WO2017203784A1 - オーバーハウザー効果ｍｒｉ用共振器およびオーバーハウザー効果ｍｒｉ測定方法 - Google Patents

オーバーハウザー効果ｍｒｉ用共振器およびオーバーハウザー効果ｍｒｉ測定方法 Download PDF

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sample
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gap
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和洋 市川
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国立大学法人九州大学
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
    • G01N24/12—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using double resonance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/32—Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals

Definitions

  • the present invention relates to an overhauser effect MRI used for obtaining an image such as a functional image or a morphological image of a sample using electron spin resonance (ESR) and nuclear magnetic resonance (NMR).
  • ESR electron spin resonance
  • NMR nuclear magnetic resonance
  • the present invention relates to a resonator for use and an overhauser effect MRI measurement method using the same.
  • OMRI Overhauser effect MRI
  • the applicant has developed a measuring apparatus capable of performing OMRI measurement, for example, as described in Patent Documents 1 to 3.
  • ESR and NMR are excited using a cylindrical RF coil (resonator).
  • a local magnetic field is required for radical excitation, when such a cylindrical RF coil is used, the efficiency decreases due to the generation of an electric field, and the sample in the RF coil is heated. There is.
  • JP 2006-204551 A Japanese Patent No. 5252444 Japanese Patent No. 5574386
  • FIG. 9 is a plan view of a conventional loop gap resonator
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state where power is fed to the loop gap resonator of FIG.
  • FIGS. 9 and 10 when the sample S is set in the loop portion 101 of the loop gap resonator 100 and an electromagnetic wave is fed from the feeding antenna 103, the electric field concentrates in the gap portion 102, and the loop portion 101 A uniform magnetic field is generated.
  • the output of the electromagnetic wave to be fed is about 10 mW in the ESR application, it is several W to several tens W in the OMRI application, so nonspecific heat absorption to the sample at the time of electromagnetic wave feeding is inevitable. There is a problem that the sample is heated.
  • an object of the present invention is to provide an OMRI resonator that suppresses nonspecific heat absorption to a sample during electromagnetic wave feeding and an OMRI measurement method using the resonator.
  • the resonator for OMRI is a loop gap portion composed of an NMR coil in which a sample is arranged inside, a loop portion in which the sample is set, and a gap portion that interrupts the loop portion, and at least the loop portion.
  • a loop gap portion disposed in the NMR coil and a power receiving portion to which electromagnetic waves are fed by the feeding antenna, and is connected to the gap portion so as not to overlap the loop portion on which the sample is set.
  • the OMRI measurement method of the present invention is a loop gap portion comprising an NMR coil in which a sample is disposed inside, a loop portion in which the sample is set, and a gap portion that interrupts the loop portion, and at least the loop
  • the part is a loop gap part arranged in the NMR coil and a power receiving part to which electromagnetic waves are fed by the feeding antenna, and is connected to the gap part so as not to overlap the loop part where the sample is set.
  • MRI resonator having a loop gap resonator having a power receiving unit for receiving an electromagnetic wave fed by an antenna so as not to be directly radiated to a sample set in the loop unit
  • an electron scan is applied to the sample.
  • emissions resonance or after that caused the electron spin resonance in the sample, sample to cause a nuclear magnetic resonance by NMR coil electron spin - and measuring the nuclear spin interactions phenomenon.
  • the power receiving unit is connected to the gap so as not to overlap the loop unit in which the sample is set, an electromagnetic wave of several W to several tens W is fed to the power receiving unit by the feeding antenna.
  • this electromagnetic wave is not directly emitted to the sample set in the loop portion, nonspecific heat absorption into the sample is suppressed, and the sample can be prevented from being heated.
  • the resonance frequency can be adjusted by the number of loops of one or both of the loop unit and the power receiving unit.
  • the loop gap resonator may be configured such that the power receiving unit is disposed in the NMR coil, but it is desirable that the power receiving unit is disposed outside the NMR coil. In the case where the power receiving unit is arranged outside the NMR coil, it is possible to minimize the influence on the sample in the NMR coil when an electromagnetic wave of several W to several tens W is fed to the power receiving unit by the power feeding antenna. .
  • a loop gap part composed of an NMR coil in which the sample is arranged inside, a loop part in which the sample is set, and a gap part that interrupts the loop part, and at least the loop part is arranged in the NMR coil.
  • a loop gap portion provided and a power receiving portion to which an electromagnetic wave is fed by a feeding antenna.
  • an electromagnetic wave fed by the feeding antenna is According to the OMRI resonator having a loop gap resonator having a power receiving portion that receives power so as not to be directly radiated to a sample set in the loop portion and causes electromagnetic resonance in the loop gap portion. Since non-specific heat absorption into the sample is suppressed and the sample can be prevented from being heated, the sample can be prevented from being damaged by heat. Spin - it is possible to measure the nuclear spin interactions phenomenon.
  • the resonance frequency can be adjusted by the number of loops of one or both of the loop unit and the power receiving unit. This makes it possible to easily manufacture a loop gap resonator corresponding to a target resonance frequency.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an OMRI resonator according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of the loop gap resonator of FIG. 1
  • FIG. 3 is a feed antenna with respect to the loop gap resonator of FIG. It is explanatory drawing which shows a mode that electric power feeding is performed.
  • the OMRI resonator 1A includes an NMR coil 2 in which a sample S is disposed, and a loop gap resonator 3A disposed in the NMR coil 2.
  • the loop gap resonator 3A receives the electromagnetic wave fed by the loop gap portion 4 including the loop portion 4A in which the sample S is set and the gap portion 4B that interrupts the loop portion 4A and the feed antenna 6,
  • the loop gap portion 4 includes a power receiving portion 5 that causes electromagnetic field resonance.
  • the loop gap part 4 and the power receiving part 5 of the loop gap resonator 3A are arranged side by side along the central axis 2X of the cylindrical NMR coil 2. That is, the central axis 4X of the loop of the loop part 4A of the loop gap part 4 and the central axis 5X of the power receiving part 5 are arranged so as to be orthogonal to the central axis 2X of the NMR coil 2.
  • the power receiving unit 5 is connected to the gap 4B so as not to overlap the loop 4A.
  • the NMR coil 2 is not limited to a cylindrical shape.
  • the sample S arranged inside the NMR coil 2 was placed on the loop portion 4A of the loop gap resonator 3A.
  • the electromagnetic wave E1 of several W to several tens of W is fed to the power receiving unit 5 by the power feeding antenna 6, the electric field concentrates on the gap 4 and a uniform magnetic field E2 is generated in the loop 4A.
  • the NMR coil 2 causes the sample S to have a nucleus. Magnetic resonance is caused to measure the electron spin-nuclear spin interaction phenomenon.
  • the power receiving unit 5 is connected to the gap unit 4B so as not to overlap the loop unit 4A in which the sample S is set. Even if an electromagnetic wave of several watts to several tens of watts is fed by 6, this electromagnetic wave is not directly radiated to the sample S set in the loop portion 4 A, and nonspecific heat absorption into the sample S is suppressed, S can be prevented from being heated. Therefore, the electron spin-nucleus spin interaction phenomenon can be measured without damaging the sample S with heat.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an OMRI resonator according to the second embodiment of the present invention.
  • the same components as those in the above-described OMRI resonator 1A are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the loop portion 7A of the loop gap portion 7 of the loop gap resonator 3B disposed in the NMR coil 2 is looped a plurality of times. It has become.
  • the number of loops of the loop portion 7A is set according to the set resonance frequency.
  • the loop gap section 7 and the power receiving section 5 are arranged side by side along the central axis 2X of the NMR coil 2, and the central axis 7X of the loop of the loop section 7A and the central axis 5X of the power receiving section 5 are aligned with the central axis 2X of the NMR coil 2. It arrange
  • the power receiving unit 5 is connected to the gap unit 4 so as not to overlap the loop unit 7A.
  • the power receiving unit 5 with the loop portion 7A of the loop gap resonator 3B placed on the sample S arranged inside the NMR coil 2 is used. Electromagnetic waves of several tens to several tens of watts are fed to the power supply antenna 6 to cause electromagnetic resonance in the loop gap 7, thereby causing electron spin resonance in the sample S or electrons in the sample S. After spin resonance is generated, nuclear magnetic resonance is caused in the sample S by the NMR coil 2 to measure the electron spin-nucleus spin interaction phenomenon.
  • the power receiving unit 5 may be configured to loop a plurality of times. That is, it is possible to adopt a configuration in which either one or both of the loop portion 7A and the power receiving unit 5 are looped a plurality of times in accordance with the resonance frequency to be adjusted.
  • the OMRI resonator 1B in the present embodiment it is possible to amplify the magnetic field strength of the loop portion 7A by configuring one or both of the loop portion 7A and the power receiving portion 5 a plurality of times. Without changing the endothermic amount of the sample S, it is possible to cause electromagnetic field resonance efficiently.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an OMRI resonator according to a third embodiment of the present invention.
  • the same components as those in the above-described OMRI resonator 1A are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the loop portion 4A of the loop gap resonator 3A of the OMRI resonator 1A is disposed in the NMR coil 2 to receive power.
  • the portion 5 is arranged outside the NMR coil 2.
  • the central axis 4X of the loop of the loop part 4A of the loop gap part 4 is arranged in parallel with the central axis 2X of the NMR coil 2.
  • the gap portion 4B may be disposed either inside or outside the NMR coil 2.
  • the NMR coil 2 is placed in the loop portion 4 ⁇ / b> A disposed inside the NMR coil 2 while the sample S disposed inside the NMR coil 2 is placed. Electromagnetic resonance of several tens to several tens of watts is fed to the power receiving unit 5 disposed outside the power receiving antenna 5 and causes electromagnetic resonance in the loop gap 4, thereby causing electron spin resonance in the sample S. At the same time or after causing electron spin resonance in the sample S, the NMR coil 2 causes nuclear magnetic resonance in the sample S to measure the electron spin-nucleus spin interaction phenomenon.
  • the power receiving unit 5 is connected to the gap unit 4B so as not to overlap the loop unit 4A in which the sample S is set, similarly to the OMRI resonators 1A and 1B described above. Therefore, even if an electromagnetic wave of several W to several tens of W is fed to the power receiving unit 5 by the feeding antenna 6, the electromagnetic wave is not directly radiated to the sample S set in the loop unit 4A.
  • the power receiving unit 5 since the power receiving unit 5 is disposed outside the NMR coil 2, the influence on the sample S in the NMR coil 2 is minimized when an electromagnetic wave of several W to several tens W is fed to the power receiving unit 5 by the power feeding antenna 6. In addition, it is possible to protect the sample from heat.
  • the sample S can be measured not on the loop part 4A but on the loop part 4A.
  • the loop portion 5 of the loop gap resonator 3 ⁇ / b> A disposed in the NMR coil 2 may be disposed outside the NMR coil 2.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an OMRI resonator according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the same components as those in the above-described OMRI resonator 1B are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the loop portion 7A of the loop gap resonator 3B of the OMRI resonator 1B is disposed in the NMR coil 2 to receive power.
  • the portion 5 is arranged outside the NMR coil 2.
  • the central axis 7X of the loop of the loop portion 7A is arranged in parallel with the central axis 2X of the NMR coil.
  • the gap portion 4B may be disposed either inside or outside the NMR coil 2.
  • the sample S arranged inside the NMR coil 2 is placed in the loop of the loop part 7A arranged in the NMR coil 2, Electromagnetic spin resonance is applied to the sample S by feeding electromagnetic waves of several tens to several tens of watts to the power receiving unit 5 disposed outside the NMR coil 2 by the power feeding antenna 6 and causing electromagnetic resonance in the loop gap unit 7.
  • the NMR coil 2 causes nuclear magnetic resonance in the sample S to measure the electron spin-nucleus spin interaction phenomenon.
  • the power receiving unit 5 has the gap portion 4B so as not to overlap the loop portion 7A in which the sample S is set, similarly to the OMRI resonators 1A, 1B, and 1C described above. Therefore, even when an electromagnetic wave of several W to several tens of W is fed to the power receiving unit 5 by the feeding antenna 6, the electromagnetic wave is not directly radiated to the sample S set in the loop unit 7A. However, since the power receiving unit 5 is disposed outside the NMR coil 2, an influence on the sample S in the NMR coil 2 when an electromagnetic wave of several W to several tens W is fed to the power receiving unit 5 by the power feeding antenna 6. And the sample can be protected from heat.
  • the sample S can be measured not on the loop portion 7A but on the loop portion 7A.
  • the loop portion 7 ⁇ / b> A of the loop gap resonator 3 ⁇ / b> B disposed in the NMR coil 2 may be disposed outside the NMR coil 2.
  • FIG. 7 shows an example in which a plurality of loop portions 4A and 7A of the loop gap portions 4 and 7 are connected in series.
  • FIG. 8 shows an example in which a plurality of loop portions 4A and 7A of the loop gap portions 4 and 7 are connected in parallel.
  • the OMRI resonator and the OMRI measurement method of the present invention are a resonator and a measurement method for obtaining an image such as a functional image or a morphological image of a sample using electron spin resonance (ESR) and nuclear magnetic resonance (NMR). It is useful, and is particularly suitable as an OMRI resonator that suppresses nonspecific heat absorption to a sample during electromagnetic wave feeding and an OMRI measurement method using the resonator.
  • ESR electron spin resonance
  • NMR nuclear magnetic resonance

Abstract

電磁波給電時の試料への非特異的熱吸収を抑制したＯＭＲＩ用共振器およびこれを用いたＯＭＲＩ測定方法の提供。　試料Ｓが内側に配置されるＮＭＲコイル２と、試料Ｓがセットされるループ部４Ａと、ループ部４Ａを中断するギャップ部４Ｂとから構成されるループギャップ部４であり、少なくともループ部４ＡがＮＭＲコイル２内に配設されるループギャップ部４と、給電アンテナ６により電磁波が給電される受電部５であり、試料Ｓがセットされるループ部４Ａに重ならないようにギャップ部４Ｂに接続されることにより、給電アンテナ６により給電される電磁波がループ部４Ａにセットされる試料Ｓへ直接放射されることがないように受電して、ループギャップ部４に電磁界共振を起こさせる受電部５とを有するループギャップ共振器３Ａとを有するＯＭＲＩ用共振器１Ａである。

Description

オーバーハウザー効果ＭＲＩ用共振器およびオーバーハウザー効果ＭＲＩ測定方法
　本発明は、電子スピン共鳴（ＥＳＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｓｐｉｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）および核磁気共鳴（ＮＭＲ：Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を利用して試料の機能画像や形態画像などの画像を得るために使用されるオーバーハウザー効果ＭＲＩ用共振器およびこれを用いたオーバーハウザー効果ＭＲＩ測定方法に関する。
　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・進展に密接に関連している。レドックス動態を可視化する手法として、オーバーハウザー効果ＭＲＩ（以下、「ＯＭＲＩ」と称す。）がある。ＯＭＲＩは、フリーラジカルの電子スピン共鳴（ＥＳＲ）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。
　本出願人は、ＯＭＲＩ測定を行うことができる計測装置として、例えば特許文献１～３に記載のものを開発している。これらの計測装置では、円筒形形状のＲＦコイル（共振器）を用いてＥＳＲおよびＮＭＲを励起している。なお、ラジカル励起には局所磁界が必要であるが、このような円筒形形状のＲＦコイルを用いた場合、電界の発生により効率が低下するとともに、ＲＦコイル内の試料が加熱されてしまうという問題がある。
特開２００６－２０４５５１号公報 特許第５２５２４４４号公報 特許第５５７４３８６号公報
Ｗ．　Ｆｒｏｎｃｉｓｚ　ａｎｄ　Ｊａｍｅｓ　Ｓ．　Ｈｙｄｅ，Ｔｈｅ　Ｌｏｏｐ－Ｇａｐ　Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ：　Ａ　Ｎｅｗ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｌｕｍｐｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　ＥＳＲ　Ｓａｍｐｌｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，４７，５１５－５２１，１９８２
　そこで、本発明者らは、従来、ＥＳＲ用途で用いられるループギャップ共振器（例えば、非特許文献１参照。）を用いることを検討した。図９は従来のループギャップ共振器の平面図、図１０は図９のループギャップ共振器に対して給電アンテナにより給電を行う様子を示す説明図である。図９および図１０に示すように、ループギャップ共振器１００のループ部１０１内に試料Ｓをセットし、給電アンテナ１０３から電磁波を給電すると、ギャップ部１０２に電界が集中し、ループ部１０１内に均一な磁界が生じる。
　しかしながら、ＥＳＲ用途では給電する電磁波の出力が１０ｍＷ程度であるのに対して、ＯＭＲＩ用途では数Ｗ～数１０Ｗとなるため、電磁波給電時の試料への非特異的な熱吸収が避けられず、試料が加熱されてしまうという問題がある。
　そこで、本発明においては、電磁波給電時の試料への非特異的熱吸収を抑制したＯＭＲＩ用共振器およびこれを用いたＯＭＲＩ測定方法を提供することを目的とする。
　本発明のＯＭＲＩ用共振器は、試料が内側に配置されるＮＭＲコイルと、試料がセットされるループ部と、ループ部を中断するギャップ部とから構成されるループギャップ部であり、少なくともループ部がＮＭＲコイル内に配設されるループギャップ部と、給電アンテナにより電磁波が給電される受電部であり、試料がセットされるループ部に重ならないようにギャップ部に接続されることにより、給電アンテナにより給電される電磁波がループ部にセットされる試料へ直接放射されることがないように受電して、ループギャップ部に電磁界共振を起こさせる受電部とを有するループギャップ共振器とを有するものである。
　また、本発明のＯＭＲＩ測定方法は、試料が内側に配置されるＮＭＲコイルと、試料がセットされるループ部と、ループ部を中断するギャップ部とから構成されるループギャップ部であり、少なくともループ部がＮＭＲコイル内に配設されるループギャップ部と、給電アンテナにより電磁波が給電される受電部であり、試料がセットされるループ部に重ならないようにギャップ部に接続されることにより、給電アンテナにより給電される電磁波がループ部にセットされる試料へ直接放射されることがないように受電する受電部とを有するループギャップ共振器とを有するオーバーハウザー効果ＭＲＩ用共振器において、給電アンテナにより受電部に電磁波を給電して、ループギャップ部に電磁界共振を起こさせることにより、試料に電子スピン共鳴を生じさせると同時に、または、試料に電子スピン共鳴を生じさせた後に、ＮＭＲコイルにより試料に核磁気共鳴を起こさせて電子スピン－核スピン相互作用現象を測定することを特徴とする。
　本発明のＯＭＲＩ用共振器では、試料がセットされるループ部に重ならないように受電部がギャップ部に接続されているため、受電部に対して給電アンテナにより数Ｗ～数１０Ｗの電磁波を給電しても、この電磁波がループ部にセットされた試料へ直接放射されることがなく、試料への非特異的熱吸収が抑制され、試料が加熱されるのを防止することができる。
　ここで、ループ部および受電部のいずれか一方または両方が、複数回ループしたものであることが望ましい。これにより、共振周波数の調整を、ループ部および受電部のいずれか一方または両方のループ回数によって調整することが可能となる。
　また、ループギャップ共振器は、受電部がＮＭＲコイル内に配置されたものとすることができるが、受電部がＮＭＲコイル外に配設されたものであることが望ましい。受電部がＮＭＲコイル外に配設されたものでは、給電アンテナにより受電部に数Ｗ～数１０Ｗの電磁波を給電した際にＮＭＲコイル内の試料への影響を最小限にすることが可能となる。
（１）試料が内側に配置されるＮＭＲコイルと、試料がセットされるループ部と、ループ部を中断するギャップ部とから構成されるループギャップ部であり、少なくともループ部がＮＭＲコイル内に配設されるループギャップ部と、給電アンテナにより電磁波が給電される受電部であり、試料がセットされるループ部に重ならないようにギャップ部に接続されることにより、給電アンテナにより給電される電磁波がループ部にセットされる試料へ直接放射されることがないように受電して、ループギャップ部に電磁界共振を起こさせる受電部とを有するループギャップ共振器とを有するＯＭＲＩ用共振器によれば、試料への非特異的熱吸収が抑制され、試料が加熱されるのを防止することができるので、試料を熱により傷付けることなく、電子スピン－核スピン相互作用現象を測定することが可能となる。
（２）ループ部および受電部のいずれか一方または両方が、複数回ループした構成によれば、共振周波数の調整を、ループ部および受電部のいずれか一方または両方のループ回数によって調整することが可能となり、目的とする共振周波数に対応したループギャップ共振器の製作が容易となる。
（３）ループギャップ共振器の受電部がＮＭＲコイル外に配設された構成によれば、給電アンテナにより受電部に数Ｗ～数１０Ｗの電磁波を給電した際にＮＭＲコイル内の試料への影響を最小限にすることが可能となり、さらに試料を熱から保護することが可能となる。
本発明の第１実施形態におけるＯＭＲＩ用共振器の概略構成図である。 図１のループギャップ共振器の平面図である。 図１のループギャップ共振器に対して給電アンテナにより給電を行う様子を示す説明図である。 本発明の第２実施形態におけるＯＭＲＩ用共振器の概略構成図である。 本発明の第３実施形態におけるＯＭＲＩ用共振器の概略構成図である。 本発明の第４実施形態におけるＯＭＲＩ用共振器の概略構成図である。 ループギャップ共振器のループ部を複数直列に接続した例を示す平面図である。 ループギャップ共振器のループ部を複数並列に接続した例を示す平面図である。 従来のループギャップ共振器の平面図である。 図９のループギャップ共振器に対して給電アンテナにより給電を行う様子を示す説明図である。
　１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ　ＯＭＲＩ用共振器
　２　ＮＭＲコイル
　３Ａ，３Ｂ　ループギャップ共振器
　４，７　ループギャップ部
　４Ａ，７Ａ　ループ部
　４Ｂ　ギャップ部
　５　受電部
　６　給電アンテナ
（実施の形態１）
　図１は本発明の第１実施形態におけるＯＭＲＩ用共振器の概略構成図、図２は図１のループギャップ共振器の平面図、図３は図１のループギャップ共振器に対して給電アンテナにより給電を行う様子を示す説明図である。
　本発明の第１実施形態におけるＯＭＲＩ用共振器１Ａは、試料Ｓが内側に配置されるＮＭＲコイル２と、ＮＭＲコイル２内に配設されるループギャップ共振器３Ａとを有する。ループギャップ共振器３Ａは、試料Ｓがセットされるループ部４Ａおよびこのループ部４Ａを中断するギャップ部４Ｂから構成されるループギャップ部４と、給電アンテナ６により給電される電磁波を受電して、ループギャップ部４に電磁界共振を起こさせる受電部５とを有する。
　ループギャップ共振器３Ａのループギャップ部４および受電部５は、円筒状のＮＭＲコイル２の中心軸２Ｘに沿って並べて配置されている。すなわち、ループギャップ部４のループ部４Ａのループの中心軸４Ｘおよび受電部５の中心軸５ＸはＮＭＲコイル２の中心軸２Ｘに直交するように配置されている。受電部５は、ループ部４Ａに重ならないようにギャップ部４Ｂに接続されている。なお、ＮＭＲコイル２は円筒状に限られない。
　このＯＭＲＩ用共振器１Ａを用いたＯＭＲＩ測定では、図１および図３に示すように、ＮＭＲコイル２の内側に配置される試料Ｓが、ループギャップ共振器３Ａのループ部４Ａ上に置かれた状態で、受電部５に対して給電アンテナ６により数Ｗ～数１０Ｗの電磁波Ｅ１が給電されると、ギャップ部４に電界が集中し、ループ部４Ａ内に均一な磁界Ｅ２が生じる。こうして、ループギャップ部４Ｂに電磁界共振を起こさせることにより、試料Ｓに電子スピン共鳴を生じさせると同時に、または、試料Ｓに電子スピン共鳴を生じさせた後に、ＮＭＲコイル２により試料Ｓに核磁気共鳴を起こさせて電子スピン－核スピン相互作用現象を測定する。
　このとき、本実施形態におけるＯＭＲＩ用共振器１Ａでは、試料Ｓがセットされるループ部４Ａに重ならないように受電部５がギャップ部４Ｂに接続されているため、受電部５に対して給電アンテナ６により数Ｗ～数１０Ｗの電磁波を給電しても、この電磁波がループ部４Ａにセットされた試料Ｓへ直接放射されることがなく、試料Ｓへの非特異的熱吸収が抑制され、試料Ｓが加熱されるのを防止することができる。そのため、試料Ｓを熱により傷付けることなく、電子スピン－核スピン相互作用現象を測定することが可能である。
（実施の形態２）
　図４は本発明の第２実施形態におけるＯＭＲＩ用共振器の概略構成図である。なお、図４において前述のＯＭＲＩ用共振器１Ａと共通の構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
　図４に示すように、本発明の第２実施形態におけるＯＭＲＩ用共振器１Ｂでは、ＮＭＲコイル２内に配設されるループギャップ共振器３Ｂのループギャップ部７のループ部７Ａが、複数回ループしたものとなっている。ループ部７Ａのループ回数は設定する共振周波数に応じて設定される。ループギャップ部７および受電部５は、ＮＭＲコイル２の中心軸２Ｘに沿って並べて配置され、ループ部７Ａのループの中心軸７Ｘおよび受電部５の中心軸５ＸはＮＭＲコイル２の中心軸２Ｘに直交するように配置されている。また、受電部５は、ループ部７Ａに重ならないようにギャップ部４に接続されている。
　図４に示すＯＭＲＩ用共振器１Ｂを用いたＯＭＲＩ測定では、ＮＭＲコイル２の内側に配置される試料Ｓの上に、ループギャップ共振器３Ｂのループ部７Ａが置かれた状態で、受電部５に対して給電アンテナ６により数Ｗ～数１０Ｗの電磁波が給電され、ループギャップ部７に電磁界共振を起こさせることにより、試料Ｓに電子スピン共鳴を生じさせると同時に、または、試料Ｓに電子スピン共鳴を生じさせた後に、ＮＭＲコイル２により試料Ｓに核磁気共鳴を起こさせて電子スピン－核スピン相互作用現象を測定する。
　この構成においても、試料Ｓがセットされるループ部７Ａに重ならないように受電部５がギャップ部４Ｂに接続されているため、受電部５に対して給電アンテナ６により数Ｗ～数１０Ｗの電磁波を給電しても、この電磁波がループ部７Ａにセットされた試料Ｓへ直接放射されることがなく、試料Ｓへの非特異的熱吸収が抑制され、試料Ｓが加熱されるのを防止することができる。そのため、試料Ｓを熱により傷付けることなく、電子スピン－核スピン相互作用現象を測定することが可能である。
　なお、図示しないが、目的とする共振周波数によっては受電部５を複数回ループした構成とすることも可能である。すなわち、調整する共振周波数に応じてループ部７Ａおよび受電部５のいずれか一方または両方を複数回ループした構成とすることが可能である。要するに、本実施形態におけるＯＭＲＩ共振器１Ｂでは、ループ部７Ａおよび受電部５のいずれか一方または両方を複数回ループした構成とすることで、ループ部７Ａの磁界強度を増幅することが可能となり、試料Ｓの吸熱量を変えることなく、効率良く電磁界共振を起こさせることが可能となる。
（実施の形態３）
　図５は本発明の第３実施形態におけるＯＭＲＩ用共振器の概略構成図である。なお、図５において前述のＯＭＲＩ用共振器１Ａと共通の構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
　図５に示すように、本発明の第３実施形態におけるＯＭＲＩ用共振器１Ｃでは、前述のＯＭＲＩ用共振器１Ａのループギャップ共振器３Ａのループ部４ＡがＮＭＲコイル２内に配設され、受電部５がＮＭＲコイル２外に配設された構成である。ループギャップ部４のループ部４Ａのループの中心軸４ＸはＮＭＲコイル２の中心軸２Ｘと平行に配置されている。なお、ギャップ部４ＢはＮＭＲコイル２内外のどちらに配設されていても良い。
　図５に示すＯＭＲＩ共振器１Ｃを用いたＯＭＲＩ測定では、ＮＭＲコイル２の内側に配置される試料Ｓが、ＮＭＲコイル２内に配設されたループ部４Ａ内に置かれた状態で、ＮＭＲコイル２外に配設された受電部５に対して給電アンテナ６により数Ｗ～数１０Ｗの電磁波が給電され、ループギャップ部４に電磁界共振を起こさせることにより、試料Ｓに電子スピン共鳴を生じさせると同時に、または、試料Ｓに電子スピン共鳴を生じさせた後に、ＮＭＲコイル２により試料Ｓに核磁気共鳴を起こさせて電子スピン－核スピン相互作用現象を測定する。
　このとき、本実施形態におけるＯＭＲＩ用共振器１Ｃでは、上述のＯＭＲＩ用共振器１Ａ，１Ｂと同様に、試料Ｓがセットされるループ部４Ａに重ならないように受電部５がギャップ部４Ｂに接続されているため、受電部５に対して給電アンテナ６により数Ｗ～数１０Ｗの電磁波を給電しても、この電磁波がループ部４Ａにセットされた試料Ｓへ直接放射されることはないが、さらに、受電部５がＮＭＲコイル２外に配設されているため、給電アンテナ６により受電部５に数Ｗ～数１０Ｗの電磁波を給電した際にＮＭＲコイル２内の試料Ｓへの影響を最小限にし、さらに試料を熱から保護することが可能となっている。
　なお、図示しないが、本実施形態におけるＯＭＲＩ用共振器１Ｃにおいても、試料Ｓをループ部４Ａ内ではなく、ループ部４Ａ上に置いて測定することも可能である。このとき、図１で示したようにＮＭＲコイル２内に配設したループギャップ共振器３Ａのループ部５をＮＭＲコイル２外に配設した構成とすることも可能である。
（実施の形態４）
　図６は本発明の第４実施形態におけるＯＭＲＩ用共振器の概略構成図である。なお、図６において前述のＯＭＲＩ用共振器１Ｂと共通の構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
　図６に示すように、本発明の第４実施形態におけるＯＭＲＩ用共振器１Ｄでは、前述のＯＭＲＩ用共振器１Ｂのループギャップ共振器３Ｂのループ部７ＡがＮＭＲコイル２内に配設され、受電部５がＮＭＲコイル２外に配設された構成である。ループ部７Ａのループの中心軸７ＸはＮＭＲコイルの中心軸２Ｘと平行に配置されている。ギャップ部４ＢはＮＭＲコイル２内外のどちらに配設されていても良い。
　図６に示すＯＭＲＩ共振器１Ｄを用いたＯＭＲＩ測定では、ＮＭＲコイル２の内側に配置される試料Ｓが、ＮＭＲコイル２内に配設されたループ部７Ａのループ内に置かれた状態で、ＮＭＲコイル２外に配設された受電部５に対して給電アンテナ６により数Ｗ～数１０Ｗの電磁波が給電され、ループギャップ部７に電磁界共振を起こさせることにより、試料Ｓに電子スピン共鳴を生じさせると同時に、または、試料Ｓに電子スピン共鳴を生じさせた後に、ＮＭＲコイル２により試料Ｓに核磁気共鳴を起こさせて電子スピン－核スピン相互作用現象を測定する。
　このとき、本実施形態におけるＯＭＲＩ用共振器１Ｄでは、上述のＯＭＲＩ用共振器１Ａ，１Ｂ，１Ｃと同様に、試料Ｓがセットされるループ部７Ａに重ならないように受電部５がギャップ部４Ｂに接続されているため、受電部５に対して給電アンテナ６により数Ｗ～数１０Ｗの電磁波を給電しても、この電磁波がループ部７Ａにセットされた試料Ｓへ直接放射されることはないが、さらに、受電部５がＮＭＲコイル２外に配設されているため、給電アンテナ６により受電部５に数Ｗ～数１０Ｗの電磁波を給電した際にＮＭＲコイル２内の試料Ｓへの影響を最小限にし、さらに試料を熱から保護することが可能となっている。
　なお、図示しないが、本実施形態におけるＯＭＲＩ用共振器１Ｄにおいても、試料Ｓをループ部７Ａ内ではなく、ループ部７Ａ上に置いて測定することも可能である。このとき、図２で示したようにＮＭＲコイル２内に配設したループギャップ共振器３Ｂのループ部７ＡをＮＭＲコイル２外に配設した構成とすることも可能である。
（実施の形態５）
　次に、ループギャップ共振器の別の実施形態について説明する。図７はループギャップ部４，７のループ部４Ａ，７Ａを複数直列に接続した例を示している。図８はループギャップ部４，７のループ部４Ａ，７Ａを複数並列に接続した例を示している。
　図７および図８に示すように、複数のループ部４Ａ，７Ａを直列または並列に接続することで、複数のループ部４Ａ，７Ａに対して同時に電磁界共振を起こさせることが可能となる。この場合も、受電部５が複数のループ部４Ａ，７Ａに重ならないようにすることで、受電部５に対して給電アンテナ６により数Ｗ～数１０Ｗの電磁波を給電しても、この電磁波がループ部４Ａ，７Ａにセットされた試料Ｓへ直接放射されることがなく、試料Ｓへの非特異的熱吸収が抑制され、試料Ｓが加熱されるのを防止することができる。
　本発明のＯＭＲＩ用共振器およびＯＭＲＩ測定方法は、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）および核磁気共鳴（ＮＭＲ）を利用して試料の機能画像や形態画像などの画像を得るための共振器および測定方法として有用であり、特に、電磁波給電時の試料への非特異的熱吸収を抑制したＯＭＲＩ用共振器およびこれを用いたＯＭＲＩ測定方法として好適である。

Claims (6)

  1. 　試料が内側に配置されるＮＭＲコイルと、
    　前記試料がセットされるループ部と、前記ループ部を中断するギャップ部とから構成されるループギャップ部であり、少なくとも前記ループ部が前記ＮＭＲコイル内に配設されるループギャップ部と、給電アンテナにより電磁波が給電される受電部であり、前記試料がセットされるループ部に重ならないように前記ギャップ部に接続されることにより、前記給電アンテナにより給電される電磁波が前記ループ部にセットされる試料へ直接放射されることがないように受電して、前記ループギャップ部に電磁界共振を起こさせる受電部とを有するループギャップ共振器と
    を有するオーバーハウザー効果ＭＲＩ用共振器。
  2. 　前記ループ部および前記受電部のいずれか一方または両方が、複数回ループしたものである請求項１記載のオーバーハウザー効果ＭＲＩ用共振器。
  3. 　前記ループギャップ共振器は、前記受電部が前記ＮＭＲコイル外に配設されたものである請求項１または２に記載のオーバーハウザー効果ＭＲＩ用共振器。
  4. 　前記受電部に対して前記ループギャップ部が複数並列に接続された請求項１または２に記載のオーバーハウザー効果ＭＲＩ用共振器。
  5. 　前記受電部に対して前記ループギャップ部が複数直列に接続された請求項１または２に記載のオーバーハウザー効果ＭＲＩ用共振器。
  6. 　試料が内側に配置されるＮＭＲコイルと、前記試料がセットされるループ部と、前記ループ部を中断するギャップ部とから構成されるループギャップ部であり、少なくとも前記ループ部が前記ＮＭＲコイル内に配設されるループギャップ部と、給電アンテナにより電磁波が給電される受電部であり、前記試料がセットされるループ部に重ならないように前記ギャップ部に接続されることにより、前記給電アンテナにより給電される電磁波が前記ループ部にセットされる試料へ直接放射されることがないように受電する受電部とを有するループギャップ共振器とを有するオーバーハウザー効果ＭＲＩ用共振器において、前記給電アンテナにより前記受電部に電磁波を給電して、前記ループギャップ部に電磁界共振を起こさせることにより、前記試料に電子スピン共鳴を生じさせると同時に、または、前記試料に電子スピン共鳴を生じさせた後に、前記ＮＭＲコイルにより前記試料に核磁気共鳴を起こさせて電子スピン－核スピン相互作用現象を測定するオーバーハウザー効果ＭＲＩ測定方法。
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