2020 Fiscal Year Research-status Report
Early diagnosis of atherosclerosis by accurate ultrasonic measurement of surface roughness of internal elastic membrane
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19KK0100
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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) |
2019-10-07 – 2022-03-31
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| Keywords | 動脈内膜弾性板 / 表面粗さ計測 / 超音波医学 / 粥状動脈硬化症 / 医用超音波計測 / 非侵襲的早期診断 / 位相差トラッキング法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度において，拍動による半径方向の変位を相殺して，血管内膜の粗さをサブミクロンオーダで計測できる手法の原理検討を行い，ファントム実験によって精度を評価した。その成果に基づき，本年度は，以下のように，頸動脈の内弾性板の表面粗さを超音波で非侵襲的に計測するための研究の実施を行った。
（１）前年度には計測する超音波ビームが１本であったが，それを多数本に拡大し，内膜表面（内弾性板）に沿った2次元曲面上の粗さを推定するための方法と，そのための計測システムを構築し，さらに精密に作られたファントムと血管によって，その計測の限界がどこにあるかに関する検討を行った。具体的には，超音波ビーム間隔(150ミクロン)は，1拍内で血管が自ら移動する距離（少なくとも数 mm）よりも小さいため，隣り合った超音波ビームを用いて計測された結果の重なりを利用することによって，超音波プローブの範囲(30mm)という広い範囲にわたって表面粗さを一度に計測することが可能となる。これらの原理をファントム実験により確認し修正しながら精度向上を目指した。精巧なファントムを作製し，実験によって評価を行うとともに，計測限界を明らかにした。
さらに摘出したブタの動脈に適用したが，ブタの動脈がホルマリン固定で変形しないように，ホルマリン固定の前に固定具に固定する必要がある。そのために必要となる精緻な固定具も，Wilhjelm 教授の長年の研究に基づいて作製することができた。
（２）血管が傾いている場合，および血管の軸方向の動きが超音波ビームに垂直でない場合への原理的検討を行った。具体的には，長軸方向変位を推定するブロックマッチングの精度を含め，壁の２次元的な動きを高精度に計測するための原理を検討した。
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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
当初の計画が順調に行われている。コロナ禍のため，長期留学を行うことができなかったが，WEBによる研究打合せによって，打ち合わせと情報交換を行うことができた。
本年度は，
（１）内膜表面に沿った2次元曲面上の粗さ推定方法とシステムを構築し，精巧なファントムと血管によってその計測限界を明らかにした。
（２）血管が傾いている場合，および血管の軸方向の動きが超音波ビームに垂直でない場合への原理的検討を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画にしたがって，予定通り進める。コロナ禍のため，双方が対面で研究打合せを行うことができないが，WEBによる研究打合せによって，打ち合わせと情報交換を行う。
計測システムをヒトへ適用し，動脈壁表面粗さ計測の医学的意義を示し，本計測法の医療応用実現を目指す：上の検討をもとに臨床評価用診断システムを制作し，健常者，高脂血症患者，粥状動脈硬化症患者，糖尿病患者に適用し，それらのグループ間の表面粗さの差を解析し，動脈壁表面粗さ計測の医学的意義を示す。
総括：本研究によって得られた実験結果(精度，限界)，およびヒトへの適用結果をもとに，医療応用の可能性と医学的意義を示す。同時に国際的に活躍できる若手研究者の養成を行う。
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