2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study on wireless temperature measurement and heating technology for low invasive hyperthermia for malignant tumors.
| Project/Area Number |
18H03545
|
|---|
| Research Institution | Akita University |
|---|
Principal Investigator |
水戸部 一孝 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (60282159)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齊藤 元 岩手医科大学, 医学部, 教授 (20323149)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | ハイパーサーミア / 末期ガン / 低侵襲治療 / QOL / ワイヤレス温度計測 / 誘導加熱 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では呼吸器系の末期ガン患者のQOL向上のための低侵襲温熱療法（ハイパーサーミア）技術の構築を目指しており，本申請では腫瘍部に注射した「低キュリー点の感温磁性体微粒子（FILCT）」を温度計測用のプローブとした「ワイヤレス温度計測技術」を構築すると共に，体表面から高周波磁場で「FILCTおよび発熱体で構成したインプラント」を誘導加熱することにより腫瘍部のみを選択的に43～45℃の一定温度で加熱するハイパーサーミアのための「ワイヤレス温度計測・加熱装置」の構築を目指している．さらに，発熱体を改良することで体表面からの治療可能距離を延伸すると共に，治療時の体動によるノイズを低減するために磁束印加用コイルに複数の検知用コイルを一体化した磁束印加検知ユニットを作製し，本ユニットを回転走査することで体動の影響を低減する計測手法を新たに考案・実装し，物理実験および動物実験により臨床応用に向けたワイヤレス温度計測・加熱手法の適応範囲と課題を洗い出すことを目的としている．
令和元年度は，同相コイルで構成した検知コイルと磁束印加用コイルの相対的な位置関係を物理実験により決定すると共に，それらを一体化した磁束印加検知ユニットを設計した．また，新たに導入した多チャンネル光ファイバー温度計により，感温磁性体の冷却過程の温度分布を計測することで，感温磁性体の温度ムラがピックアップ電圧に及ぼす影響を明らかにした．さらに，既存の誘導加熱電源を改良することで380kHzの高周波誘導加熱装置を製作すると共に，高周波電圧を計測可能なロックインアンプを新たに導入し，自動計測システムを構築した．周波数が2倍に向上したことで発熱効率の向上を実証すると一方で，マクスウェル応力が誘発する周期的な変動が原因でロックインアンプで同期検波できない新たな課題を顕在化させた．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究ではワイヤレス温度計測・誘導加熱技術の構築を目指しており，「Ⅰ-Ⅰ 磁束印加検知ユニットの試作」および「Ⅰ-Ⅱ 計測系の広帯域化と印加磁場の周波数向上」に取り組んだ．
治療可能距離を延伸させるためには発熱効率の向上が不可欠であり，そのために高周波磁場印加システムを新たに構築すると共に，新規に導入した広帯域ロックインアンプでワイヤレス温度計測系を再構築し，妥当性を物理実験により検証した．さらに，体動による計測誤差を低減する回転走査法に必要な磁場印加検知ユニットを設計すると共に，物理実験により妥当性を検証した．また，新たに導入した多チャンネル光ファイバー温度計により，感温磁性体の冷却過程の温度分布を計測することで，感温磁性体の温度ムラがピックアップ電圧に及ぼす影響を明らかにした．さらに，既存の誘導加熱電源を改良することで380kHzの高周波誘導加熱装置を製作すると共に，新たに導入した高周波電圧を計測可能な広帯域ロックインアンプと検知コイルをGPIB経由でPCに接続し，新規に導入したLabVIEWでプログラミングすることで自動計測システムを新たに構築すると共に，周波数を2倍に向上させたことで感温磁性体の発熱効率が向上することを物理実験で実証し，当該年度の到達目標をクリアした．一方，広帯域化によりコイルでマクスウェル応力が誘発する周期的な磁束変動が発生し，これが原因でロックインアンプで同期検波できない想定外の課題を顕在化させた．現在，高周波で安定駆動する誘導加熱電源の導入を進める一方で，周波数変動現象の解析と利用方法について検討を進めている．
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和二年度は，前年度に顕在化した周期的な磁場変動による新たな課題の対策を講じると共に，「Ⅰ-Ⅲ in vitro実験による妥当性評価とシステムの改良」を進める．さらに，「Ⅱ-Ⅰ 体動ノイズ低減のための回転走査法の理論構築と実装」および「Ⅱ-Ⅱ インプラントの発熱効率の改善手法の検討」を進める．
前年度設計した「磁束印加検知ユニット」を３Ｄプリンタで造形し，物理実験で課題を洗い出すと共に，試作を繰り返し改良を進める予定である．また，多チャンネル光ファイバー温度計を用いて感温磁性体の誘導加熱過程の温度分布を計測し，加熱ムラの要因と最適な感温磁性体の分布状態を探っていく．安定して高周波磁場を出力可能な誘導加熱電源を新たに導入することで，ワイヤレス温度検知システムを改良すると共に，周期的な振動現象を利用する検知手法を検討する予定である．また，現有設備である多軸ロボットアームにドライブコイルと検知コイルを固定し，三次元空間で回転走査することで，感温磁性体をdrive coilの中心軸上に自動的に位置合わせする手法の妥当性を理論的に検討していく．
|
