Development of a safe and efficient electrical scalpel by real-time measurement of local tissue stiffness

通过实时测量局部组织硬度开发安全高效的电手术刀

• 批准号: 21K19894
• 负责人: 田中 智久
• 金额: $ 3.99万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19894/
• 关键词: 非線形振動応答; 高周波メス; リアルタイム剛性計測; 超音波加振; 荷重計測; 剛性; 生体組織; センシング; 振動応答; 超音波; 局所剛性計測; 選択的切除

令和4年度は，まず前年度に引き続き軟質複合組織の振動応答について，工学のみならず医学・農学といった広い分野まで広げて文献調査を行った．その結果，数kHz程度までの振動に対する応答計測によって果物の熟成度や柔らかさの非破壊評価を行う研究がいくつか見られた．一方，医学分野では，特に高周波振動を用いた組織の物理特性評価はほとんど行われておらず，数Hzのごく低周波で比較的大きな加振振幅による組織変形による病変識別の例がわずかにある程度であった．上記の調査と並行して前年度より進めていた装置設計を完成させ，基礎的な予備実験により「超音波加振への非線形応答による剛性評価」という本課題の基本コンセプトの確認を行った．前年度で計画した通り，試験片としてシート状で硬さの異なるシリコーンゴムを数種類用いた．加振計測実験のスタートである令和4年度は，加振装置と応答計測装置をそれぞれ別のアセンブリとして（分割型計測システム）装置を構成し，加振方向と計測方向が試験片に対して同方向の場合（同方向計測）と反対方向の場合（反対方向計測）について試験片の振動応答の評価を行った．また，加振周波数は入手が比較的容易で広く用いられる超音波振動子を用いて容易に実現できる40kHz付近とした．まず，加振に対する応答振動の計測可能性を確認したところ，現状の試験装置では加振部と計測部の距離が遠く，同方向計測では十分な感度で計測応答振幅が得られない一方，反対方向計測では評価可能なレベルの測定感度が得られることが確認できた．また，硬さの異なる試験片について，40kHz付近でスイープさせた加振周波数に対応する応答振幅を評価したところ，最大振幅，その最大振幅を与える加振周波数，および加振周波数の変化に対する応答振幅の変化傾向から，試験片の硬さの違いが判別できる可能性がある事がわかった．

In the fourth year of this year, the vibration response of soft composite tissues was investigated in the previous year. As a result, the vibration response of several kHz levels was measured, and the ripeness, softness and non-destructive evaluation of fruits were studied. A medical distinction is made between high frequency vibration and tissue physical characteristics. The frequency of vibration is higher than that of low frequency vibration. The amplitude of vibration is higher than that of tissue shape. The above investigation was carried out in parallel with the previous year's progress in the design of the device, and the basic preparation was carried out in the "rigid evaluation of ultrasonic vibration and non-linear response". The previous year's plan was to test the film's shape and use several types of materials. The vibration measurement device is composed of a vibration applying device and a response measuring device, and the vibration applying device and the response measuring device are composed of a vibration applying device and a response measuring device. The vibration applying direction and the measurement direction are different from each other. The frequency of the ultrasonic oscillator is relatively easy to use, and the frequency of the ultrasonic oscillator is relatively easy to use. In the present test device, the distance between the vibration adding part and the measuring part is far away, and the measurement in the same direction is very sensitive. In the opposite direction, the measurement sensitivity is possible. For hard samples, the maximum amplitude, maximum amplitude, and variation tendency of the response amplitude are evaluated according to the frequency of the excitation cycles at 40kHz. For hard samples, the possibility of discrimination according to the frequency of the excitation cycles is discussed.