癌凝固メカニズムの医工学的解明と癌形態に応じた電磁場熱凝固治療システムの開発

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23240081
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 医用システム
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 山川 宏 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00097263)
• 研究分担者: 小林 洋 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (50424817) ; 佐藤 嘉伸 大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (70243219) ; 橋爪 誠 九州大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (90198664) ; 藤江 正克 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (20339716) ; 星 雄陽 早稲田大学, 理工学術院, 講師 (50535284) ; 宮下 朋之 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (20329080) ; 渡辺 広樹 早稲田大学, 理工学術院, 助手 (00609266)
• 研究期間 (年度): 2011-05-31 – 2014-03-31
• キーワード: 癌凝固メカニズム / 電磁波熱治療 / 生体熱力学 / バイオメカトロニクス / シミュレーション

研究概要

本研究は肝癌の熱治療の治療精度の向上を目標とし，施術中の精確な肝臓の凝固状態を術者に提供する「凝固領域に応じた温度分布シミュレータ」の開発を目的とした．シミュレータを構築するために，工学的アプローチと生物学的アプローチによる凝固メカニズムの解明に重点を置いた．まず，工学的アプローチとして肝臓組織の粘弾性の温度依存性をモデル化し，組織の粘弾性の変化により凝固と非凝固の境界を導出した．次に，生物学的アプローチとして焼灼された組織の切片を微視的に観察し，凝固領域に影響する焼灼条件を導出した．最後に，肝癌の熱治療に対応した数値計算モデルを構築し，焼灼時の温度分布を提示できるシミュレータを開発した．

研究成果

• [雑誌論文] 肝がんラジオ波焼灼療法における組織凝固領域提示システムの開発(肝臓組織の粘弾性の温度依存性のモデル化) (2013)
  • 著者名/発表者名: 呂筱薇,築根まり子,渡辺広樹,小林洋,宮下朋之,藤江正克
  • 雑誌名: 日本機械学会C編 巻: vol.79(DOI:No.2013-JCR-0341.) ページ: 380-387
  • 査読あり
• [学会発表] ラジオ波焼灼療法(RFA)における 熱伝達率の大血管内流量依存性の検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 菊池 勇人,渡辺 広樹,山崎 望,呂 筱薇,磯部 洋佑,小林 洋,宮下 朋之,藤江 正克
  • 学会等名: 日本機械学会2013年度年次大会
  • 発表場所: 岡山県
  • 年月日: 20130900
• [学会発表] Derivation of the Relationship between the Rate of Temperature Rise and Viscoelasticity for Constructing a Coagulation Model for Liver Radio Frequency Ablation (2013)
  • 著者名/発表者名: Xiaowei Lu, Hiroki Watanabe, Yosuke Isobe, Nozomu Yamazaki, Yo Kobayashi, Tomoyuki Miyashita, and Masakatsu G. Fujie
  • 学会等名: 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 20130700
• [学会発表] 肝臓癌の熱治療 (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤江正克
  • 学会等名: 臨床熱工学研究会
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2013-12-27
  • 招待講演
• [学会発表] Development of a temperature distribution simulator for lung RFA based on air dependence of thermal and electrical properties (2012)
  • 著者名/発表者名: Nozomu Yamazaki, Hiroki Watanabe, XiaoWei Lu, Yosuke Isobe, Yo Kobayashi, Tomoyuki Miyashita, and Masakatsu G. Fujie
  • 学会等名: 34rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2012)
  • 発表場所: California, USA
  • 年月日: 20120800
• [学会発表] A Method for Deriving the Coagulation Boundary of Liver Tissue Using a Relational Model of Viscoelasticity and Temperature in Radio Frequency Ablation (2012)
  • 著者名/発表者名: XiaoWei Lu, Mariko Tsukune, Hiroki Watanabe, Nozomu Yamazaki, Yosuke Isobe, Yo Kobayashi, Tomoyuki Miyashita, and Masakatsu G. Fujie
  • 学会等名: 34rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2012)
  • 発表場所: California, USA
  • 年月日: 20120800
• [学会発表] Validation of Accuracy of Liver Model with Temperature-Dependent Thermal Conductivity by Comparing the Simulation and in vitro RF Ablation Experiment (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Watanabe, Nozomu Yamazaki, Yosuke Isobe, XiaoWei Lu, Yo Kobayashi, Tomoyuki Miyashita, Takeshi Ohdaira, Makoto Hashizume, and Masakatsu G. Fujie
  • 学会等名: 34rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2012)
  • 発表場所: California, USA
  • 年月日: 20120800
• [学会発表] A Study on estimation of the deformation behavior in the collapse process of lung (2012)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kastuyama, Nozomu Yamazaki, Yo Kobayashi, Takeharu Hoshi and Tomoyuki Miyashita
  • 学会等名: 34rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2012)
  • 発表場所: California, USA
  • 年月日: 20120800
• [学会発表] Modeling the dependence of electrical conductivity on internal lung pressure for lung RFA (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Yamazaki, Y. Isobe, H.Watanabe, T. Hoshi, Y. Kobayashi, T. Miyashita, M. G. Fujie
  • 学会等名: Computer Assisted Radiology and Surgery 26th International Congress and Exhibition (CARS2012)
  • 発表場所: Pisa, Italy
  • 年月日: 20120600
• [学会発表] Breast tumor phantom utilizing heat coagulation mimic nonlinear elasticity (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Tsukune, Y. Kobayashi, T. Miyashita, M. G. Fujie
  • 学会等名: Computer Assisted Radiology and Surgery 26th International Congress and Exhibition (CARS2012)
  • 発表場所: Pisa, Italy
  • 年月日: 20120600
• [学会発表] RFA において非対称形状の焼灼領域形成を可能にする電極針の機構の検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 磯部 洋佑,山崎 望,渡辺 広樹,小林 洋,宮下 朋之,大平 猛,橋爪 誠,藤江 正克
  • 学会等名: 日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス講演会(ROBOMEC2012)
  • 発表場所: 静岡県
  • 年月日: 20120500
• [学会発表] 肝臓癌ラジオ波焼灼療法用温度分布シミュレータの開発とIn vitro 下における精度評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 広樹, 山崎 望, 磯部 洋佑, 呂筱薇, 小林 洋, 大平 猛, 橋爪 誠,藤江 正克
  • 学会等名: 日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス講演会(ROBOMEC2012)
  • 発表場所: 静岡県
  • 年月日: 20120500
• [学会発表] A Method for Distinguishing Coagulation Boundary for Liver RF Ablation (2012)
  • 著者名/発表者名: XiaoWei Lu, Mariko Tsukune, Nozomu Yamazaki, Hiroki Watanabe, Yo Kobayashi, Tomoyuki Miyashita, Masakatsu G. Fujie
  • 学会等名: 第51回日本生体医工学会大会
  • 発表場所: 福岡県
  • 年月日: 20120500
• [学会発表] A Method for Distinguishing Coagulation Boundary Tmeperature in liver Tissue for RF Ablation (2012)
  • 著者名/発表者名: XiaoWei Lu, Mariko Tsukune, Nozomu Yamazaki, Hiroki Watanabe, Yo Kobayashi, Tomoyuki Miyashita, Takashi Kakimoto, Hiromasa, Yamashita, Toshio Chiba, Masakatsu G. Fujie
  • 学会等名: The 8th Asian Conference on Computer Aided Surgery (ACCAS 2012)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 20120500
• [学会発表] 熱伝導率と導電率の空気依存性に基づく肺の熱伝導現象の定量化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山崎望, 渡辺広樹, 小林洋, 宮下朋之, 藤江正克
  • 学会等名: ライフサポート学会
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 20120300
• [学会発表] 有限要素法を用いたRFA 中の臓器内血流量推定手法の提案 (2011)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 広樹,山崎 望,小林 洋,宮下 朋之,大平 猛,橋爪 誠,藤江 正克
  • 学会等名: 回日本コンピュータ外科学会大会(JSCAS2011)
  • 発表場所: 神奈川県
  • 年月日: 20111100
• [学会発表] 肺臓内部空気を考慮した温度分布シミュレータによる肺臓RFA の焼灼範囲の検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山崎 望,渡辺 広樹,関 雅俊,小林 洋,宮下 朋之,藤江 正克
  • 学会等名: 回日本コンピュータ外科学会大会(JSCAS2011)
  • 発表場所: 神奈川県
  • 年月日: 20111100
• [学会発表] Estimation of Intraoperative Blood Flow during Liver RF Ablation Using a Finite Element Method-based Biomechanical Simulation (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Watanabe, Nozomu Yamazaki, Yo Kobayashi, Tomoyuki Miyashita, Takeshi Ohdaira, Makoto Hashizume, Masakatsu G. Fujie
  • 学会等名: 33th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society(EMBC2011)
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 20110900
• [学会発表] Palpation Nonlinear Reaction Force Analysis for Characterization of Breast Tissues (2011)
  • 著者名/発表者名: Yo Kobayashi, Mariko Tsukune, Takeharu Hoshi, Tomoyuki Miyashita, Yasuyuki Shiraishi, Tomoyuki Yambe, Masakatsu G. Fujie
  • 学会等名: 33th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society(EMBC2011)
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 20110900
• [学会発表] Evaluation and comparison of the nonlinear elastic properties of the soft tissues of the breast (2011)
  • 著者名/発表者名: Mariko Tsukune, Yo Kobayashi, Takeharu Hoshi, Tomoyuki Miyashita, Masakatsu G. Fujie
  • 学会等名: 33th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society(EMBC2011)
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 20110900
• [学会発表] Development and Evaluation of an Identification Method for the Biomechanical Parameters Using Robotic Force Measurements, Medical Images, and FEA (2011)
  • 著者名/発表者名: Takeharu Hoshi, Mariko Tsukune, Yo Kobayashi, Tomoyuki Miyashita, Masakatsu G. Fujie
  • 学会等名: 33th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society(EMBC2011
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 20110900
• [学会発表] Nonlinear Reaction Force Analysis for Characterization of Breast Tissues (2011)
  • 著者名/発表者名: Mariko Tsukune, Yo Kobayashi, Takeharu Hoshi, Yasuyuki Shiraishi, Tomoyuki Yambe, Masakatsu G. Fujie
  • 学会等名: The 7th Asian Conference on Computer Aided Surgery
  • 発表場所: Bangkok, Thailand
  • 年月日: 20110800
• [学会発表] Thermal conductivity and temperature distribution during radio frequency ablation of lung (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Yamazaki, H. Watanabe, M. Seki, T. Hoshi, Y. Kobayashi, T. Miyashita, M. G. Fujie
  • 学会等名: Computer Assisted Radiology and Surgery 25th International Congress and Exhibition
  • 発表場所: Bangkok, Thailand
  • 年月日: 20110600
• [備考] 早稲田大学 福祉医療工学研究室 藤江研究室 ホームページ
  • URL: http://www.fujie.mech.waseda.ac.jp/
• [産業財産権] 熱伝導率測定システム (2013)
  • 発明者名: 藤江正克,小林洋,山崎望,呂筱薇,磯部 洋佑
  • 権利者名: 学校法人早稲田大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2013-266424
  • 出願年月日: 2013-12-25