核磁気共鳴映像法による積雪3次元ネットワーク構造の解明

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11640423
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 尾関 俊浩 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20301947)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 巨瀬 勝美 筑波大学, 物理工学系, 助教授 (60186690) ; 曽根 敏雄 北海道大学, 低温科学研究所, 助手 (10222077) ; 成田 英器 北海道大学, 低温科学研究所, 助教授 (20001662) ; 八久保 晶弘 北見工業大学, 工学部, 助手 (50312450) ; 田口 善弘 中央大学, 理工学部, 助教授 (30206932)
• Keywords: 核磁気共鳴 / 積雪 / 可視化 / MRI / 三次元構造

Research Abstract

本研究では、画像医学診断の分野で広範に用いられるようになった核磁気共鳴映像法(NMRI)を適用し、積雪3次元ネットワーク構造の可視化とその定量化を行うことを目的とする。氷からの信号強度そのものは微弱であるため、本研究では積雪の間隙を液体で満たし、それをイメージングする手法を開発する。
予備実験として表面張力が大きく積雪内部の空隙に良く浸透する液体(ドデカン)について、その信号強度を確認の上で、どの程度の画像が得られるか確認を行った。サンプルはドデカンに常磁性緩和試薬を微量加えT1を短縮した溶液を内径18mm、外径20mmのNMR用試験管に入れ、さらに直径3.2mmのナイロン球を充填したものを用いた。撮像は三次元で行い、約30分で1画素200μm3の画像を取得した。可視化システムは実験用に開発したNMRIシステム(最大直径40mm長さ30-40mmの3次元領域を100μmの解像度で画像化が可能)を用いた。
続いて測定領域(直径40mm長さ40mmの円柱)の大きさに対応し、容器の外縁に冷媒を循環させてサンプル温度を一定に維持する冷却システム(-5〜-10℃に維持)を開発した。このシステムを用いて氷球と積雪結晶のパッキング状態について可視化実験を行った。実験には、液体ヘリウム内に注射器から水滴を落下させる手法で作成した直径3mmの氷球と天然で採取された「しもざらめ雪」及び「ざらめ雪」を容器に充填して用いた。現段階ではまだ画像のSN比は充分ではないが、この可視化システムによって積雪の三次元画像を取得可能と考えられることから、さらに使用可能T1の短縮と、信号加算によりSN比の改善を行うべきとの結論を得た。