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2023 年度 実績報告書

微細血管網認識システムの開発と医療用微細針の自動穿刺機構への応用

研究課題

研究課題/領域番号 21K12114
研究機関関西大学

研究代表者

鈴木 昌人  関西大学, システム理工学部, 教授 (70467786)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード医療器具 / 低侵襲性治療 / 自動採血 / 無痛針 / 採血器具 / 人工知能 / 医療用ロボット
研究実績の概要

【自動穿刺システムの開発】昨年度から引き続き、4軸(xyzθ)の自動ステージを用いて、針の自動穿刺システムの開発を行った。本システムは、カメラ画像からリアルタイムに血管を検出し、針穿刺位置の決定、針の移動、穿刺までを自動で行う。今年度は、自動採血実験と自動採血システムの改良を繰り返すことで、システムの完成度を向上させた。その結果、人間の上腕に対して模擬針(人体を損傷させない柔らかいフィラメント)を自動で押し付ける実験を行い、尺側皮静脈の直上の皮膚に針先端を自動で導くことに成功した。また、穿刺実験対象として模擬血管を内包した人工皮膚を作製した。この人工皮膚においては、模擬血管内に模擬血液を循環させることが可能になっている。この人工皮膚を用いた自動採血実験において、ランダムに位置を変更した人工皮膚に対して高い確率で模擬血液を吸引することに成功した。
【低侵襲性微細針の開発と自動穿刺システムへの応用】穿刺時に痛みを感じにくい微細針を開発した。これらの針は蚊の針にヒントを得て開発した。また、針の材料としては生分解性樹脂であるポリ乳酸を採用した。これらの針の直径は0.09mm~0.20mmの範囲であり、用途に合わせて最適な直径の針を選択可能である。同時に、ナノインプリント法または射出成型法により微細針を量産する技術も開発した。さらに、開発した微細針を自動採血装置に搭載し、より細い模擬血管から血液を採取することにも成功した。
【周辺技術開発】自動採血システムの将来的な発展を目指し、動採血箇所周辺皮膚を非侵襲で固定する技術として、下記技術の開発を行った。(1)モリアオガエルの指先を模倣した微細パターンを施すことにより、スポンジ表面の摩擦係数を高めることに成功した。(2)皮膚を固定する器具と皮膚の滑りを検出するセンサを開発した。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Fabrication of hollow microneedles with jagged edges mimicking mosquito's needles by thermal nanoimprint method using a mold combining soft and hard materials2024

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto Jinya、Shiratori Toshihiro、Suzuki Masato、Takahashi Tomokazu、Aoyagi Seiji
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 63 ページ: 05SP15

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ad3e04

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of Mosquito-Imitated Microneedle’s Reciprocating Rotations on Puncture Resistance Forces -Evaluations by Puncturing Experiments and Nonlinear FEM Analyses-2024

    • 著者名/発表者名
      Mizutsu Akira、Okumura Yuki、Ueda Atsushi、Yamamoto Shunki、Takahashi Tomokazu、Suzuki Masato、Aoyagi Seiji、Nagashima Toshio、Chiyonobu Makoto、Nishikawa Hideki、Sudo Fumio、Ohdaira Toshiyuki、Seshimo Satoshi
    • 雑誌名

      International Journal of Automation Technology

      巻: 18 ページ: 276~286

    • DOI

      10.20965/ijat.2024.p0276

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Micro-adhesive structure inspired by tree frog toe pads fabricated by femtosecond laser processing of PVA sponge2023

    • 著者名/発表者名
      Shiratori Toshihiro、Sakamoto Jinya、Kanazawa Yuma、Suzuki Masato、Takahashi Tomokazu、Aoyagi Seiji
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 123 ページ: 04160

    • DOI

      10.1063/5.0160377

    • 査読あり
  • [学会発表] 血管位置推定を枠内座標補間の技術を備えた低侵襲性針穿刺システムの開発2024

    • 著者名/発表者名
      五十嵐遼, 鈴木昌人, 高橋智一, 青柳誠司
    • 学会等名
      2024年度精密工学会春季大会学術講演会
  • [学会発表] レーザー加工技術を用いた中空PET樹脂製マイクロニードルの作製と評価2024

    • 著者名/発表者名
      稲葉光紀, 今西将也, 酒井勇輔, 鈴木昌人, 高橋智一, 青柳誠司, 松本一
    • 学会等名
      2024年度精密工学会春季大会学術講演会
  • [学会発表] 熱ナノインプリント法による蚊の口針を模倣した中空マイクロニードルの作製2024

    • 著者名/発表者名
      大寺夏生, 坂本陣也, 白鳥俊宏, 鈴木昌人, 高橋智一, 青柳誠司
    • 学会等名
      2024年度精密工学会春季大会学術講演会
  • [学会発表] Fabrication of Hollow Microneedles with Jagged Edges Mimicking Mosquito by Thermal Nanoimprinting Method Using Soft Mold2023

    • 著者名/発表者名
      J. Sakamoto, T. Shiratori, M. Suzuki, T. Takahashi, S. Aoyagi
    • 学会等名
      37th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Step-And-Repeat UV Nanoimprint Using PFP Gas for Realizing Microneedle Array with Jagged Tip Shape Bioinspired by Mosquito2023

    • 著者名/発表者名
      S. Aoyagi, H. Hamada, T. Takahashi, M. Suzuki
    • 学会等名
      The 22th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] High-Sensitive Slip Sensor Featuring High Aspect Ratio Microw Alls and Its Measuring Principle Using Convolutional Neural Networks2023

    • 著者名/発表者名
      M. Ohashi, S. Kotani, Y. Tanaka, M. Suzuki, T. Takahashi, S. Aoyagi
    • 学会等名
      The 22th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Micro Adhesive Structure Bioinspired by Tree Frog Toe Pad -Femtosecond Laser Fabrication on Sponge and Force Evaluation-2023

    • 著者名/発表者名
      T. Shirataori, J. Sakamoto, Y. Kumooka, M. Suzuki, T. Takahashi, S. Aoyagi
    • 学会等名
      The 22th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] 視覚ベースの触覚センサデバイスのための機械学習手法の検討2023

    • 著者名/発表者名
      金澤祐真, 白鳥俊宏, 坂本陣也, 鈴木昌人, 高橋智一, 青柳誠司
    • 学会等名
      第14回マイクロナノ・工学シンポジウム
  • [学会発表] 微小吸盤アレイを用いた視覚ベースの触覚センサの開発2023

    • 著者名/発表者名
      白鳥俊宏, 金澤祐真, 坂本陣也, 鈴木昌人, 高橋智一, 青柳誠司
    • 学会等名
      第14回マイクロナノ・工学シンポジウム
  • [学会発表] PDMSモールドを用いた射出成形によるポリ乳酸製マイクロニードルの作製 -微小バリの発生を抑制する手法の開発-2023

    • 著者名/発表者名
      山口大輔, 加来慎太郎, 鈴木昌人, 高橋智一, 青柳誠司, 鈴木康一郎, 芳賀 善九
    • 学会等名
      第14回マイクロナノ・工学シンポジウム
  • [学会発表] 有限要素法解析によるマイクロフィン型MEMS触覚センサの構造最適化2023

    • 著者名/発表者名
      田中悠資, 大橋幹, 鈴木昌人, 高橋智一, 青柳誠司
    • 学会等名
      第14回マイクロナノ・工学シンポジウム
  • [学会発表] 高アスペクト比フィン構造を有した触覚センサの作製と機械学習を用いた接触力測定2023

    • 著者名/発表者名
      大橋幹, 田中悠資, 鈴木昌人, 高橋智一, 青柳誠司
    • 学会等名
      第14回マイクロナノ・工学シンポジウム
  • [学会発表] 痛覚神経パターンを付与した人工皮膚を用いた微細針の穿刺が皮膚へ与える痛みの推定2023

    • 著者名/発表者名
      酒井勇輔, 稲葉光紀, 今西将也, 鈴木昌人, 高橋智一, 青柳誠司
    • 学会等名
      第14回マイクロナノ・工学シンポジウム
  • [学会発表] 折紙・切り紙加工により形成した柔軟な微小壁構造を有する抵抗式滑りセンサの開発2023

    • 著者名/発表者名
      田中大志, 洪 揚, 鈴木昌人, 高橋智一, 青柳誠司
    • 学会等名
      第14回マイクロナノ・工学シンポジウム
  • [学会発表] ぜんまいばねを利用した微細針回転機構の開発とその評価性能2023

    • 著者名/発表者名
      稲葉光紀, 鈴木昌人, 高橋智一, 青柳誠司, 松本一
    • 学会等名
      2023年度精密工学会秋季大会学術講演会
  • [学会発表] 非線形有限要素法による鋸歯状突起を有する2本一組の微細針の交互振動が穿刺抵抗力に及ぼす影響の検証-針側面部の鋸歯状突起の影響-2023

    • 著者名/発表者名
      水津聖, 山本峻己, 高橋智一, 鈴木昌人, 青柳誠司, 長嶋利夫
    • 学会等名
      2023年度精密工学会秋季大会学術講演会
  • [学会発表] 2本一組の半割針の交互穿刺における針側面への鋸歯状突起付与の影響評価-鋸歯状突起を付与する位置の検討-2023

    • 著者名/発表者名
      今西将也, 鈴木昌人, 高橋智一, 青柳誠司
    • 学会等名
      2023年度精密工学会秋季大会学術講演会

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公開日: 2024-12-25  

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