セミナーレポート(日立製作所)

日本超音波医学会(JSUM)第86回学術集会が2013年5月24日(金)〜26日(日)の3日間,グランキューブ大阪(大阪)を会場に開催された。26日に行われた日立アロカメディカル株式会社共催のランチョンセミナー16では,順天堂大学医学部附属浦安病院の吉田幸洋氏を座長に,昭和大学病院産婦人科の松岡 隆氏と,綜合病院社会保険徳山中央病院周産期母子医療センターの中田雅彦氏が講演した。

2013年8月号

日本超音波医学会第86回学術集会ランチョンセミナー16 出生前診断サポートにおける超音波検査の利用法

2Dトラッキング技術を用いた胎児計測における新たな可能性

中田 雅彦(綜合病院社会保険徳山中央病院 周産期母子医療センター長(現・川崎医科大学産婦人科学2教授,川崎医科大学附属川崎病院産婦人科部長))

本講演では,日立アロカメディカル社との共同研究における,胎児の心機能評価に対する2D Speckle-Trackingを用いた技術の可能性を中心に報告し,現在,同社が開発中の新技術についても紹介する。

■2D Speckle-Tracking法とは

2D Speckle-Tracking法とは,超音波画像上の心臓の動画の中で,基準となる二次元のテンプレート画像と同じものをトラッキング(追跡)する技術である。テンプレートとフレームとでパターンマッチングを行い,最もパターンが似ている部分を検出していく。成人の心臓ではすでに臨床において,心室壁に複数のポイントを置いてトラッキングすることでストレイン値を算出し,心機能の定量的評価を行っている。
テンプレートには,大きな型をそのまま追跡する方法があるが,別のフレームと間違えて追跡してしまうことがあるため,サブテンプレート処理を用いる。これは,テンプレートを細かく分けてそれぞれを追跡することにより,微細な変化や奥行き方向の影響を軽減させる方法である。
一般的なトラッキングアルゴリズムは,成人ではテンプレートが逐次変わる相互相関処理を行うが,胎児の心臓は非常に動きが速く,フレームの形状が大きいため,テンプレートを固定する自己相関処理を用いる。自己相関処理はポイントがずれず,追跡の安定化が図れる(図1)。

図1 トラッキングアルゴリズムの比較

図1 トラッキングアルゴリズムの比較

 

■2D Speckle-Tracking法に秘められた可能性

胎児心臓は成人に比べ,はるかに小さくて動きが速く,発達途中であるのが特徴であり,これまで胎児心機能を直接評価する方法にはコンセンサスがなかった。また,検査による胎児の安全性への影響についても考慮しなければならない。
胎児心機能評価法にはいくつかの課題もある。まず,胎児は両心室から並列で駆出されるため,左心室だけの評価で妥当なのかはまだ不明である。また,M-mode法によるFractional Shortening(FS)の評価は,角度依存・恣意的評価の可能性がある。そして,心室の形状が円錐形ではないため,駆出率(Ejection Fraction:EF)の評価には不適切とされる。Tei Index(Myocardial Performance Index)は有用とされるが,角度依存や技術的な習熟に問題があり,現状では,間接的なpulsed Doppler法による血流評価で代替しているのが一般的である。
さらに,胎児の超音波検査の安全性という観点からも,これらの方法についての検討が必要である。超音波診断装置は,治療に使う集束超音波やPET,CT,MRIなどに比べ,エネルギーレベル(eV)が圧倒的に低いが,妊娠初期の胎芽や胎児にM-mode法やpulsed Doppler法を用いて心拍数評価を行うことは本当に妥当なのか? 日本超音波医学会では,2009年に「超音波診断装置の安全性に関する資料」を作成し,ホームページに公開している(www.jsum.or.jp/committee/uesc/pdf/safty_old.pdf )。As Low As Reasonably Achievable(ALARA)の原則に則り,可能な限り低い超音波エネルギーを用いて,必要な診断情報を得ることが求められる。
非走査モードであるM-mode法やpulsed Doppler法はエネルギーが集中するが,走査モードであるB-mode法は,超音波ビームが1点集中にならず,サーマルインデックス(Thermal Index:TI)は低くなる。2D Speckle-Tracking法は,B-mode画像のみを使用するため,サーマルインデックス,メカニカルインデックスが低く,角度依存がない。そして,機械による客観的評価が可能という特長がある。ALARAの原則に照らして妥当な方法と言える。

■心拍数の検出

われわれは2D Speckle-Tracking法を用いて,妊娠初期の胎児心拍数検出の検討を行った。
あるフレームにおいて,心臓周辺にテンプレートを設定し,2Dトラッキングによりリアルタイムに追跡を行う。心臓の動きをズレと認識させ,相関値(相関度)の波形に基づき心拍数をリアルタイムに算出し,グラフ表示を行う(図2)。妊娠10週程度の胎児でも心拍数が検出できた(図3)。
これまで多くの論文で,妊娠初期の胎児心拍数と流産率の相関が報告されているが,心拍数が78bpm未満では流産の可能性が92.6%,偽陽性率0%という報告もある。ALARAの原則に照らして,B-modeで観察できる2D Speckle-Tracking法で心拍数を計測し,流産のリスクを診断することが可能になれば,臨床的に有用な検査になると言える。

図2 2D Speckle-Tracking法による妊娠初期の胎児心拍数の検出

図2 2D Speckle-Tracking法による妊娠初期の胎児心拍数の検出

 

図3 妊娠十数週程度の胎児の心拍数を検出

図3 妊娠十数週程度の胎児の心拍数を検出

 

■胎児心機能の計測

胎児の心室腔は回転楕円体ではないため,EFは非常に誤差が大きく,FSの評価は妥当ではないと言われている。そこで,2D Speckle-Tracking技術を用いることで,心室中隔と心室壁の両方の動きを見ることが可能になる(図4)。現在,臨床応用可能な段階まできているが,さらなる検出率の向上をめざして,改善を重ねている。

図4 2D Speckle-Tracking法による胎児の心室収縮能の評価

図4 2D Speckle-Tracking法による胎児の心室収縮能の評価

 

2D Speckle-Tracking法により,胎児の心室収縮能の評価が可能になった。本法で計測されるFSは,M-mode法で得られる一次元方向のデータによるFSとは異なり,二次元情報の解析によるFSであり,新たな胎児心機能評価の可能性が示唆される。

■胎児心調律の評価

胎児心調律の評価は,M-mode法,pulsed Doppler法で行われており,Dual Doppler法も可能性としては良い方法である。M-mode法,pulsed Doppler法では,心電図のP波とQRS波に相当するものを評価する。すなわち,心房と心室の壁運動を評価することになる。われわれは,2D Speckle-Tracking法で心房と心室の動きを見ることを検討した。その結果,角度依存もなく,pulsed Doppler法を使用せずに胎児不整脈の診断が可能になることが示唆された(図5)。

図5 2D Speckle-Tracking法による胎児不整脈の評価

図5 2D Speckle-Tracking法による胎児不整脈の評価

 

■まとめと展望

2D Speckle-Tracking法は胎児心機能の評価において,多くの可能性を含む魅力的な技術と言える。また,B-mode画像のみで,簡単,簡便に測定・解析が可能である。今後,早い段階で臨床応用が可能になることを期待している。
日立アロカメディカル社では,女性医師や女性検査技師にも使いやすい,小型化,軽量化を実現したプローブの開発も進めている(図6)。

図6 小型化,軽量化を実現したプローブの開発

図6 小型化,軽量化を実現したプローブの開発

 

また,従来の4Dに比べ,より明瞭に胎児を描出できる4Dshadingの技術開発も進んでいる。従来法よりも写実性が上がり,形状観察がより詳細になることで,胎児の顔等を描出したり,胎盤を避けて撮像することで,妊婦に喜ばれるやさしく温かい画像表示が可能になる(図7)。

図7 従来の4D画像(左)と4Dshading画像(右)の比較

図7 従来の4D画像(左)と4Dshading画像(右)の比較

 

われわれはこれまで,日立アロカメディカル社と10年近く共同研究を行ってきた。臨床現場と機器メーカーとの密接な連携により,魅力的な機器を作り上げていくことが必要だと考えている。

 

中田 雅彦

中田 雅彦(Nakata Masahiko)
1990年山口大学医学部卒業。山口大学医学部附属病院,山口県立中央病院(現・山口県立総合医療センター)などを経て,2010年に徳山中央病院周産期母子医療センター長。2013年より川崎医科大学産婦人科教授。

 

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