| 研究課題/領域番号 |
26709015
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| 研究機関 | 中央大学 |
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研究代表者 |
土肥 徹次 中央大学, 理工学部, 准教授 (20447436)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | MEMS・NEMS / マイクロコイル / 核磁気共鳴画像（MRI） / マイクロ・ナノメカトロニクス / マイクロセンサー |
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| 研究実績の概要 |
平成26年度は，細胞計測用マイクロ立体コイルの試作法の研究と，勾配磁場発生用コイルのプロトタイプ試作についての研究を行った．
マイクロ立体コイルの試作法の研究として，双円錐型立体マイクロコイル，折り畳み方式による立体マイクロコイル，ねじ形状への真空蒸着によるマイクロコイルの試作を行った．MRI信号計測用のマイクロコイルに求められる性能として，巻き数が多く，低抵抗であり，計測対象に適したできるだけ小さい形状であることが重要となる．双円錐型マイクロコイルの研究では，2つの平面コイルの中心部を押し出して形成した2つの円錐型コイルを折り合わせることで，双円錐形状のマイクロコイルを実現した．双円錐型コイルは，球状の計測対象に適した形状をしているだけでなく，コイル配線間の距離を広げることによって寄生容量を低下させることができ，結果としてコイルの巻数が増加可能であることを確認した．平成26年度はこの手法により，平均直径6 mm，長さ8 mm，巻き数6，8，10のコイルを試作し，それぞれ，0.254 pF，0.322 pF，0.426 pFという低い寄生容量を実現した．さらに試作コイルによりMRI画像計測を行い，計測画像の信号対ノイズ比が平均90程度と従来の手巻きコイルより大幅な感度向上を実現できた．また，この他のコイル試作手法として，折り畳み方式による立体マイクロコイル，ねじ形状への真空蒸着によるマイクロコイルの試作を行い，試作したマイクロコイルによりMRI画像計測が可能であることを確認した．さらに，マイクロコイルによるMRI画像計測の分解能を向上させる場合，MRI信号受信用コイルの性能向上だけでなく，MRIの勾配磁場の向上も重要となってくる．そこで，平成26年度はマイクロコイルによる画像計測に適した，平面型勾配磁場マイクロコイルのプロトタイプの試作も行った．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究課題では，平成26年度に細胞計測用マイクロ立体コイルと勾配磁場発生用コイルのプロトタイプを試作し，平成27年度以降に試作コイルの特性向上を進めることを予定していた．このうち，細胞計測用マイクロコイルの試作手法としては，当初予定していた折り畳み式によるマイクロコイルの試作手法だけでなく，双円錐型形状のコイル作成手法や，ねじ形状への真空蒸着によるコイル試作手法を確立することができた．MRI信号受信用コイルに求められる性能として，巻き数が多く，低抵抗であり，計測対象に適したできるだけ小さい形状であることが必要となるが，この3つの要求に関連した形状のコイルを試作できるようになっている．そのため，平成27年度以降に実施予定であるマイクロコイルの性能向上について，複雑な形状のマイクロコイルの試作も可能であり，大幅なコイル性能の向上が期待できる．
一方，勾配磁場発生用のコイルとしては，マイクロコイルに適した大きさ，形状を持つ平面型勾配磁場マイクロコイルの試作を行うことができた．勾配磁場発生用コイルに求められる性能としては，勾配磁場効率が高いこと，勾配磁場の直線性が高いこと，画像計測中に破損しない強度を持つことがあげられる．このうち，勾配磁場の直線性と，強度については不十分な結果となってしまったが，試作中の平面型勾配磁場マイクロコイルでは，勾配磁場効率を大幅に向上できることが確認でき，大幅な性能向上が期待できる結果が得られた．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成27年度は4.7 Tの小型MRIを使用し，小型MRIに適した形状，性能を持つマイクロ立体コイルのプロトタイプを試作し，MRI画像計測実験を進める予定である．この際，プロトタイプはコイルの大きさと周波数の調整だけを行い，ベクトルネットワークアナライザで電気特性を計測する．プロトタイプによる画像計測は電気特性が低いと予想されるが，計測された電気特性や計測画像から，コイル形状や電気特性をどのように変化させればよいかの指針を得る．試作するコイルとしては，当初は直径 7mm，長さ 7 mm，巻き数20，抵抗値 2.0 Ω，計測領域が5 mm立方を目標として試作する予定であったが，平成26年度の研究成果より，直径と長さが6 mm，巻き数16巻，抵抗値 1.5 Ωを目標として試作することに変更することとした．この際，計測領域は4 mm立方程度となる予定である．この目標を実現できるコイルとして，双円錐型マイクロコイルの試作手法とねじ形状への真空蒸着によるコイル試作手法によって，コイル試作を進める予定である．また，勾配磁場用コイルのプロトタイプも小型MRIに接続し，勾配磁場コイルの特性計測も行う．ここで，勾配磁場コイルについては，MRI画像計測中に破損しない，強度の高い構造となるような改良を中心に研究し，安定した画像計測を目指す．なお，コイルを試作し，電気特性・画像計測を行い，結果をフィードバックした改良コイル試作の流れを迅速化するため，コンパクトMRIの購入を検討している．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成27年度にコンパクトMRIの購入を予定していたが，交付額が申請時より大幅に減額されてしまった．そのため平成27年度予算だけでは購入できない可能性が発生したため，平成26年度予算の一部を平成27年度のコンパクトMRIの費用として残すこととしたため．
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成27年度に購入予定であるコンパクトMRIの費用として使用する．
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