2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of multi-scale ultrasound pathological diagnosis method reflecting physical characteristics of living tissue
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19H04482
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
山口 匡 千葉大学, フロンティア医工学センター, 教授 (40334172)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷川 英之 富山大学, 学術研究部工学系, 教授 (00344698)
吉田 憲司 千葉大学, フロンティア医工学センター, 准教授 (10572985)
林 秀樹 千葉大学, フロンティア医工学センター, 教授 (20312960)
小玉 哲也 東北大学, 医工学研究科, 教授 (40271986)
丸山 紀史 順天堂大学, 医学部, 准教授 (90375642)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 超音波 / 定量診断 / 標準化 / 無侵襲 / 病理診断 / マルチスケール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに構築した超高帯域超音波計測システムと複数の単一超音波振動子を用いて、疾患モデル動物の肝臓およびリンパ節の音響特性解析を行った。その際、周波数が80 MHzを超える超音波顕微鏡を用いた音速評価について、100 mm角程度の広い領域を安定して計測・評価可能となるようにシステムおよび信号処理アルゴリズムを改良した。結果として、数MHzから数百MHzの周波数帯で同一の生体組織を観察可能となり、各種組織の音響特性と組織構造との関係性について検証可能となり、超音波ビームの空間分解能が特性評価の精度に与える影響について複数臓器で確認した。将来的に簡易システムとして臨床応用することも想定し、高周波数で深部領域を観察可能な超音波センサの開発も進めている。
また、超高速撮像システムを用いた毎秒1,000フレーム程度のエコーデータ収集技術と生体組織の散乱特性技術を融合するための適応条件について検討した。主に模擬生体試料を探勝として、超音波の送受信条件や機器設定などが散乱特性評価に与える影響について検証し、感度および速度を考慮したビームフォーミングの最適化を行った。
加えて、超高周波超音波で観察されるミクロな組織構造と病理所見とを連携させる技術として、超音波と光の各三次元像の構築とレジストレーションの技術を考案し、リンパ節および脳組織に適用した。これにより、マルチモダリティでの構造評価と音響特性評価の連携も可能となった。
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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
既開発システムの改良を中心としたハードウェアの更新が完了し、改良前後のシステムおよび信号解析アルゴリズム群を用いた生体組織の音響特性・散乱特性の評価と検証を十分に行えた。また、超高速超音波に関する検討も進み、流路ファントムやヒトでの検討ができる段階となった。表在組織やリンパ節の生体内評価を高速化する試みについては、臨床用超音波診断装置から生信号を取得してデータソースとすることを想定していたが、製品の販売停止により実施ができなくなった。代案として、新規にパルサーレシーバーを独自設計し、自作の超音波スキャナとセンサを用いて検討することとした。設計したパルサーレシーバーは次年度以降に納入されることとなる。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、超高帯域超音波計測システムと複数の単一超音波振動子を用いて、吉田が主担当として疾患モデル動物の肝臓およびリンパ節の音響特性解析を行う。肝臓については山口・丸山が開発してきた疾患モデルラットを、リンパ節については小玉が開発してきたリンパ節腫脹モデルマウスを使用する。また、独自開発している生体模擬ファントムを用いての検証を同時に行うことで、計測および解析プロトコルの標準化についても検討する。特に臨床用超音波診断装置と超音波顕微鏡の間をつなぐ周波数帯についての検討を重視する。
また、長谷川との連携で進めている超高速撮像システムを用いての組織性状評価について、流路ファントムと健常ボランティアでの詳細検討を開始する。年度後半においては、千葉大学での動物実験が可能な状況とする。
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