マイクロ超音波イメージング～
実験小動物における精密で多彩な超音波エコー検査～
プライムテック株式会社

水流

功春

実験小動物用超音波エコー検

時間分解能、そして適切な信号処

臨床診断において広くベッド査装置に求められる要件

理を伴う撮像モードが装置性能サイドで用いられている超音波ヒトと異なり検査時体位や不として必要です。Vevo®システム

エコー検査技術は、生体内を無侵動が難しい実験小動物においてでは最大30 μmの高空間分解能、襲、リアルタイム、そして簡便には、維持麻酔下もしくは保定覚醒

リアルタイム時250 frames/sec以可視化することが可能であり、生下での超音波エコー検査が実施上、画像再構成時10,000 frames/理学検査に必須の技術となってされています。特に実験小動物のsec以上の超高時間分解能、そしいます。一方、マウスやラット、微小な臓器を安定して描出するて心エコー、腹部エコー、そしてマーモセットといった実験小動ためには、維持麻酔下において被最新の光音響（光超音波）イメー物においては、その微小な生体サ験動物および高周波プローブをジングなど最先端の超音波エイズにより臨床検査装置を適用

それぞれ専用マニピュレーターコー検査を実験小動物においてすることは困難でした。1983年に固定して精密操作する方法が可能とする多彩な撮像モードが頃より実験小動物のサイズに合有用です。また、維持麻酔により利用可能です。

わせてデザインされた超音波エ

不動化された動物は、バイタルサ

最後に課題となるのが適切なコー検査装置の開発が開始され、インモニタにより適切な麻酔深読影技術です。実験小動物の解剖

現在では中心周波数30～70 MHz度を維持することが適切な超音学的構造および生理学的特徴をの高周波プローブを利用するマ波エコー検査および3Rsの観点かより良く理解した上で、評価対象イクロ超音波イメージング技術らも推奨されます。の生体内挙動を適切に測定およ

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はじめに2

研究支援部

続いて重要な点は、超音波エび評価する必要があります。一般

本稿では、実験小動物用の装コー検査装置の基本性能です。実的に超音波エコー検査にはある置デザインとリニアアレイプ

験小動物、特に疾患モデルや遺伝程度の練度が必要であるため、超ローブ方式によるマイクロ超音子改変モデルなど多様な研究用音波検査に慣れ親しんだ臨床医波イメージングが可能となっ途に用いられる実験用マウスにだけではなく、ライフサイエンス

たFUJIFILM Visualsonics社製

おいては、例えば心臓サイズは研究者が汎用の生理学検査ツー

Vevo®イメージングシステム（以短軸径5 mm程度であり、心拍数ルとして超音波エコーを利用可

下Vevo®システム）を中心に、実500 BPM以上で拍動しています。

能となるよう、様々な工夫がなさ

験小動物における超音波エコー

高速で運動する微小構造を超音れています。例えば、ニューラル検査の幅広い適用分野と最新技波エコー装置で可視化するためネットワークを利用した機械学術をご紹介します。には、マイクロ超音波イメージン習AIによる画像診断サポートや、グ技術を用いた高空間分解能、高オンライン学習を目的としたナが実用化されています。

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レッジデータベース構築が進んの治療や緩和を目指した基礎研臓器を対象とした研究事例と同でいます。

究においては、様々な肝疾患モ様に、生体内がん腫瘍の組織性状デル（非アルコール性脂肪肝炎の詳細な研究事例が多くの施設

幅広い対象臓器と適用分野（NASH）、肝線維症、肝がん、感で実施されています。加えて、抗3.1 心 血管を対象とした循環染性肝疾患など）や腎疾患モデル

がん剤や抗腫瘍治療による心毒（多発性嚢胞腎、腎がん、感染性性評価も、前述の通り精密に実施

前臨床研究においては、ヒトの腎疾患、水腎症、および腎奇形）可能です。

病態を再現する心不全モデルマが作製されており、Vevo ®システウスが多く開発され用いられてムを用いて臓器性状の観察、臓器います。Vevo®システムは高い心容積、臓器内血流の可視化と定拍数を有するマウス心臓におい量、後述する光音響イメージング

光音響イメージング技術は、生ても重要な心周期イベントを明による生体内臓器の組織酸素飽体透過性の高い波長領域（生体確に画像化し、心機能を適切に和度や集積する標的性蛍光試薬、窓）を有する励起パルスレーザー

評価するためにデザインされて金属ナノ粒子の可視化と定量なを撮像対象に照射し、瞬間的に発います。一般的にマウス心機能評

ど多くの研究事例が報告されて生する熱膨張により生じる超音価に用いられる収縮能指標（駆出います。

波を受信し、画像化する技術で3器研究領域

えて、心不全病態として昨今着目ングへの拡張性す。光音響イメージングの撮像

率：Ejection Fraction, 短縮率：Fractional Shorteningなど）に加4 光 音響（光超音波）イメージ

3.3 担
 がん動物を対象としたがん研究領域

対象は、生体における内因性物質（ヘモグロビン、メラニンなど）されている収縮能が維持されたがん研究において免疫不全動と外因性物質（各種色素、ナノ粒拡張不全（HFpEF）評価に用いら物にヒトがん細胞を同所性もし子など）に分類されます。内因性れる拡張能指標（E/A, E/a’, Tei

くは異所性に移植し、その生育性物質を利用することで非侵襲的indexなど）、心筋壁や動脈血管壁と治療効果を評価する担がんモ

な組織酸素飽和度計測や、外因性の僅かな伸縮性変化を評価し得デル（Xenograft, PDXなど）が広物質として光音響造影剤を用いるストレイン解析機能、機械学習く活用されています。移植されたた分子イメージングを可能にしAIによるB-modeおよびM-mode

がん細胞の生育性と治療効果をます。

画像の自動解析機能、拍動する三生体内において経時的に評価す

Vevo ® システムは生体窓の励次元心臓エコー画像（4Dエコー）る方法には、伝統的にはノギスに起波長域 680－970 nmに加えて、に基づいた心室容積変化およびよる腫瘍外寸の計測が実施され1200－2000 nmといった長波長域駆出率の演算機能といった最新てきました。しかしながら、同所を利用できる点が特徴です。これの計測技術が活用されています。

性移植モデルには適用できないにより、造影対象となる内因性物点や、治療効果と腫瘍サイズの変質として脂肪と水が追加され、生3.2 腹 部臓器を対象とした疾化に相関がない場合には適用が体組織内の脂肪量、水分量を非侵患モデル研究領域難しい点が大きな課題でした。

襲的に定量することや、がん研究遺伝性、生活習慣、そして昨今

Vevo ® システムは担がんモデにおいては腫瘍組織の良性・悪注目のトピックである感染症にル動物の生体内腫瘍を長期的、非性診断への活用が期待されてい伴う腹部臓器とくに肝臓と腎臓侵襲的に2Dおよび3D画像としてます。の異常は互いに疾患進行に密接描出することで、同所性腫瘍におに関連し、ときに心疾患など重いてもその正確なサイズと腫瘍篤な合併症を誘発します。疾患内環境の可視化が可能です。腹部32LABIO 21 JAN. 2022

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今後の展望
今回ご紹介した対象臓器と適用分野以外にも、発生生物学、神小動物において得るための新た経科学、泌尿器、筋骨格など幅広な製品デザインおよび撮像モーい研究分野においてVevo ® シスドの開発が進行しています。 弊

テムが活用された成果事例が報社プライムテック（株）はVevo®

告されています。また、最新の科システムの日本総代理店として、学技術を適用した自動解析機能

FUJIFILM Visualsonics社と共にの拡張や、光音響イメージングのマイクロ超音波イメージング技適用拡大、そしてよりトランス術の発展と日本の研究分野へのレーショナルな研究成果を実験貢献に寄与していきます。

AB（日動協ホームページ、LABIO21
カラーの資料の欄を参照）

CD

図1．FUJIFILM VIsualsonics社製Vevo®イメージングシステム（光音響オプション）の外観とマウス心臓画像（A）Vevo®システム外観、左下のユニットは光音響オプションで利用するレーザー出力ユニット（B）マウス左心室長軸像B-mode（C）マウス左心室短軸像M-mode（D）マウス心臓4Dエコーデータ、左から解析前4D心臓、左心室内腔トレース、左心室内腔トレー
スのポリゴン表示 ※いずれの画像も東京大学農学部内プライムテックライフサイエンス研究室にて著者が撮影
A

B

C

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図2．生体内臓器を対象として多角的なマイクロ超音波イメージング（A）マウス左腎臓の矢状断画像（中心周波数40 MHz）
（B）マウス左腎動脈のドップラー血流波形（C）マウス左腎皮質および肝葉領域の非侵襲的組織酸素飽和度カラーマップ（D）マウス左腎臓矢状断におけるマイクロバブル灌流評価、左がマイクロバブル破砕再灌流による流入曲線、右がマイクロバブル血管造影像※いずれの画像も東京大学農学部内プライムテックライフサイエンス研究室にて著者が撮影

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