2019 Fiscal Year Annual Research Report
A method for measuring 2D temperature distribution in magnetic nanoparticle-mediated hyperthermia
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18F18760
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
吉田 敬 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (30380588)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
DU ZHONGZHOU 九州大学, システム情報科学研究科(研究院, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2018-11-09 – 2021-03-31
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| Keywords | 磁性ナノ粒子 / 温度分布計測 / 高調波磁化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁性ナノ粒子を用いた癌温熱治療（磁気的ハイパーサーミア）の研究が盛んに行われている。これは、癌細胞に蓄積させた磁性ナノ粒子に交流励起磁界を印加し、磁性ナノ粒子のヒステリシス損による熱により、癌細胞のみを選択的に死滅させるものである。しかしながら、副作用が少なく（正常な細胞を死滅させることなく）、かつ高精度な治療を行うためには、リアルタイムで精度良く磁性ナノ粒子の温度をモニタリングする必要がある。これらの背景を想定し、磁性ナノ粒子の二次元温度分布計測法を開発することが本研究の目的である。
磁性ナノ粒子の温度推定は、励起磁界に対する、磁性ナノ粒子の高調波磁化信号を用いて行うが、本年度行った研究成果は以下である。
磁性ナノ粒子の交流励起磁界に対する磁化応答は、磁性ナノ粒子の緩和時間を無視すると、Langevin関数によって表されることが知らせている。しかし、このモデルが成り立つためには、交流励起磁界の周波数を緩和時間よりも十分遅くする必要があり、これではリアルタイムな温度推定が実現できない。そこで、高周波励起磁界に対する磁性ナノ粒子の高調波磁化信号の測定を行い、緩和時間を無視できない高周波励起磁界下での磁性ナノ粒子の高調波磁化応答の新しいモデルを提案した。
また、実際の磁性ナノ粒子サンプルにはコアサイズ分布が存在する。緩和が無視できる低周波励起磁界下では、サンプルの高調波磁化信号はそれぞれのサイズの磁性ナノ粒子からの高調波磁化信号のスカラー和で表すことができるが、高周波励起磁界下ではベクトル和となり、磁性ナノ粒子を用いた温度推定では、感度が最適となる励起磁界強度が存在することを明らかにした。
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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
高速かつ高感度な温度分布推定に必要となる、励起周波数が高い領域での磁性ナノ粒子の高調波磁化モデルの提案および励起磁界条件を明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
得られた高調波磁化信号から磁性ナノ粒子の二次元温度分布イメージング化に必要な二次元温度分布推定アルゴリズムの開発を行う。
また、磁性ナノ粒子の二次元温度分布計測システム、温度推定アルゴリズムの実証実験を行い、本手法の有効性を実証する。
また、得られた結果を磁性ナノ粒子の高周波励起磁界に対する高調波磁化応答のモデル化や、温度推定アルゴリズムの開発へとフィーバックし、二次元温度分布計測システムの改良を行う。
これにより、温度推定精度0.1Ｋ程度の高精度かつリアルタイムな二次元温度分布計測法を開発する。
このために必要な，磁性ナノ粒子，電子部品などを購入予定である。
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[Journal Article] Effect of core size distribution on magnetic nanoparticle harmonics for thermometry2019
Author(s)
Zhongzhou Du, Yi Sun, Oji Higashi, Yuki Noguchi, Keiji Enpuku, Sebastian Draack, Klaas-Julian Janssen, Tamara Kahmann, Jing Zhong, Thilo Viereck , Frank Ludwig, and Takashi Yoshida
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Journal Title
Japanese Journal of Applied Physics
Volume: 59
Pages: 10904
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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