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» 2015年08月11日 08時00分 UPDATE

医療機器ニュース:室温で動作する高感度・高分解能の小型心磁計を開発

東北大学は、高感度・高分解能の小型心磁計を開発したと発表した。従来の心磁計とは異なり、液体ヘリウムフリーの室温で動作するトンネル磁気抵抗(TMR)素子を磁場センサーとして用いている。

[MONOist]

 東北大学は2015年7月23日、室温で動作する高感度・高分解能の小型心磁計を開発したと発表した。同大大学院、コニカミノルタらとの研究グループによるもので、新材料を用いた素子開発、回路の低ノイズ化を達成した。トンネル磁気抵抗素子によって心臓磁場検出に成功したのは、世界で初めてだという。

 心疾患部位を高精度に特定するには、空間的精度の低い心電図よりも、空間分解能が高い磁場を計測する心磁計が必要とされる。現在、超伝導量子干渉素子(SQUID)を用いた心磁計が商品化されているが、SQUID本体や冷却用の液体ヘリウムが高価であること、患者の身体の個人差に対応できないなどの理由から、一部の大病院や大学などの研究目的の施設にしか導入されていなかった。

 今回開発された心磁計は、液体ヘリウムフリーの室温で動作する多数のトンネル磁気抵抗(TMR)素子を磁場センサーとして用いている。同研究グループでは、従来のTMR素子の約1000倍という高感度TMR素子を開発。さらに、TMR素子のアレイ構造化によってノイズを低減し、TMR素子の配置と信号処理回路を最適化したセンサーモジュールから、実際にヒトの胸部で心磁図特有のピークを観測することに成功した。

 磁場信号は、これまでシールドルーム内の特殊な環境下でしか測定できなかったが、簡易、安価、高分解能、非侵襲に加え、室温で測定することが可能になった。今後、心磁場を用いた心疾患治療が広がれば、心電図と同様にいつでもどの病院でも診断できるようになるという。また、将来的に心疾患の予兆信号を捉えられるようになれば予防医療にもつながり、スポーツ、ヘルスケアなど、さまざまな用途への応用が期待できるとしている。

photo 心磁場計測がSQUID(現行)からTMR素子(将来)へと変化することによる、(a)計測スタイルの概念図。将来はモバイル化技術が進み、普段の生活の中で意識することなく健康管理が可能となる。(b)センシング方法の概念図。TMR素子は体表に密着することが可能となり、検出感度、空間分解能が向上する。
photo センサー素子が多数刻まれた3インチ基板
photo 製作した高感度磁場センサーモジュール。(a)モジュール、計測系の全体図。マネキン上にセンサーモジュールを配置し、モニターに電気信号(心電図)と磁場信号(心磁図)をリアルタイムで描かせる。(b)センサーモジュールの内部回路。(c)モニター画面の拡大。上段(赤)が心磁信号、下段(青)が心電信号。
photo 上記のモジュールを用いて、実際にヒトの胸部で心磁図を測定した結果。市販の心電計を装着し、心電図を同時に測定している。

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