研究概要
皮膚のシミや初期乳ガンなどの微小な病変を最小限の侵襲で治療するための凍結手術用微小冷却器（極細クライオプローブ）を開発している．このクライオプローブは外径0.55mmで，通常の注射針と同じサイズである．二重管構造で，それぞれの管の長さ，径を選定することにより，断熱条件下で-50℃を達成した．また，生体組織を模擬した37℃の寒天の冷却実験より十分な凍結領域を得られることが確認された．
極細クライオプローブとその冷却試験
Figure1に極細クライオプローブと一般的な皮下注射針との比較の写真を示す．極細クライオプローブはステンレス製の内管および外管により構成された二重管構造を有している．内管は内径0.07mm，外径0.15mm，外管は内径0.30mm，外径0.55mmとなっている．冷媒には代替フロンHFC-23(大気圧下の沸点，−82.1℃)を用いる．
高圧液体状態の冷媒は内管を通り，内管出口における膨張過程を経て外管を冷却する．内管内部では狭い流路のため大きな摩擦圧力損失が生じ，冷媒の圧力を減少させる．そのため，外管に至る過程で二相流に変化する．冷媒は圧力4.2MPa，温度25℃で供給する．数値解析により冷媒の状態変化を計算したところ，高圧液体状態の冷媒は極細クライオプローブ先端で圧力0.4MPa，温度-50℃となっていることが明らかになった。
Movie1に生体を模擬した37℃の寒天の凍結実験の様子を示す．先端から徐々に凍結領域が拡大していく様子がわかる．直径1cm程度の大きさの凍結領域を作り出すことが明らかになった．
Fig.1 極細クライオプローブと注射針
Movie 1 極細クライオプローブによる寒天凍結実験
研究業績
| J. Okajima, A. Komiya, S. Maruyama |
| Evaluation of Characteristics of Phase Change Heat Transfer in Ultrafine Cryoprobe |
| Journal of Flow Control, Measurement & Visualization, Vol. 2, No. 2, pp. 55-66, 2014. |
| J. Okajima, A. Komiya, S. Maruyama |
| Experimental and Numerical Evaluation of Small-Scale Cryosurgery Using Ultrafine Cryoprobe |
| Proceedings of ASME 2013 4th International Conference on Micro/Nanoscale Heat and Mass Transfer, pp. MNHMT2013-22119, 2013. |
| 岡島淳之介, 小宮敦樹, 円山重直 |
| 冷媒循環システムを利用した極細クライオプローブによる凍結領域制御 |
| 日本機械学会2011年度年次大会講演論文集, p. J024023, 2011. |
| J. Okajima, A. Komiya, S. Maruyama |
| Development of ultrafine cryoprobe for cryosurgery in small scale |
| Low Temperature Medicine, Vol. 36, p. 35, 2010. |
| J. Okajima, A. Komiya, S. Maruyama |
| The effect of capillary tube on cooling performance of ultrafine cryoprobe |
| Proceedings of Seventh International Conference on Flow Dynamics, pp. 496-497, 2010. |
| J. Okajima, S. Maruyama, H. Takeda, A. Komiya, J. Sangkwon |
| Cooling Characteristics of Ultrafine Cryoprobe Utilizing Convective Boiling Heat Transfer in Microchannel |
| Proceedings of 14th International Heat Transfer Conference, pp. 297-306, 2010. |
| 岡島淳之介, 武田洋樹, 小宮敦樹, S. Jeong, 円山重直 |
| 極細クライオプローブ内における冷媒の沸騰伝熱過程の解析 |
| 第47回日本伝熱シンポジウム講演論文集, Vol. 1, pp. 215-216, 2010. |
| J. Okajima, H. Takeda, A. Komiya, S. Maruyama |
| Possibility of micro-cryosurgery utilizing cooling needle |
| Proceedings of 16th International Conference on Mechanics in Medicine and Biology, pp. 6B-2, 2008. |
| 岡島淳之介, 武田洋樹, 小宮敦樹, 円山重直 |
| 微小凍結手術用冷却針による生体組織凍結現象の解析 |
| 第45回日本伝熱シンポジウム講演論文集, pp. 259-260, 2008. |
| J. Okajima, S. Maruyama, A. Komiya |
| Evaluation of the Relation between Frozen Regions and Heat Transfer Coefficient of Cooling Needle |
| Proceedings of Fourth International Conference on Flow Dynamics pp. 7-3, 2007. |