2022 Fiscal Year Annual Research Report
A study on measurement method of viscoelastic property of blood vessel wall aiming at early diagnosis of arteriosclerosis
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21H03835
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
荒川 元孝 東北大学, 医工学研究科, 准教授 (00333865)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金井 浩 東北大学, 工学研究科, 教授 (10185895)
森 翔平 東北大学, 工学研究科, 助教 (50815149)
高野 真澄 福島県立医科大学, 医学部, 併任准教授 (60398344)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 動脈硬化症 / 血管壁 / 粘弾性特性 / 血流依存性血管拡張反応 / 超音波プローブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
動脈硬化症の診断法の開発を目的とし、血流依存性血管拡張(FMD)反応を利用し、血流の駆血・開放後に血流のずり応力の増大によって内皮が産生した一酸化窒素(NO)によって、動脈壁の中膜が弛緩して柔らかくなり、その後また元に戻る一連の様子を、応力―歪み特性として非侵襲で計測する超音波計測システムを新たに開発する。その上で、内皮の障害の程度を非常に敏感に診断することの可能性を示すことによって、従来不可能であった、動脈硬化症の極早期段階における診断法として確立することを目指す。
本研究では、研究代表者らが開発した、血圧と血管径を同位置で同時に計測可能な超音波プローブを用いる。超音波プローブにより血圧波形を計測するためには、プローブを皮膚に押しつけ、血管を潰す必要がある。しかし、押し付ける圧力（押圧）により、計測される血圧波形、内径変化が異なり、得られる弾性率が異なる。昨年度、押圧により血管断面が円から楕円に変形したときの弾性率の算出方法を理論的・実験的に検討した。今年度は、弾性率の推定精度向上を目的とし、血管の楕円形状の時間変化を求める方法を検討した。
本手法では、はじめに、血管中心を通る超音波のRF信号包絡線から、血管中心座標、血管短径を求める。次に、計測した超音波断層像における楕円内の平均輝度 と仮想的な血管長径 ，血管内腔の平均輝度、血管外の平均輝度を設定した血管モデルにおける楕円内の平均輝度との比較により、血管長径を求める。本手法を20代健常男性の橈骨動脈に適用した結果、血管形状を推定できた。さらに、拍動に伴い，血管長径，血管短径，扁平率が変化する様子を確認できた。
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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
本研究代表者らが開発した、血圧と血管径を同位置で同時に計測可能な超音波プローブを用いた場合、プローブによる押圧の影響で、血管断面が円から楕円に変形し、弾性率の推定値に影響を与える。昨年度、この押圧の影響と血管断面の影響を考慮した弾性率の算出方法を理論的・実験的に検討し、押圧の変化が弾性率推定に与えていた影響を大きく低減できた。今年度、血管断面形状をより正確に求める方法を開発した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の目的を達成するための課題は、次の3つである。(1)超音波プローブによる血圧は、電圧値[V]として計測される。圧力値[mmHg]に変換するためには、校正が必要となる。駆血前の安静状態の最初の拍で得られた血圧波形を、市販の血圧計による血圧値で校正し、そのとき得られる校正係数を用いて他の拍のデータを校正している。しかし、駆血による血管壁の特性変化により校正係数が異なる可能性がある。(2)超音波プローブにより血圧波形を計測するためには、プローブを皮膚に押しつけ、血管を潰す必要がある。しかし、押し付ける圧力（押圧）により、計測される血圧波形、内径変化が異なり、得られる弾性率が異なる。(3)健常者と動脈硬化症の初期段階で、粘弾性特性がどの程度異なっているかという臨床的な知見がない。これまでの研究を継続するとともに、以下の検討を行う。
提案法により、弾性率を推定するためには、血圧と血管径の変化だけでなく、押圧と楕円に変形した血管の長径と短径を計測する必要がある。押圧を高精度に計測するために、専用のプローブホルダを開発する。
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