2017 Fiscal Year Annual Research Report
高感度原子磁気センサモジュールをコアとする超低磁場マルチモダリティMRIの実現
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15H01813
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小林 哲生 京都大学, 工学研究科, 教授 (40175336)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 光ポンピング / 原子磁気センサ / MRI / MEG |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，まずOPAMの多チャネル化について検討を進めた，具体的にはアルカリ金属蒸気を封入する大型ガラスセル（5cm x 5cm x 5cm）を用いた多チャネル計測に重点をおいて研究を行った．高感度の多点計測を行うためには、感度を維持したままプローブ光受光部を小型・集積化する必要がある。そこで本研究では、センサ密度を増すため小型のフォトダイオードを用いた20chのプローブ光検出器 (センサ密度2.5 個/cm) と信号増幅器を作製し、その性能を評価することにより有用性を示した。まず、感度計測を行い、10～20 fT/√Hzで高感度の多点同時計測を実現した．次に、ループコイルから発生する信号の磁場分布計測を行い、解析値との比較により、多点計測において妥当な結果が得られることが分かった。さらに，軸型と平面型グラジオメータを構成し、差動計測によるSNRの向上を確認した。
また，本年度は多様な疾患の機能診断につながるイメージングに向けた検討のため，OPAMモジュールを用いて正中電気刺激により誘発され求心性の末梢神経軸索を伝搬する活動電位に伴って発生する磁場の検出に成功した．さらに上記の20chのOPAMを用いた脳磁図計測についても、健常成人を対象として開眼・閉眼に伴う8～13Hzの自発律動の変動を捉えることに成功した．
OPAMを用いた超低磁場MRIに関しては、本年度は超偏極Xeを対象としてMR信号をフラックストランスフォーマと組み合わせた遠隔計測に関する検討を中心に研究を進め，プリポーラライズ磁場を印加しない状態でNMR信号の検出に成功した．さらに本年度は，超低磁場MRIとの融合を目指したモダリティとして磁気粒子イメージング(MPI)にも着手し，原子磁気センサモジュールを用いて磁性ナノ粒子であるリゾビストから発生する磁場の計測にも成功した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度計画していた原子磁気センサの多チャネル化について，一つの大型ガラスセルによりセンサ密度2.5 個/cm，感度10～20 fT/√Hzで多点同時計測を実証できたことは大きな成果である．また，超低磁場マルチモダリティの実現に向けて超偏極Xeを対象としてMR信号をフラックストランスフォーマと組み合わせたNMRの遠隔計測に成功するなど，おおむね順調に計画した研究内容が達成できていると言う事ができる．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，まず光ポンピング原子磁気センサモジュールに関して，センサを高感度に維持したまま小型化を図ることを目的として新たなガラスセルの開発を行う．さらに，コンパクトな光ポンピング原子磁気センサモジュールの設計とプロトタイプの試作についても並行して進める。一方，大型ガラスセルを用いた多チャネル計測に関しては，ヒトの脳磁図 (MEG)などの生体磁気計測を実施しその有効性の検証を行う．加えて，生体磁気計測に向けた，K原子とRb原子を混合してガラスセルに封入する我々のオリジナル技術であるハイブリッド型光ポンピング原子磁気センサについて，両アルカリ金属原子の密度比をシミュレーションにより詳細に検討しセルサイズやセル温度に応じた最適な密度比を決定することによりさらなる高感度化へ繋げる．
光ポンピング原子磁気センサモジュールを用いた超低磁場MRIに関しては、まずシミュレーションによってフラックストランスフォーマを用いた遠隔計測の誘導コイルを用いた撮像に対する優位性と有用性に関する検討を行う．その後，NMR信号計測に成功した超低磁場における超偏極XeのMRI実現に向け，撮像のためのパルスシーケンスならびに画像化のための技術開発を進め、空間分解能とS/Nの向上を図って行く．さらに，数十～百数十mT程度のプリポーラライズ磁場を印加した上でプロトンイメージグを行う超低磁場MRIに関しても，画像化に向けたフラックストランスフォーマのコイル形状や巻数などの詳細な検討の後，プトロタイプシステムの試作を進める．
さらに次年度は，超低磁場MRIとの融合が期待される新たなモダリティの一つであるリゾビストなどの超常磁性磁気粒子のイメージング(MPI)について，撮像の高速化を図るためのパルスシーケンスの検討を進める計画である．
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Research Products
(26 results)
