2019 Fiscal Year Research-status Report
Ultrasonic visualization of propagation of electrical excitation causing contraction by measuring human myocardial response
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19K22943
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
金井 浩 東北大学, 工学研究科, 教授 (10185895)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒川 元孝 東北大学, 医工学研究科, 准教授 (00333865)
森 翔平 東北大学, 工学研究科, 助教 (50815149)
高瀬 圭 東北大学, 医学系研究科, 教授 (60361094)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 医用超音波計測 / 電気的興奮の伝導経路 / 心臓収縮 / 心筋応答 / 虚血状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
虚血性心疾患の初期段階である心筋虚血部は，速やかに冠動脈の再灌流を行うことで心筋の壊死を回避できる．そのため，虚血性心疾患の診断・治療において，虚血部の迅速な同定が重要である．虚血部では心筋収縮の伝播速度が正常部に比べて低下することが報告されており，その収縮伝播速度を超音波により計測する研究が行われてきた．しかし，心筋収縮は心臓壁内を壁と平行に伝播し，伝播速度は超音波計測範囲内で等速であると仮定していた．また心筋虚血部の範囲を検出できる診断法を確立し，心臓内の収縮伝播を生理学的に明らかにするためには，心筋収縮のより詳細な描出が必要となる．
そこで本年度，本研究では，次の手法開発と実験を行った．集束超音波をスパースに送信することで高フレームレート計測を実現し，得られたRF信号に位相差トラッキング法を適用することで心筋の超音波ビーム方向の微小振動速度を心筋上の多数点で得た．心室収縮開始の時相における微小振動速度波形から収縮応答を捉え，各計測位置における収縮応答の，基準位置における収縮応答からの遅延時間を相互相関法により算出した．さらに心筋上の全計測位置で遅延時間を算出することで収縮応答の遅延時間分布を作成し，収縮の伝播を収縮応答の遅延時間の推移を描出した．
次に開胸ブタ心臓の心室中隔壁を対象に超音波計測を行うことで，正常状態から虚血状態の心筋の生成を実現し，提案手法により心筋収縮応答の伝播を描出した．6頭のブタの心室中隔壁において，心筋収縮応答は心基部側から心尖部側へ伝播することを確認した．伝播速度は正常状態で約2.7 m/sであるのに対し，冠動脈駆血から5秒後では約1.9 m/sと約31%低下し，さらに7秒後では約1.4 m/sと約47%低下することが明らかした．
以上より，正常状態と虚血状態の心筋の収縮伝播速度，およびそれらの経時変化の様子に明確な差を確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度予定していた，電気的興奮の到来直後に心筋が動く現象の計測を生体計測に拡張し，電気的興奮到来への心筋の応答の「伝搬速度と応答性」の可視化手法の研究開発をほぼ終えた。そのため，「おおむね順調に進展している」と判断した。以下がその詳細になる。
(1)集束超音波をスパースに送信することで高フレームレート計測を実現した。
(2)得られたRF信号に位相差トラッキング法を適用することで心筋の超音波ビーム方向の微小振動速度を心筋上の多数点で得た．
(3)心室収縮開始の時相における微小振動速度波形から収縮応答を捉え，各計測位置における収縮応答の，基準位置における収縮応答からの遅延時間を相互相関法により算出した．心筋上の全計測位置で遅延時間を算出することで収縮応答の遅延時間分布を作成し，収縮の伝播を収縮応答の遅延時間の推移の描出を行った．
(4)開胸ブタ心臓の心室中隔壁を対象に超音波計測を行うことで，正常状態から虚血状態の心筋の生成を実現し，提案手法により心筋収縮応答の伝播を描出し，正常状態と虚血状態の心筋の収縮伝播速度，およびそれらの経時変化の様子に明確な差を確認した．
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)さらに超音波による心筋の高精度な速度計測法を検討する。
(2)これらを心臓疾患患者へ適用し，臨床上有意義で新しい診断情報が取得可能なことを示す。
(3)さらに電気的興奮到来への応答が，心臓壁内を伝搬する現象を体系的に解明を目指す。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染拡大に伴い，令和2年2月から3月にかけて参加を予定していた学会が中止となり次年度使用額が生じた。次年度の学会もWeb開催で旅費が見込まれないため、新たな基礎実験のために装置・器具の購入のために使用する予定である。
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