Noninvasive visualization of change in temperature in living body using ultrasound

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01337
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21030:Measurement engineering-related
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: Hasegawa Hideyuki 富山大学, 学術研究部工学系, 教授 (00344698)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 八木 邦公 金沢医科大学, 医学部, 教授 (30293343) ; 長岡 亮 富山大学, 学術研究部工学系, 准教授 (60781648) ; 高雄 啓三 富山大学, 学術研究部医学系, 教授 (80420397) ; 大村 眞朗 富山大学, 学術研究部工学系, 助教 (90897703)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 超音波 / 温度計測 / 非侵襲

Outline of Final Research Achievements

In the field of tumor hyperthermia treatment, there is a demand for non-invasive monitoring methods for internal body temperature elevation, but currently, no established method exists. This study examines a non-invasive method for detecting temperature changes, focusing on the fact that the amplitude statistics of ultrasonic scattered waves from biological tissues change with temperature variations. Numerical simulations considering the medium's expansion and changes in sound speed due to heating confirmed that even in situations with changes in sound speed, the amplitude statistics change due to the change in the density of ultrasonic scatterers caused by the expansion of the medium. Similar trends were observed in phantom and animal experiments, indicating the potential for non-invasive temperature change measurement using this method.

Free Research Field

医用超音波工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ハイパーサーミア治療において生体内部の温度上昇モニタリング手法が求められている．MRI (磁気共鳴画像診断装置)による温度計測手法が研究開発されているが，MRIは装置が大掛かりであり，被験者が長時間狭い空間に拘束される，強力な磁場のため使用できない金属があるなど制約が大きく，ハイパーサーミア等他の機器との併用が必要となる場合，モニタリング手法として適した手段とは必ずしも言えない．また，導入・診断コストが高額という点も，広く普及させるためには大きなハードルとなる．超音波イメージングもMRIと同様非侵襲であり，携帯型の装置も実現しており計測も簡便であるなど，超音波による温度計測の意義は大きい．