2021 Fiscal Year Research-status Report
Estimation of sound speed distribution in vivo for improvement of ultrasonic image quality and quantitative diagnosis of fatty liver disease
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21K14166
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
森 翔平 東北大学, 工学研究科, 助教 (50815149)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 超音波 / 医用超音波画像 / 音速 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超音波画像診断装置はリアルタイム性・低侵襲性・簡便性の点から様々な疾患の診断が可能な装置であるが，汎用の診断装置では，生体内の断層像を形成する際に仮定音速を用いているため，断層像の画質が劣化してしまう。本研究では，生体内の音速分布を推定することで，断層像の画質を向上させるとともに，肝臓内の音速分布を推定することで脂肪肝の定量診断を実現することを目的としている。
2021年度は，計測対象が大きさを有している場合でも音速を正しく推定するための手法を開発した。本研究課題で着目する音速推定法では，超音波プローブ内の各素子において，計測対象からの後方散乱波を受信する時刻に差が生じることを利用して音速を推定する。一般的には，計測対象が理想的な点散乱体であると仮定し，点散乱体と超音波プローブ内の各素子の幾何学的な関係に着目して，各素子での後方散乱波の受信時刻差を定式化し，音速を推定する。しかし，計測対象が大きさを有する場合は，散乱体表面上の複数位置から生じる複数の球面波が複雑に干渉した波面となり，各素子での受信時刻が点散乱体の場合と異なるため，音速が誤推定される。
本研究では，散乱体が大きさを有する場合に，点散乱体を仮定して推定した音速と真値との誤差率が，散乱体の大きさ，および，散乱体と超音波プローブ内の各素子の位置の幾何学的な関係に依存して決まることを原理から明らかにした。さらに，この原理に基づき，超音波断層像上での見かけの散乱体径の情報から，誤推定された音速を真値に補正する手法を開発した。水槽内に設置した，様々な径のワイヤから取得した超音波後方散乱波に，開発した音速推定法を適用した結果，ワイヤの径によらず高精度に音速を推定できた。
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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
2021年度は，当初の研究計画に沿い，計測対象が大きさを有する場合でも音速を正しく推定するための手法を開発した。理論的な検討により，計測対象が大きさを有する場合に生じる音速推定誤差率が，散乱体の大きさ，および，散乱体と超音波プローブ内の各素子の位置の幾何学的な関係に依存して決まることを明らかにした。この原理に基づき，超音波断層像上での見かけの散乱体径の情報を用いることで，誤推定された音速を真値に補正できることを示した。様々な径のワイヤを用いた水槽実験により，開発した音速推定法の有用性を示した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は，肝臓内に多く存在する血管からの散乱波信号を利用して肝臓内音速を推定する手法について検討する。肝臓内に存在する血管は様々な径を有するため，2021年度に開発した，散乱体の大きさを考慮した音速推定法を適用し，肝臓内の音速を推定する。複数の血管からの後方散乱波について，それぞれ音速推定法を適用することで肝臓内の音速分布を推定する。肝臓からの後方散乱波を計測する際，超音波は，皮膚と肝臓の間に存在する皮下組織や脂肪，筋肉などの音響特性が不均質な領域を伝播する。この領域が音速推定に与える影響について検証し，その影響を補正する手法を開発する。
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| Causes of Carryover |
半導体メモリ不足により，購入を予定していた計測機器や電子部品の年度内納品が出来なくなったため，次年度使用額が生じた。翌年度分として請求した助成金と合わせて，解析用PC，計測機器，電子部品，生体模擬ファントムなどを購入する予定である。
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Research Products
(8 results)
