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» 2017年06月07日 15時00分 UPDATE

医療機器ニュース:生体磁場センサーの高出力化に成功、MRIイメージングとの同時測定も

東北大学は、室温で動作する生体磁場検出用センサーを従来比1500倍に高出力化することに成功した。センサー感度が向上したことで、心臓/脳からの生体磁場信号と、MRIイメージングとの同時測定が現実的なものとなった。

[MONOist]

 東北大学は2017年5月22日、室温で動作する生体磁場検出用センサーを従来比1500倍に高出力化することに成功したと発表した。同大学 大学院 工学研究科 教授の安藤康夫氏の研究グループによるもので、成果は脳の手術前診断やてんかん診断、認知症や脳梗塞の予防、脳の機能解明など、さまざまな応用が期待できる。

 研究グループは、強磁性トンネル接合(MTJ)素子を利用し、室温で動作するセンサーを開発し、MTJセンサーで測定したデータを数百回積算することで心臓磁場の検出に成功していた。しかし、心磁場のリアルタイムでの計測やより微小な脳磁場の検出にはセンサーの感度が大幅に不足していた。

 今回の研究では、従来の8倍に相当するMTJ素子数4万個の高集積アレイ構造を作製し、ノイズを従来の2.5分の1に低減することに成功した。また、フラックスコンセントレータと呼ばれる磁束を収束する材料/構造を開発し、信号出力を1500倍に増大。感度を6倍改善した。さらに、これらの集積化技術とフラックスコンセントレータを組み合わせることで、感度が15倍向上した。

 これにより、例えば心磁図測定の際にデータを繰り返し積算する必要がなく、リアルタイムで計測することが可能な感度となった。この高感度MTJ素子を用いて、核磁気共鳴(NMR)検出用のセンサー回路など周辺回路を新規に設計/製作し、超低磁場/室温でのプロトンNMR信号の検出に成功した。これにより、心磁場や脳磁場と同時に、生体内の部位や位置に関する情報を得られるMRI像を計測することが現実的なものとなった。

photo MTJセンサーを用いた室温心磁計/脳磁計の概念図 出典:東北大学
photo 心磁図と核磁気共鳴像同時測定の概念図(クリックして拡大) 出典:東北大学
photo 開発した高感度MTJセンサー素子の模式図(クリックして拡大) 出典:東北大学

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