2021 Fiscal Year Research-status Report
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18K04104
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
金 錫範 岡山大学, 自然科学学域, 教授 (00287963)
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2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 小型核磁気共鳴装置 / 小型NMR Relaxometry / 小型MRI装置 / 高温超伝導バルク体 / 次世代高温超伝導線材 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，磁気共鳴装置である小型NMR Relaxometryと小型MRI装置の開発を行っており，本年度の研究実績は次のようになる。
① 小型NMR Relaxometry用マグネットの開発：静磁場源として高温超伝導バルク体と次世代高温超伝導線材によるマグネットを提案し，昨年から発生磁場強度を1.5 Tから3 Tまで引き上げて検討している。伝導冷却運転方式を採用して，運転温度を40 Kに想定した電磁場数値解析による高温超伝導バルク体マグネットの形状設計を行った。次世代高温超伝導線材についても発生磁場強度を3 Tまで引き上げるための形状最適化を行った。次世代線材によるNMR Relaxometry用マグネットの形状設計においては，磁場均一度に大きく影響する遮蔽電流分布が考慮できる解析プログラムを開発した。
②人指用小型MRIマグネットの開発：磁場強度が３Tの人指用MRI装置の開発を行っている。MRI用静磁場源としては高温超伝導バルク体と次世代高温超伝導線材による２種類のマグネット形状設計を行った。臨界電流密度が異なる複数のリング形状の高温超伝導バルク体を組み合わせることで，直径20 mmと高さ10 mmの撮影空間で磁場強度３Tと空間均一度が200 ppmのマグネット形状を設計することができた。次世代高温超伝導線材による小型MRI用マグネット設計においては，分散型遺伝的アルゴリズムと２次元FEMを併用した数値解析プログラムを開発して形状設計解析を行った。
③NMR/MRI信号検出装置の開発：検出コイルと励磁（送信），駆動回路についてデジタル式とアナログ式の２種類の信号測定回路を同時に検討しており，MRI装置に必要な２種類の傾斜磁場コイルの形状設計を行い，銅線と銅箔による傾斜磁場コイルを試作し，その性能について実験的に検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
①小型NMR Relaxometry用マグネットの開発：提案する小型NMR Relaxometry用マグネットは，高温超伝導バルク体と次世代高温超伝導線材によるマグネットを静磁場源としている。そこで，昨年から発生磁場強度を1.5Tから3 Tに引き上げ，形状最適化を実施した。実用化を想定して高温超伝導バルク体内の臨界電流密度の相違を考慮したバルク体の形状設計も成功している。次世代高温超伝導線材を用いたマグネットの場合，非常に高価である線材の使用量を抑える形状のみならずテープ形状の線材構造から起因する遮蔽電流による影響を正確に考慮・評価する必要がある。そこで，遮蔽電流を影響について，簡易型モデルによる数値計算と３次元電磁場数値解析法による最適形状設計を行い，その精度について検討した。
②3 T級の小型MRIマグネットの開発：3 T級の人指用小型MRI用マグネットの形状設計について臨界電流密度が異なる複数のバルク体を組み合わせることで目標としている磁場強度と均一度が達成できる形状最適化に成功した。そして，分散型遺伝的アルゴリズムとMGG世代交代モデルおよび２次元FEMを併用して次世代高温超伝導線材によるマグネットの形状最適化も成功している。
③信号検出用コイルと傾斜磁場コイル：NMR信号検出用の検出と励磁（送信）コイルおよび駆動回路について設計・試作・評価を行った。MRI装置用の２種類の傾斜磁場コイルの形状設計・試作・評価を行った。試作した傾斜磁場コイルの発生磁場分布と精度について室温と液体窒素中で測定し，設計通りの性能を示すことを確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
高温超伝導バルク体と線材による1.5 T級の小型NMR/MRI用マグネットにおいては，ほぼ予定通りに研究が進んでおり，概念設計が終わり具体的な最終形状設計段階に入っている。信号検出コイルと傾斜磁場コイルの設計について順調に進んでおり，信号計測回路については試作した回路の性能評価を行っている。また，3 T級のNMR/MRI用マグネットの設計についても引き続き検討する。特に、人指用小型MRI装置は病院の外来診察室での使用を目的としているので漏れ磁場（５Gライン）の範囲を最小限化する設計を行う。
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| Causes of Carryover |
昨年もコロナ禍で殆どの学会がオンラインとなり，予定された学会参加費用が使用出来なかった。また，故障した10 T級超伝導マグネットの修理が終わっていないので高温超伝導バルク体による着磁実験ができなかったので次年度使用額が生じている。そこで，次年度の物品購入と学会参加および装置の修理費用に充てる。
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