Development of a novel histotripsy method by continuous generation of cloud cavitation
Project/Area Number |
22K19889
|
Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
|
Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
|
Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
吉澤 晋 東北大学, 工学研究科, 教授 (30455802)
|
Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
|
Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
|
Keywords | キャビテーション / 強力集束超音波 / Histotripsy / がん治療 |
Outline of Research at the Start |
治療において,低侵襲化による患者負担低減が重要な要素の1つである.そのような治療法の1つとして,強力集束超音波(HIFU)照射によって発生させたクラウドキャビテーションを用い,軟部組織を機械的に破砕する非侵襲治療法がある.これはHistotripsyと呼ばれる.本研究では,最初に発生させた気泡群を起点とし,HIFU焦点の電子走査により連続的に気泡群を生成する手法を開発する.これにより,低いエネルギーと高いスループットを両立する新治療法を確立する.本研究の成果により,様々な疾患に対する組織破砕治療を実用的なものとし,免疫治療などの他の治療とのコンビネーション治療への道を拓く.
|
Outline of Annual Research Achievements |
非侵襲ながん治療法として最近注目されているものに,強力集束超音波(HIFU)のパルス波を用いた組織破砕治療がある.これは,Histotripsyと呼ばれ,最近では免疫賦活効果も注目されている.Histotripsyでは,非常に強力なHIFUパルス波を集束させ,HIFU焦点において減圧沸騰現象による気泡群(クラウドキャビテーション)が発生させ,この気泡群の崩壊によるエロージョンを繰り返すことで周囲組織を破砕する.そこで本研究では,低いエネルギーと高いスループットを両立する新治療法の開発を目的とし,2022年度は連続的にクラウドキャビテーションを発生させるHIFU照射方法について検討を行った. ここでは,非線形伝播したHIFU焦点波形が引き起こす”shock scattering”現象に着目した.HIFUの焦点波形は,非線形伝播と集束の効果により,短時間で絶対値の大きい正圧と,長時間で絶対値の小さい負圧から構成される.一旦キャビテーション気泡が生じると,この正圧が気泡表面で自由端反射し,絶対値の大きい負圧となって反射される.この反射波の伝播に伴ってクラウドキャビテーションが形成される現象がshock scatteringである.したがって,起点になる気泡が一度形成されれば,その気泡が溶解するよりも早くHIFU焦点を電子的に走査することで,連続的にクラウドキャビテーションを発生させることができると考えた.保有している装置でHIFU焦点の電子走査が可能な実験系の構築を行い,ゲル中に発生させた気泡群の高速度カメラ撮影実験を行った.その結果,HIFU伝播と逆方向に焦点走査を繰り返すことで,効率的にキャビテーション気泡群を生成できることがわかった.
|
Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2022年度は,HIFU音場の数値計算を実施し,実験系を構築してクラウドキャビテーションの高速度カメラ撮影を行い,連続的なクラウドキャビテーション気泡群生成が可能なHIFU照射パラメータについて知見を得る計画であった.HIFU音場の数値計算については,既存の数値計算コードを用いることで順調に進めることができた.また,HIFU焦点の電子走査が可能な実験系の構築においても保有している装置で問題は起こらず,順調に進捗した.高速度カメラ実験については,光源が故障するというトラブルがあったものの,故障当初に予想していたよりも修理が短期間に終了したことでおおむね予定通り実験を行うことができた.その結果として,ゲル中でのクラウドキャビテーション気泡群の連続生成が可能なHIFU照射条件,難しいHIFU条件についての一定の知見を得ることができた.
|
Strategy for Future Research Activity |
2023年度は,ゲル中での高速度カメラ撮影実験を引き続き行うとともに,生体組織でのクラウドキャビテーション気泡群の連続生成についても実験を行う.照射対象が生体組織であるため,光学的に不透明でHIFU照射中の光学的観察が難しい.そのため,超音波イメージングによってリアルタイム可視化を実施する実験系と,生体組織をスライスし,光透過性をわずかながら確保して,高速度カメラ撮影ができる実験系の2つの実験系を構築する.前者では高感度・高精度な超音波イメージング方法,および臨床応用可能なイメージング方法について検討する.後者では,スライスした生体組織の適切な厚み,ゲルファントムに安定的に埋め込む方法などについて検討する.この2種類の実験により,生体組織でのクラウドキャビテーション気泡群の連続生成について,どのようなHIFU照射条件が適切であるかについての知見を得る.
|
Report
(1 results)
Research Products
(6 results)