2016 Fiscal Year Research-status Report
超音波造影剤の非接触濃度計測手法の開発と生体内分子イメージングへの応用
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15K06104
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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, 助教 (10572985)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡辺 好章 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (60148377)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 超音波分子イメージング / 造影剤 / 数密度推定 / 減衰係数 / 後方散乱係数 / 非線形振動 / シェルの粘弾性 / 圧電センサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度では，1）提案法の正確性の向上に関する検討，2）ファントム実験用の評価システムの検討を実施した．
前年度では，比較的太い血管を造影剤が流れる状況を想定し，減衰係数の周波数特性から造影剤の数密度を推定する手法を提案した．正確性の検証を行ったが，提案手法による推定値と設定値の間に乖離が確認された．当該手法では，受波エコー信号から評価された減衰係数が理論的には造影剤数密度と粒径分布の関数として表現できるという特徴を利用し，逆問題を解くことで数密度および粒径分布を推定する．造影剤のシェル材質の粘弾性や造影剤振動の非線形性の影響を推定理論に組み込むことを検討した．シェル材質の粘弾性については当初はレーザドプラ振動計を用いた計測から粘弾性を実測する予定であったが，数ミクロン程度の造影剤を対象にした計測が難しいため文献値で代用することとした．非線形性については，これまでは造影剤の線形振動モデルを使用していたが，非線形項まで考慮した振動モデルを用いて検討中である．
ファントム実験として，造影剤と標的分子の親和性を評価するための機構を使用する予定である．圧電センサ上に標的分子を固定化し，造影剤をセンサ表面に送液することで標的分子に造影剤が特異的に吸着する．造影剤の数密度および粒径分布を圧電センサの電気インピーダンスの変化として検出することが可能であり，この値を参照値として用いることができる．今年度では，センサ表面に固定化する標的分子の密度や送液する造影剤の数密度について最適化を行うための基礎実験を実施し，この成果をApplied Physics Lettersに報告した．
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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
当該研究では，期間内において造影剤数密度推定法の提案とそのファントム実験による検証を目的としてる．今年度は，前年度までに提案した減衰係数の解析を基にした造影剤数密度推定法の正確性について，造影剤の振動理論モデルに焦点をあて改善をはかっている段階である．この手法は太い血管に適用できると考えている．当初の予定では，毛細血管を対象に局所減衰もしくは後方散乱係数解析を基にした造影剤数密度推定法についても検討する予定であったが，そちらについては実施できていない．
一方で，超音波分子イメージング用のファントム実験システムについて検討を行い，実験条件の最適化を実施する上で重要な基礎データを取得でき，この結果の一部について論文発表，学会発表を行った．造影剤数密度推定法については課題が残るものの今後の検討で解消できるものと考えており，総合的に判断して順調に研究が進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
進捗がやや遅れている造影剤数密度推定法に重点をおく．前年度に引き続き，太い血管を対象にした数密度推定法の正確性の向上をはかる．同時に，超音波分子イメージングの対象は毛細血管である場合が多いため局所減衰もしくは後方散乱係数を利用する毛細血管を対象にした推定法の構築を急ぐ．この手法を用いることで局所での推定が可能となるため，造影剤数密度分布の画像化が期待できる．提案手法では使用する造影剤のシェル材質の粘弾性が推定結果の正確性に関わるが，リン脂質膜を有する自作バブルおよびSonazoidの使用を前提として上記の検討を実施する．
また，圧電センサを用いたファントム実験システムに超音波送受信系を組み込み，標的分子の密度，造影剤数密度，エコー信号の三者の関係性を評価できるシステムを構築する．最終的な検証実験として，標的分子にストレプトアビジン，分子イメージング用造影剤としてビオチン化バブルを使用し，ビオチン- アビジン結合により圧電センサ表面に結合した造影剤の数密度をエコー信号から評価する予定である．
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