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

用于多模态系统的高灵敏度和宽带光泵磁传感器

• 批准号: 21H03807
• 负责人: 伊藤 陽介
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03807/
• 关键词: 光ポンピング磁気センサ; 生体磁気計測; MRI; マルチモーダルシステム; SERF; スカラー型OPM

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．

The purpose of this study is to 脳や, 脳や, な, <s:1>, obtain morphological information of the nucleus および, functional information of the nucleus に, magnetic resonance imaging (MRI) of the け, functional MRI (fMRI) of the と, and magnetic tomography (MEG) of the 脳 Heart magnetic 図 measuring (MCG) と が measuring may な ultrahigh sensitivity マ ル チ モ ダ リ テ ィ raw body magnetic 気 measuring シ ス テ ム の be presently を refers し, light ポ ン ピ ン グ magnetic 気 セ ン サ (OPM) の ultra-high sensitivity お よ び hiroo 帯 domain, hiroo ダ イ ナ ミ ッ ク レ ン ジ change line を う こ と で あ る. 2022 annual は ポ ン プ プ ロ ー ブ type OPM の ポ ン プ light を - adjustable す る こ と に よ り, プ ロ ー ブ の 伝 seeding direction more light and measuring line を う こ と を beg し 検 た. - the way と し て, sine wave に よ る AM - や polarizing - adjustable に plus え て, M series を い た polarization - adjustable に つ い て も beg を 検 し た. そ の as a result, the sine wave に よ る - adjustable で は, セ ン サ の frequency characteristics of several の に よ り, high-frequency 帯 domain を with い た チ ャ ネ ル に お い て measuring sensitivity low の が み ら れ た の に し seaborne て, M series を い た - adjustable で は each チ ャ ネ ル を cycle for field separation で す る わ け で は な い の で, The frequency characteristic <s:1> influence を considering the せずにチャネ を number を increase やす <s:1> とが とが may である とが とが increase せずにチャネ った った. た だ, M series を い た - は の occasions, ス ピ ン partial pole の generated と moderate speed に よ り チ ャ ネ ル several limitations が さ れ る た め, ハ イ ブ リ ッ ド セ ル で は optimum な ア ル カ リ metal atoms の density に つ い て さ ら な る beg が 検 necessary で あ る. MRI to け に た hiroo 帯 domain change の beg と 検 し て, hook with magnetic field に よ る measuring 帯 domain の line company, big を っ た. そ の results, hiroo 帯 domain change は may で あ っ た が, T2 * moderate の impact に よ り measuring sensitivity と の struck made が difficult し く, very な は measuring sensitivity to ら れ な か っ た. そ の た め, former annual か ら の results を tread ま え て, ス カ ラ ー type OPM に よ る 検 line for を っ た. Type ス カ ラ ー OPM で は, geomagnetic 気 レ ベ ル の バ イ ア ス magnetic に し seaborne て ラ ー モ ア cycle for が hundreds of kHz と な る た め, measuring 帯 domain は 100 kHz オ ー ダ と な り, differential measuring line を う こ と に よ り fT レ ベ ル の measuring sensitivity に reach す る こ と が points か っ た.

项目成果

M系列を用いたポンプ光変調による光ポンピング磁気センサの多点同時計測に関する検討

M序列泵浦光调制光泵浦磁传感器多点同时测​​量研究

• 发表时间: 2022
• 期刊: 電気学会マグネティックス研究会資料
• 作者: 清水 勇祐;山本 祐輔;Kazuaki Nagayama;Masumi Tsuda;大村剛史，上田博之，伊藤陽介
• 通讯作者: 大村剛史，上田博之，伊藤陽介

デジタル信号処理による光ポンピング磁気センサのノイズ低減に関する検討

基于数字信号处理的光泵磁传感器降噪研究

• 发表时间: 2022
• 期刊: 電気学会マグネティックス研究会資料
• 作者: 鈴木 雅貴;山本 祐輔;六車恵子;南部康太，伊藤陽介
• 通讯作者: 南部康太，伊藤陽介

M系列を用いたポンプ光変調による光ポンピング磁気センサの多チャネル化に関する検討

M序列泵浦光调制多通道光泵浦磁传感器研究

• 发表时间: 2022
• 期刊: 日本生体磁気学会誌
• 作者: 柳田 雄輝;加藤 誠;河田 友香;山本 岳洋;大島 裕明;藤田 澄男;長山和亮;大村剛史，伊藤陽介
• 通讯作者: 大村剛史，伊藤陽介

Simultaneous multi-channel measurements of magnetoencephalography using optically pumped magnetometers comparing between a multi-channel OPM and multiple OPM modules

使用光泵磁力计同时多通道测量脑磁图，比较多通道 OPM 和多个 OPM 模块

• 发表时间: 2022
• 作者: Yosuke Ito;Kosuke;Ohtani and Tetsuo Kobayashi
• 通讯作者: Ohtani and Tetsuo Kobayashi

Detection of 3-axis Magnetic-field Direction Using Optically Pumped Magnetometer by Continuous Variation of Pump and Probe Beam Direction

通过连续改变泵浦和探测光束方向，使用光泵浦磁力计检测 3 轴磁场方向

• 发表时间: 2023
• 作者: Kiyotaka Sasagawa;Yasumi Ohta;Makito Haruta;Hironari Takehara;Hiroyuki Tashiro and Jun Ohta;Kazuki Namita and Yosuke Ito
• 通讯作者: Kazuki Namita and Yosuke Ito