動脈硬化症の極早期診断を目指した血管壁の粘弾性特性の計測法に関する研究

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H03835
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 荒川 元孝 東北大学, 医工学研究科, 准教授 (00333865)
• 研究分担者: 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, 特任教授 (60398344)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 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

研究実績の概要

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。今年度は、弾性率の推定精度向上を目的とし、超音波による血圧計測のための管内圧・プローブ押圧と管断面形状との間の関係をファントム実験系で検討した。
シリコーンゴムチューブの周りをウレタンファントムで覆い皮下組織を模し、ファントムの下側を、橈骨を模したアクリルブロックで支えた。ファントムの下流側に圧力センサを設置し，内圧 を計測した。開発プローブの圧電素子を用いた圧力計測では， 圧力の時間変化しか計測できない。そこで、プローブの側壁中心に圧力センサを取り付け，圧力を計測した．また，圧力センサによりプローブ表面が体表に加える平均押圧を計測した．その結果、内圧が高いほど、トノメトリ法の原理により内圧が求められるときの 血管断面の扁平率が小さくなった。この扁平率と圧電素子で計測される圧力の間の関係を求めることにより、血圧推定が可能となる。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

備考

https://www.ecei.tohoku.ac.jp/~hkanai/index.html

研究成果

• [雑誌論文] A novel ultrasonic method for measuring minute sinusoidal displacement by network analyzer (2024)
  • 著者名/発表者名: Yuya Komatsu, Shohei Mori, Mototaka Arakawa, and Hiroshi Kanai
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 95 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1063/5.0177846
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of Power-Weighted Center of Echo Signal Within Window Function on Local Strain Rate Distribution in Left Ventricular Wall (2024)
  • 著者名/発表者名: Yu Obara, Shohei Mori, Masumi Iwai-Takano, Mototaka Arakawa, and Hiroshi Kanai
  • 雑誌名: Ultrasound in Medicine & Biology 巻: 50 ページ: 768-774
  • DOI: 10.1016/j.ultrasmedbio.2024.01.014
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Speed-of-sound estimation in ultrasound propagation medium by considering size of target scatterer (2023)
  • 著者名/発表者名: Shohei Mori, Hiroshi Kanai, and Mototaka Arakawa
  • 雑誌名: Journal of Medical Ultrasonics 巻: 50 ページ: 151-165
  • DOI: 10.1007/s10396-023-01282-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrasonic measurement of thickness of carotid arterial wall using its natural longitudinal displacemen (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshifumi Nagai, Shohei Mori, Mototaka Arakawa, and Hiroshi Kanai
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 62 ページ: 1-11
  • DOI: 10.35848/1347-4065/acba26
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-speed measurement of two-dimensional displacement of myocardium using element RF data of ultrasonic probe (2023)
  • 著者名/発表者名: Kaisei Hara, Shohei Mori, Mototaka Arakawa, and Hiroshi Kanai
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 62 ページ: 1-12
  • DOI: 10.35848/1347-4065/acc112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Internal pressure dependence on viscoelasticity of arterial wall by ultrasonic measurement (2023)
  • 著者名/発表者名: Saki Suzuki, Shohei Mori, Masumi Iwai-Takano, Mototaka Arakawa, and Hiroshi Kanai
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 62 ページ: 1-8
  • DOI: 10.35848/1347-4065/acbf5d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrasonic measurement of carotid luminal surface roughness with removal of axial displacement caused by blood pulsation (2023)
  • 著者名/発表者名: Ryota Yamane, Shohei Mori, Mototaka Arakawa, Jens E. Wilhjelm, and Hiroshi Kana
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 62 ページ: 1-8
  • DOI: 10.35848/1347-4065/acc07a
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quantification of limitations in statistical analysis of ultrasound echo envelope amplitudes (2023)
  • 著者名/発表者名: Shohei Mori, Mototaka Arakawa, Hiroshi Kanai, and Hiroyuki Hachiya
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 62 ページ: 1-13
  • DOI: 10.35848/1347-4065/acc33e
  • 査読あり
• [雑誌論文] The usefulness of a gray-level co-occurrence matrix based on the polar coordinate system for the quantitative evaluation of neutrophil cytoplasmic granules (2023)
  • 著者名/発表者名: Mai Yamamoto, Satoru Murakami, Iori Nakamura, Haruhi Ida, Hiromi Masauzi, Keiko Miwa, Kazunori Okada, Sanae Kaga, Shohei Mori, Mototaka Arakawa, Hiroshi Kanai, and Nobuo Masauzi
  • 雑誌名: 北海道医学会雑誌 巻: 98 ページ: 81-104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimizing irradiation conditions for low-intensity pulsed ultrasound to upregulate endothelial nitric oxide synthase (2023)
  • 著者名/発表者名: Daiki Ouchi, Shohei Mori, Mototaka Arakawa, Tomohiko Shindo, Hiroaki Shimokawa, Satoshi Yasuda, and Hiroshi Kanai
  • 雑誌名: Journal of Medical Ultrasonics 巻: 51 ページ: 39-48
  • DOI: 10.1007/s10396-023-01382-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation error in speed of sound caused by rotation of measured cross-section from short-axis plane of blood vessels: a preliminary study, (2023)
  • 著者名/発表者名: Shohei Mori, Keiji Onoda, Mototaka Arakawa, and Hiroshi Kanai
  • 雑誌名: Journal of Medical Ultrasonics 巻: 51 ページ: 49-57
  • DOI: 10.1007/s10396-023-01383-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Automated mode chart generation for finite element analysis of piezoelectric resonators using principal component analysis based on clustering (2023)
  • 著者名/発表者名: Kenji Inoue, Yuji Ohashi, Mototaka Arakawa, and Hiroshi Kanai
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 62 ページ: 1-11
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ad12f0
  • 査読あり
• [学会発表] 超音波による血圧計測のための内圧・プローブ押圧と管断面形状の関係に関するファントム実験系での検討 (2024)
  • 著者名/発表者名: 石川 諒, 森 翔平, 荒川元孝, 大庭茂男, 小林和人, 金井 浩
  • 学会等名: 日本音響学会 2024年春季研究発表会
• [学会発表] Preliminary Study on Ultrasonic Visualization of Myocardial Contraction and Relaxation Based on Local Strain Rate (2023)
  • 著者名/発表者名: Yu Obara, Shohei Mori, Masumi Iwai-Takano, Mototaka Arakawa, and Hiroshi Kanai
  • 学会等名: 2023 IEEE International Ultrasonics Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Spatial Frequency Analysis of Luminal Surface Roughness of the Carotid Artery Measured by Ultrasound (2023)
  • 著者名/発表者名: Ryota Yamane, Shohei Mori, Mototaka Arakawa, Jens E. Wilhjelm, and Hiroshi Kanai
  • 学会等名: 2023 IEEE International Ultrasonics Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 超音波による血管粘弾性特性の内圧依存性のin vivo計測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鈴木沙綺, 森 翔平, 高野真澄, 荒川元孝, 金井 浩
  • 学会等名: 日本超音波医学会第96回学術集会
• [学会発表] 超音波による粘弾性特性計測のファントム実験系における内圧と血管形状に関する検討 (2023)
  • 著者名/発表者名: 石川 諒, 森 翔平, 荒川元孝, 大庭茂男, 小林和人, 金井 浩
  • 学会等名: 2023年度電気関係学会東北支部連合大会
• [学会発表] 超音波計測を用いた血管模擬ファントムにおける圧力と断面形状の関係に関する検討 (2023)
  • 著者名/発表者名: 石川 諒, 森 翔平, 荒川元孝, 大庭茂男, 小林和人, 金井 浩
  • 学会等名: 日本超音波医学会第66回東北地方会学術集会