Noninvasive visualization of change in temperature in living body using ultrasound

使用超声波无创可视化活体温度变化

基本信息

批准号：
21H01337
负责人：
長谷川英之
金额：
$ 11.23万
依托单位：
University of Toyama
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01337/
关键词：
超音波温度計測非侵襲

项目摘要

昨年度の基礎的検討から，温度上昇により生体組織に発生しうる程度の体積変化により超音波散乱体の密度が変化し，超音波散乱波の統計的性質が変化すること，およびその統計的性質の変化を，受信超音波信号振幅の頻度分布を表現する仲上分布の形状パラメータの変化により検出しうることを明らかにした．一方，統計量の推定は超音波音場の影響を受けると考えられた．超音波画像を得るためにはビームフォーミング処理が必要であり，その際の空間分解能はビームフォーミング処理における音場に依存する．推定結果を安定させるためには，空間的に均一な音場を生成する必要がある．送信においては，1送信につき1点の焦点しか形成できないため，開口幅や焦点位置などの最適条件を決定した．また，送信で空間分解能を優先しようとするとフレームレートが低下して体動の影響を受けやすくなることから，送信回数を増やさずに行える受信多段フォーカスおよびFナンバ固定により音場の均一化を図り，統計量推定の安定化に寄与することを検証した．上述の検討により，可能な限り均質な音場および高いフレームレートの実現を図ったが，その場合でも体動の影響は受けると考えられる．したがって，動き補正方法の検討も行った．動き追跡方法としては，画像処理分野で一般的なブロックマッチング法を用いた動き補正方法を検討し，数値シミュレーションおよび基礎実験により動き補正による統計量推定の精度向上を検証した．また，現状では仲上形状パラメータの時間微分値を用いて温度変化にともなう変化量を評価しているが，微分操作は体動などの雑音に弱いと考えられるため，仲上形状パラメータそのものを内部温度状態を示す指標として用いる可能性について検討を行った．

从去年的基础研究中，我们发现，由于温度升高，活体组织中可能发生体积变化，因此超声波散射体的密度发生变化，超声波散射波的统计特性发生变化，超声波的统计特性发生变化。我们阐明，可以通过 Nakagami 分布的形状参数的变化来检测变化，Nakagami 分布表示接收到的超声信号幅度的频率分布。另一方面，统计的估计被认为受到超声声场的影响。波束形成处理是获得超声图像所必需的，而此时的空间分辨率取决于波束形成处理中的声场。为了稳定估计结果，需要产生空间均匀的声场。在传输过程中，每次传输只能形成一个焦点，因此我们确定了孔径宽度和焦点位置等最佳条件。另外，如果我们在传输时尽量优先考虑空间分辨率，帧率会下降，并且容易受到身体移动的影响，因此我们的目标是通过使用多重接收聚焦和固定F数来使声场更加均匀，这可以在不增加传输数量的情况下完成，我们验证了它有助于稳定统计估计。通过上述研究，我们试图实现尽可能均匀的声场和高帧率，但即使在这种情况下，身体运动仍然会影响声场。因此，我们还研究了运动补偿方法。作为运动跟踪方法，我们研究了图像处理领域常见的使用块匹配方法的运动补偿方法，并通过数值模拟和基础实验验证了运动补偿对统计估计精度的提高。此外，目前使用 Nakagami 形状参数的时间导数来评估由于温度变化而引起的变化量，但由于微分运算被认为容易受到身体运动等噪声的影响，因此我们研究了 Nakagami 形状参数本身使用它作为温度状态指示器的可能性。