Non-invasive assessment of vascular viscoelasticity

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K12867
• Research Institution: Kochi University
• Principal Investigator: 島崎 睦 高知大学, 医学部附属病院, 臨床検査技師 (70869495)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山崎 文靖 高知大学, 医学部附属病院, 特任教授 (10243841)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 血管粘弾性 / 非侵襲的計測 / 伝達関数 / 心負荷 / 血液循環エネルギー

Outline of Annual Research Achievements

臨床で用いられる血管(動脈)の「硬さ」の評価はPWV、スティフネスパラメータβ、CAVI のほか多くの指標が用いられる。これらはすべて動脈の「弾性」を評価するものであるが、弾性が低下しても心臓が血液循環へ与えるエネルギーの損失は少ない。一方、「粘性」が大きいと心臓からの血液駆出エネルギーが動脈を拡張させる毎に消費・損失する。よって粘性の評価は重要であるが、非侵襲的な計測・解析が困難であった。唯一報告されている血管粘性の評価は血圧と血管径のリサージュプロットを描き、その形と面積によって評価する方法である。しかしこの方法は、①血圧波形と血管径波形の時間ずれ、②血圧値、③波形の平滑化、などがプロットに影響するため非侵襲的な「血管粘性」の計測・解析は困難であった。本研究では、波形の時間ずれを補正し、血圧から血管径までの伝達関数を求めることで、血管粘性を評価する方法を検討し、心疾患との関連を評価する実験的臨床試験を行う。
われわれは白色雑音法を用いた伝達関数解析によるヒトの圧受容器反射系の記述や、脳幹刺激、空圧パンツによる低血圧治療の臨床研究を共同で行っており、その手法を用いることで血管粘性を評価する計測・解析における問題点を解決する。3年間の実験的臨床研究により、1)血圧から血管径までの伝達関数の記述、2)心肥大、心不全との対比を到達目標とする。
令和4年度は、倫理委員会への申請開始し、計測・解析方法を検討した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

倫理委員会への申請が遅れている。デモデータを用いて計測・解析方法の検討を行った。血圧はトノメトリ法を用いて非侵襲的に連続血圧を計測する(JENTOW)。動脈径はエコートラッキング法にて連続して計測し(Hadeco QFM 21)、2kHzで同時にAD変換し記録する。血圧波形から血管径への伝達関数を記述し、ステップ応答関数を算出する。伝達関数より動的弾性が、ステップ応答関数より粘性が評価でしきる。ここで、2つの計測機器内での時間遅れは不明であるため、AD変換をするまでの間に両波形間に時間ずれが生じる。 2つの波形の時間ずれは、伝達関数のフェイズよりも評価できるが、ずれが大きいとゲインに影響するため、小さくする操作を行う。計測している側の上腕にカフを巻き、収縮期血圧以上に加圧したのち、圧迫を解除する。このとき動脈圧は拍動域以下に低下しており血管壁は通常より弛緩している状態にある。カフ圧迫を解除すると動脈圧は立ち上がるが、この立ち上がりを両波形であわせる。これにより計測機器内の時間遅れは解消できる。
今回は、ずれの補正に対するスムーシングの影響を合わせて評価した。血圧および動脈径波形を1次微分し、波形の立ち上がりがプラスなる時点の差を両者で計測する。その差を用い波形の時間を合わせる。これらの操作をスムーシングなし、100, 200, 300, 500点で行った。なしおよび100点では立ち上がりが評価できないものがあったため200, 300, 500点で行った。5波形の血圧から動脈径の時間ずれは、それぞれ-19±13, -17±13,-14±10msecであった。各スムーシング波形より血圧から動脈径への伝達関数を記述しステップ応答関数を算出した。算出したステップ応答関数を波形それぞれで比較すると、500点のスムーシングを行った波形で良好な推定が可能であった。

Strategy for Future Research Activity

R4年度の結果をもとにし、解析を進める血圧および動脈径波形を500点スムーシング後に1次微分し、波形の立ち上がりがプラスなる時点の差を両者で計測し血圧から動脈径の時間ずれを補正する。時間補正した血圧から動脈径への伝達関数を記述しステップ応答関数を算出し、その波形面積より、血管粘性を評価する。カフ圧迫により血圧が低下する部分の血圧-血管径プロットより、幅広い血圧値に対する血管の弾性の評価および、この波形を用いたリサージュプロットからも血管の粘性を評価する。また、健常者、高血圧患者、心肥大、心不全などの心疾患患者で検討を開始し、健常者、心疾患患者での血管粘弾性を比較すし、弾性に関しては従来法のPWV, CAVIと比較する。さらに、上記の検討で問題点があれば、解析システム、方法を改変する。

Causes of Carryover

解析用のPC、解析ソフトウェアの購入を遅らせたことによる。
消耗品費として、圧波形取り込み・解析用のソフト、接続コネクタ類、空圧チューブ継ぎ手、データ保存用メディアを計上している。旅費は調査・研究旅費は解析システムの妥当性を他大学の研究者と検討するために用いる。謝金費として、前年と同様、研究補助員を1名確保するための経費を計上する。