ハイパーサーミアのためのワイヤレス温度計測・誘導加熱システムの開発と評価に関する研究～感温磁性体の温度検知および加温可能距離の検証～

安藝, 史崇

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ハイパーサーミアのためのワイヤレス温度計測・誘導加熱システムの開発と評価に関する研究～感温磁性体の温度検知および加温可能距離の検証～

https://doi.org/10.20569/00003805

名前 / ファイル	ライセンス	アクション
内容要旨及び審査結果要旨 (294.2 kB)
本文 (4.7 MB)

Item type

学位論文 / Thesis or Dissertation(1)

公開日

2019-06-18

タイトル

ハイパーサーミアのためのワイヤレス温度計測・誘導加熱システムの開発と評価に関する研究～感温磁性体の温度検知および加温可能距離の検証～

言語

jpn

資源タイプ

資源タイプ識別子

http://purl.org/coar/resource_type/c_db06

資源タイプ

doctoral thesis

ID登録

10.20569/00003805

ID登録タイプ

JaLC

アクセス権

open access

アクセス権URI

http://purl.org/coar/access_right/c_abf2

作成者

安藝, 史崇

内容記述（抄録）

内容記述タイプ

Other

内容記述

我が国における悪性新生物による死亡者数は，1981年以降増加の一途をたどっている．通常，肺癌などの末期癌患者には，抗がん剤治療，放射線治療および免疫療法が治療法として選択されるが，これらの手法には副作用を伴うことや患者への奏効率が低いことが報告されている．この欠点を低減し，末期癌患者のQOLを向上する手法として，ハイパーサーミアが注目されている．これは，癌細胞が43～45℃程度で加温されることで抗腫瘍効果を増強する特徴を利用した治療法である．さらに，放射線療法との併用において高い局所腫瘍制御が得られ，抗がん剤治療との併用において効果持続期間を延長させ，両者ともに副作用を増大させることなく対腫瘍効果を増大させる報告がされている．現在，ハイパーサーミアの主要な手法としては誘電加熱法が採用されているが，患部をピンポイントに加温することが困難な点および治療部の温度測定のための温度センサの刺入が欠点としてあげられている．そこで，松木氏らが提唱した埋め込み式ハイパーサーミアに類する「ソフトヒーティング法」に着目した．この手法は，腫瘍内に高周波磁場により発熱する感温磁性体 (Ferromagnetic Implant with Low Curie Temperature: FILCT) を注射し，体外に配置した Drive coil から高周波磁場を印加することで，誘導加熱により患部をピンポイント加温する手法である．さらに，FILCTは一定温度（キュリー点）に到達すると透磁率が低下し発熱が停止する可逆的な性質があるため，温度制御のための温度測定が不要であり，患者への負荷を軽減できるメリットがある．しかしながら，FILCT の発熱効率は低く，Drive coil を体表上に設置して加温する場合，治療可能な温度である約45℃まで発熱する加熱可能距離は1.0cm以内であった．そこで，加熱可能距離を伸長するために，渦電流損により高い発熱効率が期待できる金を FILCT にコーティングした「Au-FILCT」および，高周波磁場下で高い発熱特性を示す Resovist®と FILCT の混合物である「ResoReso-FILCT」が報告されている．しかしながら，金コートおよび Resovist®はタンパク変性を引き起こす50℃を越えても発熱し続けるため温度測定が必要である．そこで，発想を転換し，FILCT を発熱体としてだけではなく，温度計測用プローブとして利用する手法が考案されている．しかしながら，治療時の Drive coil および Pickup coil を想定した配置かつ体内を模擬した環境での治療可能距離は調べられていない．
本論文では，ワイヤレス温度計測・誘導加熱システムを構築し，体内環境を模擬した37℃恒温環境におけるFILCT，Resovist®，Au-FILCT および Reso-FILCTを加熱しながら温度検知が可能となる Drive coil から発熱体までの距離を物理実験により検証することを目的とする．
本システムを構築するにあたり，治療時に印加する高周波磁場を発生させるために，大型の誘導加熱電源EKOHEATを採用した．さらに，異なる距離に設置した2個の Pickup coil に発生する誘導起電力を Circuit box 内の信号重畳回路に入力することで印加磁束のドリフト成分を低減させた重畳電圧を Lock-in Amplifier にて同期検波した．同時に，サンプルの温度をリファレンスデータとして光ファイバー温度計により計測した．これらを3Dプリンタにて製作した相対的な位置姿勢に固定するための骨格となる治具にて一体化した．さらに，サンプルの周囲を断熱材にて密閉し，恒温水槽より37℃の恒温水をシリコンチューブ内に循環することにより，37℃恒温環境を再現したワイヤレス温度計測・誘導加熱システムを構築した．本実験の手順として，初めに高周波磁場を発生させ Circuit box 内の重畳回路の可変抵抗を調節し，重畳電圧をキャリブレーションした．その後，Drive coil 上面からサンプル下端までの距離（以降，サンプルまでの距離と呼ぶ）が1.0cmとなる様にサンプルを設置し，磁場を印加しサンプルの温度が50℃を越えるか300秒経過するまで測定した．その後，サンプルまでの距離を1.0cm刻みで延伸させ，測定開始から300秒経過してもサンプルの温度が45℃に到達しなくなる距離まで測定を続けた．
各発熱体の重畳電圧と温度を上記の条件にて計測した結果，FILCTの治療可能距離は1.0cm以内であったが，Au-FILCTおよびReso-FILCTでは5.0cmまで治療可能距離を延伸することを明らかにした．さらに，距離1.0 cmにおけるFILCT，Resovist®，Au-FILCTおよびReso-FILCTの温度と重畳電圧の関係を比較した結果，Au-FILCTはFILCTの6.1倍の初期温度変化率と1.27倍の重畳電圧の変化量を持ち，Reso-FILCTはFILCTの3.6倍の初期温度変化率と1.28倍の重畳電圧の変化量を持つことを明らかにした．また，距離5.0cmにおけるAu-FILCTおよびReso-FILCTの温度と重畳電圧の関係を比較した結果，Au-FILCTはReso-FILCTの0.75倍の初期温度変化率と2.1倍のS/N比を持つことを明らかにした．さらに，Au-FILCTの45℃における重畳電圧値を閾値として利用することで，LabVIEWにより誘導加熱電源に制御コマンドを送信し自動温度制御可能な「ワイヤレス温度計測・自動定温加熱システム」を構築し，妥当性を物理実験により検証した．その結果，5.0cmの条件であっても温度を一定の範囲に制御可能であることを明らかにした．
本研究により得られた「ワイヤレス温度計測・誘導加熱システムにおけるAu-FILCTおよびReso-FILCTの温度検知と同時に加温を可能とする最大深度」についての知見を利用した「ワイヤレス温度計測・自動定温加熱システム」により，体表面から5.0cmまでの腫瘍に対して本手法によりハイパーサーミアによる治療効果が期待できる．
本論文は全7章で構成されている．第1章を序論とし，本研究の背景および目的について述べる．第2章にて，本論文にて扱うハイパーサーミアの原理について，生理学的および電磁気学的見地から説明する．第3章では，本論文にて利用する「ワイヤレス温度計測手法」について説明する．第4章にて，本論文にて構築した「ワイヤレス温度計測・誘導加熱システム」の構成および要素を明示し，物理実験により構築したシステムの妥当性を検証する．第5章にて，発熱効率を向上させた新規発熱体について明示し，体内環境を模擬した37℃恒温環境を付加したワイヤレス温度計測・誘導加熱システムにて，物理実験により各種発熱体の温度検知および加温可能距離を検証する．第6章にて，37℃恒温環境を付加したワイヤレス温度計測・誘導加熱システムを利用した「ワイヤレス温度計測・自動定温加熱システム」を構築し，物理実験によりシステムの妥当性を検証する．第7章は結論で，本研究により得られた主な知見および今後の課題について述べている．

著者版フラグ

出版タイプ

VoR

出版タイプResource

http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85

書誌情報

発行日 2019-03-21

出版者

秋田大学

学位名

博士（工学）

学位授与機関

学位授与機関識別子Scheme

kakenhi

学位授与機関識別子

11401

学位授与機関名

秋田大学

学位授与年月日

2019-03-21

学位授与番号

甲第1310号

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2023-07-25 11:20:29.590606

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