| 研究課題/領域番号 |
22K14268
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分21030:計測工学関連
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 磁気粒子イメージング / 磁気センサ / 磁性ナノ粒子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
MRI（磁気共鳴画像診断装置）やX線CT（コンピュータ断層撮影）などの画像診断は医療現場においてなくてはならない、極めて重要な診断手法となっている。これらの診断法では様々な組織が画像化されることが特徴である。トレーサーと呼ばれる物質を投与し、それを検出、特定の組織等のみを画像化する手法もある。例えばPET（陽電子放出断層撮影）が臨床で使用されている。
本研究は磁性ナノ粒子をトレーサーとして用いる新しい画像診断技術に関するものである。磁性ナノ粒子を腫瘍等に集積させ、超高感度磁気センサに体外から検出する新しい技術の確立を目指す。
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| 研究実績の概要 |
磁性ナノ粒子に磁界を印加すると、磁性ナノ粒子自体若しくはその内部の磁化がその磁界の方向に回転しようとする。体内の腫瘍等に集積させた磁性ナノ粒子に体外から交流磁界を印加すると磁性ナノ粒子はその交流磁界の周波数に同期して応答する。この磁化変化を体外から磁界の変化として検出することが磁気粒子イメージングの原理である。
磁性ナノ粒子からの磁界信号を検出コイルに生じる誘導起電力として測定するのが従来手法である。本研究ではそれに加え、磁気抵抗効果センサ（MRセンサ）を用いる新たな手法を提案、その検出感度を検証し、磁気粒子イメージングへの有用性を明らかにすることを研究目的としている。
2022年度は、(1) MRセンサアレイを用いたpT級磁気信号のマッピング、(2) 人体頭部サイズの磁気粒子イメージング装置を前提とした磁性ナノ粒子の高感度検出について研究を実施した。
(1) 心磁界などの生体磁気計測に用いられている6×6=36チャンネルのMRセンサアレイを使用した。静磁界で磁化した磁性ナノ粒子の単一MRセンサを用いた磁気信号マッピングに加え、磁気モーメントのモデルとして、小サイズのコイルから磁界を発生させ、そのコイルが発する磁界をアレー内各MRセンサで同時測定した。磁交流磁気信号に対する検出感度が1 pT@10 kHz以下と極めて高感度であることを実証した（Journal of Applied Physics、AIP Advancesに掲載）。
(2) (1)のセットアップを頭部サイズの磁気粒子イメージングに応用し、磁性ナノ粒子の高感度検出に成功した（IWMPI 2023で発表、論文投稿済）。MRセンサと検出コイルを組み合わせる手法では、磁界変化を検出する一次コイルに閉接続した二次コイル内にMRセンサを設置する「トランス方式」についても微量の磁性ナノ粒子を検出可能であることを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2022年度の研究計画に従い、磁性ナノ粒子からの磁界変化をMRセンサで直接測定する手法、及び従来の差動検出コイルを用いる手法について実測で検出感度を明らかにしたため。またMRセンサと検出コイルを組み合わせる手法を新たに導入、MRセンサアレーによる磁界マッピング、人体頭部サイズの磁気粒子イメージング装置を前提とした磁性ナノ粒子の高感度検出なども研究を実施、成果を得たため。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初計画とおりに2023年度は、2022年度に実施した磁性ナノ粒子の検出手法の確立を経て、励磁コイルを含む磁気粒子イメージング装置全体のセットアップを設計試作する。特に頭部サイズでの磁性ナノ粒子の高感度検出に挑戦する。
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