JP5647604B2 - 血管内壁分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、血管内における測定部位の構成成分の分析に好適な血管内壁分析装置、血管内壁分析方法等に関するものである。

脳梗塞を誘発する重大な要因の一つとして、頚動脈プラークが知られている。頚動脈プラークは、血中コレステロールや中性脂肪等が原因となって頚動脈の内壁に形成される付着物である。そして、この付着物が頚動脈の内壁から剥がれて脳内血管の一部を塞いだ場合、脳梗塞等の重大な疾患が引き起こされる。そのため、血管の内壁の状態を早期に診断する方法として、体外からの超音波エコーを利用して診断する方法や、測定プローブを装着したカテーテルを血管内に挿入して診断する方法等が用いられている。

上記プラークには、コレステロールからなる脂質コアや、白血球及びその死骸等から形成される粥腫など複数種類ある。そして、プラークの一種である粥腫が何らかの圧力等により破裂した場合や血管内壁から剥がれた場合に、高い確率で脳梗塞等の重大疾患が誘発されることが知られている。そこで、血管内壁の状態をより正確に診断するためには、プラークの種類を特定することが望まれており、この要望に対して、例えば特許文献１、２に記載されたようなプラーク特定方法が検討されている。例えば、特許文献１には、血管内に挿入した測定プローブによってプラークを連続して観測し、脈動による形状変化から求められるプラークの硬度から該プラークの構成成分を推測する方法が開示されている。また、特許文献２には、二種類以上の異なる性質の光成分を測定部位に対して照射し、測定部位からの反射・散乱光を受光して、それぞれの光プラークのファントムを作り、このファントムと超音波エコーによるプラークの測定結果とを比較することにより、プラークの構成を推測する方法が開示されている。

特開２００４−３２９５５０号公報

特開２００７−１８５２４２号公報

WO２００９／０２８０１３Ａ１号公報

Chenan Xia, et al., "Mid-infrared supercontinuum generation to 4.5μm in ZBLAN fluoride fibers by nanosecond diode pumping", OPTICS LETTERS, Vol. 31, No. 17, pp.2553-2555, September 1, 2006.

発明者らは上述のような従来のプラーク特定方法について検討した結果、以下のような課題を発見した。

すなわち、上記特許文献１記載の特定方法では、血管内に測定装置を挿入する侵襲的な検査となるため、患者の負担が大きくなる。また、血管内に挿入された測定装置自体によって血管内壁やプラークを損傷する可能性も否定できないため、検査に伴うリスクが存在する。また、上記特許文献２記載の特定方法では、プラークファントムの具体的な形成方法について開示がなく、プラークの種類に対応したファントムを作成することは困難であると考えられる。そのため、上記特許文献２記載の特定方法によりプラーク等の血管内壁の付着物の種類を正確に特定することは難しいと考えられる。

本発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、患者に負担を低減させた状態で血管内壁のプラーク成分を正確に測定するための構造を備えた血管内壁分析装置、血管内壁分析方法等を提供することを目的としている。

本発明に係る血管内壁分析装置は、上述の目的を達成するため、血管内における測定部位の構成成分分析へ使用され、具体的には、照射手段と、検出手段と、分析手段を備える。

照明手段は、血管内の測定部位に対して、少なくとも、７８０ｎｍ〜２７５０ｎｍの測定波長範囲に含まれる光成分を照射する。また、照射手段は、血管から所定距離だけ離間した位置に設置される光照射部と、光照射部を介して測定部位に照射されるべき光成分を供給する光源を含む。検出手段は、測定部位からの光成分を検出するため、血管から所定距離だけ離間するとともに測定部位からの光成分が到達する位置に設置される光入射部と、光入射部を介して取り込まれた光成分を検出する受光部を含む。分析手段は、検出手段において検出された光成分の強度情報に基づいて、測定部位の構成成分を分析する。

特に、本発明に係る血管内壁分析装置において、照射手段及び検出手段の何れか一方は分光器を含む。すなわち、当該血管内壁分析装置の一態様として、照射手段が、光源と光照射部との間の光路上に配置される分光器を含む場合、この分光器は、測定波長範囲に含まれるとともに測定波長範囲よりも狭い検出波長範囲内の光成分を、光源から光照射部に向かう光成分から分離する。また、この態様における検出手段では、光入射部は受光部の受光面と一致しているものとする。一方、当該血管内壁分析装置の他の態様として、検出手段が、光入射部と受光部との間の光路上に配置される分光器を含む場合、この分光器は、測定波長範囲に含まれるとともに測定波長範囲よりも狭い検出波長範囲内の光成分を、光入射部を介して取り込まれた測定部位からの光成分（反射成分又は透過成分）から分離する。

上述のような構造を有する当該血管内壁分析装置によれば、血管外に設けられた照射手段により血管内の測定部位に対して測定光が照射される一方、測定部位からの光成分が血管外に設けられた検出手段により検出される。したがって、血管内に測定に係る装置を挿入することなく血管内壁の状態が分析可能になる。すなわち、患者への負担が少ない状態での分析が可能になる。また、血管内プラーク等の付着物の構成成分によって異なる特徴を示す波長７８０ｎｍ〜２７５０ｎｍの測定波長範囲に含まれる光成分（測定光）を用いた測定により、血管外に設けられた分析装置を用いてプラーク等の構成成分を区別する分析が可能になる。

ここで、上述のような作用を効果的に奏する具体的な構成として、照射手段に分光器が含まれる構造を有する血管内壁分析装置の場合、照射手段における光照射部及び検出手段における受光部のうちのいずれか一方が頚部表皮に配置され、他方が食道内に配置されるのが好ましい。また、上述のような作用を効果的に奏する他の具体的な構成として、照射手段における光照射部及び検出手段における受光部の双方が、頚部表皮に配置されてもよい。さらに、上述のような作用を効果的に奏する他の具体的な構成として、照射手段における光照射部及び検出手段における受光部の双方が、食道内に配置されてもよい。

一方、検出手段に分光器が含まれる構造を有する血管内壁分析装置の場合、分岐器は、測定部位からの光成分を取り込むための光入射部と、受光部との間の光路上に配置される。この態様においても、光照射部及び光入射部は、何れか一方が食道内、他方が頚部表皮に配置される。また、光照射部及び光入射部の双方とも頚部表皮に配置されてもよく、また、食道内に配置されてもよい。

本発明に係る血管内壁分析装置において、分析手段は、波長１４００〜１８５０ｎｍ又は波長１９００〜２７００ｎｍに含まれる波長範囲において、検出手段により検出された測定部位からの光成分の強度情報（例えば、各検出波長範囲の強度スペクトル）の、波長による二次微分を計算し、その結果に基づいて測定部位の構成成分を分析してもよい。

発明者らは、波長１４００〜１８５０ｎｍ又は波長１９００〜２７００ｎｍに含まれる検出波長範囲の光成分を照射した場合に、血管内壁に付着するプラーク等を透過又は反射した光成分が、その構成成分によって特徴的な強度を示すことを見出した。したがって、測定部位からの光成分であって、波長１４００〜１８５０ｎｍ又は波長１９００〜２７００ｎｍに含まれる検出波長範囲の光成分の強度情報の、波長による二次微分を計算することにより、血管内壁の測定部位における付着物の構成成分の分析をより正確に行うことができる。

なお、本発明に係る血管内壁分析装置において、検出手段は、波長１５１４、１５７４、１６２６、１６９１、１７４０、１９７２、２０５５、２１６６、２２９０、２４６５、２５４４ｎｍからなる波長群から選ばれた１以上の波長をそれぞれ中心とした前後１５ ｎｍ の検出波長範囲に含まれる光成分を検出してもよい。この場合、分析手段は、測定部位の構成成分分析として、血管中の血栓の有無を分析することが可能になる。また、検出手段は、波長１６９６、１７１７、２２７２、２６２９ｎｍからなる波長群から選ばれた１以上の波長をそれぞれ中心とした前後１５ ｎｍ の検出波長範囲に含まれる光成分を検出してもよい。この場合、分析手段は、測定部位の構成成分分析として、血管中の粥腫の有無を分析する。さらに、検出手段は、波長１６９０、２２９４、２３７２ｎｍからなる波長群から選ばれた１以上の波長をそれぞれ中心とした前後１５ ｎｍ の検出波長範囲に含まれる光成分を検出してもよい。これにより、分析手段は、測定部位の構成成分分析として、血管中の脂質コアの有無を分析できることになる。

また、本発明に係る血管内壁分析装置は、分析手段における分析結果を表示する表示手段をさらに備えてもよい。

本発明に係る血管内壁分析方法は、上述のような構造を有する血管内壁分析装置を利用し、血管内における測定部位の構成成分を分析する方法であって、測定部位の近傍に位置するよう光出射端を血管内に挿入し、かつ、測定部位からの光成分が到達する、血管内の所定位置に、光入射端を設置した状態で使用される。

具体的な測定過程では、光出射端を介して前記測定部位に、少なくとも、７８０ｎｍ〜２７１３ｎｍの波長範囲に含まれる光成分が照射され、光入射端を介して入射した、測定部位からの光成分が検出される。そして、検出された光成分の強度情報から、測定部位の構成成分を特定するための分析用データが生成される。生成されたデータは、測定部位の構成成分分析、モニタ表示等の種々の処理に利用される。

具体的な分析用データは、例えば、波長１４００〜１８５０ｎｍ又は波長１９００〜２７００ｎｍに含まれる検出波長範囲において、上述のような構造を有する血管内壁分析装置の検出手段において検出された前記測定部位からの光成分の強度情報の、波長による二次微分を計算することにより得られる。分析手段は、その結果に基づいて前記測定部位の構成成分を分析する。

また、本発明に係る血管内壁分析方法は、血管の二次元断層画像に対して測定部位の構成成分に関連する画像情報を重畳し、得られた二次元画像をモニタ上に表示する。

本発明に係る血管内壁分析装置、血管内壁分析方法等によれば、患者に負担を低減させた状態で血管内壁のプラーク成分を正確に測定することができる。

は、本発明に係る血管内壁分析装置の一実施形態の構成を示す図である。

は、本発明に係る血管内壁分析装置の他の実施形態の構成を示す図である。

は、照射手段における光照射部と検出手段における受光部の種々の配置関係 を説明するための図である。

は、血管内壁のプラークについて説明するための図である。

は、豚肉における透過光の減衰をシミュレーションにより評価した結果を示す図である。

は、豚肉における透過光の減衰を測定した結果を示す図である。

は、ラードにおける透過光の減衰をシミュレーションにより評価した結果及び測定した結果を示す図である。

は、頚動脈に近赤外光を照射したときの光の強度の測定に用いるシミュレーションモデルを説明するための図である。

は、シミュレーションにおいて受光部の位置を移動された場合の光の減衰を評価した結果を示す図である。

は、頚動脈に近赤外光を照射したときの光の強度の測定に用いるシミュレーションモデルを説明するための図である。

は、プラーク（脂質コア・粥腫）と脂肪の吸収スペクトル（二次微分）である。

は、血栓と血液の吸収スペクトル（二次微分）である。

は、血管内壁分析装置による分析結果のモニタ表示例を示す図である。

以下、本発明に係る血管内壁分析装置、血管内壁分析方法等の各実施形態を、図１〜図１３を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一部位、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

（血管内壁分析装置の構成）
図１は、本発明に係る血管内壁分析装置の一実施形態の構成を示す図である。図１に示すように、血管内壁分析装置１は、本発明に係る血管内壁分析方法の一実施形態への適用が可能な分析装置であり、光源１０、分光器２０、光照射部３０、受光部４０、及び、分析部５０を備える。また、光源１０と分光器２０との間、分光器２０と光照射部３０との間は、それぞれ光ファイバ１５、２５により接続される。受光部４０と分析部５０の間は電気的に接続され、また、分析部５０と分光器２０の間も電気的に接続される。本実施形態に係る血管内壁分析装置１では、光源１０、分光器２０、及び光照射部３０が、測定部位に対して血管外から測定光を照射する照射手段を構成している。そして、受光部４０及び分析部５０が、測定部位からの光を検出する検出手段を構成している。分析部５０は、検出手段において検出された光に基づいて、測定部位の構成成分を分析する分析手段、及び分析手段による分析結果を表示する表示手段として機能する。

光源１０は、波長７８０ｎｍ〜２７５０ｎｍの近赤外光の測定波長範囲を含む光成分を出力する光源であり、例えば、ＬＤ（Laser Diode）光源や、上記非特許文献１に記載されたＳＣ（Supercontinuum）光源等が好適に用いられる。光源１０から出力される光成分は、光ファイバ１５を介して分光器２０へ導かれる。

分光器２０は、光ファイバ１５内を伝搬した光源１０からの光成分を入力し、分析部５０による指示に基づいて特定波長を中心とした検出波長範囲の光成分のみを光ファイバ２５に対して出力する。分光器２０には回折格子や波長可変フィルタ等が用いられる。また、分析部５０からの指示に基づいて光源１０からの入射光に対して回折格子が用いられる場合、分光器２０は、回折格子の傾きを変更することによって、特定波長を服務検出波長範囲の光成分を光ファイバ２５に対して出力する。分光器２０から出力された光成分は、光ファイバ２５を介して光照射部３０に導かれる。

光照射部３０は、血管内壁分析装置１による血管内壁の分析時には食道Ｅ内に挿入される。そして、食道Ｅ内から頚動脈Ｃ内の測定部位に対して、光ファイバ２５内を伝搬してきた分光器２０からの光成分が、測定光として照射される。

受光部４０は、光照射部３０から出力され頚動脈Ｃ内の測定部位を照射し測定部位を透過した光を受光する。受光部４０は、例えばフォトダイオード等の測定部位からの光を電流に変換して分析部５０に対して送る受光素子を用いることができる。なお、受光部４０として光ファイバの入射端面を設け、光ファイバの入射端面に入射した光を伝搬させて、受光部４０とは異なる位置に設けられた受光素子により光を電流に変換することとしてもよい。

分析部５０は、受光部４０において受光された光成分の強度データから、測定部位の構成成分を分析し、その結果をモニタ等に表示する。具体的には、分析部５０はＰＣ（Personal Computer）やＷＳ（Work Station）等からなり、少なくとも、モニタ等の表示手段、演算手段、入出力手段、記録手段等を備える。分析部５０による分析の一例として、具体的に分析部５０は、受光部４０の受光素子からの電流の大きさに基づいて、受光部４０において受信された光強度を波長ごとに算出する。そして、分析部５０は、波長ごとの算出結果から検出波長範囲に含まれる光成分の強度スペクトルを求め、この強度スペクトルを波長で二次微分し、測定部位のプラーク等の構成成分に由来するピークの大きさから測定部位のプラーク等の構成成分を分析する。そして、分析結果（分析用データ）をＰＣやＷＳのモニタ等に表示することにより被験者等のユーザに対してその結果を通知する。また、分析部５０の機能を有するＰＣやＷＳは、血管内壁分析装置１全体の制御を行う機能を併せて備える。すなわち、分光器２０によって分光すべき光成分の波長（検出波長範囲の中心波長）を選択して分光器２０に対して指示を行う機能を有する。

図２は、本発明に係る血管内壁分析装置の他の実施形態の構成を示す図である。図２に示されるように、血管内壁分析装置２は、図１の血管内壁分析装置１と同様に、光源１０、分光器２０、光照射部３０、受光部４０、及び、分析部５０を備える。しかしながら、本実施形態の血管内壁分析装置２は、分光器２０が検出手段側に配置されている点で、分光器２０が照射手段側に配置された図１の血管内壁分析装置１と異なる。他の構成において、本実施形態に係る血管内壁分析装置２と図１の血管内壁分析装置１は実質的に同じ構造を有する。

すなわち、本実施形態に係る血管内壁分析装置２において、検出手段は、光入射部４１０、分光器２０、受光部４０により構成されている。本実施形態の照射手段は、分光器２０を含まない点を除き、図１の血管内壁分析装置１における照射手段と同じ構造を有する。

血管内壁分析装置２では、測定部位を透過した光照射部３０からの光成分が光入射部４１０に到達する。光入射部４１０は、光ファイバ４１１を介して分光器２０と光学的に接続されており、光入射部４１０を介して取り込まれた光成分は光ファイバ４１１を伝搬し、分光器２０に到達する。分光器２０では、分析器５０からの指示に従って特定波長を中心とした検出波長範囲の光成分のみが出力される。分光器２０と受光部４０とは光ファイバ４１２を介して光学的に接続されており、分光器２０からの出力光は光ファイバ４１２を伝搬し、受光部４０へ到達する。受光部４０、分析部５０の動作は、上述の図１の血管内壁分析装置１と同様である。

なお、図１の血管内壁分析装置１において、照射手段における光照射部３０と検出手段における受光部４０の位置関係は、図１に示す関係には限定されず、逆の配置であってもよい。また、図３の領域（Ａ）に示されるように、光照射部３０及び受光部４０の双方が、頚部表皮に配置されてもよい。図３の領域（Ｂ）に示されるように、光照射部３０及び受光部４０の双方が、食道内に配置されてもよい。ただし、図２の血管内壁分析装置２の場合、受光部４０に換えて光入射部４１０が、光照射部３０との関係において、上述のように配置されればよい。

図１に示される血管内壁分析装置１の測定対象は、頚動脈Ｃの内壁に付着するプラークや血栓、血腫等である。頚動脈Ｃの内壁に付着するプラークとして代表的なものとしては、コレステロールからなる脂質コア、白血球及びその死骸等から形成される粥腫、コレステロール質が石灰化した石灰、そして、コラーゲンが主成分であり上記３つの成分からなるプラークの表面を覆う繊維層の４つが挙げられる。また、血管内の血のカタマリ等からなる血栓、血腫も脳疾患に関与する可能性がある。図４は頚動脈Ｃの内壁にプラークＳ及び血栓Ｔが付着した場合の例を模式的に示す図である。頚動脈Ｃの内壁にプラークＳや血栓Ｔが付着した場合、図４に示すように、頚動脈Ｃのうち血液が流れることができる領域の径が狭くなるため、頚動脈Ｃの狭窄や閉塞、また脳梗塞や脳虚血等を引き起こす原因となることが知られている。上記代表的なプラークの種類のうち、特に粥腫が脳梗塞を引き起こす可能性が高いことが知られている一方、例えば石灰や脂質コアは頚動脈Ｃの内壁から剥離する頻度が低いためにこれらの成分からなるプラークが脳内血管等を閉塞するリスクは低いことが知られている。このため、脳梗塞等の疾患の発生リスクをより正確に求めるためには、頚動脈Ｃの内壁に付着するプラークの構成成分を特定することが必要であると考えられる。

頚動脈Ｃの内壁にプラークが付着しているかどうかは、例えば頚部外からの超音波エコー診断や、血管内超音波検査（ＩＶＵＳ：intravascular ultrasound）等の診断方法により測定をすることができる。しかしながら、超音波エコー診断や血管内超音波検査では、血管内のプラークの形状以外の情報、すなわち、プラークの構成成分を特定することは困難である。また、頚動脈Ｃの内壁に対する付着物であり、血管内の血のカタマリ等からなる血栓、血腫も脳疾患に関与する可能性があることから、血管内壁分析装置１による測定対象となるが、頚部外からの超音波エコー診断や血管内超音波検査ではこれらを検出することも困難である。

これに対して、本実施形態に係る血管内壁分析装置１を用いることにより、頚動脈Ｃ内に形成されたプラークや血栓、血腫を検出し、且つ、これらの成分を特定することが可能であることを、以下の測定例を用いて説明する。

（血管内壁分析装置の測定例）
（測定例１）
測定対象物を豚肉として測定対象物に近赤外光を照射した場合の透過光の減衰を、モンテカルロシミュレーションにより計算した結果を図５に示す。具体的には、摂氏３８度の条件下において６ｍｍ厚の豚肉に対して波長１５５０ｎｍ及び１６４０ｎｍの近赤外光を照射して、吸収係数及び散乱係数を測定した。そして、この結果からこれらの近赤外光を豚肉に照射したときの透過光の減衰をモンテカルロシミュレーションにより計算した。なお、測定対象物の豚肉を６ｍｍ厚とした理由は、人体の食道と頚動脈の外側の表皮との光路中に存在する血管壁を含む筋肉層に相当する厚さが６ｍｍ程度であるからである。シミュレーションの結果、透過光の減衰は、波長１５５０ｎｍの光の場合は−４２ｄＢであり、波長１６４０ｎｍの光の場合は−２８ｄＢであった。

（測定例２）
測定例１のシミュレーション結果を確認する目的から、実際の豚肉に対して近赤外光を照射した場合の透過光の減衰を測定した。この結果を図６に示す。測定条件は、測定例１と同様であり、摂氏３８度の条件下において６ｍｍ厚の豚肉に対して直径が１ｍｍの近赤外光（平行光）を照射する一方、豚肉に対する近赤外光の照射面とは反対側の面にコア径が４００μｍのマルチモードファイバを配置して透過光を受光する。その強度から減衰を求めた。近赤外光としては波長１５５０ｎｍ及び１６４０ｎｍの２種類の波長の光を照射した。この結果、測定例１で求めたシミュレーション結果と同等に光が減衰することが確認された。

（測定例３）
上述の測定例１、２では、豚肉の筋肉層を用いて筋肉を透過する光の強度を測定した。測定例３、４では、豚肉の脂肪層を用いて脂肪を透過する光の強度を測定した。

測定対象物を豚肉の脂肪（ラード）として測定対象物に近赤外光を照射した場合の透過光の減衰を、モンテカルロシミュレーションにより計算した結果を図７に示す。具体的には、摂氏３８度の条件下において４０ｍｍ厚のラードに対して波長１５５０ｎｍの近赤外光を照射して、吸収係数及び散乱係数を測定した。そして、この結果からこれらの近赤外光をラードに照射したときの透過光の減衰をモンテカルロシミュレーションにより計算した。なお、測定対象物のラードを４０ｍｍ厚とした理由は、人体の食道と頚動脈の外側の表皮との光路中に存在する脂肪層に相当する厚さが４０ｍｍ程度であるからである。シミュレーションの結果、透過光の減衰は−３２ｄＢであった。

（測定例４）
測定例３のシミュレーション結果を確認する目的から、実際のラードに対して近赤外光を照射した場合の透過光の減衰を測定した。この結果を図７に示す。測定条件は、測定例３と同様であり、摂氏３８度の条件下において４０ｍｍ厚のラードに対して直径が１ｍｍの近赤外光（平行光、波長１５５０ｎｍ）を照射し、ラードに対する近赤外光の照射面とは反対側の面にコア径が４００μｍのマルチモードファイバを配置して透過光を受光する。その強度から減衰を求めた。この結果、測定例３で求めたシミュレーション結果と同等に光が減衰することが確認された。

現存する近赤外線検出素子を用いた測定では、−１００ｄＢｍまで信号を検出することが可能である。ここで、人体に悪影響を及ぼさない強度である１ｍＷ（０ｄＢｍ）の光成分を食道内の光源から出射し、頚部表皮に配置された近赤外線検出素子によって検出するものとする。この場合、測定例１〜４の結果から、−１００ｄＢｍよりも十分高い強度の光が頚部表皮において検出されると考えられる。

ただし、光源１０にＳＣ光源を使用する場合、分光後の出力は一般的に−１０〜−２０ｄＢ程度である。また、一般に分光器による減衰は−１５〜−２５ｄＢｍである。人頚部の脂肪と筋肉を透過した後の光量は、シミュレーションの結果、波長１５５０ｎｍにおいて−７３ｄＢとなるため、光源としてＳＣ光源と分光器を用いた場合、透過光量は−８３〜−９３ｄＢｍとなり、近赤外線検出素子の検出限界に近くなってしまう。一方、筋肉の透過シミュレーションの結果より、波長１６４０ｎｍの場合、波長１５５０ｎｍと比較して１４ｄＢｍ以上は透過光量が増加すると期待され、近赤外線素子の検出限界と比較して１桁以上の出力を得ることが可能である。したがって、光照射部及び受光部のうちの何れか一方が頚部表面に配置され、他方が食堂内に配置される構成において、光源としてＳＣ光源を用いる場合は１６００ｎｍ以上の波長の光成分を使用する検出装置がより望ましい。

（測定例５）
血管内壁分析装置１の光照射部３０を食道Ｅ内に配置し、受光部４０を頚部表皮に配置した場合を想定し、頚部表皮から食道Ｅの内壁までの頚部構造を模擬したシミュレーションモデルを構築した。そして、食道内壁から測定光を入射した場合に、頚動脈Ｃを透過して頚部表皮に出力される光の強度をシミュレーションした。具体的なシミュレーションモデルは図８に示す。図８に示すように、光源Ｐ１を食道内壁（図示下部）に配置するとともに受光部Ｐ２が頚部表皮（図示上部）を配置するとする。そして食道内壁から頚部表皮に向けて厚さ３ｍｍの筋肉からなる食道壁Ｍ１、厚さ２６ｍｍの脂肪層Ａ１、厚さ１ｍｍの筋肉Ｍ２、厚さ１０ｍｍの脂肪層Ａ２を順次積層し、食道内壁と頚部表皮との距離が４０ｍｍとなるようにし、光源Ｐ１と受光部Ｐ２とは、食道内壁及び頚部表皮に対して垂直な方向において、脂肪層Ａ１中に設けられた頚動脈を模した血液層Ｃ１を挟んで対向するように配置した。血液層Ｃ１は直径が５ｍｍの円形状であり、周囲を厚さ１ｍｍの筋肉からなる血管壁Ｍ３により覆われることとした。このとき、光源Ｐ１側の食道壁Ｍ１と脂肪層Ａ１の界面と、血管壁Ｍ３と脂肪層Ａ１の界面との距離が１５ｍｍ、受光部Ｐ２側の血管壁Ｍ３と脂肪層Ａ１との界面と、受光部Ｐ２との距離が１５ｍｍとなるようにした。また受光部Ｐ２の直径は２ｍｍとした。

上記のシミュレーションモデルを用いて光源Ｐ１から波長１６００ｎｍの光を出力し、血液層Ｃ１を透過して受光部Ｐ２において受光される光の強度を、吸収係数及び散乱係数を用いてシミュレーションを行った結果、受光される光の減衰は−７３ｄＢであった。したがって、本実施形態に係る血管内壁分析装置１を用いて近赤外光を食道Ｅ内から頚動脈Ｃに対して照射して表皮側で受光した場合に、測定に十分な強度で透過光を計測することが可能であることを示す結果がシミュレーションにより得られた。

次いで、図８の受光部Ｐ２の位置から、血管壁からの透過光をより積極的に得ることを目的として、図８に示すＸ方向に向けて受光部Ｐ２をオフセットさせた場合の、オフセット長さと光の減衰との関係を求めた結果を図９に示す。このように、受光部Ｐ２において受光される光の減衰はより少なくなることが確認された。

（測定例６）
測定例５に示したシミュレーションモデルと同様のシミュレーションモデルを用いて、表皮から入射した光が多重散乱を繰り返して再び表皮に戻る構成における光の強度のシミュレーションにより算出した。図１０に示すシミュレーションモデルは、図８に示すシミュレーションモデルと同じであるが、図８では血液層Ｃ１が紙面に対して直交する方向に延びている状態を示したものであるのに対して、図１０では血液層Ｃ１が紙面内で延びている場合を示すものである。そして、図１０に示すシミュレーションモデルでは、光源Ｐ１及び受光部Ｐ２の両者が頚部表皮側（図示上部）に配置され、両者が血液層Ｃ１に沿って３０ｍｍ離間した位置とされている点が測定例５と相違する。このシミュレーションモデルを用いて、光源Ｐ１から波長７８０ｎｍの光を血液層Ｃ１に向けて照射した場合では、直径２ｍｍの受光部Ｐ２において受光される光の強度を吸収係数及び散乱係数を用いてシミュレーションした結果、受光される光の減衰は−８７ｄＢであった。したがって、本実施形態に係る血管内壁分析装置１を用いて近赤外光を頚部表皮側から頚動脈Ｃに対して照射して表皮側で受光した場合に、測定に十分な強度で透過光を計測することが可能であることを示す結果がシミュレーションにより得られた。

（測定例７） プラークの構成成分である粥腫及び脂質コアに対してそれぞれ近赤外光を照射した場合の吸収スペクトルを測定し、脂肪の吸収スペクトルと比較した結果を図１１に示す。具体的には、粥腫、脂質コア、脂肪のそれぞれに対して、１６００〜２７００ｎｍの測定波長範囲の近赤外光を照射して吸収スペクトルを測定し、１６００〜１８５０ｎｍ及び１９００〜２７００ｎｍの各測定波長範囲において吸収スペクトルの波長による二次微分を求め、これらの結果を比較した。なお、図１１において、領域（Ａ）は、１６００〜１８５０ｎｍの測定波長範囲における吸収スペクトルの、波長による二次微分を示し、領域（Ｂ）は、１９００〜２７００ｎｍの測定波長範囲における吸収スペクトルの、波長による二次微分を示す。図１１に示すように、上記測定波長範囲それぞれにおける粥腫及び脂質コアの吸収スペクトル（二次微分）では、脂肪との識別に有効であると考えられる特徴的なピーク（１６９０、１６９６、１７０５、１７１７、１７２９、１７６２、２２７２、２２９４、２３０８、２３４８、２３７２、２６２９ｎｍ等）が複数あることが確認された。

特に、ピーク波長１６９６、１７１７、２２７２、２６２９ｎｍからなる波長群から選ばれた１以上の波長をそれぞれ中心とした前後１５ ｎｍ の検出波長範囲に含まれる光成分を測定部位の構成成分分析に利用する場合、血管中の粥腫の有無の分析が可能になる。また、ピーク波長１６９０、２２９４、２３７２ｎｍからなる波長群から選ばれた１以上の波長をそれぞれ中心とした前後１５ ｎｍ の検出波長範囲に含まれる光成分を測定部位の構成成分分析に利用する場合、血管中の脂質コアの有無の分析が可能になる。以上の粥腫のピーク波長と脂質コアのピーク波長との関係を考慮すれば、粥腫の有無の分析には、近傍に脂質コア等のピーク波長が存在しないピーク波長２６２９ｎｍの利用がより好ましい。一方、脂質コアのピーク波長２２９４ｎｍは脂肪等のピーク波長と重なっており、また、他のピーク波長１６９０、ｎｍについても前後数ｎｍの波長範囲内に脂肪又は粥腫の強いピーク波長が存在する。これらを考慮すれば、脂質コアの有無の分析にはピーク波長２３７２ｎｍが適している。

（測定例８）
血栓に対して近赤外光を照射した場合の吸収スペクトルを測定し、血液の吸収スペクトルと比較した結果を図１２に示す。具体的には、血栓及び血液のそれぞれに対して１４００〜２７００ｎｍの測定波長範囲の近赤外光を照射して吸収スペクトルを測定し、１４００〜１８００ｎｍ及び１９００〜２７００ｎｍの測定波長範囲それぞれにおいて吸収スペクトルの波長による二次微分を求め、これらの結果を比較した。なお、図１２において、領域（Ａ）は、１４００〜１８００ｎｍの測定波長範囲における吸収スペクトルの、波長による二次微分を示し、領域（Ｂ）は、１９００〜２７００ｎｍの測定波長範囲における吸収スペクトルの、波長による二次微分を示す。図１２に示すように、上記測定波長範囲それぞれにおける血栓の吸収スペクトル（二次微分）では、血液との識別に有効であると考えられる特徴的なピーク（１５１４、１５７４、１６２６、１６９１、１７４０、１９７２、２０５５、２１６６、２２９０、２４６５、２５４４ｎｍ等）が複数あることが確認された。

したがって、ピーク波長１５１４、１５７４、１６２６、１６９１、１７４０、１９７２、２０５５、２１６６、２２９０、２４６５、２５４４ｎｍからなる波長群から選ばれた１以上の波長をそれぞれ中心とした前後１５ ｎｍ の検出波長範囲に含まれる光成分を測定部位の構成成分分析に利用することにより、血管中の血栓の有無の分析が可能になる。なお、血栓有無の分析には、血液のピーク波長近傍に存在しないピーク波長１５１４、１６２６、１９７２、２４６５ｎｍを利用するのがより好ましく、特に、散乱による減衰の影響が少ないピーク波長１９７２、２４６５ｎｍが適している。

以上の測定例では、(1)脂肪及び頚動脈内の血液から構成される食道内壁と頚部表皮との間で近赤外光を透過させて測定を行うことが可能であること、(2)近赤外光の波長範囲の光を照射して吸収スペクトルを測定した場合に、脂肪とプラークとが識別可能であり、かつ、プラークの種類（特に脂質コアと粥腫）が識別可能であること、そして、(3)近赤外光の波長範囲の光を照射して吸収スペクトルを測定した場合に血栓と血液とが識別可能であること、が確認された。したがって、本実施形態に係る血管内壁分析装置１の光照射部３０を食道Ｅ内に配置し、受光部４０を頚部表皮に配置して、光照射部３０から受光部４０に対して近赤外光を照射する一方、頚動脈Ｃの測定部位を透過した光を受光することによって、頚動脈Ｃの内壁の付着物の構成成分の評価を行うことができることが確認された。

なお、光照射部３０と受光部４０とを逆に配置した場合、すなわち、光照射部３０を頚部表皮側に配置し、受光部４０を食道Ｅ内に配置した場合であっても、上記測定例と同様に頚動脈Ｃの内壁の付着物の構成成分の評価を行うことできる。

また、上記測定例６に示すように、頚部表皮側に光照射部３０と受光部４０とを配置して、光照射部３０から出力する光のうち、多重散乱を繰り返して再び表皮に戻る構成における光の強度を受光部４０において測定することも可能であることが確認された。このことから、光照射部３０及び受光部４０の双方を、頚部表皮側又は食道Ｅの内壁において一定の距離をあけて並置して測定を行った場合でも、頚動脈Ｃの内壁の付着物の構成成分の評価を行うことができる（図３参照）。

上述の効果は、図１の血管内壁分析装置１について説明したが、図２の血管内壁分析装置２についても同様の効果を奏する。

（血管内壁分析装置の使用例）
上述のように、本実施形態に係る血管内壁分析装置１、２によれば、頚動脈Ｃの内壁の付着物の構成成分の分析を行うことができる。なお、血管内壁分析装置１、２による分析結果は、他の測定装置による測定結果と組み合わせることにより、頚動脈プラークの状態をより正確に把握することができる。例えば、本実施形態に係る血管内壁分析装置１、２では、頚動脈Ｃの内壁に付着したプラークの構成成分を分析することは可能であるが、プラークの形状を正確に測定することは困難である。したがって、例えば、体外からの超音波エコー診断と組み合わせることにより、超音波エコー診断によるプラークの形状の測定結果と、血管内壁分析装置１、２によるプラークの構成成分の分析結果と、に基づいて、当該プラークの疾患誘発性等をより正確に評価することが可能になる。

また、血管内壁分析装置１、２による分析結果は分析部５０に設けられたモニタに表示することによって被験者等のユーザに通知される。このようにモニタ等に分析結果を表示する場合にも他の測定方法による測定結果と組み合わせて表示することにより、ユーザに対してより分かりやすく通知することができる。例えば図１３に示すように、体外からの超音波エコー診断により測定されたプラークの形状と、血管内壁分析装置１によるプラークの構成成分の分析結果とに基づいて、プラークの形状と危険度（疾患誘発性）とを併せて表示することができる。なお、超音波エコーにより測定されるプラーク等の含む血管断層画像を表示する装置としては、例えば、上記特許文献３に記載された血管画像撮像装置などが知られている。

以上のように、本実施形態に係る血管内壁分析装置１、２によれば、血管外に設けられた光照射部３０から頚動脈Ｃ等の血管内の測定部位に対して測定光を照射すると共に、測定部位からの光を血管外に設けられた受光部４０において検出することから、血管内に測定に係る装置を挿入することなく血管内壁の状態を分析することができる。その結果、患者への負担が少ない状態で分析を行うことができる。また、血管内プラーク等の付着物の構成成分によって異なる特徴を示す近赤外光（波長７８０ｎｍ〜２７５０ｎｍの測定波長範囲に含まれる光成分）を用いて測定を行うことにより、血管外に設けられた分析装置を用いてプラーク等の構成成分を区別する分析を行うことが可能となる。

また、上述の測定例に示すように、波長１４００〜１８５０ｎｍ又は波長１９００〜２７００ｎｍに含まれる測定波長範囲それぞれの光成分を照射した場合に、血管内壁に付着するプラーク等を透過又は反射した光がその構成成分によって特徴的な強度が示される。したがって、波長１４００〜１８５０ｎｍ又は波長１９００〜２７００ｎｍに含まれる測定波長範囲それぞれにおける測定部位からの光の強度情報（例えば吸収スペクトル）の二次微分を計算することにより、血管内壁の測定部位における付着物の構成成分の分析をより正確に行うことができる。

以上、本実施形態に係る血管内壁分析装置１、２について説明したが、本発明に係る血管内壁分析装置は上記実施形態に限定されず種々の変更を行うことができる。例えば、上記実施形態では、血管内壁分析装置の測定対象が頚動脈の内壁である場合について説明したが、測定対象となる血管は頚動脈に限定されない。

また、上述測定例では、特定の波長範囲の吸収スペクトルを強度情報として測定し、その結果を波長による二次微分することによりプラークの特定の成分に由来するピークを検出してプラークの構成成分を調べる方法を示した。しかしながら、波長による二次微分を求めることは必須ではない。また、近赤外光に対する吸収スペクトルを測定することに代えて、特定の１又は複数種類の波長の近赤外光を測定部位に対して照射して測定部位を透過又は反射した光成分のピーク強度を求め、この結果に基づいて測定部位のプラークを構成する成分の比率を測定する態様とすることもできる。

１、２…血管内壁分析装置、１０…光源、２０…分光器、３０…光照射部、４０…受光部、５０…分析部。

Claims (6)

1. 血管内の測定部位に対して、少なくとも、７８０ｎｍ〜２７５０ｎｍの測定波長範囲に含まれる光成分を照射する照射手段であって、前記血管から所定距離だけ離間した位置に設置される光照射部と、前記光照射部を介して前記測定部位に照射されるべき光成分を供給する光源と、を含む照射手段と、
   前記測定部位からの光成分を検出する検出手段であって、前記血管から所定距離だけ離間するとともに前記測定部位からの光成分が到達する位置に設置される光入射部と、前記光入射部を介して取り込まれた光成分を検出する受光部を含む検出手段と、
   前記検出手段において検出された光成分の強度情報に基づいて、前記測定部位の構成成分を分析する分析手段と、を備え、
   前記照射手段及び前記検出手段の何れか一方は、前記測定波長範囲に含まれるとともに前記測定波長範囲よりも狭い検出波長範囲内の光成分を、前記光源から出力された光成分から分離する分光器を含み、該分光器は、前記光源と前記光照射部との間の光路上、及び、前記光入射部と前記検出手段との間の光路上の何れか一方に配置される血管内壁分析装置であって、
   前記照射手段の光照射部及び前記検出手段の光入射部の配置状態が、
   前記光照射部及び前記光入射部のいずれもが頚部表皮に配置される第１状態と、
   前記光照射部及び前記光入射部のうちのいずれか一方が頚部表皮に配置され、他方が食道内に配置される第２状態と、
   前記光照射部及び前記光入射部のいずれもが食道内に配置される第３状態と、
   のうち何れかの状態に設定されることを特徴とする血管内壁分析装置。
2. 前記分析手段は、波長１４００〜１８５０ｎｍ又は波長１９００〜２７００ｎｍに含まれる検出波長範囲において、前記検出手段において検出された前記測定部位からの光成分の強度情報の、波長による二次微分を計算し、その結果に基づいて前記測定部位の構成成分を分析することを特徴とする請求項１に記載の血管内壁分析装置。
3. 前記検出手段は、波長１５１４、１５７４、１６２６、１６９１、１７４０、１９７２、２０５５、２１６６、２２９０、２４６５、２５４４ｎｍからなる波長群から選ばれた１以上の波長をそれぞれ中心とした前後１５ ｎｍ の検出波長範囲に含まれる光成分を検出し、
   前記分析手段は、前記測定部位の構成成分分析として、前記血管中の血栓の有無を分析することを特徴とする請求項１又は２に記載の血管内壁分析装置。
4. 前記検出手段は、波長１６９６、１７１７、２２７２、２６２９ｎｍからなる波長群から選ばれた１以上の波長をそれぞれ中心とした前後１５ ｎｍ の検出波長範囲に含まれる光成分を検出し、
   前記分析手段は、前記測定部位の構成成分分析として、前記血管中の粥腫の有無を分析することを特徴とする請求項１又は２に記載の血管内壁分析装置。
5. 前記検出手段は、波長１６９０、２２９４、２３７２ｎｍからなる波長群から選ばれた１以上の波長をそれぞれ中心とした前後１５ ｎｍ の検出波長範囲に含まれる光成分を検出し、
   前記分析手段は、前記測定部位の構成成分分析として、前記血管中の脂質コアの有無を分析することを特徴とする請求項１又は２に記載の血管内壁分析装置。
6. 前記分析手段における分析結果を表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の血管内壁分析装置。