JP2015145853A - 画像撮像ユニット及び画像撮像ユニットの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】人間に対する機能ＭＲＩのような高度な撮像を行うことができる画像撮像ユニット及び画像撮像ユニットの駆動方法を提供する。【解決手段】画像撮像ユニットは、勾配磁場を発生させる中空円筒の勾配磁場コイル４０と、勾配磁場コイル４０の中央の穴に収納され、撮像対象である生体マウスＭを収容するための収容部３０と、収容部３０に設けられ、収容された生体マウスＭの表面近傍に位置する検出コイル３４と、収容部３０に設けられ、生体マウスＭが噛み付くための噛み付き棒３６とを有し、噛み付き棒３６は、液体又は気体を通すことができる銅管により形成され、生体マウスＭが噛み付く噛み付き棒３６の噛み付き箇所には穴３６ａが開けられている。【選択図】図３

Description

本発明は画像撮像ユニット及び画像撮像ユニットの駆動方法に関し、特に、核磁気共鳴現象を利用して小動物の内部の状態を撮像する画像撮像ユニット及び画像撮像ユニットの駆動方法に関する。

近年、核磁気共鳴（ＮＭＲ:Nuclear Magnetic Resonance）現象を利用して小動物の内部の情報を画像にする核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）によるＭＲＩ画像撮像装置が注目されている。

人間を撮像対象とする臨床用ＭＲＩ装置は医学分野において広く普及している。ラットやサルなどの中小型動物を撮像対象とするＭＲＩ装置においても、人間に対する臨床用ＭＲＩ装置と同様の横型ＭＲＩ装置が一般的である。横型ＭＲＩ装置は特に超電導磁石が大型で高価であるため、中小型動物を対象とするＭＲＩ装置としては広く普及するには至っていない。

簡便なＭＲＩ画像撮像装置として、臨床用ＭＲＩ装置の静磁場を借用するＮＭＲマイクロスコープ（ＭＲＭ）装置が知られている。ＭＲＭ装置においてコストの大部分を占める高磁場の超電導磁石を必要としないので安価に高空間分解能を達成するＮＭＲマイクロスコープ（ＭＲＭ）装置を実現することができる（特許文献１参照）。

また、既設のＮＭＲ装置を活用したＭＲＩ装置により生体マウスを撮像する研究が行われている（非特許文献１参照）。

特開２０００−５１１７４号公報

拝師智之、久恒辰博、巨瀬勝美、阿部欣史、冨樫数馬、「既設のＮＭＲ装置を活用したＭＲＭＩＣＳによる６００ＭＨｚでの生体マウス撮像の初期検討」、第１７回ＮＭＲマイクロイメージング研究会（２０１３年８月２日）講演要旨集、第２１〜２４頁

このように、マウス等の小動物を撮像対象とする専用のＭＲＩ画像撮像装置は、撮像対象が小動物であっても、臨床用ＭＲＩ装置と同様な構造を必要とし、また、マウスと人体の体重比が千分の一よりも小さいために、７Ｔ以上の高い静磁場強度と４０ｍＴ／ｍ以上の強い勾配磁場強度を必要とし、大型で高価なものとなっている。

また、臨床用ＭＲＩ装置の静磁場を借用するＮＭＲマイクロスコープ装置は比較的安価で実現できるものの、臨床用ＭＲＩ装置の静磁場強度は小動物の撮像のためには低く適していない。

また、撮像対象であるマウス等の小動物に対しても、人間に対する機能ＭＲＩのような高度な撮像が行えることが期待されている。

本発明の目的は、人間に対する機能ＭＲＩのような高度な撮像を行うことができる画像撮像ユニット及び画像撮像ユニットの駆動方法を提供することにある。

本発明の一態様による画像撮像ユニットは、勾配磁場を発生させる中空円筒形の勾配磁場コイルと、前記勾配磁場コイルの穴に収納され、撮像対象である生体マウスを収容するための収容部と、前記収容部に設けられ、収容された前記生体マウスの表面近傍に位置する検出コイルと、前記収容部に設けられ、前記生体マウスが噛み付くための噛み付き棒とを有し、前記噛み付き棒は、液体又は気体を通すことができる銅管により形成され、前記生体マウスが噛み付く前記噛み付き棒の噛み付き箇所には穴が開けられている画像撮像検出部を有することを特徴とする。

本発明の一態様による画像撮像ユニットは、勾配磁場を発生させる中空円筒形の勾配磁場コイルと、前記勾配磁場コイルの穴に収納され、撮像対象である生体マウスを収容するための収容部とを有する画像撮像検出部を有する画像撮像ユニットであって、前記勾配磁場コイルは、第１の層に配置され、第１の方向で磁束密度が変化する第１の傾斜磁場を生成する中空円筒形の第１の勾配磁場コイルと、前記第１の層とは異なる第２の層に配置され、前記第１の方向とは異なる第２の方向で磁束密度が変化する第２の傾斜磁場を生成する中空円筒形の第２の勾配磁場コイルとを有し、前記第１の勾配磁場コイルの戻り線が、前記第２の層に配置されており、前記第１の勾配磁場コイル及び前記第２の勾配磁場コイルのうち、Ｚ軸の方向で磁束密度が変化する勾配磁場コイルの渡線と戻線が、前記生体マウスの下顎側を通過することを特徴とする。

本発明の一態様による画像撮像ユニットの駆動方法は、第１の勾配磁場を発生させる中空円筒形の第１の勾配磁場コイルと、前記第１の勾配磁場コイルの外側に設けられ、第２の勾配磁場を発生させる中空円筒形の第２の勾配磁場コイルとを有し、前記第２の勾配磁場コイルの電流密度は前記第１の勾配磁場コイルの電流密度よりも小さい中空円筒形の勾配磁場コイルと、前記勾配磁場コイルの穴に収納され、撮像対象を収容するための収容部とを有する画像撮像検出部を有する画像撮像ユニットの駆動方法であって、前記第２の勾配磁場コイルによる第２の勾配磁場が、前記第１の勾配磁場コイルによる第１の勾配磁場とは同じ方向になるように、前記第１の勾配磁場コイルと前記第２の勾配磁場コイルに電流を流すことを特徴とする。

本発明の一態様による画像撮像ユニットの駆動方法は、勾配磁場を発生させる中空円筒形の勾配磁場コイルと、前記勾配磁場コイルの穴に収納され、撮像対象を収容するための収容部と、前記収容部に設けられ、収容された撮像対象の表面近傍に位置する表面検出コイルとを有する画像撮像検出部を有する画像撮像ユニットの駆動方法であって、前記撮像対象からの画像信号強度が最大となるように前記検出コイルの送信電力を設定することを特徴とする。

以上の通り、本発明によれば、生体マウスが噛み付くための噛み付き棒を設け、噛み付き棒は、液体又は気体を通すことができる銅管により形成され、生体マウスが噛み付く噛み付き棒の噛み付き箇所に穴を開けるようにしたので、人間に対する機能ＭＲＩのような高度な撮像を行うことができる。

本発明の一実施形態による画像撮像システムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける画像撮像ユニットの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける画像撮像ユニットのクレードルの構造を示す図（その１）である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける画像撮像ユニットのクレードルの構造を示す図（その２）である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける送信電力と画像信号強度の関係を示す説明図である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムで撮像するための既設のＮＭＲ装置での準備動作を示す図である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける画像撮像ユニットの勾配磁場コイルの端面を示す図である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける画像撮像ユニットの勾配磁場コイルにおける各コイルのパターンと渡線と戻線を示す図である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける画像撮像ユニットの勾配磁場コイルにおける各コイルのパターンと渡線と戻線が各層に配置される状態を示す図である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける画像撮像ユニットの勾配磁場コイルにおける各コイルを重ね合わせる方法の説明図である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける画像撮像ユニットの勾配磁場コイルの駆動方法（その１：モードＡ−Ｂ）の説明図である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける画像撮像ユニットの勾配磁場コイルの駆動方法（その２：モードＡ＋Ｂ）の説明図である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける画像撮像ユニットの勾配磁場コイルの駆動方法（その３：モードＡ）の説明図である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける画像撮像ユニットの勾配磁場コイルの駆動方法（その４：モードＡ）の説明図である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける画像撮像ユニットの勾配磁場コイルの駆動方法（その５：モードＢ）の説明図である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける機能ＭＲＩユニットの構成を示す図である。

［一実施形態］
本発明の一実施形態による画像撮像システムについて図面を用いて説明する。

（画像撮像システム）
本実施形態による画像撮像システムについて図１を用いて説明する。

本実施形態の画像撮像システムは、マウスのような小動物を撮像対象とする核磁気共鳴画像法（Magnetic Resonance Imaging; ＭＲＩ）による画像撮像システムである。核磁気共鳴（Nuclear Magnetic Resonance; ＮＭＲ）現象を利用して、小動物の生体内部の情報を画像にする。

本実施形態の画像撮像システム１は、図１に示すように、高分解能のＮＭＲ装置１０に、小動物に適合するように調整されたＭＲＩユニット２０を組み合わせている。

ＮＭＲ装置１０としては、有機化合物等の構造決定において広く利用されている既設のＮＭＲ装置を使用する。これにより、高解像度の小動物用の画像撮像システムを安価に実現することを可能としている。

ＮＭＲ装置１０は、超電導磁石１２と、超電導磁石１２を制御するためのＮＭＲコンソール１４と、ＮＭＲコンソール１４を操作するためのモニタ１６とを有する。本実施形態では、ＮＭＲ装置１０が有する高磁場の超電導磁石１２を利用するだけであるので、ＮＭＲコンソール１４とモニタ１６については詳細な説明を省略する。

ＮＭＲ装置１０の超電導磁石１２には試料を収納するためのボア１２ａが形成されている。超電導磁石１２はボア１２ａが垂直となるように配置されている。超電導磁石１２は、例えば、ボア１２ａの内径が５４ｍｍ径で、磁石外径が７５ｃｍ径で、９．４ステラ以上の高磁場を発生する標準ボアＮＭＲ磁石である。

超電導磁石１２のボア１２ａは、例えば、銅パイプにより形成される。ボア１２ａを銅パイプにより形成することにより、ＭＲＩ装置で一般的に用いられているステンレスパイプに比較して、ＮＭＲ装置１０の価格を下げることができる。また、ボア１２ａを樹脂によって形成することもできる。

ＭＲＩユニット２０は、撮像対象である小動物、例えばマウスＭを収容するＭＲＩ検出部２２と、ＭＲＩ検出部２２を制御するためのＭＲＩコンソール２４と、ＭＲＩコンソール２４を操作するためのモニタ２６とを有する。超電導磁石１２のボア１２ａには通常室温シムコイル１３が収納されていて（図６（ａ））、ＮＭＲコンソール１４によって制御される。ＭＲＩ検出部２２の外径は、超電導磁石１２のボア１２ａに収納されている室温シムコイル１３の形状、すなわち、外径５３ｍｍ、内径４０ｍｍに合わせて形成されており、例えば、３９ｍｍ径である。

小動物、例えばマウスＭを撮像する場合には、ＭＲＩユニット２０のＭＲＩ検出部２２にマウスＭを収納し、マウスＭを収納したＭＲＩ検出部２２を、ＮＭＲ装置１０の超伝導磁石１２のボア１２ａに収納して、小動物の内部を撮像する。

（画像撮像システムのＭＲＩユニット）
本実施形態による画像撮像システムのＭＲＩユニット２０について図２を用いて説明する。

ＭＲＩユニット２０のＭＲＩ検出部２２は、撮像対象である小動物、例えばマウスＭを収納するためのクレードル３０と、勾配磁場を発生するための勾配磁場コイル４０と、勾配磁場コイル４０を支持するための架台４２とを有している。

クレードル３０は、中空円筒を縦に半分に割った半中空円筒形をしている。クレードル３０が勾配磁場コイル４０にスムーズに挿入できるように、クレードル３０の外径は、勾配磁場コイル４０の内径に適合するように設定されている。

クレードル３０には、ＲＦコイル３４と共振回路を形成するためのトリマキャパシタ３２と、共鳴条件を満たす高周波磁場を送受信するためのＲＦコイル３４と、噛み付き棒３６とが設けられている。噛み付き棒３６の詳細については後述する。クレードル３０の底面には、高周波信号をシールドするための銅箔シート３８が敷かれている。銅箔シート３８は、銅の薄いシートであり、例えば５０μｍ厚で、クレードル３０の底面内側の全面に敷かれている。

クレードル３０の内側の面に銅箔シート３８を貼る場合は、マウスの糞尿などで表面が汚染されないように、汚れが想定される位置にはフィルム等でコーティングを行う。

勾配磁場コイル４０には、別途、円筒状に銅箔シールド５４および銅箔シールド６４が設けられている（図７参照）。これら銅箔シールド５４、６４はクレードル３０のシールドと電気的なカップリングを形成する。その結果、マウスＭ全体が円筒状シールドに入っているのと同等の状態となる。

勾配磁場コイル４０は、複数の中空円筒形コイルが重ね合わせられて、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位に比例したＺ軸方向の勾配磁場を発生する。ＭＲＩ検出部２２が超電導磁石１２のボア１２ａにスムーズに挿入できるように、勾配磁場コイル４０の外径は超電導磁石１２のボア１２ａの内径に適合するように設定されている。勾配磁場コイル４０は、例えば長さ１０３ｍｍで、外径３９ｍｍ径で、内径３２ｍｍ径である。

勾配磁場コイル４０の中心高さは架台４２によって調整され、超電導磁石１２の下端面から３３２ｍｍに調整される。超電導磁石１２の均一磁場領域は静磁場強度などによって様々であるが、架台４２を適宜に選択・調整する。勾配磁場コイル４０の詳細については後述する。

勾配磁場コイル４０の下側内部には、温度測定のための白金測温抵抗体４４が設けられている。

ＭＲＩコンソール２４には、操作者が操作するためのキーボード・マウス２４Ａと、ＭＲＩコンソール２４全体を制御するための制御用ＰＣ２４Ｂと、温度測定のための温度ロガー２４Ｃと、ＮＭＲ周波数にトランシーバー２４Ｅを同調させるための周波数コンバーター２４Ｄと、ＮＭＲ信号の検波や送信信号の変調を行うためのトランシーバー２４Ｅと、ＲＦコイル３４に電力（最大５０Ｗ程度）を供給するためのＲＦ電力送信アンプ２４Ｆと、勾配磁場コイル４０に電流（最大±２０Ａ程度）を供給するためのＸＹＺ三軸勾配磁場電源２４Ｇと、高周波ＮＭＲ信号及び送信信号を時間的に切り替えるためのＲＦスイッチ・ＬＮＡ２４Ｈとが設けられている。

白金測温抵抗体４４は温度ロガー２４Ｃに接続されている。温度ロガー２４Ｃは勾配コイル４０の温度を監視して制御用ＰＣ２４Ｂに伝え、制御用ＰＣ２４ＢはＭＲＩコンソール２４の安全を管理する。勾配磁場コイル４０はＸＹＺ三軸勾配磁場電源５７に接続されている。ＲＦコイル３４はＲＦスイッチ・ＬＮＡ２４Ｈに接続されている。トランシーバー２４ＥとＲＦ電力送信アンプ２４Ｆは、ＲＦスイッチ・ＬＮＡ２４Ｈに接続されている。

（ＭＲＩユニットのクレードル）
本実施形態による画像撮像システムのＭＲＩユニット２０のクレードル３０の詳細について図３及び図４を用いて説明する。

半中空円筒形のクレードル３０は、例えばアクリルにより形成され、半中空円筒形の外径は、例えば３２ｍｍで、肉厚は、例えば２ｍｍ厚である。

半中空円筒形のクレードル３０の端部には、円形ベースにキャパシタ及びトリマキャパシタ３２が設けられている。トリマキャパシタ３２を含む円形ベースの中央にＲＦコイル３４の両端が接続されている。トリマキャパシタ３２からは、セミリジッド同軸ケーブル（図示せず）を一部介してＲＦスイッチ・ＬＮＡ２４ＨまでＮＭＲ信号線（図示せず）が接続される。

ＲＦコイル３４として、円形の表面コイル３４ａが設けられている。表面コイル３４ａは、例えば、１５ｍｍ径であって、撮像対象であるマウスＭの頭部の形状に沿うように、全体が１５ｍｍ径の円柱の曲表面に沿うように曲げられている。

このように両側を被写体側へ曲げることによって、表面コイルの探査位置をよりマウス脳の深部へ移動させることができる。

特にＲＦコイル３４ａを用いてＮＭＲ信号が飽和する繰り返し時間ＴＲを用いた勾配エコー法で撮像を行う場合、送信電力によって決まってくるフリップアンプル（ＦＡ）と探査深度を特に定めずに、検出されるＭＲＩ信号が最大になる送信電力を選ぶことで、マウスＭの脳の画質と信号均一性を高めることができる。

図５に送信電力と画像信号強度の関係を示す。図５（ａ）は送信電力と画像信号強度の関係を示すグラフであり、図５（ｂ）は様々な送信電力での撮像画像である。

図５（ａ）のグラフに示すように、送信電力ＴＸが大きくなると検出信号が大きくなるが、送信電力ＴＸ＝−１２ｄＢ近傍で検出信号が最大となり、その後、送信電力ＴＸを大きくすると検出信号は小さくなる。

図５（ｂ）に、送信電力ＴＸが−１５ｄＢ（Ａ点）、−１２ｄＢ（Ｂ点）、−８ｄＢ（Ｃ点）、−４．５ｄＢ（Ｄ点）での撮像画像を示す。Ａ点、Ｂ点では良好な撮像画像が得られているが、Ｃ点、Ｄ点では良好な撮像画像が得られないことがわかる。

したがって、例えば、図５（ａ）のＡ点、Ｂ点を含む破線領域となるように送信電力を設定する。それにより画像ムラの少ない良好な撮像画像が得られる。

これは、コイル近傍では感度は高いがフリップアンプル（ＦＡ）が深く（ＮＭＲ信号が飽和のため弱く）、コイル遠位では感度が低いがフリップアンプル（ＦＡ）が浅い（ＮＭＲ信号が回復して強い）ためである。これによりサーフェイスコイルによる脳の撮像画像で画像ムラができる問題点を克服できる。特に、縦型ＮＭＲ装置の狭いボア空間を利用する本実施形態では、湾曲サーフェイスコイルとの組み合わせでより良好な画像が取得できる。

本実施形態では、チューニング・マッチング用のトリマキャパシタ３２が、クレードル３０のＲＦコイル３４近傍に設けられているので、撮像対象を勾配磁場コイル４０の鉛直上方から収容した状態でトリマキャパシタ３２の共振周波数および５０Ω整合を容易に確認することができる。

ＲＦコイル３４近傍には、撮像対象であるマウスＭに噛み付かせるための噛み付き棒３６が設けられている。マウスＭが噛み付き棒３６に噛み付かせたいときに、ＲＦコイル３４の表面コイル部３４ａがマウスＭの脳を覆うように、噛み付き棒３６と表面コイル部３４ａの位置を調整する。

マウスＭは週齢と性別によって頭部の大きさは殆ど同一であるため、マウスＭの前歯の位置を決めることができる噛み付き棒３６によって勾配磁場コイル４０の中心にマウスＭの脳とＲＦコイル３４を再現性良く確定できる。

噛み付き棒３６は液体又は気体を通すことができる管により形成され、鉛直下側から配管されており、マウスＭの噛み付き箇所には穴３６ａが開けられている。例えば、噛み付き棒３６に適宜制御して砂糖水や酸素等を導入することにより、マウスＭに穴３６ａから砂糖水や酸素等を供給することができる。

噛み付き棒３６は、例えば、電気的アースを形成するように銅パイプにより形成され、外径は、例えば１．５ｍｍ径であり、内径は、例えば１．０ｍｍ径である。噛み付き棒３６の穴３６ａは、例えば１．０ｍｍ径の大きさである。噛み付き棒３６の銅パイプ等をプラスチック等でコーティングして嫌味を低減させるようにしてもよい。

ＲＦコイル３４の左右には、スイッチ３７ａ、３７ｂが設けられている。スイッチ３７ａ、３７ｂは、撮像対象であるマウスＭの前肢により押下できるように設置位置を調整してある。

マウスＭに噛み付き棒３６から砂糖水を供給することや、マウスＭによるスイッチ３７ａ、３７ｂの操作等を利用して、マウスに対する双方向的な機能ＭＲＩ（Functional MRI）を実現することができる。

本実施形態による画像撮像システムによりマウスＭを撮像する場合には、まず、図３に示すように、マウスＭをクレードル３０に移動させ、次に、図４に示すように、マウスＭを噛み付き棒３６にカギ状の前上歯を引っ掛けて噛み付かせ、尾部を軽く後方へ引っ張るようにして固定する。その状態で、ＲＦコイル３４の表面コイル３４ａがマウスＭの頭部に沿うように、表面コイル３４ａの位置や、その曲げ量を若干調整する。

次に、そのようにマウスＭを収納したクレードル３０を勾配磁場コイル４０内に収納して、ネットワークアナライザ等でＲＦコイル３４のインピーダンス整合を確認して、ＭＲＩ検出部２２の準備が完了する。

（画像撮像システムで撮像するための準備動作）
本実施形態による画像撮像システムで撮像するための既設のＮＭＲ装置での準備動作について図６を用いて説明する。

既設のＮＭＲ装置１０は、通常、図６（ａ）に示すように、最外周の主磁場超電導磁石１２の内側に室温シムコイル１３が設けられ、その室温シムコイル１３の内側に試料測定用プローブ１５が設けられている。試料測定用プローブ１５の内部が試料を挿入するための空間となっている。

本実施形態による画像撮像システムで撮像する場合には、準備動作として、図６（ｂ）に示すように、試料測定用プローブ１５を取り外しておく。

次に、図３及び図４に示すように、マウスＭをクレードル３０に収納し、マウスＭを収納したクレードル３０を勾配磁場コイル４０に収納して、ＭＲＩ検出部２２の準備が完了すると、図６（ｂ）に示すように、試料測定用プローブ１５を取り外した空間に、ＭＲＩユニット２０のＭＲＩ検出部２２を収納する。

その結果、図６（ｃ）に示すように、室温シムコイル１３の内部に、ＭＲＩ検出部２２の勾配磁場コイル４０とＲＦコイル３４が収納された状態となる。

（勾配磁場コイルのシムコイル機能）
本実施形態による画像撮像システムでは、図６（ｃ）に示すように、既設のＮＭＲ装置１０の室温シムコイル１３の内部にＭＲＩ検出部２２を収納した状態で画像を撮像する。

しかしながら、本実施形態では、ＮＭＲ装置１０の超電導磁石１２を利用するだけであり、室温シムコイル１３への電流を制御して動作させることはしない。そこで、本実施形態では勾配磁場コイル４０にバイアス電流を印加することにより、室温シムコイルと同等の機能を実現している。

本願発明者等は、ＭＲＩ撮像時に撮像対象を挿入することによって引き起こされる静磁場の不均一性の主たる部分が、Ｘ軸傾斜磁場（ＧＸ）、Ｙ軸傾斜磁場（ＧＹ）、Ｚ軸傾斜磁場（ＧＺ）の１次項であることを発見した。

勾配磁場コイル４０にバイアス電流を印加することにより、ＭＲＩ検出部２２及び撮像対象を挿入することによって引き起こされる静磁場のＸ軸傾斜磁場（ＧＸ）、Ｙ軸傾斜磁場（ＧＹ）、Ｚ軸傾斜磁場（ＧＺ）の１次項を打ち消すようにする。すなわち、勾配磁場コイル４０の、後述するＸ軸勾配磁場コイル５３、６３、Ｙ軸勾配磁場コイル５２、６２、Ｚ軸勾配磁場コイル５１、６１に印加するバイアス電流を調整する。

操作者がＮＭＲ信号又はＭＲＩ信号をモニタ２６により目視しながら、ＮＭＲ信号の絶対値面積が最大となるように、又はフーリエ変換したスペクトルピークが最大になるように、上述したＸ軸勾配磁場コイル５３、６３と、Ｙ軸勾配磁場コイル５２、６２と、Ｚ軸勾配磁場コイル５１、６１とに印加するバイアス電流を調整する。操作者の代わりに制御用ＰＣ２４Ｂが自動調整を行っても良い。

マウスＭのようにほとんど水で形成される被写体から誘起される磁場の不均一性は、その磁化率から考えておおよそ−９ｐｐｍ程度である。静磁場強度が１０テスラの場合は、最大１０μテスラ×９＝９０μテスラの不均一磁場となる。

本発明の勾配磁場コイル４０は、最低でも１０（ｍテスラ/メートル）/アンペア、つまり、１００（μテスラ/ｃｍ）/アンペアの出力効率を持っているため、−０．９アンペアから＋０．９アンペアの範囲でバイアス電流を調整すれば不均一傾斜磁場を打ち消すことができる。

勾配磁場効率が４倍の場合は、電流の調整範囲は１／４となる。例えば、Ｘ軸勾配磁場コイル６３に印加するバイアス電流を−０．９アンペアから＋０．９アンペアの範囲でマイナス側からプラス側へ順次変化させて前述の信号値が最大になるバイアス電流値を決定する。Ｘ軸バイアスを決定後に、同様にＹ軸勾配磁場コイル６２のバイアス電流を最適化し、その後に、Ｚ軸勾配磁場コイル６１のバイアス電流を最適化する。最適化の収束精度を上げるためには、前述のルーチンをたとえば２回繰り返し行う。

同週齢・同体重のマウスＭの同じ部位を撮像する場合には誘起される不均一性も同様に再現されるので、バイアス電流の探査範囲を、たとえば−０．６アンペアから＋０．２アンペアのようにアンバランスに狭めるようにしてもよい。これにより最適化時間を短縮することができる。

（勾配磁場コイル）
本実施形態による画像撮像システムのＭＲＩユニット２０の勾配磁場コイル４０の詳細について図７乃至９を用いて説明する。

本実施形態の勾配磁場コイル４０は、図７に示すように、中空円筒形の６層のコイル５１〜５３、６１〜６３を重ね合わせたＸＹＺ三軸勾配磁場コイルである。６層のコイル５１〜５３、６１〜６３の内周側に銅箔シールド５４が設けられ、６３層のコイル５１〜５３と３層の６１〜６３の間に銅箔シールド６４が設けられている。

６層のコイル５１〜５３、６１〜６３は、例えば銅により形成され、厚さは、例えば０．８ｍｍである。例えば、円形の無垢の銅材から掘り出して薄い層のコイル５１〜５３、６１、６３を形成する。

内側から第１層、第２層、第３層のコイル５１、５２、５３により内側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル５０を構成し、内側から第４層、第５層、第６層のコイル６１、６２、６３により外側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル６０を構成している。

第１層のコイル５１は、内側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル５０において、Ｚ軸方向の磁束密度が線形に変化する勾配磁場を生成するためのＺ軸勾配磁場コイル５１である。

第２層のコイル５２は、内側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル５０において、Ｙ軸方向の磁束密度が線形に変化する勾配磁場を生成するためのＹ軸勾配磁場コイル５２である。

第３層のコイル５３は、内側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル５０において、Ｘ軸方向の磁束密度が線形に変化する勾配磁場を生成するためのＸ軸勾配磁場コイル５３である。

第４層のコイル６１は、外側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル６０において、Ｚ軸方向の磁束密度が線形に変化する勾配磁場を生成するためのＺ軸勾配磁場コイル６１である。

第５層のコイル６２は、外側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル６０において、Ｙ軸方向の磁束密度が線形に変化する勾配磁場を生成するためのＹ軸勾配磁場コイル６２である。

第６層のコイル６３は、外側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル６０において、Ｘ軸方向の磁束密度が線形に変化する勾配磁場を生成するためのＸ軸勾配磁場コイル６３である。

本実施形態では、外側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル６０の勾配磁場強度が内側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル５０の勾配磁場強度よりも小さくなるようなパターンの密度で形成されている。例えば、内側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル５０の中空円筒形中心における勾配磁場強度と、外側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル６０の中空円筒形中心における勾配磁場強度との比が、２：１〜５：１の範囲となるように形成されている。

内側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル５０と外側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル６０の間隔が狭くなるほどこの比は大きくする必要がある。

内側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル５０のサイズは、被写体が内側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル５０内部に収納できること、各コイルの勾配磁場強度は内径の二乗に反比例すること、が考慮される。

外側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル６０のサイズは、室温シムコイルのボア内径、例えば４０ｍｍ径と、内側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル５０の外径を境界条件としてさらに被写体のサイズを考慮して決定する。

内側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル５０における、内側Ｚ軸勾配磁場コイル５１、内側Ｙ軸勾配磁場コイル５２、内側Ｘ軸勾配磁場コイル５３の順番や、外側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル６０における、内側Ｚ軸勾配磁場コイル６１、内側Ｙ軸勾配磁場コイル６２、内側Ｘ軸勾配磁場コイル６３の順番については、設計上どのような順番で形成してもよい。

例えば、被写体側に最も近い最内層に、内側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル５０における内側Ｚ軸勾配磁場コイル５１を配置し、被写体側から最も遠い最外層に、外側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル６０における、内側Ｚ軸勾配磁場コイル６１を配置し、それらの間に、内側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル５０における内側Ｙ軸勾配磁場コイル５２と内側Ｘ軸勾配磁場コイル５３と、外側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル６０における内側Ｙ軸勾配磁場コイル６２と内側Ｘ軸勾配磁場コイル６３との合計４コイルを設けるようにしてもよい（図示せず）。これにより、外部へ発生する漏れ傾斜磁場を低減することができ、超電導磁石１２の内径であるボア１２ａから戻ってくるＺ軸渦電流による計測精度劣化の影響を最も低減することができる。

各コイル５０、６０の巻数は、内側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル５０と外側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル６０に逆極性で電流を流した場合に、超電導磁石１２の内径ボア５４ｍｍ径表面に勾配磁場コイル４０の外側に発生する漏れ磁場が到達しないバランスで決定する。同様に室温シムコイル１３の内径ボア４０ｍｍ径の表面に対する漏れ磁場を考慮しても良い。なお、室温シムコイル１３を渦電流を発生しない材料で構成してもよい。

図８、図９に、勾配磁場コイル４０における６層のコイル５１〜５３、６１〜６３のパターンの一具体例を示す。図８、図９では、中空円筒形のコイル５１〜５３、６１〜６３のパターンを、平面に展開した状態で示している。

パターンはＸ軸コイルＹ軸コイルに関してはゴレイ型のフィンガープリントパターン、Ｚ軸コイルに関してはマクスウェルペア型の分散巻を使用しており、勾配磁場均一領域の形状や体積、勾配磁場コイルの電気的特性によって最適化できるが、その詳細については省略する。

図８では、勾配磁場コイル４０におけるコイル５１〜５３、６１〜６３が機能的にどのようなパターンと渡線と戻線により構成されているかを示している。

コイル５１〜５３、６１〜６３の渡線と戻線は、それぞれのペアを並行に束ねたり対称に対置したりすることによって、勾配磁場の劣化を最小限にすることができる。

特に、内側Ｚ軸勾配磁場コイル５１、外側Ｚ軸勾配磁場コイル６１の渡線５１ｃ、６１ｃと戻線５１ｄ、６１ｄは勾配磁場への影響が大きいので、これら渡線と戻線の位置を、被写体にとって意味のある計測部位から引き離した方位に位置させることが望ましい。例えば、マウスＭの脳を撮像する場合には、内側Ｚ軸勾配磁場コイル５１、外側Ｚ軸勾配磁場コイル６１の渡線５１ｃ、６１ｃと戻線５１ｄ、６１ｄを、被写体であるマウスＭの下顎側を通過する位置に配置する。これによりマウスＭの脳をより高精細に可視化することができる。

図８（ａ）はＺ軸勾配磁場コイル５１のパターンと渡線及び戻線を示し、図８（ｂ）はＹ軸勾配磁場コイル５２のパターンと渡線及び戻線を示し、図８（ｃ）はＸ軸勾配磁場コイル５３のパターンと渡線及び戻線を示し、図８（ｄ）はＺ軸勾配磁場コイル６１のパターンと渡線及び戻線を示し、図８（ｅ）はＹ軸勾配磁場コイル６２のパターンと渡線及び戻線を示し、図８（ｆ）はＸ軸勾配磁場コイル６３のパターンと渡線及び戻線を示している。

図９（ａ）は第１層に配置されるパターンと渡線を示し、図９（ｂ）は第２層に配置されるパターンと渡線及び戻線を示し、図９（ｃ）は第３層に配置されるパターンと渡線及び戻線を示し、図９（ｄ）は第４層に配置されるパターンと渡線を示し、図９（ｅ）は第５層に配置されるパターンと渡線及び戻線を示し、図９（ｆ）は第６層に配置されるパターンと渡線及び戻線を示している。

図８（ａ）は主として第１層に位置するＺ軸勾配磁場コイル５１のパターンである。Ｚ軸勾配磁場コイル５１は２つの平行パターン５１ａ、５１ｂを有する。平行パターン５１ａの一端と平行パターン５１ｂの一端とが渡線５１ｃにより接続され、平行パターン５１ａの他端と平行パターン５１ｂの他端とが戻線５１ｄにより接続されている。

図９（ａ）に示すように、Ｚ軸勾配磁場コイル５１の平行パターン５１ａ、５１ｂと渡線５１ｃは、第１層に配置されているが、Ｚ軸勾配磁場コイル５１の戻線５１ｄは、第１層に配置できないので、図９（ｃ）に示すように、第３層に配置されている。戻線５１ｄの平行パターン５１ｂ側は給電のための端子となる。

図８（ｂ）は主として第２層に配置されるＹ軸勾配磁場コイル５２のパターンである。Ｙ軸勾配磁場コイル５２は４つの渦巻きパターン５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄを有する。渦巻きパターン５２ａの一端と渦巻きパターン５２ｂの一端とが渡線５２ｅにより接続される。渦巻パターン５２ａの他端と渦巻きパターン５２ｂの他端とが戻線５２ｆにより接続されているが、渦巻きパターン５２ｂ側は給電のために接続が解かれて２つの端子となる。渦巻きパターン５２ｃの一端と渦巻きパターン５２ｄの一端とが渡線５２ｇにより接続される。渦巻きパターン５２ｃの他端と渦巻きパターン５２ｄの他端とが戻線５２ｈにより接続されているが、渦巻きパターン５２ｄ側は給電のために接続は解かれて２つの端子となる。

図９（ｂ）に示すように、Ｙ軸勾配磁場コイル５２の渦巻きパターン５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄは、第２層に配置されているが、渡線５２ｅ、戻線５２ｆ、渡線５２ｇ、戻線５２ｈは、第２層に配置できないので、図９（ｃ）に示すように、第３層に配置されている。

図８（ｃ）は主として第３層に配置されるＸ軸勾配磁場コイル５３のパターンである。Ｘ軸勾配磁場コイル５３は４つの渦巻きパターン５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄを有する。渦巻きパターン５３ａの一端と渦巻きパターン５３ｂの一端とが渡線５３ｅにより接続される。渦巻パターン５３ａの他端と渦巻きパターン５３ｂの他端とが戻線５３ｆにより接続されているが、渦巻きパターン５３ｂ側は給電のため接続は解かれて２つの端子となる。渦巻きパターン５３ｃの一端と渦巻きパターン５３ｄの一端とが渡線５３ｇにより接続される。渦巻きパターン５３ｃの他端と渦巻きパターン５３ｄの他端とが戻線５３ｈにより接続されているが、渦巻きパターン５３ｄ側は給電のため接続が解かれて２つの端子となる。

図９（ｃ）に示すように、Ｘ軸勾配磁場コイル５３の渦巻きパターン５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄは、第３層に配置されているが、渡線５３ｅ、戻線５３ｆ、渡線５３ｇ、戻線５３ｈは、第３層に配置できないので、図９（ｂ）に示すように、第２層に配置されている。

図８（ｄ）は主として第４層に位置するＺ軸勾配磁場コイル６１のパターンである。Ｚ軸勾配磁場コイル６１は２つの平行パターン６１ａ、６１ｂを有する。平行パターン６１ａの一端と平行パターン６１ｂの一端とが渡線６１ｃにより接続され、平行パターン６１ａの他端と平行パターン６１ｂの他端とが戻線６１ｄにより接続されている。

図９（ｄ）に示すように、Ｚ軸勾配磁場コイル６１の平行パターン６１ａ、６１ｂと渡線６１ｃは、第４層に配置されているが、Ｚ軸勾配磁場コイル６１の戻線６１ｄは、第１層に配置できないので、図９（ｆ）に示すように、第６層に配置されている。戻線６１ｄの平行パターン６１ｂ側は給電のための端子となる。

図８（ｅ）は主として第５層に配置されるＹ軸勾配磁場コイル６２のパターンである。Ｙ軸勾配磁場コイル６２は４つの渦巻きパターン６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄを有する。渦巻きパターン６２ａの一端と渦巻きパターン６２ｂの一端とが渡線６２ｅにより接続される。渦巻パターン６２ａの他端と渦巻きパターン６２ｂの他端とが戻線６２ｆにより接続されているが、渦巻きパターン６２ｂ側は給電のために接続が解かれて２つの端子となる。渦巻きパターン６２ｃの一端と渦巻きパターン６２ｄの一端とが渡線６２ｇにより接続される。渦巻きパターン６２ｃの他端と渦巻きパターン６２ｄの他端とが戻線６２ｈにより接続されているが、渦巻きパターン６２ｄ側は給電のために接続は解かれて２つの端子となる。

図９（ｅ）に示すように、Ｙ軸勾配磁場コイル６２の渦巻きパターン６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄは、第５層に配置されているが、渡線６２ｅ、戻線６２ｆ、渡線６２ｇ、戻線６２ｈは、第５層に配置できないので、図９（ｃ）に示すように、第６層に配置されている。

図８（ｆ）は主として第６層に配置されるＸ軸勾配磁場コイル６３のパターンである。Ｘ軸勾配磁場コイル６３は４つの渦巻きパターン６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄを有する。渦巻きパターン６３ａの一端と渦巻きパターン６３ｂの一端とが渡線６３ｅにより接続される。渦巻パターン６３ａの他端と渦巻きパターン６３ｂの他端とが戻線６３ｆにより接続されているが、渦巻きパターン６３ｂ側は給電のため接続は解かれて２つの端子となる。渦巻きパターン６３ｃの一端と渦巻きパターン６３ｄの一端とが渡線６３ｇにより接続される。渦巻きパターン６３ｃの他端と渦巻きパターン６３ｄの他端とが戻線６３ｈにより接続されているが、渦巻きパターン６３ｄ側は給電のために接続は解かれて２つの端子となる。

図９（ｆ）に示すように、Ｘ軸勾配磁場コイル６３の渦巻きパターン６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄは、第６層に配置されているが、渡線６３ｅ、戻線６３ｆ、渡線６３ｇ、戻線６３ｈは、第６層に配置できないので、図９（ｅ）に示すように、第５層に配置されている。

図１０（ａ）に示すように、図９（ａ）〜（ｆ）に示された第１層〜第６層を、各層の×印が一致するように重ねて位置合わせし、中空円筒形の勾配磁場コイル４０を形成する。

このように配置することによって、第１層の渡線５１ｄを、第２層を飛び越して第３層へ移動させ、第１層の渡線５１ｃおよび戻線５１ｄを、第２層および第３層の×印の位置に重ね合わせることができる。

同様に、第４層の渡線６１ｄを、第５層を飛び越して第６層へ移動させ、第４層の渡線６１ｃおよび戻線６１ｄを、第５層および第６層の×印の位置に重ね合わせることができる。

マウス頭部を撮像するときは、マウス下顎側が×印側に来るように固定することによって、渡線５１ｃおよび戻線５１ｄもしくは渡線６１ｃおよび戻線６１ｄによって発生する不均一な勾配磁場が与える影響を、マウス脳の位置で最少とすることが出来る。

なお、重ね合わせる第１層〜第６層の間は絶縁シート（図示せず）による互いに絶縁されている。

中空円筒形の６層のコイル５１〜５３、６１〜６３を重ね合わせた勾配磁場コイル４０の上側及び下側には、各コイル５１〜５３、６１〜６３の端子位置が設けられている。

図７に示すように、勾配磁場コイル４０の上側には、コイル５１の端子５１ｐ、コイル５２の端子５２ｐ、５２ｑ、コイル５３の端子５３ｐ、５３ｑ、コイル６１の端子６１ｐ、コイル６２の端子６２ｐ、６２ｑ、コイル６３の端子６３ｐ、６３ｑが設けられている。勾配磁場コイル４０の下側にも、各コイル５１〜５３、６１〜６３の端子が設けられているが、上側に設けられた端子と同様であるので、図示を省略する。

（勾配磁場コイルの駆動方法）
本実施形態による画像撮像システムのＭＲＩユニット２０の勾配磁場コイル４０の駆動方法について図１１乃至１４を用いて説明する。

勾配磁場コイル４０の駆動方法としては、内側勾配磁場コイル５０と外側勾配磁場コイル６０の各コイルに流す電流の向きと、内側勾配磁場コイル５０と外側勾配磁場コイル６０を使用するか否かにより、複数のモードでの駆動が可能である。

図１１のモードＡ−Ｂは、内側勾配磁場コイル５０による円筒外側への漏れ磁場を、外側勾配磁場コイル６０により打ち消し、勾配磁場コイル４０からの超電導磁石１２への漏れ磁場を少なくするモードである。

モードＡ−Ｂでは、図１１に示すように、Ｚ軸勾配磁場コイル５１による磁場とＺ軸勾配磁場コイル６１による磁場が逆方向となるように、Ｚ軸勾配磁場コイル５１の端子とＺ軸勾配磁場コイル６１の端子とを接続する。また、Ｙ軸勾配磁場コイル５２による磁場とＹ軸勾配磁場コイル６２による磁場が逆方向となるように、Ｙ軸勾配磁場コイル５２の端子とＹ軸勾配磁場コイル６２の端子とを接続する。また、Ｘ軸勾配磁場コイル５３による磁場とＸ軸勾配磁場コイル６３による磁場が逆方向となるように、Ｘ軸勾配磁場コイル５３の端子とＸ軸勾配磁場コイル６３の端子とを接続する。

これにより、Ｚ軸勾配磁場コイル５１による外部への漏れ磁場をＺ軸勾配磁場コイル６１による磁場により打ち消す。また、Ｙ軸勾配磁場コイル５２による外部への漏れ磁場をＹ軸勾配磁場コイル６２による磁場により打ち消す。また、Ｘ軸勾配磁場コイル５３による外部への漏れ磁場をＸ軸勾配磁場コイル６３による磁場により打ち消す。

図１２のモードＡ＋Ｂは、内側勾配磁場コイル５０による磁場に、外側勾配磁場コイル６０による磁場により強力な勾配磁場を生成するモードである。勾配磁場コイル４０からの超電導磁石１２への漏れ磁場については許容する。

モードＡ＋Ｂでは、図１２に示すように、Ｚ軸勾配磁場コイル５１による磁場とＺ軸勾配磁場コイル６１による磁場が同じ方向となるように、Ｚ軸勾配磁場コイル５１の端子とＺ軸勾配磁場コイル６１の端子とを接続する。また、Ｙ軸勾配磁場コイル５２による磁場とＹ軸勾配磁場コイル６２による磁場が同じ方向となるように、Ｙ軸勾配磁場コイル５２の端子とＹ軸傾斜磁場６２の端子とを接続する。また、Ｘ軸勾配磁場コイル５３による磁場とＸ軸勾配磁場コイル６３による磁場が同じ方向となるように、Ｘ軸勾配磁場コイル５３の端子とＸ軸勾配磁場コイル６３の端子とを接続する。

図１３のモードＡ（その１）は、外側勾配磁場コイル６０を除去して、内側勾配磁場コイル５０のみより勾配磁場を生成するモードである。

モードＡ（その１）では、内側勾配磁場コイル５０のＺ軸勾配磁場コイル５１とＹ軸勾配磁場コイル５２とＸ軸勾配磁場コイル５３によりＸＹＺ勾配磁場を生成する。

モードＡ（その１）では外側勾配磁場コイル６０を用いないので、安価にＸ勾配磁場、Ｙ勾配磁場、Ｚ勾配磁場を生成することができる。

図１４のモードＡ（その２）は、外側勾配磁場コイル６０を除去することなく、内側勾配磁場コイル５０のみに電流を流して勾配磁場を生成するモードである。

モードＡ（その２）では、内側勾配磁場コイル５０のＺ軸勾配磁場コイル５１とＹ軸勾配磁場コイル５２とＸ軸勾配磁場コイル５３にのみ電流を流してＸ勾配磁場、Ｙ勾配磁場、Ｚ勾配磁場を生成する。

モードＡ（その２）では、外側勾配磁場コイル６０を独立したシムコイルとして使用することができる。

図１５のモードＢは、内側勾配磁場コイル５０を除去して、外側勾配磁場コイル６０のみより勾配磁場を生成するモードである。

モードＢでは、外側勾配磁場コイル６０のＺ軸勾配磁場コイル６１とＹ軸勾配磁場コイル６２とＸ軸勾配磁場コイル６３によりＸ勾配磁場、Ｙ勾配磁場、Ｚ勾配磁場を生成する。

モードＢでは内側勾配磁場コイル５０を用いないので、外側勾配磁場コイル６０の大きな内径を利用することができる。これにより、内側勾配磁場コイル５０では収納できないより大きなクレードル３０を収納することができる。これにより、内側勾配磁場コイル５０では収納できないより大きなマウス等の小動物を撮像することができる。また、内側勾配磁場コイル５０を用いないので、安価にＸ勾配磁場、Ｙ勾配磁場、Ｚ勾配磁場を生成することができる。

（画像撮像システムによる機能ＭＲＩ（Functional MRI）の制御方法）
本実施形態の画像撮像システムにおいては、前述したように、マウスＭに噛み付き棒３６から砂糖水等を供給することや、マウスＭによるスイッチ３７ａ、３７ｂの操作等を利用して、マウスに対する双方向の機能ＭＲＩ（Functional MRI）を実現することができる。

図１６にマウスに対する機能ＭＲＩを実現するための機能ＭＲＩユニット７０を示す。

機能ＭＲＩユニット７０には、制御装置７２と、マイクロポンプ７４と、タンク７６とが設けられている。マイクロポンプ７４には噛み付き棒３６が接続されており、タンク７６には、例えば、砂糖水が収納されている。制御装置７２からの制御信号により、マイクロポンプ７４を駆動して噛み付き棒３６に砂糖水を供給する。制御装置７２からはマウスの五感（視覚、聴覚、嗅覚、味覚、触覚）に対する刺激を与える制御信号が出力される。

スイッチ３７ａ、３７ｂにはフィルタ７８ａ、７８ｂが接続されており、マウスＭによるスイッチ３７ａ、３７ｂの操作を検出することができる。

マウスＭに対しては、噛み付き棒３６を介して、ご褒美として砂糖水を与えて、測定者からの意思表示を伝えることができる。マウスＭからは、スイッチ３７ａ、３７ｂを介して、その意思応答を知ることができる。

これらの機能を利用したマウスに対する機能ＭＲＩを実現する。

例えば、マウスＭに対して砂糖水等を与えて、そのときのマウスＭの脳を撮像して、脳のどの部位が興奮するかを知ることができる。

また、マウスＭに対して、赤い光を左目側に見せた時はスイッチ３７ａを押し、赤い光を右目側に見せた時は３７ｂを押す様に、正解時には砂糖水を与えながら訓練し、そのときのマウスＭの脳を撮像して、脳のどの部位が興奮するかを知ることができる。

［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。

上記実施形態では、撮像対象の小動物としてマウスを撮像したが、他の小動物、例えば、ラット、マーモセット等の霊長類、鳥類等を撮像してもよい。また、小動物に限らず、例えば、昆虫類、爬虫類、魚類等を撮像してもよい。

また、上記実施形態では、既設のＮＭＲ装置の超電導磁石の静磁場を利用したが、既設の他の装置、例えば、臨床用ＭＲＩ装置の静磁場を利用してもよい。また、既設の装置ではなく、本発明の画像撮像ユニット用に新たに磁石を設計して使用してもよい。

また、上記実施形態では、勾配磁場コイル４０として２組の内側勾配磁場コイル５０と外側勾配磁場コイル６０を設けたが、内側勾配磁場コイル５０又は外側勾配磁場コイル６０のいずれかを、もしくはいずれかの部分的な組合せを設けてもよい。また、勾配磁場コイル４０として、３組以上の勾配磁場コイルを設けてもよい。

また、上記実施形態では、勾配磁場コイル４０において、外側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル６０の勾配磁場強度が内側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル５０の勾配磁場強度よりも小さくなるように形成したが、逆に、外側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル６０の勾配磁場強度が内側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル５０の勾配磁場強度よりも大きくなるように形成してもよいし、外側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル６０の勾配磁場強度と内側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル５０の勾配磁場強度が同じになるように形成してもよい。

また、内側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル５０と外側のＸＹＺ勾配磁場コイル６０に独立した三軸勾配磁場電源を接続して生成勾配磁場を合成するようにしてもよい。

また、モードＡ−Ｂの応用形態としてＺ軸傾斜磁場の漏れ磁場が最も取得画像に悪影響を及ぼす点のみ考慮して、Ｙ軸勾配磁場コイル６２、およびＸ軸勾配磁場コイル６３を取り除いて、Ｚ軸勾配磁場コイル５１の漏れ磁場のみをＺ軸勾配磁場コイル６１で打ち消けす駆動方法によって、安価にＸＹＺ勾配磁場を生成するようにしてもよい。

１…画像撮像システム
１０…ＮＭＲ装置
１２…超電導磁石
１２ａ…ボア
１３…室温シムコイル
１４…ＮＭＲコンソール
１５…試料測定用プローブ
１６…モニタ
２０…ＭＲＩユニット
２２…ＭＲＩ検出部
２４…ＭＲＩコンソール
２４Ａ…キーボード・マウス
２４Ｂ…制御用ＰＣ
２４Ｃ…温度ロガー
２４Ｄ…周波数コンバーター
２４Ｅ…トランシーバー
２４Ｆ…ＲＦ電力送信アンプ
２４Ｇ…ＸＹＺ三軸勾配磁場電源
２４Ｈ…ＲＦスイッチ・ＬＮＡ
２６…モニタ
３０…クレードル
３２…トリマキャパシタ
３４…ＲＦコイル
３４…表面コイル部
３６…噛み付き棒
３６ａ…穴
３７ａ、３７ｂ…スイッチ
３８…銅箔シート
４０…勾配磁場コイル
４２…架台
４４…白金測温抵抗体
５０…内側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル
５１…内側Ｚ軸勾配磁場コイル
５１ａ、５１ｂ…平行パターン
５１ｃ…渡線
５１ｄ…戻線
５２…内側Ｙ軸勾配磁場コイル
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ…渦巻きパターン
５２ｅ…渡線
５２ｆ…戻線
５３…内側Ｘ軸勾配磁場コイル
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ…渦巻きパターン
５３ｅ…渡線
５３ｆ…戻線
５４…銅箔シールド
６０…外側ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル
６１…外側Ｚ軸勾配磁場コイル
６１ａ、６１ｂ…平行パターン
６１ｃ…渡線
６１ｄ…戻線
６２…外側Ｙ軸勾配磁場コイル
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ…渦巻きパターン
６２ｅ…渡線
６２ｆ…戻線
６３…外側Ｘ軸勾配磁場コイル
６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ…渦巻きパターン
６３ｅ…渡線
６３ｆ…戻線
６４…銅箔シールド
７０…機能ＭＲＩユニット
７２…制御装置
７４…マイクロポンプ
７６…タンク
７８ａ、７８ｂ…フィルタ

Claims (8)

1. 勾配磁場を発生させる中空円筒形の勾配磁場コイルと、
   前記勾配磁場コイルの穴に収納され、撮像対象である生体マウスを収容するための収容部と、
   前記収容部に設けられ、収容された前記生体マウスの表面近傍に位置する検出コイルと、
   前記収容部に設けられ、前記生体マウスが噛み付くための噛み付き棒とを有し、
   前記噛み付き棒は、液体又は気体を通すことができる銅管により形成され、
   前記生体マウスが噛み付く前記噛み付き棒の噛み付き箇所には穴が開けられている画像撮像検出部
   を有することを特徴とする画像撮像ユニット。
2. 請求項１記載の画像撮像ユニットにおいて、
   前記生体マウスにより操作可能なスイッチを更に有する
   ことを特徴とする画像撮像ユニット。
3. 勾配磁場を発生させる中空円筒形の勾配磁場コイルと、
   前記勾配磁場コイルの穴に収納され、撮像対象である生体マウスを収容するための収容部と
   を有する画像撮像検出部
   を有する画像撮像ユニットであって、
   前記勾配磁場コイルは、
   第１の層に配置され、第１の方向で磁束密度が変化する第１の傾斜磁場を生成する中空円筒形の第１の勾配磁場コイルと、
   前記第１の層とは異なる第２の層に配置され、前記第１の方向とは異なる第２の方向で磁束密度が変化する第２の傾斜磁場を生成する中空円筒形の第２の勾配磁場コイルとを有し、
   前記第１の勾配磁場コイルの戻り線が、前記第２の層に配置されており、
   前記第１の勾配磁場コイル及び前記第２の勾配磁場コイルのうち、Ｚ軸の方向で磁束密度が変化する勾配磁場コイルの渡線と戻線が、収容される前記生体マウスの下顎側を通過する位置に配置されている
   ことを特徴とする画像撮像ユニット。
4. 請求項３記載の画像撮像ユニットにおいて、
   前記勾配磁場コイルの最内層には、Ｚ軸方向の磁束密度が変化する勾配磁場を生成するためのＺ軸勾配磁場コイルが設けられている
   ことを特徴とする画像撮像ユニット。
5. 請求項３又は４記載の画像撮像ユニットにおいて、
   前記勾配磁場コイルは、
   第１の勾配磁場を発生させる中空円筒形の第１の勾配磁場コイルと、
   前記第１の勾配磁場コイルの外側に設けられ、第２の勾配磁場を発生させる中空円筒形の第２の勾配磁場コイルとを有し、
   前記第１の勾配磁場コイルの最内層には、Ｚ軸方向の磁束密度が変化する勾配磁場を生成するためのＺ軸勾配磁場コイルが設けられており、
   前記第２の勾配磁場コイルの最外層には、Ｚ軸方向の磁束密度が変化する勾配磁場を生成するためのＺ軸勾配磁場コイルが設けられている
   ことを特徴とする画像撮像ユニット。
6. 第１の勾配磁場を発生させる中空円筒形の第１の勾配磁場コイルと、前記第１の勾配磁場コイルの外側に設けられ、第２の勾配磁場を発生させる中空円筒形の第２の勾配磁場コイルとを有し、前記第２の勾配磁場コイルの電流密度は前記第１の勾配磁場コイルの電流密度よりも小さい中空円筒形の勾配磁場コイルと、前記勾配磁場コイルの穴に収納され、撮像対象を収容するための収容部とを有する画像撮像検出部を有する画像撮像ユニットの駆動方法であって、
   前記第２の勾配磁場コイルによる第２の勾配磁場が、前記第１の勾配磁場コイルによる第１の勾配磁場とは同じ方向になるように、前記第１の勾配磁場コイルと前記第２の勾配磁場コイルに電流を流す
   ことを特徴とする画像撮像ユニットの駆動方法。
7. 勾配磁場を発生させる中空円筒形の勾配磁場コイルと、前記勾配磁場コイルの穴に収納され、撮像対象を収容するための収容部と、前記収容部に設けられ、収容された撮像対象の表面近傍に位置する表面検出コイルとを有する画像撮像検出部を有する画像撮像ユニットの駆動方法であって、
   前記撮像対象からの画像信号強度が最大となるように前記検出コイルの送信電力を設定する
   ことを特徴とする画像撮像ユニットの駆動方法。
8. 請求項７記載の画像撮像ユニットの駆動方法において、
   前記撮像対象により引き起こされる静磁場の不均一性を解消するために、前記勾配磁場コイルにバイアス電流を印加する
   ことを特徴とする画像撮像ユニットの駆動方法。

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