学位論文の内容の要旨 論文提出者氏名 寺﨑宏明 論文審査担当者 主査下門顕太郎副査岡﨑睦 大橋勇 論文題目 A quantitative method for evaluating local perfusion using indocyanine green fluorescence imagin

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1 学位論文の内容の要旨 論文提出者氏名 寺﨑宏明 論文審査担当者 主査下門顕太郎副査岡﨑睦 大橋勇 論文題目 A quantitative method for evaluating local perfusion using indocyanine green fluorescence imaging ( 論文内容の要旨 ) 要旨 Indocyanine Green(ICG) は血中に投与されると直ちにタンパクと結合し蛍光を発する さらに血管内にとどまり胆汁内に排泄されることが知られている この蛍光は近赤外線であり人体を容易に通過するために体外からの観察が可能である この性質を利用して局所の微小循環を定量的に評価する方法を考案し臨床応用した 励起光の光源と蛍光を感知するカメラが一体となった装置 PDE (Photodynamic Eye :HAMAMATSU Photonics K.K.) を用いてコンピューター上に蛍光を記録 一定の範囲での輝度をプロットし解析した まずICGの至適濃度を決定するために 採取した血液に濃度を変えたICGを混合し それぞれの輝度を測定プロットし その値から検査に用いる濃度を0.1mg/kgと決定した 足部虚血を評価するために 足背の広範囲で輝度が上昇開始点から最大値の1/2に達した時間をT1/2と規定した 中央値は Fontaine II 度 :23sec( 中央値 ) III 度 :41sec ( 中央値 ) と有意差を認めた 経皮酸素分圧検査 (transcutaneous oxygen pressure: TcP0 2 ) のプロブと同じ部位の輝度の上昇開始 10 秒後の値をPDE 10 と規定した TASC II(TransAtlantic Inter-Society Consensus II) における重症虚血肢の指標であるTcP0 2 <30mmHg に対しROC curveを用いてカットオフ値 28が得られ 感度 100% 特異度 86.6% であった ICG 蛍光法を用いて局所の組織血流の定量的な評価が可能であった はじめに 虚血肢において創治癒予測 手術適応や術後の追加治療の必要性の判断をするうえで局所の微小循環の評価は重要である 現在のところ臨床では足関節血圧 (ankle pressure: AP) 足趾血圧(toe pressure: TP) 経皮酸素分圧 (TcP0 2 ) 皮膚濯流圧(skin perfusion pressure: SPP) などを測定し評価してきた AP やTPは比較的太い動脈の血圧の測定で局所の微小循環については間接的な評価である またTcP0 2 やSPPは直接的な評価であるが 測定部に接触型のプロブを - 1 -

2 使用するため潰瘍部には直接使用できず比較的近傍の健常部の測定にとどまるなど それぞれの検査法に欠点を有していた そこでわれわれは低侵襲で非接触型 さらに血流を直接的に評価できるICG 蛍光測定法に着目した 対象と方法 使用した装置は励起光の光源として波長 760nmの発光ダイオード (Light Emitting Diode: LED) と励起光の波長をカットするレンズに覆われ近赤外光に感度を有するCCDカメラが一体となった蛍光観察装置 PDEであり 観察した画像は全てコンビューター上に記録した 記録した画像上である一定の範囲を固定しROIs(ROIs Analysis Program:HAMAMATSU Photonics K.K.) を用いて輝度を256 階調で表示してtime-intensity curveにプロットした 至適血中濃度を算定するために採取した血液中にICGを混和 濃度 mg/mlを作成し20cmの距離からPDEを用いて2.8mW/cm 2 の強度の励起光下で撮影し輝度を測定した 2007 年一 2009 年に当科入院中の造影剤使用歴のある末梢動脈疾患 (peripheral arterial disease: PAD) 症例 34 例 34 肢を対象とした 蛍光灯のみ使用した室温 度の室内で 15 分間の安静臥位の後 膝を軽く屈曲し足背が上を向くようにした 足背から20cmの高さにPDEを固定した ICGO.1mg/kgを肘静脈より静注し 静注後直ちに20cmの距離から2.8mW/cm 2 の強度の励起光下で撮影した 実際には投与した後 秒程度で皮下の動脈から蛍光を発し増強してくる その後次第に組織の輝度が上昇した後に末梢から静脈が描出され徐々に中枢側の静脈が鮮明に描出されてくる 末梢の動脈に病変がある場合は側副血行路を介しているため動脈は鮮明には描出されず 先に末梢の組織の輝度が上昇し その後静脈の輝度が上昇する 足背の広範囲の輝度をtime-intensity curve にプロットした 上昇開始から最大値の1/2の輝度に達した時間を測定しT1/2と規定し その値をFontaine II 度とIII 度で比較検討した さらに経皮酸素分圧検査のプロブ貼付部位の狭い範囲の輝度を time-intensity curve にプロットした 上昇開始から10 秒後の輝度を測定し PDE 10 と規定し TcP0 2 の測定値と比較検討した 結果 血液とICGの混和実験ではICG 濃度 (mg/ml) までは輝度がほぼICG 量に比例し 輝度 = 濃度 (mg/ml) であった 症例は平均年齢 70.9±9.4 歳 男女比 29:5であった Fontaine 分類ではII 度 : 11 肢 III 度 :7 肢 IV 度 :16 肢であった T1/2では Fontaine II 度 :23sec( 中央値 ) III 度 :41sec( 中央値 ) とMann-Whitney 順位和検定を用いて有意差 (p<0.01) を認めた PDE10 ではReceiver operating Characteristic (ROC) curve を用いて回帰直線 - 2 -

3 : y=0.88x+8.2 相関係数:R 2 =0.50であった TASC IIにおける重症虚血肢の指標であるTcP0 2 <30mmHg に対しROC curveを用いるとカットオフ値として28が得られ 重症虚血の診断能は感度 100% 特異度 86.6% であった 考察 Langeらによってフルオレセインを用いたPADに関する血流評価の報告がなされて以来 局所の血流や皮膚潅流を評価する様々な方法が開発されてきた 欧米では投与したICGをレーザーで励起可視化させ 体外から観察することによって局所の組織濯流を測定する IC-View(Pulsion Medical System AG) が商品化されている 視覚化用のソフトウェアが付属し画像上で健常部の一定部位の輝度を測定して基準値とし 輝度が強い部分から弱い部分へ色分けして表示している またその傾きを比較してPerfusion index として算出している Holmらはこの機器を用いて輝度の上昇率と組織潅流に相関があることを実際の症例を用いて報告している Wuestenfieldらはこの機器を用いてマウスの大腿動脈を結紫し虚血モデルを作成 その後の側副血行路の発達を輝度の上昇で観察している PDEも原理はこのIC-Viewと同様である ICG は分子量約 770で主に肝機能検査薬として古くから使われている薬剤だが 蛍光を発することも知られている ICGの蛍光はピークが845nmの近赤外領域にあるため肉眼では観察できない 生体内では光吸収物質として水とヘモグロビンが存在しているが ヘモグロビンは600nmより短波長の可視光を吸収し 水は 900nmより長波長の光を吸収するため nmの近赤外光領域では減衰の度合いが小さい この領域をoptical window(ow) という PDEで使用する励起光 (760nm) もICGから発する蛍光 (845nm) もOWの範囲内であるため 生体の深部まで到達することができる 現行の機器では反射光を使用しており 体内では主に脂肪により散乱するため 体表から10mmまでの深さに存在する血管やリンパ管の観察が可能である BakerらはICGが血中で直ちにその約 98% がαリポ蛋白と結合することを報告した αリポ蛋白は比較的分子量が大きいため血管内に留まり その後 ICGは速やかに肝で排池される したがってICG 蛍光法で観察される蛍光は血管内から発しているものと考えられる ICGは発疹 嘔気などの有害事象があり ヨードアレルギーの既往が禁忌である また使用しているLEDも IEC(international electrotechnical commission) のクラスIで人体にほとんど影響がないとされている 肝機能検査で使用されるICGの血中濃度は0.5mg/kgだが この濃度ではROIsによる測定限界を超えている そこでICGの血中濃度による輝度を測定し前述の結果を得た この中で0.001mg/mlを至適濃度とし 通常の約 50kgの成人の生体内の血液量約 5Lから概算し ICGの投与量を0.1mg/kgと決定した またこの測定での最大値は230 程度で輝度が測定限界を逸脱することはなかった 定量化のために種々のパラメーターを検討した まず輝度の絶対値あるいは - 3 -

4 基準値については 症例数が少ないこと 脂肪による散乱や心拍出量などの生体による影響に関するデータも十分ではないため今回は除外した 検査開始時から最大値までの輝度の変化量や上昇率が実際の重症度と相関がみられたため足部全体の評価としてT1/2 局所の評価としてPDE 10 を用いることとした T1/2を用いたところ間欠性跛行症例 ( 軽症例 ) と安静時疼痛症例 ( 重症例 ) で有意差が見られ 症状による分類を定量化できたと考えられる 重症度分類としてはFontaine 分類が使用されているが 自覚症状や外傷などの必ずしも虚血と直接関連しない要素が加味されている したがって虚血の程度は軽症であるが外傷などにより重症と分類されることがある そこでTASC-II ではCLIとしてTP<50mmHg TcP0 2 <30mmHgなどの基準を定めている FagliaらはCLI 症例 564 例に対する後ろ向き研究でTcP0 2 <34mmHg 以下では血行再建が必要と報告している 当科ではCLI 症例の重症度評価にTcP0 2 を用いている ROIsでは比較的狭い範囲の測定も可能でありTcP0 2 の測定部に一致させた部位で輝度を測定し両者を比較検討したところ TcP0 2 <30mmHg に対し感度 100% 特異度 86.6% のカットオフ値 PDE10:28が得られた TcPO 2 は皮膚へ拡散してくる酸素分圧を測定することによって微小循環を評価する方法であるが PDEは毛細管中のICG 蛍光を直接測定するため微小循環を直接的に評価し得る ICG 蛍光は脂肪組織が光を散乱する度合いが大きいため肥満者の場合 血流が良好でも輝度が低くなる可能性がある またTcP0 2 は毛細血管網から遊離してくる酸素分子が皮膚から拡散してくるのを捉えて電極で測定している その測定原理のために皮膚の菲薄化によって高値となり 皮膚の酸素消費 加齢や心肺機能低下による動脈血酸素分圧 (Pa0 2 ) の低下 交感神経活動による末梢血管の収縮 皮下脂肪や角質の厚さにより低値となる 今回の結果ではPDEに比べTcP0 2 が低値の例が散見したが いずれも潰瘍症例であり 炎症などにより皮膚の酸素消費が増加したことが原因と考えられる 本邦では保険収載の関係で微小循環の評価にはSPPが使用されることが多いが前述のTASC IIのように文献的にはTcPO 2 が評価されている どちらもプロブやマンシェットなど接触型の検査のうえ 接触している部位のみの評価である ICG 蛍光法では観察している範囲全ての評価 さらに経時的な観察により側副血行を介した血流も評価可能である この点は血行再建の方法を検討する上で非常に重要である 結語 ICG 蛍光法を用いて局所の組織血流の定量的な評価が可能であった 本法は低侵襲で安全な検査法であり また非接触的な測定法であるため疼痛が強くプロブ貼付が困難な部位や 潰瘍底自体をも直接的に評価でき 治癒予測や虚血の程度 さらに治療前後の評価などに有用である - 4 -

5 論文審査の要旨および担当者 報告番号乙第 2333 号寺﨑宏明 論文審査担当者 主査下門顕太郎副査岡﨑睦 大橋勇 ( 論文審査の要旨 ) 虚血肢の微小循環の評価は 虚血肢の創傷治癒予想 手術適応や術後の追加治療の必要性を判断するために重要である 従来用いられてきた検査方法は皮膚に直接プローブを装着する接触型の検査であり 壊疽を伴う重症虚血肢等では利用できない欠点を有していた 申請者は ICG (indocyanine green)angiography を末梢動脈疾患 (PAD) の診断に用いるために 検査条件を最適化するとともに定量的な分析法を開発してその有効性を検討した 2007 年から 2009 年に当院血管外科に入院した PAD 患者 34 例 34 肢を対象に気温 度 15 分の安静臥位で足背を上に向け 20cm の距離に設置した検出器 (photodynamic eye) を用い 経静脈的に投与された ICG を検出した 初めに ex vivo の検討で ICG の至適投与量 (0.1mg/kg) を決定した 足背の比較的広い範囲を測定対象とし ICG の検出開始から最大値の 1/2 に達するまでの時間 (T 1/2 ) と 比較的狭い範囲の輝度を測定し検出開始から 10 秒後の蛍光強度 (PDE 10 ) を定量的指標として経皮酸素分圧 (TcP0 2 ) による重症度と比較し有用性を検討した T 1/2 は Fontaine II 度と III 度で有意差を認めた PDE 10 に関しては ROC 分析で得られた閾値を用いて TcP0 2 30mmHg 未満の重症虚血肢を感度 100% 特異度 86.6% で診断することができた 本法は安全で簡便な方法であり 非接触検査なので潰瘍を伴う重症下肢虚血にも応用可能である 定量的な分析を可能にしたことは 臨床的に有意義な研究であると評価できる ( 1 )

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症例_菅原先生.indd 症例報告 JNET 6:46-50, 2012 頚動脈ステント留置術により網膜中心動脈閉塞を発症した 1 例 1 1 2 3 3 4 2 2 2 1 1 3 2 Central retinal arterial embolization after carotid artery stenting in the carotid stenosis Takeshi SUGAHARA 1) Koya NAKAJIMA

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