2021 Fiscal Year Research-status Report
LC-Boosterを搭載したカプセル型低侵襲磁気ハイパーサーミア素子の開発
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20K12695
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| Research Institution | Tohoku Institute of Technology |
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Principal Investigator |
田倉 哲也 東北工業大学, 工学部, 准教授 (00551912)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 配置 / 金属環 / 有効電力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、がんへの温熱療法（ハイパーサーミア）の中でも高周波磁場を利用した低侵襲治療技術において、生体内での利用に耐えうる発熱素子を開発することを目的とする。
令和3年度において、カプセル型発熱素子の加温の仕組みを明らかにするために、まずはLC-Booster用コイルの配置方法について検討を行った。このとき、配置による性能の違いをみるために、カプセル型ではなく金属環を角柱状磁性材とコイルの間に配置する方法を採用した。巻線を角柱の中央に集中させたコイルと片側に寄せて巻いたコイルを作製し、共振条件に合わせてコンデンサを接続した状態で励磁コイル中に設置し、励磁コイルからみた有効電力をLCRメータを用いて測定したところ両者の間に有意な差を示す結果となった。また、巻線配置は変えず、巻数の異なるサンプルを試作して、上記と同様に有効電力を測定したところ、巻数に対して単調な変化は示さなかったため、配置と巻数を調整する必要性が示唆された。
次に、最外殻に金属環を配置した状態で、金属の材質、長さ、そして厚さについて検討を行った。このとき、環内に挿入するデバイスを再利用するために、複雑で密封されたなカプセル形状ではなく、金属パイプを加工した試料を金属環として用いた。材質は、入手のしやすさからチタンとステンレス鋼、長さは10 mmとその前後で3種類、厚さは前年度に検討していた値に近いものを選択した。上記と同じく有効電力による評価を行ったところ、抵抗率の大きな材料、そして薄い形状で高い値を示す結果となり、金属環の等価直列抵抗が高くなるように設計することで発熱素子の性能を改善できる可能性が示唆された。
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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
令和3年度においては、前年度に検討した結果をもとにして、カプセル型発熱素子の加温の仕組みを明らかにすることを予定していた。まずは、容器内に挿入するLC-Booster回路と低キュリー磁性材の配置による発熱性能の違いを検討したところ、LC-Booster回路を構成するコイルの位置によって性能が異なることが確認され、加温の仕組みにつながる結果が示唆された。そのため、おおむね実施できている。続いて、金属の形状についての検討においては、当初、カプセル形状を想定していたが、その側面となる金属環部分が性能に与える影響が大きいと判断し、複雑なカプセル形状の代わりに、容易に準備可能な金属パイプを加工したものを試作し、材質、長さ、そして厚さを変化させたときの有効電力による発熱性能の評価を行った。結果として、金属環部の抵抗が大きくなる構成で発熱性能が改善されることを確認することができ、実機の構成を絞り込むことが可能となったため、おおむね実施できている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度は、カプセル型発熱素子の加温の仕組みを明らかにすることが目的であった。おおむね確認することができたことから、令和4年度では、カプセル型発熱素子の実機をファントム中に配置したときの励磁下における温度上昇変化の測定を実施する。また、実機に対して負荷をかけたときの変位あるいは破損のしきい値から素子の強度についての検討を行う。さらに、金属系生体材料の溶出試験のJIS規格を参考に、サンプルからの金属溶出による影響を分析することで、本研究の発熱素子における埋め込み適正を明らかにする。
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