分岐形態を考慮した模擬冠動脈つきCT用新型心臓動態ファントムの 開発および使用経験

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1 分岐形態を考慮した模擬冠動脈つきCT用新型心臓動態ファントムの 開発および使用経験
福井　利佳1), 田中　功1), 周東　太久馬1), 星野　有紀1), 佐藤　宗邦2), 沈　雲1), 石川　拓也1), 館　悦子1), 町田　治彦1), 上野　惠子1) 1) 東京女子医科大学東医療センター　放射線科 2) フヨー株式会社

2 背景 現在、心臓CT検査は広く臨床応用されて いる。時間分解能や画質の向上、被ばく低 減に向け、さまざまな撮影技術が開発され てきた。 心臓CT検査において、新技術の性能評価 を行うためには心電図同期が可能なファン トムが必要であり、これまでCT装置用の心 電図同期型心臓動態ファントムが開発され、 用いられてきた。 現在、心臓CT検査は広く臨床応用されており、時間分解能や画質の向上、被ばく低減に向け、さまざまな撮影技術が開発されています。 心臓CT検査において新しい技術の性能評価を行うためには心電図同期が可能なファントムが必要であり、これまでCT装置用の心電図同期型心臓動態ファントムが開発され、用いられてきています。

3 背景 従来の心臓動態ファントムの課題点 冠動脈の分岐形態が考慮されていない。 模擬冠動脈内の溶液濃度の変更が容易でない。
溶液が模擬冠動脈内に封入されているため、冠動脈内の血流をシミュレーションできない。 motion-correction algorithmであるSnapShot Freeze (SSF)の再構成が不可能である。 従来、心臓動態ファントムにはこちらのように拍動する心室周囲に筒状の模擬冠動脈を装着した形のものが用いられてきました。 心室部 模擬冠動脈

4 目的 　分岐形態を考慮した模擬冠動脈を有し、 その内容液の循環や濃度変更も可能なCT 用新型心臓動態ファントムを開発し、その 有用性を検証する。 今回我々は、冠動脈のツリー様構造を有し、模擬冠動脈内溶液の濃度変更や循環が可能である新型心臓動態ファントムを開発したので、その使用経験および特長について報告します。

5 使用機器 心臓動態ファントム(以下、ファントム) CT装置 ワークステーション PFCP-1 (フヨー株式会社)
Discovery CT750 HD (GE Healthcare) ワークステーション Advantage Workstation VolumeShare 4.6 (GE Healthcare) 使用機器はスライドの通りです。

6 ファントムの構造 冠動脈の分岐形態を考慮した構造を有している 模擬冠動脈内の溶液の循環が可能 左前下行枝 模擬冠動脈 材質 ：シリコン
材質 ：シリコン 血管壁の厚さ ：0.5～1.0 mm CT値 ：200～300 HU コントロール部 冠動脈フロー ポンプ＆コントロール部 ファントム駆動部 こちらが今回開発した動態ファントムの構造です。ファントムはコントロール部・冠動脈フローの制御部・ファントム駆動部スライドの3つから構成されています。 ファントム部は左心室を模擬した心室部の周囲に冠動脈のツリー様構造を模擬したシリコン製の模擬冠動脈を配置した形になっており、こちらが左前下行枝、こちらが左回旋枝を模擬しています。 冠動脈フローの制御部では心室の拍動に合わせてポンプにより溶液を送り出すことにより、模擬冠動脈内に溶液を循環させる構造となっています。 左回旋枝

7 検討項目 模擬冠動脈内の循環 心室と模擬冠動脈の動きの連動性 心位相における心室容積の変化
SSFによるmotion artifact低減の有無 今回、新型ファントムに対し以下の項目について検討を行いました。

8 方法 1. 模擬冠動脈内の循環 拍動させたファントムの模擬冠動脈内に赤色色素で着色した希釈造影剤を循環させ、循環の様子を目視にて確認した。
模擬冠動脈内にCT値約200 kV)の希釈造影剤を循環させたファントムを心電図同期CT撮影した後、CT値約450 kV)の希釈造影剤を循環させ、再度ファントムの撮影を行った。 得られたCT画像において模擬冠動脈内のCT値を測定し、溶液濃度の変化を確認した。 方法です。 模擬冠動脈内の循環の確認ですが、 拍動させたファントムの模擬冠動脈内に赤色色素で着色した希釈造影剤を循環させ、循環の様子を目視にて確認しました。

9 方法 2. 心室と模擬冠動脈の動きの連動性 心拍数60 bpmにおいてファントムを拍動させ、心電図同期CT撮影を行った。
心位相5%ごとに再構成を行いVR画像を作成し、心位相の変化に伴う心室と模擬冠動脈の動きの連動性を評価した。 心室と模擬冠動脈の動きの連動性の確認ですが、 心拍数60 bpmにおいてファントムを拍動させ、CT装置にて心電図同期撮影を行いました。 心位相5%ごとに再構成を行いVR画像を作成し、心位相の変化に伴う心室と模擬冠動脈の動きの連動性に対し評価を行いました。

10 方法 3. 心位相における心室容積の変化 心拍数40, 60, 80, 100 bpmにおいてファントムを拍動させ、心電図同期CT撮影を行った。 心位相2%ごとに再構成を行いVR画像を作成し、各心位相における心室容積を計測した。ファントムの心室容積変化が臨床の左室容積変化と乖離がないか確認した。 心位相における心室容積の変化の確認ですが、 心拍数40, 60, 80, 100 bpmにおいてファントムを拍動させ、CT装置にて心電図同期撮影を行いました。 心位相2%ごとに再構成を行いVR画像を作成し、各心位相における心室容積を計測しました。ファントムの心室容積変化が臨床の左室容積変化と乖離していないかを確認しました。

11 方法 4. SSFによる再構成の有無 心拍数70, 80, 90 bpmにおいてファントムを拍動させ、心電図同期CT撮影を行った。
SSFの有無の両者にて再構成を行い、SSFによるmotion artifactの低減効果の有無について評価を行った。 心位相における心室容積の変化の確認ですが、 心拍数40, 60, 80, 100 bpmにおいてファントムを拍動させ、CT装置にて心電図同期撮影を行いました。 心位相2%ごとに再構成を行いVR画像を作成し、各心位相における心室容積を計測しました。ファントムの心室容積変化が臨床の左室容積変化と乖離していないかを確認しました。

12 撮影条件 管電圧 ：120 kV 管電流 ：400 mA Rotation speed ：0.35 s
Helical pitch ：0.16 : 1 コリメーション ：64×0.625 mm CT装置による心電図同期撮影の撮影条件はスライドの通りです。

13 結果 1. 模擬冠動脈内の循環 結果です。 スライドに着色した希釈造影剤を循環させた時の動画をお示しします。
模擬冠動脈内の循環に関する結果です。 スライドに着色した希釈造影剤を循環させた時の動画をお示しします。 赤色の液体が冠動脈内を循環していくのが確認され、模擬冠動脈内の循環が問題なく行われていることが確認できました。

14 結果 1. 模擬冠動脈内の循環 210.4 HU 440.7 HU 結果です。
模擬冠動脈内の循環に関する結果です。 スライドに着色した希釈造影剤を循環させた時の動画をお示しします。 赤色の液体が冠動脈内を循環していくのが確認され、模擬冠動脈内の循環が問題なく行われていることが確認できました。

15 結果 2. 心室と模擬冠動脈の動きの連動性 拡張期 収縮期 心室と模擬冠動脈の動きの連動性の結果です。
こちらがファントムのVR画像の動画となりますが、 拡張期では心室と冠動脈の間にほとんど隙間が認められませんが、収縮期ではこの隙間が広がっています。つまり心室は収縮しているのにも関わらず冠動脈がその動きについて行っていないということになり、心室の動きに冠動脈が連動していない部分が認められました。 収縮期

16 結果 2. 心室と模擬冠動脈の動きの連動性 冠動脈と心室の固定が部分的である 冠動脈と心室を模擬心筋で固定 模擬心筋 材質 ：透明人肌ゲル
これは冠動脈と心室の固定が部分的であったため、固定されていない部分が心室の動きについて行かなかったことが原因であると考えられました。 そこで冠動脈全体を模擬心筋で覆い心室に固定することにより連動性を向上させるという改良を行いました。 模擬心筋には透明人肌ゲルを使用しました。 模擬心筋 材質 ：透明人肌ゲル 心筋の厚さ ：18 mm CT値 ：約 -50 HU

17 結果 2. 心室と模擬冠動脈の動きの連動性 動きの連動性が向上した 拡張期 収縮期 ファントム改良後の動画をお示しします。
拡張期と収縮期を比べると、改良前に比べ心室と冠動脈の間の隙間の差は小さくなっており、心室と冠動脈の動きの連動性が向上したことが確認できました。 動きの連動性が向上した

18 結果 3. 心位相における心室容積の変化 低心拍 高心拍
心室容積の変化に関する結果です。 文献より得られた左室容積曲線はスライドのようになり、臨床において低心拍では収縮末期に比較して拡張中期の方が長いが、高心拍になるに従い、収縮末期より拡張中期が相対的に短縮していきます。 これを参考にファントムの心室容積の変化を見てみると、 大久保善朗、川良徳弘、東條尚子、他.　生理機能検査学　第2版.　医歯薬出版.　2003; 71-2.（改変）

19 結果 3. 心位相における心室容積の変化 低心拍 低心拍領域の40と60bpmの曲線はスライドのようになり、

20 結果 3. 心位相における心室容積の変化 高心拍 高心拍領域の80と100bpmの曲線はこのようになり、
全心拍において臨床と大きな乖離がないことが確認されました。

21 結果 3. 心位相における心室容積の変化 60 bpm 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%
心位相ごとに表示するとスライドのようになり、40%付近が収縮末期、80%付近が拡張中期であることがわかり、 画像からも心室の動きが臨床に近いものであることが確認されました。 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

22 結果 4. SSFによる再構成の有無 70 bpm 80 bpm 90 bpm SSF (-) R-R 75% SSF (+)
全心拍において臨床と大きな乖離がないことが確認されました。 R-R 75% SSF (+)

23 考察 今回開発した新型心臓動態ファントムは容易 に溶液が変更可能であることが確認された。 模擬冠動脈の位置を変化させることなく溶液 濃度の変更が可能であるため、冠動脈内腔の 造影剤濃度がSSFのmotion artifact低減効果 に与える影響などの評価に有用であると考えら れる。 本検討より、今回開発した新型心臓動態ファントムは容易に溶液が変更可能であるとともに、心室と冠動脈の構造および動きが実際の臨床に近いものであることが確認されました。 このことから、従来の心臓動態ファントムに比べより容易に、またより臨床に近い状態で評価を行えるため、有用であると考えられます。

24 結論 　新型心臓動態ファントムの特長を検証した本検 討より、本ファントムは冠動脈CTにおける基礎評 価に有用であると示唆された。