2016 Fiscal Year Annual Research Report
光・超音波の統合及び光の位相空間制御による高機能光音響イメージングシステムの開発
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16H01856
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
椎名 毅 京都大学, 医学研究科, 教授 (40192603)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山川 誠 京都大学, 医学研究科, 特定准教授 (60344876)
近藤 健悟 京都大学, 健康長寿社会の総合医療開発ユニット, 特定助教 (50649233)
浪田 健 京都大学, 医学研究科, 特定助教 (10571250)
戸井 雅和 京都大学, 医学研究科, 教授 (10207516)
新田 尚隆 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (60392643)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 可視化 / 非侵襲生体計測 / 光音響イメージング / がん診断 / マルチモダリティ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光と超音波技術を融合した光音響イメージングは、他のモダリティでは描出が困難な、微細ながんの新生血管を描出し早期診断に有用であることや、腫瘍血管の酸素飽和度を評価でき、良悪性の鑑別診断が可能になることが期待されている。しかし、従来の光音響イメージングの医療適用においては、深部計測やデータ計測上の制限を受けた場合に、解像度、画質、定量性などの機能の低下が問題となる。これらを克服するため、超音波と光計測を統合した計測法、および光の位相情報を利用した計測系に基づく光音響イメージング法を開発し実証実験による有効性の検証を行う。このため、以下の項目について検討した。
（１）角度制限・スパース計測下での高画質光音響像再構成法アルゴリズムの開発
UBP法はセンサ素子が機密で対象を取り囲む理想的な場合は、高画質な画像が再構成できるが、実際の臨床では、角度制限やスバースな受信アレイセンサのため画質が低下する。そこで、compressed sensing の手法を用いて、このような臨休での計測条件下でも高面質が得られる光音響像の再構成アルゴリズムを検討した。シミュレーション及びファントム、さらにin vivo計測を行い、スパースなセンサでもアーチファクトを抑え、画質向上を図ることが可能なことを実証した。
（２）超音波と光音響の総合による高精度・高機能化
原理的には光音響用のセンサで超音波エコー像を得ることができ、両画像を統合したマルチモーダルな診断が可能になる。しかし、実際には、双方に適したブローブが用いられておらず、両者の統合が十分に図られていない。そこで、半期型の光音響センサを用いて、空間的に走査しながら、光音響信号の計測および超音波パルスの送受信を行うことで、双方とも仮想的に稠密に信号を受信する方式を試みた。その結果、同一センサで、光音響像と超音波像ともに高画質な画像が得られることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
スパース計測下での高画質化については、compressed sensingの方法の有効性をシミュレーションで示しただけでなく、実際の計測システムを構築して、ファントムとin vivoの計測データに対してその有効性を実証し、その成果をまとめて国際論文誌に投稿することができた。
また、超音波と光音響の統合においては、ワイヤーや、腫瘍ファントムを用いた実験で画像を再構成し、リニアアレイでの画像での画質に近い超音波像を得ることができ、当初の計画以上の進展が得られたと判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
多波長での酸素飽和度の計測のために複数回のレーザ照射を行う場合や、 スパースアレイセンサで高画質化を達成するために、センサ走査により計測点を増加させる場合においては、組織の動きによる影響が出やすい。現時点では、計測中は対象は静止しているものとして画像を再構成したいるが、動き補償をすることで、定量性や画質をより高めることが可能であるので、今度、そのための検討を進める必要がある。また、次年度以降の研究は計画通し進める予定である。
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