2018 Fiscal Year Research-status Report
Accurate quantitative evaluation of bone construction by non-contact QUS using airborne ultrasound passed through a tissue
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18K12100
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
平田 慎之介 東京工業大学, 工学院, 助教 (80550970)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 空中超音波 / 非接触計測 / 音波伝搬速度 / 減衰周波数特性 / QUS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2018年度の研究計画は，送信用・受信用の超音波振動子のみを用いて，計測対象との距離および振動面と対象表面との相対角度を計測する手法の検討と，形状が既知の生体模擬ファントム(寒天)を用いた，音波伝搬速度(SOS)計測における計測精度・安定性の向上であった．また，複数の超音波ブローブで送受信を行うことができる超音波診断装置を用いて，踵内のSOS分布を求める計測システムの構築に関する基礎検討なども実施する予定であった．
当初検討していた超音波の送受信のみで対象との距離やアライメントを計測する手法は，使用する超音波の周波数帯域や計測系の規模・性能の問題で実装が難しいと判断し，代替手段としてレーザ距離計を採用した計測システムを構築した．送信用・受信用振動子それぞれの両側にレーザ距離計を配置することで，振動面と対象表面との距離およびそれらが平行となる角度を(超音波の送受信と並行して)高精度で計測することが可能となった．さらに，空気中と生体(ファントム)内での音波吸収減衰の違いによる，伝搬(透過)した超音波の周波数シフトを発見し，その影響を補正することでSOS計測の精度・安定性を大幅に向上させることができた．
一方，SOS分布を求める計測システムに関する基礎検討は研究協力者との協議の結果，2019年度に実施することとなった．
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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
超音波の送受信で対象との距離やアライメントを計測する手法ではなく，振動子の両側に配置した2台のレーザ距離計を用いる手法を採用したことで，計測系の規模は大きくなってしまったが，超音波の伝搬経路とファントムの幅を高精度・短時間で計測することが可能となった．また，本手法では超音波の伝搬時間と伝搬経路長からSOSを算出するため，伝搬時間の計測精度も重要となる．これまでの研究では，音波吸収減衰による超音波の周波数シフトによって，実際より大きい伝搬時間が計測されていたが，その補正アルゴリズムを提案したことで正確なSOSを算出することが可能となった．
また，踵内のSOS分布を求める計測システムとして，Verasonics256を用いた基礎検討を2019年4月より開始する予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度は，まず側面が傾斜したファントムのSOS計測と，超音波の屈折を利用して計測範囲をスキャンする手法について検討を行う．続いて，実際の踵を対象としたSOS・減衰周波数特性(BUA)の計測シーケンスについても検討を行う．また，Verasonics256を用いたSOS分布計測システムについても基礎的な検討を行う．
側面が傾斜したファントムの温度，側面の傾斜角度，寒天の濃度などのパラメータを変化させてSOS計測を行い，提案手法の計測精度や安定性について評価を行う．またSOS計測と同時に，透過した超音波の周波数解析を行うことでBUAの計測も行う．その後，送信用・受信用振動子を走査することで異なる範囲のSOS・BUAを連続的に計測する手法について検討を行う．
実際の踵を対象とした計測では，体動などの影響を低減するため，それぞれの振動子の角度調節と超音波の送受信を並行して行い，後から計測結果の補償を行うなど，より安定性の高い計測シーケンスを検討する．
踵を中心に2つの超音波プローブを対向させ，一方から送信した超音波をもう一方で受信するVerasonics256を用いた計測システムでは，コード化などによるビームフォームングによって踵付近のSOSプロファイルを構成する手法について検討を行う．
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| Causes of Carryover |
英国インペリアル・カレッジ・ロンドンで予定していた踵内のSOS分布を求める計測システムの構築に関する共同研究を，2019年4月より開始することとなったため，2018年度に使用予定であった出張旅費を2019年度に実施する本共同研究に係る出張旅費として使用する．
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