JP2008061940A5

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Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2026-09-11

Description

電子スピン共鳴ＣＴ装置

本発明は磁場共鳴画像化装置に係わり、高分解能で高速撮影に好適な磁場共鳴画像化装
置に関する。

新薬に対する候補化合物の減少や、ヒトへの安全性意識の高まりから、製薬企業の新薬
開発コストが飛躍的に増加し、動物実験に用いられるマウスの数量も飛躍的に増大してい
る。このプレクリニックというべき動物実験の段階で、コスト削減と小動物保護の観点か
ら、実験用小動物の数を減らすこと、さらには、生体内の薬物効果の観察や、生体の特定
部位に被着させて効力を発揮させる医薬品開発の支援ツールとして、生きたままで観察、
実験できる画像診断ツールのニーズが高まっている。

これらに関わる従来技術として、核磁気共鳴（ＮＭＲ）を用いたＭＲＩ（核磁気共鳴イ
メージング）や電子スピン共鳴（ＥＳＲ）を用いたＥＳＲ−ＣＴ（電子スピン共鳴イメー
ジング）でも、小動物を対象にした商用装置が提供され始めている。ＥＳＲ−ＣＴはＣＷ
（連続波）方式が主流で、僅かにパルス方式が検討されている。生体内の画像化を目的と
した磁気共鳴イメージング装置では、照射電磁波の生体中水分からの減衰のため、生体深
部まで画像化するには、小動物でも１．２ＧＨｚ（キガヘルツ）以下のラジオ波周波数帯
に制限されている。

磁気共鳴−ＣＴでは、ＭＲＩであれＥＳＲ−ＣＴであれ、均一な静磁場中に、信号発生
場所を特定するための傾斜磁場コイル系を用い、傾斜磁場強度を変化させて画像化する。
その場合、撮影画像の座標原点は、傾斜磁場コイル系の座標原点であることが特徴である
。ＭＲＩの場合、水素原子核（プロトン）を撮影対象にするので、生体の形態画像が得ら
れ、特定の病変部位を発見するには、膨大な形態画像の中から探し出すという問題があっ
た。ＥＳＲ−ＣＴの場合、ＥＳＲに特有なラジカル造影剤を小動物に投与し、その分布を
画像化する。そのため、形態画像は得にくいが、造影剤分布を直に画像化するので、病変
に造影剤分布がリンクする場合には、その発見は容易であることに特徴がある。

以下、本発明は、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）を用いたＥＳＲ−ＣＴ技術について適用さ
れるので、ＥＳＲ−ＣＴを念頭においた発明の開示を行なう。

ＥＳＲ−ＣＴの構成要素は（Ａ）小動物を測定する場所（被測定空間）としての均一磁
場空間を生成する静磁場発生源、（Ｂ）画像化のための傾斜磁場コイルシステム、（Ｃ）
ラジオ波の送受信ＲＦプローブ、及び（Ｄ）これらを制御するコンソール系から構成され
る。ＣＷ方式の場合には、更に（Ｅ）掃引磁場コイル系が加わる。実際には、ＣＷ方式の
場合磁場掃引に重畳して交流磁場強度変調を加える変調磁場コイル系が加わるが、本発明
自体には関与しないので以下の発明の開示では省略する。

実験用小動物を生きたままの状態で画像診断するためには、生体への負担を軽くするた
め、麻酔下で画像診断を行なう場合、小動物の体力限界から、撮影時間は１５分程度が限
界である。弱く麻酔した場合や、麻酔無しで画像撮影を行なう場合には、動物が体を動か
す危険性が出てくるので、更に短時間で撮影が終了することが望ましい。小動物を生きた
ままで、時間経過を追って同じ個体を観察しようとすると、一回あたりの撮影時間は短け
れば短いほど価値がある。画像診断を効率的に行なう意味でも、撮影時間の短縮は急務の
課題である。従来のＭＲＩやＥＳＲ−ＣＴでは、実験用小動物を生きたままの状態で画像
診断するというニーズがあまり大きくなかったので、共通の問題として、撮影時間が長い
という問題点は、顕在化してこなかった。

一方、画像による生体内反応を可視化する「分子イメージング」ツールとしては、画像
の鮮明さ、すなわち高い空間分解が要求される。生体全体を高分解能で高速撮影できれば
、ベストであるが、実際のニーズは必ずしもこれを必要としない。例えば、生体反応の可
視化は、小動物などの生体全体を俯瞰して見たい場合と、注目部位を詳細に見たい場合に
分けられ、夫々を同一の装置で画像化できることが望ましい。生体全体を俯瞰して見たい
場合には、ある程度空間分解能は犠牲にしても、高速撮影が要求される。注目部位を詳細
に観察したい場合は、最初から観察したい部位が確定している場合(例えば、腎臓に病変
があることが予め分かっている時や腎臓の機能を観察したい時など)と生体全体を俯瞰し
て見た画像から異変が発見され、その部分を観察したい場合（言わば光学顕微鏡やデジタ
ルカメラのズームアップ機能）に分けられる。

このような要求に対して、従来開発されてきた電磁石を静磁場発生源に用いるＥＳＲ−
ＣＴ装置では、以下の三つの欠点があり、本発明の目的である高速撮影と高い空間分解能
が実現できないでいる。
（１）傾斜磁場強度の高速スイッチングが出来ない。
（２）高速の磁場強度掃引が出来ない。
（３）測定したい所望の領域を１ｍｍ以下の高い空間分解能で画像化することが難しい。

上記（１）傾斜磁場強度の高速スイッチングが出来ない理由は以下の通りである。

被写体空間（マウスなどの撮像対象領域）を構成するためのポールピース間ギャップが
狭い。そのため、傾斜磁場コイル系を設置する場合、傾斜磁場コイルがポールピース直近
のヨークのすぐ近くに隣接して配置されることになる。その結果、傾斜磁場強度の高速ス
イッチングはヨーク内に渦電流を発生させることになり、画像に歪みや偽像が発生する。
したがって、事実上高速スイッチングが実現できない。ヨーク内に発生する渦電流は、傾
斜磁場コイルとヨークの距離が近いほど、傾斜磁場強度のスイッチング速度が速いほど大
きくなる。

ＥＳＲの場合、傾斜磁場強度の高速スイッチングの上限を決める縦緩和時間Ｔ_１は最大
でも１０μ秒であり、非常に速いので、これを生かした撮影高速化が期待される。そのた
めには傾斜磁場強度の切り替え時間を３０〜５０μ秒（周波数換算で２０〜３３．３ＫＨ
ｚ）と超高速に設定したいが、上記理由により実現していない。

上記（２）高速の磁場強度掃引が出来ない理由は以下の通りである。
（ｉ）従来の商用ＥＳＲ−ＣＴでは、漏れ磁場ライン（５Ｇライン）を小さくするために
、漏れ磁場をヨーク内に閉じ込め、電流磁場効率を高める為、ヨーク付の電磁石構造を採
用している。ヨーク内に磁場を閉じ込めると、磁路の断面積あたりの磁束密度が大きくな
り、コイル電流の時間変化の妨げとなり磁場強度の高速掃引ができなくなる。これは、コ
イルの実効的なインダクタンスが大きくなるからである。この結果、撮影時間が非常に長
くかかっていた。
（ｉｉ）更に、被写体空間（マウスなどの撮像対象領域）を構成するためのポールピース
間ギャップを広くすると、磁場均一性を保証するために、ポールピースの対向面の面積を
大きくせざるを得ない。ヨーク付の電磁石では、このために、コイル径を大きくすること
となり、それに伴ってヨーク構造も大きくなる。このため、コイルの実効的なインダクタ
ンスが大きくなるので、更に磁場強度の高速掃引が難しくなるとともに、重量も重くなる
。

上記（１）、（２）に述べたことに対して、ヨーク付電磁石による商用ＥＳＲ−ＣＴを
、ヨーク構造の無い空芯型電磁石が検討され始めている（Ｇ．Ａ．Ｒｉｎａｒｄ他、Ｍａ
ｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ１５巻５１〜５８ページ
、２００２年）。この例では、共鳴磁場の磁場強度が９０Ｇ（２５０ＭＨｚ対応）の空芯
コイルで被写体空間（マウスなどの撮像対象領域）の共鳴磁場均一性を確保しているので
、
（Ａ）大口径のコイル（たとえば８００ｍｍ）を使う必要があり、１０〜２０Ａの大電流
を流すことが必要となる為、商用電源では磁場の安定性が確保できない。
（Ｂ）コイルが大口径になりインダクタンスＬが大きくなるため、時定数が１００ｍ秒近
く（周波数換算で１０Ｈｚ程度）まで長くなり、静磁場強度の掃引時間が、ヨーク付電磁
石ほどではないが長くなる。
（Ｃ）大口径コイルと傾斜磁場コイルも含めたコイル系と電源系の総重量が重くなる。
（Ｄ）漏れ磁場ライン（５Ｇライン）が２ｍにもなり、操作性と設置場に大きな制限を受
ける。
という問題点がある。電子機器や人体への影響を考えると漏れ磁場ライン（５Ｇライン）
をコンパクトにできる構造が商用システムでは必要になる。

以上の問題点は、共鳴磁場の磁場強度が９０Ｇ〜４００Ｇ程度まで上がってくると、コ
イル径がさらに大きく、且つ、コイル電流が大電流になるので、より大きな問題となる。

コイル電流を一定とすると、コイル径の大きさにより被写体空間（マウスなどの撮像対
象領域）の共鳴磁場均一空間の大きさが一義的に決まる。したがって、共鳴磁場の磁場強
度を大きくした場合、同じ共鳴磁場均一空間の大きさを確保するためには、コイル径を大
きくせざるを得ない。この場合、磁場強度掃引時間の更に長くなり、システム重量は更に
重くなり、漏れ磁場ライン（５Ｇライン）も長くなる。

したがって、現在の空芯コイル系電磁石は、デモンストレーション用としての意義はあ
るが、商用で用いるＥＳＲ−ＣＴ装置としては不向きである。
（３）従来のＥＳＲ−ＣＴ装置で測定したい所望の領域を１ｍｍ以下の高い空間分解で画
像化できない理由は以下の通りである。

従来のＥＳＲ−ＣＴ装置では、静磁場均一領域に対して、傾斜磁場コイル系とＲＦプロ
ーブ系が固定された配置とされる。そのため、可動な部分は被写体（マウスなどの撮像対
象）の並進と回転だけである。高分解能に観察できるのは、傾斜磁場コイル系で決まる中
心付近の限られた領域だけであり、所望の部分を必ずしも高分解能で画像化できない。他
の領域も高分解能な画像化するためには、被写体を並進回転させて、所望の部分を傾斜磁
場コイル系で決まる中心付近に配置することが必要であった。

更に詳しく説明すると、従来のＥＳＲ−ＣＴ装置では、測定対象となるラジカルの吸収
線幅ΔＨが１〜２Ｇ（ガウス）程度と広い。そのため、原理的空間分解能である吸収線幅
ΔＨと傾斜磁場強度Ｇとの比、ΔＨ／Ｇ（傾斜磁場強度）で空間分解能１ｍｍ以下を実現
しようとすると、傾斜磁場強度Ｇを１０〜２０Ｇ／ｃｍ以上にする必要がある。その結果
、傾斜磁場コイル系に投入する電力が高くなりすぎ、傾斜磁場コイル系の発熱による制限
のため、空間分解能１ｍｍ程度が計測の上限であった。

一方、被測定空間（マウスなど小動物の測定領域）としては３５ｍｍ程度が必要である
。そのため、ＥＳＲ−ＣＴ装置の典型的共鳴周波数２５０ＭＨｚ（共鳴磁場強度Ｈ_０＝９
０Ｇに対応）の場合、傾斜磁場強度が１０Ｇ／ｃｍとしたとき、３５ｍｍ×１０Ｇ／ｃｍ
＝３５Ｇとなるから、磁場強度は、被測定空間の両端で、７２．５Ｇ（＝９０−１７．５
）と１０７．５Ｇ（＝９０＋１７．５）と共鳴磁場から±１９．４％もずれてしまう。こ
のような状態では、被測定空間全体を画像化することは困難である。

この例で、空間分解能１ｍｍ以下で画像化できる領域は、被測定空間中心のＨ_０／（Ｇ
・Ｑ）（＝９０Ｇ／（１０Ｇ／ｃｍ×８０）＝１．１２５ｍｍ）の狭い領域のみであった
。ここで、ＱはＲＦプローブのＱ値で、小動物が挿入された場合Ｑ＝８０程度である。

そのため、広い領域を画像化したい場合には、傾斜磁場強度を下げて、空間分解能を犠
牲にする他なく、被測定空間全体を高分解能に画像化することは困難であった。

従来のＥＳＲ−ＣＴ装置では、測定対象となるラジカルの吸収線幅に事実上制限を求め
ないＣＷ法（連続波法：continuous wave method）であるため、静磁場強度を広い範囲で
可変にする必要があり、磁場強度が固定される永久磁石は周波数が数ＧＨｚと高い可搬Ｅ
ＳＲなどの超小型システム（例えば、特許第２６４０３７７号公報）を除いて適用されて
いない。このような永久磁石型可搬ＥＳＲでは、オープンＭＲＩ（例えば、特開平９−２
９９３５１号公報）と同じく一対の対向永久磁石を静磁場源に用いていた。その場合、一
対のポールピースの対面する面積とほぼ同じ接合面積を有する永久磁石を配置するのが通
例である。

永久磁石を用いるＭＲＩはオープンＭＲＩとも呼ばれ、超伝導などの筒型マグネットと
異なり、開放スペースが多く取れ、ヒトに優しいシステムと言われてきた。しかしオープ
ンＭＲＩの場合でさえ、ポールピース間方向のヒトの寸法Ｌ_Ｍとポールピース間距離Ｌａ
との比Ｌ_Ｍ／Ｌａは０．８前後であり、ポールピース間距離は狭いシステムである。この
点は、永久磁石を用いた小型のＭＲＩの場合でも被写体寸法とポールピース間距離との比
は０．７〜０．９前後であり、依然としてポールピース間距離は狭いシステムである。こ
の根本原因は、出来るだけ共鳴磁場強度を高くして磁気共鳴感度を上げることを最優先せ
ざるを得なかったためである。

特許第２６４０３７７号公報特開平９−２９９３５１号公報Ｇ．Ａ．Ｒｉｎａｒｄ他、ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ１５巻５１−５８ページ、２００２年

本発明の目的は、マウス等小動物の所望の部分を空間分解能１ｍｍ以下で画像化できる
ズームアップ機能と、マウス等小動物の被測定空間の３次元画像撮影時間を１５分以下に
抑えることができ、漏れ磁場ライン（５Ｇライン）までも含めて軽量コンパクトで、使い
勝手に優れる生体計測に使えるＥＳＲ−ＣＴ装置を実現することである。具体的には、傾
斜磁場強度の高速スイッチングが可能で、高速の磁場強度掃引が可能な構造と方式を実現
することである。マウス等小動物の所望の部分を、空間分解能１ｍｍ以下で画像化できる
ズームアップ機能を実現することである。

最初に３次元画像撮影時間を１５分以下にするための手段について開示する。

本発明では、生体用ＥＳＲ−ＣＴの静磁場強度が７０〜４２０ＧとＭＲＩ（３０００〜
３００００Ｇ）やＥＳＲ（３０００〜１５０００Ｇ）に比べて極端に小さいことに着目し
て、強い残留磁束密度Ｂｒと強い保持力Ｈｃを有する永久磁石を静磁場源に適用し、これ
が発生する磁束を接合面積（磁束の通る面の面積）の小さい永久磁石の磁極面に対向させ
たヨークを介して対向するポールピースに導き、ポールピース間に安定した均一磁場空間
を生成する静磁場を形成する。これにより安定した均一磁場空間を生成するとともに、ポ
ールピース間隔を十分に大きくすることで上記課題を解決する。具体的には、本発明では
、対向する一対のポールピースの対面する面積に比べて、約１／３〜１／３０程度に小さ
い接合面積の永久磁石の磁極面に対向させたヨークを介してポールピースと静磁場源とし
ての永久磁石を結合する。

上記ポールピース間隔を十分に大きくとることで、ポールピース端面から十分離して、
傾斜磁場系コイルを配置することが可能となる。更に、上記空間に、ポールピース端面か
ら十分離して、永久磁石による静磁場強度に比べて十分小さい磁場強度を掃引するコイル
系（掃引磁場コイル系）を配置することが可能となる。

所望の被写体部分を空間分解能１ｍｍ以下で画像化する手段は、静磁場均一領域に対し
て、傾斜磁場コイル系とＲＦプローブ系のいずれか一方を可動にすることである。可動範
囲は、稼動させる系の中心を永久磁石により形成された磁場均一被写体空間（マウスなど
の撮像対象領域）内である。現実には、磁場均一被写体空間（マウスなどの撮像対象領域
）の大きさを変えないで実行できるＲＦプローブ系を固定して傾斜磁場コイル系を可動に
するのが有効である。一方、傾斜磁場コイル系を固定してＲＦプローブ系を可動にするこ
とができるが、この場合には、磁場均一被写体空間としての所要の体積が８倍（＝２^３倍
）になるので、永久磁石系を大きくする必要がある。すなわち、縦横高さがそれぞれ２倍
になると言うことである。

本発明によれば、対向する一対のポールピースの対面する面積に比べて、１／３〜１／
３０の接合面積の永久磁石の磁極面に結合させたヨークを介して静磁場源としての永久磁
石とポールピースを結合し、ポールピース間距離を広く構成したので、永久磁石の残留磁
束密度Ｂｒを７０〜４２０Ｇ（共鳴周波数換算で約２００〜１２００ＭＨｚ）にまで弱め
た生体用ＥＳＲ−ＣＴに好適な静磁場空間を作り出せた。

一方ポールピース間距離を広く形成できた結果、
（１）傾斜磁場系をポールピース端面から、十分離した距離に設置できる。その結果、３
０〜５０μ秒（周波数換算で２０〜３３．３ＫＨｚ）の超高速傾斜磁場強度の切り替え時
間でも、渦電流の影響が極めて少ないＥＳＲ画像が取得できるようになった。
（２）ポールピース端面から十分離して、永久磁石による静磁場強度に比べて一桁程度小
さい磁場強度の掃引用コイル系を配置した構成により、静磁場Ｈ₀の発生は永久磁石が分
担し、時間依存性のある掃引磁場強度Ｈｓは磁場空間内の小型コイルが分担できるものと
することができた。該小型コイルはポールピース直近ヨークとの磁気的相互作用が弱く、
距離が離れているので渦電流の効果もきわめて少なく、それ自身のインダクタンスも小さ
く出来るので、数ＫＨｚの高速磁場強度掃引が可能になり、撮影時間が大幅に短縮できる
様になった。
（３）ＲＦプローブ系の位置をポールピース間の所定の位置に固定し、傾斜磁場コイル系
を、磁場均一被写体空間（マウスなどの撮像対象領域）内で可動にし、所望の被写体部分
に傾斜磁場コイル系を位置させて傾斜磁場原点をあわせることが出来る。この結果、装置
は小型であっても、傾斜磁場強度を強くすることで、画像視野は小さくなるが、所望の被
写体部分を高い空間分解能１ｍｍ以下で画像化することが出来るようになった。これは、
見たいところを拡大して観察する磁気共鳴イメージングにおけるズームアップ機能の実現
である。

最初に本発明の基本的な構成について説明する。

図１（Ａ）は、静磁場源の永久磁石とこれを使用して形成された磁場空間を持つＥＳＲ
−ＣＴ装置の磁気系概念を示す斜視図である。図１でのＸ，Ｙ，Ｚ座標系は図に矢印で示
す通りである。静磁場はＺ方向である。図１（Ｂ）は永久磁石１切断して観測されるＸ−
Ｚ平面図である。以下空気中では磁束密度Ｂと磁場強度Ｈはほぼ同じ値をとるので、磁場
空間内磁束密度と磁場強度は同じ値を取る。

１は柱状の永久磁石であり、図にＮ，Ｓで示すように磁極面が形成されている。Ｌ_ｐは
永久磁石１の長さである。２，３はヨークであり、Ｌ字状の構造を有する。ヨーク２，３
は、永久磁石１の高さより大きいものとされる。１０'はダミーヨークであり透磁率の低
い材質で形成されている。ダミーヨーク１０'は永久磁石１の上下に配置され、永久磁石
１の部分の高さをヨーク２，３と一致させるために設けられる。ここで、永久磁石１の磁
束をヨーク２，３の外に漏らさないようにするため、永久磁石１の厚さと高さは、ヨーク
との接合近辺でヨークの厚さと高さより小さく設計するのが一般的である。Ｌ字状の構造
のヨーク２，３は、Ｌ字の内面が互いに向き合う形で一つの端面が永久磁石１のそれぞれ
の端面（磁極面）１１６，１１７と接合面積Ｓ_Ｍで、対向して設けられる。６，７は対向
するポールピースであり、対向する部分の面積６６，６７をＳ_ａとし、ヨーク２，３の他
端の内面に、互いに向き合う形で形成される。対向するポールピース６，７間距離はＬａ
である。これにより、永久磁石１を静磁場源とする静磁場を持つ磁場空間が形成される。
対向するポールピース６，７間に形成される静磁場の磁場空間中には、磁場が均一で時間
変動も少ないＥＳＲ−ＣＴの被写体を配置する空間−被写体空間（撮像対象領域）がその
中心部分に形成される。なお、図１（Ｂ）の一点鎖線で示す線は永久磁石１、ヨーク２，
３および対向するポールピース６，７により構成される磁気回路のループである。

本発明の基本思想では、ＥＳＲ−ＣＴ用の均一な静磁場を持つ磁場空間を作る場合、永
久磁石１の発生する高い残留磁束密度Ｂｒをヨーク２，３により対向するポールピース６
，７まで導き、上記接合面積Ｓ_Ｍとポールピースの面積Ｓ_ａの比Ｓ_Ｍ／Ｓ_ａで小さくし、
更にポールピース間の空間距離Ｌａを広くすることで弱め、低いＥＳＲ−ＣＴ用共鳴磁場
をつくり、被写体空間の磁場均一性を確保するとともに、永久磁石からの磁束をヨーク２
，３に閉じ込めて、漏れ磁場ライン（５Ｇライン）を小さくする。

永久磁石１の残留磁束密度Ｂ_ｒは大略１１０００Ｇ程度とする。すなわち、ＥＳＲ−Ｃ
Ｔで目標にする共鳴磁場強度７０〜４２０Ｇ（共鳴周波数換算で約２００〜１２００ＭＨ
ｚ）と比べ、２６〜１５７倍強い物を用いる。これは、磁場源が安定したものとするため
である。この結果、被写体空間（ポールピース６，７間）の磁場強度を如何に弱めるかが
課題となり、従来のＭＲＩや小型ＥＳＲが如何に磁場強度を強めるかに注力してきたこと
と決定的に異なるものとなる。

先ず、永久磁石１の残留磁束密度Ｂ_ｒを被写体空間で弱めることを目的として、永久磁
石１のヨークとの接合面１１７（または１１６）の面積（接合面積）をＳ_Ｍ、ポールピー
ス６，７の対向面の面積をＳａとすると、Ｓ_Ｍを小さくし、Ｓａを大きく形成することが
、上述の問題点を解決する意味で重要である。更に、永久磁石の残留磁束密度Ｂ_ｒを被写
体空間で弱めるためには対向するポールピース６，７間の距離Ｌ_ａを大きくとることが、
上述の問題点を解決する意味で重要である。

磁場均一性についてみると、被写体空間内でのＺ軸方向の磁場強度の最大値と最小値の
差をΔＨｖとして、被写体を、例えばマウスなどの小動物として、これを対象に空間分解
能１ｍｍでＥＳＲ−ＣＴ画像をとる場合、期待される被写体空間のＺ軸方向の磁場均一性
は、ラジカル造影剤の吸収線幅ΔＨの値にも依存するが、少なくとも吸収線幅ΔＨの１／
５程度以下とすることが必要になる。たとえばΔＨ＝２０ｍＧのときΔＨｖ＝４ｍＧ程度
、ΔＨ＝３００ｍＧのときΔＨｖ＝６０ｍＧ程度である。ＥＳＲ用ラジカルとしては最も
吸収線が狭いΔＨ＝２０ｍＧを計測できる磁場均一性を目標に永久磁石系を設計すれば申し分ないが、一般には、撮影対象となるラジカルの吸収線幅の最小値ΔＨｍｉｎを用いて、被写体空間の大きさをＬとし、被写体空間でのＺ軸方向磁場強度の最大値と最小値の差をΔＨｖとすると式（１）が要求される。

以下、永久磁石１の発生する高磁場をヨーク２，３により対向するポールピース６，７
まで導いて対向するポールピース６，７の対向面間に磁場を発生させる構成を、更に具体
的に説明する。

先ず、最も単純化した場合を考える。永久磁石１が発生する総磁束Φ（＝永久磁石１の
残留磁束密度Ｂｒ×永久磁石１の磁極がヨークに接する断面積Ｓ_Ｍ）が全てヨーク２，３
により対向するポールピース６，７の表面に導かれる理想的な場合を考える。図１（Ａ）
で、１１７（又は１１６）が永久磁石１の磁極面であり、接合面Ｓ_Ｍとなる。この場合に
は、対向するポールピース６，７の対向する表面の面積をＳ_ａとすると、対向するポール
ピース６，７間に式（２）で表されるＺ方向の磁場Ｈ_Ｇが発生する。

但し、μ_０は真空の透磁率である。

対向するポールピース６，７間の距離をＬ_ａとすると、対向するポールピース６，７間
の磁場空間に蓄えられる磁場のエネルギーＵ_Ｇは式（３）で表される。

永久磁石自体は、永久磁石内の磁束密度と永久磁石内の磁場強度Ｈの積で表される最大
エネルギー積（Ｂ・Ｈ）_ＭＡＸで特徴付けられるので、永久磁石１の体積をＶ_Ｍとすると
式（４）を満たす体積Ｖ_Ｍを持つ永久磁石１を使えば、必要な磁場強度Ｈ_Ｇを発生させる
ことができる。

式（２）、（３）、（４）から分かることは、残留磁束密度Ｂｒの大きな永久磁石１を
使って小さな磁場強度Ｈ_Ｇを作るには、対向するポールピース６，７の対向する表面の面
積Ｓ_ａを永久磁石１の磁極のヨーク２，３の接する断面積Ｓ_Ｍに比べて十分に大きくし、
対向するポールピース６，７間の距離Ｌ_ａを永久磁石１の長さＬｐに比べて十分に大きく
とる。一方、永久磁石１の体積Ｖ_Ｍは小さな物を選び、残留磁束密度の大きな永久磁石を
静磁場源とし、これから断面積の小さいヨークを介して、対向する表面の面積が大きく、
対向する距離の大きいポールピースに磁束を導くことにより、ＥＳＲ−ＣＴに好都合な均
一磁場を持つ磁場空間を構成することができる。

式（２）、（３）、（４）は、理想化した場合なので、図１（Ｂ）を参照してヨーク２
，３の効果も取り入れた、より実際的な説明を行なう。

対向するポールピース６，７間の磁束密度をＢ、対向するポールピース６，７間の対向
する表面の面積Ｓ_ａ、対向するポールピース６，７の対向面間の距離をＬ_ａ、ヨーク２，
３部分の磁路の平均の長さをＬ_ｙ、ヨーク２，３部分の磁路の断面積をＳ_ｙ、ヨーク２，
３部分の透磁率をμ_ｙ、永久磁石部分１の磁路の長さをＬ_ｐ、永久磁石部分１の磁場強度
をＨ、永久磁石１が発生する総磁束をΦとすると、起磁力Ｆは、磁気回路での磁束Φの漏
れを無視した近似では、磁気回路のキルヒホッフの法則から式（５）となる。ここで、Φ
＝Ｂ・Ｓ_ａである。

外部から加える起磁力Ｆはゼロなので、Ｆ＝０として、変換すると、式（６）が得られ
る。

一方、永久磁石１の残留磁束密度Ｂ_ｒと保磁力Ｈ_ｃの間には、図２に示す永久磁石の減
磁曲線に示すような関係がある。ここで、３０１は永久磁石１の作る磁気回路ループでの
磁束密度Ｂと磁場強度Ｈの関係、３０２は永久磁石１の減磁曲線である。式（６）と図２
に示す特性３０１と減磁曲線３０２の交点の磁場強度−Ｈ_ｍと磁束密度Ｂ_ｐとから、対向
するポールピース６，７間の被写体空間の磁束密度ＢがＢ＝Ｂ_ｐとして求められ、式（７
）として表される。

式（７）から分かるように、被写体空間の磁束密度Ｂ_ｐを小さくするには、式（７）の
分子が小さくなるように永久磁石１の長さＬｐを小さくすることと、対向するポールピー
ス間間隔Ｌ_ａを大きくとることが有効である。Ｌ_ａを大きくとれば、被写体空間（マウス
などの撮像対象領域）を大きくすることができる。被写体空間の磁束密度Ｂ_ｐを小さくす
るにはヨーク２，３部分の磁路の断面積Ｓ_ｙに比し対向するポールピース６，７の対向面
の面積Ｓ_ａを大きくとることも有効である。

すなわち、本発明の永久磁石１を静磁場源とし、これの発生する磁束を対向するポール
ピース６，７間にヨーク２，３で導いて静磁場を形成させる構造は、本質的に、形成され
る静磁場の領域がＥＳＲ−ＣＴの被写体を配置する空間−被写体空間（撮像対象領域）に
好都合なものといえる。ヨークの長さＬ_ｙと磁束が通る断面積Ｓ_ｙと対向するポールピー
ス対向面の面積Ｓ_ａなどの形状、大きさは、所望のＥＳＲ共鳴磁場強度からの要請で決ま
る磁場強度Ｂｐと要求される被写体空間（マウスなどの撮像対象領域）の大きさから決定
されるが、式（７）から分かるように、本発明では、設計の自由度が高いものとできる。
この点の詳細については後述する。

式（７）には、永久磁石１のヨークとの接合面１１７（または１１６）の面積Ｓ_Ｍが直
接現れないが、これは図１（Ａ）の永久磁石系の永久磁石1を切断するＸＺ面内の一次元
磁気回路による近似解だからである。接合面１１７（または１１６）の面積Ｓ_Ｍは式（２
）を通じて、永久磁石の残留磁束密度Ｂｒを弱める形で寄与することを実施例１で開示す
る。勿論、磁束密度と磁場強度の関係が非線形なシステムなので厳密な設計にはコンピュ
ータシミュレーションによる確認が必要となるが、基本的な設計は式（２）〜（７）を出
発点にできる。

図３は、ポールピース６，７間のコイル系を図示しており、３４０および３５０は、Ｘ
，Ｙ，Ｚ傾斜磁場コイル系、３２０および３３０は磁場掃引コイル対としてのヘルムホル
ツコイルである。ともに、ポールピース６，７より十分に離れて設置されている。

そのため、ＭＲＩなどに比べて一桁程度高速な３０〜５０μ秒（周波数換算で２０〜３
３．３ＫＨｚ）の超高速傾斜磁場強度の切り替えを行なっても、ポールピース６，７や近
接するヨーク２，３に渦電流がほとんど発生せずＥＳＲ画像が取得できる。ＣＷ方式のＥ
ＳＲ−ＣＴでは、静磁場強度に掃引磁場を重層して画像化を行なう。本発明では、静磁場
源を永久磁石とすることにより、十分に大きな被写体空間（撮像対象領域）を持つことの
できる磁場空間を構成するとともに、磁場空間内に撮像に必要な小型磁場掃引コイル系を
装填することで超高速傾斜磁場強度の切り替え可能なシステム構成を提供する。

対向するポールピース６，７間に構成される磁場空間内に被写体の画像化のために設け
られる磁場強度掃引コイル系としてのヘルムホルツコイルを、ヘルムホルツコイルの一般
論（たとえば、ＮＭＲ医学（丸善昭和５９年１月２０日発行）基礎と臨床）を基礎に説明
する。ヘルムホルツコイル対３２０，３３０に流れる電流をＩ_ｓ、コイルの半径をａ_ｓ、
コイル間距離はコイルの半径と同じａ_ｓにとる。ヘルムホルツコイル対３２０，３３０の
中心軸上をｚ方向とし、ヘルムホルツコイル対３２０，３３０間の中点を原点にとり、Ｘ
ＹＺ座標系を設定し、ｚ軸上の磁場強度Ｈを検討する。磁場強度Ｈは式（８）に示される
ように、ｚ軸上の位置によらない式（９）に示される一定部分Ｈ_ｓと、ｚに対して式（１
０）に示される４次の項ΔＨ_ｓの和または差として示される。

ただしγ_４はコイルの半径ａ_ｓ、ヘルムホルツコイル対３２０，３３０に流れる電流Ｉ_ｓ
および被写体空間の大きさによらない定数で、γ_４＝−１８．４３２である。

本発明では、ヘルムホルツコイル対３２０，３３０により発生する磁場強度Ｈ_ｓは、磁
場強度掃引コイルであるから、永久磁石１を静磁場源として対向するポールピース６，７
の対向面間に発生される磁場強度Ｈ₀に比べて一桁以上小さい。しかも、掃引磁場強度は
、磁場空間全域を対象として発生させる必要は無く、被写体空間がカバーできればよいの
で、コイル半径ａ_ｓを小さくできる。そのため、コイルのインダクタンスを下げられ、流
す電流Ｉ_ｓも非常に小さくでき、ヘルムホルツコイル対３２０，３３０を対向するポール
ピース６，７から距離を離して設置できるので、低消費電力で高速応答が可能な磁場強度
掃引コイル系を構築できる。

従来の空芯型電磁石系でも、静磁場強度を形成するコイル系と磁場強度掃引コイル系を
分離して形成することは考え方として可能であるが、磁場の発生方向を同じにする必要が
あるので、二つのコイルが相互インダクタンスのため干渉しあう結果、掃引磁場強度を高
速に掃引すると静磁場強度に影響を与えてしまう。本発明では、静磁場形成が永久磁石で
行われるので、相互インダクタンスが非常に小さいことと、ポールピース端面から十分離
れて設置されているので渦電流の影響も少なく、２００〜５００μ秒（周波数換算で２〜
５ＫＨｚ）の高速掃引が可能となる。

具体的に、主たる磁場強度Ｈ₀をヘルムホルツコイルで与える場合を考え、小型コイル
の具体的メリットを以下に示す。

式（１１）に示すように、ヘルムホルツコイルの電流制御による磁場強度変動部分ΔＨ
_ｓの絶対値は式（１）の右辺を満足するように設計しなければならない。

Ｈ₀を与えるコイルの半径をａ、流す電流をＩ_０とし、二つのコイルが式（１０）で示
す磁場強度変動部分ΔＨ_ｓが、式（１）に示す同じ磁場強度変動幅ΔＨｖを与え、大小二
つのコイルで同じ変動幅を要求すると、式（９）、（１０）より、式（１２）、（１３）
が得られる。

ここで、たとえば、Ｈ₀＝７０Ｇ，Ｈ_ｓ＝３．５Ｇの場合、ａ_ｓ／ａ＝０．４７、Ｉ_ｓ／
Ｉ_０＝０．０２４となり、コイルの小型化と低電流化に大きく寄与する。式（１２）、（
１３）より、主たる磁場強度Ｈ₀が７０Ｇより大きく（９０〜４００Ｇ）なると、この効
果は更に増大する。

ヘルムホルツコイルの代わりに磁場均一性が良いダブルヘルムホルツコイルを用いても
同様の効果を期待できる。

次に画像化手法とズームアップ機能について説明する。

一般に、傾斜磁場コイルによる傾斜磁場ベクトルＧを式（１４）と表す。

ここに、Ｇ_ｘはＸ軸方向の場所に依存する傾斜磁場のＺ方向成分であり、Ｇ_ｙはＹ軸方
向の場所に依存する傾斜磁場のＺ方向成分であり、Ｇ_ｚはＺ軸方向の場所に依存する傾斜
磁場のＺ方向成分であり、それぞれＸ，Ｙ，Ｚ傾斜磁場コイルにより生成される。ベクト
ルＧの絶対値をＧとし、被写体空間の大きさをＬとし、ＲＦプローブのＱ値と静磁場強度
Ｈ_０を用いて、式（１５）を満たすとき、被測定空間内に存在するラジカル物質の分布が
画像化できる。

このとき、ラジカル分布の原理的な空間分解能はラジカル物質の吸収線幅をΔＨと傾斜
磁場強度Ｇを用いてΔＨ/Ｇで表すことができるが、式（１５）から、式（１６）の関係
を導くことができる。

図４（Ａ）は被測定空間のＸ軸方向の大きさをＬとして、Ｘ軸方向に傾斜磁場強度Ｇの
傾斜磁場が印加されているときの位置に応じた磁場強度の変化の様子を示す図である。横
軸はＸ座標を、縦軸は磁場強度Ｈを表し、式（１７）に示す関係がある。図４（Ａ）に参
照符号４０１で示す線は式（１７）を満足する線である。

参照符号４０３で示す線は、マウスなどの被測定物をＲＦプローブ中に挿入したとき、
Ｘ＝０の場所でのＲＦプローブの共鳴特性の静磁場依存性の概念を示している。磁場強度
Ｈ_０のところでピークをもち、磁場強度Ｈ＝Ｈ_０±Ｈ_０／（２Ｑ）で、共鳴特性が１／２
になる。ＲＦプローブの共鳴特性を利用できる領域は、共鳴点を中心に幅Ｈ_０／Ｑの範囲
内（以下、半値幅Ｈ_０／Ｑと呼ぶ）である。即ち、この範囲の外側は、画像化できない。
ここでＱは、ＲＦプローブの共鳴特性の半値幅を与える物理量Ｑ値で、Ｑが大きいほど共
鳴特性が鋭くなり、測定領域は狭まる。一方、被測定空間に傾斜磁場が印加されているの
で、被測定空間両端（Ｘ＝±Ｌ／２）での傾斜磁場強度による静磁場強度差分はＧ・Ｌの
大きさである。傾斜磁場強度Ｇが小さいときには、式（１５）が成立し、Ｈ_０／Ｑの値が
Ｇ・Ｌより大きく、被測定空間全体をＲＦプローブで画像化できる。

傾斜磁場コイルの電流を上げ、Ｇの値を大きくすると、式（１５）で等号の成立する事
態になり、更に大きくすると、傾斜磁場強度が強い部分は、共鳴点を中心に幅Ｈ_０／Ｑの
範囲を超えるので画像化領域は、原点を中心からＨ_０／（２ＱＧ）の狭い範囲のみになる
。図４（Ａ）に示しているのは、式（１５）で等号の成立する場合である。

次に傾斜磁場強度がＧ・Ｌ≧Ｈ_０／Ｑになった場合、即ち式（１５）の不等号が逆にな
った場合の被測定空間全体を画像化する手法について開示する。この場合、基本的には測
定空間全体をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に分割して、各分割ブロック毎に画像化していき、全ての
ブロックの画像データを取得した後、全体の画像を構成する。分割ブロック数が少ないほ
ど画像化に要する時間が少なくなるので、合理的な最小分割数を求めることが必要になる
。

先ず、一次元の場合について図４（Ｂ）を用いて被測定空間の分割を説明する。Ｘ軸方
向に原点を中心に±Ｌ／２の被測定空間に傾斜磁場強度Ｇを持つ線形傾斜磁場すなわち参
照符号４０１で示す線の磁場強度を持つ系（図４（Ｂ））をｎ個の領域に等分割する場合
を考える。ｎ個の領域に左端から、１，２、…、ｎと番号を付ける。各領域の長さ４０２
はＬ／ｎであるので、ｉ番目の分割領域、すなわち、位置ｉから位置ｉ＋１の分割領域の
中点をＸｉと定義すると、簡単な計算から、Ｘｉは式（１８）と表される。図４（Ｂ）で
、ｉ番目の分割領域の位置ｉから位置ｉ＋１での磁場をＨ_ｉ、Ｈ_ｉ+1で定義し、Ｘｉでの
磁場をＨ_ｉ ^０で定義した。

Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に傾斜磁場強度Ｇを印加した場合も同様に、Ｙ軸方向ｊ番目、Ｚ軸
方向ｋ番目の分割領域の中点をＹｊ，Ｚｋとすると、式（１８）と同じく式（１９）、式
（２０）と表される。

今、ＲＦプローブの半値幅Ｈ_０/Ｑと傾斜磁場強度Ｇの比をＬ₀と定義すると式（２１）
が得られる。

今、問題としているのは、Ｌ_０が被測定空間の大きさをＬに比べて小さい場合（Ｌ_０≦
Ｌ）である。式（２１）を用いると、一次元の場合、分割数ｎは式（２２）で表される。

但し、［Ｌ／Ｌ_０］は式（２３）で定義され、Ｌ／Ｌ _０を超えない最大の整数を表す。

式（２２）で分割数ｎが決まる理由は、Ｌ／Ｌ_０では、整数になれずＬ／Ｌ_０以上の最
小の整数で分割すればよいからである。

二次元、三次元の場合は、少し複雑になる。以下簡単のために、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向への最
大傾斜磁場強度が同じ場合（等方的な傾斜磁場）を考える。まず二次元の場合を（Ｘｉ，
Ｙｊ）の分布を図４（Ｃ）に図示した。被測定空間の大きさＬをｎ個に分割した場合、そ
れぞれの分割中心から、Ｘ軸、Ｙ軸方向でお互いの円が接する様子を点線４１１−４１４
で示している。また±４５°の方向でお互いの円が接する場合を実線４２１−４２４で示
している。

二次元の場合、領域を分割してそれぞれの領域を画像かする場合、最低でも４２１−４
２４の実線で示す領域より広く重なり合う必要がある。実線の円と点線の円では直径が√
２倍だけ異なるので、二次元の場合、分割数ｎは式（２４）で表される。

同様にして、三次元の場合、実線の円と点線の円では直径が√３倍だけ異なるので、分
割数ｎは式（２５）で表される。

Ｘ，Ｙ，Ｚ方向への最大傾斜磁場強度が異なる場合（異方的な傾斜磁場）には、容易に
拡張できる。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向への最大傾斜磁場強度をそれぞれＧ_ｘmax、Ｇ_ymax、Ｇ_zmax
とすると、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に対応するＬ_０は、式（２１）で、ＧをそれぞれＧ_ｘmax、Ｇ_y
_max、Ｇ_zmaxに変更したものでＬ_０ｘ、Ｌ_０ｙ、Ｌ_０ｚを定義すると、空間分割数ｎを決
定する式（２５）を次の式（２６）に変更すればよい。

実際の計測の場合、傾斜磁場強度Ｇを決めてから画像化するので、上記式（２５）、式
（１８）、式（１９）および式（２０）で決まるＸ，Ｙ，Ｚ方向の空間分割点に傾斜磁場
の原点を移動させて分割ブロック毎に画像化していき、全てのブロックの画像データを取
得した後、全体の画像を構成する。

以下更に具体的に画像化手法について説明する。

磁気共鳴画像を撮る場合、画像の原点は、傾斜磁場の原点である。傾斜磁場の原点とは
、静磁場が均一な被測定空間（そのＺ方向の静磁場強度はＨ₀である。）内で、傾斜磁場
ベクトルＧが印加されているときに、静磁場強度がＨ₀と同じ磁場強度を与える点である
。即ち傾斜磁場の原点とは、傾斜磁場強度が実効的にゼロの点であり、通例、傾斜磁場コ
イル系はＺ軸周りに幾何学的対称性を有し、Ｚ方向には、一対の傾斜磁場コイル系の中に
設計することが多い。静磁場強度が均一な被測定空間の座標軸も一対のとなるポールピー
スの幾何学的な中心に一致させて設計する場合が多い。

このように、傾斜磁場強度が強く、式（１５）の不等号が逆になる場合には、傾斜磁場
強度の中心からＨ_０／（２ＱＧ）の狭い範囲のみ画像化される対象となり、これを外れる
領域にあるラジカル分布空間を画像化するには、傾斜磁場強度の原点を画像化したい被写
体の領域中心まで移動する手法が有効である。

図５（Ａ）に示すように、ポールピース６，７間のＬａの領域内に、磁場強度掃引コイ
ル対３２０，３３０、ＲＦプローブ系３６０を固定する。ここで、コイル対、ＲＦプロー
ブ系をポールピース６，７間に固定する方法については、従来方法がそのまま適用される
ので、説明はしない。一方、Ｘ，Ｙ，Ｚ傾斜磁場コイル対３４０、３５０を非磁性治具５
５１を用いて保持する。この非磁性治具５５１を傾斜磁場強度の原点位置を中心に、測定
被写体の設置されたポールピース６，７間のＬａの領域内の均一磁場空間内をＸ，Ｙ，Ｚ
方向に精度良く可動させる装置５５２を設置することで、測定したい領域を１ｍｍ以下の
高い空間分解で画像化することが可能になる。ＲＦプローブ系３６０の円形に示されてい
る空間が、測定試料(マウスやラットなどの生体)の装填場所を示しており、十字印が、Ｚ
方向静磁場強度の中心位置（被測定空間の原点）を示している。

傾斜磁場コイル系を可動にするときは、静磁場強度の中心位置と傾斜磁場強度の原点を
、最初、精度良くあわせておく必要がある。そのためには、永久磁石の設計から分かる静
磁場強度の中心位置と傾斜磁場コイル系の設計から分かる傾斜磁場強度の原点を最初に合
わせる。これは永久磁石と傾斜磁場コイル系の幾何学的形状を使って合わせることが出来
る。その後、吸収線幅の２０ｍＧと狭い材料のＥＳＲ共鳴を測定することで、モニターで
き両者の原点を補正することができる。通例、１ｍｍ以内で合わせることができる。

３次元の場合、Ｘ，Ｙ，Ｚの方向で、最大傾斜磁場強度Ｇが同じ場合について、図５（
Ｂ）に球状の被測定空間のＺ＝０面を切り出して示してある。この場合、傾斜磁場コイル
による傾斜磁場ベクトルＧを示す式（２７）において、

傾斜磁場ベクトルＧの値を一定にして、Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの範囲を同一に設定した球対
称の場合、式（２５）、式(１８)〜式(２０)にしたがって、決まる空間分割点（Ｘｉ，Ｙ
ｊ，Ｚｋ）に傾斜磁場強度の原点を移動させて、全ての分割点（Ｘｉ，Ｙｊ，Ｚｋ）で画
像化を行なえば、被測定空間全体の画像化が行なえる。

図５（Ｂ）には、Ｚ＝０面の被測定空間領域４０５と、分割点４０４（Ｘｉ，Ｙｊ）（
但しＺ＝０の面上）が表示されている。このように被測定空間領域４０５内にある空間分
割点（Ｘｉ，Ｙｊ，Ｚｋ）に、傾斜磁場強度原点を移動させて、順次画像化データを取得
することで、被測定空間全体に亘る高分解能な画像を合成できる。

一方、高分解能に観測したい領域が決まっている場合には、関心領域の大体の中心位置
に傾斜磁場コイルの原点を合わせて、その領域周辺で傾斜磁場強度を変えながら画像化す
ることで、高分解能な画像を撮ることが可能になる。

以上、本発明で所望の場所をズームアップして空間分解能１ｍｍ以下の高分解能を実現
する方法を開示してきたが、本発明を実現するために課せられる具体的条件を図５（Ａ）
により説明する。ＲＦプローブ系３６０の円形に示されている空間が、測定試料（マウス
やラットなどの生体）の装填場所を示しており、十字印が、Ｚ方向静磁場強度の中心位置
（被測定空間の原点）を示している。ＲＦプローブ系には送受信コイルが形成されており
、式（１）の磁場均一性が保障されている空間領域は、具体的にポールピース６，７間の
距離をＬａ、ＲＦプローブ系の受信コイルの内径をＲ、ＲＦプローブ系３６０の横幅をＬ
ｐｂ、傾斜磁場コイル対３４０，３５０の対向間隔をＬ_ＧＣ、磁場掃引コイル対３２０，
３３０の対向間隔をＬ_ＳＣ、磁場掃引コイル系とポールピース間の距離をＬ_ＰＳと表示す
ると、ポールピース６，７間に形成される各コイル系の配置は、図５（Ａ）に示すとおり
である。図５（Ａ）に示す傾斜磁場コイル系では、傾斜磁場コイルを基板に展開している
ので、実装厚みをもつ。この場合傾斜磁場コイル対３４０，３５０の対向間隔Ｌ_ＧＣに実
装厚みを加えた距離を傾斜磁場コイル対の横幅と呼びＬ_ＧＣ’で表し、対向間隔Ｌ_ＧＣと
区別する。これは場掃引コイル系でも同様である。

傾斜磁場の原点を少なくとも被測定空間内で自由に可動できるためには、傾斜磁場コイ
ル対３４０，３５０の対向間隔Ｌ_ＧＣは、ＲＦプローブ系３６０の横幅Ｌｐｂより大きく
することが肝要である。具体的には式（２８）の条件を満たす事が必要である。

傾斜磁場コイル系の原点を被測定空間内の所望の場所に移動させズームアップ撮影でき
るためには、ＲＦプローブ系の受信コイル内径Ｒで規定される空間を傾斜磁場コイル系の
原点が自由に可動できる事を保証する式（２８）の要件を満たせば十分である。

更に、傾斜磁場コイル対３４０，３５０を可動とするためには、磁場掃引コイル対３２
０，３３０の対向間隔Ｌ_ＳＣとのＲＦプローブ系３６０の横幅Ｌｐｂの和が傾斜磁場コイ
ル対３４０，３５０の対向間隔Ｌ_ＧＣと傾斜磁場コイル対３４０，３５０の横幅Ｌ_ＧＣ'
の和より大きくすることが肝要である。具体的には式（２９）の条件を満たす事が必要で
ある。

式（２９）は、式（２８）に従って傾斜磁場コイル系の原点を稼動させたときに、傾斜
磁場コイル系が、磁場掃引コイル系に接触しない条件を与えている。

一方、磁場掃引コイル対３２０，３３０を数ＫＨｚまでの高速掃引させるためには、ヨ
ークやポールピースに渦電流を発生させないように、磁場掃引コイル系とポールピース間
の距離Ｌ_ＰＳを約５０ｍｍ以上分離する必要がある。具体的には式（３０）の条件を満た
す事が必要である。

このようにして、ポールピース６，７間の距離Ｌａは、磁場掃引コイル対３２０，３３
０間の対向間隔Ｌ_SＣに磁場掃引コイル対の厚さの和（磁場掃引コイル系の横幅）に加え
、１００ｍｍ以上加えた長さにすることが肝要である。

以上はＣＷ法（連続波法、continuous wave method）ＥＳＲ−ＣＴを念頭に、具体的説
明を行なった。パルス法ＥＳＲ−ＣＴの場合には、磁場掃引コイルの系は不要になるので
、式（２９）、（３０）の条件が、次のように変更になる。式（２９）では、磁場掃引コ
イル対３２０，３３０の対向間隔Ｌ_ＳＣの代わりにポールピース間距離Ｌ_aが用いられ、
式（３０）では、磁場掃引コイル系とポールピース間の距離Ｌ_ＰＳの代わりに傾斜磁場コ
イル系とポールピース間距離Ｌ_Ｐｇが用いられる。

従来のＥＳＲ−ＣＴ技術では、測定対象となるラジカルの吸収線幅に事実上制限を求め
ないＣＷ法（連続波法、continuous wave method）であるため、吸収線幅の広いラジカル
でも、撮影時間は長くなるが画像化できる。通例使用されるラジカルの吸収線幅の最大値
は、ΔＨ＝５．５Ｇより小さいので、本発明でも、吸収線幅ΔＨに関する制限は事実上問
題にならないことを以下開示する。

磁場空間永久磁石内に形成されるヘルムホルツコイルあるいはダブルヘルムホルツコイ
ルで形成できる掃引磁場強度の最大値をＨ_ｓｍａｘとすると、三次元の場合、分割数nは
式（２５）で決まるので、分割空間の中を画像化するためには、Ｈ_ｓｍａｘに対して式（
３１）に示す制限が付く。

この式（３１）から分かるように、Ｈ_ｓｍａｘは０．７６Ｇ（Ｈ_０＝７０Ｇ，Ｑ＝８０
）、４．５Ｇ（Ｈ_０＝４２０Ｇ，Ｑ＝８０）、ΔＨの最大値として５．５ＧをとってもＨ
_ｓｍａｘ＝３．１Ｇ（Ｈ_０＝７０Ｇ）、Ｈ_ｓｍａｘ＝５．０Ｇ（Ｈ_０＝４２０Ｇ）と、静
磁場強度Ｈ_０に比べて一桁以上小さな値であり、本発明の目的の障害にはならない。

一方、掃引磁場強度にかける変調磁場強度Ｈ_ｍｏｄは、一般に式（３２）により制限を
受ける。

しかしながら、Ｈ_ｍｏｄは、Ｈ_ｓｍａｘより小さいため、本発明の目的を阻害する要因
にはならない。

最後に、ズームアップ機能の実現方法について補足する。上記発明の記載では、傾斜磁
場コイル系は一個であったが、傾斜磁場コイル系は複数あっても良い。主として被測定空
間全体を画像化する固定傾斜磁場コイル系とズームアップ機能を担当する、画像化できる
領域は小さいが、傾斜磁場強度が強い可動傾斜磁場コイル系に分けて傾斜磁場コイル系を
構成するのである。固定傾斜磁場コイル系は、式（１５）で記述される範囲を担当させる
。つまり、固定傾斜磁場コイル系は、被写体空間全体を画像化する機能をもたせるので式
（１７）で示す磁場の線形性を被写体空間全体で保証するため、コイル系は大きくなる。
一方、可動傾斜磁場コイル系は、画像化できる領域は小さくなるが、傾斜磁場強度を強く
して、空間分解能を上げるズームアップ機能を持たせる。この場合可動傾斜磁場コイル系
では、式（１５）の不等号が逆になる場合に対応する。

一次元の場合について図６を参照して説明する。固定傾斜磁場コイル系により、傾斜磁
場４０１を印加しておき、被写体空間全体で画像化を行い、ズームアップして見たい場所
（空間分解能良く見たい場所）を決める。例えばＸｉの周辺を詳しく見たい場合には、固
定傾斜磁場コイル系の傾斜磁場を切り、可動傾斜磁場コイル系の傾斜磁場原点をＸｉに移
動させ、より強い傾斜磁場Ｇｇ４０７を印加すると、Ｘｉの点に式（３３）で記述される
傾斜磁場が印加される。

Ｘｉ点での静磁場Ｈ_０に応じて式（３３）に従う画像化を行なうＸｉ点での、ズームア
ップしたい領域４０６（図６）のズームアップ画像が得られる。
二次元，三次元の場合も同様にズームアップ画像が得られる。例えば、固定傾斜磁場コイ
ル系により被測定空間を画像化後、所望の場所（Ｘｉ，Ｙｊ，Ｚｋ）に可動傾斜磁場コイ
ル系の傾斜磁場原点を（Ｘｉ，Ｙｊ，Ｚｋ）に移動させ、固定傾斜磁場コイル系の傾斜磁
場を切り、より強い傾斜磁場ベクトル（Ｇｇｘ、Ｇｇｙ、Ｇｇｚ）を印加するとことでズ
ームアップして見たい場所（空間分解能良く見たい場所）を画像化する。

以上、本発明を開示してきたが、永久磁石系に工夫をすることで、磁場分布の均一性の
高い磁場空間を創生でき、本発明の目的を達成できる。
（実施例１）
図７（Ａ）は、本発明の永久磁石１を磁場源とする実施例の２００ＭＨｚＥＳＲ−ＣＴ
用の磁石システムの外観を示す斜視図である。図１に示す構成要素と同じものには同じ参
照符号を付した。図１と対比して分かるように、実際の構造では、ヨーク２，３の端部は
半円状とし、ポールピース６，７も円板状としている。４０，４１は磁石移動用の車であ
る。１’は永久磁石部分であるが、図１を参照して明らかなように、永久磁石１はヨーク
内に埋め込まれた形となっているので、永久磁石１とは異なる参照符号で示した。

実施例１では永久磁石１に由来する主たる静磁場強度Ｈ₀は、７１．４Ｇ程度である。
今回、被写体空間（マウスなどの撮像対象領域）Ｌの大きさとして３５ｍｍを設定した。
この被写体空間内で、静磁場強度の長時間安定性を確保するため、永久磁石１としては、
室温付近で磁場強度の温度変化が少ないＳｍＣｏ系永久磁石（磁場強度変化の温度係数−
３００ｐｐｍ／℃）を用いた。永久磁石１０の磁束をヨーク２，３の外に漏らさないよう
にするため、永久磁石１の幅と高さは、ヨークとの接合近辺でヨークの幅と高さより小さ
く設計した。

実施例１では、図７（Ｂ）に示すように、永久磁石１は３分割された永久磁石１０を積
層し、その上下にダミーとなるヨーク１０’、１０’’を設ける構成とした。１０'はダ
ミーヨークであり、透磁率の低い材質（アルミニウムなど）で形成されている。永久磁石
部分１０を挟んで保温ヒーター（図には表れていない）を設け、これを温度センサー４２
、４３で挟みつけて温度検出をする。４４，４５は、保温ヒーターと温度センサー４２，
４３の制御線を模式的に示す線である。制御線４４，４５には連なる温度制御のためのコ
ンピュータ（図示しない）が接続される。永久磁石１０の温度は室温より数度高い３０℃
に設定し、その温度変化は±０.０１℃以内になるように制御している。永久磁石１０と
ヨーク２，３の間には断熱材４６，４６’を装てんする。

ヨークの長さＬｙは１３００ｍｍ、永久磁石の長さＬｐ（図１Ｂ）は５０ｍｍ、厚さ３
５ｍｍ、高さｈは３０９ｍｍとした。鉄ヨークの比透磁率μ／μ_０＝１０００程度である
。鉄ヨーク２、３の厚さは４０ｍｍとした。鉄ヨーク２、３の高さｈは５５０ｍｍとした
。

図８（Ａ）は、ポールピース６，７の中心位置で断面にしてＸ方向に見た磁場空間永久
磁石系のコイル配置を示す断面図である。２，３はヨーク、１５，１６は小磁石片磁性シ
ム、１７，１８は微小磁場強度調整のシムコイル、１９，２０はポールピースカバー、３
４０，３５０は傾斜磁場コイル、３６０はＲＦプローブ系である。ここでも、コイル系お
よびＲＦプローブ系の固定については図示しない。

以上は、パルス法によるＥＳＲ−ＣＴの場合に用いる。３２０および３３０はヘルムホ
ルツコイル対、１２５は変調磁場コイルであり、ＣＷ法ＥＳＲ−ＣＴの場合に用いる。変
調磁場コイル１２５は、ヘルムホルツコイル対３２０，３３０による磁場強度掃引に数Ｋ
Ｈｚから５０ＫＨｚの磁場強度変調をかける時に用いる。ＥＳＲ吸収曲線の微分値を測定
することで、ＣＷ法によるＥＳＲ感度を上げるため、通例用いられている。ポールピース
６，７の直径は５５０ｍｍ、ポールピースカバー１９，２０間の距離Ｌａは２５０ｍｍ、
ヘルムホルツコイル対３２０，３３０の対向間隔Ｌｓｃ（磁場空間）は１４０ｍｍであり
、その中に設置された傾斜磁場コイル対３４０，３５０対向間隔Ｌ_ＧＣ（磁場空間）は１
０５ｍｍであり、ＲＦプロー３６０系の横幅Ｌｐｂは６１ｍｍで、この横幅はＲＦシール
ド箱の幅で決まり、中には送受信コイルと変調磁場コイル１２５から形成されている。傾
斜磁場コイル対３４０，３５０とヘルムホルツコイル対３２０，３３０のそれぞれの厚さ
（コイルを非磁性板に展開したときの厚さ）は、５ｍｍであり、ＲＦプローブ系３６０の
受信コイルの内径Ｒは３９ｍｍであり、傾斜磁場コイル対３４０，３５０の横幅Ｌ_ＧＣ'
は１１５ｍｍであり、これらの値は式（２８）を満足している。ヘルムホルツコイル対３２０，３３０の直径は２８０ｍｍであり、傾斜磁場コイル対３４０，３５０の直径は３００ｍｍである。このとき、ヘルムホルツコイル対３２０，３３０とポールピース６，７間の距離Ｌｐｓは５０ｍｍ以上離して設置できたので、ポールピース６，７やヨーク２，３内に渦電流の生成を防止でき、傾斜磁場や磁場掃引コイルの高速化が実現し、ＥＳＲ−ＣＴ画像に偽像や画像のボケは生じなかった。

このように、ポールピース間距離が大きく構成できたことにより、ＲＦプローブ系、傾
斜磁場コイル系、磁場掃引コイル系をポールピース間にゆったり形成でき、傾斜磁場コイ
ル系、磁場掃引コイル系の高速応答が可能になり、マウスなど小動物の高速撮影が可能に
なった。

本発明では、試料空間の大きさ（受信コイル内磁場均一空間の大きさ）Ｌが３５ｍｍで
あり、ポールピース間距離Ｌａが２５０ｍｍなので、その比Ｌ／Ｌａは０．１４である。
従来技術に引用した特許文献１および特許文献２では、その比が０．７−０．９なので、
従来技術に比較して５−６．４倍大きいポールピース間の空間ということが出来る。

ＳｍＣｏ系磁石では保持力Ｈ_ｃ＝８５７ＫＡ／ｍ、残留磁束密度Ｂ_ｒ＝１１，０００Ｇ
程度なので、式（７）は、磁気回路中で永久磁石と左右に配置されるヨークが同じ高さ（
５５０ｍｍ）の場合に適用される式であるが、その場合には対向するポールピースの表面
での磁束密度Ｂ_ｐ（＝μ_０Ｈ_Ｇ）表面で定義される磁場強度Ｈ_Ｇ（以下、単に磁場強度と
いう）を用いて、磁場強度換算で１７００Ｇ程度になる。この式（７）では、永久磁石の
ヨークとの接合面積とポールピースの面積を考慮していないので、この面積比Ｓ_Ｍ／Ｓａ
＝約１／２２．０を考慮すると式（２）より、Ｈ_Ｇは７７．３Ｇとなり、目標の７１．４
Ｇに近くなる。この荒い見積もりをベースに、実際の形状を入れた磁気回路でのコンピュ
ータシミュレーションにより、具体的寸法を詰めていき、磁石小片１５、１６を用いたシ
ミング行い、被写体空間（マウスなどの撮像対象領域）Ｌを３５ｍｍとして、式（１）を
満たす図８（Ｂ）に示す被写体空間での磁場強度分布を得た。ここで、プレーンＮｏ．は
、図４（Ｂ）を用いて説明した被測定空間の分割位置に対応するものである。この場合、
磁石系の共鳴周波数は２０２．１１８１６ＭＨｚ、自由電子換算で共鳴磁場強度は７２．
１２０８Ｇであった。

このとき、被写体空間中心部での磁場強度の温度依存性を調べると−３１７．７ｐｐｍ
／℃であった。この値は、ＳｍＣｏ系永久磁石１０の小さな温度係数−３００ｐｐｍ／℃
にきわめて近く、室温が２３℃±５℃程度変化しても、永久磁石部分の温度が３０±０．
０１℃で制御されているので、磁場強度の変化が非常に小さくできる。その理由は、低磁
場強度の磁場空間永久磁石システムでは、式（７）からわかるように、ヨーク部分からの
磁場強度Ｈ_Ｇへの寄与が少なく、ヨーク材料の透磁率μの温度依存性が多少存在しても磁
場強度Ｈ_Ｇの変動が少なく、室温の変動があっても永久磁石部分を恒温に保てば磁場強度
Ｈ_Ｇの長時間安定性が保証されることになる。

吸収線幅２０ｍＧのラジカルを用いた場合には被写体空間（マウスなどの撮像対象領域
）Ｌを３５ｍｍとして、共鳴磁場強度は７２．１２０８Ｇ、ＲＦプローブのＱ値はマウス
計測の場合Ｑ＝８０程度であった。式（１５）から分かるように、この場合空間分解能は
０．７８ｍｍ程度であった。吸収線幅２０ｍＧのラジカルを用いた場合、ＣＷ法は必要な
く、パルスＥＳＲ−ＣＴ法による画像化が高速にできる。この場合、磁場掃引コイル対３
２０，３３０は使用しない。パルスＥＳＲ−ＣＴ法による３次元画像化撮影時間は、一回
のスピンエコーを４０４８回積算した場合で約１４分であった。

傾斜磁場コイル対３４０，３５０がヨークから遠く離れているために傾斜磁場コイル内
に設置したＲＦプローブ３６０には、アースシールドで覆う以外の特別な渦電流対策講じ
なくても、高速応答に支障がなかった。

実施例１では、ヘルムホルツコイルを示したが、ダブルヘルムホルツコイルでも、同様
な効果を期待できる。

吸収線幅ΔＨが２０〜５０ｍＧのラジカルでは、緩和時間Ｔ_１およびＴ２が数μ秒〜１
０μ秒であり、パルスＥＳＲ−ＣＴが可能になり、スピンエコー計測時間は３０〜１００
μ秒とＭＲＩに比べて４桁近く早い、そのため、スピンエコー観察の積算時間を数千回の
オーダーにしたとしても、画像化の計測時間は１０数分以内に収めることができる。特に
、積算時間が一桁程度に収められるラジカル分布の場合には、画像化の計測時間は数秒以
内となる超高速撮影も可能になる。積算回数はラジカルの信号強度と画質との兼ね合いで
決まるが、積算回数を数千回のオーダーにしても、３次元画像化観測時間が１０数分以内
に収めることができることは、ＭＲＩに比べて大幅に長所である。本実施例の説明では、
パルスＥＳＲ法による、画像化を主として説明したが、無論ＥＳＲ−ＣＴの主流であるＣ
Ｗ法による、画像化が出来る事は言うまでもない。

本装置は、超伝導磁石を使うＭＲＩなどと異なり、メンテナンスが少なく、厳密な管理
区域を設定した実験動物施設（例えばバイオ区分の厳しい実験室）にも設置できるという
長所が存在する。

（実施例２）
次に、本発明の基本思想を示す他の形態の実施例を以下に示す。実施例２は、マウスよ
り一回り大きいラットを対象にしたＥＳＲ−ＣＴである。この実施例２では、傾斜磁場コ
イル系を可動にした場合の４００ＭＨｚＥＳＲ−ＣＴに関する技術例を図９（Ａ）（Ｂ）
及び図１０に示す。永久磁石系の外形主要部分を図９（Ａ）に、永久磁石系１０１'を通
る磁力線のラインに沿ってＹ−Ｚ面での磁気回路ループを一点鎖線で図９（Ｂ）に示す。
図９（Ａ）では、永久磁石系の磁石設置面はＸ−Ｚ面であり、ヨーク２，３を外側から支
える部分は省略している。図１０は、永久磁石１０１の中心位置で断面にしてＸ方向に見
た磁場空間永久磁石系のコイル配置を示す断面図である。図１０では、図５に示したのと
同様に、傾斜磁場コイル系を設置する台５５１とＸ，Ｙ，Ｚに可動させる装置５５２を有
している。−Ｙ方向にはヨークがなく傾斜磁場コイル系を設置する台５５１とＸ，Ｙ，Ｚ
に可動させる装置５５２を設置できる空間を広く取れるところが実施例１と異なる配置で
ある。無論、実施例１の配置でも可動傾斜磁場コイル系を配置できるのは言うまでもない
。

なお、図１０において、図５、図８における構成要素と同じものには同じ参照符号を付
した。ヘルムホルツコイル対３２０，３３０とＲＦプローブ系３６０をポールピースカバ
ー１９に非磁性治具で固定しているが、図１０には図８と同じく示していない。１２５は
変調磁場コイルでありＣＷ法ＥＳＲ−ＣＴの場合に用い、ルヘルムホルツコイルによる磁
場強度掃引に数ＫＨｚから５０ＫＨｚの磁場強度変調をかける時に用いる。ＥＳＲ吸収曲
線の微分値を測定することで、ＣＷ法によるＥＳＲ感度を上げるため用いることは実施例
１と同じである。本実施例では、マウスより一回り大きいラットを対象にしたので被写体
空間（ラットなどの撮像対象領域）Ｌを４０ｍｍとした。

ポールピース６，７の直径は６００ｍｍ、ポールピースカバー１９，２０間の距離Ｌａ
は３００ｍｍである。ヨークの長さＬｙは１５００ｍｍ、永久磁石の長さＬｐ（図９Ｂ）
は６０ｍｍ、厚さ２５ｍｍ、高さｈは４００ｍｍとした。鉄ヨークの比透磁率μ／μ_０＝
１０００程度である。鉄ヨーク２、３の厚さは４０ｍｍとした。鉄ヨーク２、３の高さｈ
は６００ｍｍである。永久磁石系１０１’の構造は、図７（Ｂ）の永久磁石系１’と同様
な構造をして、永久磁石１０１を温度制御している。

ＳｍＣｏ系磁石では保持力Ｈ_ｃ＝１５９１ＫＡ／ｍ、残留磁束密度Ｂ_ｒ＝１１，０００
Ｇ程度なので、式（７）は、磁気回路中で永久磁石と左右に配置されるヨークが同じ高さ
（６００ｍｍ）の場合に適用される式であるが、その場合には対向するポールピースの表
面での磁束密度Ｂ_ｐ（＝μ_０Ｈ_Ｇ）表面で定義される磁場強度Ｈ_Ｇ（以下、単に磁場強度
という）を用いて、磁場強度換算で２７８０Ｇ程度になる。この式（７）では、永久磁石
のヨークとの接合面積とポールピースの面積を考慮していないので、この面積比Ｓ_Ｍ／Ｓ
ａ＝約１／１８．９を考慮すると式（２）より、Ｈ_Ｇは１４７．５Ｇとなり、目標の１４
２．８Ｇに近くなる。この荒い見積もりをベースに、実際の形状を入れた磁気回路でのコ
ンピュータシミュレーションにより、具体的寸法を詰めていき、磁石小片１５、１６を用
いたシミング行い、被写体空間（ラットなどの撮像対象領域）Ｌを４０ｍｍとして、５ｍ
Ｇ以下の均一な磁場強度分布を得た。静磁場均一空間の温度特性は、室温が２５℃のとき
、−３１８ｐｐｍ／℃であった。

対向するポールピース６，７間に形成される静磁場の磁場空間中には、磁場強度が均一
で時間変動も少ないＥＳＲ−ＣＴの被写体を配置する空間−被写体空間（撮像対象領域）
がその中心部分に形成される。

傾斜磁場コイルを可動にすると、静磁場強度の中心位置と傾斜磁場強度の原点を最初あ
わせておく必要がある。そのためには、永久磁石の設計から分かる静磁場強度の中心位置
と傾斜磁場コイル系の設計から分かる傾斜磁場強度の原点を最初あわせておき、吸収線幅
の２０ｍＧと狭い材料のＥＳＲ共鳴を測定することで、両者の原点を補正することができ
る。通例１ｍｍ以内で合わせることができる。

図１０の傾斜磁場コイル系を非磁性固定治具５５１に固定して、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向にパソ
コン制御で動かせる装置５５２を装着している。本装置５５２はステップモーターにより
、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に５０μｍピッチで可動させる。

ヘルムホルツコイル対３２０，３３０の対向間隔Ｌｓｃ（磁場空間）は１７０ｍｍであ
り、その中に設置された傾斜磁場コイル対３４０，３５０の対向間隔Ｌ_ＧＣ（磁場空間）
は１２５ｍｍであり、ＲＦプローブ系３６０の横幅Ｌｐｂは７０ｍｍで、この横幅はＲＦ
シールド箱の幅で決まり、中には送受信コイルと変調磁場コイル１２５から形成されてい
る。ＲＦプローブ系３６０の受信コイルの内径Ｒは４８ｍｍであり、傾斜磁場コイル対３
４０，３５０とヘルムホルツコイル対３２０，３３０のそれぞれの厚さ（コイルを非磁性
板に展開したときのコイルの厚さ）は、５ｍｍであり、傾斜磁場コイル対３４０，３５０
の横幅Ｌ_ＧＣ'は１３５ｍｍであり、これらの値は式（２８）を満足している。ヘルムホルツコイル対３２０，３３０間の距離は３４０ｍｍであり、傾斜磁場コイル対３４０，３５０間の距離は３６０ｍｍである。このようにポールピース間距離を大きく構成できたことにより、ＲＦプローブ系、傾斜磁場コイル系、磁場掃引コイル系をポールピース間にゆったり形成でき、傾斜磁場コイル系、磁場掃引コイル系の高速応答が可能になり、ラットなど小動物の高速撮影が可能になった。

実施例２では、試料空間の大きさ（受信コイル内磁場均一空間の大きさ）Ｌが４０ｍｍ
であり、ポールピース間距離Ｌａが３００ｍｍなので、その比Ｌ／Ｌａは０．１３３であ
る。実施例１と同様、従来技術に比較して５．２５−６．７５倍広いポールピース間の空
間の大きさが実現できる。

掃引磁場強度Ｈｓは３．５Ｇであり、式（１１）に示す、ΔＨｓは３．７ｍＧと小さく
、式（３）の条件を十分満たしている。ヘルムホルツコイル対３２０，３３０はポールピ
ース端面から６０ｍｍ程度離してあり、渦電流の影響は無視できる。

ＲＦプローブ３６０で円形に表示されている部分がラット挿入スペースで、直径４４ｍ
ｍである。ＲＦプローブ３６０の横幅は７０ｍｍあり、傾斜磁場コイル対３４０，３５０
とは、両脇がそれぞれ２７.５ｍｍ近く空いておりＸＹＺステージ５５１をＸ，Ｙ，Ｚ方
向に、中心位置から被測定空間の大きさＬの１／２、即ち２０．０ｍｍは５０μｍピッチ
で可動でき、最高２５ｍｍ可動できるように設計した。

傾斜磁場コイルの可動化による空間分解能向上の例としては、傾斜磁場強度Ｇ＝２Ｇ／
ｃｍ、マウスに投与する造影剤の線幅ΔＨが２０ｍＧのものを使う場合、原理的空間分解
能は０．１ｍｍであり、Ｑ値は８０、被写体空間の大きさ４０ｍｍだったので、式（２１
）からＬ_０＝８．９ｍｍとなり、式（２５）からＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の空間分割数ｎは８と
なり、最大空間分割点８^３＝５１２個の空間分割点に傾斜磁場コイル系の原点を移動させ
ることで、空間分解能０．１ｍｍで被写体空間全体の画像化が出来た。しかしながら、空
間分解能０．１ｍｍの高分解能で４０ｍｍの被写体空間全体での画像が必要なことはあま
りないので、ズームアップ機能と言うべき必要な空間分割点だけに傾斜磁場コイル系の原
点を移動させることで高分解能な画像を得ている。

ＣＷ法による４００ＭＨｚＥＳＲ−ＣＴでは、磁場空間を永久磁石で構成する特徴がよ
く生かされる。ヘルムホルツコイル対３２０，３３０から副たる磁場強度Ｈ_ｓを発生させ
る搬送波アンプとその周波数を高速（５ＫＨｚまで）に振動させる搬送波発生器を用いて
、磁場強度掃引を行う。この磁場強度掃引に５０ＫＨｚの磁場強度変調を変調磁場コイル
１２５にかける。変調磁場強度は、±３．５ｍＧから±１００ｍＧの範囲で設定できるよ
うにしている。対象とするラジカルの緩和時間Ｔ_１の最大値が１０−２０μ秒を上限と考
え、その逆数以下の周波数にする必要があり、５０ＫＨｚの周波数を選んでいる。４００
ＭＨｚの発信周波数と共鳴周波数を一致させるＡＦＣ（Auto Frequency Control）回路は
、３５ＫＨｚで駆動させている。４００ＭＨｚのＲＦ発信器には、３５ＫＨｚでＦＭ変調
できる機能を持たせ、傾斜磁場コイル３４０、３５０はＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ
）により制御している。

本ＣＷ−ＥＳＲ−ＣＴの特徴は、磁場強度Ｈ_ｓの掃引が、永久磁石による磁場空間構造
を用いたことで５ＫＨｚまでの超高速掃引が可能になり、４０ｍｍ被測定空間内のマウス
画像が１３分程度で撮影でき、ＥＳＲ−ＣＴの観測時間が大幅に短縮できた。

以上、実施例２のように、傾斜磁場コイル系を可動させることで、見たい場所に試料を
運べるので、本発明の目的のように所望の場所を選んで空間分解の１ｍｍ以下で、ズーム
アップ機能をＥＳＲ−ＣＴ装置で実現した。

（実施例３）
本発明のズームアップ機能の他の実施形態について実施例３で説明する。

実施例３は、実施例２の別形態である。永久磁石系は同じにして、ポールピース間に形
成した傾斜磁場コイル系が固定傾斜磁場コイル系と可動傾斜磁場コイル系の二つから構成
されている点が異なる。図１１は、実施例２の図１０に対応するコイル配置を示す断面図
である。以下実施例２と異なる部分を中心に説明する。

実施例２と異なり、主として被測定空間全体を画像化する固定傾斜磁場コイル対３４１
，３５１を有し、ズームアップ機能を担当する、画像化できる領域は小さいが、傾斜磁場
強度が強い可動傾斜磁場コイル対３４０，３５０を有している点が特徴である。可動傾斜
磁場コイル対３４０，３５０は、固定ステージ５５１とその可動系５５２に繋がっている
点は実施例２と同様である。図１０と同じ番号は、同種の機能を有する部品が対応してい
る。図１０で明示されていたヨーク、永久磁石、ポールピース部分は省略してある。
固定傾斜磁場コイル系は、被測定空間全体を画像化するので、被測定空間全体で、傾斜磁
場の直線性を例えば、±２％以内に保証する必要があり、比較的大型のコイル系になる。
しかし可動傾斜磁場コイル系は、傾斜磁場強度が強く測定空間の大きさが、傾斜磁場強度
に反比例するため傾斜磁場の直線性を保証する空間が小さくても良いため、小型に出来る
。

ヘルムホルツコイル対３２０，３３０間の対向間隔Ｌｓｃ（磁場空間）は１９０ｍｍで
あり、その中に設置された可動傾斜磁場コイル対３４０，３５０間の対向間隔Ｌ_ＧＣ（磁
場空間）は１２５ｍｍであり、固定傾斜磁場コイル対３４１，３５１間の対向間隔Ｌ_ＧＣ
_２（磁場空間）は１６０ｍｍであり、傾斜磁場コイル対３４０，３５０，３４１，３５１
とヘルムホルツコイル対３２０，３３０のそれぞれの厚さ（コイルを非磁性板に展開した
ときの系の厚さ）は、５ｍｍであり、傾斜磁場コイル対３４０、３５０の横幅Ｌ_ＧＣ'は
１３５ｍｍであり、これらの値は式（２８）を満足している。但し、今の場合固定傾斜磁場コイル対３４１，３５１間の対向間隔Ｌ_ＧＣ２が式（２９）のヘルムホルツコイル対３２０，３３０間の対向間隔Ｌｓｃの代わりをする。この場合場ヘルムホルツコイル対３２０，３３０はポールピース端面から５０ｍｍ以上離してあり、渦電流の影響は無視できる。ヘルムホルツコイル対３２０，３３０の直径は３８０ｍｍであり、固定傾斜磁場コイル対３４１，３５１の直径は４６０ｍｍである。可動傾斜磁場コイル対３４０，３５０による可動傾斜磁場系の直線性を±２％以内に保証する領域は２０ｍｍ程度に小さくなったが、固定傾斜磁場コイル対３４０，３５０は直径２００ｍｍの円板内に展開できるので、固定ステージ５５１とその可動系５５２が小型コンパクトに設計できる。

このように、固定傾斜磁場コイル系と可動傾斜磁場コイル系の役割を分担させる事で、
高分解の画像が時たま必要なケースに対しては、可動傾斜磁場コイル系と固定ステージ５
５１とその可動系５５２をオプションとして提供できるシステムにでき、使い勝手が向上
する。また、可動傾斜磁場コイル系を小型化できるので、同じ電流でより強い傾斜磁場を
提供できるので、非常に高分解能な画像を提供できるようになった。

場合によっては、固定傾斜磁場コイル系を二組作って、傾斜磁場強さによる違い（ズー
ム倍率の違い）により、画像の撮り分けを行うことも出来る。

以上ポールピース間を広く形成できることで、従来実現しえなかった多彩な機能が実現
できることを示した。

実施例２，３で示したように、本発明によれば、今まで困難であった、吸収線幅ΔＨが
数ガウスと広いラジカルについてもズームアップ機能を使うことで鮮明な画像を撮影する
ことが可能になった。

以上の実施例１、２では、２００ＭＨｚ（磁場強度換算７１．４Ｇ）と４００ＭＨｚ（
磁場強度換算１４２．８Ｇ）のＥＳＲ−ＣＴに関する実施例を開示したが、１２００ＭＨ
ｚ（４３０Ｇ）くらいまでのＥＳＲ−ＣＴについても生体への応用については、同様に展
開できる。一方本発明は、生体以外（水によるＥＳＲ信号の減衰が少ない対象）について
も適用できる。その場合には、現行のＲＦプローブの延長で１０５０Ｇ（３０００ＭＨｚ
程度）位までには、適用可能である。

本発明によれば、以下の効果も得られた。
（１）室温近辺の永久磁石の温度係数が小さい磁石（例えばＳｍＣｏ系で−３００ｐｐｍ／℃、アルニコ磁石で−２００ｐｐｍ／℃など）を用いることで、永久磁石部分を加熱保温し、永久磁石の温度を３０℃±０．０１℃程度に制御することで、磁石の設置部屋の室温を厳しく管理する必要がなくなった。室温が±５℃程度変動しても、ヨークや対向するポールピース部分の温度変動への寄与は無視できるほど小さいので、永久磁石部分の温度を正確に制御することで磁場強度の長期変動を±４ｍＧ以下に抑えることが出来た。
（２）漏れ磁場領域は、磁石系より５０ｃｍ以内に５Ｇラインを設定できるのでコンパク
トになり、７０Ｇ磁石系の重量も約４００Ｋｇ以下になり、非常にコンパクトになる。
（３）静磁場強度が７０Ｇから４００Ｇへと大きくなるに従いＥＳＲ感度は磁場強度の二
乗で改善するが、静磁場強度を大きくしても、永久磁石部分の体積を増加させることで磁
場空間の特性を維持することが出来る点が空芯磁石系と大きく異なるところである。
（４）永久磁石系は、補助的なコイル系を駆動する電源は必要だが、大電流を流さないの
で軽量コンパクトなシステムにできる。

磁場空間を構成する永久磁石による磁気系の概念を示す図である。被測定空間の磁場強度を決定するための補助説明を示す図である。磁場空間内の傾斜磁場コイルと磁場強度掃引コイルの配置を示す図である。磁場空間内被測定空間の空間分割の配置を示す図である。磁場空間内の傾斜磁場コイル系可動方式を説明する図である。ズームアップ機能を示す図である。磁場空間を構成する永久磁石による磁気系の他の実施例を示す図である。実施例の各コイル系配置と被測定空間の磁場実測を示す図である。磁場空間を構成する永久磁石による磁気系のさらに他の実施例を示す図である。磁場空間内の傾斜磁場コイル系可動方式の説明を示す図である。可動傾斜磁場系の他の実施例を示す図である。

符号の説明

１，１０，１０１…永久磁石、２，３…ヨーク、１０’，１０’’…ダミーヨーク部分
、６，７…対向するポールピース、Ｌａ…対向するポールピース間距離、Ｌｐ…永久磁石
の長さ、１９…ポールピースカバー、１５，１６…小磁石片磁性シム、１７，１８…コイ
ル電流シム、４０，４１…磁石設置車、３０，３１…ダブルヘルムホルツコイル、３２０
，３３０…ヘルムホルツコイル、３４０，３５０，３４１，３５１…Ｘ，Ｙ，Ｚ傾斜磁場
コイル、３６０…ＲＦプローブコイル、４２，４３…温度センサー、４４，４５…温度セ
ンサーの制御線、６６，７７…対向ポールピースの面、１１６，１１７…永久磁石のヨー
クヘの接合面、１２５…変調磁場コイル。

Claims

空間を介して対向した所定の面積Ｓａを有するポールピースと、
前記ポールピースと結合したヨークと、
前記ポールピース、前記ヨークおよび前記ポールピース間の空間とよりなる閉磁路中に
磁極面が前記閉磁路に直交するように直列に挿入された永久磁石とよりなる電子スピン共
鳴ＣＴ装置の磁気系を備えるとともに、前記ポールピース間に傾斜磁場コイル系および高
周波送受信用ＲＦプローブ系が形成された電子スピン共鳴ＣＴ装置において、
前記ヨークと前記永久磁石の前記磁極面の対向面積をＳ _Ｍとするとき、面積比Ｓ_Ｍ／Ｓａが約１／３から１／３０であることを特徴とする電子スピン共鳴ＣＴ装置。
前記高周波送受信用ＲＦプローブ系を前記ポールピース問の空間の所定の位置に固定し、前記傾斜磁場コイル系を前記高周波送受信用ＲＦプローブ系に対して相対的な位置を可変とするためのステージを付加した請求項１記載の電子スピン共鳴ＣＴ装置。
前記ポールピース間に静磁場の磁場掃引を行なう磁場掃引コイル系が形成され、前記傾
斜磁場コイル対の対向間隔Ｌ_ＧＣが、前記高周波送受信用ＲＦプローブ系の横幅Ｌｐｂよ
り大きく形成されており、前記磁場掃引コイル対の対向間隔Ｌ_ＳＣは前記傾斜磁場コイル
対の対向問隔Ｌ_ＧＣより大きく、且つ、前記ポールピース間の距離Ｌａは前記磁場掃引コ
イル対の対向間隔Ｌ_ＳＣに所定の距離を加えた大きさとされている請求項２記載の電子ス
ピン共鳴ＣＴ装置。
前記ポールピース間に、前記傾斜磁場コイル対の対向間隔Ｌ_ＧＣが、前記高周波送受信
用ＲＦプローブ系の横幅Ｌｐｂより大きく形成されており、前記ポールピース問の距離Ｌａは前記傾斜磁場コイル対の対向間隔Ｌ_ＧＣに所定の距離を加えた大きさとされている請
求項２記載の電子スピン共鳴ＣＴ装置。
前記傾斜磁場コイル対の対向間隔Ｌ_ＧＣが、受信コイルの内径ＲとＲＦプローブ系の横
幅Ｌｐｂの和より大きく形成されており、
前記磁場掃引コイル対の対向間隔Ｌ_ＳＣとのＲＦプローブ系の横幅Ｌｐｂの和が傾斜磁
場コイル対の対向間隔Ｌ_ＧＣと傾斜磁場コイル対の横幅Ｌ_ＧＣ'の和より大きく形成されている請求項３記載の電子スピン共鳴ＣＴ装置。
前記傾斜磁場コイル対の対向間隔Ｌ_ＧＣが、受信コイルの内径ＲとＲＦプローブ系の横幅Ｌｐｂの和より大きく形成されており、
前記磁場掃引コイル対の対向間隔Ｌ _ＳＣが傾斜磁場コイル対の横幅Ｌ _ＧＣ 'とＲＦプローブ系のコイル内径Ｒと傾斜磁場コイル対の横幅Ｌ _ＧＣ 'の和より大きく形成されている請求項３記載の電子スピン共鳴ＣＴ装置。
前記傾斜磁場コイル対の対向間隔Ｌ _ＧＣが、受信コイルの内径ＲとＲＦプローブ系の横
幅Ｌｐｂの和より大きく形成されており、
前記ポールピース問の距離ＬａとＲＦプローブ系の横幅Ｌｐｂの和が傾斜磁場コイル対
の対向間隔Ｌ _ＧＣと傾斜磁場コイル対の横幅Ｌ _ＧＣ 'の和より大きく形成されている請求項４記載の電子スピン共鳴ＣＴ装置。
前記傾斜磁場コイル対の対向間隔Ｌ _ＧＣが、受信コイルの内径ＲとＲＦプローブ系の横幅Ｌｐｂの和より大きく形成されており、
前記磁場掃引コイル対の対向間隔Ｌ _ＳＣが傾斜磁場コイル対の横幅Ｌ _ＧＣ 'とＲＦプローブ系のコイル内径Ｒと傾斜磁場コイル対の横幅Ｌ _ＧＣ 'の和より大きく形成されている請求項４記載の電子スピン共鳴ＣＴ装置。
前記ポールピース端面から、前記傾斜磁場コイルまでの距離が５０ｍｍ以上離れている請求項４記載の電子スピン共鳴ＣＴ装置。
前記ポールピース端面から、前記磁場掃引コイルまでの距離が５０ｍｍ以上離れている
請求項５または６記載の電子スピン共鳴ＣＴ装置。
前記ポールピース端面間に形成される静磁場が、７０Ｇから１０５０Ｇである請求項４
記載の電子スピン共鳴ＣＴ装置。
前記ポールピース端面間に形成される静磁場が、７０Ｇから１０５０Ｇである請求項５
または６記載の電子スピン共鳴ＣＴ装置。
前記永久磁石が室温よりも高い温度に維持されるための制御手段を有する請求項４記載の電子スピン共鳴ＣＴ装置。
前記永久磁石が室温よりも高い温度に維持されるための制御手段を有する請求項５また
は６記載の電子スピン共鳴ＣＴ装置。
前記永久磁石の温度係数の絶対値が４００ｐｐｍ／℃以下である請求項１３記載の電子
スピン共鳴ＣＴ装置。
前記永久磁石の温度係数の絶対値が４００ｐｐｍ／℃以下である請求項１４記載の電子
不ピン共鳴ＣＴ装置。
前記永久磁石がＳｍＣｏ系磁石である請求項１５記載の電子スピン共鳴ＣＴ装置。
前記永久磁石がＳｍＣｏ系磁石である請求項１６記載の電子スピン共鳴ＣＴ装置。