Development of a novel histotripsy method by continuous generation of cloud cavitation

开发一种通过连续产生云空化的新型组织解剖方法

• 批准号: 22K19889
• 负责人: 吉澤 晋
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19889/
• 关键词: キャビテーション; 強力集束超音波; Histotripsy; がん治療

非侵襲ながん治療法として最近注目されているものに，強力集束超音波（HIFU）のパルス波を用いた組織破砕治療がある．これは，Histotripsyと呼ばれ，最近では免疫賦活効果も注目されている．Histotripsyでは，非常に強力なHIFUパルス波を集束させ，HIFU焦点において減圧沸騰現象による気泡群（クラウドキャビテーション）が発生させ，この気泡群の崩壊によるエロージョンを繰り返すことで周囲組織を破砕する．そこで本研究では，低いエネルギーと高いスループットを両立する新治療法の開発を目的とし，2022年度は連続的にクラウドキャビテーションを発生させるHIFU照射方法について検討を行った．ここでは，非線形伝播したHIFU焦点波形が引き起こす”shock scattering”現象に着目した．HIFUの焦点波形は，非線形伝播と集束の効果により，短時間で絶対値の大きい正圧と，長時間で絶対値の小さい負圧から構成される．一旦キャビテーション気泡が生じると，この正圧が気泡表面で自由端反射し，絶対値の大きい負圧となって反射される．この反射波の伝播に伴ってクラウドキャビテーションが形成される現象がshock scatteringである．したがって，起点になる気泡が一度形成されれば，その気泡が溶解するよりも早くHIFU焦点を電子的に走査することで，連続的にクラウドキャビテーションを発生させることができると考えた．保有している装置でHIFU焦点の電子走査が可能な実験系の構築を行い，ゲル中に発生させた気泡群の高速度カメラ撮影実験を行った．その結果，HIFU伝播と逆方向に焦点走査を繰り返すことで，効率的にキャビテーション気泡群を生成できることがわかった．

Noninvasive な が ん therapy と し て in recent attention さ れ て い る も の に, powerful cluster ultrasound (HIFU) の パ ル ス wave を with い た group is broken 砕 が あ る. Youdaoplaceholder2 れ, Histotripsyと hu ばれ, recently で で immune-activating effects れ attention されて る る. Histotripsy で は, very に な HIFU パ ル ス wave を cluster さ せ, HIFU focal に お い て 圧 reduction phenomenon of boiling に よ る 気 bubble group (ク ラ ウ ド キ ャ ビ テ ー シ ョ ン) が 発 raw さ せ, こ の group の 気 bubble collapse 壊 に よ る エ ロ ー ジ ョ ン を Qiao り return す こ と で weeks 囲 organization を broken 砕 す る. そ こ で this study で は, low い エ ネ ル ギ ー と high い ス ル ー プ ッ ト を struck made す る の open new therapy 発 を purpose と し, 2022 annual は even 続 に ク ラ ウ ド キ ャ ビ テ ー シ ョ ン を 発 raw さ せ る HIFU irradiation method に つ い て 検 line for を っ た. The non-linear 伝 broadcast of the <s:1> たHIFU focus waveform が causes <s:1> す す "shock scattering" phenomenon に is watching た た. HIFU の focus waveform は, nonlinear 伝 と cluster の unseen fruit に よ り, short time で unique numerical の seaborne big き い is 圧 と, long で unique numerical の seaborne small さ い negative 圧 か ら constitute さ れ る. Once the キ ャ ビ テ ー シ ョ ン 気 bubble が raw じ る と, こ の is 圧 が 気 bubble surface reflection し で free end, no large numerical の seaborne き い negative 圧 と な っ て reflection さ れ る. こ の reflection wave の 伝 sowing に with っ て ク ラ ウ ド キ ャ ビ テ ー シ ョ ン が form さ れ る phenomenon が shock scattering で あ る. し た が っ て, beginning に な る 気 bubble が once formed さ れ れ ば, そ の 気 bubble が dissolved す る よ り も early く HIFU focal を electronic に walkthrough す る こ と で, even 続 に ク ラ ウ ド キ ャ ビ テ ー シ ョ ン を 発 raw さ せ る こ と が で き る と exam え た. Keep し て い る device で HIFU focal の electronic walkthrough が may な be 験 is の build を い, ゲ ル in に 発 raw さ せ た 気 bubble group の high speed カ メ ラ pinch of shadow be 験 を line っ た. そ の results, HIFU 伝 と に focus in reverse walkthrough を Qiao り return す こ と で, sharper rate に キ ャ ビ テ ー シ ョ ン 気 bubble group を generated で き る こ と が わ か っ た.

项目成果

Basic study on a filtering method for selectively extracting cavitation bubble region in ultrasound imaging by triplet pulse sequence

三重脉冲序列选择性提取超声成像空化气泡区域的滤波方法基础研究

• DOI: 10.35848/1347-4065/acbe03
• 发表时间: 2023
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Kuji Shota;Umemura Shin-ichiro;Yoshizawa Shin
• 通讯作者: Yoshizawa Shin

強力集束超音波の焦点走査による組織破砕領域拡大に関する基礎検討

强聚焦超声聚焦扫描扩大组织破坏面积的基础研究

• 发表时间: 2023
• 作者: Kuji Shota;Umemura Shin-ichiro;Yoshizawa Shin;高橋和希，三宅翔太朗，吉澤晋
• 通讯作者: 高橋和希，三宅翔太朗，吉澤晋