吉澤 晋¹, 高木 亮², 佐々木 博史¹, 佐々木 翔也², 阿部 信隆³, 小寺 祥平⁴, 村垣 善浩⁵, 伊関 洋⁵, 梅村 晋一郎²

Shin YOSHIZAWA¹, Ryo TAKAGI², Hiroshi SASAKI¹, Shoya SASAKI², Nobutaka ABE³, Shohei KODERA⁴, Yoshihiro MURAGAKI⁵, Hiroshi ISEKI⁵, Shin-ichiro UMEMURA²

¹東北大学大学院工学研究科, ²東北大学大学院医工学研究科, ³株式会社日立メディコ応用機器開発室, ⁴東京動物医療センター獣医師, ⁵東京女子医科大学先端生命医科学研究所

¹Graduate School of Engineering, Tohoku University, ²Graduate School of Biomedical Engineering, Tohoku University, ³Application Development Office, Hitachi Medical Corporation, ⁴Veterinarian, Tokyo Animal Medical Center, ⁵Institute of Advanced Biomedical Engineering and Science, Tokyo Women’s Medical University

キーワード :

【目的】
強力な超音波によって生じるキャビテーション気泡は，超音波による細胞への薬物導入や超音波による組織の加熱凝固治療などを加速することが知られている．また，超音波による軟部組織の破壊治療や超音波結石破砕においては，キャビテーション気泡の発生とその崩壊が必須である．脂質膜などで難溶性ガスなどを安定化させたマイクロバブル造影剤と異なり，キャビテーション気泡は自由気泡と考えられる．さらに，医療用のMHz程度の超音波によって発生するキャビテーション気泡の大きさは，マイクロメートルオーダもしくはそれ以下であると考えられるため，溶解して消失するまでの時間が非常に短いことが予想される．したがって，キャビテーション気泡を広範囲において観測するためには，短時間でのイメージングが重要となる．ここでは，パルスインバージョン法と平面波送信を用いた短時間超音波イメージングを組み合わせるにことよって，超音波加熱治療中に生成したキャビテーション気泡をリアルタイムで観察することを目的とする．
【方法】
キャビテーション気泡を発生するために，直径120 mm，焦点距離120 mm，128chのHIFU（強力集束超音波）用アレイトランスデューサを用い，焦点の電子走査を行った．走査点は，HIFU伝播軸垂直平面内の1辺3 mmの正六角形頂点の6点とした．周波数は1 MHzとし，気泡を発生させるための30 - 35 kW/cm²の強力かつ短時間の超音波と1.7-2.7 kW/cm²の連続波を，繰り返し周波数7.4 Hzで11 s照射した．パルス繰り返しの間には2 - 4 msのHIFU休止時間を設け，この間にパルスインバージョン法と平面波送信を用いた短時間超音波イメージングによる気泡モニタリングを行った．HIFU照射対象は脱気された鶏ささみ肉とウサギの大腿部とした．
【結果と考察】
ささみ肉の実験では，HIFU伝播平行平面と垂直平面の2平面を超音波によって可視化し，HIFU焦点スキャンによって広範囲に発生したキャビテーション気泡がHIFU焦点付近からHIFUトランスデューサ方向に成長する過程を可視化することができた．動物実験においては，HIFU伝播平行平面の1平面のみの可視化を行い，生体中のキャビテーションの発生および成長がリアルタイムに観測できることが確認された．この手法によって，治療に効果をもたらす気泡を可視化できるとともに，治療部位以外で気泡が発生したいないことがリアルタイムで確認できるため，キャビテーション気泡を援用した超音波治療において重要な技術になると考えられる．
【結論】
パルスインバージョン法と平面波送信を用いた短時間超音波イメージングを組み合わせるにことよって，超音波治療中においてもリアルタイムにキャビテーション気泡を観察する手法を実装した．生体模擬ファントムを用いた実験から動物実験までを行い，本手法がキャビテーション気泡モニタリング手段として有用であることが確認された．