歌代 浩志¹, 梶山 賢一², 葭仲 潔¹, 高木 周², 松本 洋一郎²

Hiroshi UTASHIRO¹, Kenichi KAJIYAMA², Kiyoshi YOSHINAKA¹, Shu TAKAGI², Yoichiro MATSUMOTO²

¹東京大学大学院工学系研究科バイオエンジニアリング科専攻, ²東京大学大学院工学系研究科機械工学科専攻

¹School of Engineering, Department of Bioengineering, The University of Tokyo, ²School of Engineering, Department of Mechanical Engineering, The University of Tokyo

キーワード :

ガンの治療法として現在，主に用いられているのが手術，放射線治療である．しかし，前者は切開が必要なため，高侵襲である点，後者は放射線障害等の後遺症の問題がある．そこで，私達が注目しているのがHIFU（集束超音波）である．HIFUは切開を必要とせず，後遺症の問題がない低侵襲な治療法とされている．しかし，頭蓋骨に覆われた脳腫瘍や体内深部に存在する肝腫瘍には十分なエネルギーが届かず，一般的には治療が非常に困難である．これは超音波が伝播する過程で骨や脂肪があることによって，音響インピーダンスの異なる層が体内に複数存在してしまうため，超音波の反射が起こるためである．そこで，マイクロバブルに超音波を照射した際に気泡の伸縮によって発生する熱エネルギーを利用して加熱効果を促進する試みが成されている［1］．しかし，マイクロバブルを導入すると，HIFUの焦点領域より手前でも温度上昇が起きてしまうことがわかっており，課題となっている［2］．本研究では，HIFUと気泡造影剤を組み合わせた，加熱位置の正確な癌治療法を確立することを目標としている．
正確な加熱位置を実現するため，事前に強い強度の超音波を短時間照射し，焦点手前の気泡を除去することを考えた．この際の温度上昇は無視出来る．この後，弱い強度の超音波を長時間照射することで温度上昇を得られるようにした．実験は，マイクロバブルを含んだゲルを媒質として用い，超音波伝播方向の軸を含んだ平面に感温液晶シートを配置して温度分布を可視化した．パラメータは事前に照射する強い強度の超音波のパルス数とパルス間の照射休み時間を設定した．結果，気泡を除去する超音波のパルス数が0，10,100と上昇させていくほど，温度上昇中心とHIFUの幾何的焦点が近づいていくことがわかった．しかし，パルス数を3000にあげてしまうと，温度上昇の中心位置はパルス数100と変わらないが，感温液晶シートが反応する温度領域が狭くなる．これはパルス数を上げすぎると焦点での気泡までなくなってしまうためである．
また，もう一つの結果として，パルス間の照射休み時間を短くすると温度上昇中心がトランスデューサー側に近づくことがわかった．これは，照射休みに気泡の消滅が起こることに起因していると考えられる．照射休みの間に気泡は溶解するので，この時間が短いと気泡が溶解する前に，次の照射を実行しているため，気泡がすぐに溶解しなくなる．このため，実際の臨床の際は照射休みを十分に取る必要があると考えられる．
また，焦点位置を前後に動かすことで加熱位置制御を行う手法は，6chの圧電素子を同心円状に並べたアレイ型トランスデューサーを開発した．これは6chそれぞれの圧電素子に異なる位相の信号をアレイ型トランスデューサーに送ることで焦点位置を前後に動かせるようにした．結果，焦点位置を制御出来た．
［1］Holt R. G. and Roy R. A., “Measurements of Bubble-enhanced Heating from Focused, MHz-frequency Ultrasound in A Tissue-mimicking Material”, Ultrasound in Med. ＆ Biol., 27（2001）, pp. 1399-1412.
［2］Yukio Kaneko et al., "Temperature Distribution In The Medium Containing Contrast Agent Microbubbles In HIFU Field," AIP Conf. Proc. 829, 353-357, 2006