安全に計測可能なパラメータによる筋力推定方法の開発（平成 20 年度） ∼ 超音波エコーによる体肢断面観察に供する水槽の素材の検討 ∼ １背景と目的平成 19 年度には，体肢断面観察用水槽に用いる合成樹脂素材の基本特性を把握し，水槽による体肢横断面観察時に問題となる，水槽壁による超音波の多重反射の防止策として， (1) ヒトの身体軟部組織に近い音響インピーダンス値をもつ合成樹脂で水槽を作成すること (2) 気体中の音速は圧力にほとんど依存せず，絶対温度の平方根に比例して増加するが，常温域における合成樹脂の音速は温度の上昇にともなって低下し，その結果，音響インピーダンスも温度の上昇にともなって低下する．合成樹脂の音響インピーダンスはヒトの軟部組織のそれ（1.63 [kg/m2sec]×10-6）に比して高い値（2.0∼3.0[kg/m2sec] ×10-6）をもつことから，可能な範囲で高い温度での計測を行えば，ヒトの身体や水と水槽との音響インピーダンスの不整合による，超音波の多重反射の低減が期待できること (3) 水槽素材として最も一般的なアクリルは，顕著な多重反射を生じること (4) それに比して，高密度ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリカーボネート，ポリエチレンテレフタレートは，比較的軽度の多重反射となることを見出した．平成 20 年度は，それらの装置等を用いて被験者実験を試行し，得られた結果に基づいて実用的な水槽の検討を行った．２水槽の試作被験者計測の試行にあたり，被験者実験用の水槽を試作した．被験者の体肢の位置確認の容易さの観点から水槽の素材は無色透明な素材とし，平成 19 年度で良い特性を示したポリカーボネート，ポロエチレンテレフタレートとした．比較検討のために，硬質塩化ビニル製の水槽も試作した．水槽壁の厚さは，壁面内の多重反射を軽減するためには薄いほど有利であるが，実計測時の強度を勘案して，厚さ 3[mm]とした．また，計測の試行は，高齢者における転倒事故防止策の検討等の観点から，足関節の背屈・底屈力の寄与筋が集まる下腿とするため，下腿の計測を容易とするため，ブーツ型の水槽を試作した（図１）．ブーツ型とすることで，下腿とプローブに距離を縮めることができ，その結果，リニアプローブの深さ方向の視野内に下腿の中心部を位置させることができ， 1 数枚のエコー画像の合成によって完全な横断面画像の取得が可能となる．図１３ブーツ型水槽（硬質塩化ビニル）被験者計測の試行３．１方法横断面は被験者の右側下腿の，下腿長の中央部に該当する位置で取得した．水温は概ね 40[℃]程度とし，被験者が快適と感じる温度に微調整した．超音波装置は Mini Vision SSA-320A（TOSHIBA Medical Systems）を，プローブにはリニアプローブ（PLG-506M， TOSHIBA Medical Systems）を用い，発振周波数は 5.0 [MHz]で B モード走査とした．超音波装置の深さ方向のゲイン調整（Time Gain Control）は中間位置とし，得られた画像をソノプリンタ（TP-8010/A， TOSHIBA Medical Systems）で印刷し，スキャナで電子ファイル化した．被験者は 55 歳男性，身長 165.5[cm]，体重 60.0[kg]とした．実験に先立って，インフォームドコンセントを得た．３．２結果と考察画像の取得を試行した結果，ポリエチレンテレフタレートが最も良好な結果をもたらし，次いでポリカーボネートが良好であった．比較検討用に作成した硬質塩化ビニルは多重反射が強く出現し，クリアな画像が得られなかった．得られた下腿の横断面画像の例として，最も多重反射が少なかったポリエチレンテレフタレート製水槽で得た画像を図 2 に示す．図 2 の上部に出現した多重反射は，水槽壁の板内部での超音波の繰り返し反射に起因するもので，平成 19 年度にアクリル水槽で試行したワイヤファントムによ 2 る画像での多重反射に比して軽度である．画像の上側が下腿前面で，向かって左側が下腿内側である．下腿内側に脛骨が確認でき，その後方（図の下方）は，顕著な音響陰影が確認される．脛骨の右後方（画像の右下方）には腓骨と血管群が位置する．また，被験者実験中の水槽の温度低下にともなって，筋等の組織の画質が時々刻々変化することが確認されたことから，温度低下による音響インピーダンスの変化（上昇）により，多重反射が増大するものと考えられる．また，このことから，多重反射が筋等の組織の画像に影響を与えていることも確認された．図 2 ポリエチレンテレフタレート製水槽による下腿横断面画像４まとめ水槽を用いた体肢断面画像観察時に多重反射による画質の低下を回避するためのポイントを，以下のように整理する． (1) 水槽に用いる合成樹脂素材はヒト生体の軟部組織や水に近い音響インピーダンス値を有する素材が好ましく，市販の無色透明の合成樹脂素材としては，ポリエチレンテレフタレートもしくはポリカーボネートがあげられる．特に，ポリエチレンテレフタレートは良好な画質が得られる． 3 (2) 水槽の素材の厚さは，可能な限り薄いことが好ましい． (3) 合成樹脂素材の音響インピーダンス値をヒト生体の軟部組織や水に近い値に保つため，画像取得時の水槽温及び水温は，常温ではなく 40℃程度に保つことで多重反射が軽減できる．参考文献 1) Hisamoto, S., Higuchi, M. et al.: Age -related differences of extremity joint torque of healthy Japanese, Journal of Gerontechnology, 4(1),pp.27-45,( 2005) 2) Chi-Fishman G, Hicks JE, Cintas HM, et al.: Ultrasoundimaging distinguishes between normal and weak muscle. Arch Phys Med Rehabil, 85(6), pp.980-86(2004) 3) Aagaard, P., Andersen, JL., Dyhre-Poulsen, P., et al.: A mechanism for increased contractile strength of human pennate muscle in response to strength training: changes in muscle architecture, J. Physiol, 534(2), pp.613-23(2001) 4) 筋・骨格画像研究会編，超音波による骨・筋・関節の観察，p.4，南山堂 (2006) 4