前立腺癌および前立腺肥大症判別用アクティブセンサの開発研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750187
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 田中 真美 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80271873)
• Keywords: 前立腺癌・肥大症 / PVDFフィルム / 生体硬さ / 早期診断

Research Abstract

前立腺癌および肥大症の診断は,前立腺癌は凹凸不整の増殖で高度が著しく増加しているもので肥大症は軟らかな左右対称の肥大という特徴に基づいた医者の示指を肛門より挿入して行う直腸内触診法に超音波探触子を用いた超音波断層法を併用して行うのが一般的である.しかしながら触診は曖昧な人間の指感覚に依存するため,診断の結果は医師の経験に大きく影響される.このため,より客観的に診断結果が得られる測定方法の開発が求められている.高分子圧電ポリフッ化ビニリディン(PVDF)フィルムは,圧力パルスに対する応答が人間の皮膚の感覚受容器の一つであるパッシーニ小体の応答によく似ていることが知られており、触覚センサの受感材として注目されている。
以上の事より本研究では前立腺を触診しその硬さを測定・評価するアクティブセンサを構築するものである。本年度は具体的に、母材のゴムに圧電フィルムを組み合わせた積層構造のセンサについて有限要素法による解析を行ない、最適な出力が得られるセンサ部の最適設計を行った。まず生体組織やセンサの母材は超弾性体であるので、圧縮試験機を作製し応力ひずみ特性を調べMooneyRivlin解析モデルのパラメータを決定した。特に生体に関しては実際に摘出した前立腺、膀胱,腎臓の癌組織・正常組織部を用い応力ひずみ曲線を計測し生体硬さの測定および生体のモデル材料定数の決定を行った。またセンサの形状については、母材のゴムの硬さを数種類用意し、また表面に突起の無い場合、ある場合の形状について検討を行い、最適センサについて検討した。解析結果より母材に関しては最も硬い加硫ゴム、また表面には突起をつけたセンサが最適であることが分かった。また実験室レベルで、正常・病変組織を模した数種類の硬さの異なるシリコンゴムを用い、検証実験を行った。実験においても、母材に関しては最も硬い加硫ゴム、また表面には突起をつけたセンサが最適であることが明らかになった。

Research Products

• [Publications] 田中真美, 他4名: "前立腺触診用能動センサの開発"第10回MAGDAコンファレンス講演論文集. 33-36 (2001)
• [Publications] 田中真美, 他4名: "前立腺癌・肥大症判別用アクティブセンサの開発"精密工学会東北支部学術講演会講演論文集. 113-114 (2001)
• [Publications] 田中真美, 他3名: "FEM解析による前立腺触診用センサシステムの設計"IIP2002情報・知能・精密機器部門講演会講演論文集. (印刷中). (2002)
• [Publications] 田中真美, 他1名: "機能性材料の生物医学工学への応用"2001年度年次大会講演資料集((社)日本機械学会). 7巻. 41-42 (2001)
• [Publications] Mami Tanaka: "Development of tactile sensor for monitoring skin conditions"Journal of Materials Processing Technology. Vol.108. 253-256 (2001)
• [Publications] Mami Tanaka, 他4名: "Haptic Sensor for Monitoring Skin Conditions"JSAEM Studies in Applied Electromagnetics and Mechanics. Vol.9. 435-436 (2001)