微小気泡超音波造影剤を利用した超音波血管造影システムの研究

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超音波造影剤として使用する微小気泡の非線形的挙動と高調波発生に関するメカニズムについて検討を行った。超音波照射によっても破壊されにくく、高調波の発生しやすい駆動周波数の検討を行い、駆動周波数を気泡の共振周波数の半分にすることが有効であることを示した。また、照射音圧と気泡寿命の関係について実験を重ねた結果、当研究室で開発した界面活性剤コーティング膜を有する微小気泡の場合、約30kPa〜100kPaの照射音圧の時に最も第2高調波の発生が効率的であった。100kPaを越えると気泡が破壊され、30kPa以下では十分な非線形的挙動を生じないので、第2高調波の発生も不安定になることがわかった。これらの検討の過程において、従来のRPNNPモデルを修正して、コーティング膜の影響や気泡周囲の液体の圧縮性を考慮できる新しい非線形微分方程式を提案した。これによって、高い駆動周波数でも実験と数値計算の結果が良く一致するようにできた。また、取扱いが容易で高調波の励起、検出に最適なPVDF高分子圧電フィルム、音響整合層およびPZT圧電セラミック振動子を積層にしたハイブリッド超音波プローブを提案し、その試作と機能確認も行った。さらに、受信回路(第2高調波抽出回路)の開発および試作を行った。当研究室製の界面活性剤コーティング膜を有する微小気泡超音波造影剤を用いて、これらのシステムの機能確認実験を行った。実験においては、比較対象として第2高調波を発生しにくいカーボンマイクロビーズを採用した。超音波プローブをスキャニングして、これらのサンプルを満たした容器内の映像化実験を行った結果、非線形的挙動の強い当研究室製の界面活性剤系微小気泡超音波造影剤の存在する領域と第2高調波を発生しにくいカーボンマイクロビーズしか存在しない領域との違いを明確に表現でき、本研究で提案した超音波血管造影システムの有効性を確認することができた。