JP2015208607A

JP2015208607A - 画像撮像ユニット

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Publication number: JP2015208607A
Application number: JP2014093690A
Authority: JP
Inventors: 智之拝師; Tomoyuki Haishi; 一憲石澤; Kazunori Ishizawa
Original assignee: MR TECHNOLOGY KK
Current assignee: MR TECHNOLOGY KK
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2034-04-30
Also published as: US9857442B2; JP6341535B2; US20150316627A1

Abstract

【課題】安価に高解像で小動物を撮像することができる画像撮像ユニットを提供する。【解決手段】画像撮像検出部２２は、底部を対向させた一対の桶型コイル５１〜５３、６１〜６３を有し、一対の桶型コイル５１〜５３、６１〜６３間に勾配磁場を発生する勾配磁場コイルと、一対の桶型コイル５１〜５３、６１〜６３間に収納され、撮像対象を収容するための収容部３０と、収容部３０に設けられ、収容された撮像対象の近傍に位置する検出コイル８２とを有する。【選択図】図４

Description

本発明は画像撮像ユニットに関し、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）。

特開２０００−５１１７４号公報

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。

本発明の目的は、安価に高解像で小動物を撮像することができる画像撮像ユニット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、底部を対向させた一対の桶型コイルを有し、前記一対の桶型コイル間に勾配磁場を発生する勾配磁場コイルと、前記一対の桶型コイル間に収納され、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近傍に位置する検出コイルとを有する画像撮像検出部を有することを特徴とする。

以上の通り、本発明によれば、底部を対向させた一対の桶型コイルを有し、一対の桶型コイル間に勾配磁場を発生する勾配磁場コイルと、一対の桶型コイル間に収納され、撮像対象を収容するための収容部と、収容部に設けられ、収容された撮像対象の近傍に位置する検出コイルとを有する画像撮像検出部を有するようにしたので、安価に高解像で小動物を撮像することができる。

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ＭＲＩ検出部を示す斜視図である。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ＭＲＩ検出部の組立斜視図である。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Ｘ軸勾配磁場桶型コイルとＹ軸勾配磁場桶型コイルのパターンを示す図である。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Ｘ軸勾配磁場桶型コイルのパターンを示す図である。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Ｙ軸勾配磁場桶型コイルのパターンを示す図である。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Ｚ軸勾配磁場桶型コイルのパターンを示す図である。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ＭＲＩ検出部のマウス収納部ギャップを示す図である。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ＭＲＩ検出部で用いる腹部撮像用プレートを示す図である。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ＭＲＩ検出部で用いる頭部撮像用プレートを示す図である。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で頭部撮像用プレートを用いた場合のＭＲＩ検出部を示す斜視図である。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ＭＲＩ検出部の他の具体例を示す図である。

［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８９ｍｍ径で、磁石外径が０．８ｍ径で、４．７ステラ以上の高磁場を発生するワイドボア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非磁性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、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８９ｍｍ、内径７３ｍｍに合わせて形成されており、例えば、７２ｍｍ径である。室温シムコイル１３は適宜取り外しできる。ＭＲＩ検出部２２の外径は、室温シムコイル１３を取り外して使用する場合、たとえば８８ｍｍ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を収納するためのマウス収納部ギャップ３０と、マウス収納部ギャップ３０の上下に設けられ、勾配磁場を発生するための勾配磁場コイル４０Ａ、４０Ｂと、これら勾配磁場コイル４０Ａ、４０Ｂとマウス収納部ギャップ３０を支持する架台４２とを有している。超電導磁石１２にＭＲＩユニットを固定するため架台４２にフランジ４２ａが設けられている。マウス収納部ギャップ３０、勾配磁場コイル４０Ａ、４０Ｂの詳細については後述する。

ＭＲＩユニット２０装填時のマウス収納部ギャップ３０の位置は架台４２により調整される。マウス収納部ギャップ３０が超電導磁石１２のボア１２ａ内の磁場が均一な所望の位置となるように調整される。

勾配磁場コイル４０Ｂの下側には、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４０Ａ、４０Ｂ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４０Ｂ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４０Ａ、４０ＢはＸＹＺ三軸勾配磁場電源５７に接続されている。ソレノイドコイル８２はトリマキャパシタ８４および同軸ケーブル８５を介して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検出部）
本実施形態による画像撮像システムのＭＲＩユニット２０のＭＲＩ検出部２２について図３及び図４を用いて説明する。図３はＭＲＩ検出部を示す斜視図であり、図４はＭＲＩ検出部の組立斜視図である。

ＭＲＩ検出部２２は、撮像対象である小動物、例えばマウスＭを収納するためのマウス収納部ギャップ３０と、マウス収納部ギャップ３０の上下に設けられ、勾配磁場を発生するための勾配磁場コイル４０Ａ、４０Ｂと、これら勾配磁場コイル４０Ａ、４０Ｂとマウス収納部ギャップ３０を支持する架台４２とを有している。架台４２にフランジ４２ａが設けられている。

例えば、ＭＲＩ検出部２２は、直径７２ｍｍ、全長１２０ｍｍである。勾配磁場コイル４０Ａ、４０Ｂは、それぞれ、直径７０ｍｍ、高さ３２ｍｍである。マウス収納部ギャップ３０は、高さ５６ｍｍである。架台４２は、直径３９ｍｍ、高さ３１０ｍｍであり、架台４２のフランジ４２ａは、直径１８０ｍｍ、高さ８ｍｍである。

マウス収納部ギャップ３０の上側の勾配磁場コイル４０Ａは、桶型の３層のコイル５１、５２、５３を重ね合わせた勾配磁場コイルの上側半分である。

マウス収納部ギャップ３０の下側の勾配磁場コイル４０Ｂは、桶型の３層のコイル６１、６２、６３を重ね合わせた勾配磁場コイルの下側半分である。

上側の勾配磁場コイル４０Ａは、図３、図４に示すように、最外層のコイル５１内にコイル５２が収納され、コイル５２内にコイル５３が収納される。

下側の勾配磁場コイル４０Ｂは、図４に示すように、最外層のコイル６１内にコイル６２が収納され、コイル６２内にコイル６３が収納される。

桶型の３層のコイル５１、５２、５３は、例えば銅により形成され、重ね合わせた厚さは例えば５ｍｍである。

最外層である桶型のコイル５１は、例えば、直径７０ｍｍの底部５１ａと、外径７０ｍｍ、内径６８ｍｍ、高さ３０ｍｍの筒部５１ｂとが一体となっている。

桶型のコイル５２は、桶型のコイル５１に隙間無く収納されるように形成され、例えば、直径６７ｍｍの底部５２ａと、外径６７ｍｍ、内径６５ｍｍ、高さ３０ｍｍの筒部５２ｂとが一体となっている。

桶型のコイル５３は、桶型のコイル５２に隙間無く収納されるように形成され、例えば、直径６４ｍｍの底部５３ａと、外径６４ｍｍ、内径６２ｍｍ、高さ２５ｍｍの筒部５３ｂとが一体となっている。

桶型の３層のコイル６１、６２、６３は、例えば銅により形成され、厚さは例えば５ｍｍである。

最外層である桶型のコイル６１は、例えば、直径７０ｍｍの底部６１ａと、外径７０ｍｍ、内径６８ｍｍ、高さ３０ｍｍの筒部６１ｂとが一体となっている。

桶型のコイル６２は、桶型のコイル６１に隙間無く収納されるように形成され、例えば、直径６７ｍｍの底部６２ａと、外径６７ｍｍ、内径６５ｍｍ、高さ３０ｍｍの筒部６２ｂとが一体となっている。

桶型のコイル６３は、桶型のコイル６２に隙間無く収納されるように形成され、例えば、直径６４ｍｍの底部６３ａと、外径６４ｍｍ、内径６２ｍｍ、高さ２５ｍｍの筒部６３ｂとが一体となっている。

上側の勾配磁場コイル４０Ａの最外層の桶型のコイル５１と、下側の勾配磁場コイル４０Ｂの最外層の桶型のコイル６１とは、図４に示すように、マウス収納部ギャップ３０と一体となるように形成される。

桶型のコイル５１、５２、５３により上側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル４０Ａを構成し、桶型のコイル６１、６２、６３により下側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル４０Ｂを構成している。この場合、三軸方向の定義は、マウスＭをマウス収納部ギャップ３０に収納した場合において、Ｘ軸は両耳を貫く方向、Ｙ軸は水平の体軸方向、Ｚ軸は鉛直方向である。

桶型のコイル５１は、上側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル４０Ａ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軸勾配磁場桶型コイル５１である。

桶型のコイル５２は、上側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル４０Ａ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軸勾配磁場桶型コイル５２である。

桶型のコイル５３は、上側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル４０Ａ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軸勾配磁場桶型コイル５３である。

桶型のコイル６１は、下側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル４０Ｂ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軸勾配磁場桶型コイル６１である。

桶型のコイル６２は、下側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル４０Ｂ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軸勾配磁場桶型コイル６２である。

桶型のコイル６３は、下側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル４０Ｂ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軸勾配磁場桶型コイル６３である。

最外層は上記の記載の様に、超電導磁石内径ボア１２ａからＺ軸コイル５３，６３が距離を稼げるように、Ｚ軸コイル５３，６３であることが望ましい。Ｚ軸コイル５３，６３は小さくても均一領域を確保しやすいので小さめの最外層でもよい一方、Ｚ軸コイル５３，６３は磁石内径ボア１２ａに対して渦電流を呼び込みやすい弱点がある。したがって、Ｚ軸コイル５３，６３を最外層として距離を稼ぐようにすれば、Ｚ軸コイル５３，６３駆動時にボア１２ａに流れる渦電流を低減することができるという効果がある。

ＸＹＺ三軸勾配磁場コイル４０Ａ、４０Ｂのサイズは、室温シムコイルのボア内径、例えば７２ｍｍ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。コイル５１および６１の外側（磁石ボア１２ａとの間）に、ＸＹＺ軸のキャンセルコイル（図示せず）を敷設することもできる。この場合は、全体を少し小さめに作ってキャンセルコイルのスペースをあらかじめ確保しておく必要がある。

この場合のＸＹＺ軸キャンセルコイルの巻数は、上側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル４０Ａと下側のＸＹＺ三軸勾配磁場コイル４０Ｂの各外側に別層で敷設して、それら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８９ｍｍ径表面に勾配磁場コイル４０Ａ、４０Ｂ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７３ｍｍ径の表面に対する漏れ磁場を考慮してもよい。

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。ＸＹＺ軸キャンセルコイル（図示せず）は、磁石ボア１２a側からＺ軸、Ｘ軸、Ｙ軸の順に敷設することが好ましいかが、敷設スペースに限りがある場合は、Ｘ軸、Ｙ軸を省略し、Ｚ軸キャンセルコイルのみを敷設しても良い。

図５乃至図８に、勾配磁場コイル４０Ａ、４０Ｂにおけるコイル５１〜５３、６１〜６３のパターンの一具体例を示す。

図５に示すパターンは、Ｘ軸勾配磁場桶型コイル５１、６１、Ｙ軸勾配磁場桶型コイル５２、６２のパターンの一具体例である。図５（ｂ）は桶型のＸ軸勾配磁場桶型コイル５１、６１、Ｙ軸勾配磁場桶型コイル５２、６２のパターンを示す斜視図であり、図５（ａ）はＸ軸勾配磁場桶型コイル５１、６１、Ｙ軸勾配磁場桶型コイル５２、６２のパターンを平面に展開した状態で示している。

Ｘ軸勾配磁場桶型コイル５１、６１、Ｙ軸勾配磁場桶型コイル５２、６２では、図５（ｂ）に示すように、桶型コイルの底部に平行な複数本の電線（Ａ−ａ、Ｂ−ｂ、Ｃ−ｃ、…、Ｎ−ｎ）が設けられており、それによりＸ軸勾配磁場、Ｙ軸勾配磁場を形成する。図５（ａ）の中央にある複数本の電線（Ａ−ａ、Ｂ−ｂ、Ｃ−ｃ、…、Ｎ−ｎ）が桶型コイルの底部に設けられた電線である。

複数本の電線（Ａ−ａ、Ｂ−ｂ、Ｃ−ｃ、…、Ｎ−ｎ）のパターンは、マウス収納部ギャップ３０のほぼ中央に所望の線形の勾配磁場が形成されるように計算により求められている。

桶型コイルの筒部には、底部に設けられた平行な複数本の電線（Ａ−ａ、Ｂ−ｂ、Ｃ−ｃ、…、Ｎ−ｎ）の戻り線である複数本の電線（Ａ′−ａ′、Ｂ′−ｂ′、Ｃ′−ｃ′、…、Ｎ′−ｎ′）が設けられている。図５（ａ）の左右にある複数本の電線（Ａ′−ａ′、Ｂ′−ｂ′、Ｃ′−ｃ′、…、Ｎ′−ｎ′）が桶型コイルの筒部に設けられた戻り線である電線である。

複数本の電線（Ａ′−ａ′、Ｂ′−ｂ′、Ｃ′−ｃ′、…、Ｎ′−ｎ′）のパターンは、桶型コイルの底部にある複数本の電線により形成される勾配磁場に対する影響が少なくなるように計算により求められている。

Ｘ軸勾配磁場桶型コイル５１、６１とＹ軸勾配磁場桶型コイル５２、６２とは、底部に設けられた複数本の電線の方向が９０度回転して異なるだけで、パターンの基本形状は同じである。

図６に桶型対向型ＧＸコイルのパターンを示す。桶型対向型ＧＸコイルのパターンを平面に展開した状態で示している。

上側の勾配磁場コイル４０ＡのＸ軸勾配磁場桶型コイル５１と、下側の勾配磁場コイル４０ＢのＸ軸勾配磁場桶型コイル６１により、桶型対向型ＧＸコイルを構成している。Ｘ軸勾配磁場桶型コイル５１とＸ軸勾配磁場桶型コイル６１とは、図６に示すように接続され、１本の電線として構成されている。

Ｘ軸勾配磁場桶型コイル５１とＸ軸勾配磁場桶型コイル６１の各電線には、図６の矢印で示す方向に電流がながれ、これにより、対向するＸ軸勾配磁場桶型コイル５１とＸ軸勾配磁場桶型コイル６１の間の空間にＸ軸勾配磁場が形成される。

図７に桶型対向型ＧＹコイルのパターンを示す。桶型対向型ＧＹコイルのパターンを平面に展開した状態で示している。

上側の勾配磁場コイル４０ＡのＹ軸勾配磁場桶型コイル５２と、下側の勾配磁場コイル４０ＢのＹ軸勾配磁場桶型コイル６２により、桶型対向型ＧＹコイルを構成している。Ｙ軸勾配磁場桶型コイル５２とＹ軸勾配磁場桶型コイル６２とは、図７に示すように接続され、１本の電線として構成されている。

Ｙ軸勾配磁場桶型コイル５２とＹ軸勾配磁場桶型コイル６２の各電線には、図７の矢印で示す方向に電流がながれ、これにより、対向するＹ軸勾配磁場桶型コイル５２とＹ軸勾配磁場桶型コイル６２の間の空間にＹ軸勾配磁場が形成される。

図８は桶型対向型ＧＺコイルのパターンを示す。桶型対向型ＧＺコイルのパターンを平面に展開した状態で示している。

Ｚ軸勾配磁場桶型コイル５３、６３では、図４に示すように、桶型コイルの底部に渦巻き状の電線が設けられており、桶型コイルの筒部には、底部に設けられた渦巻き状の電線に連続する渦巻き状の電線が設けられている。

上側の勾配磁場コイル４０ＡのＺ軸勾配磁場桶型コイル５３と、下側の勾配磁場コイル４０ＢのＺ軸勾配磁場桶型コイル６３により、桶型対向型ＧＺコイルを構成している。Ｚ軸勾配磁場桶型コイル５３とＺ軸勾配磁場桶型コイル６３とは、図８に示すように接続され、１本の電線として構成されている。

Ｚ軸勾配磁場桶型コイル５３とＺ軸勾配磁場桶型コイル６３の電線には、図８の矢印で示す方向に電流がながれ、これにより、対向するＺ軸勾配磁場桶型コイル５３とＺ軸勾配磁場桶型コイル６３の間の空間であるマウス収納部ギャップ３０にＺ軸勾配磁場が形成される。

（マウス収納部ギャップ）
本実施形態による画像撮像システムのＭＲＩユニット２０のＭＲＩ検出部２２のマウス収納部ギャップ３０について図９を用いて説明する。図９（ａ）はマウス収納部ギャップを示す斜視図であり、図９（ｂ）はＲＦコイル箱を示す斜視図である。

図９（ａ）にマウス収納部ギャップ３０を示す。マウス収納部ギャップ３０は、上下から挟まれた、上側の勾配磁場コイル４０Ａの最外層の桶型のコイル５１と、下側の勾配磁場コイル４０Ｂの最外層の桶型のコイル６１と一体に形成されている。

マウス収納部ギャップ３０には左右の柱部７０、７１が設けられていて、上側のコイル５１と市側のコイル６１とを連結している。左側の柱部７０と右側の柱部７１との間には、後述するＲＦコイル箱を収納するための空間７２が形成されている。

左側の柱部７０の内側前部には、マウスＭに視覚刺激を与えるためのＬＥＤ７４が埋め込まれており、右側の柱部７１の内側前部には、マウスＭに刺激を与えるためのＬＥＤ７５が埋め込まれている。ＬＥＤ７４、７５として白色光、赤・緑・青、および赤外光のものが適宜選択して取り付けられている。

左側の柱部７０の内側中央には、後述するトリマキャパシタを回転させるための穴７６が設けられており、右側の柱部７１の内側中央には、後述するトリマキャパシタを回転させるための穴７７が設けられている。

図９（ｂ）にＲＦコイル箱８０を示す。ＲＦコイル箱８０は、左側の柱部７０と右側の柱部７１との間に形成された空間７２に収納される。ＲＦコイル箱８０の表面には、例えば約５０μｍ厚の銅箔シールド（図示せず）が貼られている。ＲＦコイル箱８０の中央には円形の穴８１が形成されている。

この円形の穴８１の中心軸に合うようにソレノイドコイル８２が収納される。ソレノイドコイル８２はＭＲＩ信号の検出コイルとして機能する。ソレノイドコイル８２には、チップキャパシタ８３と容量可変のトリマキャパシタ８４が設けられている。ソレノイドコイル８２には同軸ケーブル８５が接続されている。

ＲＦコイル箱８０の円形の穴８１内に撮像対象であるマウスＭを収容し、ソレノイドコイル８２を用いてマウスＭを撮像する。

ＲＦコイル箱８０の前部には、円形の穴８１を塞ぐ銅網シールド８６を取り付けることができる。銅網シールド８６は、例えば２００μｍ径の銅線をメッシュ状に編み込んで形成する。銅網シールド８６は、可視光は透過するが高周波電磁場は通さない。これはマウスに対するＬＥＤ７４を用いた双方向的な機能ＭＲＩ（Functional MRI）を行うとき等に用いる。

（腹部撮像用プレート）
本実施形態による画像撮像システムのＭＲＩユニット２０のＭＲＩ検出部２２で用いる腹部撮像用プレートについて図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は腹部撮像用プレートを示す斜視図であり、図１０（ｂ）はＭＲＩ検出部に腹部撮像用プレートを収容した状態を示す図である。

図１０（ａ）に腹部撮像用プレート１００を示す。腹部撮像用プレート１００は、撮像対象であるマウスＭの腹部を撮像するためのものである。

腹部撮像用プレート１００は、図１０（ｂ）に示すように、マウス収納部ギャップ３０の空間７２全長の長さを有している。腹部撮像用プレート１００にマウスＭを収容したときに、撮像対象であるマウスＭの腹部がマウス収納部ギャップ３０の空間７２のほぼ真ん中に位置するように構成されている。

図１０（ａ）に示すように、腹部撮像用プレート１００の前部には麻酔マスク１０２が設けられている。麻酔マスク１０２は外部に配管されている。必要に応じて、麻酔ガスを外部から注入してマウスＭに与えることができる。

腹部撮像用プレート１００の麻酔マスク１０２手前には、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１０４が設けられている。マウスＭを噛み付き棒１０４に噛み付かせたときに、マウスＭの腹部が撮像に適した所定位置となるように、噛み付き棒１０４の位置を調整する。

噛み付き棒１０４は液体を通すことができる管により形成され、外部から配管されている。マウスＭの噛み付き箇所には穴１０４ａが開けられている。例えば、噛み付き棒１０４に適宜制御して砂糖水を導入することにより、マウスＭに穴１０４ａから砂糖水を供給することができる。

腹部撮像用プレート１００の中央には心拍呼吸検出用バルーン１０６が設けられている。マウスＭを収容したとき、その腹部が心拍呼吸検出用バルーン１０６を圧迫する。心拍呼吸検出用バルーン１０６は外部に配管されている。心拍呼吸検出用バルーン１０６の空気圧変化を検出することにより、マウスＭの心拍や呼吸を検出することができる。

マウスＭが空間７２に対して充分に収納できる場合は、腹部撮像用プレート１００を用いて、後述の頭部撮像用プレート１１０を用いなくても、マウスＭの頭部撮像を行うこともできる。また、麻酔マスク１０２や噛み付き棒１０４を用いて、マウスＭに対する機能ＭＲＩ（Functional MRI）を行うことができる。

（頭部撮像用プレート）
本実施形態による画像撮像システムのＭＲＩユニット２０のＭＲＩ検出部２２で用いる頭部撮像用プレートについて図１１及び図１２を用いて説明する。図１１（ａ）は頭部撮像用プレートを示す斜視図であり、図１１（ｂ）及び図１２はＭＲＩ検出部に頭部撮像用プレートを収容した状態を示す図である。

図１１（ａ）に頭部撮像用プレート１１０を示す。頭部撮像用プレート１１０は、撮像対象であるマウスＭが空間７２に対して相対的に大きくなってしまった場合に、マウスＭの頭部を撮像するためのものである。

頭部撮像用プレート１１０は、図１１（ｂ）に示すように、マウス収納部ギャップ３０の空間７２全長の約２／３の長さで下方に折れ曲がったＬ字形状をしている。頭部撮像用プレート１１０にマウスＭを収容し、Ｌ字形状の頭部撮像用プレート１１０をＲＦコイル箱８０の穴８１に載置したときに、撮像対象であるマウスＭの頭部がマウス収納部ギャップ３０の空間７２のほぼ真ん中に位置するように構成されている。

図１１（ａ）に示すように、頭部撮像用プレート１１０の前部には、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１１２が設けられている。マウスＭを噛み付き棒１１２に噛み付かせたときに、マウスＭの頭部が撮像に適した所定位置となるように、噛み付き棒１１２の位置を調整する。

噛み付き棒１１２は液体を通すことができる管により形成され、外部から配管されている。マウスＭの噛み付き箇所には穴１１２ａが開けられている。例えば、噛み付き棒１１２に適宜制御して砂糖水を導入することにより、マウスＭに穴１１２ａから砂糖水を供給することができる。

頭部撮像用プレート１１０の中央には心拍呼吸検出用バルーン１１４が設けられている。マウスＭを収容したとき、その頭部が心拍呼吸検出用バルーン１１４を圧迫する。心拍呼吸検出用バルーン１１４は外部に配管されている。心拍呼吸検出用バルーン１１４の空気圧を検出することにより、マウスＭの心拍や呼吸を検出することができる。

頭部撮像用プレート１１０の噛み付き棒１１２と心拍呼吸検出用バルーン１１４の間には、左右に空気圧式スイッチ１１６ａ、１１６ｂが設けられている。空気圧式スイッチ１１６ａ、１１６ｂは外部に配管されている。マウスＭが収容されたときに、マウスＭの前足により空気圧式スイッチ１１６ａ、１１６ｂを押すことができる。空気圧式スイッチ１１６ａ、１１６ｂの空気圧を検出することにより、マウスＭの前足の押下を検出することができる。

Ｌ字形状の頭部撮像用プレート１１０の後部には、マウスＭの尻部を収容するためのポケット１１８が設けられている。

頭部撮像用プレート１１０に収容されたマウスＭに様々な画像を紙芝居のように見せるため、ＭＲＩ検出部２２の前方に、図１１（ｂ）及び図１２に示すような表示部１２０を設けてもよい。表示部１２０には、例えば、縦長のプレートに様々な画像を表示されており、表示部１２０を上下することにより、マウス収納部ギャップ３０に収容されたマウスＭの前方に様々な画像を表示することができる。この場合、ＬＥＤ７４、７５を照明として使用することが出来る。

噛み付き棒１０４や空気圧式スイッチ１１６ａ、１１６ｂ、表示部１２０を用いて、マウスＭに対する双方向的な機能ＭＲＩ（Functional MRI）を行うことができる。

なお、撮像対象であるマウスＭの頭部を撮像しようとする場合、撮像対象であるマウスＭの胴体の大きさによっては超電導磁石ボア１２ａにマウスＭの胴体が当たってしまい、所望の線形の勾配磁場が形成される勾配磁場コイル４０Ａ、４０Ｂの中央部分にマウスＭの頭部が位置するようにマウス収納部ギャップ３０に収納することが物理的に困難な場合がある。

そのような場合には、ＭＲＩ検出部２２の中心に対して勾配磁場コイル４０Ａ、４０Ｂを設ける位置を偏心させる。例えば、図１３に示すように、勾配磁場コイル４０Ａ、４０Ｂを、図１３左側に偏心させることにより、勾配磁場コイル４０Ａ、４０Ｂによる所望の線形の勾配磁場の形成領域を左側に移動させ、撮像対象であるマウスＭの頭部の位置に適合させる。

［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、桶型の３層のコイルを重ね合わせるのに、マウス収納部ギャップ３０側からＸ軸勾配磁場桶型コイル、Ｙ軸勾配磁場桶型コイル、Ｚ軸勾配磁場桶型コイルの順番で重ね合わせたが、この順番に限らない。どのような順番で３層のコイルを重ね合わせてもよい。

また、上記実施形態では、勾配磁場コイルは、円形の底部と筒部が一体となった桶型のコイルであったが、これに限らない。例えば、四角形、六角形、八角形等の多角形や、楕円形等の形状の底部と筒部とが一体となった桶型のコイルでもよい。

さらに、上記実施形態では、勾配磁場コイルはマウス収納部ギャップ３０に対して上下一対の桶型のコイルであったが、これに限らない。例えば、上半分は桶型コイルの上側、下半分は一般的な円筒形勾配磁場コイルの下半分で一対を成して最適化された勾配磁場コイルを用いてもよい。

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…マウス収納部ギャップギャップ
４０Ａ、４０Ｂ…勾配磁場コイル
４２…架台
４２ａ…フランジ
５１…Ｘ軸勾配磁場桶型コイル上側
５２…Ｙ軸勾配磁場桶型コイル上側
５３…Ｚ軸勾配磁場桶型コイル上側
６１…Ｘ軸勾配磁場桶型コイル下側
６２…Ｙ軸勾配磁場桶型コイル下側
６３…Ｚ軸勾配磁場桶型コイル下側
７０、７１…柱部
７２…空間
７４、７５…ＬＥＤ
７６、７７…穴
８０…ＲＦコイル箱
８１…穴
８２…ソレノイドコイル
８３…チップキャパシタ
８４…トリマキャパシタ
８５…同軸ケーブル
８６…銅網シールド
１００…腹部撮像用プレート
１０２…麻酔マスク
１０４…噛み付き棒
１０４ａ…穴
１０６…心拍呼吸検出用バルーン
１１０…頭部撮像用プレート
１１２…噛み付き棒
１１２ａ…穴
１１４…心拍呼吸検出用バルーン
１１６ａ、１１６ｂ…空気圧式スイッチ
１１８…ポケット
１２０…表示部
Ｍ…マウス

Claims

底部を対向させた一対の桶型コイルを有し、前記一対の桶型コイル間に勾配磁場を発生する勾配磁場コイルと、
前記一対の桶型コイル間に収納され、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近傍に位置する検出コイルと
を有する画像撮像検出部
を有することを特徴とする画像撮像ユニット。
請求項１記載の画像撮像ユニットにおいて、
前記桶型コイルは、勾配磁場を発生させるコイルが形成された底部と、前記コイルの戻り線が形成された筒部とを有する
ことを特徴とする画像撮像ユニット。
請求項１又は２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、
前記一対の桶型コイルの一方は、Ｘ方向の勾配磁場を発生させる第１のＸ軸勾配磁場桶型コイルと、Ｙ方向の勾配磁場を発生させる第１のＹ軸勾配磁場桶型コイルと、Ｚ方向の勾配磁場を発生させる第１のＺ軸勾配磁場桶型コイルとを有し、前記第１のＸ軸勾配磁場桶型コイルと前記第１のＹ軸勾配磁場桶型コイルと前記第１のＺ軸勾配磁場桶型コイルとが重ね合わされており、
前記一対の桶型コイルの他方は、Ｘ方向の勾配磁場を発生させる第２のＸ軸勾配磁場桶型コイルと、Ｙ方向の勾配磁場を発生させる第２のＹ軸勾配磁場桶型コイルと、Ｚ方向の勾配磁場を発生させる第２のＺ軸勾配磁場桶型コイルとを有し、前記第２のＸ軸勾配磁場桶型コイルと前記第２のＹ軸勾配磁場桶型コイルと前記第２のＺ軸勾配磁場桶型コイルとが重ね合わされている
ことを特徴とする画像撮像ユニット。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像撮像ユニットにおいて、
前記検出コイルは、前記撮像対象の周囲に巻回されるソレノイドコイルである
ことを特徴とする画像撮像ユニット。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像撮像ユニットにおいて、
前記検査対象は小動物であり、
前記画像撮像検出部は、前記収容部に設けられ、前記小動物が噛み付くための噛み付き棒を更に有する
ことを特徴とする画像撮像ユニット。
検査空間に静磁場を発生させる静磁場発生磁石と、
底部を対向させた一対の桶型コイルを有し、前記一対の桶型コイル間に勾配磁場を発生する勾配磁場コイルと、前記一対の桶型コイル間に収納され、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近傍に位置する検出コイルとを有する画像撮像検出部とを有し、
前記画像撮像ユニットの前記画像撮像検出部を、前記静磁場発生磁石内の前記検査空間に収納する
ことを特徴とする画像撮像装置。