ガイドワイヤー搭載電磁走査型前方視超音波内視鏡

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H03028
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 芳賀 洋一 東北大学, 医工学研究科, 教授 (00282096)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西條 芳文 東北大学, 医工学研究科, 教授 (00292277) ; 松永 忠雄 東北大学, マイクロシステム融合研究開発センター, 助教 (00396540)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: ガイドワイヤー / 超音波イメージング / 電磁駆動 / 走査 / 血管内治療

Outline of Annual Research Achievements

血管内治療の際に用いるガイドワイヤー先端に搭載し、超音波トランスデューサ素子1個を電磁的に振動させる細径前方視血管内超音波内視鏡を開発する。独自の非平面フォトファブリケーション技術による曲面上へのコイルおよび配線形成技術と組立実装技術を駆使して、ガイドワイヤー先端に搭載できるほど小型な外径0.36mmの超音波イメージャーを実現し、動脈硬化に伴う冠動脈、四肢末梢動脈などの血管内高度狭窄、完全閉塞を安全かつ確実に再開通治療するために役立てる。
超音波素子を多数並べて電気的に切り換えて行う電子スキャンでは、細径化に伴い視野角と方位分解能に限界が生じるが、比較的大きい1個の素子を機械的に振動させるメカニカルスキャンを用いることで、方位分解能の向上、広い視野角を実現できる。
本年度は、駆動機構の設計試作および超音波素子の加工を中心に行った。振動子を1軸の梁(ビーム)で支え、その周囲を液体と気体を隔離する膜(ダイヤフラム)を配置する構造とし、ダイヤフラムとして、コルゲート構造をした非伸縮性のポリマーであるパリレン(ポリパラキシリレン)を用いた場合の設計と伸縮性ポリマーの検討を平行して行った。また、駆動機構へ取り付ける超音波素子の電極形成と加工方法について設計、試作を行うとともに駆動機構への実装、特に機械的固定及び電気的な配線の取り回しについて課題を抽出し具体的な対策と設計およびプロセスの改良を進めている。
今後試作する駆動機構についてコイルの形状を傾斜ソレノイド型から鞍型に変え、この駆動コイルを挟むように前後にソレノイドコイルを置き、駆動のタイミングに合わせて振動をアシストする磁界を発生させ振幅を向上する予定である。駆動コイルの作製は複数の凹面を１列に配置した基板上に非平面フォトファブリケーションにより複数のプローブを一括作製する。段差が200μm以下になるので投影露光による一括パターニングを用いる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

直径数mmの駆動機構、超音波素子の実装について技術的な蓄積と経験はあるものの、細径化に伴う組立の難しさ、歩留まり低下への対応について設計変更と対策が必要となり、試作および評価が当初の予定よりやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

本研究計画では主に1年目において超音波素子の試作評価と、超音波振動子を電磁的に駆動する機構の開発、試作評価を中心に行い、2年目以降に駆動機構へ超音波素子を実装し、超音波送受とメカニカルスキャンによる超音波ビームの走査を行う。その後、超音波ファントムおよび摘出組織を用いた撮像実験、評価を行い設計にフィードバックする。独自に開発した非平面フォトファブリケーション技術を用い、試作を行うが、血液に触れるデバイスのため１回使い捨て(ディスポーザブル)にする必要があることから、前述のプロセスを発展させ、セミ量産を可能とする一括作製プロセスを開発する。個々のプロセスについては比較的見通しが立っているが、細径化に伴う組立の難しさと作製誤差による振動特性のばらつきなどが開発の進行を妨げる心配があり、特に組立誤差が致命的な要素にならないよう、問題となる部品および組立工程について早期に問題点を抽出し、設計変更、組立プロセス改善の対策を行う。