山口 匡

At present, percutaneous liver biopsy is the gold standard in assessing liver fibrosis such as hepatitis and cirrhosis, but there could be sampling error, and specimens might not represent the state of the whole liver accurately because only about 0.002% of the organ is sampled. In this research, we propose the three-dimensional fiber structure extraction echo filter to realize a quantitative ultrasonic diagnosis. The filter is designed based on a statistical theory, and it is possible to reduce the noise contained in a back scattered ultrasonic echo signal, and to visualize the structure of a fiber.

At present, percutaneous liver biopsy is the gold standard in assessing liver fibrosis such as hepatitis and cirrhosis, but there could be sampling error, and specimens might not represent the state of the whole liver accurately because only about 0.002% of the organ is sampled. In this research, we propose the three-dimensional fiber structure extraction echo filter to realize a quantitative ultrasonic diagnosis. The filter is designed based on a statistical theory, and it is possible to reduce the noise contained in a back scattered ultrasonic echo signal, and to visualize the structure of a fiber.

近年,RFAやHIFUなどの経皮治療法が普及しているが,治療時の的確なガイディングや定量的な効果判定を実現するためには,超音波画像やCTなどの複数のモダリティの3次元データをフュージョンする作業が必要となる.そこで,USデータとCTデータのフュージョンを実現するための基礎検討として,2つの3D-CTデータを非線形レジストレーションおよび組織の弾性を考慮した変形によりフュージョンする方法を試みる.提案手法では,まず肝臓の表面形状を指標として非線形レジストレーションを行う.次に,有限要素法により表面形状の変化に伴う弾性的な内部変形を行う.本手法をRFA治療の手術前後の3D-CTの肝臓データに適用し,その有効性を確認した.

超音波凝固切開装置は腹腔鏡手術下などで広く利用されているが,設計上の振動方向とは異なる位置の組織に損傷を与えることがあるのではないかと懸念されている.そこで,実際の装置においてブレードの振動分布を,レーザドプラ振動計を用いて計測するとともに,水中観測においてキャビテーションの発生状況を確認し,生体中での音波伝搬の様子を検証した.

An acoustic method in air has the potential to allow for the fast and accurate characterization of objects in air. Nevertheless, it is difficult to identify acoustic signals clearly because of environmental noises and the scattering of signals on the object surface. Therefore, it is required to establish a sensing system, which enables measurements in air. In this paper, we present the object detection using an M-sequence signal in an indoor environment. Using the M-sequence signal enabled the improvement in signal-to-noise (SN) ratio and the stable measurement of reflected waves that cannot be detected using a conventional impulse. The noise and reverberation components are included in the received signals and reflected waves from the target. We confirmed that in the case of a high-order-M-sequence signal, target detectability is limited by reverberation. In addition, we eliminated the reverberation component from the received signals using the signals without the target in the reverberation limited case and determined the reflection characteristics of the target. [DOI: 10.1143/JJAP.47.4325]

空中における音響センシングは周辺物体の位置,形状,材質,運動などのさまざまな情報を取得できる方法であると考えられている。しかし,現在その利用法は対象物体までの距離計測程度に限られており,高度な計測システムの開発が望まれている。我々はSN比の高い計測を行うためにM系列信号を用いた手法を検討し,物体の画像化などを行ってきた。本稿では,室内環境における空中ソーナーにおいて,どの程度の物体までを識別できるかについて実験と理論を比較し検討した。室内環境ではランダムな環境ノイズが物体の検出能力を制限しているが,高次のM系列信号を用いることにより,環境ノイズを抑制することができ,微弱な反射波を検出できるようになる。しかし,ランダムな環境ノイズが小さくなると,しだいに物体の検出能力は残響によって制限される。円柱ターゲットは,ターゲット半径に反射波音圧が比例することを理論的,実験的に確かめた。

An acoustic method that can be used in air has the potential to allow for a fast and accurate characterization of objects in air. Nevertheless, it is difficult to identify acoustic signals from small objects clearly because of environmental noise and the scattering of sound on the object surface. Therefore, a sensing system that enables the measurement of small objects in air must be developed. In this study, we performed the localization of small objects of size comparable to the sound wavelength using an M-sequence signal and the phase information of received signals in a noisy indoor environment. Using the M-sequence signal, we are able to improve the SN ratio and to measure in a stable manner the reflected waves that cannot be detected using a conventional impulse. The arrival direction information was used to extract signals reflected by targets from unwanted signals of the floor or ceiling. Using an M-sequence signal and the arrival direction information, the position detection of small objects in the indoor environment was enabled. ©2008 The Acoustical Society of Japan.

An acoustic method that can be used in air has the potential to allow for a fast and accurate characterization of objects in air. Nevertheless, it is difficult to identify acoustic signals from small objects clearly because of environmental noise and the scattering of sound on the object surface. Therefore, a sensing system that enables the measurement of small objects in air must be developed. In this study, we performed the localization of small objects of size comparable to the sound wavelength using an M-sequence signal and the phase information of received signals in a noisy indoor environment. Using the M-sequence signal, we are able to improve the SN ratio and to measure in a stable manner the reflected waves that cannot be detected using a conventional impulse. The arrival direction information was used to extract signals reflected by targets from unwanted signals of the floor or ceiling. Using an M-sequence signal and the arrival direction information, the position detection of small objects in the indoor environment was enabled.

Simultaneously, we measured dynamic movements of a stomach by ultrasonography (ECHO) and electrical signals by electrogastrography (EGG). A man (29 aged) was participated in this study for the purpose of studying the relations between dynamic movements and electrical phenomena of the stomach. He was measured before breakfast in the morning during 10 minutes at rest, and 5 minutes in drinking and eating and 10 minutes at rest in supine position. Nine electrodes were attached to the abdomen and electrical signals were recorded (BIOTOP-6R12, NEC san-ei Ins., Japan, band pass filter from 0.016 to 30Hz, sampling clock: 250Hz, reference electrode: right leg). And, a probe of ECHO (TOSHIBA Co., Aplio, Japan, TOSHIBA PVM-375AT probe) was put on the upper right abdomen between the electrodes. Movements of the stomach for ECHO were obtained measuring the pylorus diameter for every one second by observation. Results of the fast Fourier transform (FFT) showed a peak about 3 cycles per one minute for both ECHO and EGG. We think that dynamic movements and electric signals were correlated, so only EGG measures the stomach movement. In the future, we clarify the relation to the movement of the stomach by only EGG to various tasks as evaluation index. <b>[J Physiol Sci. 2008;58 Suppl:S155]</b>

慢性膵炎の定量的な初期診断を超音波検査で実現することが望まれている.本報告では,エコー信号から膵臓中の非正常組織の情報を抽出するための3次元の空間フィルタを提案し,剖検試料を用いてその効果について検討した.提案したフィルタは,ノイズ成分であるスペックルの情報を効果的に排除することが可能であったが,微小な線維組織を高精度で抽出するためには改良が必要であることが確認された.

超音波検査において,プローブの位置を自動的に把握することは,広範囲にわたる検査部位におけるデータ収集の漏れを防ぎ,検査の再現性を高めるために非常に有効となる.そこで本研究では,簡易かつ高精度にプローブ位置を認識できるシステムの実現を目指し,プローブに複数の光学センサを組み込み,検査部位上に固定したカラーパターンを読み込むことで位置および移動方向を認識することを試みた.

空中における音響センシングは周辺物体の位置,形状,材質,運動などのさまざまな情報を取得できる方法であると考えられている.しかし,現在その利用法は対象物体までの距離計測程度に限られており,高度な計測システムの開発が望まれている.我々はSN比の高い計測を行うためにM系列信号を用いた手法を検討し,物体の画像化などを行ってきた.本稿では,M系列信号を用いた計測における微小物体の物体検出能について検討した.その結果,環境ノイズが十分に抑制された場合は物体検出能が残響成分によって制限されることを確認した.また,物体の有無による計測信号の差を求めることで,残響レベル以下の反射信号を抽出することが可能であった.

硬変肝からのエコー情報には一般に病変組織からの信号と正常な組織からの信号が混在している.本論文では,計測されたエコー情報から病変組織からの信号を取り出すために独立成分分析を用いる.具体的には,病気の進行度の異なる肝硬変のシミュレーションデータを用いて独立成分分析を行う.その結果,どの段階においても'正のみのデータ'と'負を含むデータ'に分離された.さらに,'負を含むデータ'と肝臓の組織の情報である散乱点との比較評価を行った結果,'負を含むデータ'に病変組織からの信号が表れていることが分かった.

びまん性肝疾患の終末像である肝ガンによる死亡者数は年々増加傾向にあり,びまん性肝疾患の早期発見を可能とする定量評価法の開発が臨床から強く望まれている.我々はこれまでに,超音波を用いたびまん性肝疾患の定量評価法の開発を試みており,その一つとして超音波エコー信号の統計的性質を利用して線維組織構造を抽出するFSET(Fiber Structure Extraction Technique)処理を提案している.本報告では,超音波ビームが3次元的に広がっていることを考慮し,FSET処理における処理窓を従来の2次元のものから3次元に拡張することで処理精度の向上を試みた.計算機シミュレーションによって作成したエコーデータを用いてその効果の検証を行った結果,処理窓を3次元に拡張したことで,2次元のROIでは抽出できていなかった部分を3次元のROIによって抽出していることを確認した.さらに,ROIのフレーム方向のサイズを変化させた場合の構造物の変化を調べたところ,構造物によって連続性が最大となるROIサイズが異なることが分かった.

Background/Aims: Ultrasound is noninvasive and useful to evaluate liver disease despite its operator dependency. This pilot study was conducted to quantitatively assess liver fibrosis using ultrasound. Methods: Fibrosis extraction ratios (FER) (fiber volume/total volume) of ultrasound and histological images of 8 autopsy specimens were compared. We also compared FER of ultrasound images from clinical patients (n=79) with histological fibrosis stages. Results: In the autopsy study, FER correlation coefficient between histological images and ultrasound images was 0.992. Regarding clinical patients, there was sufficient evidence to indicate differences in the distributions of FER for each fibrosis stage (Kruskal-Wallis test P<0.0001). With FER cut-off to distinguish ≥F2 from F0 and F1 defined as mean plus standard deviation of F0 and F1, sensitivity, specificity, positive predictive value, negative predictive value, and likelihood ratio were 62, 75, 78, 57%, and 2.47, respectively. Regarding HCV cohort (n=44), they were 55, 87, 89, 50%, and 4.14, respectively. Areas under receiver operating characteristic curves were 0.78, 0.79, 0.83 and 0.83 for ≥F1, ≥F2, ≥F3 and =F4, respectively. Regarding HCV cohort, they were 0.74, 0.71, 0.79 for ≥F2, ≥3 and =4, respectively. Conclusions: The FER method has great potential for diagnosing liver fibrosis using ultrasound. © 2005 European Association for the Study of the Liver. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.