2017 Fiscal Year Annual Research Report
脳腫瘍のレーザー治療を確立するための脳光温熱生体数値シミュレーションモデルの開発
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17H04307
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
松前 光紀 東海大学, 医学部, 教授 (20209604)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鷲尾 利克 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (40358370)
荒船 龍彦 東京電機大学, 理工学部, 准教授 (50376597)
黒田 輝 東海大学, 情報理工学部, 教授 (70205243)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ＭＲＩ / 生体情報 / シミュレーションモデル / 物理的変量 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
数式モデルの同定について、本提案では基礎方程式として、光輸送方程式および生体伝熱方程式の２つを用いる。また、計測する生体組織のパラメータは、光に関して拡散係数、吸収係数、屈折率、温熱に関して比熱、熱伝導率を考慮する。光輸送方程式、生体伝熱方程式は有限差分法、有限要素法、境界要素法での計算を行い、verificationは従来研究で使用されているそれぞれの式の解法との比較、また適切な条件での解析解との比較を行って判断する。実現象への適用は最初脳組織の白質・灰白質をモデルとした静的ファントムに適用し、動物摘出臓器および動物実験へと適用を広げ、MRIの温度モニタリングとの比較により、血液と髄液の流れによる熱の持ち去りを考慮した動的ファントムでvalidationの判断を行う。そこで、コンピュータシミュレーションの不確かさを低減しかつ医療に応用するために、異なる組み合わせの光・熱物性値を複数用いたシミュレーションを事前に行い、これをデータベース化して、動的脳組織のファントムを用いたリアルタイム温度モニタリングの情報と比較することで、効率的かつ安全な温熱領域を与えるレーザー制御パラメータに逐次更新するプログラムを作成した。
またＭＲＩを用いたリアルタイム温度モニタリングを行った。MRIを用いた温度計測の具体的な方法としては、水分子を構成する水素原子核（プロトン）の磁気共鳴周波数の温度依存性を利用する。この磁気共鳴周波数の温度係数は-0.01ppm/℃であることがこれまでの研究で明らかにされている。このわずかな変化を検出するために一定のエコー時間を持つ勾配磁場エコー法と呼ばれる撮像シーケンスを用いて、周波数の変化を巨視的磁化ベクトルの位相の変化として検出して行った。
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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
シミュレーションモデルの構築、生体情報の収集は順調に行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
Cadavarを用いた熱光に関する物理的変量の計測、これら情報を活用したファントムの作成から、レーザー発振装置の制御システムを完成させる。
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