生体組織を伝播する非線形波動の可視化［Ⅰ］: 位相勾配ベクトル場表示によるアプローチ

摘要

In human heart, it is responsible for pumping blood through the blood vessels by repeated, rhythmic contractions. The ability to noninvasively detect regional dynamic myocardial damage related to action potentials and mechanical properties affected by heart disease is of great clinical importance. The most well known are the significant recent development of the ultrasonic measurement of myocardial motion in vivo already found by Kanai et'al [1], for the first time, by which some pulsive waves are spontaneously excited by aortic-valve closure(AVC) at end-systole(T_0) [1]. They measured these vibrations almost simultaneously at about 10,000 points set in the heart wall at a high temporal resolution by using a sparse sector scan. On the other hand, the phase-dynamics approach to the investigation of oscillatory media has played a major role, but it has mainly been applied to only spatially local systems and globally coupled systems. The quantitative analysis of these complex spatiotemporal patterns of activation require the development of new tools that allow for identifying and tracking the most important topological feature of the patterns such as cardiac fibrillation. In this presentation, we have proposed , for the first time, " the vector field phase gradient mapping method with phase singularity(VFPGM) " and would like to demonstrate quantitative analysis of complex self-excitatory wave patterns such as cardiac myocardial motion by using vector analytical approach for this VFPGM.%心臓は心筋の収縮・拡張によって血液を送り込むポンプ機能を有しており，心臓生理は自律神経によるイオン輸送体の制御が心臓機能のホメオスタシスを保って安定に血液を循環させている。金井らは位相差トラッキング法を用いて長軸像上で心基部から心尖部にかけて心臓生理機能と関連した心臓の興奮伝播パターンの秩序化過程や拍動に伴う心臓の心室中隔壁の自発的な興奮伝播波の非侵襲的観測にはじめて成功している。ここでは、前半では拍動に伴い大きく動いている心室中隔壁上の振幅数十ミクロン以下の微小運動速度波形の高精度高分解能の金井研で得られた計測データを用いて非線形波動の伝播過程の詳細な解析をおこない、波数ベクトル場に有する心臓壁運動の揺らぎの時空間相互作用を含めた空間・時間発展を定量化する手段として「位相勾配ベクトル場表示による画像解析の方法」が大変有効であることを紹介する。講演の後半では、心臓壁運動の心筋のローカルとノンローカルな動きを精度よく解析可能なことを明らかにし、正常者の心室中隔壁を伝播する速度波形の時空間特性を位相勾配からなる2次元ベクトル場で表示し、一次元Complex Ginzburg Landau-Equation（CGLE）の厳密解として知られているBekki-Nozaki（BN）ホール解が実験と高い精度で一致していることを明らかする。