光ファイバによる新しい計測医療技術の研究

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04167
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 深野 秀樹 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (60532992)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 光ファイバ温度センサ / 光熱変換

Outline of Annual Research Achievements

(１）高精度温度センサ機能をファイバ先端に付与する仕組みの新研究
極細コア径特殊ファイバ部で径方向で共鳴するエバネッセント光を生成し，先端部で反射させ，共鳴エバネッセント光の浸み出し長から温度を測定する新しい仕組みの研究を行った。極細コア径特殊ファイバ部の長さが1 mm以下で，その部分にシリコンゴム被覆を施した構造において，-40 ℃以下まで温度測定が可能であり，温度分解能0.1 ℃以下を達成した。
一方，シリコンゴム被覆において低温冷却により周囲媒質が凍結した場合，センサ部への圧力に変化が発生し，これが，測定結果に影響することが明らかとなった。このため，圧力変化がセンサ部に直接影響しないような保護構造の検討を行なった。具体的には，ファイバの先端部にガラスキャピラリを接合し，その中にシリコンゴムを挿入することで，キャピラリ外壁が保護層として作用する。この構造により，圧力変化に対して有効であることを確認した。
低温冷却による周囲媒質の凍結に伴う圧力変化の対応する新たな構造として，シリコンゴムのような柔らかな素材を使わない構造の検討を行なった。具体的には，すべてガラス素材で構成した新規温度センサ構造であり，昇温と降温の温度変化を繰り返しても，特性の良好な安定性を確認した。
(２）集光制御可能な石英系光ファイバの作製と波長変化による集光特性の変調と温熱領域の制御
レーザ照射による温熱領域をサーモカメラで計測するための実験系の準備を行い，1.48 μmレーザ光による水滴および生体を模倣した鳥胸肉へのレーザ照射特性の評価を行なった。水滴と鳥胸肉では，レーザ光照射による昇温領域の温度上昇時定数および昇温領域に大きな違いがあることを実験的に初めて明らかにした。

Current Status of Research Progress

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

Reason

目標である凍結治療の-40℃から温熱治療の50℃までの幅広い温度範囲で動作可能なファイバ型温度センサを実現している。また，照射による温熱領域と実験パラメータとの関係を観察により明らかしている。

Strategy for Future Research Activity

柔らかな素材を使わない新規温度センサ構造の特性評価と改善を進めると共に，このセンサ構造ファイバを用いた光照射実験を行う。昇温のためのレーザ光波長を変えて昇温領域と実験パラメータとの関係をさらに追加取得し，昇温に寄与するパラメータの特定を図り，計算予測も加えて，学術的に整理し応用が可能となるよう研究を進める。

Causes of Carryover

2018年度に国際会議発表を計画していたが，発表および情報収集においてより適した2019年7月開催の国際会議へ予定を変更したため。