非破壊工学技術を応用した非侵襲的腎盂内圧測定の新規開発

• 研究課題/領域番号: 21K12728
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分90130:医用システム関連
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 西村 謙一 愛媛大学, 医学部附属病院, 助教 (20868666)
• 研究分担者: 雑賀 隆史 愛媛大学, 医学系研究科, 教授 (10314676) ; 中畑 和之 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (20380256) ; 菊川 忠彦 愛媛大学, 医学部附属病院, 准教授 (70444734)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: 腎盂内圧測定 / 生体膜 / 水腎症 / 反射波 / 腎盂内圧 / ガイド波

研究開始時の研究の概要

本研究では，送信用アレイプローブによって腎盂壁（基礎実験では風船）にガイド波を発生させる。ガイド波は境界上を伝搬する超音波の総称であり，ウエーブガイドに沿って伝搬する。工学分野や地震学ではよく知られた波動であり，分散性および重畳性を有するため，周波数毎に音速や伝搬モードが異なるという特徴がある。すなわち，周波数を変えれば異なる伝搬モードが励起するため，受信用アレイプローブで計測された超音波のモード形状や速度を基に構成則を逆解析する（ガイド波エラストグラフィ）。逆解析により腎盂内圧（風船内圧）とガイド波の関係を公式化することで、波動を用いた内圧測定が可能となる。

研究成果の概要

生体膜（ブタ腎盂壁）を伝播する波の計測を行い、応力（圧力）の変化による波の特性を解析。腎盂内圧を測定する研究である。
本研究において、応力を変化させることで、生体膜の厚みと硬度が変化したことを確認した。波形の変動の原因が厚みと硬度が関与していることが示唆された。、また、ダブルアレイプローブにより伝播する波の測定を行った。生体膜は非常に小さく入射波と反射波、そして伝播する波がそれぞれ干渉し合い伝播する波のみを測定することが困難であった。現在は、シングルアレイプローブを用いて生体膜に応力をかけたときの反射波の変化を測定し、個別の波の特徴を検索している。

研究成果の学術的意義や社会的意義

金属等のハードマターに対して，ガイド波伝搬の研究は数多くなされており，これらは非破壊検査等に応用されている。しかし，軟組織に対してガイド波の伝搬に関する研究は，申請者の調べたところ殆ど無かった。本研究ではガイド波からエラストグラフィの原理を用いて，弾性パラメータが測定できる可能性が示唆された。本研究が初めてガイド波を用い非侵襲的に腎盂内圧を測定する基礎研究となる。本理論が立証できれば，腎盂内圧のみならず，肝のう胞や膵のう胞など他疾患の嚢胞圧を測定し嚢胞の進展についての病態の解明につながると考える。