磁屏蔽装置以及磁屏蔽方法
【专利摘要】本发明提供一种磁屏蔽装置以及磁屏蔽方法，通过控制流入磁场梯度而具有优异的磁场测量空间。磁屏蔽装置的特征在于具有：无源屏蔽罩(11)、在无源屏蔽罩的内部被规定的修正对象空间(150)、作为对无源屏蔽罩(11)内的磁场进行修正的作为第一线圈的外部线圈(12A、12B)、第一磁传感器(14A)、与第一磁传感器(14A)相比更靠近无源屏蔽罩(11)的内侧而配置的第二磁传感器(14B)、和控制部(20)，第一磁传感器(14A)和第二磁传感器(14B)测量无源屏蔽罩(11)的磁场梯度，控制部(20)基于第一磁传感器(14A)和第二磁传感器(14B)的测量结果来控制外部线圈(12A、12B)。
【专利说明】磁屏蔽装置以及磁屏蔽方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磁屏蔽装置以及磁屏蔽方法。
【背景技术】
[0002] 在医疗现场中图像诊断被广泛采用。因为图像诊断是非侵入性的，所以给人体带 来的负担少，在检查心脏或脑等对于生命活动而言重要的内脏器官时特别优选采用。
[0003] 生物体的内脏器官因神经元的活动而始终产生微弱的电流，通过测量由该电流所 产生的磁场，可以了解内脏器官的状态。
[0004] 具体而言，以生物体为起因的磁场极其微弱，为0. 1皮特斯拉（1X1(T13T)程度至 10皮特斯拉（lXKrnT)程度。
[0005] 检测这种磁场并使之图像化的手法之一有磁场源描绘。例如，记录由于心脏的活 动而形成的磁场的方法，作为心磁图法（Magnetocardiography:MCG)而被公知。此外，测 量并记录由于脑的活动而形成的磁场的方法，作为脑磁图法（Magnetoencephalography: MEG)而被公知。
[0006] 另一方面，地磁等的外部磁场例如为10微特斯拉（1X1(T5T)程度至100微特斯拉 (1X1(T4T)程度，与由脑或心脏产生的磁场相比，具有10万倍以上的大小。因而，在高灵敏 度的磁场测量中，这样的外部磁场将成为噪声。
[0007] 即，为了检测来自生物体的微弱磁场，在使用了高灵敏度的磁场测量装置的基础 上，需要阻断成为噪声的外部磁场，为了阻断外部磁场而需要使用磁屏蔽装置。而且，作为 遮蔽外部磁场的磁屏蔽装置，例如已知专利文献1至8所记载的技术。
[0008] 根据专利文献1至8所记载的技术，生成抵消磁场以使磁屏蔽装置的内部的作为 控制对象的空间（配置磁场测量装置的空间）的磁场变为最小、或者生成抵消磁场以使向 磁屏蔽装置的开口部等流入的流入磁场变为最小。
[0009] 然而，在专利文献1至8所记载的技术中，存在着难以在磁屏蔽罩的内部创建磁场 梯度极弱的环境的课题。具体而言，在现有技术中，虽然能减轻来自外部的磁场，但是却未 考虑磁屏蔽罩所具有的磁化分量等，因此存在着磁屏蔽罩的内部的磁场状态产生梯度的课 题。
[0010] 专利文献1 :日本特开平6-167583号公报
[0011] 专利文献2 :日本特开2002-94280号公报
[0012] 专利文献3 :日本特开2002-257914号公报
[0013] 专利文献4 :日本特开2005-294537号公报
[0014] 专利文献5 :日本特开2007-129049号公报
[0015] 专利文献6 :日本特开2008-282983号公报
[0016] 专利文献7 :日本特开2009-175067号公报
[0017] 专利文献8 :日本专利第4377566号公报
【发明内容】
[0018] 本发明正是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，可以作为以下的形态或者 应用例来实现。
[0019] 应用例1
[0020] 本应用例所涉及的磁屏蔽装置的特征在于，具有：无源屏蔽罩、在所述无源屏蔽罩 内被规定的修正对象空间、对所述无源屏蔽罩内的磁场进行修正的第一线圈、第一磁传感 器、与所述第一磁传感器相比更靠近所述无源屏蔽罩的内侧而配置的第二磁传感器、和控 制部，所述第一磁传感器和所述第二磁传感器测量所述无源屏蔽罩内的磁场梯度，所述控 制部基于所述第一磁传感器和所述第二磁传感器的测量结果来控制所述第一线圈。
[0021] 根据该构成，由第一磁传感器和第二磁传感器测量各自的磁场强度，从而来测量 无源屏蔽罩的内部的磁场梯度。基于磁场梯度的测量值，控制部估计修正对象空间中的最 大的磁场梯度。进而，控制部调整第一线圈的电流量，以使修正对象空间中的最大的磁场梯 度成为给定阈值以下。通过使修正对象空间中的磁场梯度为给定阈值以下，从而在修正对 象空间中可以提供以磁场梯度极弱的状态来进行磁场测量的空间。
[0022] 应用例2
[0023] 根据本应用例所涉及的磁屏蔽装置，优选所述控制部控制所述第一线圈以使所述 磁场梯度成为阈值以下。
[0024] 根据该构成，通过使磁场梯度为给定阈值以下，从而即便在比第一磁传感器更靠 近无源屏蔽罩的内部的修正对象空间内，也能够设为给定阈值以下的磁场梯度。
[0025] 即，在修正对象空间中可以提供以磁场梯度极弱的状态来进行磁场测量的空间。 [0026] 应用例3
[0027] 根据本应用例所涉及的磁屏蔽装置，优选所述第一磁传感器和所述第二磁传感器 测量沿着第一方向的磁场梯度，所述第一线圈的轴沿着所述第一方向。
[0028] 根据该构成，由第一磁传感器和第二磁传感器测量的磁场梯度的方向、和第一线 圈的轴方向相同。由此，通过控制第一线圈的电流量，能够容易地进行磁场梯度的调整。
[0029] 应用例4
[0030] 根据本应用例所涉及的磁屏蔽装置，优选所述无源屏蔽罩具有开口部，在将所述 开口部在所述第一方向上的坐标设为原点、将沿着所述第一方向从所述开口部朝向所述无 源屏蔽罩的内部的方向设为所述第一方向的正方向时，所述第一磁传感器在所述第一方向 上被配置在：所述开口部的与所述第一方向正交的投影截面的面积的平方根的_〇. 5倍至 1.0倍的范围内。
[0031] 根据该构成，能够提高第一磁传感器的配置的自由度，即便在还具有开口部的无 源屏蔽罩的修正对象空间中也能够设为给定阈值以下的磁场梯度。
[0032] 应用例5
[0033] 根据本应用例所涉及的磁屏蔽装置，优选所述第二磁传感器在所述第一方向上被 配置在：所述开口部的与所述第一方向正交的投影截面的面积的平方根的〇倍至1. 〇倍的 范围内，所述第二磁传感器在所述第一方向上的坐标比所述第一磁传感器在所述第一方向 上的坐标大。
[0034] 根据该构成，能够提高第二磁传感器的配置的自由度，即便在还具有开口部的无 源屏蔽罩的修正对象空间中也能够设为给定阈值以下的磁场梯度。
[0035] 应用例6
[0036] 根据本应用例所涉及的磁屏蔽装置，优选所述修正对象空间在所述第一方向上的 坐标比所述第一磁传感器在所述第一方向上的坐标大。
[0037] 根据该构成，即便在无源屏蔽罩的修正对象空间中也能够设为给定阈值以下的磁 场梯度。
[0038] 应用例7
[0039] 根据本应用例所涉及的磁屏蔽装置，优选在所述无源屏蔽罩的内部还具备对所述 修正对象空间的磁场强度进行调整的第二线圈。
[0040] 根据该构成，通过调整第二线圈的电流量，可以将修正对象空间的磁场强度调整 为给定值。即，在修正对象空间中可以提供以磁场强度更弱的状态来进行磁场测量的磁场 测量空间。
[0041] 应用例8
[0042] 本应用例所涉及的磁屏蔽方法的特征在于，包括：第一工序，测量无源屏蔽罩内的 磁场梯度；第二工序，基于所述第一工序而将所述磁场梯度设为给定阈值以下；第三工序， 测量所述无源屏蔽罩内的磁场强度；和第四工序，将所述磁场强度设为给定阈值以下。 [0043] 根据该方法，能够在无源屏蔽罩的修正对象空间中设为给定阈值以下的磁场梯 度。此外，可以将修正对象空间的磁场强度调整为给定值。即，可以将修正对象空间设为以 磁场梯度极弱的状态来进行磁场测量的磁场测量空间。
【专利附图】
【附图说明】
[0044] 图1是磁屏蔽装置的概观立体图。
[0045] 图2是磁屏蔽装置的包括控制部在内的概观图。
[0046] 图3是表示控制电路的构成的一例的图。
[0047] 图4是磁屏蔽装置的动作流程图。
[0048] 图5是磁屏蔽装置的磁场强度的分布图。
[0049] 图6是表示了第二配置例的磁屏蔽装置的概观图。
[0050] 图7是表示了第三配置例的磁屏蔽装置的概观图。
[0051] 图8是表示了第四配置例的磁屏蔽装置的概观图。
[0052] 图9是表示了第五配置例的磁屏蔽装置的概观图。
【具体实施方式】
[0053] 以下，关于使本发明具体化的实施方式，使用附图来进行说明。另外，所使用的附 图被适当地放大或者缩小显示，以明确识别所说明的部分而便于阅读者的理解。
[0054] 实施方式
[0055] 图1是本实施方式所涉及的磁屏蔽装置100的概观立体图。磁屏蔽装置100例如 在将从生物体发出的微弱电流作为磁力来测量时被用于对磁测量装置进行遮蔽来阻断地 磁等外部磁场。
[0056] 磁屏蔽装置100具有：无源屏蔽罩11、修正无源屏蔽罩11的内部磁场的外部线圈 12A、12B、第一磁传感器14A、第二磁传感器14B、配置在无源屏蔽罩11的内部的内部线圈 13A、13B、和控制部20(参照图2)。在此，外部线圈12A、12B为本发明所涉及的"第一线圈" 的一例，内部线圈13A、13B为本发明所涉及的"第二线圈"的一例。
[0057] 无源屏蔽罩11具有将内部设为空腔的筒形状，使其轴方向大致水平地配置于例 如未图示的台座。无源屏蔽罩11的轴方向的截面形状大致设为四边形。关于无源屏蔽罩 11，将其轴方向的两端开口，将一端设为开口部11A，将另一端设为开口部11B。关于无源屏 蔽罩11的大小，将轴方向的长度设为约200cm，将开口部11A、11B的一边设为90cm程度。 这种大小的无源屏蔽罩11，能够使作为被测量物的"人体"从开口部11A、11B的任一者出入 并躺在其内部。
[0058] 无源屏蔽罩11由相对磁导率例如为几千以上的强磁性体（坡莫合金、铁氧体、或 者铁、铬或钴系的非晶质的物质等）、或者高传导率的导体（例如铝等，希望是由于涡流效 应而具有磁场降低效果的导体）来形成。另外，也可以使前述的强磁性体和高传导率的导 体交替地层叠来形成。在本实施方式中，使铝和坡莫合金交替地各形成2层，并将其合计的 厚度设为20?30mm程度。
[0059] 将由无源屏蔽罩11围起来的区域规定为内部空间110,将除内部空间110之外的 区域（无源屏蔽罩11的外侧）规定为外部空间。内部空间110具有能收纳被测量物（例 如人体）、测量从被测量物发出的磁场的未图示的高灵敏度磁传感器（例如光泵式磁传感 器）这种程度的空间。将内部空间110之中配置高灵敏度磁传感器以测量例如来自心脏或 脑的微弱磁信号的区域，特别设为修正对象空间150。更详细的内容在后面叙述。
[0060] 在以下的说明中，为了更容易地理解本实施方式，使用三维正交坐标系。将无源屏 蔽罩11的轴方向定义为X方向，将纵深方向定义为Y方向，将与X方向和Y方向均正交的 所谓的高度方向定义为Z方向。将连结无源屏蔽罩11的轴方向的各位置处的垂直截面（YZ 面）的中心的线以及使该线延长的线，以后规定为中心轴110A。在如本实施方式的无源屏 蔽罩11那样呈大致筒形状的情况下下，连结开口部11A的中心点和开口部11B的中心点的 线成为中心轴110A。
[0061] 此外，将开口部11A的位置设为X方向的原点，将从开口部11A朝向开口部11B的 方向规定为正的X方向。在此，X方向为本发明所涉及的"第一方向"的一例。另外，例如在 开口部11A相对于中心轴110A而非垂直截面的情况下、即相对于中心轴110A而具有倾斜 的情况下，将围绕开口部11A的棱线之中最靠正的X方向上的位置设为X方向的原点。也 就是说，将与无源屏蔽罩11向YZ平面投影的投影平面图相同的形状呈现为截面形状的X 方向的位置称作原点。
[0062] 外部线圈12A、12B是用于修正向内部空间110流入的流入磁场的线圈。流入磁场 是指外部磁场从开口部11A、11B进入到内部空间110中的磁场，该流入磁场在相对于开口 部11A、11B的垂直截面而垂直的方向（即，沿着第一方向的方向）上变得最强。外部线圈 12A、12B例如为亥姆霍兹线圈，通过从未图示的电源供给的电流而产生磁场。
[0063] 外部线圈12A按照围绕无源屏蔽罩11的方式配置在开口部11A侧，外部线圈12B 按照围绕无源屏蔽罩11的方式配置在作为剩余一端的开口部11B侧。在本实施方式中，将 外部线圈12A、12B的直径设为约120cm。期望外部线圈12A在X方向上被配置在与开口部 11A的位置大致相同的位置、即X方向的原点的位置。期望外部线圈12B在X方向上被配置 在与开口部11B的位置大致相同的位置。
[0064] 外部线圈12A、12B以通过各自的中心的轴成为与无源屏蔽罩11的中心轴110A的 方向大致相同的方向的位置关系来配置。其结果，因为流入磁场变强的方向、和由外部线圈 12A、12B进行修正的磁场的方向大体一致，所以能够有效率地修正磁场梯度。另外，也可以 按如下方式构成外部线圈12A、12B，即配置成用未图示的非磁化性的框等围绕无源屏蔽罩 11，并在该框部上卷绕该线圈。此外，由于外部线圈12A、12B的形状并不局限于与无源屏蔽 罩11的中心轴110A的方向的截面形状相似的形状，因此例如可设为圆形状。
[0065] 第一磁传感器14A为测量从外部空间向内部空间110流入的流入磁场的例如半导 体传感器。第一磁传感器14A被设置在中心轴110A的轴上，且在X方向上被配置在与开口 部11A大致相同的位置。
[0066] 第二磁传感器14B为用于测量内部空间110的某一区域的磁场强度的例如半导体 传感器。第二磁传感器14B与第一磁传感器14A相同地被设置在中心轴110A的轴上。第 一磁传感器14A和第二磁传感器14B均具有边长2cm程度的方形大小，分别通过未图示的 非磁化性的夹具而配置在无源屏蔽罩11的内部。
[0067] 第二磁传感器14B相对于第一磁传感器14A而位于无源屏蔽罩11的内部。换言 之，相对于第一磁传感器14A而位于正的X方向。通过由第一磁传感器14A和第二磁传感 器14B来测量磁场强度，从而能够测量沿着中心轴110A的轴方向的磁场梯度。另外，以后将 由第一磁传感器14A和第二磁传感器14B求出的磁场梯度称为流入磁场梯度来进行说明。
[0068] 将以上内容进行总结，贝1J第一磁传感器14A和第二磁传感器14B被设置在中心轴 110A上。此外，由于通过外部线圈12A、12B的各自的中心的轴也配置成使方向与中心轴 110A相同，因此流入磁场梯度的方向、和可由外部线圈12A、12B修正的磁场的方向变得相 同。
[0069] 内部线圈13A、13B是为了调整修正对象空间150的磁场强度而用到的线圈，按照 夹着修正对象空间150的两端的方式配置在内部空间110。内部线圈13A、13B期望配置成： 通过各自的线圈的中心的轴与无源屏蔽罩11的中心轴110A重合。
[0070] 内部线圈13A、13B例如为亥姆霍兹线圈，通过使由未图示的电源供给的电流流向 该线圈，由此使之产生均匀的磁场。由于是亥姆霍兹线圈，因此可以在修正对象空间150的 至少连结内部线圈13A、13B的各自的中心的轴上形成均匀的磁场强度。即，通过调整在内 部线圈13A和内部线圈13B中流动的电流量，从而能够将修正对象空间150的磁场强度偏 移调整为任意的值。
[0071] 另外，由于修正对象空间150不是能够明确地规定位置的性质的空间，因此在具 有内部线圈13A、13B的无源屏蔽罩11中，预先将由内部线圈13A和内部线圈13B所夹的空 间定义为修正对象空间150 (在图1、图2中是指施以点阴影的区域）。而且，修正对象空间 150与第一磁传感器14A相比位于正的X方向。
[0072] 如以上所说明过的那样，在本实施方式中，外部线圈12A、12B、内部线圈13A、13B、 第一磁传感器14A、第二磁传感器14B的每一个被配置成沿着无源屏蔽罩11的中心轴 110A。
[0073] 以上进行了磁屏蔽装置100的大致说明，下面进一步明确地说明本实施方式的目 的。本
【发明者】经过潜心研究明确了下述内容：为了高灵敏度地测量如来自生物体的磁场那 样例如不足外部磁场的10万分之一这种程度的微弱磁场，成为测量该磁场的区域的修正 对象空间150中的磁场梯度在某阈值以下是很重要的。
[0074] S卩，在如专利文献1至8所记载的现有技术中，生成抵消磁场以使修正对象空间 150的磁场变为最小，此外或者生成抵消磁场以使来自磁屏蔽装置100的开口部11A(11B) 的流入磁场变为最小。这样一来，修正对象空间150的例如端部和开口部11A的差分将成 为修正对象空间150中的磁场梯度而呈现。本
【发明者】发现：该修正对象空间150中的磁场 梯度将阻碍高灵敏度的磁场测量。由此，为了高灵敏度地测量前述那样的微弱磁场，将修正 对象空间150中的磁场梯度控制在某阈值以下是首要的，在使修正对象空间150中的磁场 梯度为某阈值以下之后，根据被测量物而使修正对象空间150中的磁场强度为最小是重要 的。另外，关于阈值将在后面叙述。
[0075] 而且，本申请发明人通过实验还证实了 ：修正对象空间150中的磁场梯度可以通 过流入磁场梯度来估计。即，确认了：通过使流入磁场梯度为某阈值以下，从而也能够使修 正对象空间150中的磁场梯度为给定阈值以下。
[0076] 另外，为了不带来误解而进一步说明：流入磁场梯度和修正对象空间150中的磁 场梯度在数值上不同。这是因为：由于流入磁场梯度是开口部11A附近的磁场梯度，因此由 于来自无源屏蔽罩11的泄漏磁场等的影响，通常该流入磁场梯度变得比修正对象空间150 中的磁场梯度大。
[0077] 关于在估计修正对象空间150中的磁场梯度时重要的、第一磁传感器14A和第二 磁传感器14B在X方向上的相对位置关系，进行更详细的说明。根据本
【发明者】的实验已确 认：通过在具有以下关系性的位置配置第一磁传感器14A和第二磁传感器14B，能够恰当地 测量或估计流入磁场梯度。这里所说的恰当的测量或估计是指能够基于流入磁场梯度来估 计修正对象空间150中的磁场梯度（具体而言是指内部线圈13A与内部线圈13B之间的磁 场梯度）。
[0078] 在表示第一磁传感器14A、第二磁传感器14B的可配置的区域时，将开口部11A的 横截面积设为S。此时的开口部11A的横截面积S定义为向相对于X方向的YZ平面投影的 投影截面的面积。如前所述，如果将开口部11A的中心位置设为X方向的原点，将从开口部 11A朝向开口部11B的方向设为正的X方向（+X方向），则第一磁传感器14A的位置适合为： 位于从原点起相对于+X方向而小于开口部11A向YZ平面投影的投影截面的面积（S)的平 方根的1. 〇倍
【权利要求】
1. 一种磁屏蔽装置，其特征在于，具有： 无源屏蔽罩； 在所述无源屏蔽罩的内部被规定的修正对象空间； 对所述无源屏蔽罩内的磁场进行修正的第一线圈； 第一磁传感器； 与所述第一磁传感器相比更靠近所述无源屏蔽罩的内侧而配置的第二磁传感器；和 控制部， 所述第一磁传感器和所述第二磁传感器测量所述无源屏蔽罩内的磁场梯度， 所述控制部基于所述第一磁传感器和所述第二磁传感器的测量结果来控制所述第一 线圈。
2. 根据权利要求1所述的磁屏蔽装置，其特征在于， 所述控制部控制所述第一线圈以使所述磁场梯度成为阈值以下。
3. 根据权利要求1或2所述的磁屏蔽装置，其特征在于， 所述第一磁传感器和所述第二磁传感器测量沿着第一方向的磁场梯度， 所述第一线圈的轴沿着所述第一方向。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的磁屏蔽装置，其特征在于， 所述无源屏蔽罩具有开口部， 在将所述开口部在所述第一方向上的坐标设为原点、将沿着所述第一方向从所述开口 部朝向所述无源屏蔽罩的内部的方向设为所述第一方向的正方向时，所述第一磁传感器在 所述第一方向上被配置在：所述开口部的与所述第一方向正交的投影截面的面积的平方根 的-0.5倍至1.0倍的范围内。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的磁屏蔽装置，其特征在于， 所述第二磁传感器在所述第一方向上被配置在：所述开口部的与所述第一方向正交的 投影截面的面积的平方根的〇倍至1. 〇倍的范围内， 所述第二磁传感器在所述第一方向上的坐标比所述第一磁传感器在所述第一方向上 的坐标大。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的磁屏蔽装置，其特征在于， 所述修正对象空间在所述第一方向上的坐标比所述第一磁传感器在所述第一方向上 的坐标大。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的磁屏蔽装置，其特征在于， 在所述无源屏蔽罩的内部还具备对所述修正对象空间的磁场强度进行调整的第二线 圈。
8. -种磁屏蔽方法，其特征在于，包括： 第一工序，测量无源屏蔽罩内的磁场梯度； 第二工序，基于所述第一工序而将所述磁场梯度设为给定阈值以下； 第三工序，测量所述无源屏蔽罩内的磁场强度；和 第四工序，将所述磁场强度设为给定阈值以下。
【文档编号】G01R33/022GK104427844SQ201410457805
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】保刈龙治 申请人:精工爱普生株式会社