2018 Fiscal Year Annual Research Report
Enhanced diagnostic accuracy for quantitative ultrasond of the chronic liver by the fusion of acoustic characteristics
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17H02108
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
蜂屋 弘之 東京工業大学, 工学院, 教授 (90156349)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平田 慎之介 東京工業大学, 工学院, 助教 (80550970)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超音波医学 / 定量診断 / shear wave / エラストグラフィー / 組織鑑別診断 / レイリー分布 / 肝炎 / びまん性肝疾患 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
慢性肝疾患は我が国の医療分野における主要な対象である。本研究では，これまでの成果を基盤に，疾患の進行により変化する複数の生体組織音響特性を融合することにより，生検を超える安定度と臨床的に十分なロバスト性を持つ非侵襲な慢性肝疾患の定量診断手法を実現することを目的としている。そのため，1. 縦波・横波伝搬と減衰を考慮できる病変組織の音響構造モデルの開発，2. 音響特性変化モデルを用いた超音波の送受により臨床的に得られる複数の音響特性情報の理解，3. 臨床的に得られる複数の生体組織音響特性を融合し，初期病変にも十分な感度をもつ慢性肝疾患の高精度定量診断の確立を進めている。
昨年度は，本補助金により超音波実験用プラットフォームを整備し，弾性ファントムを用いて，ファントム内を伝搬する横波の基礎検討を行った。2018年度は，弾性ファントムに加え，粘性ファントムを準備し，実際の生体内でのずり波伝搬を理解するための検討を行った。ずり波の発生には，ファントム表面を機械的に加振することで行ったが，インパルス状の加振に加え，20 Hz～200 Hzまでの加振が可能な実験系を整え，ずり波の伝搬速度の周波数依存性の計測を行った。並列送受信による高速超音波映像系を用いて伝搬波面の観察を行い，ファントム断面内での反射波や，ずり波の伝搬速度，伝搬減衰について測定を行った。また，ファントム表面での振動伝搬の様子をレーザードプラ速度計による非接触計測も行い，検討材料とした。測定された結果を，市販の診断装置で計測されるずり波伝搬速度と比較することで，ずり波の減衰や，速度分散などの影響などを評価した。このようなずり波伝搬速度の計測と平行して，これまで開発してきた，超音波断層画像から線維組織を抽出する手法の最適化を行い，この抽出結果とずり波伝搬速度計測を組み合わせ診断精度を向上させる方法の検討を進めた。
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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
本研究では，疾患の進行により変化する複数の生体組織音響特性を融合することにより，われわれの開発している慢性肝疾患の定量診断手法を，これまで以上に高精度化することを目指している。2018年度は，弾性ファントムに加え，粘性ファントムを用いて，表面からの機械的加振により発生するずり波の伝搬状況の検討を行った。パルス的な加振に加え，周波数を任意に変化できる加振を行うことで，周波数依存性を安定に測定できた。また，レーザードプラ速度計による非接触の計測も実現でき，その伝搬を観測できた。さらに，臨床的に用いられる診断装置の測定結果と比較検討もでき，測定データに影響を与える要因についての信頼性の高いデータを取得でき，ほぼ目的を達成することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
病変による横波伝搬の変化を観察するため，超音波実験用プラットフォームを拡張し，実験系も整備することにより，ファントム中の横波伝搬が観察可能になった。2018年度はこのシステムを活用し，さまざまな特性のファントムを作成し，生体中の横波伝搬にどのような差が生じるかを定量的に明らかにすることができた。このようにして蓄積されたファントムによる横波伝搬の知見をもとに，臨床的な装置による計測の信頼性について検討する。
2019年度は，ファントム実験と平行して，連携研究者と共に，臨床的に測定された結果の問題点を確認する。臨床的な装置によるずり波の伝搬速度の結果と，ファントムによる計測の知見を統合し，どのような生体組織の変化が，診断情報と結びついているのかを定量的に明らかにする。線維化が生じる疾患や，線維化を伴わない脂肪肝のような疾患が，超音波画像に与える影響と横波速度に与える影響の関係を評価し，診断精度が高く，初期病変に敏感な診断手法の基礎を与える。
病変による組織構造の変化と，臨床に得られる複数の音響特性変化の比較を系統的に実行できる３次元組織音響特性変化モデルを構築する。このモデルは，計算機上とファントムの両者で構成し，さまざまな疾患を表現できるようにする。特に初期病変組織構造の変化が表現できるよう，臨床的な知見も利用しながら段階的に変化するモデルを構築する。さらに粘性の効果も取り入れ，縦波・横波に対する影響も評価できるようにする。
以上より，これまで開発した慢性肝疾患の定量診断手法の高精度かを進展させる。
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