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外部加振による動脈壁厚変化を用いた壁粘弾性特性計測に関する基礎研究

Research Project

Project/Area Number 15700347
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Medical systems
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

長谷川 英之  東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00344698)

Project Period (FY) 2003 – 2004
Project Status Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2004: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2003: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords外部加振 / 内圧変化 / 完壁の厚み変化 / 弾性率の周波数特性 / 粘弾性特性 / 超音波 / 動脈硬化症 / 管壁の厚み変化
Research Abstract

本研究では,外部加振により管の内圧変化を発生させ,管壁の粘弾性特性を計測する手法の開発を行った.概要を以下に述べる.
シリコーンゴム管を模擬血管として用いて,水槽実験系において計測部位近傍を加振することにより,計測部位に内圧変化を発生させることができることを確認した.同時に,内圧変化に伴う壁の厚み変化を,本研究者らが開発した超音波計測法を用いて計測したところ,5ミクロン以下の非常に微小な壁の厚み変化が計測された.計測された内圧変化波形と壁厚変化波形の加振に伴う成分の振幅を算出することにより,壁弾性率を算出した.内圧変化(応力)と壁厚変化(ひずみ)の振幅から算出した弾性率は,複素弾性率の絶対値に対応する.加振の周波数を掃引して各周波数において壁弾性率を算出したところ,加振の周波数とともに弾性率が上昇する傾向が見られた.このような傾向は粘弾性モデルの一つであるVoigt模型により説明できることから,壁の粘弾性モデルとしてVoigt模型を仮定して,計測した周波数特性にフィッティングすることにより粘性率を推定した.
ヒト頸動脈におけるin vivo計測では,上腕を加振することにより内圧変化を発生させ,その内圧変化が頸動脈まで伝搬することにより発生する頸動脈壁の厚み変化を計測した.また,トノメトリ血圧計を用いて,橈骨動脈おいて血圧波形を計測した.計測した壁厚変化と血圧変化の,外部加振により発生した成分の振幅を,周波数解析により推定することにより,加振周波数における頸動脈壁弾性率を算出した.加振周波数を掃引することにより,弾性率の周波数特性を算出したところ,上記基礎実験と同様に,周波数とともに弾性率が上昇する傾向が見られたため,Voigt模型を適用することにより,頸動脈壁の粘性率を推定した.本研究により計測された頸動脈壁の粘性率は,摘出した頸動脈に関する機械的試験により算出した文献値と同様の値であり,本研究において開発した手法により,動脈壁の粘性特性が非侵襲的に計測できたことを示すものと考えられる。

Report

(2 results)
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2005 2004 Other

All Journal Article (6 results) Publications (6 results)

  • [Journal Article] Transcutaneous Measurement of Viscoelasticity of Arterial Wall by Application of Remote Actuation2005

    • Author(s)
      Hideyuki Hasegawa, Hiroshi Kanai
    • Journal Title

      IEEE 2004 International Ultrasonics Symposium Proceedings (印刷中)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Measurement of Elastic Moduli of the Arterial Wall at Multiple Frequencies by Remote Actuation for Assessment of Viscoelasticity2004

    • Author(s)
      Hideyuki Hasegawa, Hiroshi Kanai
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics 43・5B

      Pages: 3197-3203

    • NAID

      10013098413

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Measurement of Change in Wall Thickness of Cylindrical Shell at Multiple Frequencies Caused by Remote Actuation for Assessment of Regional Viscoelasticity of Arterial Wall2004

    • Author(s)
      Hideyuki Hasegawa, Hiroshi Kanai
    • Journal Title

      Proceedings of International Congress on Acoustics

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Ultrasonic Measurement of Viscoelasticity for Tissue Characterization of Arterial Wall2004

    • Author(s)
      Hideyuki Hasegawa, Hiroshi Kanai, Masataka Ichiki, Fumiaki Tezuka
    • Journal Title

      Abstract Book of Seventh Congress of the Asian Federation of Societies for Ultrasound in Medicine and Biology

      Pages: 59-59

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] 動脈壁粘弾性特性計測を目指した外部加振による弾性率周波数特性計測2004

    • Author(s)
      長谷川英之, 金井 浩
    • Journal Title

      日本超音波医学会 第77回学術集会プログラム・講演抄録集

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] 動脈壁弾性率の周波数特性計測による壁粘性特性の推定2004

    • Author(s)
      長谷川英之, 金井 浩
    • Journal Title

      第25回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演予稿集

      Pages: 379-380

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Publications] Hideyuki Hasegawa: "Measurement of change in Wall Thickness of Cylindrical Shell Due to Cyclic Remote Actuation for Assessment of Viscoelasticity of Arterial Wall"Japanese Journal of Applied Physics. 42・5B. 3255-3261 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] Hideyuki Hasegawa: "Measurement of Elastic Moduli of Cylindrical Shell at Multiple Frequencies by Remote Actuation for Assessment of Viscoelastic Properties of Arterial Wall"IEEE 2003 International Ultrasonics Symposium Proceedings. 1199-1202 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 長谷川英之: "動脈壁の粘弾性特性計測を目指した外部加振法に関する基礎的検討"電子情報通信学会技術研究報告. 103・340. 13-17 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 長谷川英之: "動脈壁粘弾性特性の計測を目指した外部加振による管壁厚み変化の超音波計測"日本音響学会秋季大会講演論文集. 1157-1158 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 長谷川英之: "粘弾性評価を目指した外部加振法による動脈壁弾性率の周波数特性の超音波計測"第24回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム. 405-406 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 長谷川英之: "外部加振による管壁粘弾性特性の超音波計測"圧電材料・デバイスシンポジウム2004. 83-86 (2004)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report

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Published: 2003-04-01   Modified: 2016-04-21  

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