| 研究課題/領域番号 |
18K12044
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| 研究機関 | 金沢工業大学 |
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研究代表者 |
足立 善昭 金沢工業大学, 先端電子技術応用研究所, 教授 (80308585)
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| 研究分担者 |
川端 茂徳 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, ジョイントリサーチ講座教授 (50396975)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 磁気センサ / 生体磁気 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、高感度な磁気センサを体表面に装着し、ウエアラブルな生体磁気計測を実現する際に立ちはだかると予想される２つの基本的な問題の解決、すなわち１．磁気センサ自体の物理的な揺れに伴う揺動ノイズの軽減と、２．磁場源解析のための磁気センサと体表面の相対位置の準動的検知を目的とする。
平成３０年度は本研究で使用するフラックスゲート磁束計の基本設計と試作を行った。多チャンネルとするため、基本波直交型フラックスゲート磁束計の量産性を上げる開発を行った。また、それと並行してデータ収録時のダイナミックレンジを向上させるために、24bitの高分解能の多チャンネルデータ収録のためのハードウェアの構築とソフトウェア開発を行い、揺動ノイズ軽減に対応できるようにした。さらに、磁気センサ位置の検知のためのコイルシステムの試作を行い、従来の据え置き型の室温磁気センサアレイに適用し、実用性を検証した。室温センサのフレキシブルなセンサ配置に対応できるものとなった。また、位置検出用のソフトウェアの開発を行った。
上記の測定システムの開発と並行して、測定対象となる筋肉磁場の測定実験を東京医科歯科大学に設置されたSQUID磁束計システムにて実施し、筋肉磁場に関する知見を得た。筋肉磁場は脳磁場など従来のSQUIDを用いた生体磁気測定にとってはノイズとなる一方、臨床的価値が見出されていなかったため、これまで研究事例が多くなかった。しかし、筋肉磁場信号は比較的信号強度が大きく室温磁気センサでも検出が可能で、従来のSQUID磁束計システムよりも低コストで簡便に検査が可能なため、改めて臨床的価値についての検討や測定技術の確立を進めている。筋肉磁場の磁場源は従来の脳磁場や末梢神経磁場と異なり、未解明な点が多く、一般的に用いられている解析モデルもないため、測定された磁場データをもとに筋肉磁場の磁場源モデルの検討を開始した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成３０年度は、本研究を遂行するためのツールの試作開発と、筋肉磁場についての知見を得るための生体磁気測定を行った。
本研究を遂行するためのツールの試作開発について、具体的には、基本波直交型フラックスゲート磁束計の量産のためのアモルファス磁性体ワイヤコアの絶縁方法と基板への配線方法の開発、それらに基づくフラックスゲート磁束計の基本設計と試作、揺動ノイズ軽減に対応するための24bit高分解能32chデータ収録のハードウェアの構築とソフトウェア開発と性能評価、磁気センサ位置検知のためのコイルシステムの設計、試作と、それによる室温磁気センサの位置検知の実証実験と評価、位置検知ソフトウェアの改良開発を行った。
また、筋肉磁場についての知見を得るための生体磁気測定実験については、東京医科歯科大学にて設置・運用されている多チャンネルSQUID生体磁気計測装置の試作機を用いて、健常被験者に対して、上腕二頭筋、上腕三頭筋、母指外転筋、脛骨筋などの骨格筋の自発磁場信号および、運動神経に電気刺激を与えたときの誘発磁場信号の測定を行った。これにより、再現性の高い筋肉磁場信号を得るための刺激方法や、測定部位についての知見を得ることができた。運動単位が活動したときの筋電位信号の大きさや、筋電位信号から見積もられる運動単位に含まれる筋繊維の数は、従来運動神経や筋肉の疾患に役立つ情報であるが、針電極による侵襲的な検査を必要とするため、検査の回数が限定され、とくに小児患者の場合は検査が困難な場合があった。この針電極による筋電位測定検査を非侵襲的な生体磁気測定で代替できる可能性が示された。
さらに、測定された筋肉磁場の磁場源解析を実施するための磁場源モデルの検討を行った。得られた磁場分布から、体積電流を考慮に入れた筋繊維に沿った線分電流をベースとした磁場源モデルが適切ではないかと予測された。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成３１年度（令和元年度）は、平成３０年度で試作したフラックスゲート磁束計を適用した多チャンネルシステムを試作し、性能評価を行う。さらに、ウエアラブルな磁束計システムとするためのセンサアレイの設計、試作と、回路調整によるSNの向上を目指す。その際、測定対象としては測定が比較的簡便な上腕、もしくは大腿の筋肉とする。
多チャンネルフラックスゲート磁束計で収録したデータをもとに、揺動ノイズの低減アルゴリズムの開発と実装を行い、地磁気下での測定を可能にするシステムの開発を目指す。
また、前年度に開発した磁気センサ位置検知のためのコイルシステムの改良開発を行い、ウエアラブル室温磁気センサアレイの位置検知に適用できるようにする。ウエアラブルセンサアレイは多チャンネルセンサアレイを複数のサブアレイに分割し、それぞれのサブアレイの相対位置を検出するシステムの開発を目指す。つまり、サブアレイ上に実装されたセンサアレイの相対位置は固定されているが、サブアレイ間の相対位置は自由度があるような状態でサブアレイどうしの位置関係を検出できるようなアルゴリズムを開発、実装する。サブアレイ上のセンサ位置については前年度に開発した方法で検出する。
また、平成３０年度に引き続いて、従来の多チャンネルSQUID生体磁気計測装置の試作機を用いた筋肉磁場の基礎的知見の取得と臨床的価値の検討、および磁場源モデルの検討にも取り組む。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
（理由）
当初、24bit多チャンネルデータ収録装置の購入費として899,900円を計上していたが、データ収録装置の構成要素のうちの一つで新モデルが発売されたため、当初の予定よりも安価に高性能なデータ収録装置を構成することができた。そのため、平成３０年度仕様学に余裕ができ、次年度使用額が発生した。
（使用計画）
磁気センサの改良開発のための追加的な電子部品などの消耗品費に充当する。
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