超音波による心筋収縮機能・弛緩特性の貫壁性分布の非侵襲的顕微計測法に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15300177
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 金井 浩 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10185895)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小岩 喜郎 東北大学, 大学院・医学系研究科, 助教授 (80091685)
• Keywords: 心臓疾患 / 医用超音波工学 / 粘弾性特牲 / 位相差トラッキング法 / 非侵襲計測 / 組織診断 / 心筋 / バイオレオロジー

Research Abstract

重篤な心臓疾患においては,病変部は心臓壁に均一に形成されるのではなく,左心室の内腔側(収縮期圧が100mHgを超える高圧側)と外膜側(2〜3mmHgの低圧側)の間に,貫壁性の不均一性を生じる.また,心筋梗塞におけるバルーンニング/ステント埋め込みによる冠動脈の再灌流治療後の心不全の発現/心機能の推移には,「心外膜側の心機能の残存の程度」が重要な意味を持つ.しかし,このように貫壁性に不均一な心筋病変部の収縮弛緩機能を計測し得る臨床的な診断方法は,確立されたものが見当たらず,可能性のあるMRI Tagging,超音波後方散乱(IB),超音波組織ドップラ・イメージング(TDI)の3つの手法も十分な空間分解能が得られておらず,頻繁に行われている虚血性心疾患(冠動脈疾患)の治療後の予後を,心機能との関係で評価できる能力を有した方法でもない.
そこで,本研究では,1.心筋の収縮弛緩機能・拡張特性の貫壁性の不均一性を非侵襲的に評価し,局所心筋ごとに診断するための方法と計測システムを開発し,2.基礎実験,3.動物実験による基礎的評価,4.臨床応用によって,的確な治療に有意義な診断情報を得ることができることを示す.そのため本年度は,以下の研究成果を得た.
1.手法の開発・計測システムの設計・試作
心臓壁の収縮機能・拡張特性の貫壁性不均一性の計測とその特性を2次元平面上でのイメージングできる診断法を実用化するため,患者へ臨床応用可能な性能を有する心筋の貫壁性機能診断方法を新たに開発し,かつその装置の設計・試作を行った.
2.手法とシステムの基礎評価
心臓を模擬したシリコーンゴム球の収縮・拡張時の計測実験を水槽中で行うことによって,精度評価を行った.
今後,生じた問題点を計測システムへフィードバックさせ改良を行って,心筋の貫壁性機能診断システムを完成させる予定である.

Research Products

• [Publications] H.Kanai, Y.Koiwa, S.Katsumata, N.Izumi, M.Tanaka: "Measurement of rapid variation in ultrasound backscattering during change in thickness of tissue phantom"Japanese Journal of Applied Physics. 42. 3239-3245 (2003)
• [Publications] H.Hasegawa, H.Kanai, Y.Koiwa, J.P.Butler: "Measurement and 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. 3255-3261 (2003)
• [Publications] H.Kanai, H.Hasegawa, M.Ichiki, F.Tezuka, Y.Koiwa: "Elasticity Imaging of Atheroma with Transcutaneous Ultrasound -Preliminary Study-"Circulation. 107. 3018-3021 (2003)
• [Publications] K.Michishita, H.Hasegawa, H.Kanai: "Ultrasonic Measurement of Minute Displacement of Object Cyclically Actuated by Acoustic Radiation Force"Japanese Journal of Applied Physics. 42. 4608-4612 (2003)
• [Publications] H.Hasegawa, H.Kanai, Y.Koiwa: "Detection of Lumen-Intima Interface of Posterior Wall for Measurement of Elasticity of the Human Carotid Artery"IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 51(査読終了印刷中). (2004)
• [Publications] Hiroshi Kanai: "Imaging of Wavefront Propagation of Rapid Velocity Components in Heart Wall at End-Systole"2003 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings. 17-20 (2003)
• [Publications] Hiroshi Kanai他19名分担執筆: "Vascular Ultrasound"Springer-Verlag. 328 (2003)