超音波ビスコエラストグラフィ：複合励振による組織粘弾性の定量的可視化技術の開発

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25242049
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 椎名 毅 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (40192603)
• 研究分担者: 戸井 雅和 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (10207516) ; 工藤 正俊 近畿大学, 医学部, 教授 (10298953) ; 山川 誠 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (60344876) ; 近藤 健悟 京都大学, 学内共同利用施設等, 助教 (50649233)
• 研究期間 (年度): 2013-05-31 – 2016-03-31
• キーワード: 医用超音波システム / 組織粘弾性 / 医用イメージング / がん診断 / 肝疾患診断

研究実績の概要

超音波エラストグラフィは、組織弾性の可視化手法として実用化し、その原理は静的手法での歪み計測と、動的手法での剪断波の伝搬速度の計測があるが、それぞれ課題が残されており、また粘性を独立に測定する方法は未だ実用化していない。本研究は、静的・動的手法を組み合わせて組織の粘・弾性をより正確に評価する手法の開発を目指している。前年度に引き続き、本年度は以下の検討を行った。
１．剪断波の逆フィルタ処理による高精度な速度推定法の開発
従来の動的手法での弾性像の再構成は、剪断波の伝搬方向を仮定し、単純にTOFから速度を求める方法であるが、反射、屈折等によるアーチファクトが生じやすい点が課題となっている。前年度は、拍動など準静的な手法で剪断波を生成し、粘弾性を画像化する方法を検討したが、長時間の波形計測が必要な点などの課題があった。そこで，本年度は，音響放射力で複数点に生成した剪断波に逆フィルタ処理を用いて集束させることで，短時間の計測でも生体内での反射や屈折の影響を受けずに速度分布が得られる方法を開発した．腫瘍を模擬したファントムを用いた実験では、従来法に比較し高精度な画像再構成が可能なことが確認された。
2．媒質の粘弾性および構造とせん断波速度推定値との関連についての検討
臨床において、剪断波によるエラストグラフィで生じるアーチファクトの成因について検討した。不均一媒質での剪断波伝搬の様子をシミュレーションで再現し、通常のTOF法で測定した場合、粘性がアーチファクトの出方に大きく影響すること、薄膜や血管のような円管構造の場合、速度分散が生じ見かけの粘性が現れるため、漏れラム波でのモデリングにより、高精度な剪断波速度の推定が可能なことを確認した。また、ファントムや動物の組織資料について、粘弾性の計測を行い、シミュレーション解析との結果を比較した。以上により臨床適用に向けての基礎固めを行った。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Shear wavelength estimation based on inverse filtering and multiple-point shear wave generation (2016)
  • 著者名/発表者名: Kitazaki T, Kondo K, Yamakawa M, and Shiina T
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 55 ページ: －
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Study on the Application of Shear-wave Elastography to Thin-Layered Media and Tubular Structure: Finite-Element Analysis and Experiment Verification (2016)
  • 著者名/発表者名: Jang J, Kondo K, Namita T, Yamakawa M, and Shiina T
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 55 ページ: －
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] WFUMB Guidelines and recommendations for clinical use of ultrasound elastography: PART 1: Basic principles and Terminology (2015)
  • 著者名/発表者名: Shiina T, Nightingale KR, Palmeri ML, Hall TJ, Bamber JC, Barr RG, Castera L, Choi BI, Chou YH, Cosgrove D, Dietrich CF, Ding H, Amy D, Farrokh A, Ferraioli G, Filice C, Friedrich-Rust M, Nakashima K, Schafer F, Sporea I, Suzuki S, Wilson S, Kudo M
  • 雑誌名: Ultrasound in Medicine & Biology 巻: 41(5) ページ: 1126-1147
  • DOI: 10.1016/j.ultrasmedbio.2015.03.009
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] SWE を薄板状媒質に適用するためのHilbert-Huang Transform に基づくTime-of-flight 法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 張 俊根, 近藤 健悟, 浪田 健, 山川 誠, 椎名 毅
  • 学会等名: 第36 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: つくば国際会議場（つくば）
  • 年月日: 2015-11-05 – 2015-11-07
• [学会発表] 多点励振と逆フィルタによる剪断波の波長推定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 北﨑 智明, 近藤 健悟, 山川 誠, 椎名 毅
  • 学会等名: 第36 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: つくば国際会議場（つくば）
  • 年月日: 2015-11-05 – 2015-11-07
• [学会発表] 最近の超音波診断装置におけるイノベーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 椎名 毅
  • 学会等名: 第110 回日本医学物理学会学術大会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌）
  • 年月日: 2015-09-19 – 2015-09-20
  • 招待講演
• [学会発表] Ultrafast Imaging 法を用いた探触子加振による組織粘弾性計測の精度向上 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山川 誠，椎名 毅
  • 学会等名: 日本超音波医学会第88回学術集会
  • 発表場所: グランドプリンスホテル新高輪（東京）
  • 年月日: 2015-05-22 – 2015-05-24