2018 Fiscal Year Annual Research Report
Microscopic interaction of laser light and skin tissue in plastic surgery
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18H01389
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山田 純 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (40210455)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 嘉恵 日本大学, 理工学部, 助教 (10772741)
河野 貴裕 芝浦工業大学, 工学部, 助教 (30801790)
江目 宏樹 山形大学, 大学院理工学研究科, 助教 (80785551)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | パルスレーザー / 形成外科 / 生体 / シミ / 色素沈着 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，シミやあざ，傷跡などのレーザー治療に資する，皮膚生体組織とレーザー光の相互作用を定量的に把握できる数値解析モデルの開発を目的とする．皮膚内で生じる具体的な相互作用としては，皮膚内部を伝播するレーザー光が，シミやあざの原因となる，離散的に分布するメラニン顆粒に吸収され，組織が非一様に加熱されることがあげられる。研究初年度にあたるこの年度では，まず，皮膚を角質層，表皮，基底層，真皮を有する層構造からなる連続体と仮定し，ふく射の輸送方程式を解くことで，皮膚内のレーザー光の伝播を把握できる解析コードを完成した．この解析には．MonteCarlo法が用いられている。
以上の解析に加えて，レーザー光と皮膚組織の相互作用を把握するには，メラニン顆粒に吸収されたエネルギーにより，皮膚組織が加熱される様子を詳細に調べる必要がある。そのための伝熱解析コードの開発に着手した。
さらに，この年度では，ふく射輸送方程式に現れるふく射物性を計測するための装置の開発に着手した。本研究では，皮膚の層構造を考慮して，それぞれの層のふく射物性値を求める必要がある。ここでは，これまでの皮膚を一様と仮定したふく射物性値同定法を，層構造をもつ実際の皮膚に適応できる計測装置の開発に着手した。この装置の開発には，装置の性能を検証するための予備的な計測・シミュレーションを通じて，光学部品の選定を行う必要がある。この年度では，その光学部品の選定が完了した。
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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
2018年度は，皮膚の層構造毎のふく射物性を計測するための装置の開発をおこなってきたが，この装置の開発には，装置の性能を検証するための予備的な計測・シミュレーションを通じて，用いられる光学部品の選定を行う必要がある。当初の予定では，12月までに終了を予定していたが，予備的計測で十分な性能が確認できなかったために，再設計を余儀なくされた。そのために，装置に用いる光学部品の選定に遅れが生じた。しかしながら，2019年前半に，この遅れは取り戻されており，現在は，予定通りに研究が進められている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，2018度に開発に着手した電熱解析モデルを精緻化するとともに，レーザー光の伝播モデルと伝熱モデルのカプリングを検討，その妥当性を調べる。
また，皮膚の光物性分布の計測に関して，計測装置の光学設計に引き続き，構造設計を行うとともに，物性値同定のための逆解析用ソフトフェアの開発を行う．この装置およびソフトウェアの有用性を検証するための準備として，まずは，層構造を有する人工皮膚を製作し，実際にその光物性値分布の計測を試みる．
さらに，この年度では，極短パルスレーザーを照射した際に，発生すると考えられる衝撃波とその伝播を予測できる数値解析モデルについて検討を開始する．
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