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2017 年度 実績報告書

神経磁場を超高感度な光学的磁気センサで捉える新たな脳機能計測への挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 16K13114
研究機関京都大学

研究代表者

小林 哲生  京都大学, 工学研究科, 教授 (40175336)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワード脳機能 / 原子磁気センサ / MEG / fMRI
研究実績の概要

本年度は、K原子とRb原子を混合したハイブリッド型原子磁気センサを用いたMEG計測に向けて,ガラスセル内に複数の計測点を設定することにより多チャネル化を図るためのプローブ光検出方法の検討を進めた.高感度の多点計測にはセンサ密度を増すことが重要となる.そこで本年度,新たに小型のフォトダイオードを用いたセンサ密度2.5 個/cm の20chのプローブ光検出器と信号増幅器を試作した.このプローブ光検出器の感度計測により全てのチャネルが10~20 fT/√Hzと高感度を達成できること,かつ妥当な磁場分布が同時計測できることが実証できた.
一方,脳神経活動から発生する磁場から直接MRIによって神経活動を捉える新原理のNMFD-fMRIについて,0.3T-MRI装置を用いた新たな撮像シーケンスの検討を行った.シミュレーションおよびファントム実験により、提案した新たなスピンロック撮像シーケンスに伴う磁化挙動の詳細な検討を行った。 シミュレーション実験では提案撮像シーケンスが従来の撮像シーケンスに比べ、同強度の振動磁場に対して数倍の信号変化率を有すること、また初期位相による信号変化の大きさから初期位相の推定も容易であることを示すことができた。ファントム実験ではループコイル及びダイポール電極を内部に設置したファントムに脳神経磁場を模した振動磁場を発生させ0.3 T MRI 装置を用いて計測を行った。ループコイルファントムを用いた実験では、100 Hz の振動磁場の初期位相による MR 信号の変化が従来の撮像シーケンスと比べて 2 倍以上であったとこから、提案撮像シーケンスが機能的結合計測に有用なシーケンスであることが示された。ダイポール電極ファントムを用いた計測では、初期位相によるコントラストを取ることに成功し機能的結合計測への応用可能性を示した.

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 10件、 招待講演 6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] High-sensitivity multi-channel probe beam detector towards MEG measurements of small animals with an optically pumped K-Rb hybrid magnetometer2018

    • 著者名/発表者名
      Nishi Kazumasa、Ito Yosuke、Kobayashi Tetsuo
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 26 ページ: 1988~1988

    • DOI

      https://doi.org/10.1364/OE.26.001988

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 光ポンピング原子磁気センサと超低磁場MRI2018

    • 著者名/発表者名
      小林哲生
    • 雑誌名

      日本放射線技術学会雑誌

      巻: 74 ページ: 179-182

  • [雑誌論文] SQUID & 光ポンピング原子磁気センサ2018

    • 著者名/発表者名
      小林哲生
    • 雑誌名

      日本磁気学会誌

      巻: 13 ページ: 印刷中

  • [雑誌論文] 光ポンピング原子磁気センサによる小動物の脳磁図計測に向けたの高感度マルチチャネルプローブ光検出器2017

    • 著者名/発表者名
      西 和将,伊藤陽介,小林哲生
    • 雑誌名

      電気学会マグネティックス研究会資料

      巻: MAG-17-211 ページ: 1-6

  • [雑誌論文] ラプラス変換を用いた光ポンピング原子磁気センサの過渡応答に関する検討2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤陽介,小林哲生
    • 雑誌名

      電気学会マグネティックス研究会資料

      巻: MAG-17-224 ページ: 57-62

  • [雑誌論文] 自動クラスタリングした白質神経線維束に基づくNODDIプロファイル解析法の提案2017

    • 著者名/発表者名
      井田和希、奥畑志帆、中井隆介、小林哲生
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 117(360) ページ: 29-34

  • [雑誌論文] 0.3T 低磁場MRIを用いた機能的結合の直接計測に向けたスピンロック撮像法:信号源における振動磁場の位相差が及ぼす影響の検討2017

    • 著者名/発表者名
      關祐亮、上田博之、伊藤陽介、笈田武範、谷口 陽,小林哲生
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 117(360) ページ: 29-34

  • [雑誌論文] 小型磁気センサモジュールを用いた遠隔磁気粒子イメージング:励磁磁場強度最適化の検討2017

    • 著者名/発表者名
      加藤健太郎、笈田武範、伊藤陽介、小林哲生
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 117(360) ページ: 55-60

  • [学会発表] Optically pumped atomic magnetometer2017

    • 著者名/発表者名
      Tetsuo Kobayashi
    • 学会等名
      Satellite Symposium in Biomagnetic Sendai 2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Compact atomic magnetometer modules and their biomagnetic applications2017

    • 著者名/発表者名
      Tetsuo Kobayashi
    • 学会等名
      Biomagnetic Sendai 2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Developments and perspectives of innovative neuroimaging technologies with optically pumped atomic magnetometers2017

    • 著者名/発表者名
      Tetsuo Kobayashi
    • 学会等名
      Basic and Clinical Multimodal Imaging: BaCI2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantitative evaluation methods of MR-diffusion information along white mater nerve bundles towards identification of neural circuits associated with neuropsychiatric disorders2017

    • 著者名/発表者名
      Tetsuo Kobayashi, Shiho Okuhata, Hodaka Miki, Satoki Yoda, Ryusuke Nakai, Takenori Oida and Kazuki Ida
    • 学会等名
      The 11th International Conference on Complex Medical Engineering CME2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Rapid scan using compressed sensing in ultra-low field MRI with optically pumped atomic magnetometer2017

    • 著者名/発表者名
      Tekenori Oida, Kazuhiro Tamiwa, Hiroyuki Ueda and Tetsuo Kobayashi
    • 学会等名
      The 11th International Conference on Complex Medical Engineering CME2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 光ポンピング原子磁気センサと超低磁場MRI2017

    • 著者名/発表者名
      小林哲生
    • 学会等名
      日本放射線技術学会第73回総合学術大会シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] SWIFT imaging for hyperpolarized xenon in ultra-low field MRI2017

    • 著者名/発表者名
      Takenori Oida, Yuki Kaga, Tetsuya Yamamoto and Tetsuo Kobayashi
    • 学会等名
      ISMRM 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurements of magnetic action fields of the median nerve with a multi-channel atomic magnetometer module2017

    • 著者名/発表者名
      Tsukasa Moriguchi, Yosuke Ito and Tetsuo Kobayashi
    • 学会等名
      Biomagnetic Sendai 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] A probe beam detection method towards multi-channel MEG measurements for small animals with optically pumped atomic magnetometers2017

    • 著者名/発表者名
      Nishi Kazumasa, Yosuke Ito and Tetsuo Kobayashi
    • 学会等名
      Biomagnetic Sendai 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Control on bandwidth of an optically pumped atomic magnetometer by negative feedback2017

    • 著者名/発表者名
      Sho Ito, Yosuke Ito and Tetsuo Kobayashi
    • 学会等名
      Biomagnetic Sendai 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] A simultaneous multi-location measurement method based on pump-beam modulation of atomic magnetometers by electro-optic modulation2017

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Ito, Yuki Mamishin and Tetsuo Kobayashi
    • 学会等名
      5th Workshop on Optically Pumped Magnetometer 2017 (WOPM-2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] 機能的spin-lock撮像法における磁化ダイナミクスの解析的な検討2017

    • 著者名/発表者名
      上田博之、關祐亮、伊藤陽介、笈田武範、谷口 陽,小林哲生
    • 学会等名
      第45回日本磁気共鳴医学会大会
  • [学会発表] 0.3T 低磁場MRIを用いた機能的結合の直接計測に向けたスピンロック撮像法の検討2017

    • 著者名/発表者名
      關祐亮、上田博之、伊藤陽介、笈田武範、谷口 陽,小林哲生
    • 学会等名
      第45回日本磁気共鳴医学会大会
  • [備考] 京都大学大学院工学研究科電気工学専攻生体機能工学分野

    • URL

      http://bfe.kuee.kyoto-u.ac.jp/publications.html

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公開日: 2018-12-17  

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