Study on wireless temperature measurement and heating technology for low invasive hyperthermia for malignant tumors.
| Project/Area Number |
18H03545
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90130:Medical systems-related
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
水戸部 一孝 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (60282159)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齊藤 元 岩手医科大学, 医学部, 教授 (20323149)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2018: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
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| Keywords | ハイパーサーミア / 悪性腫瘍 / 感温磁性体 / ワイヤレス温度計測 / 末期ガン / 低侵襲治療 / QOL / 誘導加熱 / 深部温度計測 / 高周波磁場 / 緩和ケア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では呼吸器系の末期ガン患者のQOL向上のための低侵襲ハイパーサーミア技術の構築を目指しており，本申請では腫瘍部に注射した「低キュリー点の感温磁性体微粒子（FILCT）」を温度計測用のプローブとした「ワイヤレス温度計測技術」を構築すると共に，体表面から高周波磁場でFILCTを誘導加熱することにより腫瘍部のみを選択的に43～45℃の一定温度で加熱する「ワイヤレス温度計測・加熱装置」の構築を目指している。
令和元年度に改良した発信周波数を400kHzに倍増させた誘導加熱装置には，コイル電流が周期的に変動する現象が生じ，ワイヤレス温度計測に不可欠な磁束の歪みをロックインアンプで同期検波できない課題が顕在化していた。また，印加磁場の周波数が向上したことで金コート感温磁性体(Au-FLICT)表面に生じる渦電流が増加して発熱効率が向上するメリットの一方で，磁束がシールドされ，ワイヤレス温度計測に不可欠な感温磁性体の透磁率の変化の検出感度が低下する理論上避けられない問題が顕在化していた。そこで令和2年度に磁気シールドの影響と印加磁場の周期変動の影響を低減して同期検波するワイヤレス温度計測手法を新たに考案し，令和3年度は，前年度に考案した手法をワイヤレス温度計測加熱システムとして実装すると共に，多点温度計測システムを導入して加熱ムラを物理実験により評価した。その結果，ベッドサイドで利用可能な小型誘導加熱電源でもAu-FILCTあるいはナノ磁性微粒子混合FILCTをインプラントとすることで30mmの深さまで誘導加熱とワイヤレス温度計測が可能となり，非侵襲的に定温加熱できることを物理実験により明らかにした。同時に，過去に実施した生体適合性に関する動物実験の結果および関連文献を調査・検討し，In vivo実験による生体適合性および治療可能期間の評価を進め，本手法の安全性を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
令和3年度は，前年度に考案した手法を小型誘導加熱電源，ロックインアンプをPCに接続し，ピックアップ電圧を閾値として目標温度で誘導加熱する自動ワイヤレス温度計測加熱システムを実現すると共に，印加磁場の周波数を2倍に向上することで感温磁性体の発熱効率が改善することを物理実験で実証した。さらに，PCに4Ch光ファイバー温度計を接続して自動計測可能な多点温度計測システムを開発し，FILCT等の各種インプラントを対象として温度分布を計測し，加熱ムラを評価した。その結果，ベッドサイドで利用可能な小型誘導加熱電源で30mmの深さまで誘導加熱とワイヤレス温度計測が可能な条件を明らかにし，非侵襲的に定温加熱できることを物理実験により実証した。また，過去に実施した生体適合性に関する動物実験の結果および関連文献を調査・検討し，本手法の安全性を確認した。これまでの研究で，申請時に掲げた到達目標である「Ⅰ-Ⅰ 磁束印加検知ユニットの試作」，「Ⅰ-Ⅱ 計測系の広帯域化と印加磁場の周波数向上」，「Ⅰ-Ⅲ in vitro実験による妥当性評価とシステムの改良」，「Ⅱ-Ⅰ 体動ノイズ低減のための回転走査法の理論構築と実装」，「Ⅱ-Ⅱ インプラントの発熱効率の改善手法の検討」および「Ⅲ．In vivo実験による生体適合性および治療可能期間の評価」を達成している。
これらの研究成果に加えて，当初は想定していなかった励磁コイル用電流の低周波振動現象とAu-FILCTの磁気シールドという課題に対し，発想を転換することで，本来ノイズである低周波振動をリファレンスとしてロックインアンプで同期検波することで発熱効率を向上させながらAu-FLICTの透磁率をワイヤレスで検知する手法を新たに考案すると共に，その妥当性を物理実験により実証した成果により，当初の計画以上に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度までに申請当初の研究目的を達成したため，令和4年度は本研究を進める過程で顕在化した新たな課題に挑戦し，新たなワイヤレス誘導加熱温度検知手法の理論的検討を進めると共に，体内に注射したインプラントの環境を模擬して発熱特性を評価する。
新たなワイヤレス誘導加熱温度検知手法の基礎研究として，現有設備であるマルチファンクションジェネレータと高速バイポーラ電源により励磁コイル用電流波形をシミュレートし，各種インプラントを対象に低磁束密度の高周波磁場印加環境でのワイヤレス検知に最適な変調周波数を探る。また，肺の比熱および血流による恒温機能を模擬した実験環境を構築し，大出力の誘導加熱電源を用いて高周波磁場を印加した条件での各種インプラントの昇温特性を物理実験により検討し，本手法の限界と課題を洗い出す。
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Report
(4 results)
Research Products
(26 results)
