杉山 隆介¹, 清水 悠輝², 東 隆¹, 佐々木 明², 竹内 秀樹², 藤原 圭祐³, 射谷 和徳³, 葭仲 潔⁴, 高木 周², 松本 洋一郎²

Ryusuke SUGIYAMA¹, Hiroki SHIMIZU², Takashi AZUMA¹, Akira SASAKI², Hideki TAKEUCHI², Keisuke FUJIWARA³, Kazunori ITANI³, Kiyoshi YOSHINAKA⁴, Shu TAKAGI², Yoichiro MATSUMOTO²

¹東京大学大学院バイオエンジニアリング専攻, ²東京大学大学院機械工学専攻, ³日立アロカメディカル株式会社メディカルシステム開発センター, ⁴産業技術総合研究所治療支援技術グループ

¹Department of Bioengineering, The University of Tokyo, ²Department of Mechanical Engineering, The University of Tokyo, ³Engineering R&D Department, Hitachi Aloka Medical, Ltd., ⁴Surgical assist technology group, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology

キーワード :

【目的】
悪性腫瘍の低侵襲治療法の1つとして強力集束超音波（HIFU）治療が注目されている．この治療では，高強度の超音波を生体内の腫瘍に焦点を結ぶように照射することで熱変性を与える．HIFU治療では周囲の正常組織に損傷を与えず，腫瘍領域のみを選択的に治療するが，生体音響特性の不均一に起因する焦点音圧およびビーム形状の変化や，照射間で体動や組織の変形があるため正確な治療が難しいといった問題がある．本研究では，超音波を用い加熱凝固領域をリアルタイムで正確にモニタリングする手法の開発を目的とする．
【方法】
加熱凝固領域の計測は，局所振動画像診断法（LMI）と呼ばれる手法を用いて行う．LMIでは，まずHIFUの音圧振幅を変調することで周期的に変化する音響放射圧を発生させ，焦点領域の生体組織に局所的な振動を与える．加熱凝固に伴い組織の硬さが変化することで，振動の振幅が減少する．この振幅を超音波診断プローブを用いたパルスエコー法により計測し，凝固前後での振幅の変化から生体組織の加熱凝固の判別を行う．
我々の先行研究において，LMIの推定凝固サイズは照射終了後の割面上で視認される凝固サイズにほぼ一致することが確認されている．本研究では，リングバッファメモリを用いたリアルタイムシステムを構築し，1秒毎に約40msの間に振動計測と，各振動計測間に焦点を通る走査線上の変位分布推定を行うシステムを構築した．照射対象は豚レバーであり，HIFUは2MHz，変位計測には5MHz，変調周波数67Hz，照射時間30sとした．
【結果と考察】
図に変位分布（上）と初期変位で規格化した変位の変化率（下）を示す．いずれも横軸は時間，縦軸は超音波伝搬方向のゲル表面からの深さである．計測を通してデータ転送や演算など処理に要する総時間は800ms以内に収まっていることが確認できた．このシステムにより治療と同時にリアルタイムな凝固領域の推定が1秒の時間分解能で実現可能であることが示された．この結果，凝固サイズの推定結果をフィードバックした高精度な凝固領域制御手法を実現する見通しが得られたと考えられる．
【結論】
本研究では，LMIを用いた加熱凝固領域のリアルタイムモニタリングシステムの開発を行った．1秒の時間分解能で凝固領域推定が可能であることが示された．