JP2021512688A

JP2021512688A - 血管拡張剤を必要としない冠血流予備量比を測定する方法

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Publication number: JP2021512688A
Application number: JP2020542074A
Authority: JP
Inventors: フー、インフェイ; リュウ、クワンジー; ワン、ジーユアン; チャン、ハイリン; フー、ヨン; ゴォン、イェンチュイン; リ、ジエンピン; イ、ティエツー; ヤン、ファン
Original assignee: スーチョウレインメドメディカルテクノロジーカンパニーリミテッド
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2021-05-20
Anticipated expiration: 2038-06-13
Also published as: EP3763285A4; JP6976011B2; EP3763285A1; WO2019169779A1; CN110226923B; CN110226923A

Abstract

血圧センサにより心臓冠動脈口の圧力Ｐ１を測定し、造影画像により血管の二次元管径及び長さを得て、三次元血管格子モデルを生成して血管の三次元管径及び長さを得て、一区間の血管の始点から終点までの血液の所要時間を測定し、当該時間と血管三次元長さに基づき血流速度Ｖ１を計算し、最大充血状態における大動脈圧Ｐ２を計算し、最大充血状態における血流速度Ｖ２を計算し、血流速度Ｖ２を冠動脈入口流速とし、大動脈圧Ｐ２を冠動脈入口圧力Ｐａとし、冠動脈入口から冠動脈狭窄遠位の圧力損失△Ｐを計算し、狭窄遠位冠状動脈内平均圧をＰｄ＝Ｐａ−△Ｐとし、式ＣＡＦＦＲ＝Ｐｄ／Ｐａにより冠動脈造影血流予備量比ＣＡＦＦＲを計算して得るステップを含む、血管拡張剤を必要とせず、造影画像、大動脈圧及び血流により冠血流予備量比を計算できるという優れた点を有する、血管拡張剤を必要としない冠血流予備量比を測定する方法。

Description

本発明は冠状動脈画像学分野に関し、特に、血管拡張剤を必要としない冠血流予備量比を測定する方法に関する。

冠血流予備量比（ＦＦＲ）は冠動脈狭窄病変が遠位血流に対して起こす影響を表すことができ、心筋虚血の存在を診断でき、既に冠動脈狭窄機能性評価の公認された指標となっている。

ＦＦＲは、狭窄冠状動脈が支配領域心筋に供給する最大血流量と同一冠状動脈が正常時に心筋に供給する最大血流量の比と定義される。心筋最大充血状態における狭窄遠位冠状動脈内平均圧（Ｐｄ）と冠状動脈口部大動脈平均圧（Ｐａ）の比、即ちＦＦＲ＝Ｐｄ／Ｐａと簡略化することができる。

従来の方法による冠血流予備量比（ＦＦＲ）を計算する方法は以下を含む：
方法１：圧力ガイドワイヤーで、心筋最大充血状態における冠動脈狭窄遠位の圧力Ｐｄを測定することによりＦＦＲを計算する。
方法２：特許《Ｘ線冠動脈造影画像に基づく冠動脈血流予備量比の計算方法》には、冠動脈造影画像により血管の三次元形態を得て、血流を計算し、流体力学シミュレーションにより冠動脈狭窄遠位圧力Pdを計算することによりＦＦＲを計算することが開示されている。

上記２つの方法はいずれも心筋最大充血状態における血流速度と冠状動脈口部の大動脈平均圧（Ｐａ）に基づき、異なる手段により狭窄遠位冠状動脈内平均圧（Ｐｄ）を得てＦＦＲを計算するものである。しかし心筋最大充血は冠動脈内又は静脉内にアデノシン又はＡＴＰを注射する必要があり、アデノシン又はＡＴＰを注射すると大動脈圧力が下がり、房室ブロック、洞性徐脈、洞停止等の一定の副作用を伴い、禁忌症としては、２度又は３度房室ブロック、洞結節疾患、気管支喘息、アデノシンに対する過敏症などがある。

本発明は、血管拡張剤を必要としない冠血流予備量比を測定する方法であって、通常の冠状動脈造影手術により冠動脈疾患者に心筋虚血状況が発見された場合に、血管拡張剤を必要とせずに（即ち心筋最大充血状態を必要とせず、かつ、アデノシン又はＡＴＰを使用しない）通常の造影画像、大動脈圧及び血流により冠血流予備量比を計算できる、冠動脈造影血流予備量比（coronary angiography Fractional Flow Reserveと命名し、以下、ＣＡＦＦＲという略称を用いる）を提供することを目的とする。本発明の技術方案は以下のとおり：
ステップＳ１：血圧センサにより心臓冠動脈口の圧力Ｐ１を測定する、
ステップＳ２：造影画像により血管の二次元管径及び長さを得て、２つの３０度以上の夾角を呈する造影画像により三次元血管格子モデルを生成して血管の三次元管径及び長さを得る、
ステップＳ３：一区間の血管の始点から終点までの血液の所要時間を測定し、当該時間と血管三次元長さに基づき血流速度Ｖ１を計算する、
ステップＳ４：最大充血状態における大動脈圧Ｐ２を計算する、
但し当該大動脈圧Ｐ２の計算式は以下のとおり：
Ｐ１≦９５ｍｍＨｇのとき、Ｐ２＝Ｐ１×０．８５
Ｐ１＞９５ｍｍＨｇのとき、Ｐ２＝Ｐ１×０．８０
ステップＳ５：最大充血状態における血流速度Ｖ２を計算する、
但し当該最大充血状態における血流速度Ｖ２の計算式は以下のとおり：
Ｖ１≦１００ｍｍ／ｓのとき、Ｖ２＝１．６５×Ｖ１＋６０
１００ｍｍ／ｓ＜Ｖ１≦２００ｍｍ／ｓのとき、Ｖ２＝１．２３×Ｖ１＋１００
Ｖ１＞２００ｍｍ／ｓのとき、Ｖ２＝０．９５×Ｖ１＋１５０
及び、
ステップＳ６：ステップＳ５の計算で得られた最大充血状態における血流速度Ｖ２を冠動脈入口流速とし、ステップＳ４の計算で得られた最大充血状態における大動脈圧Ｐ２を冠動脈入口圧力Ｐａとし、冠動脈入口から冠動脈狭窄遠位までの圧力損失△Ｐを計算し、狭窄遠位冠状動脈内平均圧をＰｄ＝Ｐａ−△Ｐとし、それから式ＣＡＦＦＲ＝Ｐｄ／Ｐａにより冠動脈造影血流予備量比ＣＡＦＦＲを計算して得る、
を含むことを特徴とする血管拡張剤を必要としない冠血流予備量比を測定する方法。

好ましい技術方案として、ステップＳ１における心臓冠動脈口の圧力Ｐ１を測定する具体的な方法は、
血圧センサの圧力管を用いて３連マニホールドに接続し、その後、造影ガイドチューブにより心臓冠動脈口部に繋げ、血圧センサの圧力管内に塩水を填充し、血圧センサと心臓を同じ水平位置に保持し、当該血圧センサが測定した圧力値が心臓冠動脈口の圧力Ｐ１である。

好ましい技術方案として、ステップＳ２における三次元血管格子モデルを生成する具体的な方法は、
２つの異なる角度のＸ線冠動脈造影画像上の、マッピング関係を呈する２区間の血管の２Ｄ構造データに対して三次元再構成を行って当該区間の血管の３Ｄ構造データを得て、
すべての区間の血管の三次元再構成が完成するまで上記ステップを繰り返し、再び再構成した後の区間の血管を合わせて完全な三次元血管を得る。

好ましい技術方案として、ステップＳ３における血流速度Ｖ１を計算する具体的な方法は、
指定された患者の心拍数（Ｈ回／分）を得て、造影画像情報からイメージ周波数（Ｓフレーム／秒）を得る、
但し当該フレーム数Ｘの計算式は以下のとおり：
Ｘ＝（１÷（Ｈ÷６０））×Ｓ、
一心周期内の画像が進んだフレーム数により、二次元起始フレームと終了フレームが対応する画像において一心周期の始点と終点をそれぞれ取得し、その後、始点と終点により三次元合成データにおいて一心周期の血管長さを取り、
取った血管長さをＬとし、一周期の所要時間をＰと仮定し、式１：Ｐ＝Ｘ÷Ｓ、式２：ＶＩ＝Ｌ÷Ｐにより血液流動速度Ｖ１を得る。

好ましい技術方案として、ステップＳ６における冠動脈入口から冠動脈狭窄遠位までの圧力損失△Ｐを計算する具体的な方法は、
血流速度と三次元血管格子モデルに基づき、非圧縮性流れの基本式の解を求め、三次元血管格子モデルに対して解を求め、数値的解法により連続性とナビエ−ストークス方程式（Navier-Stokes equations）の解を求める：

但し、

はそれぞれ流速、圧力、血液密度、血液粘度であり、
入口境界条件は血流速度であり、出口境界条件はｏｕｔ−ｆｌｏｗ境界条件であり、
血管中心線に沿った入口から下流各点までの圧力損失△Ｐを計算する。

本発明の優れている点は以下のとおり：
１．本発明は通常の冠状動脈造影手術により冠動脈疾患者に心筋虚血状況が発見された場合に、血管拡張剤を必要とせずに（即ち心筋最大充血状態を必要とせず、かつ、アデノシン又はＡＴＰを使用しない）通常の造影画像、大動脈圧及び血流により冠動脈造影血流予備量比（ＣＡＦＦＲ）を計算できる。

以下に図面及び実施例と合わせて本発明を更に説明する。

図１は安静状態において大動脈圧と最大充血状態における大動脈圧を測定したデータの比較分布図である。図２は安静状態において血流速度と最大充血状態における血流速度を測定したデータの比較分布図である。図３はＣＡＦＦＲとＦＦＲの相関性及び一致性の比較概略図である。

［実施例］
ステップＳ１：血圧センサにより心臓冠動脈口の圧力Ｐ１を測定するステップであって、
当該心臓冠動脈口の圧力Ｐ１を測定する具体的な方法は、
血圧センサの圧力管を用いて３連マニホールドに接続し、その後、造影ガイドチューブにより心臓冠動脈口部に繋げ、血圧センサの圧力管内に塩水を填充し、血圧センサと心臓を同じ水平位置に保持し、当該血圧センサが測定した圧力値が心臓冠動脈口の圧力Ｐ１である、
ステップＳ２：造影画像により血管の二次元管径及び長さを得て、２つの３０度以上の夾角を呈する造影画像により三次元血管格子モデルを生成して血管の三次元管径及び長さを得るステップであって、
当該三次元血管格子モデルを生成する具体的な方法は、
２つの異なる角度のX線冠動脈造影画像上の、マッピング関係を呈する２区間の血管の２Ｄ構造データに対して三次元再構成を行って当該区間の血管の３Ｄ構造データを得て、
すべての区間の血管の三次元再構成が完成するまで上記ステップを繰り返し、再び再構成した後の区間の血管を合わせて完全な三次元血管を得る、
ステップＳ３：一区間の血管の始点から終点までの血液の所要時間を測定し、当該時間と血管三次元長さに基づき血流速度Ｖ１を計算するステップであって、
当該血流速度Ｖ１を計算する具体的な方法は、
指定された患者の心拍数（Ｈ回／分）を得て、造影画像情報からイメージ周波数（Ｓフレーム／秒）を得る、
但し当該フレーム数Ｘの計算式は以下のとおり：
Ｘ＝（１÷（Ｈ÷６０））×Ｓ、
一心周期内の画像が進んだフレーム数により、二次元起始フレームと終了フレームが対応する画像において一心周期の始点と終点をそれぞれ取得し、その後、始点と終点により三次元合成データにおいて一心周期の血管長さを取り、
取った血管長さをＬとし、一周期の所要時間をＰと仮定し、式１：Ｐ＝Ｘ÷Ｓ、式２：ＶＩ＝Ｌ÷Ｐにより血液流動速度Ｖ１を得る、
ステップＳ４：最大充血状態における大動脈圧Ｐ２を計算する、
但し当該大動脈圧Ｐ２の計算式は以下のとおり：
Ｐ１≦９５ｍｍＨｇのとき、Ｐ２＝Ｐ１×０．８５
Ｐ１＞９５ｍｍＨｇの時、Ｐ２＝Ｐ１×０．８０
そのうち、図１は安静状態において大動脈圧と最大充血状態における大動脈圧を測定したデータの比較分布図であり、Ｂ線は安静状態における大動脈圧であり、Ａ線は最大充血状態における大動脈圧であり、Ｃ線及びＤ線は各区間のフィッティング最大充血状態における大動脈圧である、
ステップＳ５：最大充血状態における血流速度Ｖ２を計算する、
但し当該最大充血状態における血流速度Ｖ２の計算式は以下のとおり：
Ｖ１≦１００ｍｍ／ｓのとき、Ｖ２＝１．６５×Ｖ１＋６０
１００ｍｍ／ｓ＜Ｖ１≦２００ｍｍ／ｓのとき、Ｖ２＝１．２３×Ｖ１＋１００
Ｖ１＞２００ｍｍ／ｓのとき、Ｖ２＝０．９５×Ｖ１＋１５０
そのうち、図２は安静状態において血流速度と最大充血状態における血流速度を測定したデータの比較分布図であり、横座標は安静血流速度であり、縦座標は最大充血状態における血流速度である、
及び、
ステップＳ６：ステップＳ５の計算で得られた最大充血状態における血流速度Ｖ２を冠動脈入口流速とし、ステップＳ４の計算で得られた最大充血状態における大動脈圧Ｐ２を冠動脈入口圧力Ｐａとし、冠動脈入口から冠動脈狭窄遠位までの圧力損失△Ｐを計算し、狭窄遠位冠状動脈内平均圧をＰｄ＝Ｐａ−△Ｐとし、それから式ＣＡＦＦＲ＝Ｐｄ／Ｐａにより冠動脈造影血流予備量比ＣＡＦＦＲを計算して得るステップであって、
ステップＳ６における冠動脈入口から冠動脈狭窄遠位までの圧力損失△Ｐを計算する具体的な方法は、
血流速度と三次元血管格子モデルに基づき、非圧縮性流れの基本式の解を求め、三次元血管格子モデルに対して解を求め、数値的解法により連続性とナビエ−ストークス方程式（Navier-Stokes equations）の解を求める：

但し、

はそれぞれ流速、圧力、血液密度、血液粘度であり、
入口境界条件は血流速度であり、出口境界条件はｏｕｔ−ｆｌｏｗ境界条件であり、
血管中心線に沿った入口から下流各点までの圧力損失△Ｐを計算する、
を含むことを特徴とする血管拡張剤を必要としない冠血流予備量比を測定する方法。

実施例一における冠動脈造影血流予備量比ＣＡＦＦＲの計算結果は表１に示される：
表１はＣＡＦＦＲとＦＦＲの計算結果の比較である：

図１及び表１に基づき、冠動脈造影血流予備量比ＣＡＦＦＲの計算結果の正確性は９０％を超え、ＣＡＦＦＲとＦＦＲは良好な相関性及び一致性を有することが見て取れる。

上記実施例は本発明の原理及びその効果を単に例示的に説明しているにすぎず、本発明を限定するものではない。当該技術を熟知する如何なる者も本発明の精神及び範疇に反しない限り、上記実施例を修正又は変更できる。したがって、当業者が本発明に開示される精神と技術思想を逸脱せずに完成できる一切の均等な修正又は変更も本発明の請求項に含まれると理解されるべきである。

Claims

ステップＳ１：血圧センサにより心臓冠動脈口の圧力Ｐ１を測定する、
ステップＳ２：造影画像により血管の二次元管径及び長さを得て、２つの３０度以上の夾角を呈する造影画像により三次元血管格子モデルを生成して血管の三次元管径及び長さを得る、
ステップＳ３：一区間の血管の始点から終点までの血液の所要時間を測定し、当該時間と血管三次元長さに基づき血流速度Ｖ１を計算する、
ステップＳ４：最大充血状態における大動脈圧Ｐ２を計算する、
但し当該大動脈圧Ｐ２の計算式は以下のとおり：
Ｐ１≦９５ｍｍＨｇのとき、Ｐ２＝Ｐ１×０．８５
Ｐ１＞９５ｍｍＨｇのとき、Ｐ２＝Ｐ１×０．８０
ステップＳ５：最大充血状態における血流速度Ｖ２を計算する、
但し当該最大充血状態における血流速度Ｖ２の計算式は以下のとおり：
Ｖ１≦１００ｍｍ／ｓのとき、Ｖ２＝１．６５×Ｖ１＋６０
１００ｍｍ／ｓ＜Ｖ１≦２００ｍｍ／ｓのとき、Ｖ２＝１．２３×Ｖ１＋１００
Ｖ１＞２００ｍｍ／ｓのとき、Ｖ２＝０．９５×Ｖ１＋１５０
及び、
ステップＳ６：ステップＳ５の計算で得られた最大充血状態における血流速度Ｖ２を冠動脈入口流速とし、ステップＳ４の計算で得られた最大充血状態における大動脈圧Ｐ２を冠動脈入口圧力Ｐａとし、冠動脈入口から冠動脈狭窄遠位までの圧力損失△Ｐを計算し、狭窄遠位冠状動脈内平均圧をＰｄ＝Ｐａ−△Ｐとし、それから式ＣＡＦＦＲ＝Ｐｄ／Ｐａにより冠動脈造影血流予備量比ＣＡＦＦＲを計算して得る、
を含むことを特徴とする血管拡張剤を必要としない冠血流予備量比を測定する方法。
ステップＳ１における心臓冠動脈口の圧力Ｐ１を測定する具体的な方法は、
血圧センサの圧力管を用いて３連マニホールドに接続し、その後、造影ガイドチューブにより心臓冠動脈口部に繋げ、血圧センサの圧力管内に塩水を填充し、血圧センサと心臓を同じ水平位置に保持し、当該血圧センサが測定した圧力値が心臓冠動脈口の圧力Ｐ１である、
ことを特徴とする請求項１に記載の血管拡張剤を必要としない冠血流予備量比を測定する方法。
ステップＳ２における三次元血管格子モデルを生成する具体的な方法は、
２つの異なる角度のＸ線冠動脈造影画像上の、マッピング関係を呈する２区間の血管の２Ｄ構造データに対して三次元再構成を行って当該区間の血管の３Ｄ構造データを得て、
すべての区間の血管の三次元再構成が完成するまで上記ステップを繰り返し、再び再構成した後の区間の血管を合わせて完全な三次元血管を得る、
ことを特徴とする請求項１に記載の血管拡張剤を必要としない冠血流予備量比を測定する方法。
ステップＳ３における血流速度Ｖ１を計算する具体的な方法は、
指定された患者の心拍数Ｈ回／分を得て、造影画像情報からイメージ周波数Ｓフレーム／秒を得る、
但し当該フレーム数Ｘの計算式は以下のとおり：
Ｘ＝（１÷（Ｈ÷６０））×Ｓ、
一心周期内の画像が進んだフレーム数により、二次元起始フレームと終了フレームが対応する画像において一心周期の始点と終点をそれぞれ取得し、その後、始点と終点により三次元合成データにおいて一心周期の血管長さを取り、
取った血管長さをＬとし、一周期の所要時間をＰと仮定し、式１：Ｐ＝Ｘ÷Ｓ、式２：ＶＩ＝Ｌ÷Ｐにより血液流動速度Ｖ１を得る、
ことを特徴とする請求項１に記載の血管拡張剤を必要としない冠血流予備量比を測定する方法。
ステップＳ６における冠動脈入口から冠動脈狭窄遠位までの圧力損失△Ｐを計算する具体的な方法は、
血流速度と三次元血管格子モデルに基づき、非圧縮性流れの基本式の解を求め、三次元血管格子モデルに対して解を求め、数値的解法により連続性とナビエ−ストークス方程式（Navier-Stokes equations）の解を求める：

但し、

はそれぞれ流速、圧力、血液密度、血液粘度であり、
入口境界条件は血流速度であり、出口境界条件はｏｕｔ−ｆｌｏｗ境界条件であり、
血管中心線に沿った入口から下流各点までの圧力損失△Ｐを計算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の血管拡張剤を必要としない冠血流予備量比を測定する方法。