マルチモーダルシステムに向けた光ポンピング磁気センサの高感度化と広帯域化

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本研究の目的は，脳や心臓などの形態情報および機能情報の取得に向け，磁気共鳴画像（ MRI ）と機能的 MRI （ fMRI ），脳磁図計測（ MEG ），心磁図計測（ MCG ）とが計測可能な超高感度マルチモダリティ生体磁気計測システムの実現を目指し，光ポンピング磁気センサ（ OPM ）の超高感度化および広帯域化，広ダイナミックレンジ化を行うことである．2022年度は，ポンププローブ型OPMのポンプ光を変調することにより，プローブ光伝播方向の多点同時計測を行うことを検討した．変調方式として，正弦波によるAM変調や偏光変調に加えて，M系列を用いた偏光変調についても検討をした．その結果，正弦波による変調では，センサの周波数特性の影響により，高周波帯域を用いたチャネルにおいて計測感度の低下がみられたのに対して，M系列を用いた変調では各チャネルを周波数領域で分離するわけではないので，周波数特性の影響を考慮せずにチャネル数を増やすことが可能であることが分かった．ただ，M系列を用いた変調の場合は，スピン偏極の生成と緩和速度によりチャネル数が制限されるため，ハイブリッドセルでは最適なアルカリ金属原子の密度についてさらなる検討が必要である．MRIに向けた広帯域化の検討として，勾配磁場による計測帯域の拡大を行った．その結果，広帯域化は可能であったが，T2*緩和の影響により計測感度との両立が難しく，十分な計測感度は得られなかった．そのため，前年度からの結果を踏まえて，スカラー型OPMによる検討を行った．スカラー型OPMでは，地磁気レベルのバイアス磁場に対してラーモア周波数が数百kHzとなるため，計測帯域は100 kHzオーダとなり，差動計測を行うことによりfTレベルの計測感度に到達することが分かった．