超音波スペクトロスコピーによる定量的骨質評価法の開発

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19360189
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 計測工学
• 研究機関: 同志社大学
• 研究代表者: 松川 真美 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (60288602)
• 研究分担者: 細川 篤 明石工業高等専門学校, 電気情報工学科, 准教授 (00321456) ; 山崎 薫 浜松医科大学, 医学部付属病院, 准教授 (00200650)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: 計測機器 / 骨質 / 超音波 / 非破壊評価

研究概要

安全・正確な次世代in vivo超音波骨計測を実現するために下記の研究を行った。各種の部位の骨を伝搬した超音波の波形情報からマイクロ-ミクロレベルの弾性異方性を把握した。また高密度な皮質骨では超音波伝搬速度と骨中のハイドロキシアパタイト微結晶配列の高相関を見出し,超音波によるナノレベル骨質測定を可能とした。またシミュレーションによる骨中の超音波伝搬挙動の可視化も実現し,骨計測の基本となる物性データ提供および計測技術開発支援の両側面から超音波骨計測法の改善の方向性を明示した。

研究成果

• [雑誌論文] Distribution of longitudinal wave velocity and hydroxyapatite crystallite orientation in bovine cortical bone (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Yaoi, K. Yamamoto, Y. Yamato, T. Yanagitani, M. Matsukawa
  • 雑誌名: Acoust. Sci. Tech. Vol.30(Reviewed) ページ: 306-309
• [雑誌論文] Propagation of fast and slow waves in cancellous bone: Comparative study of simulation and experiment. (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagatani, K. Mizuno, T. Saeki, M. Matsukawa, T. Sakaguchi, H. Hosoi
  • 雑誌名: Acoust. Sci. Tech. Vol.30(Reviewed) ページ: 257-264
• [雑誌論文] Effect of Minor Trabecular Elements on Fast and Slow Wave Propagations through a Stratified Cancellous Bone Phantom at Oblique Incidence (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Hosokawa
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. Vol.48(Reviewed) ページ: 07GK07
• [雑誌論文] Anisotropy of longitudinal wave velocity and hydroxyapatite orientation in bovine cortical bone (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Yaoi, K. Yamamoto, T. Nakatsuji, T. Yanagitani, M. Matsukawa, K. Yamazaki, A. Nagano
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. Vol.48(Reviewed) ページ: 07GK06
• [雑誌論文] Propagation of two longitudinal waves in human cancellous bone: An in vitro study (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Mizuno, M. Matsukawa, T. Otani, P. Laugier, F. Padilla
  • 雑誌名: J. Acoust. Soc. Am. Vol.125(Reviewed) ページ: 3460-3466
• [雑誌論文] Numerical analysis of variability in ultrasound propagation properties induced by trabecular microstructure in cancellous bone (2009)
  • 著者名/発表者名: A, Hosokawa
  • 雑誌名: IEEE, TUFFC Vol.54(Reviewed) ページ: 738-747
• [雑誌論文] Ultrasonic velocity dispersion in bovine cortical bone: An experimental study (2008)
  • 著者名/発表者名: G.. Haiat, M. Sasso, S. Naili, M. Matsukawa
  • 雑誌名: J. Acoust. Soc. Am. Vol.124(Reviewed) ページ: 1811-1821
• [雑誌論文] Ultrasonic wave properties in the bone axis direction of bovine cortical bone (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Yamamoto, Y. Yaoi, Y. Yamato, T. Yanagitani, M. Matsukawa, K. Yamazaki
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. Vol.47(Reviewed) ページ: 4096-4100
• [雑誌論文] Effects of structural anisotropy of cancellous bone on speed of ultrasonic fast waves in the bovine femur (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Mizuno, M. Matsukawa, T. Otani, M. Takada, I. Mano, T. Tsujimoto
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency control Vol.35(Reviewed) ページ: 1480-1487
• [雑誌論文] Distri-bution of hydroxyapatite crystallite orientation and ultrasonic wave velocity in ring-shaped cortical bone of bovine femur (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamato, M. Matsukawa, H. Mizukawa, T. Yanagitani, K. Yamazaki, A. Nagano
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control Vol.35(Reviewed) ページ: 1298-1303
• [雑誌論文] Measurement of wave velocity in bovine bone tissue by micro-Brillouin scattering (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Sakamoto, M. Kawabe, M. Matsukawa, N. Koizumi, N. Ohtori
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. Vol.47(Reviewed) ページ: 4205-74208
• [雑誌論文] Numerical and Experimental Study on the Wave Attenuation in Bone-FDTD Simulation of Ultrasound Propagation in Cancellous Bone- (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagatani, K. Mizuno, T. Saeki, M. Matsukawa, T. Sakaguchi, H. Hosoi
  • 雑誌名: Ultrasonics Vol.48(Reviewed) ページ: 607-612
• [雑誌論文] Influence of minor trabecular elements on fast and slow wave propagations through cancellous bone (2008)
  • 著者名/発表者名: A. Hosokawa
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. Vol.47(Reviewed) ページ: 4170-4175
• [雑誌論文] Development of a numerical cancellous bone model for finite-difference time-domain simulations of ultrasound propagation (2008)
  • 著者名/発表者名: A. Hosokawa
  • 雑誌名: IEEE Tran-sactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control Vol.55(Reviewed) ページ: 1219-1233
• [雑誌論文] Frequency dependence of ultrasonic attenuation in bovine cortical bone: an in vitro study (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Sasso, G. Haiat, Y. Yamato, S. Naili, M. Matsukawa
  • 雑誌名: Ultrasound in medicine and Biology Vol.41(Reviewed) ページ: 347-355
• [雑誌論文] Correlation between hydroxyapatite crystallite orientation and ultrasonic wave velocities in bovine cortical bone (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamato, M. Matsukawa, T. Yanagitani, K. Yamazaki, H. Mizukawa, A. Nagano
  • 雑誌名: Calcified Tissue International Vol.82(Reviewed) ページ: 162-169
• [雑誌論文] Dependence of ultrasonic attenuation on bone mass and microstructure in bovine cortical bone (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Sasso, G. Haiat, Y. Yamato, S. Naili, M. Matsukawa
  • 雑誌名: Journal of Biomechanics Vol.33(Reviewed) ページ: 1933-1942
• [雑誌論文] Effect of trabecular irregularity on fast and slow wave propagations through cancellous bone (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Hosokawa
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. Vol.46(Reviewed) ページ: 4862-4867
• [学会発表] 白色家兎上腕骨近位部における超音波伝搬特性ならびに左右差の検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 山下圭祐, 小泉喬亮, 河上剛, 松川真美, 三幡輝久
  • 学会等名: 日本音響学会2010年研究発表会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-03-07
• [学会発表] Ultrasonic characterization of bovine bone marrow (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Kubo, N. Cazier, T. Saeki, M. Matsukawa
  • 学会等名: The third international conference on the development of Biomedical Engineering in Vietnum, Ho Chi Minh
  • 発表場所: Vietnum
  • 年月日: 2010-01-11
• [学会発表] ブタ皮質骨中の超音波伝搬特性について (2009)
  • 著者名/発表者名: 小泉喬亮, 山本和史, 中辻知宏, 山下圭祐, 松川真美
  • 学会等名: 第30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
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2009-11-20
• [学会発表] ウシ海綿骨中の3次元骨梁構造と高速波音速の異方性について (2009)
  • 著者名/発表者名: 宗宮弘樹, 水野勝紀, 久保智弘, 松川真美, 大谷隆彦, 長谷芳樹
  • 学会等名: 第30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
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2009-11-20
• [学会発表] ウェーブレット変換を用いた海綿骨透過超音波の解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 長谷川翔, 長谷芳樹, 水野勝紀, 松川真美
  • 学会等名: 第30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
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2009-11-20
• [学会発表] 直交する2面の超音波縦波音速分布を用いたウシ皮質骨の弾性異方性の検討 (2009)
  • 著者名/発表者名: Q. Grimal, K. Yamamoto, T. Nakatsuji, M. Matsukawa, P. Laugier
  • 学会等名: 第30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
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2009-11-20
• [学会発表] 超音波による骨質評価の可能性について (2009)
  • 著者名/発表者名: 松川真美
  • 学会等名: 電子情報通信学会超音波研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-10-22
• [学会発表] Dispersion of longitudinal wave velocity in swine cortical bone (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Koizumi, K. Yamamoto, T. Nakatsuji M. Matsukawa
  • 学会等名: 2009 IEEE International Ultrasonics Symposium
  • 発表場所: Rome, Italy
  • 年月日: 2009-09-23
• [学会発表] Effects of Structural Anisotropy on the Two-wave Phenomena in Cancellous Bone -Numerical and Experimental Study- (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagatani, M. Matsukawa, K. Mizuno
  • 学会等名: 2009 IEEE International Ultrasonics Symposium
  • 発表場所: Rome, Italy
  • 年月日: 2009-09-22
• [学会発表] Measurement of longitudinal wave velocity in trabeculae by micro-Brillouin scattering (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Kawabe, M. Matsukawa, N. Ohtori
  • 学会等名: 2009 IEEE International Ultrasonics Symposium
  • 発表場所: Rome, Italy
  • 年月日: 2009-09-22
• [学会発表] 超音波による骨形態評価の特徴と可能性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 松川真美
  • 学会等名: 第29回日本骨形態計測学会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2009-05-30
• [学会発表] Ultrasonic characterization of cortical bone: comparison between attenuation and velocity dispersion measurements (2009)
  • 著者名/発表者名: G. Haiat, M. Sasso, S. Naili, M. Matsukawa
  • 学会等名: 2009 International Congress on Ultrasonics (ICU)
  • 発表場所: Santiago, Chile
  • 年月日: 2009-01-13
• [学会発表] Anisotropy of longitudinal wave velocity and HAp orientation in bovine cortical bone (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Yaoi, K. Yamamoto, T. Yanagitani, T. Koizumi, M. Matsukawa, K. Yamazaki, A. Nagano
  • 学会等名: 2009 International Congress on Ultraso10nics (ICU)
  • 発表場所: Santiago, Chile
  • 年月日: 2009-01-13
• [学会発表] Influence of trabecular elements on fast and slow wave propagations in oblique directions to layers of a stratified trabecular phantom (2008)
  • 著者名/発表者名: A. Hosokawa
  • 学会等名: Symposium on Ultrasonic Electronics
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2008-11-13
• [学会発表] Anisotropy of ultrasonic longitudinal wave in the cortical bone of bovine femur (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Yaoi, K. Yamamoto, T. Koizumi, M. Matsukawa, K. Yamazaki, A. Nagano
  • 学会等名: 2008 IEEE International Ultrasonics Symposium
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2008-11-03
• [学会発表] Anomalous behavior of ultrasonic velocity dispersion in bovine cortical bone (2008)
  • 著者名/発表者名: G. Haiat G., M. Sasso, S. Naili, M. Matsukawa
  • 学会等名: 2008 IEEE International Ultrasonics Symposium
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2008-11-03
• [学会発表] 顕微Brillouin散乱法による海綿骨骨梁中の音速測定 (2008)
  • 著者名/発表者名: 川部昌彦松川真美
  • 学会等名: 電子情報通信学会超音波研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-10-30
• [学会発表] Ultrasonic wave propagation in human cancellous bones (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Mizuno, M. Matsukawa, F. Padilla, P. Laugier
  • 学会等名: International Bone Densitometry Workshop
  • 発表場所: Foggia, Italy
  • 年月日: 2008-06-16
• [学会発表] Relationship between Broadband Ultrasonic Attenuation and bone properties in femoral bovine cortical bone (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Sasso, G. Haiat G., Y. Yamato, S. Naili, M. Matsukawa
  • 学会等名: International Bone Densitometry Workshop
  • 発表場所: Foggia, Italy
  • 年月日: 2008-06-16
• [学会発表] ウシ皮質骨における骨軸方向の超音波伝搬特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 山本和史, 矢追佑一郎, 大和雄, 水川裕文, 松川真美, 柳谷隆彦, 山崎薫, 長野昭
  • 学会等名: 応用物理学会第28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
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2007-11-15
• [学会発表] An Experimental Study on the Ultrasonic Wave Propagation and Structural Anisotropy in Bovine Cancellous Bone (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Mizuno, M. Matsukawa, T. Otani, M. Takada, I. Mano, T. Tsujimoto
  • 学会等名: IEEE International Ultrasonics Symposium
  • 発表場所: New York USA
  • 年月日: 2007-10-31
• [学会発表] Broadband Ultrasonic Attenuation in Femoral Bovine Cortical Bone is an Indicator of Bone Properties (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Sasso, G. Haiat, Y. Yamato, S. Naili, M. Matsukawa
  • 学会等名: IEEE International Ultra- sonic Symposium
  • 発表場所: New York, USA
  • 年月日: 2007-10-31
• [学会発表] Effects of crystallites orientation on the longitudinal wave velocities in bovine cortical bone (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Matsukawa, Y. Yaoi, H. Mizukawa, Y. Yamato, K. Yamamoto, K. Yamazaki, A. Nagano
  • 学会等名: 2nd European Symposium on the ultrasonic characterization of bone
  • 発表場所: Halle, Germany
  • 年月日: 2007-07-20
• [学会発表] Measure- ment of wave velocity in bovine cortical bone by micro-Brillouin scattering method (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Sakamoto, M. Matsukawa, Y. Yamato, K. Yamamoto, K. Yamazaki, A. Nagano
  • 学会等名: 2nd European Symposium on the ultrasonic characterization of bone
  • 発表場所: Halle, Germany
  • 年月日: 2007-07-20
• [学会発表] Experimental study on the fast wave velocity and structural anisotropy in the cancellous bone (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Mizuno, M, Matsukawa, T. Otani, M. Takada, I. Mano, T. Tsujimoto
  • 学会等名: 2nd European Symposium on the ultrasonic characterization of bone
  • 発表場所: Halle, Germany
  • 年月日: 2007-07-20
• [学会発表] Broadband ultrasonic attenuation in bovine cortical bone: dependence on bone mass and microstructure (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Sasso, G.. Haiat, Y. Yamato, S. Naili, M. Matsukawa
  • 学会等名: International congress on Ultrasonics
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 2007-04-10