JPWO2004105597A1 - Diagnosis of vulnerable plaque by active temperature measurement - Google Patents
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Abstract
パルスレーザ等の高強度パルス光を利用して血管壁におけるプラークの脆弱性を判定するための装置の提供。 動脈硬化部位におけるプラークの脆弱性を判定するためのアクティブ測温装置であって、(1) 血管内に挿入されるバルーンカテーテル、(2) 血管の動脈硬化部位のプラーク部分に高強度パルス光を照射する高強度パルス光照射手段、(3) 高強度パルス光照射によってプラーク部分で発生した熱の伝導による血管壁表面の温度変化を測定する温度測定手段、および(4) 血管壁表面の温度変化からプラークの脆弱性を解析する温度過渡応答解析手段を有するアクティブ測温装置。An apparatus for determining the vulnerability of plaque in a blood vessel wall using high-intensity pulsed light such as a pulsed laser. An active temperature measuring device for determining the fragility of plaque at an arteriosclerosis site, comprising: (1) a balloon catheter inserted into a blood vessel; High intensity pulsed light irradiation means for irradiating, (3) Temperature measuring means for measuring temperature change of blood vessel wall surface due to conduction of heat generated in plaque portion by high intensity pulsed light irradiation, and (4) Temperature change of blood vessel wall surface Active temperature measuring device with temperature transient response analysis means to analyze plaque vulnerability.
Description
本発明は、アクティブ測温により血管壁内、例えば動脈硬化部位のプラークの脆弱性を判定するためのカテーテルを含む装置に関する。具体的には、動脈硬化部位に高強度パルス光を照射し、高強度パルス光照射によりプラーク部分で発生した熱の血管壁中の伝導を解析することによりプラークの脆弱性を判定する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus including a catheter for determining plaque fragility in a blood vessel wall, for example, atherosclerotic site, by active temperature measurement. More specifically, the present invention relates to an apparatus for determining the vulnerability of a plaque by irradiating an arteriosclerotic site with high-intensity pulsed light and analyzing conduction in the blood vessel wall of heat generated in the plaque portion by the high-intensity pulsed light irradiation.
冠状動脈におけるアテローム性動脈硬化は、様々な合併症を発生させる。動脈硬化部位はプラークと線維性被膜から構成されており、線維性被膜の亀裂や破綻は血栓形成をもたらし、しばしば急性心筋梗塞等の主要器官梗塞につながる。合併症の危険性が少ない安定プラークから、破綻しやすく合併症の危険性が高い脆弱プラークへの進行には炎症が関わっていると考えられている。脆弱プラークは、通常血管壁内において薄い線維性被膜で覆われており、その形成にはマクロファージ、平滑筋細胞およびTリンパ球の浸潤が大きく関与している。炎症の進行にはプラークの温度上昇が伴うことが報告されており(VAN DER WAL,A.C.et al.,Circulation,89,36−44,1994、CASSCELLS,W.et al.,The Lancet,347,1447−1449,1996およびSTEFANADIS,G.et al.,Circulation,99,1965−1971,1999を参照)、プラークの温度を測定することにより脆弱プラークを検出することができ、心筋梗塞等の合併症の危険性を判定することが可能であることが示唆されている。
しかしながら、プラークは線維性被膜で覆われており、現在のカテーテルシステムを用いた場合、測温できるのは血管壁の内面だけであり、プラーク温度を直接測定することは困難である。またプラークで発生し伝導してきた熱による血管壁内面の温度上昇を測定することも考えられるが、通常は血流により熱の一部が奪われるため、温度上昇は0.1℃程度と低く、血管壁の温度上昇を精度よく測定することは、実際上は極めて困難である。
プラークで発生した熱は、プラークを覆う線維性被膜を伝導し血管壁内面に伝わるが、この際プラークの大きさ(幅および厚さ)および線維性被膜の厚さが熱伝導に影響を与え、プラークの大きさおよび線維性被膜の厚さにより血管壁内面の温度上昇は異なると考えられる。このことはプラークで発生した熱の伝導パターンを測定することができれば、プラークが安定したものかまたは脆弱なものであるかを判定しうることを示唆する。実際、アテローム性の動脈硬化病変を模擬したモデルを用いて、ダイオードレーザを外膜側から照射して炎症による温度上昇を模擬したプラークに相当する部分に、シャッターを用いて照射パターンを制御した連続レーザを照射して熱を発生させ、線維性被膜に相当する部分への発生した熱の伝導パターンを調べ、線維性被膜の厚さを推測する熱伝導シミュレーションモデルについての報告がなされている(Takemi Matsui et al.,IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING,Vol.48,No.4,April 2001およびTakemi Matsui et al.,Journal of Medical Engineering & Technology,Volume 25,number5,181−184,September/October 2001を参照)。しかしながら、このシミュレーションモデルにおいては、in vitroにおいてブタの胸部下行大動脈血管壁内膜中にレーザ光の吸収を高めるためにインドシアニングリーン(ICG)を注入してプラークを模倣させ、該ICG吸収部位にレーザを照射し、発熱させ該熱の伝導による血管壁表面における経時的な温度変化を測定し、熱伝導をシミュレートしていた(Takemi Matsui et al.,Journal of Medical Engineering & Technology,Volume 25,number5,181−184,September/October 2001を参照)。このモデル実験は、プラークを覆う線維性被膜の厚さにより熱伝導パターンが変化することを示している。しかしながら、現実の動脈硬化部位を正確に模倣したモデルを用いたわけではなく、また熱伝導シミュレーションモデルも熱伝導による線維性被膜モデルの温度上昇と線維性被膜の厚さを関係付けた一次元モデルに過ぎず、血管系における正確な熱伝導シミュレーションとは程遠かった。さらに、該熱伝導シミュレーションモデルにおいては、経時的に血管壁の温度変化を測定しているものの、血管壁表面の温度上昇(ΔT)だけを追っており、経時的な温度変化における過渡応答を詳細には解析していない。さらに、実際にin vivoにおいてプラークに如何にしてレーザを照射し、人為的に発熱させ、そこから血管壁内面に伝導してきた熱を如何にして測定するかについても何ら示唆していなかった。
本発明は、パルスレーザ等の高強度パルス光を利用してアテローム性動脈硬化部位におけるプラークの脆弱性を判定するための装置の提供を目的とする。具体的には、動脈硬化部位に高強度パルス光を照射し、プラークでパルス光の吸収による熱を発生させ、発生した熱の血管壁内面における伝導パターンを測定することにより、プラークを覆う線維性被膜の厚さおよび/またはプラークの炎症の進行度を算出し、プラークが安定なものか脆弱なものかを判定する装置の提供を目的とする。Atherosclerosis in coronary arteries causes various complications. The arteriosclerotic site is composed of plaque and fibrous capsule, and the fissure or rupture of the fibrous capsule leads to thrombus formation, often leading to major organ infarction such as acute myocardial infarction. Inflammation is considered to be involved in the progression from stable plaques with a low risk of complications to vulnerable plaques that are prone to failure and have a high risk of complications. Vulnerable plaques are usually covered with a thin fibrous cap in the blood vessel wall, and the formation of macrophages, smooth muscle cells, and T lymphocytes is largely involved in the formation. It has been reported that the progression of inflammation is accompanied by an increase in plaque temperature (VAN DER WAL, AC et al., Circulation, 89, 36-44, 1994, CASSCELLS, W. et al., The Lancet. 347, 1447-1449, 1996 and STEFANADIS, G. et al., Circulation, 99, 1965-1971, 1999), vulnerable plaque can be detected by measuring plaque temperature, myocardial infarction, etc. It has been suggested that it is possible to determine the risk of complications.
However, the plaque is covered with a fibrous capsule, and with the current catheter system, only the inner surface of the blood vessel wall can be measured, and it is difficult to directly measure the plaque temperature. It is also conceivable to measure the temperature rise of the inner wall of the blood vessel due to the heat generated and conducted in the plaque, but usually a part of the heat is taken away by the blood flow, so the temperature rise is as low as about 0.1 ° C, In practice, it is extremely difficult to accurately measure the temperature rise of the blood vessel wall.
The heat generated in the plaque is conducted through the fibrous capsule covering the plaque and is transmitted to the inner surface of the blood vessel wall, where the size (width and thickness) of the plaque and the thickness of the fibrous capsule affect the heat conduction, It is considered that the temperature rise on the inner surface of the blood vessel wall varies depending on the size of the plaque and the thickness of the fibrous capsule. This suggests that if the conduction pattern of the heat generated in the plaque can be measured, it can be determined whether the plaque is stable or fragile. Actually, using a model simulating atherosclerotic lesions, a diode laser was irradiated from the outer membrane side, and the irradiation pattern was controlled using a shutter on the part corresponding to the plaque simulating the temperature rise due to inflammation. There has been a report on a heat conduction simulation model for generating heat by irradiating a laser, examining the conduction pattern of the heat generated to the part corresponding to the fibrous coating, and estimating the thickness of the fibrous coating (Takemi). Matsui et al., IEEE TRANSACTIONS ON BIOMDICAL ENGINEERING, Vol. 48, No. 4, April 2001, and Takemi Matsui et al., Journal of Medical Engineering & Engineering Engineering. 25, number 5,181-184, September / October 2001). However, in this simulation model, indocyanine green (ICG) is injected in vitro in the porcine thoracic descending aortic vascular wall intima to inject plaque into the ICG absorption site. The laser was irradiated to generate heat, and the temperature change over time on the blood vessel wall surface due to the heat conduction was measured to simulate the heat conduction (Takemi Matsui et al., Journal of Medical Engineering & Technology, Volume 25, number 5,181-184, September / October 2001). This model experiment shows that the heat conduction pattern changes with the thickness of the fibrous cap covering the plaque. However, a model that accurately mimics the actual arteriosclerosis site was not used, and the heat conduction simulation model was also a one-dimensional model that related the increase in temperature of the fibrous capsule model due to heat conduction and the thickness of the fibrous capsule. It was far from accurate heat conduction simulation in the vascular system. Furthermore, in the heat conduction simulation model, although the temperature change of the blood vessel wall is measured over time, only the temperature rise (ΔT) of the blood vessel wall surface is followed, and the transient response in the temperature change over time is detailed. Has not been analyzed. Furthermore, there was no suggestion of how to actually measure the heat conducted to the plaque in vivo in order to irradiate the plaque with a laser, artificially generate heat, and conduct from there to the inner surface of the blood vessel wall.
An object of the present invention is to provide an apparatus for determining plaque vulnerability at an atherosclerotic site using high-intensity pulsed light such as a pulsed laser. Specifically, high-intensity pulsed light is irradiated to the arteriosclerotic site, heat is generated by the absorption of pulsed light by the plaque, and the conduction pattern of the generated heat on the inner surface of the blood vessel wall is measured, thereby fibrosis covering the plaque An object of the present invention is to provide an apparatus for calculating the thickness of a coating and / or the degree of inflammation of plaque and determining whether the plaque is stable or fragile.
本発明者等は、上記の従来技術における問題点を解決すべく鋭意検討を行った。すなわち、血管壁内、例えば動脈硬化部位に高強度パルス光を照射し、プラークで高強度パルス光の吸収により熱を発生させた場合に発生した熱がどのように血管壁内を伝導し、血管壁内面の温度がどのような経時的変化パターンを示すかを調べるために、血管壁の熱伝導シミュレーションモデルを作成した。この際、より正確な血管壁に対する熱伝導シミュレーションモデルを作成するために、二次元または三次元の非定常熱伝導有限要素解析により作成した。本発明者等は、実際にアテローム性動脈硬化部位に高強度パルス光を照射し、プラークで熱を発生させた場合の該熱の伝導による血管壁の温度変化パターンを実測し、該パターンを前記の血管壁に対する熱伝導シミュレータが計算した温度変化パターンと比較し、パラメータの調整によるフィッティングを行なうことにより、アテローム性動脈硬化部位におけるプラークを覆う線維性被膜の厚さおよび/またはプラークの炎症の進行度が算出できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下の通りである。
[1] 血管壁内のプラークの脆弱性を判定するためのアクティブ測温装置であって、
(1) 血管内に挿入されるカテーテル、
(2) 血管壁内に高強度パルス光を照射する高強度パルス光照射手段、および
(3) 照射された高強度パルス光の血管壁内のプラーク部分への吸収によりプラーク部分で発生した熱の伝導による血管壁内面の経時的温度変化を測定する温度測定手段
を有するアクティブ測温装置。
[2] 血管壁内のプラークの脆弱性を判定するためのアクティブ測温装置であって、
(1) 血管内に挿入されるカテーテル、
(2) 血管壁内に高強度パルス光を照射する高強度パルス光照射手段、
(3) 照射された高強度パルス光の血管壁内のプラーク部分への吸収によりプラーク部分で発生した熱の伝導による血管壁内面の経時的温度変化を測定する温度測定手段、および
(4) 血管壁内面の経時的温度変化からプラークの脆弱性を解析する温度過渡応答解析手段
を有するアクティブ測温装置。
[3] 高強度パルス光がレーザである、[1]または[2]に記載のアクティブ測温装置。
[4] 高強度パルス光の波長がプラークに沈着したカロチンの吸収波長と同等である、[1]から[3]のいずれか一つに記載のアクティブ測温装置。
[5] 脆弱性を判定しようとするプラークにあらかじめPhotodynamic Therapy用光感受性薬剤(PDT薬剤)が集積されており、(2)の高強度パルス光の波長が前記PDT薬剤の吸収波長に近いことを特徴とする、[1]から[3]のいずれか一つに記載のアクティブ測温装置。
[6] (1)のカテーテルバルーンカテーテルであって、バルーンの拡張により(3)の温度測定手段の温度測定部が血管壁内面に接触し、温度を測定する、[1]から[5]のいずれか一つに記載のアクティブ測温装置。
[7] (2)の高強度パルス光照射手段により血管壁内に高強度パルス光が照射されプラークに該高強度パルス光が吸収され熱を発生し、(3)の温度測定手段により血管壁中を伝導する該発生した熱による血管壁内面の経時的温度変化を測定し、(4)の温度過渡応答解析手段により血管壁内面の実際の経時的温度変化過渡応答曲線と温度過渡応答解析手段を含む血管壁に対する熱伝導シミュレータを用いて作成した経時的温度変化シミュレーションモデル曲線が比較され、血管壁内におけるプラークの脆弱性が判定される、[1]から[6]のいずれか一つに記載のアクティブ測温装置。
[8] 血管壁内面における経時的温度変化シミュレーションモデル曲線が、血管壁の物性パラメータ、血管壁の構造に関するパラメータおよび高強度パルス光照射による発熱に関するパラメータが調整されている血管壁に対する熱伝導シミュレータを用いて作成される、[7]に記載のアクティブ測温装置。
[9] 血管壁の構造に関するパラメータが、血管内超音波イメージング(IVUS)により得られる、[8]に記載のアクティブ測温装置。
[10] (4)の解析手段が、血管壁に対する熱伝導シミュレータが計算した経時的な温度変化シミュレーションモデル曲線と血管への高強度パルス光照射後の血管壁内面の実際の経時的な温度変化過渡応答曲線とを比較し、血管壁内の線維性被膜の厚さに関するパラメータを変化させることにより実際の経時的温度変化過渡応答曲線と計算された経時的温度変化シミュレーションモデル曲線をフィッティングしプラークを覆う線維性被膜の厚さが算出され、プラークの脆弱性を判定する、[1]から[9]のいずれか一つに記載のアクティブ測温装置。
[11] さらに、プラークの炎症の進行度に関するパラメータを変化させることにより実際の経時的温度変化過渡応答曲線と計算された経時的温度変化シミュレーションモデル曲線をフィッティングさせプラークの炎症の進行度を推測し、プラークの脆弱性を判定する、[10]に記載のアクティブ測温装置。
[12] (2)の高強度パルス光照射手段においてビームの太さを変えることができ、太いビームを照射した場合の血管壁内面の経時的温度変化過渡応答曲線が、プラークの血流方向の大きさを反映する、[1]から[11]のいずれか一つに記載のアクティブ測温装置。
[13] (3)の温度測定手段において同時に複数点の経時的な温度測定が可能である、[1]から[12]のいずれか一つに記載のアクティブ測温装置。
[14] (4)の温度過渡応答解析手段において、熱伝導による血管壁内面の経時的な温度変化過渡応答曲線のピーク前半部をフィッティングさせることによりプラークを覆う線維性被膜の厚さが算出される、[1]から[13]のいずれか一つに記載のアクティブ測温装置。
[15] (4)の温度過渡応答解析手段において、熱伝導による血管壁内面の経時的な温度変化過渡応答曲線のピーク後半部をフィッティングさせることによりプラークの厚み(体積、深さ)が算出される、[1]から[13]のいずれか一つに記載のアクティブ測温装置。
[16] 血管壁内におけるプラークの脆弱性判定システムであって、
(1) 血管壁内のプラーク部分への高強度パルス光照射により発生し血管壁内面へ伝導した熱による血管壁内面の経時的な温度変化過渡応答曲線に関するデータを温度過渡応答解析手段へ転送する手段、
(2) 転送された温度変化過渡応答曲線に関するデータに基づいて、プラークを覆う線維性被膜の厚さを解析する温度過渡応答解析手段であって、
(a) 血管壁に対する熱伝導についてのパラメータに関するデータおよび熱伝導シミュレーションモデル曲線のデータを格納する記憶手段、ならびに
(b) 血管壁に対する熱伝導シミュレータにより求めた測温点における経時的温度変化シミュレーションモデル曲線と実際に測温点で測定した経時的温度変化過渡応答曲線を比較し、熱伝導シミュレーションにおけるパラメータを変化させて、シミュレーションの結果を実際の結果に合わせる演算手段
を有する温度過渡応答解析手段、ならびに
(3) 解析されたプラークを覆う線維性被膜の厚さに関する情報を出力する出力手段
を有するプラークの脆弱性判定システム。
[17] (6)(a)の演算手段において、さらに、プラークの炎症の進行度に関するパラメータを変化させることにより実際の経時的温度変化過渡応答曲線と計算された経時的温度変化シミュレーションモデル曲線をフィッティングさせプラークの炎症の進行度を推測し、(3)の出力手段においてプラークの炎症の進行度に関する情報を出力する、[16]に記載のプラークの脆弱性判定システム。
[18] 動脈硬化部位におけるプラークの脆弱性判定方法であって、
(1)温度過渡応答解析手段が、動脈硬化部位のプラーク部分への高強度パルス光照射により発生し血管壁内面へ伝導した熱による血管壁内面の温度変化過渡応答曲線に関するデータを受け取るステップ、
(2)該過渡応答解析手段に格納されている血管壁に対する熱伝導シミュレータが計算した経時的な温度変化シミュレーションモデル曲線と実際に測定した経時的な温度変化過渡応答曲線を比較し、プラークを覆う線維性被膜の厚さに関するパラメータを変化させることにより実際の経時的温度変化過渡応答曲線と計算された経時的温度変化シミュレーションモデル曲線をフィッティングさせプラークを覆う線維性被膜の厚さを算出するステップ、ならびに
(3)算出されたプラークを覆う線維性被膜の厚さを出力するステップを
含むプラークの脆弱性判定方法。
[19] さらに、(2)のステップにおいて、プラークの炎症の進行度に関するパラメータを変化させることにより実際の経時的温度変化過渡応答曲線と計算された経時的温度変化シミュレーションモデル曲線をフィッティングしプラークの炎症の進行度を推測し、(3)のステップにおいて、算出されたプラークの炎症の進行度を出力する、[18]に記載のプラークの脆弱性判定方法。The inventors of the present invention have intensively studied to solve the above problems in the prior art. That is, when high intensity pulsed light is irradiated in the blood vessel wall, for example, atherosclerosis site, and heat is generated by absorption of the high intensity pulsed light by the plaque, how the generated heat is conducted in the blood vessel wall and the blood vessel In order to investigate what temporal change pattern of the temperature of the wall inner surface, a heat conduction simulation model of the blood vessel wall was created. At this time, in order to create a more accurate heat conduction simulation model for the blood vessel wall, it was created by two-dimensional or three-dimensional unsteady heat conduction finite element analysis. The present inventors actually irradiate the atherosclerosis site with high-intensity pulsed light, actually measure the temperature change pattern of the blood vessel wall due to the heat conduction when heat is generated in the plaque, The thickness of the fibrous cap covering the plaque at the atherosclerotic site and / or the progression of plaque inflammation by adjusting the parameters compared with the temperature change pattern calculated by the heat conduction simulator for the blood vessel wall It was found that the degree could be calculated, and the present invention was completed.
That is, the present invention is as follows.
[1] An active temperature measuring device for determining the vulnerability of plaque in a blood vessel wall,
(1) a catheter inserted into a blood vessel,
(2) High-intensity pulsed light irradiation means for irradiating the blood vessel wall with high-intensity pulsed light, and (3) Heat generated in the plaque part due to absorption of the irradiated high-intensity pulsed light into the plaque part in the blood vessel wall An active temperature measuring device having temperature measuring means for measuring a temperature change with time of an inner surface of a blood vessel wall due to conduction.
[2] An active temperature measuring device for determining the vulnerability of plaque in a blood vessel wall,
(1) a catheter inserted into a blood vessel,
(2) High-intensity pulsed light irradiation means for irradiating the blood vessel wall with high-intensity pulsed light,
(3) a temperature measuring means for measuring a temporal temperature change of the inner surface of the blood vessel wall due to conduction of heat generated in the plaque portion by absorption of the irradiated high-intensity pulsed light into the plaque portion in the blood vessel wall; and (4) the blood vessel An active temperature measuring device having a temperature transient response analyzing means for analyzing the vulnerability of a plaque from a change in temperature of a wall inner surface over time.
[3] The active temperature measuring device according to [1] or [2], wherein the high-intensity pulsed light is a laser.
[4] The active temperature measuring device according to any one of [1] to [3], wherein the wavelength of the high-intensity pulsed light is equal to the absorption wavelength of carotene deposited on the plaque.
[5] A photodynamic drug (PDT drug) for Photodynamic Therapy is preliminarily accumulated in the plaque to be determined for vulnerability, and the wavelength of the high-intensity pulsed light in (2) is close to the absorption wavelength of the PDT drug. The active temperature measuring device according to any one of [1] to [3], which is characterized.
[6] The catheter of (1), wherein the temperature measuring unit of the temperature measuring means of (3) comes into contact with the inner surface of the blood vessel wall by expanding the balloon and measures the temperature, [1] to [5] The active temperature measuring device according to any one of the above.
[7] The high-intensity pulsed light is irradiated into the blood vessel wall by the high-intensity pulsed light irradiating means of (2), and the high-intensity pulsed light is absorbed into the plaque to generate heat, and the blood vessel wall is generated by the temperature measuring means of (3). The temperature change over time of the inner surface of the blood vessel wall due to the generated heat conducted through the inside is measured, and the actual temperature change transient response curve and the temperature transient response analysis means of the inner surface of the blood vessel wall are measured by the temperature transient response analysis means of (4). In any one of [1] to [6], the time-dependent temperature change simulation model curves created by using the heat conduction simulator for the blood vessel wall including are compared, and the vulnerability of the plaque in the blood vessel wall is determined. The active temperature measuring device described.
[8] A heat conduction simulator for a blood vessel wall in which a time-dependent temperature change simulation model curve on the inner surface of the blood vessel wall is adjusted for physical parameters of the blood vessel wall, parameters relating to the structure of the blood vessel wall, and parameters relating to heat generation by irradiation with high-intensity pulsed light. The active temperature measuring device according to [7], which is created by using.
[9] The active temperature measuring device according to [8], wherein the parameter relating to the structure of the blood vessel wall is obtained by intravascular ultrasound imaging (IVUS).
[10] The time-dependent temperature change simulation model curve calculated by the heat conduction simulator for the blood vessel wall and the actual temperature change of the inner surface of the blood vessel wall after irradiation of the high-intensity pulsed light to the blood vessel are analyzed by the analysis means of (4). By comparing the transient response curve and changing the parameter related to the thickness of the fibrous capsule in the vessel wall, the actual temperature change transient response curve and the calculated temperature change simulation model curve are fitted to the plaque. The active temperature measuring device according to any one of [1] to [9], wherein the thickness of the covering fibrous coating is calculated to determine plaque vulnerability.
[11] Further, by changing a parameter related to the degree of inflammation of the plaque, the actual temperature change transient response curve and the calculated temperature change simulation model curve are fitted to estimate the degree of inflammation of the plaque. The active temperature measuring device according to [10], wherein the vulnerability of the plaque is determined.
[12] The beam thickness can be changed in the high-intensity pulsed light irradiating means of (2), and the transient response curve of the temperature change over time of the inner surface of the blood vessel wall when the thick beam is irradiated indicates the blood flow direction of the plaque. The active temperature measuring device according to any one of [1] to [11], which reflects a size.
[13] The active temperature measuring device according to any one of [1] to [12], wherein the temperature measuring means of (3) is capable of simultaneously measuring a plurality of points over time.
[14] In the temperature transient response analyzing means of (4), the thickness of the fibrous coating covering the plaque is calculated by fitting the first half of the peak of the temperature change transient response curve of the blood vessel wall inner surface over time due to heat conduction. The active temperature measuring device according to any one of [1] to [13].
[15] In the temperature transient response analyzing means of (4), the thickness (volume, depth) of the plaque is calculated by fitting the latter half of the peak of the temperature change transient response curve of the blood vessel wall inner surface due to heat conduction over time. The active temperature measuring device according to any one of [1] to [13].
[16] A plaque vulnerability determination system in a blood vessel wall,
(1) Transfer data to the temperature transient response analysis means with respect to the temperature response transient response curve of the inner wall of the blood vessel due to heat generated by irradiation of the high intensity pulsed light to the plaque portion in the blood vessel wall and conducted to the inner surface of the blood vessel wall. means,
(2) Temperature transient response analysis means for analyzing the thickness of the fibrous coating covering the plaque based on the transferred data relating to the temperature change transient response curve,
(A) storage means for storing data relating to heat conduction parameters to the blood vessel wall and heat conduction simulation model curve data; and (b) a time-dependent temperature change simulation model at a temperature measurement point obtained by a heat conduction simulator for the blood vessel wall. A temperature transient response analyzing means having a computing means for comparing a curve and a temperature change transient response curve measured at a temperature measuring point, changing a parameter in a heat conduction simulation, and matching the simulation result with the actual result, And (3) a plaque vulnerability determination system having output means for outputting information on the thickness of the fibrous coating covering the analyzed plaque.
[17] (6) In the calculation means of (a), an actual time-dependent temperature change transient response curve and a calculated time-dependent temperature change simulation model curve are further obtained by changing parameters related to the degree of inflammation of plaque. The plaque vulnerability determination system according to [16], wherein fitting is performed to estimate the degree of progression of plaque inflammation, and information relating to the degree of progression of plaque inflammation is output in the output unit (3).
[18] A method for determining plaque vulnerability in an arteriosclerotic site,
(1) a step in which the temperature transient response analysis means receives data relating to a temperature change transient response curve of the inner surface of the blood vessel wall due to heat generated by irradiation of the high-intensity pulse light to the plaque portion of the arteriosclerosis site and conducted to the inner surface of the blood vessel wall;
(2) The temperature change simulation model curve over time calculated by the heat conduction simulator for the blood vessel wall stored in the transient response analysis means is compared with the actually measured temperature change transient response curve over time to cover the plaque. Fitting the actual temporal temperature change transient response curve and the calculated temporal temperature change simulation model curve by changing a parameter related to the thickness of the fibrous cap, and calculating the thickness of the fibrous cap covering the plaque; And (3) a plaque vulnerability determination method including a step of outputting the calculated thickness of the fibrous coating covering the plaque.
[19] Further, in the step (2), an actual time-dependent temperature change transient response curve and a calculated time-dependent temperature change simulation model curve are fitted by changing a parameter relating to the degree of inflammation of the plaque, and the plaque The plaque vulnerability determination method according to [18], wherein the degree of inflammation progression is estimated, and the calculated degree of plaque inflammation progression is output in step (3).
図1は、本発明の装置を示す図である。
図2は、血管壁に対する熱伝導シミュレーションモデルを示す図である。
図3は、本発明のシステムの概念図である。
図4は、本発明のシステムにより実行される処理のフローである。
図5は、血管片に対して加温を行った際の、内膜・中膜・外膜の3点の温度履歴を計測した結果を示す図である。
図6は、示差走査熱量測定計(Differential Scanning Calorimeter,DSC)でブタ新鮮摘出下行大動脈、ブタ乾燥下行大動脈の熱容量を測定した結果を示す図である。
図7は、血管壁に対する測温実験の結果と合うように行った熱伝導計算を行った結果を示す図である。
図8は、DSCによる熱容量測定の結果を利用した比熱値を用いて測温実験と合うように比熱を調整したものを示す図である。
図9は、求めた比熱値を使った熱伝導計算と該当する測温実験の比較の結果を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a heat conduction simulation model for the blood vessel wall.
FIG. 3 is a conceptual diagram of the system of the present invention.
FIG. 4 is a flow of processing executed by the system of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing the results of measuring the temperature history of three points of the intima / media / outer membrane when the blood vessel piece is heated.
FIG. 6 is a diagram showing the results of measuring the heat capacities of freshly isolated porcine aorta and porcine dry descending aorta using a differential scanning calorimeter (DSC).
FIG. 7 is a diagram showing the result of heat conduction calculation performed so as to match the result of the temperature measurement experiment on the blood vessel wall.
FIG. 8 is a diagram showing the specific heat adjusted to match the temperature measurement experiment using the specific heat value using the result of the heat capacity measurement by DSC.
FIG. 9 is a diagram showing a result of comparison between heat conduction calculation using the obtained specific heat value and a corresponding temperature measurement experiment.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の装置は、血栓形成を誘発し急性心筋梗塞の原因となる脆弱プラーク(vulnerable plaque)の存在を検出するアクティブ測温装置であり、本発明の装置により動脈硬化部位のプラークを覆う線維性被膜の厚さおよび/または炎症の進行度がわかる。これらの情報によりプラークが安定なものか脆弱なものかを、すなわちプラークの脆弱性を判定することができる。プラークの脆弱性がわかると心筋梗塞に罹患する危険性を評価することができる。本発明においてアクティブ測温とは、血管壁内、例えば動脈硬化部位に高強度パルス光を照射することによりプラークで人為的に熱を発生させ、該人為的に発生した熱を血管壁内面で測定することを意味し、自然に発生した熱を血管壁内面で測定するパッシブ測温に対する語である。
本発明の装置はカテーテルを有する装置であって、高強度パルス光照射手段、血管壁内面の温度測定手段、バルーンおよび温度過渡応答解析手段を含む。
照射するパルス光を高強度で、なおかつプラークに沈着している色素に吸収されやすいものにすることで、高強度パルス光はプラークを覆う線維性被膜を通過し、プラークに達するとプラークに存在する色素により吸収されその部分で熱が発生する。発生した熱はすぐに発生箇所から周囲に伝導し、一部は線維性被膜内を通って、血管壁内面に達する。プラークの炎症の進行度によりプラーク中に沈着している高強度パルス光を吸収する色素の量が異なるのでプラークにおいて発生する熱量が変わり、またプラークを覆う線維性被膜の厚さにより血管壁に熱が伝導し内面に達するまでの時間および熱伝導により上昇する血管壁内面の温度が異なってくる。従って、高強度パルス光を照射してからの血管壁内面の温度変化を経時的にモニタすることによりプラークを覆う線維性被膜の厚さおよび/またはプラークの炎症の進行度がわかる。この際、血管壁における熱伝導のシミュレーションモデル(血管壁に対する熱伝導シミュレータ)を作成しておき、該モデルの変化パターンを実際に測定した血管壁の温度変化パターンと比較することにより、線維性被膜の厚さおよびプラークの炎症の進行度を知ることができる。なお、プラークの炎症性は主にプラークに浸潤した炎症性細胞であるマクロファージの数で決まり、マクロファージの数が多いほどプラークの炎症が進行しているといえる。プラーク中のマクロファージはコレステロール脂質を貪食し、それに伴ってカロチンが沈着する。後述のように、本発明における一つの態様では、カロチンに吸収される波長の高強度パルス光を照射し、該高強度パルス光のエネルギーがカロチンに吸収され発熱することを利用している。また、プラークにおけるマクロファージの数とプラークの大きさは完全に対応しているのではないが、概ねプラークの大きさは集積したマクロファージの数を反映しているので、本発明においては、プラークの炎症の進行度の判定は、主にプラークの大きさ(幅および厚さ)の判定を意味する。特に、後述のように照射する高強度パルス光のビームを太くすることにより、プラークの血流方向の大きさを判定することができる。
本発明の装置のカテーテルは、通常血管内視鏡等において用いられているものを使用することができ、その径等は限定されない。カテーテルには高強度パルス光伝送手段、高強度パルス光を側射する手段、高強度パルス光照射および測温時に血流を閉止するためのバルーン、バルーンを拡張・収縮するための送吸液手段もしくは送吸気手段、温度測定手段等が配設される。
高強度パルス光発生手段は、通常の治療用高強度パルス光発生装置を用いることができる。本発明の装置において、高強度パルス光は動脈硬化部位の線維性被膜部分を透過し、プラーク部分に達するとプラークに吸収されそこで発熱する。
これは、上述のようにプラークにはカロチンが沈着しており、該カロチンが高強度パルス光エネルギーを吸収するためである。従って、カロチンの吸収波長である450nm〜500nm付近の波長を有する高強度パルス光を用いる。なお、高強度パルス光の波長が異なれば、同じ強度の高強度パルス光でも吸収される効率が異なってくるので、プラーク中で温度を発生する領域の広さが異なる。このため、得られる経時的温度変化曲線も異なってくるので、複数の波長の高強度パルス光を用いることにより多くの情報を得ることができる。また、高強度パルス光のビームの太さも限定されない。ビームの太さが拡大することによりプラーク中の熱が発生する領域が広くなり、その大きな領域全体からの熱伝導を測定することができる。その結果、ビームの太さを大きくすることにより、プラークの大きさ、特に血流方向の幅を判定することが可能である。この際、カテーテル内に異なる太さの高強度パルス光伝送用ファイバーを配設することにより、ビームの太さの異なる高強度パルス光を照射することができる。
さらに、プラークにあらかじめ光力学的治療(Photodynamic therapy;PDT)用光感受性薬剤(PDT薬剤)を集積させておいてもよい。PDTとは、ある種のポルフィリン誘導体等の光感受性薬剤とレーザ光などの光線を用いた複合治療であり、光感受性薬剤が治療を施そうとする癌組織などの病変部に選択的に集積するという性質を利用したものであり、光感受性薬剤を静脈注射等の方法により投与した後に、病変部にレーザ光等の光線を照射することにより主に光化学反応によって該組織を破壊する治療法である。PDT薬剤をプラークに選択的に集積させることにより、照射する高強度パルス光はカロチンよりも効率良くプラークに集積したPDT薬剤に吸収され、プラークにおける発熱量がカロチンの場合より大きくなる。このため、血管壁に対する熱伝導シミュレータが計算した計算結果と実測した結果とのフィッティングがより高い数値を利用して行えるので、より正確な結果を導き出すことが可能である。PDT薬剤としては、種々のものが知られており、例えばPhotofrinII(PHE)(630nm)(polyhematoporphyrin ether/ester)、ATX−S10(670nm)(gallium porphyrin complex)、5−ALA(630nm)(5−aminolevurinic acid hydrochloride)、NPe6(664nm)(mono−L−aspartyl chlorine6)、m−THPC(652nm)(tetra(m−hydroxyphenyl)chlorin)、SnET2(637nm)(tin ethyl etio−purpurin)、BPD−MA(690nm)(benzoporphyrin derivative monoacid ring A)、Lu−tex(732nm)(Lutetium Texaphyrin)等が挙げられる(慣用名、吸収波長を示し、さらに一般名を示してある)。これらを含む公知のPDT薬剤のいずれをも用いることができる。PDT薬剤はそれぞれ固有の吸収波長を有するので、照射する高強度パルス光はPDT薬剤の吸収波長に近いものを用いる必要がある。PDT薬剤は、静脈注射などで投与することによりプラークに集積する。これは、プラークに集積しているマクロファージに貪食されるためであると考えられる。PDT薬剤の投与タイミングは薬剤の種類により異なるが、本発明の装置による測温を行う数時間〜数日前に投与する。これは、充分時間を置くことによりPDT薬剤をプラークに充分集積させるためである。PDT薬剤は、該薬剤をリン酸緩衝塩溶液等の適当な緩衝液に溶解させ、必要に応じて医薬的に許容できる添加物を添加して投与する。添加物としては、有機溶媒等の溶解補助剤、酸、塩基等のpH調整剤、アスコルビン酸等の安定剤、グルコース等の賦形剤、塩化ナトリウム等の等張化剤などが挙げられる。投与方法は、限定されず、静脈注射、筋肉注射、皮下注射、経口投与等により投与すればよい。PDT薬剤の投与量も限定されず、静脈注射等により全身投与する場合は、0.01〜100mg/kg体重、好ましくは1〜5mg/kg体重である。
用いる高強度パルス光としてはパルスレーザ、チタンサファイアレーザの第二高調波、波長可変のオプティカルパラメトリックオッシレーター(OPO;Optical Parametric Oscillator)により発生する光線が挙げられる。レーザとしては、フラッシュランプ励起、XeClエキシマーレーザ励起等のパルス色素レーザ、GaAlAs等の半導体レーザが挙げられ、このなかでも波長可変性能が高いOPOが望ましい。OPOの例としては、Coherent社のMira−OPOなどが挙げられる。
PDT薬剤を用いない場合は、用いる高強度パルス光の波長はカロチンの吸収波長である、450〜500nm、好ましくは450〜480nmであり、PDT薬剤をあらかじめプラークに集積させる場合は、PDT薬剤の吸収波長に近い波長の高強度パルス光を用いる。
照射する高強度パルス光の強度は、限定されないがプラークを覆う線維性被膜を破壊しない程度の強度である必要があり、また血管壁の熱による温度変性を防ぐために血管壁の温度上昇が30℃以下となる強度であることが必要である。
高強度パルス光の照射時間も限定がないが、1ミリ秒程度が好ましい。
高強度パルス光を動脈の血管壁へ伝送する手段には、カテーテルの遠位端部付近に位置する、高強度パルス光を側射する手段および高強度パルス光を高強度パルス光発生装置から該高強度パルス光側射手段に伝送する石英ファイバー(光ファイバー)が含まれる。本明細書において「遠位端部付近」とは、高強度パルス光発生装置と連結された端部(近位端部)の反対側の端部に近い部分を意味し、遠位端部および遠位端部から数十cm程度の部分を指す。
石英ファイバーはカテーテルの中に含まれ、その一端で高強度パルス光発生装置と連結し、もう一端で高強度パルス光側射手段と連結している。本発明で用いられる石英ファイバーは、直径0.05〜0.3mm程度のきわめて細いものから、可視的な太さのものまで、カテーテルの中に収まり高強度パルス光エネルギーを伝送できる限り、広く種々の径のものを用いることができる。
高強度パルス光側射手段は、動脈血管壁に高強度パルス光を照射するための手段であり、石英ファイバー内を血管に沿って伝送されてきた高強度パルス光が血管壁内に入射し動脈硬化病変部のプラークに達するように側方照射する必要がある。高強度パルス光の側方照射は、高強度パルス光を屈折させるかまたは散乱させることなどにより達成することができ、該側射手段として、プリズム、散乱物質等が挙げられる。例えば、石英ファイバーの遠位端部付近に高強度パルス光が側方照射されるようにプリズムを備えていてもよいし、石英ファイバーの遠位端部付近を高強度パルス光が側方照射されるように粗面加工してもよい。また、石英ファイバーの遠位端部付近に高強度パルス光を散乱させるアルミナやシリカ等の散乱物質を塗付しておいてもよいし、またバルーン中にこれらの散乱物質を含有させておいてもよい。石英ファイバーの遠位端部付近から側方に射出された高強度パルス光が動脈を照射する面積範囲は、0.5cm2〜3cm2が好ましい。照射の面積範囲は、高強度パルス光のビームの太さを変えることにより適宜設定することができ、高強度パルス光のビームの太さは、高強度パルス光を伝送するファイバーの太さを変えればよい。
また、高強度パルス光照射の箇所は1箇所に限らず、複数箇所を同時に照射してもよい。複数箇所を同時に照射することにより、プラーク中の複数の箇所で熱が発生し、それらの箇所からの熱の伝導を測定できるため、プラークの状態や線維性被膜の状態についてより多彩な情報を得ることができる。この場合、カテーテル内に複数本の高強度パルス光伝送用ファイバーを配設し、カテーテル遠位端に複数の高強度パルス光を照射する手段を配設すればよい。
バルーンは、通常のバルーン付きカテーテルに用いられている冠状動脈用バルーンを用いることができる。バルーンはカテーテルの遠位末端部付近に取り付けられる。バルーンには後述の温度測定手段が配設される。バルーンを拡張させることにより、温度測定手段の温度測定部(温度測定プローブ)と血管壁が接触し、血管壁内面の温度測定が可能になる。バルーンを拡張させる手段は特に限定されないが、適当な液体や気体をバルーン内に供給することにより達成できる。この場合、カテーテルの中に液体、気体の給排出管も備えられる。拡張時のバルーンが血管壁を押さえる際の圧力は、0.2〜1kg/cm2の間が望ましい。前述のようにバルーンは高強度パルス光側射手段を備えていてもよい。
本発明の装置の温度測定手段は、血管壁内面の温度を測定し得る手段である。
温度測定手段の温度測定部として接触式温度計、熱電対等の温度測定用プローブを用いることができる。接触式温度計または熱電対を温度測定用プローブとして用いる場合は、前述のように、これらが血管壁と接触する必要があるため、バルーンの外側に設置するかまたはバルーンに埋め込むようにして設置し、バルーンが拡張したときに温度測定用プローブが血管壁に接触するようにする。温度測定用プローブと温度表示手段はカテーテル内に配設される線により結ばれ、温度情報が温度表示手段に伝送される。温度表示手段はプロセッサも備え該プロセッサにより、伝送された温度情報が処理され、温度過渡応答解析手段に処理データが転送される。
図1に本発明のアクティブ測温装置の構成図を示す。
温度過渡応答解析手段
本発明の装置を用いてプラーク1を覆う線維性被膜2の厚さおよび/またはプラーク1の炎症の進行度を判定する場合、最初に血管壁3に対する熱伝導シミュレータを構築する。血管壁に対する熱伝導シミュレータは、二次元または三次元の非定常熱伝導有限要素解析により構築することができる。有限要素法による熱伝導計算は、熱伝導を計算しようとする対象を細かい要素に分割して、隣接する要素間でのみ熱の受け渡しが起こると仮定し、分割した要素の節点における熱輸送方程式により熱伝導を計算する方法である。この際、市販の熱伝導計算プログラムを用いて血管壁3に特有なパラメータを導き出すことにより、血管壁3に対する熱伝導シミュレータを構築することができる。このようなプログラムとして、例えば心筋に対する熱伝導に基づいて作成されたQuick Therm BIO(計算力学研究所)が挙げられ、該プログラムに血管壁3の物性パラメータを入力することにより、血管壁3に対する熱伝導シミュレータを構築することができる。
具体的には、例えばブタの大動脈に対して加温を行い、熱電対を用いて大動脈の内膜、中膜、外膜の温度履歴(経時的な温度変化)を測定し、前記プログラムを用いて実験系を模擬した熱伝導計算を行い、測温実験の結果と合うように各種パラメータを調整すればよい。パラメータは種々選択することができるが、例えば比熱の値を変化させて計算すればよい。この場合は、細かく血管壁の比熱変化を観察するために示差走査熱量計を用いて熱量測定を行う。最終的に、計算結果に基づいてパラメータを血管壁3の物性に適合するように調整することにより血管壁3の物性を反映した熱伝導シミュレータを構築することができる。
次いで、物性パラメータを調整して構築した血管壁3に対する熱伝導シミュレータに、実際の血管壁の構造と発生する熱に関するパラメータを入力する。
まず、プラークの脆弱性の判定を行おうとする被験血管について、血管造影や血管内超音波イメージング(IVUS)により、血管の構造を解析し、血管の太さ、血管壁3の厚さ等の情報を取得する。血管造影やIVUSは市販のシステムを用いればよい。これらの情報を、構築した上記血管壁3に対する熱伝導シミュレータに入力する。しかしながら、IVUSや血管造影では、プラーク1の存在は推測できるものの、プラーク1の熱伝導係数やプラーク1の大きさ等により反映されるプラーク1の炎症の進行度(プラーク1の状態)やプラーク1を覆う線維性被膜2の厚さ等の血管壁3の内部構造についての正確な情報は得ることができない。そこで、血管造影やIVUSにより得られた実際の血管壁3の構造情報にさらにプラークの熱伝導係数やプラーク1の大きさ等のプラーク1の炎症の進行度およびプラーク1を覆う線維性被膜2の厚さに関するパラメータを入力する。これらの血管壁3の構造に関する情報を入力することにより、プラーク1の状態を含む被験血管の血管壁3の構造に関するパラメータが調整された有限要素法のモデルが作成され、血管壁の構造だけではなく物性値をも反映した血管壁に対する熱伝導シミュレータを構築することができる。血管壁3の構造に関するパラメータのうち上記のプラーク1の熱伝導係数やプラーク1の大きさ等のプラーク1の炎症の進行度およびプラーク1を覆う線維性被膜2の厚さに関するパラメータは、血管壁内面の実際の経時的温度変化過渡応答曲線と温度過渡応答解析手段を含む血管壁に対する熱伝導シミュレータを用いて作成した経時的温度変化シミュレーションモデル曲線を比較する際に、調整されフィッティングが行われる。
さらに、血管の高強度パルス4光照射による加熱項をシミュレータに入力する。血管の高強度パルス光照射による加熱項とは、高強度パルス光照射等により発生し得る熱に関するパラメータをいう。この際、加熱項は実際の高強度パルス光の照射の仕方に対応して設定することができる。例えば実際にアクティブ測温を行う際に高強度パルス光ビームが細いときは、プラークにおいて熱が発生する範囲が狭く、狭い発熱部位から血管壁に熱が伝導する。一方、高強度パルス光のビームが太いとプラークにおいて熱が発生する範囲が広くなり、広い発熱部位から血管壁に伝導する。このように高強度パルス光のビームの太さを変える場合は、それぞれの太さのビームに対応して加熱項を変化させる。高強度パルス光のビームが太い場合の温度変化は、特にプラークの血流方向の大きさを反映する。ここで、プラークの血流方向の大きさとは、血液の流れと平行という意味であり、血液の正逆両方の方向の大きさを意味する。また、実際のアクティブ測温においては、側温点は1点だけとは限らず複数点設定することもある。この場合は、シミュレータにおいて測温点の位置に関するパラメータを変化させればよい。
以上により、血管壁の物性、血管の構造およびアクティブ測温において発生させる熱についてのパラメータを含む血管壁熱伝導シミュレーションモデルが完成する。
このようなパラメータが調整されたシミュレータを用いて、血管壁内面の測温点における経時的な温度変化を計算することができる。この場合、シミュレータは前記構造情報を得た血管の有限要素法モデルにより熱伝導をシミュレートし測温点における経時的な温度変化を計算する。
本発明の血管壁熱伝導シミュレータは複数次元の有限要素法を用いて熱伝導計算を行うため、伝導する熱の発生部位の大きさ、発生する熱量、測温点等も任意に設定することができ、どのようなパラメータを設定しても測温点における経時的な温度変化を計算して温度変化シミュレーションモデル曲線として得ることができる。図2に血管壁に対する熱伝導シミュレータの計算により得られたある測温点における温度変化シミュレーションモデル曲線の概略図を示す。
次いで、実際に血管壁においてアクティブ測温を行い、測温点での経時的な温度変化を実測する。この際、測温点での経時的な温度変化は過渡応答であり、本発明の温度過渡応答解析手段により、この温度過渡応答を解析することができる。過渡応答とは、制御系Sに伝達関数H(f)が与えられているとき、入力信号u(t)を与えた場合に、それが原因とならて出力x(t)を生じ、このx(t)が新しい定常状態に達するまでに示す過渡的な経過をいう。本発明においては、測温点における温度変化(x(t))が過渡応答を示し、最終的に定常状態に達する。本発明においては、単に温度上昇を問題にするのではなく、温度変化を過渡応答として解析し得るので、単に測温点における温度上昇値(ΔT)を測定するよりは、はるかに正確にプラークの状態を知ることができる。
血管壁に対する熱伝導シミュレータに入力した血管壁の物性パラメータは、アクティブ測温の対象が血管壁である限り変わらない。また加熱項に関するパラメータも実際のアクティブ測温の条件に合わせて調整している。プラークが存在しない血管で測定した場合、上記IVUSで血管の構造が正確に解析されているので、実測した温度変化過渡応答曲線とシミュレータが計算した温度変化シミュレーションモデル曲線はほぼ同一になる。しかし、血管壁にプラークが存在している場合、上記IVUSではプラークを覆う線維性被膜の厚さを正確に測定できないため、線維性被膜の厚さに応じて、シミュレータが計算した経時的な温度変化シミュレーションモデル曲線と実際に測定した温度過渡応答曲線の間にずれが生じる。そこで、線維性被膜の厚さをパラメータとして変化させることにより、両曲線をフィッティングさせる。両曲線がフィットしたときの線維性被膜の厚さが実際の厚さを表す。また、プラークの炎症の進行度によって、熱が発生する領域の大きさおよび発生する熱量が異なるので、IVUSでは測定できないプラークの炎症の進行度もずれの原因となる。さらに、プラーク中の熱伝導係数は正常血管壁とは異なるので、この相違によってもずれが生じる。ずれは、主に線維性被膜の厚さを反映し、さらにプラークの熱伝導係数や大きさ(幅および厚さ)等により示されるプラークの炎症の進行度をも反映している。
解析により、線維性被膜の厚さに関する情報を得ようとする場合、血管壁に対する熱伝導シミュレータにおいて、血管構造のパラメータとして、線維性被膜の厚さを設定する。このパラメータを変えつつ測温点における温度変化をシミュレート計算し、その都度実測した温度変化過渡応答曲線とシミュレータが計算した温度変化シミュレーションモデル曲線を比較する。この作業を繰り返すことにより、2つの曲線をフィッティングさせる。この場合、2つの曲線が重なるように、パラメータをフィッティングさせるともいえる。なお、曲線の比較・フィッティングは、両曲線の近似方程式を求め該方程式に基づいて計算により行ってもよいし、曲線の各点の座標(時間、温度)データの全部または一部をデータセットとして比較してもよい。フィッティングが完了したときのパラメータとしての線維性被膜の厚さ値が実際の線維性被膜の厚さとなる。上述のように、測温点における温度変化は線維性被膜の厚さだけではなく、プラークの炎症の進行度も反映するので、血管壁の構造パラメータとして、プラークの炎症の進行度を示す項目も採用することにより、フィッティングによりプラークの炎症の進行度も推測し判定することができる。なお、既述のように、プラークの熱伝導係数やプラークの大きさはプラークの炎症の進行度を反映しているので、プラークの熱伝導係数やプラークの大きさをパラメータとして採用すればよい。
血管の動脈硬化部位に高強度パルス光を照射するとビームの太さに応じてプラーク内の一定の領域において熱が発生し、熱が発生した領域全体から周囲へ熱が伝導する。この際、測温点に近い部分で発生した熱の測温点への到着が先行し、測温点における温度は高強度パルス光照射後急速に上昇する。次いで、測温点に達した熱が血流に奪われたり、あるいは測温点から他の部分に伝導拡散するので、測温点の温度はピークを示した後に、低下していく。このとき、測温点から遠い部分から伝導した熱が遅れて測温点に到達するので、ピークの後の温度低下はその後から伝導してきた熱の影響を受ける。図2に示す温度変化パターンはこのような温度変化を示している。この際、プラークを覆う線維性被膜が薄ければ薄いほど、発生した熱が早く減衰を伴わずに測温点に到達するので、ピーク温度に早く達し、なおかつピーク温度値も高い。また、プラーク内の熱発生領域が広ければ広いほど、測温点におけるピーク温度後も熱が長時間にわたって測温点へ伝導してくるので、ピーク後の温度低下は緩慢になる。すなわち、測温点における温度がピークに達する前の温度変化のパターンは線維性被膜の厚さを反映し、測温点における温度がピークに達した後の温度変化のパターンは熱伝導係数や大きさ(幅および厚さ)等により示されるプラークの炎症の進行度、特にプラークの厚さを反映する。ここで、プラークの厚さとは血流方向と鉛直方向のプラークの大きさを意味し、プラークの深さともいう。また、ビームの太さを変えた場合、プラーク内の熱発生領域が広くなるので、特に測温点における温度がピークに達した後の温度変化のパターンがプラークの状態、特にプラークの血流方向の大きさとプラークの厚さ(プラークの体積)を反映する。
従って、線維性被膜の厚さのみによるプラークの脆弱性を判定しようとする場合は、経時的な温度変化曲線をピークより前でフィッティングさせればよく、プラークの炎症の進行度を推測判定しようとする場合、経時的な温度変化曲線をピークより後でフィッティングすればよい。現実的には、プラークの脆弱性は主にプラークを覆う線維性被膜の厚さによって決まるので、前半部を比較するだけで相当の精度でプラークの脆弱性を判定することが可能である。
また、実際のアクティブ測温において、あらかじめプラークにPDT薬剤を集積させておき、照射する高強度パルス光として該PDT薬剤の吸収波長に近いものを用いると、高強度パルス光のエネルギーが効率良くPDT薬剤に吸収される。従って、プラークにおける発熱が大きくなり、大きな熱が伝導するので測温点における温度も高くなる。このため、より大きい測温値を用いてフィッティングを行うことができる。よって、PDT薬剤を用いることにより、より高精度で過渡応答解析ができ、より正確な判定が可能になる。
本発明の過渡応答解析手段は、血管壁に対する熱伝導シミュレータ、実際に測定した温度変化を入力する手段を含む。
血管壁に対する熱伝導シミュレータは、前述のように血管壁に対する熱伝導についてのパラメータに関するデータおよび熱伝導シミュレーションモデル曲線のデータを格納している記憶手段、ならびに血管壁に対する熱伝導シミュレーションにより求めた測温点における経時的温度変化シミュレーションモデル曲線を計算により求め、該モデル曲線と実際に測温点で測定した経時的温度変化過渡応答曲線を比較し、パラメータを変化させて二つの温度変化曲線をフィッティングさせる演算手段を含む。ここで、熱伝導シミュレーションモデル曲線のデータとは、該曲線の近似方程式に関するデータ、該曲線上の点の座標を表すデータセット等をいう。
温度変化入力部は、実測値をキーボード等により手動で入力する装置であってもよいし、温度測定手段と過渡応答解析手段が電子的に連結され、測温と同時に温度変化に関するデータが過渡応答解析手段に転送されるものであってもよい。
動脈硬化部位におけるプラークの脆弱性判定システム
本発明は、血管壁内、例えば動脈硬化部位におけるプラークの脆弱性判定システムをも包含する。該システムは、
(1) 血管壁内への高強度パルス光照射によりプラークで発生し血管壁内面へ伝導した熱による血管壁内面の経時的な温度変化過渡応答曲線に関するデータを温度過渡応答解析手段へ転送する手段、
(2) 転送された温度変化過渡応答曲線に関するデータに基づいて、プラークを覆う線維性被膜の厚さおよび/またはプラークの炎症の進行度を解析する温度過渡応答解析手段であって、
(a) 血管壁に対する熱伝導についてのパラメータに関するデータおよび熱伝導シミュレーションモデル曲線のデータを格納する記憶手段、ならびに
(b) 血管壁に対する熱伝導シミュレータにより求めた測温点における経時的温度変化シミュレーションモデル曲線と実際に測温点で測定した経時的温度変化過渡応答曲線を比較し、熱伝導シミュレーションにおけるパラメータを変化させて二つの温度変化曲線をフィッティングさせ、シミュレーションの結果を実際の結果に合わせる演算手段
を有する温度過渡応答解析手段、ならびに
(3) 解析されたプラークを覆う線維性被膜の厚さおよび/またはプラークの炎症の進行度に関する情報を出力する出力手段を有するプラークの脆弱性判定システムである。ここで、経時的な温度変化過渡応答曲線に関するデータを温度過渡応答解析手段へ転送する手段は、本発明のアクティブ測温装置の温度測定手段から電子的に直接データを転送する手段であってもよいし、一旦印刷またはディスプレイへの表示等により出力されたデータを、例えばキーボード等の入力手段により入力する手段であってもよい。温度過渡応答解析手段が有する血管壁に対する熱伝導シミュレータは、上述のようにして構築されたシミュレータである。出力手段は、印刷手段やディスプレイへの表示手段等を含む。該出力手段により出力される場合は、線維性被膜の厚さ等を示す具体的な数値であってもよいし、等級付けられたプラークの脆弱性に関する判定であってもよい。図3に本発明のシステムの概略図を示す。
さらに、本発明は該システムを用いた、血管壁内、例えば動脈硬化部位におけるプラークの脆弱性判定方法をも包含する。該方法は、温度過渡応答解析手段が、動脈硬化部位への高強度パルス光照射によりプラークで発生し血管壁内面へ伝導した熱による血管壁内面の温度変化過渡応答曲線に関するデータを受け取るステップ、該過渡応答解析手段に格納されている血管壁に対する熱伝導シミュレータが計算した経時的な温度変化シミュレーションモデル曲線と実際に測定した経時的な温度変化過渡応答曲線を比較し、プラークを覆う線維性被膜の厚さおよび/またはプラークの炎症の進行度に関するパラメータを変化させることにより実際の経時的温度変化過渡応答曲線と計算された経時的温度変化シミュレーションモデル曲線をフィッティングさせ、シミュレーションの結果を実際の結果に合わせる、プラークを覆う線維性被膜の厚さを算出し、および/またはプラークの炎症の進行度を推測するステップ、ならびに算出されたプラークを覆う線維性被膜の厚さ、および/または推測されたプラークの炎症の進行度を出力するステップ等を含む。図4に本発明のシステムにより実行される、前記方法の処理のフローを示す。
以下、本発明の実施例に基づき具体的に説明する。もっとも本発明は下記実施例に限定されるものではない。
〔実施例1〕 血管壁に対する熱伝導シミュレータの構築
ブタ腹部大動脈を用いたステップ状内膜表面温度変化に対する血管壁測温実験と、有限要素法を用いた熱伝導計算ソフト「Quick Therm BIO」(計算力学研究センター)を用いた熱伝導シミュレーションを併せて行い比較した。上記ソフトは心筋伝導に関して検討して開発されたものであるが、本実施例においては血管壁測温実験と適合するように、熱物性変化の最も大きい比熱値を唯一のパラメータとして調整した。
実験試料にブタ新鮮摘出胸部下行大動脈を用いた。ブタ下行大動脈はヒト冠状動脈とコラーゲン等の組成が類似しており、冠状動脈よりも壁厚が大きいため実験試料に適している。これを長さ(血流方向)25mm、幅20mmに切って血管片とした。後で中膜の温度変化測定用の熱電対を設置するために中膜を裂いた。血管壁全層の厚みは1.4〜2.5mmであり、内膜面から裂いた面までの厚みは0.6〜1.2mmであった。
加温および冷却を行うために、高温または37℃に熱したアルミニウム塊(40mm立方)を交互に接触させる方法を採用した。アルミニウムは熱伝導率が237W/mK、熱容量が0.901J/Kgと大きいため血管片に接触後も接触面の温度変化が小さく、加温・冷却に適している。血管片は、発泡スチロールの上に設置した。熱伝導率が0.05W/mKと十分小さいため、外膜との熱の出入りが小さく抑えることができるためである。温度履歴は、内膜・中膜・外膜の3点にT型熱電対(T/TT−30−1、石川産業、東京)を設置し、デジタルレコーダ(DL708E、横河電機、東京)を用いて記録した。
血管片に対して加温を行った際の、内膜・中膜・外膜の3点の温度履歴を計測した結果を図5に示す。中膜、外膜の温度履歴より、熱がやや遅れて伝わってきており、ピーク温度も内膜側から順に低くなっている様子から、妥当な計測結果が得られた。
次いで、血管壁に対する物性パラメータを決定するために、示差走査熱量測定計(differential scanning calorimeter;DSC)による熱容量測定を行った。
試料にはブタ新鮮摘出下行大動脈、ブタ摘出下行大動脈を24時間湿度が20%以下の環境に留置して乾燥させたもの、の2種類を用いた。血管を切り開いた後、アルミ製の容器に入れることができるよう小さく切り刻んだ。質量を測定してから、アルミ製の容器に封入した。新鮮なものは質量3.3〜5.8mg、乾燥させたものは2.4〜6.7mgであった。
用いたDSCは、DSC20(セイコー電子工業、東京)、SSC/580サーマルコントローラ(セイコー電子工業、東京)である。DSC20にアルミの容器に封入した試料を入れて測定を開始した。測定開始温度は22℃、測定終了温度は100℃、昇温速度は10℃/min、サンプリング間隔は0.4sで行った。温度が0〜200℃、DSCが−0.5〜9.5mJ/sの範囲で0〜2Vの電圧信号となって出力されるように設定した。
DSCでブタ新鮮摘出下行大動脈、ブタ乾燥下行大動脈の熱容量を測定した結果を図6に示す。乾燥させたものではほぼ直線的に比熱が大きくなりつづけるのに対して、新鮮なものは100℃に近づくにつれて指数関数的に熱容量が増加している。よって両者の間に生じた熱容量の差は水の蒸発に伴う吸熱によって生じたと考えられる。血管壁の熱容量の温度変化は、タンパクの熱変性に伴う吸熱よりも水分の蒸発に伴う吸熱の方が大きな割合を占めていることが示唆される。
次いで、有限要素法による熱伝導計算を行った。
熱伝導計算プログラム、Quick Therm bio(登録商標)(計算力学研究所、東京)を用いて実験系を模擬した熱伝導計算を行った。血管壁に対する有限要素の区切りは厚さ右向に32等分に区切ったものを採用した。血管壁の厚さが1.4〜2.5mmであったので、厚さ方向に約50μmのメッシュを切って計算を行ったことになり、十分小さいといえる。血管壁に対する各パラメータは過去に検討された報告は無く、心筋に関して調整された値では実験結果との差が大きい。この値では、蛋白の熱変性による吸熱の影響を考慮した結果、45℃を境にして比熱がステップ状に増加するように設定されている。比熱の値のみを変化パラメータとして変化させて実験結果との誤差が概ね±2℃以下になるように調整した。厳密には物性値の変化は比熱だけでなく、熱伝導率や密度にも現れると思われるが、ここでは最も変化が大きいと思われる比熱のみを変化させ、他のパラメータの変化もすべて比熱値の変化に含めて調整した。表1に熱伝導計算で用いた主な物性値を示す。
(A)T>45℃の場合の比熱値は12J/gKで固定して、T<45℃の比熱値のみを変化させて血管片に対する測温実験の結果と合わせるように熱伝導計算を行った。
(B)DSCによる熱容量測定の結果を元に比熱の値を入力した熱伝導計算を行った。
比熱以外のパラメータは上記と同じものを使った。DSCによる熱容量測定の結果をそのまま用いた場合では計算結果があわせるべき測温実験の結果とかけ離れたため、DSCで測定した熱容量の値を定数倍した値を入力した後に微調整を行い、測温実験の結果と合わせるようにした。
以下の結果が得られた。
(A)血管壁に対する測温実験の結果と合うように行った熱伝導計算を行った結果の一例を図7に示す。この場合は、比熱を5.8J/gK(T<45℃)、12J/gK(T>45℃)、熱伝導率を0.42Wm−1K−1とすることで精度の高い熱伝導計算を行うことができた。同様の検討を繰り返すと、45℃以下の比熱値を5〜8J/gKと設定した時に測温実験と熱伝導シミュレーションの結果が合うことが判明した。
(B)DSCによる熱容量測定の結果を利用した比熱値を用いて測温実験と合うように比熱を調整したものを図8に示す。この比熱値を使った熱伝導計算と該当する測温実験の比較を図9に示す。外膜側で約3℃ほどの誤差があるものの、ほぼ正確に熱伝導計算を行えている。
その他20サンプルについて測温実験結果についてもこの比熱値1を用いた熱伝導計算を行ったが、ほぼ全ての場合で±5℃以内での熱伝導計算を行うことができている。
このように、熱伝導計算で用いた比熱値(T>45℃)は、心筋に関して調整された値が0.42Jg−1K−1であるのと比較すると数割大きい値である。心筋のコラーゲンの含有量は乾燥重量で5.0〜7.0(g/100g)であるのに対して、下行大動脈では18.7(g/100g)と多い。一般に、タンパク質の方が水よりも比熱が大きいことが知られているので、比熱値の違いはこの組成の違いにより生じたと考えられる。あくまでも熱伝導計算に用いた比熱の値は見かけの比熱値であるが、概ね真値に近いのではないかと考えられた。また、DSCによる熱容量の測定値を2倍にした後、微調整した比熱値を用いた場合には大きい誤差の無い熱伝導計算が行えた。ただし、DSCによる熱容量測定の結果から得られたように、タンパクの熱変性による吸熱よりも水分の蒸発に伴う吸熱の寄与の方が比熱の温度変化に与える影響の割合が大きいとすると、この比熱値を用いた方法は妥当であるといえる。
このような検討により、血管壁に対する熱伝導シミュレータを構築した。Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The device of the present invention is an active temperature measuring device that detects the presence of vulnerable plaque that induces thrombus formation and causes acute myocardial infarction. The thickness of the coating and / or the progression of inflammation is known. Based on these pieces of information, it is possible to determine whether the plaque is stable or vulnerable, that is, the plaque vulnerability. Knowing the fragility of plaques can assess the risk of suffering from myocardial infarction. In the present invention, active temperature measurement means that artificial heat is generated by plaque by irradiating a high-intensity pulsed light within a blood vessel wall, for example, an arteriosclerosis site, and the artificially generated heat is measured on the inner surface of the blood vessel wall. It is a term for passive temperature measurement in which naturally generated heat is measured on the inner surface of a blood vessel wall.
The apparatus of the present invention is an apparatus having a catheter, and includes a high-intensity pulsed light irradiation means, a temperature measurement means on the inner surface of the blood vessel wall, a balloon, and a temperature transient response analysis means.
By making the pulsed light to be irradiated with high intensity and easily absorbed by the pigment deposited on the plaque, the high-intensity pulsed light passes through the fibrous capsule covering the plaque and is present in the plaque when it reaches the plaque. It is absorbed by the dye and generates heat in that area. The generated heat is immediately conducted from the place of occurrence to the surroundings, and part of it passes through the fibrous cap and reaches the inner surface of the blood vessel wall. The amount of pigment that absorbs high-intensity pulsed light deposited in the plaque varies depending on the degree of inflammation of the plaque, so the amount of heat generated in the plaque changes, and the thickness of the fibrous coating covering the plaque heats the vessel wall The time required for the heat transfer to reach the inner surface and the temperature of the inner surface of the blood vessel wall rising due to heat conduction are different. Therefore, the thickness of the fibrous coating covering the plaque and / or the degree of inflammation of the plaque can be determined by monitoring the temperature change on the inner surface of the blood vessel wall after irradiation with the high-intensity pulsed light. At this time, by creating a simulation model of heat conduction in the blood vessel wall (heat conduction simulator for the blood vessel wall) and comparing the change pattern of the model with the actually measured temperature change pattern of the blood vessel wall, Can know the thickness of the skin and the degree of inflammation of the plaque. The inflammation of the plaque is mainly determined by the number of macrophages that are inflammatory cells infiltrating the plaque. It can be said that the inflammation of the plaque progresses as the number of macrophages increases. Macrophages in the plaque phagocytose cholesterol lipids, and carotene is deposited accordingly. As will be described later, in one embodiment of the present invention, high-intensity pulsed light having a wavelength absorbed by carotene is irradiated, and the energy of the high-intensity pulsed light is absorbed by carotene and generates heat. In addition, the number of macrophages in the plaque and the size of the plaque do not completely correspond to each other, but the plaque size generally reflects the number of accumulated macrophages. The determination of the degree of progression mainly means determination of the size (width and thickness) of the plaque. In particular, the size of the plaque in the blood flow direction can be determined by making the beam of high-intensity pulsed light to be irradiated thick as described later.
As the catheter of the apparatus of the present invention, those normally used in blood vessel endoscopes and the like can be used, and the diameter and the like are not limited. High-intensity pulsed light transmission means for the catheter, means for laterally emitting high-intensity pulsed light, balloons for closing the blood flow during high-intensity pulsed light irradiation and temperature measurement, and liquid feeding / suction means for dilating / deflating the balloon Alternatively, air intake / intake means, temperature measurement means, and the like are provided.
As the high-intensity pulsed light generation means, a normal therapeutic high-intensity pulsed light generator can be used. In the device of the present invention, the high-intensity pulsed light passes through the fibrous capsule portion at the arteriosclerotic site, and when it reaches the plaque portion, it is absorbed by the plaque and generates heat there.
This is because, as described above, carotene is deposited on the plaque, and the carotene absorbs high-intensity pulsed light energy. Therefore, high-intensity pulsed light having a wavelength in the vicinity of 450 nm to 500 nm, which is the absorption wavelength of carotene, is used. If the wavelength of the high-intensity pulsed light is different, the efficiency of the absorption of the high-intensity pulsed light with the same intensity is different, so the area of the plaque where the temperature is generated is different. For this reason, since the obtained temperature change curves with time are different, a lot of information can be obtained by using high-intensity pulsed light having a plurality of wavelengths. Further, the thickness of the beam of high-intensity pulsed light is not limited. By expanding the beam thickness, a region where heat is generated in the plaque is widened, and heat conduction from the entire large region can be measured. As a result, by increasing the beam thickness, it is possible to determine the size of the plaque, particularly the width in the blood flow direction. At this time, high-intensity pulsed light having different thicknesses can be irradiated by disposing high-intensity pulsed light transmission fibers having different thicknesses in the catheter.
Furthermore, a photodynamic therapy (PDT drug) photosensitive drug (PDT drug) may be previously accumulated in the plaque. PDT is a combination treatment using a photosensitizing agent such as a certain porphyrin derivative and a light beam such as a laser beam, and the photosensitizing agent selectively accumulates in a lesion such as a cancer tissue to be treated. This is a treatment method that destroys the tissue mainly by photochemical reaction by irradiating the lesion with a light beam such as laser light after administering a photosensitive drug by a method such as intravenous injection. . By selectively accumulating the PDT drug in the plaque, the high-intensity pulsed light to be irradiated is absorbed by the PDT drug accumulated in the plaque more efficiently than carotene, and the calorific value in the plaque becomes larger than that in the case of carotene. For this reason, since the fitting between the calculation result calculated by the heat conduction simulator for the blood vessel wall and the actual measurement result can be performed using a higher numerical value, a more accurate result can be derived. Various PDT drugs are known. For example, Photofrin II (PHE) (630 nm) (polyhemophorphyrin ether / ester), ATX-S10 (670 nm) (gallium porphyrin complex), 5-ALA (630 nm) (5- aminolevuric acid hydrochloride), NPe6 (664 nm) (mono-L-aspartyl chlorine 6), m-THPC (652 nm) (tetra (m-hydroxyphenyl) chlorin), SnET2 (637 nm-Pin) 690 nm) (benzoporphyrin derivative mon oacid ring A), Lu-tex (732 nm) (Lutetium Texaphyrin), etc. (common names, absorption wavelengths are shown, and general names are shown). Any known PDT drug containing these can be used. Since each PDT drug has a specific absorption wavelength, it is necessary to use high-intensity pulsed light that is close to the absorption wavelength of the PDT drug. A PDT drug accumulates in a plaque by being administered by intravenous injection or the like. This is considered to be due to phagocytosis by macrophages accumulated in plaques. Although the administration timing of the PDT drug varies depending on the type of drug, it is administered several hours to several days before temperature measurement by the apparatus of the present invention. This is because the PDT drug is sufficiently accumulated in the plaque by allowing sufficient time. The PDT drug is administered by dissolving the drug in a suitable buffer solution such as a phosphate buffered salt solution and adding a pharmaceutically acceptable additive as necessary. Examples of additives include solubilizing agents such as organic solvents, pH adjusters such as acids and bases, stabilizers such as ascorbic acid, excipients such as glucose, and isotonic agents such as sodium chloride. The administration method is not limited, and may be administered by intravenous injection, intramuscular injection, subcutaneous injection, oral administration or the like. The dose of the PDT drug is not limited, and is 0.01 to 100 mg / kg body weight, preferably 1 to 5 mg / kg body weight when systemically administered by intravenous injection or the like.
Examples of the high-intensity pulse light to be used include a second harmonic of a pulse laser and a titanium sapphire laser, and a light beam generated by a wavelength-tunable optical parametric oscillator (OPO; Optical Parametric Oscillator). Examples of the laser include pulsed dye lasers such as flash lamp excitation and XeCl excimer laser excitation, and semiconductor lasers such as GaAlAs. Among these, OPO having high wavelength tunability is desirable. Examples of OPO include Coherent's Mira-OPO.
When the PDT agent is not used, the wavelength of the high-intensity pulsed light used is the absorption wavelength of carotene, which is 450 to 500 nm, preferably 450 to 480 nm. When the PDT agent is preliminarily accumulated in the plaque, the absorption of the PDT agent is performed. High-intensity pulsed light having a wavelength close to the wavelength is used.
The intensity of the high-intensity pulsed light to be irradiated is not limited, but it is necessary to be an intensity that does not destroy the fibrous coating covering the plaque, and the temperature rise of the blood vessel wall is 30 ° C. in order to prevent temperature degeneration due to the heat of the blood vessel wall. It is necessary to have the following strength.
The irradiation time of the high-intensity pulsed light is not limited, but is preferably about 1 millisecond.
The means for transmitting the high-intensity pulsed light to the blood vessel wall of the artery includes means for side-emitting high-intensity pulsed light located near the distal end of the catheter and high-intensity pulsed light from the high-intensity pulsed light generator. A quartz fiber (optical fiber) that is transmitted to the high-intensity pulsed light side emitting means is included. As used herein, “near the distal end” means a portion close to the end opposite to the end (proximal end) connected to the high-intensity pulsed light generator, It refers to a portion about several tens of centimeters from the distal end.
The quartz fiber is contained in the catheter, and one end thereof is connected to the high-intensity pulsed light generator, and the other end is connected to the high-intensity pulsed light side emitting means. The quartz fiber used in the present invention can be widely used from a very thin fiber having a diameter of about 0.05 to 0.3 mm to a visible one as long as it can be accommodated in a catheter and transmit high-intensity pulsed light energy. Can be used.
The high-intensity pulsed light side emitting means is a means for irradiating the arterial blood vessel wall with high-intensity pulsed light. The high-intensity pulsed light transmitted along the blood vessel through the quartz fiber enters the blood vessel wall and enters the artery. It is necessary to irradiate the side to reach the plaque of the sclerotic lesion. Side irradiation of high-intensity pulsed light can be achieved by refracting or scattering high-intensity pulsed light. Examples of the side-emission means include prisms and scattering materials. For example, a prism may be provided so that high-intensity pulsed light is irradiated laterally near the distal end of the quartz fiber, or high-intensity pulsed light is irradiated laterally near the distal end of the quartz fiber. The surface may be roughened as described above. In addition, a scattering material such as alumina or silica that scatters high-intensity pulsed light may be applied near the distal end of the quartz fiber, and these scattering materials may be included in the balloon. Also good. The area range where the high-intensity pulsed light emitted from the vicinity of the distal end of the quartz fiber irradiates the artery is 0.5 cm. 2 ~ 3cm 2 Is preferred. The irradiation area range can be set as appropriate by changing the thickness of the high-intensity pulse light beam. The thickness of the high-intensity pulse light beam can be changed by changing the thickness of the fiber transmitting the high-intensity pulse light. That's fine.
Also, the number of high-intensity pulsed light irradiation is not limited to one, and a plurality of locations may be irradiated simultaneously. By irradiating multiple locations at the same time, heat is generated at multiple locations in the plaque, and heat conduction from these locations can be measured, thus obtaining more diverse information about the status of the plaque and the state of the fibrous cap be able to. In this case, a plurality of high-intensity pulsed light transmission fibers may be disposed in the catheter, and a means for irradiating the plurality of high-intensity pulsed light at the distal end of the catheter may be disposed.
As the balloon, a coronary balloon used for an ordinary balloon catheter can be used. The balloon is attached near the distal end of the catheter. The balloon is provided with temperature measuring means described later. By expanding the balloon, the temperature measurement part (temperature measurement probe) of the temperature measurement means and the blood vessel wall come into contact with each other, and the temperature of the inner surface of the blood vessel wall can be measured. The means for expanding the balloon is not particularly limited, but can be achieved by supplying an appropriate liquid or gas into the balloon. In this case, a liquid / gas supply / discharge tube is also provided in the catheter. The pressure when the balloon during expansion presses against the blood vessel wall is 0.2-1 kg / cm 2 Between is desirable. As described above, the balloon may include a high-intensity pulsed light side emitting means.
The temperature measuring means of the apparatus of the present invention is a means that can measure the temperature of the inner surface of the blood vessel wall.
A temperature measuring probe such as a contact thermometer or a thermocouple can be used as the temperature measuring unit of the temperature measuring means. When using a contact-type thermometer or thermocouple as a probe for temperature measurement, as described above, these must be in contact with the blood vessel wall, so install them outside the balloon or embedded in the balloon. The temperature measuring probe is brought into contact with the blood vessel wall when the balloon is expanded. The temperature measurement probe and the temperature display means are connected by a line disposed in the catheter, and temperature information is transmitted to the temperature display means. The temperature display means also includes a processor, and the transmitted temperature information is processed by the processor, and the processing data is transferred to the temperature transient response analysis means.
FIG. 1 shows a configuration diagram of an active temperature measuring device of the present invention.
Temperature transient response analysis means
When the thickness of the
Specifically, for example, the porcine aorta is heated, the temperature history (temperature change over time) of the intima, media and adventitia of the aorta is measured using a thermocouple, and the program is used. Then, the heat conduction calculation simulating the experimental system can be performed, and various parameters can be adjusted to match the results of the temperature measurement experiment. Various parameters can be selected. For example, the calculation may be performed by changing the specific heat value. In this case, calorimetry is performed using a differential scanning calorimeter in order to finely observe the specific heat change of the blood vessel wall. Finally, a heat conduction simulator reflecting the physical properties of the blood vessel wall 3 can be constructed by adjusting the parameters so as to match the physical properties of the blood vessel wall 3 based on the calculation result.
Next, parameters related to the actual structure of the blood vessel wall and generated heat are input to the heat conduction simulator for the blood vessel wall 3 constructed by adjusting the physical property parameters.
First, the blood vessel structure is analyzed by angiography or intravascular ultrasound imaging (IVUS) for the subject blood vessel to be evaluated for plaque vulnerability, and information such as the thickness of the blood vessel and the thickness of the blood vessel wall 3 is obtained. To get. A commercially available system may be used for angiography and IVUS. These pieces of information are input to the heat conduction simulator for the constructed blood vessel wall 3. However, in IVUS and angiography, the presence of plaque 1 can be estimated, but the degree of inflammation of plaque 1 (the state of plaque 1) and the plaque 1 reflected by the thermal conductivity coefficient of plaque 1, the size of plaque 1, etc. It is not possible to obtain accurate information about the internal structure of the blood vessel wall 3 such as the thickness of the
Furthermore, the heating term by irradiation of the
As described above, the blood vessel wall heat conduction simulation model including the parameters of the physical properties of the blood vessel wall, the blood vessel structure, and the heat generated in the active temperature measurement is completed.
Using such a simulator with adjusted parameters, it is possible to calculate the temperature change with time at the temperature measuring point on the inner surface of the blood vessel wall. In this case, the simulator simulates heat conduction using the finite element method model of the blood vessel from which the structural information is obtained, and calculates the temperature change with time at the temperature measuring point.
Since the blood vessel wall heat conduction simulator of the present invention performs heat conduction calculation using a multi-dimensional finite element method, the size of the heat generation site, the amount of heat generated, the temperature measurement point, etc. can be set arbitrarily. Even if any parameters are set, the temperature change with time at the temperature measuring point can be calculated and obtained as a temperature change simulation model curve. FIG. 2 shows a schematic diagram of a temperature change simulation model curve at a certain temperature measurement point obtained by calculation of a heat conduction simulator for a blood vessel wall.
Next, active temperature measurement is actually performed on the blood vessel wall, and the temperature change over time at the temperature measurement point is actually measured. At this time, the temperature change with time at the temperature measuring point is a transient response, and the temperature transient response can be analyzed by the temperature transient response analyzing means of the present invention. The transient response means that when a transfer function H (f) is given to the control system S, when an input signal u (t) is given, it causes an output x (t), and this x This is a transitional process shown until (t) reaches a new steady state. In the present invention, the temperature change (x (t)) at the temperature measuring point shows a transient response and finally reaches a steady state. In the present invention, the temperature change can be analyzed as a transient response, not merely the temperature rise, so that it is much more accurate than simply measuring the temperature rise value (ΔT) at the temperature measuring point. You can know the state.
The physical parameter of the blood vessel wall input to the heat conduction simulator for the blood vessel wall does not change as long as the object of active temperature measurement is the blood vessel wall. The parameters related to the heating term are also adjusted according to the actual active temperature measurement conditions. When measurement is performed on a blood vessel in which no plaque is present, the blood vessel structure is accurately analyzed by the above IVUS, and thus the actually measured temperature change transient response curve and the temperature change simulation model curve calculated by the simulator are substantially the same. However, when plaque is present on the blood vessel wall, the IVUS cannot accurately measure the thickness of the fibrous coating covering the plaque. Therefore, the temperature over time calculated by the simulator according to the thickness of the fibrous coating. There is a discrepancy between the change simulation model curve and the actually measured temperature transient response curve. Therefore, both curves are fitted by changing the thickness of the fibrous coating as a parameter. The thickness of the fibrous cap when both curves fit represents the actual thickness. Further, since the size of the region where heat is generated and the amount of heat generated vary depending on the degree of inflammation of the plaque, the degree of inflammation of the plaque which cannot be measured by IVUS also causes a shift. Furthermore, since the thermal conductivity coefficient in the plaque is different from that of the normal blood vessel wall, this difference also causes a deviation. The deviation mainly reflects the thickness of the fibrous capsule, and also reflects the degree of inflammation of the plaque indicated by the thermal conductivity coefficient and size (width and thickness) of the plaque.
When trying to obtain information on the thickness of the fibrous coating by analysis, the thickness of the fibrous coating is set as a parameter of the blood vessel structure in the heat conduction simulator for the blood vessel wall. While changing this parameter, the temperature change at the temperature measurement point is simulated and the temperature change transient response curve actually measured is compared with the temperature change simulation model curve calculated by the simulator. By repeating this operation, two curves are fitted. In this case, it can be said that the parameters are fitted so that the two curves overlap. The comparison / fitting of curves may be performed by calculating approximate equations of both curves and calculating based on the equations, or using all or part of the coordinate (time, temperature) data of each point of the curve as a data set. You may compare. The thickness value of the fibrous coating as a parameter when the fitting is completed becomes the actual thickness of the fibrous coating. As described above, the temperature change at the temperature measuring point reflects not only the thickness of the fibrous capsule but also the degree of inflammation of the plaque, so there is also an item indicating the degree of inflammation of the plaque as a structural parameter of the blood vessel wall. By adopting, it is possible to estimate and determine the degree of plaque inflammation by fitting. As described above, the plaque thermal conductivity coefficient and the plaque size reflect the degree of inflammation of the plaque, and therefore, the plaque thermal conductivity coefficient and the plaque size may be employed as parameters.
When high-intensity pulsed light is irradiated to the arteriosclerotic region of the blood vessel, heat is generated in a certain region in the plaque according to the thickness of the beam, and heat is conducted from the entire region where the heat is generated to the surroundings. At this time, the heat generated in the portion close to the temperature measurement point arrives at the temperature measurement point first, and the temperature at the temperature measurement point rises rapidly after irradiation with the high-intensity pulsed light. Next, the heat that has reached the temperature measurement point is taken away by the blood flow, or is conducted and diffused from the temperature measurement point to other parts, so that the temperature at the temperature measurement point decreases after showing a peak. At this time, since the heat conducted from a portion far from the temperature measurement point reaches the temperature measurement point with a delay, the temperature drop after the peak is affected by the heat conducted thereafter. The temperature change pattern shown in FIG. 2 shows such a temperature change. At this time, the thinner the fibrous coating covering the plaque, the faster the generated heat reaches the temperature measuring point without attenuation, so that the peak temperature is reached earlier and the peak temperature value is higher. In addition, the wider the heat generation area in the plaque, the slower the temperature drop after the peak since heat is conducted to the temperature measuring point for a long time after the peak temperature at the temperature measuring point. In other words, the pattern of temperature change before the temperature at the temperature measurement point reaches the peak reflects the thickness of the fibrous coating, and the pattern of temperature change after the temperature at the temperature measurement point reaches the peak indicates the thermal conductivity coefficient and large value. It reflects the degree of plaque inflammation, particularly the plaque thickness, as indicated by thickness (width and thickness) and the like. Here, the thickness of the plaque means the size of the plaque in the blood flow direction and the vertical direction, and is also referred to as the depth of the plaque. In addition, when the beam thickness is changed, the heat generation area in the plaque becomes wider, so the pattern of temperature change after the temperature at the temperature measurement point has reached its peak, especially the plaque state, especially the plaque blood flow direction And the plaque thickness (plaque volume).
Therefore, when trying to determine the vulnerability of the plaque only by the thickness of the fibrous capsule, it is only necessary to fit the temperature change curve over time before the peak, and to estimate the degree of inflammation of the plaque. In this case, the temperature change curve over time may be fitted after the peak. In reality, the vulnerability of the plaque is mainly determined by the thickness of the fibrous coating covering the plaque. Therefore, it is possible to determine the vulnerability of the plaque with considerable accuracy by simply comparing the first half.
In actual active temperature measurement, if the PDT drug is accumulated in advance in the plaque, and the high-intensity pulsed light to be irradiated is close to the absorption wavelength of the PDT drug, the energy of the high-intensity pulsed light is efficiently converted to PDT. Absorbed by drugs. Therefore, the heat generation at the plaque is increased, and a large amount of heat is conducted, so that the temperature at the temperature measuring point is also increased. For this reason, fitting can be performed using a larger temperature measurement value. Therefore, by using the PDT drug, transient response analysis can be performed with higher accuracy, and more accurate determination can be performed.
The transient response analyzing means of the present invention includes a heat conduction simulator for the blood vessel wall and means for inputting the actually measured temperature change.
As described above, the heat conduction simulator for the blood vessel wall includes the storage means storing the data on the heat conduction parameters for the blood vessel wall and the data of the heat conduction simulation model curve, and the temperature measurement obtained by the heat conduction simulation for the blood vessel wall. Temporal temperature change simulation model curve at the point is calculated, the model curve is compared with the actual temperature change transient response curve measured at the temperature measurement point, and the parameters are changed to fit the two temperature change curves Including calculation means. Here, the data of the heat conduction simulation model curve refers to data related to the approximate equation of the curve, a data set representing the coordinates of points on the curve, and the like.
The temperature change input unit may be a device that manually inputs the actual measurement value using a keyboard or the like, or the temperature measurement means and the transient response analysis means are electronically connected, and data related to the temperature change at the same time as the temperature measurement is a transient response. It may be transferred to the analysis means.
Plaque vulnerability assessment system in arteriosclerotic sites
The present invention also includes a plaque vulnerability determination system in a blood vessel wall, for example, at a site of arteriosclerosis. The system
(1) Means for transferring data related to a temperature change transient response curve over time of a blood vessel wall inner surface due to heat generated in plaque caused by irradiation of high intensity pulsed light into the blood vessel wall and conducted to the blood vessel wall inner surface to a temperature transient response analyzing means ,
(2) A temperature transient response analyzing means for analyzing the thickness of the fibrous cap covering the plaque and / or the progress of inflammation of the plaque based on the transferred data on the temperature change transient response curve,
(A) storage means for storing data on parameters for heat conduction to the blood vessel wall and heat conduction simulation model curve data; and
(B) Compare the temperature change simulation model curve over time at the temperature measurement point obtained by the heat conduction simulator for the blood vessel wall with the temperature response transient response curve measured over time at the temperature measurement point, and change the parameters in the heat conduction simulation. Calculation means to fit two temperature change curves and match the simulation result with the actual result
A temperature transient response analysis means comprising:
(3) A plaque vulnerability determination system having an output means for outputting information on the thickness of the fibrous coating covering the analyzed plaque and / or the degree of progression of inflammation of the plaque. Here, the means for transferring the data related to the temperature change transient response curve over time to the temperature transient response analyzing means may be means for directly transferring data electronically from the temperature measuring means of the active temperature measuring device of the present invention. Alternatively, it may be a means for inputting data once output by printing or display on a display, for example, by an input means such as a keyboard. The heat conduction simulator for the blood vessel wall included in the temperature transient response analysis means is a simulator constructed as described above. The output unit includes a printing unit, a display unit on a display, and the like. When output by the output means, it may be a specific numerical value indicating the thickness of the fibrous coating or the like, or may be a determination regarding the vulnerability of the graded plaque. FIG. 3 shows a schematic diagram of the system of the present invention.
Furthermore, the present invention also includes a method for determining plaque vulnerability in a blood vessel wall, for example, at the arteriosclerosis site, using the system. The method includes a step in which the temperature transient response analysis means receives data relating to a temperature change transient response curve of the inner surface of the blood vessel wall due to heat generated in the plaque and conducted to the inner surface of the blood vessel wall by irradiation of high-intensity pulsed light to the arteriosclerosis site Compare the temperature change simulation model curve over time calculated by the heat conduction simulator for the vessel wall stored in the transient response analysis means with the actually measured temperature change transient response curve over time, and check the fibrous coating covering the plaque. Fitting the actual time-dependent temperature change transient response curve and the calculated time-dependent temperature change simulation model curve by changing the parameters related to the thickness and / or plaque inflammation progression, the simulation results into the actual results Combine, calculate the thickness of the fibrous cap covering the plaque, and / or Comprising the step guess progression of inflammation plaque, as well as the thickness of the fibrous cap that covers the calculated plaque, and / or inferred plaque step for outputting the progress of inflammation. FIG. 4 shows a process flow of the method executed by the system of the present invention.
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
[Example 1] Construction of heat conduction simulator for blood vessel wall
Combined with blood vessel wall temperature measurement experiment for stepped intimal surface temperature change using porcine abdominal aorta and heat conduction simulation using heat transfer calculation software "Quick Therm BIO" (Computational Mechanics Research Center) using finite element method And compared. The above software was developed by examining myocardial conduction. In this example, the specific heat value with the largest change in thermophysical properties was adjusted as the only parameter so as to be compatible with the blood vessel wall temperature measurement experiment.
A freshly isolated porcine descending aorta was used as an experimental sample. The porcine descending aorta is similar in composition to human coronary arteries, such as collagen, and is suitable for experimental samples because it has a larger wall thickness than the coronary arteries. This was cut into a length (blood flow direction) of 25 mm and a width of 20 mm to obtain a blood vessel piece. Later, the media was torn to install a thermocouple for measuring the temperature change of the media. The total thickness of the blood vessel wall was 1.4 to 2.5 mm, and the thickness from the intimal surface to the torn surface was 0.6 to 1.2 mm.
In order to perform heating and cooling, a method of alternately contacting aluminum blocks (40 mm cube) heated to a high temperature or 37 ° C. was adopted. Aluminum has a large thermal conductivity of 237 W / mK and a heat capacity of 0.901 J / Kg, so that the temperature change of the contact surface is small even after contact with the blood vessel piece, and it is suitable for heating and cooling. The blood vessel piece was placed on expanded polystyrene. This is because the heat conductivity is sufficiently small as 0.05 W / mK, so that the heat in and out of the outer film can be suppressed to a small value. For temperature history, T-type thermocouples (T / TT-30-1, Ishikawa Sangyo, Tokyo) are installed at three points of the inner membrane, middle membrane, and outer membrane, and a digital recorder (DL708E, Yokogawa Electric, Tokyo) is installed. Recorded.
FIG. 5 shows the results of measuring the temperature history of three points of the intima / media / outer membrane when the blood vessel piece is heated. Since the heat was transmitted with a slight delay from the temperature history of the inner and outer membranes, and the peak temperature gradually decreased from the inner membrane side, reasonable measurement results were obtained.
Next, in order to determine the physical property parameters for the blood vessel wall, heat capacity measurement was performed using a differential scanning calorimeter (DSC).
Two types of samples were used: freshly isolated porcine aorta, and porcine isolated descending aorta placed in an environment where the humidity was 20% or less for 24 hours and dried. After opening the blood vessel, it was chopped into small pieces so that it could be placed in an aluminum container. After measuring the mass, it was sealed in an aluminum container. The fresh one weighed 3.3 to 5.8 mg and the dried one was 2.4 to 6.7 mg.
The DSCs used were DSC20 (Seiko Electronics Industry, Tokyo), SSC / 580 thermal controller (Seiko Electronics Industry, Tokyo). A sample enclosed in an aluminum container was placed in the
The results of measuring the heat capacities of the freshly isolated porcine aorta and the porcine dry descending aorta by DSC are shown in FIG. In the dried product, the specific heat continues to increase almost linearly, whereas in the fresh product, the heat capacity increases exponentially as it approaches 100 ° C. Therefore, it is considered that the difference in heat capacity generated between the two was caused by the endotherm accompanying the evaporation of water. It is suggested that the temperature change of the heat capacity of the blood vessel wall accounts for a larger proportion of the endotherm accompanying the evaporation of water than the endotherm accompanying the heat denaturation of the protein.
Next, heat conduction calculation by the finite element method was performed.
Heat conduction calculation simulating an experimental system was performed using a heat conduction calculation program, Quick Therm bio (registered trademark) (Computational Mechanics Laboratory, Tokyo). The finite element was separated from the blood vessel wall by dividing it into 32 equal parts to the right. Since the thickness of the blood vessel wall was 1.4 to 2.5 mm, the calculation was performed by cutting a mesh of about 50 μm in the thickness direction, which can be said to be sufficiently small. Each parameter for the blood vessel wall has not been studied in the past, and the values adjusted for the myocardium differ greatly from the experimental results. This value is set so that the specific heat increases stepwise at 45 ° C. as a result of considering the endothermic effect due to heat denaturation of the protein. Only the specific heat value was changed as a change parameter, and adjustment was made so that the error from the experimental result was about ± 2 ° C. or less. Strictly speaking, changes in physical property values may appear not only in specific heat but also in thermal conductivity and density, but here, only the specific heat that seems to have the largest change is changed, and all other parameter changes are also specific heat values. Adjusted to include changes in Table 1 shows the main physical property values used in the heat conduction calculation.
(A) The specific heat value when T> 45 ° C. is fixed at 12 J / gK, and only the specific heat value at T <45 ° C. is changed, and the heat conduction calculation is performed so as to match the result of the temperature measurement experiment on the blood vessel piece. It was.
(B) Based on the result of the heat capacity measurement by DSC, a heat conduction calculation was performed by inputting a specific heat value.
The same parameters as above were used except for the specific heat. When the results of heat capacity measurement by DSC are used as they are, the calculation results are far from the results of temperature measurement experiments that should be matched. Therefore, fine adjustment is made after inputting a value obtained by multiplying the heat capacity value measured by DSC by a constant number, and temperature measurement experiments are performed. Matched with the result of.
The following results were obtained.
(A) An example of the result of the heat conduction calculation performed so as to match the result of the temperature measurement experiment on the blood vessel wall is shown in FIG. In this case, accurate heat conduction calculation can be performed by setting the specific heat to 5.8 J / gK (T <45 ° C.), 12 J / gK (T> 45 ° C.), and the thermal conductivity to 0.42 Wm−1K−1. Could be done. When the same examination was repeated, it was found that when the specific heat value of 45 ° C. or less was set to 5 to 8 J / gK, the results of the temperature measurement experiment and the heat conduction simulation matched.
(B) FIG. 8 shows the specific heat adjusted to match the temperature measurement experiment using the specific heat value using the heat capacity measurement result by DSC. A comparison between the heat conduction calculation using this specific heat value and the corresponding temperature measurement experiment is shown in FIG. Although there is an error of about 3 ° C. on the outer membrane side, the heat conduction calculation can be performed almost accurately.
For the other 20 samples, the heat conduction calculation using the specific heat value 1 was performed for the temperature measurement experiment result, but the heat conduction calculation within ± 5 ° C. could be performed in almost all cases.
Thus, the specific heat value (T> 45 ° C.) used in the heat conduction calculation is a value that is several percent higher than the value adjusted for the myocardium is 0.42 Jg-1K-1. Myocardial collagen content is 5.0 to 7.0 (g / 100 g) in dry weight, whereas the descending aorta is 18.7 (g / 100 g). In general, it is known that the specific heat of protein is larger than that of water, so it is considered that the difference in specific heat value is caused by the difference in composition. The specific heat value used in the heat conduction calculation is an apparent specific heat value, but it was thought that it was almost close to the true value. In addition, after doubling the measured value of the heat capacity by DSC and using the finely adjusted specific heat value, the heat conduction calculation without a large error could be performed. However, as can be seen from the results of heat capacity measurement by DSC, if the contribution of endotherm accompanying the evaporation of moisture has a greater effect on the temperature change of the specific heat than the endotherm by heat denaturation of protein, this specific heat It can be said that the method using values is appropriate.
Based on these studies, a heat conduction simulator for the vascular wall was constructed.
本発明の装置を用いることにより、動脈硬化部位のプラークを高強度パルス光照射により強制的に熱し、発生した熱の伝導パターンを解析することができる。
該熱の伝導パターンは、プラークを覆う線維性被膜の厚さやプラークの炎症の進行度を反映している。従って、あらかじめ構築しておいた血管壁に対する熱伝導シミュレータを用いて、プラークを覆う線維性被膜の厚さおよび/またはプラークの状態をパラメータにしてシミュレータが計算した熱伝導パターンと実際に測定した熱伝導パターンをフィッティングさせることにより、プラークを覆う線維性被膜やプラークの状態がわかる。その結果、プラークの脆弱性が判定でき、心筋梗塞に罹患する危険性を評価することができる。By using the apparatus of the present invention, it is possible to forcibly heat the plaque at the arteriosclerotic site by irradiation with high-intensity pulsed light, and analyze the conduction pattern of the generated heat.
The heat conduction pattern reflects the thickness of the fibrous capsule covering the plaque and the degree of inflammation of the plaque. Therefore, using the heat conduction simulator for the blood vessel wall that has been constructed in advance, the heat conduction pattern calculated by the simulator and the actually measured heat using the thickness and / or plaque state of the fibrous coating covering the plaque as parameters. By fitting the conduction pattern, the fibrous coating covering the plaque and the state of the plaque can be known. As a result, plaque vulnerability can be determined, and the risk of suffering from myocardial infarction can be evaluated.
Claims (19)
(1) 血管内に挿入されるカテーテル、
(2) 血管壁内に高強度パルス光を照射する高強度パルス光照射手段、および
(3) 照射された高強度パルス光の血管壁内のプラークへの吸収によりプラークで発生した熱の伝導による血管壁内面の経時的温度変化を測定する温度測定手段
を有するアクティブ測温装置。An active temperature measuring device for determining the vulnerability of plaque in a blood vessel wall,
(1) a catheter inserted into a blood vessel,
(2) High-intensity pulsed light irradiation means for irradiating the blood vessel wall with high-intensity pulsed light, and (3) Conduction of heat generated in the plaque by absorption of the irradiated high-intensity pulsed light into the plaque in the blood vessel wall An active temperature measuring device having a temperature measuring means for measuring a temperature change of a blood vessel wall with time.
(1) 血管内に挿入されるカテーテル、
(2) 血管壁内に高強度パルス光を照射する高強度パルス光照射手段、
(3) 照射された高強度パルス光の血管壁内ののプラークへの吸収によりプラークで発生した熱の伝導による血管壁内面の経時的温度変化を測定する温度測定手段、および
(4) 血管壁内面の経時的温度変化からプラークの脆弱性を解析する温度過渡応答解析手段
を有するアクティブ測温装置。An active temperature measuring device for determining the vulnerability of plaque in a blood vessel wall,
(1) a catheter inserted into a blood vessel,
(2) High-intensity pulsed light irradiation means for irradiating the blood vessel wall with high-intensity pulsed light,
(3) a temperature measuring means for measuring a temporal temperature change of the inner surface of the blood vessel wall due to conduction of heat generated in the plaque by absorption of the irradiated high-intensity pulsed light into the plaque in the blood vessel wall; and (4) the blood vessel wall An active temperature measuring device having a temperature transient response analyzing means for analyzing the vulnerability of a plaque from the temperature change of the inner surface over time.
(1) 血管壁のプラーク部分への高強度パルス光照射により発生し血管壁内面へ伝導した熱による血管壁内面の経時的な温度変化過渡応答曲線に関するデータを温度過渡応答解析手段へ転送する手段、
(2) 転送された温度変化過渡応答曲線に関するデータに基づいて、プラークを覆う線維性被膜の厚さを解析する温度過渡応答解析手段であって、
(a) 血管壁に対する熱伝導についてのパラメータに関するデータおよび熱伝導シミュレーションモデル曲線のデータを格納する記憶手段、ならびに
(b) 血管壁に対する熱伝導シミュレータにより計算した測温点における経時的温度変化シミュレーションモデル曲線と実際に測温点で測定した経時的温度変化過渡応答曲線を比較し、熱伝導シミュレーションにおけるパラメータを変化させて、シミュレーションの結果を実際の結果にフィッティングさせる演算手段
を有する温度過渡応答解析手段、ならびに
(3) 解析されたプラークを覆う線維性被膜の厚さに関する情報を出力する出力手段
を有するプラークの脆弱性判定システム。A plaque vulnerability determination system in a blood vessel wall,
(1) Means for transferring data related to a temperature change transient response curve over time of a blood vessel wall inner surface by heat generated by irradiation of a high intensity pulsed light to a plaque portion of the blood vessel wall and conducted to the blood vessel wall inner surface to a temperature transient response analyzing means ,
(2) Temperature transient response analysis means for analyzing the thickness of the fibrous coating covering the plaque based on the transferred data relating to the temperature change transient response curve,
(A) storage means for storing data relating to parameters for heat conduction to the blood vessel wall and data of heat conduction simulation model curves; and (b) a temperature change simulation model over time at a temperature measuring point calculated by a heat conduction simulator for the blood vessel wall. Temperature transient response analysis means that has a computing means that compares the curve and the transient temperature change curve over time measured at the temperature measurement point, changes the parameters in the heat conduction simulation, and fits the simulation results to the actual results And (3) a plaque vulnerability determination system having an output means for outputting information on the thickness of the fibrous coating covering the analyzed plaque.
(1)温度過渡応答解析手段が、血管壁のプラークへの高強度パルス光照射により発生し血管壁内面へ伝導した熱による血管壁内面の温度変化過渡応答曲線に関するデータを受け取るステップ、
(2)該過渡応答解析手段に格納されている血管壁に対する熱伝導シミュレータが計算した経時的な温度変化シミュレーションモデル曲線と実際に測定した経時的な温度変化過渡応答曲線を比較し、プラークを覆う線維性被膜の厚さに関するパラメータを変化させることにより実際の経時的温度変化過渡応答曲線と計算された経時的温度変化シミュレーションモデル曲線をフィッティングさせプラークを覆う線維性被膜の厚さを算出するステップ、ならびに
(3)算出されたプラークを覆う線維性被膜の厚さを出力するステップを
含むプラークの脆弱性判定方法。A method for determining plaque vulnerability in a blood vessel wall,
(1) a step in which the temperature transient response analysis means receives data relating to a temperature change transient response curve of the inner surface of the blood vessel wall due to heat generated by irradiation of the plaque on the blood vessel wall with high-intensity pulsed light and conducted to the inner surface of the blood vessel wall;
(2) The temperature change simulation model curve over time calculated by the heat conduction simulator for the blood vessel wall stored in the transient response analysis means is compared with the actually measured temperature change transient response curve over time to cover the plaque. Fitting the actual temporal temperature change transient response curve and the calculated temporal temperature change simulation model curve by changing a parameter related to the thickness of the fibrous cap, and calculating the thickness of the fibrous cap covering the plaque; And (3) a plaque vulnerability determination method including a step of outputting the calculated thickness of the fibrous coating covering the plaque.
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