Online Journal
電子ジャーナル
IF値: 1.878(2021年)→1.8(2022年)

英文誌(2004-)

Journal of Medical Ultrasonics

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2011 - Vol.38

Vol.38 No.Supplement

一般口演
基礎:イメージング3

(S326)

超音波計測融合シミュレーションと計測による上流速度を与えたシミュレーションの比較

Comparison between Ultrasonic-Measurement-Integrated Simulation and Ordinary Simulation with Measured Upstream Velocity Boundary Condition

曾根 周作1, 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

Shusaku SONE1, 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開発事業部

1Graduate School of Biomedical Engineering, Tohoku University, 2Institute of Fluid Science, Tohoku University, 3Ultrasound Lab., GE Helthcare Japan

キーワード :

【目的】
循環器系疾患の発症や進展には,血流により血管に作用する力(血行力学)が密接に関係している.著者らは,それら疾患のより高度な診療を実現するため,血管内の血流や血行力学の情報を可視化する超音波計測融合シミュレーションを提案してきた.本手法では,計算領域内の多数のフィードバック点において計測とシミュレーションの間の誤差に応じた補正を行うことにより,正確な上流速度境界条件が未知の場合でも高精度な解が得られる.これまでに,臨床応用に向けた2次元超音波計測融合シミュレーションシステムを構築し,複数の頚動脈の臨床データを用いた研究により,実際の血管動態と計算結果との関係性を示した.しかしながら,超音波計測により得られる上流速度境界条件を与えた通常のシミュレーションとの比較については,これまで行なわれていなかった.本研究では頚動脈内の血流を対象として,超音波計測融合シミュレーションと計測による上流速度境界条件を与えた通常のシミュレーションを実施し,両者の結果を比較することにより,いずれの手法がより高解析な結果を与えるかを明らかにする.
【方法】
解析対象は,76歳女性の総頚動脈内の血流とした.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5心拍分のカラードプラ画像を解析に用いた.中心周波数は5 MHz,繰り返し周波数は4.4 kHzに設定した.超音波計測融合シミュレーションにおけるフィードバック点は,計算領域の上流端から1/8以降,下流端から1/8までの領域内の全ての計算格子点とした.通常のシミュレーションでは,上流速度境界条件として,(A) ドプラ速度を血管軸方向に射影した速度分布を直接与えた場合,(B) 各時刻の流入血流量を推定して速度の大きさを補正した場合,比較のため,(C) 左と同じ流量で速度分布を放物分布とした場合,(D) 同様に速度分布を一様分布とした場合について計算を行った.計測融合シミュレーションも同様の条件で行い,フィードバックゲインは100に設定した.また,下流端における境界条件は自由流出,壁面はすべりなしとした.両手法の結果により,計算領域内のドプラ速度を求め,計測により得られたドプラ速度との差により解析精度を評価した.
【結果と考察】
各計算結果の計算精度について,フィードバック領域内において計測と計算によるドプラ速度の誤差の絶対値の時間空間平均値を求め,平均流速で正規化した誤差ノルムにより評価を行った.通常のシミュレーションの場合,誤差ノルムの値はAからDの各条件についてそれぞれ0.070,0.059,0.061,0.069であった.また,計測融合シミュレーションの場合は,それぞれ0.041,0.033,0.031,0.031であった.通常のシミュレーションにおいて,上流断面の計測結果から直接速度境界条件を与えたAの場合は,他の場合に比べて誤差が大きい.一断面の測定のみでは正確な流量を与えることは難しいことを示している.B,C,Dを比較すると,計測による速度境界条件を与えたBが最も誤差が小さい.計測融合シミュレーションの場合でも,Aの場合は,他の場合に比べて誤差が大きく,正確な流量を与えることが重要であることを示している.B,C,Dを比較すると,ほとんど差はなく,上流境界条件の影響を受けないことが分かる.また,計測による速度境界条件を与えた通常のシミュレーションの誤差と比較して,誤差が半分程度に減少しており,より高精度な結果を与えることが分かる.
【結論】
超音波計測融合シミュレーションによれば,計測による上流速度境界条件を与えた通常のシミュレーションよりも高精度な解が得られることが明らかとなった.