北角 権太郎¹, 石井 徹子¹, 堀田 紗代¹, 勝池 康允¹, 望月 剛², 東 隆³, 丸山 裕孝⁴, 佐々木 裕康⁵, 千葉 敏雄¹

Gontaro KITAZUMI¹, Tetsuko ISHII¹, Sayo HOTTA¹, Yasumasa KATSUIKE¹, Takashi MOCHIZUKI², Takashi AZUMA³, Hirotaka MARUYAMA⁴, Hiroyasu SASAKI⁵, Toshio CHIBA¹

¹国立成育医療センター臨床研究開発部, ²アロカ株式会社研究所, ³日立製作所中央研究所, ⁴日本放送協会放送技術研究所, ⁵株式会社ナックイメージテクノロジー営業技術部

¹Clinical Research and Development, National Center for Child Health and Development, ²Research Laboratory, ALOKA Co.,Ltd., ³Central Research Laboratory, Hitachi LTD., ⁴Science ＆ Technical Research Laboratories, Japan Broadcasting Corporation, ⁵Sales Engineering Group, Nac Image Technology Inc

キーワード :

【目的】
超音波を使用し組織を穿孔するメカニズムを探る手段として，我々は，マイクロ秒単位での連続撮像が可能な最新の超高速度CCDカメラを用い，HIFU照射による焦点位置での物理的現象の動画像を取得しその分析を行ったので報告する．
【方法】
照射例は，超音波診断装置，HIFU照射トランスジューサ，任意波形ジェネレータ，増幅用アンプ，超音波画像解析・HIFU照射指示ワークステーションから成る.高速度映像の撮影装置は，超高速度CCDカラーカメラ，トリガー信号発生装置，撮影条件設定用コンピュータで構成される.撮影は，透明アクリル製水槽に脱気水を満たし，水中にHIFU照射トランスジューサを設置して，焦点位置に対象を置かない照射と，倫理規定に従って摘出したウサギ小腸壁を配置した照射の2種類の環境下で行なった．撮影設定は，照射焦点位置に対象を置かない照射ではHIFU照射方向と垂直に，またウサギ小腸壁を配置した場合は，小腸壁平面から約45度にカメラが位置するように設置した．HIFU照射と撮影タイミングの同期は，単一のトリガー信号発生装置から発生するパルスを起点とした．撮影装置側は，光源発光と超高速度CCDカラーカメラ撮影開始タイミングを調整し，HIFU照射側は，任意波形ジェネレータによるバースト波生成によりHIFUを駆動し発生させた．撮影タイミングは，HIFU照射開始から任意のタイミングでの撮影を可能とした．
【結果】
水中での単純HIFU照射では，撮影速度77万枚/秒，映像撮影時間180マイクロ秒で撮影した．キャビテーションの生成は焦点付近で，負水圧に起因する確率過程から発生するマイクロバブルの様子がみられ，キャビテーションにより発生した泡は放射圧により，トランスジューサより遠のく方向に流される様子が観察された．泡はカルマン渦と推定されるマイクロバブル群を形成し円錐状に広がりながら流されて消滅する様子が観察された．水中での小腸壁へのHIFU照射は，HIFUの焦点位置に組織を置き，撮影速度1万枚/秒，撮影時間1ミリ秒で行った．キャビテーションによる細胞破壊は，最初に焦点中央に細胞変成が発生し，その後まもなく，細胞変成部の中点から円を描くように進行することが観察された．
【結論】
　超高速CCDカラーカメラ撮影にてHIFU焦点の物理現象をマイクロ秒オーダーで映像化することにより，実際に生じているキャビテーションの生成過程や細胞破壊の進行動態を視覚的に観察でき，その観察結果の物理的な考察により，照射条件を効果的に最適化しうることが明らかとなった．
参考文献
（1）藤崎正之，千葉敏雄，絵野沢伸 他，高密度収束超音波（HIFU）を利用した胎児心臓病治療への応用の可能性．第13回日本胎児心臓病研究会学術集会予稿集 2007: 63．
（2）Yamashita H, Chiba T, et al. Computer-aided Delivery of High-Intensity
Focused Ultrasound （HIFU） for Creation of an Atrial Septal Defect In vivo.
Medical Imaging and Augmented Reality, Lecture Notes in Computer Science
2008;5128:300-310.