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A method for measuring 2D temperature distribution in magnetic nanoparticle-mediated hyperthermia

磁性纳米粒子介导的热疗中二维温度分布的测量方法

基本信息

批准号：
18F18760
负责人：
吉田敬
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-11-09 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18F18760/
关键词：
磁性ナノ粒子温度分布計測高調波磁化

项目摘要

磁性ナノ粒子を用いた癌温熱治療（磁気的ハイパーサーミア）の研究が盛んに行われている。これは、癌細胞に蓄積させた磁性ナノ粒子に交流励起磁界を印加し、磁性ナノ粒子のヒステリシス損による熱により、癌細胞のみを選択的に死滅させるものである。しかしながら、副作用が少なく（正常な細胞を死滅させることなく）、かつ高精度な治療を行うためには、リアルタイムで精度良く磁性ナノ粒子の温度をモニタリングする必要がある。これらの背景を想定し、磁性ナノ粒子の二次元温度分布計測法を開発することが本研究の目的である。磁性ナノ粒子の温度推定は、励起磁界に対する、磁性ナノ粒子の高調波磁化信号を用いて行うが、本年度行った研究成果は以下である。はじめに、磁性ナノ粒子の高調波磁化信号に大きく関与するパラメータである、磁性ナノ粒子サンプル中の磁気モーメント分布の高精度な推定法の開発を行った。次に、低周波数励起磁界下での磁性ナノ粒子の磁化モデルを提案した。従来は、低周波数領域のモデルとしてLangevin関数が用いられてきたが、モデルの精度が温度推定精度に影響を及ぼすため、Fokker-Planck方程式をベースとしたより厳密なモデルの構築を行った。最後に、リアルタイムな温度推定の実現に向け、高周波励起磁界に対する磁性ナノ粒子の高調波磁化信号の測定を行い、緩和時間を無視できない高周波励起磁界下での磁性ナノ粒子の高調波磁化応答の新しいモデルを提案した。これらの成果により、これまでにない磁性ナノ粒子を用いた高精度な温度分布推定法の開発が期待できる。

磁性ナノ粒子を用いた癌温熱治療（磁気的ハイパーサーミア）の研究が盛んに行われている。これは、癌細胞に蓄積させた磁性ナノ粒子に交流励起磁界を印加し、磁性ナノ粒子のヒステリシス損による熱により、癌細胞のみを選択的に死滅させるものである。しかしながら、副作用が少なく（正常な細胞を死滅させることなく）、かつ高精度な治療を行うためには、リアルタイムで精度良く磁性ナノ粒子の温度をモニタリングする必要がある。これらの背景を想定し、磁性ナノ粒子の二次元温度分布計測法を開発することが本研究の目的である。磁性ナノ粒子の温度推定は、励起磁界に対する、磁性ナノ粒子の高調波磁化信号を用いて行うが、本年度行った研究成果は以下である。はじめに、磁性ナノ粒子の高調波磁化信号に大きく関与するパラメータである、磁性ナノ粒子サンプル中の磁気モーメント分布の高精度な推定法の開発を行った。次に、低周波数励起磁界下での磁性ナノ粒子の磁化モデルを提案した。后来，低周波数区域内的非线性动力学方程采用朗之万方程，非线性动力学方程采用精确的温度推定精度测量和修正，福克-普朗克方程采用精确的温度推定精度测量和修正，福克-普朗克方程采用精确的温度推定精度测量。最後に、リアルタイムな温度推定の実現に向け、高周波励起磁界に対する磁性ナノ粒子の高調波磁化信号の測定を行い、緩和時間を無視できない高周波励起磁界下での磁性ナノ粒子の高調波磁化応答の新しいモデルを提案した。これらの成果により、これまでにない磁性ナノ粒子を用いた高精度な温度分布推定法の開発が期待できる。