癌温熱療法のための深部局所最適制御加温装置の試作

癌症热疗深部局部最优控制加热装置原型

基本信息

批准号：
61850076
负责人：
森真作
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research
财政年份：
1986
资助国家：
日本
起止时间：
1986 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

在使用电磁热疗的癌症治疗领域，需要身体深处的局部加热技术。申请人已经通过实验确认，通过使用电磁波照射身体的天线(施用器)具有电磁波聚焦效果，可以局部加热活体的深层部分。在今年的研究中，我们提出了一种使用该涂抹器的加热装置和系统，以提供更实用和有益的癌症治疗。用于治疗高热的加热装置必须能够控制并升高癌组织所在治疗部位的温度至治疗温度，而不升高其他正常组织的温度。因此，控制加热区域的温度分布是有效进行癌症治疗的重要问题。所开发的加热系统由两个控制系统组成：电源系统和冷却系统，并将生物体内深度方向上的两个点的温度控制在设定温度。这种两点温度控制方法首先推导出以振荡功率和表面冷却温度为输入的两输入、两输出受控加热模型，并输出不同深度两点的温度。该推导的加热模型存在干扰项，如果照此进行，控制器设计会过于复杂，因此我们根据模型匹配理论将其解耦，将2输入2输出模型转换为一对1。现在可以将其视为具有一个输入和一个输出的模型。对此无干扰模型进行最优控制，将深度方向两点的温度控制到设定温度。将该控制律应用于加热系统的生物模型的加热实验结果表明，可以很好地控制深度方向上两点的温度。此外，已证实，通过改变两点的控制温度，可以改变深度方向的温度分布，并且可以控制加热面积。通过使用该加热装置和控制方法，可以仅对癌组织进行局部加热，并且可以进行更有效的癌症治疗。