2020 Fiscal Year Annual Research Report
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
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20J22879
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
茂澄 倫也 富山大学, 理工学教育部, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 超音波イメージング / 血管動態 / 信号解析 / 超高速イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和2年度は血流速度ベクトル推定法であるパターンマッチング法について性能評価およびその発展を行った．また，血管壁の一心拍分の拍動に対応する血管壁変位のシミュレーションを行った．
まず，超音波画像の横方向サンプリング間隔がパターンマッチング法による推定におよぼす影響を検討した．この検討で，中心周波数が7.5 MHzの超音波プローブを用いて横方向サンプリング間隔0.2 mmによる超音波画像を取得した場合，間隔0.1 mmに比べパターンマッチング法による推定値が過小評価されることを確認した．また，後処理として画像補間法により横方向サンプリング間隔を0.2 mmから0.1 mmへと細小化した場合，過小評価が改善されることが分かった．この検討をもとに，次年度の血流計測時の超音波画像の取得条件を設定する．
また，画像ぼやけ補正フィルタであるWiener filterに代表される畳み込みフィルタを超音波画像に適用することで，パターンマッチング法の推定精度の向上を図る検討を行った．超音波画像特有のぼやけを発生させる原因となる画像化システムの特性をもとに，補正フィルタを設計し適用することでパターンマッチング法の推定精度改善を試みた．水槽実験にて超音波画像に提案フィルタを適用した結果，提案フィルタは画像コントラストの改善のみならず，パターンマッチング法の推定精度についても改善効果があることを確認した．このフィルタを併用することで，血管内腔における血流速度推定精度も向上されると考えられる．
さらに，血管壁動態の構造流体シミュレーションについても，弾性特性の指標となるストレインの推定精度の検証を行うことで検討した．一心拍分の圧力波形を流入境界にあたえることで，血管壁に拍動を生じさせるシミュレーションを行った．結果，上記の構造流体シミュレーションにより壁拍動変位を模擬できることを確認した．
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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
変位推定法に関しては，超音波画像の横方向サンプリング間隔がパターンマッチング法の推定精度におよぼす影響を検討することで，血流計測時の超音波画像の取得条件を設定可能となった．さらにパターンマッチング法の計測精度を向上させるフィルタ手法を新たに提案することができた．このため順調に進展していると考える．
血管壁動態のシミュレーションについても，一心拍分の圧力波形の流入に対応した血管壁の拍動を模擬することができた．以上から，全体としておおむね順調に進展している状況にあると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度では，血管壁動態の構造流体シミュレーションを発展させ，流入部から流出部にかけて伝搬する拍動波形のシミュレーションを行う．直管状の血管壁モデルを用意し，モデル内部を流れる拍動波形のシミュレーションを行う．推定された拍動波形の伝搬時間差を伝搬時間とし，伝播速度が血管壁の弾性特性を反映していることを理論式から検証する．直管状の血管壁モデルと反射源となる狭窄部を有する血管壁モデルとの比較により，狭窄部からの反射成分に対応する壁変位波形および血流波形が生じるか確認する．
その後，シミュレーションから得られる圧力波形および血流速度波形を入力として，本研究の目的である拍動波形の反射波分離法を適用する．本手法により近似される反射波の推定値と真値との誤差を求めることで，性能を評価する．
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