2021 Fiscal Year Annual Research Report

Development of transcranical four-dimensional ultrasound imaging

Research Project

Project/Area Number	20H04543
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	西條芳文東北大学, 医工学研究科, 教授 (00292277)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	片山統裕尚絅学院大学, 総合人間科学系, 准教授 (20282030)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	超音波 / 経頭蓋 / 4次元 / マウス / 微小血管
Outline of Annual Research Achievements	３次元CTデータを基に作製したマウス頭蓋骨モデル内にタングステンワイヤーを設置し、モデル全体を水中に保持して超音波の送受信を行った。256 ch独立した超音波の送受信には研究代表者がすでに所有しているプログラマブル超音波送受信装置を使用した。半球状アレイの最も内側のリングに配置された超音波素子から同位相で送信し半球状アレイトランスデューサの全素子で受信するという並列ビーム処理を32～64回繰り返し、十分な画質および信号／雑音比が得られるパケット数および繰り返し数について検討した。同様に8つのリングのそれぞれから同時送信して全素子で受信する並列ビーム処理を行い、8つのリングによる送受信の画像を重ね合わせ３次元コンパウンドイメージングを生成した。超音波信号の時間・空間的行列の特異値分解により組織／血流／キャビテーションを自動分類するアルゴリズムを応用し、ヒト皮下の微小血管の血流を可視化する特異値フィルタを開発した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason マウス頭蓋骨モデルの256 ch独立した超音波の送受信による可視化および、256chの振動子すべてを用いた送信と256chの受信、一部分のchを用いた送信と256chの受信による３次元コンパウンドイメージングを比較し、空間分解能、時間分解能およびコントラストを両立した送受信アルゴリズムを研究計画通りに開発した。超音波信号の時間・空間的行列の特異値分解により組織／血流／キャビテーションを自動分類するアルゴリズムについても、ヒト皮下の微小血管の血流を可視化する特異値フィルタの開発を実現した。
Strategy for Future Research Activity	開発した半球状アレイトランスデューサをセッティングし、特異値フィルタリングにより微小血管を流れる赤血球を反映したエコーのみを可視化する。赤血球を点音源と仮定したときのpoint spread functionの中央位置を、高フレームレート連続画像において追跡し1000フレーム程度を重ね合わせすることで、2 MHzという低周波数超音波を用いながらも直径100ミクロンの微小血管を可視化するsuper resolution imagingを開発する。