2021 Fiscal Year Final Research Report

Ultrasonic visualization of propagation of electrical excitation causing contraction by measuring human myocardial response

Research Project

PDF

Project/Area Number	19K22943
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	Kanai Hiroshi 東北大学, 工学研究科, 教授 (10185895)
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)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2022-03-31
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 / 非侵襲的早期診断 / 超音波工学 / 位相差トラッキング法
Outline of Final Research Achievements	In the early stage of ischemic heart disease, the ischemic region can avoid myocardial necrosis by rapidly reperfusing the coronary arteries. Therefore, rapid identification of the ischemic region is important, and local and highly accurate velocity estimation is the key to the evaluation of local myocardial contraction characteristics using ultrasound. In this study, we analyzed the received ultrasonic signal at multiple frequencies and proposed a speed estimation method using ultrasonic phase differences at multiple different frequencies. This proposed method can reduce the effects of attenuation and interference as described above without performing spatial averaging, and local velocity estimation is possible. The proposed method can estimate the velocity with a shorter window width than the conventional method, and can measure the local velocity distribution and the local myocardial strain rate.
Free Research Field	医用超音波工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	従来技術では不得意とされていた「心臓壁の高速な動きのトラッキング」と「心臓壁の厚み変化の評価」が可能となった。これらから心臓収縮を起こす電気的興奮の伝導に伴う生体ヒト心筋の収縮応答性の非侵襲的可視化が達成されたものと言える。提案した複数の異なる周波数における超音波位相差を用いた速度推定法による，局所的な心筋ストレインレート計測を行うことで，心臓壁の局所心筋収縮特性と電気機械的特性の関係を明らかにできる可能性がある。これにより虚血性心疾患の初期段階である虚血部は，速やかに冠動脈を再灌流させることで心筋の壊死を回避でき，また心臓生理学と心臓疾患に関する学術体系が格段に広がることが期待できる。