2014 Fiscal Year Annual Research Report
脊髄疾患・心臓疾患発症リスク予測のための脊心磁計の研究
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26282149
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
足立 善昭 金沢工業大学, 先端電子技術応用研究所, 准教授 (80308585)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
笹野 哲郎 東京医科歯科大学, 大学院保健衛生学研究科, 准教授 (00466898)
関原 謙介 首都大学東京, システムデザイン研究科, 教授 (40326020)
川端 茂徳 東京医科歯科大学, 医歯(薬)学総合研究科, 講師 (50396975)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 医用システム / 検査・診断システム / SQUID / 脊髄疾患 / 心房細動 / 脊磁計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度は磁場雑音、とくに大きな低周波磁場雑音のもとでも脊心磁計の検査ができるように、信号処理による雑音除去アルゴリズムの開発・実装を行った。脊心磁計は地磁気の1億分の1以下という微弱な磁気を測定対象とするため、超伝導量子干渉素子(SQUID)を応用した超高感度の磁場センサを適用する。このため鉄道や送電線などの外部磁場雑音や、建物内の他の設備からの磁場雑音の影響を受けやすい。検査はこれらを遮蔽する磁気シールドルーム内で行うが、磁場雑音が大きく遮蔽しきれない場合がしばしばある。脊心磁計を今後、さまざまな医療機関に設置し運用していくためには、大きな磁場雑音が存在する環境においても適切に装置が動作しなければならない。
そこで、申請者が開発した参照磁場センサを用いた信号処理による雑音除去法(CALM: Continuously Adjusted Least squares Method)を脊心磁計に適用できるように最適化し、検査のロバスト性の向上を図った。
CALMによる雑音除去は磁場信号をデジタル的に記録した後、オフライン処理で適用されていたが、オフライン処理では、デジタルデータ収録時のダイナミックレンジを超えるような巨大な環境磁場雑音には対応できなかった。そこで、重みつきの参照信号をSQUIDセンサのフィードバック系に直接入力する雑音除去法である直接オープンループ同相成分入力（Direct Open-Loop in-Phase component input: DOLPHIN）をSQUID駆動用アナログ電子回路を改良して実装し、データ収録前に雑音低減できるようにした。性能評価を行ったところ、DOLPHINにより、近傍の鉄道起源の1Hz以下の低周波磁場雑音を約90%低減することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成26年度は東京医科歯科大学に設置した脊心磁計の試作機を運用して、当該施設の磁場環境ノイズのもとで脊心磁計の検査ができるように、信号処理による雑音除去アルゴリズムの実装、評価を行った。東京医科歯科大学は鉄道（JR中央線）から200mという磁場環境の比較的悪いところに立地しているため、一般的なパーマロイ2層の磁気シールドルーム内でも1Hz以下で30nT程度の大きな残留磁場変動があり、雑音除去の研究に適している。対雑音手法の研究開発の一環としてデジタルデータ収録装置を改良し、参照磁場センサを用いた雑音除去アルゴリズムであるCALM(Continuously Adjusted Least-squares Method)を適用し、雑音低減後の波形表示をリアルタイムで可能とした。従来、CALMはデジタルデータ収録後に後処理として適用していたが、雑音を低減した波形をリアルタイムで確認できるようになったことで、本研究のもう一つのテーマである脊心磁計のユーザビリティの向上の見地からも、意義が大きいものとなった。また、超電導量子干渉素子を駆動するアナログ電子回路を改良し、CALMによって決定した重み係数を各参照磁場センサの信号に掛けたものをSQUID磁気センサのフィードバックコイルに直接印加をして雑音を低減する手法(Direct Open-Loop in-Phase component input: : DOLPHIN)を実装し、性能の評価を実施した。以上は当初の研究実施計画通りに進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度以降も引き続き、脊心磁計のロバスト性を向上させる研究開発を推進する。具体的には、昨今の激増した携帯電話や無線LANなどが発する発信源の近い電磁波雑音に対する雑音低減手段として、脊心磁計の信号線や電子回路の電磁シールドや磁気シールドルームを含む全体の電源～接地回路の見直しを行う。また、昨今の液体ヘリウムの価格高騰や入手性の悪化への措置として、平成27年度に前倒しで液体ヘリウム再凝縮装置の脊心磁計への導入が計画されている。液体ヘリウム再凝縮装置は新たに開発された低雑音のパルスチューブ冷凍機を適用するものであるが、低雑音と言えどもSQUIDはひじょうに高感度なセンサであるがゆえ、再凝縮装置の雑音をゼロにするのは困難を伴う。そこで平成27年度は当初の研究計画に加えて、この再凝縮装置由来の雑音の評価と、その対策として、参照磁場センサを雑音源の直近に配置して積極的に磁場雑音情報を取得し、その情報に基づいて雑音低減するモバイルリファレンス法について検討、実装を行う。一方、本研究のもう一つのテーマである脊心磁計のユーザビリティ向上という観点から、引き続き、整形外科と循環器系のユーザーに装置を運用してもらい、脊心磁計による診断プロトコルの開発研究を推進するとともに、そのフィードバックを元に解析アルゴリズムおよび操作ソフトウェアの改良研究開発を進める。
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| Causes of Carryover |
研究開始時には、消耗品費として超電導センサを動作させるための液体ヘリウムの費用を計上していた。しかし、昨年度は輸入元の米国における生産量減少などにより、世界的な液体ヘリウムの供給不足に陥り、購入量が制限される時期があった。そのため、液体ヘリウムが買えなかった時期は金沢での実験を減らし、その分、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
液体ヘリウムの供給不足は今年度以降も続くと思われるため、研究活動が滞らないように、現在、別の研究事業で進めている生体磁気計測装置に直結できるヘリウム再凝縮装置を脊心磁計に導入する計画を前倒しして進めている。ヘリウム再凝縮装置により液体ヘリウムの消費量が大幅に減ることが期待されるが、新たな磁場雑音や振動の発生源となるため、その対策として参照磁場センサを別途再凝縮装置近傍に配置し、その信号を使って雑音除去するモバイルリファレンス法を適用することを検討している。そのためのセンサの作成費等に充当することを計画している。
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[Presentation] 脊髄の高位電気診断2014
Author(s)
四宮謙一, 川端茂徳
Organizer
第44回日本臨床神経生理学会
Place of Presentation
福岡国際会議場、福岡県福岡市
Year and Date
2014-11-21
Invited
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[Presentation] 脊磁計による頚椎椎間孔の機能評価2014
Author(s)
角谷智, 川端茂徳, 榎本光裕, 牛尾修太, 山田剛史, 猪瀬弘之, 吉井俊貴, 加藤剛, 大川淳
Organizer
第7回日本運動器疼痛学会
Place of Presentation
ANAクラウンプラザホテル、山口県宇部市
Year and Date
2014-10-25
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[Presentation] Dominant frequency analysis of the left atrium utilizing high-sensitive vector magnetocardiography2014
Author(s)
Oya M, Ishihara Y, Shirai Y, Ihara K, Tao S, Sasaki T, Kawabata M, Yokoyama Y, Hirao K, Sasano T
Organizer
Heart Rhythm Society meeting
Place of Presentation
Moscone Convention Center, San Fransisco, USA
Year and Date
2014-05-08
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