超高速超音波イメージングによる心臓内血流動態の高精度・高空間分解能計測の研究

超高速超声成像高精度、高空间分辨率测量心内血流动力学研究

基本信息

批准号：
13J05479
负责人：
高橋広樹
金额：
$ 1.92万
依托单位：
University of Toyama (2015)Tohoku University (2013-2014)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究員は、これまでに秒間数千枚の高速超音波撮像を用いた血液からのエコーの描出により心腔内の血流動態の可視化を達成した。さらに、それら血液の動きの検出による血流速度ベクトルを推定する手法の開発を行ってきた。しかし、推定された血流速度ベクトルは時間的・空間的にばらついていており、推定精度が十分でないことが示唆されている。血液の動きに伴うエコー信号の位相変化量は音場の空間的な振動周期に依存するため、形成される音場は血液の動きの検出精度に影響すると考えられる。また、従来法のもう一つの課題として、離散点間隔以下のフレーム間変位を検出するために補間が必要とされるため計算時間が長いことが挙げられる。これらの課題を考慮し、本年度は、血流速度ベクトルの推定精度を向上させるための最適な受信音場形成法について検討を行うとともに、二次元フーリエ変換を用いた二次元速度ベクトル推定の実現可能性を調査した。受信音場の振動周期を変更するために、アレーを構成する各素子で受信された信号に適用する重み関数（いわゆるアポダイゼーション）を変更した。計算機上で模擬された血流からのエコー信号を用いて、受信アポダイゼーションを変更して推定された二次元速度ベクトルの精度を比較したところ、形成される音場のビーム直交方向の振動周期が短く、焦点が小さいほど高い精度を示した。さらに、二次元フーリエ変換を用いた心腔内血流速度ベクトル推定の妥当性を評価するために、従来法との間で、上述の擬似血液を用いた基礎実験において従来法との間で二次元血流速度ベクトルの推定精度、および推定される計算時間を比較した。得られた結果から、二次元フーリエ変換を用いた手法が、従来法と比べて遜色のない二次元血流速度ベクトルの推定精度で加算回数および乗算回数を従来法の9.7%に低減可能であることが示された。

迄今为止，该研究人员已经通过每秒数千张图像的高速超声成像描绘血液回声，实现了心腔内血流动力学的可视化。此外，我们还开发了一种通过检测这些血液运动来估计血流速度矢量的方法。然而，估计的血流速度矢量随时间和空间变化，表明估计精度不足。由于血液运动引起的回波信号的相位变化量取决于声场的空间振动周期，因此认为所形成的声场影响血液运动的检测精度。传统方法的另一个问题是需要插值来检测小于离散点间隔的帧间位移，导致计算时间较长。考虑到这些问题，今年我们将研究最佳接收声场形成方法，以提高血液速度矢量的估计精度，并考虑使用二维傅里叶变换进行二维速度矢量估计的可行性。。为了改变接收声场的振动周期，改变了应用于组成阵列的每个元件接收的信号的加权函数（所谓的变迹）。当我们使用计算机模拟的血流回波信号来比较通过改变接收变迹估计的二维速度矢量的精度时，我们发现在与光束正交的方向上形成的声场的振动周期很短。焦点越小，精度越高。此外，为了评估使用二维傅里叶变换的心内血流速度矢量估计的有效性，我们利用上述模拟血液进行了基础实验，以评估心内血流速度矢量估计的准确性。比较了维度血流速度矢量和估计的计算时间。结果表明，利用二维傅里叶变换的方法可以将加法和乘法次数减少到传统方法的9.7%，二维血流速度矢量的估计精度与传统方法相当。结果表明