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論文

1/2インチ配管内の検査補修用レーザー加工ヘッドの開発

小松 和三*; 関 健史*; 長縄 明大*; 岡 潔*; 西村 昭彦

保全学, 16(3), p.89 - 95, 2017/10

原子炉伝熱管内壁検査補修技術として1インチ内径の伝熱管の内壁を検査補修できるレーザー加工ヘッドの検査改良を行った。次世代高速炉では1/2インチ内径の伝熱管が使用されることから、これに対応したレーザー加工ヘッドを設計した。光ファイバスコープを中心に据え、中心軸上に据え付けた45度のミラーを直動方向と回転方向の2方向に移動させる定在波型アクチュエーターを組み込んだ。試作機は良好に動作し、1/2インチ内径の伝熱管の内壁を観察補修できる性能を有することが試験により明らかとなった。

論文

双胎間輸血症候群における胎児レーザー治療の現状と展望

山下 紘正*; 岡 潔; 山中 紀明*; 関 健史; Kim, K.*; 桑名 健太*; 正宗 賢*; 長縄 明大*; 土肥 健純*; 千葉 敏雄*

日本レーザー医学会誌, 33(2), p.122 - 130, 2012/08

原子力機構では配管内の保守・保全を目的として、配管内作業ツールの検討を行っている。本ツールに搭載する複合型光ファイバスコープは、観察とレーザー導光の光軸が同一である。これにより、対象となる狭い配管内での溶接・切断作業においても、目標位置での的確な作業を容易に行うことができる。一方、国立成育医療センターでは、胎児外科手術のうち、双胎間輸血症候群の治療に興味を持ち、レーザー治療の研究を進めている。本件は、原子力機構がこれまでに開発した複合型光ファイバ技術をもとに、胎盤上の血管を観察しながら、同時に、吻合している血管をレーザー光で焼灼して血流を断ち切るためのツール開発を担当し、国立成育医療センターをはじめとした、東京大学,東京電機大学などが別手段で治療方法を検討し、総合的に双胎間輸血症候群に対する治療方法を研究した成果についてまとめたものである。

論文

小腸内圧計測制御装置の開発

長縄 明大*; 岡 潔

立石科学技術振興財団助成研究成果集,21, p.74 - 77, 2012/00

原子力機構では配管内の保守・保全を目的として、配管内作業ツールの検討を行っている。本ツールは目的の場所までの自律移動が求められる場合がある。また、配管内でのツール自身の固定及び漏洩検査等を行うことも想定され、自律移動方法の検討及び漏洩検査のための配管内塞栓方法の検討を進めている。具体的には、空気及び水を注入したバルーンを利用して移動及び配管内固定の際の圧力測定方法の研究を進めている。一方、本手法は医学利用にも応用可能である。医学会では、機能性消化管障害や機能性イレウスなど小腸運動が関与する疾患に関して、小腸運動を評価する方法が模索されている。この目的のため、医療用イレウスチューブを用いて一般健常者3名による小腸内の圧力測定を行い、小腸運動の解明を試みた。その結果、小腸における自動運動と蠕動運動と考えられる波形を捉えることができた。本研究はバルーン内の圧力測定方法を一般化し、原子力における技術を医学利用に応用した一例である。

論文

A Novel ultrasmall composite optical fiberscope

岡 潔; 関 健史; 長縄 明大*; Kim, K.*; 千葉 敏雄*

Surgical Endoscopy, 25(7), p.2368 - 2371, 2011/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:24.48(Surgery)

さまざまな手術に適用可能なツールとして、中心部にレーザー焼灼が可能な光ファイバを配置し、周辺部に画像伝送と照明光を伝送可能な光ファイバを配置した外径1.1mmの極細径複合型光ファイバスコープを開発した。本装置の有効性を確認するため、豚の腸間膜血管を使用したレーザー照射試験を実施した。このとき、高速度カメラを使用してその映像を取得するとともに、レーザー照射による血管の収縮状況を確認した。その結果、レーザー照射後の血管は81.7%の血流の減少と、46-48%の血管収縮を確認した。これらの結果から、本装置はあらゆる医療領域に適用可能であることを示した。

論文

イレウスチューブバルーン内圧のセルフチューニング制御

関 健史*; 長縄 明大*; 岡 潔; 芳野 純治*

計測自動制御学会産業論文集, 10(2), p.7 - 16, 2011/05

小腸内検査はダブルバルーン内視鏡やカプセル内視鏡で行われるが、小腸内に癒着や閉塞が存在する患者に対して適用することは困難である。そこで、著者らはこれらの症状のある患者に対して適用可能な、イレウスチューブと外径1.1mmの光ファイバスコープを組合せた新しい小腸内視鏡を開発した。本内視鏡は、イレウスチューブ先端に配置されるバルーンの内圧を制御しながら、一定速度でチューブを引き抜くことにより、小腸の全域検査が可能となる。これまでの研究により、イレウスチューブと医療用シリンジを組合せたバルーン内圧制御装置を開発し、その制御性能を検証した。本研究では、臨床で医師が用いる多種多様なシリンジに対して制御性能を保持させるため、逐次最小2乗法を用いた新しい2自由度制御系の設計を行い、本手法の効果を検証するための制御検証試験を行った。目標値応答特性では、バルーン内圧は規範モデル出力によく一致し、整定時では$$pm2%$$以内の制御精度が得られた。加えて、PID制御手法ではシリンジの違いによる影響が生じる外乱抑制特性に対しては、提案する制御手法を用いることで、その問題を解決することができた。

論文

シリンジを用いたイレウスチューブのバルーン内圧制御

関 健史; 長縄 明大*; 岡 潔; 石川 信治*; 芳野 純治*

日本機械学会論文集,C, 76(766), p.1645 - 1647, 2010/06

近年、ダブルバルーン内視鏡やカプセル内視鏡の開発により、小腸内の全域検査が可能になってきたが、これらの内視鏡は癒着や狭窄があるイレウス患者に対して適用が制限される場合がある。そこで著者らはイレウスチューブの内腔に外径1.1mmの極細光ファイバスコープを挿入し、イレウス患者へ適用可能な新しい小腸内視鏡の研究開発を行っている。本内視鏡では、イレウスチューブのバルーン内圧を調整しながら一定速度で体内からチューブを引き抜き、小腸全域を検査することを検討しており、これまでに、イレウスチューブのバルーンと水圧シリンダを用いた内圧制御システムを開発し、その有用性を確認した。本研究では、制御システムの小型化や衛生面や向上を目的として、医療用シリンジを用いた制御システムを構築し、その制御性能を検証した。その結果、目標値応答特性では目標値に対して$$pm$$0.5%以内の制御精度が得られ、外乱に対する影響を12%以内に抑えることができた。

論文

内視鏡画像における組織形状計測システムの開発と基礎検証

岡 潔; 関 健史*; 内藤 岳人*; 渡邉 真也*; 若林 貴夫*; 長縄 明大*; 乾 和郎*; 芳野 純治*

日本画像医学雑誌, 28(1), p.12 - 24, 2010/05

これまでに開発してきた「胎児外科治療用レーザー鉗子型内視鏡」に搭載した距離計測機能に着目し、従来使用されている上部消化器内視鏡との組合せにより、胃内の病変部の形状計測を行うことを提案した。すなわち、対象の形状を簡易的に計測可能な機能を内視鏡に付加する代わりに、システム全体は可能な限りシンプルな構成とし、従来の内視鏡をそのまま使用可能にすることでシステム全体の低コスト化を図った。さらには、別途開発を進めた外径$$phi$$1.1mmの複合型光ファイバスコープを従来の内視鏡に組み込むことで、本ファイバの特徴である、(1)ファイバスコープ映像の取得,(2)治療用レーザーの照射,(3)半導体レーザーによる距離計測及び血流計測を同時に行える機能をそのまま従来の内視鏡に付加できることを提案した。また、健常者の胃壁に対して本システムを適用する臨床試験を実施し、実際に適用可能であることを示した。

論文

双胎間輸血症候群における胎児鏡レーザー照射制御; In vivo実験による血流遮断の検証

関 健史*; 長縄 明大*; 岡 潔; 千葉 敏雄*

計測自動制御学会産業論文集, 9(10), p.70 - 75, 2010/04

双胎間輸血症候群の治療方法のひとつとして胎児鏡胎盤吻合血管レーザー凝固術がある。しかしながら、血流計測や胎盤吻合血管からファイバ先端までの距離の把握など、このレーザー照射治療には高度な内視鏡技術を必要とするが、治療に関する明確な指針がない。著者らはファイバの中心に焼灼用レーザー導光用ファイバを配置し、その周りに映像伝送用光ファイバを配置した複合型光ファイバスコープ(外径2.2mm)の研究開発を行っている。レーザーの伝送効率が非常に高く(84.7%)、照射部からファイバ先端までの距離が10mmの場合、レーザー出力20$$sim$$40Wでは、ほぼ一定の大きさの焼灼性能を有している。さらに、前稿では胎盤の血流遮断のための基礎試験として、熱電対を用いたレーザー出力制御を豚レバーに対して行い、$$pm$$0.3$$^{circ}$$Cの精度で照射部の温度を制御できた。本研究では、温度管理を行いながらレーザー出力制御を行うため、血流が存在する豚の腸間膜血管に対してレーザー照射を行った。その結果、目標温度60, 70$$^{circ}$$Cに対して、熱電対を用いたフィードバック制御システムにより17Wの低出力で温度保持(0$$sim$$-2.0$$^{circ}$$C)を行うことができた。さらに、レーザー式血流計によりレーザー照射前後の血流を計測し、血流が遮断していることを定量的に確認した。

論文

The Development of a composite-type optical fiberscope system for fetoscopic laser photocoagulation of chorionic plate anastomosing vessels (FLPC)

岡 潔; 関 健史; 長縄 明大*; 山下 紘正*; Kim, K.*; 千葉 敏雄*

Minimally Invasive Therapy and Allied Technologies, 19(2), p.94 - 99, 2010/04

 被引用回数:6 パーセンタイル:31.9(Surgery)

双胎間輸血症候群の治療に適用可能な、複合型光ファイバスコープを用いた新しいレーザー治療器を開発した。この複合型光ファイバスコープ(外径2.2mm)は、中心部に外径0.1mmのレーザー照射用の光ファイバを配置し、周辺部に画像伝送用の光ファイバを配置している。この光ファイバスコープは、40WのYbファイバレーザーの伝送が可能で、ファイバスコープの先端部に取り付けた2つのレンズにより、10mmの焦点距離で映像を見ることが可能である。本研究では、豚の腸間膜血管にレーザーを照射し、通常の外径0.6mmの光ファイバと比較した結果を述べる。実験の結果、通常の0.6mmファイバと比較し、遜色なく適用可能であることが明らかとなった。

論文

イレウスチューブを用いた小腸全域検査のためのバルーン内圧制御

関 健史*; 長縄 明大*; 岡 潔; 芳野 純治*

日本コンピュータ外科学会誌, 12(1), p.33 - 42, 2010/03

腸閉塞患者向けのイレウスチューブ型小腸内視鏡の開発を行っている。このイレウスチューブ型小腸内視鏡を用いて小腸内全域検査を行う方法は、体内から内視鏡を抜去する際に、イレウスチューブ先端のバルーン内圧力を調整して腸管を適切に把持し、手繰り寄せた状態の腸管を少しずつ解放しながら一定の速度で引き抜くことにより検査を行うものである。本研究では、小腸内全域検査を行う際にバルーン内圧力を適切に制御するための制御ユニットを開発し、その性能を検証した。まず、バルーン内圧を設定圧力にするため、目標圧力応答試験を行った結果、0.6%以内の制御精度で追従させることができた。また、腸管からバルーンへ加わる内圧変化を除去する基礎検証として行った試験では、制御を行わない場合と比較して、圧力変動を20分の1程度に抑えることができた。さらに、腸管を模擬したモデルに挿入し引き抜き試験を行ったところ、バルーン内圧を変化させず一定に保持することができ、安定した引き抜きを行うことができた。以上の結果から、イレウスチューブ型小腸内視鏡に制御ユニットを組み込むことで、内視鏡を一定速度で引き抜きながら小腸内全域検査を行える可能性を示すことができた。

論文

Blood flow measurement system for fetoscopic laser photocoagulation of chorionic plate anastomosing vessels (FLPC)

関 健史*; 岡 潔; 長縄 明大*; 山下 紘正*; Kim, K.*; 千葉 敏雄*

Minimally Invasive Therapy and Allied Technologies, 18(6), p.350 - 355, 2009/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:16.96(Surgery)

双胎間輸血症候群(TTTS)の治療方法のひとつとして胎児鏡胎盤吻合血管レーザー凝固術(FLPC)が適用される。本治療の最終目的は、胎盤上にある特定の吻合血管の血流を遮断することである。しかしながら、血流を計る術がないため、治療がうまくいったかどうかは医者の経験や勘により判断されている。一方、著者らはファイバの中心に焼灼用レーザー導光用ファイバを配置し、その周りに映像伝送用光ファイバを配置した複合型光ファイバスコープ(外径2.2mm)の研究開発を行っている。本ファイバは、50WのYbファイバレーザーを導光することが可能である。Ybファイバレーザーはファイバ先端に配置された2枚のレンズにより10mm先の位置で集光される。本研究では、複合型光ファイバスコープと血流計を組合せ、本ファイバを豚の腸間膜血管に対して焼灼用レーザーを照射しながら血流を計測した。その結果、レーザー照射前後の血流を定量的に計測することができ、本システムにより血流遮断を確認できた。

論文

イレウスチューブを用いた小腸内圧計測システムの開発

石川 寛子; 岡 潔; 長縄 明大*; 芳野 純治*; 若林 貴夫*; 渡邊 真也*; 内藤 岳人*

日本機械学会論文集,C, 75(756), p.2359 - 2361, 2009/08

消化管では、機能的疾患の診断,重症度の判定,治療方針の決定,治癒の判定を目的とし内圧計測が行われている。小腸も種々の方法による内圧計測が行われてきたが、これらの方法は患者への苦痛や負担を伴う場合があることや、電気的要素を体内に取り込む場合もあることから、あまり好ましくない。そこで本研究では、腸閉塞の治療に使われるイレウスチューブを用いて、患者への負担がなく、無侵襲に小腸の内圧を計測するシステムを開発した。また、その装置の基礎性能試験を行ったところ、約2.8秒の整定時間でバルーンにかかる圧力を計測できることを確認した。

論文

双胎間輸血症候群における胎児鏡レーザー照射制御; 温度センサを用いた性能検証

長縄 明大*; 岡 潔; 鈴木 克征*; 関 健史*; 千葉 敏雄*

計測自動制御学会産業論文集, 7(8), p.53 - 59, 2008/07

近年、双胎間輸血症候群に対して、胎盤表面の吻合血管を内視鏡で観察しながらレーザーで凝固し、血流を遮断する治療が行われている。しかし、この手術では胎盤表面とレーザーファイバ先端間距離を適切に調整することが難しい。距離は血流遮断に大きな影響を与えるため、適切な距離を保ちながらレーザー出力を制御する必要があると考えられる。本研究では、治療用レーザーファイバと観察用ファイバを同軸上に配置した複合型ファイバを用い、胎盤表面とファイバ先端間距離を一定に保ちながら、レーザー照射される被照射物の温度管理を行い、適切な血流遮断を行う方法について検討を行っている。本論文では、レバーを用いたレーザー照射実験において、温度センサを用いたフィードバック制御系を構成し、豚レバーに対して照射した実験結果について述べる。

論文

Composite-type optical fiberscope for laser surgery for twin-to-twin transfusion syndrome

岡 潔; 長縄 明大*; 山下 紘正*; 中村 哲也*; 千葉 敏雄*

Lecture Notes in Computer Science 5128, p.251 - 259, 2008/00

双胎間輸血症候群や胎児脊髄髄膜瘤等の先天性疾患の場合、出生後の治療には限界があり、一部の症例では胎児への治療、特に胎児内視鏡による外科治療が求められていたが、この治療が狭い空間である子宮内(羊水中)に浮遊する胎児を対象とすることから、現在の内視鏡手術機器には高度な技術的進歩が必要とされてきた。そこで本研究では、レーザー照射機能と観察機能を一体化した複合型光ファイバ技術(原子力機構が所有する特許)を医療機器に活用し、目視観察機能と患部を焼灼するためのレーザー照射機能を小型一体化した、「レーザー照射機能を有する極細径内視鏡」の開発を行った。本装置は外径2.2mmのレーザー照射機能と観察機能が一体化した内視鏡システムであり、本システムを使用して基本性能試験を行った結果、通常の光ファイバを使用したレーザー焼灼と比較し、複合型光ファイバスコープはレーザー出力の変動によらず、焼灼痕の大きさと深さが常に一定であり、安定した焼灼が可能であることが示された。

口頭

TTTSに対するFLPCのためのレーザー内視鏡の高機能化

岡 潔; 中村 哲也*; 植田 裕久*; 鳥谷 智晶*; 妻沼 孝司*; 長縄 明大*; 渡邊 慎介*; 石山 昭彦*; 山下 紘正*; 千葉 敏雄*

no journal, , 

双胎間輸血症候群(TTTS)に対し、われわれは胎盤付着部位にかかわらず、低侵襲で安全・確実な胎児鏡下胎盤吻合血管レーザー凝固術(FLPC)を可能とするため、胎児外科治療用レーザー内視鏡装置(複合型光ファイバスコープ)の開発を行っている。本件では、これまでに製作した複合型光ファイバスコープシステムに、(1)対象までの距離計測機能,(2)標的血管の血流計測機能を付加した。検証のため、豚を使用したin vivo実験を実施し、レーザー照射中に画像観察を行いながらリアルタイムに焼灼度を調節できることを確認した。また、焼灼した血管をマイクロスコープで観察し、レーザー焼灼により血管径が約1mmから0.28mm(1/3以下)に収縮し、血流が停止していることを確認した。併せて、5-20mmの範囲で腸間膜までの距離計測がリアルタイムに可能となることを確認し、血流の減少及び停滞の様子も定量的に把握できた。以上より、複合型光ファイバスコープシステムの応用により、(1)画像観察,(2)距離計測,(3)血流計測,(4)レーザー照射をシームレスに行えることを示した。

口頭

イレウスチューブのバルーン内圧制御系の設計

関 健史*; 長縄 明大*; 岡 潔; 芳野 純治*

no journal, , 

小腸は空腸と回腸からなる全長約3mの消化器であるが、空腸と回腸は腸間膜のみで後腹壁に固定されているため任意の方向に動いてしまい、従来の内視鏡では検査が困難であった。このため、近年ではダブルバルーン内視鏡やカプセル内視鏡の開発により、小腸全域検査が可能となったものの、これらの内視鏡は、腸閉塞の患者に適用することはできない。そこで著者らは、イレウスチューブに外径1mmの極細光ファイバスコープを組合せ、腸閉塞の患者にも適用できる新しい小腸内視鏡の研究開発を行っている。本手法では体内に挿入されたイレウスチューブを体外に引き抜く際に小腸全域検査を行うことを計画している。本研究では、イレウスチューブを体外に引き抜く際に、手繰り寄せている腸管を徐々に開放するためのバルーン内圧を制御するシステムを構築し、基礎的な性能検証を行ったのでその結果について報告する。

口頭

胎児鏡レーザー照射制御による血流遮断の定量評価

関 健史*; 長縄 明大*; 岡 潔; 山下 紘正*; 千葉 敏雄*

no journal, , 

焼灼用レーザーファイバを観察用ファイバの中心に配置した複合型光ファイバを用いたレーザー治療装置の研究開発を行っている。本装置では、常に視野中心に血管を捉えながら正確なレーザー照射を行えるだけでなく、ファイバ先端からの距離を計測できるためビームウエスト部での焼灼が可能である。これまでIn vivo実験として、実際に血液が流れている豚の腸間膜血管に対してレーザー照射部の温度管理を行いながらレーザー出力の制御を行い、その有効性について検証してきたが、血流が遮断されたかどうかは目視のみによる評価であった。本研究では、血流遮断の評価を定量的に行うため、レーザードップラー方式の血流計を用いて血管へのレーザー照射前後の血流を測定し、血流遮断に関する評価を定量的に行った結果について述べる。

口頭

Development of minimally invasive laser device using composite-type optical fiberscope of 1.1 mm in diameter

関 健史*; 岡 潔; 長縄 明大*; 千葉 敏雄*

no journal, , 

従来の内視鏡レーザー手術は2次元の画像情報が得られるのみであり、対象物との間の距離を維持しつつ効果的なレーザー照射を行うことは困難である。また、最適なレーザー出力の決定と照射後の定量的な状況把握は困難であり、術者の技能及び経験に依存するところが大きい。このような背景の下、われわれはレーザー光と画像を並行して伝送することが可能な、外径1.1mmの複合型光ファイバを開発し、低侵襲レーザー治療システムへの適用を行った。本システムは、複合型光ファイバスコープ,カップリング装置,レーザー源,血流計などから構成される。複合型光ファイバスコープは約9000本の光ファイバ(9000画素と同等)で対象物の映像伝送を行い、その中心に配置した0.1mmの光ファイバで50WのYbファイバレーザーを伝送することができる。同時に、システムに組み込んだ血流計を利用して対象物の血流を計測可能である。本件では、新規に開発したシステムの概要と基礎性能試験の結果を述べ、低侵襲レーザー治療システムの有効性を示す。

口頭

レーザー照射機能を有する外径1.1mmの光ファイバスコープの開発とその有用性

岡 潔; 関 健史*; 長縄 明大*; 千葉 敏雄*

no journal, , 

内視鏡下で行うレーザー治療術は、内視鏡とレーザーファイバを個別に操作し、対象にレーザーの照準を合わせる必要があるため、高い医療技術が求められる。そこでわれわれは、内視鏡映像の中心にレーザーファイバを配置して一体化させた外径1.1mmのレーザー照射機能付き光ファイバスコープを開発した。今回、in vivoによる豚腸管膜血管に対して空気中及び生理食塩水中下でレーザー光を照射し、照射部下流側に配置したレーザードップラ血流計のプローブにより照射前後の血流を計測した。また、照射箇所の様子を超高速度カメラで撮影した。その結果、10-40Wのレーザー光を血管に照射したところ、内視鏡映像の中心に血管を捉えながら血管径を十分に収縮させることができ、血流の減少及び停滞の様子も確認できた。さらに、超高速度カメラにより血管収縮の過程を捉えることに成功し、本ファイバの有用性が確認できた。なお、レーザー照射中に照射部近傍から黒い筋状の物質が血管中を流れる現象が認められた。

口頭

シリンジを用いたイレウスチューブのバルーン内圧制御

石川 信治*; 関 健史*; 長縄 明大*; 岡 潔; 芳野 純治*

no journal, , 

現在、小腸内を診断する方法として、ダブルバルーン内視鏡やカプセル内視鏡が注目されているが、これらの内視鏡は癒着や狭窄があるイレウス患者に対して適用が制限される場合がある。そこで著者らはイレウスチューブの内腔に外径1.1mmの極細光ファイバスコープを挿入し、イレウス患者へ適用可能な新しい小腸内視鏡の研究開発を行っている。本内視鏡では、腸閉塞治療後に体内から引き抜く際に、イレウスチューブのバルーン内圧を調整しながら手繰り寄せられた腸管を一定速度で解放させ、小腸全域を検査することを検討している。これまでに、イレウスチューブのバルーンと水圧シリンダを用いた内圧制御システムを開発し、その有用性を確認した。本研究では、衛生面や患者への配慮を行い、病室への持ち込みを可能にする装置を検討する目的で、医療現場で用いられる汎用シリンジを用いた制御システムを構築し、その制御性能を検証した。その結果、制御を行わない場合では、基準圧力より約2.6kPaの圧力上昇が生じ、その状態で整定したのに対して、制御を行った場合では、最大約2.2kPaの圧力上昇が起こったが、加圧開始約5秒後には初期圧力に整定させることができ、本手法の有効性が確認できた。

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