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超高速超音波断層法による血管動態の革新的解析法の開発

Research Project

Project/Area Number 20J22879
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 90130:Medical systems-related
Research InstitutionUniversity of Toyama

Principal Investigator

茂澄 倫也  富山大学, 大学院理工学教育部, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords超音波イメージング / 血管動態 / 信号解析 / 動脈硬化症 / 超高速超音波イメージング / 超高速イメージング
Outline of Research at the Start

脈波伝搬速度(PWV: pulse wave velocity)は,血管壁の硬さ情報である弾性特性を表し,動脈硬化の早期診断の指標となる.
脈波波形は心臓の拍出により生じた進行波成分と,進行波が反射源で反射することで生じる反射波成分からなる.本研究では,血管壁を高フレームレートで超音波計測し,推定される動脈壁変位波形および血流速度ベクトルから,脈波波形の進行波・反射波成分を分離する手法を開発する.これにより,進行波に着目したPWV推定の精度改善,および反射波に着目した弾性特性解析を可能にする.

Outline of Annual Research Achievements

前年度は,高精度に脈波伝搬速度の超音波計測を行うため,血流速度ベクトル推定法にて得られる流量から,脈波伝搬速度を推定するためのアルゴリズムを開発した.本年度は本推定手法のさらなる精度向上を行うため,脈波の周波数に着目し,本手法の周波数依存性を調査した.管内を伝わる脈波には複数の周波数成分が含まれており,どの周波数成分に着目するかで脈波伝搬速度の推定結果は変化する.また,周波数成分ごとの脈波伝搬速度の真値は理論的に算出可能である.これらをもとに,周波数成分ごとに脈波伝搬速度を超音波計測し,それら推定値と理論値とを比較することで,超音波計測時にどの周波数成分に着目すればよいかを検討した.健常者頸動脈のin vivo 実験で検討した結果,脈波の加速度波形のうち5 Hz~15 Hzの周波数成分に着目した場合,理論値に近い値をとることを実験的に示した.これにより生体計測の際に着目するべき周波数成分の範囲を明らかにした.
また,壁せん断応力の超音波推定法に関しても研究を行った.前年度は計測時の過小評価を低減するため,血流速度の速度推定値に対し流速分布モデルを当てはめる信号処理手法を提案した.その際,血流は直管内の定常流であると仮定したが,実際の血管は拍動流や狭窄を有する.そこで,狭窄血管内の拍動流に対しても流速分布モデルをフィッティングできるよう,信号処理手法を改良した.評価実験の結果,提案手法を用いて推定された壁せん断応力は,従来法に比べ偏り誤差がおよそ40%改善されることを示した.さらに,狭窄血管の in vivo 計測を行うことで,上記の壁せん断応力計測法の生体計測への適用可能性を検証した.従来法,および提案手法による壁せん断応力はそれぞれ0.45 Pa,1.96 Paとなり,評価実験と同様の傾向であった.以上から,本手法の生体計測への適用可能性を示すことができたと考える.

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 1 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Investigation on synthetic aperture imaging using focused transmit beams for cardiac ultrasonography2023

    • Author(s)
      Sugioka Kotaro、Mozumi Michiya、Omura Masaaki、Nagaoka Ryo、Hasegawa Hideyuki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 62 Issue: SJ Pages: SJ1048-SJ1048

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acc6db

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preliminary study on modeling blood flow velocity profile for ultrasonic measurement of wall shear stress2023

    • Author(s)
      Mozumi Michiya、Omura Masaaki、Nagaoka Ryo、Saito Kozue、Hasegawa Hideyuki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 62 Issue: SJ Pages: SJ1053-SJ1053

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acc07b

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Beamspace-domain learning of minimum variance beamformer with fully convolutional network2023

    • Author(s)
      Hiki Ryuichi、Mozumi Michiya、Omura Masaaki、Nagaoka Ryo、Hasegawa Hideyuki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 62 Issue: SJ Pages: SJ1050-SJ1050

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acbda2

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation on improving performance of adaptive beamformer by statistical analysis of ultrasonic echoes2022

    • Author(s)
      Takumi Akamatsu, Michiya Mozumi, Masaaki Omura, Ryo Nagaoka, and Hideyuki Hasegawa
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: -

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation on effect of transmit condition on ultrasonic measurement of 2D motion velocity2022

    • Author(s)
      T. Yano, M. Mozumi, M. Omura, R. Nagaoka, H. Hasegawa
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: in-press Issue: SG Pages: SG1053-SG1053

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac49fd

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation on application of singular value decomposition filter in element domain for extraction of ultrasonic echoes from blood cells in jugular veins2022

    • Author(s)
      Nagaoka Ryo、Omura Masaaki、Mozumi Michiya、Yagi Kunimasa、Hasegawa Hideyuki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 61 Issue: SG Pages: SG1011-SG1011

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac4680

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Improving image contrast and accuracy in velocity estimation by convolution filters for intracardiac blood flow imaging2022

    • Author(s)
      Mozumi Michiya、Nagaoka Ryo、Hasegawa Hideyuki
    • Journal Title

      Ultrasonics

      Volume: 120 Pages: 106650-106650

    • DOI

      10.1016/j.ultras.2021.106650

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Impact of spacing of ultrasound receiving beams on estimation of 2D motion velocity2021

    • Author(s)
      Mozumi Michiya、Omura Masaaki、Nagaoka Ryo、Magnus Cinthio、Hasegawa Hideyuki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 60 Issue: SD Pages: SDDE07-SDDE07

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abeac0

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Evaluation of accuracy of phase-sensitive method in estimation of axial motion and deformation with fluid-structure interaction analysis2021

    • Author(s)
      Ishikawa Kazuma、Mozumi Michiya、Omura Masaaki、Nagaoka Ryo、Hasegawa Hideyuki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 60 Issue: SD Pages: SDDE01-SDDE01

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abe5be

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation of feasibility of singular value decomposition clutter filter in plane wave imaging with packet transmission sequence2021

    • Author(s)
      Hasegawa Hideyuki、Nagaoka Ryo、Omura Masaaki、Mozumi Michiya、Saito Kozue
    • Journal Title

      Journal of Medical Ultrasonics

      Volume: 48 Issue: 1 Pages: 13-20

    • DOI

      10.1007/s10396-020-01067-x

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preliminary investigation on clutter filtering based on deep learning2021

    • Author(s)
      Wang Hongpeng、Gao Shangce、Mozumi Michiya、Omura Masaaki、Nagaoka Ryo、Hasegawa Hideyuki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 60 Issue: SD Pages: SDDE21-SDDE21

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abf39d

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Evaluation of accuracy of ultrasonic measurement of wall shear stress at stenosis by computational fluid dynamics2022

    • Author(s)
      Michiya Mozumi, Masaaki Omura, Ryo Nagaoka, and Hideyuki Hasegawa
    • Organizer
      The 43rd Symposium on Ultrasonic Electronics
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 血管変形モデルシミュレーションによる狭窄部壁せん断応力の超音波計測の精度評価2022

    • Author(s)
      茂澄倫也, 大村眞朗, 長岡 亮, 長谷川英之
    • Organizer
      日本音響学会2022年秋季研究発表会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 狭窄部壁せん断応力の超音波計測のための拍動流モデルへの血流流速近似2022

    • Author(s)
      茂澄倫也, 大村眞朗, 長岡 亮, 長谷川英之
    • Organizer
      電子情報通信学会/音響学会 超音波研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 流体力学シミュレーションによる超音波血流イメージングによる壁せん断応力推定の評価2022

    • Author(s)
      茂澄倫也, 大村眞朗, 長岡 亮, 長谷川英之
    • Organizer
      日本超音波医学会第95回学術集会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Basic study on separation of reflected components in pulse wave propagation using ultrafast ultrasound2021

    • Author(s)
      Michiya Mozumi, Masaaki Omura, Ryo Nagaoka, and Hideyuki Hasegawa
    • Organizer
      The 42th Symposium on Ultrasonic Electronics
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 超音波画像の受信ビーム間隔のブロックマッチング法の推定精度への影響に関する検討2021

    • Author(s)
      茂澄倫也, 大村眞朗, 長岡 亮, 長谷川英之
    • Organizer
      日本超音波医学会第94回学術集会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 心拍による頸動脈変位の2次元超音波計測におけるスライス方向変位の影響に関する検討2021

    • Author(s)
      長尾生成, 石川数馬, 茂澄倫也, 大村眞朗, 長岡 亮, 長谷川英之
    • Organizer
      日本音響学会2021年春季研究発表会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 集束超音波ビームを用いた開口合成法による血流測定法の検討2021

    • Author(s)
      杉岡虎太郎, 茂澄倫也, 大村眞朗, 長岡 亮, 長谷川英之
    • Organizer
      日本音響学会2021年春季研究発表会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 深層学習を用いた超音波ビームフォーマの検討2021

    • Author(s)
      比企隆一, 茂澄倫也, 大村眞朗, 長岡 亮, 長谷川英之
    • Organizer
      日本音響学会2021年春季研究発表会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 超音波による人工乳首動態の計測に関する基礎的検討2021

    • Author(s)
      上田悠介, 茂澄倫也, 大村眞朗, 長岡 亮, 斉藤 哲, 藤原久美子, 長谷川英之
    • Organizer
      日本音響学会2021年春季研究発表会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Noise suppression in blood speckle imaging by estimation of point spread function of imaging system2020

    • Author(s)
      Michiya Mozumi, Ryo Nagaoka, and Hideyuki Hasegawa
    • Organizer
      IEEE 2020 International Ultrasonics Symposium
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 速度推定における精度向上のための点拡がり関数の逆畳み込みの検討2020

    • Author(s)
      茂澄倫也, 長岡 亮, 長谷川英之
    • Organizer
      日本音響学会アコースティックイメージング研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 速度ベクトル推定のための点拡がり関数の畳み込みによる不要エコー抑制の検討2020

    • Author(s)
      茂澄倫也,長岡 亮,長谷川英之
    • Organizer
      日本超音波医学会第93回学術集会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Investigation of Relationship between Accuracy of 2D Velocity Estimation and Scan Pitch of Ultrasound Image2020

    • Author(s)
      Michiya Mozumi, Masaaki Omura, Ryo Nagaoka, Magnus Cinthio, and Hideyuki Hasegawa
    • Organizer
      The 41th Symposium on Ultrasonic Electronics
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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