2018 Fiscal Year Research-status Report
高精度化を図った血管検出用電波型腹腔鏡アンテナシステムの実スケールモデルの開発
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18K04147
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
藤本 孝文 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (40264204)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 俊幸 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (50202172)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 平面アンテナ / 医療応用 / 内視鏡 / ファントム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
提案する電波型腹腔鏡アンテナシステムは、①高性能小型アンテナ ②受信信号を用いた血管位置検出用数値計算プログラム ③実験用ファントム を作成する必要がある。また、試作・測定を迅速に進めるために、アンテナのサイズを実スケジュールの2.5倍にし、使用周波数を1/2.5倍した2.5倍スケールモデルと、等倍スケールモデルの2つのモデルにより研究を進めている。
①2.5倍スケールモデル：これまで、提案するアンテナシステムでは、中央に1つの送信アンテナ、その周りに4つの受信アンテナから構成されるモデルを提案してきた。しかし、シミュレーション結果より、血管検出精度が送受信アンテナの偏波面に大きく依存し、受信アンテナには送信アンテナと同じ偏波面を持つ2つのアンテナで十分なことが明らかになった。また、脂肪深さ10㎜（実スケールの場合4mm）までの血管が検出可能であることを明らかにした。次にシミュレーションにより設計したアンテナの、試作、測定を行った。脂肪ファントムの上に置かず、空気中に置いた場合の反射係数、透過係数は概ね測定値と一致する結果を得た。
ファントムに関しては、血管ファントムが細長く、そのサイズの製作精度が問題となっていた。この問題を解決するため、３Dプリンターによる試作を行った。その結果、直径1mm, 2mm, 3mmの血管ファントムの試作に成功した。
②等倍スケールモデル
2.5倍スケールモデルのシミュレーション結果を基に、等倍スケールモデルの設計を行った。シミュレーションにおいて、2.5倍スケールモデルと同様に、受信アンテナ2つのみで、脂肪深さ4mmに存在する血管が検出できた。
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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
当初予定では、2.5倍スケールモデルの高性能化（アンテナ利得の向上、送受信アンテナ間のアイソレーションの向上）を図ったアンテナをシミュレーションにより設計し、その後に試作、測定を行う予定であった。しかし、アンテナの高精度を図ると形状が複雑になり、測定値とシミュレーション値に誤差が生じる可能性が高くなる。このような場合、誤差要因として、アンテナ、ファントム、信号処理法の何れが誤差に大きく影響しているかの判断が困難になる。したがって、高精度化を図る前のアンテナについて試作、測定を行い、シミュレーションとの比較検討を行った。測定はファントムを使用しない空気中で行ったが、測定結果はシミュレーション結果と概ね一致しており、これまでのアンテナ設計法の妥当性が確認できた。また、2年目に予定していた等倍スケールモデルにおいても、シミュレーションで血管検出が可能であることを確かめており、等倍スケールモデルの設計も順調に進んでいると言える。
ファントムの改良においても、作成方法を見直し、３Dプリンターで再試作を行った。これまでの試作品に比べ精度向上の確認ができた。このように、研究は概ね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2年目にあたる2019年度は、アンテナの高性能化（アンテナ利得向上および送受信アンテナ間のアイソレーションの向上）に向けた研究を進める。アンテナ利得向上のため、放射素子をスタック化（アンテナ素子を2つ重ねる手法）し、また送受信アンテナ間のアイソレーション向上のために、接地導体板にスリットを設けた構造のアンテナの設計を行う。この設計には2.5倍スケールモデルと等倍スケールモデルの両方について行う。ファントムに関しては、3Dプリンターを用いて製作した血管および脂肪ファントムについて、詳細な測定実験による評価を行う。また受信波の信号処理に関しては、これまで受信波の強度を用いた血管検出法について研究を進めてきたが、2019年度は位相を含めた血管検出法の確立およびその数値計算プログラムの作成を行う。
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