循環器の振動の非侵襲的計測と分析による心筋梗塞・動脈硬化の定量的評価診断装置

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04555092
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 金井 浩 東北大学, 工学部, 助教授 (10185895)
• 研究分担者: 鈴木 英男 (株)小野測器, 音響技術研究所, 取締役所長 ; 小岩 喜郎 東北大学, 医学部, 助教授 (80091685) ; 中鉢 憲賢 東北大学, 工学部, 教授 (20006224)
• キーワード: 非侵襲的診断 / 心筋梗塞 / 動脈硬化 / 循環器疾患 / 超音波ドプラ / 超音波計測 / 振動スペクトル / 局所的弾性特性

研究概要

動脈壁・心室壁など循環器の各部位の振動波形が、一拍全体で計測でき、かつそのスペクトルを詳細に解析できれば、動脈硬化・心筋梗塞で問題となる動脈硬化や心筋梗塞による局所的弾性的特性の異常の定量的評価という新しい診断が行える。しかし、心臓壁近傍の動脈壁や心臓壁上の数μmの振幅の微小振動は、拍動による幅数cmの大振幅運動上にあるため、広いダイナミックレンジが要求され、従来の超音波技術では計測できなかった。さらに、得られた振動から弾性的特性を決定するためには、振動スペクトルの解析が必要不可欠であるが、心臓は、一心拍中に於いて6相の状態変化があり、10ms間隔でのスペクトル推定が必要な上、S/Nが低いため為、FFTなど従来のスペクトル推定法を適用できなかった。
そこで本研究では、動脈壁・心臓壁各点の微小振動を体表面から計測できる超音波計測法を提案し、また新しいスペクトル遷移推定法を開発した。さらに、本研究では、循環器疾患の新しい定量的精密診断法の確立を目指して、これらの基礎研究成果を結合し、微小振動の計測とその振動スペクトルの解析法を開発した。本年度では、(1)処理系を設計し、プロトタイプを作製し、(2)得られた微小振動を解析するための信号処理手法の開発、(3)プロトタイプ診断装置を用いた水槽内モデルへの適用による処理の評価、(4)さらに東北大学医学部において、実際の循環器疾患の患者と正常者への適用を行い、得られた振動信号の詳細な解析から、患者・高齢者・正常者の大動脈壁の弾性的特性の差異を実験的に明らかにした。これらは従来の超音波診断装置では計測できなかった優れた成果と言える。次年度においては、更に装置の改良を行って多くの患者へ適用できるようにし、各種循環器疾患の定量的診断・治療・進行予防に関する新しい分野の開拓を進める予定である。

研究成果

• [文献書誌] 金井、中鉢、城戸 小岩、高木、菊地 滝島: "A New Approach to Time Dependent AR Modeling of Signals and Its Application to Analysis of the Fourth Heart Sound" IEEE Transactions on Signal Processing.40. 1198-1205 (1992)
• [文献書誌] 金井 浩、中鉢 憲賢 三野宮 利男: "Non-Contact Measurement of Acoustic Emission Signals in the 100 MHz Frequency Range Using an Acoustic Microscope" Acustica. 76. 199-204 (1992)
• [文献書誌] 金井 浩、中鉢 憲賢 三野宮 利男: "Microdefocusing Method for Measuring Acoustic Properties Using Acoustic Microscope" IEEE Transactions on the Ultrasonics,Ferroelectrics,and Frequency Control.39. 643-652 (1992)
• [文献書誌] 広瀬 功一,金井 浩 中鉢 憲賢: "相互相関を用いた大動脈壁のトラッキングとその微小振動速度の推定" 日本音響学会誌. 48. 863-870 (1992)
• [文献書誌] 今井 正樹,金井 浩 中鉢 憲賢,小黒 瞬 鈴木 英男: "異なる周波数帯域成分間の相関性の定量的計測法" 日本音響学会誌. 49. (1993)
• [文献書誌] 金井 浩,中鉢 憲賢: "非侵襲的診断を目指した心臓壁と大動脈壁上の微小振動の超音波による新しい計測方法" 日本超音波医学会誌. 19. 519-520 (1992)
• [文献書誌] 金井 浩,中鉢 憲賢: "動脈硬化の早期診断を目指した動脈壁上の微小振動伝搬特性の計測" 日本超音波医学会誌. 20. (1993)
• [文献書誌] 佐藤 宏明,金井 浩 中鉢 憲賢,小岩 喜郎: "ダイナミックプログラミングによる心臓壁微小振動の計測" 日本超音波医学会誌. 20. (1993)