臓器熱力学モデルを規範としたRFA焼灼支援技術の開発

現在,肝がんや乳がん,肺がんの治療法として,超音波画像下で腫瘍に電極針を穿刺し,熱を加えることで腫瘍を壊死させるラジオ波焼灼療法(RFA)が注目されている.RFAは従来の外科的切除法に比べ侵襲性が低く,根治性が高い.しかし一方で,超音波画像下では腫瘍と焼灼領域の境界が不明瞭であり,術者が術前に想定した凝固形状・凝固サイズを形成することが困難であるという問題を有する. 本研究の目的は,従来RFAの適用が困難とされてきた任意形状,任意サイズの腫瘍への治療を可能とするRFA 焼灼支援ロボットシステムの開発である.本システムは,臓器の詳細な熱力学モデルを規範とし,現在までのところ,肝臓の熱物性値の温度依存性を定量的に取得している.さらに,熱物性値の温度依存性が患部の温度分布に及ぼす影響について有限要素法により解析した結果,温度依存性の有無によりRFA施行中の腫瘍周辺の温度分布に大きな差異が生じることが分かった.また,シミュレータの妥当性を評価するため,In vivoにてブタ肝臓のRFA焼灼実験を実施した.

【参加大学: 早稲田大学,九州大学病院】 

【主要研究実施者: 早稲田大学 渡辺広樹,九州大学 大平猛】 

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Fig.1 System


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Fig.2 Liver model


n国際会議報告(査読あり フルペーパー)

1.   Hiroki Watanabe, Yo Kobayashi and Masakatsu G. Fujie, Modeling the Temperature Dependence of Thermal Conductivity: Developing a System for Robot-Assisted RFA Therapy”, in Proceedings of 2008 IEEE Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob’08), pp.483-488, 2008

2.   Hiroki Watanabe, Yo Kobayashi, Makoto Hashizume, and Masakatsu G. Fujie, “Modeling the Temperature Dependence of Thermophysical Properties: Study on the Effect of Temperature Dependence for RFA” in Proceeding of the 31st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC’09), pp.5100-5105, 2009

3.    Hiroki Watanabe, Yo Kobayashi, Takeharu Hoshi, Kazuya Kawamura, Masakatsu G. Fujie and Makoto Hashizume, “Integrated System for RFA Therapy with Biomechanical Simulation and Needle Insertion Robot”, in Proceedings of 2009 IEEE/SICE International sympojium on system integration (SII’09), pp.54-59, 2009

4.    Hiroki Watanabe, Nozomu Yamazaki , Yo Kobayashi, Tomoyuki Miyashita, Makoto Hashizume, Masakatsu G. Fujie, “Temperature Dependence of Thermal Conductivity of Liver Based on Various Experiments and a Numerical Simulation for RF Ablation”, in Proceeding of the 32nd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC’10), pp. 3222-3228, 201

5.    Hiroki Watanabe, Yo Kobayashi, Masakatsu G. Fuije, “Organ Biomechanical Simulators for Model based Control of Robotic RF Ablation System”, Proceeding of the 2010 IEEE International Symposium on Micro-NanoMechatoronics and Human Science, pp.95-100, 201

6.  Hiroki Watanabe, Nozomu Yamazaki, Yo Kobayashi, Tomoyuki Miyashita, Makoto Hashizume, Masakatsu G. Fujie, “Estimation of Intraoperative Blood Flow During Liver RF Ablation Using a Finite Element Method-based Biomechanical Simulation”, in Proceeding of the 33rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC’11), pp.7441-7445, 2011 

7.  Nozomu Yamazaki, Hiroki Watanabe, Masatoshi Seki, Takeharu Hoshi, Yo Kobayashi, Tomoyuki Miyashita, Masakatsu G. Fujie, “Modeling the Internal Pressure dependence of Thermal Conductivity of Lung and in vitro Measurement of Temperature during RFA”, in Proceeding of the 33rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC’11), pp.5753-5757, 2011 

 

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