三次元超音波エラストマイクロスコープの開発

組織の質的な変化を捉える組織性状診断は、組織形態の病変が顕在化する前の早期診断や良悪性の鑑別診断を可能とするものとして重要視されている。その中でも、組織の硬さは、癌、肝硬変、動脈硬化症などの病態を敏感に反映することから、近年、腫瘍の検出精度の向上や進行度の診断などを目的として、超音波により組織弾性を画像化する組織弾性イメージングが実用化された。一方、疾病の進行度の把握や、良悪性鑑別等のためには、組織の粘弾性の変化の病理学的な意味付けが重要となるが、そのような疾病との対応を定量的に把握できるデータは皆無に近い。本研究では、我々がこれまでの研究で開発したin vivoでの体内臓器の歪み分布やヤング率を得る手法や、ヒステリシス特性に基づき粘弾性に関するパラメータの抽出する手法を用いて、自動的に組織切片の圧迫・弛緩を行う装置と、専用の高周波超音波トランスデューサを用いたシステム、さらにデータ解析のアルゴリズムの開発を通じて、三次元超音波エラストマイクロスコープの開発を行う。本年度は、前年度までの基礎実験システムによる検討結果をもとに、有限要素法等を用いて実験システムを忠実に再現したシミュレーターを構築した。これにより、ビーム形状や超音波パルス形状、弾性像の空間分解能を向上させるためのフィルタ等のパラメータの最適値について検討した。次に、上記の結果を反映したシステムの改良を行い、ファントムにより空間分解能、粘弾性パラメータの精度などについて評価した。また、組織切片を用いて、組織の粘弾性における温度依存性、繰り返し計測による履歴性などについて詳細に検討し、併せて、既設の機械的な圧縮試験装置を用いて得られるマクロな特性値との比較検討を行った。最後に、これらの検討結果と実用化に向けての課題を整理し本研究の取り纏めを行った。

組織の質的な変化を捉える組織性状診断は、組織形態の病変が顕在化する前の早期診断や良悪性の鑑別診断を可能とするものとして重要視されている。その中でも、組織の硬さは、癌、肝硬変、動脈硬化症などの病態を敏感に反映することから、近年、腫瘍の検出精度の向上や進行度の診断などを目的として、超音波により組織弾性を画像化する組織弾性イメージングが実用化された。一方、疾病の進行度の把握や、良悪性鑑別等のためには、組織の粘弾性の変化の病理学的な意味付けが重要となるが、そのような疾病との対応を定量的に把握できるデータは皆無に近い。本研究では、我々がこれまでの研究で開発したin vivoでの体内臓器の歪み分布やヤング率を得る手法や、ヒステリシス特性に基づき粘弾性に関するパラメータの抽出する手法を用いて、自動的に組織切片の圧迫・弛緩を行う装置と、専用の高周波超音波トランスデューサを用いたシステム、さらにデータ解析のアルゴリズムの開発を通じて、三次元超音波エラストマイクロスコープの開発を行う。本年度は、前年度までの基礎実験システムによる検討結果をもとに、有限要素法等を用いて実験システムを忠実に再現したシミュレーターを構築した。これにより、ビーム形状や超音波パルス形状、弾性像の空間分解能を向上させるためのフィルタ等のパラメータの最適値について検討した。次に、上記の結果を反映したシステムの改良を行い、ファントムにより空間分解能、粘弾性パラメータの精度などについて評価した。また、組織切片を用いて、組織の粘弾性における温度依存性、繰り返し計測による履歴性などについて詳細に検討し、併せて、既設の機械的な圧縮試験装置を用いて得られるマクロな特性値との比較検討を行った。最後に、これらの検討結果と実用化に向けての課題を整理し本研究の取り纏めを行った。