外部加振による動脈壁厚変化を用いた壁粘弾性特性計測に関する基礎研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15700347
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 長谷川 英之 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00344698)
• Keywords: 外部加振 / 内圧変化 / 管壁の厚み変化 / 弾性率の周波数特性 / 粘弾性特性 / 超音波 / 動脈硬化症

Research Abstract

本研究では,外部加振により管の内圧変化を発生させ,管壁の粘弾性特性を計測する手法の開発を行っている.本年度に行った研究の概要を以下に述べる.
シリコーンゴム管を模擬血管として用いて,水槽実験系において計測部位近傍を加振することにより,計測部位に内圧変化を発生させることができることを確認した.同時に,内圧変化に伴う壁の厚み変化を,本研究者らが開発した超音波計測法を用いて計測したところ,5ミクロン以下の非常に微小な壁の厚み変化が計測された.計測された内圧変化波形と壁厚変化波形の加振に伴う成分の振幅を算出することにより,壁弾性率を算出した.内圧変化(応力)と壁厚変化(ひずみ)の振幅から算出した弾性率は,複素弾性率の絶対値に対応する,加振の周波数を掃引して各周波数において壁弾性率を算出したところ,加振の周波数とともに弾性率が上昇する傾向が見られた.このような傾向は粘弾性モデルの一つであるVoigt模型により説明できることから,壁の粘弾性モデルとしてVoigt模型を仮定して,計測した周波数特性にフィッティングすることにより粘性率を推定した.
さらに,超音波による粘性率の計測結果を評価するために,同じ実験系においてレーザ変異計を用いて別途壁粘性率の測定を行った.レーザ変位計により,管の外径変化を計測し,同時に計測した内圧変化との関係から,弾性率の周波数特性を算出して粘性率を推定したところ,超音波による計測結果と同様の結果が得られた.
本研究の結果は,外部加振と本研究者らが開発した超音波計測法を組み合わせることにより管壁の粘弾性特性を計測できることを示した点で,ヒトでの非侵襲的計測に適用できることを示す重要な成果が得られたと考えられる.

Research Products

• [Publications] Hideyuki Hasegawa: "Measurement of 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・5B. 3255-3261 (2003)
• [Publications] Hideyuki Hasegawa: "Measurement of Elastic Moduli of Cylindrical Shell at Multiple Frequencies by Remote Actuation for Assessment of Viscoelastic Properties of Arterial Wall"IEEE 2003 International Ultrasonics Symposium Proceedings. 1199-1202 (2003)
• [Publications] 長谷川英之: "動脈壁の粘弾性特性計測を目指した外部加振法に関する基礎的検討"電子情報通信学会技術研究報告. 103・340. 13-17 (2003)
• [Publications] 長谷川英之: "動脈壁粘弾性特性の計測を目指した外部加振による管壁厚み変化の超音波計測"日本音響学会秋季大会講演論文集. 1157-1158 (2003)
• [Publications] 長谷川英之: "粘弾性評価を目指した外部加振法による動脈壁弾性率の周波数特性の超音波計測"第24回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム. 405-406 (2003)
• [Publications] 長谷川英之: "外部加振による管壁粘弾性特性の超音波計測"圧電材料・デバイスシンポジウム2004. 83-86 (2004)