2019 年度実績報告書

超音波後方散乱波制御による音速分布イメージングシステムの開発

研究課題

研究課題/領域番号	19H04494
研究機関	国立研究開発法人産業技術総合研究所
研究代表者	新田尚隆国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (60392643)
研究分担者	鷲尾利克国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (40358370)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード	画像診断システム / 医療・福祉 / 生物・生体工学
研究実績の概要	生体中を伝搬する超音波（縦波）の音速は組織性状を反映しており、その分布を可視化することができれば、疾病の検出や診断に役立つことが期待されている。現在実用化が試みられている超音波CTには、超音波の伝搬経路中に骨などの不透過な構造があると再構成できない致命的な欠点がある。それ故、臨床で広く用いられているハンドヘルド型プローブを用いて音速分布を可視化する試みがあるが、未だ実用化されていない。そこで本研究では、超音波後方散乱制御に基づいて精細な音速分布を再構成する新たな手法を開発し、実験システムを構築して、実データに対する音速分布再構成法の適用性について検討する。全研究期間を通じて、ファントム（生体模擬材料）や実験動物を用いた実験的検討を行い、高分解能・高コントラストな音速分布のイメージングを可能とするアルゴリズムの確立及びシステムの完成を目指す。 2019年度は、音速分布の再構成アルゴリズムの検証に適合した実験システムの構築を進めた。超音波ビームを任意方向に送信し、散乱体からの後方散乱波をプローブの素子ごとに記録して制御することが可能となる実験システムを構築し、ファントムを用いてその動作確認を行った。また、後方散乱波取得のシミュレータを構築し、後方散乱波の特性解析と音速測定並びに音速分布再構成アルゴリズムの検証を行った。さらに、実験システムへの当該アルゴリズムの実装に着手し、ファントムを用いた実証にも着手した。ファントムを用いた実証では、得られる音速の妥当性（確からしさ）を評価するために、他物性（T1, T2, ADCなど）の計測と比較を行った。以上により、次年度における研究計画の実施基盤が整った。
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交付申請書における計画の通り実験システムの構築が完了し、次年度における研究計画の実施基盤が整ったため。
今後の研究の推進方策	構築した実験システムを用いてファントム実験を行い、音速分布再構成法の精度、空間分解能、コントラスト分解能について検討を行う。音速のみが異なる単一の内包物を含むシンプルな構造のファントムや、異なるサイズ・音速の内包物を含む複雑な構造のファントムを作製し、音速分布再構成アルゴリズムの検証に用いる。得られた音速値の正しさを評価するために、別に準備した同濃度のファントムを用いてパルス透過法により真の音速を計測し、再構成結果と比較する。また先行研究の手法を用いた音速推定も行い、本手法との比較を通じて、本手法の優位性を明らかにする。十分な精度、空間分解能、コントラスト分解能が得られない場合は、波動伝搬の解析を通じて対策を検討し、精度、空間分解能、コントラスト分解能の改善を図る。ファントムを用いた実証では、音速と他の物性（T1, T2, ADC, せん断波速度など）との比較を行い、得られた音速の妥当性（確からしさ）についても評価する。