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イメージフリー超音波による動脈径と壁厚の圧迫-減圧の自動測定
Automated measurement of compression-decompression in arterial diameter and wall thickness by image-free ultrasound.
PMID: 32474251 DOI: 10.1016/j.cmpb.2020.105557.
抄録
背景と目的:
画像モダリティを使用した動脈径と壁厚の手動測定には専門知識が必要であり、最先端の自動化または半自動化された測定機能は、エントリーレベルのシステムではほとんど利用できません。先進的な超音波モダリティは高価で、スケーラブルではなく、現場やリソースに制約のある環境ではあまり好ましくありません。この研究では、手頃な価格のイメージフリー超音波技術を使用して、動脈径（D）、サロゲート内膜厚（sIMT）、およびそれらの心周期内変化を測定する新しい方法を紹介します。
BACKGROUND AND OBJECTIVE: The manual measurement of arterial diameter and wall thickness using imaging modalities demand expertise, and the state-of-art automated or semi-automated measurement features are seldom available in the entry-level systems. The advanced ultrasound modalities are expensive, non-scalable, and less favorable for field and resource-constrained settings. In this work, we present a novel method to measure arterial diameter (D), surrogate intima-media thickness (sIMT), and with them their intra-cardiac cycle changes by employing an affordable image-free ultrasound technology.
方法:
この手法の機能性は、シミュレーションテストベッド、ファントム、40人の被験者を用いて体系的に検証されました。その結果、精度、一致度、ビート間変動、操作者間変動を定量化することができた。この方法のin-vivo測定性能は、2つのリファレンスBモードツール（Carotid StudioとCAROLAB）と比較されました。
METHODS: The functionality of the method was systematically validated on a simulation testbed, phantoms and, 40 human subjects. The accuracy, agreement, inter-beat, and inter-operator variabilities were quantified. The in-vivo measurement performance of the method was compared against two reference B-mode tools - Carotid Studio and CAROLAB.
結果:
シミュレーションの結果、SNR > 10 dBのAモードフレームでは、提案された方法は、RMSE < 20 μmで所望の動脈壁インターフェースを識別することが明らかになった。静的ファントムからの直径と壁厚測定のRMSEは111μmと14μmであり、動的ファントムではそれぞれ117μmと18μmであった。提案手法のインビボ測定と2つの参照ツールの間には強い一致が見られた。2つの基準に対する平均絶対誤差とビート間変動は、Dでは0.18mmより小さく、sIMT測定では36μmより小さかった。同様に、それぞれのオブザーバー間変動は0.16 ± 0.23 mmと43 ± 25 μmでした。
RESULTS: Simulations revealed that for the A-mode frames with SNR > 10 dB, the proposed method identifies the desired arterial wall interfaces with an RMSE < 20 μm. The RMSE for the diameter and wall thickness measurements from the static phantom were 111 μm and 14 μm, and for the dynamic phantom were 117 μm and 18 μm, respectively. Strong agreement was seen between the in-vivo measurements of the proposed method and the two reference tools. The mean absolute errors against the two references and the inter-beat variability were smaller than 0.18 mm for D and smaller than 36 μm for sIMT measurements. Likewise, the respective inter-observer variabilities were 0.16 ± 0.23 mm and 43 ± 25 μm.
結論:
検証中には、文献で最近報告されているBモード技術と同等の精度と再現性が確認されました。この技術はリアルタイムで自動化されており、比較的安価であることから、現場や低リソースの環境での利用が期待される。
CONCLUSION: Acceptable accuracy and repeatability were observed during the validation, that were on a par with the recently reported B-mode techniques in the literature. The technology being real-time, automated, and relatively inexpensive, is promising for field and low-resource settings.
Copyright © 2020. Published by Elsevier B.V.