JP6974195B2 - 冠血流予備量比の算出方法、冠血流予備量比の算出装置及びプログラム - Google Patents
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10+[(100−10)/c×SFR]=100−(F×Vb×SFR)−[S×(Vb×SFR)2]
ただし、
F=(8πμL/As)(An/As)、
S=(ρ/2)((An/As)−1)2、
SFR:冠血流予備能、Vb:安静時冠動脈血流速度、c:定数、An:正常冠動脈面積、As:病変冠動脈面積、μ:血液粘度、ρ:血液比重、L:病変長。
ΔP=(F×Vb×SFR)+[S×(Vb×SFR)2]
ただし、
F=(8πμL/As)(An/As)、
S=(ρ/2)((An/As)−1)2、
ΔP:圧力損失、Vb:安静時冠動脈血流速度、SFR:冠血流予備能、An:正常冠動脈面積、As:病変冠動脈面積、μ:血液粘度、ρ:血液比重、L:病変長。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、本実施形態では、一例として、本発明が算出装置10によって実施され、冠血流予備量比FFRが算出装置10のコンピュータによって自動的に算出されるものとして説明するが、これに限られない。本発明は、算出装置10を用いずに(例えば、手計算によって)実施されてもよい。
なお、この一例では、冠動脈画像生成装置20は、算出装置10に対して冠動脈画像Pを供給するとして説明するがこれに限られない。算出装置10に供給される冠動脈CAの構造情報には、少なくとも冠動脈CAの各部の断面積を示す情報が含まれていればよく、画像以外の情報であってもかまわない。
取得部110は、冠動脈画像生成装置20が出力する冠動脈画像Pを取得する。
演算部120は、CPU(Central Processing Unit)などを備えており、取得部110が取得した冠動脈画像Pに基づいて、冠血流予備量比FFRを算出するための各種の演算を行う。
表示部130は、液晶ディスプレイなどの表示デバイスを備えており、演算部120による演算結果(例えば、冠血流予備量比FFR)を表示する。なお、算出装置10は、表示部130に代えて、又は加えて、演算部120による演算結果を他の装置に出力する出力部(不図示)を備えていてもよい。
この演算部120による冠血流予備量比FFRの算出手順について、図3を参照して説明する。
(ステップST10)取得部110は、冠動脈画像生成装置20から冠動脈画像Pを取得する。取得部110は、取得した冠動脈画像Pを演算部120に供給する。
(ステップST20)演算部120は、取得部110から取得した冠動脈画像Pに基づいて、正常冠動脈面積An及び病変冠動脈面積Asを算出する。ここで、演算部120が取得する冠動脈画像Pの一例を図4及び図5に示す。
なお、この一例では、正常冠動脈面積Anは、8.42[mm2]であり、病変冠動脈面積Asは、1.05[mm2]である。
(ステップST30)演算部120は、ステップST20において算出した正常冠動脈面積An及び病変冠動脈面積Asに基づいて、粘性摩擦圧損係数Fと剥離圧損係数Sとを算出する。
式(1)に示される血液粘度μ、血液比重ρ、病変長Lは予め定められている。具体的には、血液粘度μ=4.0×10−3[Pa・s]、血液比重ρ=1050[kg/m3]、病変長L=100[μm]である。
この図6には、狭窄遠位の冠動脈圧を縦軸に、拡張期冠血流予備能SFRdを横軸にした場合の、式(2)の左辺のグラフの軌跡L1と、式(2)の右辺のグラフの軌跡L2を示す。演算部120は、式(2)の両辺の軌跡(軌跡L1及び軌跡L2)の交点を、拡張期冠血流予備能SFRdとして算出する。この一例では、演算部120は、拡張期冠血流予備能SFRd=2.21を算出する。
この図7には、狭窄遠位の冠動脈圧を縦軸に、収縮期冠血流予備能SFRsを横軸にした場合の、式(3)の左辺のグラフの軌跡L3と、式(3)の右辺のグラフの軌跡L4とが示される。演算部120は、式(2)の両辺の軌跡(軌跡L3及び軌跡L4)の交点を、収縮期冠血流予備能SFRsとして算出する。この一例では、演算部120は、収縮期冠血流予備能SFRs=1.56を算出する。
以下、演算部120によるステップST50からステップST90の動作を具体的に説明する。なお、以下の説明において圧力損失のことを「圧損」とも称する。
演算部120は、ステップST30において算出した粘性摩擦圧損係数F及び剥離圧損係数Sと、ステップST40において算出した拡張期冠血流予備能SFRdとを、式(5)に代入し、右冠動脈拡張期圧損ΔPdRを得る。この一例では、演算部120は、右冠動脈拡張期圧損ΔPdR=24.8[mmHg]である。
なお、本実施形態の算出手順は、左冠動脈LCAの構造情報と、右冠動脈RCAの構造情報との両方が存在する場合には、左冠動脈拡張期圧損ΔPdL及び右冠動脈拡張期圧損ΔPdRの両方を算出してもよい。
以上説明したように、本実施形態の算出装置10は、冠動脈CAの正常冠動脈面積Anと病変冠動脈面積Asとに基づいて冠血流予備量比FFRを求める算出方法を採用している。したがって、算出装置10は、冠動脈CA内の圧力損失を直接測定することなく、簡便に冠血流予備量比FFRを算出することができる。
しかしながら、冠動脈CAに狭窄などの病変がある場合には、この血流速度Vが一意に定められないことから、従来は、式(1)と、正常冠動脈面積An及び病変冠動脈面積Asだけでは、冠血流予備量比FFRを求めることができなかった。すなわち、安静時血流速度は冠動脈CAの病変によらずほぼ一定であるのに対し、最大冠充血時の血流速度は冠動脈CAの病変によって変化してしまうため、従来技術において、最大冠充血時の血流速度Vをいかにして求めるのかという課題があった。
また、従来、弁膜症が冠動脈CAの血流速度Vに影響を及ぼすことが知られている。特に重症弁膜症を発症している場合、冠動脈CAの血流速度Vの最大値(最大冠血流速度)が低下する傾向がある。このため、カテーテル検査によって狭窄部前後の差圧を直接計測する従来の方法では、重症弁膜症による血流速度Vへの影響を受けてしまい、弁膜症の治療後に比べて冠血流予備量比FFRを過大評価する傾向があった。
また、従来のカテーテル検査による冠血流予備量比FFRの計測手法では、手技の巧拙によって、冠血流予備量比FFRの過大評価や過小評価が生じることがあった。さらに従来の計測手法では、急性心筋梗塞後、心不全の増悪時には冠動脈血流が低下しており、冠血流予備量比FFRの過大評価を生じる傾向があった。
本実施形態の算出方法は、冠動脈CAの構造に基づいて冠血流予備量比FFRを推定するため、冠血流予備量比FFRの過大評価や過小評価を抑制することができるため、比較的正確な冠血流予備量比FFRを算出することができる。
ここで、冠動脈CA内の血流速度Vは、拡張期が速く収縮期が遅いという特徴的なパターンを示す。また、冠動脈CAの血流速度Vは、拡張期内や収縮期内でもダイナミックに変化する。従来、流体力学によって冠動脈CAの血流速度Vに基づき解析的に冠血流予備量比FFRを求める手法においては、詳細な冠動脈CAの血流モデルと、単一の冠動脈CAの血流速度Vとを用いる方法があった。しかしながら、この従来の手法によると、単一の冠動脈CAの血流速度Vを用いる場合には、推定される冠血流予備量比FFRと真の冠血流予備量比FFRとの誤差が大きくなる、すなわち算出の精度が低くなるという課題があった。また、この従来の手法によると、詳細な冠動脈CAの血流モデルを使用する場合には、圧力損失の計算時間が非常に長くなるという課題があった。
本実施形態の算出方法によれば、複雑な心周期を拡張期と収縮期との2相のみに単純化して分割することにより、計算を単純化させ計算時間を短縮し、かつより正確な冠血流予備量比FFRを算出することができる。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
P…冠動脈画像、Pc…冠動脈造影画像、Pla…冠動脈長軸画像、Pcs…冠動脈断面画像、CA…冠動脈、
F…粘性摩擦圧損係数、S…剥離圧損係数、μ…血液粘度、ρ…血液比重、L…病変長、V…血流速度、Vb…安静時冠動脈血流速度、VdL…安静時左冠動脈拡張期血流速度、VdR…安静時右冠動脈拡張期血流速度、Vs…安静時収縮期血流速度、VsL…安静時左冠動脈収縮期血流速度、VsR…安静時右冠動脈収縮期血流速度、An…正常冠動脈面積、As…病変冠動脈面積、SFR…冠血流予備能、SFRd…拡張期冠血流予備能、SFRs…収縮期冠血流予備能、ΔPd…拡張期圧損、ΔPdL…左冠動脈拡張期圧損、ΔPdR…右冠動脈拡張期圧損、ΔPs…収縮期圧損、FFR…冠血流予備量比
Claims (7)
- 冠動脈の断面積のうち、正常部の断面積である正常冠動脈面積と、狭窄部の断面積である病変冠動脈面積と、予め定められた血液粘度、血液比重及び病変長とに基づいて、冠血流予備能を算出する第1の算出手順と、
前記第1の算出手順において算出される前記冠血流予備能と、予め定められた安静時冠血流速度とに基づいて、狭窄部における冠動脈の圧力損失を算出する第2の算出手順と、
前記第2の算出手順において算出される前記圧力損失に基づいて、冠血流予備量比を算出する第3の算出手順と、
を有する冠血流予備量比の算出方法。 - 前記第1の算出手順において、
予め定められた拡張期定数に基づく拡張期冠血流予備能と、予め定められた収縮期定数に基づく収縮期冠血流予備能とを、前記冠血流予備能としてそれぞれ算出し、
前記第2の算出手順において、
前記拡張期冠血流予備能に基づく拡張期圧力損失と、算出された前記収縮期冠血流予備能に基づく収縮期圧力損失とを、前記圧力損失として算出し、
前記第3の算出手順において、
前記拡張期圧力損失と、前記収縮期圧力損失とに基づいて、前記冠血流予備量比を算出する
請求項1に記載の冠血流予備量比の算出方法。 - 前記第2の算出手順において、
予め定められた左冠動脈の血流速度に基づく左冠動脈拡張期圧力損失と、予め定められた右冠動脈の血流速度に基づく右冠動脈拡張期圧力損失とのいずれかが、前記拡張期圧力損失として算出される
請求項2に記載の冠血流予備量比の算出方法。 - 前記第1の算出手順において、
次式に基づいて前記冠血流予備能を算出する
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の冠血流予備量比の算出方法。
10+[(100−10)/c×SFR]=100−(F×Vb×SFR)−[S×(Vb×SFR)2]
ただし、
F=(8πμL/As)(An/As)、
S=(ρ/2)((An/As)−1)2、
SFR:冠血流予備能、Vb:安静時冠動脈血流速度、c:定数、An:正常冠動脈面積、As:病変冠動脈面積、μ:血液粘度、ρ:血液比重、L:病変長 - 前記第2の算出手順において、
次式に基づいて前記圧力損失を算出する
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の冠血流予備量比の算出方法。
ΔP=(F×Vb×SFR)+[S×(Vb×SFR)2]
ただし、
F=(8πμL/As)(An/As)、
S=(ρ/2)((An/As)−1)2、
ΔP:圧力損失、Vb:安静時冠動脈血流速度、SFR:冠血流予備能、An:正常冠動脈面積、As:病変冠動脈面積、μ:血液粘度、ρ:血液比重、L:病変長 - 冠動脈の断面積のうち、正常部の断面積である正常冠動脈面積と、狭窄部の断面積である病変冠動脈面積と、予め定められた血液粘度、血液比重及び病変長とに基づいて、冠血流予備能を算出する第1の算出部と、
前記第1の算出部が算出する前記冠血流予備能と、予め定められた安静時冠血流速度とに基づいて、狭窄部における冠動脈の圧力損失を算出する第2の算出部と、
前記第2の算出部が算出する前記圧力損失に基づいて、冠血流予備量比を算出する第3の算出部と、
を備える冠血流予備量比の算出装置。 - コンピュータに、
冠動脈の断面積のうち、正常部の断面積である正常冠動脈面積と、狭窄部の断面積である病変冠動脈面積と、予め定められた血液粘度、血液比重及び病変長とに基づいて、冠血流予備能を算出する第1の算出手順と、
前記第1の算出手順において算出される前記冠血流予備能と、予め定められた安静時冠血流速度とに基づいて、狭窄部における冠動脈の圧力損失を算出する第2の算出手順と、
前記第2の算出手順において算出される前記圧力損失に基づいて、冠血流予備量比を算出する第3の算出手順と、
を実行させるためのプログラム。
Priority Applications (1)
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JP2018012061A JP6974195B2 (ja) | 2018-01-26 | 2018-01-26 | 冠血流予備量比の算出方法、冠血流予備量比の算出装置及びプログラム |
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