渡辺 諒一, 川村 響, 荒川 元孝, 金井 浩

Ryoichi WATANABE, Hibiki KAWAMURA, Mototaka ARAKAWA, Hiroshi KANAI

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

¹Engineering, Tohoku University, ²Biomedical Engineering, Tohoku University

キーワード :

【目的】
病変の進行に伴って筋肉や肝臓，乳房といった生体内部組織の硬さや粘度が変化することが報告されており，生体組織の弾性率や粘性率の非侵襲的定量計測は，病変とその進行度を知る指標となる．また，乳房や甲状腺などの病変組織は10 mm以下のものもあり，定量的かつ高空間分解能な粘弾性特性推定を目指している．先行研究1）では，超音波を用いて対象物を加振し，発生した剪断波の速度を計測し，その周波数特性を粘弾性モデルで整合することで対象物全体の粘弾性特性を推定した．今回は発生した局所変位の振幅周波数特性を計測することで，対象物の局所ごとにおける粘弾性特性を推定した．
【原理・方法】
図（a）のように2つの点集束トランスデューサを用いてAM変調超音波を双方向から照射し，対象物の局所領域に周期的な変位を与える．周波数を20-2,000Hzで変化させ対象物表面を加振し，変位振幅の周波数特性を取得した．本研究では，手法の開発のためレーザ変位計を用いている．また，あらかじめ，加速度計を用いて超音波加振によって対象に加える応力の周波数特性を取得した．以上2つの周波数特性を用いて，対象物の変位計測から，加振による応力から歪みへの伝達関数の周波数特性を算出した．この伝達関数の周波数特性に図（b）に示す粘弾性モデルで整合し，対象物の局所領域の粘弾性特性を推定した．アスカーC硬度が0，5，15であるウレタン樹脂（Exile Corp., H0-100，H5-100，H15-100）にグラファイトを2％の割合で混合して作製した生体軟組織模擬ファントムを計測対象とした．
【結果・考察】
応力から歪みへの伝達関数の測定結果を図（c）に示す．対象物をMaxwell粘弾性体と仮定し，得られた伝達関数の周波数特性に対して整合した結果，硬さの異なる3種類のファントムにおいて，弾性率 G と粘性率 η との比 G/ηはそれぞれ 1000，1400，2600［rad/s］と推定された．また，機械圧縮試験によって計測された比は各々 0.29，0.56，0.66［rad/s］であり，加振実験によって得られた値とオーダは異なるが，硬いファントムほど G/η が増大するという同様の傾向が得られた．
【結論】
本報告では，音響放射圧を利用した組織加振法を用いて対象物を加振し，得られた変位振幅の周波数特性から粘弾性特性を推定する新たな手法を提案した．
【参考文献】
1）K. Tachi, et.al, Jpn. J. Appl. Phys, Vol. 53, 07KF17（2014）.