能動的精密表面温度計測を用いた熱パルスレーダ－による癌の生体内診断

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H02092
• 研究機関: 八戸工業高等専門学校
• 研究代表者: 圓山 重直 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (80173962)
• 研究分担者: 野中 崇 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (00390386) ; 井関 祐也 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (00780222) ; 細川 靖 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (50270195) ; 藤村 卓 東北大学, 大学病院, 講師 (50396496) ; 山家 智之 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (70241578) ; 岡部 孝裕 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (70772713) ; 古川 琢磨 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (80818518) ; 郭 福会 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (40611356) ; 横田 実世 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (70827451)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: サーミスタ / 熱パルスレーター

研究実績の概要

本研究の目的は，これまで研究してきたガードヒータ型高精度表面温度計測をさらに発展させ，半導体薄膜サーミスタを用いた皮膚癌や内視鏡手術用カテーテル熱パルスレーダーを開発し，癌の生体内診断を行う新たな診断法を確立することである．さらに動物実験や，模擬生体で皮膚や臓器内部の熱的性質を計測し，手術や診断の精度を格段に向上させる．つまり，（1）薄膜サーミスタと小型ペルチェモジュールを組み合わせた高精度能動温度プローブのプロトタイプを製作し，ダブル熱パルスレーダーの基本動作を模擬生体で実験する．（2）皮膚ガンや臓器ガンが，リンパ血流などの物質移動が大きいことを考慮した新しい生体伝熱モデルの構築を行い，熱パルスレーダーの臨床結果を記述する新理論を展開する．（3）さらに小型のサーミスタ・プローブと小型ペルチェ冷却機構を製作し，内視鏡に組み込んで消化器や腹腔内手術の新しい診断方法としてのカテーテル型熱パルスレーダーを開発し，模擬生体と動物実験でその有用性を実証する．
前年度までに高精度能動温度プローブを用いた実験的検討および数値的検討が完了し皮膚癌の早期診断の可能性を明らかにした．また，複数のサーミスタをmKオーダーで温度検定可能な固体型温度校正装置の開発および熱的評価実験を実施し本装置の有用性を確認した．
最終年度にあたる令和4年度には固体型温度校正装置の高精度制御のために，装置の更なる改良とペルチェモジュールのPIDパラメータの制御の最適化を実施した．また，固体型温度校正装置を用いて各熱パルスレーダーのmKオーダーでの温度校正を実施し，計測精度について詳細な調査を行った．

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Temperature distribution analysis using a combination of near-infrared laser, gold nanorods, and surface cooling equipment (2023)
  • 著者名/発表者名: Obonai Akiyoshi、Kogawa Takuma、Kanda Yuki、Oluwafemi Oluwatobi S.、Kodama Tetsuya、Komiya Atsuki
  • 雑誌名: Applied Thermal Engineering 巻: 229 ページ: 120579～120579
  • DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2023.120579
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Stromal Factors as a Target for Immunotherapy in Melanoma and Non-Melanoma Skin Cancers (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujimura Taku
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 23 ページ: 4044～4044
  • DOI: 10.3390/ijms23074044
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Adjuvant Anti-PD-1 Antibody Therapy for Advanced Melanoma: A Multicentre Study of 78 Japanese Cases (2022)
  • 著者名/発表者名: Muto Yusuke、Kambayashi Yumi、Kato Hiroshi、Fukushima Satoshi、Ito Takamichi、Maekawa Takeo、Fujisawa Yasuhiro、Yoshino Koji、Uchi Hiroshi、Matsushita Shigeto、Yamamoto Yuki、Amagai Ryo、Ohuchi Kentaro、Hashimoto Akira、Fujimura Taku
  • 雑誌名: Acta Dermato-Venereologica 巻: 102 ページ: adv00756
  • DOI: 10.2340/actadv.v102.678
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 組織凝固を考慮したレーザー治療下の伝熱解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 和田冬馬、田中天統、古川琢磨
  • 学会等名: 日本機械学会東北支部第58期総会
• [学会発表] レーザー加熱治療における凝固の熱特性変化の評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 田中天統、和田冬馬、古川琢磨
  • 学会等名: 日本機械学会東北学生会第52回学生員卒業研究発表講演会
• [学会発表] ガードヒータ型サーミスタプローブを用いた血管周囲の有効熱伝導率測定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 佐々木瑞貴、黒沢航二朗、井関祐也、古川琢磨、郭福会、野中崇、細川靖、横田実世、岡部孝裕、圓山重直
  • 学会等名: 日本機械学会東北学生会第52回学生員卒業研究発表講演会
• [学会発表] 皮膚モデルに対する薄膜サーミスタプローブを用いた有効熱伝導率測定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 黒沢航二朗、井関祐也
  • 学会等名: 日本ハイパーサーミア学会第39回大会
• [学会発表] Numerical study on the effective thermal conductivity measurements of human skin using a guardheated probe using thin-film thermistors (2022)
  • 著者名/発表者名: Koujiro Kurosawa, Yuya Iseki, Takuma Kogawa, Takashi Nonaka, Yasushi Hsokawa, Fuhui Guo, Takahiro Okabe, Yutaro Tabata, Tadashi Matsudate, Shuji Inamura, Masaya Higashi, Manabu Orito, Shigenao Maruyama
  • 学会等名: The 1st Annual Meeting of BioEM
  • 国際学会
• [産業財産権] 熱伝導率測定装置及び熱伝導率測定方法 (2022)
  • 発明者名: 圓山重直、岡部孝裕、井関祐也、野中崇 他7名
  • 権利者名: 圓山重直、岡部孝裕、井関祐也、野中崇 他7名
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 7282238