長岡 亮¹, 樋口 和樹², 小林 和人², 西條 芳文¹

Ryo NAGAOKA¹, Kazuki HIGUCHI², Kazuto KOBAYASHI², Yoshifumi SAIJO¹

¹東北大学大学医工学研究科, ²本多電子株式会社メディカル事業部

¹Graduate School of Biomedical Engineering, Tohoku University, ²Medical Division, Honda Electronics Co. Ltd.

キーワード :

【目的】
現在，超音波診断装置はCT，MRIと並んで広く臨床応用されている．超音波診断の特長としては，患者に侵襲・被曝がないという安全性，装置を手術室やベッドサイドに持ち込むことができるというポータビリティなどが強調されているが，CTやMRIと比較して時間分解能が高いことが最も大きな点である．ヒトの心臓や血管等はおよそ1 Hzで周期的に振動しているので，現状の超音波診断装置が実現している30 Hz程度のフレームレートがあれば臨床的な診断には十分な時間分解能と考えられる．しかし，例えば，エラストグラフィにおいては，超音波RF信号の位相差を検出する必要があり，数百Hzのフレームレートが要求される．また，心筋の刺激伝導系や不整脈の発生源などを明らかにするためには，今後，数千Hzのフレームレートが必要になる可能性がある．そこで，本研究ではリニアアレイプローブから平行波を発生させ，対象からの超音波反射信号を高時間分解能で受信することで，高フレームレート超音波イメージングを実現することを研究目的とした．
【方法】
本多電子株式会社製のHLS-584Mリニアアレイプローブおよび32チャンネル同時送受信可能なパルサー・レシーバーを用いて測定を行った．プローブは中心周波数10 MHz，素子数128，素子間隔0.39 mmである．対象は，張力をかけたφ0.10 mmのタングステンワイヤーを水槽中に沈めたもので，水中で振動させた際の弦の振動を観測した．サンプリング周波数は50 MHz，サンプリング数はプローブ面に対して水平方向に32点，垂直方向に8192点である．また，32チャンネルから同時に送波し，平行波を発生させ，受信データを用いて画像を作成した．画像サイズは32×4096であり，連続128フレームから動画を作成した．環境は，Windows7 Home Premium，使用したCPUはIntel（R） Core（TM）i7CPU870である．
【結果および考察】
振動している弦を測定し，2000 fpsの動画を作成した．これにより，およそ200 Hzで弦が振動している様子を観測できた．従来の超音波診断装置で32×4096のサイズのBモード画像を作る際に，送波間隔を2 kHzとすると，32ライン分のデータを送受するのには16 msecが必要である．したがって，フレームレートは60 fps程度になってしまうため，サンプリング定理より30 Hz以上の周波数で変位する対象は計測できないことになってしまう．しかし，本研究では32×4096のデータを送受信するのに必要な時間は500 μsecで，2000 fpsのフレームレートを実現することができた．これにより，従来の手法では追従することが不可能であった500 Hz程度の変位の精細な計測が可能となり，理論上は1000Hzの振動まで計測できることになる．
【結論】
平行波の送信と反射波の連続的受信により2000 fpsのフレームレートで，およそ200 Hzで弦が振動している様子を観察できた．次のステップでは，動脈や心臓などの生体組織を観察し，組織の微細な運動の高速度観察に適用していく予定である．また，時間分解能の500 μsecを生かして，エラストグラフィ等に応用していくことも考えている．