加藤 宇海¹, 船本 健一², 早瀬 敏幸², 小笠原 正文³, 地挽 隆夫³, 橋本 浩³, 見山 広二³

Takaumi KATO¹, Kenichi FUNAMOTO², Toshiyuki HAYASE², Masafumi OGASAWARA³, Takao JIBIKI³, Hiroshi HASHIMOTO³, Koji MIYAMA³

¹東北大学大学院医工学研究科, ²東北大学流体科学研究所, ³GE ヘルスケア・ジャパン株式会社超音波研究室

¹Graduate School of Biomedical Engineering, Tohoku University, ²Institute of Fluid Science, Tohoku University, ³Ultrasound Laboratory, GE Healthcare Japan

キーワード :

【目的】
新たな血管内血流場の可視化の手法として，著者らは超音波計測融合シミュレーションを提案してきた．本研究では，本手法により，多数の臨床データを解析し，臨床応用に向けて実際の血管動態と計算結果との関係性を調査する．
【超音波計測融合シミュレーション】
本手法は，超音波カラードプラ法により得られる血流速度とそれに対応する流体解析による血流速度の計算結果を比較し，その差をシミュレーションにフィードバックしながら計算を行う．概要は，まず超音波計測により得られた超音波カラードプラの領域を血管内とし，計算格子を生成する．非定常非圧縮性ナビエ・ストークス方程式と圧力方程式をSIMPLER法により解き，その過程において，数値計算から求められるドプラ速度と超音波計測により得られたドプラ速度の間の誤差を求め，その誤差が小さくなる方向の仮想外力をフィードバック項として加え，誤差が所定の値より小さくなるまで演算を繰り返す．
【方法】
解析対象は，40種類のヒト総頸動脈内の血流であり，GE製超音波診断装置LOGIQ7および超音波リニアプローブによって取得したカラードプラ画像のドプラ速度データを用いた．本手法により解析を行い，フィードバック項を与えた領域は，計算領域の上流端から1/4以降，下流端から1/4までの領域内の全ての格子点とした．また，超音波計測では，エイリアシングやデータ欠落などの計測の誤差が含まれるので，その有無を判別し，計測誤差の生じている格子点ではフィードバックしないようにし，実際の血流場に収束させるようにした．境界条件として各時刻の流入血流量は，計測と計算のカラードプラ値の差の総和が最小になるように推定した．上流端の速度分布は，放物分布の平行流を与えたが，本手法によれば，実際の速度分布の差に起因する誤差はフィードバックの効果により補修される．また，下流端は自由流出，壁面はすべりなしとした．
【結論】
本手法により解析された臨床データの血流ベクトルとドプラ速度情報を図に示す．多数の臨床データを解析し，計算結果より各データにおける血行力学を求めることができた．今後，血流ベクトルや壁せん断応力の数値と血管動態との相関を求めることができると考える．