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

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．

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．