原著

冠疾患誌 2011; 17: 196–203

トランジットタイム血流計による冠動脈バイパスグラフト血流分析
高味

良行，田嶋

一喜

トランジットタイム血流計（TTFM）による冠動脈バイパス（CABG）グラフト術中評価は，簡便で再現性が高いことから普及している．われわれは，TTFM の血流量と CABG グラフト吻合部狭窄との関係，CABG グラ
フトの良否を判断する TTFM の指標について研究してきた．さらに TTFM を利用して大動脈バルーンパンピ
ングの CABG グラフト血流への影響，右胃大網動脈グラフトの血流特性についても研究してきた．本論文では，これらの知見を中心に，CABG グラフト血流の TTFM 分析についてのこれまでの研究成果を概説した．
そのことにより，グラフト血流が血行動態・冠動脈の血管抵抗・灌流域の viability・グラフト径・グラフト形式など様々な要因により影響されることを考慮した上で，TTFM によるグラフト血流分析が冠循環の病態生理を科学するよいツールであることを強調した．

KEY WORDS: coronary artery bypass grafting, graft flow, transit-time flow measurement

して移動する．そしてその移動時間（transit time）の差はI．はじめに血流量により決まる」という原理に基づく 9）．本法では血冠動脈バイパス術（CABG）において吻合の質・血行再建

管径の測定も不要で，ゼロ補正も必要がなく，短時間・低の完全性は，周術期・遠隔期の臨床成績に直結する1, 2）．術流 量 で も 正 確 に 測 定 で き る． 歴 史 的 に は 1960 年 代 に中グラフト吻合不良は，グラフト数の 3%・患者数の 8% に

Flanklint10）と Plass11）がこの原理を用いた血流計を報告し生じうる3, 4）．近年 CABG 対象患者では糖尿病・腎不全・脳ている．MediStim 社製 TTFM に用いるプローべ（トラン

梗塞・末梢血管病変併存が増加し，冠動脈病変が重症化・

スデューサー）は，血管を挟む形で対峙する金属反射板とび漫性化する中で，外科医が術中に CABG の吻合の質の2 つの小型圧電性クリスタルから構成される．2 つのクリ

良否を把握することは極めて重要と考えられる．特に技スタルからは血流の上流からと下流からとの 2 つの超音術的難度が高いとされる off-pump CABG では一層重要で

波パルスが出力される．反射板により折り返してきた超ある．

音波を，上流・下流の 2 つのクリスタルが各々感知するこ

術中 CABG グラフト評価には，直接造影・インドシアニとにより，下流→上流と上流→下流との transit time の差ンを用いた造影（SPY）5）・電磁流量計6）・ドップラー法7, 8）なが計算される（図 1）．2 つのクリスタルは固定されている

どの手法があるが，いずれも技術的再現性・簡便性に欠けので，transit time の差は血流量によってのみ規定され，る．Transit-time flowmeter（TTFM）（Medi-Stim, Oslo, Nor-

血管径や超音波ビームの方向などは関係ない．このプロway）による術中血流分析が簡便で信頼度・再現性が高いこ

セスは 1 秒間に数百回行われ，transit time の差は 10−12 秒とが示され，近年多くの施設でこの手法が採用されてき（picoseconds）のレベルまで検知する能力があるとされている．著者らも 1999 年より第 1 世代の Medi-Stim 社製

る．この技術は，in vitro および in vivo の実験にて血流量

TTFM（BF2000）を用いて CABG グラフト血流を分析し測定の正確さを検証されてきた12–15）．

様 々 な 知 見 を 得 て き た． そ れ ら の 研 究 は，TTFM パ ラ

III. TTFM パラメーターに関する研究

メーターの生理的意義を追究した研究と TTFM を利用した研究に大別される．本稿ではこれまでの著者らの知見

1. 平均血流量（Qm）は何を反映しているか？

を中心に CABG グラフト血流の TTFM 分析について概説する．

著 者 ら は，TTFM に お い て 代 表 的 指 標 で あ る Qm 値
が，CABG グラフト吻合の質をどのように反映している
かを，定量的評価を加えた術後グラフト造影（QCA）所見

II．TTFMと Qm 値との関連から探究した16）．術後造影にて開存がTTFM は，「血流に対して下流から上流へ移動する超音

確認された 35 名 82 本のグラフトについて，heel 部・吻合

波は，上流から下流へ移動する超音波より長い時間を要

部・toe 部それぞれの径を造影所見から定量化した．それ
ぞれの部位での reference 径として native 冠動脈またはグ

名古屋第二赤十字病院心臓血管外科（〒 466-8650 名古屋市昭和区妙見町 2-9）（2010.9.16 受付，2011.7.28 受理）

ラフト径を用いて，heel 部・吻合部・toe 部での狭窄率を求 め た． 径 は 吻 合 部 >toe>heel で あ り， 狭 窄 率 は 吻 合部 <toe<heel で有意差を示した．術中計測した Qm 値との─ 196 ─J Jpn Coron Assoc 2011; 17: 196–203

倍周波数のパワー（H1）の比と定義した．すべての指標について開存・非開存グラフトの群間で有意差を認めた上で，その間の cut-off 値として，Qm=15 ml/min・PI=5・
INSUF=15%・DFI=50 %・F0/H1=1.0 が得られた16, 18, 19）．
Qm 低値は吻合不全を示唆すると考えられてきた．Walpoth によれば 20），Qm>20 ml/min が開存を示唆するとある．しかし，筆者らは 20 ml/min 未満でも術後造影にて良好に開存している例を示し，Qm>15 ml/min が高い感度と特異度（96%/100%）を示すことを報告した19）．最適な Qm
値は血圧・脈拍・冠動脈の血管抵抗・グラフト径など様々な要因により強く影響され21），Qm 値のみでの吻合評価は信頼性に欠ける．Shin ら22）も，吻合に問題なくても spastic な内胸動脈（ITA）－左前下行枝（LAD）グラフトでは，PIなど他の指標で問題なくても低い Qm 値を示すことを報
図 1 Transit-time flowmeter（TTFM）の原理
細い矢印は超音波ビームの方向を示し，太い矢印は血管の血流方向を示す．Transit time の差（T2-T1）は血流量（Q）によって規定される．
T1：上流から下流への超音波ビームの到達時間 , T2：下流から上流への超音波ビームの到達時間

告した．一方，Tokuda ら23）は，Qm 低値が中期遠隔期のグラフト不全の独立した危険因子であることを報告している．
Qm 以外の指標による cut-off 値の提唱が諸家より報告されてきた．D’Ancona ら3） は，1000 本の動脈グラフトについて検討し，種々の指標の中で，PI>5 がグラフト不全を検知し，周術期死亡を予知する因子であると報告した．
Kim ら24） は，グラフト不全の指標として，収縮期優位・有 意 な 相 関 を 示 し た の は heel 狭 窄 率 の み で あ っ た

Qm<15 ml/min・PI>3 ～ 5・insufficiency ratio>2% を提唱し

（図 2）
．TTFM での Qm 値は CABG グラフト吻合の最も狭た．Di Giammarco ら25） は，3 つの指標 Qm<15 ml/min・

窄度の強い部位の狭窄度と相関すると考えられ，外科医はPI>3.0・% of backward flow>3% がグラフト不全の検知に有吻合の質の評価法として Qm 値を信用できる．なお，最近

用 で あ る と 報 告 し た．Tokuda ら26） は， 左 冠 動 脈 で は報告された心表面超音波像（10–14 MHz）
を用いた off-pump

Qm<15 ml/min・PI>5.1・backward flow>4.1%，右冠動脈でCABG 吻合の形態的評価でも heel での狭窄が問題視されは Qm<20 ml/min・PI>4.7・backward flow>4.6% が早期グており，著者らの研究での QCA 所見とも一致していた ．

ラフト不全の cut-off 値であるとした．

17）

ただし，グラフト血流量は，グラフト径・灌流域・心筋

著者らは，開存グラフトに特有な台形様波形を呈する

viability・心筋酸素消費量・血圧・冠血管抵抗など，グラ拡張期血流優位の波形を数値として表現する指標を模索

フト吻合狭窄以外の因子の影響も受けることも考慮しなする中で，血流波形の FFT 解析から得られる指標である

ければいけない．

FFT ratio（F0/H1）の有用性を見い出した．開存グラフトの2. 開存グラフトを検知する cut-off 値は？

血流波形を FFT によって周波数解析すると，図 3 に示す

FFTM による分析で，どの指標に依って吻合の質的評

ように心拍数に相当する基本周波数の倍数周波数でパ

価 を す る か は 重 要 な テ ー マ で あ る． 著 者 ら は， ① Qm

ワー値はきれいに減衰していく．そのパワー値の減衰の（mL/min）・②拍動指数（PI =［最大流量－最小流量］/Qm）
・

数値化の一つとして，基本周波数のパワー（F0）とその 2③機能不全率（INSUF）（%）（= 順行性流量 / 逆行性流量）・

倍周波数のパワー（H1）の比を用いて表現した．きれいに④拡張期フィリング指数
（DFI）
（%）
（= 100∫Qd /［∫｜Qs｜

減衰していく開存グラフトでは，F0/H1>1.0 となり，乱れ+∫｜Qd｜］）
・⑤高速フーリエ変換（FFT）指数（F0/H1）につて減衰していく非開存グラフトでは，F0 が H1 より小さいて，術後早期での開存グラフトと非開存グラフト（閉塞

くなる．FFT 解析とは，「あらゆる波形は正弦波に分解すまたは 75% 狭窄以上）で比較検討した16, 18, 19）．DFI は，心ることができる」という原理に基づく．周期的な波形を時

電図信号を同時入力し収縮期を心電図上の R 波のピーク間の次元から周波数の次元に変換することであり，そのから T 波のピークと同定することによって得られる収縮

波形がどのような周波数成分から成るかを解析する手法

期流量（∫Qs）と拡張期流量（∫Qd）から求められる．収縮期である．過去に，連続流遠心ポンプを用いた左室補助装置

血流は逆方向の血流を示すことがあるため，DFI を求めの研究において，ポンプ流量を増していく過程で生じる左る際には収縮期流量の絶対値（∫｜Qs｜）を用いた．

室脱血管と左室壁との間の sucking 現象の検知に，ポンプ

また，F0/H1 は，グラフト血流曲線を高速フーリエ変換

電流波形の FFT 解析が有用であるとの報告をした27）．そし，心拍数に相当する基本周波数でのパワー（F0）とその 2こにヒントを得て，TTFM の波形を FFT 解析するに至っ─ 197 ─J Jpn Coron Assoc 2011; 17: 196–203

図 2 術後グラフト造影の定量的評価法（上図）および heel 部狭窄
率と術中グラフト平均血流量（Qm）の関係（下図）Gp：グラフト本幹径，Ga：グラフト吻合径，Cd：冠動脈末梢径，
At：吻合末梢（toe）径，Ah：吻合中枢（heel）径，Cp：冠動脈中枢径（Takami Y et al. 200116）より改変引用）

図 3 術後造影にて良好開存と評価された in-situ 左内胸動脈（LITA）－左前下行枝（LAD）吻合グラフトの術中血流波形（上段）とその高速フーリエ変換
による周波数解析波形（下段）（Takami Y et al. 200116）より改変引用）

た．Koenig ら28） も，Transonic 社製 TTFM を用いて，犬グラフト不全の検知に有用であることを提唱した．

の動物実験の ITA-LAD グラフトにて，血流の FFT スペク

さらに心電図信号を同期入力することにより，血流波

トル解析が吻合部狭窄の検知に有用であることを報告し

形の収縮期成分と拡張期成分を正確に同定することがでている．Hatada ら29） は，TTFM の血流波形を高速フーリ

き，開存するグラフトの血流波形が台形様波形を呈する

エ解析し，10 個の harmonic スペクトラムパワーの和が拡張期血流優位の波形となることを数値化できる．それ─ 198 ─J Jpn Coron Assoc 2011; 17: 196–203が拡張期フィリング指数（DFI）である．Morota らの動物

（SVG）
A-C バイパスと in-situ GEA の血流を比較し，GEA

実験では ，DFI とほぼ同義となる拡張期成分の指標が，波形の 4 類型は特異的な所見であることが確かめた34）．な吻合部狭窄の検知において，PI などの指標よりも高い特お，GEA グラフトに特異的である A 型波形については，

30）

異度と感度を示した．筆者らの研究 にて，改めて臨床

心筋内走行（myocardial bridge）する冠動脈で記録された的にも DFI は吻合の質の評価において有用であることがDoppler 血流波形（“finger-tip pattern”
または“spike-and-

示された．

dome pattern”）35）と極めて類似している（図 6）
．この類似

19）

は GEA の A 型波形が GEA の spasm と関連があることを

IV. TTFM を利用した研究示唆するが，今後の検討を要する．上記以外の GEA に関TTFM は，簡便で信頼度・再現性が高いため，様々な条する TTFM 分析研究として，Ryu ら36） は，CABG 患者で件での術中 CABG グラフト血流を測定することにより，交感神経刺激（ノルアドレナリン投与）がグラフト血流に

冠循環に関する知見を得る有用な手段となりえる．

及ぼす影響を調べ，spasm が生じやすい in-situ GEA にて

1. 大動脈バルーンパンピング（IABP）の CABG グラフトへ

も，交感神経刺激により ITA と同等に血流が増加するこの効果とを示した．

筆者らは，予防的 IABP を使用した 84 名の CABG 患者

3. その他の研究において，術中に IABP 駆動時と非駆動時に TTFM にて

TTFM を利用した冠循環の研究としては，CABG グラ

グラフト血流分析を行った31）．術後造影検査にて開存がフトデザインについての研究が多い．Gwozdziewicz ら37）確認された 163 本のグラフト血流を分析し，Qm・PI・DFI

は，sequential バイパスグラフトがたとえ大きな灌流域をがいずれも IABP 駆動により増加することを示した．In-

有する冠動脈に途中吻合されても，その末梢のグラフト

situ ITA-LAD 吻合グラフトと大動脈－冠動脈吻合（A-C）グ

血流量が，同じ領域での単独バイパスグラフトと比較しラフトで比較すると，前者では後者より IABP による Qmて同等レベルであることを示した．Nordgaard ら38） は，1値の増加率が大きいが，DFI 増加率は小さいことを認め箇所吻合のグラフトは，2 箇所または 3 箇所吻合の se-

た．IABP 非駆動時血流の拡張期優位性が IABP 駆動によquential グラフトに比して Qm 値が低値であること，Qm

る 効 果 に 差 を 生 じ る と 推 察 さ れ た．Onorati ら32） も，

値は女性に比して男性が高値であること，PI は sequen-

IABP 駆動によるグラフト血流について研究し，機能する

tial グラフトでも 1 箇所吻合グラフトでも差がないこと，

グラフトでは平均拡張期血流と Qm 値が有意に増加するなどを報告した．

ことを示した．そしてその血流増加は，静脈単独 AC バイ

Gaudino ら39） は，TTFM を用いて両側 ITA による Y グ

パスに比して，動脈グラフトおよび静脈による sequential

ラフトの flow reserve について検討し，ドブタミン 20 μg/

グラフトにおいて大きいことを示した．ITA-LAD グラフ

kg 負荷による flow reserve が，本幹・左枝・右枝ともに 2.0

トの IABP による Qm 増加率が大きいことは，他の領域に以上であることを示し，Y グラフトの血流不足についての

比して LAD の血流予備能（flow reserve）が大きいことも影懸念を否定した．Onorati ら40） は，ITA- 橈骨動脈 Y グラ

響していると考えられる31, 32）．

フトと橈骨動脈 A-C バイパスの血流分析比較を行い，

2. 右胃大網動脈（GEA）グラフトの血流分析

ベースラインの血流量は同等であるが，IABP による血流

筆者らは，CABG の基本戦略として全動脈 in-situ グラ
フトによる aorta no-touch 手術を行う中で多用してきた増加は，グラフト吻合領域や人工心肺の有無にかかわらず，Y グラフトにおいて優ることを示した．

in-situ GEA グラフトの血流分析を行った33）．術後造影検

グラフト血流に対する人工心肺の影響も検討され，査にて開存が確認された 101 名の GEA グラフトの血流

Hassanein ら41） は，off-pump CABG は on-pump より Qm

は，ITA グラフトに比して，最低血流量が大きく，機能不値が低く PI 値が高いことを示した．この所見は LAD へ

全率が高いことが示された．また拡張期早期血流増加ののグラフトでは認められず，鈍縁枝・対角枝・右冠動脈へ

微分値（dQ/dt）が，GEA では ITA に比して小さいことが示のグラフトで認められた．その原因として off-pump でのされた．開存 GEA グラフトの血流波形は，図 5 に示すよ

LAD 以外の領域の視野展開不良による吻合の質の低下をうに 4 型に大別された：A 型（収縮期優位型）・B 型（台形挙げた．Balacumaraswami ら42）も on-pump では off-pump型）・C 型（サインカーブ型）・D 型（拡張期優位型）．GEA

より，Qm 値が大きく Qm/ 圧の比が高いことを示し，人を吻合した冠動脈の狭窄度との関連を調べたところ，閉塞

工心肺による血管拡張と心虚血後の反応性充血という機冠動脈に吻合された場合には D 型波形が多く，狭窄が軽度序を推察した．

（75～90%）である場合には C 型波形が多く認められた．

その他，TTFM を利用した興味深い研究としては，Shin

そして GEA では特異的に認められる A 型波形は，11%

ら

43）

が，CABG 術中に心房細動を誘発し，心房細動によりに閉塞を認めたため A 型で Qm 値が低値である場合にLITA および SVG の Qm 値が有意に減少し，その影響はよ

は，吻合が不良である可能性が高いと考えられた．さらり LITA の 方 が 大 き い ことを 報 告 し た．D’Ancona ら44）に筆者らは，同じく右冠動脈へ吻合された大伏在静脈

は，CABG 術中にペーシングモードおよび A-V delay を変─ 199 ─J Jpn Coron Assoc 2011; 17: 196–203

図 4 大動脈バルーンパンピング（IABP）
駆動（ON）時・非駆動（OFF）時の血流波形（上段）と心電図（下段）（Takami Y et al. 200831）より改変引用）
各図の左上に平均血流量（Qm）が示されている．
PI：拍動指数，DF：拡張期フィリング指数，LIMA：左内胸動脈，LAD：左前下行枝，RA：橈骨動脈，DIAG：対角枝

図 5 術後造影にて確認された開存 in-situ 右胃大網動脈グラフト血流波形の 4 類型（Takami Y et al. 200933）より改変引用）

えてグラフト流量を計測し，DDD モードで A-V delay 175

グラフトには変化を認めなかった．血行再建後の完全閉

ms が最もグラフト流量が多いことを示した．Verhoye ら45）

塞右冠動脈への側副血行は，ほとんどが native 冠動脈かは，右冠動脈完全閉塞を伴う 3 枝病変患者に off-pump

らのものであることを示し，側副血行を有する完全閉塞

CABG を施行し，右冠動脈へのグラフトをクランプによ右 冠 動 脈 へ の 血 行 再 建 を 正 当 化 し た．Hassanein ら46）

り左回旋枝領域へのグラフトの血流量が術前の側副血行は，大動脈弁置換 +CABG（上行大動脈からの SVG AC バ路の程度に比例し 5.9±6.9 ml/min 増加するが，LAD へのイパス）の患者で，生体弁と機械弁を比較し，SVG の血流

─ 200 ─J Jpn Coron Assoc 2011; 17: 196–203
文

図 6 心筋内走行（myocardial bridge）する冠動脈で記録された
Doppler 血流波形（“finger-tip pattern”または“spike-and-dome
pattern”）（Klues HG et al. 199735）より改変引用）が機械弁より生体弁の方が多いことを示し，機械弁がSVG の血流低下の独立危険因子であることを示した．
V. 今後の展望
今後追及すべき TTFM の本質としては，Qm・PI・INSUF・backward flow・DFI・FFT ratio などの血流評価指標のそれぞれについて，吻合の質の何を反映するかという課題が挙げられる．様々な条件でのデータを蓄積し，それぞれの指標の利用法への理解を深める研究が必要である．TTFM も技術的に進化しており，最新の Medi-Stim 社
製品 Veri-Q シリーズでは，カラードップラーが搭載され，表層から 35 mm 深度まで高い分解能での血流・組織の形態的評価が可能となってきた．CABG グラフトの吻合の質的評価がさらに向上することが期待される．そして形態的評価とこれまでの血流分析の指標との関連も探究すべき課題であろう．さらに，この TTFM を利用した冠循環に関する研究も裾野が広がると考えられる．
VI. おわりに
本稿では，TTFM にまつわる研究の経緯を概説した．
TTFM は，これまでに心臓外科医が手にした唯一の，簡便・低侵襲で信頼性の高い診断・研究ツールである．本稿を参考に，このツールを手にした心臓外科医は，TTFMへの理解を深め，CABG の質を向上できるよう TTFM を使いこなすことが強く望まれる．それだけにとどまらず，心臓外科医が TTFM を冠疾患病態・冠循環生理を理解し解明するツールとして活用し，新たな知見から治療戦略を発信することが強く望まれる．

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Scientific analysis of flow of coronary artery bypas grafts usingtransit-time flowmeter
Yoshiyuki Takami and Kazuyoshi Tajima
Department of Cardiovascular Surgery, Nagoya Daini Red Cross Hospital
Transit-time flow measurement (TTFM) has been widely applied for intraoperative evaluation of graft flow incoronary artery bypass grafting (CABG). We have investigated the relation of the parameters of TTFM andquality of the graft anastomosis. We also have searched for the TTFM parameters to predict the patency of
the CABG grafts. Furthermore, we have investigated the effects of intra-aortic balloon pumping on the flowof CABG grafts and the flow characteristics of in-situ right gastroepiploic artery grafts, using the TTFM
analysis, which had remained to be clarified. In this report, we summarized our findings and also related
finding previously reported by other researchers. Based upon these finding, we would like to suggest that the
TTFM analysis of CABG grafts is a good tool for scientific investigation of coronary circulation.
KEY WORDS: coronary artery bypass grafting, graft flow, transit-time flow measurement
J Jpn Coron Assoc 2011; 17: 196–203

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