近藤 健悟¹, 山川 誠², 椎名 毅³

Kengo KONDO¹, Makoto YAMAKAWA², Tsuyoshi SHIINA³

¹京都大学学際融合教育研究推進センター, ²京都大学先端医工学研究ユニット, ³京都大学大学院医学研究科

¹Center for the Promotion of Interdisciplinary Education and Research, Kyoto University, ²Advanced Biomedical Engineering Research Unit, Kyoto University, ³Graduate School of Medicine, Kyoto University

キーワード :

組織弾性を定量化するための手法として，音響放射圧により生成したshear waveを用いた弾性イメージングが提案され，超音波診断装置にも搭載され始めている．生体軟組織では，shear waveの伝搬速度c_sとヤング率E，密度ρ の関係式が E ≒ 3ρc_s² と近似できることから，周囲の組織との相対的な硬さの違いを得るstrain imagingと比べ，定量的な計測ができる手法として注目されている．一方で，どのような条件が得られる弾性像に影響を与えるかという検討が十分になされているとは言えず，得られた像をどのように解釈するかが課題となっている．shear wave imagingにおける弾性像の形成は，生体内にshear waveを発生させ，その伝搬速度を推定することによって行うが，実際にはその速度推定においていくつかの仮定や近似が存在する．不均質媒質中では，それらの仮定が十分に成り立つとみなせない場合があり，それらの影響による計測誤差について検討を行っている．仮定される条件は手法によって異なるが，代表的なものを以下に示す．
（1） shear waveの伝搬方向　ある2点間のshear waveを観測し，その伝搬時間を求めることで伝搬速度を推定するが，伝搬時間を求める2点は，伝搬方向に取る必要がある．簡単のため，shear waveは発生した地点から平面波状あるいは球面波状に伝わると仮定する．
（2） shear waveの波形の不変性　shear waveの伝搬時間を求めるため，同じ形状の波形がほぼ平行移動によって伝搬していくと仮定する．shear wave伝搬速度の異なる媒質の境界では，shear waveの反射や屈折が生じるが，それらの影響を無視できるほど小さい，あるいは信号処理によって除去できるとみなす．
（3） shear wave伝搬速度の上限　shear waveの伝搬速度，すなわち組織の硬さの上限を仮定する．計測フレームレートによって計測可能な伝搬速度の最大値が決まるため，これを超えるものは計測できない．
（4） 音響放射圧によって正しくshear waveが生成されること　超音波の焦点が正しく形成され，shear waveを生成するための音響放射圧が設定した場所に十分な強度で生成されているものとする．しかし，音響陰影が生じるような場所においては，十分な強度の音波が照射できず正しく推定できない．
（5） 組織の線形性　組織の非線形性や粘性はないものとする．粘性が存在した場合，shear waveの速度に周波数依存性が現れ，得られる測定値が実際よりも硬いものとなる．非線形性，粘性のいずれが存在した場合も生成するshear waveの大きさや波形によって計測値が異なる値となる．今回，組織の不均一性が上記の仮定（1），（2）に対して及ぼす影響について検討を行った．これらの仮定は，一様な組織においてはおおよそ成り立つと言えるが，shear waveの伝搬速度の異なる組織が混在する場合，特にその境界においてはその仮定が成り立たなくなる．境界部においては，反射や屈折が生じる．すなわち，伝搬方向が変化するとともに，干渉により波形が変化する．また，境界部ではさらに，shear wave（横波）と縦波が相互に変換されることよっても波形が変化する．固体の弾性方程式を用いたFDTD法によって，不均質媒質中におけるshear waveのシミュレーションを行ったところ，予想されたとおり上記の仮定は十分とは言えず，組織弾性像の推定誤差へとつながる可能性が示唆された．また，生体模擬ファントムを用いたファントム実験の結果と比較した．これらの検討結果について報告する．