血管内超音波顕微鏡システムの開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13557059
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 西條 芳文 東北大学, 加齢医学研究所, 助手 (00292277)
• 研究分担者: 金井 浩 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10185895) ; 山家 智之 東北大学, 加齢医学研究所, 助教授 (70241578) ; 仁田 新一 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (90101138) ; 岡田 長也 本多電子株式会社, 研究開発本部, 研究員 ; 大槻 茂雄 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (00016784)
• キーワード: 動脈硬化 / 不安定プラーク / 血管内超音波法 / 超音波顕微鏡 / 後方錯乱 / 超音波

研究概要

不安定狭心症・急性心筋梗塞などのいわゆる急性冠症候群の主な原因は、薄い線維性被膜によって覆われる脂質コアや、マクロファージなどの炎症性細胞の浸潤を特徴とする不安定な動脈硬化プラークの破綻であることが明らかにされてきた。しかし、臨床的に不安定プラークを検出し、prospectiveに経過観察していく方法はいまだに確立されていないため、不安定プラークが破綻に至る病態は必ずしも明確ではない。本研究の目的は、臨床応用可能な血管内超音波顕微鏡システムを開発することである。科学研究費の交付を受ける期間内の具体的な目的は、使用周波数20〜40MHzの超音波を送受信し、その強度情報および位相情報を解析することにより、IVUSの10倍以上の解像度を実現し、さらに血管壁の微妙な伸展を検出することにより、局所の組織性状を解析することである。
平成14年度には、前年度に構築したRf信号の解析システムを用いて、ファントムおよびヒト冠動脈の組織性状の解析アルゴリズムの開発を行った。臨床診断用血管内超音波装置から反射波のRadio frequency (Rf)信号を、500MSa/sの速度のA/D変換によりワークステーションに保存した。Rf信号の絶対値の対数を表示し、通常の血管内超音波(IVUS)画像を作成した。また、送受信波の相関の強さおよび変位の2次元分布をカラー画像表示した。IVUSプローブは1秒間に30回転するため、1/30秒間の変位が組織の移動速度に相当するため、これをTissue Velocity Imagingと名づけた。相関強度の2次元分布画像を観察すると、相関係数0.7以上の部位がIVUS画像における血管壁に一致し、血管壁の内膜側および外膜側の境界の自動抽出が可能となった。寒天とゼラチンの混合比率を変えてSoft plaqueモデルとHard plaqueモデルを作成し、本システムで評価したところ、Soft plaqueモデルでは速度が390±90(μm/s)、Hard plaqueモデルでは180±64(μm/s)であった。臨床データの解析も行い、血液のエコー輝度に比較してエコー輝度が低い場合をSoft plaque、高い場合をHard plaqueと仮定したところ、Soft plaqueの速度は870±33090(μm/s)、Hard plaqueの速度は164±105(μm/s)であった。平成14年度の研究成果により本研究の臨床的有用性が示された。

研究成果

• [文献書誌] Saijo Y, Jorgensen CS, Mondek P, Sefranek V, Paaske W: "Acoustic inhomogeneity of carotid arterial plaques determined by GHz freaquency range acoustic microscopy"Ultrasound in Medicine and Biology. Vol.28 No.7. 933-937 (2002)
• [文献書誌] Saijo Y, Iguchi A, Tabayashi K, Kobayashi K, Sasaki H et al.: "Detecting cardiac allograft rejection by acoustic microscopy"Acoustical Imaging. Vol.26. 105-110 (2002)
• [文献書誌] Saijo Y, Sasaki H, Nitta S, Tanaka M, Joergensen CS et al.: "Application of acoustic microscopy to assessment of cardiovascular biomechanics"Journal of Acoustical Society of America. Vol.112 No. 5. 2209 (2002)
• [文献書誌] Saijo Y, Akimoto H, Saiki Y, Tabayashi K, Horinouchi et al.: "Proximal (entry) tear of dissecting aortic aneurysm visualized by three-dimensional echocardiography"Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. Vol.124 No.6. 1245-1246 (2002)
• [文献書誌] 西條 芳文: "大動脈弁の異常構造"心エコー. 第3巻 第8号. 690-691 (2002)