電磁誘導コイルによる小型鳥類卵の心拍数無侵襲計測

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ソレノイドの中で磁束が変化すると電磁誘導起電力がコイルに発生するというファラデーの法則を応用し、胚が内部で成長している卵の殻に小さい永久磁石をはりつけ、胚の心拍動に伴う卵の心弾動を磁束変化に変え、誘導超電力を検出する方法について数値解析を行い、それに基づいて計測システムを設計開発して、心弾動の計測を行った。数値解析:卵に付けた磁石を磁気モーメントで近似すると、卵の心弾動変位と角周波数(心拍数に比例)に依存する卵の回転角の関数として与えられる。磁気モーメントからコイルまでの距離も卵の回転角の関数となり、更に、球体に近似した卵とコイルの半径は依存する。磁気モーメントのベクトルポテンシャルはこれらの変数によって与えられ、磁束はベクトルポテンシャルの線積分により得られる。この磁束の時間変化が誘導超電力を生ずるので、コイルの形状、卵の半径及び心弾動変位、角周波数(心拍数)及び磁束密度の変化に対する誘導起電力の理論解析を行った。コイルの半径、長さ及び単位長さ当たりの巻数をそれぞれ5cm、4cm及び250回/cmとし、半径2.5cmの卵が0.5μm動くと、半径5mm、磁束密度1Tの円形磁石をコイルの中心に置いた場合、約1.5μVの誘導起電力が生じ、磁石をコイルに近づける程大きい起電力が誘導される。システム構築と計測:数値解析結果に基づいて計測システムを構築し、心弾動計測を鶏卵を用いて行った。レーザー変位計と同時計測を行い、コイルにより得られる波形が変位波形の微分と一致することを確認した。鶏卵の場合、孵卵10-12日頃から検出は可能で15日以降は全ての胚の心弾動計測ができた。心弾動信号を周波数50Hzでサンプリングしコンピュータに取り込み、sinc関数で波形再現後、心拍数を計数するシステムを作り、心拍数の無侵襲計測を行った。