JP2001504714A

JP2001504714A - 強磁性異物検査方法および装置

Info

Publication number: JP2001504714A
Application number: JP50344198A
Authority: JP
Inventors: アヴリン，ウイリアム，エフ．; チィポット，ピーター，ヴイ．; マッセンジル，アール．，ケンプ
Original assignee: クウオンタムマグネティックス，インコーポレイテッド; プロトンサイエンシイズコーポレイション
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 2001-04-10
Also published as: WO1997049334A1; US20010012915A1; EP0917441A4; US6208884B1; US5842986A; US6418335B2; EP0917441A1; IL127659A0; CA2258268A1

Abstract

(57)【要約】ホストの選択された部位に弱い強度で時間的に変化する磁界を適用し、被検査領域内に保持されている鉄系物体からの応答磁界を探知するための方法および装置が開示されている。励起磁界コイルがこの被検査領域内に限られた磁界領域並びにゼロに近い磁界の領域を生じさせるように設計されている。各センサーはこのゼロに近い磁界の領域内に配置され、適用磁界の影響を少なくするようにしている。この適用磁界の影響は参照センサー、磁界補償コイルおよびフィードバックループを用いることにより更に減少される。これらセンサーにより測定された磁気勾配は処理され、鉄系物体の位置、特徴が解明される。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称強磁性異物検査方法および装置発明の技術的分野本発明は、ホスト（被検査対象物）内の異物を非破壊的方法で探知することに係わり、特に、異なる磁化率を有するホスト内の強磁性体を探知することに関する。発明の背景金属探知システムの工業的利用としては、隠された武器の空港での検査、地雷探知、その他の軍事的目的、あるいは交通量の検査などが挙げられる。現在まで、金属探知システムは医学上の利用としての実用的価値は殆どなかった。しかし磁気共鳴画像（ＭＲＩ）走査が病気の非侵入性検査の主要な手段となった現在において、事情は実質的に変化している。ＭＲＩ走査は頭部の病気、傷害を評価する目的で広く利用されている。脳腫瘍および他の重大な頭蓋骨内の病気のためのＭＲＩ神経診断評価の感度は非常に優れたものであり、このような患者のための他の古い検査法、例えばＸ線法、ＣＡＴ走査法などは急激に時代遅れとなっている。米国の多くの地区においてＭＲＩは今や好ましい標準的治療となっており、ＭＲＩ走査を行わない処方はしばしば疑問と思われている。この革命的技術はしかし、潜在的危険を全く伴わないというものではない。ここで取組む特別な危険、すなわち事実、ＭＲＩ走査に関係する最も大きい危険は、患者の眼、脳の中または近傍に鉄系金属異物が存在する場合に起きる。ＭＲＩシステムは強力な磁界、一般に１エスラ（１Ｔ）以上の高い磁界を利用する。ＭＲＩシステムのこの磁界が適用されたとき、大きい力が磁界中の強磁性異物（ＦＦＢ）に働き、この強磁性異物は移動する傾向を示す。長細いＦＦＢの場合は強力なトルクが働き、それを回転させる。このような動きは生体の眼、神経構造に著しい破壊をもたらす。脳、眼内の鉄系金属異物の最も破壊的作用は、鉄系金属異物に対しもたらされるＭＲＩ磁界のトルク作用である。この異物が球体の場合はＭＲＩ磁界において回転することはない。しかし、殆どの異物は球体ではない。従って、殆どの異物は磁界に整合する傾向を示す。この整合は“プロペラ ”作用に似ていて眼、神経組織を切断することになる。人体の殆どの部位は損傷が生じても、その損傷はそれほど広がらない。なぜならば、人体は搬痕組織を形成し、鉄系金属異物を実質的に“包み込む”からである。しかし、この“包み込み”は眼、脳では有意的に生じない。従って、ＭＲＩ走査において２つの主な危険部位は眼および脳である。眼は、眼組織を通して移動したり回転したりさせて恒久的失明を生じさせる力、トルクを生じさせる鉄系金属異物を、その内部に保有することができる。それは、溶接技術者、機械技術者に特に高い危険性がある。臨床文献にはＭＲＩ走査の間または後において、以前知られていなかった眼球内ＦＦＢ起因失明の患者の事例が報告されている。ＦＦＢの移動作用により硝子体出血、網膜傷害、あるいは眼神経切断さえも起こり得る。同様の問題が脳にも存在する。なぜらなば頭蓋内に保持された鉄系金属異物が脳組織を通って移動し得るからであり、その結果、神経欠陥が生じ得るからである。人体の他の部位に鉄系金属異物が繊維組織に埋め込まれた場合は、ＭＲＩ検査の間における鉄系金属異物の移動による損傷の危険性は微々たるものである。しかし、０．１４７ないし１．４４Ｔの磁界において、或種の動脈瘤クリップに対する応力は血管からクリップを外したり、また、外さないとしても変位損傷させたりするほどの十分に大きなものとなる。このクリップは比較的大きく、長さが６ないし３９ｍｍある。また、包み込まれた鉄系金属異物の加熱によっても不快感を感じることになる。この加熱はＭＲＩ検査において用いられる高周波磁界およびパルス磁界勾配によってもたらされる誘導加熱によるものである。少なくとも、大きい金属質異物について、この過剰な局所的加熱は危険である。火傷が例えばペースメーカの近辺でも生じることが知られている。また、ぺースメーカはＭＲＩ走査の際に誤動作し命を危険に曝すこともある。上述のように、患者の体内におけるＦＦＢの存在はＭＲＩ走査の際に大きな問題をもたらす。これらの問題は特に眼、脳において重要であるが、他の部位で幾つかの問題を生じさせる。この問題の重大性は多くの場合、用いられる磁石の大きさによるものである。一般的ＭＲＩシステムの場合、１０，０００ないし１５，０００エルステッド（Ｏｅ）若しくは１ないし１．５Ｔの範囲の磁界強度が発生する。この磁界はしばしば超電導磁気コイルシステムによって発生する。深冷コイルは直ちに駆動させることができないため、患者は磁界をオンにした状態でＭＲＩ装置内に導入されるか、あるいは患者がＭＲＩ装置内に配置された後に磁界を段階的に増大することが行われる。いずれの場合も、磁界の変化が保持されているＦＦＢにトルクが働き、ＦＦＢの回転を生じさせる。このトルク作用はＦＦＢが存在する体の部位をＭＲＩ走査する場合に生じることが明らかであるが、他の体の部位がＭＲＩ走査されていても起こり得る。ＭＲＩシステムの磁界は非常に大きく、数フィートの距離に達することもある。従って、例えば膝を走査した場合でも、大きな磁界は膝に加えられるだけでなく、眼および脳にも加えられることになる。従って、膝のＭＲＩ走査の間でも、眼内のＦＦＢにトルクが作用することになる。この傷害は磁界強度がＩＴ以上の従来のＭＴＩユニットで発生するだけでなく、０．３５Ｔ程度の低い磁界強度を有するＭＴＩユニットでも発生する。捕獲した新鮮な動物あるいは死んだ動物の眼を用いた実験結果から、眼内および眼窩内ＦＦＢは１ないし１．５Ｔの範囲の磁界強度を用いたＭＲＩ走査において最も顕著な移動が生じたことが判明された。これらの研究においては、１ｘ２ｘ０．５ｍｍないし１ｘ９ｘ９ｍｍないし５ｘ５ｘ７ｍｍの大きさのＦＦＢを埋め込み、実験が行われたものである。文献で一致しているところは、金属労働者に対しては保持されているＦＦＢによるＭＲＩにおける傷害の危険性を避けるため、もし事前検査を行わないとすると、少なくとも０．３５Ｔを超える磁界強度でのＭＲＩは差し控えるべきということである。鉄系金属異物に基づく危険性を少なくするための試みとして磁界のより小さい、例えば約３０００エルステッド（０．３Ｔ）以下の磁界を用いるＭＲＩの開発が考えられている。しかし、これらの試みは、最終的に得られる像が劣化していたり、患者に対するＭＲＩ磁界の露光が長くなるなどの問題がある。長い露光は患者がＭＲＩシステムで囲まれるため、閉所恐怖症の患者にとって特にストレスとなる。ＭＲＩシステムを０．０８Ｔないし０．０６Ｔの低い磁界で操作する場合は、眼に対する傷害をほぼ回避することができる。しかし、このような低い磁界で得られる空間分解能は一般に不満足なものとなると一般に考えられている。従って、このように磁界強度を小さくして危険性を少なくする試みは最適以下の結果が得られるに過ぎない。保持されている鉄系金属異物に起因する危険性を回避するための他の選択肢は、この高い危険部位に異物を持っていることが知られている患者に対しＭＲＩ手法を適用しないことである。このような方法で上記危険性を回避する方法は、放射線科医が致命的情報をしばしば知っていないことにより複雑となる。鉄系金属異物が眼、眼窩、頭部、胸部、その他の人体の致命的部位に存在することは、ＭＲＩ手法にとって禁忌であることが良く知られている。しかし、患者はそのような異物が存在することを知らないことがしばしばあったり、あるいは患者が放射線科医にそのような情報を知らせないことがある。従って、ＭＲＩ走査を行う放射線科医は患者が鉄系金属異物を保有していることを知らないため、悲惨な結果をもたらす可能性がある。このような場合に、ＭＲＩ走査の結果として、眼の傷害、恒久的失明が発生するのである。医療処置に伴う危険の判定はしばしば困難である。医師は日々、費用と、悪い反応の可能性に関し得られた情報、しかもしばしば不適切な情報に基づいて診断手法の危険性とを秤りにかけなければならない。ＭＲＩの場合、ＦＦＢの探知を安価、かつ危険性の小さい検査法で行うことができるならば、医師は、患者から不必要に不可欠な治療様式を奪い取ることなく、傷害を回避しつつ、十分に知らされた状態でＭＲＩの実施の決定を行うことが可能となる。ＭＲＩ事前検査法としての適用可能性について、幾つかの手法が研究されている。事実、ＭＲＩ手法自体を用いて、眼内および眼窩内異物の像を探知する可能性について広く研究されている。しかし、非常に低い磁界の場合を除いてＭＲＩ手法自体をこの事前検査法として利用することは明らかに適当でない。また、非常に低い磁界の場合は、ＭＲＩ手法の感度が低過ぎて、多くの場合、異物を探知することができない。さらに、現存するＭＲＩシステムの殆どが一定の磁界で操作されるため、ＭＲＩを利用して低磁界で検査するには、別のＭＲＩ装置を用意しなければならない。低磁界のＭＲＩ装置でさえも、そのコストは著しく高いものとなり通常の検査に採用することができない。Ｘ線写真は眼の近傍の異物の探知において様々な結果をもたらす。異物が大きい場合に旨く行く場合があるが、失敗する場合もある。コンピュータ化されたＸ線断層写真（ＣＴ）は異物の探知において単純な放射線写真より優れていると一般に考えられている。或る研究においては、０．０６ｍｍ立方の小さい異物の信頼性良く検知することができるとして、ＣＴ走査は放射線写真では捕らえることができない異物を容易に検知できることを示している。しかし、或る事例では、眼内の可なりの程度大きさのスチール製異物をＣＴで探知できなかったとしている。さらに、ＣＴ法は通常の検査のためにはコストがかかり過ぎる。ＣＴ走査法および単純Ｘ線写真の双方とも他の重要な問題を抱えている。すなわち、コレラの方法では、金属体を非金属体から区別することができるが、強磁性体と非強磁性体とを区別することはできない。従って、もしこれらの方法に依存してＭＲＩが採用されないとすると、上記欠点のために、ＭＲＩが、非強磁性体異物を保有する患者にとって、不必要に拒否されることになる。もし、金属製異物を保有する患者の全てがＭＲＩ走査の適用を拒否されるならば、多くの患者から有益な治療様式を不必要に奪い取ることになる。金属異物を示す平易なＸ線フィルムに基づいてＭＲＩを行うか否かの医療診断を下すことは非常に好ましくない。なぜならば、そのＸ線フィルムはその保持されている金属異物が鉄系のものか否かという核心的疑問に答えていないからである。電離放射線を使用する必要性に伴うこのような問題並びに意図する異物を確実に探知できないという問題のため、Ｘ線およびＣＴを利用する手法はＭＲＩ事前検査に適していない。眼の中または近傍に存在する異物を探知する他の方法として超音波の利用がある。平易な放射線写真の場合の４０％の探知確率に比較して、超音波は９３％の探知確率で全てのタイプの異物を探知できるとする研究報告がある。この場合、眼内異物についての探知率はＣＴに匹敵するが、眼窩の部分にある外眼異物についての探知率はＣＴに比べて劣る。高周波超音波では更に明瞭な結果が得られる。しかし、超音波はＸ線およびＣＴを利用する手法と同様の欠陥を伴う。すなわち、強磁性体と非強磁性体とを区別することはできない。磁気脳造影法（ＭＥＧ）に用いられる受動磁気探知は強磁性体に引起こされる地球の磁界の動揺を探知することができる。磁界と勾配張筋成分の完全なセットを測定することにより異物の位置、特徴を特定し得るアルゴリズムが存在する。しかし、ＭＥＧに用いられる超感度磁力計は非常に高価である。さらに、ＦＦＢにより生じた静的磁界動揺を背景の磁界から区別することは困難である。ＭＲＩ走査の開始前に鉄系金属探知システムにより患者を検査することは有益なことである。ＭＲＩ走査の急速な進歩と共に、このような検査は重要な器官内または近傍に存在する鉄系金属異物のＭＲＩによる移動に原因する病気、傷害を減少させることができる。ＭＲＩ事前検査のための保有鉄系金属異物の探知に加えて、急性眼窩および眼内外傷を患っている患者に対し強磁性探知能力を与えることも有意なことである。多くの場合、非鉄系金属異物は眼窩内に恒久的に留まることができ、医原性外科外傷を少なくすることができる。他方、鉄系金属異物はしばしば侵略的外科手術により除去する必要を生じ、これは非鉄系金属異物が単に体内に放置されるのと比較して潜在的により破壊的なものとなる。或る臨床的な状況下で求められる外科的侵入性を少なくすることができる検査は有用である。本発明の１つの目的は、ホストの選択された部位内に保持されている鉄系金属異物を探知する方法および装置を提供することである。このホストの１つの形態はＭＲＩ走査が求められている患者である。本発明の他の目的は、患者の体内に保持されている鉄系金属異物の位置、大きさを判定する方法および装置を提供することである。本発明のさらに他の目的は、患者の体内に保持されている鉄系金属異物と非鉄系金属異物とを分別するための方法および装置を提供することである。最後に、本発明のさらに他の目的は、患者の体内に保持されている金属異物の探知、位置、特徴を検査するための、非侵入的であり、安全であり、経済的であり、かつ、採用し易い方法および装置を提供することである。発明の概要本発明はＭＲＩその他の医療処置の前の患者の検査手段としてヒト組織内に保持されている鉄系金属異物の探知に際し、磁化率の測定を利用するものである。これは、検査法の正確性、信頼性、経済性を高めるため、１またはそれ以上の磁気測定技術の組合せを包含することができる。磁界発生装置が検査されるべき人体部位の近傍に配置される。この磁界発生装置は時間的に変動して適用される磁界発生装置を１以上、具備してなる。センサーまたはセンサー列が検査されるべき人体部位の近傍に配置される。これらのセンサーからの信号は、その選択された人体部位に鉄系磁性異物の有無を知らせる。さらに、この磁界発生装置およびセンサーは検査されている人体部位の磁化率の変則を測定することができる。このセンサーは静止して設けられていてもよいし、あるいは検査されている人体部位の磁化率変則図を発生させるため移動させてもよい。磁化率変則の強度、時間依存性、周波数依存性がコンピュータ処理装置で直ちに分析され、検査されている人体部位内の鉄系金属異物の位置、大きさが決定される。静止磁気センサーは磁界勾配の適当な組合せを測定することができ、ついで、そのセンサー出力信号の公知のフラム−ウイン・アルゴリズムを用いての処理により、保持されている鉄系金属異物の位置、特徴が割り出される。他の方法として、可動センサーまたはセンサー列を位置エンコーダに配設し、センサーおよび位置エンコーダからの出力をコンピュータに送り、ここでその出力を分析し所望の情報を得るようにしてもよい。本発明の新規な特徴、利点は、以下に図面を参照して説明する幾つかの実施例からより明確に理解されるであろう。なお、これら図中、同一部位は同一符号がふされている。図面の簡単な説明図１は本発明に用いられる励磁コイルおよびセンサー列を拡大して示す模式図；図２は図１に示す励磁コイルおよびセンサー列を患者の検査に使用される場合を示す側面図；図３はセンサーの典型的配列を示す一般的ＰＣボードの平面図；図４は本発明の実施形態を示す患者の側面図。発明の詳細な説明交流磁化率測定法は、上記の従来の検査手法の利点を組合せてなり、それらの欠点を伴わない。この方法において、交流磁界がホストの検査されるべき選択された部位に対し適用される。この選択された部位に存在する金属異物は適用された磁界に応答し、それ自身の小さい交流磁界を発生させる。これらの磁化率変則は適当に安価なセンサーを用いて検知することができ、受動磁気測定とは対照的に、所望の信号を同期検出により背景ノイズから区別することができる。これは適用されたａｃ磁界と同一の周波数で振動する応答磁界の成分のみを測定することにより達成することができる。さらに、この応答磁気信号の極性および周波数依存性により強磁性金属を非強磁性金属から区別することはできる。強磁性体は常磁化率を有し、応答磁気モーメントの方向が適用された磁界の方向と同一である。この常磁化率は、適用された磁界の周波数がゼロに近づくと、一定の非ゼロ値に近づく。他方、非強磁性金属は渦電流応答を示し、応答磁気モーメントの方向が適用された磁界の方向と逆である。この非強磁性応答は適用された磁界の周波数がゼロに近づくと、ゼロに近づく。従って、信号処理機は２以上の周波数で測定を行い、応答磁気モーメントの変化を観察することにより２つのタイプの応答を区別することができる。この方法は磁界を患者に対し適用することを含むため、適用される磁界は傷害の発生を回避するため十分に低く抑えている。すなわち、適用されるａｃ磁界が僅か０．０００１ないし０．０１Ｔで、ＭＲＩを受けようとしている患者に対しこの方法を十分に実行し得ることが見出された。この方法を他のホストに対して実行する場合、それぞれ必要、かつ十分な異なるレベルの磁界が適用されることになる。０．０１Ｔまでの磁界はＦＦＢの動きによる患者への傷害は生じない。さらに、過剰の電界の発生、金属埋込み物の過剰の加熱の危険性も全くない。適用される磁界が非常に小さいので、検知された鉄系物体からの応答も非常に小さい。ＭＲＩの間、患者の選択された検査部位に傷害を生じさせることができる最小の強磁性体からのａｃ磁気応答を探知するため、医療的に有用な器具を使用しなければならない。この測定しなければならない最小の信号の大きさを見積もるため、簡単なモデルを使用することができる。このモデルにおいて、異物は球状であり、その磁化率は、周囲の媒体の透磁率に正規化した場合は１より可なり大きい。もし、この球状粒子が空間的に均一の磁界に曝されたとき、この球状粒子自体により発生する磁界Ｂ_SIGは以下の関係式により与えられる。ここで、Ｂ_APPは適用される磁界、ａは球状粒子の半径、ｒは球状粒子と磁気センサーとの間の距離である。このセンサーを患者の眼の表面に近付けると、センサーから眼窩の任意の一部までの距離が眼窩の直径とほぼ同等の距離に制限される。従って、ｒの妥当な値は５ｃｍかも知れない。有害な虞れがある粒子の最小のサイズを見積るための研究によると、１ｍｍ立方の容積の粒子が妥当なサイズであると思われる。この１ｍｍ立方の球状粒子の半径ａは約０．６２ｍｍとなる。従って、安全な余裕を見て、０．５ｍｍと設計すると、ａ＝０．５ｍｍ、ｒ＝５ｃｍとして、Ｂ_SIG／Ｂ_A _PP は１０^-6となる。これらの小さい信号を探知する能力は適用される磁界の大きさ、磁気センサー中のノイズ、磁気環境からのノイズ、さらに、適用される磁界の作用が抑制される程度などに依存する。一例として、１０エルステッド（１０^-3Ｔ）のａｃ磁界を、ａｃ磁界コイルに過剰の電力の消散を生じさせることなく、かつ、患者に傷害を生じさせることなく、頭部サイズの大きさの容積に対し容易に適用することができる。この大きさの磁界であって、１０ないし１００Ｈｚの周波数で振動するものは、ＭＲＩ手法で用いられる時間的に変動する磁気勾配よりも強度および変化率において大きくない。１０^-3Ｔの磁界を適用した場合、この粒子モデルからの応答磁界の大きさは約１０^-9Ｔである。したがって、０．００１Ｔの磁界を適用して利用される場合においては、本発明では安価ではあるが、このような小さな磁気信号、すなわち最も関心のある小さな異物からの磁気信号を探知するのに十分な感度を有する磁気センサーで十分に役立つことができる。さらに、１０Ｈｚで少なくとも１００ｐＴ／Ｈｚ^1/2の感度、好ましくは１０Ｈｚで１０ｐＴ／Ｈｚ¹ ^/2 の感度を有するレジスターを使用することが好ましい。この場合の好ましいセンサーは改良された磁気抵抗（ＭＲ）センサーであり、最近、イーストマン・コダック社により開発されたものである。磁気抵抗センサーは良く開発され信頼性のよい技術であり、主にコンピュータ・デスク・ドライブの記録ヘッドに用いられる。最近の技術開発により１０Ｈｚで１０ｐＴ／Ｈｚ^1/2のオーダーの感度を有するＭＲセンサーの製造が可能となっている。上記粒子モデルにより発生する磁界は、１Ｈｚの測定帯域幅についてコダック社製ＭＲセンサーにおけるノイズより少なくとも１０倍大きい。従って、数秒間のデータ平均化時間であっても、センサーのノイズを問題の粒子の信号強度より十分小さく押し下げることができる。その他の種々のタイプのセンサーも、適当な応用、例えばフラックスゲート磁力計、磁気トランジスターなどにおいて本発明の要求を満たすことができる。保持されている異物からの小さなａｃ磁界を、より大きい使用ａｃ磁界の存在下で探知するため、適用された磁界の全測定磁界に対する寄与の変動を抑制する必要がある。この場合、幾つかの方策を種々の組合せで用い、この適用磁界の変動を抑制することができる。最初に、非常に安定した適用磁界源を用い、適用磁界コイルにおいて電流ができるだけ一定となるようにする。第２に、適用ａｃ磁界が特別にデザインされたコイルを用いて形成され、これにより、適用ａｃ磁界が磁気センサーの位置においてほぼゼロの磁界強度である第１の領域を形成し、他方、検査されるホストの選択された部位において限定された磁界強度を有する第２の領域を形成するようにする。第３に、２以上のセンサーにより感知される磁界間の差異が測定される。すなわち、適用磁界コイルにより形成される低い磁界強度の第１の領域内に複数のセンサーを対称的に配置し、これにより、形成されるac磁界が小さいだけでなく、双方のセンサーについてほぼ同一となるようにする。このような配置により、これらの信号間の異なる測定が適用磁界の残留変動の作用を相殺させるようにする。この方法を用いることにより、適用ａｃ磁界より１０⁸倍小さい磁気信号が測定される。この適用磁界の拒否のレベルは、関心のある異物のサイズを探知するのに十分過ぎるほどのものである。適用ａｃ磁界により生じるノイズの拒否に加えて、更に２つの付加的利点が磁界の空間的差異または勾配を測定することについて存在する。第１に、磁気ノイズの殆どが周りの環境から相殺されることである。なぜならば、互いに接近しているセンサーはほぼ同一の背景磁界を見ているからである。磁気勾配の測定により、１０ないし１００の係数分、周囲ノイズを容易に抑制することができ、これにより、小さな強磁性体粒子の磁気的兆候を予測された環境で確実に測定することを可能にさせる。例えば、適用された磁界が１０^-4Ｔの場合、上記の粒子モデルは１０^-10Ｔの磁界を生成させると思われる。可なりノイズの大きい環境でも、少なくともＡＣ電流周波数６０Ｈｚの調波から十分に除かれた周波数において、周囲ノイズは一般的に１０^-9未満である。このノイズを１００の係数を以て抑制する（１／１００）ことにより、周囲のノイズの寄与を上記粒子モデルのサイン（識別可能痕跡）よりもオーダーの大きさで小さくすることができる。第２に、測定磁気勾配は磁気信号の発生源の位置をより早く知ることを可能にし、ホストの選択された部位、例えば患者の眼または眼窩内の部位に発生源が存在することを実証することを可能にする。この方法は、与えられた点における鉄系異物の磁界勾配テンソルｇ＝（αＢ_i／αｘ_j）の５個の全ての成分の測定を含む。ついで、当業者に公知のフラム−ウインアルゴリズムが用いられ、この磁界を有する磁気双極子源の位置、大きさ、配向が決定される。このアプローチによれば、空間中の複数の位置での応答ａｃ磁界の図形化の必要性をなくし、または少なくすることができる。このフラム−ウインアルゴリズムについては以下に詳述する。磁気源の位置を特定する１つの方法は、磁気センサーを移動させ、異なる位置での数回の測定を行い、位置との関数として磁界を図形化し、ついで磁界マップに最も適合する磁気源の位置を計算することである。この磁界の図形化における困難な点の１つはセンサーの位置を多数回変える必要があることであり、その位置を各回ごとに正確に測定しなければならないことである。磁気源の位置を特定する別の方法は、空間の１つの位置で、磁界勾配テンソルの５個の全ての独立した成分を測定することである。磁気源の位置は、フラムおよびウインにより開発されたアルゴリズムを用いて、この単一のデータポイントから決定される。この磁界勾配テンソルは、３つの空間座標のそれぞれに関する磁界の３つの成分のそれぞれの微分係数に対応する９つの数の集合により表される。しかし、電磁気の基本法則を介して、磁界の異なる空間微分係数は互いに関係づけることができ、従って磁界勾配テンソルは僅か５つの数学的に独立した成分の項で表すことができる。フラム−ウインアルゴリズムは磁気源が磁気双極子であると仮定している。この仮定は磁気源の物理的寸法が磁気源とセンサーとの間の距離と比較して小さい限り有効である。この条件は本発明が意図している状況を通常、十分に満たすものである。例えば、患者の眼窩を検査する場合、目標は主寸法が多分１ミリまたはそれ以下の小さな金属片を探り当てることであり、その位置は磁気センサーから数センチ離れているであろう。もし、磁気源が磁気双極子であると仮定すると、その磁気双極子は６つの独立した量の項で完全に記述することができる。つまり、これらは磁気モーメントの配向、大きさについての３つの量（方向を規定する２つの角度および大きさを規定する３番目の量）と、センサーからの磁気源の方向および距離についての３つの量（２つの角度および線寸法）である。フラムおよびウインによれば、磁気源の磁界勾配テンソルが単一点で測定される場合、その測定結果は双極子を描く６つの独立した量の５つを計算するのに使用することができることが実証されている。これらの５つの量は、磁気モーメントの配向（空間における方向を規定する２つの角度）、磁気源からセンサーへ向かう方向（空間における方向を規定する２つの角度）、および磁気モーメントと、磁気源からセンサーまでの距離の４乗との積（第５の独立した量）である。関連する情報の独立した付加的事項を用いることにより、磁気モーメントおよび磁気源からセンサーまでの距離を決定することができ、これにより磁気双極子源の位置、特徴を完全に把握することができる。この磁気モーメントおよび上記距離を決定するのに必要な上述の情報の独立した付加的事項は、位置に関する微分係数とは対照的に、磁界の３つの成分の１つを測定することにより、あるいは空間中のもう１つの位置での磁気勾配測定を繰返すことにより得ることができる。フラム−ウインアルゴリズムは等式の１つの非線形セットを解決することを含むため、上記双極子の位置およびサイズについての特異な解決を提供するものではない。むしろ、これは、４つの可能な解決、つまり１つの正しいもの、および３つの“幻”の解決を提供するものである。本発明の適用において、検査部位、例えば患者の頭部の外に横たわる“幻”の解決を排除することが可能である。その他の方法として、空間中の２つの位置で磁界勾配テンソルを測定し、フラム−ウインアルゴリズムを各測定結果のセットに適用することにより“幻”の解決を排除することが可能である。これらの双方に見られる共通する解決が正しい解決となる。本発明において使用し得る好ましいセンサーである磁気抵抗センサーは、磁界中の変化を感応素子の抵抗の変化として反映させたものである。この感応素子の抵抗は公知のホィートストンブリッジを用いて読み取られる。本発明においては、これらのセンサーが組合せて用いられ、磁気源の磁気勾配の測定が行われる。磁界勾配テンソルの測定において、ＩＢＭリサーチ社により開発されたスリー・センサー・グラジオメータ（ＴＳＧ）を使用することができる。このＴＳＧは背景ノイズの拒絶作用に優れ、双方のセンサーに共通する大きい背景信号を直接、差し引くことにより、小さな微分信号を特定する必要をなくすことができる。磁界勾配測定の最も簡単な方法は、２つのセンサーの出力を差し引くことである。しかし、これは各センサーが、関心のある信号に加えて背景ノイズの全ての振幅を読むことができる十分な動的範囲を有することが必要となる。ＴＳＧは背景磁界の作用を除去することができる第３の参照センサーを使用することによりこの問題を解決している。低いノイズのために最適化した２つの主センサーを用いて、関心のある磁界勾配成分の探知が行われる。広範囲に最適化された第３の参照センサーが磁気フィードバックループで操作され、背景磁界をモニターするようにしている。このフィードバックループは参照センサーの信号をモニターし、電流を参照センサーを囲む磁界解除コイルに供給する。さらに、このフィードバックループは上記コイルに対する電流を調整し、センサーの出力により測定が行われる際、参照センサーを一定の磁界に維持させる。同時に、同じ電流が、主センサーを囲む同一の磁界解除コイルに供給される。これにより、主センサーに対する背景磁界の作用が解消され、主センサーが磁気源の残留磁気勾配を感知し得るようにする。複数の主センサーにより感知される磁界間の差異は、ベースラインと呼ばれるセンサー間の分離により掛合わされた磁界勾配により与えられる。本発明で用いられるＴＳＧのバージョンは磁気フィードバックループの２つの層、すなわち第１次ループおよび第２次ループを有するものであってよい。第１の層は上記の参照センサーフィードバックループである。第２の層は第１次センサーのための別の第２次フィードバックループである。各第２次フィードバックループは第１次センサーの１つの出力をモニターし、必要に応じ、そのセンサーで磁界を全体的に解消するための小さな追加電流をそのセンサーのための磁界解消コイルに供給する。ついで、磁気源の磁気勾配が、２つの第２次フィードバックループの出力を電子的に差し引くことにより測定される。上記説明は、空間の２点間の磁界の差を測定するための２つの主センサーを使用する一次磁気傾度測定器に基づいてなされている。これに対し、高次磁気傾度測定器の場合は、多数のセンサーが用いられ、磁界の高次空間勾配の測定が行われる。例えば、２次磁気傾度測定器の場合は、３つのセンサーが用いられ、位置との関連で磁界の第２の微分係数（ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）が測定される。ＴＳＧの基本原理は全ての次元の磁気傾度測定器について当て嵌まるものである。磁気傾度測定器は、保持されている強磁性体異物により発生する磁気信号の探知を可能にしつつ、或る好ましくない背景磁界、例えば本発明における適用ａｃ磁界、あるいは周囲からの磁気ノイズを解消させるために使用される。２つの主センサーは同一の背景磁界を見つつ、しかも一方の主センサーが所望の信号を他方より強く受けるようにして配列される。このような場合、２つのセンサーの出力を差し引くことにより背景信号の殆どを解消させることができるが、ＦＦＢからの信号は解消させないようにすることができる。磁気傾度測定器を設計する上で重要なパラメータは磁気傾度測定器のベースラインの長さ、すなわち２つの主センサー間の距離である。背景ノイズをできるだけよく拒否するため、この２つの主センサーは或る意味で互いに接近させる必要がある。例えば、背景ノイズを拒否するため、２つの主センサーの分離は、磁気傾度測定器から背景ノイズ源までの距離と比較して小さくなければならない。同様に、本発明における適用ａｃ磁界の作用を拒否するためには、複数の主センサーを、適用されるａｃ磁界を形成するコイルシステムの寸法と比較して互いにより接近させる必要がある。しかし、もし主センサー相互を、センサーから関心の信号源への距離に比較して余りにも接近して配置させると、この２つの主センサーはほぼ同一の振幅を持った所望の信号を見ることになる。このような場合、２つのセンサーの出力を差し引くとＦＦＢから受理した信号を殆ど解消してしまうことになる。所望の信号を見ることと、背景ノイズを拒否することとの間の最良の妥協は、磁気傾度測定器と関心の信号源との間の距離とほぼ同一の大きさの磁気傾度測定器ベースラインを選択することであると一般的に言える。本発明を患者の眼窩を検査し、ＦＦＢを探知のために用いる場合は、この距離は５ｃｍ程度である。本発明で使用される装置は以下のものを含む。すなわち、（１）検査部位にａｃ磁界を適用するための励起コイルの１セット、（２）最適に配置した磁気センサーの１セット、（３）センサーからの磁気測定信号を用いて強磁性物体の探知し、位置決定し、かつ、その目標物体からの信号を他の干渉磁界から区別するための装置である。励起コイルおよび磁気センサーは適用される磁界により発生する干渉信号を減少し得るように配置される。このことは、主磁気センサーが体験する適用磁界はできるだけ小さく、すべてのセンサーにとってほぼ同一であることが求められる。さらに、長く、狭い強磁性物体があらゆる可能な方向に配向していても探知可能にするため、磁気応答測定は、検査されるべき部位との関連で少なくとも２つの異なる位置で為されなければならない。本発明で解決されるべき主たる課題は、ＦＦＢからの信号より数オーダー大きいａｃ励起磁界の存在下で、極めて小さい強磁性体異物により発生する小さいａｃ磁気信号を探知することである。図１はこの問題を解決するための本発明の装置で使用される励起装置１０の配置を示している。ここで用いられている方策の１つは、磁気センサーが内部に配置される励起装置１０内の領域においてａｃ励起磁界がほぼ解消されるように励起装置１０を設計することである。励起磁界コイル１２が２つの印刷回路（ＰＣ）基板１４、１６の各表面にそれぞれレイアウトされている。この２つのＰＣ基板１４、１６は互いに平行に配置され、磁気センサーはこの２つのＰＣ基板１４、１６間に配置される。各ＰＣ基板１４、１６は平行で等しく離間させた多数の電流路１８を有し、これら電流路１８は、基板の外側辺部に沿う戻り電流路２０と共に、基板の中央部において１方向に延び、ほぼ２つの渦巻きパターンを形成している。１つのＰＣ基板上の渦巻きパターンは直列に接続されていて、電流がこれらを通って流れるとき、その結果得られる電流分布は基板の中央部のほぼ全域に亘って図中ｙ方向に流れる電流のほぼ均一なシートを形成することになる。この基板の領域が図中、マークＡ−ＡおよびB −Ｂの間の面積でほぼ規制される。この電流分布は基板の中央部のほぼ全域に亘ってほぼ均一な磁界を形成する。図２は電流の均一なシートが形成されている領域が破線で示すように実際に６辺形をなしている場合を示している。本図は均一な電流の領域の寸法を最大限にする１つの方法を実証している。基板１４の中央部の電流路１８の幅は増大させることができ、他方、基板１４の端部の戻り電流路２０の幅は減少させることができる。これにより、電流の均一なシートで覆われている領域が占めるＰＣ基板１４の範囲をできるだけ大きくすることができる。図１に戻って説明すると、このデザインによる２つの基板１４、１６は互いに平行をなし、この関係が図中、拡大して示されている。実際には、ＰＣ基板１４、１６は距離Ｓにより分離されていて、この距離Ｓは均一な電流路を形成する中央部の領域の長さ、幅を比較して小さい。この２つのＰＣ基板１４、１６は、一方の基板の電流路１８が他方の基板の対応する電流路１８と平行になるように配向されている。この２つのＰＣ基板１４、１６はついで直列でａｃ電力供給源２２に接続されていて、電流は双方の基板において同一の方向、つまり図中ｙ方向に流れる。この電力供給源２２は公知のように制御装置を備えてものであってもよく、これにより磁界をパルス化したり、周波数を変化させたり、多重周波数の波形にしたりすることができる。この適用磁界における経時的変化によって、感応回路構成を電力供給部と同調させることにより、周囲の背景磁界から応答磁界を区別するのを助けることができる。２つのＰＣ基板１４、１６の中央部を囲む領域において、この配置により発生した磁界は、ｙ方向に流れる電流の一対の平行、かつ均一なシートにより形成されるものと近似したものとなる。２つのＰＣ基板１４、１６の中央部間の空間において、正味の磁界はほぼゼロである。なぜならば、この２つの電流シートからの寄与が互いにほぼ打消し合うことになるからである。しかし、小さな残留磁界が存在する。なぜならば、完全な磁界の打消しが電流シートの領域の限定されたサイズおよびＰＣ基板１４、１６の周縁に沿って形成されている戻り電流路２０の存在により妨げられているからである。以下に述べるように、磁気センサーはＰＣ基板１４、１６に平行な面に配置される。この場合、センサーの面は２つのＰＣ基板１４、１６の間の中間点ＭＰに位置していて、従って、センサーはほぼゼロの磁界にある。図３は均一な電流シートの領域が破線で示される典型的なＰＣ基板１４を示している。磁気センサー２４は均一な電流シートの領域との関係で対称的に配置されていて、ａｃ励起磁界は各センサー２４についてほぼ同一である。さらに、上述のように、センサー２４が２つのＰＣ基板１４、１６の間の中間の面に位置しているため、各センサー２４により見られるａｃ励起磁界は均一であるだけでなく、ほぼゼロである。センサー２４の位置における磁界は空間的に均一であると同時に小さくなければならない。これにより、センサー２４の位置における小さな誤差が、磁界勾配測定をおこなったとき、残留磁界の解消と干渉しないようにする。コイル１２の配列の有効性は一部、上記の２つのＰＣ基板１４、１６の寸法、並びにＰＣ基板１４、１６間の隔離距離に依存する。センサー２４の位置におけるａｃ磁界は、もしセンサー２４が２つの電流シート間の中間の面にできるだけ近くに配置された場合、これらの電流シート間の隔離をそれらの長さ、幅と比較してできるだけ小さくした場合、さらに電流シートの長さ、幅をセンサー２４間の距離と比較してできるだけ大きくした場合は、最も小さく、かつ最もほぼ均一となる。これらの重要な寸法は他の考慮すべき観点から影響を受ける。第１に、上述のように、磁気傾度測定器のベースラインの長さは、センサー２４から磁化率変則源までの距離と同等でなければならない。本発明を患者の眼窩の検査に適用する場合は、これは主センサーから眼窩の最も遠い点までの距離となる。電流シートはこのベースラインと比較してできるだけ長く、かつ、広くなければならない。他方、ＰＣ基板１４、１６は、ＰＣ基板１４、１６の端部が患者の他の部位、例えば肩部と干渉する虞れなく、患者の眼に隣接する点に中心が向けられるように十分に小さくなければならない。電流シート間の隔離は磁気センサー２４の寸法が入り得る程度に大きくなければならない。さらに、この電流シート間の隔離は、ＰＣ基板１４、１６上の電流分布パターンからもたらされる適用された磁界の“粒子状”を回避するのに十分な程度の大きさでなければならない。電流の均一なシートに近似させるため、電流は各ＰＣ基板１４、１６上の平行な線１８のセットを介して通過させる。これら線間に或る決められた分離が存在するから、得られる電流の分布は完全に均一ではない。しかし、その代わりに、その分布には線１８に対し横方向（図１、２のｘ方向）の定期的変化が存在する。その結果得られる磁界は対応する定期的変化を伴うことになり、その変化は線１８近傍において最も顕著なものとなり、電流シートからの距離が増大するにつれて衰える。この空間的変化のため、この２つの電流シート間の領域における磁界は完全には打消し合うことはない。さらに、この空間的変化が細かいスケールで発生するから、主センサー２４の位置についての比較的小さい誤差が、そのセンサー２４によって見られるａｃ適用磁界の量に可なりの変化を生じさせる。特定の目的について励起装置１０を設計する際、ａｃ適用磁界による背景信号が磁界解消コイルおよび磁界勾配測定によって抑制されなければならない程度について目標を設定しなければならない。磁気センサー２４はついで電流シートから十分に離れた位置に配置され、ａｃ磁界の定期的に変化する成分、または“粒状性”が許容し得る残留磁界よりも小さくなるようにする。このセンサー２４の電流シートからの隔離についての制限によって、２つのＰＣ基板１４、１６がどの程度接近して置くことができるかが決定される。例えば、眼の検査について妥当な目標は、主センサーによって見られるａｃ信号が、実際に眼に適用されるａｃ磁界の振幅に相当するものよりもほぼ１０²または１０³の係数を以て小さくなるように適用磁界を抑制することである。平行な線１８の近傍の磁界の“粒状性”または空間的変化は複雑な数学的形態を有する。しかし、その支配的寄与は電流シートに垂直な方向で指数的に衰退し、線１８に対し横方向にシヌソイド状に変化する。すなわち、磁界の“粒状性”はほぼ以下の関係式により表すことができる。ここで、δＢは磁界の変化成分、Ｂ₀は磁界の空間的平均値、Δｘは線１８間の隔離距離、ｌは線１８のパターンの周期、ｚは電流シートからの垂直距離、ｘは線１８に対し横方向の位置座標である。典型的ケースにおいては、ｌは２．５ｍｍ、Δｘは０．２５ｍｍである。これらの寸法の大きさはＰＣ基板が作製される精度により左右される。ｌδＢ／Ｂ₀の値を１％未満としようとすると、ｚの値、すなわち磁気センサー２４から電流シートまでの距離は１．８３ｍｍより大きくなければならない。上述のように、磁気センサー２４は２つのＰＣ基板１４、１６間、すなわち適用磁界がゼロの領域に配置される。残留適用磁界による測定誤差を少なくするため、励起コイル１２は対称的にレイアウトされ、磁気センサー２４はこの対称を利用すべく意図的に配置される。より具体的に述べると、各ＰＣ基板１４、１６上の電流路１８および戻り電流路２０は、ＰＣ基板の中央を縦に走るｙ軸を中心として対称的に位置する２つの渦状コイルに分岐される。その結果、各ＰＣ基板１４、１６により形成される磁界はｙ軸を介しての反射との関係で対称となる。この渦状コイル１２はさらに、磁界がｙ軸に垂直な方向でＰＣ基板の中央を横に走るｘ軸を中心としてほぼ対称的になるように形づけられている。４個の磁気センサー２４を四角形の四隅にそれぞれ位置させ、ｘ軸およびｙ軸に対称となるようにして使用することができる。このように配置した場合は、適用磁界が小さいだけでなく、全てのセンサー２４についてほぼ同一となる。１つの隅のセンサー２４を３−センサー磁気傾度測定器における参照センサーとして用い、他の３つのセンサー２４は主センサーとして用いる。これらセンサー２４は適当なＴＳＧ回路構成３０に接続され、ここで３つのセンサー２４からの出力の差が処理され、強磁性体異物による磁界の勾配が測定される。各コーナーのセンサー２４が３軸磁力計である場合は、磁界の３つの成分全てを測定することにより、磁界勾配テンソルの５つの成分全てがこの回路構成の出力により与えられる。ついで、この勾配出力が公知のようにしてフラム−ウイン・アルゴリズムを用いて処理され、ＦＦＢの位置、特徴が探知される。上記構成では、励起コイル１２の単一のセットを用い、適用磁界を一方向に配向させて磁気応答測定がなされている。このような“単一コイル”を用いて単一の測定を行っても、長く細い強磁性体片で、その長軸が適用磁界に対し垂直であるものを探知できない場合が有り得る。一例として、励起コイル１２がｙ軸方向の電流を有し、適用磁界がＦＦＢの位置で例えばｘ軸方向に平行に配向されていると仮定する。もし、このＦＦＢが長く細い強磁性体片であり、その長軸がｘ軸にに対し直交するように配向しているとすると、このＦＦＢから得られる磁界はセンサー２４により探知できるほど十分に大きくないかも知れない。 “二重コイル”装置として２個の励起コイル１２を用いることにより、より多様な装置とし、これによって２つの直交する方向に配向された磁界を形成させることができる。第１の励起コイル１２は図１または２に示すような構成からなり、２つの平行なＰＣ基板１４、１６上に形成された線１８、２０を有し、２つの平行でｙ軸方向の均一な電流シートの作用を生じさせる。第２の励起コイル１２は第１の励起コイル１２と構成が同一で、同じ２つのＰＣ基板１４、１６の表面上に設けられるが、第１の励起コイル１２と直角な方向に配向されている。この第２の励起コイル１２は２つの平行で例えばｘ軸方向の均一な電流シートの作用を生じさせる。この２つの励起コイル１２はＰＣ基板１４、１６の表面上に設けられた２つの独立した線のセットを有する。この２つの独立した線のセットは通常の多層技術を用いて形成され、２つの線のセットの間には絶縁層が介在している。磁気応答測定において、この２つの励起コイル１２に対し相が９０度シフトされたａｃ電流がそれぞれ供給される。そのため、磁界はＰＣ基板１４、１６の表面に平行な面でｘ−ｙ面で連続的に回転する。ＦＦＢにより生じた応答磁界の変化は、この回転する適用磁界の関数として測定される。これによりｘ−ｙ面に或る程度の寸法を示すＦＦＢの存在は全て探知することができる。例を挙げて説明すると、図４に示すように、“二重コイル”装置は患者の眼の中のＦＦＢを探知するために使用することができる。この二重励起コイル１２を含むＰＣ基板１４、１６は患者Ｐの額にほぼ平行に配置され、磁気センサー２４はＰＣ基板１４、１６の中間に配置される。装置全体は患者の眼にできるだけ近付けて配置される。図示の場合、４個のセンサー２４の内、２つのみが示されている。適用磁界２６はＰＣ基板１４、１６における上記第２の励起コイル１２により生じる。この磁界２６を発生させる第２の励起コイル１２は電流がｘ軸方向、つまり図面に垂直な方向の励起コイルである。適用ａｃ磁界２６に対するＦＦＢの応答からもたらされる応答磁界２８が示されている。同様に構成された適用ａｃ磁界（図示しない）を磁界２６に直交するように配向させることができる。この付加的適用磁界は上記の第１の励起コイル１２により発生させることができ、この場合の電流の方向はｙ袖方向である。この付加的適用磁界はＦＦＢの周りにもう一つの応答磁界（図示しない）を生じさせる。この装置のこの位置において、２つの直交励起コイルは額にほぼ平行な適用磁界を生じさせる。２つの励起コイル１２が９０度の相角度で付勢されているので、この適用磁界はｚ軸の周りで回転する。センサー２４は鉄系物体の周りの応答磁界（つまり、この面における適用磁界に応答して）の変化を探知する。このセンサー２４からの信号は上述のようにして処理され、ＦＦＢの磁気勾配が測定される。上述のように、長く細い物体で、その長軸が適用磁界の面に対し垂直であるものは探知できない場合が有り得る。しかし、このような物体も、その配向の如何を問わず、“二重コィル”装置の２つの異なる位置での測定により探知することができる。例えば、図４に示すような装置の配向において、双方の励起コイルからの適用磁界は患者の眼の領域において実質的にｚ軸に垂直となる。眼の中の長く細い物体は、その軸がｚ軸に実質的に平行な場合は探知できないかも知れない。なぜならば、ＦＦＢの軸は双方の励起コイルからの適用磁界に垂直であるからである。したがって、この眼の中の強磁性体を探知するためには、測定は感知装置を２方向に配向させて行わなければならない。このような物体を探知するためには、第２の装置は、顔の側面にほぼ平行に配向させた二重励起コイル１２を用いて構成させ、磁気センサー２４は眼にできるだけ近付けなければならない。この位置において、磁界はｚ軸に平行で、かつ、ＦＦＢの軸に平行な実質的な成分を含むことになる。この磁界成分はｚ軸に実質的に平行に配向された長く細い物体についての最大磁気サインを発生させる。以上の詳述された本発明の具体例は上記目的、利点を達成させるものであるが、上記例は本発明の好ましい具体例を例示したに過ぎず、本発明は以下の請求の範囲に表現されているもの以上に限定されるものでないことと理解されるべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年８月１８日（１９９８．８．１８）【補正内容】サー２４を四角形の四隅にそれぞれ位置させ、ｘ軸およびｙ軸に対称となるようにして使用することができる。このように配置した場合は、適用磁界が小さいだけでなく、全てのセンサー２４についてほぼ同一となる。１つの隅のセンサー２４を３−センサー磁気傾度測定器における参照センサーとして用い、他の３つのセンサー２４は主センサーとして用いる。これらセンサー２４は適当なＴＳＧ回路構成３０に接続され、ここで３つのセンサー２４からの出力の差が処理され、強磁性体異物による磁界の勾配が測定される。ＴＳＧ回路構成３０の出力３２はコンピュータ３４に接続される。各コーナーのセンサー２４が３軸磁力計である場合は、磁界の３つの成分全てを測定することにより、磁界勾配テンソルの５つの成分全てがこの回路構成の出力により与えられる。ついで、この勾配出力が公知のようにしてフラム−ウイン・アルゴリズムを用いて処理され、ＦＦＢの位置、特徴が探知される。上記構成では、励起コイル１２の単一のセットを用い、適用磁界を一方向に配向させて磁気応答測定がなされている。このような“単一コイル”を用いて単一の測定を行っても、長く細い強磁性体片で、その長軸が適用磁界に対し垂直であるものを探知できない場合が有り得る。一例として、励起コイル１２がｙ軸方向の電流を有し、適用磁界がＦＦＢの位置で例えばｘ軸方向に平行に配向されていると仮定する。もし、このＦＦＢが長く細い強磁性体片であり、その長軸がｘ軸にに対し直交するように配向しているとすると、このＦＦＢから得られる磁界はセンサー２４により探知できるほど十分に請求の範囲１．強磁性体の存在についてホストを検査するための装置であって、該ホストの選択された部位に対し交流磁界を適用するための励起装置と、該ホストの選択された部位内の該強磁性体による磁化率変化の応答を感知すると共に、該磁化率変化の応答の発生を示す電気信号を発生させるための感知装置と、該感知装置からの信号を分析し、該ホストの選択された部位内に見出され該強磁性体の存在を示す磁化率変則を位置決めし、特徴づけるためのコンピュータ装置と、を具備してなり、該感知装置が少なくとも１つの磁気抵抗センサーを有するものである、ことを特徴とする装置。２．強磁性体の存在についてホストを検査するための装置であって、該ホストの選択された部位に対し交流磁界を適用するための励起装置と、該ホストの選択された部位内の該強磁性体による磁化率の応答を感知すると共に、該磁化率の応答の発生を示す電気信号を発生させるための感知装置と、該感知装置からの信号を分析し、該ホストの選択された部位内に見出され該強磁性体の存在を示す磁化率変則を位置決めし、特徴づけるためのコンピュータ装置と、を具備してなり、該励起装置が交流電源に接続された適用磁界コイルを含み、該磁界コイルが該ホストの選択された部位内に限られた磁界の第１の領域、並びに該選択された部位の外部において実質的にゼロの磁界の第２の領域を生じさせるよう設計され、該感知装置が少なくとも１個のセンサーを含み、該少なくとも１個のセンサーが、実質的にゼロの磁界の該第２の領域内に配置されている、ことを特徴とする装置。３．強磁性体の存在についてホストを検査するための装置であって、交流電源に接続された適用磁界コイルであって、ホストの選択された部位内に限られた交流磁界の第１の領域、並びに該選択された部位の外部において実質的にゼロの磁界の第２の領域を生じさせるよう設計されたものと、該限られた交流磁界の第１の領域内の該強磁性体による磁化率の応答を感知すると共に、該磁化率の応答の発生を示す電気信号を発生させるための感知装置であって、該実質的にゼロの磁界の第２の領域内に配置された少なくとも１つのセンサーを有するものと、該感知装置からの信号を分析し、該ホストの選択された部位内に見出され該強磁性体の存在を示す磁化率変則を位置決めし、特徴づけるためのコンピュータ装置と、を具備してなり、該適用磁界コイルが、導電性物質の２つの平行な平坦コイルであって、２つの平行で平坦な均一電流シートを形成させるものと、該２つの平行な平坦コイルを接続させる接続回路であって、該２つの平行な平坦コイル内の対応する位置において同一方向の電流の流れを生じさせるものと、からなり、該磁界の第１の領域は該平坦コイルの外側に位置し、実質的にゼロの磁界の該第２の領域は該平坦コイルの間に位置していることを特徴とする装置。４．強磁性体の存在についてホストを検査するための装置であって、該ホストの選択された部位に対し交流磁界を適用するための励起装置と、該ホストの選択された部位内の該強磁性体による磁化率の応答を感知すると共に、該磁化率の応答の発生を示す電気信号を発生させるための感知装置と、該感知装置からの信号を分析し、該ホストの選択された部位内に見出され該強磁性体の存在を示す磁化率変則を位置決めし、特徴づけるためのコンピュータ装置と、を具備してなり、該感知装置が、磁化率変則から生じる磁気勾配を感知すると共に、低いノイズのために最適化された少なくとも２つの主センサーと、該適用磁気を含めて背景磁界を感知すると共に、広範囲の磁界に最適化された参照センサーと、該参照センサーの周りに設けられ、該参照センサーに対する背景磁気の作用を解消させる第１の補償コイルと、該少なくとも２っの主センサーのそれぞれの周りに設けられ、該主センサーに対する背景磁気の作用を解消させる付加的補償コイルと、該参照センサーの出力をモニターし、電流を該第１の補償コイルへ送り該参照センサーを一定の磁界に保持させると共に、同一の電流を該付加的補償コイルへ送り該主センサーに対する背景磁界の作用を排除するためのフィードバックループと、を具備してなることを特徴とする装置。５．強磁性体の存在についてホストを検査するための方法であって、交流励起装置と、磁化率感知装置と、該感知装置からの信号を分析するためのコンピュータ装置とを用意する工程と、該励起装置を用いて、ホストの選択された部位に対し交流磁界を適用する工程と、該感知装置を用いて該ホストの選択された部位内の該強磁性体による磁化率変化の応答を感知すると共に、該磁化率変化の応答の発生を示す電気信号を発生させる工程と、該感知装置からの信号を分析し、該ホストの選択された部位内に見出され該強磁性体の存在を示す磁化率変則を位置決めし、特徴づける工程と、を具備してなり、該ホストの選択された部位に対する磁界の適用が、該ホストの選択された部位内に限られた磁界の第１の領域と、該選択された部位の外部に実質的にゼロの磁界の第２の領域を生じさせる工程と、実質的にゼロの磁界の該第２の領域内に該感知装置を配置させる工程と、を含むことを特徴とする方法。６．適用磁界の二重の領域を生じさせる工程が、導電性物質の２つの平行な平坦コイルを用い、２つの平行で平坦な均一電流シートを形成させる工程と、該２つの平行な平坦コイルを接続させ、該２つの平行な平坦コイル内の対応する位置において同一方向の電流の流れを生じさせる工程と、該２つの平坦コイルの外側に該磁界の第１の領域を形成する工程と、該２つの平坦コイルの間に実質的にゼロの磁界の該第２の領域を形成する工程と、からなることを特徴とする請求の範囲５記載の方法。７．強磁性体の存在についてホストを検査するための方法であって、交流励起装置と、少なくとも２つのセンサーを有する磁化率感知装置と、該感知装置からの信号を分析するためのコンピュータ装置とを用意する工程と、該励起装置を用いて、ホストの選択された部位に対し交流磁界を適用する工程と、該少なくとも２つのセンサーを該適用磁界に対し互いに対称的に配置させ、実質的に同一の適用磁界を感知させる工程と、該適用磁気を含めて背景磁界の該少なくとも２つのセンサーに対する作用を解消させる工程と、該感知装置を用いて該ホストの選択された部位内の該強磁性体による磁化率変化の応答を感知すると共に、該磁化率変化の応答の発生を示す電気信号を発生させる工程と、該感知装置からの信号を分析し、該ホストの選択された部位内に見出され該強磁性体の存在を示す磁化率変則を位置決めし、特徴づける工程と、を具備してなり、該少なくとも２つのセンサーが高感度センサーであり、該感知装置が更に、広域参照センサー、少なくとも３つの補償コイル、およびフィードバックループを含み、該背景磁界解消工程が、該参照センサーを用いて、該適用磁気を含めて背景磁界を感知する工程と、該参照センサーの出力をモニターし、補償電流を第１の補償コイルに適用し該参照センサーを一定の磁界に保持させる工程と、該補償電流を別の補償コイルに適用し、該高感度センサーに対する背景磁界の作用を排除する工程と、該高感度センサーを用いて、磁化率変則から生じる磁気勾配を感知する工程と、を含むことを特徴とする方法。８．強磁性体の存在についてホストを検査するための方法であって、交流励起装置と、磁化率感知装置と、該感知装置からの信号を分析するためのコンピュータ装置とを用意する工程と、該励起装置を用いて、ホストの選択された部位に対し交流磁界を適用する工程と、該交流励起装置および該磁化率感知装置を該ホストの選択された部位との関連で移動させる工程と、移動する該感知装置を用いて該ホストの選択された部位内の該強磁性体による磁化率変化の応答を感知すると共に、該磁化率変化の応答の発生を示す電気信号を発生させる工程と、該感知装置からの信号マップを分析し、該ホストの選択された部位内に見出された磁化率変則を３次元的に位置決めし、強磁性体からもたらされる磁化率変則の大きさおよび配向を識別する工程と、を具備してなることを特徴とする方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者アヴリン，ウイリアム，エフ. アメリカ合衆国カリフォルニア州 92126，サンディエゴ，キャロルキャニオンロードナンバー165 9598 (72)発明者チィポット，ピーター，ヴイ. アメリカ合衆国カリフォルニア州 92126，サンディエゴ，ウォリングフォードロード 10741 (72)発明者マッセンジル，アール．，ケンプアメリカ合衆国カリフォルニア州 92064，ポウェイ，ヴィアモリネロ 15350

Claims

【特許請求の範囲】１．強磁性体の存在についてホストを検査するための装置であって、該ホストの選択された部位に対し交流磁界を適用するための励起装置と、該ホストの選択された部位内の該強磁性体による磁化率変化の応答を感知すると共に、該磁化率変化の応答の発生を示す電気信号を発生させるための感知装置と、該感知装置からの信号を分析し、該ホストの選択された部位内に見出され該強磁性体の存在を示す磁化率変則を位置決めし、特徴づけるためのコンピュータ装置と、を具備してなることを特徴とする装置。２．該感知装置が少なくとも１つの磁気抵抗センサーを有するものであることを特徴とする請求の範囲１記載の装置。３．該磁気抵抗センサーが１０Ｈｚ磁界周波数でルート・ヘルツ当たり１００ピコテスラの磁界を感知し得るものであることを特徴とする請求の範囲２記載の装置。４．該励起装置が０．０１テスラ以下の磁界を印加し得るものであることを特徴とする請求の範囲１記載の装置。５．該励起装置が時間の経過とともに、適用磁界を変化させる制御装置を更に含むことを特徴とする請求の範囲１記載の装置。６．該制御装置が時間の経過と共に、該磁界をパルス化させるものであることを特徴とする請求の範囲５記載の装置。７．該制御装置が、該適用磁界に多重周波数を生じさせるものであることを特徴とする請求の範囲５記載の装置。８．該励起装置が交流電源に接続された適用磁界コイルを含み、該磁界コイルが該ホストの選択された部位内に限られた磁界の第１の領域、並びに該選択された部位の外部において実質的にゼロの磁界の第２の領域を生じさせるよう設計され、該感知装置が少なくとも１個のセンサーを含み、該少なくとも１個のセンサーが、実質的にゼロの磁界の該第２の領域内に配置されていることを特徴とする請求の範囲１記載の装置。９．該適用磁界コイルが、導電性物質の２つの平行な平坦コイルであって、２つの平行で平坦な均一電流シートを形成させるものと、該２つの平行な平坦コイルを接続させる接続回路であって、該２つの平行な平坦コイル内の対応する位置において同一方向の電流の流れを生じさせるものと、からなり、該磁界の第１の領域は該平坦コイルの外側に位置し、実質的にゼロの磁界の該第２の領域は該平坦コイルの間に位置していることを特徴とする請求の範囲８記載の装置。１０．該感知装置が、少なくとも２つのセンサーであって、該適用磁界に対し互いに対称的に配置され、実質的に同一の適用磁界を感知するものと、該少なくとも２つのセンサーに接続して設けられ、該適用磁気を含めて背景磁界の該少なくとも２つのセンサーに対する作用を解消させる磁界解消回路と、を具備してなることを特徴とする請求の範囲１記載の装置。１１．該感知装置が、磁化率変則から生じる磁気勾配を感知すると共に、低いノイズのために最適化された少なくとも２つの主センサーと、該適用磁気を含めて背景磁界を感知すると共に、広範囲の磁界に最適化された参照センサーと、該参照センサーの周りに設けられ、該参照センサーに対する背景磁気の作用を解消させる第１の補償コイルと、該少なくとも２つの主センサーのそれぞれの周りに設けられ、該主センサーに対する背景磁気の作用を解消させる付加的補償コイルと、該参照センサーの出力をモニターし、電流を該第１の補償コイルへ送り該参照センサーを一定の磁界に保持させると共に、同一の電流を該付加的補償コイルへ送り該主センサーに対する背景磁界の作用を排除するためのフィードバックループと、を具備してなることを特徴とする請求の範囲１記載の装置。１２．該感知装置が少なくとも２つのセンサーを有し、該少なくとも２つのセンサーが該適用磁界との関係で対称的に配置され実質的に同一の適用磁界を感知し、コンピュータ装置が該少なくとも２つのセンサー間での感知磁界の差を測定し、それにより該適用磁界から得られるセンサーの信号を排除する手段を含むことを特徴とする請求の範囲１記載の装置。１３．強磁性体の存在についてホストを検査するための方法であって、交流励起装置と、磁化率感知装置と、該感知装置からの信号を分析するためのコンピュータ装置とを用意する工程と、該励起装置を用いて、ホストの選択された部位に対し交流磁界を適用する工程と、該感知装置を用いて該ホストの選択された部位内の該強磁性体による磁化率変化の応答を感知すると共に、該磁化率変化の応答の発生を示す電気信号を発生させる工程と、該感知装置からの信号を分析し、該ホストの選択された部位内に見出され該強磁性体の存在を示す磁化率変則を位置決めし、特徴づける工程と、を具備してなることを特徴とする方法。１４．該磁界の適用が０．０１テスラ以下の強度の磁界を適用することにより行われるものであることを特徴とする請求の範囲１３記載の方法。１５．該感知装置が少なくとも１個の磁気抵抗センサーを有し、磁化率応答の感知が１０Ｈｚ磁界周波数でルート・ヘルツ当たり１０ピコテスラの低い応答を感知し得るものであることを特徴とする請求の範囲１３記載の方法。１６．時間の経過とともに、適用磁界を変化させることを含むことを特徴とする請求の範囲１３記載の方法。１７．該経過変化が時間の経過につれて該磁界をパルス化させることからなることを特徴とする請求の範囲１６記載の方法。１８．該経過変化が時間の経過につれて該磁界の周波数を変化させることからなることを特徴とする請求の範囲１６記載の方法。１９．該ホストの選択された部位に対する磁界の適用が、該ホストの選択された部位内に限られた磁界の第１の領域と、該選択された部位の外部に実質的にゼロの磁界の第２の領域を生じさせる工程と、実質的にゼロの磁界の該第２の領域内に該感知装置を配置させる工程と、を含むことを特徴とする請求の範囲１３記載の方法。２０．適用磁界の二重の領域を生じさせる工程が、導電性物質の２つの平行な平坦コイルを用い、２つの平行で平坦な均一電流シートを形成させる工程と、該２つの平行な平坦コイルを接続させ、該２つの平行な平坦コイル内の対応する位置において同一方向の電流の流れを生じさせる工程と、該２つの平坦コイルの外側に該磁界の第１の領域を形成する工程と、該２つの平坦コイルの間に実質的にゼロの磁界の該第２の領域を形成する工程と、からなることを特徴とする請求の範囲１９記載の方法。２１．該感知装置が少なくとも２つのセンサーを含み、さらに、該少なくとも２つのセンサーを該適用磁界に対し互いに対称的に配置させ、実質的に同一の適用磁界を感知させる工程と、該適用磁気を含めて背景磁界の該少なくとも２つのセンサーに対する作用を解消させる工程と、を更に含むことを特徴とする請求の範囲13記載の方法。２２．該感知装置が更に少なくとも２つの高感度センサー、広域参照センサー、少なくとも３つの補償コイル、およびフィードバックループを含み、該背景磁界解消工程が、該参照センサーを用いて、該適用磁気を含めて背景磁界を感知する工程と、該参照センサーの出力をモニターし、補償電流を第１の補償コイルに適用し該参照センサーを一定の磁界に保持させる工程と、該補償電流を別の補償コイルに適用し、該高感度センサーに対する背景磁界の作用を排除する工程と、該高感度センサーを用いて、磁化率変則から生じる磁気勾配を感知する工程と、を含むことを特徴とする請求の範囲２１記載の方法。２３．該感知装置に少なくとも２つのセンサーを設け、該少なくとも２つのセンサーを該適用磁界との関係で対称的に配置させ実質的に同一の適用磁界を感知させる工程と、該少なくとも２つのセンサー間での感知磁界の差を測定し、それにより該適用磁界から得られるセンサーの信号を排除する工程と、を更に含むことを特徴とする請求の範囲１３記載の方法。２４．強磁性体の存在についてホストを検査するための装置であって、該ホストに対し交流磁界を適用するための励起装置と、該ホスト内の該強磁性体による磁化率を感知すると共に、該磁化率の応答の発生を示す電気信号を発生させるための感知装置と、該感知装置からの信号を分析し、磁化率信号の変化を認識し、該ホスト内における該強磁性体の存在を指示するためのコンピュータ装置と、を具備してなることを特徴とする装置。２５．該コンピュータ装置が、磁化率信号を分析し、該磁化率変則が該ホストの選択された部位内から発生したものか否かを判定し得るものであることを特徴とする請求の範囲２４記載の装置。２６．該コンピュータ装置が、磁化率信号を分析し、該磁化率変則が発生している該ホストの選択された部位内の特定の点を判定し得るものであることを特徴とする請求の範囲２５記載の装置。