室月 淳¹, 木村 芳孝², 岡村 州博³

Jun MUROTSUKI¹, Yoshitaka KIMURA², Kazuhiro OKAMURA³

¹岩手医科大学産婦人科, ²東北大学医学部先進医工学研究機構高度情報通信分野, ³東北大学大学院医学系研究科周産期医学分野

¹Department of Obstetrics and Gynecology, Iwate Medical University School of Medicine, ²Tohoku University Biomedical Engineering Research Organization, Division of Telecommunication and Information Technology, ³Division of Maternal Fetal Medicine, Department of Obstetrics and Gynecology, Tohoku University Graduate School of Medicine

キーワード : cardiac Doppler signals, cardiac function, fetus, time-frequency analysis, wavelet transform

超音波ドプラ法が臨床応用された当初に広く用いられた「原心臓ドプラ」, すなわち前胸部から得られる心由来のドプラ原信号は, 心全体を包括する範囲に広がっており, 弁膜, 心筋, 心腔内血流などの動きを含む多様な構成成分からなるきわめて複雑で錯綜した信号である. その中には心の構造や機能に関するさまざまな情報が含まれていると考えられるため, 信号処理によるシステム推定が可能となるかも知れない. ウェーブレット解析を用いて胎児心由来のドプラ信号を解析し, その時間周波数分布のパターンにより, 心機能を評価する試みを紹介する. 分娩監視装置から得られた胎児心ドプラ信号を連続ウェーブレット変換し, その時間周波数分布を調べたところ, スケーログラム上で心周期にあわせて位相が変化し, 低周波領域で位相推移に分岐が認められる独特のパターンを呈した. 妊娠週数とともに低周波領域における位相推移の分岐が明確化していったが, 胎児心機能不全例のスケーログラムでは心拍間のスペクトル構造の独立性が薄れ, 一見未熟な胎齢における胎児心活動と似たパターンをとった. 工学領域では機械の故障診断に振動や音響信号のスペクトル処理を用いることがあるが, 生体における心活動異常の診断に信号解析を応用することにより, まったく新しい心機能評価法として期待できると考えられる.

“Raw Doppler signals”, cardiac Doppler signals obtained from the precordia, can cover the entire heart. These signals are extremely complicated and comprise many components: motion associated with the cardiac valves, cardiac muscles, and blood flow in the cardiac chambers, among others. It thus seems possible that a system capable of processing these signals could providee useful information on cardiac structure and function. We analyzed cardiac Doppler signals using the wavelet transform in order to evaluate fetal cardiac function and used continuous wavelet analysis to examine the time-frequency distribution of cardiac Doppler signals obtained from a fetal heart rate monitoring system. The time-frequency distribution showed that phase changed with cardiac cycle and developed a generic pattern showing bifurcation in phase transition in low-frequency areas in the scalogram. Clarity of bifurcation of phase transition in low-frequency areas improved with increase in gestational age. In cases of fetal cardiac dysfunction, beat-to-beat spectral independency in the time-frequency distribution of cardiac Doppler signals decreased remarkably. The pattern resembled a spectral pattern recognized in less mature fetuses. Engineers can use vibration and spectral handling of sound signals to monitor the condition of the fetal heart. This method promises to provide a new way to evaluate cardiac function by applying signal analysis to the diagnosis of fetal conditions.