| 研究課題/領域番号 |
12J05892
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
金川 哲也 東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(PD)
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| キーワード | 集束超音波 / HIFU / 医用超音波 / 非線形波動 / 超音波トモグラフィ / 非線形音響学 / 画像再構成 / マイクロバブル |
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| 研究概要 |
代表者らのグループでは、超音波による診断・治療の融合器を創成すべく、音で診て音で治す、USCT
(UltraSound Computed Tomography)とHIFU(High Intensity Focused Ultrasound)の統合を提案している。これは、国内外を問わず報告例が皆無な革新的チャレンジであるが、生体中の音響伝播の複雑さゆえに、その基盤すら報告例は皆無である。本年度は、基礎的側面に重点をおき、診断と治療おのおのを、理論的・数値的・実験的に調べた。HIFUによる腫瘍焼灼などの低侵襲治療は、非切開手術であるがゆえに、治療中の患部を視認できない問題を有する。現在の腫瘍のリアルタイム可視化技術の主流はMRIであるが、高価かつ装置の大型化などの欠点を打開せねばならない。そこで、診断をも音に委ねるUSCTを提案する。乳房のように、骨などの硬組織を含まず、かつ、異媒質間の音響インピーダンスの差がわずかな軟組織であるならば、屈折や回折による音の経路の変化は大きくはなく、その有用さが期待される。リング型アレイトランスデューサを使い、乳房をリングで覆い囲むように音源を配置し、各素子から乳房に向けて放射された透過超音波を受信し、乳房内部の画像再構成(CT)を行う。CTでは、組織の音速などの空間分布が計算可能であるがゆえに、CTの情報をもとに、腫瘍焼灼中におけるHIFU照射の高精度制御が期待される。音速の温度依存性をとおして、焼灼中の温度上昇を予測することで、腫瘍近傍組織の加熱といった悪影響をも回避可能にすることが、診断・治療統合器の最大の利点といえる。HIFUの死亡事故という最悪な事例が散見されるが、「治療部位をきちんと診さえすれば」回避できるがゆえ、ここで改めて「モニタリング」の重要性を強調しておく。
本年度の具体的成果を、診断・治療の両側面から述べる:(1)診断:音は回折・屈折・反射を伴うが、これらを無視した直進CTを遂行し、どの程度の精度の画像再構成が可能かを調べた[日本機械学会流体工学部門一般表彰(優秀講演表彰)(金川哲也)受賞]。次年度は、屈折や回折を考慮した数値的検討を行う。(2)治療:気泡を含む液体中の超音波伝播に対して、理論・実験の両手法から基礎研究を行った。前者では、音の周波数の高低を系統的・統一的に扱う理論体系を提案した[2011年度日本機械学会賞(論文)受賞]。後者では、マイクロオーダのSonazoidを用いて、気泡群が壊れない程度の低強度超音波を用いて、音場計測系の構築および気泡の共振を考察した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の研究計画には含まれていなかった、医用超音波による診断・超音波CTの基礎的検討にも携わった点、および、マイクロバブルに係る音場の実験的検討をも遂行した点は、計画以上の進展と判断する。しかしながら、数理的研究という申請題目に即すような、新規性のある結果は、いまだ得られておらず、入り口に迫った程度に過ぎない。以上を総合視し「おおむね順調に進展している」との自己評価を下す。
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| 今後の研究の推進方策 |
超音波診断の数理およびアルゴリズムに関しては、欧米の先行研究を眺めると、偏微分方程式論・逆問題に詳しい応用数学者とのコラボレーションが散見され、当研究においても応用数学者の参入が必要と考えている。現在、他機関の応用数学者の助言を乞うている最中にあり、次年度以降、申請者の得意とする応用力学的側面とのコラボレーションを計画している。一方、マイクロバブルと超音波の理論は、申請者の専門でもあり、これまでどおりに遂行するが、実験に関しては、所属機関内の超音波計測工学の専門家との密な打合せのもと、精密な計測および厳密な考察を遂行する予定である。
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