(57)【要約】発明の課題は、外部磁場の変換周期を任意に設定でき、簡単に低コストで製造することができ、低労力で安定した運転が可能な磁場印加装置を提供することである。課題の解決手段は、所定の位置に固定された測定部位と、測定部位を挟む位置に対向して設置された電子スピン共鳴用電磁石と、該電磁石に対して電流を供給し調節し停止する電流制御機構と、電子スピン共鳴用電磁石に対して電流が停止されている間は測定部位を挟む位置に対向して存在し、電子スピン共鳴用電磁石に対して電流が供給されている間は測定部位を挟む位置に存在しない核磁気共鳴用磁石と、核磁気共鳴用磁石を、測定部位を挟む位置に配置し撤収する核磁気共鳴用磁石移動機構とを、備える磁場印加装置である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の位置に固定された測定部位と、
測定部位を挟む位置に対向して設置された電子スピン共鳴用電磁石と、
該電磁石に対して電流を供給し調節し停止する電流制御機構と、
電子スピン共鳴用電磁石に対して電流が停止されている間は測定部位を挟む位置に対向して存在し、電子スピン共鳴用電磁石に対して電流が供給されている間は測定部位を挟む位置に存在しない核磁気共鳴用磁石と、
核磁気共鳴用磁石を、測定部位を挟む位置に配置し撤収する核磁気共鳴用磁石移動機構とを、
備える磁場印加装置。
【請求項２】
前記電子スピン共鳴用電磁石が測定対象物に印加する磁場強度が１〜１０ミリテスラである請求項１に記載の磁場印加装置。
【請求項３】
前記核磁気共鳴用磁石が永久磁石である請求項１又は２に記載の磁場印加装置。
【請求項４】
前記核磁気共鳴用磁石移動機構は、
測定部位を挟む相互に平行な第１の基盤及び第２の基盤であって、それらの盤面と平行に回転する第１の基盤及び第２の基盤、
第１の基盤及び第２の基盤の各盤面において、回転中心から測定部位に対応する位置までの距離を半径とする円弧上のいずれかの位置に、対向して設置された核磁気共鳴用磁石、及び
第１の基盤及び第２の基盤を同期回転させる機構
を備えるものである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁場印加装置。
【請求項５】
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４に記載の磁場印加装置。
【請求項６】
前記核磁気共鳴用磁石が測定対象物に印加する磁場強度が約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磁場印加装置。
【請求項７】
電流制御機構と磁石移動機構を同期して任意の周期で磁場を変換する機構を更に備える請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁場印加装置。
【請求項８】
電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用である請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁場印加装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁場印加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に関し、特に、電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用磁場印加装置に関する。
【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・画像化方法をいう。核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）とは、強い静磁場中に置いた水素核を含む原子核スピンの磁気モーメント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・画像化方法をいう。【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。また、電子スピン共鳴を起こすことでフリーラジカルと相互作用する水素核を含む原子核スピンを超偏極させる動的核偏極（オーバーハウザー効果はその一つ）を通じてＭＲＩで間接的にフリーラジカルを観測する分析・画像化方法（ＤＮＰ−ＭＲＩ）が知られている。【０００４】
特許文献１には、ＤＮＰ−ＭＲＩを用いた、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、計測対象物を回転移動させることにより、前期対象物中の画像を異なる磁場か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。また、他の実施形態として、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。【０００５】
特許文献１の計測装置で使用されている磁場印加装置は、特許文献１の図８で他の実施形態として、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を例示的に示し、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が具体的記載がない。【０００６】
特許文献２及び３には、ＭＲＩ／ＥＳＲ共鳴画像装置の基本構成は記載されているが、磁石の種類及び配置を工夫することで安定性及び実用性を高めた磁場印加装置は記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１１−５２７２２２号公報
【特許文献２】国際公開公報第９７／０７４１２号
【特許文献３】国際公開公報第９４／０３８２４号
【特許文献４】特願２０１７−５１５４５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１（Ａ）は、未だ出願公開されていない特許文献４に記載の回転型磁場印加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。この磁場印加装置は中心軸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。【００１０】
従来の回転型磁場印加装置（ＤＮＰ−ＭＲＩ）は一つの基盤に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設置し、回転させる必要がある。そのために、例えば、次の問題点が存在する。
磁場強度が異なる二種類の磁石を備えた基盤を製造するために労力及びコストを要し、異なる磁場強度を変換するフィールドサイクリング法で任意の周期で磁場変換できない。即ち、高磁場と低磁場の切り替えタイミングを最適化するために、前もって、磁石の寸法、種類、形状、位置関係を厳密に設計及び調節する必要がある。
二種類の磁石を備えた基盤はバランスが不均一であり、回転が不安定になり易い。また、実質的に、高磁場及び低磁場を一回印加するために基盤を一回転させなければならず、基盤を高速で回転させる必要がある。【００１１】
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、簡単に低コストで製造することができ、ＤＮＰ−ＭＲＩを実施する際に任意の周期で磁場変換でき、低労力で安定した運転が可能な磁場印加装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、所定の位置に固定された測定部位と、
測定部位を挟む位置に対向して設置された電子スピン共鳴用電磁石と、
該電磁石に対して電流を供給し調節し停止する電流制御機構と、
電子スピン共鳴用電磁石に対して電流が停止されている間は測定部位を挟む位置に対向して存在し、電子スピン共鳴用電磁石に対して電流が供給されている間は測定部位を挟む位置に存在しない核磁気共鳴用磁石と、
核磁気共鳴用磁石を、測定部位を挟む位置に配置し撤収する核磁気共鳴用磁石移動機構とを、
備える磁場印加装置を提供する。【００１３】
ある一形態においては、前記電子スピン共鳴用電磁石が測定対象物に印加する磁場強度が１〜１０ミリテスラである。【００１４】
ある一形態においては、前記核磁気共鳴用磁石が永久磁石である。【００１５】
ある一形態においては、前記核磁気共鳴用磁石移動機構は、
測定部位を挟む相互に平行な第１の基盤及び第２の基盤であって、それらの盤面と平行に回転する第１の基盤及び第２の基盤、
第１の基盤及び第２の基盤の各盤面において、回転中心から測定部位に対応する位置までの距離を半径とする円弧上のいずれかの位置に、対向して設置された核磁気共鳴用磁石、及び
第１の基盤及び第２の基盤を同期回転させる機構
を備えるものである。【００１６】
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。【００１７】
ある一形態においては、前記核磁気共鳴用磁石が測定対象物に印加する磁場強度が約０．１テスラ以上である。【００１８】
ある一形態においては、前記磁場印加装置は、電流制御機構と磁石移動機構を同期して任意の周期で磁場を変換する機構を更に有する。【００１９】
ある一形態においては、前記磁場印加装置は、電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置用である。【００２０】
また、本発明は、上記のいずれかの磁場印加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】
【００２１】
本発明によれば、磁場変換周期を任意に設定変更でき、簡単に低コストで製造することができ、低労力で安定した運転が可能な磁場印加装置が提供される。磁場印加条件を最適化することで最も高感度の画像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（Ａ）は、特許文献２に記載の回転型磁場印加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】（Ａ）は、本発明の回転型磁場印加装置の磁石ハウス部を上部から見たもの、（Ｂ）はその装置を横から見た正面図である。
【図３】本発明で使用するコイルユニットの断面図である。
【図４】（Ａ）は、本発明の回転型磁場印加装置の磁石ハウス部を上部から見たもの、（Ｂ）はその装置を横から見た正面図である。
【図５】本発明で使用する核磁気共鳴用磁石の配置の変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図２は、本発明の磁場印加装置の構造を示す模式図である。（Ａ）は当該装置を上から見た平面図である。（Ｂ）は当該装置を横から見た正面図である。
【００２４】
この磁場印加装置は、中心軸Ｉに沿った心棒１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２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３とを有する。
【００２５】
基盤は、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。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２及び第２の基盤３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。
【００２６】
第１の基盤及び第２の基盤の内側の盤面には、回転中心から測定部位に対応する位置までの距離を半径とする円弧上のいずれかの位置に、核磁気共鳴用磁石４が配置されている。核磁気共鳴用磁石４を配置する盤面は、両基盤の中に組み込んでも良く、あるいは外側であってもよく、第１の基盤２の内側と第２の基盤３の外側、又は第１の基盤２の外側と第２の基盤３の内側であってもよい。本発明の磁場印加装置では、基盤に設置する磁石が一種類でよいため、回転速度を変えることで磁場変換周期を容易に設定でき、少ない労力及び低コストで基盤を製造することができる。
【００２７】
本明細書において単に「基盤」というときは、第１の基盤２及び第２の基盤３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。
【００２８】
心棒１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５は磁場が最も高く安定する位置であり、一般に、核磁気共鳴用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。しかし、心棒１以外の方法で連結することも可能であり、その場合には心棒は不要である。また、核磁気共鳴用磁石の外形が心棒を超える大きさにすることも可能である。
【００２９】
第１の基盤２と第２の基盤３の間には、測定部位５を有するコイルユニット６が備えられている。測定部位５はコイルユニット６に固定され、その周囲には、一般に、ＲＦコイル（非表示）が捲かれている。コイルユニット６は、フレーム等の磁場印加装置を支持する構造体（非表示）に固定されている。コイルユニット６は一対の核磁気共鳴用磁石４に接触しない位置に設置される。
【００３０】
図３は、上記コイルユニット６の断面図である。コイルユニット６の測定部位５を挟む位置に、一対の電子スピン共鳴用電磁石７が対向して設置されている。電子スピン共鳴用電磁石７に積層して、傾斜磁場コイル８を設置してもよい。傾斜磁場コイル８を設置する位置は電子スピン共鳴用電磁石７の内側でも外側でもよい。電子スピン共鳴用電磁石７及び傾斜磁場コイル８は一体的に形成してもよい。
【００３１】
本発明の磁場印加装置は、電子スピン共鳴用電磁石７に対して電流を供給し調節し停止する電流制御機構を有する。電流は、核磁気共鳴用磁石４が測定部位を挟む位置に存在していない間は供給される。そのことで、測定対象物には電子スピン共鳴用磁場が印加される。一方、電流は、核磁気共鳴用磁石が測定部位を挟む位置に対向して存在している間は停止される。そのことで、測定対象物には核磁気共鳴用磁場が印加される。
【００３２】
電子スピン共鳴用電磁石７は、印加する磁場を単純にオンオフするだけなく、核磁気共鳴用磁石４の漏洩磁場をキャンセリングする働きもする。即ち、電流制御機構は、核磁気共鳴用磁石４の漏洩磁場の強さに応じて電子スピン共鳴用電磁石７に供給する電流量（向きを含め）を徐々に変え、電子スピン共鳴磁場を限りなく広い範囲で一定にする機構を持つ。電流制御機構は、電磁石の電気特性に適した制御方式のバイポーラ型安定電源、磁場検出装置、制御部及びソフトウェア等の目的に適した装置を組み合わせて製造することができる。
【００３３】
従って、電流制御機構は、電子スピン共鳴用電磁石７に供給する電流量を制御することで、電子スピン共鳴用電磁石７の極を変えて最大限の磁力を出すことで漏洩磁場を抑えつつ、徐々に電流量（電力）を減じつつ一定の磁場を保つことで、電子スピン共鳴の時間を長くすることが好ましい。
【００３４】
核磁気共鳴用磁石４は、測定部位を挟む位置に配置され、撤収される。核磁気共鳴用磁石４の周期的な配置及び撤収は、例えば、第１の基盤２及び第２の基盤３を、同期及び等速度で回転させて行うことができる。同期回転とは、同時に同一速度で回転することをいう。その場合、核磁気共鳴用磁石４の配置及び撤収は周期的に行われる。
【００３５】
図２では、核磁気共鳴用磁石４が測定部位５を挟む位置に存在していない。そのため、電子スピン共鳴用電磁石７に対して電流が供給され、測定対象物に電子スピン共鳴用磁場が印加されている状態にある。
【００３６】
図４は、図２と同様に、本発明の磁場印加装置の構造を示す模式図である。（Ａ）は当該装置を上から見た平面図である。（Ｂ）は当該装置を横から見た正面図である。図４では、核磁気共鳴用磁石４が測定部位５を挟む位置に対向して存在している。そのため、電子スピン共鳴用電磁石７に対する電流は停止され、測定対象物に核磁気共鳴用磁場が印加されている状態にある。
【００３７】
基盤を配置する向きは、基盤の支持及び駆動に支障がない限り、限定されない。基盤を配置する向きは、盤面が水平面に対して垂直になる縦向き、盤面が水平面に対して平行になる横向き、及び盤面が水平面に対して垂直にも平行にもならない斜め向きのいずれでもよい。
【００３８】
測定を行う際に、第１の基盤２及び第２の基盤３は中心軸Ｉを中心にして同期回転する。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心棒又は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。
【００３９】
基盤を外周部で支持し、基盤の駆動力を外周部に伝達する場合は、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くてもよい。基盤を外周部で支持する手段の具体例としては、ローラー及びベアリングが挙げられる。
【００４０】
基盤の盤面に心棒を有しない場合、磁石の設置領域が心棒によって制限されないため、磁石の配置及び寸法の自由度が拡大する。また、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の寸法を最適なものに調節することが可能になる。
【００４１】
電子スピン共鳴用電磁石７は約−１０〜＋１０ミリテスラの磁場を発生させる。電子スピン共鳴用電磁石７が測定対象物に印加する磁場強度が約１ミリテスラ未満であると測定感度が低下し易くなる。電子スピン共鳴用電磁石７が磁場を発生させる能力は大きければ大きいほどよい。電子スピン共鳴用電磁石７の磁場発生能力が大きいほど、核磁気共鳴用磁石４の漏洩磁場をキャンセリングする能力も大きくなる。
【００４２】
電子スピン共鳴画像を測定する際には、電子スピン共鳴用電磁石７が測定対象物に印加する磁場は電流制御機構が適当な大きさに調節する。電子スピン共鳴用電磁石７が測定対象物に印加する磁場強度は、生体試料の場合には約１〜１０ミリテスラ、好ましくは約３〜約７ミリテスラ、より好ましくは約４〜約６ミリテスラである。なお、小さな生物試料や固体試料など電子スピン共鳴電磁波の浸透性が高い場合には、１０ミリテスラを大きく超えても良い。
【００４３】
核磁気共鳴用磁石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、磁石対の間隔を十分に大きくすることができなくなる。核磁気共鳴用磁石が測定対象物に印加する磁場を大きくすることで電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置の感度及び空間分解能が向上する。核磁気共鳴用磁石が測定対象物に印加する磁場強度は、好ましくは約０．２〜約２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。
【００４４】
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。
【００４５】
核磁気共鳴用磁石４に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、核磁気共鳴用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。
【００４６】
図５は、本発明で使用する核磁気共鳴用磁石の配置の変形例を示す平面図である。第１の基盤１の盤面の上に、核磁気共鳴用磁石４が３個設置されている。盤面に設置する核磁気共鳴用磁石の数は２個であっても、４個以上であってもよい。核磁気共鳴用磁石の数が多いほど、基盤のバランスの均一性が向上する。また、核磁気共鳴用磁石の数が多いほど、測定を行う際に、基盤の回転数を低くすることができる。その結果、磁場印加装置の低労力で安定した運転が可能になる。
【００４７】
本発明の電子スピン共鳴／核磁気共鳴画像装置は、本発明の磁場印加装置、通常の様式により上記磁場印加装置に接続された、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フィールドサイクル法を含む全ての核磁気共鳴画像法に応用でき、その場合の適正外部磁場は本記載と異なる。
【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、１０１…心棒、
２、１０２…第１の基盤、
３、１０３…第２の基盤、
４…核磁気共鳴用磁石、
５、１０６…測定部位、
６…コイルユニット、
７…電子スピン共鳴用電磁石、
８…傾斜磁場コイル、
１０４…電子スピン共鳴用弱磁力磁石、
１０５…核磁気共鳴用強磁力磁石。
【図１】
2018117185.tif 000003
【図２】
2018117185.tif 000004
【図３】
2018117185.tif 000005
【図４】
2018117185.tif 000006
【図５】
2018117185.tif 000007
【国際調査報告】
2018117185.tif 000008
2018117185.tif 000009
2018117185.tif 000010