実験室外の一般環境での脳磁図計測を可能にするウェアラブル磁気シールドの開発

开发可穿戴磁屏蔽，可在实验室外的一般环境中进行脑磁图测量

• 批准号: 22K18438
• 负责人: 関野 正樹
• 金额: $ 16.64万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18438/
• 关键词: 生体計測

脳磁図は、ニューロンが集団的に発火した際に生じる磁場を、頭部の表面に置いた磁気センサで検出し、脳活動のダイナミクスを捉える手法である。従来は特殊な設備である磁気シールドルームの中で測定する必要があった。本研究では、被験者の頭部へヘルメットのように装着できるウェアラブル磁気シールドを開発し、小型磁気センサと組み合わせて脳磁図を測定できることを示す。従来のシールドとは異なり、シールド装置の中心から外れた位置にもセンサを配置する点に技術的課題があり、逆問題に基づく独自のコイル設計手法と多点同時磁場制御によって、これを解決する。環境中の磁気ノイズ発生源は比較的遠方にある場合が多いため、磁場分布の0次(均一)成分が大きな割合を占め、これをゼロにするためのコイルを設計した。ヘルメット型の支持構造の上に3個のコイルを設けて、シールドコイルを構成した。コイルの形状については、シールド内部の磁場の不均一が最小となるように最適化を行った。最適化の具体的手法として、コイルを構成する曲面の上で、仮想的なポテンシャル(流関数)を定義して、コイルが作る面電流がポテンシャルの勾配で与えられるようにした。このポテンシャルと内部空間の磁場分布との関係を、ビオ・サバール則によって得た。この関係を離散化することによって、頭部の曲面がデータによって与えられる状況にも対応させた。最小二乗法によって、均一性が最良となるポテンシャルを求め、そのポテンシャルの等高線からコイルの巻線形状が得られた。

The magnetic field is generated when the magnetic field is generated, and the magnetic field is generated when the magnetic field is placed on the surface of the head. It is necessary to measure the magnetic properties of special equipment. This study shows that the head of the patient is equipped with a magnetic field detector, a small magnetic field detector, and a magnetic field detector. The problem of how to design a multi-point simultaneous magnetic field is solved. The magnetic field in the environment is relatively distant, and the magnetic field distribution is uniform. The upper part of the support structure consists of three parts: The shape of the tube is optimized by minimizing the non-uniformity of the magnetic field inside the tube. The specific method of optimization is to form a curved surface, define the ideal parameter (current factor), and match the surface current with the parameter. The relationship between the magnetic field distribution in the internal space and the magnetic field distribution in the internal space is obtained. This relationship is discretized, and the surface of the head is discretized. Using the least squares method, the most uniform parameter can be obtained, and the contour line of the parameter can be obtained from the contour line to the coil shape of the parameter.

项目成果

ダイヤモンド量子センサを用いたラット心磁図の高分解能計測

使用金刚石量子传感器高分辨率测量大鼠心磁图

• 发表时间: 2022
• 作者: 関野正樹;荒井慧悟;桑波田晃弘;西谷大祐;藤崎伊久哉;松木亮磨;西尾有輝;辛宗浩;曹馨雨;波多野雄治;山﨑正俊;波多野睦子;岩﨑孝之
• 通讯作者: 岩﨑孝之