時空間信号処理に基づく集束超音波ビーム強度分布の３次元可視化

基于时空信号处理的聚焦超声波束强度分布3D可视化

基本信息

批准号：
16J08611
负责人：
松井和洋
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

強力集束超音波治療は、切開を必要とせず、腫瘍のみを物理的に加熱凝固治療できるため、次世代の低侵襲治療技術として一部臨床応用されている。しかし、超音波は組織の音響特性等の不均一性により、集束超音波発生装置の幾何学的焦点とは異なる部位にエネルギーが集束する可能性および、超音波強度が治療計画時の予測値と大きく異なる可能性がある。このため集束部位の治療効果をモニタリングする技術が重要である。本研究は、超音波モニタリングに基づいた集束超音波ビームの強度分布推定手法の開発を目指した。前年度においては、(1)集束超音波が形成する音場推定を目的とした時間反転法を用いた手法、および(2)集束部位での音響強度推定を目的とした音響放射圧を用いた手法を提案した。しかし、(1)、(2)各々に問題点があることが明らかであった。したがって、本年度はこれらの問題点を克服する方針で研究を実施した。i. (1)に関して、受信機口径の狭小による推定誤差、および推定可能な音場が2次元空間に制限されている問題があった。そこで、仮想的に受信機の口径を広げる工夫をし、また受信機の素子配列を2次元にすることで、3次元音場を高確度に可視化する手法を提案した。本手法の有効性を、均質かつ無減衰な媒質で数値的かつ実験的評価により確認した。ii. (2)に関して、生体組織特性の不均一性によって、焦点部位での超音波強度推定値がロバストではない問題があった。そこで、不均一性を除去するアルゴリズムを提案した。これは、焦点部位のローカルな領域の組織情報のみから超音波強度を推定し、その周りの領域の影響を差っ引く処理を施している。本アルゴリズムの有効性は、均質な粘弾性媒質モデルでの数値的評価により確認した。以上の研究成果は、前年度の研究成果の問題点を改善し、集束超音波治療の有効性・安全性を向上させるうえで重要かつ臨床応用性の高いものである。

强化聚焦的超声疗法不需要切口，并且只能用热量和凝结物理治疗肿瘤，现在被部分应用于下一代最小侵入性的治疗技术。但是，由于组织声学特性的不均匀性，可能会将能量集中在与重点超声发生器的几何焦点不同的位置上，并且超声强度可能与治疗计划时预测的值明显不同。因此，监测聚焦位点的治疗效果的技术很重要。这项研究旨在开发一种基于超声监测的聚焦超声梁的强度分布的方法。在上一年，我们提出了一种使用时间倒置方法来估计由聚焦超声波形成的声场的方法，以及（2）使用声音辐射压力来估计聚焦位点的声强度的方法。但是，很明显（1）和（2）每个都有问题。因此，今年我们通过克服这些问题的政策进行了研究。我。（1）由于接收器孔径狭窄而存在估计误差的问题，并且可估计的声场仅限于二维空间。因此，我们提出了一种通过实际上扩展接收器的直径以及使接收器元素布置二维来可视化三维声场的方法。通过在均匀，未损伤的培养基中的数值和实验评估来验证该方法的有效性。 ii。（2）引起了一个问题，即由于生物组织特性的异质性，焦点位点的超声强度估计不强。因此，提出了一种算法来消除异质性。这涉及仅在焦点区域的局部区域中估算组织信息的超声强度，并进行处理以减去周围区域的影响。该算法的有效性通过均匀粘弹性培养基模型中的数值评估证实。上述研究结果很重要，并且在临床上非常适用于改善上一年的研究结果以及提高集中超声处理的有效性和安全性。