2017 Fiscal Year Research-status Report
組織の緩和現象を考慮した高精度超音波シミュレーションに基づく骨粗鬆症診断の改善
| Project/Area Number |
16K01431
|
|---|
| Research Institution | Kobe City College of Technology |
|---|
Principal Investigator |
長谷 芳樹 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (60448769)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | FDTD / 超音波 / 骨粗鬆症診断 / 海綿骨 / 皮質骨 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
初年度には，ヒトの榛骨を内部の海綿骨までを含みながら実サイズで再現する高解像度X線CT画像を撮影し，この画像から作成した3次元モデルを用いて超音波伝搬シミュレーションの基本となるモデルを作成した。加えて，この大規模モデルのシミュレーションを現実的な時間内でおこなうため，自作シミュレーションコードの最適化などを施すことによって演算高速化を実現した。
２年目（当該年度）には，上記のモデルをベースに，考えられる様々な骨粗鬆症を模擬した数値モデルや伝搬経路や伝搬特性の理解を進めるための人工的な数値モデルなどを作成し，各モデルにおいてどのように超音波伝搬が変化するかなどについての検討をおこなった。これにより，現在の超音波骨粗鬆症診断装置の診断精度を高めるための多くの知見が得られている。
他方，このモデルよりは小規模なモデルについて粘弾性FDTD法（組織の緩和現象による伝搬減衰を考慮したシミュレーション）による検討を進めており，粘性が骨粗鬆症診断に用いられている波形の特徴量に与える影響についての興味深い挙動を発見した。この発見は，骨粗鬆症診断の新しい知見に繋がると考えられる。
加えて，これらの技術が人体に刺激を与えた場合に人体内を伝搬する振動（超音波）波形の解析に応用できる可能性が出てきたため，人体表面および内部を伝搬する振動波形の測定および解析を並行して進めているところである。将来的に，この成果は前述のシミュレーション技術のサポートを得て，人体内の振動伝搬という未知の分野においてさらなる知見が得られることが期待される。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
初年度には，ヒトの榛骨を実サイズで再現する高解像度X線CT画像を撮影し，この画像から作成した3次元モデルを用いて超音波伝搬シミュレーションの基本となるモデルを作成した。加えて，自作シミュレーションコードの最適化などを施すことによって演算高速化を実現した。
２年目（当該年度）には，上記のモデルをベースに，考えられる様々な骨粗鬆症を模擬した数値モデルを作成し，各モデルにおいてどのように超音波伝搬が変化するか，などについての検討をおこなった。
他方，このモデルよりは小規模なモデルについて粘弾性FDTD法（組織の緩和現象による伝搬減衰を考慮したシミュレーション）による検討を進めており，粘性が骨粗鬆症診断に用いられている波形の特徴量に与える影響についての興味深い挙動を発見した。加えて，これらの技術が人体に刺激を与えた場合に人体内を伝搬する振動（超音波）波形の解析に応用できる可能性が出てきたため，人体表面および内部を伝搬する振動波形の測定および解析を並行して進めているところである。
さらに，上述のシミュレーション技術を活かし，非常に多くのパターンでシミュレーションをおこなうことによって多数の波形を生成し，その波形から機械学習によって骨密度などの評価量を得るシステムの構築も進めている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
上述のヒト橈骨の実サイズモデルについて，さらに骨粗鬆症模擬のパターン数およびモデル数（実験参加者数）を増やしてのシミュレーションを進める予定である。また，粘弾性シミュレーションについてもさらに試料を増やして，これまでに知られていない超音波伝搬挙動の把握を進める。機械学習を用いた骨粗鬆症診断についての初歩的検討も引き続き推し進め，その実用化の可能性を確認していく予定である。
|
| Causes of Carryover |
今年度に，それまでに想定していなかった解析手法の有用性が見出されたために必要となった追加の計算ハードウェア費用，および，新たな測定対象に関する成果を国際会議で発表する費用のため前倒し請求をおこなったが，その一部が予定よりも安価であったために余剰となった。この分を次年度使用額として計上している。次年度は，研究成果発表のための論文投稿費用・国際会議参加費・国際会議旅費などを中心に支出する予定である。
|
