超音波による骨密度二次元断層画像技術の確立及び骨粗鬆症診断システムの開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11792012
• 研究機関: 同志社大学
• 研究代表者: 大谷 隆彦 同志社大学, 工学部, 教授 (50066205)
• 研究分担者: 高井 信朗 京都府立医科大学, 医学部, 講師 (10226730) ; 松川 真美 同志社大学, 工学部, 助教授 (60288602) ; 坂口 一彦 同志社大学, 工学部, 教授 (40066212) ; 須崎 琢而 (株)堀場製作所開発センター, シニアマネージャー(研究職) ; 高田 政彦 滋賀医科大学, 放射線科, 助手 (10187974)
• キーワード: cancellous bone / trabecullar structure / porous structure / fast wave / slow wave / ultrasonic wave speed / ultrasonic wave attenuation / acoustical imaging

研究概要

2000年度(平成12年度)における研究の進捗:
(1)試作装置:
海綿骨の骨密度のin vivo二次元断層画像を実現するための試作装置を平成11年度に作製し、本年度の当初に試作装置の性能評価を行った。その結果、集束性送波部、受波部の時間分解能の改善および精密走査機構部の制御位置精度と過渡応答の改善が必要となった。これらの改善と性能向上の検討を行い現在調整中であるが、臨床計測の予備試験を行ってX線CT計測との比較を試みた。(須崎、大谷が担当)
(2)海綿骨の微細構造の解析:
マイクロX線CTによる海綿骨の構造解析と超音波による密度分布の計測結果の比較を行い、超音波指標の確立の手法を検討した。また骨粗鬆症患者の症例と骨密度の関係を調査した。(高田、早川、大谷が担当)
(3)骨の荷重挙動の解析:
ヒト大腿骨などの海綿骨について静荷重および衝撃荷重の骨梁構造の挙動、破壊試験による亀裂進展の挙動について検討し、超音波指標を確立するための基礎データを得し。また骨粗鬆症患者の症例と骨密度の関係を調査した。(高井、坂口、早川が担当)
(4)骨および人工骨材料の強度評価と超音波特性:
皮質骨および海綿骨の強度評価を行い、それと等価な結晶化ガラスによる人工骨材料(バイオセラミックス)の開発を行った。またこのようなセラミック材料の超音波伝搬特性を計測し、海綿骨と相似な特性を持つことを明らかにした。(佐藤、細川が担当)
(5)超音波画像の分解能向上:
送波器、受波器の時間分解能を向上させるため、音場内におけるパルス波の伝搬特性を解析した。また超音波音場のインパルス応答および集束点近傍のインパルス応答を理論的に解明した。これによって送波器、受波器の設計基準が明確になり分解能向上が可能となった。(大谷が担当)
超音波画像を正確に評価するための生体擬似材料(ファントム)の開発および分解能向上のための音響整合材の開発を行った。(松川が担当)

研究成果

• [文献書誌] Takahiko OTANI: "Physical Principles and Theoretical Concepts of Transient Acoustic Field"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.39,Pt.1 No.5B. 2888-2897 (2000)
• [文献書誌] 大谷隆彦: "集束音場のパルス応答"電子情報通信学会技術研究報告. US2000-96. 27-34 (2001)
• [文献書誌] 江坂拓南,岡正典,坂口一彦 他: "骨粗鬆症海綿骨の力学的特性に関する研究(第2報)"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 21巻. 449-454 (2000)
• [文献書誌] Y.FUKUDA,S.TAKAI et al: "Impact load transmission of the knee joint-influence of leg alignment and the role of meniscus and articular cartilage."Clin.Biomech.. Vol.15. 516-521 (2000)
• [文献書誌] 福田幸久,高井信朗 他: "膝関節の衝撃伝達機構に関する力学的研究(第2報)"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 21巻. 205-210 (2000)
• [文献書誌] 佐藤昌利,中野達明,塩見治久: "水分を多く含む顆粒を用いたプレス成形体の圧力伝達機構の解析"材料. 49巻・6号. 611-616 (2000)
• [文献書誌] 細川篤,岩佐陽介: "多孔性セラミックス中の超音波伝搬"日本音響学会講演論文集. 3月. 1019-1020 (2001)
• [文献書誌] 秋本忠輝,松川真美 他: "粒子混合ゲル中の超音波伝搬特性"日本音響学会講演論文集. 3月. 933-934 (2001)