JPH0792115A - 電子スピン共鳴装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁界発生機能とマイクロ波の発振及び電子ス
ピン共鳴信号の受信機能とを兼備し、大型の共振器及び
磁界発生装置を不要にするとともに、装置全体の小型化
を実現した電子スピン共鳴装置を提供すること。 【構成】 磁界を発生させる磁石１４と、マイクロ波を
発振し且つこのマイクロ波と磁界との協働によって得ら
れる電子スピン共鳴信号を受信するアンテナパターン１
２とを、非磁性の絶縁体からなる基盤１１に取り付けた
電子スピン共鳴プローブ２に、発振器３及び受信機４か
らなる電子スピン共鳴装置本体５を電気的に接続した構
成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生体物質その他の試料
構造を非破壊的に検査する電子スピン共鳴法に用いられ
る電子スピン共鳴装置に係り、さらに詳しくは、磁界発
生機能とマイクロ波の発振及び電子スピン共鳴信号の受
信機能とを兼備し、特に被検試料の簡易測定に使用して
好適な電子スピン共鳴装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、医療その他の分野において、物質
の構造を非破壊的に検査する場合、電子スピン共鳴（Ｅ
ＳＲ）法が広く適用されている。この電子スピン共鳴法
は、電子のスピンが示す共鳴現象；つまり、磁気モーメ
ント及びスピンをもつ不対電子が静磁界中にある場合、
これに電磁波等のマイクロ波を照射すると、この電子は
電磁波のエネルギを吸収して活性化し、基底状態から励
起状態に移る現象に基づき、この共鳴現象によって得ら
れる吸収スペクトルから電子スピン共鳴信号を計測し、
例えば生体内に存在する常磁性イオン，活性酸素あるい
は各種フリーラジカル等を直接検出するものである。

【０００３】このような電子スピン共鳴法を適用して検
査を行うに当たっては、一般に以下の構成からなる電子
スピン共鳴装置を使用している。すなわち、電子スピン
共鳴装置は、ループギャップ型等の共振器と、この共振
器の近傍に配置される磁界発生装置と、電磁波を発振す
る無線周波（ＲＦ）発振器と、この電磁波の発振後に得
られる電子スピン共鳴信号を受信するＲＦ受信機とを有
し、これに加えて前記電子スピン共鳴信号についての演
算処理等を行う演算制御装置や、演算結果をイメージン
グ画像あるいは吸収波形で表示するモニタ装置その他が
設けられたものである。

【０００４】上記電子スピン共鳴装置によれば、共振器
内に被検試料を挿入した後、共振器内にＲＦ発振器から
一定周波数の電磁波を照射して、この共振器内で電磁波
の共振を生じさせるとともに、磁界発生装置によって共
振器内に磁界を印加する。そして、これによって得られ
る吸収スペクトルから電子スピン共鳴信号を得てこれを
ＲＦ受信機で受信し、さらに前記電子スピン共鳴信号を
演算制御装置で処理し、その結果をモニタ装置で表示す
るようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記電
子スピン共鳴装置は、共振器内に被検試料を挿入した状
態で検査を行うものであるため、被検物質が例えば人体
等比較的大きなものであれば、共振器本体は勿論のこ
と、この共振器内に磁界を印加する磁界発生装置もが大
型化する上、全体的に複雑な構成であり、加えて装置が
高価なため汎用性に乏しく、単にフリーラジカルの有無
を検査するような簡易測定には適していない。また、例
えば人体において、胃腸内あるいは血管内等の患部を検
査する際に、当然のことながら、電子スピン共鳴装置
は、測定患部に近ければ近い程ノイズが微小で信号強度
も強く、良好な感度で測定できるため、前記患部内に電
子スピン共鳴装置を挿入して測定するのが望ましいが、
現在までに磁界発生機能と電磁波の発振及び電子スピン
共鳴信号の受信機能とを兼備し、胃腸内あるいは血管内
等小径の部位内に挿入可能な小型の電子スピン共鳴装置
は、提供されていないのが実情である。

【０００６】本発明は、上記の不都合を解決するもので
あって、その目的は、磁界発生機能と電磁波の発振及び
電子スピン共鳴信号の受信機能とを兼備し、大型の共振
器及び磁界発生装置を不要にするとともに、装置全体の
小型化を実現できる電子スピン共鳴装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の電子スピン共鳴
装置は、磁界を発生させる磁石と、マイクロ波を発振し
且つこのマイクロ波と前記磁界との協働によって得られ
る電子スピン共鳴信号を受信するアンテナとを、非磁性
の絶縁体に取り付けた電子スピン共鳴プローブに、発振
器及び受信機からなる電子スピン共鳴装置本体を電気的
に接続したことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明の電子スピン共鳴装置によれば、磁界を
発生させる磁石を非磁性の絶縁体に取り付ける一方、マ
イクロ波を発振し且つこのマイクロ波と前記磁界との協
働によって得られる電子スピン共鳴信号を受信するアン
テナも前記非磁性の絶縁体に取り付けてなる電子スピン
共鳴プローブを備えたことで、前記磁石が磁界を印加
し、前記アンテナによってマイクロ波を発振し且つ電子
スピン共鳴信号を受信することができ、よって大型の共
振器及び磁界発生装置を設ける必要がなく、装置全体の
小型化ならびに低コスト化が可能となる。これによっ
て、例えば係る電子スピン共鳴装置を使用して生体内の
常磁性イオン，活性酸素あるいはフリーラジカル等の検
出を行う場合は、電子スピン共鳴プローブを人手等で把
持し、生体の表皮に当てて検査するようにしてもよい
し、当該プローブを体腔又は中空器官内に挿入して検査
するようにしてもよく、その操作は簡単であるため被検
物質の簡易測定に極めて有効である。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。図１は、本発明の電子スピン共鳴装置１の
一実施例を示す図である。この図において、電子スピン
共鳴装置１は、電子スピン共鳴プローブ２に発振器３及
び受信機４からなる電子スピン共鳴装置本体５を繋ぎ、
さらにこの電子スピン共鳴装置本体５に演算制御装置６
及びモニタ装置７を接続して構成されている。

【００１０】電子スピン共鳴プローブ２は、例えばゴ
ム，フッ素樹脂その他の非磁性の絶縁体を板状に形成し
た基盤１１に、互いに平行するストレート部１２ａの一
端側にループ状のコイル部１２ｂを有するアンテナパタ
ーン１２を固着するとともに、このアンテナパターン１
２のコイル部１２ｂの内側に磁石支持体１３を固着し、
さらにこの磁石支持体１３に永久磁石又は電磁石等の磁
石１４を取り付けてなるものであって、また、図１では
図示しないが、一般には基盤１１，アンテナパターン１
２，磁石支持体１３及び磁石１４を囲むケーシングが設
けられてなっている。

【００１１】このような電子スピン共鳴プローブ２は、
例えば超音波診断装置の探触子のように、人間が片手で
把持して自由に移動させることができる大きさであっ
て、電子スピン共鳴装置本体５の発振器３から送られた
電気エネルギをアンテナパターン１２で受けて、コイル
部１２ｂから例えば電磁波等のマイクロ波を発振すると
ともに、この電磁波の照射と前記磁石１４による磁界の
印加とによって得られる吸収スペクトルから電子スピン
共鳴信号を得て、これを前記アンテナパターン１２で受
信した後、電子スピン共鳴装置本体５の受信機４へと送
るものである。

【００１２】この電子スピン共鳴プローブ２に繋がれた
発振器３は、内部に図示しない電源及び発振回路その他
を備えており、電源からのエネルギを、発振回路におい
て周期的に変化する電気エネルギに変換し、アンテナパ
ターン１２へと送るものである。一方、受信機４は、内
部に図示しない増幅器及び変換器その他を備えており、
アンテナパターン１２から送られた電子スピン共鳴信号
を演算制御装置６に対応した信号に変換するとともに、
この信号を送出時に増幅させるものである。

【００１３】これまでの説明において、電子スピン共鳴
プローブ２と電子スピン共鳴装置本体５とは、例えば両
者をケーブル等によって物理的に接続させてもよいし、
これとは別の形態で、電子スピン共鳴装置本体５の発振
器３及び受信機４に、前記アンテナパターン１２とは別
にアンテナを設け、このアンテナによって発振器３から
電子スピン共鳴プローブ２のアンテナパターン１２へ電
波的にエネルギを与え、かつアンテナパターン１２から
受信機４へ電波的に電子スピン共鳴信号を送るようして
もよい。

【００１４】さらに、電子スピン共鳴装置本体５に接続
した演算制御装置６は、前記発振器３における電源の制
御を行うとともに、受信機４から送られた信号をモニタ
装置７に対応した信号に変換するものである。また、モ
ニタ装置７は、この例では単に演算制御装置６から送ら
れた信号を吸収波形で表示するものであるが、必要に応
じて画像用ディスプレイ等に置き換えたり、あるいはこ
れを増設したものでもよい。

【００１５】次に、上記の構成からなる電子スピン共鳴
装置１の作用について説明する。例えば、被検物質の外
側（人体であれば皮膚）に電子スピン共鳴プローブ２を
当て、被検物質内に存在する常磁性イオン，活性酸素あ
るいは各種フリーラジカル等を検出する場合、例えば操
作者等が電子スピン共鳴プローブ２のケーシングを把持
し、ケーシング内部の磁石１４を被検物質側に向けて当
て、この被検物質の外側に沿って移動させる。この際、
電子スピン共鳴装置本体２の発振器３に備えた電源を起
動させ、発振回路からアンテナパターン１２へと電気エ
ネルギを送らせる。

【００１６】電気エネルギを受けたアンテナパターン１
２は、コイル部１２ｂから被検物質へ向けて、前記電気
エネルギに対応した周波数の電磁波を照射する。これと
同時に、被検物質の測定部位には、磁石１４によって充
分な磁界が印加されているため、この照射した電磁波が
吸収され、その結果共鳴現象が生じる。さらに詳しく
は、磁界が印加された被検物質の測定部位に、アンテナ
パターン１２からの電磁波が照射されると、この電磁波
が各種フリーラジカル等を照射した際には、前記電磁波
が吸収されて共鳴現象が生じ、これによって得られる吸
収スペクトルから電子スピン共鳴信号を計測できる。そ
して、この電子スピン共鳴信号は、アンテナパターン１
２のコイル部１２ｂによって受信され、したがってアン
テナパターン１２は、電磁波の発振と、電子スピン共鳴
信号の受信との両方を行うことになる。

【００１７】受信後の電子スピン共鳴信号は、受信機４
において、演算制御装置６に対応した信号に変換されか
つ増幅されて、演算制御装置６へと送られる。演算制御
装置６は、この信号をモニタ装置７に対応した信号に変
換し、モニタ装置７は、この信号に基づいて例えば吸収
波形もしくはイメージング画像を表示する。したがっ
て、操作者は、モニタ装置７に表示された吸収波形もし
くはイメージング画像を目視することで、被検物質内の
フリーラジカルを検出することができる。

【００１８】また、上記の例とは別に、被検物質の内側
（人体であれば体腔又は中空器官内）から各種フリーラ
ジカル等の検出を行う場合は、電子スピン共鳴プローブ
２を、可撓管体からなる挿入部に操作部本体を連設し、
この操作部本体によって挿入部先端を上下，左右に屈曲
可能にした所謂内視鏡等の装置に具備するとよい。すな
わち、電子スピン共鳴プローブ２は、食道あるいは腸等
に挿入可能な大きさであって、内視鏡の挿入部先端にこ
の電子スピン共鳴プローブ２を取り付け、この挿入部を
体腔，例えば胃や腸の内部に挿入する。挿入が完了する
と、操作部本体によって電子スピン共鳴プローブ２を取
り付けた先端を所望の方向に向けつつ、発振器３からア
ンテナパターン１２へと電気エネルギを送らせる。この
後の共鳴現象，電子スピン共鳴信号の計測及びその処理
過程は、上記の場合と同様であり、操作者は、モニタ装
置７に表示された吸収波形もしくはイメージング画像を
目視することで、被検物質内のフリーラジカルを検出す
ることができる。

【００１９】このように、本発明の電子スピン共鳴装置
１は、電子スピン共鳴プローブ２に設けたアンテナパタ
ーン１２によって電磁波の発振及び電子スピン共鳴信号
の受信を行うとともに、磁石１４によって磁界を印加さ
せることができるので、大型の共振器及び磁界発生装置
を設ける必要がなくなるとともに、装置全体をコンパク
トに構成することができる。したがって、被検物質の形
状及び大きさにかかわらず装置を簡単に操作することが
でき、特に単にフリーラジカルの有無を検出するような
簡易測定に使用すると好適である。

【００２０】なお、前記電磁波等のマイクロ波の発振に
おいて、例えば周波数が約３９０ＭHz〜１５５０ＭHzの
Ｌ−バンド帯のマイクロ波を発振させるようにすると、
生体物質等に含有される水分の影響を受けて起こる誘電
損失が小さくなり、電子スピン共鳴の感度が向上し、精
度のよい測定を行うことができる。また、上記した電子
スピン共鳴装置１に加えて、発振器の周波数を常に特定
の範囲内に保つＡＦＣ（Auto-Frequency Control）機能
や、ＡＺＣ（Auto-Inpedance Control）機能，ＡＴＣ
（Auto-Tuning Control ）機能その他を持たせると、一
層良好な測定を行うことができる。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の電子スピン共鳴装置によれば、磁界を発生させる磁石
を非磁性の絶縁体に取り付ける一方、マイクロ波を発振
し且つこのマイクロ波と前記磁界との協働によって得ら
れる電子スピン共鳴信号を受信するアンテナも前記非磁
性の絶縁体に取り付けてなる電子スピン共鳴プローブを
備えたことで、前記磁石が磁界を印加するとともに、ア
ンテナによってマイクロ波の発振及び電子スピン共鳴信
号の受信を行うことができ、よって大型の共振器及び磁
界発生装置を設ける必要がなくなり、装置全体の小型化
ならびに低コスト化を実現することができる。また、当
該装置は、被検物質の形状及び大きさにかかわらず、簡
単な操作で常磁性イオン，活性酸素あるいは各種フリー
ラジカルの検出ができ、特に簡易測定に使用すると非常
に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子スピン共鳴装置の一実施例として
示した全体構成図である。

【符号の説明】

１ 電子スピン共鳴装置 ２ 電子スピン共鳴プローブ ３ 発振器 ４ 受信機 ５ 電子スピン共鳴装置本体 １１ 基盤（非磁性の絶縁体） １２ アンテナパターン １４ 磁石

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁界を発生させる磁石と、マイクロ波を
   発振し且つこのマイクロ波と前記磁界との協働によって
   得られる電子スピン共鳴信号を受信するアンテナとを、
   非磁性の絶縁体に取り付けた電子スピン共鳴プローブ
   に、発振器及び受信機からなる電子スピン共鳴装置本体
   を電気的に接続したことを特徴とする電子スピン共鳴装
   置。