集束超音波治療法（HIFU: High Intensity Focused Ultrasound) は、非侵襲でがん細胞を破壊する治療法である。現在国内死亡率第一位であるがんの治療は皆が期待するものである。特に、メスを用いることなく超音波治療は近未来の治療法として期待されている。しかしながら、現在実用化されている治療器の超音波発信素子数は正確な患部位置に向けた集束を行うには解像度の点において不十分である。本プロジェクトでは合成開口法と集積回路技術を組み合わせた高解像アレイ型超音波送受信機の試作を目的とし、超音波集束の実証を目指している。
昨年度システム設計した６４チャネルの制御システムにおける専用基板を製造、部品実装し動作確認を行った。設計した制御システムにおいて、超音波トランスデューサに対し任意の遅延時間を設けることが可能になっている。試作したシステムが正しく機能し、これら遅延時間を適切に制御することにより超音波ビームフォーミングが機能することを確認した。また本予算により購入した超音波ファントムを用いて画像取得を行った。使用した超音波ファントムにはφ0.1mmナイロンモノフィラメントが用いられており小さな異物の検出を目的としたものである。アレイ型トランスデューサー形状の制限から超音波照射方向から見た奥行き方向に対しては0.5mmの分解ができており十分な解像度を有しているものの、径方向についての解像度が落ちている。径方向解像度はトランスデューサーの開口に大きく依存しているため、改善にはより開口の大きなトランスデューサーでの検証が望まれる。試作システムと動作結果について電気学会電子回路研究会にて発表を行った。
画像再合成に際してはMATLAB上でkーwaveライブラリを活用したソフトウエアを独自に作成し実験による取得画像と、シミュレーションによる予想イメージを比較できるものを作成した。これらのソフトウエアは新規超音波照射アルゴリズムの検証に活用する。
High-Intensity Focused Ultrasound (HIFU) is a treatment method that non-invasively destroys cancer cells. This treatment method is widely expected for the treatment of cancer, which currently ranks as the leading cause of death domestically. Especially, this treatment method, which uses ultrasound without the need for surgical scalpels, is anticipated as a treatment method of the near future. However, the number of ultrasonic emission elements in the currently commercialized treatment devices is insufficient in terms of resolution for accurately focusing on the precise location of the lesion. This project aims to prototype a high-resolution array-type ultrasonic transceiver combining synthetic aperture and integrated circuit technology, with the goal of demonstrating ultrasonic focusing.
Last fiscal year, the system design of a 64-channel control system was completed, with the manufacturing of a dedicated circuit board and the mounting of components, followed by a successful operation check. The designed control system allows for the setting of arbitrary delay times for the ultrasonic transducer, and it has been confirmed that the prototype system functions correctly. This confirmation demonstrates that ultrasonic beamforming works by appropriately controlling these delay times. Moreover, image acquisition was conducted using an ultrasonic phantom purchased with this budget, confirming the possibility of detecting small foreign objects using φ0.1 mm nylon monofilaments. However, due to the limitations of the array-type transducer's size, the resolution in the radial direction has decreased. To improve this issue, the use of a transducer with a larger aperture is desired. The prototype system and its operational results were presented at the Institute of Electrical Engineers of Japan Electronic Circuits Society.
For image re-synthesis, proprietary software utilizing the k-wave library on MATLAB was independently developed. This software allows for the comparison of experimentally acquired images with simulated images, serving to validate new ultrasonic irradiation algorithms.