◇ ULTRASOUND IMAGE OF THE MONTH ◇超音波 RF 信号のコヒーレンスに基づく心臓壁領域同定
長谷川英之1，2

浩1，2

高橋広樹1

Fig. 1

Ultrasonic B-mode image in longitudinal axis
view of the heart of a 22-year-old male（RV:right ventricle, LV: left ventricle, IVS: interventricular septum, AV: aortic valve）

金井

1．は じ め に

2．RF データの取得

心疾患の早期発見には心臓の形態学的評価や心機Fig. 1 に示すように，超音波診断装置（ALOKA

能の解析が重要視されており，超音波診断は非侵襲社製：SSD-6500）の 3. 75 MHz セクタ型電子プロー

かつ繰り返し適用可能な診断法として心臓検査に用ブを用いて左室長軸断層像を描出し，心室中隔壁付いられている．超音波診断における心機能の評価法

近の関心領域においてサンプリング周波数 15 MHz1）として，心筋ストレインやストレインレートの解析で RF データを取得した．データ取得の際には，高などが有用な技術として示されている．しかし，心時間分解能かつ，より広い範囲でのビーム走査方向機能をリアルタイムで解析するためには，取得されのデータを得るために，超音波ビームを 5. 6 °ごとる RF データから関心領域となる心臓壁領域の同定に 9 方向へスパーススキャンを行うことで，546 Hzを行うことが必要不可欠であり，現在のところマニュと高フレームレートの RF データを取得した．取得

アルでの設定が主として行われている．本論文では，した RF データは計算機に転送した後に解析を行った．

心臓壁からの RF エコーのコヒーレンスに基づく心臓壁領域の同定法を示し，実際に健常者の心エコー図の断層像における心臓壁領域の同定を行った．

3．コヒーレンスに基づく心臓壁領域同定法
高フレームレート計測においては，散乱体である

Identification of heart wall based on coherence among ultrasonic RF echoes
Keywords: ultrasonic RF echo, identification of heart wall, coherence function, phased tracking method, in vivo experiment1
東北大学大学院医工学研究科医工学専攻，2同大学院工学研究科電子工学専攻
Hiroki TAKAHASHI1, Hideyuki HASEGAWA1，2, Hiroshi KANAI1，2
1
Department of Biomedical Engineering, Graduate School of Biomedical Engineering, 2Department of Electronic Engineering, Graduate
School of Engineering, Tohoku University, 6‑6‑05 Aramaki-aza-Aoba, Aoba, Sendai, Miyagi 980‑8579, Japan
Received on May 14, 2009; Revision accepted on July 9, 2009
Jpn J Med Ultrasonics Vol. 36 No. 6（2009）

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（1）

（2）
Fig. 2 （1）Results in ejection phase of Fig. 1.（1-a）B-mode image obtained by scanning ultrasonic beams sparsely in the region surrounded by the red line in Fig. 1.（1-b）Coherence image of Fig. 2（1-a）.（1-c）Region
identified using the optimal threshold（2）Results in rapid filling phase of Fig. 1.（2-a）B-mode image obtained by scanning ultrasonic beams
sparsely in the region surrounded by the red line in Fig. 1.（2-b）Coherence image of Fig. 2（2-a）.（2-c）
Region identified using the optimal threshold

心筋組織のフレーム間変位は小さいとみなすことが解析を行うデータのフレームレートが 546 Hz であ出来るため，心臓壁領域中の同一部位からの反射ることから，これは 1 / 546 ＝ 1. 83 ms 間の位相変化

RF エコーのフレーム間位相変化も小さくなる．一を評価している．得られたコヒーレンスに関して，方で，心内腔中の主な散乱体である血球の位置関係

ベイズ決定規則に基づいて閾値を決定することで心は血流により大きく変化する．そこで，位相差トラッ

臓壁領域を同定する3）．また，経時的変化の小さい

キング法2）を用いて同一部位を追跡し，振幅二乗コ肋骨などからの反射 RF エコーは高いコヒーレンス

ヒーレンス関数を用いて短時間区間における関心領を示し心臓壁と誤識別されてしまう．そこで，弁別域からの RF エコーの位相変化量のばらつきを周波能向上のためにあらかじめ心臓壁が 1 波長動く程度

数 f ごとに定量的に評価することで，心臓壁領域同の時間区間における RF エコーの平均成分を元の3）定を行うための特徴量として用いる ．振幅二乗コヒーレンス関数

は，第 n フレームと N フ

レームだけ経過した第 n＋N フレームにおいて得ら，yn＋N
れた深さ x の関心領域からの RF エコー y（n x）（ x）のクロススペクトルをパワーRF 信号から減算することでアーチファクト成分を低減する3）．
4．

計測データにおける心臓壁領域同定結果

Fig. 2（1）a,（2）a にそれぞれ 22 歳，男性，健常者の駆出期と急速流入期における B モード像を示す．

で正規化した次式で与えられる．

それぞれのデータにおいて（1）式に従いコヒーレ（1）ンスを算出して，B モード像上にカラーコーb,（2）b に 示 す．
デ ィ ン グ し た 結 果 を Fig. 2（1）Fig. 2（1）c,（2）c に，コヒーレンス値に対してベイ

ここで，E n［・］および * は時間平均（100 フレーズ決定規則3）をもとに最適閾値を設定することで得ム）と複素共役で，時間間隔 N＝1 と設定している．

られた心臓壁領域同定結果を示す．Fig. 2（1）に示

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される駆出期の解析における関心周波数は

1. 9 MHz，Fig. 2（2）に示される急速流入期の解析に

5．結語

おける関心周波数は 3. 0 MHz である．関心周波数

振幅二乗コヒーレンス関数を特徴量として心臓壁には，あらかじめ手動で設定した真の領域と比較し領域を同定する手法の有用性を，実際の in vivo 計て最も良好な領域同定結果が得られた周波数を用い測データに適用することで示した．今後，コヒーレ

a に示されるように従来のている．Fig. 2（1）a,（2）ンス関数から心臓壁領域と心内腔領域を弁別するた

B モード像では心室中隔壁の心尖側に輝度の脱落がめの閾値を自動的に設定する手法を開発することで，認められるが，本手法を用いることで心臓壁として心臓壁領域のリアルタイム同定の実現が期待出来る．

c から分かる．
同定出来ていることが Fig. 2（1）c,（2）また，本手法により客観的な情報から関心領域とな輝度を特徴量とする領域同定法と比較した結果，本る心臓壁の同定が可能となれば，心機能のリアルタ手法はより良好な識別を行ったことも確認されていイム解析への応用が期待出来る．

3）る ．一方で，駆出期と急速流入期において異なる関心周波数を選択していることから，領域を同定する際に，異なる深さおよび心時相において関心周波数を変更する必要がある．その際，送信周波数と比較して多重反射や肋骨などによるアーチファクトの成分が少ないとされる高調波の周波数帯4）から関心周波数を自動的に選択することで，より良好な領域同定結果を得ることが出来ると考えられるため，今後は関心周波数を自動的に選択するための手法を検討する．

Jpn J Med Ultrasonics Vol. 36 No. 6（2009）

文献
1） Yoshiara H, Hasegawa H, Kanai H, et al. Ultrasonic
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2） Kanai H, Sato M, Koiwa Y, et al. Transcutaneous
Measurement and Spectrum Analysis Heart Wall
Vibrations. IEEE Trans Ultrason Ferroelect Freq Contr
1996;43:791‑810.
3） Kinugawa T, Hasegawa H, Kanai H. AutomatedSegmentation of Heart Wall Using Coherence Among
Ultrasonic RF Echoes. Jpn J Appl Phys 2008;47:4155‑64.
4） Kiura N. Harmonic Imaging. Japanese Society ofRadiological Technology 2004;60:350‑6.

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