第 59 回日本心臓病学会学術集会

シンポジウム「血管内イメージングの最前線」

新しいIB-IVUS 装置の開発と三次元画像の構築
川崎 雅規 *
Masanori KAWASAKI, MD*
岐阜大学医学部附属病院循環病態学

要約integrated backscatter intravascular ultrasoundは，超音波の後方散乱波から各組織の音響特性インピーダンスの微小な差を解析する方法である．冠動脈プラークの各組織性状はlipid pool，fibrosis，dense fibrosis，calcificationに分類される．
最近，IB-IVUSはテルモ社製 IVUS 装置（VISIWAVE）に搭載され，汎用性とフォーマットの統一性が高まった．解析速度は格段に向上し（30 画像 / 秒），解析されるvector lineは256 本 / 周から512 本 / 周となり，最小解析範囲が改良された．画像の3 次元化では，曲座標の情報は専用のプログラムで直座標に変換され，画像を構成するそれぞれのボクセルはIB 値を示しており，ボクセルの数を計算することで，プラーク全体に対する各組織性状の割合を求めることができる．
<Keywords> 血管内超音波
組織性状
冠動脈プラーク

後方散乱波
三次元画像

はじめにJ Cardiol Jpn Ed 2012; 7: 136 – 141

用し 3），次に冠動脈における組織性状診断が可能となった 4）．

1978 年，Horieらは病理学的検討により，急性心筋梗塞の主な成因は冠動脈プラークの破裂とそれに伴う血栓形成によ

本稿では IB-IVUS の開発の経緯と3 次元化について概説したい．

1）

る冠動脈閉塞であることを世界に先駆けて報告した ．その後，冠動脈病変を病理学的にとらえると，結果としての不安定狭心症，急性心筋梗塞，突然死が同じ病態であることが2）2 次元 IB-IVUS 画像の開発
各物質には音圧と粒子速度，すなわち物質内の音速と密明らかになり，急性冠症候群という概念が提唱された ．大度で規定される固有の音響インピーダンスがあり，その差がきな脂質プールと薄い線維性被膜からなる不安定プラークを大きいほど二つの物質の境界面で後方に反射される超音波の検出することができれば急性冠症候群発症の予測と予防の可エネルギーが大きくなる．IB 法はこの原理を利用している．生能性が高まり，intravascular ultrasound（IVUS）による冠動体内では各組織の音響特性インピーダンスの差は大きくない

脈プラークの組織性状診断法の開発に期待が高まることとが，微小な違いを分析すれば生体内での組織性状診断が可なった．これまで不安定プラーク検出のためのさまざまな手能となる．われわれは，
IB 法をIVUS に応用し，冠動脈プラー法が報告されているが，その中の一つ integrated backscat-クの組織性状診断を可能とする2 次元マップ（IB-IVUS）をter（IB）法は，超音波が目的とする構造物に反射する後方散報告した 4）．IB-IVUS では，高速フーリエ変換による演算を用乱波のエネルギーを求める方法である．IB 法は当初，心筋のい冠動脈プラークの各組織性状からのIB 値が実験的に求めviability の評価に利用されていたが，経胸壁心エコー装置

られ，それらの値が 2 次元カラーコードマップとして表示され（Sonos 5500，Philips Medical）を用いて頸動脈プラークに応る．IVUS におけるデータ収集，測定，報告書に関するコンセ* 岐阜大学医学部附属病院循環病態学
501-1194 岐阜市柳戸1-1
E-mail: masanori@ya2.so-net.ne.jp

136 J Cardiol Jpn Ed Vol. 7 No. 2 2012

ンサスレポート 5）に，dense fibrosisは石灰化と誤って判断されることがあると記載されているため，fibrosisとcalcificationでクロスオーバーした IB 値はdense fibrosisと表され，各組

血管内イメージングの最前線

IB-IVUSOCT1 mm■ calciﬁcation■ dense ﬁbrosis■ ﬁbrosis■ ■ lipid pool
図1

IB-IVUS 画像とOCT 画像の比較．

織性状は lipid pool，fibrosis，dense fibrosis，calcificationに

IB-IVUS の画像は従来のグレースケールIVUS 画像のコン分類される．それぞれの組織性状を区別するための最も適切トラストに似ている．これは「フーリエ変換で各周波数成分になカットオフ値は receiver operating characteristic curve

分解されたエネルギーは必ずそれら周波数成分のなかに含まanalysisによって決定されている．

れており，スペクトルに表される以前のエネルギーに等しい」

その後われわれは，信号収集・解析・マッピングという過という「 パーシバルの定理」で示されるように，グレースケー程を一つのシステムに統合し，オンラインでほぼリアルタイム（5ルIVUS のエコー輝度がある程度プラークの組織性状を反映秒で1画面）に解析できる装置を開発し市販した（IB-IVUS，していることの証明でもある．実際，Pratiらは従来のIVUSYD）．開発では冠動脈病理画像内 724 部位でのIB 値と組織装置と40 MHzの超音波カテーテルを用いた場合，脂質コア性状の比較で，calcification，fibrosis，細胞外脂質や泡沫細を検 出する感 度は 65％， 特 異度は 95％と報 告している．

胞を含むlipid poolのIB 値は，それぞれ−19.2±7.5，−37.0

IVUS で脂質コアと診断される部位が病理標本で脂質コアと±4.9，−53.5±3.7 dBと各組織間に有意差を認めた．これ診断される確率は陽性的中率で示され，報告から算出するとらの値は，あらかじめ求めた超音波のエネルギーをすべて反79％である．すなわち 40 MHzのカテーテルを用いれば従来射すると想定した金属からの後方散乱エネルギーを 0 dBとしのグレースケールIVUSを用いても約 8 割の診断精度で脂質て補正した値である．使用した超音波カテーテルは Boston

コアを検出できることがわかる 6）．しかし，グレースケール

Scientific 社製のAtlantis（40 MHz）で，市販のIVUS 装置

IVUS では低輝度領域の境界を明確に示すことはできず，読（Clear View，Galaxy）と接続して用いた．

影者間の判断の相違，すなわちinter-observer variabilityとVol. 7 No. 2 2012 J Cardiol Jpn Ed137

Passing-Bablok Regressionいう問題がある．IB-IVUS では統計学的な手法で各組織間の閾値が定められ，約 90％の感度・陽性適中率で各組織性状を区別することができる．その後 IB-IVUS はテルモ社製IVUS 装置（VISIWAVE）に搭載され，汎用性とフォーマットの統一性が高まった．解析速度は格段に向上し（30 画像 /秒），解析されるvector lineは 256 本 / 周から512 本 / 周とな

IB-IVUS (µm)

り，最小解析範囲が改良された．
IB-IVUS で求められるfibrosis の相対的な割合は，マッソントリクローム染色を施された病理標本内で，特定の色調に染まる領域との比較という厳密な条件下においても，実際の病 理 標 本 での fibrosis の 割 合と良 好な相 関があった（r＝7）
0.67）．また，IB-IVUS 画像のノイズによる線維性被膜の凹凸を補正するために，9ピクセルのIB 値を平均するsmoothingを施して測定した線 維 性被 膜の厚みは，optical coherence tomography（OCT）で測定した線維性被膜の厚みと良OCT（µm）
Slope: 1.36（95% CI: 1.15-1.62）
Intercept:-115（95% CI:-193- -54）
Linear regression: r = 0.74, p<0.001
図 2 IB-IVUS 画像とOCT 画像で測定した線維性被膜の厚みの比較．

曲座標

図3

3 次元画像構築のための座標変換．

138 J Cardiol Jpn Ed Vol. 7 No. 2 20128）
好な相関を認めた（r＝0.74）（図 1，2）．一方，測定値のば
8）
らつきは比較的大きかった（−2±147 μm）．

3 次元 IB-IVUS 画像の開発
IB-IVUS ではカテーテルの中心から放射線状に照射された直座標

血管内イメージングの最前線

図 4 3 次元 IB-IVUS 画像．
各組織成分の立体的分布や体積割合を把握することができる．

超音波信号が解析される．これらの曲座標の情報は専用の

このように，薬剤の冠動脈プラークに対する効果を判定するプログラムで直座標に変換され，市販のソフトウエアで 3 次元ことにも応用できる．

画像が構築される（図 3）．3 次元画像を構成するそれぞれのボクセルは IB 値を示しており，ボクセルの数を計算することおわりにで，プラーク全体に対する各組織性状の割合を求めることがこれまで，IVUS は大規模臨床試験における各種薬剤の効できる（図 4）．各組織性状のボクセル数はソフトウエアが自果判定にも積極的に用いられ，冠動脈インターベンション治動的に計 算する．これは，従来のグレースケールIVUS や療戦略の決定や動脈硬化の病態解明などに欠かせない装置

OCTの3 次元画像が，プラークをヒトの視覚で判断しそのパとなった．しかしIVUS 画像上のプラーク面積のみで冠動脈ターンからプラークの組織性状を認識しているのに対して，3硬化を評価する時代は終わりつつあり，病変の評価にプラー

次元 IB-IVUS では各ボクセル一つ一つがプラークの組織性クの組織性状も考慮すべき時代が到来している．経皮的冠状を示しているという点で，前者とは性質が決定的に異なっ動脈形成術の対象となる病変の治療のみでは，責任病変かている．また，カラーコードの設定を変更することで留置さらの不安定狭心症は抑制できても（p＝0.028），死亡（p＝れたステントなどの広がりを3 次元的に表示することも可能で0.79）や非責任病変からの急性冠症候群の発症（p＝0.17）ある（図 5）．3 次元 IB-IVUS 画像を応用して，冠動脈プラーを抑制できないことが明らかになっているように 10），冠動脈硬クに及ぼすスタチンの効果を検討した結果，安定狭心症患者化病変を局所のみで考えるのではなく全身の動脈硬化の一部においてアトルバスタチン 20 mg/日の 6カ月間の投与により，として患者全体を診る必要があることは言うまでもない．

プラークの体積に変化はなかったが脂質成分は平均 25％減
少し，線維成分は平均15％増加したことが明らかになった 9）．

Vol. 7 No. 2 2012 J Cardiol Jpn Ed139図5文

冠動脈に留置したステントを描出した 3 次元 IB-IVUS 画像．

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Vol. 7 No. 2 2012 J Cardiol Jpn Ed141