JP2005233963A - 光コヒーレンス断層画像化による血流中の血管内部の２次元画像撮影方法およびカテーテル - Google Patents

Abstract

【課題】被検査血管を介して血液を供給された器官領域の十分な血液供給を保証しながら改善された画像撮影を可能にする。
【解決手段】光を放射して血管壁によって反射された光を受信する画像撮影ユニットが組込まれているカテーテルを用いた光コヒーレンス断層画像化による血流中の血管内部の２次元画像撮影方法において、カテーテルを介して画像撮影を行うために、撮影すべき血管範囲に、血漿および／または細胞形質よりも高い屈折率を持つ媒質を含む液体が注入され、液体は自己血液と媒質とからなる混合液体である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光を放射して血管壁によって反射された光を受信する画像撮影ユニットが組込まれているカテーテルを用いた光コヒーレンス断層画像化による血流中の血管（すなわち血液が流れている血管）内部の２次元画像撮影方法に関する。

光コヒーレンス断層画像化（ＯＣＴ＝Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）は、とりわけ生体内で２次元血管画像を得るために使用されるカテーテルに基づく断層画像化法である。カテーテルで案内される画像撮影ユニットとして、光ファイバを組み込まれた細いワイヤが使用され、その光ファイバを介して近赤外線範囲（ほぼ１３００ｎｍ）の光が送出され、血管壁からの反射が干渉測定により深さ分解されて記録される。入射光線の並進によって血管壁の異なる隣接個所からの情報が得られ、これらが合成されて大きな面積の２次元画像に形成される。

血管には血液が流れているので、生体内検査時に常に血液層を通して光が送出され、捕捉される。血液は主として赤血球と血漿とからなる懸濁液である。血漿と赤血球の細胞形質とは異なる光屈折率を有する。血液中の多数の細胞（５×１０⁶／μＬ血液）によって、多くの屈折により光の散乱およびエネルギー損失が生じるので、場合によっては訴える力のある画像が得られないことがある。

従来技術において公知の方法では検査すべき血管範囲から血液が除去される。このために透明な風船が血管内で膨らまされ、ファイバ式画像撮影ユニットが風船の内部に置かれている。風船は血管壁にぴったり接触するので、風船と血管壁との間には血液が存在しない。光は風船の透明な媒体によって妨げられずに血管壁に入射し、再び反射光が出射する。しかしながら、検査時間中の血液供給（動脈の場合）もしくは血液排出（静脈の場合）の遮断が欠点である。動脈が検査される通常のケースでは、後続の器官への血液供給が断たれるので、血液供給遮断は特に問題を含んでいる。また、動脈内での風船の膨らましは完全に非外傷性にて行なうことができるというわけではない。特に、アテローム硬化性に変化した血管（このような血管が優先的に検査される。）では、血管内皮が破裂の危険にさらされる。

他の方法によれば、検査中に、血液中の赤血球数が激しく減少し、散乱または屈折の中核個数が減るように現存血液を洗い流すかあるいは薄めるために、血管内に食塩水またはＸ線造影剤が注入される。食塩水またはＸ線造影剤の注入速度は、少なくとも被検査動脈もしくは静脈の血流にほぼ相当しなければならない。従って、この方法の場合にも、処置された器官領域への赤血球の搬送は実質的に遮断される。他の欠点は食塩水の屈折率が血漿の屈折率にほぼ等しいことにある。相応のことがＸ線造影剤に当てはまる。従って、依然として、重大な意味を有する屈折率差が存在し、これは不利な散乱作用を生じる。

本発明の課題は、被検査血管を介して血液を供給された器官領域への十分な血液供給を保証しながら画像撮影の改善を可能にする方法を提供することにある。

この課題は、本発明によれば、冒頭に述べた方法において、カテーテルを介して画像撮影を行うために、撮影すべき血管範囲に、血漿および／または細胞形質よりも高い屈折率を持つ媒質を含む液体が注入され、液体は自己血液と媒質とからなる混合液体であることによって解決される。

本発明は、血漿および／または細胞形質の屈折率よりも明らかに高い屈折率を有する媒質の的確な付加によって、最初に説明した散乱作用を招く細胞形質と血漿との間の与えられた屈折率差が減らされて理想的にまで十分に補償可能であるという認識に基づいている。例えば、細胞内の屈折率すなわち細胞形質の屈折率は可視光の範囲において約１．４６５であるのに対して、細胞外の屈折率すなわち血漿の屈折率は可視光の範囲において約１．３３である。例えば本発明により使用される重合糖であるデキストランの如き媒質の屈折率は約１．５２であるので、明らかに屈折率差は相応の媒質付加によって減らされて理想的にまで補償することができる。しかし、他の適切な媒質も使用可能である。

撮影された画像の品質改善のほかに被検査血管範囲の後に続く領域への血液供給の改善も保証するために、特に有利な本発明によれば、液体が自己血液と媒質との混合液体である。これは、屈折率をバランスさせる媒質の注入にもかかわらず常に十分な量の赤血球が血管を通して検査中も運ばれるという利点を有する。赤血球は酸素搬送体として役立つので、後続の血管部分への血液供給が依然として可能であり、従って酸素搬送が重大な害を受けることはない。更に、これによって、自己血液と、屈折率の同化によって光コヒーレンス断層画像化の枠内ではほぼ「透明である」媒質との混合液体を、患者への害を心配する必要なしに、より長い時間にわたって比較的大量に注入することができる。

自己血液が注入前に既に挿入されたカテーテルを介して採取され、注入すべき液体の作成のために媒質と混合されると好ましい。従って、自己血液は注入直前に既にセットされたカテーテルを介して採取され、これは有利なことに採血のための第２の侵襲を必要としない。このために、カテーテルは相応の採血能力を有し、例えば第２の内腔が設けられ、この第２の内腔に結合されている外部の注射器を介して第２の内腔中に血液を吸入して抜き取ることができる。

自己血液と媒質との選定された混合比を考慮して屈折率に関して相応に調整された液体は、撮影すべき血管範囲における血管を完全に満たすように供給される。これは、一方では体外で液体を要求どおりに最適に混合することができ、他方ではこれによって液体が注入されたときに液体の特性が通流する自己血液によって変化させられないことが保証されるという利点を有する。

代替案では、液体として専ら、比較的高い屈折率を有する媒質が使用される。この液体が、撮影すべき血管範囲において流れる自己血液と混合されるように供給されると好ましい。ＯＣＴにとってほぼ「透明な」混合液体はこの場合には体内において被検査血管範囲の直前で行なわれる媒質と自己血液との局所的混合によって作成される。与えられた屈折率を考慮した最適な混合を大幅な屈折率同化を考慮して可能にするために、自己血液に混合すべき媒質の供給は相応に制御されて行なわれなければならない。このために、単位時間当たりに供給された液体量は、撮影すべき血管範囲における血管を通して単位時間当たりに通流する血液量に依存して決定されると好ましい。通流する血液量は比較的正確に求めることができるので、単位時間当たりに注入された液体量は相応に正確に調整して投与することができる。

既に述べたように、使用された媒質は重合体の糖液であり、とりわけこのためにデキストランが使用される。デキストランは、特に、これが成分混同されない長い鎖状の分子（長鎖分子）であるとき、従って、例えば糖尿病患者および類似の糖不適合性の人にも投与できるという趣旨で有利である。

特に液体が専ら媒質からなる代替案の枠内において、液体と自己血液との良好な均一混合を保証するために、液体は血管長手軸に対して角度を持って血管壁に向けて放出されると望ましい。この場合、液体は血管壁に対してほぼ垂直に放出されるとよい。従って、液体は、カテーテル周囲に分散して配置された複数の開口を介して、ほぼ半径方向に外側に向けて流出すると望ましく、そして開口はカテーテル長手方向にも分散して配置されていると望ましい。自己血液は血管長手方向に、従って、液体流出方向に対してほぼ垂直に流れるので、これにより非常に良好な、迅速かつ均一な混合作用が生じる。カテーテルの相応の構成によって、液体が血流とは反対方向に放出され、従って本来の血液供給方向に対してほぼ反対方向に放出されると特に有利である。

本発明による方法のほかに、本発明は更に既述の方法において使用するためのカテーテルに関する。このカテーテルは第１の内腔と第２の内腔とを有し、第１の内腔には光ファイバの形で画像撮影ユニットが通され、第２の内腔は、第２の内腔を介して供給された液体のためにカテーテル周囲に分散して配置された多数の流出口を有する。

一方では、液体を、たとえ自己血液と媒質との混合液体であろうが媒質自体であろうが、できるだけ迅速にかつ十分な量で供給するために、そして他方では、供給された液体が通流する自己血液と混ざるべき場合に大面積の混合範囲を発生させるために、面積的に見て大きな流出範囲をもたらすべく、流出口はカテーテル長手方向にも分散して配置されていると好ましい。

流出口は、液体がカテーテル長手軸に対してほぼ垂直な流出方向で放出可能であるように配置または形成されているとよい。これの代替として、流出口は、供給された液体が方向転換されて供給方向とはほぼ反対の流出方向で放出可能であるように配置または形成されているとよい。第２の内腔自体は第１の内腔を完全にかつほぼ対称的に取囲んでいると好ましい。

以下における図面に基づく実施例の説明から、本発明の他の利点、特徴および詳細を明らかにする。
図１は本発明による方法を実施するための本発明によるカテーテルの第１の実施形態の原理図、
図２は本発明によるカテーテルの第２の実施形態の原理図、
図３は図２のカテーテルの拡大部分図を示す。

図１は本発明によるカテーテル１を示す。このカテーテル１は第１の内腔２からなり、第１の内腔２内には、画像撮影ユニット３が、光コヒーレンス断層画像化法で血管の画像を撮影するための詳しくは図示されていない光ファイバを組み込まれたワイヤの形で移動可能に通されている。画像撮影ユニット３すなわちワイヤは、図１から分かるように、内腔２の前方の開放先端において再び外に出る。この範囲には窓があり、この窓を介して、詳しくは示されていない光ファイバを通して導かれた光が、ここでは図の見易さのために広げられて示された血管４の組織へ放射され、血管壁によって反射された光が、再び光ファイバ内に入射し、外へ向けて案内され、そこで、光コヒーレンス断層画像化による画像を作成するために、例示的にのみ示された制御・処理装置５に与えられる。光放射および反射光入射は二重矢印Ｐによって例示されている。

本発明によるカテーテルは更に第２の内腔６を有し、第２の内腔６は図３に基づいて後で更に詳しく説明するように第１の内腔２を完全にかつ対称的に取囲んでいる。第２の内腔６は、検査すべき血管のうち、本来の画像撮影範囲の直前にある範囲に流出すべき注入液体の供給に使われる。このために、カテーテル管７に、周囲方向およびカテーテル長手方向に分散して配置された多数の開口８が設けられ、供給された液体がこれらの開口８から流出する。第２の内腔６は前方の内腔端部の範囲では閉じられているので、液体は前方へ向けての流出が不可能であり、むしろ液体は断面円形状の内腔に対してほぼ半径方向に流出する。

液体は、図示の例では、第２の内腔６に接続可能である注射器９を介して供給される。この場合に異なる形式も考えられる。

例えば、まずカテーテルの挿入後第２の内腔６を介して自己血液が注射器９により流出口８を介して採取される。すなわち、この場合流出口８はカテーテルへの血液流入口として用いられる。例えば２５ｍｌの十分な自己血液量の採取後、自己血液は例えば既に採血中に注射器９内にある屈折率増大もしくは屈折率差解消のための媒質、例えばデキストランとともに振動により混合される。媒質の量は例えば同様に２５ｍｌである。つまり、注入直前に、血液−媒質混合液体が作成される。しかる後に、この混合液体が再び第２の内腔６の中へ注入され、その結果混合液体が流出口８から流出することができる。その際に、放出された液体量は、混合液体が検査範囲における血管を完全に満たすように、つまり、その前にある血管範囲から検査範囲への自己血液の流入が相応の液体付加によって画像撮影中に遮断されるように定められる。これは、供給された注入液体が自己血液を含みかつその中に酸素搬送の責任を担う赤血球も含み、後続の血管部位への血液供給が保証されているかぎり不都合ではない。

自己血液の採取および混合液体の作成に対する代替として、付加される液体が専ら媒質、例えばデキストランからなっていてもよい。デキストラン注入にもかかわらず、画像撮影中に後続の血管範囲または器官への血液供給が確保されることを保証するために、この場合には媒質が血管中において通流する自己血液と混合されるように媒質付加量が調整される。均一な混合は媒質のほぼ半径方向の流出方向に基づいて達成される。カテーテル長手軸、従って血管長手軸に対して平行に通流する自己血液は、カテーテルから流出する液体にほぼ垂直に当たるので、均一かつ迅速な混合が生じる。付加される液体量は、画像撮影範囲に到達する混合液体の屈折率ができるかぎり最適にマッチングするように、単位時間当たりに通流する自己血液量に関して自己血液と付加される媒質との正しい混合比が設定されるように定められる。この場合にも、体外混合の場合におけるように、血液の希釈およびそれにともなう血液細胞数の低減が、血漿および細胞形質の屈折率の同化と同時に行なわれる。

図２は第２の実施形態の本発明によるカテーテル１０を示し、これは基本構成において図１によるカテーテル１にほぼ一致する。カテーテル１０も第１の内腔１１を有し、第１の内腔１１はこの中に移動可能に収容されているＯＣＴワイヤの形の画像撮影ユニット１２を備えている。更に、第２の内腔１３が設けられ、この第２の内腔１３は液体供給（および場合によっては事前の自己血液採取）に使われる。

しかしながら、第２の内腔１３は、液体出口の範囲つまり流出口１４がある範囲では、図１によるカテーテル１における第２の内腔とは若干異なって構成されている。図３における拡大された部分図から分かるように、各流出口１４には内腔内において方向転換装置１５が直列接続もしくは付設されている。この方向転換装置１５は、供給された液体を矢印Ａによって示されているように方向転換させ、供給方向とはほぼ反対方向に流出させる。矢印Ｂによって示されているように、血液はほぼ逆方向に通流するので強い渦巻き作用が生じ、乱流が発生するので、液体すなわち例えば純粋なデキストランは通流する自己血液と迅速にかつ均一に混合する。しかしながら、流出方向の方向転換の実施は、純粋なデキストランの形での液体付加の場合にだけ望ましいわけではない。血液−デキストラン混合液体が供給される場合、液体量は、混合液体が血管を完全に満たすように調整される、すなわち図３において矢印Ｂによって示されているような自己血液の通流が十分な液体量の注入によって十分完全に遮断されるように調整される。反対方向の流出によって、自己血液の通流をほぼ停止させる障壁が形成される。

本発明による方法を実施するための本発明によるカテーテルの第１実施形態の原理図 本発明による方法を実施するための本発明によるカテーテルの第２実施形態の原理図 図２のカテーテルの拡大部分図

符号の説明

１ カテーテル
２ 第１の内腔
３ 画像撮影ユニット
４ 血管
５ 制御・処理ユニット
６ 第２の内腔
７ カテーテル管
８ 開口
９ 注射器
１０ カテーテル
１１ 第１の内腔
１２ 画像撮影ユニット
１３ 第２の内腔
１４ 流出口
１５ 方向転換装置

Claims (15)

1. 光を放射して血管壁によって反射された光を受信する画像撮影ユニットが組込まれているカテーテルを用いた光コヒーレンス断層画像化による血流中の血管内部の２次元画像撮影方法において、
   カテーテルを介して画像撮影を行うために、撮影すべき血管範囲に、血漿および／または細胞形質よりも高い屈折率を持つ媒質を含む液体が注入され、液体は自己血液と媒質とからなる混合液体であることを特徴とする光コヒーレンス断層画像化による血流中の血管内部の２次元画像撮影方法。
2. 自己血液が注入前に既に挿入されたカテーテルを介して採取され、注入すべき液体の作成のために媒質と混合されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 液体は、撮影すべき血管範囲における血管を完全に満たすように供給されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 媒質は重合体の糖液であることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
5. 重合糖としてデキストランが使用されることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 液体は血管長手軸に対して角度を持って血管壁に向けて放出されることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
7. 液体は血管壁に対してほぼ垂直に放出されることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 液体は血流の反対方向に放出されることを特徴とする請求項６記載の方法。
9. 液体はカテーテル周囲に分散して配置された複数の開口を介して放出されることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法。
10. 液体はカテーテル長手方向に分散して配置された開口を介して放出されることを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 請求項１乃至１０の１つに記載の方法において使用するためのカテーテル（１，１０）において、カテーテルは第１の内腔（２，１１）と第２の内腔（６，１３）とを有し、第１の内腔（２，１１）には光ファイバを含む画像撮影ユニット（３，１２）が通され、第２の内腔（６，１３）は、第２の内腔（６，１３）を介して供給された液体のためにカテーテル周囲に分散して配置された複数の流出口（８，１４）を有することを特徴とするカテーテル。
12. 流出口（８，１４）はカテーテル長手方向にも分散して配置されていることを特徴とする請求項１１記載のカテーテル。
13. 流出口（８）は、液体をカテーテル長手軸に対してほぼ垂直な流出方向で放出可能であるように配置または形成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のカテーテル。
14. 流出口（１４）は、供給された液体を方向転換させて供給方向とはほぼ反対の流出方向に放出可能であるように配置または形成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のカテーテル。
15. 第２の内腔（６，１３）は第１の内腔（２，１１）を完全にかつほぼ対称的に取囲んでいることを特徴とする請求項１１乃至１４の１つに記載の方法。

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