| Project/Area Number |
23K13276
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
杉田 直広 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (80852318)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | 超音波イメージング / 超音波造影剤 / マイクロバブル / 気泡振動 / 医用超音波 |
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| Outline of Research at the Start |
超音波によって血管中を流れるマイクロバブルを検出することで，生体深部にある微小血管の描出が可能となり，血管性障害を伴う疾患の早期診断が期待できる．しかし，微小血管を流れるバブルの検出確率が低いため，画像の取得に長時間を要するという問題がある．本研究は，血管中のマイクロバブルの振動応答を変化させることによって，バブルの検出精度および確率を向上することを目的とする．バブル群に照射する超音波の空間分布にパターニングを施すことによって，バブル群の異なる振動モードを励振し，検出されるバブルの位置を変化させる．この音波照射によって，流速の小さな微小血管中のバブル検出速度が大幅に改善することが予想される．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、空間的な縞模様を与えた超音波ビームであるphase patterned waves（PPWs）を超音波造影剤として用いられるマイクロバブルの高密度クラウドに照射し、クラウド内のバブルを高効率で検出することを目的としている。令和５年度（３年計画の１年目）の研究では，気泡力学を考慮した超音波イメージングの連成シミュレーションを構築し、以下に示すバブルの検出確率および検出位置精度を向上させるための2つの手法の実現性を検討した。
（1）検出されるバブルの位置を変化させる手法
空間パターンの異なる複数のPPWsを用いることによって、従来の平面波を用いた手法では検出されないバブルを新たに検出することが可能となった。本提案のPPWsは、音波の干渉縞に沿った領域に位置するバブルの振動応答が向上するため、複数のPPWsを組み合わせて用いることにより、singal-to-noise比が小さい環境下においてバブル検出率の向上が期待できると考えている。
（2）重なり合って検出される複数のバブルを分離する手法
音響画像上に映し出されるバブルの像は、波長程度の大きさをもった点拡がり関数（PSF）となる。密集した複数のバブルが生じる散乱波が干渉し合って受信される場合、生成された音響画像上では、それらの複数バブルに由来する点拡がり関数が互いに重なり合い、個々のバブルの位置同定が不可能になる。そこで、複数のPPWsによって用いて取得した音響データから、重なり合った複数のPSFを分離検出する手法を提案した。今後、信号処理による補正を行い検出位置精度の向上を試みる。
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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
令和５年度に構築した連成モデルにより、超音波プローブの物理パラメータおよび超音波造影剤の力学モデルを考慮したシミュレーションが可能となった。次年度以降に実施する検証実験との比較検討が可能であり、おおむね順調に研究が進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和６年度（３年計画の２年目）以降では，初年度に理論検討を行った2つの手法の有効性を実験的に検証する。多チャンネルの音響データ収録システムに本提案のPPWsの照射シーケンスを実装し、（A）バブルが固体ファントム中で静止している場合と（B）流れを伴う場合に分け段階的に実施する。（A）の静止状態の計測ではバブル位置の時間変化がないため、連成シミュレーションとの定量的な比較が可能である。（B）の流れ場中の計測では、提案手法の検証に加え、高濃度の造影剤による流路イメージング時間の短縮を試みる。
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