癌温熱療法のための深部局所最適制御加温装置の試作

電磁波ハイパサーミアによる癌治療の分野では、生体深部での局所加温の技術が必要とされている。既に申請者らは、電磁波を生体に照射するアンテナ(アプリケータ)に電磁波集束作用を持たせることで、生体深部の局所加温が可能となることを実験により確認してきた。今年度の本研究ではより実用的で有益な癌治療を施すために、本アプリケータを用いた加温装置及びシステムを提案した。ハイパサーミアの治療に用いる加温装置は、癌組織がある治療部位の温度を、他の正常組織が温度上昇することなく、治療温度に上昇させ制御することが必要である。それゆえ、加温領域の温度分布の制御が癌治療を有効に行う上で重要な問題となる。開発した加温システムは電力システムと冷却システムの2つの制御システムから構成しており、生体内部の深さ方向の2点の温度を設定温度に制御するものである。この2点温度制御方式は、まず発振電力と表面冷却温度を入力とし、深さの異なる2点の温度を出力とする2入力2出力の制御加温モデルを導出する。この導出した加温モデルは干渉項が存在し、このままではコントローラの設計が複雑になりすぎるため、モデルマッチングの理論に基ずいた非干渉化を行い、2入力2出力のモデルを2対の1入力1出力のモデルとして扱えるようにした。この非干渉化されたモデルに対し最適制御を行い、深さ方向2点の温度を設定温度に制御する。本制御法則を加温システムに適応した生体モデルに対する加温実験を行った結果、深さ方向2点の温度を良好に制御できることが確認された。さらに2点の制御温度を変えることにより深さ方向での温度分布が変化でき、加温領域を制御できることが確認された。これは本加温装置及び制御方式を用いることにより、癌組織のみの局所加温を可能にでき、より有効な癌治療を施すことができるものである。

電磁波ハイパサーミアによる癌治療の分野では、生体深部での局所加温の技術が必要とされている。既に申請者らは、電磁波を生体に照射するアンテナ(アプリケータ)に電磁波集束作用を持たせることで、生体深部の局所加温が可能となることを実験により確認してきた。今年度の本研究ではより実用的で有益な癌治療を施すために、本アプリケータを用いた加温装置及びシステムを提案した。ハイパサーミアの治療に用いる加温装置は、癌組織がある治療部位の温度を、他の正常組織が温度上昇することなく、治療温度に上昇させ制御することが必要である。それゆえ、加温領域の温度分布の制御が癌治療を有効に行う上で重要な問題となる。開発した加温システムは電力システムと冷却システムの2つの制御システムから構成しており、生体内部の深さ方向の2点の温度を設定温度に制御するものである。この2点温度制御方式は、まず発振電力と表面冷却温度を入力とし、深さの異なる2点の温度を出力とする2入力2出力の制御加温モデルを導出する。この導出した加温モデルは干渉項が存在し、このままではコントローラの設計が複雑になりすぎるため、モデルマッチングの理論に基ずいた非干渉化を行い、2入力2出力のモデルを2対の1入力1出力のモデルとして扱えるようにした。この非干渉化されたモデルに対し最適制御を行い、深さ方向2点の温度を設定温度に制御する。本制御法則を加温システムに適応した生体モデルに対する加温実験を行った結果、深さ方向2点の温度を良好に制御できることが確認された。さらに2点の制御温度を変えることにより深さ方向での温度分布が変化でき、加温領域を制御できることが確認された。これは本加温装置及び制御方式を用いることにより、癌組織のみの局所加温を可能にでき、より有効な癌治療を施すことができるものである。