JP2000321344A - 共振器 - Google Patents

共振器

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JP2000321344A
JP2000321344A JP11127354A JP12735499A JP2000321344A JP 2000321344 A JP2000321344 A JP 2000321344A JP 11127354 A JP11127354 A JP 11127354A JP 12735499 A JP12735499 A JP 12735499A JP 2000321344 A JP2000321344 A JP 2000321344A
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JP
Japan
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tube
resonator
water
loop conductor
measurement
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JP11127354A
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Inventor
Hidekatsu Yokoyama
秀克 横山
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YAMAGATAKEN TECHNOPOLIS ZAIDAN
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YAMAGATAKEN TECHNOPOLIS ZAIDAN
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パルスに含まれる広帯域の周波数を照射でき
るように十分にQが低く、かつ大電力を印加することが
できる共振器を提供すること。 【解決手段】 内部に水または電解液を導入しうる管お
よびループ導体から少なくとも構成されることを特徴と
する共振器。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気共鳴計測に用いる
パルスに含まれる広帯域の周波数を照射できるように十
分にQ値が低く、かつ大電力を印加することができる共
振器に関する。また、本発明は当該共振器を備えた磁気
共鳴装置およびその装置を用いて試料中に存在する常磁
性種を測定する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】フリーラジカルなどの常磁性種は、癌、
炎症性疾患、潰瘍、脳血管疾患、心筋梗塞などの各種疾
患を誘起もしくは増悪することが知られている。従っ
て、生体中のフリーラジカルを検出することは、フリー
ラジカルが関る疾患の診断、治療、予防法の確立に応用
し得るものとして期待されている。
【0003】従来から電子スピン共鳴(ESR)法は、
物質内の常磁性種の有する不対電子を高感度かつ非破壊
で検出する優れた手法として知られている。また、不対
電子の磁場中のラーモア才差運動周波数の変化や、変動
幅から、物質の様々な情報を読みとることができる。生
体のESR計測を行うためには、生体という、大容積で
高誘電損失の試料を常温で測定できなければならない。
しかし、従来のESRは検出部である共振器の試料挿入
空間が狭く、また共振周波数(約9.5GHz)も水の
誘電損失の大きい帯域であり、生体計測は不可能だっ
た。
【0004】そこで、生体計測ESRにおいては、誘電
損失を軽減させるために周波数を下げ(1GHz以
下)、試料挿入空間を広げるために共振器を大型化する
という方法がとられてきた。しかし、共振周波数を下げ
るということは、用いる電磁波のエネルギーを低下させ
ることにもなるため、生体計測用ESR装置を用いた高
感度計測は極めて困難であった。高感度化が期待される
手法として照射電磁波のパルス化がある。事実、ESR
法と同じ磁気共鳴計測法のひとつである核磁気共鳴法で
は、パルス化により高感度化が成し遂げられ、この手法
を用いた医用機器が開発され、実用に耐えうるものとな
っている。
【0005】パルスに含まれる広帯域の周波数を照射で
きるように、パルス化に対応した共振器のQ値は十分に
低くくする必要がある。同一のパルス幅の条件下で照射
波が低周波化すれば、さらにQ値を下げなければならな
い。共振器内に誘電損失体を挿入すれば、Q値を低下す
ることはできる。しかし、共機器に印加された電力は、
その損失体で主に熱となるため、大電力を印加するの
は、損失体が熱で焼損するなどの問題のため困難であ
る。しかし、生体を観測対象とする場合、試料は大容量
となるため、それに応じた大電力を印加しなければなら
ない。Q値を低下しつつ発熱を抑える方法は今のところ
はない。事実、生体計測を念頭においた低周波(300
MHz)パルスESR用の共振器としては、直径6mm
のものしか報告(R.Murugesan etal, Magn. Reson.Med.
35,3,409‐414,1997)されておらず、この大きさではラ
ットの尾部など、非常に限られた試料しか対象にするこ
とができない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような従
来技術の問題点を解決することを課題とした。すなわ
ち、本発明は、パルスに含まれる広帯域の周波数を照射
できるように十分にQが低く、かつ大電力を印加するこ
とができる共振器を提供することを目的とした。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記の目的を
達成すべく鋭意研究を重ねた結果、共振器ループ導体近
傍に中空の管を配置し、この管を電力損失の大きな液体
で満たして流動させることにより、共振器のQ値を低下
させ、かつ大電力印加が可能となることを見出した。本
発明はこれらの知見を基に完成されたものである。
【0008】すなわち本発明は、内部に水または電解液
を導入しうる管およびループ導体から少なくとも構成さ
れることを特徴とする共振器を提供するものである。管
は、管内に水または電解液を導入したときに共振器のQ
値が低下するように配置されていることが好ましい。ま
た本発明は、上記の共振器を備えることを特徴とする磁
気共鳴装置も提供する。この磁気共鳴装置は、低周波マ
イクロ波乃至ラジオ波を用いることが好ましい。さらに
本発明は、上記の磁気共鳴装置を用いることを特徴とす
る試料中に存在する常磁性種の測定方法も提供する。測
定は、管内に水または電解液を流動させながら行うこと
が好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】以下において、本発明の共振器、
磁気共鳴装置および常磁性種の測定方法について、具体
的に説明する。本発明の共振器を構成する管以外の部材
および形状については、いずれも当業者に公知であり適
宜選択可能である。例えば、部材は磁性を有しない導体
であればよく、例えば銀、銅、アルミなどがあげられ
る。形状については表面コイル型やループギャップ型な
どがあげられるが、単純なLC共振回路構成の共振器で
もよい。共振器のループ径は試料に応じて大きくするこ
とが可能だが、使用する波長より充分に小さい径を使う
ことが望ましい。照射電磁波の周波数、すなわち共振器
の共振周波数に特に制約は設けないが、1GHz以下の
低周波マイクロ波〜ラジオ波が望ましい。
【0010】ループ導体近傍に配置される管の部材は、
共振モードを乱すような導体でなければ、いかなるもの
でもよい。例えば、ポリエチレン、シリコン、ガラスな
どがあげられる。管の形状は管内部の溶液を循環させる
ことのできる形状であればいかなるものでもよい。例え
ば、コイル状、櫛型、ジグザグ型などがあげられる。管
内に満たされる溶液は水または電解液である。電解液の
種類は特に制限されず、例えば塩酸、硫酸、水酸化ナト
リウム水溶液、塩化ナトリウム水溶液などを用いること
ができる。
【0011】管の配置位置は、管内に水または電解液を
導入したときに共振器のQ値が低下するような位置にす
る。具体的には、共振器ループ導体の内面、共振器ルー
プ導体の外面、共振器ループ導体の側面のいずれでもよ
く、これらを組み合わせてもよい。管の配置位置は、ル
ープ径や試料ホルダーの配置関係より適宜選択可能であ
る。共振器ループ導体近傍に存在する水または電解液の
総容量を増やせば、Q値を低下させることができる。従
って、共振器ループ導体近傍に存在する水または電解液
の総容量を調整することにより、任意のQ値に設定する
ことが可能である。
【0012】管内の水または電解液は、測定時に流動さ
せてもよいし、流動させなくてもよい。流動させながら
測定すれば、放熱を行い、大電力を印加して試料に強い
電磁波を照射することができるために好ましい。流動速
度は特に限定されず、所期の効果を奏するように適宜決
定することが可能である。また、流動させる水または電
解液は、循環させることによって繰り返し利用すること
が可能である。利用態様に応じて、ポンプ、冷却器、注
入管、排出管などを適宜設置することができる。
【0013】本発明の別の側面によれば、本発明の上記
共振器を備えた磁気共鳴装置が提供される。この磁気共
鳴装置には、ESR装置は勿論、例えば、電子核二重共
鳴装置、プ口トン電子二重共鳴画像装置等が含まれる。
【0014】本発明のさらに別の側面によれば、本発明
の上記磁気共鳴装置を用いて試料中に存在する常磁性種
を測定する方法が提供される。測定に際しては、管内に
水または電解液を流動させながら測定することが好まし
い。本発明の測定対象となる試料は特に限定されず、固
体試料、水溶液もしくは非水溶液、生体から分離採取さ
れた臓器組織体液、または生体そのもののいずれも用い
ることも可能である。生体としては、マウス、ラット、
モルモット、ウサギ、ネコ、イヌ、サル、チンパンジ
ー、ゴリラなどの実験用動物の他、ヒトを対象とするこ
とも可能である。
【0015】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明する。以下の実施例に示す材料、サイズ、操作等
は、本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更すること
ができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体
例に制限されるものではない。
【0016】(実施例1)共振器には1回巻コイルとコ
ンデンサからなるLC共振回路を用いた。1回巻コイル
のループ径は45mm、軸長10mm、厚さ0.3mm
であり、部材は銅である。これに5pFのセラミックコ
ンデンサを半田付けして、共振器を作成した。この共振
器を、外径84mm、内径78mm、軸長150mmの
銅パイプの中央に配置し、外部回路と共振器を磁気的に
結合させる結合コイルを用いて共振器に印加をした。外
部回路としてネットワーク分析器(ヒユーレット・パッ
カード、8714C)を接続して、共振器の共振点およ
びQ値を計測した。この状態での共振点は280MH
z、Q値は570であった。
【0017】次に、ループ導体の内面に外径0.61m
m、内径0.28mmのポリエチレンチューブをコイル
状にして配置した。チューブの巻数は2回とした(図
1)。この状態におけるQ値は570であった。このチ
ューブの内部に0.9%塩化ナトリウム水溶液を満たす
と、Q値は70に低下した(共振周波数は286MH
z)。Q値が70の場合、共振周波数が300MHzで
パルス幅が200nsのパルスに含まれる周波数をカバ
ーすることができる。塩化ナトリウム水溶液を6ml/
分の速度で循環させ、外部回路として、発振器(アンリ
ツ、MG3633A)とピンスイッチ(ミニサーキッ
ト、ZWSWA)とパワーアンプ(R&K、A1000
−1050S−R)を接続して、パルス幅200ns、
繰り返し時間2000ns、平均電力10Wのラジオ波
(286MHz)を10分にわたって照射したが、溶液
を満たしたチューブに破損は生じなかった。
【0018】(実施例2)実施例1で作成した共振器を
用いて、縦検出ESR(LODESR)計測を行なっ
た。LODESRは、磁気共鳴条件下で照射波のオン/
オフ変調を行い、この時生ずる電子スピンの反転に伴う
縦方向(z軸)の磁束の変化を、変調周波数でロックイ
ン検出することにより、共振器内の常磁性種のESR信
号を得る計測方法である。ここで、照射をパルス化して
LODESR計測を行い、パルス化による信号変化か
ら、実施例1の共振器によってパルス化が行われている
のか否かを検討した。
【0019】共振器の内部に、一対の鞍型検出コイルを
設置した。検出コイルは外径30mm、内径20mmの
円形スパイラル鞍型コイルであり、直径0.3mmの銅
線を15巻したものである。これを外径35mmの石英
管表面に張り付け、さらに共振器内部に挿入固定した。
検出コイルと共振器のループ導体内壁との距離は4mm
とした。試料は検出コイルの張り付けられた石英管内部
に挿入されるようにした。共振器および検出コイルはシ
−ルドケース(高さ135mm、横150mm、幅70
mm)に装着した。このシールドケースには結合コイル
が実装済みである。縦方向の磁束の変化により検出コイ
ルに誘起された信号は、ロックインアンプ(5302,
PARC)により変調周波数でLODESR信号として
ロックイン検出される。
【0020】試料として生理食塩水に1mMの濃度で溶
解したトリアリルメチル(TAM)を10mI入れた内
径20mm、外径30mm、軸長32mmのテフロン製
試料瓶を用いた。TAMの緩和時間は670nsである
ので、パルス幅200nsのパルスで充分パルスの効果
を得ることができる。上記試料を入れた状態での共振点
は283MHzであり、Q値は50であった。パルス幅
200ns、繰り返し時問2000nsの条件でラジオ
波(283MHz)を照射してLODESR計測を行な
った。平均電力を上げながら計測を行なったところ、平
均電力約10Wで信号強度の上昇が平坦化したことよ
り、この電力で180度パルスとなっていることが確認
された。180度パルスを与えた時のLODESR信号
(図2上)は、同じ電力を印加して、1:1のオン/オ
フ変調を行なった時のLODESR信号(図2下)と比
較して、線幅が3倍近く広がっており、パルスによって
広帯域の電磁波が照射されていることが確認できた。
【0021】このように実施例で作成した本発明の共振
器が、磁気共鳴計測に用いるパルスに含まれる広帯域の
周波数を照射できるように十分にQ値が低く、かつ大電
力を印加することができることは、明らかである。
【0022】
【発明の効果】本発明の共振器を用いることにより、今
まで測定が困難であった低周波における大容量試料のパ
ルスESR計測が可能となる。したがって、様々な試料
中のフリーラジカルに関する検査や、フリーラジカルが
関る疾患の診断、治療、予防法などの確立のために極め
て有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例における共振器の構成を示し
た図である。
【図2】 本発明の実施例における測定結果を示し、T
AMを含む試料で得られた信号を示す図である。
【符号の説明】
1: ループ導体 2: コンデンサ 3: ポリエチレンチューブ 4: 流入口 5: 流出口

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部に水または電解液を導入しうる管お
    よびループ導体から少なくとも構成されることを特徴と
    する共振器。
  2. 【請求項2】 前記管が、管内に水または電解液を導入
    したときに共振器のQ値が低下するように配置されてい
    ることを特徴とする請求項1の共振器。
  3. 【請求項3】 請求項1または2の共振器を備えること
    を特徴とする磁気共鳴装置。
  4. 【請求項4】 低周波マイクロ波乃至ラジオ波を用いる
    ことを特徴とする請求項3の磁気共鳴装置。
  5. 【請求項5】 請求項3または4の磁気共鳴装置を用い
    ることを特徴とする試料中に存在する常磁性種の測定方
    法。
  6. 【請求項6】 前記管内に水または電解液を流動させな
    がら測定することを特徴とする請求項5の測定方法。
JP11127354A 1999-05-07 1999-05-07 共振器 Pending JP2000321344A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7843288B2 (en) 2007-11-15 2010-11-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and system for transmitting power wirelessly
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