光検出磁気共鳴イメージング

• 研究課題/領域番号: 18H04165
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分90:人間医工学およびその関連分野
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 武田 和行 京都大学, 理学研究科, 准教授 (20379308)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 35,230千円 (直接経費: 27,100千円、間接経費: 8,130千円); 2021年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円); 2020年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2019年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円); 2018年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円)
• キーワード: MRI / NMR / オプトメカニクス / 薄膜振動子

研究成果の概要

MRIの感度向上に資するために、オプトメカニクスを利用したラジオ周波数信号の光変換実験をMRIに応用する研究を行った。MRIシステムを自前で開発し、撮像実験を行う環境を整え、内径70mm・磁場値7テスラの超電導電磁石を用いて、直径12mmの球領域で標本・果実を対象とするMRI撮像を行うことに成功した。並行して、超伝導磁石に挿入可能な、小型のラジオ周波数ー光信号変換モジュールを開発した。また開発した検出器の限られた帯域幅にも適合する新規MRI撮像法も開発し、MRIと信号の光変換を融合させる道筋を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

磁気共鳴画像法(MRI)は物体内部の解剖学的構造を非破壊で観測することのできる強力な診断法である。現在MRIは医療に欠かせないツールとなっており、診断の観点からすると、感度と分解能の両方が高いことが望まれる。しかしMRIの感度は決して満足いくものではなく、撮像に比較的長時間を要する。また空間分解能を上げてより詳細な診断を行おうとすればするほど、感度が犠牲になる。本課題は、将来的にMRIの高感度化につながる研究であり、患者を長時間にわたる拘束から解放したり、あるいは与えられた撮像時間で達成できる空間分解能を向上することにつながる。

研究成果

• [雑誌論文] An electro-mechano-optical NMR probe for 1H-13C double resonance in a superconducting magnet (2022)
  • 著者名/発表者名: Tominaga Yusuke、Takeda Kazuyuki
  • 雑誌名: The Analyst 巻: - 号: 9 ページ: 1847-1852
  • DOI: 10.1039/d2an00220e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Studies on NMR-signal up-conversion from radio-frequency to optical regimes using a lightweight nanomembrane transducer (2019)
  • 著者名/発表者名: Tominaga Yusuke、Nagasaka Kentaro、Usami Koji、Takeda Kazuyuki
  • 雑誌名: Journal of Magnetic Resonance 巻: 298 ページ: 6-15
  • DOI: 10.1016/j.jmr.2018.11.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electro-Mechano-Optical (EMO) NMRの研究開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 武田和行
  • 雑誌名: BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIETY OF JAPAN 巻: 9 ページ: 14-16
  • NAID: 40021787151
  • 査読あり
• [学会発表] Exploring NMR through mechanics and optics (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Takeda
  • 学会等名: Joint Conference of 22nd ISMAR and 9th APNMR
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] SWIFT with Magnetic-Field Sweep (2021)
  • 著者名/発表者名: Haruka Sawada, Yoita Kobayashi, Kazuyuki Takeda
  • 学会等名: Joint Conference of 22nd ISMAR and 9th APNMR
  • 国際学会
• [学会発表] Efficient Optical Detection of NMR through a Membrane Transducer (2021)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Tominaga
  • 学会等名: Joint Conference of 22nd ISMAR and 9th APNMR
  • 国際学会
• [学会発表] Electro-mechano-optical NMR through (2,2)-mode characteristic oscillation of a SiN membrane with separated matasurface mirror and capacitor electrode (2021)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Mikami, Yusuke Tominaga, Akiya Iwamura, Koji Usami, Kazuyuki Takeda
  • 学会等名: Joint Conference of 22nd ISMAR and 9th APNMR
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 冨永雄介, 武田和行
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 武田和行
  • 学会等名: 東北・北海道支部/第1回材料研究会合同研究会
  • 招待講演
• [学会発表] High efficiency rf-to-light conversion through improved electromechanical coupling for NMR detection (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Tominaga, K. Takeda
  • 学会等名: The 3rd International Forum on Quantum Metrology and Sensing (IFQMS)
  • 国際学会
• [学会発表] Up-conversion of NMR signals from radio-frequency to optical regimes through a mechanical transducer (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Takeda
  • 学会等名: EUROISMAR 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 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 transducer (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Takeda
  • 学会等名: 2nd India-Japan Workshop on Magnetic Resonance
  • 国際学会
• [学会発表] A compact-rf-to-light transducer for Electro-Mechano-Optical NMR (2019)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Tominaga, Takaaki Matsukawa, Wern Ng, Kazuyuki Takeda
  • 学会等名: EUROISMAR 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 冨永雄介 松川陽亮 Ng Wern 武田和行
  • 学会等名: 第５８回NMR討論会
• [学会発表] 磁場掃引を用いたSWIFT法 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林洋太 竹腰清乃理 武田和行
  • 学会等名: 第５８回NMR討論会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 冨永雄介、仙波佑奈、武田和行
  • 学会等名: 第65回 固体NMR・材料フォーラム
• [学会発表] Electro-mechano-optical detection of nuclear magnetic resonance (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Takeda
  • 学会等名: Spin Cavitronics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electro-Mechano-Optical detection of NMR (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Takeda
  • 学会等名: 1st India-Japan NMR workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 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)
  • 著者名/発表者名: 冨永雄介、武田和行
  • 総ページ数: 676
  • 出版者: 技術情報協会
  • ISBN: 9784861048609
• [図書] 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)
  • 著者名/発表者名: 冨永雄介、武田和行
  • 総ページ数: 336
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860436612
• [図書] 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)
  • 著者名/発表者名: 冨永雄介, 武田和行
  • 総ページ数: 13
  • 出版者: (株)エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860436612
• [備考] 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