超高速超音波断層法による血管動態の革新的解析法の開発

前年度は，高精度に脈波伝搬速度の超音波計測を行うため，血流速度ベクトル推定法にて得られる流量から，脈波伝搬速度を推定するためのアルゴリズムを開発した．本年度は本推定手法のさらなる精度向上を行うため，脈波の周波数に着目し，本手法の周波数依存性を調査した．管内を伝わる脈波には複数の周波数成分が含まれており，どの周波数成分に着目するかで脈波伝搬速度の推定結果は変化する．また，周波数成分ごとの脈波伝搬速度の真値は理論的に算出可能である．これらをもとに，周波数成分ごとに脈波伝搬速度を超音波計測し，それら推定値と理論値とを比較することで，超音波計測時にどの周波数成分に着目すればよいかを検討した．健常者頸動脈のin vivo 実験で検討した結果，脈波の加速度波形のうち5 Hz～15 Hzの周波数成分に着目した場合，理論値に近い値をとることを実験的に示した．これにより生体計測の際に着目するべき周波数成分の範囲を明らかにした．また，壁せん断応力の超音波推定法に関しても研究を行った．前年度は計測時の過小評価を低減するため，血流速度の速度推定値に対し流速分布モデルを当てはめる信号処理手法を提案した．その際，血流は直管内の定常流であると仮定したが，実際の血管は拍動流や狭窄を有する．そこで，狭窄血管内の拍動流に対しても流速分布モデルをフィッティングできるよう，信号処理手法を改良した．評価実験の結果，提案手法を用いて推定された壁せん断応力は，従来法に比べ偏り誤差がおよそ40％改善されることを示した．さらに，狭窄血管の in vivo 計測を行うことで，上記の壁せん断応力計測法の生体計測への適用可能性を検証した．従来法，および提案手法による壁せん断応力はそれぞれ0.45 Pa，1.96 Paとなり，評価実験と同様の傾向であった．以上から，本手法の生体計測への適用可能性を示すことができたと考える．

前年度は，高精度に脈波伝搬速度の超音波計測を行うため，血流速度ベクトル推定法にて得られる流量から，脈波伝搬速度を推定するためのアルゴリズムを開発した．本年度は本推定手法のさらなる精度向上を行うため，脈波の周波数に着目し，本手法の周波数依存性を調査した．管内を伝わる脈波には複数の周波数成分が含まれており，どの周波数成分に着目するかで脈波伝搬速度の推定結果は変化する．また，周波数成分ごとの脈波伝搬速度の真値は理論的に算出可能である．これらをもとに，周波数成分ごとに脈波伝搬速度を超音波計測し，それら推定値と理論値とを比較することで，超音波計測時にどの周波数成分に着目すればよいかを検討した．健常者頸動脈のin vivo 実験で検討した結果，脈波の加速度波形のうち5 Hz～15 Hzの周波数成分に着目した場合，理論値に近い値をとることを実験的に示した．これにより生体計測の際に着目するべき周波数成分の範囲を明らかにした．また，壁せん断応力の超音波推定法に関しても研究を行った．前年度は計測時の過小評価を低減するため，血流速度の速度推定値に対し流速分布モデルを当てはめる信号処理手法を提案した．その際，血流は直管内の定常流であると仮定したが，実際の血管は拍動流や狭窄を有する．そこで，狭窄血管内の拍動流に対しても流速分布モデルをフィッティングできるよう，信号処理手法を改良した．評価実験の結果，提案手法を用いて推定された壁せん断応力は，従来法に比べ偏り誤差がおよそ40％改善されることを示した．さらに，狭窄血管の in vivo 計測を行うことで，上記の壁せん断応力計測法の生体計測への適用可能性を検証した．従来法，および提案手法による壁せん断応力はそれぞれ0.45 Pa，1.96 Paとなり，評価実験と同様の傾向であった．以上から，本手法の生体計測への適用可能性を示すことができたと考える．