金井 浩^{1, 2}, 松野 雄也², 田中 元直³

Hiroshi KANAI^{1, 2}, Yuuya MATSUNO², Motonao TANAKA³

¹東北大学大学院工学研究科電子工学専攻, ²東北大学大学院医工学研究科医工学専攻, ³東北大学名誉教授

¹Graduate School of Engineering, Tohoku University, ²Graduate School of Biomedical Engineering, Tohoku University, ³Professor Emeritus, Tohoku University

キーワード :

【はじめに】
我々は通常の超音波エコー装置を用いて，反射超音波の位相を巧みに用い，心臓の各部分の微小振動の計測できる手法を開発した．この計測方法を心筋に適用し，「収縮期末期（心II音発生時），大動脈弁閉鎖に伴って壁上に振動（数十Hz，数μmの微小振幅）が発生し，それが壁に沿って伝搬する（機械的）現象」と「心電図Q波から心I音継続時間に，心基部・心尖部間を速度成分が複数伝搬する現象」を見出した（Ultrasound Med Biol 2009;35:382）．特に後者は，心I音に対応する機械的振動の伝播だけでなく，心筋を電気的興奮が伝播する際に微小振動が発生する現象，すなわち心臓収縮を引き起こす興奮が心臓壁を伝播する様子を可視化でき，心筋細胞の電気的ポテンシャルの伝導障害の非侵襲検出の可能性を示している．
【原理】
位相差トラッキング法（IEEE 1996;UFFC-43:791）を適用し，さらに超音波ビームを粗く走査し，壁内の超音波ビーム上に設定した約10,000個の点に関し約500Hzのフレームレートで速度波形を同時計測し，電気的興奮/心臓弁の閉鎖で生じたパルス状波形を検出する．この波形の20〜40Hz成分の瞬時位相を内挿した空間分布を時系列的に並べ，中隔壁に沿った波の伝搬を可視化する．
【in vivo実験結果】
健常被験者の心室中隔に適用し，心電Q波時に，プルキンエ線維が心筋と接する心室中隔から始まり，心尖・基部両方向に約4m/sで伝播する成分が確認された（電気的興奮の伝播と対応）．心電R波時からは別の波形が心基部から心尖部へ伝搬している（僧帽弁閉鎖に伴う横波伝搬と対応）．局所の厚み変化でみると，心電図Q波での速度分布の変化開始点から収縮が開始しているが，心電図S波から心I音の継続時間には収縮が一時停止し，その後，収縮して駆出期を形成している．収縮は深さ方向に均一ではなく，通常のMモードの低輝度部分に対応し収縮の大なる部分がある．
【あとがき】
CT，MRI，汎用エコー装置は，心臓の精緻な断層像や収縮拡張に伴う拍動を3次元で可視化できるが，空間分解能（数百μm）や時間分解能（数十ms）は，肉眼で把握できる程度に止まる．この報告では，時間分解能を2ms，空間分解能を1μmまで向上させ，従来の診断装置にはない高精度な計測を可能にした．心筋梗塞による心筋の虚血部分・障害部分・壊死部分は，各々活動電位の脱分極・再分極の様子が異なるため，この波動伝播は，心筋の興奮伝導の空間的評価や心筋障害の程度の診断に利用できる可能性がある．