技術解説(日立製作所)

2017年4月号

Cardiac Imagingにおけるモダリティ別技術の到達点

心臓領域における超音波診断装置での新しい展開

岡田 一孝(ヘルスケアビジネスユニット マーケティング本部)

超音波診断装置は,非侵襲かつリアルタイムに体内を可視化でき,さらに装置が小型で可搬性が高いことから,医療現場に必須の画像診断装置であり,広く普及している。特に,動きの速い心臓の挙動をリアルタイムで観察する循環器分野において,超音波診断装置は必須の装置である。本稿では,日立の心臓領域における超音波診断装置の新しい展開として,血流可視化技術,心臓超音波解析用ワークステーションについて紹介する。

■血流可視化技術:心臓超音波“Vector Flow Mapping(VFM)”

超音波でのカラードプラ法は,血流情報をリアルタイムに表示できることから必要不可欠な機能となっており,広く普及している。しかし,ドプラ法を利用しているため,超音波のビーム方向の速度成分しか求めることができず,血流の方向を求めることはできない。この状況の中で,心機能の詳細な診断を目的として,血流の詳細把握,すなわち血流ベクトルの可視化に対する医師からの強い要望があり,日立は,この要望に応えるため,カラードプラ情報と心壁の運動情報から,流体の質量保存則に基づき,超音波ビームと直交方向の速度成分を求め,血流の速度ベクトルを表示するVFMを開発した(図1)。

図1 カラードプラ画像とVFM画像の例

図1 カラードプラ画像とVFM画像の例

 

VFMでは,血流の速度ベクトル情報から,さまざまな表示(図2)が可能である。速度ベクトル表示は,得られた血流の速度ベクトルを矢印で表示している。また,流線表示では,速度ベクトルから得られる血流の流れの方向を線でつなげたものであり,ある時相における断層面内の流れのパターンを示し,例えば,渦などの流れを容易に認識することができる。また,渦度表示では,局所の点の回転運動をカラー表示しており,反時計回りを正(赤),時計回りを負(青)として定義し,色の濃さが回転の強さを示し,より視覚的に渦の強さを確認することができる。このように,VFMを使用することで,カラードプラ画像では不明瞭な渦の構造を,より直感的に確認することができる。

図2 VFMの表示例

図2 VFMの表示例

 

さらに,このVFMを発展させ,血流の速度ベクトル情報から,流れの領域内の相対圧分布(図3)や壁ずり応力(wall shear stress:WSS)の表示が可能となった。相対圧分布表示では,拡張早期の suctionを二次元分布として見ることができる。WSSは,血流が血管内膜をこする力であり,壁の近傍での血流速度の勾配から算出可能である。このWSSは,内膜の変性やプラークの破たんにかかわるとされ,臨床的有用性が期待されている。
血液には粘性があり,乱流などが発生する部位では,粘性に伴い摩擦熱を発生する。この摩擦熱エネルギーのことを,血流のエネルギー損失と呼んでいる。血流速度ベクトルが,どの程度空間的にバラつくかによって乱流の程度を表現し,これらを掛け合わせてエネルギー損失値として算出している。局所的にベクトルが大きく変動する流れはエネルギー損失が大きくなり,層流部位や組織的な大きな流れ,または流れが止まっている部位ではエネルギー損失が小さくなる。血流のエネルギー損失は,血管吻合部や心臓弁などでの非効率な血流がもたらすエネルギー効率の良し悪しを数値として表現することができ,心負荷をもたらしうる物理量として考えられている。
VFMの適応上の留意点は,流速が速く,ナイキスト周波数により何回も折り返しが発生している部位では,速度ベクトルを正しく算出することが困難であり,速度ベクトルから求めている種々の指標も正しく算出されないことである。
VFMを用いた新たな心機能診断手法確立のため,日立は世界各国の医療機関と共同研究を行い,VFMの臨床的な知見を積み上げている。今後,VFMが心疾患の評価に貢献することを期待している。

図3 VFMによる相対圧分布表示の例

図3 VFMによる相対圧分布表示の例

 

■心臓超音波解析用ワークステーション「ASTRELLA CV-Linq」

近年,ケアサイクルが重視されており,診断,リスクマネジメント,治療管理などへの対応が求められている。また,structural heart disease(SHD)において,患者への負担が少ないカテーテル治療が注目されている。これらに対応するため,心臓超音波では,さまざまで高度な解析手法が提案されている。日立では,これらの複数の解析パッケージを1つにまとめた心臓超音波解析用ワークステーションASTRELLA CV-Linqを開発しており,ネットワークで装置と接続することにより,オンラインで画像データなどを取り込み,基本的な心エコー計測,高度な解析およびレポートをサポートしている(図4)。簡便な計測,viewer操作機能も多彩であり,過去画像との比較および比較画像の保存など,通常診断だけでなく,術前術後のリスクマネジメントにも寄与する。通常検査においては,検査画像をネットワークで送ることで,測定し忘れや,いくつかの計測値に対する再計測の必要性に対して,装置を占有せずに対象患者の画像に対して心機能計測を行うことができる。また,他社DICOM動画像でも再生計測が可能であり,施設での計測の共用化による運用改善や検査効率改善に寄与する。

図4 ASTRELLA CV-Linqによる解析機能の例

図4 ASTRELLA CV-Linqによる解析機能の例

 

ASTRELLA CV-Linqでは,日立独自のVFMを使用することもでき,渦度の評価,相対圧分布の評価などが可能である。被検者がいない状態でも,これらのVFMによる解析を行うことができる。さらに,ASTRELLA CV-Linqでは,専用のトラッキングソフトを使用しており,スペックルトラッキングに対して,さまざまな研究を行える。例えば,3断面解析により,bull’s eye,global longitudinal strain(GLS),volumeグラフなどの解析が可能となっている(図5)。なお,bull’s eye表示では,同一患者であれば,frame rateが異なっていても表示が可能である。現在,スペックルトラッキングは日常の検査になりつつあり,標準化が進行しており,各社装置を使った計測値は平準化されつつあるが,計測値の差異は多少なりとも存在している。また,各社でアルゴリズム改善が進んでおり,過去と同じ解析を維持することは難しいのが現状になっている。このような状況の中,各社の画像を同じ精度で解析できることは,有効ではないかと考えている。

図5 ASTRELLA CV-Linqによるスペックルトラッキングの解析画面の例

図5 ASTRELLA CV-Linqによるスペックルトラッキングの解析画面の例

 

本稿では,心臓領域での血流可視化技術VFM,および,解析用ワークステーションについて紹介した。これからも日立は,心臓領域でさらなるソリューションを提供し,医療の発展に貢献できるよう,尽力していく。

 

●問い合わせ先
株式会社日立製作所
ヘルスケアビジネスユニット マーケティング本部
〒110-0015
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