2014 Fiscal Year Annual Research Report
集束超音波による子宮内胎児低侵襲治療システムの研究開発
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26282150
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| Research Institution | National Research Institute for Child Health and Development |
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Principal Investigator |
山下 紘正 独立行政法人国立成育医療研究センター, その他部局等, 研究員 (00470005)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅村 晋一郎 東北大学, その他の研究科, 教授 (20402787)
宮本 義孝 独立行政法人国立成育医療研究センター, その他部局等, 研究員 (20425705)
土岐 彰 昭和大学, 医学部, 教授 (50163960)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 集束超音波 / 医療・福祉 / 胎児治療 / 超音波画像 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度には、すり鉢状の集束超音波（HIFU）照射トランスデューサと2D超音波プローブの連結・固定治具を設計・試作し、HIFUの焦点位置を2D超音波画像上で確認しながら照射実験を行えるようにした。また、通常はHIFUの周波数帯と2D超音波画像の周波数帯が互いに干渉するため、HIFUの照射中にはホワイトノイズにより焦点周辺の観測ができなくなるが、超音波診断装置内部の画像構築のタイミングとHIFU照射のタイミングを同期をとりつつずらすことで、HIFUの照射を行いながらも焦点の様子を2D超音波画像上で確認できるようなシステム化を図った。
HIFU照射実験における標的部位としては、羊水中の胎児を模した水中に沈めたウサギの体内深部（気管内に留置した、横隔膜ヘルニア治療用のバルーン）とし、HIFUの通過経路である皮膚や筋層、気管壁などに与えるダメージを最小限に抑えながら、バルーンのみを割るためのHIFUの照射シーケンスを探索した。バルーンの内部には液相から気相へと変化しやすい液滴を封入し、よりHIFUのエネルギーが吸収されやすい状況にすることで、HIFUの照射によりバルーンの内圧を高めつつ、かつHIFUのエネルギーにてバルーンに極小の穿孔を生じさせ、即時のバルーン破裂を行える条件出しを行った。
照射シーケンスとしては、最初に高出力のHIFUを数パルス照射し、次いで低出力のHIFUを照射することにより、バルーン内で液滴を気化させ、発生した泡によりバルーン表面にHIFUのエネルギーを集中させることができるようになった。従来はバルーンの解除方法として、母体経腹的な針による穿刺か、母体経腹的に挿入した内視鏡下のカテーテル操作によるものなどしか選択肢がなかったが、HIFU照射のみによる非観血的で低侵襲な手法の可能性を確認することができた。
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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
当初の予定としては、HIFUトランスデューサと超音波プローブの固定治具開発と、低侵襲胎児治療のためのHIFU照射シーケンスの最適化を目標としていたが、これらはほぼ達成することができた。
前者については、HIFUトランスデューサの焦点が2D超音波画像上に載るように、同軸状に連結し、任意の深さに固定可能な治具を作成できた。後者については、複数の動物実験を経て、標的部位以外へのダメージを最小限に抑えられるようなHIFU照射シーケンスを見いだせた。現段階ではサンプル数が少ないため、このシーケンスを用いたHIFU照射により標的以外への悪影響（熱エネルギーによる裂傷など）を高い確率で抑えられることを確認するため、今年度も継続して実験を行なう必要がある。
また、上記の二つ以外に、本手法を強化するための要素として、HIFU照射中であっても焦点位置の変化を観測可能な同期システムを追加で構築できた。但しHIFU照射の頻度が低下するため、同期システムとHIFU照射シーケンスのさらなる改良が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度からは、初年度に探索したHIFU照射シーケンスを用いて、HIFU照射時の標的およびその周辺への熱的影響の計測・評価を進める。計測においては、HIFUの通過する経路の、特に対象の皮膚から体内深部の標的部位までの間の経時的な熱分布の変化を見るために、サーモグラフィを使用する。但しサーモグラフィは水中では使用できないため、妊娠患者の腹部にHIFUトランスデューサを直接あてられるようなカバーを固定治具に追加し、空気中でHIFU照射を行えるようにする必要がある。空気中でHIFU照射を行えることはすなわち、臨床現場で特殊な（水槽と一体化したような）ベッド環境などを用意せずに、HIFU照射による胎児治療を行えるということにつながる。
また、初年度は2D超音波画像のみを見ながら、マニュアルで標的部位への焦点合わせを行っていたが、これを3D超音波画像に拡張し、羊水内で浮遊する胎児の、すなわち移動する標的部位を自動で特定する画像解析アルゴリズムの開発を進める。これにより、精度と効率の面でHIFU照射をより確実に行えるようなシステムの構築を狙う。
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| Causes of Carryover |
共同研究先への実験機材の輸送がキャンセルになったため、輸送費相当分としての当該助成金が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の実験用消耗品の購入に併せて使用する。
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