微小気泡超音波造影剤を利用した超音波血管造影システムの研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08680941
• 研究機関: 桐蔭横浜大学
• 研究代表者: 竹内 真一 桐蔭横浜大学, 工学部・制御システム工学科, 講師 (50267647)
• 研究分担者: 奥島 基良 桐蔭横浜大学, 工学部・制御システム工学科, 教授 (80016766) ; SOETANTO Kaw 桐蔭横浜大学, 工学部・制御システム工学科, 教授 (40260997)
• キーワード: 微小気泡超音波造影剤 / 気泡寿命 / 駆動周波数 / 照射音圧 / 非線形微分方程式 / ハイブリッド超音波プローブ / 第2高調波抽出回路 / 超音波血管造影システム

研究概要

超音波造影剤として使用する微小気泡の非線形的挙動と高調波発生に関するメカニズムについて検討を行った。超音波照射によっても破壊されにくく、高調波の発生しやすい駆動周波数の検討を行い、駆動周波数を気泡の共振周波数の半分にすることが有効であることを示した。また、照射音圧と気泡寿命の関係について実験を重ねた結果、当研究室で開発した界面活性剤コーティング膜を有する微小気泡の場合、約30kPa〜100kPaの照射音圧の時に最も第2高調波の発生が効率的であった。100kPaを越えると気泡が破壊され、30kPa以下では十分な非線形的挙動を生じないので、第2高調波の発生も不安定になることがわかった。これらの検討の過程において、従来のRPNNPモデルを修正して、コーティング膜の影響や気泡周囲の液体の圧縮性を考慮できる新しい非線形微分方程式を提案した。これによって、高い駆動周波数でも実験と数値計算の結果が良く一致するようにできた。
また、取扱いが容易で高調波の励起、検出に最適なPVDF高分子圧電フィルム、音響整合層およびPZT圧電セラミック振動子を積層にしたハイブリッド超音波プローブを提案し、その試作と機能確認も行った。さらに、受信回路(第2高調波抽出回路)の開発および試作を行った。当研究室製の界面活性剤コーティング膜を有する微小気泡超音波造影剤を用いて、これらのシステムの機能確認実験を行った。実験においては、比較対象として第2高調波を発生しにくいカーボンマイクロビーズを採用した。超音波プローブをスキャニングして、これらのサンプルを満たした容器内の映像化実験を行った結果、非線形的挙動の強い当研究室製の界面活性剤系微小気泡超音波造影剤の存在する領域と第2高調波を発生しにくいカーボンマイクロビーズしか存在しない領域との違いを明確に表現でき、本研究で提案した超音波血管造影システムの有効性を確認することができた。

研究成果

• [文献書誌] 竹内 真一: "超音波造影剤の非線形的挙動に基づく高調波成分の検出に関する実験的検討" 日本超音波医学会第67回研究発表会論文抄録集. Vol.23 Suppl.I. 262- (1996)
• [文献書誌] 竹内 真一: "微小気泡の非線形応答特性と気泡濃度の関係に関する解析的検討" 第17回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム. 147-148 (1996)
• [文献書誌] 竹内 真一: "超音波造影剤の非線形的挙動に基づく高調波成分の検出に関する実験的検討その2" 日本超音波医学会第68回研究発表会論文抄録集. Vol.23 Suppl.II. 273- (1996)
• [文献書誌] 竹内 真一: "微小気泡の非線形応答に関する検討-粒径分布の影響-" 平成8年日本音響学会秋季研究発表会講演論文集. 987-988 (1996)
• [文献書誌] 竹内 真一: "粒径分布を考慮した超音波造影剤のパルス非線形応答特性" 日本超音波医学会第8回関東甲信越地方会. 7- (1997)
• [文献書誌] 竹内 真一: "コーティング膜および粒径分布を考慮した超音波造影剤の非線形応答-解析と実験の比較検討-" 平成9年日本音響学会春季研究発表会講演論文集. 993-994 (1997)
• [文献書誌] 竹内 真一: "界面活性剤系マイクロバブルの非線形的挙動に基づく高調波成分の検出-駆動周波数と高調波発生効率の関係-" 日本超音波医学会第69回研究発表会論文抄録集. Vol.24 Suppl.I. 324- (1997)
• [文献書誌] 竹内 真一: "マイクロバブルの粒径分布と高調波の関係" 平成9年日本音響学会秋季研究発表会講演論文集. 969-970 (1997)
• [文献書誌] 竹内 真一: "マイクロバブルに対する照射超音波の周波数と高調波の関係-実験および数値計算による検討-" 第18回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム. 147-148 (1997)
• [文献書誌] 竹内 真一: "超音波パルス照射頻度とマイクロバブルによる散乱高調波の関係" 日本超音波医学会第70回研究発表会論文抄録集. Vol.24 Suppl.II. 383- (1997)
• [文献書誌] カワン・スタント: "超音波血管造影システム用複合超音波トランスデューサの検討" 平成9年日本音響学会春季研究発表会講演論文集. (1997)
• [文献書誌] 林 賢司: "界面活性剤系マイクロバブルの共振周波数と駆動周波数および散乱スペクトルの実験的検討" 日本超音波医学会第69回研究発表会論文抄録集. Vol.24 Suppl.I. (1997)
• [文献書誌] 竹内 真一: "コーティング膜を有するマイクロバブルの非線形応答特性-実験及び解析による検討-" 電子情報通信学会技術報告 超音波研究会. US97-11. 1-7 (1997)
• [文献書誌] 竹内 真一: "超音波血管造影システム用複合超音波トランスデューサの開発" 電子情報通信学会技術報告 超音波研究会. US97-72. 77-84 (1997)
• [文献書誌] 竹内 真一: "界面活性剤コーティング膜を有するマイクロバブルの非線形特性" 第42回音波の物性と化学討論会. 42. 4-6 (1997)
• [文献書誌] Shin-ichi Takeuchi: "Nonlinear Response of Microbubble ultrasound contrast agent illuminated with ultrasound pulse" 1997 World Congress on Ultrasonics Proceedings. 208-209 (1997)
• [文献書誌] 竹内 真一: "コーティング膜を有するマイクロバブルのQ値と非線形応答特性" 平成10年日本音響学会春季研究発表会講演論文集. (予定). 935-936 (1998)
• [文献書誌] カワン・スタント: "超音波血管造影システムの基礎検討-第2高調波抽出実験-" 平成10年日本音響学会春季研究発表会講演論文集. (予定). 915-916 (1998)
• [文献書誌] 竹内 真一: "界面活性剤系マイクロバブルに対する照射音圧と非線形応答特性の関係" 日本超音波医学会第71回研究発表会論文抄録集. (予定). (1998)
• [文献書誌] カワン・スタント: "Numerical investigation on nonlinear response of free microbubble illuminated with ultrasound pulse." 日本音響学会英文論文誌. (掲載決定済み). (1998)