(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある撮像空間を想定したときに、前記撮像領域に観測磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側観測磁場コイル及び右側観測磁場コイルと、前記撮像領域にｘ方向勾配磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側ｘ方向勾配磁場コイル及び右側ｘ方向勾配磁場コイルと、前記撮像領域にｙ方向勾配磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側ｙ方向勾配磁場コイル及び右側ｙ方向勾配磁場コイルと、前記撮像領域にｚ方向勾配磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側ｚ方向勾配磁場コイル及び右側ｚ方向勾配磁場コイルと、前記左側観測磁場コイル及び左側ｘ方向勾配磁場コイル及び左側ｙ方向勾配磁場コイル及び左側ｚ方向勾配磁場コイル及び右側観測磁場コイル及び右側ｘ方向勾配磁場コイル及び右側ｙ方向勾配磁場コイル及び右側ｚ方向勾配磁場コイルの周囲を囲繞する磁気・電波シールドを想定したときに、前記観測磁場及び前記ｘ方向勾配磁場及び前記ｙ方向勾配磁場及び前記ｚ方向勾配磁場に起因して前記磁気・電波シールドに生じる渦電流の影響を抑制しうる抑制磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の４つの左側抑制磁場コイル及び４つの右側抑制磁場コイルとを具備し、前記左側観測磁場コイル及び左側ｘ方向勾配磁場コイル及び左側ｙ方向勾配磁場コイル及び左側ｚ方向勾配磁場コイル及び４つの左側抑制磁場コイルが板状に積層され、前記右側観測磁場コイル及び右側ｘ方向勾配磁場コイル及び右側ｙ方向勾配磁場コイル及び右側ｚ方向勾配磁場コイル及び４つの右側抑制磁場コイルが板状に積層されていることを特徴とする観測・勾配磁場コイル。
【請求項２】
小動物収容空間を有し且つ開閉しうる扉を有し且つ前記扉を閉じると前記小動物収容空間が磁気・電波シールドで囲繞される測定室と、前記測定室の外部に設置されたデュワと、前記デュワから延びて前記測定室の壁を突き抜けて前記測定室の内部に突出したセンサ管と、前記センサ管の先端部に設置されたＳＱＵＩＤと、前記ＳＱＵＩＤの近傍の撮像領域に観測磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側観測磁場コイル及び右側観測磁場コイルと、前記撮像領域にｘ方向勾配磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側ｘ方向勾配磁場コイル及び右側ｘ方向勾配磁場コイルと、前記撮像領域にｙ方向勾配磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側ｙ方向勾配磁場コイル及び右側ｙ方向勾配磁場コイルと、前記撮像領域にｚ方向勾配磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側ｚ方向勾配磁場コイル及び右側ｚ方向勾配磁場コイルと、前記観測磁場及び前記ｘ方向勾配磁場及び前記ｙ方向勾配磁場及び前記ｚ方向勾配磁場に起因して前記磁気・電波シールドに生じる渦電流の影響を抑制しうる抑制磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の４つの左側抑制磁場コイル及び４つの右側抑制磁場コイルと、前記撮像領域に分極磁場を形成しうるように前記撮像領域の前後に設置された円筒状の前側分極磁場コイルおよび後側分極磁場コイルとを具備し、前記左側観測磁場コイル及び左側ｘ方向勾配磁場コイル及び左側ｙ方向勾配磁場コイル及び左側ｚ方向勾配磁場コイル及び４つの左側抑制磁場コイルが板状に積層され、前記右側観測磁場コイル及び右側ｘ方向勾配磁場コイル及び右側ｙ方向勾配磁場コイル及び右側ｚ方向勾配磁場コイル及び４つの右側抑制磁場コイルが板状に積層されていることを特徴とする小動物用生体磁気測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観測・勾配磁場コイルおよび小動物用生体磁気測定装置に関する。さらに詳しくは、ＳＱＵＩＤを用いてネズミのような小動物の心磁や脳磁を測定する小動物用生体磁気測定装置において、その小型のシールドルーム内に好適に組み込むことが出来る磁気共鳴イメージングのためのコイル群であって且つそれらコイル群が発生する磁場に起因する渦電流の悪影響を抑制できるようにした観測・勾配磁場コイル、および、セッティングに手間が掛かる小動物を動かすことなく、機能情報である心磁や脳磁が得られると共に形態情報である磁気共鳴画像を得ることも出来る小動物用生体磁気測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＳＱＵＩＤを用いてネズミのような小動物の心磁や脳磁を測定する小動物用生体磁気測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
他方、小動物用ではないが、ＳＱＵＩＤを用いると共に地磁気などの外部磁場を遮蔽するためのシールド板を備えた磁気共鳴イメージング装置が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
さらに、小動物用でもなく、ＳＱＵＩＤを用いてもいないが、コイルが発生する磁場が外部に漏れるのを抑制するためのシールドコイルを備えた磁気共鳴イメージング装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１３１５２号公報
【特許文献２】特開２００９−２０１５４５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】M Espy et al、“Ultra-low-field MRI for Detection of Liquid Explosives”、Superconductor Science and Technology, 23(2010) 034023
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
微弱な生体磁気を測定するためには、地磁気などの外部磁場を遮蔽するためのシールドが必須であり、人の生体磁気を測定する装置では、人が入る部屋全体をシールドルーム化している。しかし、全体が大型になるため、設備負担が大きく且つ輸送・移動が困難であった。
【０００８】
これに対して、特許文献１に記載の小動物用生体磁気測定装置では、小動物を収容できる程度の小型のシールドルームで済むため、設備負担が小さくなると共に輸送・移動も容易になった。
【０００９】
しかし、磁気共鳴イメージングを行うことは出来なかったので、本願発明者らは、磁気共鳴イメージングのためのコイル群を組み込むことを考えた。そうすれば、セッティングに手間が掛かる小動物を動かすことなく、機能情報である心磁や脳磁が得られると共に形態情報である磁気共鳴画像を得ることも出来る。
【００１０】
ところが、シールドルームが小型であるため、特許文献２や特許文献３に記載されたようなコイル群を組み込むことがスペース的に困難な問題点があった。
【００１１】
また、本願発明者らは、シールドルーム内には人が入らず（スペース的に入れない）、シールドルーム外（人がいる）にはコイル群が発生する磁場が漏れることはないから、コイルが発生する磁場が外部に漏れるのを抑制するための特許文献３に記載されたようなシールドコイルは必要ないと考えた。
【００１２】
ところが、本願発明者らは、実験を鋭意重ねているうちに、コイル群が発生する磁場により、シールドルームを形成するシールド板に渦電流が流れ、その渦電流による磁場が磁気共鳴イメージングのための磁場を乱すと共にＳＱＵＩＤに対するノイズ源になるという問題点を発見した。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、ＳＱＵＩＤを用いてネズミのような小動物の心磁や脳磁を測定する小動物用生体磁気測定装置において、その小型のシールドルーム内に好適に組み込むことが出来る磁気共鳴イメージングのためのコイル群であって且つそれらコイル群が発生する磁場に起因する渦電流の悪影響を抑制できるようにした観測・勾配磁場コイル、および、セッティングに手間が掛かる小動物を動かすことなく、機能情報である心磁や脳磁が得られると共に形態情報である磁気共鳴画像を得ることも出来る小動物用生体磁気測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の観点では、本発明は、ある撮像空間を想定したときに、前記撮像領域に観測磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側観測磁場コイル及び右側観測磁場コイルと、前記撮像領域にｘ方向勾配磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側ｘ方向勾配磁場コイル及び右側ｘ方向勾配磁場コイルと、前記撮像領域にｙ方向勾配磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側ｙ方向勾配磁場コイル及び右側ｙ方向勾配磁場コイルと、前記撮像領域にｚ方向勾配磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側ｚ方向勾配磁場コイル及び右側ｚ方向勾配磁場コイルと、前記左側観測磁場コイル及び左側ｘ方向勾配磁場コイル及び左側ｙ方向勾配磁場コイル及び左側ｚ方向勾配磁場コイル及び右側観測磁場コイル及び右側ｘ方向勾配磁場コイル及び右側ｙ方向勾配磁場コイル及び右側ｚ方向勾配磁場コイルの周囲を囲繞する磁気・電波シールドを想定したときに、前記観測磁場及び前記ｘ方向勾配磁場及び前記ｙ方向勾配磁場及び前記ｚ方向勾配磁場に起因して前記磁気・電波シールドに生じる渦電流の影響を抑制しうる抑制磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の４つの左側抑制磁場コイル及び４つの右側抑制磁場コイルとを具備し、前記左側観測磁場コイル及び左側ｘ方向勾配磁場コイル及び左側ｙ方向勾配磁場コイル及び左側ｚ方向勾配磁場コイル及び４つの左側抑制磁場コイルが板状に積層され、前記右側観測磁場コイル及び右側ｘ方向勾配磁場コイル及び右側ｙ方向勾配磁場コイル及び右側ｚ方向勾配磁場コイル及び４つの右側抑制磁場コイルが板状に積層されていることを特徴とする観測・勾配磁場コイルを提供する。
上記第１の観点による観測・勾配磁場コイルでは、磁気共鳴イメージングのためのコイル群を平面状にし且つ板状に積層しているので、ＳＱＵＩＤを用いてネズミのような小動物の心磁や脳磁を測定する小動物用生体磁気測定装置において、その小型のシールドルーム内に好適に組み込むことが出来る。また、観測磁場及び勾配磁場に起因して磁気・電波シールドに生じる渦電流の影響を抑制しうる抑制磁場を形成する抑制磁場コイルを備えているので、渦電流による磁場が観測・勾配磁場を空間的・時間的に乱すこともなく、撮像領域に必要十分な磁場均一性を確保できる。また、渦電流という不要な過渡的現象が抑制され、ＳＱＵＩＤのノイズを低減し、磁場分解能を向上できる。
【００１５】
第２の観点では、本発明は、小動物収容空間を有し且つ開閉しうる扉を有し且つ前記扉を閉じると前記小動物収容空間が磁気・電波シールドで囲繞される測定室と、前記測定室の外部に設置されたデュワと、前記デュワから延びて前記測定室の壁を突き抜けて前記測定室の内部に突出したセンサ管と、前記センサ管の先端部に設置されたＳＱＵＩＤと、前記ＳＱＵＩＤの近傍の撮像領域に観測磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側観測磁場コイル及び右側観測磁場コイルと、前記撮像領域にｘ方向勾配磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側ｘ方向勾配磁場コイル及び右側ｘ方向勾配磁場コイルと、前記撮像領域にｙ方向勾配磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側ｙ方向勾配磁場コイル及び右側ｙ方向勾配磁場コイルと、前記撮像領域にｚ方向勾配磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の左側ｚ方向勾配磁場コイル及び右側ｚ方向勾配磁場コイルと、前記観測磁場及び前記ｘ方向勾配磁場及び前記ｙ方向勾配磁場及び前記ｚ方向勾配磁場に起因して前記磁気・電波シールドに生じる渦電流の影響を抑制しうる抑制磁場を形成しうるように前記撮像領域の左右に設置された平面状の４つの左側抑制磁場コイル及び４つの右側抑制磁場コイルと、前記撮像領域に分極磁場を形成しうるように前記撮像領域の前後に設置された円筒状の前側分極磁場コイルおよび後側分極磁場コイルとを具備し、前記左側観測磁場コイル及び左側ｘ方向勾配磁場コイル及び左側ｙ方向勾配磁場コイル及び左側ｚ方向勾配磁場コイル及び４つの左側抑制磁場コイルが板状に積層され、前記右側観測磁場コイル及び右側ｘ方向勾配磁場コイル及び右側ｙ方向勾配磁場コイル及び右側ｚ方向勾配磁場コイル及び４つの右側抑制磁場コイルが板状に積層されていることを特徴とする小動物用生体磁気測定装置を提供する。
上記第２の観点による小動物用生体磁気測定装置では、セッティングに手間が掛かる小動物を動かすことなく、機能情報である心磁や脳磁が得られると共に形態情報である磁気共鳴画像を得ることも出来る。さらに、前記第１の観点による観測・勾配磁場コイルを用いているので、鮮明な磁気共鳴画像を得ることが出来る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の観測・勾配磁場コイルによれば、ＳＱＵＩＤを用いてネズミのような小動物の心磁や脳磁を測定する小動物用生体磁気測定装置において、その小型のシールドルーム内に磁気共鳴イメージングのためのコイル群を好適に組み込むことが出来る。また、コイル群が発生する磁場に起因する渦電流の悪影響を抑制することが出来る。
本発明の小動物用生体磁気測定装置によれば、セッティングに手間が掛かる小動物を動かすことなく、機能情報である心磁や脳磁が得られると共に形態情報である磁気共鳴画像を得ることも出来る。さらに、鮮明な磁気共鳴画像を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例に係る小動物用生体磁気測定装置を示す正面図である。
【図２】実施例に係る小動物用生体磁気測定装置の制御部を示すブロック図である。
【図３】実施例に係る観測・勾配磁場コイルを示す斜視図である。
【図４】実施例に係る観測磁場コイルの巻線パターンを示す模式図である。
【図５】実施例に係るｘ方向勾配磁場コイルの巻線パターンを示す模式図である。
【図６】実施例に係るｙ方向勾配磁場コイルの巻線パターンを示す模式図である。
【図７】実施例に係る観測抑制磁場コイルの巻線パターンを示す模式図である。
【図８】実施例に係るｘ方向抑制磁場コイルの巻線パターンを示す模式図である。
【図９】実施例に係るｙ方向抑制磁場コイルの巻線パターンを示す模式図である。
【図１０】４個のコイルからなる平面自己シールドコイルの説明図である。
【図１１】実施例に係る観測磁場の均一領域を示す概念図である。
【図１２】実施例に係るｘ方向勾配磁場の均一領域を示す概念図である。
【図１３】実施例に係るｙ方向勾配磁場の均一領域を示す概念図である。
【図１４】実施例に係る分極磁場コイルを示す一部破断側面図である。
【図１５】実施例に係る磁気共鳴信号の測定シーケンスを示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１９】
図１は、実施例に係る小動物用生体磁気測定装置１００を示す構成図である。
この小動物用生体磁気測定装置１００は、小動物Ａを収容する空間である測定室１と、測定室１の上に設置されたデュワ室２と、デュワ室２内に設置されたデュワ３と、デュワ３から垂下し測定室１の天壁を突き抜けて測定室１の内部中央付近まで突出した外径３５ｍｍのセンサ管４と、センサ管４の下端部に設置されたＳＱＵＩＤ５と、ＳＱＵＩＤ５の近傍の撮像領域６に観測磁場および勾配磁場を形成するための観測・勾配磁場コイル７と、撮像領域６に分極磁場を形成するための分極磁場コイル８と、測定室１の下に設置され且つＳＱＵＩＤ５を駆動する電子回路を収容した基台１０と、全体を制御する制御部２０とを具備している。
【００２０】
測定室１は、開閉しうる右扉９Ｒおよび左扉９Ｌを有している。それら扉９Ｒ，９Ｌを閉じると、測定室１が磁気・電波シールド１ａで囲繞される。
磁気・電波シールド１ａは、２層のパーマロイと１層の銅板の積層材からなる。
【００２１】
デュワ室２も、１層のパーマロイと１層のアルミ板の積層材からなる磁気・電波シールドで囲繞されている。
センサ管４は、フッ素樹脂製であり、可撓性を有している。
【００２２】
図示しないが、測定室１の天井もしくは壁面には、撮像領域６を撮影するためのカメラ及び照明のためのＬＥＤが設置されている。左扉９Ｌおよび右扉９Ｒを閉じて、小動物Ａの心磁や脳磁を測定している間や小動物Ａを磁気共鳴撮像している間の小動物をモニタしたり、記録することが出来る。
【００２３】
図２に示すように、制御部２０は、ＳＱＵＩＤ５を駆動する電子回路からの信号をデジタル化するデータ収集装置１１と、観測・勾配磁場コイル７と分極磁場コイル８に電流パルスを供給するドライバー１２と、データ収集装置１１およびドライバー１２の動作を制御するシーケンサ１３と、シーケンサ１３に情報及び指令を送ると共にデータ収集装置１１からの信号を処理するコンピュータ１４と、コンピュータ１４を操作するためのコンソール１５とを具備している。
【００２４】
図３に示すように、観測・勾配磁場コイル７は、撮像領域６に観測磁場を形成しうるように撮像領域６の左右に設置された平面状の左側観測磁場コイルＬＢｍ及び右側観測磁場コイルＲＢｍと、撮像領域６にｘ方向勾配磁場を形成しうるように撮像領域６の左右に設置された平面状の左側ｘ方向勾配磁場コイルＲＧｘ及び右側ｘ方向勾配磁場コイルＲＧｘと、撮像領域６にｙ方向勾配磁場を形成しうるように撮像領域６の左右に設置された平面状の左側ｙ方向勾配磁場コイルＬＧｙ及び右側ｙ方向勾配磁場コイルＲＧｙと、撮像領域６にｚ方向勾配磁場を形成しうるように撮像領域６の左右に設置された平面状の左側ｚ方向勾配磁場コイルＬＧｚ及び右側ｚ方向勾配磁場コイルＲＧｚと、観測磁場に起因して磁気・電波シールド１ａに渦電流が生じるのを抑制するための抑制磁場を形成しうるように撮像領域６の左右に設置された平面状の左側観測抑制磁場コイルＬＳＢｍ及び右側観測抑制磁場コイルＲＳＢｍと、ｘ方向勾配磁場に起因して磁気・電波シールド１ａに渦電流が生じるのを抑制するための抑制磁場を形成しうるように撮像領域６の左右に設置された平面状の左側ｘ方向抑制磁場コイルＬＳＧｘ及び右側ｘ方向抑制磁場コイルＲＳＧｘと、ｙ方向勾配磁場に起因して磁気・電波シールド１ａに渦電流が生じるのを抑制するための抑制磁場を形成しうるように撮像領域６の左右に設置された平面状の左側ｙ方向抑制磁場コイルＬＳＧｙ及び右側ｙ方向抑制磁場コイルＲＳＧｙと、ｚ方向勾配磁場に起因して磁気・電波シールド１ａに渦電流が生じるのを抑制するための抑制磁場を形成しうるように撮像領域６の左右に設置された平面状の左側ｚ方向抑制磁場コイルＬＳＧｚ及び右側ｚ方向抑制磁場コイルＲＳＧｚとを具備している。
【００２５】
そして、左側観測磁場コイルＬＢｍ及び左側ｘ方向勾配磁場コイルＬＧｘ及び左側ｙ方向勾配磁場コイルＬＧｙ及び左側ｚ方向勾配磁場コイルＬＧｚ及び左側観測抑制磁場コイルＬＳＢｍ及び左側ｘ方向抑制磁場コイルＬＳＧｘ及び左側ｙ方向抑制磁場コイルＬＳＧｙ及び左側ｚ方向抑制磁場コイルＬＳＧｚが板状に積層されている。
また、右側観測磁場コイルＲＢｍ及び右側ｘ方向勾配磁場コイルＲＧｘ及び右側ｙ方向勾配磁場コイルＲＧｙ及び右側ｚ方向勾配磁場コイルＲＧｚ及び右側観測抑制磁場コイルＲＳＢｍ及び右側ｘ方向抑制磁場コイルＲＳＧｘ及び右側ｙ方向抑制磁場コイルＲＳＧｙ及び右側ｚ方向抑制磁場コイルＲＳＧｚが板状に積層されている。
【００２６】
図４は、左側観測磁場コイルＬＢｍの導線パターンの例示図である。
左側観測磁場コイルＬＢｍの導線パターンは同心円状になる。
なお、図は概念的なものであり、実際には、各ターンは一部が切れており、その切れ目で隣接するターンと導線で接続され、全ターンが直列になっている。また、最外周ターンおよび最内周ターンには、引出し導線が接続される。
右側観測磁場コイルＲＢｍの導線パターンは、左側観測磁場コイルＬＢｍの導線パターンと対称形になる。
【００２７】
図５は、左側ｘ方向勾配磁場コイルＬＧｘの導線パターンの例示図である。
左側ｘ方向勾配磁場コイルＬＧｘの導線パターンは対称な２つの同心環状になる。
なお、図は概念的なものであり、実際には、各ターンは一部が切れており、その切れ目で隣接するターンと導線で接続され、それぞれ同心環を構成する全ターンが直列になっている。また、２つの同心環状の最内周ターン同士が接続され、２つの同心環状の最外周ターンには引出し導線が接続される。
右側ｘ方向勾配磁場コイルＲＧｘの導線パターンは、左側ｘ方向勾配磁場コイルＬＧｘの導線パターンと対称形になる。
【００２８】
図６は、左側ｙ方向勾配磁場コイルＬＧｙの導線パターンの例示図である。
左側ｙ方向勾配磁場コイルＬＧｙの導線パターンは同心円状になる。
なお、図は概念的なものであり、実際には、各ターンは一部が切れており、その切れ目で隣接するターンと導線で接続され、全ターンが直列になっている。また、最外周ターンおよび最内周ターンには、引出し導線が接続される。
右側ｙ方向勾配磁場コイルＲＧｙの導線パターンは、左側ｙ方向勾配磁場コイルＬＧｙの導線パターンと対称形になる。
【００２９】
左側ｚ方向勾配磁場コイルＬＧｚの導線パターンは、左側ｘ方向勾配磁場コイルＬＧｘの導線パターンを９０度回転させたものとなる。
右側ｚ方向勾配磁場コイルＲＧｚの導線パターンは、右側ｘ方向勾配磁場コイルＲＧｘの導線パターンを９０度回転させたものとなる。
【００３０】
図７は、左側観測抑制磁場コイルＬＳＢｍの導線パターンの例示図である。
左側観測抑制磁場コイルＬＳＢｍの導線パターンは同心円状になる。
なお、図は概念的なものであり、実際には、各ターンは一部が切れており、その切れ目で隣接するターンと導線で接続され、全ターンが直列になっている。また、最外周ターンおよび最内周ターンには、引出し導線が接続される。
右側観測抑制磁場コイルＲＳＢｍの導線パターンは、左側観測抑制磁場コイルＬＳＢｍの導線パターンと対称形になる。
【００３１】
図８は、左側ｘ方向抑制磁場コイルＬＳＧｘの導線パターンの例示図である。
左側ｘ方向抑制磁場コイルＬＳＧｘの導線パターンは対称な２つの同心環状になる。
なお、図は概念的なものであり、実際には、各ターンは一部が切れており、その切れ目で隣接するターンと導線で接続され、それぞれ同心環を構成する全ターンが直列になっている。また、２つの同心環状の最内周ターン同士が接続され、２つの同心環状の最外周ターンには引出し導線が接続される。
右側ｘ方向抑制磁場コイルＲＳＧｘの導線パターンは、左側ｘ方向抑制磁場コイルＬＳＧｘの導線パターンと対称形になる。
【００３２】
図９は、左側ｙ方向抑制磁場コイルＬＳＧｙの導線パターンの例示図である。
左側ｙ方向抑制磁場コイルＬＳＧｙの導線パターンは同心円状になる。
なお、図は概念的なものであり、実際には、各ターンは一部が切れており、その切れ目で隣接するターンと導線で接続され、全ターンが直列になっている。また、最外周ターンおよび最内周ターンには、引出し導線が接続される。
右側ｙ方向抑制磁場コイルＲＳＧｙの導線パターンは、左側ｙ方向抑制磁場コイルＬＳＧｙの導線パターンと対称形になる。
【００３３】
左側ｚ方向抑制磁場コイルＬＳＧｚの導線パターンは、左側ｘ方向抑制磁場コイルＬＳＧｘの導線パターンを９０度回転させたものとなる。
右側ｚ方向抑制磁場コイルＲＳＧｚの導線パターンは、右側ｘ方向抑制磁場コイルＲＳＧｘの導線パターンを９０度回転させたものとなる。
【００３４】
ここで、ターゲットフィールド法による平面自己シールドコイルの設計について説明する。
図１０において、ｙ＝−ｂに左側主コイルＬを配置し、ｙ＝ｂに右側主コイルＲを配置し、ｙ＝−ｄに左側シールドコイルＬＳを配置し、ｙ＝ｄに右側シールドコイルＲＳを配置し、これら４枚のコイルＬ，Ｒ，ＬＳ，ＲＳの平面電流分布を、
【数１】
0004811751.tif 000002
とする。
【００３５】
この各電流成分のフーリエ変換対を、
【数２】
0004811751.tif 000003
と表すと、電流の連続方程式は、
【数３】
0004811751.tif 000004
となる。
【００３６】
４枚のコイルＬ，Ｒ，ＬＳ，ＲＳの平面電流による軸方向の磁場は、シールドコイルＬＳ，ＲＳの外部 (|ｙ|＞ｄ) で、
【数４】
0004811751.tif 000005
である。
【００３７】
対称コイルの場合は、
【数５】
0004811751.tif 000006
であるので、これを［数４］に代入して、シールドコイルＬＳ，ＲＳの外部の任意の点で磁場を零とするシールド条件を求めると、
【数６】
0004811751.tif 000007
となる。
【００３８】
これを用いると、主コイルＬ，Ｒのの間 (|ｙ|＜ｂ ) の磁場は、
【数７】
0004811751.tif 000008
となる。
【００３９】
同じく、この電流密度分布が発生する磁気エネルギーは、
【数８】
0004811751.tif 000009
となる。
【００４０】
これから、ラグランジュの未定常数法によるインダクタンス最小のコイルの設計公式を導く。ここで、目標の磁場分布として、Ｎ個の磁場設定点における磁場、
【数９】
0004811751.tif 000010
を与える。
【００４１】
この制約条件を付けた磁気エネルギー汎関数は、
【数１０】
0004811751.tif 000011
で定義できる。ここで、
【数１１】
0004811751.tif 000012
は、ラグランジュの未定常数である。
【００４２】
［数１０］を
【数１２】
0004811751.tif 000013
で微分した結果を零とすると、
【数１３】
0004811751.tif 000014
を得る。
【００４３】
ラグランジュの未定常数は、［数１３］を［数７］に代入して、Ｎ個の磁場設定点に適用した行列方程式、
【数１４】
0004811751.tif 000015
から決定する。
【００４４】
観測磁場コイルＬＢｍ，ＲＢｍおよび観測抑制磁場コイルＬＳＢｍ，ＲＳＢｍは、ｙ方向の均一磁場分布なので、対称コイルで構成できる。８個の磁場設定点を与えて、設計公式から電流分布のフーリエ変換対を求め、これを逆変換して電流分布を求め、電流分布を積分して流れ関数を求め、流れ関数の一定ステップ毎の等高線を作り、コイル面内の巻線パターンを得ることが出来る。さらに、観測磁場の軸対称性から円形コイルで作れるので、円柱座標系を使って設計公式を簡略化できる。
観測磁場コイルＬＢｍ，ＲＢｍ間の間隔を１４ｃｍとし、観測抑制磁場コイルＬＳＢｍ，ＲＳＢｍ間の間隔を１８ｃｍとし、直径３５ｃｍの円内に収まる大きさとなるように計算した巻線パターンの例が図４および図７である。
図１１は、設計公式から計算した観測磁場の均一領域である。撮像領域６は０．２％以下の均一領域に入る。
【００４５】
ｘ方向勾配磁場コイルＬＧｘ，ＲＧｘおよびｘ方向抑制磁場コイルＬＳＧｘ，ＲＳＧｘは、対称コイルで構成できる。４個の磁場設定点を与えて、設計公式から電流分布のフーリエ変換対を求め、これを逆変換して電流分布を求め、電流分布を積分して流れ関数を求め、流れ関数の一定ステップ毎の等高線を作り、コイル面内の巻線パターンを得ることが出来る。
ｘ方向勾配磁場コイルＬＧｘ，ＲＧｘ間の間隔を１３ｃｍとし、ｘ方向抑制磁場コイルＬＳＧｘ，ＲＳＧｘ間の間隔を１７ｃｍとし、直径３５ｃｍの円内に収まる大きさとなるように計算した巻線パターンの例が図５および図８である。
図１２は、設計公式から計算したｘ方向勾配磁場の均一領域である。撮像領域６は０．２％以下の均一領域に入る。
【００４６】
ｚ方向勾配磁場コイルＬＧｚ，ＲＧｚおよびｚ方向抑制磁場コイルＬＳＧｚ，ＲＳＧｚは、基本的には図５や図８に示した巻線パターンを９０°回転させたものであるが、ｚ方向勾配磁場コイルＬＧｚ，ＲＧｚ間の間隔を１２ｃｍとし、ｚ方向抑制磁場コイルＬＳＧｚ，ＲＳＧｚ間の間隔を１６ｃｍとし、同じ計算により巻線パターンを決定した。
【００４７】
ｙ方向勾配磁場コイルＬＧｙ，ＲＧｙおよびｙ方向抑制磁場コイルＬＳＧｙ，ＲＳＧｙは、反対称コイルで構成することになり、各数式におけるｃｏｓｈをｓｉｎｈで置換した式になる。なお、ｙ方向磁場の軸対称性から観測磁場コイルと同様に円形コイルで作れるので、設計公式を簡略化できる。
ｙ方向勾配磁場コイルＬＧｙ，ＲＧｙ間の間隔を１１ｃｍとし、ｙ方向抑制磁場コイルＬＳＧｙ，ＲＳＧｙ間の間隔を１５ｃｍとして計算した巻線パターンの例が図６および図９である。
図１３は、設計公式から計算したｙ方向勾配磁場の均一領域である。撮像領域６は０．２％以下の均一領域に入る。
【００４８】
図１４に示すように、分極磁場コイル８は、撮像領域６に分極磁場を形成しうるように撮像領域６の前後に設置された円筒状の前側分極磁場コイル８Ｆおよび後側分極磁場コイル８Ｂを具備している。
これら前側分極磁場コイル８Ｆおよび後側分極磁場コイル８Ｂの巻数を多くすると共に、比較的大きな電流パルスを印加して、ｘ方向の分極磁場を発生させ、ｙ方向の観測磁場と直交させて、ＳＱＵＩＤ５でｚ方向の磁束に比例した信号を検出する。
【００４９】
図１５は、実施例に係る測定シーケンスの説明図である。
この測定シーケンスでは、ｙ方向の観測磁場Ｂｍを一定に保ち、ｘ方向の分極磁場Ｂｐを一定時間ｔpo印加して、分極磁場パルスに起因する過渡的現象が低減する時間ｔde待って、ＳＱＵＩＤ５を駆動するＦＬＬ (Ｆｌｕｘ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ) 回路をロックさせて核磁気共鳴信号を測定する。
数１０ｍＴの分極磁場Ｂｍを緩和時間Ｔ１より長い時間印加することで、超低磁場（数１０μＴから数１００μＴ）の観測磁場における熱平衡磁化より千倍以上大きな磁化をｘ方向に発生することが出来る。
発生した磁化は、直交するｙ方向の観測磁場の強さで決まる数ｋＨｚのラーモア周波数ωLで歳差運動を始める。
磁化の歳差運動から発生するｚ方向の磁場を、磁気分解能に優れたＳＱＵＩＤ５で検出する。
分極磁場パルスとＳＱＵＩＤ５を使うことにより、超低磁場の核磁気共鳴信号を高感度に観測することが可能となる。さらに、公知の撮像手法に基づいて３方向の勾配磁場パルスを観測磁場に重畳すれば、エコー信号に位置情報をエンコードすることが出来るので、得られた一連のエコー信号から画像再構成により磁気共鳴画像を得ることが出来る。
【００５０】
実施例の観測・勾配磁場コイル７は、ＳＱＵＩＤ５を用いてネズミのような小動物Ａの心磁や脳磁を測定する小動物用生体磁気測定装置１００において、磁気・電波シールドされた小型の測定室１内に好適に組み込むことが出来る。また、観測コイルＬＢｍ，ＲＢｍが発生する観測磁場や勾配磁場コイルＬＧｘ，ＲＧｘ，ＬＧｙ，ＲＧｙ，ＬＧｚ，ＲＧｚが発生する勾配磁場に起因する渦電流の悪影響を抑制することが出来る。
【００５１】
また、実施例の小動物用生体磁気測定装置１００によれば、セッティングに手間が掛かる小動物Ａを動かすことなく、機能情報である心磁や脳磁が得られると共に形態情報である磁気共鳴画像を得ることが出来る。さらに、観測コイルＬＢｍ，ＲＢｍが発生する観測磁場や勾配磁場コイルＬＧｘ，ＲＧｘ，ＬＧｙ，ＲＧｙ，ＬＧｚ，ＲＧｚが発生する勾配磁場に起因する渦電流の悪影響を抑制することが出来るので、鮮明な磁気共鳴画像を得ることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
例えばネズミのような小動物あるいは摘出組織・培養細胞等の被検体から発せられる生体磁場を測定するのと共に超低磁場における磁気共鳴信号を検出したり撮像するのに利用できる。
【符号の説明】
【００５３】
１              測定室
１ａ            磁気・電波シールド
２              デュワ室
３              デュワ
４              センサ管
５              ＳＱＵＩＤ
６              撮像領域
７              観測・勾配磁場コイル
８              分極磁場コイル
９Ｌ，９Ｒ      左扉，右扉
１０            基台
１１            データ収集装置
１２            ドライバー
１３            シーケンサ
１４            コンピュータ
１５            コンソール
２０            制御部
１００          小動物用生体磁気測定装置
Ａ              小動物
【要約】
【課題】小動物の心磁や脳磁を測定しうると共に磁気共鳴撮像を行うことが出来る小動物用生体磁気測定装置を提供する。
【解決手段】磁気・電波シールド（１ａ）で囲繞され且つ小動物（Ａ）を収容しうる測定室（１）内にＳＱＵＩＤ（５）を設置した小動物用生体磁気測定装置（１００）において、測定室（１）内に磁気共鳴撮像のための観測・勾配磁場コイル（７）および分極磁場コイル（８）を設置する。観測・勾配磁場コイル（７）は、平面自己シールド型として、小型化を図ると共に磁気・電波シールド（１ａ）での渦電流の悪影響を抑制する。
【効果】セッティングに手間が掛かる小動物を動かすことなく、機能情報である心磁や脳磁が得られると共に形態情報である磁気共鳴画像を得ることが出来る。観測磁場や勾配磁場に起因する渦電流の悪影響を抑制できるので、鮮明な磁気共鳴画像を得ることが出来る。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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