CN1735376A - 脑磁场检测装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种低杂音、高灵敏度的脑磁场检测装置。其当使用高温超导体磁屏蔽装置的脑磁场检测装置设置在地上时，能够通过除振机构避免杂音产生，并且，排除高温超导体磁屏蔽和SQUID磁束计之间的相对移动，例如即使不可避免的微振动发生，SQUID磁束计感知的变动成分也不从被捕获的静磁产生。

Description

脑磁场检测装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及对大脑活动时大脑神经中流动的神经电流产生的相当于地球磁场一亿分之一左右的弱磁场进行检测的脑磁场检测装置及其使用方法。
将SQUID(Superconducting Quantum Interference Device：超导量子干涉装置)浸入液体氦在超低温度下作为脑磁传感器工作，则能够检测出上述微弱的磁场。由此，能够观察脑神经网络的情况，能够查看大脑的活动(记忆、学习、注意等)，用于脑障碍(注意缺陷、自闭症、学习障碍、精神分裂症等)的诊断。
背景技术
SQUID浸入液体氦在超低温度下作为脑磁传感器使用的脑磁场检测装置是由本发明人开发实施。
参照图5。该现有的脑磁场检测装置1具有中空的圆筒状真空热绝缘机构体11、循环冷却装置12、超低温容器13和顶部包围体14。真空热绝缘结构体11将高温超导体的第一包围体111和高透磁率磁性体的第二包围体112收容在双重壁内，成为中空圆筒状结构。循环冷却装置12使冷却媒体在真空热绝缘结构体11的双重壁的空间中循环。超低温容器13配置在圆筒状真空热绝缘结构体11内，固定在真空热绝缘结构体11。顶部包围体14形成金属良导体(电磁波屏蔽)和磁性材料(磁场屏蔽)的二重结构的包围体(内部中空)，嵌合在真空热绝缘结构体11的顶部。
超低温容器13的下方限定有包围受检者的头部的头部收容区域131，在超低温容器13的内部在头部收容区域131的周围SQUID磁传感器15配置在支承部件20上。该超低温容器13填充超低温介质。
真空热绝缘结构体11固定在地上，其下方开口配置非磁性体的椅子17。真空热绝缘结构体11的顶部嵌合磁性材料的顶部包围体14是为了防止从顶部的电磁波和地磁侵入。
公开上述现有技术的文献如下。
专利文献：特开平10-313135
非专利文献1：「高温超伝導体磁気シ一ルドを用いた全頭型SQUID脳磁界計測装置」大田浩、セラミツクス35(2000)No.2、特集脳とセラミツクス脳の機能解明、診断、治療に活躍するセラミツクス“Nanometer SNS junctions and their application to SQUIDOs”by Hiroshi Ohtaet al，“PHYSICAC”352(2001)186-190
但是，设置该脑磁场检测装置时，绝对要完全遮断来自地面的振动，所以必须保证十分坚固的地基，而且周围的振动环境若不理想则现存的建筑物内不能安装脑磁场检测装置。并且还存在如下问题，即，在施工新的建筑物时还要注意振动环境，在其基础施工中必须花费多余的费用。
参照图6。其表示沿时间轴记录的来自现存具有坚固地基的建筑物内设置的脑磁场检测装置的15个SQUID磁传感器15的信号。从中可知，受检者的脑磁场在没有检测的状态下出现大的杂音信号，最初不知道杂音是从地面传递来的恒常的极小的振动引起的。
参照真空热绝缘结构体11和超低温容器13放大表示的图7和图8。高温超导体(铋·锶·钙·铜的氧化物：BSCCO)的第一包围体111降至液态氮温度附近(103K一下)，磁力线则不能从外部进入该高温超导体的内侧的空间。但是，真空热绝缘结构体11的内部空间当第一包围体111的温度下降之前已经有地球磁场的磁束进入，该磁束被第一包围体111销固定(ピン止める)而被捕获(トラツプ)。该状态下，超低温容器13相对第一包围体111无论纵向移动(图7)还是横向移动(图8)，横断SQUID磁传感器15的被销固定的静磁场的磁力线的成分变化(参照图7、图8的虚线表示的磁束和移动的传感器的位置关系)，其表现为杂音信号。
本发明目的在于提供一种低杂音、高灵敏度的脑磁场检测装置。另外还在于提供该脑磁场检测装置的使用方法。
发明内容
为解决该课题，本发明中首先完全遮断来自设置的地面的振动。如果振动完全遮断，则能够避免参照图7、图8说明的状态。即，图5所示的脑磁场检测装置的真空热绝缘结构体介由除振支承体被支承在地上，从而阻止振动向真空热绝缘结构体传递。根据本发明的实施例，该除振支承体包括吸收来自地面的振动的振动吸收机构和检测来自地面的振动通过反馈控制抵消振动的除振机构。
另外，为了解决上述课题本发明通过将磁传感器相对高温超导体的第一包围体固定而使两者不能相对移动，从而避免参照图7、图8说明的被捕获的静磁场横断传感器，静磁场的变化成分被传感器拾获而产生杂音的情况。图7的点划线表现的部分夸张表示超低温容器因振动而纵向移动的状态。超低温容器和真空热绝缘结构体(高温超导体的第一包围体)如点划线所示一体移动，则传感器和被捕获的静磁场的位置关系通过移动的前后而不变(该图中，点划线的磁束和传感器的位置关系(移动后)与虚线的磁束和传感器的位置关系(移动前)不变)，横断传感器的磁束不表现变化成分。实施例中作为为了这个原因的固定机构使用填埋真空热绝缘结构体的内壁与超低温容器的外壁的间隙的第一枕构造体。另外，超低温容器的内部在磁传感器的上方配置超导体盖部而阻止来自上方的磁场的侵入时，使用填埋该超导体盖部与超低温容器的内壁之间的间隙的第二枕构造体。该第二枕构造体配置在超低温容器的最下端附近。最下端由振动引起的振摆最大。
通过装备该固定机构和上述的除振支承体这两者，即使除振支承体也不能除去的来自地面的极小的振动传到脑磁场检测装置，磁传感器和真空热绝缘结构体进行相同的移动(振动)，从而圆筒状空间内的被捕获的静磁相对磁传感器静止而不变化，这样磁传感器不产生杂音。
另外，本发明提供这样的脑磁场检测装置的操作方法。该方法中，中空的热绝缘真空结构体的下方开口被磁性体堵塞(由此避免地磁在中空空间捕捉)，所述第一包围体的温度降至液态氮温度附近(由此避免SQUID传感器捕捉地磁而不能动作的情况)，所述超低温容器填充液态氦，或由热传导的间接冷却冷却至超低温，然后由配置在所述的超低温容器内的SQID磁传感器检测脑磁场。
附图说明
图1是本发明的脑磁场检测装置的实施例的略图；
图2是本发明的脑磁场检测装置的实施例的平面图；
图3是本发明的脑磁场检测装置的实施例的杂音信号的曲线图；
图4表示本发明的脑磁场检测装置检测的脑磁场；
图5是现有的脑磁场检测装置的实施例的略图；
图6是表示现有的脑磁场检测装置的杂音信号的曲线图；
图7表示纵向的振动的前后的磁传感器和高温超导体护罩(シ一ルド)的对磁场的位置关系；
图8表示纵向的振动的前后的磁传感器和高温超导体护罩的对磁场的位置关系。
具体实施方式
参照图1，如已参照图5所说明的那样，脑磁场检测装置1包括：高温超导体的第一包围体111和高透磁率磁性体的第二包围体112收容在双重壁内的中空的圆筒状真空热绝缘结构体11；在该真空热绝缘结构体11的双重壁的空间使冷却介质循环的循环冷却装置12；圆筒状真空热绝缘结构体11内固定的超低温容器13；与真空热绝缘结构体11的顶部嵌合的顶部包围体14。
超低温容器13的下方限定包围受检者的头部的头部收容区域131，在超低温容器13的内部SQUID磁传感器15配置在头部收容区域的周围，并且在超低温容器13的内部在磁传感器15的上方配置超导体盖部132，在超低温容器13中填充超低温介质。该超导体盖部132由铅、MgB2、BSCCO制成。
磁传感器15相对高温超导体的第一包围体111固定而使两者不相对移动的固定机构包括：填埋真空热绝缘结构体11的内部与超低温容器13的外壁之间的间隙的第一枕构造体22，和填埋超导体盖部132与超低温容器13的内壁之间间隙的第二枕构造体21，该第二枕构造体21配置在超低温容器13的最下端附近。作为第二枕构造体22的一个例子，将在超低温容器13的最下端附近固定的枕22滑动载置于沿真空热绝缘结构体11的内壁配置的两根导轨(未图示)上，超低温容器13朝向真空热绝缘结构体11的顶部引出。
真空热绝缘结构体11由除振支承体16支承在地上。如图2所示，除振支承体16相对支承脚164配置在地上四个位置，具有吸收来自地面的振动的振动吸收机构161和检测来自地面的振动并通过反馈控制抵消振动的活动(アクチブ)的除振机构162。作为振动吸收机构采用仿振橡胶或空气悬架。
该支承体16还含有上下机构163，该上下机构163当能够搬运脑磁场检测装置(重量约1吨)时拆下。
在真空热绝缘结构体11的顶部嵌合顶部包围体14，为防止从顶部侵入电磁波或地磁，配置超导体盖部132是为了遮蔽SQUID磁传感器15免受仍旧从顶部侵入的地磁的影响。该实施例中，传感器的超导体支承部件20形成包围受检者头部的安全帽状，该形状对于遮蔽与圆筒轴垂直的磁成分是好的。
通过填埋于真空热绝缘结构体11的内壁与超低温容器13的外壁的间隙的第一枕构造体22以及填埋于超导体盖部132与超低温容器13的内壁的间隙的第二枕构造体2，并且相对真空热绝缘结构体11固定超低温容器13，从而避免SQUID磁传感器15和真空热绝缘结构体11的第一包围体111之间的相对移动。由此，来自地面的极小的振动即使传递到脑磁场检测装置1，通过SQUID磁传感器15和圆筒状真空热绝缘结构体11(第一包围体111)进行相同移动(振动)，从而在圆筒状空间内的静磁相对SQUID磁传感器15不产生变化成分，所以，磁传感器15不产生杂音。
这样的脑磁场检测装置如下操作。首先，将中空的圆筒状绝缘11的下方开口由磁性体堵塞以防止地磁侵入。接着，将第一包围体111的温度利用循环冷却装置12降至液态氮温度附近(小于或等于超导体邻界温度100K)，遮断来自外部的磁束。由此，SQUID磁传感器15捕捉磁束，避免不动作的情况。对超低温容器13填充液态氦，由SQID磁传感器检测脑磁场。也可以代替填充液态氦，由热传导的间接冷却而冷却到超低温。
产业上利用的可能性
图3使沿时间轴表示根据本发明制作的脑磁场检测装置15的来自磁传感器的杂音信号。与图6的曲线图对比可知杂音几乎消减。图4表示由128个磁传感器15测定的脑磁场的磁场图案(由浓淡表示磁场强度)。由此，可以观察并且知道时刻变化的脑的活动的情况。

Claims (7)

1.一种脑磁场检测装置，其包括：将高温超导体的第一包围体和高透磁率磁性体的第二包围体收容在双重壁内的中空的真空热绝缘结构体；使冷却介质在该真空热绝缘结构体的双重壁的空间循环的循环冷却装置；配置在所述真空热绝缘结构体内的超低温容器；配置在该超低温容器的内部的SQUID磁传感器；与所述的真空热绝缘结构体的顶部嵌合的磁性材料的顶部包围体，并且在限定在所述的超低温容器的下方的包围人体的头部的头部收容区域的周围，所述的超低温容器的内部配置所述的SQUID磁传感器，其特征在于，具有将所述的中空的真空热绝缘结构体支承在地上的除振支承体。
2.如权利要求1所述的脑磁场检测装置，其特征在于，所述的除振支承体具有吸收来自地面的振动的振动吸收机构和检测来自地面的振动并通过反馈控制抵消振动的除振机构。
3.一种脑磁场检测装置，其包括：将高温超导体的第一包围体和高透磁率磁性体的第二包围体收容在双重壁内的中空的真空热绝缘结构体；使冷却介质在该真空热绝缘结构体的双重壁的空间循环的循环冷却装置；配置在所述的真空热绝缘结构体内的超低温容器；配置在该超低温容器的内部的SQUID磁传感器；与所述的真空热绝缘结构体的顶部嵌合的磁性材料的顶部包围体，并且在限定于所述的超低温容器的下方的包围人体的头部的头部收容区域的周围，所述的超低温容器的内部配置所述的SQUID磁传感器，其特征在于，具有将所述磁传感器相对于所述的高温超导体的第一包围体固定而使两者不相对移动的固定机构。
4.如权利要求3所述的脑磁场检测装置，其特征在于，所述的固定机构具有填埋所述的真空热绝缘结构体的内壁和所述的超低温容器的外壁之间间隙的第一枕构造体。
5.如权利要求3所述的脑磁场检测装置，其特征在于，在所述的超低温容器的内部在所述的磁传感器的上方配置超导体盖部，所述的固定机构具有填埋所述的真空热绝缘结构体的内壁与所述的超低温容器的外壁之间间隙的第一枕构造体以及填埋所述的超导体盖部与所述的超低温容器的内壁之间间隙的第二枕构造体，该第二枕构造体配置在所述的超低温容器的最下端附近。
6.如权利要求1～5的任一项所述的脑磁场检测装置，其特征在于，所述的中空的真空热绝缘结构体的下方开口配置非磁性体的椅子。
7.一种脑磁场检测装置的使用方法，所述脑磁场检测装置包括：将高温超导体的第一包围体和高透磁率磁性体的第二包围体收容在双重壁内的中空的真空热绝缘结构体；使冷却介质在该真空热绝缘结构体的双重壁的空间循环的循环冷却装置；配置在所述的真空热绝缘结构体内并固定在真空热绝缘结构体上的超低温容器；与所述的真空热绝缘结构体的顶部嵌合的磁性材料的顶部包围体，所述使用方法的特征在于，由磁性体堵塞所述的中空的真空热绝缘结构体的下方开口，所述的第一包围体的温度降至液态氮温度附近，在所述的超低温容器填充液态氦，或由热传导的间接冷却而冷却到超低温，然后，由配置在所述的超低温容器内的SQUID磁传感器检测脑磁场。
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