電子スピン共鳴イメージング
MRIで撮像に利用する水素原子核磁気モーメントはEPRで撮像に使用する電子磁気モーメントの約1/1840。
MRIで撮像時に使用する周波数帯がパルス技術が容易な高周波領域で、EPRではマイクロ波領域でパルス化は困難。
MRIでは共鳴吸収されたエネルギーの緩和時間が3桁ほど長いので時間領域技術すなわちフーリエ変換技術を利用可能だが、EPRでは困難。
MRIで撮像時に使用する高周波は生体での電磁波吸収が殆どないが、EPRでは生体で吸収されるマイクロ波を使用する。
MRIで撮像時に使用する水素原子は人間の体内には約110Mol/lの超高濃度で存在するがEPRで撮像対象の不対電子の存在は疎ら。
マイクロ波による電子スピンの共鳴を用いた手法で、不対電子のエネルギー吸収を特異的に検出することができる電子スピン共鳴、(ESR)分光(電子常磁性共鳴(EPR)とも呼ばれる)は、フリーラジカル分子の研究において強力な計測手法となっていて、ESR分光は、核磁気共鳴(NMR)とは兄弟関係にある磁気共鳴分光法で、核磁気共鳴画像法(核スピンの可視化)同様に過去30年間に渡り、電子スピンの分布を可視化するイメージング法も研究されてきた。
通常は静磁場中の試料に8-300 GHzの周波数帯のマイクロ波を照射することで、電子にエネルギーを吸収させる。生体の計測時には水による誘電損失が生じるため、小動物のイメージングでは300-1500 MHz程度の低い周波数を使用する事が多い。フリーラジカルの同定や定量を行うことができる。
従来は3次元画像計測は長い計測時間が必要とされ、生体内でのレドックスマップを得ることは容易ではなかったが、近年、高速に磁場を掃引するEPRイメージング装置の開発により、生体内でのレドックス反応の空間分布や生体内で寿命が短いフリーラジカル種の検出、測定が可能になり、電子スピンの3次元空間分布を計測する技術が開発され、高速EPRイメージングを用いて,生体内の酸化還元状態の可視化が可能になった。電子スピンの緩和時間はナノ秒からマイクロ秒のオーダーでNMRと同様のパルス法による計測は容易ではなく、生体を対象とする低周波・低磁場のESR計測では連続波を用いた計測が主に用いられている。解像度はMRIに及ばないものの、脳機能の解明に有用な画像が得られる。