2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development and verification of numerical simulation for microbubble-enhanced high-intensity focused ultrasound therapy
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26420125
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
沖田 浩平 日本大学, 生産工学部, 准教授 (20401135)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 超音波 / キャビテーション / マイクロバブル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マイクロバブルを援用した集束超音波治療に対する物理モデルの高度化と実験による検証を研究目的として，以下の成果を得た．
マイクロバブルに対する物理モデルの高度化として，気泡の膨張・収縮に伴う気液界面での不凝縮ガスの析出・溶解による物質および熱移動に対するモデルを導入した．これによって，微小気泡核から初生するキャビテーションに対する周波数や圧力振幅等の超音波照射条件に関する新たな知見を得た．
一方，検証のためのデータ取得として，超音波造影剤であるマイクロバブルを含む生体ファントムゲルを用いて周波数特性取得実験を行い，物理モデルの高精度化に必要な様々なデータを取得した．さらに，集束超音波治療に対するin vitro実験において，厚さ55ミクロンの薄膜熱電対を埋め込んだ生体ファントムゲルを用いた温度計測実験を実施し，数値シミュレーションの定量的な評価に必要となる集束超音波焦点近傍の複数点での定量的な温度の時間変化を得た．
これら物理モデルの高度化および検証のためのデータ取得に並行して，マイクロバブルを含むゲルへの集束超音波照射シミュレーションを実施した．そして，高圧力振幅の集束超音波照射でキャビテーション気泡群を生成し，低圧力振幅の集束超音波照射によって気泡群周辺のみを選択的に加熱するというキャビテーションを援用した集束超音波治療法を世界で初めて数値シミュレーションで再現することに成功した．さらに，音速不均一な生体デジタルファントムを用いた数値シミュレーションを行い，マイクロバブルの空間分布が加熱効率と治療のロバスト性についても検討した．
集束超音波治療における加熱効果の高効率化を検討する上で，高精度な数値シミュレーションは必要不可欠であり，次世代の集束超音波治療機器の開発を進めるために必要なシミュレーション技術が本研究で開発された意義は大きい．
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