| 研究課題/領域番号 |
23K20938
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| 補助金の研究課題番号 |
21H01341 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 | 静岡大学 (2024)
大阪大学 (2021-2023) |
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研究代表者 |
赤羽 英夫 静岡大学, 工学部, 准教授 (00552077)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2024年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2023年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2022年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2021年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
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| キーワード | EPRイメージング / 可搬型イメージング装置 / 電子スピン共鳴 / 分子イメージング / EPRイメージング装置 / デジタルEPR / In vivo 生体イメージング / アレイ型マグネット |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の概要は、小動物を対象としたフリーラジカル分子イメージングを可能にする可搬型電子常磁性共鳴イメージング(EPRI)システムを開発することである。小型で可搬可能な装置は、特定病原菌未感染(SPF)環境下の動物実験施設や放射線照射施設等の特殊な条件下のベンチトップに導入できることから、EPRI技術の生命科学研究への応用と普及が期待できる。本研究では、デジタルEPR分光技術を駆使した操作性に優れた イメージング用コンソール、小型軽量な3次元アレイ型マグネット、小型軽量な磁場制御用電源などの開発により世界で初めての可搬型デジタ ルEPRIシステムの実現を目指す。
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| 研究実績の概要 |
小動物を対象としたフリーラジカルイメージングを可能にする可搬型電子常磁性共鳴(EPR)イメージングシステムを開発することを目的として、今年度は生体イメージングの応用範囲を広げるためマウス腹部のイメージングを可能にするEPR用マグネットや共振器の製作を行った。EPR用マグネットの製作では、目的の磁場や均質性を達成するための新しい手法の開発に挑戦した。正六角形を多数の正三角形で分割し、その頂点(127箇所)にサマコバ磁石(直径10mm高さ20mm)を配置した磁極板を二つ準備し、それぞれを平行に配置する構造のマグネットを提案した。その構造とサマコバ磁石の典型的な残留磁化を用いて、電磁界シュミレータにより中心磁場を計算し、実際に試作したマグネットの中心磁場と比較することで、それ以降のシミレーションに用いる残留磁化を決定した。その後、磁極板上に配置した磁石の高さや磁極板間の距離を最適化することで、目的の磁場や均質性を満たす条件を探索した。その際、全てのマグネットの位置を任意に移動させるのではなく、中心からの距離が近い５つのグループに分け、グループ毎に移動させた。さらに、グループ毎に解析した磁場分布を再利用し、それらの座標を移動させながら重ね合わせることで、254個の磁石の配置を決定する手法を提案した。共振器の開発では、これまでシングルギャップのLGR共振器を用いていたが、EPRに必要な交流磁場の均質性を向上させるため、４ギャップのLGR共振器の試作を試みた。さらに、電磁界シュミレータの解析やファントムを用いたイメージング実験から、交流磁場の均質性の向上を確認することが出来た。
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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
当初予定通りに進展しているため
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| 今後の研究の推進方策 |
来年度はプロジェクトの最終年度になるため、今年度までに開発してきた可搬型生体用EPRイメージング装置の構成要素を見直し、測定の高感度化、分解能の向上、安定性の改善、測定対象の拡大、操作性に優れたシステムの完成を目指す。高感度化においては、共振器に入る環境ノイズや装置が生成するノイズと共振器構造の関係性を調べ、ノイズに耐性がある共振器の構造を検討する。マウスより大きな小動物を測定可能にするには、サンプルスペースの更なる拡大が必要である。今年度までに開発したEPRイメージングマグネットの磁極間距離が10 cm程度であり、イメージングコイルを実装すると、共振器を挿入できる幅が6 cm程度に減少する。そこで、イメージングコイルのコンパクト化や、マグネット構造の最適化を行うことで、スペースの拡大を目指す。イメージングの分解能を決定する一つの要素に磁場勾配強度がある。そこで、最大生成可能な磁場勾配強度を現状の0.6 mT/cm程度から1.0 mT/cm程度に改善できるように、コイル駆動用電流源の出力を増やすことを目指す。現在、一つのAC-DCコンバータ（300 W）からXYZ方向の３つの勾配コイルに電流を流している。そのため、それぞれの勾配コイルに別々にAC-DCコンバータ（200 W）から電流を流せるように変更することで、２倍程度の磁場勾配強度の向上が見込める。 また、引き続き、可搬型生体用EPRイメージング装置を制御するプログラムの改良を行う。
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