2019 Fiscal Year Research-status Report
超高周波帯マイクロウェル電極による循環腫瘍細胞の早期検出とその高感度化
| Project/Area Number |
18K04295
|
|---|
| Research Institution | Kure National College of Technology |
|---|
Principal Investigator |
黒木 太司 呉工業高等専門学校, 電気情報工学分野, 教授 (30195581)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 循環腫瘍細胞 / リング共振器 / 負性抵抗素子 / マイクロ波 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
臨床現場において血液中から循環腫瘍細胞(CTC)を同定しその内容を精査することにより癌の進行度や悪性度の評価が期待されることから、我々のグループではCTCを同定する手法としてリング共振器型電極を提案してきた。本構造において平行電極間に設置された組織の複素誘電率の差異をリング共振器型電極の共振周波数の変化で精査する。CTCは腫瘍組織から遊離し血管を通して体内を循環している細胞であるが、人体臓器が高い誘電損失を有することを踏まえると、CTCの誘電損失も高くなることが予測され、本電極のQ値が悪化し検出感度が低下することが危惧される。
そこで電磁界シミュレータ上にリング共振器型電極を設計し、電極上に複素誘電率を設定した臓器モデルを配置し共振周波数を計算した結果、臓器の誘電損失でQ値が低下することを確認した。そこでFETに帰還回路としてキャパシタンスを結合し構成された発振素子をリング共振器型電極と組み合わせることでQ値改善を目指した。
回路シミュレーション上に発振素子装荷リング共振器型電極の等価回路を作成し、周波数特性を計算することで電極上に高い誘電損失を有する組織を配置したときにおいてもQ値が向上することを数値的に確認した。更に初期実験として食肉牛の臓器を本電極の平行電極上に設置し発振周波数を測定した結果、臓器の種類によって発振周波数スペクトルがMHzオーダで分離することに成功した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
血液中はマイクロ波にとって高損失媒質である。昨年度はこの問題を負性抵抗素子を利用することで解決したが、今年度は発振現象を利用することにより安定かつ高感度に臓器部位を判別する手法を考案、これを実験的に確認することができた。これにより、組織固有の比誘電率の差異に起因する発振周波数の分離が明確になり、当初困難が予想されたCTC検出感度が大幅に改善されたと考えられる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は以下の事項を推進する計画である。
1)発振現象をもとにした細胞同定電極を考案したが、その設計手法の確立を目指す。
2)本電極に多相超高周波信号を印加することで発生するエレクトロローテーションを活用する。これにより細胞が自転する角速度は細胞固有の誘電特性に起因することから、画像処理技術により得られたCTC検査結果と本手法との相関を自己組織化マップを用いて
評価し、CTCの検出感度を高める技術を確立する。また実際の臨床現場を踏まえ、AIを導入してCTCの検出確度を向上させる。
3)細胞電極をマトリクス状に配置し、対向する上下電極に印加する信号をスイッチにより時系列に掃引する基礎研究を開始する。
|
