• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

ネットワーク結合型並列コンピュータを用いた体内組織および骨内伝搬音波の解析

研究課題

研究課題/領域番号 15700357
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 医用システム
研究機関神奈川大学

研究代表者

土屋 健伸  神奈川大学, 工学部, 助手 (50291745)

研究期間 (年度) 2004 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
2005年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2004年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2003年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワード生体内部音波伝搬 / 骨内部音波伝搬 / 温度上昇 / 時間領域差分法 / 並列計算 / PCクラスタ / 超音波による発熱 / 音波伝搬解析 / 生体組織 / 医療超音波 / 熱伝導方程式 / 並列演算法 / 生体内音波伝搬 / 骨粗しょう症 / 並列演算解析 / 安全性 / 生体内部温度上昇
研究概要

生体内部を可視化する超音波診断装置の性能向上を目指して,生体内部ならびに骨内を伝搬する超音波を精密に解析することを目的とした.さらに診断装置の更なる安全化のために,超音波によって生体内部に発生する熱量を推定し,内部温度の上昇値を推測した.解析手法にはパルス波伝搬を簡便に行える時間領域差分法(Finite Difference Time Domain : FDTD法)と熱伝導方程式法(Heat Conduction Equation : HCE法)を組み合わせたFDTD-HCE法を用いた.さらに従来,計算時間と使用メモリの問題から実行が困難であった3次元モデルの解析を,ネットワークを介し接続されたPCクラスタを使用して可能とした.そしてアルゴリズムを最適化して計算時間を短縮し,PC8台で680%の高速化率を得た.
本年度の研究はFDTD-HCE法の3次元モデルの構築と解析ならびに生体模擬ファントムによる実測値との比較を行った.そして,現状の超音波診断装置に使用されている電子フォーカス型(収束型)の超音波送波プローブを計算機上で構築し,生体組織ならびに骨内の音波伝搬と温度分布の推定を行った.
3次元モデルの構築と解析ならびに実測値との比較では,周波数1MHz,超音波強度1.12W/cm^2,連続波の条件で行った.実測データに対し,2次元解析では温度差が2度,3次元解析では温度差が0.3度と実験結果と解析結果が良く一致し,解析手法の正確さと3次元モデルの有効性が示された.次に電子フォーカス型の超音波送波プローブによる生体内部の温度上昇の解析では収束型プローブによりさせられた音波は平面型に比べ,同じ強度では温度の上昇が一部のみで回りに大きな影響を与えないことが分かった.さらに周波数2MHz,超音波強度0.72W/cm^2,連続波の条件で収束域近傍に骨があると想定した場合,骨内部の温度が2度上昇することが分かり,さらに焦点域の温度も0.2度上昇した.そして,現行の超音波診断装置の安全指標である度0.72W/cm^2でパルス波送信での条件で生体内部の温度上昇の解析を行った.送信繰り返し周波数(PRF)を現行機の10倍以上の速さである400kHzに設定しても温度上昇はわずか0.0004度であり,現行機種の安全性が確認された.

報告書

(3件)
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2006 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (8件) 文献書誌 (6件)

  • [雑誌論文] Numerical Analysis of Temperature Rise in Tissue Using Electronic Focused Ultrasound2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Saito, T.Tsuchiya, N.Endoh
    • 雑誌名

      Jpn.J.Apt.Phys. 45・6B(acceptance)

    • NAID

      210000060606

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Development of Ultrasonic Analysis Method Calculated for Estimation of Inner State of Bone Phantom2005

    • 著者名/発表者名
      N.ENDOH, T.TSUCHIYA
    • 雑誌名

      Jpn.J.Apt.Phys. 44・6B

      ページ: 4598-4599

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Numerical analysis of temperature rise in tissue by ultrasound2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Saito, T.Tsuchiya, N.Endoh
    • 雑誌名

      Jpn.J.Apt.Phys. 44・6B

      ページ: 4600-4601

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 並列演算FDTD法による浅海内の音波伝搬解析2005

    • 著者名/発表者名
      土屋 健伸, 遠藤 信行
    • 雑誌名

      海洋音響学会誌 117巻1号

      ページ: 18-29

    • NAID

      130004291788

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Analysis of Sound Field of Aerial Ultrasonic Sensor by Three-Dimensional Finite-Difference Time-Domain Method Using Parallel Computing2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Yamada , T.Tsuchiya, N.Endoh
    • 雑誌名

      Jpn.J.Apl.Phys. Vol.43 No.5B

      ページ: 2869-2870

    • NAID

      10013097445

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Numerical calculation of Heating condition in phantom using by Finite Difference Time Domain method and Heat Conduction Equation met2004

    • 著者名/発表者名
      T.Tsuchiya, S.Saito, S.Ishigayasumi, N.Endoh
    • 雑誌名

      Proc.of Asian Federation of Societies for Ultrasound in Medicine and Biology 2004 Vol.1

      ページ: 199-199

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Calculation of reflected pulse wave of sea bottom with transition layer using by FDTD method2004

    • 著者名/発表者名
      T.Tsuchiya, N.Endoh
    • 雑誌名

      Proc.of 7th European Conference on UNDERWATER ACOUSTICS Vol.1

      ページ: 732-735

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Numerical analysis of temperature rise in tissue used by ultrasound2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Saito, T.Tsuchiya, N.Endoh
    • 雑誌名

      Jpn.J.Apl.Phys. Vol.44 No.5B(Now printing)

    • NAID

      10016584841

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] Y.YAMADA, T.TSUCHIYA, N.ENDOH: "Received Pulse from an Aerial Ultrasonic Sensor Affected by Temperature and Relative Humidity"Jpn.J.Apl.Phys.. Vol.42 No.5B. 3029-3030 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 土屋健伸, 山田康博, 遠藤信行, 小川誠, 竹井学: "海底遷移層からの反射パルス波の時間領域差分法による推定"電子情報通信学会技術研究報告. US2003-37. 71-76 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] T.Tsuchiya, Y.Yamada, N.Endoh, M.Ogawa, G.Takei: "Comparison of estimated pulse waveform using by FDTD method and observed received pulse in shallow water"Proc. of the World Congress on Ultrasonics. 681-684 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 山田康博, 前田怜, 土屋健伸, 遠藤信行: "MPIを用いた三次元FDTD法による音場解析"2003年度日本音響学会秋季研究発表会講演論文集. 1027-1028 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 前田 怜, 山田康博, 赤井澤恵一, 土屋健伸, 遠藤信行: "三次元FDTD法による空中超音波センサーの音場情解析(1)-数値計算の基礎的検討-"2004年度日本音響学会春季研究発表会講演論文集. 1105-1106 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 土屋健伸, 石ヶ休沙知, 山崎隼人, 田中利明, 遠藤信行: "超音波照射による生体内の温度上昇の数値解析による基礎的検討"2004年度日本音響学会春季研究発表会講演論文集. 917-918 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

URL: 

公開日: 2003-04-01   更新日: 2016-04-21  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi