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超高感度光ポンピング原子磁気センサによる極微弱な生体磁気信号計測システムの開発

Research Project

Project/Area Number 12J05350
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Medical systems
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

鎌田 啓吾  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords光ポンピング原子磁気センサ / 脳磁図 / SQUID / 事象関連脱同期 / 事象関連脳磁界 / グラジオメータ / 事象関連磁界 / 生体磁気計測 / 心磁図
Outline of Annual Research Achievements

光ポンピング原子磁気センサを用いた生体磁気計測システム実現に向けて、モジュール型の光ポンピング原子磁気センサを用いて前年度に計測したヒトの脳磁図(MEG)を、本年度はSQUIDを用いたMEG計測装置により計測し、モジュール型の光ポンピング原子磁気センサによる計測結果の妥当性を検証した。原子磁気センサ及びSQUIDにおいて、ほぼ同等な事象関連脱同期(ERD)及び事象関連脳磁界(ERF)が観測され、光ポンピング原子磁気センサによるヒトMEG計測の実現可能性及びSQUIDに対する代替性を示す結果を得た。これらの研究成果は、国内学会において発表し、学術論文誌に投稿・採録された。
光ポンピング原子磁気センサシステムの多チャンネル化及び高感度化の実現に向けて、光学的グラジオメータを構成しその性能を検証した。一つのアルカリ金属セルに2本のポンプ光と2本のプローブ光を照射し、2組の受光回路を用いて計測する従来法と異なり、2本のポンプ光を照射した上で、1本のプローブ光をミラーで折り返して2回照射し、1組の受光回路を用いて計測することで、光学的にグラジオメータを構成した。プローブ光と受光回路が少なくなることで、小型化により適した構成となり、高感度かつ多チャンネルなセンサシステムの実現に役立つことが期待される。効率的に差動計測を行うことが出来る適切な動作条件を実験により導出し、理論値計算によりその妥当性を確認した。光学的グラジオメータを適切な動作条件において動作させることで、20 fTrms/√Hz以上であった感度が差動計測により10 fTrms/√Hz以下にまで改善し、光学的グラジオメータによる環境磁場ノイズ低減及び信号対雑音比向上効果を示した。これらの研究成果は、国内学会において発表し、学術論文誌に投稿・採録された。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2015 2014 2013 2012 Other

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Human magnetoencephalogram measurements using newly developed compact module of high-sensitivity atomic magnetometer2015

    • Author(s)
      Keigo Kamada, Daichi Sato, Yosuke Ito, Hiroaki Natsukawa, Kazuhisa Okano, Natsuhiko Mizutani, Tetsuo Kobayashi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: Vol.54, No.2 Issue: 2 Pages: 026601-026601

    • DOI

      10.7567/jjap.54.026601

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Noise reduction and signal-to-noise ratio improvement of atomic magnetometers with optical gradiometer configurations2015

    • Author(s)
      Keigo Kamada, Yosuke Ito, Sunao Ichihara, Natsuhiko Mizutani, Tetsuo Kobayashi
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: Vol.23, Iss.5 Issue: 5 Pages: 6976-6987

    • DOI

      10.1364/oe.23.006976

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 原子磁気センサモジュールによる事象関連脱同期及び事象関連脳磁界の計測2014

    • Author(s)
      鎌田啓吾,伊藤陽介,夏川浩明,岡野一久,水谷夏彦,小林哲生
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告 信学技報

      Volume: Vol.114, No.258 Pages: 31-36

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 光ポンピング原子磁気センサにおける光学的差動計測2014

    • Author(s)
      鎌田啓吾,伊藤陽介,市原直,水谷夏彦,小林哲生
    • Journal Title

      電気学会計測研究会資料

      Volume: IM-14-43 Pages: 9-14

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 生体磁気計測に向けた光ホンピングK-Rbハイブリッド原子磁気センサのスピン偏極空間均一性の理論的検討2014

    • Author(s)
      佐藤大地, 鎌田啓吾, 伊藤陽介, 小林哲生
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告 信学技報

      Volume: Vol.113, No.499 Pages: 91-96

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Journal Article] 超高感度光ポンピングK-Rb原子磁気センサの開発とヒトMCGへの応用2013

    • Author(s)
      伊藤陽介, 大西宏征, 鎌田啓吾, 小林哲生
    • Journal Title

      第28回日本生体磁気学会論文集

      Volume: Vol.26, No.1 Pages: 226-227

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Journal Article] K-Rbハイフリッドセルを用いた光ポンピング原子磁気センサによる生体磁気多点同時計測に向けた検討2013

    • Author(s)
      佐藤大地, 大西宏征, 鎌田啓吾, 伊藤陽介, 小林哲生
    • Journal Title

      第28回日本生体磁気学会論文集

      Volume: Vol.26, No.1 Pages: 230-231

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Journal Article] Human MCG measurements with a high-sensitivity potassium atonic magnetometer2012

    • Author(s)
      Keigo Kamada, Yosuke Ito, Tetsuo Kobayashi
    • Journal Title

      Physiological Measurement

      Volume: Vol.33, No. 6 Issue: 6 Pages: 1063-1071

    • DOI

      10.1088/0967-3334/33/6/1063

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 生体磁気計測に向けた高感度光ポンピング原子磁気センサの開発:ヒトMCG計測への適用2012

    • Author(s)
      鎌田啓吾, 伊藤陽介, 小林哲生
    • Journal Title

      第27回日本生体磁気学会大会論文集

      Volume: Vol. 25, No. 1 Pages: 180-181

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Journal Article] 高感度光ポンピングカリウム原子磁気センサよる心磁図計測2012

    • Author(s)
      鎌田啓吾, 伊藤陽介, 小林哲生
    • Journal Title

      第55回自動制御連合講演会 講演論文集

      Volume: (CD-ROM) Pages: 1219-1222

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 光ポンピング原子磁気センサにおける光学的差動計測2014

    • Author(s)
      鎌田啓吾,伊藤陽介,市原直,水谷 夏彦,小林哲生
    • Organizer
      電気学会 計測研究会
    • Place of Presentation
      佐賀大学(佐賀県)
    • Year and Date
      2014-11-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 原子磁気センサモジュールによる事象関連脱同期及び事象関連脳磁界の計測2014

    • Author(s)
      鎌田啓吾,佐藤大地,伊藤陽介,夏川浩明,岡野一久,水谷 夏彦,小林哲生
    • Organizer
      電子情報通信学会MEとバイオサイバネティックス研究会
    • Place of Presentation
      大阪電気通信大学(大阪府)
    • Year and Date
      2014-10-18
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 光学的グラジオメータによる光ポンピング原子磁気センサのノイズ低減2014

    • Author(s)
      鎌田啓吾,伊藤陽介,小林哲生
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道)
    • Year and Date
      2014-09-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] モジュール型光ホンピング原子磁気センサによるMEG 計測2014

    • Author(s)
      鎌田啓吾, 佐藤大地, 伊藤陽介, 夏川浩明, 岡野一久, 水谷夏彦, 小林哲生
    • Organizer
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学(神奈川県)
    • Year and Date
      2014-03-17
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] モジュール型光ホンヒング原子磁気センサによるMEG 計測に向けた生体ファントム実験2013

    • Author(s)
      鎌田啓吾, 佐藤大地, 伊藤陽介, 岡野一久, 水谷 夏彦, 小林哲生
    • Organizer
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学(京都府)
    • Year and Date
      2013-09-19
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] A phantom study toward MEG measurements by a newly developed compact module of atomic magnetometer2013

    • Author(s)
      Keigo Kamada, Daichi Sato, Yosuke Ito, Kazuhisa Okano, Natsuhiko Mizutani, Tetsuo Kobayashi
    • Organizer
      BaCI 2013, International Conference on Basic and Clinical Multimodal Imaging
    • Place of Presentation
      University of Geneva (スイス)
    • Year and Date
      2013-09-06
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 高感度光ポンピングカリウム原子磁気センサよる心磁図計測2012

    • Author(s)
      鎌田啓吾, 伊藤陽介, 小林哲生
    • Organizer
      第55回自動制御連合講演会
    • Place of Presentation
      京都大学(京都府)
    • Year and Date
      2012-11-17
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 生体磁気計測に向けた高感度光ポンピング原子磁気センサの開発:ヒトMCG計測への適用2012

    • Author(s)
      鎌田啓吾, 伊藤陽介, 小林哲生
    • Organizer
      第27回日本生体磁気学会大会
    • Place of Presentation
      東京電機大学(東京都)
    • Year and Date
      2012-05-31
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://bfe.kuee.kyoto-u.ac.jp/index.html

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://bfe.kuee.kyoto-u.ac.jp/index.html

    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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