遠藤 信行, 土屋 健伸

Nobuyuki ENDOH, Takenobu TSUCHIYA

神奈川大学工学部

Department of Engineering, Kanagawa University

キーワード : FDTD-HCE, temperature in soft tissue, agar phantom, mimic bone

カラードプラ影像法や非線形影像法が可能な新しい超音波診断機器は，従来のBモード法診断装置に比べてより高い音圧の超音波を必要とする．そこで筆者らは，単一振動子や電子走査型振動子を用いた場合の，超音波を照射されたことに起因する生体軟部組織内の温度上昇について研究を行ってきており，二つのプログラムで構成されるシミュレーション法により，多くの媒質中の温度分布を推定出来る．まず，時間領域差分法（FDTD）を用いて媒質内の音圧分布を求める．なおFDTDには，軟部生体組織用の流体型プログラムと骨などの固体媒質のための弾性型プログラムが存在する．次に，超音波照射された媒質の超音波吸収により発生する熱の分布が，一般的な熱伝導方程式（HCE）により計算される．この方法が正確に媒質中の温度分布を推定出来るかどうかを確かめることは大変重要である．そこで本論文では，本シミュレーション法の有効性を証明するために，擬似骨を持つ擬似軟部組織ファントムを用いた実験と，2次元FDTD-HCEシミュレーションとの比較について述べた．この際，寒天とアクリル板を，擬似軟部組織ならびに擬似骨として用いた．軟部組織の代表的な吸収係数である0.5dB/cm/MHzあたりの寒天の擬似骨からの反射音波の影響を，特に検討した．擬似骨のない寒天ファントムの測定結果とシミュレーション結果は比較的よく一致した．しかし，擬似骨を持つ場合には，擬似骨近傍では両者によい一致はえられなかった．さらに反射波が擬似骨前面で温度を上昇させることが明白であった．

The newer diagnostic ultrasound equipments such as a color Doppler equipment and/or a harmonic imaging equipment require higher pressure ultrasound than the conventional B-mode imaging systems. We investigated the temperature rise in soft tissue caused by ultrasound irradiation using a simulation program for a single disk transducer and a phased array focused transducer . The simulation program consisted of two codes capable of estimating the temperature distribution in various media. First, the sound pressure distribution in media was calculated by the finite-difference time-domain (FDTD) method. There are two types of FDTD codes, i.e., for a fluid model and an elastic model, to calculate the pressure in soft tissue and the stress in bone. The common heat conduction equation (HCE) method was used to calculate the thermal conduction profile generated by absorption of ultrasound. It is very important to show that this simulation program would be able to confirm the exact temperature distribution in the media. This paper describes a comparison between two-dimensional FDTD-HCE simulation and measurement of the temperature rise in soft tissue phantom with mimic bone to show the validity of this method. Agar and acrylic plates were used for the sham soft tissue and human bone. The main focus of the study was the reflection effect from the mimic bone when the absorption coefficient of the agar phantom was about 0.5dB/cm/MHz, which is the typical absorption value of soft tissue. The measuring results without mimic bone agreed well with the simulation results. The measuring results with bone, however, did not agree with the simulation near the bone surface. It was clearly seen that the reflected waves increased the temperature in front of the bone.