櫟山螢雪研究所

　当初は櫟山継接研究所であった。メンバーの一人が好字令に習って螢雪研究所と改名したが、何故、継ぎ接ぎにならざるを得なかったかという理由を明快に表す名となった。欧文名はOak-Hill Georgic Patch-Work Laboratory といい、本来の名の痕跡が残っている。

What's New 　　　　　　　　

New あこがれ－Jonathan Livingston Seagull	New 　 Treasure Island	New 　カメさんの散歩－７

New 　Letter to Students: Appendix [Ⅰ]	七変化	カメさんの出撃（五）

Silk Road & Melon	Italian Red	W.H. Hudsonと絶滅種

Private Olympic Emblem	カメさんの出撃（四）	Letter to Students [ⅩⅤ]

心象・坂東三十三観音	カメさんの散歩－６	邦の報告

Letter to Students [ⅩⅢ]	カメさんの出撃（参）	Jack-knife

カメさんの散歩－５	Complete Maturity	Letter to Students [ⅩⅣ]

カメさんの散歩－４	カメさん邦に帰る	カメさんの出撃（弐）

Dance Water Molecule	Apple & MRI (partⅢ)	another Apple & MRI Thank you for Scion Image & ImageJ

カメさんの散歩－３	Letter to Students English summary	Letter to Students Prologu Epilogue

Apple & MRI (partⅡ)	Letter to Students [ⅩⅡ]	改訂しました植物の生態学と環境生命科学

補足を追加しました霜降り牛 & MRI	新約聖書使徒ヨハネ伝雑感　　　　　　　　（伝達の意義）	カメさんの出撃

蜜入りリンゴとMRI	Letter to Students [Ⅸ]	妄想の暴走古代史

Phantom

Inspiration　　　　　　　　　

Apple & MRI　 Fast detection of infestation 　　　　　　　　

　　　リンゴの食入害虫に対する実用的検出装置への発展

　永久磁石とWindowsコンピューターによってMRI装置を制作することができるということではなく、制作費が低く、操作性が良く、複雑な保守を必要としない小型軽量なMRIならではという場面を明確にすることが重要な課題である。
　MRIを昆虫の生態学的研究のツールとできることを示したが、それだけでは、単なる技術的可能性の実証であるだけで、やがて忘れられてしまう結果を述べたに過ぎない。永久磁石のMRIを定着させるためには、特定の実用を目指した課題について、理論だけでなく、付帯した条件の下における装置の動作を調査して、障害を解決する試験を行わなければ、本質的な性質を把握することは難しいと考えられる。
　ここで紹介する例は、害虫食入リンゴ果実の選別装置を、MRIを検出部品として制作することが可能であるか？という課題である。
　永久磁石のMRIであればコストの障害を取り除くことはできる。しかし、現在の永久磁石のMRIについて、シグナルの安定性が低い、感度が低く測定に時間が掛かるとされる問題を、
(1) 低磁場化、軽量化を達成するために磁石の温度変化を出来るかぎり抑制する、
(2) 検出器の感度を向上させることで計測時間を短縮する

という目標を定めて行ったテストである。
　0.2-T、160mm磁極間隙の永久磁石は、環境の温度を一定水準でコントロールして、磁石に装備した温度調節装置を適切に作動させた条件では、安定したシグナルを示したが、軽量化して実用性を高めるためには、さらに低磁場磁石の高度な安定化が必要である。
　一方、果実全体に立体的に発生する食害を検出するために3D測定をしたのでは、どのようにしても測定時間を実用的検出器の水準に短縮できない。そこで、2D測定で解決するために、新たな2D専用検出コイルの制作を試み、3.2秒で一イメージを測定するところまで短縮することに成功した。測定時間は、ハードの改良でさらに短くなる。立体的に発生する食害を捉えるためには、検出部分において、果実の異なる位置の2Dイメージを同時に得るために、複数台の磁石と検出コイルの組を直列に繋ぐ必要があり、複数のイメージを基に立体イメージを構築するアルゴリズムが必要である。そのためには前に述べた磁石の軽量化は必須な要素である。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（研究員）

Apple & MRI　リンゴ害虫　モモシンクイガの生態観測　　　　　　　　

　リンゴの害虫モモシンクイガの生態観測

　MRIの大きな利点は、組織を切断しないで内部組織を観察することができることである。この性質は、対象を傷つけることは御法度である医療においては比類無き強みを発揮するが、農学においては絶対的な強みということはできない。しかし、時としてその目的を限定すると、非破壊的な内部形態の観察が有効な場合がある。ここで、紹介する例は、対象とする試料の内部損壊の経時変化の追跡であるが、医療における体内組織の損傷のように見えているイメージが、そのまま目的とする損壊の程度を示している点で、MRIの使い方としては、もっとも理解しやすいケースである。
　観測の対象は、収穫期のリンゴ果実に食入したモモシンクイガ幼虫と、食害を受けた組織の損壊状況である。幼虫とリンゴ果肉組織のシグナルは測定条件を適正化すること（プロトン量と運動性）によって識別することができないので、形態的な特徴を基に識別することになる。したがって、課題は、許容できる計測時間内に良質なイメージが得られる測定条件を探すことである。
　径約100mmの果実に対するMRIの最良の分解能は500Μm程度であるから、終齢でも体長12mm程の幼虫自体は条件が良い場合以外には検出できなかったが、食害孔は、食入直後の小さな孔でも比較的短い計測時間で検出でき、その食害孔の拡大を追跡することによって幼虫の成育経過を推定できる。なかでも、幼虫が転流してきた糖が詰まっている維管束を好んで食害する性質を明らかにしたことは、MRIを果実検査の方法の一つに発展させるための手がかりを与えた。
　実際は、農作業上、リンゴ果実の生育に合わせて適切な時期に最少の薬散をすればモモシンクイガの発生はほとんど抑えられ、ほとんど被害が出ないとされる。300個のメロンを栽培する温室で、3個、商品にならない果実を出したら経営が成り立たないと、言い続けられた経験からすれば、当然である。
　しかし、だからといって、モモシンクイガの発生を観測するのにMRIのような高価な装置は必要ないと短絡するのは誤りである。生物学の本質は、何処まで行っても博物学的であり、それでは、害虫の研究は行き止まりになると思う。知識が豊富であること、そのことが人の生活を楽にしてくれるのだから。　　
　　　　　　　　　　　　　　　　（研究員）

Apple & MRI 　　Water Core　蜜入りリンゴ　　　　　　　　

　　　蜜入りリンゴとT₁強調およびT₂強調イメージ

　0.2-T永久磁石のMRIは、測定できるサンプルのサイズが大きくなったので色々なものが測れる。MRIの特徴は、非破壊的に生体の内部組織構造を観測できると表現されているけど、約10 cmのサンプルに対して分解能は、通常、0.5～1 mm程度であるため、長年の科学的知識の蓄積を基にすれば、もっと高い分解能で内部の形態は分かっている場合が多い。そこで、個人の体内を身体に影響を与えないで診ようという強い目的意識がある医療以外では、時として、分解能が低いMRIでは新しい知見が得られないとする意見を聞く。
　農学や植物学においても、組織の形態を保持したまま内部の形態の変化を観る場合にはMRIは非常に効果的な手法であるが、何が何でも組織を保持した状態でなければ、組織内で起きている変化を捉えられないという局面が少ないことが、上記のような見解の基にある。しかし、MRIは、組織あるいはそれを構成する細胞における生体反応のマトリックス（場）となっている細胞の水の状態を、組織別に捉えるための唯一の方法であり、そして、計測された水のシグナル強度をマップしたら自ずと体内組織の画像となっているという方が妥当な概念である。特に、医療における代表的な測定法の一つであるスピンエコー法のイメージコントラスト（シグナル強度の部位的変化）には、体内の水の運動性が反映されることが、病態の診察においては、全て、T₁強調あるいはT₂強調によってイメージを解釈するという結果になる。裏返して、緩和時間強調の意味するところが分からないと体内の状態を解析することが出来ない。
　そこで、シグナル強度と水分子の運動性の関係式における測定パラメーター（TRおよびTE）と検出される水分子の運動性の関係を基礎にして、蜜入りリンゴのT₁強調イメージとT₂強調イメージの意味を解釈し、生理的研究において提唱されている蜜入りの発生に対して篩管、導管、柔細胞、空気孔隙などの果実内組織構造が果たす機能について考察した。T₁強調およびT₂強調イメージの解釈については、他の研究手法で性質が解明されているサンプルを用いて、理論的に予測されたイメージコントラストが得られる事例を蓄積した上で、新しいサンプルのイメージを解釈することが大切である。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（研究員）

　　 1 T Permanent Magnet Personal MRI　　　　　　　　　



		各論へ　GO
		超高磁場型NMR装置で栽培作物および加工食品に含まれる水の物理性を研究してきた。そんな中、気軽に使える装置が出来たらと永久磁石を静磁場発生装置とする小型のプロトン専用MRI装置を制作した。食物を対象にしているのだから口に入れる大きさの食品を測ろうと思った。水は食品の性質を決める要素であるから、食べた時の美味さに繋がる理由を見いだせるのではないかと期待して。また、それよりも小さかったら食べ物という実感がなくなるのではないか？とも考えた。　小さいかな？と躊躇しながら、口に入れる最小のサイズとして径30 mmで、高さ30 mmの円柱のセル室を選択した。サイズを小さくしたので軽く（400 kg）小型な磁石で1 Tという高い磁場を得ることができたし、沢山の食物に対して100Μmという高い分解能を達成できた。もちろん、MRIだから非破壊的な形態の観察が最大の特徴であることは言うまでもない。試料を小さくして、コイルの径を縮めた感度の良い検出器を使えば70Μm程度の分解能までは楽に出せ、肉眼を越えた微細な構造を捉えられるので、水の物理性だけではなく、形態観察にも顕微鏡としての能力を発揮することもできる。　永久磁石を使っているからメインテナンスフリーで、何時でもシステムをシャットダウンできる。周辺機器が不要だし、コンピューターに負担が掛からないから、ファンの音が静かで傍に置いても気にならない。論文を書く綺麗な部屋で、書籍や事務用の小物などと同居できる。　試料は径30 mmのプラスチック試験管に入れて落下防止用リングを着けてセルに挿入する。測定セルへのアクセスは容易で、試料の交換や測定途中の処理が簡単に行える。　しばらく測ってみて、永久磁石の小型MRIもナカナカいいな！と思う。　　　　　（研究員）

　　 0.2 T Permanent Magnet Personal MRI (Old)　　　　　　　　　




		永久磁石を備えた小型MRI装置としては1.0 T永久磁石のMRIが先に開発され、高い性能を示したが、磁極間隙が狭く、視野（FOV）は30 mmに限られ、もっと大きなサイズのサンプルを測定したいという要望が強かったにも拘らず、小さなサンプルしか扱うことができなかった。　大きな試料を測定するために磁極間隙を広げようとすると、磁石重量が著しく増加することが障害であった。そこで、磁石の重量は何処にでもおけるという開発の目的に合わせて、通常のコンクリート建築の対床荷重規定（400kg/m²）に合わせるために、磁場強度を0.2 Tまで低下させなければならなかった。　出来上がった0.2 T永久磁石を備えた装置は、1.0 T装置と同様に小型軽量、メンテナンスフリー、省電力（100 V /15 A）で、使い易く、何時でもシャットダウンできるし、何処へでも設置できる、研究者の気軽な相棒となった。磁場強度が下がったので感度と分解能の低下を懸念したが、最大視野（110 mm）を256 PIXELで分割した430Μmの分解能を達成することができ、大きな果物や、加工食品も切らないで測定できるから研究の自由度は大幅に向上した。　また、磁極間隙が広くなり、測定室へのアクセスが容易になったので、サンプル位置を調整し易く、サンプルへの処理も容易である。反面、磁極と外気との接触面が広くなって室温変動の影響を受ける場合があるという安定性への不安が発生した。つまり、装置の高い安定性を確保し、分解能を向上させるという課題が残った。　女性的フォルムが気に入っているのだが、少々、ひよわかな？と思う。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（研究員）

　MRIは、運動性がある水分子の分布を検出するので、凍結するとシグナルは消失する。したがって、試料内部の凍結あるいは融解の状態（過程）を、in situで観察することができる。ミカンに－35℃の冷気を細いノズルから当てて、凍結する過程を追跡するとムラムラに凍結した。小さな砂嚢内の糖濃度が均一でないことを示すと考えられる。このように凍結融解は、MRI計測において組織の性質を解析するための状態変化を簡易に与える手段となる。
　ミカンは水が多いので、組織構造を観察するためには強いT₂強調条件にする必要がある。測定は、2Dスピンエコー法、TR=2 s、TE=200 ms、128x128マトリックス、積算2、15分間隔で連続測定した（Time-lapse image）。
（研究員）

　油脂は、食品に多量に含まれ、栄養に富むと同時に旨さの素であるとされているので、油脂の量と分布は食品の性質を決める重要な要素である。キチジのイメージをTR=0.1s、TE=5msとして3Dグラディエントエコー法で測定した。測定時間は128×64×64マトリックス、2回積算で14分である。フリップ角（ラジオ波で磁化を倒す角度）を90°(d) としたイメージは油脂の分布を示す。頭部、背骨の下（縦断層イメージ）、そして皮下（横断層イメージ）にある脂肪組織はキチジ特有の風味の基礎である。
　グラディエントエコー法では、TEを短くして強いシグナルを得ることができる反面、シグナルが急速に減衰するという性質を持つ。そこで、脂肪組織を調査するために、TRを短く設定して測定時間を短縮した上で、フリップ角を変えることによって分子運動性の差異を区別する手法が採用される。フリップ角を90°とした測定では、T₁強調により運動性が高い水分子のシグナルが抑制され、運動性が低い油脂を含む脂肪組織が強調される。一方、フリップ角を下げれば（30°）、運動性が高い水分子のシグナルが増加して、全水分子と全油脂分子を同時に検出したイメージとなる。フリップ角を下げたイメージ（30°）をプロトン強調イメージと呼ぶ場合があるが、これは、MRIのもう一つの代表的測定法であるスピンエコー法におけるTRを長く設定した通常のプロトンイメージに近いものである。
（研究員）