| 研究課題/領域番号 |
21K12699
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分90130:医用システム関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
梅村 晋一郎 東北大学, 医工学研究科, 学術研究員 (20402787)
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| 研究分担者 |
西條 芳文 東北大学, 医工学研究科, 教授 (00292277)
吉澤 晋 東北大学, 工学研究科, 教授 (30455802)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | 符号付きエコー像 / 基本周波 / 2倍周波 / 不安定プラーク / 安定プラーク / 2Dアレイ・プローブ / 音響インピーダンス / 反射エコー / 第2高調波 / アレイ受信器 / 位相検出 / 有限要素法 / 反射体モデル / 超音波イメージング / 符号付きエコー / 1.5Dアレイプローブ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
動脈硬化症をクリーニングするにあたり，頸動脈エコー検査は，有効であり広く用いられている．そこで発見されるプラークについて，それが不安定性であるか否かを判別することは，治療方針を決定するにあたってきわめて重要である．頸動脈の不安定プラークは，それが破綻して脳梗塞を直接引き起こす危険性があるだけでなく，脳動脈や冠動脈に同様の不安定性プラークが生じている可能性を示唆するためである．本研究の目的は，エコー信号の符号を検出し，それにより，不安定プラークのように周囲よりも音響インピーダンスの低い組織と，逆に安定プラークのように高い組織とを識別可能とし，治療方針決定に役立つ技術を実現することにある．
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は，周囲の媒質（血液）よりも音響インピーダンスの小さな反射体（不安定プラーク）と媒質よりも音響インピーダンスの大きな反射体（安定プラーク）とを音響インピーダンスの大小により識別して検出可能とすることにある．その原理は，基本周波エコー信号を自乗して得られる2倍周波エコーを参照信号として，実際に受信された2倍周波エコーの位相を検出し，位相が反転しているか否かを判定するものである．
本目的を達成するためには，フォーカシングの自由度が高い2Dアレイ・プローブにより超音波を送受信するが理想である．その可能性を確認するため，2Dアレイ・プローブにより送受信される超音波の3D伝搬を，有限要素コードPZFlexを活用して数値シミュレーションした．
不安定プラークは，直径1mmの脂肪球とそれを支える短い脂肪円柱としてモデル化した．一方，安定プラーク同直径の結合組織球とそれを支える短い結合組織円柱としてモデル化した．両者を1mm隔てて並列に並べて水中におき，基本周波数5MHzおよび2倍周波数10MHzの短い平面波パルスを送信し，反射されたエコーを， F値2.5の円形開口により受信してフォーカシングして，それぞれの周波数におけるエコー信号を得た．得られた基本周波エコー信号と2倍周波エコー信号をもとに，本研究提案の信号処理を行い，2Dエコー像を生成したところ，脂肪球に対応する負符号のエコーと，結合組織球に対応する正符号のエコーが並列に並んだ2Dエコー像を得ることができた．本研究提案の信号処理によって，不安定プラークと安定プラークを識別する2Dエコー像が得られることが確認された．
F値2.5程度以下の2Dフォーカシングが可能な超音波送受信2Dアレイ撮像が実用化されれば，本研究提案の符号付き2Dエコー撮像が実現できる見通しをつけることができた．
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