2020 Fiscal Year Research-status Report
Accurate functional imaging of artery using ultrafast ultrasound
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18KK0110
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
長谷川 英之 富山大学, 学術研究部工学系, 教授 (00344698)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
玉木 潔 富山大学, 学術研究部工学系, 教授 (20435928)
長岡 亮 富山大学, 学術研究部工学系, 助教 (60781648)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2023-03-31
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| Keywords | 超音波 / 超高速イメージング / 血管動態 / 循環器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
海外共同研究者が導入した，20 MHz以上の高周波超音波アレイプローブを使用可能なシステムを用いて，微小血流の可視化に関する検討を行った．微小血管内の血球からの微弱な超音波エコー信号を描出するため，超高速イメージングに対応した超音波送受信シーケンスについて海外共同研究者と検討を行い，海外共同研究者のプログラマブルシステムに当該送受信シーケンスを実装した．海外共同研究者が有する微小流路ファントムを用いて検証データを計測し，研究代表者グループで微小流路の可視化を行った．超高速イメージングを用いることにより，秒間10000コマ程度の超音波画像（信号）が得られるため，それらを時間的に積算することにより微小流路描出のコントラストを向上させることができ，微小流路を可視化できることを確認した．また，海外共同研究者の施設において動物実験も行い，ウサギの脳内の微小血管を描出できることを確認した．
また，頸動脈を想定した，心拍にともなう動脈壁の動態計測法に関する検討を行った．受信超音波信号の位相を用いることにより動脈壁の2次元変位を高精度に推定する手法を開発するとともに，位相を用いた変位推定法の欠点である推定可能変位上限値を向上させる手法を開発しており，それを用いて最小二乗法により各方向の血管壁変形量を推定する手法を開発した．また，超音波信号を生成するためにビームフォーミング処理における焦点配置も変位推定精度に影響を与えるため，高精度を実現するために必要な条件についても検討を行うとともに，さらに変位推定精度を向上させるための信号処理手法も開発した．さらに，頸動脈等流れの早い状況下における血流描出についても検討を行ったところ，本信号処理手法は血流描出におけるコントラストの向上にも効果があることがわかった．
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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
海外共同研究者の高周波超音波システムに超高速イメージングのための送受信シーケンスを導入し，微小流路ファントム内の流れおよびウサギ脳内の微小血流を描出することに成功している．また，動脈壁の変位推定法の開発も進んでおり，概ね順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
海外共同研究者の高周波超音波システムについては，超高速イメージングによる多数フレームの時間積算によりコントラストを向上させ，微小血流を描出することができたが，コントラストは未だ十分とは言えないため，引き続きコントラストを向上させる手法について検討を行う．心拍にともなう動脈壁動態の計測については，開発した動脈壁変形量推定法の評価を行う．動脈硬化性病変（プラーク）が，血圧の変化等により破綻すると脳梗塞等の深刻な疾患を発症する．心拍による血圧変化にともなう血管壁の変形量計測は，そのような動脈硬化性プラークの安定性評価に有用であると考えられる．動脈硬化性プラークの形状は千差万別であり，実験系により実現するのは困難であるため，流体力学シミュレーションと超音波送受信シミュレーションを組み合わせ，動脈硬化性プラークのように複雑な形状の血管壁モデルからの超音波信号をシミュレーションし，血管壁モデル与える変位・変形と，シミュレーションした超音波信号から推定される変位・変形を比較することにより精度評価を行う．また，頸動脈を想定した血流計測法の評価を行うための流路実験系の構築も行う．
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| Causes of Carryover |
COVID-19の影響により実験計画の変更が必要となり，研究代表者の研究室においても流路実験系の構築を行っており，その途上であるため．次年度も引き続き実験系の構築を行い，そのために必要な部品等の購入に充てる．
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[Presentation] Non-invasive measurement of temperature elevation inside tumor tissue during oncological hyperthermia treatment by statistical analysis of ultrasonic scattered echoes2020
Author(s)
Michio Takeuchi, Toshihiko Sakai, Gabor Andocs, Tsuyoshi Takanaka, Masashi Taka, Kuniko Yamashita, Masahiro Kawahara, Tomoko Nojiri, Asaka Tanaka, Azusa Norishima, Yoshitaka Omoto, Masaaki Omura, Ryo Nagaoka, Keizo Takao, and Hideyuki Hasegawa
Organizer
41th Symposium on Ultrasonic Electronics
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