| Project/Area Number |
23K25229
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| Project/Area Number (Other) |
22H03975 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90130:Medical systems-related
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
深野 秀樹 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (60532992)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
馬越 紀行 岡山大学, 大学病院, 助教 (10780885)
櫻井 淳 岡山大学, 大学病院, 教授 (30444657)
生口 俊浩 岡山大学, 大学病院, 准教授 (90423293)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2022: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
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| Keywords | 光ファイバ温度センサ / 光ファイバ加熱治療器 / レーザ照射 / 加熱治療 / 温熱療法 / レーザ加熱 / 光ファイバプローブ / 温度測定 |
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| Outline of Research at the Start |
X線CTや強磁場を用いるMRIにて患部を観察する画像下で効果的な低侵襲治療を行う例が増えているが、従来の電子計測機器は利用に制限が多い。X線耐性が高く、電磁誘導の影響を受けず、注射針の中を通せる極細の光ファイバのみを利用し、局所的に加熱しつつ同時にその場の温度が正確に把握できるシステムを研究開発する。これによって加熱治療の高精度化が可能であり、体表面や消化管を介して体内から、注射針を通して、さまざまな部位への治療適用を可能とする技術に仕上げる。具体的には、基本特許取得の新しい光ファイバプローブを発展させ、低侵襲治療技術の拡大と治療効果の大きな改善が期待できる技術開発を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
温度測定用の光は安定動作のためにシングルモード(SM)光とし、加熱用レーザ光の導光のみをマルチモード(MM)光で行うためにダブルクラッドファイバの導入を検討した。第一クラッド層を加熱用レーザ光の導光に利用し、その直径は105 μmと大きくなるため、MM光として導光が可能となり、導光パワーの大幅な増大が可能となった。これによりレーザ光出射による加熱領域の奥行と幅の拡大が容易に可能となった。一方、中心部のSMコアでは、安定なSM光の導光が実現でき、このSM光を用いた温度測定が可能となった。MM光の導光の安定化のためにクラッド層の外側に低屈折率の第二のクラッド層が有効に機能することを確認した。また、光ファイバプローブへの光結合において波長多重に加えて、異なるモードのSM光とMM光を効率的に結合入射するモード多重光結合にバットジョイント接続法を検討し、温度測定用SM光と加熱用レーザMM光の同時導光が可能なことを確認した。また、ホーリーファイバ界面でモードミスマッチを利用した途中領域での外部への光放射による加熱領域の拡大を行う新概念のプローブ構造も試作検討し、その有効性が確認できた。
また、動物試験の計画立案を行い、データの取得とそのデータを基にしたシステムパラメータの構築を開始した。疑似生体試料と生体豚を用いた試験データの取得を行い、治療部位に応じたプローブの最適な構造およびレーザ照射パラメータを変えた照射実験を行い、システムパラメータの構築を図った。
得られた結果を取りまとめ学会発表を行った。
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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
成果目標である新しいシングルモード/マルチモード共存のファイバシステム技術を確立できた。また、動物試験の計画立案と豚を用いた動物試験を実施し、プローブの有効性を確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、光ファイバ温度センサ機能が集積されたレーザ加熱治療器によって、低侵襲かつ光のみによる加熱医療のさまざまな用途や部位への適用を可能するために高出力化が重要であり、治療領域拡大のための加熱用レーザ導光のマルチモード高出力化と同時温度計測の実現を図る。測定用光の安定動作のためのシングルモード(SM)導光を維持しつつ、加熱領域の奥行と幅の拡大のために加熱用レーザ光の導光のみをマルチモード(MM)光で行う検討をさらに進める。MM光の導波路径は、これまでの105 μmからクラッド径最大の125 μmまで拡大を図り、許容導波光パワーは面積比からさらに増大し150倍以上にできる。ファイバの導波部分の構造はほぼ同一を維持し、損失の増大を抑える。一方、MM光の導波の安定化のためにクラッド層の外側に低屈折率の第二のクラッド層を新たに導入する。他方で、ホーリーファイバ界面でモードミスマッチを利用した途中領域での外部への光放射による加熱領域の拡大を行う新たに考案したプローブ構造の最適化を行い、新しいSM/MM共存の波長多重計測技術の研究開発を進める。
動物試験の計画立案を行い、データの取得とそのデータを基にしたシステムパラメータの構築を進める。疑似生体試料と生体豚を用いた試験データの取得を進め、治療部位に応じたプローブの最適な構造パラメータの決定指針を明確にする。システムの完成度を高め、治療部位に応じた温度プロファイルがセンサ位置の測定温度から精度よく推定でき、画像表示できるシステムに仕上げる。
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