Blood pressure imaging by contrast enhanced active Doppler ultrasound
| Project/Area Number |
23K18557
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
吉田 憲司 千葉大学, フロンティア医工学センター, 准教授 (10572985)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 超音波造影剤 / 圧力 / リン脂質 / 造影超音波 / 血圧計測 / マイクロバブル / 共振現象 / 後方散乱波 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、「血圧測定専用の超音波造影剤の開発」と「造影エコー解析を基にした血圧推定法の開発」である。血圧評価には造影剤を覆う分子膜の座屈現象を利用するため、血圧レベルで座屈が生じる造影剤を開発する。また、座屈が生じると造影剤の共振周波数が低下し、エコー強度が強くなると想定される。圧力と共振周波数およびエコー強度の関係性を定量的に検証し、造影超音波による血圧評価が可能であるかどうかを検証する。また、具体的応用を血管狭窄の定量診断と設定し、提案法による圧力イメージングから損失エネルギーの推定が行えるかどうかを検証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度においては、当初の計画通り超音波造影剤を覆うリン脂質膜の種類に着目し，超音波造影剤の耐圧特性を実験的に評価した．リン脂質の構造としてアシル鎖長の長さと親水基の荷電性に着目し，DPPC，DSPC，DAPC，DBPC，DSPG，DSPSの6種類を選定した．これらのリン脂質にDSPE-PEG2000を加えた混合リン脂質を分子膜とし，内部気体をパーフルオロヘキサンと空気の混合ガスとする超音波造影剤を作成した．シリンジポンプを利用した加圧機構を用いて超音波造影剤を加圧し，ベルヌーイの定理と連続の式より推定した圧力と造影剤の造影剤の消失率の関係性を評価した．ゲージ圧が4-10 kPa程度の加圧でリン脂質膜の座屈が生じ，造影剤が消失することを確認した．DPPC，DSPC，DAPC，DBPCの比較から，アシル鎖長が長いほど造影剤の耐圧性が向上することを確認した．また，DSPC，DSPG，DSPSを比較した結果から，親水基に荷電性を有するDSPSが最も耐圧性に優れていることを確認した．ただし，DSPGとDSPCの耐圧性がほぼ同程度であったことから親水基の荷電性と耐圧性の間の因果関係については慎重に見極める必要があることが示唆された．
二つ目の実施項目として，造影エコーの特徴（周波数特性）を個々の造影剤レベルで解析するための方法（バースト波支援動的造影超音波法）を開発した．提案法を用いることで一般的に利用される造影超音波法よりも高感度な造影剤の検出が可能となり，個々の造影剤を追跡することで造影剤が消失するまでのエコー信号の経時的変化を評価できることを確認した．当該技術について，特許出願および論文報告を行った．
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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
おおむね順調に進展していると判断する．その理由を以下に示す．まず，超音波造影剤の耐圧性を定量評価できるシステムの基盤を構築することができた．また，リン脂質の種類により耐圧性が変化することを実験的に確認することができた．初年度において，超音波造影剤の耐圧性を制御するための有益な知見を獲得できたと考えている．また，超音波診断装置に実装可能な方法で単一の超音波造影剤を追跡する手法（バースト波支援動的造影超音波法）を確立することができた．これにより，血圧評価に必須となる造影エコーの周波数特性解析が可能となった．
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度と同様に，実施項目を造影剤開発と血圧イメージングの二つに分け推進する．造影剤開発については，現状の超音波造影剤は10 kPa程度の加圧で完全に消失するため，血圧評価に使用することは難しいことから，作成法および材料を改良することで数十 kPa程度の加圧で造影エコーの特徴が変化し，50 kPa程度で完全に消失するような造影剤の作成を目指す．血圧イメージング法としては，微小流路内を加圧しながらエコーデータを収集できるシステムを構築し，造影エコーの特徴量変化から圧力が評価可能かどうかを検証する．評価できる場合，イメージング（圧力の空間分布の可視化）への展開を行う予定である．
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
