三輪 空司, 大熊 友貴, 冨沢 良介, 吉原 由貴, 神澤 高貴, 山越 芳樹

Takashi MIWA, Yuuki OOKUMA, Ryousuke TOMIZAWA, Yuki YOSHIHARA, Kouki KANZAWA, Yoshiki YAMAKOSHI

群馬大学大学院工学研究科電気電子工学専攻

Department of Electronic Engineering, Graduate School of Gunma University, Faculty of Engineering

キーワード :

【概要】
生体組織のずり粘弾性特性は組織を触ったときの硬さや触感と密接に関係しているので疾病の進行度の定量評価などへの応用が期待でき，すでにずり弾性波による組織特性化法は多くの提案がある．しかし生体組織の機械的構造は複雑でありたとえ一定方向にずり弾性波を励起したとしても3次元的に組織内を伝搬していくし，組織境界等で反射や屈折を起こすので複数の伝搬波が発生しこれらが一部定在波になり，ずり弾性波による組織特性化を行うときに誤差を生む．今回，仮想的な変位センサアレイにより複数のずり弾性波が伝搬している状況下で各ずり弾性波の伝搬速度ベクトル推定を試みたので報告する．
【理論】
ずり弾性波計測をパルスドプラ法で行う場合，超音波ビーム方向に多数の測定点を配置して組織の微小変動を計測できるが，この計測はずり弾性波に対して仮想的な変位センサアレイを生体内に構成することと等価である．更に超音波振動子を複数個生体表面に配置すれば3次元的な変位センサアレイも構築できる．3次元アレイで得られた変位信号を用いてビーム方向とそれと直交する2方向の波数をMUSIC法等で推定しそのピークの位置から波数ベクトルkを推定する．このとき，伝搬速度ベクトルvは，加振周波数をf_vとするとv＝2πf_v/kより導出できる．
【結果】
生体内の散乱体構造や生体ノイズなどを考慮したシミュレーションおよび濃度1.5％の一様寒天ファントムを用いた実験で本手法の評価を行った．寒天ファントム表面において12cm離れた2地点を加振器により300Hzで加振し，それぞれを加振点A，Bとした．加振器からのずり弾性波が重なり合う2つの加振点の中央付近をROIとして5MHz（4サイクル）の超音波パルスによりドプラ計測を行った．図1，2の背景に推定瞬時変位を濃淡画像により示す．2次元仮想アレイは横方向，超音波ビーム方向の開口幅を14mm，アレイ間隔を0.5mmとする正方形アレイとし，仮想アレイを移動させて加振点A，Bからのずり弾性波の伝搬速度ベクトルを推定した．結果をそれぞれ図1，2の矢印によりに示す．矢印を中心とするすべての仮想アレイで2つのずり弾性波が分離でき，各波の伝搬速度ベクトルが推定できた．それぞれの伝搬速度は3.5 ±0.5m/sであった．