医工融合による動脈硬化の診断と治療の先導的研究／血管病変部位の診断

研究代表	金沢工業大学工学部電気電子工学科 教授 作道訓之
U R L	http://www2.kanazawa-it.ac.jp/sakudo-l/
参画機関	金沢工業大学、金沢大学、岡山大学、石川工業高等専門学校、石川県工業試験場、澁谷工業株式会社、株式会社松浦電弘社、 株式会社ジーテックエンジニアリング、朝日レントゲン工業株式 会 社、HOYA株式会社、 ニプロ株式会社

１．高速 3 次元血管内超音波診断装置（4D-IVUS）の開発
心臓の冠動脈血管内の狭窄や閉塞を詳しく診断するためIVUS（血管内超音波診断）が用いられることがあるが、従来のIVUSはトランスデューサ側方しか観察できず、完全閉塞の疾患には対応できない欠点があり、前方と側方を同時に測定するトランスデューサの開発が望まれていた。そこで、圧電素子膜を立体的に形成し、素子分離、配線する方法を新しく開発し、砲弾型をした 3 次元表示が可能な立体形状の超音波トランスデューサを開発する。
（担当：金沢工業大学作道研究室他）

２．大血管内視鏡の開発
大血管内可視化システムの開発：近年症例数が急増している大動脈瘤の予防的治療法である 「ステントグラフト挿入術」において、大動脈内腔を目視（内視鏡）観察しながら施術したいという強い要望がある。しかし大動脈の血流を遮断することなく内腔観察可能な方法は現存しない。そこで本プロジェクトではこの様な強い臨床ニーズを受け、血流遮断することなく大血管内腔を目視観察可能な内視鏡システムの具現化を目標に研究を進めている。
（担当：金沢大学山越研究室他）

１．高速３次元血管内超音波診断装置（4D-IVUS）の開発
(1) 超音波トランスデューサ用PZT素子製造プロセスの開発：立体形状（砲弾型）のTi基板上に緻密なPZT膜を合成できる成膜プロセスを開発した。開発した超音波トランスデューサ（図１）は送信と受信とを別々の 素子で行なう積層構造とすることで高解像度化の実現を可能にした。また、立体的に配置された各素子の配線を可能にするた め、ウォータージェットとレーザーを複合化した加工機を本事業で新たに開発した（図 2 ）。
(2) 超音波信号制御装置の開発：開発した超音波トランスデューサは送・受信素子を分離しているのでそれぞれの素子サイズを個別に選択できる特 徴がある。従って送信および受信の素子数が異なるため、送受信の信号を独立して制御する制御装置を開発した。また受信波を解析するアルゴリズムを独自に開発し、これによって高解像度な立体表示を可能にした。

図１　開発した超音波トランスデューサ（左）と積層構造模式図（右）

図２　開発したウォータージェット／レーザー複合加工機

２．大血管内可視化システムの開発
　血流存在下で大血管内腔を観察する方法として図 3 に示す方法を新たに考案した。即ち大動脈血流量の低下する心拡張期に同期して内視鏡先端部より 透明液体（生理食塩水）の噴流を瞬間的に発射して血液を局所的に排除し、その間に得たビデオ画像のみをキャプチャーすることにより血管壁面を可視化するものである。 　図 4 は新たに開発したプロトタイプ内視鏡システムの概観で、先端部がフレア形状となった特殊シース内には首振り機能を有する汎用内視鏡が挿入さ れており、内視鏡とシースの間隙から生理食塩水がジェット噴射される。特殊シース先端部は内視鏡の首振りに合わせて屈曲するよう柔軟性を持たせる一方、それ以外の部分は耐キンク性・トルク伝達性向上のためにワイヤ補強された構造となっている。 　図 5 は体重約30kgのブタを用いたin vivo実験における実験結果例で、本システムにより大動脈弓分岐を明瞭に観察可能であることがわかる。またさらに内視鏡を中枢側に挿入 したところ大動脈弁を鮮明に可視化することができた。これらの結果から本システムにより血流遮断することなく大動脈内腔を鮮明に可視化可能であり、大血管内治療支援システ ムとして十分適用可能な性能を有していることが確認された。今後の展開としては、臨床使用を念頭にシース外径をより細くするなど「低侵襲化」のための 改良を行うと共に、IVUSとの併用による「multimodal化」について検討していく予定である。

図３　大動脈内可視化法模式図

図４　大動脈可視化内視鏡構造概要

図５　試作システムによるin vivo 可視化画像結果例