時空間信号処理に基づく集束超音波ビーム強度分布の３次元可視化

基于时空信号处理的聚焦超声波束强度分布3D可视化

• 批准号: 16J08611
• 负责人: 松井 和洋
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J08611/
• 关键词: 超音波治療; 音場推定; 時間反転法; 音響放射圧; 集束超音波治療; 生体内音場推定; 散乱不均一補正; 音響放射力

強力集束超音波治療は、切開を必要とせず、腫瘍のみを物理的に加熱凝固治療できるため、次世代の低侵襲治療技術として一部臨床応用されている。しかし、超音波は組織の音響特性等の不均一性により、集束超音波発生装置の幾何学的焦点とは異なる部位にエネルギーが集束する可能性および、超音波強度が治療計画時の予測値と大きく異なる可能性がある。このため集束部位の治療効果をモニタリングする技術が重要である。本研究は、超音波モニタリングに基づいた集束超音波ビームの強度分布推定手法の開発を目指した。前年度においては、(1)集束超音波が形成する音場推定を目的とした時間反転法を用いた手法、および(2)集束部位での音響強度推定を目的とした音響放射圧を用いた手法を提案した。しかし、(1)、(2)各々に問題点があることが明らかであった。したがって、本年度はこれらの問題点を克服する方針で研究を実施した。i. (1)に関して、受信機口径の狭小による推定誤差、および推定可能な音場が2次元空間に制限されている問題があった。そこで、仮想的に受信機の口径を広げる工夫をし、また受信機の素子配列を2次元にすることで、3次元音場を高確度に可視化する手法を提案した。本手法の有効性を、均質かつ無減衰な媒質で数値的かつ実験的評価により確認した。ii. (2)に関して、生体組織特性の不均一性によって、焦点部位での超音波強度推定値がロバストではない問題があった。そこで、不均一性を除去するアルゴリズムを提案した。これは、焦点部位のローカルな領域の組織情報のみから超音波強度を推定し、その周りの領域の影響を差っ引く処理を施している。本アルゴリズムの有効性は、均質な粘弾性媒質モデルでの数値的評価により確認した。以上の研究成果は、前年度の研究成果の問題点を改善し、集束超音波治療の有効性・安全性を向上させるうえで重要かつ臨床応用性の高いものである。

Strong cluster ultrasound treatment は, cut を necessary と せ ず, swollen sores の み を physical に heating solidification treatment で き る た め, next generation の と minimally invasive technology to serve patients し て a clinical 応 さ れ て い る. し か し, ultrasound は organization の acoustics features such as uneven の a sexual に よ り, the focus of the cluster ultrasound の 発 raw device geometry と は different な る parts に エ ネ ル ギ ー が cluster す る possibility お よ び, ultrasound intensity が の when treatment plans can be large numerical と き く different な る possibility が あ る. The therapeutic effect of <s:1> ため at the bundle site <s:1> is をモニタリ グする グする グする technique が is important である. In this study, the を and ultrasound モニタリ グに グに グに based on づ た た cluster ultrasound ビ <s:1> ム ム ム <s:1> <s:1> intensity distribution estimation method <e:1> developed を aimed at た. Before the annual に お い て は, (1) cluster ultrasound が form す る sound constructive purpose を と し た time the planning laws を with い た gimmick, お よ び (2) cluster area で の sound intensity presumption を purpose と し た sound radiation 圧 を with い た technique proposed を し た. The 々に, (1), and (2) each have 々に problem points がある とが とが and ら であった であった. Youdaoplaceholder0 たがって, this year 's れら れら problem points を overcoming する policy で research を implementation た. I. (1) に masato し て, trusted machine narrow diameter の に よ る presumption error, お よ び presumption may be が な sound 2 dimensional space limitations に さ れ て い る problem が あ っ た. そ こ で, 仮 think に trusted machine の caliber を hiroo げ る time を し, ま た trusted machine の element with sequence を 2 dimensional に す る こ と で, three vowels を high accuracy of に visualization す る technique proposed を し た. This method has the efficacy of を, homogenization of without attenuation of な medium で values, and the evaluation of 価によ and experiments 価によ confirm that た た. Ii. (2) に masato し て, uneven の a living body tissue properties に よ っ て, focus position で の ultrasound intensity on presumption of numerical が ロ バ ス ト で は な い problem が あ っ た. Youdaoplaceholder0 で で, non-homogeneity を removal するア ゴリズムを ゴリズムを proposal た た. こ れ は, focus position の ロ ー カ ル の な field organization intelligence の み か ら ultrasound intensity を presumption し, そ の weeks り の の effects poor を っ lead く 処 Richard を shi し て い る. The evaluation of the effective <s:1>, homogeneous な viscoelastic medium モデ, <s:1> and で values of this ア, ア and ゴリズム confirms 価によ and た. Annual の は の above research results, the former research achievements の problems point を improve し, cluster ultrasound treatment の have sharper, safety を upward さ せ る う え で important か つ clinical 応 use sex の high い も の で あ る.

项目成果

Real-time HIFU beam imaging using beamforming in an ultrasound scanner

在超声波扫描仪中使用波束成形进行实时 HIFU 波束成像

• 发表时间: 2017
• 作者: Kazuhiro Matsui;Francoise Chavrier;Takashi Azuma;Ichiro Sakuma;William Apoutou N’Djin;Remi Souchon
• 通讯作者: Remi Souchon

医用精密工学研究室

医疗精密工程实验室

INSERM/LabTAU/Unite 1032(France)

INSERM/LabTAU/Unite 1032（法国）

Method and apparatus for determining local acoustic field intensity within a soft solid

用于确定软固体内局部声场强度的方法和装置

• 发表时间: 2018

Improving high-intensity focused ultrasound beam imaging via a backscattering suppression algorithm

通过反向散射抑制算法改进高强度聚焦超声波束成像

• 发表时间: 2017
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Kazuhiro Matsui;Takashi Azuma;Keisuke Fujiwara;Hideki Takeuchi;Kazunori Itani;Junchen Wang;Toshihide Iwahashi;Etsuko Kobayashi;and Ichiro Sakuma
• 通讯作者: and Ichiro Sakuma