肺実質の弾性計測のためのBラインエラストグラフィ法の開発
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22K04120
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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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 | Gunma University |
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Principal Investigator |
江田 廉 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (40734273)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
谷口 隼人 横浜市立大学, 附属市民総合医療センター, 講師 (40833306)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 肺エラストグラフィ / 肺エコー / せん断波エラストグラフィ / POCUS / Bライン |
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| Outline of Research at the Start |
本申請では肺実質の弾性計測技術の確立と動物を用いた評価実験を目的として研究を進める。本研究では、Bラインと呼ばれる特有の線状アーティファクトに着目し、従来の肺エコーでは測定できなかった肺実質の弾性を計測しようとするものである。まず、映像化原理の確立、信号処理法の精度評価、分解能向上を図る。次にBラインを生じる体表-肺組織の模擬ファントム作成技術を確立し、ファントム実験を行う。最後に動物実験による評価実験を行い、簡便で定量性に優れ救急医療の現場でも使える肺実質弾性計測技術の確立を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
新型コロナウイルスCOVID-19をはじめとする肺疾患は血液のガス交換を行う肺胞に液体が貯留することにより肺本来の機能が失われる疾病であり、診断法として胸部X線CTが使われる。しかし時々刻々悪化していく病状を、患者を移動せずにベットサイドで診断したいという臨床要求は非常に強い。本研究は体表から周波数100Hz程度の低周波振動を加えた時に、肺実質を伝わるせん断波を超音波で測定し、せん断波の伝播速度から肺実質の弾性を計測する新たな方法を実現する。従来注目されなかった信号源の特徴に着目した肺実質の弾性計測法は、簡便で定量性に優れ救急医療の現場でも使える新たな医用診断法の実現に繋がる。
2023年度は以下の研究を行った。胸壁部分を伝播するせん断波の減衰に着目し、超音波の複素振幅からせん断波振幅を評価する方法について、原理の確立とファントム実験による検討を行った。さらに動物実験を実施し、手法の有効性を検証した。
ファントム実験については、胸壁部分のせん断波が胸膜以降の肺組織の影響を受けることを想定し、胸壁-肺組織モデルの2段構造とした模擬ファントムの作成に取り組んだ。胸肺組織モデルとして含気パルプ紙を使用し、枚数を変えることで肺組織のダンピング特性の変更を模擬することが可能となった。
動物実験については、ヤギの肺線維症モデルを作成し、本手法の適用を行った。ブレオマイシンの気管内噴霧によりあらかじめ作成した動物モデルについて、麻酔下処置による測定を実施した。胸膜部分のせん断波速度を測定し、コントロール群と比較し、肺線維モデル群では、約1.2倍の伝搬速度となり、有意な差を示した。また、Bラインが観測された例では肺実質の速度は文献で報告された値に近いせん断波速度を示した。
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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
2023年度の成果は、ファントム実験による基礎検討を推進できた点、動物実験における肺線維症モデルを作成し、本提案法の検証方法を確立できた点が挙げられる。また肺実質の伝搬速度で肺の線維化を評価することを目的としていたが、胸壁部分のせん断波振幅分布など速度とは別の評価基準で肺の組織性状を評価できる可能性も示唆された。
まず、ファントム実験については、胸壁部分のせん断波が胸膜以降の肺組織の影響を受けることを想定し、胸壁-肺組織モデルの2段構造とした模擬ファントムを作成した。
肺組織モデルとして含気パルプ紙を使用し、枚数を変えることで肺組織のダンピング特性の変更を模擬することが可能となった。胸壁部分のせん断波伝播の減衰特性に変化が生じることを確認した。
動物実験については、ブレオマイシンの気管内噴霧によりあらかじめ作成した動物モデルについて、麻酔下処置による提案法の適用を行った。胸膜部分のせん断波速度を測定し、コントロール群と比較し、肺線維モデル群では、約1.2倍の伝搬速度となり、有意な差を示した。また、Bラインが観測された例では肺実質の速度は文献で報告された値に近いせん断波速度を示した。今後、動物実験への展開をさらに進める予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度は、2023年度の研究成果を展開し、動物実験をさらに推進する。また応用開拓に向け、せん断波振幅分布など速度とは別の評価基準で肺の組織性状を評価する方法の確立に取り組む。まず動物実験への適用では、2023年度はヤギの肺繊維化モデルを作成したが、これに加え肺水腫モデルの評価に取り組む。肺線維化評価だけでなく肺の液体貯留の評価について本手法の適用を検討する。動物実験では、引き続き医学を専門とする共同研究者とともに実験動物での評価を行い、提案法の有効性を明らかにするとともに、本システムを用いた計測の諸課題について検討する。
応用開拓については、せん断波伝播の減衰に基づき、せん断波振幅を評価する方法の可能性が2023年度に示唆されたが、この方法の確立に取り組む。
これら成果をまとめて内外の関連学会で報告する。
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
