| Project/Area Number |
21H01337
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21030:Measurement engineering-related
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
長谷川 英之 富山大学, 学術研究部工学系, 教授 (00344698)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
八木 邦公 金沢医科大学, 医学部, 教授 (30293343)
長岡 亮 富山大学, 学術研究部工学系, 准教授 (60781648)
高雄 啓三 富山大学, 学術研究部医学系, 教授 (80420397)
大村 眞朗 富山大学, 学術研究部工学系, 助教 (90897703)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
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| Keywords | 超音波 / 温度計測 / 非侵襲 |
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| Outline of Research at the Start |
腫瘍のハイパーサーミア治療などにおいて，生体内部の温度上昇の非侵襲的モニタリング手法が求められているが，未だ確立された手法は存在しない．本研究では，加温に伴う生体組織の音響特性のわずかな変化を，生体内部からの超音波散乱波を統計的に解析することにより検出し，生体内の温度変化を非侵襲的に推定する革新的手法の研究開発を行う．また，電磁的加温手法と組み合わせ，電磁的に加温されやすい部位を可視化することにより，生体組織の音響的特性だけでなく，電気的，熱的特性も可視化することができる全く新しい非侵襲的イメージング手法の可能性も探る．
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度の基礎的検討から，温度上昇により生体組織に発生しうる程度の体積変化により超音波散乱体の密度が変化し，超音波散乱波の統計的性質が変化すること，およびその統計的性質の変化を，受信超音波信号振幅の頻度分布を表現する仲上分布の形状パラメータの変化により検出しうることを明らかにした．一方，統計量の推定は超音波音場の影響を受けると考えられた．超音波画像を得るためにはビームフォーミング処理が必要であり，その際の空間分解能はビームフォーミング処理における音場に依存する．推定結果を安定させるためには，空間的に均一な音場を生成する必要がある．送信においては，1送信につき1点の焦点しか形成できないため，開口幅や焦点位置などの最適条件を決定した．また，送信で空間分解能を優先しようとするとフレームレートが低下して体動の影響を受けやすくなることから，送信回数を増やさずに行える受信多段フォーカスおよびFナンバ固定により音場の均一化を図り，統計量推定の安定化に寄与することを検証した．
上述の検討により，可能な限り均質な音場および高いフレームレートの実現を図ったが，その場合でも体動の影響は受けると考えられる．したがって，動き補正方法の検討も行った．動き追跡方法としては，画像処理分野で一般的なブロックマッチング法を用いた動き補正方法を検討し，数値シミュレーションおよび基礎実験により動き補正による統計量推定の精度向上を検証した．また，現状では仲上形状パラメータの時間微分値を用いて温度変化にともなう変化量を評価しているが，微分操作は体動などの雑音に弱いと考えられるため，仲上形状パラメータそのものを内部温度状態を示す指標として用いる可能性について検討を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
年度当初に計画として挙げた，超音波音場の最適化と動き補正方法に関する研究開発が予定通り進捗しており，おおむね順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度，体動の影響を補正するための動き補正方法の検討を行った．動き追跡方法としては，解析における関心領域の追跡分解能はピクセルサイズ（超音波信号の標本化間隔）で十分であると考えられたためブロックマッチングをベースに検討している．一方，体動は2次元超音波画像の断面と直交する方向に発生する可能性もあるため，3次元変位を推定するための最適なプローブ配置や変位推定法について検討を行う．
また，散乱特性解析には使用する超音波の周波数帯域にも依存することが判明したため，周波数帯域の影響を検討するため本年度広帯域超音波プローブを導入した．当該広帯域超音波プローブを用いて，散乱特性を安定に解析するために必要な周波数帯域幅などの検討を行う．また，通常の超音波プローブを用いて可能な限り広い周波数特性を得るための送受信方法についても検討を行う．
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