医療診断のための光変調超音波パルスエコーによる光トモグラフィ

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350222
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 堀中 博道 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (60137239)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松中 敏行 アロカ(株), TP技術部, 技術部長(研究職) ; 和田 健司 大阪府立大学, 工学研究科, 講師 (40240543)
• Keywords: 光断層画像 / 生体組織 / 近赤外線 / 超音波速度 / 医療診断 / 光散乱 / 超音波パルス / 悪性腫瘍

Research Abstract

本年度は、前年度の研究成果を発展させ、さらに実用的な方式とするために、超音波速度変化画像の高速測定と空間分解能の改善のための研究を行った。
まず、光照射による超音波速度変化を瞬時に測定するために、アレイトランスデューサーの適用を検討した。超音波診断装置に半導体レーザーの光源と信号処理回路を付加し、動物組織の中に吸収体を挿入したものを試料として用いた。その結果、約30mmx40mmの領域でアレイトランスデューサーによって詳細な断層画像(横345ライン、縦1570サンプル)を1秒間に数フレームの速度で得ることができた。光照射の前と後で345ラインの波形を検出し、送信波形との相関をとることで速度変化量を求めた。得られた速度変化画像は、動物組織内の吸収領域を詳細に示していた。アレイトランスデューサーの適用によって画像データは高速で得られるようになったが、実用装置とするには、データを高速で処理し、超音波速度変化をリアルタイムで画像表示することが必要である。
次に、空間分解能を向上させるために、今まで用いていた5MHzのトランスデューサーの代わりに20MHzのトランスデューサーを用いた。まず、ラマンナス回折によって水中における超音波の形状を測定した。生体擬似試料を作製し、表面から特定の深さにおける光照射による温度変化のプロフィールを測定した。その結果、装置の空間分解能が改善されていることが確認された。
空間分解能は、超音波の幅だけではなく、吸収体の境界における熱拡散によって支配されている。そこでパルス光を用いることで熱拡散の影響を抑制する方式を試みた。波長可変パルスレーザーを用いて生体擬似試料を照射した。皮膚表面の安全基準内のピーク強度のパルス光を用いて、超音波の位相変化の検出が可能であることを示した。

Research Products

• [Publications] H.Horinaka, T.Iwade, Y.Kanetaka, F.Ogushi, T.Matsuyama, K.Wada, T.Matsunaka, Y.Cho: "Imaging of Ultrasonic Velocity Change Corresponding to Optical Absorption Distribution"Japanese Journal of Applied Physics. Vo.42・5B. 3287-3288 (2003)
• [Publications] M.Yoshida, T.Tatekawa, K.Wada, T.Matsuyama, H.Horinaka, Y.Cho: "Improvement of Spatial Resolution in OCT due to Lorentzian Spectral Shaping based on Lightwave Synthesis"Conference Digest of the 28^<th> International Conference on Infrared and Milimeter waves. JSAP Catalog No.031231. 513-514 (2003)
• [Publications] T.Kitagawa, T.Tatekawa, K.Wada, T.Matsuyama, H.Horinaka: "Optical Fiber Low-coherence Range Finder"Conference Digest of the 28^<th> International Conference on Infrared and Milimeter waves. JSAP Catalog No.031231. 457-458 (2003)