| Project/Area Number |
22K04008
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
関 健史 秋田大学, 理工学研究科, 講師 (80565317)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | レーザー治療 / 温度推定 / ディープラーニング |
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| Outline of Research at the Start |
体内に挿入した内視鏡で悪性腫瘍などを観察しながらレーザー照射し，患部を加熱・焼灼する治療がある．しかし，温度センサを体内に挿入できないため，加熱不足や過加熱が生じる恐れがある．本研究では，加熱・焼灼による生体組織の熱変性の変移と患部温度の関係をDeep Learning で学習させる．これにより，温度センサを用いずに患部温度を推定しながら，適切な温度でレーザー治療が可能な手法を確立させる．
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は，レーザー照射による温度上昇によって引き起こされる生体組織の光学特性の時間的変化をリアルタイムに検出するための実験装置を構築した．具体的には，レーザー照射部の温度測定をサーモグラフィー，生体組織の熱的作用が起因となるタンパク質凝固などの変性現象を，光学特性の変化として捉えるための計測用光の照射と反射光の受光を行う光ファイバースコープ，反射光のスペクトルから曲線下面積を算出するための分光器，レーザー光量を検出する光センサ，ディープラーニング によって光学特性の変化と被照射物の温度との関係を学習するPC で構成されている．ファイバースコープは７本の光ファイバーが束ねられており，中央に配置される１本の光ファイバーと，その周囲に配置される６本で構成される．中央の光ファイバーは，レーザー装置と計測用光源が光学系で接続されており，照射用レーザーと計測用光を同時に導光できる．周囲の６本の光ファイバーは，分光器と接続されており，生体組織の表面で反射した計測用光の反射光の受光と分光器への導光が可能である．
本装置の基礎データを取得する目的で，生体環境に近い３７度付近に温度調整した生理食塩水の水面から1mm程度浮き出した状態の鶏むね肉の表面にレーザー出力2Wを６００秒照射した結果，室温から８０度前後まで昇温する様子を計測できることを確認した．併せて，波長範囲400~800nmの反射光スペクトル，レーザー光量を捉えるための光センサの出力信号も同時に計測できることを確認した．照射６００秒後の昇温には約±１０度のばらつきが生じていたが，これは生体組織として使用した鶏むね肉の個体差や，鶏むね肉表面からファイバースコープ先端までの距離のばらつきが影響していると考えられる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績に記載したとおり，照射部の温度計測ならびに光学特性を捉えるための実験装置は，計画していた内容のほとんどを実施することができていると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
生体組織として用いた鶏むね肉の個体差による昇温のばらつきの影響を最小限にするために作製するファントムを，生体組織の代替材料として使用し，昨年度と同条件による実験データを取得する予定である．
併せて，さらに生体に近い環境下を構築するため，マウスの皮下腫瘍組織に対しても同条件で実験データを取得する方法について検討，実施する予定である．ファントムとマウスの場合の結果を比較し，その違いを考察する．
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