JP5574386B2 - 計測装置及び計測方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）や核磁気共鳴（ＮＭＲ）など種々の磁気共鳴を利用して、計測対象物の機能画像や形態画像などの画像を得るための計測装置及び計測方法に関する。
活性酸素や遊離基（フリーラジカル）を含むレドックス代謝は多くの生理現象や疾患成因・進展に密接に関与している。このため、実験小動物で、レドックス動態を個体レベルで可視化することができれば、生命現象の解明・疾病の解析とその治療法の確立・医薬品の開発に大きく貢献することは疑いもない。
レドックス動態を可視化するには、レドックス代謝の中間生成物であるフリーラジカルを特異的に検出する電子スピン共鳴画像法（ＥＳＲＩ）が有効である。しかしながら、ＥＳＲＩによる画像は体内臓器との対応を欠く。そこで、この問題を解決するため、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）により得た体内臓器のＭＲＩ画像をＥＳＲＩの画像に重畳するＥＳＲＩ／ＭＲＩ融合型磁気共鳴画像解析装置が開発されている。
オーバーハウザー (Overhauser) 効果とは、フリーラジカルの電子スピンをＥＳＲ遷移させ、電子スピンと核スピンの双極子相互作用により核スピンが偏極する現象である。ＯＭＲＩとは、フリーラジカルの電子スピンを励起させ、その後、水分子の水素核スピンを偏極させてＭＲＩ測定を行う画像化法である。ＯＭＲＩでは、通常の核スピンのボルツマン分布と比較して、最大（理論値）で３３０倍に核スピン偏極が増強される。すなわち、通常のＭＲＩ測定に較べて、３３０倍（理論値）の高感度化を図ることができる。
また、本出願人は、特開２００６−２０４５５１号公報において、電子スピン共鳴や核磁気共鳴などの種々の磁気共鳴を利用して生体の組織画像を得るための生体測定装置を提案している。この生体測定装置は、所定の大きさの磁場を発生させる第１の磁場発生手段と、第１の磁場発生手段の磁場よりも大きい磁場を発生させる第２の磁場発生手段と、計測対象物である生体をＲＦパルスの照射に同期させて第１及び第２の磁場発生手段の間で直線移動させる直線移動手段と、計測対象物である生体を停止させ、ＲＦパルスに応じて検出される信号に基づいて計測対象物である生体中の組織画像を計測する計測処理手段と、を有する。
この生体測定装置では、第１の磁場発生手段をＥＳＲＩ外部磁場発生装置及びＰＥＤＲＩ（ＯＭＲＩ）電子スピン励起装置として用い、第２の磁場発生手段をＭＲＩ及びＯＭＲＩの外部磁場発生装置として用いることができ、これによって、ラジカル量の時間変化画像はＯＭＲＩとして、質的変化画像はスペクトル・空間４次元ＥＳＲＩ／ＭＲＩとして得ることができ、さらに、第２の外部磁場発生手段による磁場を大きくすることができるため、高感度・高解像度の画像を得ることができる。
ところで、この生体測定装置では、第１及び第２の磁場発生手段の間に設置された直線移動手段により計測対象物である生体を反復移動させ、生体が停止してから計測が行われる。このため、生体の移動及び停止時には大きな加速度を生じる。そのため、この生体測定装置による計測の対象である、移動する生体に対して大きな負荷が掛かってしまうという問題がある。
本発明の目的は、複数の磁場発生手段間を移動する際に計測対象物である生体を停止させることなく計測することにより、計測対象物である生体への負荷をなくすことが可能な計測装置及び計測方法を提供することである。
本発明の計測装置は、所定の大きさの磁場を発生させる第１の磁場発生手段と、この第１の磁場発生手段の磁場の大きさと異なる大きさの磁場を発生させる第２の磁場発生手段と、計測対象物、または、第１及び第２の磁場発生手段を回転移動させることにより、計測対象物を第１及び第２の磁場発生手段の磁場中を順に通過させる回転移動手段と、回転移動手段により計測対象物（または、第１及び第２の磁場発生手段）が回転移動している間に、計測対象物または第１及び第２の磁場発生手段を停止させることなく、計測対象物の画像を異なる磁場下で計測する計測手段と、を有する。
また、本発明の計測方法は、計測対象物、または、所定の大きさの磁場を発生させる第１の磁場発生手段及びこの第１の磁場発生手段の磁場の大きさと異なる大きさの磁場を発生させる第２の磁場発生手段を回転移動させることにより、計測対象物を前記第１及び第２の磁場発生手段の磁場中を順に通過させること、回転移動手段により計測対象物（または、第１及び第２の磁場発生手段）が回転移動している間に、計測対象物または第１及び第２の磁場発生手段を停止させることなく、計測対象物の画像を異なる磁場下で計測することを含むことを特徴とする。
これらの発明によれば、複数の磁場発生手段によりそれぞれ異なる大きさの磁場を発生させ、計測対象物、または、第１及び第２の磁場発生手段を回転移動させて、計測対象物をこれらの複数の磁場発生手段の磁場中を順次通過させながら、電子スピン共鳴や核磁気共鳴など種々の磁気共鳴を利用して、計測対象物の機能画像や組織画像などの画像を得ることができる。
本発明の計測対象物の例としては、生物（生体）の体や、生体以外の物体（例えば、半導体）などを挙げることができる。計測対象物が生体である場合、機能画像としてのレドックス動態画像、代謝画像などの生体機能画像や、組織画像（１３Ｃ、１Ｈ、３１Ｐ核等）などの形態画像を得ることができる。また、計測対象物が物体の場合、構造や欠陥などの形態画像、構成化合物の分布画像を得ることができる。
ここで、レドックス動態画像を得るためには、第１及び第２の磁場発生手段の何れか一方は、核磁気共鳴を励起して計測を行うものであり、他方は、電子スピン共鳴を励起して計測を行うものであることが望ましい。これにより、ＯＭＲＩにより生体レドックス動態画像を得ることができる。
なお、第１及び第２の磁場発生手段は、どちらか一方が他方よりも大きい磁場を発生させるものであっても良いが、第２の磁場発生手段が第１の磁場発生手段の磁場よりも大きい磁場を発生させるものである場合、低磁場である第１の磁場発生手段をＯＭＲＩの電子スピン励起装置として用い、高磁場である第２の磁場発生手段をＭＲＩ及びＯＭＲＩの外部磁場発生装置として用いることができる。これにより、第２の磁場発生手段ではＭＲＩ画像及びＯＭＲＩ画像を得ることができる。特に、この測定装置では、低磁場の第１の磁場発生手段により電子スピンが励起された後に、高磁場の第２の磁場発生手段によりＯＭＲＩ測定が行われるので、ＯＭＲＩの外部磁場が非常に大きくなり、高感度・高解像度のＯＭＲＩ画像を得ることができる。
一方、第１の磁場発生手段が第２の磁場発生手段の磁場よりも大きい磁場を発生させるものである場合、高磁場である第１の磁場発生手段をＭＲＩの外部磁場発生装置として用い、低磁場である第２の磁場発生手段をＯＭＲＩの外部磁場発生装置として用いることができる。これにより、第１の磁場発生手段ではＭＲＩ画像が得られ、第２の磁場発生手段ではＯＭＲＩ画像が得られる。
このように、本発明における計測装置は、第１及び第２の磁気発生手段が磁気共鳴を励起して計測を行うように構成されているので、電子スピン共鳴や核磁気共鳴など種々の磁気共鳴を利用して、計測対象物の機能画像や形態画像などの画像を得ることができる。
（１）計測対象物を第１及び第２の磁場発生手段の磁場中を順に通過させ、計測対象物、または、第１及び第２の磁場発生手段を停止させることなく計測対象物中の画像を異なる磁場下で計測する構成により、計測対象物を反復移動させる必要がなく、計測対象物または第１及び第２の磁場発生手段を停止させることなく回転移動させている間に、電子スピン共鳴や核磁気共鳴など種々の磁気共鳴を利用して、計測対象物の機能画像及び形態画像を得ることができるので、従来の装置のように測定時に停止することがなく、停止することにより生じていた負荷をなくすことができる。また、停止することにより生じていた第１及び第２の磁場発生手段への負荷もなくなる。
（２）第１及び第２の磁場発生手段の一方が核磁気共鳴を励起するものであり、他方が電子スピン共鳴を励起するものとすることにより、ＯＭＲＩにより生体レドックス動態画像を得ることができる。
（３）第２の磁場発生手段の磁場が第１の磁場発生手段の磁場よりも大きいものである場合、低磁場である第１の磁場発生手段をＯＭＲＩの電子スピン励起装置として用い、第２の磁場発生手段をＭＲＩ及びＯＭＲＩの外部磁場発生装置として用いることができるので、ＯＭＲＩの外部磁場が非常に大きくなり、高感度・高解像度のＯＭＲＩ画像を得ることができる。
（４）第１の磁場発生手段の磁場が第２の磁場発生手段の磁場よりも大きいものである場合、高磁場である第１の磁場発生手段をＭＲＩの外部磁場発生装置として用い、低磁場である第２の磁場発生手段をＯＭＲＩの外部磁場発生装置として用いることができるので、高感度のＯＭＲＩ画像を得ることができる。
図１は、本発明の第一の実施形態に係る計測装置の概略的な構成図である。
図２は、図１の計測装置の斜視図である。
図３は、図２の計測装置の平面図である。
図４Ａは、本発明の第二の実施形態に係る計測システムの斜視図である。
図４Ｂは、図４Ａに示した計測システムの平面図である。
図５Ａは、本発明の第三の実施形態に係る計測システムの斜視図である。
図５Ｂは、図５Ａに示した計測システムの平面図である。
図６Ａは、本発明の第四の実施形態に係る計測システムの斜視図である。
図６Ｂは、図６Ａに示した計測システムの平面図である。
図７Ａは、本発明の第五の実施形態に係る計測システムの斜視図である。
図７Ｂは、図７Ａに示した計測システムの平面図である。
図８は、本発明の他の実施形態に係る計測システムの斜視図である。
図９は、本発明の他の実施形態に係る計測装置の概略的な構成図である。
図１において、本発明の実施の形態に係る計測装置は、計測対象物としての生体を計測するものであって、計測対象物である生体（図示例ではマウスＭ）を載置する本体部２と、本体部２の各部の動作制御を行う制御部３と、制御部３からの処理結果などを表示する表示部４と、から構成される。
本体部２は、第１の磁場発生手段としての低磁場用の第１の外部磁場発生装置５と、第２の磁場発生手段としての高磁場用の第２の外部磁場発生装置６と、円筒状のＲＦコイル（共振器）７と、鉛直軸周りに回転する回転移動手段としての回転テーブル８と、を有する。回転テーブル８は、モータ、プーリやベルトなどにより構成される回転駆動機構９により回転駆動される。
ＲＦコイル７は、回転テーブル８の周縁部上に固定されている。計測対象物である生体はＲＦコイル７内に保持され、回転テーブル８とともに回転移動することにより、第１の外部磁場発生装置５及び第２の外部磁場発生装置６の磁場中を順に通過するようになっている。図３の例では、回転テーブル８は時計回りに回転する。ＲＦコイル７は、第１の外部磁場発生装置５及び第２の外部磁場発生装置６の静磁場に直交する方向に電磁波磁界を形成する。
本実施形態における第１の外部磁場発生装置５は３つの外部磁場発生装置５ａ、５ｂ、５ｃから構成されており、それぞれ、永久磁石５０と、磁場勾配コイル５１と、磁場掃引コイル５２と、を有している。この第１の外部磁場発生装置５は、回転テーブル８上のＲＦコイル７が通過する空間内において、ＯＭＲＩ用の励起磁場を提供するものである。フリーラジカルの電子スピンは、第２の外部磁場発生装置６によってＯＭＲＩ測定を実行するために、第１の外部磁場発生装置５によって励起される。
第２の外部磁場発生装置６は、回転テーブル８上のＲＦコイル７が通過する空間内に静磁場を発生させるための永久磁石６０を有している。また、磁場勾配コイル６１が設置されており、永久磁石６０により発生された静磁場において、所定のＭＲパルスシーケンスに応じて、所定規模の磁場勾配が所定の回数で生成されるようになっている。この第２の外部磁場発生装置６は、ＭＲＩ／ＯＭＲＩ用に外部静磁場を提供するものである。ＭＲＩ測定及びＯＭＲＩ測定は第２の外部磁場発生装置６によって行われる。
第１の外部磁場発生装置５は、第１の静磁場発生ドライバ１０を介して、制御部３に接続されている。この第１の静磁場発生ドライバ１０には、磁場勾配コイル５１と、磁場掃引コイル５２とに給電するために、図示しない電源が接続されている。第１の静磁場発生ドライバ１０は、制御部３からの指令によって、磁場勾配コイル５１と、磁場掃引コイル５２とを制御する。本実施形態における第１の外部磁場発生装置５の磁場強度は２０ｍＴであるが、この磁場強度は、ＯＭＲＩでは０超５０ｍＴ以下、ＭＲＩでは０超１１Ｔ以下の範囲で任意の値に設定することが可能である。また、永久磁石６０に代えて電磁石を用いることも可能である。
第２の外部磁場発生装置６は、第２の静磁場発生ドライバ１１を介して制御部３に接続されている。この第２の静磁場発生ドライバ１１は、磁場勾配コイル６１に給電するために、図示しない電源に接続されている。第２静磁場発生ドライバ１１は、制御部３からの指令によって、磁場勾配コイル６１を駆動する。本実施形態における第２の外部磁場発生装置６の磁場強度は１．５Ｔであるが、この磁場強度は０超１１Ｔ以下の範囲内において任意の値に設定することが可能であり、大きい方が好ましい。本実施形態においては永久磁石６０を用いているが、永久磁石６０を用いる場合、磁場強度は２Ｔ程度まで大きくすることが可能である。また、永久磁石６０に代えて、超伝導磁石を用いることも可能である。永久磁石６０に代えて超伝導磁石を用いた場合には、磁場強度を１１Ｔ程度まで大きくすることが可能である。
ＲＦコイル７は、ＲＦコイルドライバ１２及び検出信号受信部１３を介して、制御部３に接続されている。また、回転駆動機構９は、回転駆動機構ドライバ１４を介して、制御部３に接続されている。ＲＦコイルドライバ１２及び回転駆動機構ドライバ１４には、それぞれＲＦコイル７及び回転駆動機構９に給電するための図示しない電源が接続されている。
ＲＦコイルドライバ１２及び回転駆動機構ドライバ１４は、制御部３から指令されるシーケンスに従って、それぞれＲＦコイル７及び回転駆動機構９を駆動する。このとき、ＲＦコイルドライバ１２は、回転駆動ドライバ１０と同期して、ＲＦコイル７が回転テーブル８とともに第１の外部磁場発生装置５及び第２の外部磁場発生装置６の磁場中を通過するタイミングと同じタイミングでＲＦコイル７を駆動する。ＲＦコイル７に高周波パルスが印加されると、ＲＦコイル７に高周波磁場が発生し、内部の計測対象物である生体が高周波磁場にさらされる。
第１の外部磁場発生装置５内においてＲＦコイル７で受信された電子スピン共鳴信号及び第２の外部磁場発生装置６内においてＲＦコイル７で受信された磁気共鳴信号は、それぞれ検出信号受信部１３で受け取られ、制御部３に渡される。第１の外部磁場発生装置５から第２の外部磁場発生装置６までの駆動時間は１秒以内であることが好ましく、さらに好ましくは０．７秒以内であり、本実施形態においては、０．５秒に設定されている。
また、制御部３には、計測シーケンス処理部３０と、ＯＭＲＩ計測処理部３１と、ＭＲＩ計測処理部３２とが設けられている。計測シーケンス制御部３０は、第１の外部磁場発生装置５、第２の外部磁場発生装置６、ＲＦコイル７及び回転駆動機構９に対する給電制御シーケンスと、ＲＦコイル７に対する計測シーケンスとを有し、第１の外部磁場発生装置５、第２の外部磁場発生装置６、ＲＦコイル７及び回転駆動機構９を制御する。ＯＭＲＩ計測処理部３１及びＭＲＩ計測処理部３２は、計測シーケンスに従って得られた電子スピン共鳴信号及び磁気共鳴信号に基づいて画像処理を行い、その結果は表示装置４上に表示される。
また、本実施形態においては、この画像処理では、生体内局在性の異なる（例えば、膜透過性の異なる）複数のニトロキシルプローブを合成しておき、これをそれぞれ14Ｎと15Ｎで標識化することにより、細胞膜（厚さナノメートル）あるいは受容体などとの結合を介して微小空間の分離同時画像解析を行うことができるようになっている。制御部３は、実際にはコンピュータシステムからなり、ハードディスクなどの記録媒体に格納されたコンピュータプログラムを実行することによって上述のように機能する。
次に、上記の構成を有する計測装置１の動作について説明する。最初に、回転テーブル８上のＲＦコイル７内に、計測対象物である生体として小動物、例えば、マウスＭを置く。この例では、計測対象物である生体における酸化ストレス疾患でのレドックス代謝異常、あるいは、統合失調症等での脳機能を空間画像解析する。
次いで、回転駆動機構９を駆動して回転テーブル８を回転させ、計測対象物生体を第１の外部磁場発生装置５及び第２の外部磁場発生装置６の磁場中を順に回転させる。このとき、第１の外部磁場発生装置５において、ＲＦコイル７から高周波を照射するとともに、磁場掃引コイル５２を駆動することによって、静磁場を高速掃引する。これにより、計測対象物生体中の不対電子が高周波を吸収し、電子スピンが共鳴励起される。
第１の外部磁場発生装置５を通過した計測対象物である生体は、次に第２の外部磁場発生装置６内に入り、１Ｔ以上、本実施形態においては１．５Ｔという非常に強い静磁場に置かれる。これにより、第１の外部磁場発生装置５において共鳴励起された電子スピンが核スピンエネルギーに遷移する。次いで、ＲＦコイル７を用い、高周波照射により計測対象物である生体から得られる信号を検出信号受信部１３で受信する。
このようにして検出信号受信部１３で受信された信号は制御部３で受け取られ、ＯＭＲＩ計測処理部３１及びＭＲＩ計測処理部３２で処理される。ＭＲＩ計測処理部３２は、第１の外部磁場発生装置５におけるＲＦコイル７から得られた信号を処理することにより、ＭＲＩ画像を合成する。また、ＯＭＲＩ計測処理部３１は、第２の外部磁場発生装置６から得られた信号を処理することにより、核スピン分布を示す画像を合成する。
以上のように、本実施形態における計測装置１によれば、第１の外部磁場発生装置５及び第２の外部磁場発生装置６によりそれぞれ異なる大きさの磁場を発生させ、計測対象物である生体を回転テーブル８により回転移動させて、計測対象物である生体を第１及び第２の外部磁場発生装置５、６の磁場中を順次通過させながらＭＲＩ画像及びＯＭＲＩ画像を得ることができる。したがって、計測対象物である生体を反復移動させることがなく、移動及び停止時に生体に負荷を掛けることがない。
また、この計測装置１では、低磁場である第１の外部磁場発生装置５はＯＭＲＩの電子スピン励起装置として用いられ、高磁場である第２の外部磁場発生装置５はＭＲＩ及びＯＭＲＩの外部磁場発生装置として用いられている。このため、この計測装置１では、低磁場の第１の外部磁場発生装置５により電子スピンが励起された後に、高磁場の第２の外部磁場発生装置６によりＯＭＲＩ測定が行われるので、ＯＭＲＩの外部磁場が非常に大きくなり、高感度・高解像度のＯＭＲＩ画像を得ることができる。
この計測装置１においては、回転テーブル８を逆回転させて、計測対象物である生体を第２の外部磁場発生装置６、第１の外部磁場発生装置５の順に通過させて計測することも可能である。この場合、高磁場である第２の外部磁場発生装置６をＭＲＩの外部磁場発生装置として用い、低磁場である第１の外部磁場発生装置をＯＭＲＩの外部磁場発生装置として用いることができる。
これにより、第２の外部磁場発生装置６によってＭＲＩ画像が得られ、第１の外部磁場発生装置５によってＯＭＲＩ画像が得られる。
また、本実施形態における計測装置１は、回転テーブル８により計測対象物である生体を回転移動させる構成であるが、それとは逆に、計測対象物である生体を回転移動させないで、第１及び第２の外部磁場発生装置５、６を回転移動させる構成とすることも可能である。この場合、計測対象物である生体は静止したままであるので、計測時に不快に感じることがなく、生体に優しい計測装置を実現することができる。また、この場合も、第１及び第２の外部磁場発生装置５、６を反復移動させる必要がないため、外部磁場発生装置の移動及び停止時に負荷が掛かることがない。
また、本実施形態における計測装置１はＭＲＩ／ＯＭＲＩであるが、異なる大きさの磁界を発生させる２もしくはそれ以上の外部磁場発生装置間において計測対象物である生体を移動させる装置であれば、いかなる装置にも適用可能である。また、本実施形態における計測装置１では、回転テーブル８上の計測対象物である生体の回転移動経路上に、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography：コンピュータ断層撮影）装置、超音波画像化装置やポジトロン断層撮影（ＰＥＴ：Positron Emission Tomography）装置などの他の計測装置を配置することによって、連続的に複数の測定項目の計測を行うことも可能である（この点については後に詳述）。
また、この計測装置１では、生体の機能画像としてのレドックス動態画像の他、形態画像としての組織画像を得ることも可能である。さらに、生物以外の物体、例えば半導体などの構造や欠陥などの形態画像を得ることも可能であり、電子スピン共鳴や核磁気共鳴など種々の磁気共鳴を利用して、計測対象物の機能画像や形態画像などの画像を得ることも可能である。
図４Ａは、本発明の第二の実施形態に係る計測システム１００の一実施例の斜視図である。図４Ｂは図４Ａに示した計測システム１００の平面図である。計測システム１００は、第一の画像形成装置（外部磁場発生装置５、６）７０と、第二の画像形成装置（Ｘ線装置）４０と、円筒形ＲＦコイル７ａ、７ｂと、回転駆動機構９により回転する回転テーブル８と、を備えている。図に示すように、ＲＦコイル７ａはＸ線装置４０の左側において回転テーブル８の周縁上に固定されており、ＲＦコイル７ｂは外部磁場発生装置５ａの右側において回転テーブル８の周縁上に固定されている。ＲＦコイル７ａ、７ｂはそれぞれ計測対象物Ｍ１、Ｍ２を収容するように構成されており、例えば、小動物や小物体用としては１−７ｃｍの直径を有することが好ましく、人間の体の一部を対象とする場合には２０−４０ｃｍの直径を有することが好ましい。
図９（図９については後に詳述）に示すように、ＲＦコイル７ａは、ＲＦコイル駆動手段１２ａ及び検出信号受信部１３ａを介して、制御部３ａに接続されており、ＲＦコイル７ｂは、ＲＦコイル駆動手段１２ｂ及び検出信号受信部１３ｂを介して、制御部３ａに接続されている。また、回転駆動機構９は、回転駆動機構駆動手段１４を介して、制御部３ａに接続されている。ＲＦコイル駆動手段１２ａ、１２ｂ及び回転駆動機構駆動手段１４は、ＲＦコイル７ａ、７ｂ及び回転駆動機構９に電力を供給する電力源（図示せず）に接続されている。
ＲＦコイル駆動手段１２ａ、１２ｂは、回転駆動機構駆動手段１４とともに、例えば、制御部３ａにより供給されるコンピュータープログラムの方法形式のシーケンスに従って作動し、それぞれ、ＲＦコイル７ａ、７ｂ及び回転駆動機構９を駆動する。ここで、ＲＦコイル駆動手段１２ａ、１２ｂは回転駆動機構駆動手段１４と同期している。すなわち、ＲＦコイル７ｂが外部磁場発生装置５ａの真下に並んだときに、ＲＦコイル７ａもＸ線装置４０の真下に並ぶようになっている。ここで、計測シーケンス処理部３０のソフトウェァを使用する制御部３ａは、コイル７ｂはＲＦコイル駆動手段１２ｂによって駆動されるべきであることを認識し、電力をコイル７ｂに供給することにより、コイル７ｂをＲＦコイルに変える。これによって、高周波パルスがＲＦコイル７ｂに印加されたときに、ＲＦコイル７ｂの内部に高周波磁場が形成され、さらに、計測対象物である内部の生体が高周波磁場に曝されることになる。
これとは逆に、ＲＦコイル７ａがＸ線装置４０の真下に並ぶときには、制御部３ａによって、電力はＲＦコイル７ａには供給されず、従って、ＲＦコイル７ａは、単に、計測対象物である生体のＸ線装置４０に対するホルダーとしてのみ機能する。
これらのコイルの並びの検出には、第一及び第二の画像形成装置に設けられた種々のセンサやガイドを用いることができる。計測対象物Ｍ１、Ｍ２の画像がそれぞれＸ線装置４０及び第一の画像形成装置７０によって形成された後、計測対象物は、制御部３ａにより決められた通りに、次の位置へ移動する。これらの計測対象物の画像の形成は同時に行ってもよく、あるいは、別々に行うこともできる。例えば、計測対象物Ｍ１は第一待機位置（すなわち、画像は形成されない位置）まで進み、計測対象物Ｍ２は外部磁場発生装置５ｂまで進む。計測対象物Ｍ２が第一の画像形成装置７０を抜け出るまでの間に、計測対象物Ｍ１は数個の画像非形成地点を通過する。その後、計測対象物Ｍ２が第一の画像形成装置７０により計測されている間に、計測対象物Ｍ１の画像がＸ線装置４０により形成される。ここで制御部３ａは、Ｘ線装置４０の真下に位置しているＲＦコイル７ｂが電力を受けず計測対象物Ｍ２のためのホルダーとして機能すること、一方、第一の画像形成装置７０の直下に位置しているＲＦコイル７ａが、コイル７ａをＲＦコイルに変えるＲＦコイル駆動手段１２ａによって駆動されること、を認識する。
一般的に、Ｘ線装置４０は画像形成に数秒を要するのに対して、外部磁場発生装置５は画像形成に数ミリ秒を、外部磁場発生装置６は画像形成に数秒から数分を要する。
第一の画像形成装置７０（外部磁場発生装置５及び６）は、計測対象物が外部磁場発生装置５及び６を通過しつつ計測されている間に停止する点を除いて、本発明の第一の実施形態において述べたのとほぼ同様に作動する。これは、第一の画像形成装置が、画像形成中に計測対象物が静止していることを必要とする画像形成装置（Ｘ線装置４０）との組み合わせで用いられていることによる。Ｘ線装置４０は、計測対象物Ｍへの照射の吸収を観測することによって、作動する。このため、Ｘ線装置４０は、制御装置４２と、照射装置４１と、制御装置４２及び照射装置４１を支持するハウジング４３と、を備えている。制御装置４２は制御部３ａと交信することにより、Ｘ線装置４０を作動させ、さらに、表示部４に表示される画像を処理する。本発明の他の実施例においては、Ｘ線装置４０は照射装置４１のみを有しており、Ｘ線装置４０が制御部３ａと直接交信するように、画像形成装置駆動手段（図示せず）を設けることもできる。
図４Ａ及び図４Ｂに示した第一及び第二の画像形成装置の配置に関して、第一の画像形成装置７０の外部磁場発生装置６とＸ線装置４０との間の距離は約５０ｃｍまたはそれ以上である。あるいは、Ｘ線装置４０を第一の画像形成装置７０の右側に（すなわち、外部磁場発生装置５ａに近く）配置する場合、外部磁場発生装置５ｃとＸ線装置４０との間の距離は約１０ｃｍまたはそれ以上である。第一の画像形成装置７０とＸ線装置４０とを上述の距離よりも相互に近づけて配置する場合、第一の画像形成装置７０により形成される磁場がＸ線装置４０の正常作動を阻害し、Ｘ線装置４０によりつくられる画像の歪みの原因となり、また、Ｘ線装置の内部の金属物質が第一の画像形成装置７０による磁場を歪め、第一の画像形成装置７０によりつくられる画像の歪みの原因となる。
本発明の第二の実施形態において図示したように、二つの計測対象物Ｍ１及びＭ２が用意されている。本発明の第二の実施形態の変形例によれば、２を超える数の計測対象物を計測システム１００に適用することができる。制御部３ａは、これらの計測対象物が第一及び第二の画像形成装置と同期するように、これらの計測対象物を収容可能に修正される。本発明の他の変形例によれば、回転テーブル８を逆方向に回転させ、画像形成を逆の順番で行うこともできる。
図５Ａは、本発明の第三の実施形態に係る計測システム２００の一実施例の斜視図である。図５Ｂは、図５Ａに示した計測システム２００の平面図である。計測システム２００は、第一の画像形成装置（外部磁場発生装置５及び６）７０と、第二の画像形成装置（ＣＴシステム２０）と、円筒形のＲＦコイル７ｂ、７ｃと、回転駆動機構９により回転する回転テーブル８と、を備えている。第一の画像形成装置（外部磁場発生装置５及び６）７０は、計測対象物が外部磁場発生装置５及び６を通過しつつ計測されている間に停止する点を除いて、本発明の第一の実施形態において述べたのとほぼ同様に作動する。これは、第一の画像形成装置が、画像形成中に計測対象物が静止していることを必要とする画像形成装置（ＣＴシステム２０）との組み合わせで用いられていることによる。ＣＴシステム２０は、ハウジング２１と、照射装置２２などの複数の照射手段と、検出器２３などの複数の検出手段と、制御部３ａと交信し、表示部４に表示される画像を処理する制御ユニット（図示せず）と、を備えている。図に示すように、ＲＦコイル７ｃはＣＴシステム２０の左側において回転テーブル８の周縁上に固定されており、ＲＦコイル７ｂは外部磁場発生装置５ａの右側において回転テーブル８の周縁上に固定されている。ＲＦコイル７ｂ、７ｃはそれぞれ計測対象物Ｍ１、Ｍ２を収容するように構成されており、例えば、小動物や小物体用としては１−７ｃｍの直径を有することが好ましく、人間の体の一部を対象とする場合には２０−４０ｃｍの直径を有することが好ましい。
図９に示すように、ＲＦコイル７ｃは、ＲＦコイル駆動手段１２ｃ及び検出信号受信部１３ｃを介して、制御部３ａに接続されており、ＲＦコイル７ｂは、ＲＦコイル駆動手段１２ｂ及び検出信号受信部１３ｂを介して、制御部３ａに接続されている。また、回転駆動機構９は、回転駆動機構駆動手段１４を介して、制御部３ａに接続されている。ＲＦコイル駆動手段１２ｂ、１２ｃ及び回転駆動機構駆動手段１４は、ＲＦコイル７ｂ、７ｃ及び回転駆動機構９に電力を供給する電力源に接続されている。
ＲＦコイル駆動手段１２ｂ、１２ｃは、回転駆動機構駆動手段１４とともに、例えば、制御部３ａにより供給されるコンピュータープログラムの方法形式のシーケンスに従って作動し、それぞれ、ＲＦコイル７ｂ、７ｃ及び回転駆動機構９を駆動する。ここで、ＲＦコイル駆動手段１２ｂ、１２ｃは回転駆動機構駆動手段１４と同期している。すなわち、ＲＦコイル７ｂが外部磁場発生装置５ａの真下に並んだときに、ＲＦコイル７ｃもＣＴシステム２０の真下に並ぶようになっている。ここで、制御部３ａは、コイル７ｂはＲＦコイル駆動手段１２ｂによって駆動されるべきであることを認識し、電力をコイル７ｂに供給することにより、コイル７ｂをＲＦコイルに変える。これによって、高周波パルスがＲＦコイル７ｂに印加されたときに、ＲＦコイル７ｂの内部に高周波磁場が形成され、さらに、計測対象物である内部の生体が高周波磁場に曝されることになる。
これとは逆に、ＲＦコイル７ｃがＣＴシステム２０の真下に並ぶときには、制御部３ａによって、電力はＲＦコイル７ｃには供給されず、従って、ＲＦコイル７ｃは、単に、計測対象物である生体のＣＴシステム２０に対するホルダーとしてのみ機能する。これらのコイルの並びの検出には、第一及び第二の画像形成装置に設けられた種々のセンサやガイドを用いることができる。計測対象物Ｍ１、Ｍ２の画像がそれぞれＣＴシステム２０及び第一の画像形成装置７０によって形成された後、計測対象物は、上述のように、制御部３ａにより決められた通りに、次の位置へ移動する。これらの計測対象物の画像の形成は同時に行ってもよく、あるいは、別々に行うこともできる。
一般的に、ＣＴシステム２０は画像形成に数十秒、例えば、５−４０秒を要するのに対して、外部磁場発生装置５は画像形成に数ミリ秒を、外部磁場発生装置６は画像形成に数秒から数分を要する。図５Ａ及び図５Ｂに示した第一及び第二の画像形成装置の配置においては、第一の画像形成装置７０の外部磁場発生装置６とＣＴシステム２０との間の距離は約５０ｃｍまたはそれ以上である。あるいは、ＣＴシステム２０が第一の画像形成装置７０の右側に（すなわち、外部磁場発生装置５ａに近く）配置されている場合には、外部磁場発生装置５ｃとＣＴシステム２０との間の距離は約１０ｃｍまたはそれ以上である。第一の画像形成装置７０とＣＴシステム２０とを上述の距離よりも相互に近づけて配置する場合、第一の画像形成装置７０により形成される磁場がＣＴシステム２０の正常作動を阻害し、ＣＴシステム２０によりつくられる画像の歪みの原因となり、また、ＣＴシステム２０の内部の金属物質が第一の画像形成装置７０による磁場を歪め、第一の画像形成装置７０によりつくられる画像の歪みの原因となる。
本発明の第三の実施形態において図示したように、二つの計測対象物Ｍ１及びＭ２が用意されている。本発明の第三の実施形態の変形例によれば、２を超える数の計測対象物を計測システム２００に適用することができる。制御部３ａは、これらの計測対象物が第一及び第二の画像形成装置と同期するように、これらの計測対象物を収容可能に修正される。本発明の他の変形例によれば、回転テーブル８を逆方向に回転させ、画像形成を逆の順番で行うこともできる。
図６Ａは、本発明の第四の実施形態に係る計測システム３００の一実施例の斜視図である。図６Ｂは、図６Ａに示した計測システム３００の平面図である。計測システム３００は、第一の画像形成装置（外部磁場発生装置５及び６）７０と、第二の画像形成装置（ＰＥＴシステム８０）と、円筒形のＲＦコイル７ｂ、７ｄと、回転駆動機構９により回転する回転テーブル８と、を備えている。第一の画像形成装置（外部磁場発生装置５及び６）７０は、計測対象物が外部磁場発生装置５及び６を通過しつつ計測されている間に停止する点を除いて、本発明の第一の実施形態において述べたのとほぼ同様に作動する。これは、第一の画像形成装置が、画像形成中に計測対象物が静止していることを必要とする画像形成装置（ＰＥＴシステム８０）との組み合わせで用いられていることによる。ＰＥＴシステム８０は、ハウジング８１と、照射装置８２などの複数の照射手段と、検出器８３などの複数の検出手段と、制御部３ａと交信し、表示部４に表示される画像を処理する制御ユニット（図示せず）と、を備えている。図に示すように、ＲＦコイル７ｄはＰＥＴシステム８０の左側において回転テーブル８の周縁上に固定されており、ＲＦコイル７ｂは外部磁場発生装置５ａの右側において回転テーブル８の周縁上に固定されている。ＲＦコイル７ｂ、７ｄはそれぞれ計測対象物Ｍ１、Ｍ２を収容するように構成されており、例えば、小動物や小物体用としては１−７ｃｍの直径を有することが好ましく、人間の体の一部を対象とする場合には２０−４０ｃｍの直径を有することが好ましい。
図９に示すように、ＲＦコイル７ｄは、ＲＦコイル駆動手段１２ｄ及び検出信号受信部１３ｄを介して、制御部３ａに接続されており、ＲＦコイル７ｂは、ＲＦコイル駆動手段１２ｂ及び検出信号受信部１３ｂを介して、制御部３ａに接続されている。また、回転駆動機構９は、回転駆動機構駆動手段１４を介して、制御部３ａに接続されている。ＲＦコイル駆動手段１２ｂ、１２ｄ及び回転駆動機構駆動手段１４は、ＲＦコイル７ｂ、７ｄ及び回転駆動機構９に電力を供給する電力源に接続されている。
ＲＦコイル駆動手段１２ｂ、１２ｄは、回転駆動機構駆動手段１４とともに、例えば、制御部３ａにより供給されるコンピュータープログラムの方法形式のシーケンスに従って作動し、それぞれ、ＲＦコイル７ｂ、７ｄ及び回転駆動機構９を駆動する。ここで、ＲＦコイル駆動手段１２ｂ、１２ｄは回転駆動機構駆動手段１４と同期している。すなわち、ＲＦコイル７ｂが外部磁場発生装置５ａの真下に並んだときに、ＲＦコイル７ｄもＰＥＴシステム８０の真下に並ぶようになっている。ここで、制御部３ａは、コイル７ｂはＲＦコイル駆動手段１２ｂによって駆動されるべきであることを認識し、電力をコイル７ｂに供給することにより、コイル７ｂをＲＦコイルに変える。これによって、高周波パルスがＲＦコイル７ｂに印加されたときに、ＲＦコイル７ｂの内部に高周波磁場が形成され、さらに、計測対象物である内部の生体が高周波磁場に曝されることになる。
これとは逆に、ＲＦコイル７ｄがＰＥＴシステム８０の真下に並ぶときには、制御部３ａによって、電力はＲＦコイル７ｄには供給されず、従って、ＲＦコイル７ｄは、単に、計測対象物である生体のＰＥＴシステム８０に対するホルダーとしてのみ機能する。これらのコイルの並びの検出には、第一及び第二の画像形成装置に設けられた種々のセンサやガイドを用いることができる。計測対象物Ｍ１、Ｍ２の画像がそれぞれＰＥＴシステム８０及び第一の画像形成装置７０によって形成された後、計測対象物は、上述のように、制御部３ａにより決められた通りに、次の位置へ移動する。これらの計測対象物の画像の形成は同時に行ってもよく、あるいは、別々に行うこともできる。
一般的に、ＰＥＴシステム８０は画像形成に数十秒、例えば、５−４０秒を要するのに対して、外部磁場発生装置５は画像形成に数ミリ秒を、外部磁場発生装置６は画像形成に数秒から数分を要する。図６Ａ及び図６Ｂに示した第一及び第二の画像形成装置の配置においては、第一の画像形成装置７０の外部磁場発生装置６とＰＥＴシステム８０との間の距離は約５０ｃｍまたはそれ以上である。あるいは、ＰＥＴシステム８０が第一の画像形成装置７０の右側に（すなわち、外部磁場発生装置５ａに近く）配置されている場合には、外部磁場発生装置５ｃとＰＥＴシステム８０との間の距離は約１０ｃｍまたはそれ以上である。第一の画像形成装置７０とＰＥＴシステム８０とを上述の距離よりも相互に近づけて配置する場合、第一の画像形成装置７０により形成される磁場がＰＥＴシステム８０の正常作動を阻害し、ＰＥＴシステム８０によりつくられる画像の歪みの原因となり、また、ＰＥＴシステム８０の内部の金属物質が第一の画像形成装置７０による磁場を歪め、第一の画像形成装置７０によりつくられる画像の歪みの原因となる。
本発明の第四の実施形態において図示したように、二つの計測対象物Ｍ１及びＭ２が用意されている。本発明の第四の実施形態の変形例によれば、２を超える数の計測対象物を計測システム３００に適用することができる。制御部３ａは、これらの計測対象物が第一及び第二の画像形成装置と同期するように、これらの計測対象物を収容可能に修正される。本発明の他の変形例によれば、回転テーブル８を逆方向に回転させ、画像形成を逆の順番で行うこともできる。
図７Ａは、本発明の第五の実施形態に係る計測システム４００の一実施例の斜視図である。図７Ｂは、図７Ａに示した計測システム４００の平面図である。計測システム４００は、第一の画像形成装置（外部磁場発生装置５及び６）７０と、第二の画像形成装置（Ｘ線装置４０）と、第三の画像形成装置（ＰＥＴシステム８０）と、第四の画像形成装置（ＣＴシステム２０）と、円筒形のＲＦコイル７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄと、回転駆動機構９により回転する回転テーブル８と、を備えている。第一の画像形成装置（外部磁場発生装置５及び６）７０は、計測対象物が外部磁場発生装置５及び６を通過しつつ計測されている間に停止する点を除いて、本発明の第一の実施形態において述べたのとほぼ同様に作動する。これは、第一の画像形成装置が、画像形成中に計測対象物が静止していることを必要とする画像形成装置（Ｘ線装置４０、ＰＥＴシステム８０及びＣＴシステム２０）との組み合わせで用いられていることによる。図９に示すように、ＲＦコイル駆動手段１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは回転駆動機構駆動手段１４と同期しており、これにより、ＲＦコイルの各々が対応する画像形成装置の真下に並ぶようになっている。これらのＲＦコイルの並びの検出には、画像形成装置に設けられた種々のセンサやガイドを用いることができる。計測対象物Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の画像がそれぞれの画像形成装置によって形成された後、計測対象物は、制御部３ａにより決められた通りに、次の位置へ移動する。これらの計測対象物の画像の形成は同時に行ってもよく、あるいは、別々に行うこともできる。
例えば、計測対象物Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４が当初それぞれＣＴシステム２０、ＰＥＴシステム８０、Ｘ線装置４０及び外部磁場発生装置５ａに位置しており、それぞれ対応する画像形成装置により画像が形成されたものとすると、画像形成装置がその計測対象物の画像の仕上げを行うのに最長の時間を取った後に、各計測対象物が次の位置に進むように回転テーブル８は回転する。計測対象物の次の位置は、制御部３ａによって決められるが、次の画像形成装置または画像非形成位置（すなわち、計測対象物は画像形成装置の下には位置しない）の何れかである。あるいは、計測対象物は次の画像形成装置まで回転することはあっても、画像形成装置が、制御部３ａの指示によって、計測対象物の画像を形成しないこともある。このため、この動作は、計測対象物にとっては画像非形成位置として機能することになる。本発明の一実施形態によれば、一つまたは多数の計測対象物を本計測システムに用いることができる。このため、いくつかの異なる画像形成装置によって一つの計測対象物を計測する場合には、それらの画像形成装置の周りを回転する計測対象物を保持するためには、一つのＲＦコイルがあればよい。
一般的に、ＣＴシステム２０及びＰＥＴシステム８０は画像形成に数十秒、例えば、５−４０秒を要するのに対して、Ｘ線装置４０は画像形成に数秒を要する。外部磁場発生装置５は画像形成に数ミリ秒を、外部磁場発生装置６は画像形成に数秒から数分を要する。図７Ａ及び図７Ｂに示した第一ないし第四の画像形成装置の配置においては、Ｘ線装置４０、ＣＴシステム２０とＰＥＴシステム８０との間の距離は約１０ｃｍまたはそれ以上であり、第一の画像形成装置７０の外部磁場発生装置６とＣＴシステム２０との間の距離は約５０ｃｍまたはそれ以上であり、外部磁場発生装置５ｃとＸ線装置４０との距離は約１０ｃｍまたはそれ以上である。上述の距離以上に各画像形成装置を相互に近づけて配置すると、画像の歪みの原因となる。
各画像形成装置は図７Ａ及び図７Ｂに示す特定の順序に配置されているが、各画像形成装置は、上述の各画像形成装置間の距離が維持されている限りにおいては、回転テーブル８の周りに任意の順序で配置することが可能である。前述の例で言えば、第二、第三または第四の画像形成装置を外部磁場発生装置６または外部磁場発生装置５ｃに隣接して配置することも可能である。画像形成装置をこれらの外部磁場発生装置の何れかに隣接して配置する場合、画像形成装置と外部磁場発生装置との間の距離は上述の距離内であることを要する。
図８は本発明のさらなる実施形態に係る計測システム５００の斜視図である。計測システム５００は、静止テーブル８ａと、ＲＦコイル７ｗ、７ｘ、７ｙ、７ｚと、第一の回転画像形成装置７１と、第二の回転画像形成装置７２と、第三の回転画像形成装置７３と、第四の回転画像形成装置７４と、制御ユニット７５と、画像形成装置を静止テーブル８ａの周りに回転させる回転機構５０１と、を備えている。回転機構５０１は、モーター、プーリー、ベルトなどから構成することができ、制御ユニット７５と交信し、各計測対象物の画像形成と同期する。換言すれば、回転機構５０１は回転駆動機構９と同様に作動するが、静止している種々の画像形成装置の周りに回転テーブル８を駆動する代わりに、回転機構５０１は、回転画像形成装置を静止テーブル８ａの周りに駆動する。この場合、計測対象物は静止しているので、これらの計測対象物は計測中に不快感を感じることはなく、このため、この計測システムは計測対象物に対して優しい。本発明のさらなる実施形態によれば、計測対象物と画像形成装置の双方を回転させて、計測能力を向上させることも可能である。
本発明の計測装置及び計測方法は、電子スピン共鳴や核磁気共鳴など種々の磁気共鳴を利用して計測対象物の画像を得るための装置及び方法として有用である。特に、本発明は、複数の磁場発生手段間で移動する計測対象物を停止させることにより生じていた負荷をなくすものとして好適である。

Claims (10)

  1. 所定の大きさの磁場を発生させる第１の磁場発生手段と、
    前記第１の磁場発生手段の磁場の大きさと異なる大きさの磁場を発生させる第２の磁場発生手段と、
    計測対象物、または、前記第１及び第２の磁場発生手段を回転移動させることにより、前記計測対象物を前記第１及び第２の磁場発生手段の磁場中を順に通過させる回転移動手段と、
    前記回転移動手段によって前記計測対象物または前記第１及び第２の磁場発生手段が回転移動している間に、前記計測対象物または前記第１及び第２の磁場発生手段を停止させることなく、前記計測対象物中の画像を異なる磁場下で計測する計測手段と、
    を有する計測装置。
  2. 前記第１及び第２の磁場発生手段の何れか一方は、核磁気共鳴を励起して計測するためのものであり、他方は、電子スピン共鳴を励起して計測するためのものであることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
  3. 前記第２の磁場発生手段は、前記第１の磁場発生手段の磁場よりも大きい磁場を発生させるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の計測装置。
  4. 前記第１の磁場発生手段は、前記第２の磁場発生手段の磁場よりも大きい磁場を発生させるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の計測装置。
  5. 前記第１または第２の磁場発生手段は、磁気共鳴を励起して計測するためのものであることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
  6. 計測対象物、または、所定の大きさの磁場を発生させる第１の磁場発生手段及び前記第１の磁場発生手段の磁場の大きさとは異なる大きさの磁場を発生させる第２の磁場発生手段を回転移動させることにより、前記計測対象物を前記第１及び第２の磁場発生手段の磁場中を順に通過させること、
    回転移動手段によって前記計測対象物または前記第１及び第２の磁場発生手段が回転移動している間に、前記計測対象物または前記第１及び第２の磁場発生手段を停止させることなく、前記計測対象物中の画像を異なる磁場下で計測すること、
    を含む計測方法。
  7. 前記第１及び第２の磁場発生手段の何れか一方によって核磁気共鳴を励起して計測すること、
    前記第１及び第２の磁場発生手段の他方によって電子スピン共鳴を励起して計測すること、
    をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の計測方法。
  8. 前記第１の磁場発生手段の磁場よりも大きい磁場を前記第２の磁場発生手段によって発生させることをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の計測方法。
  9. 前記第２の磁場発生手段の磁場よりも大きい磁場を前記第１の磁場発生手段によって発生させることをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の計測方法。
  10. 前記第１または第２の磁場発生手段によって、磁気共鳴を励起して計測することをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の計測方法。
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