EiEZ3臥1領域こと1996年:位相差トラッキング法による微小振動･厚み変化計測の開発
1999年:金井･長谷川･小岩ら動脈壁弾性特性計測システムのリアルタイム化
金井浩(虹lヒ人'､f':人Ifl:院l二J､j･':研究科)

概要

だけ薄くなる様子の可視化,さらに. (5)その厚み変化と脈圧から動脈の｢壁の弾牲特性の空間分布｣｢位相差トラッキング法｣は,医用超音波診断の非俊襲的可視化, (6)あらかじめ求めておいた脂装置で用いられる｢縦波｣超音波を,通常のよう質や線維組織の弾性特性と比較することでの｢動に画像表示のために用いるのではなく,生体内の脈壁や粥腫内組織の分類｣にも成功している.こ

組織や臓器の微小振動速度を｢時間波形｣としれらの成果は,局所ごとの心筋の｢収縮機能｣やて高精度に得るための計測手段として用いる1'.

組織性状の診断.心臓の収縮弛緩の複雑な遷移過/Iミ体内のサブミクロンオーダの振幅の微小振動程の機序の解明.動脈硬化症による動脈壁の硬さを. 1り()Hz程度までの周波数帯域にわたり計測がの増加.粥状動脈硬化症における｢病変部の易破可能であり,この特長は,通常の超音波診断装置裂性の診断｣の定量化に今後期待されている.の断層像上では把握できない. ｢微小で速い振動成分｣の可視化を可能としている.また, 1本の超音波ビーム上に設定した2点において速度波形

日32位相差トラッキング法の計測原理l)を同時計測し.さらにそれらの｢速度波形の空間超音波診断装置の超音波プローブから送信され的な差｣を時間積分することで,2点間に生じる｢厚た超音波パルスは.微小振動している心臓･動脈み変化･距離変化｣の高精度計測も可能としてい壁で反射されて超音波プローブに戻るまでに.伝る.これらの手法は.すでにヒト心臓に適用され,播距離による位相遅れが生じる.位相差トラッキ(1)心音の発生するタイミングに心臓弁の閉鎖など

ング法では,深さdにおける反射･散乱波の直交に伴って発生した微小振動である｢横波｣が心臓検波信号から,連続する2つのフレームにおいて壁を伝播する様子の可視化. (2)その伝播適度の周送受信された超音波パルス間の位相差ACLl({)を.

波数依存性から心筋の粘弾性特性の決定,あるい制約付き最小二乗法から得られる複素相互相関関は, (3)心電図Q〜R波の時間に収縮のもととな数により決定する.検出された位相差ACEl({)をる｢電気的興奮｣が心室中隔壁を伝播することで,もとに, 2つのフレーム(時間間隔r)間の対象心筋が僅かに動き.その動きが伝播する様子の可物変位AJV,I({)あるいはA.YEJ(()をγで除してT視化などに成功している.一方.動脈壁に適用し,間の平均速度を算出できる.得られたフレーム間(4日相聞に,血圧が上昇し血管壁が数十ミクロン変位A.Ytl(n)を積算することで変位∫√/({)が得ら日本超音波医学会50周年記念誌

れる.以上の処理を,深さdごとに適用すること拍分を重ねてあるが.大動脈弁閉鎖のタイミングで,超音波ビームに沿った変位時間波形の空間分T,,で非常に鋭いパルス形状の波形も再現性良く布(.yd(t))が得られる.

計測できている.

図2は.心臓壁の振動速度のビーム(深さ)方向分布を計測し.深さ方向2点の振動速度の差か心臓壁振動･厚み変化のら.単位厚み当たりの厚み変化速度[(111/〜)/nl]

高時間分解能計測2)を算出したものである二'.図2の解析区間は心Ⅱ

図1(a)は健常者のBモード断層像である.過音周辺に対応し,フレームレート63りHzである.

常の13モード断層像のフレームレートは数十Hz

厚み変化速度は.図左側のカラーバーにしたがいに制限されることから.図1(a)の白い矢印で示

Mモード像上にカラー表示している.青色が厚すように超音波ビームの走査間隔を粗くして,み増加を,黄色が厚み減少を示す. 1買I2(d). (e)は5日()Hz程度の高フレームレートを実現して(sparse

各々心室中隔壁と左心室後壁内に設定した関心点scall).計測された速度波形を岡1(b)に示す. 6心の振動速度を重ねて表示している.図2(a)の厚み変化速度の時間変化から,収縮から弛緩に移行するタイミングは.各々の壁内において深さに依存して異なることが分かる.心室中隔壁では右室側が左室側に対し15111S程度,左室後壁では心外膜側が心内膜側に対して13()111S程度先行している.

以上のように.高時間分解能で心臓壁振動･厚み変化を計測することで,収縮弛緩の遷移過程を描出することが可能である.

図3は,心臓左室短軸断面における計測結果である‑).左心室の短軸断面における心臓壁を円とみなし(Bモード断層像上二に示した色の円).その円の円周上の各点で計測された振動速度波形をsystole

diastole

フーリエ変換し, 4OHz成分の位相をカラー表示

isovo山mic

relaxatfon period

したものが図3(a)である.縦軸は角度方向.横軸

は時間で心電図R波近傍の時間区間を拡大している. 1勾3(b), (C)には,断層像の点a, b, C. dで示

す位置において計測された変位波形および速度波形を示す.心電図R波の時刻より12Oms前から

空二二=‑I,i ㌔

心筋の電気的興奮により生じた振動が中隔壁(点a)から後壁へ(点b一点C一点d)約6111/Sで伝播している.これは,心筋の収縮が,点aから両方
h veloclty On LV‑slde ot lVS
0(b)

200

400

600

800

1 000

向ではなく一方向に伝播することを示している.
1 200

このように速い速度(6111/S)の心筋収縮の伝播は.

time from R‑wave lms】

図1. 21歳健常男性の心臓の計測結果.

微小な振動を高時間分解能で計測できる本計測法(a) Bモ‑ド断層像. (b) (上から) 6心拍分の心電図.

で初めて可能となったと言える.心筋の興奮伝導

心音図. (a)の13番目ビーム位置で計測された心室中隔壁の石室側および左室側の速度波形.

は虚血などによって影響を受けると考えられ,こ日33l萱田臥1領域ことのような計測は心疾患の診断に威力を発揮すると2)..,:新'iE樹,長科"莱/と,金井浩,ほか.心筋ストレイン

レート空間分布の‑I:JJll一川J分解能計測による収縮･地考えられる.

蔵の遷移過程の掛目..超lz,'‑波L光学2()()7;34(4)=43L)‑4H.
3) KilIILli H, Tall'tkLI M. Millute llleChLl111Cal‑exCltこttioll

文献

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図2. 22歳健常男性の心臓の計測結果(め1set10nd heilrt WLJnd

音Il音周辺).

JL一一一一一一 一････一一L(hleloLlit〉 llVS)
S)(a)心臓壁の厚み変化速度をMモード像上にカラー表示したもの. (b)心電図. (C)

心音図. (d)心室中隔壁の振動速度(漢さ方向複数点の振動速度波形を重ねてあvt･loLtily l PW )1()0 msle)
ti111e LsJる). (e)左室後壁の振動速度(深さ方向複数点の振動速度波形を重ねてある).

図3.左室短軸断面における心臓壁振動速度･変位の計測結果(収縮期初期).
最上左室短軸Bモード断層像(乳頭筋レベル). (a)振動速度の40 Hz成分の位相をカラー表示したもfl rSt

V,,UへJ､㌧の(b)断層像の点Cにおける心筋厚み変化波形
および点bにおける心筋長さ変化波形. (C)点a〜 dにおいて計測された振動速度波形.

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