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ミリ波照射による生体試料の変性の研究
寺中正人
土井昭孚
立川敏明
香川大学医学部医学科
Denaturation by millmeter wave irradiation to a living body
M. Teranaka, A. Doi, T.Tatsukawa,
School of Medicine, Kagawa University,
目的
生体に対するミリ波、サブミリ波のカテーテル照射の基礎研究
方法
[1] 照射光源としてインパットオシレータ（94 GHz, 300mW）を用いた
[2] 測定光源としてガンオシレータ (90 GHz, 15mW ) を用いた
[3] 導波管の直径は５ｍｍ以下
[4] ＡＲ（anti-reflecting：減反射）層による照射効率の調整
[5] ウシ肝臓他の生体とマウス、ラットを試料として照射を行った
結果
[1] （テフロン及び液体）ＡＲ層アンテナの開発
[2] 生物試料からの反射電圧測定による屈折率の概算
ミリ波、サブミリ波の生体に対する特徴
◎水に極めてよく吸収される
◎生物組織に照射した場合、浸透深さが浅く、その表層のみを限定して
加熱することが可能
◎カットオフ波長が短かいため、ｍｍサイズの小口径の導波管を通すこ
とができ、導波管をカテーテルとして用いたミリ波の伝送が可能
◎150GHz程度までは、市販のミリ波接続部品を用いることが出来、位相
の調整などが簡単
◎電磁波であるため、導波管出口の形状がアンテナとして機能し、この
アンテナの形状と照射時間を変化させることで照射範囲の調整が可能
Gyrotron FU IV
Irradiation system of millimeter wave
for biological samples
Measurement system of millimeter wave reflection
for biological samples
Waveguide vent antenna with antireflecting layer of Teflon sheet
      2  
R
1      2 
2
2
2,1
1,0
2
2,1 1,0
2,1 
n2  n1
,
n2  n1
2,1
1,0 




cos (2  )
,
2

cos
(
)
1,0

2,1 1, 0
n1  n0
,
n1  n0
  2n1t cos
(1)
Thin film thickness : t
Reflectance : R ,
Incident angle : q
Refractive index of the coating layer material : n1
Refractive index of the transmitting material : n2
Reflection and refraction of millimeter wave
at anti-reflecting film
90 GHz
14.00
water+0.5teflon
Reflection voltage (mV)
12.00
water+0.1teflon
glycerol+0.5teflon
10.00
oil+0.5teflon
8.00
glycerol+0.1teflon
6.00
hearts
liver
4.00
silicone
silicone
2.00
ethanol+0.1teflon
0.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
Teflon sheet thickness (mm)
Reflection voltage from samples
versus Teflon thickness
5.00
Thermal denaturation by the irradiation using Teflon sheet antennas
with various thickness
90 GHz
1.200
oil-liver
oil-water
reflection voltage (mV)
1.000
0.800
0.600
0.400
0.200
0.000
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
Thickness (mm)
5.0
Reflection voltage from AR layer antenna (plant oil)
6.0
7.0
Table Calculated dielectric constant of various samples at 90 GHz from the observed
reflection voltage R and refraction index n.
Material
R (mV)
Rexp
|e|
n
k
Ethanol
4.16
17.7
4.11
2.96 2.85
1.88
0.758
Glycerol
4.47
19.0
4.56
3.40 3.03
1.96
0.760
Liver
9.23
39.3
~11
~4.0 ~9.8
Heart
9.53
40.5
~12
~6.1 ~11
Water
11.68
49.7
19.2
7.56 17.7
3.66
2.41
Metal Au
20.83
88.6
e’
e’’
t (10-12)
9.37
e∞ ＝ 4.23 and t = 9.31 for water
after S.I.Alekseev and M.C.Ziskin ; Bioelectromagnetics 21 (2000) 264
n

R
n
2
2
 k 2  2ncosq  cos2 q
 k  2ncosq  cos q
2
2
,
n
2
 k  1
2
(after R.W.Ditchburn ; “Light”, Dover Public., New York, 1953, p444 )
k  e

 n i k 
c
n  k  e,
2
2

c
2nk  e
Rreflection voltage (mV)
94.26 GHz, 300mW,
5min irradiation
2.000
1.800
1.600
1.400
1.200
1.000
0.800
0.600
0.400
0.200
0.000
Before irradiation
After irradiation
1
2
3
4
5
6
Position
Change of reflection voltage from rat skin
before and after irradiation
Thermal denaturation of a rat skin by 5 minutes irradiation
まとめ
[1] 新たに開発したAR層アンテナとインパットオシレータを用いて94GHzミリ波に
よる生物試料への照射と熱変性の特徴について調べた
[2] AR層アンテナとガンオシレータを用いて、90GHzミリ波の反射電圧を測定し、
その結果から照射効率の調整が可能であるとわかった
[3] 生物試料として、ウシ肝臓を中心に、ウシ心臓、ラード、ラット、マウスを用いた
[4]アンテナの素材としてテフロン、および植物油を用いた.
[5] 光学理論により、生体試料の誘電率を推定した
今後の方針
[1] アンテナ部の改良による、照射のさらなる高効率化
[2] ミリ波・サブミリ波の医学応用

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