磁场测量系统、以及生物磁场测量方法
技术领域：
本发明涉及生物磁场测量装置、生物磁场测量系统、以及生物磁场测量方法。
背景技术：
以往，作为测量从生物产生的磁场的装置，研究了利用SQUID (SuperconductingQuantum Interference Device ;超导量子干扰元件)传感器的生物磁场测量装置(专利文献1-5等)。通过排列多个SQUID传感器用于生物磁场的测量，从而能够获得脑磁图、心磁
图等二维磁场信息。在通过SQUID传感器测量生物磁场时，需要通过冷却剂保证SQUID传感器处于超导状态。因此，SQUID传感器被内置于存有冷却剂的真空瓶中，在被浸泡在该冷却剂中的状态下用于测量。提出了如下的生物磁场测量装置:将该真空瓶的冷却剂槽的外壁部的一部分形成为与生物的测量对象部位例如头颅对应的形状，并在该外壁部的内侧排列多个SQUID传感器而浸泡在冷却剂中，通过使外壁部的外侧接触生物，从而使多个SQUID传感器相对于生物靠近一定的距离而进行测量，并且能够获得脑磁图等。现有技术文献专利文献
专利文献1:特开平2-40578号公报专利文献2:特开平3-1839号公报专利文献3:特开2000-193364号公报专利文献4:特开2004-65605号公报专利文献5:特开2007-17248号公报非专利文献非专利文献I JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, V0LUME83NUMBER11, 1JUNE1998, “Picotesla field sensor design using spin-dependent tunneling devices，，copyright:1998Americam Institute of Physics.
非专利文献2:APPLIED PHYSICS LETTERS91, 102504(2007), “Low frequencypicotesla field detection using hybrid MgObased tunnel sensors，，copyright:2007Americam Institute of Physics.
发明内容
发明要解决的课题但是，在利用了 SQUID传感器的生物磁场测量装置中存在以下问题。用于将SQUID传感器保持低温的冷却剂因蒸发等而减少，因此冷却剂的管理烦杂，需要构成绝热的冷却槽。
内置了在测量时应靠近生物的SQUID传感器的传感器单元、即真空瓶中由于存有冷却剂因而大型且笨重，需要用于支承它的机械结构，往往需要安置被检体的底座、控制被检体和内置了 SQUID传感器的真空瓶的相对位置的位置控制装置。被检者根据年龄和性别等，身体的大小和体型为多种。难以构成使SQUID传感器的排列配合被检者的被检部位而灵活应对的真空瓶，无法与被检者无关地将SQUID传感器相对于其被检部位配置在一定的距离，无法执行准确的测量，或者无法测量。此外，SQUID传感器较大，难以靠近头皮等生物表面而高密度地配置多个传感器。因此，只能实现对来自生物表面的垂直方向的产生磁场进行测量，除了垂直方向之外难以测量生物表面的平面内方向的磁场。通过设为不仅能够测量基于SQUID传感器的磁场测量中的生物表面的垂直方向等从生物发出的磁场的一个轴方向的磁力，还能够测量作为生物表面的垂直方向的一个轴以及生物表面在平面内方向的相互正交的两个轴等的三个轴方向的磁力，从而开启获得更多的磁场信息而用于诊断的可能性。虽然如此，但在用于磁记录读取装置等的不需要冷却机构的磁传感器中，无法获得如SQUID传感器那般的灵敏度，根本无法测量脑磁场等微弱的生物磁场。本发明鉴于以上的以往技术中的问题而完成，其课题在于提供一种通过能够在常温下使用的磁传感器高精度地测量生物磁场的生物磁场测量装置、生物磁场测量系统、以及生物磁场测量方法。用于解决课题的方案 用于解决以上课题的技术方案I所述的发明是一种生物磁场测量装置，具备包含隧道磁阻元件的磁传感器、以及保持所述磁传感器使得所述隧道磁阻元件与生物对置的保持部件，其中，所述隧道磁阻元件具有磁化方向被固定的固定磁层、受到来自外部的磁通的影响而导致磁化方向变化的自由磁层、以及在所述固定磁层以及所述自由磁层之间配置的绝缘层，该隧道磁阻元件按照所述固定磁层的磁化方向和所述自由磁层的磁化方向的角度差并且根据隧道效应来改变所述绝缘层的电阻，所述磁传感器输出与由于从生物发出的磁场而变化的所述绝缘层的电阻值相应的输出信号。技术方案2所述的发明是在技术方案I所述的生物磁场测量装置中，所述磁传感器具有多个所述隧道磁阻元件格子排列的隧道磁阻元件阵列，从对于多个所述隧道磁阻元件设置的公共的输出端子输出所述输出信号。技术方案3所述的发明是在技术方案2所述的生物磁场测量装置中，多个所述隧道磁阻元件的各自的所述固定磁层和所述绝缘层的连接面和/或所述自由磁层和所述绝缘层的连接面被配置在公共的平面上。技术方案4所述的发明是在技术方案2或3所述的生物磁场测量装置中，其中，所述公共的平面是沿着相对于生物的测量对象部位垂直的方向的平面。技术方案5所述的发明是在技术方案I 4的任一项所述的生物磁场测量装置中，所述磁传感器包含所述固定磁层的磁化方向被固定为第I方向的第I隧道磁阻元件阵列、以及所述固定磁层的磁化方向被固定为与所述第I方向交叉的第2方向的第2隧道磁阻元件阵列。技术方案6所述的发明是在技术方案5所述的生物磁场测量装置中，所述磁传感器包含所述固定磁层的磁化方向被固定为与所述第I方向以及所述第2方向正交的第3方向的第3隧道磁阻元件阵列。技术方案7所述的发明是在技术方案I 6的任一项所述的生物磁场测量装置中，具有包括了多个所述磁传感器的传感器集合体。技术方案8所述的发明是在技术方案7所述的生物磁场测量装置中，具有多个所述传感器集合体。技术方案9所述的发明是一种生物磁场测量系统,包括技术方案I 8的任一项所述的生物磁场测量装置、以及基于所述输出信号运算脑磁图的运算装置。技术方案10所述的发明是一种生物磁场测量方法，使包含隧道磁阻元件的磁传感器与生物对置保持，其中 ，所述隧道磁阻元件具有磁化方向被固定的固定磁层、受到来自外部的磁通的影响而导致磁化方向变化的自由磁层、以及在所述固定磁层以及所述自由磁层之间配置的绝缘层，该隧道磁阻元件按照所述固定磁层的磁化方向和所述自由磁层的磁化方向的角度差并且根据隧道效应来改变所述绝缘层的电阻，所述生物磁场测量方法基于与由于从生物发出的磁场而变化的所述绝缘层的电阻值相应的来自所述磁传感器的输出信号，测量生物磁场。技术方案11所述的发明是在技术方案10所述的生物磁场测量方法中，所述磁传感器具有多个所述隧道磁阻元件格子排列的隧道磁阻元件阵列，基于来自该隧道磁阻元件阵列的输出信号来测量生物磁场。技术方案12所述的发明是在技术方案10或11所述的生物磁场测量方法中，所述磁传感器针对向与生物的测量对象部位垂直的方向发出的磁场输出输出信号。技术方案13所述的发明是在技术方案10 12的任一项所述的生物磁场测量方法中，所述磁传感器针对从生物发出的相互正交的两个轴方向的磁场输出输出信号。技术方案14所述的发明是在技术方案10 13的任一项所述的生物磁场测量方法中，所述磁传感器针对从生物发出的相互正交的三个轴方向的磁场输出输出信号。技术方案15所述的发明是在技术方案10 14的任一项所述的生物磁场测量方法中，包括多个所述磁传感器。发明效果根据本发明，应用于生物磁场的测量的隧道磁阻元件(TMR (Tunnel MagnetoResistive)元件)能够构成高灵敏度的元件，因此能够精密地测量生物磁场。并且，由于是能够在常温下使用的磁传感器，因此在测量时应靠近生物的传感器单元中不需要用于冷却隧道磁阻元件的冷却剂，具有能够更轻薄地构成传感器单元的效果。由于能够更轻薄地构成传感器单元，因此具有能够用人手操作放置以覆在被检者的测量对象部位，或者以能够安装到被检者的简单且灵活的方式来构成的效果。此外，由于是高灵敏度并且还不需要冷却机构，因此尺寸不大，能够构成在配置到生物上时制约小的磁传感器。从而，容易将磁传感器靠近生物而配置，能够更精密地测量生物磁场。此外，就算使用多个磁传感器也能够紧密地配置它们，因此能够进一步精密地测量生物磁场。
图1是本发明的一实施方式的生物磁场测量装置以及生物磁场测量系统的整体结构图。图2是本发明的一实施方式的接口的构成图。图3A是本发明的一实施方式的传感器平板的结构方框图。图3B是本发明的一实施方式的传感器平板的外观立体图。图4A是本发明的一实施方式的TMR阵列模块的内部透视平面图。图4B是本发明的一实施方式的TMR阵列模块的背面的示意图。图5是本发明的一实施方式的TMR阵列的局部细节布局图。图6是本发明的一实施方式所示的TMR阵列的布局的说明图。图7是本发明的一实施方式的TMR阵列的布局的说明图。图8A是本发明的一实施方式的TMR阵列的电气电路图。图8B是本发明的另一方式的TMR阵列的电气电路图。图9是表示本发明的一实施方式的TMR元件(隧道磁阻元件)的基本结构的示意图。图10是本发明的一实施方式的TMR元件的层叠截面图。图11是本发明的一实施方式的传感器单元的安装状态图。
具体实施例方式以下，参照
本发明的一实施方式。以下是本发明的一实施方式，并非用于限定本发明。本实施方式关于测量从人的头颅发出的磁场而获得脑磁图的生物磁场测量。如图1所示，本实施方式的生物磁场测量系统100由生物磁场测量装置I以及运算装置2构成。生物磁场测量装置I由接口 3和传感器单元4构成。运算装置2和传感器单元4经由接口 3连接。传感器单元4和接口 3之间通过线缆5连接，在线缆5到达的范围内能够自由地移动传感器单元4，能够自由地改变方向。51是电源线，52是信号线(总线)。传感器单元4具有多个传感器平板41，41，…，通过电源线51分别提供电源。从运算装置2通过信号线52对传感器平板41传输命令信号，并且，从传感器平板41通过信号线52对运算装置2传输输出信号。将传感器平板41的数目设为n(n为2以上的整数)。
运算装置2连接了出于显示运算结果等目的而使用的显示装置21。如图2所示，接口 3由PCI/总线/控制器31、命令变换/缓冲/控制器32、SRAM33、串行接口驱动器34构成。通过驱动器34、控制器31、以及控制器32进行设置于各板41内的后述的控制器和总线的控制，根据需要将信号缓冲到SRAM33，从而进行控制以便从各板41串行地送出输出信号。如图3所示，在传感器平板41中电连接多个TMR阵列模块6，6，...，并且采用机械方式固定。传感器平板41构成具备了多个磁传感器的传感器集合体。如图3 Ca)所示那样，传感器平板41包括控制器42、RAM43、放大/变换电路44，44，…。放大/变换电路44对每个TMR阵列模块6设置，与TMR阵列模块6 —对一连接。放大/变换电路44具有用于放大来自TMR阵列模块6的输出信号的放大器44a、将放大器44a的输出变换为数字信号从而输入到控制器42的A/D变换器44b。RAM43是存储输入到控制器42的信息和控制器42运算的信息的存储装置。控制器42接收来自运算装置2的命令，运行TMR阵列模块6，6，...，并将其输出信号采用规定的格式经由信号线52向运算装置2送出。如图4所示，TMR阵列模块6由在背面具有连接端子61a 61h的布线基板61、在布线基板61的表面上构成的TMR阵列模块部62组成。并且，如图3 (b)所示，采用在传感器平板41上对齐布线基板61的背面的状态进行搭载。在传感器平板41上纵横排列了 TMR阵列模块6，6，…。如图4 Ca)所示，在TMR阵列模块6中搭载了 TMR阵列芯片63X，63Y，63Z。图4 (a)表示了正交3轴X_Y_Z坐标。TMR阵列芯片63Χ是测量在与TMR阵列模块6的布线基板61的表面平行的面内的X轴方向的磁力的传感器模块。TMR阵列芯片63Υ是测量在与TMR阵列模块6的布线基板61的表面平行的面内的垂直于X轴方向的Y轴方向的磁力的传感器模块。TMR阵列芯片63Ζ是测量与TMR阵列模块6的布线基板61的表面垂直的Z轴方向的磁力的传感器模块。TMR阵列芯片63Χ，63Υ，63Ζ内分别如图5所示，其结构为上部电极65a、下部电极65b夹持TMR元件67的基本结构阵列状地排列了多个。如图6中示意性地所示那样,对4个TMR元件67配置公共的上部电极65a。并且，4个TMR元件67分别与另一周围的3个TMR元件67成为一组，对各组的4个TMR元件67配置公共的下部电极65b。如图7所示，在元件的截面方向，下部电极65b与相邻的一对TMR元件67的一个面对置，上部电极65a与上述一对的TMR元件67中的一个和另一个相邻的TMR元件67的另一个面对置。通过重复这样的构造从而多个TMR元件67通过上部电极65a以及下部电极65b相互电连接。另外，在图6中，为了容易理解，上部电极65a仅图示一个，省略了其他的上部电极65a。如果将TMR元件67作为电阻来记载TMR阵列芯片63的等效电路，则该电路图成为图8 (a)所示那样。该电路构成用于输出单一的输出信号的磁传感器。如图5以及图8所示，TMR元件67，67，…排列成格子状而构成TMR阵列68。如图8所示，TMR元件67，67,…在一对的电流输入端子69之间、一对的电压检测端子70之间排列成格子状。各端子的取出部位可以如图8 (b)所示那样，基于将各端子与TMR阵列的连接点设为各不相同的TMR阵列芯片63B的等效电路，不限于如图8 Ca)所示那样的将各端子与TMR阵列的连接点设为公共的方式。另外，在图6中，为了简化而记载了 6X6的TMR阵列，但如果实际设为50X50左右，则可知噪声电平与一个元件的噪声电平相比减少至1/50。在脑磁场的测量中，为了至少将噪声电平减少为1/50以下，期望设为50X50阵列以上的元件数，更优选的是，设为100X100阵列以上的元件数从而将噪声电平降低至1/100以下。TMR阵列芯片63X，63Y，63Z的一对电流输入端子69被引至连接端子61a、61e。X轴用TMR阵列芯片63X的一对电压检测端子70被引至连接端子61b、61f。Y轴用TMR阵列芯片63Y的一对电压检测端子70被引至连接端子61c、61g。Z轴用TMR阵列芯片63Z的一对电压检测端子70被引至连接端子61d、61h。各端子的引出布线基于未图示的焊丝以及布线基板61内的布线图案。 这样，TMR阵列芯片63X，63Y，63Z分别构成一个磁传感器。在本实施方式中，TMR阵列模块具备三个磁传感器，从而构成能够测量3轴的磁传感器。各TMR元件67具备图9所示的基本结构。如图9所示，具有在基板61上按照顺序依次层叠了下部电极65b、氧化防止层67e、自由磁层67d、绝缘层67c、固定磁层67b、氧化防止层67a、上部电极65a的结构。在上部电极65a和下部电极65b之间，设置了连接到用于输入电流的电流源71的电流输入端子69、以及连接到将绝缘层的电阻值的变化作为电压值的变化来检测的电压计72的电压检测端子70。另外，也可以对TMR元件施加电压，检测流过TMR元件的绝缘层的电流从而检测绝缘层的电阻值的变化。图10表示各TMR元件67的更具体的元件构造的一例。如图10所示，具有在基板bl上层置了打底层al、辅助固定层a2、固定促进层a3、固定磁层a4 a6、绝缘层a7、自由磁层a8、氧化防止层a9的结构。在固定磁层中，a4是固定层，a5是磁稱合促进层，a6是强磁层。自由磁层包括强磁层a8。固定磁层与绝缘层的上面连接且磁化的方向固定。自由磁层与绝缘层的下面连接且受到来自外部的磁通的影响而导致磁化的方向变化。作为基板bl，只要能够耐于各层的形成则不特别限定材质，但优选兼具能够耐于成膜时和热处理等的耐热性和绝缘性。此外，为了防止吸入磁通，优选非磁性且表面比较平滑地形成的材质。从这样的观点来看，例如可使用S1、SiO2等。打底层al是用于调 整基板的粗细的层，例如可使用Ta。打底层al的层厚度优选设为2nm IOnm左右。取向辅助层a2用于补偿固定促进层a3的取向，可使用Ru或坡莫合金。从更加坚固地固定固定磁层的观点来看优选Ru。取向辅助层a2的结晶构造例如设为六角形紧密填充构造。取向辅助层a2的层厚度优选设为5nm 20nm左右。固定促进层a3是用于促进固定层a4的固定的层，适合利用IrMn、钼锰等反铁磁性膜。固定促进层a3的结晶构造例如设为面心立方晶。固定促进层a3的层厚度优选设为5nm 20nm左右。作为构成固定磁层的固定层a4,例如可使用CoFe。Co和Fe的组成比能够任意设定，但典型地，可设为Co:Fe=75:25或者Co:Fe=50:50。固定层a4的结晶构造例如设为面心立方晶。作为固定层a4的层厚度,优选设为0.5nm 5nm左右。磁耦合促进层a5使固定层a4和强磁层a6磁耦合，并且用于将后者从前者的结晶构造中分离，期望利用不具有结晶构造的薄膜层。作为具体的材料的例子可举出Ru。磁耦合促进层a5的层厚度优选设为0.5 Inm左右。作为强磁层a6，可使用各种材质，作为代表性的材质，可使用从非晶体构造中对Co40Fe40B20进行热处理从而发现强磁性的材质。该层的结晶构造例如是体心立方晶。富Fe的材料例如也可使用Co16Fe64B2(l。强磁层a6的层厚度优选为I 10nm。作为绝缘层a7，可利用各种绝缘材料，例如可使用Mg0、A10x等。从提高元件的灵敏度的观点来看优选MgO。绝缘层a7的层厚度期望设为Inm IOnm左右。作为自由磁层a8,可使用与强磁层a6同样的材质,例如Co4ciFe4tlB2tl。自由磁层a8的层厚度优选为Inm IOnm左右。也可以将自由磁层a8设为多层结构。各层例如可以通过磁控溅射法形成。此外，为了获得所期望的结晶构造等目的，可以根据需要而施加退火等热处理。固定磁层和自由磁层的位置也可以与图示的相反配置。此外，也可以设为通过两个固定磁层分别经由绝缘层夹持自由磁层的结构的双接点构造的元件。另外，在本实施方式中，利用磁控溅射装置，在SiO2基板上，作为层al而层叠5nm的Ta,作为层a2而层叠IOnm的Ru,作为层a3而层叠IOnm的IrMn,作为层a4而层叠2nm的CoFe,作为层a5而层叠0.85nm的Ru,作为层a6而层叠3nm的Co4ciFe4tlB2tl,作为层a7而层叠2nm的MgO,作为层a8而层叠3nm的Co4ciFe4tlB2tl,作为层a9而层叠5nm的Ta,从而制作了 TMR元件。膜厚度根据成膜速度和成膜时间进行换算而求得。这样的TMR元件能够设为接近零磁场且适合高灵敏度的生物磁场测量的元件，能够精密地测量来自生物的磁场。此外，是能够在常温下使用的磁传感器，不需要用于冷却的冷却剂并且也不需要用于阻断来自外部的热量的侵入的隔热材料，能够更轻薄地构成传感器单元。并且，由于能够更轻 薄地构成传感器单元，因此能够用人手操作放置以覆在被检者的测量对象部位，或者以能够安装到被检者的简单且灵活的方式来构成，甚至，与被检者的身体的大小或体型无关地，相对于被检部位一定的距离而配置TMR元件从而能够进行准确的测量。此外，与SQUID相比能够廉价地构成，并且是低功耗。在各TMR阵列芯片63X，63Y，63Z中，TMR元件67的各自的连接面朝向同一方向。此外，在各TMR阵列芯片63Χ, 63Υ, 63Ζ中，固定磁层的磁化的方向也朝向同一方向。在X轴用TMR阵列芯片63Χ上构成的TMR元件67中的固定磁层的磁化方向、在Y轴用TMR阵列芯片63Υ上构成的TMR元件67中的固定磁层的磁化方向、在Z轴用TMR阵列芯片63Ζ上构成的TMR元件67中的固定磁层的磁化方向相互正交。X轴用TMR阵列芯片63Χ中的TMR元件67的连接面以及Y轴用TMR阵列芯片63Υ中的TMR元件67的连接面相对于布线基板61平行地配置。Z轴用TMR阵列芯片63Ζ中的TMR元件67的连接面相对于布线基板61垂直配置。在图4 (a)中，将Z轴用TMR阵列芯片63Ζ分割成了两个，但也可以用一个芯片来构成它。这样，TMR元件不需要冷却机构并且能够减小磁传感器之间的距离，因此配置的自由度高，能够配置磁传感器以便测量不同方向的磁场，从而能够进行3轴方向的测量。因此，不仅能够测量基于以往的SQUID传感器的磁场测量中的生物表面的垂直方向等从生物发出的磁场的一个轴方向的磁力，还能够测量作为生物表面的垂直方向的一个轴以及生物表面在平面内方向的相互正交的两个轴等的三个轴方向的磁力，从而开启获得更多的磁场信息而用于诊断的可能性。已知从人体发出的磁通中有各种朝向的磁通，能够获得有关在SQUID传感器中无法测量的各种朝向的磁场的信息。如图11所示，传感器单元4通过能够相对于人的头部进行装卸且支承传感器平板41的安装支承体45—体地构成。作为安装支承体45，由纤维和树脂等挠性材料组成，例如图11所示那样设置露眼孔45a，可适用覆盖头部以及脸颊部的滑雪帽类型。这时，除了头部以外，能够测量从脸颊部发出的脑磁场。也可以实施不设置露眼孔45a而将眼睛的部分也包含在内而覆盖头部以及脸颊部的方式。沿着安装支承体45并排搭载了多个传感器平板41。由此，将传感器单元4的覆盖人的头部的面作为公共的面(在图11的情况下，安装支承体45的内面)，多个磁传感器分布在公共的面上。并且，如图11所示那样将安装支承体45的内面沿着人体头部的表面而放置，从而传感器单元4包住人的头部而被安装，在人的头部的表面上顺着上述公共的面，从而相对于人的头部的表面靠近配置多个TMR元件67，多个磁传感器分布在人的头部的表面上。另外，在本实施方式中，作为安装支承体，采用了包住人的头部而被安装的支承体，以便支承多个传感器平板，并且它们沿着人体头部的表面配置，但不限于此，也可以在各传感器平板上设置吸盘或粘结层等的支承构件，将各传感器平板贴到生物头部。如上所述那样将传感器单元4安装到生物磁场的头部的状态下执行以下测量。首先，对由生物磁场测量装置I以及运算装置2组成的系统100整体接通电源，各TMR阵列68中也从电流输入端子69被输入电流。受到从人的头部发出的磁通的影响，TMR阵列68中的各TMR元件67中，自由磁层的磁化方向变化。由此，按照固定磁层的磁化反向和自由磁层的磁化反向的角度差，根据隧道效应导致绝缘层的电阻变化。因此，TMR阵列68的电压检测端子70之间的电压变化，这成为与TMR阵列68的电阻的变化相应的输出信号。这里，单一的TMR元件67的电阻的变化原因不仅是磁通而存在各种原因，表现为热噪声、散射噪声等噪声。但是，TMR阵列68的电阻的变化成为减少了这些噪声的值，TMR阵列68的输出信号成为与磁通的变化相应的可靠性高的值。其理论证明记载在非专利文献1、2中。接着，通过操作者对运算装置2输入测量执行命令。
运算装置2将测量执行命令送到η个传感器平板41。在各传感器平板41中，控制器42接收测量执行命令。控制器42接受经由放大/变换电路44而数字化了的各TMR阵列68的输出信号，采用将它们链接到各TMR阵列68的地址信息以及确定X，Y, Z方向的信息的规定的格式，作为生物磁场测量信息而送到运算装置2。运算装置2分析来自各控制器42的生物磁场测量信息，运算由被检者的头部上的位置和磁场的强度方向的组合构成的脑磁图，并化为图像信息在显示装置21上显示输出。此外，运算装置2生成将生物磁场测量信息的图像的位置与被检者的头部的MRI图像或头部外形的三维扫描图像等的位置对齐后的合成图像，并在显示装置21上显示输出。作为测量执行命令，可以设置一次的测量执行命令，也可以设置测量开始命令和测量结束命令。在测量开始命令和测量结束命令之间的期间中，以一定的时间速率执行测量，将实时变化的脑磁图显示到显示装置21是有效的。此外，生物磁场测量信息、脑磁图信息、为了显示而生成的图像信息采用能够通过运算装置2读出的方式记录，能够在显示装置21上显示或再现。在以上的实施方式中，将测量对象设为人的头部，但不限于此，也可以将生物的其他部位设为测量对象，例如也可以将人的胸部作为测量对象而取得胸磁图。在以上的实施方式中，通过设为检测生物磁场的3轴方向的结构，与只能实现对来自生物表面的垂直方向的产生磁场进行测量的SQUID传感器相比，开启获得更多的磁场信息而用于诊断的可能性。但是，不限于此，也可以检测一个轴方向或者两个轴方向。设为仅一个轴方向时，设为相对于生物表面垂直的方向(Ζ轴方向),设为两个轴方向时,优选除了相对于生物表面垂直的方向(Ζ轴方向)之外设为相对于生物表面平行的一个轴方向(X轴或者Y轴)。设为两个轴方向时，作为磁传感器，包含固定磁层的磁化方向固定为第I方向的第I隧道磁阻元件阵列和固定磁层的磁化方向固定为与所述第I方向交叉的第2方向的第2隧道磁阻元件阵列即可。工业上的可利用性本发明能够利用于测量从生物发出的磁场并获得脑磁图、心磁图等磁场信息。标号说明I 生物磁场测量装置2 运算装置3 接口4 传感器单元5 电缆6 TMR阵列模块(磁传感器)21 显示装置41 传感器平板(传感器集合体)42 控制器44 放大/变换电路45 安装支承体51 电源线52 信号线61 布线基板61a 连接端子部61b 连接端子62 TMR阵列层叠部63 TMR阵列芯片(磁传感器)64 粘结层65a 上部电极65b 下部电极67 TMR 元件68 TMR 阵列69 电流输入端子70 电压检测端子100 生物磁场测量系统
权利要求
1.一种生物磁场测量装置，具备包含隧道磁阻元件的磁传感器、以及保持所述磁传感器使得所述隧道磁阻元件与生物对置的保持部件，其中，所述隧道磁阻元件具有磁化方向被固定的固定磁层、受到来自外部的磁通的影响而导致磁化方向变化的自由磁层、以及在所述固定磁层以及所述自由磁层之间配置的绝缘层，该隧道磁阻元件按照所述固定磁层的磁化方向和所述自由磁层的磁化方向的角度差并且根据隧道效应来改变所述绝缘层的电阻，所述磁传感器输出与由于从生物发出的磁场而变化的所述绝缘层的电阻值相应的输出信号。
2.如权利要求1所述的生物磁场测量装置，其中， 所述磁传感器具有多个所述隧道磁阻元件格子排列的隧道磁阻元件阵列，从对于多个所述隧道磁阻元件设置的公共的输出端子输出所述输出信号。
3.如权利要求2所述的生物磁场测量装置，其中， 多个所述隧道磁阻元件的各自的所述固定磁层和所述绝缘层的连接面和/或所述自由磁层和所述绝缘层的连接面被配置在公共的平面上。
4.如权利要求2或3所述的生物磁场测量装置，其中， 所述公共的平面是沿着相对于生物的测量对象部位垂直的方向的平面。
5.如权利要求1 4的任一项所述的生物磁场测量装置，其中， 所述磁传感器包含所述固定磁层的磁化方向被固定为第I方向的第I隧道磁阻元件阵列、以及所述固定磁层的磁化方向被固定为与所述第I方向交叉的第2方向的第2隧道磁阻元件阵列。
6.如权利要求5所述 的生物磁场测量装置，其中， 所述磁传感器包含所述固定磁层的磁化方向被固定为与所述第I方向以及所述第2方向正交的第3方向的第3隧道磁阻元件阵列。
7.如权利要求1 6的任一项所述的生物磁场测量装置，其中， 具有包括了多个所述磁传感器的传感器集合体。
8.如权利要求7所述的生物磁场测量装置，其中， 具有多个所述传感器集合体。
9.一种生物磁场测量系统，包括权利要求1 8的任一项所述的生物磁场测量装置、以及基于所述输出信号运算脑磁图的运算装置。
10.一种生物磁场测量方法，使包含隧道磁阻元件的磁传感器与生物对置保持，其中，所述隧道磁阻元件具有磁化方向被固定的固定磁层、受到来自外部的磁通的影响而导致磁化方向变化的自由磁层、以及在所述固定磁层以及所述自由磁层之间配置的绝缘层，该隧道磁阻元件按照所述固定磁层的磁化方向和所述自由磁层的磁化方向的角度差并且根据隧道效应来改变所述绝缘层的电阻，所述生物磁场测量方法基于与由于从生物发出的磁场而变化的所述绝缘层的电阻值相应的来自所述磁传感器的输出信号，测量生物磁场。
11.如权利要求10所述的生物磁场测量方法，其中， 所述磁传感器具有多个所述隧道磁阻元件格子排列的隧道磁阻元件阵列，基于来自该隧道磁阻元件阵列的输出信号来测量生物磁场。
12.如权利要求10或11所述的生物磁场测量方法，其中， 所述磁传感器针对向与生物的测量对象部位垂直的方向发出的磁场输出输出信号。
13.如权利要求10 12的任一项所述的生物磁场测量方法，其中，所述磁传感器针对从生物发出的相互正交的两个轴方向的磁场输出输出信号。
14.如权利要求10 13的任一项所述的生物磁场测量方法，其中，所述磁传感器针对从生物发出的相互正交的三个轴方向的磁场输出输出信号。
15.如权利要求10 14的任一项所述的生物磁场测量方法，其中，包括多个所 述磁传感器。
全文摘要
提供一种通过能够在常温下使用的磁传感器高精度地测量生物磁场的生物磁场测量装置、生物磁场测量系统以及生物磁场测量方法。在本实施方式中，基于与隧道磁阻元件(TMR元件67)的电阻的变化相应的输出信号，测量生物磁场。输出单一的输出信号的磁传感器由在输入输出电极之间格子配列TMR元件而组成的TMR阵列(68)构成。将各磁传感器配置在一个轴或者互相正交的两个轴或者三个轴方向，靠近人体的表面的一部分(例如头部)，从而使多个磁传感器分布在该人体的表面的一部分的基础上，获得来自多个磁传感器的输出信号，基于这些输出信号测量从该人体的表面的一部分发出的生物磁场。
文档编号A61B5/05GK103188992SQ20118004319
公开日2013年7月3日 申请日期2011年8月30日 优先权日2010年9月10日
发明者西川卓男, 安藤康夫 申请人:柯尼卡美能达先进多层薄膜株式会社, 国立大学法人 东北大学