JP2915096B2 - 多重変調磁場による電子スピン共鳴画像装置 - Google Patents
多重変調磁場による電子スピン共鳴画像装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、空間的に異なる位置には、異なる周波数で
ｚ方向の磁場を変調することにより、電子スピン共鳴の
空間分布画像を得る多重変調磁場による電子スピン共鳴
画像装置に関する。
ｚ方向の磁場を変調することにより、電子スピン共鳴の
空間分布画像を得る多重変調磁場による電子スピン共鳴
画像装置に関する。
（従来の技術） 電子スピン共鳴（ESR）とは、磁場下における電子ス
ピンの磁性によるマイクロ波吸収をいい、この吸収量か
ら電子スピンの濃度を調べることができる。電子スピン
は、物質中では対をなすためにその磁性が観測されない
が、放射線照射や化学反応によって不対電子が生じる
と、この不対電子によるESR信号が電子スピン共鳴装置
で観測される。このことから、ESRは、放射線線量計測
や、自然放射線量計測による地質年代測定に利用されて
いる。また、ESR画像処理により不対電子の分布を調べ
る方法も研究（例えば池谷元伺著「ESR年代測定」,198
7,アイオニクス社）されている。
ピンの磁性によるマイクロ波吸収をいい、この吸収量か
ら電子スピンの濃度を調べることができる。電子スピン
は、物質中では対をなすためにその磁性が観測されない
が、放射線照射や化学反応によって不対電子が生じる
と、この不対電子によるESR信号が電子スピン共鳴装置
で観測される。このことから、ESRは、放射線線量計測
や、自然放射線量計測による地質年代測定に利用されて
いる。また、ESR画像処理により不対電子の分布を調べ
る方法も研究（例えば池谷元伺著「ESR年代測定」,198
7,アイオニクス社）されている。
そして、従来、電子スピン共鳴（ESR）画像を得るた
めには、磁気勾配を実現することにより空間的に異なる
磁場の強さを実現し、磁気共鳴の周波数又は外部均一磁
場強さの違いからESR画像を構成するようにしている。
めには、磁気勾配を実現することにより空間的に異なる
磁場の強さを実現し、磁気共鳴の周波数又は外部均一磁
場強さの違いからESR画像を構成するようにしている。
なお、本願の発明者による先行技術として、特開平１
−216245号（電子スピン共鳴装置）、特開平１−315936
（極微変調走査型分析装置）が提案されている。
−216245号（電子スピン共鳴装置）、特開平１−315936
（極微変調走査型分析装置）が提案されている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、磁気勾配を付加する従来の方式では、
得られた電子スピン共鳴スペクトルは、均一磁場のスペ
クトルを組み込み積分したものであり、フーリェ変換と
逆変換により投影写像を得て、更に逆投影により空間分
布を得るために、高速の計算機を利用せざるを得ない。
また、信号の雑音のため人為的に虚偽の画像が現れる。
得られた電子スピン共鳴スペクトルは、均一磁場のスペ
クトルを組み込み積分したものであり、フーリェ変換と
逆変換により投影写像を得て、更に逆投影により空間分
布を得るために、高速の計算機を利用せざるを得ない。
また、信号の雑音のため人為的に虚偽の画像が現れる。
本発明は、上記問題点を解決するために、空間的に磁
場の強さを変えるのではなく、磁場を局所的に異なる周
波数で変調（多重変調）して、任意の点での磁気共鳴信
号強度を直接得ることにより、簡単に、しかもノイズの
少ない多重変調磁場による電子スピン共鳴画像装置を提
供することを目的とする。
場の強さを変えるのではなく、磁場を局所的に異なる周
波数で変調（多重変調）して、任意の点での磁気共鳴信
号強度を直接得ることにより、簡単に、しかもノイズの
少ない多重変調磁場による電子スピン共鳴画像装置を提
供することを目的とする。
（課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するために、多重変調磁場
による電子スピン共鳴画像装置において、全空間に発生
する磁場と、該磁場の空間的に異なる位置に、異なる周
波数の変調磁場を発生させる手段と、該変調磁場の交わ
る部分の信号を出力する手段と、該手段からの出力によ
り、スピンの空間濃度分布を画像化する手段とを設ける
ようにしたものである。
による電子スピン共鳴画像装置において、全空間に発生
する磁場と、該磁場の空間的に異なる位置に、異なる周
波数の変調磁場を発生させる手段と、該変調磁場の交わ
る部分の信号を出力する手段と、該手段からの出力によ
り、スピンの空間濃度分布を画像化する手段とを設ける
ようにしたものである。
また、ミクロ配線により、空間的に異なる位置に、異
なる周波数の変調磁場を発生させるように構成すること
ができる。
なる周波数の変調磁場を発生させるように構成すること
ができる。
更に、電子スピン共鳴画像で用いられる磁気勾配を３
軸方向（z,x,y）の各軸ごとに異なる周波数（ωz,ωx,
ωｙ）で変調し、全空間に発生する変調磁場ωの側帯波
成分（ω±ωｚ±ωｘ±ωｙ）を除去することにより、
空間の基準点でのスピン濃度を得て磁気勾配の基準点を
電気的に走査することにより二次元画像を得るようにし
たものである。
軸方向（z,x,y）の各軸ごとに異なる周波数（ωz,ωx,
ωｙ）で変調し、全空間に発生する変調磁場ωの側帯波
成分（ω±ωｚ±ωｘ±ωｙ）を除去することにより、
空間の基準点でのスピン濃度を得て磁気勾配の基準点を
電気的に走査することにより二次元画像を得るようにし
たものである。
また、３本の直線状導体の端部を共に連結した矩形コ
イルを互いに対向させ、電子スピン共鳴空洞共振器によ
りx,y面内の二次元画像を得るようにすることができ
る。
イルを互いに対向させ、電子スピン共鳴空洞共振器によ
りx,y面内の二次元画像を得るようにすることができ
る。
更に、この直線状導体を中空にし、その内部にｙ方向
の磁気勾配をかけるようにコイルを挿入することによ
り、x,y,zの任意の点でスピン濃度を得て三次元画像を
得るようにすることができる。
の磁気勾配をかけるようにコイルを挿入することによ
り、x,y,zの任意の点でスピン濃度を得て三次元画像を
得るようにすることができる。
（作用） 本発明によれば、第14図に示すように、外部磁石（磁
界の強さを変えられる電磁石を含む）21により、周波数
ωｚによる外部磁場が加えられる空洞共振器22内の支持
体23上に試料24をセットする。ｘ軸とｙ軸とは異なった
周波数ωx,ωｙによる磁場が加えられる。該周波数ωx,
ωｙによる磁場は、パソコン25からの制御信号により駆
動させるスイッチング回路26により、ｘ軸とｙ軸を次々
と切り換え、検出器27を介して二重ロックインアンプ28
により、各々の画素に対応する濃度を得ることができ、
画像装置29に空間的二次元画像を得ることができる。
界の強さを変えられる電磁石を含む）21により、周波数
ωｚによる外部磁場が加えられる空洞共振器22内の支持
体23上に試料24をセットする。ｘ軸とｙ軸とは異なった
周波数ωx,ωｙによる磁場が加えられる。該周波数ωx,
ωｙによる磁場は、パソコン25からの制御信号により駆
動させるスイッチング回路26により、ｘ軸とｙ軸を次々
と切り換え、検出器27を介して二重ロックインアンプ28
により、各々の画素に対応する濃度を得ることができ、
画像装置29に空間的二次元画像を得ることができる。
このように、ｆ（x,y）の分布を持つ画像において、
特定のｘ位置では周波数ωｘで磁場を変調し、特定のｙ
位置では周波数ωｙで磁場を変調することにより、周波
数ωx,ωｙで二重に変調されている（x,y）位置の信号
強度を二重ロックインアンプで増幅することにより、ｆ
（x,y）の分布を得ることができる。
特定のｘ位置では周波数ωｘで磁場を変調し、特定のｙ
位置では周波数ωｙで磁場を変調することにより、周波
数ωx,ωｙで二重に変調されている（x,y）位置の信号
強度を二重ロックインアンプで増幅することにより、ｆ
（x,y）の分布を得ることができる。
この場合、全空間をωの周波数（市販ESRではω＝100
KHz）で磁場変調しておき、ωx,ωｙ（＜ω）で二重変
調を加え、ωでのロックインアンプの増幅帯域外にω±
ωｘ±ωｙを持ち込むことにより、x,y,（x,y）部分を
除いた画像を得てもよい。磁気勾配を変調する方式でも
異なる周波数による多重変調を利用することにより直接
画像を得ることができる。
KHz）で磁場変調しておき、ωx,ωｙ（＜ω）で二重変
調を加え、ωでのロックインアンプの増幅帯域外にω±
ωｘ±ωｙを持ち込むことにより、x,y,（x,y）部分を
除いた画像を得てもよい。磁気勾配を変調する方式でも
異なる周波数による多重変調を利用することにより直接
画像を得ることができる。
即ち、複数の周波数で磁場変調を受けた位置にある部
分の磁気共鳴信号は、その和と差の周波数で変調を受け
ている。即ち、信号強度は、 sinω1t・sinω2t ＝1/2〔cos（ω１＋ω２）ｔ −cos（ω１−ω２）ｔ〕 …（１） 故に、周波数がずれた成分として観測される。
分の磁気共鳴信号は、その和と差の周波数で変調を受け
ている。即ち、信号強度は、 sinω1t・sinω2t ＝1/2〔cos（ω１＋ω２）ｔ −cos（ω１−ω２）ｔ〕 …（１） 故に、周波数がずれた成分として観測される。
従って、変調周波数ωで磁場を変調し、新しく空間位
置により、ωx,ωy,ωｚなどで磁場変調を行うと、ESR
信号は、ω±ωx.ω±ωy.ω±ωz,ω±ωｘ±ωy,ω±
ωｘ±ωｙ±ωz,……，など位置により異なる周波数の
変調を受けることになる。ESR信号強度の周波数スペク
トルは、上記の側帯波を持ち、変調磁場がかかっていな
い場所のみが、ωの周波数のままである。
置により、ωx,ωy,ωｚなどで磁場変調を行うと、ESR
信号は、ω±ωx.ω±ωy.ω±ωz,ω±ωｘ±ωy,ω±
ωｘ±ωｙ±ωz,……，など位置により異なる周波数の
変調を受けることになる。ESR信号強度の周波数スペク
トルは、上記の側帯波を持ち、変調磁場がかかっていな
い場所のみが、ωの周波数のままである。
従って、位置x,yを外部均一磁場に変換する従来の方
式を、磁場変調の変調周波数を考慮することにより、一
点での信号強度を直接得ることができる。
式を、磁場変調の変調周波数を考慮することにより、一
点での信号強度を直接得ることができる。
従来、ｙ及びｘ方向に同様の変調磁場を印加しても、
ｚ＝０の線（又は面）の基準線（面）を空間的に回転す
るにすぎず、投影図より空間分布を構築する従来の「逆
投影法」を用いない限り空間分布を得ることができなか
ったが、本発明によれば、異なる周波数で磁気勾配を変
調する多重変調方式によって空間の任意の点（x,y,z）
のみを基準磁場に、他の部分を変調磁場にすることがで
き、パソコンなどにより簡単に解像度の高い画像を得る
ことができる。
ｚ＝０の線（又は面）の基準線（面）を空間的に回転す
るにすぎず、投影図より空間分布を構築する従来の「逆
投影法」を用いない限り空間分布を得ることができなか
ったが、本発明によれば、異なる周波数で磁気勾配を変
調する多重変調方式によって空間の任意の点（x,y,z）
のみを基準磁場に、他の部分を変調磁場にすることがで
き、パソコンなどにより簡単に解像度の高い画像を得る
ことができる。
（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳
細に説明する。
細に説明する。
第１図は本発明の二重磁場変調による二次元画像を得
ためのミクロ配線メッシュによる局所磁場実現法の説明
図、第２図は１次微分であるｘ方向（100KHz）の出力を
示す図、第３図は二次微分であるx,y交差部分（100KHz
＋150Hzの二重変調部分）の出力を示す図、第４図はそ
れに基づいた二重磁場変調によるESRイメージング例を
示す図である。
ためのミクロ配線メッシュによる局所磁場実現法の説明
図、第２図は１次微分であるｘ方向（100KHz）の出力を
示す図、第３図は二次微分であるx,y交差部分（100KHz
＋150Hzの二重変調部分）の出力を示す図、第４図はそ
れに基づいた二重磁場変調によるESRイメージング例を
示す図である。
ここでは、図示されていないが、空洞共振器内に試料
がセットされており、そこで、以下に示す二重磁場変調
が行われる。
がセットされており、そこで、以下に示す二重磁場変調
が行われる。
第１図に示すように、ｘ及びｙ軸上に半導体製造等で
用いられるミクロ配線を行い、ｘ及びｙ軸上に格子状の
ミクロ配線を行う。今、その配線のｉ番目と（ｉ＋１）
番目にのみ、スイッチングにより、ωｘの周波数の電流
を流す。すると、ｚ方向の変調磁場が斜線部Ａで強い。
斜線部Ａの外側は逆位相で弱い変調磁場ができている。
このようにして、磁気共鳴の信号強度は、ｘ＝xiの位置
部分のみがωｘの周波数で変調を受けていることにな
る。
用いられるミクロ配線を行い、ｘ及びｙ軸上に格子状の
ミクロ配線を行う。今、その配線のｉ番目と（ｉ＋１）
番目にのみ、スイッチングにより、ωｘの周波数の電流
を流す。すると、ｚ方向の変調磁場が斜線部Ａで強い。
斜線部Ａの外側は逆位相で弱い変調磁場ができている。
このようにして、磁気共鳴の信号強度は、ｘ＝xiの位置
部分のみがωｘの周波数で変調を受けていることにな
る。
次に、ｙ方向には、ｊ番目と（ｊ＋１）番目の間にの
みωｙの周波数の電流を流す。ｙ＝yjの位置の磁気共鳴
の信号強度は、ωｙの周波数で変調されている。
みωｙの周波数の電流を流す。ｙ＝yjの位置の磁気共鳴
の信号強度は、ωｙの周波数で変調されている。
従って、交差する（x,y）では、ωｘとωｙで二重で
変調されている。
変調されている。
二次元画像を得る場合は、例えば、ωｘ＝100KHzの変
調周波数の利用し、100KHzで増幅された出力（第２図参
照）を、ωｙ（ωｙ≪ωｘ）でロックインアンプ（図示
なし）を用いて増幅する。すると、位置（x,y）の近傍
のみのESR信号（第３図参照）を得ることができる。
調周波数の利用し、100KHzで増幅された出力（第２図参
照）を、ωｙ（ωｙ≪ωｘ）でロックインアンプ（図示
なし）を用いて増幅する。すると、位置（x,y）の近傍
のみのESR信号（第３図参照）を得ることができる。
なお、市販ESRは100KHzを使用しており、100KHz近傍
のみを増幅するようにしている。従って、これを利用す
る場合には、100KHz近傍のみを増幅するロックインアン
プを使用することになるので、変調周波数ωｙは150Hz
程度が望ましい。
のみを増幅するようにしている。従って、これを利用す
る場合には、100KHz近傍のみを増幅するロックインアン
プを使用することになるので、変調周波数ωｙは150Hz
程度が望ましい。
このように、ミクロ配線に二重の局所変調磁場を加え
ることにより、その交差部分（xi,yi）のみが二重変調
を受けるので、局所部分の信号を得ることができる。そ
して、スイッチングにより走査して、i,jを次々と切り
換え、二重ロックインアンプ法により、各々の画素に対
応するスピン濃度を得ることができ、空間二次元画像を
得ることができる。
ることにより、その交差部分（xi,yi）のみが二重変調
を受けるので、局所部分の信号を得ることができる。そ
して、スイッチングにより走査して、i,jを次々と切り
換え、二重ロックインアンプ法により、各々の画素に対
応するスピン濃度を得ることができ、空間二次元画像を
得ることができる。
なお、スイッチングにはPCボードを用いれか、電子的
スイッチングを用いる。
スイッチングを用いる。
第５図は本発明の実施例を示すミクロ配線型ESR（顕
微鏡）の要部拡大斜視図、第６図はそのミクロ配線型ES
Rにより試料としての粒状のDPPH（2,2−diphenyl−ｌ−
picrylhydrazyl）のイメージング図である。
微鏡）の要部拡大斜視図、第６図はそのミクロ配線型ES
Rにより試料としての粒状のDPPH（2,2−diphenyl−ｌ−
picrylhydrazyl）のイメージング図である。
この図に示すように、格子状に張られたミクロ配線1,
2の上に試料３を固定し、円筒キャビティ内に置く。外
部磁場を掃引しながら配線のＸとＹ方向に異なった周波
数の交流電流を流して磁場変調をかけ、X,Yの交差した
部分のESR信号を２つのロックインアンプを通して検出
する。また、リレーによって交流電流を流す配線を次々
と切替え、磁場を走査して試料全域のESRイメージング
（第４図参照）が可能となる。
2の上に試料３を固定し、円筒キャビティ内に置く。外
部磁場を掃引しながら配線のＸとＹ方向に異なった周波
数の交流電流を流して磁場変調をかけ、X,Yの交差した
部分のESR信号を２つのロックインアンプを通して検出
する。また、リレーによって交流電流を流す配線を次々
と切替え、磁場を走査して試料全域のESRイメージング
（第４図参照）が可能となる。
具体例として、ミクロ配線は、φ0.08mmのエナメル線
を1.6mm×0.8mmの領域に20×10本並べた。ESR分光器
（日本電子製FE−1X）を使用し、粒状のDPPHを試料とし
て用いて得られた画像を第６図に示す。
を1.6mm×0.8mmの領域に20×10本並べた。ESR分光器
（日本電子製FE−1X）を使用し、粒状のDPPHを試料とし
て用いて得られた画像を第６図に示す。
なお、プリント配線を用いることで配線表面の凹凸を
少なくし、得られたデータに試料処理することにより、
より鮮明で高分解能な画像を得ることができる。
少なくし、得られたデータに試料処理することにより、
より鮮明で高分解能な画像を得ることができる。
第７図乃至第10図は本発明の他の実施例を示す多重変
調磁場による電子スピン共鳴画像装置の要部構成図であ
る。
調磁場による電子スピン共鳴画像装置の要部構成図であ
る。
本実施例は磁気勾配を変調し、かつ変調を受けない部
分を電気的に走査する。二次元画像用の磁気勾配コイル
として、ここでは簡単のため、３本の直線導線の端部を
連結して矩形コイルを互いに対向させて二重変調を行う
例を挙げる。
分を電気的に走査する。二次元画像用の磁気勾配コイル
として、ここでは簡単のため、３本の直線導線の端部を
連結して矩形コイルを互いに対向させて二重変調を行う
例を挙げる。
第７図に示すように、３本の直線状導体の端部と共に
連結した矩形コイルを互いに対向させるように配置す
る。そこで、電流I1をコイル11からコイル13に流し、逆
にコイル16よりコイル14に電流I2を流すと、中心点０に
磁気勾配が生じる。なお、コイル12と15はスイッチ（図
示なし）によりオフとなっている。
連結した矩形コイルを互いに対向させるように配置す
る。そこで、電流I1をコイル11からコイル13に流し、逆
にコイル16よりコイル14に電流I2を流すと、中心点０に
磁気勾配が生じる。なお、コイル12と15はスイッチ（図
示なし）によりオフとなっている。
例えば、第８図に示すように、I1とI2の電流値が同じ
であると、中心点０の基準磁場は変化せず、磁場の値は
実線ａで示すようになる。ところが、I1＞I2と両側のコ
イルの電流値が異なると、実線ｂで示すように、基準磁
場の位置は、ｚ＝０からｚ＝ｚ′へと移る。
であると、中心点０の基準磁場は変化せず、磁場の値は
実線ａで示すようになる。ところが、I1＞I2と両側のコ
イルの電流値が異なると、実線ｂで示すように、基準磁
場の位置は、ｚ＝０からｚ＝ｚ′へと移る。
ここで、I1とI2の電流がωｚの周波数の交流でコイル
11〜13とコイル14〜16は同位相とする。また、試料部全
体にはωの磁気変調がかかっているとすると、基準面近
傍でのｚ＝ｚ′位置ではωの周波数で、他の部分はω±
ωｚの周波数で変調された信号が得られる。狭帯域のロ
ックインアンプを利用する磁気共鳴では、周波数ωｚが
ある程度大きいと、ω±ωｚは帯域外となり、増幅され
ないため、ｚ＝ｚ′近傍の信号のみを得ることができ
る。そして、電流の相対値を変化させることにより、ｚ
位置を走査することができる。
11〜13とコイル14〜16は同位相とする。また、試料部全
体にはωの磁気変調がかかっているとすると、基準面近
傍でのｚ＝ｚ′位置ではωの周波数で、他の部分はω±
ωｚの周波数で変調された信号が得られる。狭帯域のロ
ックインアンプを利用する磁気共鳴では、周波数ωｚが
ある程度大きいと、ω±ωｚは帯域外となり、増幅され
ないため、ｚ＝ｚ′近傍の信号のみを得ることができ
る。そして、電流の相対値を変化させることにより、ｚ
位置を走査することができる。
次いで、第９図に示すように、コイル12から電流I1を
流し、コイル11とコイル13へ分流させる。また、同様
に、コイル15から電流I2を流し、コイル14とコイル16へ
分流させる。例えば、コイル12から電流I1を流し、コイ
ル11とコイル13へ、I1/2ずつ分流させる。一方、コイル
15から電流I2を流し、コイル14とコイル16へI2/2づつ分
流させる。すると、ｘ＝０の中心部は基準磁場B0であ
る。しかし、電流I1とI2との値が変わると、磁場勾配が
変わり、第10図に示すように、基準位置もｘ′へと移
る。
流し、コイル11とコイル13へ分流させる。また、同様
に、コイル15から電流I2を流し、コイル14とコイル16へ
分流させる。例えば、コイル12から電流I1を流し、コイ
ル11とコイル13へ、I1/2ずつ分流させる。一方、コイル
15から電流I2を流し、コイル14とコイル16へI2/2づつ分
流させる。すると、ｘ＝０の中心部は基準磁場B0であ
る。しかし、電流I1とI2との値が変わると、磁場勾配が
変わり、第10図に示すように、基準位置もｘ′へと移
る。
この実施例においては、第11図及び第12図に示すよう
に、この段階で、ωｘの周波数の電流を流すとにより、
（ｚ′,x′）では全空間に加えられる周波数ωの信号の
まま、他のｘ＝ｘ′線上では、ω±ωｚ、ｚ＝ｚ′の線
上では、ω±ωｘ、その他の空間では、ω±ωｘ±ωｙ
の周波数で磁場変調がかかることになる。
に、この段階で、ωｘの周波数の電流を流すとにより、
（ｚ′,x′）では全空間に加えられる周波数ωの信号の
まま、他のｘ＝ｘ′線上では、ω±ωｚ、ｚ＝ｚ′の線
上では、ω±ωｘ、その他の空間では、ω±ωｘ±ωｙ
の周波数で磁場変調がかかることになる。
ここで、ωｘ−ωｙもωの狭帯域ロックインアンプの
帯域幅以上の大きさであると、増幅される信号は
（ｚ′,x′）の一点からの信号になる。相対的な電流強
度の変化により（ｚ′,x′）を走査することができる。
帯域幅以上の大きさであると、増幅される信号は
（ｚ′,x′）の一点からの信号になる。相対的な電流強
度の変化により（ｚ′,x′）を走査することができる。
このように、基準静磁場に６本の直線状導体、例えば
導体棒に電流を流すことにより生じる磁気勾配（ａ）∂
Hz/∂z,（ｂ）∂Hz/∂ｘを実現することができ、電流I1
とI2の大きさを変えると、これらの電流により磁場が変
化しない位置を任意に移動させることができる。
導体棒に電流を流すことにより生じる磁気勾配（ａ）∂
Hz/∂z,（ｂ）∂Hz/∂ｘを実現することができ、電流I1
とI2の大きさを変えると、これらの電流により磁場が変
化しない位置を任意に移動させることができる。
また、三次元の画像或いはCT画像を得るために、第13
図に示すように、直線状導体はその内部を中空にした中
空直線状導体21〜26を前記したように３本１組にして、
６本配置する。その場合、例えばその中空直線状導体は
マイクロ波が侵入しない程度（スキンデプス0.8μｍ）
の薄膜を蒸着した円筒とする。その中空直線状導体21〜
26の内部には、それぞれ２つのコイル30,31、32,33を挿
入する。例えば、第13図（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、ｙ＞０の場合、実線で示すｚ方向の磁場が、ｙ＜０
の場合、点線で示す−ｚ方向の磁場が発生し、各々逆向
きに磁場が発生するように電流を流すことにより、∂Hz
/∂ｙの磁気勾配を発生させることができる。
図に示すように、直線状導体はその内部を中空にした中
空直線状導体21〜26を前記したように３本１組にして、
６本配置する。その場合、例えばその中空直線状導体は
マイクロ波が侵入しない程度（スキンデプス0.8μｍ）
の薄膜を蒸着した円筒とする。その中空直線状導体21〜
26の内部には、それぞれ２つのコイル30,31、32,33を挿
入する。例えば、第13図（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、ｙ＞０の場合、実線で示すｚ方向の磁場が、ｙ＜０
の場合、点線で示す−ｚ方向の磁場が発生し、各々逆向
きに磁場が発生するように電流を流すことにより、∂Hz
/∂ｙの磁気勾配を発生させることができる。
このように構成することにより、ｙ軸方向での空間分
解能を得ることができ、三次元の画像を得ることができ
る。
解能を得ることができ、三次元の画像を得ることができ
る。
この場合、ロックインアンプは、例えば市販されてい
る装置のω＝100KHzkのみでよく、追加する交流磁場勾
配を異なる周波数ωx,ωｙにする必要がある。また、エ
ベルトおよびヘリング〔Ewert ＆ Herring（J.Magn.Res
on.61,11−21（1985）〕らの振動磁場勾配法でも、振動
周波数を一定にしているため、二次元フーリェ変換によ
る分析を必要とし、振動磁場を用いる利点がなかった
が、この装置により初めて空間の任意の点の信号強度を
直接取り出すことが可能となった。
る装置のω＝100KHzkのみでよく、追加する交流磁場勾
配を異なる周波数ωx,ωｙにする必要がある。また、エ
ベルトおよびヘリング〔Ewert ＆ Herring（J.Magn.Res
on.61,11−21（1985）〕らの振動磁場勾配法でも、振動
周波数を一定にしているため、二次元フーリェ変換によ
る分析を必要とし、振動磁場を用いる利点がなかった
が、この装置により初めて空間の任意の点の信号強度を
直接取り出すことが可能となった。
また、本発明においては、通常の磁場勾配コイルに電
流を流してもよく、またωx,ωy,ωｚと三次元磁場勾配
を変調するようにしてもよい。
流を流してもよく、またωx,ωy,ωｚと三次元磁場勾配
を変調するようにしてもよい。
このように磁場を得るために直線状導体を用いるよう
にしているため、マイクロ波損失を極力低減することが
できる。
にしているため、マイクロ波損失を極力低減することが
できる。
また、対向するコイル11〜13,21〜23とコイル14〜16,
24〜26との間には試料（図示なし）がセットされる。そ
しと、コイル11〜16,21〜26と試料は空洞共振器（図示
なし）で覆われる。この場合、試料はコイル11〜13,21
〜23とコイル14〜16,24〜26と一体的にセットすること
もできるし、予めセットされたコイル11〜13,21〜23と
コイル14〜16,24〜26との間に試料を外部から挿入して
セットするようにしてもよい。
24〜26との間には試料（図示なし）がセットされる。そ
しと、コイル11〜16,21〜26と試料は空洞共振器（図示
なし）で覆われる。この場合、試料はコイル11〜13,21
〜23とコイル14〜16,24〜26と一体的にセットすること
もできるし、予めセットされたコイル11〜13,21〜23と
コイル14〜16,24〜26との間に試料を外部から挿入して
セットするようにしてもよい。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、
これらを本発明の範囲から排除するものではない。
く、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、
これらを本発明の範囲から排除するものではない。
（発明の効果） 以上、詳細に説明したように、本発明によれば、電子
スピン共鳴において空間の任意の一点からの信号強度を
検出することができるので、ESR画像を汎用コンピュー
タを要する複雑な数学的処理なしに、パソコンなどによ
り簡単に、ノイズの少ない、しかも解像度の高い画像を
得ることができる。
スピン共鳴において空間の任意の一点からの信号強度を
検出することができるので、ESR画像を汎用コンピュー
タを要する複雑な数学的処理なしに、パソコンなどによ
り簡単に、ノイズの少ない、しかも解像度の高い画像を
得ることができる。
また、直線状導体がらなる矩形コイルを設けて、多重
変調磁場を得るようにしているため、マイクロ波損失の
少ない多次元画像装置を得ることができる。
変調磁場を得るようにしているため、マイクロ波損失の
少ない多次元画像装置を得ることができる。
第１図は本発明の二重磁場変調による二次元画像を得た
めのミクロ配線メッシュによる局所磁場実現法の説明
図、第２図は一次微分であるｘ方向（100KHz）の出力を
示す図、第３図は二次微分であるx,y交差部分（100KHz
＋150Hzの二重変調部分）の出力を示す図、第４図はそ
れに基づいた二重磁場変調によるESRイメージング例を
示す図、第５図は本発明の実施例を示すミクロ配線型ES
R（顕微鏡）の要部拡大斜視図、第６図はそのミクロ配
線型ESRにより試料としての粒状のDPPHをイメージング
図、第７図乃至第10図は本発明の他の実施例を示す多重
変調磁場による電子スピン共鳴画像装置の要部構成図、
第11図及び第12図はその磁場変調状態を示す図、、第13
図は本発明の他の実施例を示す三次元画像を得ための多
重変調磁場による電子スピン共鳴画像装置の要部構成
図、第14図は本発明の実施例を示す電子スピン共鳴画像
装置の概略全体構成図である。 1,2……ミクロ配線、3,24……試料、11〜16……矩形コ
イル（直線状導体）、21〜26……矩形コイル（中空直線
状導体）、21……外部磁石、22……空洞共振器、23……
支持体、25……パソコン、26……スイッチング回路、27
……検出器、28……二重ロックインアンプ、29……画像
装置、30〜33……コイル。
めのミクロ配線メッシュによる局所磁場実現法の説明
図、第２図は一次微分であるｘ方向（100KHz）の出力を
示す図、第３図は二次微分であるx,y交差部分（100KHz
＋150Hzの二重変調部分）の出力を示す図、第４図はそ
れに基づいた二重磁場変調によるESRイメージング例を
示す図、第５図は本発明の実施例を示すミクロ配線型ES
R（顕微鏡）の要部拡大斜視図、第６図はそのミクロ配
線型ESRにより試料としての粒状のDPPHをイメージング
図、第７図乃至第10図は本発明の他の実施例を示す多重
変調磁場による電子スピン共鳴画像装置の要部構成図、
第11図及び第12図はその磁場変調状態を示す図、、第13
図は本発明の他の実施例を示す三次元画像を得ための多
重変調磁場による電子スピン共鳴画像装置の要部構成
図、第14図は本発明の実施例を示す電子スピン共鳴画像
装置の概略全体構成図である。 1,2……ミクロ配線、3,24……試料、11〜16……矩形コ
イル（直線状導体）、21〜26……矩形コイル（中空直線
状導体）、21……外部磁石、22……空洞共振器、23……
支持体、25……パソコン、26……スイッチング回路、27
……検出器、28……二重ロックインアンプ、29……画像
装置、30〜33……コイル。
Claims (9)
- 【請求項１】（ａ）全空間に発生する磁場と、 （ｂ）該磁場の空間的に異なる位置に、異なる周波数の
変調磁場を発生させる手段と、 （ｃ）該変調磁場の交わる部分の信号を出力する手段
と、 （ｄ）該手段からの出力により、スピンの空間濃度分布
を画像化する手段とを具備することを特徴とする多重変
調磁場による電子スピン共鳴画像装置。 - 【請求項２】（ａ）全空間に発生する磁場と、 （ｂ）該磁場の空間的に異なる位置に、異なる周波数の
変調磁場を発生させるミクロ配線と、 （ｃ）該変調磁場の交わる部分の信号を出力する手段
と、 （ｄ）該手段から出力により、スピンの空間濃度分布を
画像化する手段とを具備することを特徴とする多重変調
磁場による電子スピン共鳴画像装置。 - 【請求項３】前記周波数の一方（ωｘ）が他方の周波数
（ωｙ）に比べて大なることを特徴とする請求項２記載
の多重変調磁場による電子スピン共鳴画像装置。 - 【請求項４】前記大なる周波数（ωｘ）が100KHzである
請求項３記載の多重変調磁場による電子スピン共鳴画像
装置。 - 【請求項５】前記電子スピン共鳴吸収の変調磁場周波数
成分を二重ロックインアンプにより検出し、空間的に異
なる位置での局所磁場変調周波数成分の側帯波を除去す
ることを特徴とする請求項１記載の多重変調磁場による
電子スピン共鳴画像装置。 - 【請求項６】電子スピン共鳴画像で用いられる磁気勾配
を３軸方向（z,x,y）の各軸ごとに異なる周波数（ωz,
ωx,ωｙ）で変調し、全空間に発生する変調磁場ωの側
帯波成分（ω±ωｚ±ωｘ±ωｙ）除去することによ
り、空間の基準点でのスピン濃度を得て磁気勾配の基準
点を電気的に走査することにより三次元画像を得る多重
変調磁場による電子スピン共鳴画像装置。 - 【請求項７】磁場変調コイルに異なる大きさと周波数の
電流を供給することを特徴とする請求項６記載の多重変
調磁場による電子スピン共鳴画像装置。 - 【請求項８】３本の直線状導体の端部を共に連結した矩
形コイルを互いに対向させ、二次元の磁気勾配を発生さ
せ、電子スピン共鳴空洞共振器により二次元画像を得る
ことを特徴とする請求項１記載の多重変調磁場による電
子スピン共鳴画像装置。 - 【請求項９】３本の中空直線状導体の端部を共に連結し
た矩形コイルを互いに対向させ、該中空直線状導体内の
上部と下部にコイルを挿入し、三次元の磁気勾配を発生
させ、三次元画像を得る請求項１記載の多重変調磁場に
よる電子スピン共鳴画像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2158649A JP2915096B2 (ja) | 1990-06-19 | 1990-06-19 | 多重変調磁場による電子スピン共鳴画像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2158649A JP2915096B2 (ja) | 1990-06-19 | 1990-06-19 | 多重変調磁場による電子スピン共鳴画像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0450787A JPH0450787A (ja) | 1992-02-19 |
| JP2915096B2 true JP2915096B2 (ja) | 1999-07-05 |
Family
ID=15676326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2158649A Expired - Fee Related JP2915096B2 (ja) | 1990-06-19 | 1990-06-19 | 多重変調磁場による電子スピン共鳴画像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2915096B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100357526B1 (ko) * | 2000-03-14 | 2002-10-19 | 한국원자력연구소 | 싸이클로트론 전자석의 자기측정장치 |
| JP5434688B2 (ja) | 2009-09-24 | 2014-03-05 | 日立金属株式会社 | ケーブル付樹脂モールド構造 |
| CN102192593B (zh) | 2010-03-15 | 2013-10-09 | 广东松下环境系统有限公司 | 浴室用取暖换气扇 |
| JP7369344B2 (ja) * | 2020-02-28 | 2023-10-26 | スミダコーポレーション株式会社 | 磁場測定装置および磁場測定方法 |
-
1990
- 1990-06-19 JP JP2158649A patent/JP2915096B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0450787A (ja) | 1992-02-19 |
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