2014 Fiscal Year Annual Research Report
生体磁気計測を目指した高感度光ポンピングヘリウム原子磁気センサの開発
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25610171
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
伊藤 陽介 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20589189)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 光ポンピング / 磁気センサ / プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、大気圧マイクロプラズマにより生成したヘリウム準安定励起原子を用いた高感度光ポンピング原子磁気センサによる生体磁気計測に関する検討を目的としている。昨年度は、上記原子磁気センサを構築して磁気信号計測を実施し、その特性について実験的に検討した。また、アルカリ金属原子を用いた光ポンピング原子磁気センサで心磁および脳磁計測することで、光ポンピング原子磁気センサの生体磁気センサへの応用可能性を確認した。
本年度は、プラズマ中の電荷が生体磁気計測に与える影響を数値計算により推定し、熱雑音が計測に及ぼす影響を見積もることができた。また、多点同時計測に関して、K-Rbハイブリッドセルを用いて、ポンプ光進行方向の磁場分布のみならず、プローブ光進行方向の磁場分布の計測方法を提案した。さらに、センサ領域を2つ形成してこれらの差分をとることにより環境磁場ノイズが低減されることを実証した。これにより生体磁場分布の多点計測への応用可能性が広がった。
また、MR信号のような高周波帯での動作について、光ポンピング原子磁気センサの伝達関数を計算することによりその周波数特性を求めた。これによりスピン偏極の緩和時間が計測帯域に与える影響が非常に大きくなるため、緩和時間を十分に短くする必要がある。しかしながら、得られる信号強度は共鳴周波数および緩和時間に依存するため、適切な値にする必要がある。大気圧プラズマの場合、ヘリウム準安定励起原子の寿命が数十μs程度であるため、共鳴周波数が1 kHz～10 kHzの範囲では十分に広い周波数帯域を磁場検出に使用することができることがわかった。
今回の磁場計測では、生体磁気よりもかなり大きなノイズが生じていることがわかった。このため、今後は実際の生体磁気計測ではより高性能な磁気シールドを用いること、差動計測や加算平均によるノイズの低減等を行う必要がある。
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