成果報告書詳細
管理番号20150000000820
タイトル平成26年度成果報告書 未来医療を実現する先端医療機器・システムの研究開発 安全性と医療効率の向上を両立するスマート治療室の開発(12)
公開日2016/2/20
報告書年度2014 - 2014
委託先名国立大学法人東北大学
プロジェクト番号P14008
部署名ロボット・機械システム部
和文要約現在、臨床的に用いられている強力集束超音波(HIFU)治療装置において、その治療効果を導く主な作用機序は、超音波が生体に吸収されることにより発生する熱を利用した生体組織の熱凝固である。これをそのまま深部がん治療に適用しようとすると、体表から投入された超音波エネルギーのうち、治療に利用される超音波エネルギーの率が低く、治療に長大な時間を要するという問題を生ずる。これを原理的に解決するため、本プロジェクトでは、大振幅のHIFU照射により発生させた音響キャビテーションにより、超音波の熱的生体作用を増強するだけでなく、音響化学的抗腫瘍作用をも引き起こすHIFU照射機器を開発する。このようなHIFU照射によれば、熱的には殲滅しきれなかったがん細胞を、音響化学的に掃討する効果が期待される。今年度は、次の2項目について開発を行った。
1)大振幅短パルス(トリガーパルス)とそれに続く中振幅バースト波を組み合わせたトリガードHIFUシーケンスが、トリガーパルスにより発生させた音響キャビテーションによりバースト波の熱的生体作用を増強するだけでなく、音響キャビテーションを音響化学反応に利用するために有効であることをin vitro実験により実証した。
2)音響キャビテーションを効率的に発生させることのできる第2高調波重畳波を生成するのに適した超音波トランスデューサの開発に着手し、通常の整合層に比べてはるかに音響インピーダンスの大きな1/4波長層を用いた超音波トランスデューサが、基本波と第2高調波の両方を生成するのに適した特性を有することを確認した。
英文要約 In a current, clinically used HIFU (high-intensity focused ultrasound) therapeutic system, the primary mechanism to induce therapeutic effect is thermal coagulation of biological tissue due to the heat generated through ultrasound absorption. When such a system is used to treat a deep-seated tumor, occurs a serious problem of a long treatment time due to the low efficiency of the ultrasonic energy usage in inducing therapeutic effect. To fundamentally solve this problem, a novel HIFU therapeutic system, which generates acoustic cavitation by an extremely-high-intensity short pulse and utilizes it not only for enhancing ultrasonic heat generation but also for inducing sonodynamic anti-tumor effect, is being developed in this R&D project. Such a HIFU treatment will sonodynamically exterminate the cancer cells which might potentially survive if it is only for the thermal effect. This fiscal year, the following two pieces of development were done.
1) It was confirmed by in vitro experiments that the triggered HIFU sequence, consisting of an extremely-high-intensity short pulse immediately followed by a moderately-high-intensity burst, was effective not only to generate acoustic cavitation enhancing the heating effect of the burst, but also to utilize acoustic cavitation to induce a sonochemical reaction
2) An ultrasonic transducer, which is capable of generating both the fundamental and second harmonic and therefore suitable for cavitation inception, was started being developed. A prototype transducer with a heavy quarter wave layer, whose acoustic impedance was much higher than that of a conventional matching layer, showed a characteristic appropriate for generating both the fundamental and second harmonic.
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