(57)【要約】      （修正有）【課題】測定部位の半径とは無関係に高磁場用の磁石の直径を拡大することが可能な回転型電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置を提供すること。【解決手段】盤面１ｂ、２ｂに配置された電子スピン共鳴用弱磁力磁石３と核磁気共鳴用強磁力磁石と４を備え、該盤面１ｂ、２ｂが直立する向きに配置された第１の基盤１、第１の基盤１に対応するように配置された電子スピン共鳴用弱磁力磁石３と核磁気共鳴用強磁力磁石４とを備え、第１の基盤１に対して平行に間隔を開けて配置された第２の基盤２、及び第１の基盤１及び第２の基盤２を同期回転させる手段を備える電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
盤面に配置された電子スピン共鳴用弱磁力磁石と核磁気共鳴用強磁力磁石とを備え、該盤面が直立する向きに配置された第１の基盤、
第１の基盤に対応するように配置された電子スピン共鳴用弱磁力磁石と核磁気共鳴用強磁力磁石とを備え、第１の基盤に対して平行に間隔を開けて配置された第２の基盤、及び
第１の基盤及び第２の基盤を同期回転させる手段
を備える電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置。
【請求項２】
前記第１の基盤及び第２の基盤が、実質的に、円形、円筒形又は円盤形である請求項１に記載の電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置。
【請求項３】
前記第１の基盤及び第２の基盤に挟まれた空間に、第１の基盤及び第２の基盤を駆動するとともに、両基盤を所定の間隔に保つ機能を奏する部材を有しない請求項１又は２に記載の電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置。
【請求項４】
第１の基盤及び第２の基盤は外周部において支持される請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置。
【請求項５】
第１の基盤及び第２の基盤は外周部に駆動力をかけることにより回転させる請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置。
【請求項６】
前記核磁気共鳴用強磁力磁石の磁力が約０．１テスラ以上である請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置。
【請求項７】
磁石対の間隔が約２ｃｍ以上である請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置を備える電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置に関し、特に、高強度の磁場を発生する電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子スピン共鳴画像法（ＥＳＲＩ）とは、フリーラジカルの不対電子スピンの磁気モーメントを電磁波の共鳴吸収で観測する分析方法をいう。核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）とは、強い静磁場中に置いた水素原子核にパルス状の電磁波を照射して共鳴させ、電磁波の照射を停止してからの緩和速度を観測する分析方法をいう。
【０００３】
電子スピン共鳴画像法及び核磁気共鳴画像法を利用した分析装置としては、分析対象物に存在する活性酸素・フリーラジカルの画像(ＥＳＲＩ)に、水素原子核を含む組織の画像（ＭＲＩ）を重畳できる、電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置が知られている。
【０００４】
特許文献１には、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、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第２の磁場発生手段と、計測対象生体を、ＲＦパルスの照射に同期させて前記第１、第２の磁場発生手段の間で移動させる計測対象物移動手段と、前記ＲＦパルスに応じて検出される信号に基づいて計測対象生体中の組織像を計測する計測手段とを有する生体計測装置が記載されている。
【０００５】
特許文献１の生体計測装置で使用されている外部磁場発生装置は、特許文献１の要約書を参照して、低磁場用（ＥＳＲＩ／ＰＥＤＲＩ）の電磁石１１と、高磁場用（ＭＲＩ／ＰＥＤＲＩ）の超伝導磁石６とが同軸状に配置され、これらは、装置のフレーム４に固定されて移動しないものである。
【０００６】
特許文献２には、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、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、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、を有する計測装置が記載されている。
【０００７】
特許文献２の計測装置で使用されている外部磁場発生装置は、特許文献２の図８を参照して、測定対象を挟む２つのリングの先端部に、それぞれ、電子スピン共鳴用弱磁力磁石と核磁気共鳴用強磁力磁石とを配置し、測定対象は固定しておきながら、２つのリングを回転させるものである。
【０００８】
図１（Ａ）は、従来の回転型電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置の磁石ハウス部を上部から見たもの、図１（Ｂ）はその構造を示す断面図である。この外部磁場発生装置は中心軸Ｉに沿った心棒１０１と、心棒に固定され、盤面が水平になる向きに配置された第１の基盤１０２と、心棒に固定され、第１の基盤に対して平行に間隔を開けて配置された第２の基盤１０３と、両基盤の内側の盤面に配置された電子スピン共鳴用弱磁力磁石１０４と核磁気共鳴用強磁力磁石１０５とを有する。心棒はモーター等の駆動機構（非表示）に連結されている。測定部位１０６は磁場が最も高く安定する位置であり、一般に、磁石の中心部が通過する軌道Ｖ上の領域、即ち、その一部が上記軌道と重複する領域である。
【０００９】
測定を行う際には測定対象物（非表示）を測定部位１０６に固定し、中心軸Iを中心にして心棒１０１を回転させる。そのことで基盤１０２及び１０３が同時に同一速度で回転し、測定対象物は静止したまま、周期的に、高磁場中及び低磁場中に置かれることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２０４５５１号公報
【特許文献２】特開２０１１−５２７２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置の実用性を向上させるためには、測定部位の寸法を拡大することで、人体等の寸法が大きい測定対象にも対応することが不可欠である。測定部位の寸法を拡大するためには、高磁場用の磁石が生成する磁場をより強力化及び均一化し、磁石対の間隔を大きくする必要がある。磁石対の間隔とは、第１の基盤及び第２の基盤に備えられ、向かい合った一対の磁石、即ち、電子スピン共鳴用弱磁力磁石１０４同士、又は核磁気共鳴用強磁力磁石１０５同士の間に形成される空間の中で最も短い距離をいう。
【００１２】
磁場を強力化及び均一化するための現実的な方法は、より大型の磁石を使用することである。ここで、従来の回転型外部磁場発生装置では、磁石が固定される盤面に、心棒１０１が存在する。心棒１０１は、第１の基盤１０２及び第２の基盤１０３を所定の間隔に支持する機能、又は第１の基盤及び第２の基盤を駆動する機能を奏する部材である。従来の回転型外部磁場発生装置では、核磁気共鳴用強磁力磁石１０５の直径は、心棒１０１を超えて中心方向に拡大することができない。
【００１３】
つまり、磁石対の間隔を大きくするには核磁気共鳴用強磁力磁石１０５の直径を拡大することが必要となるが、その場合、基盤の半径も拡大し、これを回転させるために必要なエネルギー量が増大し、回転速度の制御も困難になる。
【００１４】
また、現実的な問題として、外部磁場発生装置が大型化した場合、装置の製造に要する労力及びコストが増大する。電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置についても、大型化した外部磁場発生装置を備えるために大型化する必要があり、装置の製造に要する労力及びコストが過大になる。
【００１５】
つまり、従来の回転型外部磁場発生装置の構造では高磁場用の磁石の寸法を拡大する余地が狭いため、人体等の寸法が大きい測定対象を測定できる程度にまで測定部位の寸法を拡大することが困難である。
【００１６】
本発明は上記従来の問題を解決するものであり、その目的とするところは、外部磁場発生装置の直径を拡大する必要なく高磁場用の磁石を大型化することが可能な回転型電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、盤面に配置された電子スピン共鳴用弱磁力磁石と核磁気共鳴用強磁力磁石とを備え、該盤面が直立する向きに配置された第１の基盤、
第１の基盤に対応するように配置された電子スピン共鳴用弱磁力磁石と核磁気共鳴用強磁力磁石とを備え、第１の基盤に対して平行に間隔を開けて配置された第２の基盤、及び
第１の基盤及び第２の基盤を同期回転させる手段
を備える電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置を提供する。
【００１８】
ある一形態においては、前記第１の基盤及び第２の基盤が、実質的に、円形、円筒形又は円盤形である。
【００１９】
ある一形態においては、前記第１の基盤及び第２の基盤に挟まれた空間に、第１の基盤及び第２の基盤を駆動するとともに、両基盤を所定の間隔に保つ機能を奏する部材が存在しない。
【００２０】
ある一形態においては、第１の基盤及び第２の基盤は外周部及び基盤の盤面において支持される。
【００２１】
ある一形態においては、第１の基盤及び第２の基盤は外周部に駆動力をかけることにより回転させる。
【００２２】
ある一形態においては、前記核磁気共鳴用強磁力磁石の磁力が約０．１テスラ以上である。
【００２３】
ある一形態においては、磁石対の間隔が約２ｃｍ以上である。
【００２４】
また、本発明は、上記いずれかに記載の電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置を備える電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置を提供する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、外部磁場発生装置の直径を拡大する必要なく高磁場用の磁石を大型化することが可能な回転型電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（Ａ）は、従来の回転型電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置の磁石ハウス部を上部から見たもの、（Ｂ）はその構造を示す断面図である。
【図２】本発明の回転型電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置の構造を示す断面図である。
【図３】本発明で使用する磁石の配置を示す平面図である。
【図４】本発明の回転型電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置の一実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図２は、本発明の回転型電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置の構造を示す断面図である。この外部磁場発生装置は第１の基盤１及び第２の基盤２を有する。第１の基盤１は、盤面、即ち、実質的に面積を有する、平行な相対する二枚の平面、を有する。図２では、第１の基盤１の外側の盤面を１ａと表示し、内側の盤面を１ｂと表示する。第２の基盤２も同様である。それぞれの基盤の盤面は、一対の磁石を一定間隔で支持する機能を奏する。第１の基盤１及び第２の基盤２の盤面は、一対の磁石の間に形成される磁界を均一にするために、実質的に平行である。
【００２８】
一対の磁石の間には磁路（非表示）を形成する。磁路は、磁束を通過させることで一対の磁石に挟まれた空間の磁界を均一にする機能を奏する部材であり、一対の磁石同士を磁性材料で連結することにより形成する。基盤が磁性材料である場合は、第１の基盤と第２の基盤を磁性材料で連結して磁路を形成してもよい。磁路の形状は、幅約１〜５ｍｍの線状又はテープ状であってよい。磁路を形成する磁性材料の一例としては鉄が挙げられる。
【００２９】
磁路は、第１の基盤及び第２の基盤を回転させて測定を行う際に、測定対象の設置を妨害しない位置に形成する。磁路の形成位置は、例えば、測定部位と部分的にも完全にも重複しない、又は干渉しない位置である。本発明で使用する磁路は、第１の基盤及び第２の基盤を所定の間隔に保つ機能、又は第１の基盤及び第２の基盤を駆動する機能を奏しない部材である。
【００３０】
基盤は中心軸Ｉを有する。本明細書において単に「基盤」というときは、第１の基盤１及び第２の基盤２の両方を意味する。基盤の形状は特に限定されないが、円形が好ましい。基盤は盤面を有する部材であれば足り、全体的に板状である必要はない。例えば、基盤は一部がスポーク又は網で構成された板状部材であってよく、全体的に磁石を収納するハウジングを有する箱状部材、円筒状部材又は円盤状部材であってもよい。
【００３１】
基盤は盤面が直立する向きに配置される。直立とは、水平面に対して実質的に垂直に立っている様子をいう。そのことにより、基盤は外周部で支持及び駆動し易くなる。基盤の盤面は水平面に対して正確に垂直である必要はなく、基盤の支持及び駆動に支障がない限り、多少傾いていてもよい。図２の外部磁場発生装置は、基盤の外周部を支持するローラー５を有する。ローラーは基盤を支持する手段の一例である。基盤を支持するローラーは、基盤が安定して回転かつ適切な間隔を保つように、複数設置することが好ましい。図２に示された２個のローラーは、例えば、軸の部分が連結した形態であってもよい。
【００３２】
測定を行う際に、第１の基盤１及び第２の基盤２は中心軸Ｉを中心にして同期回転する。同期回転とは、同時に同一速度で回転することをいう。基盤の駆動は、基盤の外周部に駆動力をかけることにより行うことが好ましい。基盤の駆動は、例えば、モーターの駆動力をプーリー、ローラー、ギア又はベルト等を介して盤面の外周部に伝達する等の従来知られた駆動機構を利用して行うことができる。
【００３３】
第１の基盤及び第２の基盤を支持し、回転させるためのその他の形態として、第１の基盤１の外側の盤面１ａに心棒を付けてターンテーブルの構造とし、第２の基盤２の外側の盤面２ａに心棒を付けてターンテーブルの構造とし、両心棒を固定することによって、第１の基盤及び第２の基盤を支持してもよい。その場合、基盤の外周部を支持するローラー５は設置しなくてもよい。また、基盤の駆動は、例えば、モーターの駆動力を直接、又は、要すればプーリー、ローラー、ギア又はベルト等を介して、心棒に伝達する等の従来知られた駆動機構を利用して行うことができる。
【００３４】
第１の基盤１及び第２の基盤２は、それぞれ、電子スピン共鳴用弱磁力磁石３と核磁気共鳴用強磁力磁石４とを備える。磁石は、第１の基盤１のいずれか一方の盤面、及び第２の基盤２のいずれか一方の盤面に配置される。図２では、磁石は盤面１ｂと２ｂに備えられているが、これは一例である。磁石を備える盤面は、１ａと２ｂ、１ｂと２ａ、又は１ａと２ａであってもよい。
【００３５】
電子スピン共鳴用弱磁力磁石３は約１〜約１００ミリテスラの磁場を発生させる。電子スピン共鳴用弱磁力磁石が発生する磁場が約１ミリテスラ未満であると測定感度が低下し易くなり、約１００ミリテスラを超えると測定対象物が生体である場合に、生体の機能に悪影響を与える可能性がある。電子スピン共鳴用弱磁力磁石が発生する磁場の大きさは、好ましくは約３〜約５０ミリテスラであり、より好ましくは約５〜約３０ミリテスラである。
【００３６】
核磁気共鳴用強磁力磁石４は約０．１テスラ以上の磁場を発生させる。核磁気共鳴用強磁力磁石が発生する磁場が約０．１テスラ未満であると測定部位における磁場の強度が不十分になり、得られる画像の質が低下する。核磁気共鳴用強磁力磁石が発生する磁場の大きさは、好ましくは約０．２〜約１テスラであり、より好ましくは約０．３〜約０．６テスラである。
【００３７】
磁石対の間隔は、測定対象物が測定部位に入る寸法に調節する。測定対象が小物又は分離した生体の一部（例えば、歯）等である場合、磁石対の間隔は、約２ｃｍ以上であることが好ましい。測定対象が小型動物又は生体の一部（例えば、関節）等である場合、磁石対の間隔は、約１０ｃｍ以上であることが好ましい。測定対象が大型動物又は人体全部等である場合は、磁石対の間隔は約５０ｃｍ以上であることが好ましい。磁石対の間隔の上限は必要になる磁力及び設備の寸法等を考慮して、約１ｍと考えられる。
【００３８】
使用しうる磁石の具体例としては、永久磁石、電磁石、及び超伝導磁石等が挙げられる。これらの磁石は併用してもよい。磁石の種類は、要求される磁場の大きさを考慮して適宜選択される。本発明では、磁石は基盤に固定した状態で回転させる必要があり、かかる使用形態を考慮すると、電力供給が不要の永久磁石が望ましい。磁石の形状は、特に限定されないが、実質的に円柱形又は多角柱形のものを使用してよい。
【００３９】
図３は、本発明で使用する磁石の配置を示す平面図である。第１の基盤１の盤面１ｂの上に、電子スピン共鳴用弱磁力磁石３及び核磁気共鳴用強磁力磁石４が備えられている。測定を行う際に、第１の基盤１は中心軸Ｉを中心にして回転する。
【００４０】
核磁気共鳴用強磁力磁石４は、直径が盤面１ｂの半径よりも大きい大型のものを使用しており、その外周の最も中心軸Ｉに近い位置が中心軸Ｉを覆う状態になっている。核磁気共鳴用強磁力磁石４の中心部が通過する軌道Ｖは磁場が最も高く安定する位置である。測定部位６は軌道Ｖが通過する領域、即ち、その一部が上記軌道と重複する領域に設定される。電子スピン共鳴用弱磁力磁石３は複数の磁石から成ってよい。電子スピン共鳴用弱磁力磁石３を構成する各磁石は、その中心部が軌道Ｖを通過するような位置に配置される。
【００４１】
本発明の回転型電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置は、第１の基盤及び第２の基盤に挟まれた空間に、例えば心棒のような、第１の基盤及び第２の基盤を所定の間隔に支持する機能、又は第１の基盤及び第２の基盤を駆動する機能を奏する部材を有しない。ある一形態においては、本発明の回転型電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置は、磁石が配置される盤面に、第１の基盤及び第２の基盤を支持するための心棒を有しない。
【００４２】
そのため、核磁気共鳴用強磁力磁石４の直径は、中心軸Ｉを越えて中心方向に拡大することができる。換言すると、高磁場用の磁石を大型化する場合に、外部磁場発生装置の直径を対応して拡大する必要がない。更に、測定部位６は核磁気共鳴用強磁力磁石４の中心部が通過する領域であるから、核磁気共鳴用強磁力磁石４の直径が中心軸Ｉを越えて中心方向に拡大した場合であっても、測定部位６の中心軸Ｉからの距離（半径）が対応して拡大することはない。
【００４３】
更に、本発明の回転型電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置は、第１の基盤及び第２の基盤に挟まれた空間に、第１の基盤及び第２の基盤を支持する機能、又は第１の基盤及び第２の基盤を駆動する機能を奏する部材を有しないために、第１の基盤と第２の基盤の間隔を変化させ易い。そのことで、測定対象の寸法に応じて測定部位６の寸法を最適なものに調節することが可能になる。
【００４４】
図４は、本発明の回転型電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置の一実施形態を示す斜視図である。この外部磁場発生装置１０は、平坦面が直立し、相互に平行になる向きに配置された第１のドラム１１及び第２のドラム１２を有する。これらのドラムは、電子スピン共鳴用弱磁力磁石３と核磁気共鳴用強磁力磁石４とを備えた本願発明の基盤及び磁石を円筒形又は円盤形のハウジングに収納したものである。
【００４５】
外部磁場発生装置１０は、第１のドラム１１及び第２のドラム１２の外周部に接する複数のローラー１３を有する。これらのドラムはローラー１３によって回転可能に支持される。外部磁場発生装置１０は、第１のドラム１１及び第２のドラム１２の外周部に接するプーリー１４及びプーリーの心棒に結合したモーター１５を有する。これらのドラムはモーターの駆動力により、中心軸Ｉを中心にして回転する。
【００４６】
外部磁場発生装置１０は、第１のドラム１１及び第２のドラム１２の間の空間（即ち、電子スピン共鳴用弱磁力磁石同士、又は核磁気共鳴用強磁力磁石同士の間に形成される空間）にプラットフォーム１６を有してよい。例えば、プラットフォーム１６は測定部位に対応する高さ及び奥行きに設置することができ、測定対象を固定する台として使用することができる。
【００４７】
本発明の電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置は、本発明の電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用外部磁場発生装置、通常の様式により上記外部磁場発生装置に接続された、ＲＦパルス照射装置、測定対象が発信する信号を検出する装置及び検出した信号を画像化する装置等の通常使用される周辺機器、及び要すれば、これらを適当な配置で固定するフレーム等を有するものである。
【００４８】
本発明は電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像化装置としてだけでなく、外部磁場に依存する磁気共鳴画像装置に広く活用できる。即ち、本発明は電子スピン共鳴を行わない場合でも外部磁場が画像に影響する全ての核磁気共鳴画像法に応用できる。
【符号の説明】
【００４９】
Ｉ…中心軸、
Ｖ…磁石の中心部が通過する軌道、
１、１０２…第１の基盤、
２、１０３…第２の基盤、
１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ…盤面、
３、１０４…電子スピン共鳴用弱磁力磁石、
４、１０５…核磁気共鳴用強磁力磁石、
５…ローラー、
６、１０６…測定部位、
１０…外部磁場発生装置、
１１…第１のドラム、
１２…第２のドラム、
１３…ローラー、
１４…プーリー、
１５…モーター、
１６…プラットフォーム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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