Viscoelasticity analysis algorithm of blood vessel for clinical application with ultrasonic-measurement-integrated analysis

超声测量一体化分析血管粘弹性分析算法的临床应用

基本信息

批准号：
17K13017
负责人：
門脇弘子
金额：
$ 2.58万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2020-2021)Yamaguchi University (2017-2019)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-01 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、動脈硬化の機序や進展を考える上で重要な情報である生体内の血管特性を再現するため、複雑な実血管の力学的挙動を表すモデルの定式化により、超音波計測融合解析による圧力と形状変形の情報を入力条件として血管特性を推定することを目的とした。令和３年度は、超音波計測融合解析システムの実用化に向けて、ヒト血流ドプラ速度の取得から数値解析に至るまでの情報処理システムの構築を実施した。ヒト血流ドプラ速度の取得においては、超音波診断装置(CX-50, Philips)およびリニアプローブを用いて血流ドプラ速度を表すカラードプラ画像と血管組織を表すBモード画像を同時計測した。計測時間は約3秒間とし、取得したデータはDICOM形式で出力した。オープンソースの画像処理ソフトウェアであるImageJよりDICOMデータを読み込み、画像処理を施した。DICOMデータの輝度値に対する一次微分フィルタ・二値化・ノイズ処理を経て血管組織とカラードプラの領域を判別し、流体・固体情報およびドプラ速度情報を時系列のテキスト形式で出力した。出力したデータは自作のデータ処理用プログラムから読み込み、カラーバーで参照した輝度値をもとにドプラ速度を算出し、計測融合解析プログラムで扱うドプラ速度に合わせた流体・固体情報とドプラ速度が紐付いた形で時系列データを出力した。20-40歳代の健常者4名に対して総頸動脈血流の超音波計測を実施し、前述の画像処理により血管領域抽出および血流ドプラ速度の算出を試みた。その結果、対象組織の性状により血管領域の抽出具合が異なることが明らかとなり、ImageJで目視によりドプラ速度と血管組織の境界が一致するよう輝度値の閾値を調整することで、高精度かつ簡便に形状抽出を行うことが可能となった。これらの成果は、本研究の実用化に向けた情報処理方法の確立に資するものである。

这项研究旨在再现体内的血管特性，在考虑动脉粥样硬化的机制和进展时，这是重要的信息，并使用超声测量融合分析的压力和形状变形作为输入条件，估算了复杂真实血管的血管特性。在2021财年，为了实际使用超声测量和融合分析系统，我们建立了一个信息处理系统，从获得人体血流多普勒速度到数值分析等等。在获取人类血流多普勒速度时，使用超声诊断设备（CX-50，Philips）和线性探测器同时测量代表代表血流多普勒速度和代表血流多普勒速度的B模式图像的颜色多普勒图像。测量时间约为3秒，并且以DICOM格式输出获得的数据。 DICOM数据是从ImageJ读取的，这是一个开源图像处理软件，并执行了图像处理。血管组织和颜色多普勒区域是通过对DICOM数据，二进制化和噪声处理的亮度值进行初级差异过滤确定的，流体/固态信息和多普勒速度信息是按时间顺序的文本形式输出的。从我制作的数据处理程序中读取输出数据，并根据颜色栏中引用的亮度值计算多普勒速度，并以与测量和融合分析程序处理的多普勒速度相匹配的流体和固体信息的形式输出的时间序列数据。在20至40年代，对四个健康个体进行了颈动脉血流的超声测量，并尝试使用上述图像处理来提取血管区域并计算血流多普勒速度。结果，很明显，血管区域的提取取决于目标组织的性质，并通过调节亮度阈值，从而使多普勒速度和血管组织之间的边界与ImageJ在视觉上可见，可以以高准确性和便利性进行形状提取。这些结果有助于建立信息处理方法，以实际应用本研究。