2013 Fiscal Year Research-status Report
空中超音波を用いた生体内伝搬速度計測によるin vivo骨評価
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25750184
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
平田 慎之介 東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (80550970)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 空中超音波 / 生体内音波伝搬 / 伝搬速度計測 / 非接触骨評価 |
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| Research Abstract |
平成25年度は，振動子の広帯域化による超音波のパルス化，より高次のM系列を用いた受信信号のS/N向上，被験者によるin vivo実験およびFDTD法を用いた計算機シミュレーションを行った．
これまでの使用していた振動子は帯域が数％と狭く，超音波のインパルス応答によりパルス波を送信することが困難であった．そこで，帯域が30％程度の振動子を試作し，超音波のパルス化を実現した．また踵を透過した超音波は著しく減衰しており，その波頭から伝搬時間を計測することが困難であった．そのため，使用するM系列の次数を19次まで上げて，透過波のS/Nを57 dB向上させた．その結果，透過波の波頭から超音波の伝搬時間を計測することが可能となった．そして，被験者の踵を透過する空中超音波を用いて，踵内の音波伝搬速度を計測するin vivo実験を実施した．被験者によって透過波の振幅が大きく異なり，透過波を確認できず伝搬速度を計測できない被験者が存在した．また，踵の幅によって算出した伝搬速度が大きく変化したため，正確な伝搬速度を求めるには音波の伝播経路を正確に計測する必要がある．
踵内の音波伝搬を解析するための計算機シミュレーションでは，まず，音圧をスカラ量として取り扱う音響FDTD 法を用いた計算を行った．しかしながら，シミュレーション結果から踵内の骨梁構造による受信信号の変化を確認することが困難であった．そこで，音圧をベクトル量として取り扱う弾性FDTD 法を用いた計算を行った結果，in vivo実験と同程度の透過減衰が得られた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成25年度の研究計画は，踵を透過した超音波の検出，評価であったため，計画通りの成果が得られている．また，主に平成26年度に計画していた踵内の音波伝播解析においてもある程度の成果が得られており，当初の計画以上に本研究が進展しているといえる．
踵を透過した空中超音波の評価では，基礎実験，被験者実験などによりその有用性や問題点について検討を行うことができた．今後は，他の部位を透過した超音波についても検討を行い，提案する非接触伝搬速度計測の評価を行う．FDTD法を用いた計算機シミュレーションでは，人の骨梁構造を擬似的に表現したモデルにおいて被験者実験と同程度の結果が得られた．今後は，より詳細な骨梁構造モデルを用いた音波伝搬解析を行う．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度は，手首を透過した空中超音波についての検討，海綿骨と超音波ビーム幅に関する検討，ビームを操作する機構の試作を行う．
これまでは踵骨の骨評価を目的として研究を行ってきたが，踵骨と同じように海綿骨を含む手首の橈骨の非接触評価についても検討を行う．また，現在使用している振動子は海綿骨と同程度の開口幅である．振動子を走査し，音波伝搬速度に基づく断層画像を作成するには，送受信のフォーカスなど超音波のビーム幅についても検討を行う必要がある．さらに，自動ステージなどを用いて振動子を走査する機構の設計，試作を行う．
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