非観血的な生体顕微計測による血管壁の電子染色に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655149
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 金井 浩 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10185895)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長谷川 英之 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00344698) ; 小岩 喜郎 東北大学, 大学院・医学系研究科, 助教授 (80091685)
• Keywords: 動脈硬化症 / 医用超音波工学 / 粘弾性特性 / 位相差トラッキング法 / 非侵襲計測 / 組織診断 / アテローム / バイオレオロジー

Research Abstract

高齢化社会への移行とともに,動脈硬化に起因する冠動脈疾患や脳動脈疾患が増加している.動脈硬化症の様々な病態が,血管壁粥腫の物理的な脆弱性(易破裂性)により引き起こされると考えられてきたが,臨床の現場で,血管壁の動脈硬化部位(粥腫)の脆弱性を,その内部物性まで踏み込んで計測し得る方法は今だ開発されていない.本研究では,動脈壁振動を,壁内に設定した2つの注目点において,超音波を用いて独自の手法で高精度に計測し,波形解析することによって,壁内の2間での振動(ずり弾性波)の伝搬速度と伝搬減衰を各周波数ごとに算出し,さらにずり弾性率・ずり粘性率を決定することを目的としている.そのため,本研究では,以下の研究成果をあげている.
1、粘性特性計測
ずり弾性波の伝搬減衰と伝搬速度を用いて,ずり弾性定数(剛性率)とずり粘性定数を決定するための手法を開発した.これを,1本の超音波ビーム上の数百ミクロン離れた2点間の微小領域で決定し,断面内のすべての微小領域ごとに,ずり弾性定数とずり粘性定数を決定することによって,ずり弾性定数とずり粘性定数に関する断層像を得ることができる.
2、臨床応用と生体組織ライブラリの作成
血管外科において,重篤な動脈硬化症患者の動脈置換手術で摘出される動脈壁へ,手術による摘出前に(1)で開発した手法を適用し,弾性定数に関する断層像を得た.また,摘出後に被測定部位の病理検査を行い,得られた染色像と弾性値の断層像の対応を画素単位で行って,生体組織ライブラリの作成を行った.
3、総合評価・総括
生体組織ライブラリにおける識別正答率から,画素単位に弾性線維・膠原線維,脂質・血栓の各組織への分類・着色を行う『電子染色』への可能性を示した.

Research Products

• [Publications] H.Kanai, Y.Koiwa, S.Katsumata, N.Izumi, M.Tanaka: "Measurement of rapid variation in ultrasound backscattering during change in thickness of tissue phantom"Japanese Journal of Applied Physics. 42. 3239-3245 (2003)
• [Publications] H.Hasegawa, H.Kanai, Y.Koiwa, J.P.Butler: "Measurement and Change in Wall Thickness of Cylindrical Shell Due to Cyclic Remote Actuation for Assessment of Viscoelasticity of Arterial Wall"Japanese Journal of Applied Physics. 42. 3255-3261 (2003)
• [Publications] H.Kanai, H.Hasegawa, M.Ichiki, F.Tezuka, Y.Koiwa: "Elasticity Imaging of Atheroma with Transcutaneous Ultrasound -Preliminary Study-"Circulation. 107. 3018-3021 (2003)
• [Publications] K.Michishita, H.Hasegawa, H.Kanai: "Ultrasonic Measurement of Minute Displacement of Object Cyclically Actuated by Acoustic Radiation Force"Japanese Journal of Applied Physics. 42. 4608-4612 (2003)
• [Publications] H.Hasegawa, H.Kanai, Y.Koiwa: "Detection of Lumen-Intima Interface of Posterior Wall for Measurement of Elasticity of the Human Carotid Artery"IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 51(査読終了印刷中). (2004)
• [Publications] Hiroshi Kanai: "Imaging of Wavefront Propagation of Rapid Velocity Components in Heart Wall at End-Systole"2003 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings. 17-20 (2003)
• [Publications] Hiroshi Kanai, 他19名分担執筆: "Vascular Ultrasound"Springer-Verlag. 328 (2003)