門脇 弘子¹, 早瀬 敏幸², 船本 健一², 井上 浩介², 島崎 正³, 地挽 隆夫³, 見山 広二³

Hiroko KADOWAKI¹, Toshiyuki HAYASE², Kenichi FUNAMOTO², Kosuke INOUE², Tadashi SHIMAZAKI³, Takao JIBIKI³, Koji MIYAMA³

¹東北大学大学院工学研究科, 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開発部

¹Graduate School of Engineering, Tohoku University, ²Institute of Fluid Science, Tohoku University, ³Ultrasound Product Development Division, GE Healthcare Japan

キーワード :

【目的】
2次元超音波計測融合（2D-UMI）血流解析システムは，超音波カラードプラデータを数値計算にフィードバックすることにより，血流速度ベクトル場や圧力場などの生体内の血流動態を再現することができるが，フィードバックにより計測誤差も再現する．計測誤差の影響を考慮しつつ真の血流場に最も近い解析結果を与える最適なフィードバックゲインが存在すると考えられるが，これまで検討された例はない．本発表では，狭窄を有するヒト頸動脈内の血流場を模擬した流れを対象として2D-UMI血流解析システムの最適ゲインの決定法を確立することを目的とする．
【方法】
内径8 mm長さ175 mmストレート管路を有するドプラフローファントムの上流側にパテで50％狭窄部分を設けた流路を接続した．作動流体は疑似血液（CIRS, Model 046）を用い，定水頭水槽による定常流実験と拍動ポンプシステムによる非定常流実験を行った．超音波診断装置（GE Healthcare Japan, LOGIQ S8）とリニア型超音波プローブ（GE Healthcare Japan, ML6-15-D）を用いてファントム内流れのカラードプラ計測を行った．計測実験により得た計測データを基に2D-UMIシミュレーションを行った．最適ゲインは，同一位相を有する計測データのフレーム平均ドプラ速度分布と2D-UMIシミュレーションのドプラ速度分布の空間平均誤差が最小となるゲインとして決定した．
【結果と考察】
定常流実験の各時刻におけるドプラ速度の計測データと対応する2D-UMIシミュレーションとの誤差の空間平均値（瞬時値誤差）eViおよび74フレーム平均したドプラ速度の計測データと2D-UMIシミュレーションとの誤差の空間平均値（平均値誤差）eVaのゲインに対する変化をFig. 1（a）に示す．従来の解析で用いてきた瞬時値誤差はゲインの増加とともに単調減少しているが，平均値誤差はKV* = 110で最小値をとる．瞬時値誤差と平均値誤差が最小値をとるKV* = 500とKV* = 110の2D-UMIシミュレーションのドプラ速度分布および速度ベクトル場をFig. 1（b）に示す．KV* = 500では計測データのスペックルノイズを含んだ不均一な分布を再現しているが，KV* = 110の分布はフレーム平均計測データにより近い均一な分布となっている．以上の結果より，ドプラ速度の平均値誤差を最小とするゲインとして，2D-UMIシミュレーションの最適フィードバックゲインが決定でき，ノイズの影響が少なく真の流れ場に近い流れ場が再現されることが明らかとなった．