JP2012000222A - 観測・勾配磁場コイルおよび小動物用生体磁気測定装置 - Google Patents
観測・勾配磁場コイルおよび小動物用生体磁気測定装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】磁気・電波シールド(1a)で囲繞され且つ小動物(A)を収容しうる測定室(1)内にSQUID(5)を設置した小動物用生体磁気測定装置(100)において、測定室(1)内に磁気共鳴撮像のための観測・勾配磁場コイル(7)および分極磁場コイル(8)を設置する。観測・勾配磁場コイル(7)は、平面自己シールド型として、小型化を図ると共に磁気・電波シールド(1a)での渦電流の悪影響を抑制する。
【効果】セッティングに手間が掛かる小動物を動かすことなく、機能情報である心磁や脳磁が得られると共に形態情報である磁気共鳴画像を得ることが出来る。観測磁場や勾配磁場に起因する渦電流の悪影響を抑制できるので、鮮明な磁気共鳴画像を得ることが出来る。
【選択図】図1
Description
上記第1の観点による観測・勾配磁場コイルでは、磁気共鳴イメージングのためのコイル群を平面状にし且つ板状に積層しているので、SQUIDを用いてネズミのような小動物の心磁や脳磁を測定する小動物用生体磁気測定装置において、その小型のシールドルーム内に好適に組み込むことが出来る。また、観測磁場及び勾配磁場に起因して磁気・電波シールドに生じる渦電流の影響を抑制しうる抑制磁場を形成する抑制磁場コイルを備えているので、渦電流による磁場が観測・勾配磁場を空間的・時間的に乱すこともなく、撮像領域に必要十分な磁場均一性を確保できる。また、渦電流という不要な過渡的現象が抑制され、SQUIDのノイズを低減し、磁場分解能を向上できる。
上記第2の観点による小動物用生体磁気測定装置では、セッティングに手間が掛かる小動物を動かすことなく、機能情報である心磁や脳磁が得られると共に形態情報である磁気共鳴画像を得ることも出来る。さらに、前記第1の観点による観測・勾配磁場コイルを用いているので、鮮明な磁気共鳴画像を得ることが出来る。
本発明の小動物用生体磁気測定装置によれば、セッティングに手間が掛かる小動物を動かすことなく、機能情報である心磁や脳磁が得られると共に形態情報である磁気共鳴画像を得ることも出来る。さらに、鮮明な磁気共鳴画像を得ることが出来る。
この小動物用生体磁気測定装置100は、小動物Aを収容する空間である測定室1と、測定室1の上に設置されたデュワ室2と、デュワ室2内に設置されたデュワ3と、デュワ3から垂下し測定室1の天壁を突き抜けて測定室1の内部中央付近まで突出した外径35mmのセンサ管4と、センサ管4の下端部に設置されたSQUID5と、SQUID5の近傍の撮像領域6に観測磁場および勾配磁場を形成するための観測・勾配磁場コイル7と、撮像領域6に分極磁場を形成するための分極磁場コイル8と、測定室1の下に設置され且つSQUID5を駆動する電子回路を収容した基台10と、全体を制御する制御部20とを具備している。
磁気・電波シールド1aは、2層のパーマロイと1層の銅板の積層材からなる。
センサ管4は、フッ素樹脂製であり、可撓性を有している。
また、右側観測磁場コイルRBm及び右側x方向勾配磁場コイルRGx及び右側y方向勾配磁場コイルRGy及び右側z方向勾配磁場コイルRGz及び右側観測抑制磁場コイルRSBm及び右側x方向抑制磁場コイルRSGx及び右側y方向抑制磁場コイルRSGy及び右側z方向抑制磁場コイルRSGzが板状に積層されている。
左側観測磁場コイルLBmの導線パターンは同心円状になる。
なお、図は概念的なものであり、実際には、各ターンは一部が切れており、その切れ目で隣接するターンと導線で接続され、全ターンが直列になっている。また、最外周ターンおよび最内周ターンには、引出し導線が接続される。
右側観測磁場コイルRBmの導線パターンは、左側観測磁場コイルLBmの導線パターンと対称形になる。
左側x方向勾配磁場コイルLGxの導線パターンは対称な2つの同心環状になる。
なお、図は概念的なものであり、実際には、各ターンは一部が切れており、その切れ目で隣接するターンと導線で接続され、それぞれ同心環を構成する全ターンが直列になっている。また、2つの同心環状の最内周ターン同士が接続され、2つの同心環状の最外周ターンには引出し導線が接続される。
右側x方向勾配磁場コイルRGxの導線パターンは、左側x方向勾配磁場コイルLGxの導線パターンと対称形になる。
左側y方向勾配磁場コイルLGyの導線パターンは同心円状になる。
なお、図は概念的なものであり、実際には、各ターンは一部が切れており、その切れ目で隣接するターンと導線で接続され、全ターンが直列になっている。また、最外周ターンおよび最内周ターンには、引出し導線が接続される。
右側y方向勾配磁場コイルRGyの導線パターンは、左側y方向勾配磁場コイルLGyの導線パターンと対称形になる。
右側z方向勾配磁場コイルRGzの導線パターンは、右側x方向勾配磁場コイルRGxの導線パターンを90度回転させたものとなる。
左側観測抑制磁場コイルLSBmの導線パターンは同心円状になる。
なお、図は概念的なものであり、実際には、各ターンは一部が切れており、その切れ目で隣接するターンと導線で接続され、全ターンが直列になっている。また、最外周ターンおよび最内周ターンには、引出し導線が接続される。
右側観測抑制磁場コイルRSBmの導線パターンは、左側観測抑制磁場コイルLSBmの導線パターンと対称形になる。
左側x方向抑制磁場コイルLSGxの導線パターンは対称な2つの同心環状になる。
なお、図は概念的なものであり、実際には、各ターンは一部が切れており、その切れ目で隣接するターンと導線で接続され、それぞれ同心環を構成する全ターンが直列になっている。また、2つの同心環状の最内周ターン同士が接続され、2つの同心環状の最外周ターンには引出し導線が接続される。
右側x方向抑制磁場コイルRSGxの導線パターンは、左側x方向抑制磁場コイルLSGxの導線パターンと対称形になる。
左側y方向抑制磁場コイルLSGyの導線パターンは同心円状になる。
なお、図は概念的なものであり、実際には、各ターンは一部が切れており、その切れ目で隣接するターンと導線で接続され、全ターンが直列になっている。また、最外周ターンおよび最内周ターンには、引出し導線が接続される。
右側y方向抑制磁場コイルRSGyの導線パターンは、左側y方向抑制磁場コイルLSGyの導線パターンと対称形になる。
右側z方向抑制磁場コイルRSGzの導線パターンは、右側x方向抑制磁場コイルRSGxの導線パターンを90度回転させたものとなる。
図10において、y=−bに左側主コイルLを配置し、y=bに右側主コイルRを配置し、y=−dに左側シールドコイルLSを配置し、y=dに右側シールドコイルRSを配置し、これら4枚のコイルL,R,LS,RSの平面電流分布を、
観測磁場コイルLBm,RBm間の間隔を14cmとし、観測抑制磁場コイルLSBm,RSBm間の間隔を18cmとし、直径35cmの円内に収まる大きさとなるように計算した巻線パターンの例が図4および図7である。
図11は、設計公式から計算した観測磁場の均一領域である。撮像領域6は0.2%以下の均一領域に入る。
x方向勾配磁場コイルLGx,RGx間の間隔を13cmとし、x方向抑制磁場コイルLSGx,RSGx間の間隔を17cmとし、直径35cmの円内に収まる大きさとなるように計算した巻線パターンの例が図5および図8である。
図12は、設計公式から計算したx方向勾配磁場の均一領域である。撮像領域6は0.2%以下の均一領域に入る。
y方向勾配磁場コイルLGy,RGy間の間隔を11cmとし、y方向抑制磁場コイルLSGy,RSGy間の間隔を15cmとして計算した巻線パターンの例が図6および図9である。
図13は、設計公式から計算したy方向勾配磁場の均一領域である。撮像領域6は0.2%以下の均一領域に入る。
これら前側分極磁場コイル8Fおよび後側分極磁場コイル8Bの巻数を多くすると共に、比較的大きな電流パルスを印加して、x方向の分極磁場を発生させ、y方向の観測磁場と直交させて、SQUID5でz方向の磁束に比例した信号を検出する。
この測定シーケンスでは、y方向の観測磁場Bmを一定に保ち、x方向の分極磁場Bpを一定時間tpo印加して、分極磁場パルスに起因する過渡的現象が低減する時間tde待って、SQUID5を駆動するFLL (Flux Locked Loop) 回路をロックさせて核磁気共鳴信号を測定する。
数10mTの分極磁場Bmを緩和時間T1より長い時間印加することで、超低磁場(数10μTから数100μT)の観測磁場における熱平衡磁化より千倍以上大きな磁化をx方向に発生することが出来る。
発生した磁化は、直交するy方向の観測磁場の強さで決まる数kHzのラーモア周波数ωLで歳差運動を始める。
磁化の歳差運動から発生するz方向の磁場を、磁気分解能に優れたSQUID5で検出する。
分極磁場パルスとSQUID5を使うことにより、超低磁場の核磁気共鳴信号を高感度に観測することが可能となる。さらに、公知の撮像手法に基づいて3方向の勾配磁場パルスを観測磁場に重畳すれば、エコー信号に位置情報をエンコードすることが出来るので、得られた一連のエコー信号から画像再構成により磁気共鳴画像を得ることが出来る。
1a 磁気・電波シールド
2 デュワ室
3 デュワ
4 センサ管
5 SQUID
6 撮像領域
7 観測・勾配磁場コイル
8 分極磁場コイル
9L,9R 左扉,右扉
10 基台
11 データ収集装置
12 ドライバー
13 シーケンサ
14 コンピュータ
15 コンソール
20 制御部
100 小動物用生体磁気測定装置
A 小動物
Claims (2)
- ある撮像空間を想定したときに、前記撮像領域に観測磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側観測磁場コイル及び右側観測磁場コイルと、前記撮像領域にx方向勾配磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側x方向勾配磁場コイル及び右側x方向勾配磁場コイルと、前記撮像領域にy方向勾配磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側y方向勾配磁場コイル及び右側y方向勾配磁場コイルと、前記撮像領域にz方向勾配磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側z方向勾配磁場コイル及び右側z方向勾配磁場コイルと、前記左側観測磁場コイル及び左側x方向勾配磁場コイル及び左側y方向勾配磁場コイル及び左側z方向勾配磁場コイル及び右側観測磁場コイル及び右側x方向勾配磁場コイル及び右側y方向勾配磁場コイル及び右側z方向勾配磁場コイルの周囲を囲繞する磁気・電波シールドを想定したときに、前記観測磁場及び前記x方向勾配磁場及び前記y方向勾配磁場及び前記z方向勾配磁場に起因して前記磁気・電波シールドに生じる渦電流の影響を抑制しうる抑制磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の4つの左側抑制磁場コイル及び4つの右側抑制磁場コイルとを具備し、前記左側観測磁場コイル及び左側x方向勾配磁場コイル及び左側y方向勾配磁場コイル及び左側z方向勾配磁場コイル及び4つの左側抑制磁場コイルが板状に積層され、前記右側観測磁場コイル及び右側x方向勾配磁場コイル及び右側y方向勾配磁場コイル及び右側z方向勾配磁場コイル及び4つの右側抑制磁場コイルが板状に積層されていることを特徴とする観測・勾配磁場コイル。
- 小動物収容空間を有し且つ開閉しうる扉を有し且つ前記扉を閉じると前記小動物収容空間が磁気・電波シールドで囲繞される測定室と、前記測定室の外部に設置されたデュワと、前記デュワから延びて前記測定室の壁を突き抜けて前記測定室の内部に突出したセンサ管と、前記センサ管の先端部に設置されたSQUIDと、前記SQUIDの近傍の撮像領域に観測磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側観測磁場コイル及び右側観測磁場コイルと、前記撮像領域にx方向勾配磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側x方向勾配磁場コイル及び右側x方向勾配磁場コイルと、前記撮像領域にy方向勾配磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側y方向勾配磁場コイル及び右側y方向勾配磁場コイルと、前記撮像領域にz方向勾配磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側z方向勾配磁場コイル及び右側z方向勾配磁場コイルと、前記観測磁場及び前記x方向勾配磁場及び前記y方向勾配磁場及び前記z方向勾配磁場に起因して前記磁気・電波シールドに生じる渦電流の影響を抑制しうる抑制磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の4つの左側抑制磁場コイル及び4つの右側抑制磁場コイルと、前記撮像領域に分極磁場を形成しうるように前記撮像領域の前後に設置された円筒状の前側分極磁場コイルおよび後側分極磁場コイルとを具備し、前記左側観測磁場コイル及び左側x方向勾配磁場コイル及び左側y方向勾配磁場コイル及び左側z方向勾配磁場コイル及び4つの左側抑制磁場コイルが板状に積層され、前記右側観測磁場コイル及び右側x方向勾配磁場コイル及び右側y方向勾配磁場コイル及び右側z方向勾配磁場コイル及び4つの右側抑制磁場コイルが板状に積層されていることを特徴とする小動物用生体磁気測定装置。
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