生体内熱輸送特性を可視化する新たな画像診断技術の開発

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K03984
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 福永 鷹信 九州大学, 工学研究院, 技術職員 (60591196)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: レーザースキャニングサーモグラフィー / 非接触可視化技術 / 熱輸送性質 / 生体組織

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，生体組織内部の熱的情報を非接触で可視化するレーザースキャニングサーモグラフィと名付けた新たな画像診断技術の実現のため，その原理を確立し適用条件を明らかにすること，さらに，生体模擬試料を用いて実験を行い考案した測定方法の実証を行うことを目標としている．本年度は，昨年度得られた解析結果を基に，シート状レーザーと赤外線カメラからなる実験系を構築し，熱輸送性質の異なる試料を包埋した生体ファントムを対象に実験を行った．
生体ファントム中に包埋した試料の存在を確認するとともに，試料の熱物性値および試料の設置深さが可視化に与える影響を明らかにした．さらに，実験系を模した数値解析を同時に行い，実験結果および可視画像との比較を行い，レーザースキャニングサーモグラフィの実現可能性を検証した．
実験及び解析を比較し検討を行った結果，波長1.319μmのシート状レーザーを用いた場合，レーザー光のほとんどが試料内部に存在する包埋試料の表面部分で吸収され，レーザー通過後の試料表面温度は包埋試料の熱輸送性質に依存して異なり，生体ファントムと同程度の熱拡散率を持つ場合に最も明瞭な可視画像が得られることが明らかとなった．
包埋試料にアルミ合金棒もしくはアクリル角棒を用いた実際の可視画像測定実験では，赤外線カメラのノイズおよび測定誤差が可視画像に与える影響が大きいものの，レーザー加熱による加熱量を上昇させるSN比を20以上にすることで，生体ファントム内部の試料の構造および位置を推定することが可能なことが明らかとなった．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り，研究を遂行できている．
昨年度実験計画を遂行していく中で，新たに包埋試料の放射率を考慮しなければならないことが明らかとなった．当初計画には挙げていなかったものの，解析および実験において，その影響を検討することが可能なため研究計画の一つとして追加し，検討していくものとした．

Strategy for Future Research Activity

研究最終年度は，当初の予定では前年度に引き続き生体ファントムを用いたレーザースキャニングサーモグラフィーの実証のため，検証実験を積み重ね，最適な可視化法の確立を行うものであったが，前年度研究結果を踏まえ，生体ファントム中に包埋した試料の放射率が結果に与える影響を明らかにすることを研究計画に加え，実験を遂行することとする．

Causes of Carryover

次年度使用額が生じた主たる要因は，赤外線カメラを所属機関から調達することができたことである．しかしながら，昨年度研究結果より，新たに試料の放射率に関する実験を遂行する必要があるため，これに関係する実験系の構築に伴う物品の購入に充て，適切に助成金を運用する計画である．