馬場 渉¹, 中村 洋次², 葭仲 潔², 高木 周¹, 松本 洋一郎¹

Wataru BABA¹, Youji NAMAMURA², Kiyoshi YOSHINAKA², Shu TAKAGI¹, Yoichirou MATSUMOTO¹

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

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

キーワード :

マイクロバブル超音波造影剤は，その音響特性，加熱増強効果等を利用した，HIFU，超音波造影，ドラッグデリバリー等の医療応用が考案されている．しかし，それぞれの研究において，超音波照射されたマイクロバブルがある特定の条件下でどのような挙動を示すのかはまだ十分に解明できたとは言えない．マイクロバブルの挙動に関するデータベースを築くことで，各技術の条件を決定する一助とすることができる．
【目的】
本研究は，マイクロバブル及び超音波に関連するパラメータ（マイクロバブル濃度，周波数，負圧，パルス数等）が，生体内でのマイクロバブルの振動にどのように影響するのか，統計的なデータを取得・解析し，マイクロバブル振動に関するデータベースを築くことを目標とした．パラメータの範囲が広いため，超音波診断に焦点を当て，マイクロバブルの挙動を解析した．
【方法】
模擬血管としては，断面径3mmの流路を通したポリアクリルアミドゲルを用い，集束型超音波発振器により流路に超音波を当てた．流路中のマイクロバブルの振動による放射音圧を焦点より50mmの位置に取り付けたハイドロフォンにより計測した．また，流路中心より9mm後方に配置したハイドロフォンで透過音圧を同時に計測した．マイクロバブルはSonazoidTMを用い，臨床用濃度の0.1，1，10，100倍に調整した．超音波発生装置の周波数は3.5MHzのものを用い，パルス数3，MI値は0.1〜1.0の間を0.1刻みで計測し，得られた音圧データの周波数解析を行った．
【結果】
測定結果より，バブル濃度が臨床用の10倍と100倍の間に大きな違いが見られた．駆動周波数にあたる周波数（基本波）ピークの強度を比較すると，透過音圧において，濃度増加とともに緩やかに減少する傾向が見られたが，臨床用の100倍の濃度では減少傾向が大きくなった．また，放射音圧において，各周波数における強度を比較すると，臨床用の100倍の濃度のみに，数百kHzの低周波の領域に緩やかなピークが見られた．
【考察】
この信号強度の違いは，低濃度ではマイクロバブルが単一気泡としての挙動を示しているのに対し，臨床用の100倍の濃度では，マイクロバブル同士の相互作用が無視できなくなり，気泡クラウドとしての挙動を示すようになったためと考えられる．低濃度においては，超音波は流路内部まで伝播する．一方，高濃度では，気泡クラウドとしての挙動を示し，気泡クラウドの界面付近で超音波が散乱されるため，透過音圧は低下すると考えられる．気泡クラウドの共振周波数は，臨床の100倍の濃度においては個々の気泡の固有振動数と比べ，1オーダー程度低い周波数を持つと考えられる［1］．SonazoidTMの固有振動数は2.8MHz近辺であるため，気泡クラウドは数百kHzの共振周波数を持つことになり，低周波のピークが気泡クラウドの固有振動数である可能性が指摘される．
【結論】
本実験において，マイクロバブルの濃度が臨床用の10倍と100倍の間において，マイクロバブルの挙動の遷移領域があることが示唆された．
［1］L. d’Agostino and C. Brennen. Linearized dynamics of spherical bubble clouds, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 199, pp. 155-176, 1989