2012 Fiscal Year Annual Research Report
高感度原子磁気センサを用いた超低磁場マルチモダリティＭＲＩシステムの開発
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24240081
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小林 哲生 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40175336)
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| Project Period (FY) |
2012-10-31 – 2015-03-31
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| Keywords | MRI / 脳磁図 / 脳波 / 磁気センサ / 眼球運動 |
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| Research Abstract |
従来のMRI装置では超伝導磁石による強磁場の印加が必要であり、大型・高額な装置となっている。そこで近年、超伝導量子干渉素子(SQUID)を用いた超低磁場MRIの試みが報告されている。しかし、SQUIDは液体ヘリウムによって冷却する必要があるため、装置の小型・低価格化が困難である。本研究では、SQUIDを凌ぐ新たな超高感度光ポンピング原子磁気センサ(OPAM)により液体ヘリウムなどの冷媒なしに脳磁図，脳波，眼球運動計測といった他の計測手法と融合可能な超低磁場マルチモダリティMRIシステムの実現に挑戦する．そして，特に認知症をはじめとする中枢神経系の疾患の診断支援や治療効果の定量的な評価に寄与することを目的とする．
初年度は，システムのコア技術となるOPAMについて，我々のグループが世界に先駆けて提案したK原子とRb原子を混合したハイブリッド型による高感度化を主眼において研究を進めた。本年度は，このハイブリッド型センサ作成の諸条件、最適なレーザのパワーなどを理論と実験の両面から明らかにした。
本研究ではMRI撮像を超低磁場で実現し，他の様々な計測手法とのマルチモダリティ計測を可能とするシステムを実現することによって認知症などの高次脳機能に関わる疾患の診断支援や治療効果を定量評価可能なシステムを目指している．その第一歩として視覚認知課題遂行時の脳神経活動などに基づいて定量評価・診断支援に寄与したいと考えており．そのため初年度から眼球運動と同時計測された脳磁図や脳波に基づき大脳皮質活動を推定する新たな解析手法開発を開始し有益な新知見を得ている．
一方，超低磁場MRIシステムの実現に向けて，OPAMによるMR信号の遠隔計測手法と直接計測手法の２つについて検討すると共に，超低磁場MRIを用いた脳機能の新たな計測法について理論と生体ファントム実験の両面から検証した．
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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
年度後半である11月に追加で採択決定通知があり交付を受けたため，初年度については研究期間が５ヶ月と短かったが，成果の概要で記載の通り有益な新知見と次年度以降の研究に繋がる成果が得られたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は,初年度に引き続きK原子とRb原子を混合したハイブリッド型の光ポンピング原子磁気センサ(OPAM)を用いてさらなる高感度化を目指す。本年度は,さらにこのハイブリッド型OPAMを用いた生体磁気計測に向けて,多チャネル計測に関する基礎実験として生体ファントムを用いた磁場分布計測に着手する。
また,本研究ではMRI撮像を超低磁場で実現することにより,他の様々な計測手法とのマルチモダリティ計測を可能とするシステムを開発することによって認知症などの高次脳機能に関わる疾患の診断支援や治療効果を定量的に評価できる新規医用イメージングシステムを開発することを目指しており,そのため超低磁場MRIとの同時計測な時間分解能の高い脳磁図,脳波,眼球運動計測との同時計測の実現が必要であり,本年度はMRIや脳磁図との同時計測可能な多チャネルの脳波計を導入することにより超低磁場マルチモダリティMRIに必要な異なるモダリティーから得られる計測データを統合的に解析し時間・空間分解能の共に優れる神経活動部位の推定手法の開発を重点的に行う.
さらに本年度は,光ポンピング原子磁気センサによるMR信号の直接計測手法を検討し,モジュール型OPAMによる計測システムの構築とMRI計測のためにパルスシーケンスの検討を行い,さらに超偏極キセノンガスを用いたMR信号の増強法などに関する実験的検討を進める計画である.
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