(57)【要約】【課題】血流予備量比測定のための装置、システムおよび手法【解決手段】本開示における血流予備量比を測定する手法の少なくとも1つの手法は、少なくとも2つのセンサーを狭窄箇所またはその付近の管腔器官内に配置するステップから構成される。ここで少なくとも2つのセンサーを事前に設定した距離間隔で配置する。同装置の運用により、管腔器官内にある液体1を置き換えるべく管腔器官へ注入した液体2の流速を測定し、流速、管腔器官内の大動脈血圧の平均、狭窄部分またはその付近のすくなくとも1つの切断面積に基づいて、狭窄部分またはその付近の血流予備量比を測定する。このような典型的手法の実施に有用な装置およびシステムもここに開示する。【選択図】図１３
2012502773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管腔器官内の血流予備量比を測定する手法は、以下のステップから構成される。
管腔器官内の、狭窄部位またはその付近における少なくとも2つのセンサーから構成される装置を配置する。ここで、少なくとも2つのセンサーは事前設定された距離間隔で配置する。
管腔器官内に注入することによって、管腔器官内に存在する液体1を一時的に置き換える液体2の流速を測定するための装置を運用する。
管腔器官内の流速と平均大動脈圧、また少なくとも1つの狭窄部位またはその付近の切断面積に基づき、狭窄部位またはその付近の血流予備量比を測定する。
【請求項２】
請求項1の手法において、少なくとも1つの切断面積は、以下から構成される。
狭窄より末梢側の管腔器官の切断面
狭窄より中心側の管腔器官の切断面
少なくとも1つの狭窄部位の管腔器官の切断面。
【請求項３】
請求項1の手法において、血流予備量比を測定するステップは、さらに、少なくとも2つのセンサーの間の体積流量の測定に基づく。
【請求項４】
請求項3の手法において、体積流量の測定は、少なくとも1か所の切断面と流速に基づく。
【請求項５】
請求項1の手法において、管腔に注入された液体の流速を測定するために装置を運用するステップは、以下のステップから構成される。
少なくとも2つのセンサーのうち少なくとも1つを使用して、管腔器官内において液体1を検出する。ここで液体1のパラメータ1は値1を持つ。
液体2を管腔器官内に注入する。かかる液体2は、注入部位において管腔器官内の液体1を一時的に置き換える。液体2のパラメータ2は値2を持ち、その値は値1とは異なる。
液体2のパラメータ2の値2を、少なくとも2つのセンサーにより検出する。
液体2のパラメータ2の値2を、少なくとも2つのセンサーのそれぞれが検出した時刻を測定する。
液体2のパラメータ2の値2を少なくとも2つのセンサーのそれぞれが検出した時刻に基づいて、管腔器官内の液体2の流速を測定する。
【請求項６】
請求項5の手法において、パラメータ1とパラメータ2は、伝導率、pH、温度、または光学的に検出可能なものである。
【請求項７】
請求項1の手法はさらに、管腔器官内の血流速度の測定に基づき疾病を診断するステップから構成される。
【請求項８】
請求項1の手法において、血流予備量比の測定は管腔器官内の狭窄の程度を示す指標となる。
【請求項９】
請求項1の手法において、血流予備量比を測定するステップは、データ取得・処理システムを使用して行われる。
【請求項１０】
請求項1の手法において、液体1は血液からなり、液体2は生理的食塩水からなる。
【請求項１１】
管腔器官内の血流予備量比を測定する手法は、以下のステップから構成される。
管腔器官内の、狭窄部位またはその付近における少なくとも2つのセンサーから構成される装置を配置する。ここで、少なくとも2つのセンサーは事前設定された距離間隔で配置する。
少なくとも2つのセンサーのうち少なくとも1つを使用して、管腔器官内において血液を検出する。ここで血液のパラメータ1は値1を持つ。
液体を管腔器官内に注入し、かかる液体は、注入部位において管腔器官内の血液を一時的に置き換える。ここで注入された液体のパラメータ2は値2を持ち、その値は値1とは異なる。
注入された液体のパラメータ2の値2を、少なくとも2つのセンサーにより検出する。
注入された液体のパラメータ2の値2を、少なくとも2つのセンサーのそれぞれが検出した時刻を測定する。
注入された液体のパラメータ2の値2を少なくとも2つのセンサーのそれぞれが検出した時刻に基づいて、管腔器官内の注入された液体の流速を測定する。
管腔器官内の平均大動脈圧、狭窄より末端側の管腔器官の切断面積、狭窄より中心側の管腔器官の切断面積、狭窄部位の管腔器官の切断面積に基づいて、狭窄部位またはその付近の血流予備量比を測定する。
【請求項１２】
少なくとも管腔器官内へ注入された注入液の検出に基づいて、管腔器官内における血流予備量比を測定する手法において、注入された注入液は、注入液の注入前に管腔器官内に存在していた液体のパラメータの値とは異なる値を持つものとする。
【請求項１３】
インピーダンスを使って管腔器官内の血流予備量比を測定する手法は、以下のステップから構成される。
ひと組の励起電極と、少なくとも2組の検出電極からなる装置を、管腔器官の狭窄部位またはその付近に配置し、そこで、少なくとも2組の検出電極は、事前設定された距離間隔をとって配置する。
管腔器官内に注入することによって、管腔器官内に存在する液体1を一時的に置き換える液体2の流速を測定するための装置を運用する。
管腔器官内の流速と平均大動脈圧、また少なくとも1つの狭窄部位またはその付近の切断面積に基づき、狭窄部位またはその付近の血流予備量比を測定する。
【請求項１４】
請求項13の手法において、少なくとも1つの切断面積は、以下から構成される。
狭窄より末梢側の管腔器官の切断面
狭窄より中心側の管腔器官の切断面
少なくとも1つの狭窄部位の管腔器官の切断面。
【請求項１５】
請求項13の手法において、血流予備量比を測定するステップは、さらに、少なくとも2組の検出電極の間の体積流量の測定に基づく。
【請求項１６】
請求項15の手法において、体積流量の測定は、少なくとも1か所の切断面と流速に基づく。
【請求項１７】
請求項13の手法において、管腔器官内に注入された液体の流速を測定するために装置を運用するステップは、以下のステップから構成される。
ひと組の励起電極を活性化して、検出電極が検出できる電場を生成する。
管腔器官内において伝導率1を持つ液体1のコンダクタンスを、少なくとも2組の検出電極のうち少なくとも1組を使用して検出する。
伝導率2を持つ液体2を管腔器官内に注入する。かかる液体2は、注入部位において管腔器官内の液体1を一時的に置き換える。ここで伝導率1は伝導率2とは異なる。
少なくとも2組の検出電極により、液体2のコンダクタンスを検出する。
少なくとも2組の検出電極のそれぞれにより、液体2のコンダクタンスを検出した時刻を計測する。
少なくとも2組の検出電極それぞれによるコンダクタンスの検出時刻に基づき、液体2の管腔器官内における流速を測定する。
【請求項１８】
請求項13の手法において、管腔器官内に注入された液体の流速を測定するために装置を運用するステップは、以下のステップから構成される。
ひと組の励起電極を活性化して、検出電極が検出できる電場を生成する。
管腔器官内において伝導率1を持つ液体1のコンダクタンスを、少なくとも2組の検出電極のうち少なくとも1組を使用して検出する。
伝導率2を持つ液体2を管腔器官内に注入する。かかる液体2は、注入部位において管腔器官内の液体1を一時的に置き換える。ここで伝導率1は伝導率2とは異なる。
少なくとも2組の検出電極により、液体2のコンダクタンスを検出する。
少なくとも2組の検出電極の少なくとも1組を使用して、液体2のコンダクタンスを検出した時刻を計測する。
以下を使用して検出した、コンダクタンスの検出時刻に基づき、液体2の管腔器官内における流速を測定する。
(a)ひと組の励起電極の最初の励起電極と、少なくとも2組の検出電極のうち、ひと組目の検出電極
(b)ひと組の励起電極の2番目の励起電極と、少なくとも2組の検出電極のうち、ふた組目の検出電極。
【請求項１９】
請求項13の手法はさらに、管腔器官内の血流速度の測定に基づき疾病を診断するステップから構成される。
【請求項２０】
請求項13の手法において、血流予備量比の測定は管腔器官内の狭窄の程度を示す指標となる。
【請求項２１】
請求項13の手法において、血流予備量比を測定するステップは、データ取得・処理システムを使用して行われる。
【請求項２２】
請求項13の手法において、液体1は血液からなり、液体2は生理的食塩水からなる。
【請求項２３】
インピーダンスを使って管腔器官内の血流予備量比を測定する手法は、以下のステップから構成される。
ひと組の励起電極と、少なくとも2組の検出電極からなる装置を、管腔器官の狭窄部位またはその付近に配置し、そこで、少なくとも2組の検出電極は、事前設定された距離間隔をとって配置する。
ひと組の励起電極を活性化して、検出電極が検出できる電場を生成する。
管腔器官内において伝導率1を持つ血液のコンダクタンスを、少なくとも2組の検出電極のうち少なくとも1組を使用して検出する。
伝導率2を持つ液体2を管腔器官内に注入する。かかる液体は、注入部位において血液を一時的に置き換える。ここで伝導率1は伝導率2とは異なる。
少なくとも2組の検出電極により、注入した液体のコンダクタンスを検出する。
少なくとも2組の検出電極のそれぞれにより、注入した液体のコンダクタンスを検出した時刻を計測する。
少なくとも2組の検出電極それぞれによるコンダクタンスの検出時刻に基づき、注入した液体の管腔器官内における流速を測定する。
管腔器官内の平均大動脈圧、狭窄より末端側の管腔器官の切断面積、狭窄より中心側の管腔器官の切断面積、狭窄部位の管腔器官の切断面積に基づいて、狭窄部位またはその付近の血流予備量比を測定する。
【請求項２４】
少なくとも管腔器官内へ注入された注入液の検出に基づいて、管腔器官内における血流予備量比を測定する手法において、注入された注入液は、注入液の注入前に管腔器官内に存在していた液体の伝導率とは異なる伝導率を持つものとする。
【請求項２５】
管腔器官内の液体の血流予備量比を測定する装置は以下から構成される。
管腔器官内に収まるサイズと形状の細長い本体、
細長い本体に沿って事前設定された距離間隔で配置された少なくとも2つのセンサー
ここで装置は、管腔器官内に置かれるとその運用により、パラメータ1の値1を持つ液体1を少なくとも2つのセンサーのうちの少なくとも1つで検出することができ、またここで少なくとも2つのセンサー位置またはその付近で管腔器官内に液体2を注入した場合、装置を運用してパラメータ2を持つ液体2を検出でき、ここで液体2の値2は、値1とは異なる。
【請求項２６】
請求項25の装置において、少なくとも2つのセンサーによって検出された液体2は、少なくとも2つのセンサーにより液体2が検出されたタイミングと、少なくとも2つのセンサー間の距離に基づいて、流速を測定することができる。
【請求項２７】
請求項26の装置において、同装置を管腔器官内の狭窄部分またはその付近に配置した場合、同装置の運用によりさらに、流速、管腔器官内の大動脈血圧の平均、および狭窄部位またはその付近の少なくとも1つの切断面に基づいて血流予備量比を測定することができる。
【請求項２８】
請求項27の装置において、少なくとも1つの切断面積は、以下から構成される。
狭窄より末梢側の管腔器官の切断面
狭窄より中心側の管腔器官の切断面
少なくとも1つの狭窄部位の管腔器官の切断面。
【請求項２９】
請求項26の装置において、流速が得られれば、流速と管腔器官の切断面積に基づいて、体積流量を求めることができる。
【請求項３０】
請求項27の装置において、血流予備量比の測定は、データ取得・処理システムを使用して行われる。
【請求項３１】
管腔器官内の液体の血流予備量比を測定する装置は以下から構成される。
管腔器官内に収まるサイズと形状の細長い本体、
細長い本体にそって配置された少なくとも1組の励起電極
細長い本体にそって、少なくとも1組の励起電極の間に配置された少なくとも2組の検出電極。ここで、少なくとも2組の検出電極は、事前設定された距離間隔を空けて配置される。
ここで、装置が管腔器官内に配置される場合、装置の運用により、少なくとも2組の検出電極を使用して、管腔器官内で伝導率1を持つ液体1のコンダクタンス1を検出することができる。同装置の運用によりさらに、少なくとも2組の検出電極の場所またはその付近の管腔器官内に液体2を注入した場合、少なくとも2組の検出電極を使用して伝導率2を持つ液体2のコンダクタンス2を検出できる。
【請求項３２】
請求項31の装置において、少なくとも2組の検出電極によって検出された液体2は、少なくとも2組の検出電極と少なくとも2組の検出電極の間の距離を使用して、液体2が検出されたタイミングに基づき、その流速を測定することができる。
【請求項３３】
請求項32の装置において、同装置を管腔器官内の狭窄部分またはその付近に配置した場合、同装置の運用によりさらに、流速、管腔器官内の大動脈血圧の平均、および狭窄部位またはその付近の少なくとも1つの切断面に基づいて血流予備量比を測定することができる。
【請求項３４】
請求項32の装置において、少なくとも1つの切断面積は、以下から構成される。
狭窄より末梢側の管腔器官の切断面
狭窄より中心側の管腔器官の切断面
少なくとも1つの狭窄部位の管腔器官の切断面。
【請求項３５】
請求項32の装置において、流速が得られれば、流速と管腔器官の切断面積に基づいて、体積流量を求めることができる。
【請求項３６】
請求項33の装置において、血流予備量比の測定は、データ取得・処理システムを使用して行われる。
【請求項３７】
管腔器官内の液体の血流予備量比を測定するシステムは以下から構成される。
血流予備量比を測定する装置。この装置は以下から構成される。
管腔器官内に収まるサイズと形状の細長い本体、
細長い本体に沿って事前設定された距離間隔で配置された少なくとも2つのセンサー
ここで装置は、管腔器官内に置かれるとその運用により、パラメータ1の値1を持つ液体1を少なくとも2つのセンサーのうちの少なくとも1つで検出することができ、またここで、少なくとも2つのセンサー位置またはその付近で液体2を管腔器官内に注入した場合、装置を運用してパラメータ2を持つ液体2を検出でき、ここで液体2の値2は、値1とは異なる。
装置と通信するデータ取得・処理システム。データ取得処理ステムはその運用により、少なくとも2つのセンサーにより液体2が検出されたタイミングと、少なくとも2つのセンサーの間の距離により、液体2の流速を計算できる。
【請求項３８】
請求項37のシステムにおいて、同装置を狭窄部分またはその付近において管腔器官内に配置した場合、同装置の運用により、血流予備量比を求めることができる。ここで血流予備量比は、流速、管腔器官内の大動脈血圧の平均、および狭窄部位またはその付近の少なくとも1つの切断面に基づいて測定する。
【請求項３９】
請求項38のシステムにおいて、少なくとも1つの切断面積は、以下から構成される。
狭窄より末梢側の管腔器官の切断面
狭窄より中心側の管腔器官の切断面
少なくとも1つの狭窄部位の管腔器官の切断面。
【請求項４０】
請求項37のシステムにおいて、流速が得られれば、流速と管腔器官の切断面積に基づいて、体積流量を求めることができる。
【請求項４１】
管腔器官内の液体の血流予備量比を測定するシステムは以下から構成される。
血流予備量比を測定する装置。この装置は以下から構成される。
管腔器官内に収まるサイズと形状の細長い本体、
細長い本体にそって配置された少なくとも1組の励起電極
細長い本体にそって、少なくとも1組の励起電極の間に配置された少なくとも2組の検出電極。ここで、少なくとも2組の検出電極は、事前設定された距離間隔を空けて配置される。
ここで、装置が管腔器官内に配置される場合、装置の運用により、少なくとも2組の検出電極を使用して、管腔器官内で伝導率1を持つ液体1のコンダクタンス1を検出することができる。同装置の運用によりさらに、少なくとも2組の検出電極の場所またはその付近の管腔器官内に液体2を注入した場合、少なくとも2組の検出電極を使用して伝導率2を持つ液体2のコンダクタンス2を検出できる。
装置と通信するデータ取得・処理システム。データ取得処理ステムはその運用により、少なくとも2組の検出電極により液体2が検出されたタイミングと、少なくとも2組の検出電極の間の距離に基づいて、液体2の流速を計算できる。
【請求項４２】
請求項41のシステムにおいて、同装置を狭窄部分またはその付近において管腔器官内に配置した場合、同装置の運用により、血流予備量比を求めることができる。ここで血流予備量比は、流速、管腔器官内の大動脈血圧の平均、および狭窄部位またはその付近の少なくとも1つの切断面に基づいて測定する。
【請求項４３】
請求項42のシステムにおいて、少なくとも1つの切断面積は、以下から構成される。
狭窄より末梢側の管腔器官の切断面
狭窄より中心側の管腔器官の切断面
少なくとも1つの狭窄部位の管腔器官の切断面。
【請求項４４】
請求項41のシステムにおいて、流速が得られれば、流速と管腔器官の切断面積に基づいて、体積流量を求めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、2008年9月22日に提出された米国特許出願、仮出願番号61/098837に関するもので、その利益を主張するものである。また、同出願の内容を参照することにより、全体として本出願に含めることとする。
【背景技術】
【０００２】
冠動脈疾患は、現在においても、米国および先進国の疾病および死亡の大きな原因となっている。現在、冠動脈疾患の評価における「大本命」は血管造影法だが、これには、（狭窄の30〜70％を占める）中間的な冠状動脈の病変の程度を評価するにあたって重大な制限がある。冠動脈造影法は冠動脈組織の視覚的な解釈に頼っている。多くの研究において観察者の間での大きな違いが報告されているが、これは、冠状動脈の狭窄障害の程度評価が視覚的に行われていることに起因している。さらに、研究において、血管造影法により描出された狭窄と、冠動脈の血流障害の生理的重症度の間の相関性の欠如も示されている。これは、狭窄の程度と、血流の変化の間の相関性がきわめて低いことによるものである。通常、狭窄の程度が臨界範囲（通常80％以上）に達するまで血流には変化が見られず、この段階になってきわめて劇的に血流の減少がみられる。機能上重大ではない（つまり血流を減少させない）病変は治療を要さない場合がある。したがって、従来の冠状動脈造影法を補完し、冠動脈解剖学と生理学を組み合わせてCADを正確に評価する手法が必要である。
【０００３】
血管の直径または、切断面積は、狭窄の重症度を測る解剖学的な方法である。一方、冠動脈血流は、冠動脈血流機能を示しているため、冠血流予備能（CFR）や血流予備量比（FFR）などのパラメータにより、狭窄の機能的な重症度を評価するために使用できる。CFRは、（液体により誘導された）冠拡張時と安静時の冠状血管内の血流の比として定義されている。CFRの値が2.0未満の場合は、重大な狭窄があり、虚血を引き起こす場合があることが以前から知られている。通常、冠動脈の血流予備能（CFR)やは、正常な安静時血流の3〜5倍とされている。この予備量は、正常な状態の微小血管からのものである（微小血管床）。疾病があると、微小血管床が拡張し、狭窄部分への圧力低下を補うため、血流予備量の一部を使用してしまう。したがって、CFR値が低いときは、心外膜動脈の疾患または微小血管床の末梢障壁を示している場合がある。
【０００４】
CFRは、ドプラガイドワイヤにより測定された、拡張時から安静時への血液の速度により推定することもできる。この手法は、圧電性結晶を血流に対して特定の角度に配置する必要のある、ドプラ原則に基づいている。ワイヤの先端を血流の方向にあわせることが難しく、臨床においてこの条件を満たすことは非常に困難であるため、測定は信頼できる精度を得られず、この手法は臨床ではあまり用いられていない。最近の開発により、冠動脈を含む血管の切断面積を正確に測定する手法とシステムが導入された。切断面積と血流（CFRを含む）の同時測定は、臨床医師に対し、心外膜血管および微小血管系が、心筋血流への総血管抵抗に与える影響を考察する上で大きな助けとなるであろう。
【０００５】
つまり、冠動脈疾患および管腔狭窄の重症度を判断するための視覚的推定手法には、限界があることは良く知られている。これは、虚血状態を生じさせている中程度の冠状動脈の損傷と、虚血状態を生じさせていない損傷を識別する機能が非常に限定的である、冠動脈造影において特にあてはまる。このため、狭窄の重症度は機能面での測ることが望ましい。ドプラ血流ワイヤを含む以前の装置もまた、上述のような大きな制約があった。以上より、日々の医療において冠動脈血流を測定できる、シンプルで正確、コスト効率の高いソリューションが必要であることは明白である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
インピーダンスを使って管腔器官内の血流予備量比を測定するという、本開示による手法の少なくとも1つの実施形態において、同手法は、１組の励起電極と、少なくとも2組の検出電極から構成される装置を、管腔器官の狭窄部分またはその付近に配置するステップを含む。ここで、少なくとも2組の検出電極は事前に設定した間隔をあけて配置する。管腔器官内に注入された液体2、つまり、現在管腔器官内に存在する液体1を一時的に置き換える液体2の流速を測定するよう装置を動作させ、流速と管腔器官内の平均大動脈圧と、狭窄部分またはその付近における少なくとも1つの切断面積に基づいて狭窄部分またはその付近の血流予備量比を測定する。少なくとも1つの実施形態において、少なくとも1つの切断面とは、狭窄より末梢側の管腔器官の切断面と、狭窄より中心側の管腔器官の切断面と、狭窄部分における管腔器官の切断面から構成される。
【０００７】
管腔器官内の血流予備量比を測定する本開示の手法の別の典型的実施形態において、血流予備量比を測定するステップは、さらに、少なくとも2つのセンサーの間で測定する体積流量に基づく。別の実施形態において、体積流量の測定は、少なくとも1か所の切断面と流速に基づく。
【０００８】
管腔器官内の血流予備量比を測定する本開示における手法の典型的実施形態において、管腔器官に注入された液体の流速を測定するため装置を運用するステップには、少なくとも2つのセンサーのうち少なくとも1つを使って、管腔器官内で液体1を検出するステップが含まれる。ここで、液体1はパラメータ1の値1を持つものとし、また、液体2を管腔器官に注入すると、つまり、液体2が管腔器官内の注入部位において一時的に液体1を置き換える。液体2はパラメータ2の値2を持ち、値2は値1とは異なる。少なくとも2つのセンサーそれぞれにおいて液体2のパラメータ2の値2を検出した時間を測定し、少なくとも2つのセンサーそれぞれにおける、液体2のパラメータ2の、値2を検出した時間に基づいて、管腔器官内の液体2の流速を測定する。少なくとも1つの実施形態において、パラメータ1とパラメータ2は、伝導率、pH、温度、または光学的に検出可能なものである。別の実施形態において、この手法は、管腔器官内の血流速度の測定に基づき疾病を診断するステップを構成する。また別の実施形態において、血流予備量比の測定は管腔器官内の狭窄の程度を示す指標となる。ある典型的実施形態において、血流予備量比を測定するステップは、データ取得・処理システムを使用して行われる。少なくとも1つの実施形態において、液体1は血液で構成され、液体2は生理食塩水で構成される。
【０００９】
管腔器官内における血流予備量比を測定する本開示における手法の少なくとも1つの実施形態において、同手法は管腔器官内に導入された注入液の少なくとも検出に基づくものとする。ここで注入される注入液は、注入液の注入前に管腔器官内に存在していた液体のパラメータの値とは異なる値を持つものとする。
【００１０】
インピーダンスを使って管腔器官内の血流予備量比を測定する本開示における手法の少なくとも1つの実施形態においては、同手法は以下のステップを含む。１組の励起電極と、少なくとも2組の検出電極から構成される装置を、管腔器官内の狭窄部分またはその付近の配置し、そこで、少なくとも2組の検出電極は事前に設定した間隔を空けて配置する。管腔器官内に注入された液体2、つまり、現在管腔器官内に存在する液体1を一時的に置き換える液体2の流速を測定する装置を動作させる。管腔器官内の流速、平均の大動脈圧と、狭窄部分またはその付近における少なくとも1つの切断面に基づいて狭窄部分またはその付近の血流予備量比を求める。少なくとも1つの実施形態において、少なくとも1つの切断面は、狭窄より末梢側の管腔器官の切断面と、狭窄より中心側の管腔器官の切断面と、狭窄部分における管腔器官の切断面から構成される。
【００１１】
インピーダンスを使用して管腔器官内の血流予備量比を測定する、本開示の手法の少なくとも1つの実施形態においては、血流予備量比の測定ステップはさらに、少なくとも2組の検出電極の間の体積流量の測定に基づく。別の実施形態において、体積流量の測定は、少なくとも1か所の切断面と流速に基づく。
【００１２】
インピーダンスを使って管腔器官内の血流予備量比を測定する本開示における手法の少なくとも1つの実施形態において、管腔器官内に注入された液体の流速を測定する装置の運用は以下のステップから構成される。磁場を生成する1組の励起電極を活性化し、少なくとも2組の検出電極のうち少なくとも1組の電極を使って、伝導率1を有する液体1のコンダクタンスを検出し、伝導率2を有する液体2を管腔器官内へ注入し、かかる液体2が管腔器官内の注入部位において一時的に液体1を置き換えるようにし、ここで伝導率1は、伝導率2と等しくはなく、少なくとも2組の検出電極において液体2のコンダクタンスを検出し、少なくとも2組の検出電極のうち少なくとも1組の電極を使って、液体2のコンダクタンスを検出した時間を測定し、少なくとも２組の検出電極それぞれにおいて、コンダクタンスを検出した時間に基づいて、管腔器官内における液体2の流速を測定する。
【００１３】
インピーダンスを使って管腔器官内の血流予備量比を測定する本開示の手法の少なくとも1つの実施形態において、管腔器官内に注入した液体の流速を測定する装置の運用は以下のステップから構成される。磁場を生成する1組の励起電極を活性化する。少なくとも2組の検出電極のうち少なくとも1組の電極を使って伝導率1を有する液体1のコンダクタンスを検出する。伝導率2を有する液体2を管腔器官内へ注入し、かかる液体2が管腔器官内の注入部位において一時的に液体1を置き換えるようにする。ここで伝導率1は、伝導率2と等しくはないものとする。少なくとも2組の検出電極において液体2のコンダクタンスを検出し、少なくとも2組の検出電極のうち少なくとも1組の電極を使って液体2のコンダクタンスを検出した時間を測定し、(a)その励起電極ペアの1つめの励起電極と少なくとも2組の検出電極のうち1組めの電極と、(b)その励起電極ペアの2つめの励起電極と、少なくとも2組の検出電極の管腔器官内のうち2組めの検出電極を使ったコンダクタンス検出の時間に基づいて管腔器官内における液体2の流速を測定する。
【００１４】
インピーダンスを使って管腔器官内における血流予備量比を測定する本開示の手法の少なくとも1つの実施形態において、同手法はさらに、管腔器官内の血流速度の測定に基づいて、疾病を診断するステップを含む。別の実施形態において、血流予備量比の測定は管腔器官内の狭窄の程度を示す指標となる。また別の実施形態において、血流予備量比を測定するステップは、データ取得・処理システムを使用して行われる。少なくとも1つの典型的実施形態において、液体1は血液、液体2は生理的食塩水が構成する。
【００１５】
インピーダンスを使って管腔器官内における血流予備量比を測定する本開示の手法の少なくとも1つの実施形態において、同手法は管腔器官内に導入された注入液の少なくとも1回の検出に基づく。ここで注入される注入液の伝導率は、注入液の注入前に管腔器官内に存在していた液体の伝導率とは異なる値を持つものとする。
【００１６】
管腔器官内の血流予備量比を測定する本開示における装置の少なくとも1つの実施形態において、装置は管腔器官内に収まるサイズと形状の細長い本体と、細長い本体に沿って事前設定された間隔をあけて配置される少なくとも2つのセンサーにより構成される。ここで装置は、管腔器官内に置かれた場合、その運用により少なくとも2つのセンサーのうちの少なくとも1つを使用してパラメータ1の値1を持つ液体1を検出することができる。また、液体2を管腔器官内の少なくとも2つのセンサーがある位置またはその付近に注入した場合、装置を運用してパラメータ2を持つ液体2を検出することができる。ここで液体2のパラメータ2は、値1とは異なる。少なくとも1つの実施形態において、少なくとも2つのセンサーによって検出された液体2は、少なくとも2つのセンサーにより液体2が検出されたタイミングと、少なくとも2つのセンサー間の距離に基づいて、流速を測定することができる。別の実施形態において、同装置を管腔器官内の狭窄部分またはその付近に配置した場合、同装置の運用によりさらに、流速、管腔器官内の大動脈血圧の平均、および狭窄部位またはその付近の少なくとも1つの切断面に基づいて血流予備量比を求めることができる。また別の実施形態において、少なくとも1つの切断面は、狭窄より末梢側の管腔器官の切断面と、狭窄より中心側の管腔器官の切断面と、狭窄部分における管腔器官の切断面それぞれ少なくとも1つから構成される。
【００１７】
本開示の管腔器官内の液体の血流予備量比を測定する装置の少なくとも1つの実施形態において、流速は、流速と管腔器官の切断面積に基づき体積流量の測定を可能にする。別の実施形態において、血流予備量比の測定は、データ取得・処理システムを使用して行われる。
【００１８】
管腔器官内の液体の血流予備量比を測定する装置の本開示の少なくとも1つの実施形態において、同装置は管腔器官に収まる大きさと形状の細長い本体、細長い本体に沿って位置づけられた少なくとも1組の励起電極、少なくとも1組の励起電極の間に本体に沿って位置づけられた少なくとも2組の検出電極により構成される。ここで、少なくとも2組の検出電極は、それぞれ事前設定された間隔をあけて位置づけられる。また、装置が管腔器官内に置かれる場合は、装置の運用により、少なくとも2組の検出電極を使って、管腔器官内において伝導率1の値を持つ液体1のコンダクタンス1を検出する。また装置の運用により、少なくとも2組の検出電極の部分またはその付近の管腔器官内に液体2を注入した場合は、少なくとも2組の検出電極を使用して伝導率2を持つ液体2のコンダクタンス2を検出することができる。少なくとも1つの実施形態に置いて、少なくとも2組の検出電極によって液体2が検出された場合は、少なくとも2組の検出電極と少なくとも2組の検出電極の間の距離を使用して、液体2が検出されたタイミングに基づき、その流速を測定することができる。
【００１９】
管腔器官内の血流予備量比を測定する装置の本開示の少なくとも1つの実施形態において、システムは血流予備量比を測定する装置から構成され、同装置は、管腔器官内に収まる大きさと形状の細長い本体と、細長い本体に沿って事前設定された距離だけ離れた状態で配置された少なくとも2つのセンサーで構成される。ここで装置は、管腔器官内に置かれた場合、その運用により、パラメータ1で値1を持つ液体1を少なくとも2つのセンサーのうちの少なくとも1つを使用して検出することができる。またさらに、装置を運用してパラメータ2を持つ液体2を、少なくとも2つのセンサー位置またはその付近において管腔器官内に液体2を注入した場合に、値1とは異なる値2を持つ液体2のパラメータ2を検出することができる。また、同装置と通信するータ取得・処理システムを運用し、少なくとも2つのセンサーによる液体2の検出タイミングと、2つのセンサーの間の距離に基づいて、速度を計算することができる。
【００２０】
管腔器官内の血流予備量比を測定するシステムの少なくとも1つの実施形態において、システムは、血流予備量比を測定する装置で構成され、同装置は管腔器官内に収まるサイズと形状の細長い本体と、細長い本体に沿って設置された少なくとも1組の励起電極と、細長い本体に沿って少なくとも1組の励起電極の間に設置された少なくとも2組の検出電極で構成され、そこで少なくとも2組の検出電極が細長い本体に沿って事前設定された距離だけ離れた状態で配置され、ここで同装置が管腔器官内に置かれると、同装置の運用により、管腔器官内で伝導率1を有する液体1のコンダクタンス1が、少なくとも2組の検出電極を使用して検出することができ、同装置と通信するデータ取得・処理システムは、少なくとも2組の検出電極を使って液体2が検出されたタイミングと、少なくとも2組の検出電極の間の距離に基づいて、液体2の流速を計算することができる。
【００２１】
管腔器官内の血流予備量比を測定するシステムの本開示における別の実施形態において、データ取得・処理システムのさらなる運用により、同装置を管腔器官内の狭窄部分またはその付近に配置した場合、流速、管腔器官内の大動脈血圧の平均、および狭窄部位またはその付近の少なくとも1つの切断面積に基づいて血流予備量比を求めることができる。また別の実施形態では、流速から、流速と管腔器官の切断面積に基づいて、体積流量を計算することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】流速と体積流量の測定に有用な装置の部分の典型的実施形態を示している。特許出願の本開示によれば、装置本体に沿って2つのセンサーが配置されている。
【図２】流速と体積流量の測定に有用な装置の部分の典型的実施形態を示している。特許出願の本開示によれば、2つの外部電極（E）と2組みの検出電極（D）から構成される。
【図３Ａ】本出願の開示における少なくとも1つの手法に従って、1.5％の食塩水を豚の冠状動脈へ一時的に注入した場合の一定期間の総コンダクタンスの増加を示すグラフである。
【図３Ｂ】本出願の開示における少なくとも1つの手法に従って、0.45％の食塩水を豚の冠状動脈へ一時的に注入した場合の一定期間の総コンダクタンスの減少示すグラフである。
【図４】本出願の開示における少なくとも1つの手法に従って、0.9％の食塩水を注入した場合の電極1と電極2（図2に示す）の一定期間におけるコンダクタンスの変化を示している。
【図５】本出願の開示に従って、流速と体積流量の測定に有用なシステムの典型的実施形態を示している。
【図６】本出願の開示に従って、流速を測定する手法のブロック図を示している。
【図７】本出願の開示に従って、インピーダンスを使って流速を測定する手法のブロック図を示している。
【図８】本出願の開示に従って、生理的食塩水を注入した後、血液が生理的食塩水を置き換えるしくみを示している。
【図９】本出願の開示に従って、検出電極を通して電圧が低下する様子を示すグラフを示している。
【図１０】本出願の開示に従って、冠状動脈の等電位線を図示している。
【図１１】本出願の開示に従って、有限要素モデルの検証を示すグラフである。
【図１２】本出願の開示に従って、電圧と時間またはコンダクタンスと時間のカーブをシミュレーションした2つのグラフを示している。
【図１３】本出願の開示に従って、有限要素モデルの検証を示すもう1つのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本懐時の原則の理解を促す目的で、図で示された実施形態およびその説明を行うための用語の参照を行う。しかし、それにより本開示の範囲が狭められるものではないことについて理解されたい。
【００２４】
本出願の開示は、インピーダンスを使ってFFRを測定する装置、システム、手法をふくめ、血流予備量比（FFR）を測定するための装置、システム、手法を記述する。上記を実行する典型的手法は、最初の流れに変化を導入することにより、血流における少なくとも1つの特性の変化を検出することのできる、1つまたは複数の装置（または同装置の要素や機能）を利用する。かかる手法を実行するかかる手法、装置、およびシステムは、流速の正確な値を提供し、それにより流量や体積流量の変化により狭窄の程度を示しうるため、疾病の診断（CADを含む）に有用である。かかる流速や体積流量の変化は、同一人物の体内のさまざまな血管や組織（通常「管腔器官」と呼ぶ）における流速や体積流量を比較することにより、また、何回か調べた流速や体積流量を比較することにより、特定できる。
【００２５】
本出願の主旨において、「指示薬」とは、たとえば血管などに注入される物質をさすものとし、かかる管腔に元来流れている液体とは少なくとも1つのパラメータが異なるものとする。このパラメータとは、浸透圧やpHなどのさまざまな化学的変化、また光学的、電気的、あるいは熱的変化を含むがそれに限らない。典型的な指示薬は、「センサ−」により検出可能であるものとし、これは、かかる指示薬検出に有用な適用可能な任意のセンサーからなる場合がある。典型的なセンサーには、その動作により1つ以上の指示薬を検出できる検出電極、pHセンサー、熱電温度計、光学センサーを含むがこれらに限らない。本書で言及する場合の「パラメータ」とは、1つまたは複数のセンサーにより検出可能な指示薬の要素をさし、伝導率、pH、温度、その他光学的に検出可能なものを含むがこれに限らない。本出願の開示は、本書で開示する具体的な指示薬やセンサーに限定することを意図するものではなく、本件装置、システム、手法におけるFFRの測定に適したその他の指示薬やセンサーについて、本書で開示されていないものも、本装置の1つ以上の出願に適合する場合がある。
【００２６】
インピーダンスを利用したFFRの測定に有用な装置の少なくとも部分の典型的実施形態を図1に示す。図1に示すように、装置100は2つのセンサー102（センサー102は図1においてそれぞれSというラベルがついているため、1つのセンサー102をさらに「1号」とラベルし、2つめのセンサー102を「2号」とラベルする）は、装置100の本体104において、装置100の末端部分またはその付近に位置づけられている。本書で述べる装置100のさまざまな実施形態は、2つ以上のセンサー102から構成され、センサー102は装置100の本体104のさまざまな部分に位置づけることができる。さらに、装置100は、本書に記載する性質やコンポーネントを備えた複数の適切な装置100から構成される場合があり、これには、カテーテルやガイドワイヤを含むがそれに限らない。たとえば、装置100には標準カテーテル、バルーンカテーテル、血管形成術用カテーテル、液体充填シラスティック圧力モニタカテーテル、標準ワイヤ、インピーダンスワイヤ、ガイドワイヤ、本書で記載する装置100の特性を含むその他のカテーテルやワイヤから構成される場合がある。
【００２７】
図1に示す実施形態において、センサー102は、そこに示されるように距離Lの間隔をあけて配置される。本書で詳しく述べるように、FFRを測定する典型的な手法は、事前設定された距離をあけて配置された2つ以上のセンサー102が、注入液の注入の「時間」を測るという原則に基づくものである。これは、注入液の流れは、複数のセンサー102を順番に通過するからである(例図1にあるように、まずセンサー102-1号を通過し、その後102-2号を通過する)。本出願に従って、センサー102において注入液を検出すると、流速の測定は、2つのセンサー102の距離（L）と、センサー102による注入液の検出の時間差に基づいて行うことができる。本書で先に述べたように、かかる注入液は、センサー102（たとえば、検出電極、pHセンサー、電温度計など）により検出できる、1つ以上の指示薬から構成することができる（たとえば、高浸透圧液、低浸透圧液、目標の管腔内に元来流れている液体とは異なるpHを持つ液体、目標の管腔内に元来流れている液体とは異なる温度を持つ液体、など）。センサー102は指示薬が、装置100を含む血管へ注入された場合には、装置100に沿って取り付けられたセンサー102によってさまざまなタイミングで検出できるように、装置100の本体104に沿って配置される。
【００２８】
FFRを測定する手法の少なくとも1つの実施形態において、装置100は、2つ以上のセンサー102から構成され、かかる手法の遂行にあたって有用である。本出願の開示の典型的手法は、かかる装置100を、液体の流れる血管へ挿入し、センサー102により検出可能な注入液を注入（装置100からまたは別の装置から）するステップを含む。本開示のFFRを測定する手法600の少なくとも1つの実施形態において、また、図6のブロック図に示される実施形態において、手法600は、少なくとも2つのセンサーを含む装置100を血管または組織内の正しい位置に配置するステップ（配置ステップ602）を含む。ここで少なくとも2つのセンサー102は、指定の距離だけ間隔をあける。かかる手法604はさらに、センサー102を使用して血管または組織内において液体1の少なくとも1つのパラメータを検出するステップ（1つめの検出ステップ604）を含み、また、少なくとも1つのパラメータが液体1とは異なる、液体2を血管または組織へ注入し、一時的に、注入部位にある液体1を置き換えるステップ（注入ステップ606）を含む。本開示の典型的手法600はさらに、センサー102を使用して液体2の異なるパラメータを最低でも検出するステップ（2つめの検出ステップ608）と、少なくとも2つのセンサー102それぞれにおける液体2の検出時刻の測定ステップ（測定ステップ610）を含む。典型的な手法600はさらに、少なくとも2つのセンサーそれぞれの液体2の検出時刻に基づき、血管または組織内の液体2の流速を測定するステップ（流速測定ステップ612）を含む。本開示の追加の典型的手法600はさらに、体積流量、血管または組織の切断面積に基づきFFRを測定するステップ（FFR測定ステップ614）を含む。これについては以下で詳述する。
【００２９】
抵抗を利用したFFRの測定に有用な装置の少なくとも部分の典型的実施形態を図2に示す。図2の典型的実施形態に示されているように、装置200は、少なくとも1組の励起電極202（図2で励起電極202はそれぞれEと表示）と、少なくとも2組の検出電極204（図2で検出電極204はそれぞれDと表示）を含み、これらは装置200の本体206に沿って、装置200の近位端または遠位端に配置される。かかる3組の電極の配置（励起電極202を1組と検出電極204を2組）について、本書では「6極」配置と呼ぶ。励起電極202は活性化すると、励起電極202の間に電場（図示せず）を生成し、検出電極204は活性化するとその電場を検出することができる
【００３０】
図2に示した装置200の少なくとも一部以外の追加装置もまた、本出願の範囲内と考えられる。あとたとえば、典型的装置200は、図2に示す6極電極配置よりもより多くの電極で構成することができる。たとえば、追加の典型的装置200は、1組の励起電極202と3組の検出電極204とを含み、さらに装置200は、2組の検出電極202をそれぞれ一定の距離を空けて配置し、検出電極202の各組の励起電場に干渉しないよう配置し、それにより、励起電極202のそれぞれのセットの間に1組の検出電極を配置する形をとることもできる。本開示の装置200の少なくとも1つの典型的実施形態において、装置200はそれぞれ一定の間隔で配置した1組の励起電極202と5組の検出電極204から構成される。
【００３１】
上述のように、検出電極204はひと組の励起電極202が生成する電場を検出でき、それゆえ、少なくとも1組の検出電極204は、上記の電場を適切に検出するため励起電極202の間に配置する。したがって、例として、装置200の追加の実施形態は、1組の励起電極202と、3つの別々の電場を検出するよう、つまり、3組の検出電極204の1組がぞれぞれ1つ検出するよう配置される3組の検出電極204から構成される。
【００３２】
2組の励起電極202と、励起電極202各組の間に配置された1組の検出電極204からなる装置200の実施形態では、検出電極204の各ペアが、励起電極202の格ペアが生成した電場をそれぞれ検出できる。本書で紹介するさまざまな実施形態は単に、本出願の開示における装置200の典型的な実施形態であり、装置200のその他の実施形態もここに、本出願の開示の中で企図する。
【００３３】
さらに、装置200は、本書に記載する性質やコンポーネントを備えた複数の適切な装置200から構成される場合があり、これには、カテーテルやガイドワイヤを含むがそれに限らない。たとえば、装置200には標準カテーテル、バルーンカテーテル、血管形成術用カテーテル、液体充填シラスティック圧力モニタカテーテル、標準ワイヤ、インピーダンスワイヤ、ガイドワイヤ、本書で記載する装置100の特性を含むその他のカテーテルやワイヤから構成される場合がある。
【００３４】
本開示の装置100および200は、図5に示す、本開示のインピーダンスを使用してFFRを検出するシステムの典型的ブロック図実施形態に示されるシステム500の一部とすることができる。図5に示すように、システム500は、装置100、200（または本出願に従う別の装置）および、装置100および200と通信するデータ取得・処理システム502から構成され、ここで、データ取得・処理システム502は、装置100に取り付けられたセンサー102、または装置200に取り付けられた検出電極204により検出された血管または組織内の液体の流速を計算することができる。典型的なデータ取得・処理システム502は、センサー102からのデータを受け取ることができ、流速、体積流量、FFRを測定するデータを処理することができる、たとえばコンピュータやその他の電子装置などから構成することができる。
【００３５】
インピーダンスを使ってFFRを測定する手法の少なくとも1つの実施形態において、複数の励起電極202と検出電極204からなる装置200は、かかる手法を実施するうえで有用である、本出願の開示の典型的手法は、かかる装置200を、液体の流れる血管へ挿入し、検出電極204により検出可能な注入液を注入（装置200または別の装置から）するステップを含む。
【００３６】
本開示のインピーダンスを使ってFFRを測定する手法700の少なくとも1つの実施形態において、ブロック図7に示すように、手法700は、励起電極202と少なくとも2組の検出電極204からなる装置200を血管または組織内に配置するステップ（配置ステップ702）から構成される。ここで、少なくとも2組の検出電極204は間隔を空けて配置する。その後、励起電極202は活性化し、検出電極204により検出可能な電場を生成することができる（電場生成ステップ704）。かかる手法700はさらに、検出電極204を使用して、血管または組織内の液体1のコンダクタンスを検出するステップ（液体1検出ステップ706）および、伝導率2を持つ液体2を血管または組織に注入し、注入部位において液体1を一時的に置き換えるステップ（注入ステップ708）から構成される。本開示の典型的手法700はさらに、少なくとも2組の検出電極204を使用して液体2のコンダクタンスを検出するステップ（2つめのコンダクタンス検出ステップ710）および、少なくとも2組の検出電極204それぞれによるコンダクタンス検出時刻を測定するステップ（測定ステップ712）から構成される。典型的な手法700はさらに、少なくとも2組の検出電極204それぞれによるコンダクタンスの検出時刻に基づき、液体2の血管または組織内の流速を測定するステップ（流速検出ステップ714）を含む。本開示の追加の典型的手法700はさらに、体積流量、血管または組織の切断面積に基づきFFRを測定するステップ（FFR測定ステップ614）を含む。これについては以下で詳述する。
【００３７】
かかる手法は、一定の距離をあけて配置された2つのセンサー（たとえば、図2に示すように距離Lだけ間隔を空けて配置された2組の検出電極204）は注入液の注入の「時間」を測ることができるという原則に基づくものである。これは、注入液の流れは、2つのセンサー102を順番に通過するからである。本開示に従って2組の検出電極により注入液を検出した場合は、流速の測定は、2つの検出電極204の間の距離L、2組の検出電極による注入液検出の時間差により求められる。
【００３８】
高浸透圧または低浸透圧溶液の利用は、それぞれ図3Aと図3Bが示すように検出電極204により検出することができる。もし、本出願の開示に従って、同検出コンセプトを6極電極配置（図2に例示）と組み合わせ、高浸透圧または低浸透圧溶液（または生理的食塩水、図3Aに例示）のどちらかを単回注入する場合、生理的食塩水の連続的検出は、2組の電極204の検出により行うことができる（図2には1および2と表示）。従って、注入液通過の時間(t)差は、2つの離れた位置において検出された時間の差により測定される。
Dt = t2 - t1                                     [1]
【００３９】
従って、注入液の速度Vは以下の式で求められる。
V = L / Dt                                       [2]
【００４０】
ここでLは、センサー間の距離で、体積流量は以下のとおりとなる。
Q = V * CSA                                             [3]
【００４１】
ここで、切断面積CSAはそれを行う任意の数の適切な手法または装置により測定される。
【００４２】
血管の電気的コンダクタンスの物理特性を決める式は以下により求められる。
【数１】
2012502773.tif 000003
[4]
【００４３】
ここでG(コンダクタンス)は、励起電極202により誘導された電流と、検出電極204で検出されるものの潜在的差違の割合であり、CSAは血管の切断面積であり、σは、液体の固有伝導率、Lは検出電極204間の距離、Gpは漏電電流によるオフセット誤差であり、血管腔の外部構造（血管壁および周囲の組織）の有効並列コンダクタンスであり、tは心周期の時間である。
【００４４】
以下を考察する場合
【数２】
2012502773.tif 000004
[5]
【００４５】
ここでγは定数のため、数式[4]は以下のように表現できる
【数３】
2012502773.tif 000005
[6]
【００４６】
ここでIは電極1および4を通した電流(図2に例示)であり、ΔVは電圧降下である。血管の電気抵抗Rは次の数式により求められる。
【数４】
2012502773.tif 000006
[7]
【００４７】
かかる実施形態において、また上記で参照したように、励起電極202(図2で1および4の番号がついている電極)は、電場を生成し、また、ここで言及されているさまざまな液体パラメータの同時検出を行う。
【００４８】
本開示の装置100および200を使用して流速/速度を計算するためには、前述の通り、装置100に沿って配置されたセンサー100上または装置200に沿って配置された検出電極204上の管腔を、溶液（生理的食塩水など）が満たさなくてはならない。励起電極202のセットは、少なくとも1つの実施形態において、検出電極204と相対的に離れて配置されたため、検出器として使用され、それにより、より正確な経過時間を提供する。
【００４９】
図8は、生理的食塩水を注入した後、血液が生理的食塩水を置き換えるしくみを示している。図8が示すように、灰色と黒の線はそれぞれ血管内の生理的食塩水と血液を示しており、水平および垂直の点線は、それぞれ生理的食塩水と血液に満たされた血管壁と血管周囲の組織を示す。このため数式[7]は以下のように書くことができる。
【数５】
2012502773.tif 000007
[8]
【００５０】
ここでΔVtotalは、生理的食塩水と血液の電極を通る電圧差の合計で（図8）、ΔVbloodは、血液の電圧差(図8の右側)、ΔVsalineは生理的食塩水部分の電圧差（図8の左側）、Lbloodは血液部分の長さ、Lsalineは生理的食塩水部分の長さ、σbloodは血液の固有伝導率、σsalineは生理的食塩水の固有伝導率、γbloodは血液定数、γsalineは生理的食塩水定数である。定数αを以下のように定義した場合
【数６】
2012502773.tif 000008
[9]
【００５１】
その場合、数式[8]は以下のように書くことができる。
【数７】
2012502773.tif 000009
[10]
【００５２】
ここでΔVblood onlyは、血液部分全体の電圧降下である。生理的食塩水の定数流速が、血管経由で流れる（輸送される）と想定される場合
【数８】
2012502773.tif 000010
[11]
【００５３】
ここでvは平均流速を意味し、Δtは時間を意味する。数式[9]と[10]を組み合わせると以下のようになる。
【数９】
2012502773.tif 000011
[12]
【００５４】
ここでI、α、およびvは定数である。従って、時間の変化Δtと電圧差ΔVtotalには線形の関係が存在する。検出電極204の中間にある血管部分に生理的食塩水を注入する前はLsaline = 0，Δt = 0であり、ΔV = ΔVblood onlyである。検出電極204の中間にある血管部分を生理的食塩水が満たすと、Lsaline = L，Δt =Δttransportおよび、ΔV = ΔVsaline onlyとなる。
【００５５】
本出願の典型的装置200を使用して求められる傾斜dV/dtは、図9に示され、典型的な測定は豚の冠状動脈で行われる。図9は、血管内にある血液をたとえば生理的食塩水が置き換えたことを検出電極204が検出した場合に観測される電圧降下のグラフを示している。図9に示す電圧降下は、コンダクタンスの上昇を意味する。
【００５６】
図9に示すように、ΔVblood onlyとΔVsaline onlyは、典型的装置200を使用して以下のように測定される。
【数１０】
2012502773.tif 000012
[13]
【００５７】
ここでΔttransportは希望のΔtで、Vfull salineは生理的食塩水のみが存在する場合（つまり血液が完全に置きかえられた場合）の電圧降下、またΔVfull bloodは、血液の身が存在する場合(つまり血液が生理的食塩水を洗い流した場合)の電圧降下である。速度を求めたのち、血管部分の流速は、質量保存式に従って計算できる。つまり、
【数１１】
2012502773.tif 000013
[14]
【００５８】
【数１２】
2012502773.tif 000014
[15]
【００５９】
積分は近位および遠位の測定値の間の断面に対して評価される。
【００６０】
ここで参照されるように、励起電極202は、注入された生理的食塩水の経過時刻を測定し、励起電極202の間の距離は既知であるため、これにより速度が求められる。基本概念は、血液が注入された生理的食塩水を置き換えると液界電位が生じ、液界電位偏差は以下に示すように線形である。図10は、本開示の典型的装置200と流量計（トランソニック社製）を使用した3頭の豚の冠状動脈における流速の準備的測定を示しており、最小二乗適合は傾斜1.02(0.955のR2)の線形の関係を示し、非常に有意である。CSAはここで参照したように求められるため、CSAと速度をかけると、希望の体積流速が得られる。
【００６１】
時間Δtと電圧変化ΔVtotalの間の線形な関係を検証するため有限要素モデルを作成した。電位の分布Ｖ(電荷の維持)を決める連続方程式は、以下のポワソン方程式で求められる。
【数１３】
2012502773.tif 000015
[16]
【００６２】
ここで電流密度Ｊは、Ｊ＝−σ∇Ｖであることから電荷に関係し、ρは体積電荷密度、σは伝導率、∇はデルタ演算子をそれぞれ示す。数式[16]は、電流密度が、単位体積当たり小さな体積から、すべてのポイントで、単位体積当たりの電荷の減少の時間比率に等しいことを示している。現在の制御体積は、駆動電流Iが注入され、制御体積へ抽出されるまで、∂ρ／∂ｔ＝０である。そのため、数式[16]は以下のように単純化できる。
【数１４】
2012502773.tif 000016
[17]
【００６３】
駆動電流の注入および排出の具体的境界を除き、外部の境界には、ノイマン境界条件が適用される。図10に示す血流のある冠状動脈の電場の等電位線が示す、節点電位を計算するため、ガラーキン有限要素プログラムが開発された。図10に示す冠状動脈の等電位線は、図9に示される実験的測定と同じように、生理的食塩水が血管に浸透したとき、または、生理的食塩水が血液によってすべて流された場合の電圧の変異をシミュレートしている。最後に、時間Δt＝Ｌ2／ｖと電圧差ΔVmixが式[12]によって求められる。そこで、図11が示すΔtとΔVの線形性を検証するために有限要素モデルが使用される。図11は、ΔtとΔV、および完全な線形関係の最小二乗適合(R2=1)を示す。
【００６４】
流速は以下のように求められる。本開示の典型的装置200の電極を（図2が示すように）1、2、3、4と呼ぶ。前述の通り、電極1および4は励起電極202を表し、2と3はたとえば直径の測定検出に有用な検出電極204を表す。速度の測定でも、1と4を励起し、かつ、検出は1と2および3と4で行うことができる。この手順では、図12に示すように、電極を注入液が通る時に、同時に2セットの電圧-時間（またはコンダクタンス-時間）曲線を描く。曲線の形は、ほとんど同じですが、図には時間のずれが示される。
【００６５】
各曲線の平均経過時間を平均値の定理に従って計算する。具体的には以下の通り。
【数１５】
2012502773.tif 000017
[18]
【００６６】
ここでG(t)は測定された電気コンダクタンスで、
【数１６】
2012502773.tif 000018
は、平均経過時間である。液体が移動した電極間の距離がわかっているため、平均経過時間(Δt)の差異は、平均速度の計算に使用できる。上述の方法で速度を得たら、血管部分における流速は、数式[14]に書かれる質量保存方程式に従って求められる。近位および遠位の測定値の間の希望の断面に対して積分が求められる。
【００６７】
FFRは以下のように定義される。
【数１７】
2012502773.tif 000019
[19]
【００６８】
ここでPaは平均大動脈血圧、Pvは中心静脈圧、Pdistalは狭窄より末梢側の拡張時冠状動脈圧である。静脈圧は0または変化しないと仮定すると、数式[19]を以下のようにさらに簡素化できる。
【数１８】
2012502773.tif 000020
[20]
【００６９】
ここでΔPは狭窄部位より中心側から末梢側の血管の軸に沿って傾斜する圧力である。
【００７０】
運動量とエネルギー保存に基づき、生成された管腔断面からの測定は以下のとおりである。ΔPベルヌーイ方程式(エネルギー保存)は以下のように記述できる。
【数１９】
2012502773.tif 000021
[21]
ここでCSAproximalとCSAdistalは、それぞれ典型的装置200により取得した管腔断面の末梢側と中心側の切断面積であり、Qは上記で求めた部位を通じての流速である。拡散によるエネルギー損失と、非常に強い狭窄（最小CSA）から面積が突然広くなった通常（遠位）の血管部分への突然の面積拡大によるエネルギーロスという二つの大きなエネルギー喪失がある。
【００７１】
血管部分で完全な流量が得られていると想定される場合は、拡散によるエネルギー損失はポワズイユ式（運動量保存の法則）で以下のように記載できる。
【数２０】
2012502773.tif 000022
[22]
【００７２】
ここでμは血液粘性で、dp/dxは圧力勾配である。数式[22]は以下のように書き換えることができる。
【数２１】
2012502773.tif 000023
[23]
【００７３】
ここでdxは、微小血管である。数式[23]を血管セグメントの軸に沿って積分し、以下を得る。
【数２２】
2012502773.tif 000024
[24]
【００７４】
ここでΔPviscousは、粘性拡散による血管セグメントの軸方向への圧力低下であり、Ltotalは、図12に示すように、断面の近位点と遠位点の間の距離である。
【００７５】
急激な面積の拡張によるエネルギー喪失は、一次元連続性、運動量、エネルギー数式によりおよそ計算でき、以下のようになる。
【数２３】
2012502773.tif 000025
[25]
【００７６】
ここでΔPexpansionは、急激な面積の拡張による圧力低下であり、CSAstenosisとCSAdistalは、それぞれ狭窄部位と、狭窄部位に隣接する末梢側の切断面積である。数式[24]と[26]を数式[21]に代入すると、以下の希望の結果が得られる。
【数２４】
2012502773.tif 000026
[26]
【００７７】
ここでCSAdistalは、血管障害の末端部分の切断面積である。
【００７８】
図13は、さまざまな長さ(1、2、3cm)の病変によるさまざまな狭窄(40、50、60、70%の狭窄)による圧力低下を、数式[26]に基づく有限要素モデルからの計算結果の間で比較したものである。この数式はそれ自体、図13に示した有限要素シミュレーションによって検証された本開示の典型的装置200からFFRを測定するために使用できる。
【００７９】
データ圧力とFFR測定に関し、流れと損傷の位置が正確にわかっている場合は、物理法則（質量および運動量保存の法則）により、狭窄に沿った圧力低下を正確に測定できる。実際の血管の位置の有限要素シミュレーションは、数式の検証に使用できる。図13は、物理学に基づく数式（数式[18]）の優れた正確さを示している。この数式は、有限要素シミュレーションと比較して測定された流量と病変の形状を取り込んでいるため、この数式には実験的パラメータは含まれていない。ここでは厳格に、本開示の装置によって測定される形状と流量および物理学の保存法則のみが使用されている。
【００８０】
本出願の開示は、その少なくとも1つの実施形態において、血液を瞬間的にも置き換える液体の注入は、組織を通じて通常の流速に影響しないという仮定を採用している。この原則は造影剤の注入により以前に検証されており、ここでは、造影剤の高圧注入による血流増加は15％未満だった。ベースラインおよび拡張時フローのため造影剤で血液を完全に置き換えるには、2〜4ｍｌ/秒の注入速度は実質的に適当であることがわかった。冠状動脈への造影剤の高圧注入は、背圧を生じさせ、血液が冠状動脈へ入ることを瞬間的に阻止する。生じる背圧の大きさは、注入速度、注入物の粘性、血管と動脈の抵抗率、血管コンプライアンスにより異なる。
【００８１】
本書で開示するさまざまな技術を使用する、あるテスト例において、流量測定は造影剤注入の間に行われ、造影剤注入の開始後３秒で完了した。3秒間の注入時間は、薄められていない造影剤のみが、流量測定時間の間に血管床に入ることを確実にするために適切であった。かかる注入には、高圧注入器具は必要とならないため、流量の変化は15％未満であると予想され、かかる手順の臨床的許容範囲において容易に受け入れられる水準である。
【００８２】
血流予備量比を測定するためのさまざまな装置、システム、手法の実施形態について、本書ではかなり詳細に記載したが、実施形態は本書で記載する開示の限定ではない例としてのみ提供した。そのため、さまざまな変更や修正が行われ、同等のもので要素を置き換えても、本開示の範囲の外とはならない。実際、本開示は網羅的であったり、開示の範囲を限定しようとするものではない。
【００８３】
さらに代表的な実施形態を描写するにあたって、本開示は、手法やプロセスを特定の一連のステップとして提示した。しかし、手法またはプロセスが、本書で設定した特定のステップの順序に依拠していない限りにおいて、手法やプロセスは描写された特定のステップ順序に限定されるものではない。他のステップ順序も選択可能である。それゆえ、本書で開示されたステップの特定の順序は、本開示を限定するものとして解釈されないものとする。さらに、手法およびプロセスの開示は、記載された順序によるステップの実施に限定されないものとする。かかる順序は変更可能で、変更後も本開示の範囲内となる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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