生体磁気

生体磁気とは

生体磁気（せいたいじき、英語: Biomagnetism）は、心拍、脳波、運動など生体のさまざまな現象に伴って生じる磁場のことです。これらの生体信号は、体内のイオン電流の流れによって生成されており、無侵襲での計測が可能です。特に、心拍や脳波といった微小な電流から生み出される磁場を検出する手法として、近年大きな発展を遂げています。

生体磁気の原理

生体で発生する磁場の主な発生源は、電流双極子とその周囲の分布電流です。しかし、無限導体による理論上、分布電流の影響は相殺されるため、磁場の発生源は主に電流双極子と考えられています。たとえば、無限平面導体では、分布電流が生じる磁場は境界面に対して垂直成分を持たず、接線方向のみの磁場が現れます。生体電位は骨格や皮膚からの影響を受けますが、生体磁気は体の内部からの微弱信号を捉えることが可能です。

測定技術の進化

生体磁気を測定するための技術も急速に進化しています。磁力計の高感度化は、この分野の進展に大きく寄与しました。1963年、BauleとMcFeeは、周囲の磁気雑音を相殺するために二つのコイルを用いて最初の心磁図の計測に成功しました。1967年には、マサチューセッツ工科大学のディビッド・コーエンが、磁気シールドルーム内で心臓や脳から発生する磁場を測定するに至りました。

その後、交流ジョセフソン効果を利用した高周波超伝導量子干渉素子(RF SQUID)の開発が進み、1972年にはコーエンによって生体磁気が計測されました。1970年代には、より精度の高いDC-SQUIDが登場し、SQUID技術の普及が進みました。1990年代以降は多チャンネル化が進み、現在では冷却素材の改良によって、より携帯性の高い測定機器も開発されています。

生体磁気の用途

生体磁気は、診断や研究に役立つ情報を提供します。例えば、心磁図は心拍に関連する微小電流から生じる磁場を測定し、脳磁図は脳の活動に伴う電流を捉えます。その他にも、肺磁図や筋磁図、眼磁図、脊髄に関連する磁場の計測が行われています。これにより、深部の信号も捉えることができ、筋電図や心電図では困難な領域においても情報を得ることが可能となります。

結論

生体磁気は、我々の身体の内部での電気的な活動から生じる磁場を通じて、無侵襲かつ高精度で情報を収集する手段として非常に重要です。今後も技術の進化が進むことで、さらなる応用が期待されており、医学や生体工学の分野での役割が増大することが見込まれています。

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