生体計測用超高感度電子スピン共鳴スペクトロスコピーの開発

开发用于生物测量的超灵敏电子自旋共振光谱

• 批准号: 14750340
• 负责人: 平田 拓
• 金额: $ 2.43万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750340/
• 关键词: 制御回路; 非干渉化; 信号対雑音比; 磁界変調; 光デバイス; チューニング回路; フォードバック制御; マイクロ波共振器; マイクロ波発振器; 空洞共振器; 共振尖鋭度; 自動マッチング制御; フィードバック制御; 線形制御理論; 生体計測; 電子スピン共鳴

生命科学研究に用いることを目的、マイクロ波周波数1.1GHzの電子スピン共鳴分光装置の開発を行った。動物実験における深刻な問題は感度の不足と、動物の動きによる擾乱である。本研究では、電子スピン共鳴スペクトロスコピーの高感度化を目指し、以下の研究を行った。(1)自動マッチング制御と自動チューニング制御の相互干渉を無くすための非干渉化法を開発した。この技術は、2入力2出力のフィードバック制御系において、伝達関数行列を対角化することにより非干渉化を実現する物である。実際の回路実装では、反転増幅器の利得を調整し、二つのフィードバックループ間の干渉を補償した。マウスを用いた実験により、相互干渉がない場合に、より安定に計測がおこなえ、実験動物の動き(呼吸や心拍)に起因する雑音が抑圧できる事を実証した。その結果、信号対雑音比を改善する事ができ、高感度化に寄与することが示された。(2)連続波電子スピン共鳴スペクトロスピーでは、磁界変調と位相検波を用いて高感度計測を行っている。磁界変調により、制御回路の電位が影響を受け、ベースラインが変動するといった問題がある。そのため、磁界変調の影響が少ない、光デバイスを用いたマイクロ波共振器の共振周波数チューニング法を開発した。光ファイバーを介して、離れた場所にあるLEDの光強度により、共振器に結合されたループに接続された光導電セルのインピーダンスを制御し、共振周波数を調整する手法である。この手法が、電子スピン共鳴スペクトロスコピーの安定性向上に役立つ実験的結果を得た。余分なエネルギーを消費してしまうため、感度向上には更なる検討が必要ではあるが、磁界変調に影響されないチューニング回路を実現した。

Development of an electron spectroscopy resonance spectrometer with a wavelength of 1.1 GHz for life science research The animal is deeply affected by the lack of sensitivity, animal movement and disturbance. This study is aimed at improving the sensitivity of electronic resonance. (1)Automatic control and automatic control of mutual interference This technology is based on two input and two output control systems, one input and one output, and one output and one output. In practice, the loop is installed in reverse, the gain of the amplifier is adjusted, and the interference between the two is compensated. It is used to measure the movement of animals (breathing and heartbeat), and the suppression of sound. As a result, the signal to noise ratio is improved, and the sensitivity is increased. (2)Continuous wave electron resonance is used to measure high sensitivity. Magnetic field adjustment, control circuit potential is affected, the problem is The influence of magnetic field modulation on the resonance frequency of optical resonator is investigated. The light intensity of LED is controlled and the resonance frequency is adjusted by the combination of LED and resonator. The stability of this method, electronic resonance, etc. is improved. The rest of the time, the sensitivity, the change, the change.

项目成果

H.Hirata, Y.Yamaguchi, T.Takahashi, Z.-W.Luo: "Control characteristics of an automatic matching control system for in vivo EPR spectroscopy"Magnetic Resonance in Medicine. 50・1. 223-227 (2003)

H.Hirata，Y.Yamaguchi，T.Takahashi，Z.-W.Luo：“体内 EPR 光谱自动匹配控制系统的控制特性”医学磁共振 50・1（2003）。

G.He, S.Evalappan, H.Hirata, Y.Deng, S.Petryakov, P.Kuppusamy, J.L.Zweier: "Mapping of the B1 field distribution of a surface coil resonator using EPR imaging"Magnetic Resonance in Medicine. 48(6). 1057-1062 (2002)

G.He、S.Evalappan、H.Hirata、Y.Deng、S.Petryakov、P.Kuppusamy、J.L.Zweier：“使用 EPR 成像绘制表面线圈谐振器的 B1 场分布”医学中的磁共振。