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Optically detected magnetic resonance imaging

Research Project

Project/Area Number 18H04165
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

武田 和行  京都大学, 理学研究科, 准教授 (20379308)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥35,230,000 (Direct Cost: ¥27,100,000、Indirect Cost: ¥8,130,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
Fiscal Year 2020: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
Fiscal Year 2019: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Fiscal Year 2018: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
KeywordsMRI / オプトメカニクス
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、実施者が最近成功したオプトメカニクスを利用したラジオ波の光変換実験を、磁気共鳴画像診断(Magnetic Resonance Imaging: MRI)に適用することにあった。そのために、従来の手法によるMRI撮像を行うことができる環境を整える作業から着手した。内径70mm・磁場値7テスラの超電導電磁石を用いて300MHz帯域でMRI信号を取得するために、300MHz帯域共振回路の設計と製作・傾斜磁場コイルの設計と製作・傾斜磁場電流駆動回路の開発・MRI実験送受信機の製作した。開発した装置と、従来の手法を用いて、ファントム・標本・果実を対象とするMRI撮像を行うことに成功した。
その後、オプトメカニクスによるラジオ周波数信号の光変換とMRIを融合へと導くための、小型薄膜モジュール、とくにキャパシタモジュールの開発に注力した。モジュールは、超電導電磁石の中で動作させることを想定しているために、てのひらサイズの小型のものを開発する必要があった。そこで、超小型真空チャンバーの設計と製作を行った。また、薄膜に金属を蒸着し、キャパシタの対向電極として用いる基盤もチャンバーに収納できるように、一から設計を見直した。また、電気的損失を極力低減するためにチャンバー内部の電気的配線を最短にすることを目指して、新規に超小型ハーメチックコンタクトプローブを試行錯誤を繰り返しながら開発した。これらの部品を組み立てて、薄膜キャパシタモジュールを完成させ、性能評価を行った。さらに光共振器を組み込んで、超小型ラジオ波-光変換器を完成させた。このモジュールを用いて、ラジオ波信号を光に変換する実験、さらに超電導電磁石を用いた核磁気共鳴実験の信号取得に成功した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(22 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 5 results) Book (3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] An electro-mechano-optical NMR probe for 1H-13C double resonance in a superconducting magnet2022

    • Author(s)
      Tominaga Yusuke、Takeda Kazuyuki
    • Journal Title

      Analyst

      Volume: - Pages: 1847-1852

    • DOI

      10.1039/d2an00220e

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Studies on NMR-signal up-conversion from radio-frequency to optical regimes using a lightweight nanomembrane transducer2019

    • Author(s)
      Tominaga Yusuke、Nagasaka Kentaro、Usami Koji、Takeda Kazuyuki
    • Journal Title

      Journal of Magnetic Resonance

      Volume: 298 Pages: 6-15

    • DOI

      10.1016/j.jmr.2018.11.003

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electro-Mechano-Optical (EMO) NMRの研究開発2018

    • Author(s)
      武田和行
    • Journal Title

      BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIETY OF JAPAN

      Volume: 9 Pages: 14-16

    • NAID

      40021787151

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Exploring NMR through mechanics and optics2021

    • Author(s)
      Kazuyuki Takeda
    • Organizer
      Joint Conference of 22nd ISMAR and 9th APNMR
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] SWIFT with Magnetic-Field Sweep2021

    • Author(s)
      Haruka Sawada, Yoita Kobayashi, Kazuyuki Takeda
    • Organizer
      Joint Conference of 22nd ISMAR and 9th APNMR
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Efficient Optical Detection of NMR through a Membrane Transducer2021

    • Author(s)
      Yusuke Tominaga
    • Organizer
      Joint Conference of 22nd ISMAR and 9th APNMR
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electro-mechano-optical NMR through (2,2)-mode characteristic oscillation of a SiN membrane with separated matasurface mirror and capacitor electrode2021

    • Author(s)
      Atsushi Mikami, Yusuke Tominaga, Akiya Iwamura, Koji Usami, Kazuyuki Takeda
    • Organizer
      Joint Conference of 22nd ISMAR and 9th APNMR
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ハイブリッド量子技術を用いた高効率なラジオ波-光変換によるNMR信号検出2021

    • Author(s)
      冨永雄介, 武田和行
    • Organizer
      日本物理学会第76回年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] オプトメカニクスを利用したNMR信号の高感度検出技術2020

    • Author(s)
      武田和行
    • Organizer
      東北・北海道支部/第1回材料研究会合同研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] High efficiency rf-to-light conversion through improved electromechanical coupling for NMR detection2020

    • Author(s)
      Y. Tominaga, K. Takeda
    • Organizer
      The 3rd International Forum on Quantum Metrology and Sensing (IFQMS)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Up-conversion of NMR signals from radio-frequency to optical regimes through a mechanical transducer2019

    • Author(s)
      Kazuyuki Takeda
    • Organizer
      EUROISMAR 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] In situ solid-state measurements of a magnetically oriented microcrystal suspension / Up-conversion of radio-frequency NMR signals to an optical regime using a membrane transducer2019

    • Author(s)
      Kazuyuki Takeda
    • Organizer
      2nd India-Japan Workshop on Magnetic Resonance
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A compact-rf-to-light transducer for Electro-Mechano-Optical NMR2019

    • Author(s)
      Yusuke Tominaga, Takaaki Matsukawa, Wern Ng, Kazuyuki Takeda
    • Organizer
      EUROISMAR 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] NMR信号の高効率な光変換のための小型薄膜モジュールの開発2019

    • Author(s)
      冨永雄介 松川陽亮 Ng Wern 武田和行
    • Organizer
      第58回NMR討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 磁場掃引を用いたSWIFT法2019

    • Author(s)
      小林洋太 竹腰清乃理 武田和行
    • Organizer
      第58回NMR討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] NMR信号の高感度光検出に向けた超小型オプトメカ・エレクトロメカ結合モジュールの開発2019

    • Author(s)
      冨永雄介、仙波佑奈、武田和行
    • Organizer
      第65回 固体NMR・材料フォーラム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Electro-mechano-optical detection of nuclear magnetic resonance2018

    • Author(s)
      Kazuyuki Takeda
    • Organizer
      Spin Cavitronics
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Electro-Mechano-Optical detection of NMR2018

    • Author(s)
      Kazuyuki Takeda
    • Organizer
      1st India-Japan NMR workshop
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] NMRによる有機材料分析とその試料前処理、データ解釈(第2章1節)2021

    • Author(s)
      冨永雄介、武田和行
    • Total Pages
      676
    • Publisher
      技術情報協会
    • ISBN
      9784861048609
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Book] 量子センシングハンドブック(第1章 スピン量子センシング 第9節 ハイブリッド量子技術を用いた磁気共鳴検出)2021

    • Author(s)
      冨永雄介、武田和行
    • Total Pages
      336
    • Publisher
      エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      9784860436612
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Book] 第1章 スピン量子センシング 第9節 ハイブリッド量子技術を用いた磁気共鳴検出,「量子センシングハンドブック~量子科学が切り拓く新たな領域~」2021

    • Author(s)
      冨永雄介, 武田和行
    • Total Pages
      13
    • Publisher
      (株)エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      9784860436612
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 核磁気共鳴のレーザー検出器の小型化に成功―量子技術による化学分析の道を開拓―

    • URL

      https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2022-04-27-4

    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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