西條 芳文, 赤川 紀, 深津 幸助, 継田 尚哉, 長岡 亮

Yoshifumi SAIJO, Osamu AKAGAWA, Kosuke FUKAZU, Naoya TSUGITA, Ryo NAGAOKA

東北大学医工学研究科

Graduate School of Biomedical Engineering, Tohoku University

キーワード :

【目的】
動脈硬化の発生・進展には血管内皮細胞に対する血流が深く関与し，動脈硬化により血管の蛇行や狭窄がおきると乱流が生じる．したがって，動脈硬化の動的な病態解明には血流の詳細な解析方法が必要である．本研究の目的は，単一の超音波リニアプローブによる二方向からの高速撮像により，頸動脈内二次元血流ベクトルの可視化を行うことである．
【対象と方法】
計測には128 ch独立の超音波送受信が可能なプログラマブルRF信号送受信装置および中心周波数7.5 MHzのリニアプローブを用いた．パルス繰返し周波数は14 kHzで，送信時に焦点を持たない平行波を送信し，受信時に焦点を絞る，いわゆるparallel beam formingにより高速撮像を可能にした．プローブの送受信方向に対し＋3°〜−3°まで1°ずつ送信角度を変化させた7回の送受信の重ね合わせでBモード像を作成し，＋10°および−10°に切り替えながら交互に16回ずつ送受信し自己相関法を適用することで各々の角度における血流速度を計測した．二方向からの流速計測の時間差143 secは，血流速度から勘案してほぼ同時計測とみなすことができるので，幾何学的に二次元血流ベクトルを算出した．一連のシーケンスに要する時間は10 msecで，最終的には100 fpsのフレームレートを実現した．
【結果と考察】
まず，リニアプローブに平行に設置したパイプ内に定常流を流し，本手法と流量計による計測を比較した．30〜100 cm/sに流速を変化させた際の平均誤差は4.9 cm/sで，超音波ビームに直行する方向の流速計測の妥当性が検証された．次に，三次元CTデータに基づくポリビニルアルコール製の透明な頸動脈ファントムに拍動流を流し，本手法（Ultrasound）と粒子追跡法（PIV）による二次元血流ベクトルを比較した．図に示す通り，両者はほぼ一致し渦流などの複雑な流れも計測可能であることが示された．さらに，ヒト頸動脈における二次元血流ベクトルの可視化及び壁剪断応力の算出も可能であった．
【結論】
単一のリニアプローブにより，フレームレート100 fpsで頸動脈のBモード像および二次元血流ベクトルの同時表示が可能であった．計測は通常の臨床診断と同様に簡便で，本手法が市販の診断装置に導入されることで，動脈硬化と血流の関連に関する臨床研究の進展が期待される．