博士（工学）, 東京工業大学

電子スピン共鳴

イメージング

生体計測

共振器

電子常磁性共鳴

ニトロキシルラジカル

MRI

画像再構成

マイクロ波共振器

周波数変調

サーフェイス・コイル

自動マッチング制御

磁界変調

共振尖鋭度

磁気共鳴

安定性

高周波磁界発生効率

空洞共振器

スライス選択画像

実験動物

線形制御理論

平衡線路

pH

帰還制御

マイクロ波発振器

マウス

脳

分光

スペクトル

一酸化窒素

ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学）, 計測工学

ライフサイエンス, 放射線科学

ライフサイエンス, 薬理学

ナノテク・材料, 結晶工学

ナノテク・材料, 応用物性

ライフサイエンス, 薬系分析、物理化学

学士課程, 工学部

修士課程, 情報科学院

博士課程, 情報科学院

2025年11月, 電子スピンサイエンス学会, 学会賞
4次元電子常磁性共鳴分光イメージング技術の開拓と生物医学分野への応用

2024年01月, 国際 EPR/ESR 学会, IES Medal in Instrumentation and Methods Development

2019年06月, 国際磁気共鳴医学会, 優秀レビュアー賞 Magnetic Resonance in Medicine
平田 拓

2018年07月, 国際磁気共鳴医学会, 優秀レビュアー賞 Magnetic Resonance in Medicine
平田 拓

2003年10月, 電子スピンサイエンス学会, 奨励賞
生命科学研究のための電子スピン共鳴装置の開発
平田 拓

Tolerance to extracellular acidic pH facilitates tumor plasticity
Manami Hasegawa; Bo Xu; Keisuke Maeda; Motoaki Seki; FeiFei Cai; Runmei Cui; Ritsuko Ando; Suzuka Nakagawa; Ayana Sakamoto; Cayla Boycott; Hiroyuki Yatabe; Miyuki Nishida; Ken Matsumoto; Chisato Iwabuchi-Yoshida; Sho Aki; Kazuyuki Yamagata; Rika Tsuchida; Mami Takahashi; Futoshi Kuribayashi; Hiroyasu Kidoya; Hiroshi Hirata; Shingo Matsumoto; Shinsuke Sando; Hideyuki Yanai; Nozomu Yachie; Tsuyoshi Osawa
Cell Reports, 45, 4, 117226, Elsevier BV, 2026年04月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Random Acquisition of Spectral Projections in Four-Dimensional Spectral-Spatial EPR Imaging: A Feasibility Study Toward Oxygen Imaging
Misa Oba; Mai Taguchi; Shingo Matsumoto; Hiroshi Hirata
Advances in Experimental Medicine and Biology, 1498, 59, 64, Springer Nature Switzerland, 2026年01月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 論文集(書籍)内論文, 36817741;33079643

Understanding Immune Cell Adaptation to Tumor Hypoxia for Maximized Therapeutic Efficacy of Immunotherapy: Biology and Non-invasive Imaging Application
Taerim Oh; Minwoo Kim; Gi-Sue Kang; Sung-Joon Ye; Changhoon Choi; Won Park; Michael Hay; Hiroshi Hirata; G-One Ahn
Cancer Research and Treatment, 58, 1, 26, 47, Korean Cancer Association, 2026年01月, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, It is extensively documented that tumor hypoxia contributes to the failure of chemotherapy and radiotherapy. Recent evidence suggests that hypoxia is also closely involved in the resistance to immunotherapy. In this review, we highlight how immune cells that are essential for the maximized immunotherapy efficacy, including cytotoxic T cells, dendritic cells, and natural killer cells, can adapt to tumor hypoxia. We then outline previous attempts targeting tumor hypoxia (for example, modulators of tumor cell oxygen consumption, perfusion modulators, hypoxia-activated prodrugs, hypoxia-inducible factor inhibitors, and hypoxia-responsive chimeric antigen receptor T cells) discussing how these approaches have resulted in an improvement of the antitumor response to immunotherapy in preclinical or clinical settings. Lastly, we review various non-invasive techniques to detect the tumor hypoxia and immune responses. We believe that an integration of the biological knowledge of immune cell adaptation to tumor hypoxia with the cutting edge non-invasive imaging technologies may ultimately allow us not only to select for patients who would benefit the most from the immunotherapy but also to monitor their responses in a real-time manner so that we can offer them an optimal personalized medicine in the clinic., 36817741;33079643

Ultrasonic Formation of Highly Concentrated Aqueous Dispersion of Fullerene–Polymer Nanoparticles by Charge Transfer
Yubo Wang; Sota Arima; Toshihiro Shimada; Hiroshi Hirata; Tianle Gao; Feng Li; Takuya Isono; Kenji Tajima; Toshifumi Satoh; Shin‐ichiro Sato; Takuya Yamamoto
Macromolecular Rapid Communications, E-pub ahead, Wiley, 2025年12月29日, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, ABSTRACT

Fullerenes attract much interest due to the potentials to various applications. However, their insolubility in water and some organic solvents often hinders development. Herein, poly(ethylene glycol) (PEG), polyvinylpyrrolidone (PVP), poly(vinyl alcohol) (PVA), polyacrylic acid (PAA), and Pluronic L64 and 17R4, are attempted for dispersing fullerene in water via ultrasonication, and some of these are found to disperse an exceedingly large amount. The maximum concentration of C ₆₀ is achieved with Pluronic L64, being 9.8 g/L (13.6 m m ) without re‐aggregation for a long time. Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy shows a significant amount of radical species existing in the fullerene–polymer complexes, which are stable for several weeks. DLS and TEM exhibit the formation of nanoparticles, and NMR, FT‐IR, and MALDI‐TOF MS are used to characterize the fullerene nanoparticles–polymer complexes. The aqueous dispersions of the complexes can be dried and redispersed in water and polar organic solvents. Column chromatographic separation is performed to give unreacted fullerene and fullerene–polymer complexes, the latter of which shows a strong EPR signal. Density functional simulations reveal partial electron transfer from the PEG segment to fullerene, which causes charge separation in the complexes, resulting in the excellent dispersibility in water, while the poly(propylene glycol) (PPG) segment likely assists the complexation by hydrophobic interactions with fullerene.

Non-invasive visualisation of long-lasting brain metabolic alterations in murine pseudo- infection model using parahydrogen-polarised [1-13C] pyruvate MRI
Hayate Tomiyama; Masaki Yamasaki; Takayuki Isagawa; Norihiko Takeda; Takuya Hashimoto; Hiroshi Hirata; Shingo Matsumoto
Dicover Nano, 20, 128, 2025年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Three-dimensional electron paramagnetic resonance (EPR) imaging of an X-ray-irradiated bovine tooth: A feasibility study
Yukihiro Arai; Mai Taguchi; Oki Mitarai; Ichiro Yamaguchi; Hideo Sato-Akaba; Shingo Matsumoto; Minoru Miyake; Hiroshi Hirata
Radiation Measurements, 181, 107381, Elsevier BV, 2025年02月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, 36817741;33079643

Accuracy enhancement of L-band EPR tooth dosimetry by implementing multiple harmonic detection
Jeonghun Oh; Chang Uk Koo; Jong In Park; Kwon Choi; Junyoung Lee; Hiroshi Hirata; Sung-Joon Ye
Radiation Measurements, 176, 107185, Elsevier BV, 2024年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Parahydrogen-Induced ¹³C Hyperpolarizer Using a Flow Guide for Magnetic Field Cycling to Evoke ¹H-¹³C Spin Order Transfer Toward Metabolic MRI
Koudai Sawami; Tatsuya Naganuma; Hana Yabe; Toshihiko Taki; Neil J. Stewart; Yoshiki Uchio; Norihiko Takeda; Noriyuki Hatae; Takuya Hashimoto; Hiroshi Hirata; Shingo Matsumoto
IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 71, 7, 2224, 2231, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2024年07月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Partial Acquisition of Spectral Projections Accelerates Four-dimensional Spectral-spatial EPR Imaging for Mouse Tumor Models: A Feasibility Study
Misa Oba; Mai Taguchi; Yohei Kudo; Koya Yamashita; Hironobu Yasui; Shingo Matsumoto; Igor A. Kirilyuk; Osamu Inanami; Hiroshi Hirata
Molecular Imaging and Biology, 26, 3, 459, 472, Springer Science and Business Media LLC, 2024年06月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, 36817741;33079643

Generation of transmission wave with low AM noise for sub-GHz CW-EPR spectrometer
Hideo Sato-Akaba; Tsukasa Sakai; Hiroshi Hirata
Journal of Magnetic Resonance, 360, 107633, Elsevier BV, 2024年03月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Frequency-fixed Motion Compensation System for in-vivo Electron Paramagnetic Resonance Tooth Dosimetry
Chang Uk Koo; Jong In Park; Jeonghun Oh; Kwon Choi; Joanne Yoon; Hiroshi Hirata; Sung-Joon Ye
Journal of Magnetic Resonance, 353, 107520, Elsevier BV, 2023年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Electron Paramagnetic Resonance Implemented with Multiple Harmonic Detections Successfully Maps Extracellular pH In Vivo
Ririko Nakaoka; Kazuhiro Kato; Kumiko Yamamoto; Hironobu Yasui; Shingo Matsumoto; Igor A. Kirilyuk; Valery V. Khramtsov; Osamu Inanami; Hiroshi Hirata
Analytical Chemistry, 95, 8, 3940, 3950, American Chemical Society (ACS), 2023年02月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Extracellular acidification indicates a metabolic shift in cancer cells and is, along with tissue hypoxia, a hallmark of tumor malignancy. Thus, non-invasive mapping of extracellular pH (pHe) is essential for researchers to understand the tumor microenvironment and to monitor tumor response to metabolism-targeting drugs. While electron paramagnetic resonance (EPR) has been successfully used to map pHe in mouse xenograft models, this method is not sensitive enough to map pHe with a moderate amount of exogenous pH-sensitive probes. Here, we show that a modified EPR system achieves twofold higher sensitivity by using the multiple harmonic detection (MHD) method and improves the robustness of pHe mapping in mouse xenograft models. Our results demonstrate that treatment of a mouse xenograft model of human-derived pancreatic ductal adenocarcinoma cells with the carbonic anhydrase IX (CAIX) inhibitor U-104 delays tumor growth with a concurrent tendency toward further extracellular acidification. We anticipate that EPR-based pHe mapping can be expanded to monitor the response of other metabolism-targeting drugs. Furthermore, pHe monitoring can also be used for the development of improved metabolism-targeting cancer treatments., 36817741;33079643;36817985

Molecular Weight-Dependent Oxidation and Optoelectronic Properties of Defect-Free Macrocyclic Poly(3-hexylthiophene)
R. Sato; A. Utagawa; K. Fushimi; F. Li; T. Isono; K. Tajima; T. Satoh; S. Sato; H. Hirata; Y. Kikkawa; T. Yamamoto
Polymers, 15, 3, 666, MDPI AG, 2023年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, The redox behaviors of macrocyclic molecules with an entirely π-conjugated system are of interest due to their unique optical, electronic, and magnetic properties. In this study, defect-free cyclic P3HT with a degree of polymerization (DPn) from 14 to 43 was synthesized based on our previously established method, and its unique redox behaviors arising from the cyclic topology were investigated. Cyclic voltammetry (CV) showed that the HOMO level of cyclic P3HT decreases from –4.86 eV (14 mer) to –4.89 eV (43 mer), in contrast to the linear counterparts increasing from –4.94 eV (14 mer) to –4.91 eV (43 mer). During the CV measurement, linear P3HT suffered from electro-oxidation at the chain ends, while cyclic P3HT was stable. ESR and UV–Vis–NIR spectroscopy suggested that cyclic P3HT has stronger dicationic properties due to the interactions between the polarons. On the other hand, linear P3HT showed characteristics of polaron pairs with multiple isolated polarons. Moreover, the dicationic properties of cyclic P3HT were more pronounced for the smaller macrocycles.

Development of electron paramagnetic resonance magnet system for in vivo tooth dosimetry
Kwon Choi; ChangUk Koo; JeongHun Oh; Jong In Park; Hiroshi Hirata; Sung-Joon Ye
Concepts in Magnetic Resonance Part B, Magnetic Resonance Engineering, 2022, 7332324, 2022年05月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

RF/Microwave Resonators for Preclinical and Clinical EPR Applications: Current Status and Challenges
Hiroshi Hirata; Harold M. Swartz
Applied Magnetic Resonance, 53, 1, 167, 191, Springer Science and Business Media LLC, 2022年01月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, 13284984

Effects of Ultraviolet Rays on L-Band In Vivo EPR Dosimetry Using Tooth Enamel
Yasuhiro Nakai; Ichiro Yamaguchi; Hiroshi Hirata; Harold M. Swartz; Ann Barry Flood; Benjamin B. Williams; Wilson Schreiber; Minoru Miyake
Applied Magnetic Resonance, 53, 1, 305, 318, Springer Science and Business Media LLC, 2022年01月, ［査読有り］
研究論文（学術雑誌）

Hyperpolarized ¹³C Magnetic Resonance Imaging as a Tool for Imaging Tissue Redox State, Oxidative Stress, Inflammation, and Cellular Metabolism
Neil J. Stewart; Tatsuyuki Sato; Norihiko Takeda; Hiroshi Hirata; Shingo Matsumoto
Antioxidants & Redox Signaling, 36, 1-3, 81, 94, Mary Ann Liebert Inc, 2022年01月, ［査読有り］, ［招待有り］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Significance: Magnetic resonance imaging (MRI) with hyperpolarized (HP) 13C-labeled redox-sensitive metabolic tracers can provide noninvasive functional imaging biomarkers, reflecting tissue redox state, oxidative stress, and inflammation, among others. The capability to use endogenous metabolites as 13C-enriched imaging tracers without structural modification makes HP 13C MRI a promising tool to evaluate redox state in patients with various diseases. Recent Advances: Recent studies have demonstrated the feasibility of in vivo metabolic imaging of 13C-labeled tracers polarized by parahydrogen-induced polarization techniques, which offer a cost-effective alternative to the more widely used dissolution dynamic nuclear polarization-based hyperpolarizers. Critical Issues: Although the fluxes of many metabolic pathways reflect the change in tissue redox state, they are not functionally specific. In the present review, we summarize recent challenges in the development of specific 13C metabolic tracers for biomarkers of redox state, including that for detecting reactive oxygen species. Future Directions: Applications of HP 13C metabolic MRI to evaluate redox state have only just begun to be investigated. The possibility to gain a comprehensive understanding of the correlations between tissue redox potential and metabolism under different pathological conditions by using HP 13C MRI is promoting its interest in the clinical arena, along with its noninvasive biomarkers to evaluate the extent of disease and treatment response.

Redox-Sensitive Mapping of a Mouse Tumor Model Using Sparse Projection Sampling of Electron Paramagnetic Resonance
Kota Kimura; Nami Iguchi; Hitomi Nakano; Hironobu Yasui; Shingo Matsumoto; Osamu Inanami; Hiroshi Hirata
Antioxidants & Redox Signaling, 36, 1-3, 57, 69, Mary Ann Liebert Inc, 2022年01月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Aims: This work aimed to establish an accelerated imaging system for redox-sensitive mapping in a mouse tumor model using electron paramagnetic resonance (EPR) and nitroxyl radicals. Results: Sparse sampling of EPR spectral projections was demonstrated for a solution phantom. The reconstructed three-dimensional (3D) images with filtered back-projection (FBP) and compressed sensing image reconstruction were quantitatively assessed for the solution phantom. Mouse xenograft models of a human-derived pancreatic ductal adenocarcinoma cell line, MIA PaCa-2, were also measured for redox-sensitive mapping with the sparse sampling technique. Innovation: A short-lifetime redox-sensitive nitroxyl radical (15N-labeled perdeuterated Tempone) could be measured to map the decay rates of the EPR signals for the mouse xenograft models. Acceleration of 3D EPR image acquisition broadened the choices of nitroxyl radical probes with various redox sensitivities to biological environments. Conclusion: Sparse sampling of EPR spectral projections accelerated image acquisition in the 3D redox-sensitive mapping of mouse tumor-bearing legs fourfold compared with conventional image acquisition with FBP. Antioxid. Redox Signal. 36, 57-69., 13284984

A 2.0-GHz compact ESR spectrometer for monitoring automobile lubrication oil degradation
Fan Cheng; Takayuki Shibata; Yoshifumi Aoki; Hiroshi Hirata
Journal of Magnetic Resonance, 332, 107081, 107081, Elsevier BV, 2021年11月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

High fidelity triangular sweep of the magnetic field for millisecond scan EPR imaging
Denis A. Komarov; Alexandre Samouilov; Hiroshi Hirata; Jay L. Zweier
Journal of Magnetic Resonance, 329, 107024, Elsevier BV, 2021年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, 13284984

Hyperpolarized 13C MRI of Fumarate Metabolism by Parahydrogen‐induced Polarization: A Proof‐of‐Concept In Vivo Study
Neil J. Stewart; Hitomi Nakano; Shuto Sugai; Mitsushi Tomohiro; Yuki Kase; Yoshiki Uchio; Toru Yamaguchi; Yujirou Matsuo; Tatsuya Naganuma; Norihiko Takeda; Ikuya Nishimura; Hiroshi Hirata; Takuya Hashimoto; Shingo Matsumoto
ChemPhysChem, 22, 10, 915, 923, Wiley, 2021年05月, ［査読有り］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Hyperpolarized [1-13 C]fumarate is a promising magnetic resonance imaging (MRI) biomarker for cellular necrosis, which plays an important role in various disease and cancerous pathological processes. To demonstrate the feasibility of MRI of [1-13 C]fumarate metabolism using parahydrogen-induced polarization (PHIP), a low-cost alternative to dissolution dynamic nuclear polarization (dDNP), a cost-effective and high-yield synthetic pathway of hydrogenation precursor [1-13 C]acetylenedicarboxylate (ADC) was developed. The trans-selectivity of the hydrogenation reaction of ADC using a ruthenium-based catalyst was elucidated employing density functional theory (DFT) simulations. A simple PHIP set-up was used to generate hyperpolarized [1-13 C]fumarate at sufficient 13 C polarization for ex vivo detection of hyperpolarized 13 C malate metabolized from fumarate in murine liver tissue homogenates, and in vivo 13 C MR spectroscopy and imaging in a murine model of acetaminophen-induced hepatitis.

Dependence of Radiation-induced Signals on Geometry of Tooth Enamel Using a 1.15 GHz Electron Paramagnetic Resonance Spectrometer
Jong In Park; Kwon Choi; Chang Uk Koo; Jeonghun Oh; Hiroshi Hirata; Harold M. Swartz; Sung-Joon Ye
Health Physics, 120, 2, 152, 162, Ovid Technologies (Wolters Kluwer Health), 2021年02月, ［査読有り］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）

In vitro simultaneous mapping of the partial pressure of oxygen, pH and inorganic phosphate using electron paramagnetic resonance
Akihiro Taguchi; Stephen DeVience; Benoit Driesschaert; Valery V. Khramtsov; Hiroshi Hirata
The Analyst, 145, 9, 3236, 3244, Royal Society of Chemistry (RSC), 2020年05月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）,

A simultaneous mapping method was established for the partial pressure of oxygen, pH and inorganic phosphate using electron paramagnetic resonance.

, 13284984;12451877

Simultaneous T2* mapping of 14N- and 15N-labeled dicarboxy-PROXYLs using CW-EPR-based single-point imaging
Takahito Yokoyama; Akihiro Taguchi; Harue Kubota; Neil J. Stewart; Shingo Matsumoto; Igor A. Kirilyuk; Hiroshi Hirata
Journal of Magnetic Resonance, 305, 122, 130, Elsevier BV, 2019年08月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
研究論文（学術雑誌）, 11046467

Noise characteristics of a 750-MHz electronically tunable resonator for electron paramagnetic resonance spectroscopy
Ririko Nakaoka; Hiroshi Hirata
AIP Advances, 9, 7, 075312, 075312, AIP Publishing, 2019年07月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, 11046467;13284984

In Vivo Extracellular pH Mapping of Tumors Using Electron Paramagnetic Resonance
Denis A Komarov; Yuki Ichikawa; Kumiko Yamamoto; Neil J Stewart; Shingo Matsumoto; Hironobu Yasui; Igor A Kirilyuk; Valery V Khramtsov; Osamu Inanami; Hiroshi Hirata
Analytical Chemistry, 90, 23, 13938, 13945, 2018年12月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, An electron paramagnetic resonance (EPR)-based method for noninvasive three-dimensional extracellular pH mapping was developed using a pH-sensitive nitroxyl radical as an exogenous paramagnetic probe. Fast projection scanning with a constant magnetic field sweep enabled the acquisition of four-dimensional (3D spatial +1D spectral) EPR images within 7.5 min. Three-dimensional maps of pH were reconstructed by processing the pH-dependent spectral information on the images. To demonstrate the proposed method of pH mapping, the progress of extracellular acidosis in tumor-bearing mouse legs was studied. Furthermore, extracellular pH mapping was used to visualize the spatial distribution of acidification in different tumor xenograft mouse models of human-derived pancreatic ductal adenocarcinoma cells. The proposed EPR-based pH mapping method enabled quantitative visualization of regional changes in extracellular pH associated with altered tumor metabolism., 11046467

Impact of the Characteristic Impedance of Coaxial Lines on the Sensitivity of a 750-MHz Electronically Tunable EPR Resonator
Ririko Nakaoka; Denis A. Komarov; Shingo Matsumoto; Hiroshi Hirata
Applied Magnetic Resonance, 49, 8, 853, 867, Springer Science and Business Media LLC, 2018年08月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, 11475235;11046467

A 750-MHz Electronically Tunable Resonator Using Microstrip Line Couplers for Electron Paramagnetic Resonance Imaging of a Mouse Tumor-Bearing Leg
Tatsuya Amida; Ririko Nakaoka; Denis A Komarov; Kumiko Yamamoto; Osamu Inanami; Shingo Matsumoto; Hiroshi Hirata
IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 65, 5, 1124, 1132, 2018年05月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, OBJECTIVE: The purpose of this work was to develop an electronically tunable resonator operating at 750 MHz for continuous-wave electron paramagnetic resonance (CW-EPR) imaging of a mouse tumor-bearing leg. METHODS: The resonator had a multi-coil parallel-gap structure with a sample space of 16 mm in diameter and 20 mm in length. Microstrip line couplers were used in conjunction with varactor diodes to enable resonance frequency adjustment and to reduce the nonlinear effects of the varactor diodes. The resonator was modeled by the finite-element method and a microwave circuit simulation was performed to clarify its radiofrequency characteristics. RESULTS: A tunable resonator was evaluated in terms of its resonance frequency, tunable frequency band, and conversion efficiency of the RF magnetic field. The developed resonator provided a tunable frequency band of 4 MHz at a central frequency of 747 MHz and a conversion efficiency of 34 μT/W1/2. To demonstrate the application of this tunable resonator to EPR imaging, three-dimensional EPR images of a sample solution and a mouse tumor-bearing leg were obtained. CONCLUSION: The developed tunable resonator satisfied our initial requirements for in vivo EPR imaging and may be able to be further improved using the present finite-element and circuit models if any problems arise during future practical applications. SIGNIFICANCE: This work may help to promote EPR imaging of tumor-bearing mice in cancer-related studies., 11475235;11046467

Design and testing of a 750 MHz CW-EPR digital console for small animal imaging
Hideo Sato-Akaba; Miho C. Emoto; Hiroshi Hirata; Hirotada G. Fujii
JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE, 284, 48, 58, 2017年11月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

IN VIVO ELECTRON PARAMAGNETIC RESONANCE TOOTH DOSIMETRY: DEPENDENCE OF RADIATION-INDUCED SIGNAL AMPLITUDE ON THE ENAMELTHICKNESS AND SURFACE AREA OF EX VIVO HUMAN TEETH
Michitaka Umakoshi; Ichiro Yamaguchi; Hiroshi Hirata; Naoki Kunugita; Benjamin B. Williams; Harold M. Swartz; Minoru Miyake
HEALTH PHYSICS, 113, 4, 262, 270, 2017年10月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Fast backprojection-based reconstruction of spectral-spatial EPR images from projections with the constant sweep of a magnetic field
Denis A. Komarov; Hiroshi Hirata
JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE, 281, 44, 50, 2017年08月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, 11046467

Feasibility of in vivo three-dimensional T-2(*) mapping using dicarboxy-PROXYL and CW-EPR-based single-point imaging
Harue Kubota; Denis A. Komarov; Hironobu Yasui; Shingo Matsumoto; Osamu Inanami; Igor A. Kirilyuk; Valery V. Khramtsov; Hiroshi Hirata
MAGNETIC RESONANCE MATERIALS IN PHYSICS BIOLOGY AND MEDICINE, 30, 3, 291, 298, 2017年06月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

IN-VIVO RADIATION DOSIMETRY USING PORTABLE L BAND EPR: ON-SITE MEASUREMENT OF VOLUNTEERS IN FUKUSHIMA PREFECTURE, JAPAN
Minoru Miyake; Yasuhiro Nakai; Ichiro Yamaguchi; Hiroshi Hirata; Naoki Kunugita; Benjamin B. Williams; Harold M. Swartz
RADIATION PROTECTION DOSIMETRY, 172, 1-3, 248, 253, 2016年12月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Novel blood-brain barrier-permeable spin probe for in vivo electron paramagnetic resonance imaging
Xiaolei Wang; Miho Emoto; Yusuke Miyake; Kaori Itto; Shu Xu; Hirotada Fujii; Hiroshi Hirata; Hirokazu Arimoto
BIOORGANIC & MEDICINAL CHEMISTRY LETTERS, 26, 20, 4947, 4949, 2016年10月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Advances in In Vivo EPR tooth biodosimetry: Meeting the targets for initial triage following a largescale radiation event
Ann Barry Flood; The EPR Center Tooth Dosimetry Project Team; Benjamin B. Williams; Wilson Schreiber; Gaixin Du; Victoria A. Wood; Maciej M. Kmiec; Sergey V. Petryakov; Eugene Demidenko; Harold M. Swartz; Holly K. Boyle; Ruhong Dong; Shireen Geimer; Lesley A. Jarvis; Kyo Kobayashi; Roberto J. Nicolalde; Jason Crist; Ankit Gupta; Timothy Raynolds; Spencer Brugger; Pawel Budzioh; Brandon Carr; Matthew Feldman; Barjor Gimi; Oleg Grinberg; Vladimir Krymov; Piotr Lesniewski; Michael Mariani; Paul M. Meaney; Kevin M. Rychert; Ildar Salikhov; Dmitriy S. Tipikin; Mark Tseytlin; Brian R. Edwards; Christopher D. Herring; Catherine Lindsay; Traci Rosenbaum; Arif Ali; David Carlson; Wojciech Froncisz; Hiroshi Hirata; Jason Sidabras; Steven G. Swarts; Paul Calderone; Jamie Kennedy; Joseph Ianotti; Eric Elder; Barry Sands
Radiation Protection Dosimetry, 172, 1-3, 72, 80, Oxford University Press, 2016年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Passive Decoupling Due to Low Q-Factors of Four-Channel Coils in 300-MHz Pulsed EPR Imaging
Ayano Enomoto; Keita Saito; Sankaran Subramanian; Murali C. Krishna; Hiroshi Hirata; Nallathamby Devasahayam
APPLIED MAGNETIC RESONANCE, 46, 6, 671, 683, 2015年06月, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Artifact suppression in electron paramagnetic resonance imaging of N-14- and N-15-labeled nitroxyl radicals with asymmetric absorption spectra
Wataru Takahashi; Yusuke Miyake; Hiroshi Hirata
JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE, 247, 10, 31, 37, 2014年10月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Proton-Electron Double-Resonance Imaging of pH Using Phosphonated Trityl Probe
Wataru Takahashi; Andrey A. Bobko; Ilirian Dhimitruka; Hiroshi Hirata; Jay L. Zweier; Alexandre Samouilov; Valery V. Khramtsov
APPLIED MAGNETIC RESONANCE, 45, 9, 817, 826, 2014年09月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Dynamic changes in the distribution and time course of blood-brain barrier-permeative nitroxides in the mouse head with EPR imaging: visualization of blood flow in a mouse model of ischemia
Miho C. Emoto; Hideo Sato-Akaba; Hiroshi Hirata; Hirotada G. Fujii
FREE RADICAL BIOLOGY AND MEDICINE, 74, 222, 228, 2014年09月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Design and Evaluation of a 1.1-GHz Surface Coil Resonator for Electron Paramagnetic Resonance-Based Tooth Dosimetry
Hirotaka Sugawara; Hiroshi Hirata; Sergey Petryakov; Piotr Lesniewski; Benjamin B. Williams; Ann Barry Flood; Harold M. Swartz
IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, 61, 6, 1894, 1901, 2014年06月, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

In vivo tumour extracellular pH monitoring using electron paramagnetic resonance: the effect of X- ray irradiation
Jonathan Goodwin; Katsuya Yachi; Masaki Nagane; Hironobu Yasui; Yusuke Miyake; Osamu Inanami; Andrey A. Bobko; Valery V. Khramtsov; Hiroshi Hirata
NMR IN BIOMEDICINE, 27, 4, 453, 458, 2014年04月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Synthesis of N-15-labeled 4-oxo-2,2,6,6-tetraethylpiperidine nitroxide for EPR brain imaging
Xiaolei Wang; Miho Emoto; Atsushi Sugimoto; Yusuke Miyake; Kaori Itto; Mitsuo Amasaka; Shu Xu; Hiroshi Hirata; Hirotada Fujii; Hirokazu Arimoto
TETRAHEDRON LETTERS, 55, 13, 2146, 2149, 2014年03月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Four-Channel Surface Coil Array for 300-MHz Pulsed EPR Imaging: Proof-of-Concept Experiments
Ayano Enomoto; Hiroshi Hirata; Shingo Matsumoto; Keita Saito; Sankaran Subramanian; Murali C. Krishna; Nallathamby Devasahayam
MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE, 71, 2, 853, 858, 2014年02月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Parallel image-acquisition in continuous-wave electron paramagnetic resonance imaging with a surface coil array: Proof-of-concept experiments
Ayano Enomoto; Hiroshi Hirata
JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE, 239, 29, 33, 2014年02月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Four-channel surface coil array for sequential CW-EPR image acquisition
Ayano Enomoto; Miho Emoto; Hirotada Fujii; Hiroshi Hirata
JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE, 234, 1, 21, 29, 2013年09月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

L-band surface-coil resonator with voltage-control impedance-matching for EPR tooth dosimetry
Tadatsugu Haga; Hiroshi Hirata; Piotr Lesniewski; Kevin M. Rychert; Benjamin B. Williams; Ann B. Flood; Harold M. Swartz
CONCEPTS IN MAGNETIC RESONANCE PART B-MAGNETIC RESONANCE ENGINEERING, 43B, 1, 32, 40, 2013年02月, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Simultaneous imaging of an enantiomer pair by electron paramagnetic resonance using isotopic nitrogen labeling
Yusuke Miyake; Xiaolei Wang; Mitsuo Amasaka; Kaori Itto; Shu Xu; Hirokazu Arimoto; Hirotada Fujii; Hiroshi Hirata
Analytical Chemistry, 85, 2, 985, 990, 2013年01月15日, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Noninvasive mapping of the redox status in septic mouse by in vivo electron paramagnetic resonance imaging.
Hirotada G Fujii; Hideo Sato-Akaba; Miho C Emoto; Kouichi Itoh; Yasuhiro Ishihara; Hiroshi Hirata
Magnetic resonance imaging, 31, 1, 130, 8, 1, 2013年01月, ［査読有り］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Increased reactive oxygen species (ROS) contribute to numerous brain disorders, and ROS generation has been examined in diverse experimental models of lipopolysaccharide (LPS)-induced inflammation. The in vivo electron paramagnetic resonance (EPR)/nitroxide spin probe method has been used to analyze the redox status in animal models modulated by ROS generation. In this study, a blood-brain barrier (BBB)-permeable nitroxide spin probe, 3-hydroxymethyl-2,2,5,5-tetramethylpyrrolidine-1-oxyl (HMP), was used as a redox-sensitive nitroxide probe. Magnetic resonance images of mouse head after the injection of HMP showed that HMP was distributed throughout all regions of the mouse head including the brain, suggesting that HMP can reveal redox information in all regions of the mouse head. After the injection of HMP through the mouse tail vein 6 h after the injection of LPS, three-dimensional (3D) EPR images were obtained each minute under a field scanning of 0.3 s and with 81 projections. The reduction reaction of HMP in septic mouse heads was remarkably accelerated compared to that in control mice, and this accelerated reaction was inhibited by aminoguanidine and allopurinol, which inhibit enzymatic activities of induced nitric oxide synthase and xanthine oxidase, respectively. Based on the pharmacokinetics of HMP in mouse heads, the half-life mapping of HMP was performed in LPS-treated mouse head. Half-life maps clearly show a difference in the redox status induced by ROS generation in the presence or absence of inhibitors of ROS-generating enzymes. The present results suggest that a 3D in vivo EPR imaging system combined with BBB-permeable HMP is a useful noninvasive tool for assessing changes in the redox status in rodent models of brain disease under oxidative stress.

A 9 GHz EPR Imager for Thin Materials: Application to Surface Detection
Kouichi Nakagawa; Yasunori Ohba; Boris Epel; Hitoshi Hirata
JOURNAL OF OLEO SCIENCE, 61, 8, 451, 456, 2012年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Electron Paramagnetic Resonance-Based pH Mapping Using Spectral-Spatial Imaging of Sequentially Scanned Spectra
Shunichi Koda; Jonathan Goodwin; Valery V. Khramtsov; Hirotada Fujii; Hiroshi Hirata
ANALYTICAL CHEMISTRY, 84, 8, 3833, 3837, 2012年04月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

A novel ascorbic acid-resistant nitroxide in fat emulsion is an efficient brain imaging probe for in vivo EPR imaging of mouse
Miho Emoto; Fumiya Mito; Toshihide Yamasaki; Ken-Ichi Yamada; Hideo Sato-Akaba; Hiroshi Hirata; Hirotada Fujii
FREE RADICAL RESEARCH, 45, 11-12, 1325, 1332, 2011年11月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Three-Dimensional EPR/NMR Image Coregistration Using a MATLAB-Based Software
Masashi Ohfuchi; Jonathan Goodwin; Hirotada Fujii; Hiroshi Hirata
CONCEPTS IN MAGNETIC RESONANCE PART B-MAGNETIC RESONANCE ENGINEERING, 39B, 4, 180, 190, 2011年10月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Sequential CW-EPR image acquisition with 760-MHz surface coil array
Ayano Enomoto; Hiroshi Hirata
JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE, 209, 2, 244, 249, 2011年04月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Mapping of Redox Status in a Brain-Disease Mouse Model by Three-Dimensional EPR Imaging
Hirotada Fujii; Hideo Sato-Akaba; Katsuya Kawanishi; Hiroshi Hirata
MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE, 65, 1, 295, 303, 2011年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Simultaneous molecular imaging based on electron paramagnetic resonance of N-14- and N-15-labelled nitroxyl radicals
Anna Pawlak; Ryohei Ito; Hirotada Fujii; Hiroshi Hirata
CHEMICAL COMMUNICATIONS, 47, 11, 3245, 3247, 2011年, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Resolution-Recovery for EPR Imaging of Free Radical Molecules in Mice
Yusuke Ikebata; Hideo Sato-Akaba; Takashi Aoyama; Hirotada Fujii; Kouichi Itoh; Hiroshi Hirata
MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE, 62, 3, 788, 795, 2009年09月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Half-Life Mapping of Nitroxyl Radicals with Three-Dimensional Electron Paramagnetic Resonance Imaging at an Interval of 3.6 Seconds
Hideo Sato-Akaba; Yoko Kuwahara; Hirotada Fujii; Hiroshi Hirata
ANALYTICAL CHEMISTRY, 81, 17, 7501, 7506, 2009年09月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Improvement of temporal resolution for three-dimensional continuous-wave electron paramagnetic resonance imaging
Hideo Sato-Akaba; Hirotada Fujii; Hiroshi Hirata
REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, 79, 12, 123701, 2008年12月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Development and testing of a CW-EPR apparatus for imaging of short-lifetime nitroxyl radicals in mouse head
Hideo Sato-Akaba; Hirotada Fujii; Hiroshi Hirata
JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE, 193, 2, 191, 198, 2008年08月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Slice-selective images of free radicals in mice with modulated field gradient electron paramagnetic resonance (EPR) imaging
Hideo Sato-Akaba; Haruhiko Abe; Hirotada Fujii; Hiroshi Hirata
MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE, 59, 4, 885, 890, 2008年04月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Tissue oxygenation in a murine SCCVII tumor after X-ray irradiation as determined by EPR spectroscopy
Hirotada Fujii; Koh-ichi Sakata; Yoshihiro Katsumata; Rikiya Sato; Makoto Kinouchi; Masanori Someya; Shin-ichiro Masunaga; Masato Hareyama; Harold M. Swartz; Hiroshi Hirata
RADIOTHERAPY AND ONCOLOGY, 86, 3, 354, 360, 2008年03月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Dynamic monitoring of localized tumor oxygenation changes using RF pulsed electron paramagnetic resonance in conscious mice
Shingo Matsumoto; Michael Graham Espey; Hideo Utsumi; Nallathamby Devasahayam; Ken-Ichiro Matsumoto; Atsuko Matsumoto; Hiroshi Hirata; David A. Wink; Periarman Kuppusamy; Sankaran Subramanian; James B. Mitchell; Murali C. Krishna
MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE, 59, 3, 619, 625, 2008年03月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

A loop resonator for slice-selective in vivo EPR imaging in rats
Hiroshi Hirata; Guanglong He; Yuanmu Deng; Ildar Salikhov; Sergey Petryakov; Jay L. Zweier
JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE, 190, 1, 124, 134, 2008年01月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Automatic matching control circuit based on phase-sensitive detection for in vivo CW-EPR spectroscopy
Hiroshi Hirata; Hirotada Fujii
MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY, 18, 5, N27, N31, 2007年05月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Advantageous application of a surface coil to EPR irradiation in Overhauser-enhanced MRI
Shingo Matsumoto; Kenichi Yamada; Hiroshi Hirata; Keiji Yasukawa; Fuminori Hyodo; Kazuhiro Ichikawa; Hideo Utsumi
MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE, 57, 4, 806, 811, 2007年04月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Enhanced resolution for EPR imaging by two-step deblurring
Rizwan Ahmad; Bradley Clymer; Deepti S. Vikram; Yuanmu Deng; Hiroshi Hirata; Jay L. Zweier; Periannan Kuppusamy
JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE, 184, 2, 246, 257, 2007年02月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Use of multi-coil parallel-gap resonators for co-registration EPR/NMR imaging
Yuuki Kawada; Hiroshi Hirata; Hirodata Fujii
JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE, 184, 1, 29, 38, 2007年01月, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Measuring brain tissue oxygenation under oxidative stress by ESR/MR dual imaging system
Hirotada Fujii; Kouichi Itoh; Ramasamy P. Pandian; Motomichi Sakata; Periannan Kuppusamy; Hiroshi Hirata
Magnetic Resonance in Medical Sciences, 6, 2, 83, 89, 2, 2007年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Feasibility study of superresolution continuous-wave electron paramagnetic resonance imaging
Hiroshi Hirata; Michi Wakana; Hitoshi Susaki
APPLIED PHYSICS LETTERS, 88, 25, 254103, 2006年06月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Free Radicals in Living Systems: In Vivo Detection of Bioradicals with EPR Spectroscopy
Hiroshi Hirata; Hirotada Fujii
Current Organic Chemistry, 10, 5, 521, 534, Bentham Science Publishers Ltd., 2006年03月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
研究論文（学術雑誌）

In vivo generation of free radicals in the skin of live mice under ultraviolet light, measured by L-band EPR spectroscopy
K Takeshita; CP Chi; H Hirata; M Ono; T Ozawa
FREE RADICAL BIOLOGY AND MEDICINE, 40, 5, 876, 885, 2006年03月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Systematic approach to cutoff frequency selection in continuous-wave electron paramagnetic resonance imaging
H Hirata; T Itoh; K Hosokawa; Y Deng; H Susaki
JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE, 175, 2, 177, 184, 2005年08月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

A composition resonator assembly suitable for EPR/NMR co-registration imaging
Matsumoto S; Nagai M; Yamada K; Hyodo F; Yasukawa K; Muraoka M; Hirata H; Ono M; Utsumi H
Concepts in Magnetic Resonance Part B Magnetic Resonance Engineering, 25B, 1, 1, 11, 2005年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Decoupling of automatic control systems in a continuous-wave electron paramagnetic resonance spectrometer for biomedical applications
H Hirata; H Watanabe; M Kumada; K Itoh; H Fujii
NMR IN BIOMEDICINE, 17, 5, 295, 302, 2004年08月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Nonequivalent spectra of unpaired electrons in field and frequency modulation
H Hirata; T Kuyama; M Ono; Y Shimoyama
JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE, 168, 2, 252, 258, 2004年06月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

In vivo oxygen radical generation in the skin of the protoporphyria model mouse with visible light exposure: An L-band ESR study
K Takeshita; T Takajo; H Hirata; M Ono; H Utsumi
JOURNAL OF INVESTIGATIVE DERMATOLOGY, 122, 6, 1463, 1470, 2004年06月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Detection of electron paramagnetic resonance absorption using frequency modulation
H Hirata; T Kuyama; M Ono; Y Shimoyama
JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE, 164, 2, 233, 241, 2003年10月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

An improved external loop resonator for in vivo L-band EPR spectroscopy
Salikhov, I; H Hirata; T Walczak; HM Swartz
JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE, 164, 1, 54, 59, 2003年09月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Control characteristics of an automatic matching control system for in vivo EPR spectroscopy
H Hirata; Y Yamaguchi; T Takahashi; ZW Lu
MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE, 50, 1, 223, 227, 2003年07月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Mapping of the B-1 field distribution of a surface coil resonator using EPR imaging
GL He; SP Evalappan; H Hirata; YM Deng; S Petryakov; P Kuppusamy; JL Zweier
MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE, 48, 6, 1057, 1062, 2002年12月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

1.1-GHz continuous-wave EPR spectroscopy with a frequency modulation method
H Hirata; M Ueda; N Ono; Y Shimoyama
JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE, 155, 1, 140, 144, 2002年03月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Experimental investigation of RF magnetic field homogeneity in a bridged loop-gap resonator
M Ono; A Suenaga; H Hirata
MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE, 47, 2, 415, 419, 2002年02月, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Stability analysis and design of automatic frequency control system for in vivo EPR spectroscopy
H Hirata; ZW Luo
MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE, 46, 6, 1209, 1215, 2001年12月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Characteristics of an electronically tunable surface-coil-type resonator for L-band electron paramagnetic resonance spectroscopy
H Hirata; T Walczak; HM Swartz
REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, 72, 6, 2839, 2841, 2001年06月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Electronically tunable surface-coil-type resonator for L-band EPR spectroscopy
H Hirata; T Walczak; HM Swartz
JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE, 142, 1, 159, 167, 2000年01月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

A flexible surface-coil-type resonator using triaxial cable
H Hirata; M Ono
REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, 68, 9, 3595, 3596, 1997年09月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Impedance-matching system for a flexible surface-coil-type resonator
H Hirata; M Ono
REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, 68, 9, 3528, 3532, 1997年09月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

An improved inductive coupler for suppressing a shift in the resonance frequency of electron paramagnetic resonance resonators
H Hirata; T Walczak; HM Swartz
REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, 68, 8, 3187, 3191, 1997年08月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Resonance frequency estimation of a bridged loop-gap resonator used for magnetic resonance measurements
H Hirata; M Ono
REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, 67, 1, 73, 78, 1996年01月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

ANALYSIS OF A FLEXIBLE SURFACE-COIL-TYPE RESONATOR FOR MAGNETIC-RESONANCE MEASUREMENTS
H HIRATA; H IWAI; M ONO
REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, 66, 9, 4529, 4534, 1995年09月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

DESIGN OF A MULTICOUPLED LOOP-GAP RESONATOR USED FOR PULSED ELECTRON-PARAMAGNETIC-RESONANCE MEASUREMENTS
Y SAKAMOTO; H HIRATA; M ONO
IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, 43, 8, 1840, 1847, 1995年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Design of a Traveling Wave Type Ultrasonic Motor
Hiroshi Hirata; Sadayuki Ueha
IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, 42, 2, 225, 231, 1995年, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

A SURFACE-COIL-TYPE RESONATOR FOR IN-VIVO ESR MEASUREMENTS
M ONO; K ITO; N KAWAMURA; KC HSIEH; H HIRATA; N TSUCHIHASHI; H KAMADA
JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE SERIES B, 104, 2, 180, 182, 1994年06月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Characteristics estimation of a traveling wave type ultrasonic motor
Hiroshi Hirata; Sadayuki Ueha
IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 40, 4, 402, 406, Publ by IEEE, 1993年07月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Force factor design of disk vibrators used for ultrasonic motors
Hiroshi Hirata; Sadayuki Ueha
Journal of the Acoustical Society of Japan (E), 13, 2, 77, 84, 1992年, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

REVOLUTION SPEED CHARACTERISTICS OF AN ULTRASONIC MOTOR ESTIMATED FROM THE PRESSURE DISTRIBUTION OF THE ROTOR
H HIRATA; S UEHA
JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS SHORT NOTES & REVIEW PAPERS, 31, Suppl. 31-1, 248, 250, 1992年, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Non-axisymmetric contour vibrations of clamped piezoelectric annular plates: Analysis for the development of an ultrasonic motor
Takehiro Takano; Hiroshi Hirata; Yoshiro Tomikawa
Journal of the Acoustical Society of Japan (E), 11, 3, 161, 172, 1990年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

EXCITATION OF A PROGRESSIVE WAVE IN A FLEXURALLY VIBRATING TRANSMISSION MEDIUM
Y TOMIKAWA; K ADACHI; H HIRATA; T SUZUKI; T TAKANO
JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS SHORT NOTES & REVIEW PAPERS, 29, Suppl. 29-1, 179, 181, 1990年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Analysis of Nonaxisymmetric Vibration Mode Piezoelectric Annular Plate and its Application to an Ultrasonic Motor
Takehiro Takano; Hiroshi Hirata; Yoshiro Tomikawa
IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 37, 6, 558, 565, 1990年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

AN ULTRASONIC MOTOR USING NON-AXISYMMETRIC VIBRATION MODES OF A PIEZO-CERAMIC ANNULAR PLATE
Y TOMIKAWA; T TAKANO; H HIRATA; T OGASAWARA
JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS SHORT NOTES & REVIEW PAPERS, 28, suppl. 28-1, 161, 163, 1989年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

AN ULTRASONIC MOTOR USING NON-AXISYMMETRIC VIBRATION MODES OF A PIEZO-CERAMIC ANNULAR PLATE
T TAKANO; Y TOMIKAWA; T OGASAWARA; H HIRATA
JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS SHORT NOTES & REVIEW PAPERS, 28, Suppl. 28-2, 202, 205, 1989年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Interview with Professor Hiroshi Hirata on the occasion of his IES Medal in Instrumentation and Methods Development 2024
Hiroshi Hirata, epr news letters, 34, 3, 7, 9, 2024年10月, ［招待有り］
英語, 記事・総説・解説・論説等（その他）

電子常磁性共鳴イメージングと生物医学応用
平田 拓, ぶんせき, 2019, 12, 538, 544, 2019年12月, ［査読有り］, ［招待有り］
日本語, 記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）

窒素同位体標識ニトロキシルラジカルによる腫瘍モデルマウスの酸素分圧イメージング
久保田晴江; 安井博宣; 松元慎吾; 稲波修; KIRILYUK Igor; KHRAMTSOV Valery V.; 平田拓, 電子スピンサイエンス学会年会講演要旨集, 56th, 2017年

腫瘍内酸素イメージングのための同位体標識ニトロキシルラジカル混合溶液の特性評価
久保田晴江; 安井博宣; 松元慎吾; 稲波修; KIRILYUK Igor; KHRAMTSOV Valery V.; 平田拓, 電子スピンサイエンス学会年会講演要旨集, 55th, 2016年

生体のESRイメージング
平田 拓, 分光研究, 64, 6, 573, 581, 2015年12月, ［査読有り］, ［招待有り］
日本分光学会, 日本語, 記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）

酸素感受性同位体ニトロキシルラジカルの特性評価実験
久保田晴江; 安井博宣; 松元慎吾; 三宅祐輔; 稲波修; KIRILYUK I. A.; KHRAMTSOV V. V.; 平田拓, 電子スピンサイエンス学会年会講演要旨集, 54th, 2015年

電子常磁性共鳴分光による生体内pHの測定
GOODWIN Jonathan; 谷内勝哉; 永根大幹; 安井博宣; 三宅祐輔; 稲波修; BOBKO Andrey; KHRAMTSOV Valery; 平田拓, 電子スピンサイエンス学会年会講演要旨集, 52nd, 2013年

EPR分光法による鏡像異性体のタンパク質結合性の観測
天坂光男; 三宅祐輔; 安井博宣; 稲波修; WANG Xialoei; 一刀かおり; XU Shu; 有本博一; 平田拓, 電子スピンサイエンス学会年会講演要旨集, 52nd, 2013年

生体内酸素分圧イメージングに向けた試薬の継続投与の実験
青野尚平; 永根大幹; 三宅祐輔; 奥村大地; 安井博宣; 稲波修; 平田拓, 電子スピンサイエンス学会年会講演要旨集, 51st, 2012年

EPRスペクトロスコピーによる腫瘍の細胞外pH測定
谷内勝哉; GOODWIN Jonathan; 永根大幹; 三宅祐輔; 安井博宣; 稲波修; BOBKO Andrey; KHARAMTSOV Valery V.; 平田拓, 電子スピンサイエンス学会年会講演要旨集, 51st, 2012年

高速電子常磁性共鳴イメージングによる3次元レドックス計測
平田 拓, 日本薬理学雑誌, 140, 4, 146, 150, 2012年
不対電子のエネルギー吸収を特異的に検出することができる電子常磁性共鳴（EPR）分光（電子スピン共鳴，ESRとも呼ばれる）は，フリーラジカル分子の研究において強力な計測手法となっている．EPR分光は，核磁気共鳴（NMR）とは兄弟関係にある磁気共鳴分光法であり，NMRイメージング（核スピンの可視化）同様に電子スピンの分布を可視化するイメージング法も30年来研究されてきた．近年になり，短時間で電子スピンの3次元空間分布を計測する技術が開発された．本稿では，高速EPRイメージングを用いて，生体内の酸化還元状態を可視化する，レドックス計測について紹介する．電子スピンの緩和時間は，ナノ秒からマイクロ秒のオーダーであり，NMRと同様のパルス法による計測は容易ではない．特に，生体を対象とする低周波・低磁場のEPR計測では，連続波を用いた計測が主に用いられている．高速に磁場を掃引するEPRイメージング装置の開発により，生体内で寿命が短いフリーラジカル種の検出，測定が可能になった．また，ニトロキシルラジカルの寿命は溶液または生体中の還元作用の強さを反映するため，ニトロキシルラジカルの信号の消失速度を測定することにより，酸化還元状態（レドックス）をマッピングする方法を説明する．通常，3次元画像計測は長い計測時間が必要とされ，生体内でのレドックスマップを得ることは容易ではなかったが，計測技術の進歩に..., 公益社団法人 日本薬理学会, 日本語

Erratum: Stability analysis and design of automatic frequency control system for in vivo EPR spectroscopy (vol 46, pg 1209, 2001)
H Hirata; ZW Luo, MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE, 49, 5, 977, 977, 2003年05月, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, その他

"Tumor Extracellular pH Mapping using Electron Paramagnetic Resonance: Techniques and Applications" in: Annual Reports on NMR Spectroscopy, Volume 112, W. S. Price (ed.)
H. Hirata, pp. 57-76
Hiroshi Hirata, Academic Press, San Diego, CA, USA, 2024年08月, 9780443297526, 36817741;33079643;13284984;11046467, ［分担執筆］

“Resonators for Clinical Electron Paramagnetic Resonance” in: Measuring Oxidants and Oxidative Stress in Biological Systems, L. J. Berliner and N. L. Parinandi (eds.)
H. Hirata; S. Petryakov; W. Schreiber, pp. 189–218
Springer Nature Switzerland AG, 2020年08月, ［分担執筆］

3D EPR imaging of an X-ray-irradiated bovine tooth
H. Arai; M. Taguchi; O. Mitarai; I. Yamaguchi; H. Sato-Akaba; S. Matsumoto; M. Miyake; H. Hirata
XIIIth International Workshop on EPR in Biology and Medicine, 2025年10月14日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
2025年10月13日 - 2025年10月16日, 36817741;33079643, ［招待講演］

Recent technical advances in EPR spectroscopic mapping for mouse tumor models
H. Hirata
Modern Development of Magnetic Resonance (MDMR) 2025, 2025年09月29日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
2025年09月29日 - 2025年10月03日, 36817741, ［招待講演］

In vivo extracellular pH mapping using electron paramagnetic resonance
H. Hirata
Asia-Pacific EPR/ESR Symposium 2024 (APES 2024), 2024年10月20日, 英語, 口頭発表（基調）
［招待講演］

IES Medal Award Lecture: Low-field EPR instrument development for in vivo applications
H. Hirata
Rocky Mountain Conference: EPR Symposium, 2024年08月06日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
［招待講演］

Tumor extracellular pH mapping using electron paramagnetic resonance: Recent progress and applications
R. Nakaoka; K. Kato; K. Yamamoto; H. Yasui; S. Matsumoto; I. A. Kirilyuk; V. V. Khramtsov; O. Inanami; H. Hirata
23rd International Society of Magnetic Resonance Conference (ISMAR 2023), 2023年08月21日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
2023年08月20日 - 2023年08月25日, 36817741, ［招待講演］

Technological advances in resonators for in vivo and clinical EPR
H. Hirata
EPR 2023: International Conference on EPR Spectroscopy and Imaging of Biological Systems, 2023年05月26日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
［招待講演］

Overview of EPR-based extracellular pH mapping using multi-harmonic detection
H. Hirata
Asia-Pacific EPR/ESR Symposium 2022 (APES 2022), 2022年11月06日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
36817741;13284984, ［招待講演］

EPR implemented with multiple harmonic detection successfully maps extracellular pH in vivo
R. Nakaoka; K. Kato; K. Yamamoto; H. Yasui; S. Matsumoto; I. A. Kirilyuk; V. V. Khramtsov; O. Inanami; H. Hirata
XIIth International Workshop on EPR in Biology and Medicine, 2022年10月10日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
13284984, ［招待講演］

Simultaneous mapping of the partial pressure of oxygen and pH using electron paramagnetic resonance
Hiroshi Hirata
Modern Development of Magnetic Resonance (MDMR) 2021, 2021年11月04日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
2021年11月01日 - 2021年11月05日, 13284984, ［招待講演］

Simultaneous mapping of the partial pressure of oxygen, pH and inorganic phosphate using electron paramagnetic resonance
A. Taguchi; S. DeVience; B. Driesschaert; V. V. Khramtsov; H. Hirata
22nd International Society of Magnetic Resonance Conference (ISMAR 2021), 2021年08月25日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
2021年08月22日 - 2021年08月27日, 13284984, ［招待講演］

Overview of Electron Paramagnetic Resonance-Based Human Tooth Dosimetry
H. Hirata; I. Yamaguchi; M. Miyake
4th Conference on Nuclear Analytical Techniques (NAT2020) Jointed with 6th Symposium on Radiation in Medicine, Space, and Power (RMSP-VI),, 2020年11月12日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
2020年11月12日 - 2020年11月13日, ［招待講演］

Recent Progress in 3D Extracellular pH Mapping of Tumors Using EPR
Hiroshi Hirata
International Conference “Magnetic Resonance–Current Status and Future perspectives” (EPR-75), 2019年09月23日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
［招待講演］, ［国際会議］

In vivo three-dimensional extracellular pH mapping of tumors using EPR
Hiroshi Hirata
Joint Conference of 21st International Society for Magnetic Resonance (ISMAR) and 15th European Magnetic Resonance Congress (EUROMAR), 2019年07月25日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
［招待講演］, ［国際会議］

In vivo extracellular pH mapping of tumors using EPR imaging
Hiroshi Hirata
Joint Conference of Asia-Pacific EPR/ESR Symposium 2018 and 3rd International EPR (ESR) Society Symposium (APES-IES 2018), 2018年09月23日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
［招待講演］, ［国際会議］

In vivo extracellular pH mapping of tumors using electron paramagnetic resonance
Hiroshi Hirata
46th Annual Meeting of International Society on Oxygen Transport to Tissue (ISOTT 2018), 2018年07月01日, 英語, 口頭発表（基調）
［招待講演］, ［国際会議］

Three-dimensional oxygen mapping using a pair of isotopic nitroxyl radicals and CW-EPR-based single-point imaging
Hiroshi Hirata
EPR 2017: International Conference on Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy and Imaging of Biological Systems, 2017年07月16日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
［招待講演］, ［国際会議］

CW-EPR-based oxygen mapping technique using a pair of isotopic nitroxyl radicals
Hiroshi Hirata
Xth International Workshop on EPR in Biology and Medicine, 2016年10月02日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
［招待講演］, ［国際会議］

Development of a CW-EPR-based oxygen-mapping technique using a pair of isotopic nitroxyl radicals
Hiroshi Hirata
Asia-Pacific EPR/ESR Symposium 2016, 2016年08月28日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
［招待講演］, ［国際会議］

In vivo tumor extracellular pH monitoring using EPR spectroscopy
Hiroshi Hirata
Magnetic Resonance: Fundamental research and pioneering applications (MR-70), 2014年06月23日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
［招待講演］, ［国際会議］

MR imaging of oxidative stress: Electron paramagnetic resonance imaging –Challenges to functional imaging–
Hiroshi Hirata
COST Action BM1203 EU-ROS Working Group Meeting, 2013年05月22日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
［招待講演］, ［国際会議］

バイオイメージング特論, 2024年, 修士課程, 情報科学院

バイオイメージング特論, 2024年, 博士後期課程, 情報科学研究科

バイオイメージング特論, 2024年, 博士後期課程, 情報科学院

生体医工学基礎, 2024年, 学士課程, 工学部

生体工学概論, 2024年, 学士課程, 工学部

生体情報工学実験Ⅱ, 2024年, 学士課程, 工学部

電磁気学, 2024年, 学士課程, 工学部

電気回路, 2024年, 学士課程, 工学部

低強度超音波薬学：経頭蓋脳深部刺激による低体温状態誘導に関する技術基盤の構築
科学研究費助成事業
2024年06月28日 - 2028年03月31日
舘野 高; 平田 拓; 村上 修一
日本学術振興会, 挑戦的研究(開拓), 北海道大学, 24K21318

電子スピンでセンシングする悪性腫瘍の酸素及びpH複合イメージング法の開発
科学研究費助成事業 基盤研究(A)
2022年04月 - 2026年03月
平田 拓; 安井博宣
日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 22H00200

生体金属ホメオスタシスの破綻による細胞死誘導の時空間動態解析と放射線治療への展開
科学研究費助成事業
2022年04月01日 - 2025年03月31日
安井 博宣; 稲波 修; 平田 拓; 久下 裕司
本研究では、「正常細胞とがん細胞におけるX線照射後の遷移金属や関連因子の動態がレドックス状態や細胞死にどのような影響を与えるのか？また、イメージング等検出技術によってそのメカニズムを解明することで、生体金属の恒常性破綻をがん放射線治療のアプローチとすることが可能か？」という問いに対し、2023年度では(2)増感標的となる分子の決定と実験的治療検討をin vitroで行うことおよび(3)in vivoでの検討とイメージングへの展開を目的とした。研究成果として、銅イオノフォアであるElesclomolを用いて、HCT116細胞やMIA-Paca-2細胞においてピルビン酸デヒドロゲナーゼキナーゼ阻害剤ジクロロ酢酸（DCA）や乳酸脱水素酵素阻害剤FX11と併用した際に生じるElesclomolの細胞毒性の増強作用についてメカニズムを調べた。その結果、鉄関連因子のTfR1、DMT1、FPN1についてはその発現量に変化はなく、銅関連因子のCTR1、ATP7A/Bについて有意差はないが、薬剤併用による発現増加が観察された。以上の結果から、ミトコンドリア代謝を調節することによって、銅の取り込みが変化し、結果としてEleclomolの毒性を高めたと考えられた。しかしながら、移植腫瘍を用いた動物実験では予備的検討ではあるが、両者の併用による治療効果の増強は観察されず、細胞種の選択や併用タイミングの再検討が必要であることは分かった。(3)の項目については、レドックスイメージングを可能とする装置を導入し、電子スピン共鳴ESRによる腫瘍レドックス計測の実験系を立ち上げることができ、最終年度でのイメージングによる治療効果の評価に道筋を立てた。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 23K24994

生体金属ホメオスタシスの破綻による細胞死誘導の時空間動態解析と放射線治療への展開
科学研究費助成事業
2022年04月01日 - 2025年03月31日
安井 博宣; 稲波 修; 平田 拓; 久下 裕司
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 22H03740

がん特異的代謝システムを標的とした新規セノリティックテラピー開発のための基盤研究
科学研究費助成事業
2020年04月01日 - 2025年03月31日
稲波 修; 平岡 和佳子; 安井 博宣; 平田 拓; 滝口 満喜; 岡松 優子
本年度はインビトロの培養細胞の系の実験で、以下の四つの結果が明らかとなった。
1）グルタミン要求性の強いヒト肺がんA549細胞やH460細胞では、放射線照射により、これらの細胞でのグルタミンの取り込みの増大とグルタメートの増大、すなわちグルタミナーゼの活性化を起こす事を明らかにした。さらに、グルタミン代謝阻害剤添加あるいはグルタミン欠乏培地下で培養すると治療線量レベルの放射線照射によって多くの老化様細胞死とSASPの培養液中への分泌を増強させることが可能である事が明らかとなった。
2）グルタミノリシス阻害条件下で放射線による老化様細胞死の誘発機構には活性酸素種の生成量、グルタチオン量の変化DNA損傷の量、さらにはDNA損傷に伴う伴うp53やp21、p16の発現変化などの既知のメカニズムの関与は殆ど無く、未知の機構の関与が示唆されている。
3）更にグルタミノリシス阻害条件下で放射線誘発する老化様細胞死を起こす条件で、Bcl-XL阻害剤ABT-737によって、この増大した老化様細胞死の多くはアポトーシスに変換できること、いわゆるセノリシスを起こせることを明らかにした。
4）一方では、同じ肺がん由来細胞でも786-o細胞ではグルタミン代謝阻害が老化様細胞の増強を起こさず、A549やH460細胞と同様の現象は観察されず、全ての肺がん細胞に於いて同様の機構が働いていない事も明らかとなった。また、脂質代謝阻害剤は老化様細胞増強には関与しなかった。
以上の結果はグルタミン要求性の強い肺がん細胞を中心にその亜致死レベルのグルタミノリシス阻害条件下で治療線量レベルの放射線照射をすると、多量の老化様細胞死の増大が起こす事を示しており、さらに、アポトーシス抑制因子の阻害剤で効率よく老化様細胞死をアポトーシスに変換できることが明確になった。
日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 20H00443

電子スピンでセンシングする悪性腫瘍の高精度酸素イメージング法の開発
科学研究費助成事業 (挑戦的研究(開拓))
2021年07月 - 2025年03月
平田拓; 稲波修
日本学術振興会, 挑戦的研究（開拓）, 研究代表者

歯エナメル質生体EPR被曝線量測定装置の開発
科学研究費助成事業
2018年04月01日 - 2023年03月31日
三宅 実; 山口 一郎; 平田 拓; 大林 由美子
①EPR (Electron Paramagnetic Resonance 電子常磁性体共鳴）分光計を用いた生体内の歯の計測は、診断領域のX線に対して感度が高く、患者や医療従事者の放射線曝露歴を把握できる可能性がある。しかし、歯を試料として用いることから歯科での審美治療により象牙質内の有機物を化学処理により分解する際に、歯のエナメル質のハイドロキシアパタイトにも影響を与え、放射線照射により生成される安定な炭酸ラジカルの保持に影響を与える可能性がある。また、紫外線を照射するなどすることでEPR計測に影響を与える可能性がある。紫外線による信号形成：280nm以下の波長のUV-Cでは比較的高率にEPR信号が形成されるが、UVA (400－315nm)、UVB(315-280nm)でも、長時間照射によりL-band でも検出可能な信号について実験を行った。地球で緯度的な差異による直接的な太陽光の曝露量の違いについて文献的な考察も加え、実際紫外線の曝露を受ける可能性のある前歯で、L-bandEPR計測値に有意差を与える信号強度でないことを確認した。この結果はApplied Magnetic Resonanceにて発表を行った。(Nakai,Y.,et al.2021) ②改良EPR装置の評価：昨年と同様に制御用PCの制御プログラムの改良を実施し動作安定性の向上を図った。ソフトウエアーやPCメインプログラムを、共同研究機関であるダートマス大学に協力で更新を実施した。③解離性放射線には種々のエネルギーの異なる線源が存在する。そこでエネルギーの異なる線源（60COγ線、X線(60kV,250kv)，中性子線）を、抜去歯（智歯）に段階的に照射し、EPR測定を実施する計画であったが広島大学原爆放射線医学研究所においてガンマセル使用ができず、今年度に再度追加照射、分析を計画している。
日本学術振興会, 基盤研究(C), 香川大学, 18K09724

鉄介在性細胞死フェロトーシス制御による新たながん放射線治療戦略の構築
科学研究費助成事業
2019年04月01日 - 2022年03月31日
安井 博宣; 稲波 修; 平田 拓; 久下 裕司
本研究では(1)種々の候補薬剤により効果的にフェロトーシスを誘導できる作用点を探索し、(2)得られた放射線増感作用のメカニズムに関する証左を示し、(3)生体レベルで治療効果を裏付ける事が可能なイメージング法を開発することを最終目標とした。この目標に向けて、本研究期間中に、フェロトーシス誘導剤はがん細胞内の抗酸化物質を減少させることで放射線感受性を増感させることを明らかにし、トランスフェリンプローブによるがん細胞内鉄代謝メカニズムに着目した、フェロトーシス誘導がん治療効果を事前に予測可能にする手法を開発することに成功した。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 19H04264

電子スピン共鳴分光による悪性腫瘍の酸素及びpHの三次元イメージング法の開発
科学研究費助成事業 (基盤研究(B))
2019年04月 - 2022年03月
平田 拓; 稲波修; 安井博宣; 松元慎吾
昨年度は、電子スピン共鳴（ESR）分光により酸素分圧とpHを同時に測定するコンセプトが実現可能であることを示した。引き続き、高分解能のイメージングを実現するために以下の実験を行った。
ESRスペクトルの計測精度を改善するために、電子チューニングが可能な750 MHz共振器の能動素子（バラクターダイオード）をチタン酸バリウムストロンチウムによる可変容量コンデンサに置き換え、共振器から発生する雑音の低減を試みた。予備的な実験では雑音の低減が見られたが、今回行ったESRスペクトルの雑音評価実験では明確な雑音低減効果は得られなかった。引き続き、共振器の雑音低減による酸素分圧計測精度の改善を目指したい。
次に、酸素分圧の計測精度に影響を与えるマグネットの磁場均一度について実験を行った。その結果、使用しているマグネットシステムの三軸方向において、それぞれバイアス電流を調整することにより、ESRスペクトルの計測精度が向上した。加えて、永久磁石を使用するマグネットであるため、イメージングのために印加する磁場勾配にヒステリシスが存在することを見出した。これまで、磁場勾配のヒステリシスの影響は考慮していなかったため、計測シーケンスが磁場勾配に影響を与えていたことを見出した。検討の結果、計測シーケンスを変更することにより、データの分散がより少ないESRスペクトルの計測を可能にした。しかし、本質的にヒステリシス特性を除去できたわけではないため、引き続き、計測精度への影響が少ない計測シーケンスを検討している。
今後の腫瘍モデルマウスの実験に備え、ヒト由来膵管がん細胞MIA PaCa-2による異種腫瘍組織移植モデルマウスの腫瘍成長データを取得した。また、腫瘍モデルマウスによるイメージング実験に先立ち、酸素イメージングに用いるDCP分子プローブの生体内半減期を求めた（12分、腫瘍サイズ約1立方cm）。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 19H02146

マルチファンクション電子・核磁気共鳴イメージング法の開発
科学研究費助成事業 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
2018年10月 - 2022年03月
平田 拓; 市川 和洋; 榎本 彩乃
実験用小動物の複数の生理学的情報（pH、酸素分圧、酸化還元状態、グルコースの取り込み等）を可視化するマルチファンクション・イメージングの実現を目指して、電子スピン共鳴（ESR）イメージングとオーバーハウザーMRI（OMRI）の技術開発を進めた。
ESRによるpHおよび酸素イメージングを高感度化するために、マルチハーモニック受信システムを開発した。連続波ESR分光装置を改良し、高次の微分スペクトルを受信することに成功した。ESR信号の離散的サンプリングと磁場変調信号を同期させ、0.1sのスペクトル計測時間に524,288点のデータを取得した。データ512点毎に磁場変調周波数81.92 kHzの基本波と高調波を連続的に検出し、n次微分スペクトルを取得するシステムを実現した。15N標識PD-Temponeプローブ分子を用いて、1次から15次微分ESRスペクトルの同時検出に成功した。また、pH感受性プローブ分子dR-SGおよびウエストバージニア大学で開発した酸素/pH/リン酸に感受性のあるプローブ分子を用いたマルチハーモニック受信の高感度化実験を行った。また、圧縮センシングと呼ばれる手法をESRイメージングに適用し、短寿命のプローブ分子に対応できる酸化還元（redox）状態を反映したイメージング法を開発した。
OMRIによるマルチイメージング実現のため、共振周波数の制御が可能な共振器に対応する周波数切替装置を開発した。開発した装置により、送信周波数の切替および共振器の共振周波数制御を可能にした。開発した切替装置を用いて、ESR励起周波数を交互に切り替えながらフーリエ周波数空間のデータを取得することにより、2つのESR励起周波数による2種類のOMRI画像を同時に取得することに成功した。この成果は、複数の情報を同時に可視化する本プロジェクトにとって有用な前進である。
日本学術振興会, 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B)), 北海道大学, 18KK0304

質量分析イメージングとESRイメージングを用いたがん治療抵抗性代謝因子の解明
科学研究費助成事業
2018年06月29日 - 2021年03月31日
稲波 修; 平田 拓
本研究の目的はがんの代謝とそれに対する新たな放射線応答について、新しい代謝解析法とイメージング技術を開発し、将来の治療開発に繋げることである。本研究ではミトコンドリア電子伝達系（ETC）、グルタミン代謝ならびに脂質代謝等に依存性があるがん細胞が見いだされ、がん細胞代謝系の多様性が確認された。新しい代謝評価系としてESRオキシメトリーを細胞レベルでETC活性の評価系を確立し放射線応答を明らかにした。また、グルタチオン代謝を反映する組織還元状態のESR高速イメージング法ならびに、糖代謝を反映する細胞外ｐH変化をｐH感受性プローブを用いたインビボイメージング法を国際共同研究で確立することができた。
日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 18K19254

がん特異的グルタミン代謝とアセテート代謝を標的とした新規がん治療法の開発
科学研究費助成事業
2017年04月01日 - 2020年03月31日
稲波 修; 安井 博宣; 平田 拓; 滝口 満喜; 山盛 徹
本研究ではがんの放射線治療の新たな代謝標的をあきらかにするために、新しい酸素プローブを用いた電子スピン共鳴法（ESR)を用いたがん代謝のミトコンドリア依存性代謝測定法を確立した。この方法を用いることで多くの固形がんの生存戦略として、グルコース代謝のみならず電子伝達系（ETC）の活性化によるATP産生が放射線照射により増加することを明らかにした。さらにこの放射線誘導エネルギー応答をTCA回路に関与するグルタミノリシスやミトコンドリア阻害剤薬により強い放射線増感を誘導できることを見いだした。特にグルタミンシンターゼ阻害剤やETC阻害薬が強い放射線増感効果を引き起こす事が出来ることを見いだした。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 17H03920

酸素分圧画像を指標とする強度変調放射線治療モデル実験
科学研究費補助金(挑戦的萌芽研究)
2016年04月 - 2018年03月
平田 拓; 松元慎吾
本研究課題は、腫瘍内の酸素分圧を指標として放射線照射の線量を制御することにより、放射線治療モデル実験の効果が変化するかを明らかにすることを目指していた。モデル実験を行うために、マウス後肢に作製した腫瘍を対象とする小型マルチリーフコリメータの開発、マウス腫瘍内の酸素分圧データからマルチリーフコリメータの開口部を決定する計算法およびプログラムを開発した。加えて、均一放射線照射の場合の腫瘍成長カーブと通常の腫瘍成長カーブを取得し、酸素分圧を指標とする放射線照射実験の比較対象データを取得した。腫瘍モデルはSCC VII細胞をマウス後肢に移植し作製した。
日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 16K12862

定量的がん研究のためのマルチパラメータ電子スピン共鳴イメージング法に関する研究
科学研究費補助金 (基盤研究(A))
2014年04月 - 2018年03月
平田 拓
日本学術振興会, 研究代表者, 競争的資金

ポータブルEPR放射線被ばく線量測定装置の生体への応用
科学研究費助成事業
2014年04月01日 - 2017年03月31日
三宅 実; 平田 拓; 松井 義郎; 岩崎 昭憲; 山口 一郎; 平田 拓; 欅田 尚樹
EPRポータブル装置の実用化に向けた装置の試験運用とランティアからの計測の評価および検出限界の解析を行った。福島県内でボランティア34名から計測を実施した。計測結果は、信号強度/PDT標準信号比で、0.087±0.051（相対値）であり、高線量被ばくを示唆する信号は確認されなかった。歯エナメル質内EPRラジカル信号からの被ばく線量検出感度は、1Gy曝露で感度77.0%、特異性 78.0%、2Gy曝露で、感度99.9%、特異性 99.8%である。トリアージとして、高線量被ばく（＞2Gyから4Gy）の抽出は十分可能であると考えられた。研究を通して同装置のトリアージ応用の現場での有用性を確認した。
日本学術振興会, 基盤研究(C), 香川大学, 26462841

生体用低磁場EPRI/MRI融合イメージング技術の開発
科学研究費助成事業
2014年04月01日 - 2016年03月31日
赤羽 英夫; 平田 拓
小動物用750MHz電子スピン共鳴イメージング(EPRI)用の磁気回路を用い、低磁場(27mT)核磁気共鳴イメージング(MRI)を可能にする要素技術の開発を行った。高インダクタンス(数mH)を有する勾配コイルを駆動できる定電流電源を製作し、50us程度の応答を有するグラジエントパルスの生成が可能となった。また、EPRプローブの外側にNMRプローブを配置することで、サンプルを移動させることなく、NMR信号が取得できることを示し、その結果、EPRI画像とMRI画像を同じ磁気回路を用いて計測することに成功した。
日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 大阪大学, 26630184

キラリティー磁気共鳴分子イメージング
最先端・次世代研究開発支援プログラム
2011年02月 - 2014年03月
平田 拓
内閣府, 研究代表者, 競争的資金

ｉｎ ｖｉｖｏ ＥＰＲ Ｄｏｓｉｍｅｔｒｙの生体への応用
科学研究費助成事業
2011年 - 2013年
三宅 実; 松井 義郎; 岩崎 昭憲; 山口 一郎; 欅田 尚樹; 平田 拓
電子常磁性体共鳴法を用いた歯から測定可能な放射線被ばく線量測定装置の開発を行なった。上顎中切歯での計測に特化したループ型共振器を新規開発作製し、S/N比で、従来の装置の2.0-2.7倍の改善が図れた。検出感度として１Gy照射標本で感度95.0％、特異性90.0%を達成した。また計測を被検者が座位でできる構造に改良し、計測ノイズを軽減させた。また35 名のボランティアから計測を実施し、既存EPR信号レベルのデータが得られた。
日本学術振興会, 基盤研究(C), 香川大学, 23592769

高速 EPR イメージング法を用いた生体機能の視覚化に関する研究
科学研究費助成事業
2010年 - 2012年
藤井 博匡; 平田 拓; 伊藤 康一; 長崎 幸夫
生き物をそのままの状態で計測する非侵襲分子イメージング法は、生命現象を分子の動きからダイナミックに観測することができ、生命活動の解明への貢献はもとより、病因の解明、 早期診断、治療薬の開発への貢献など、期待が膨らんでいる。 本課題では、実験動物の生体機能・生理機能を非侵襲的に画像として視覚化するため、近年開発した電子常磁性共鳴イメージング(Electron Paramagnetic Resonance Imaging (EPRI))法を利用し、全く新しい"機能性イメージング化研究法"の構築をめざしている。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 札幌医科大学, 22390236

高速電子常磁性共鳴イメージング法の開発
先端計測分析技術・機器開発事業
2008年10月 - 2011年03月
平田 拓
科学技術振興機構, 研究代表者, 競争的資金

電子スピン共鳴計測による皮膚角層の階層的複合構造の画像評価
科学研究費助成事業
2009年 - 2011年
中川 公一; 平田 拓; 山本 俊幸
皮膚角層の電子スピン共鳴(ESR)-スピンプローブ測定法により、経皮吸収剤(テルペン)による浸透効果を解析した。α-ターピネオールを添付した角層では信号強度が約3倍増した。疾患皮膚の尋常性乾癬では、コントロールとは全く異なるスペクトルが得られ角層構造の異常が示唆された。
また、新規な皮膚用表面の検出器の開発を行い、測定感度は落ちるが、試料の水分やサイズにとらわれず表面部分の測定が可能であると示唆された。さらに、ESRイメージングの画像処理法としてのデータ処理を試みた。
日本学術振興会, 基盤研究(C), 21500410

脳科学研究のための機能的電子スピン共鳴イメージング法の研究
科学研究費補助金 (基盤研究(B))
2009年 - 2011年
平田 拓
平成22年度は、計画通り電子スピン共鳴(ESR)スペクトルからpHおよび酸素分圧を可視化する実験を行った。pH感受性および酸素感受性のニトロキシルラジカル分子二種類を使用し、試験管による模擬試料を用いてpHおよび酸素分圧を可視化した。実験に先立ち取得したpHおよび酸素分圧の校正曲線を用いて、スペクトル空間ESRイメージング法により得られたスペクトル情報をpHおよび酸素感受性に変換した。実験の結果、pHの分解能0.1程度、酸素分圧の分解能5mmHgが得られた。しかしながら、酸素分圧の測定値の精度が十分ではないことが明らかとなったため、データ処理の方法等を再検討した。その結果、実験において次の課題が明らかとなり、データ処理により外乱の影響を取り除く補正を行った。すなわち、(1)マグネット温度のドリフトによる中心磁場の変化、(2)磁場掃引幅の誤差、(3)磁場掃引幅の変化に起因する中心磁場の変化、(4)水溶液試料中のうず電流によるスペクトルの歪み、が最終的に得られるスペクトル情報に対して外乱となることが分かった。pHの可視化については、ニトロキシルラジカルの超微細構造による3つのエネルギー吸収スペクトルの内、低磁場側のスペクトルと中間のスペクトルの間隔を測定することによりpHを測定した。それぞれのスペクトルを単独で測定したデータから二つのエネルギー吸収の間隔を求める方法においては、上...
文部科学省, 基盤研究(B), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 21360193

スーパーレゾリューション電子常磁性共鳴イメージング法の開発
科学研究費補助金 (萌芽研究, 挑戦的萌芽研究)
2008年 - 2010年
平田 拓
平成22年度は、電子常磁性共鳴(EPR)イメージング法の解像度改善を目指した。大学内において動物実験の計画が承認されるまでの時間を用いて、模擬試料による解像度改善の実験を行った。また、三次元画像再構成時に自動的に解像度と信号対雑音比を最適化するプログラムを開発した。加えて、分子イメージングの一種であるEPRイメージングの画像を動物の解剖学的画像に重ね合わせるために、EPR/NMRコレジストレーション・イメージングに利用するソフトウエアを開発した。その結果、三次元画像再構成の最適化と、EPRおよびプロトンNMR画像の半自動重ね合せが実現した。画像の重ね合せには、キャピラリー管による位置合わせのマーカーを用いた。EPR画像の解像度改善のためには、正確に点広がり関数を推定する必要があるが、実験に使用したデータセットでは、繰り返しデコンボリューションによる一定の解像度改善は見られたが、目標とする5倍の解像度改善には至らなかった。一方、EPR/NMRコレジストレーション・イメージングは、実用的に使用可能なソフトウエアをMatlab上に構成することができたため、今後の実験に供することが可能である。特に、画像の重ね合せを半自動で行う点は、訓練されていないオペレータが操作することを容易にするため、実用的な観点からも前進したといえる。EPRイメージングの解像度改善には、いまだ考慮されていない要...
文部科学省, 萌芽研究, 挑戦的萌芽研究, 山形大学->北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 20656065

完全一体型ESR・MRI融合装置による機能イメージングの研究
科学研究費補助金(基盤研究(B))
2007年 - 2009年
藤井 博匡; 黄田 育宏; 伊藤 康一; 平田 拓; 黄田 育宏
活性酸素で代表されるフリーラジカルを画像化するESRイメージング法は、分子イメージングの研究にはなくてはならないイメージング技法である。本研究課題では、実験動物の解剖画像を高解像度でイメージングできるMRIとESRイメージング法とを融合し、実験動物の生理機能を画像表示できるESR・MRI融合装置を試作した。本装置を活用して生理機能のイメージングを行い、生活習慣病やメタボリックシンドローム抑制のためのスクリーニング法の開発に利用する。
文部科学省, 基盤研究(B), 札幌医科大学, 連携研究者, 競争的資金, 19390322

脳科学研究のための電子スピン共鳴イメージング法の研究
科学研究費補助金(基盤研究(B))
2006年 - 2008年
平田 拓; 藤井 博匡; 伊藤 康一; 藤井 博匡; 伊藤 康一; 赤羽 英夫
実験小動物として用いられるマウスを対象として、電子スピン共鳴(ESR)イメージング法の研究を行った。マウス頭部を計測する650MHzのマイクロ波共振器を作製し、ESR分光装置を改良した。また、スライス選択ESR画像を取得するイメージング法を開発した。さらに、データ取得を高速化することにより、マウス頭部において、半減時が短い六員環のナイトロキシルラジカルを可視化することに成功した。
文部科学省, 基盤研究(B), 山形大学->北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 18360194

高分解能磁気共鳴画像解析装置による分子イメージングの研究
科学研究費補助金(基盤研究(B))
2005年 - 2006年
藤井 博匡; 伊藤 康一; 平田 拓
複数の計測手法を用いた分子イメージングに関する研究領域は、近年急激な進歩を遂げつつある。この研究手法は、"画像医学"と"分子生物学"とを連携し、生命現象の鍵となる物質の発現を非侵襲的に画像解析をする新たな技術が開発されている。分子イメージングの技術から貴重な生命科学情報が得られることから、基礎科学的にも臨床医学的にも、その将来性が大いに期待されている学問領域である。我々は、PETやMRIなどの既存の手法に比べ、より高感度にフリーラジカルなどの常磁性物質を非侵襲的に検出しうる電子スピン共鳴法(ESR)を駆逐し、超高感度であり、且つ、高解像度である分子イメージング手法の確立を目指しており、本研究を遂行するため、平成17年度では"分子イメージング用の高感度・高解像度の磁気共鳴画像化装置"の開発すすめた。平成17年度での開発の柱は、1)ESR・MRI同時画像化装置に適する新たな磁気標識法の開発、2)ESRイメージング装置の高磁場勾配化、3)ESR・MRI共用共振器の開発であった。平成18年度は、前年の開発を受けて以下の3つのサブプロジェクトを進めた。1)サブプロジェクト1:ESR・MRI同時共振器の設計について、2)サブプロジェクト2:ESR・MRI同時画像化システム用磁気回路の設計について、3)サブプロジェクト3:磁気標識を用いた分子イメージングの研究である。以上のプロジェクトで開...
文部科学省, 基盤研究(B), 札幌医科大学, 連携研究者, 競争的資金, 17390335

脳科学研究のための超高感度電子スピン共鳴分光装置の開発
科学研究費補助金(基盤研究(C))
2004年 - 2005年
平田 拓; 藤井 博匡
本研究プロジェクトでは、マウスの頭部を測定する電子スピン共鳴分光装置の開発を行ってきた。当初設定した目的に関して、以下のような到達度であった。(1)電子スピン共鳴スペクトラムの信号対雑音比を向上する。4〜6週齢程度のマウスの頭部を測定可能な共振器を開発した。血中に存在するラジカルを頭部においてイメージングすることに成功した。腹腔内に投与した数十ミリモル/リットルの造影剤(Oxo-63)0.1mlが、血流で頭部に運ばれた画像を検出できるようになった。(2)直接フーリエ変換再構成法による二次元電子スピン共鳴画像化システムの開発系統的に画像再構成に用いるフィルタの遮断周波数を決定するための評価関数を提案し、計算コードを開発した。(3)電子スピン共鳴分光装置の安定性改善マウスを用いた実験おいて、十分にイメージングが行える程度の安定性を実現した。(4)動物実験による実証試験マウス頭部の電子スピン共鳴イメージングを行い、開発した技術の有効性を検討した。ハードウエアの面では、マイクロ波共振器に改良の余地があり、画像再構成においては、解像度の向上が重要な課題であることが分かった。当初の研究目的、「脳科学研究に用いる実験小動物(マウス)の頭部を高感度かつ安定に測定できる電子スピン共鳴分光装置を実現し、生命科学研究に用いる磁気共鳴スペクトロスコピーに関する基礎科学を開拓する」はほぼ達成された。今...
文部科学省, 基盤研究(C), 山形大学, 研究代表者, 競争的資金, 16560359

循環器系疾患における組織および血管内での活性酸素動態の無侵襲解析
科学研究費補助金(基盤研究(A))
2002年 - 2004年
内海 英雄; 輿石 一郎; 門司 晃; 井口 登與志; 安井 久喬; 竹下 彰; 古賀 登; 平田 拓
多くの循環器系疾患の成因・進展に活性酸素・フリーラジカルが関与することが示唆されている。生体内での活性酸素・フリーラジカルの産生を無侵襲解析するために、ニトロキシルラジカルをスピンプローブ剤として生体計測電子スピン共鳴(ESR)法で解析する方法を開発し、シグナル減衰速度を活性酸素産生の指標として、多くの病態モデル動物で活性酸素・フリーラジカルの関与を明らかにしてきた。そこで本研究では、循環器系疾患である糖尿病や肥満のモデル動物における活性酸素産生を無侵襲測定した。糖尿病や肥満のモデル動物にニトロキシルラジカルであるカルバモイルプロキシルを尾静脈内投与して無侵襲計測したところ、対照群と比較してシグナル減衰速度が亢進し、その亢進はα-トコフェロールやSODにより抑制されたことから、モデル動物の血管内における活性酸素の産生が示唆された。また、この亢進はプロテインキナーゼC阻害剤CGP41251やNADPHオキシダーゼ阻害剤アポシニンにより抑制されたことから、活性酸素産生は血管内のNADPHオキシダーゼに由来する可能性が考えられた。疾患における活性酸素動態の画像解析を行う上で、その生成部位を特定の臓器・組織と対応付けることは不可欠であることから、ESRI/MRI融像システムを試作した。膜透過性の異なるニトロキシルラジカルをマウスに尾静脈内投与してESRI/MRI計測を行い、血管内のみ...
文部科学省, 基盤研究(A), 九州大学, 連携研究者, 競争的資金, 14207105

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
科学研究費補助金(若手研究(B))
2002年 - 2003年
平田 拓
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...
文部科学省, 若手研究(B), 山形大学, 研究代表者, 競争的資金, 14750340

脳機能解析のための犬頭部EPRI装置の試作
科学研究費補助金(基盤研究(A))
2002年 - 2003年
小野 光弘; 平田 拓; 下山 雄平; 赤塚 孝雄; 鈴木 洋介
本研究では、脳機能解析のためのEPRイメージング装置の開発を目的とした。その中で、特に画像再構成の中心に位置する問題に取り組んだ。すなわち、最適な画像を得る事が出来るフィルタ関数の系統的な決定法について検討を行った。直接フーリエ変換再構成法において、周波数領域でフィルタ関数を決定する方法は、理にかなっているとともにフィルタ特性(特にカットオフ周波数)の影響を直感的に理解しやすいと言える。本研究で提案した手法は、シグナルの周波数スペクトラムに注目するものであり、ノイズを白色雑音として取り扱うことにより、信号対雑音比を最大とするようなカットオフ周波数を決定する事が可能となる。この手法による画像再構成の有用性は、より詳細かつ実際的なイメージングの場で検証されるべきであるが、基本的なコンセプトを確認することができたと言えよう。また、体積コイル(本研究ではループ・ギャップ共振器を用いた)を光素子を用いて共振周波数を遠隔操作可能にする技術を開発した。これは、可変容量コンデンサーの使用に際し問題となる、磁場変調による電磁誘導が少ないチューニング回路を実現した。自動チューニング制御を用いる事により計測の安定化と引き換えに感度の低下が発生する。感度の低下と自動制御による実効的な感度の向上が同時に存在するため、感度を向上させるための研究が必要である。脳機能解析のためのEPRイメージング装置の開発...
文部科学省, 基盤研究(A), 山形大学, 連携研究者, 競争的資金, 14205061

生体ラジカル二重共鳴画像解析用共振デバイスと画像化システムの開発
科学研究費補助金(萌芽研究)
2002年 - 2003年
内海 英雄; 山田 健一; 輿石 一郎; 平田 拓
フリーラジカルの生成と種々の疾患の成因・進展との関連性を視覚的に解明する上で、プロトン・電子スピン二重共鳴画像解析によって臓器・組織位置とフリーラジカル分布を重畳することは非常に重要であると考えられるが、未だ試みられていなかった。そこで今回、二重共鳴画像解析システムを開発するに当たり、ESRI用のサドル型磁場変調コイルの内側にMRIラジオパルス波のソレノイド型受信コイル、さらにその内側にESRマイクロ波のパラレルコイル型共振コイルを備えた共振デバイスを製作した。本デバイスのパラレルコイル内における磁場均一性に関して、磁束密度の標準偏差は軸長方向、動径方向ともに平均値の5%程度であった。また、最も内側のパラレルコイルを外して生理食塩水のMR画像を取得したところ、設置した状態と比べて画像の形状、信号雑音比ともにほぼ同じであった。次に、4本の試験管に各々濃度の異なるニトロキシルラジカルを封入した擬似試料を作成し、本デバイスを用いてESRI計測したところ、その画像輝度はラジカル濃度に比例して増加しており、このESR画像における各中心間距離はMR画像及び実際の試料における距離と一致した。以上より、MRI、ESRIともに計測可能な共振デバイスの開発に成功し、本デバイスを用いてフリーラジカル分布情報と解剖学的情報との重畳が可能であることを示した。本システムを動物計測に応用し、画像化システム...
文部科学省, 萌芽研究, 九州大学, 連携研究者, 競争的資金, 14657571

FM-EPR装置の開発
科学研究費補助金(基盤研究(B))
2000年 - 2002年
小野 光弘; 山本 哲也; 平田 拓; 下山 雄平; 鈴木 洋介
FM(Frequency Modulation,周波数変調)-EPR(電子常磁性共鳴)装置の開発を行った。磁界変調による機械的振動等の問題がEPR計測に重大な影響を与えている場合、周波数変調法によるCW(連続波)-EPRはEPRスペクトラムを取得するための新しい手法となりえる可能性がある。また、周波数変調CW-EPR法は、磁気共鳴に関係する物理量をマイクロ波周波数に関する微分値として計測できる利点を有している。以下に、本研究プロジェクトで得られた成果を列挙し整理する。1)1.6MHz_の周波数偏移を用いて、DPPH(1,1-dipheny1-2-picrylhydrazyl)粉末のEPRスペクトラムの取得に成功した。これは、40.3mTの中心磁束密度に対して、57μT_の磁界変調に相当する。DPPHのEPR吸収スペクトラムの線幅と比較し、2/3程度の変調振幅である。2)共振周波数1.1GHzのチューナブル・サーフェイスコイル型共振器を周波数変調法で使用するため、高速で動作するよう付加回路の回路定数を調整した。3)システムバンド幅104kHzのATC(自動同調回路)システムを実現した。位相遅れはEPR信号取得のためのFM周波数1kHzにおいて0.3度であった。FM変調されたマイクロ波周波数を高速で追従することが可能なATCシステムが実現した。4)ベースライン...
文部科学省, 基盤研究(B), 山形大学, 連携研究者, 競争的資金, 12555114

実験動物による擾乱を自動補償する電子スピン共鳴スペクトロメーターの開発
科学研究費補助金(奨励研究(A))
2000年 - 2001年
平田 拓
本年度は二つのサブ・プロジェクトを実施した。【サブプロジェクト3】自動マッチング制御回路の開発:高周波検波回路と作動増幅器から構成される自動マッチング制御回路を開発した。共振器の入力インピーダンスが50オームよりも大きい場合には、反射波は入射波と同じ位相を有するが、インピーダンスが50オームより小さい場合には入射波と180度異なる位相を持つ反射波が観測される。この反射波の位相を検出する事によりインピーダンス整合の状態を検出する。インピーダンス制御のための帰還制御回路の応答は、実験動物の動きよりも速く、ESR信号を得るための磁界変調周波数よりも低くなければいけない。マウスの心拍数は最高で毎分600回程度(10Hz相当)、磁界変調周波数は通常100kHzである。帰還制御のカットオフ周波数は1kHz程度で十分動物の動きによる擾乱を補償できると考えられる。昨年度開発したサーフェイスコイルと帰還制御システムを現有する1.1GHzスペクトロメーターにおいてテストを行なった。スピーカーに取り付けたアームの振動により実験動物の擾乱を模擬し、インピーダンス不整合が補償されることを実験的に確認した。この実験では、信号対雑音比が約2倍に改善された。【サブプロジェクト4】自動マッチング制御回路の安定性解析:開発した自動マッチング制御システムのブロックダイアグラムと数学的モデルを定式化した。モデルは、...
文部科学省, 奨励研究(A), 山形大学, 研究代表者, 競争的資金, 12750377

プロトン・エレクトロン二重共鳴イメージングの研究
科学研究費補助金(基盤研究(B))
1999年 - 2001年
小野 光弘; 湯浅 哲也; 山本 哲也; 下山 雄平; 赤塚 孝雄; 平田 拓
0.2テスラPEDRI(Proton Electron Double Resonance Imaging,プロトン・エレクトロン二重共鳴イメージング)用マイクロ波アプリケータを開発するための実験を行った。周波数はNMR 8MHz、EPR 5.6GHzである。NMR RFアプリケータはソレノイドコイル又はバードケージコイルを用いる。EPRマイクロ波アプリケータに要求される性能はCW 5W以上の耐電力があり、約10mm×20mmの平面に均一度の高い磁界を照射し得ることである。本研究では、マイクロ波磁界を上述の平面状試料に集中的に照射するために、アプリケータの基本型はTE_<10>方形導波管とし、(1)切り離し導波管、(2)フランジ付導波管、(3)格子終端 TE_<101>空胴共振器、(4)細隙開口導波管の開口部磁界分布を測定した。磁界のピックアップコイルは線径0.3mm、内径1mmの1巻きのコイルで、シュペルトップバランを備えている。実験の結果、次の事柄が明らかになった。(1)切り離し導波管について:導波管開口部中心では磁界強度が最大値の約10分の1程度と低く、導波管壁長辺の中心に磁界が集中し、分布が不均一であることが分かった。磁界の均一度を磁界の最小値/同最大値と定義すると、開口部では0.09、開口部外では0.45である。(2)フランジ付導波管:磁界均一度は、開口部において0....
文部科学省, 基盤研究(B), 山形大学, 連携研究者, 競争的資金, 11450157

共振周波数高安定化1．2GHz電子スピン共鳴スペクトロメーター
科学研究費補助金(奨励研究(A))
1998年 - 1999年
平田 拓
共振周波数と整合状態を電圧により制御可能なサーフェイスコイル型共振器を試作した(共振周波数は1.2GHz)。この共振器は、印加する電圧により約10MHzの範囲で共振周波数を制御することが可能である。通常のキャビティー共振器を使用した自動周波数制御では、搬送波周波数の0.1%程度の周波数調整しかできない。今回試作した共振器を使用すれば、搬送波周波数の約1%の範囲で共振周波数を制御することが可能である。共振周波数を電子的に制御するために、自動周波数制御回路を開発した。周波数の差を直流出力に変換する位相検波回路と可変容量ダイオードに印可する逆バイアスを制御する回路を製作した。実験的に共振器の共振周波数を擾乱し、それを安定化する性能試験を実施した。その結果、共振周波数可変範囲と同程度の周波数擾乱に対しては極めて安定的に自動周波数制御が行えることを確認した。実際のESRスペクトロメーターに共振器と制御システムを組み込み、従来のESRスペクトロメーターとの性能比較を行った。その結果、今回試作した電子同調サーフェイスコイル型共振器と自動周波数制御回路を組み合わせたシステムにおいて、従来システムに比べ信号対雑音比が約二倍改善された。今回の試作において、帰還制御回路の発振が観測された。制御性能を低下させず、発振を除去し制御回路の安定性を向上させることが今後の課題である。
文部科学省, 奨励研究(A), 山形大学, 研究代表者, 競争的資金, 10750308

高温超伝導アンテナ・フィルターの設計と試作に関する共同研究
科学研究費補助金(国際学術研究)
1997年 - 1998年
大嶋 重利; Chaloupka He; 楠 正暢; 平田 拓; 沢谷 邦男; 小野 光弘; Heintz Chalo
超伝導フィルタ、アンテナに関して、ドイツ ブッパタール大学のProf.Heintz Chaloupkaと共同研究を行い、次の様な成果を得ている。1. 平成9年度楠 正暢助手がProf.Heintz Chaloupkaの研究室に3週間滞在し、超伝導フィルタの設計・試作に関して共同研究を行ってきた。山形大学では高温超伝導薄膜(YBa_2Cu_3O_7-δ)の作製とその評価、超伝導フィルタの設計について主に研究し、ドイツ ブッパタール大学では、超伝導フィルタの設計・試作・評価を主に研究した。2. 平成10年度Prof.Heintz Chaloupkaが山形大学工学部大嶋研究室に3週間滞在し、超伝導フィルタに関する共同研究を行った。Prof.Heintz Chaloupkaが山形大学に滞在している期間に、日独超伝導フィルタシンポジウムを開催し、Prof.Heintz Chaloupka、移動体通信先端技術研究所、松下電器、山形大学から最近の研究成果を発表してもらった。超伝導フィルタの開発を目的とした、山形大学とブッパタール大学との研究交流は、平成10年度以降も継続される。
文部科学省, 国際学術研究, 山形大学, 連携研究者, 競争的資金, 09044128

In vivo ESR oximetry の臨床応用を目指して-持続的組織酸素分圧測定法の開発-
科学研究費補助金(基盤研究(C))
1997年 - 1998年
臼杵 尚志; 平田 拓; 小野 光弘; 合田 文則; 前田 肇
1、 L-バンドESR分光装置システムの設計設置ESR分光装置を用い、生体において精度の高い組織酸素分圧測定の可能な装置の開発、改良を行た。従来のループギャップ共振器で計測できない寸法の生体内の電子スピン共鳴計測をL-バンESR分光装置で行うのに最適なサーフェイスコイル型共振器の設計製作を山形大学工学部Dartmouth大学(米国)EPR研究所の研究グループと共同で開発した。2、 動物実験での組織酸素分圧の計測動物実験によりESRによるin vivoでの組織酸素分圧測定を行い、その有用性を明らかにした。マスの筋肉、肝臓、腫瘍とラットの脳、腎臓を対象としての組織酸素分圧の測定を行い、1)麻酔にる組織酸素分圧への影響。2)放射線および化学療法後の腫瘍の再酸素化。3)エンドトキシンシック時の腎臓の酸素分圧の変化を直接証明した。3、 臨床応用のための酸素高感受性ESRプローベの発見、開発ある種の炭化物質は酸素に対する感受性をもっており、これらは酸素高感受性ESRプローベとなうる。120種類の炭化物質のスクリーニングを現在までおこなった。現在2種類が臨床応用可能とえられの安全性と安定性の検討を行っている。また、ESRプローベの感受性の向上のためLouva大学(ベルギー)医化学研究室とプローベにポリマー加工する研究を共同ですすめている。4、 各種フリーラジカルの計測現在ヘモグロビンの一酸...
文部科学省, 基盤研究(C), 香川医科大学, 連携研究者, 競争的資金, 09671233

350MHzパルスEPR装置の開発
科学研究費補助金(基盤研究(B))
1996年 - 1998年
小野 光弘; 塙 政利; 平田 拓; 下山 雄平
生体のin vivo(生きたままでの)電子常磁性共鳴(EPR)計測、とりわけラットのホールボディ計測の実現を目標として、350MHzパルスEPR装置の開発を行った。本研究で得られた成果をまとめると次の様になる。(1) 数値解析により、最適なパルス幅と共振器の共振尖鋭度Qは、緩和時定数T_2=10〜100nsの生体ラジカルに対して夫々10〜68ns、10〜60、T_2=100〜800nsの固体のラジカルに対して夫々68〜158ns、60〜280であることが分かった。(2) 試作した350MHzパルスEPR装置を用いて、γ線照射クオーツ粉末37.5gの電子スピンエコー(ESE)信号の受信に成功した。受信信号電圧はパルス間隔が1400〜1600nsにおいて3〜5mVであった。(3) 本研究で得たESE信号から、γ線照射クオーツの緩和時定数はT_2=778nsと推定される。これは我々の研究室で既に開発した1.3GHzパルスEPR装置による測定結果T_2=759nsに極めて近い値である。(4) 生体計測を行うために、今後共振器のQを更に下げる必要がある。
文部科学省, 基盤研究(B), 山形大学, 連携研究者, 競争的資金, 08555002

スーパーゲイン小型超伝導アンテナに関する研究
科学研究費補助金(一般研究(B), 基盤研究(B))
1995年 - 1997年
大嶋 重利; 神戸 士郎; 平田 拓; 楠 正暢
スーパーゲイン小形超伝導アンテナに関して、次の4点を重点的に検討し成果を得た。1.マイクロ波帯で動作するパッチアンテナの設計法の確立マイクロ波帯で動作するアンテナを伝送線路モデルおよび市販の電磁界解析ソフトを用いて行った。共振周波数5GHz、入力インピーダンス50オームとなるパッチアンテナを設計し、その設計に基づき銅薄膜のアンテナを試作し、伝送線路モデルの有効性を確認した。2.超伝導アンテナの設計、試作、評価YBCO薄膜を用いてパッチアンテナを試作し、アンテナ特性を評価した。その結果、共振周波数はほぼ設計通りの値を示したが、入力インピーダンスは設計値よりも大きな値となった。この違いを、電磁界シュミレーションにより検討した結果、超伝導薄膜の表面抵抗が設計値よりも小さいためであることがわかった。超伝導アンテナの利得は金薄膜で作製したアンテナよりも数dB以上高いことが明らかとなった。3.アンテナ用超伝導薄膜の作製法の検討超伝導アンテナを作製する場合、比較的面積の広い薄膜が要求される。我々は、誘導コイル結合型マグネトロンスパッタリング法によりその作製を検討し、アンテナに使用できる薄膜の作製法を確立した。4.アレーアンテナの検討2素子、4素子のパッチアレーアンテナを設計、試作、評価を行った。その結果、素子数を増やす事により利得の増加があること、超伝導アレーアンテナは銅薄膜アレーアンテナ...
文部科学省, 一般研究(B), 基盤研究(B), 山形大学, 連携研究者, 競争的資金, 07455128

電子スピン共鳴計測用サーフェイスコイル型共振器の最適設計法に関する研究
科学研究費補助金(奨励研究(A))
1994年 - 1994年
平田 拓
1.電子スピン共鳴計測用-フェイスコイル型共振器の共振尖鋭度と充填率(試料内にある磁気エネルギーと共振器の蓄えるエネルギーの比)の評価を可能にするためにそれらの定式化を行った。その際、生体試料内で生じる電磁波の損失を表す等価的な抵抗の値を求めることを可能にした。2.1でおこなった定式化に基づいて数値計算を行えるようにし、電子スピン共鳴計測の際に得られる信号強度の推定を可能にした。3.数値計算と定式化の妥当性を検証するために、計算モデルと同様の共振器を試作し、実際の電子スピン共鳴計測を行った。その結果、実験結果と数値計算の結果が一致することを確認した。4.信号強度の評価法が妥当であることが確認できたので、その評価法を用いたサーフェイスコイル型共振器の設計指針を明らかにした。その結果、試料の寸法と媒質の物理定数が与えられたとき、サーフェイスコイル型共振器の全長が短いものほど大きな信号が得られること、並びに信号強度が最大となるようなサーフェイスコイルの寸法が存在することが明らかになった。この研究により、当初の予定通り信号強度を最大とするようにサーフェイスコイル型共振器を設計することが可能になった。
文部科学省, 奨励研究(A), 山形大学, 研究代表者, 競争的資金, 06750434