超高速超音波イメージングによる心臓内血流動態の高精度・高空間分解能計測の研究

超高速超声成像高精度、高空间分辨率测量心内血流动力学研究

• 批准号: 13J05479
• 负责人: 高橋 広樹
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: University of Toyama (2015)Tohoku University (2013-2014)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J05479/
• 关键词: 心腔内血流速度ベクトル; 受信アポダイゼーション; 二次元周波数領域; 計算量低減; 経胸壁心臓超音波計測; 血流速度ベクトル推定; 高フレームレート; 低速血流; 心臓超音波; 血球エコー; 血流速度ベクトル; 符号化励起

本研究員は、これまでに秒間数千枚の高速超音波撮像を用いた血液からのエコーの描出により心腔内の血流動態の可視化を達成した。さらに、それら血液の動きの検出による血流速度ベクトルを推定する手法の開発を行ってきた。しかし、推定された血流速度ベクトルは時間的・空間的にばらついていており、推定精度が十分でないことが示唆されている。血液の動きに伴うエコー信号の位相変化量は音場の空間的な振動周期に依存するため、形成される音場は血液の動きの検出精度に影響すると考えられる。また、従来法のもう一つの課題として、離散点間隔以下のフレーム間変位を検出するために補間が必要とされるため計算時間が長いことが挙げられる。これらの課題を考慮し、本年度は、血流速度ベクトルの推定精度を向上させるための最適な受信音場形成法について検討を行うとともに、二次元フーリエ変換を用いた二次元速度ベクトル推定の実現可能性を調査した。受信音場の振動周期を変更するために、アレーを構成する各素子で受信された信号に適用する重み関数（いわゆるアポダイゼーション）を変更した。計算機上で模擬された血流からのエコー信号を用いて、受信アポダイゼーションを変更して推定された二次元速度ベクトルの精度を比較したところ、形成される音場のビーム直交方向の振動周期が短く、焦点が小さいほど高い精度を示した。さらに、二次元フーリエ変換を用いた心腔内血流速度ベクトル推定の妥当性を評価するために、従来法との間で、上述の擬似血液を用いた基礎実験において従来法との間で二次元血流速度ベクトルの推定精度、および推定される計算時間を比較した。得られた結果から、二次元フーリエ変換を用いた手法が、従来法と比べて遜色のない二次元血流速度ベクトルの推定精度で加算回数および乗算回数を従来法の9.7%に低減可能であることが示された。

Our researchers have been able to visualize the dynamics of blood flow in the heart using thousands of high-speed ultrasound images in a single second. The blood flow velocity is estimated at the beginning of the procedure. The estimated blood flow velocity can be measured in time and space, and the estimated accuracy can be measured in time and space. The amount of phase change of the blood motion signal depends on the spatial vibration period of the sound field, and the formation of the sound field affects the accuracy of the blood motion. The time required for calculation is long, and the time required for calculation is short. This year, the accuracy of estimation of blood flow velocity is improved, and the possibility of realization of estimation of blood flow velocity is investigated. The vibration period of the received sound field is changed. Computer simulation of the blood flow and the vibration signal is used, the signal is received, the accuracy of the estimated quadratic velocity is compared, and the vibration period of the orthogonal direction of the sound field is short, the focus is small, the accuracy is high. The accuracy and calculation time of the estimation of intracardiac blood flow velocity are compared between the two methods. The accuracy of estimation of blood flow velocity in two dimensions is 9.7% of the original method.

项目成果

Echo motion imaging with adaptive clutter filter for assessment of cardiac blood flow

具有自适应杂波滤波器的回波运动成像用于评估心脏血流量

• 发表时间: 2015
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Hiroki Takahashi;Hideyuki Hasegawa;and Hiroshi Kanai
• 通讯作者: and Hiroshi Kanai

頸動脈壁の二次元変位推定における相関多重平均の効果

相关多重平均对颈动脉壁二维位移估计的影响

• 发表时间: 2016
• 作者: Yusuke Makihata;Naoyuki Hara;Keiji Konishi;高橋広樹，シンシオ マグナス，鏑木かおり，米井浩平，長谷川英之
• 通讯作者: 高橋広樹，シンシオ マグナス，鏑木かおり，米井浩平，長谷川英之

血球エコー信号のS/N改善による心臓内血流動態の高速超音波イメージング

通过改善血细胞回波信号的信噪比对心内血流动力学进行高速超声成像

• 发表时间: 2014
• 作者: Hiroki Takahashi;Hideyuki Hasegawa;Hiroshi Kanai;高橋広樹，長谷川英之，金井 浩
• 通讯作者: 高橋広樹，長谷川英之，金井 浩

高フレームレート心臓超音波を用いた心腔内の血流速度ベクトルイメージング

使用高帧率心脏超声的心内血流速度矢量成像

• 发表时间: 2015
• 作者: 松崎典弥;明石 満;伊藤健太，進藤智彦，塙健一郎，長谷川英之，金井 浩，下川宏明;大塚明香，湯本真人，栗城眞也，中川誠司;小倉廣之，芳澤暢子，細川優子，松沼亮一，杤久保順平，井手佳美，椎谷紀彦，那須初子，阪原晴海;高橋広樹，長谷川英之，金井 浩
• 通讯作者: 高橋広樹，長谷川英之，金井 浩

医用情報計測学研究室

医学信息计量实验室