Transcript PowerPoint Presentation - 環日本海域環境研究センター 生体機能計測

A-8 巨大磁気抵抗効果センサによる
磁性流体の極低濃度の計測
環日本海域環境研究センター
生体機能計測研究部門
岩瀬 勝紀
発表内容
実験目的
 磁性流体の濃度検出原理

-磁性流体の濃度検出原理
-巨大磁気抵抗効果（GMR）センサ
-均一磁界発生装置

磁性流体の極低濃度の計測
-周波数の違いによる計測結果の比較
-一定濃度内に存在する空洞部分の検出

まとめ，今後の課題
実験目的
Q = k m f Dw B
2
[W/cc]
km : 係数(=2.410-3 W/Hz/(mgFe/cc)/T2/cc)
f : 周波数 (known)
B : 磁束密度 (known)
Dw : 生体内での磁性流体の重量濃度
(unknown)
体内の磁性流体濃度
治療後の残留濃度
の検出が必要
磁性流体の濃度検出原理
ヘルムホルツコイル
B0
磁性流体
均一磁界
挿入された
磁性流体入り
トレー
B1
巨大磁気抵抗効果
センサ
* = 1  4Dw (hs rf )
*
Dw 1
N　：反磁界係数
rf ：磁性粒子の比重
B0　：均一外部磁束密度
Dw ：磁性流体の重量濃度 hs ：クラスタ構造の占積率 B1　：磁性流体内の均一磁束密度
：磁性流体の比透磁率
巨大磁気抵抗効果(GMR)センサ
単位 : m
20,000
針状センサ
（低侵襲な計測
が可能）
針の先端部
針の根元
ＧＭＲセンサ
250
カバー
GMR 1
GMR 2,3,4
ボンディングパッド
Probe 接続部
ＧＭＲセンサ
B1, B0が
磁束密度
同時に計測可能
40m
75m
75m×40m
感度方向
0.729m
均一磁界発生装置
0.770m
発生磁界の不均一度
Lee-Whiting Helmholtz coil
磁性流体の極低濃度の計測
周波数の違いによる計測結果の比較
0.12%wt
0.08%wt
0.20%wt
0.03%wt
0.05%wt
0%wt
実験モデル
Lee-Whiting Helmholtz coil
周波数f=10，50，100Hz
均一外部磁界 B0 = 90μT
アンプ倍率：100倍
18mm
寒天
・ B1
形状比m=1
反磁界係数
N=0.33
18mm
磁性流体入り寒天
一定濃度内に存在する空洞部分の検出
磁性流体
磁性流体が行きわたっている
腫瘍部位
磁性流体がいきわたっていない
(空洞部分がある)
一定濃度内に存在する空洞部分の検出
実験モデル
Lee-Whiting Helmholtz coil
周波数f=100 Hz
均一外部磁界 B0 = 90 T
アンプ倍率：100倍
18mm
磁性体
・ B1
形状比m=1
反磁界係数
N=0.33
18mm
空洞部分（寒天）
磁性流体内にある空洞部分の計測
まとめ
•磁性流体の濃度検出原理
•磁束密度の変化率を計測
•巨大磁気抵抗効果センサ
•磁界B1，B0を同時に検出
•均一磁界発生装置
•不均一度0.001%を作製
•10~100Hzでは影響なし
周波数の違いによる
治療後の磁性流体の残留濃度検出が可能
計測結果への影響
•0.05%wtまで計測可能
空洞部分の検出
一定の変化を確認
今後の課題
空洞部分
臓器、皮下組織
（磁性流体を含まない）
磁性流体を含んだ
腫瘍部位
×
•空洞部分を外部から確認
•厚みが増して計測が非常に困難
ご清聴ありがとうございました
誘導加温形ハイパーサーミアおよび
誘導発熱
癌細胞は熱に弱い
一定時間４２～４３℃に加熱すれば死滅
励磁コイル
制御装置および電源
磁性流体体内(腫瘍部位)注入
腫瘍部位に磁束密度照射
磁性流体が腫瘍に含ま
れている
誘導発熱による加温
誘導加温形ハイパーサーミア
癌細胞死滅
ＧＭＲセンサ
Helmholtz tri-coil
発生磁界の不均一度
770 mm
770 mm
260 mm
214 mm
140 turns
z
z
140 turns
4 turns
r
1 turn
Helmholtz tri-coil
Lee Whiting Helmholtz coil
729 mm
r
188 mm
315 mm
62 turns
コンター図
磁界の不均一度
 / 4rp = Dvd 3
3
1/ 3
，
  

d = 
4
D
 v
rp
d  rp , rh
（１）
0 rp2  0 rp2   rh 
Pb =

1  
d  rh
d  d
（２）
Pg =
（３）
0 d 2  rp2 
d
rp3 

PL = Pb  Pg = 0 d 1 

d3 

（４）
NL = 1/ d, NS = 1/ d 2
（５）
3
2

r

S 0* 1
p

P = PL Ns / NL  =
=
= 0* = 0 1 
l
1
d3 

（６）
3
2

r
p
＊ = 1 
= 1  4Dv
d3
（７）