超音波波形解析による術中異常血管識別法の開発

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K18376
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 下田 由輝 東北大学, 大学病院, 助教 (30815444)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 脳神経外科手術 / 術中機器開発 / 血流動態 / 脳動静脈奇形 / 脳腫瘍 / 過灌流症候群

研究実績の概要

本研究の目的は、超小型超音波血流計を用いた術中に温存すべき血管の識別法の開発である。脳神経外科術中では血管が病変を灌流する異常血管であり、凝固切断が可能か、正常脳組織を灌流し、閉塞により後遺症を生ずるため温存すべきかの判断が、他の分野に比較して、特に重要である。その理由として、脳では機能が局在しており、他の場所による代償が効かないことが挙げられる。その識別方法として、R元年度には超小型超音波血流計で測定される波形を模擬モデル実験および理論解析を行い波形解析で特徴量となり得る要素を明らかにし、R2年度に血管吻合パターンの異なる動物実験異常血管網モデルを用いて検証した後、R3年度に臨床例で独立成分解析法を用いた波形解析を行うことにより dicrotic notchを含めた特徴量を抽出し、特異度の高い識別法を開発することを予定していた。本研究の開始当初は、術中に出現する血管にドップラー血流計を直接あて、ある一定時間その状態を保つことにより、血流速度を計測し、実際３症例で計測を行い、順調であった。しかし、症例数を重ねるにつれて、術前の病変部塞栓術の有無や、術者の腕によってデータの取得が不安定となることが明らかとなってきた。前回までに、血管内カテーテルを用いた圧波形データの測定から、シャント血流を予測する方針へと切り替えていた。しかし、ここでも問題が生じ、とくに細い血管では、細いカテーテルを圧派が伝わる際に、高周波数成分が減衰することが明らかとなり、ターゲットとしたいDicrotic notchが消退してしまうという問題に直面した。よって、現在は、太い血管をターゲットに、この技術を他の疾患（もやもや病、頸部内頚動脈狭窄症など、後述）に応用できる可能性を探っている。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

前回、報告から、症例報告が１本受理され(Shimoda, Y., Sonobe, S., Niizuma, K., Endo, T., Endo, H., Otomo, M., & Tominaga, T. (2021). Digital intravascular pressure wave recording during endovascular treatment reveals abnormal shunting flow in vertebral venous fistula of the vertebral artery: illustrative case, Journal of Neurosurgery: Case Lessons, 2(2), CASE21172. Apr 12, 2022)、その後も同様の方法（血管内カテーテルを用いた動脈内圧の測定と術中超音波を用いた血管の血流測定）を用いた新たなデータの蓄積が進んでいる。
前回報告した、内頸動脈狭窄症例に対するステント留置術を行う前後での血流の変化を確認している。同様の変化（術前には、Dicrotic notchが顕著であるのが、狭窄を広げた後に、消失、その後、時間をかけて、Dicrotic notchが回復してくる）を認めており、何かしらの、血管のAvailabilityを反映していることが考えられる。それは、抹消の血管の反応性であり、現時点では、狭窄部位を開いた際に、Dicrotic notchが残存している症例では、抹消血管の収縮能、つまり、血流コントロール能が維持されており、術後過灌流症候群が生じにくいと考えている。今後さらに症例を集め、その予後（術後の血管再狭窄や、過灌流症候群の有無）と比較することで、その臨床的意義を検討する予定である。予定通りにデータの収集が進んでいないという点で上記の評価である。

今後の研究の推進方策

今後は、これまでに何度か圧波形を測定することに成功しているシャント疾患について、データをとりため、当初からの目標である①正常血管とシャント血流を含む血管 と ②シャント血流のみの血管 を識別する方法について、検討したい。これまでのデータからは、今準備された道具で記録することが可能であることを示してきた。
過灌流症候群の予後予測については新たな知見が出始めている。術中の超音波装置を使用した血管の血流測定で、虚血性のもやもや病に対する浅側頭動脈、中大脳動脈吻合術（STA-MCA bypass）の術中に、吻合する血管のDictrotic notch波形の変化についても検討を行っている。もやもや病では、背景に血管の脆弱性が指摘されているため、STA-MCA bypassを行った後の過灌流症候群が臨床上問題となる。今回、血管を吻合した際の側頭動脈の血流波形を測定することで、過灌流症候群を予測できる可能性を示唆するPreliminaryなDataが出始めている。統計学的に証明するために必要な症例数を集めている段階である。
高周波数カメラによる血流の可視化は、物品が揃っているが、撮影はまだ行えていない状況である。この実験で血流を可視化することが確認できれば、一気に術中に見える血管の血流動態を把握することにつながるため、一刻も早く進める必要があると考えている。

次年度使用額が生じた理由

当初予定をしていた研究打ち合わせが新型コロナウイルスの感染拡大による県外への移動自粛のため、Webでの打ち合わせに切り替わったため旅費の支出分を次年度予算に繰り越すこととした。

研究成果

• [雑誌論文] Digital intravascular pressure wave recording during endovascular treatment reveals abnormal shunting flow in vertebral venous fistula of the vertebral artery: illustrative case (2022)
  • 著者名/発表者名: Shimoda, Y., Sonobe, S., Niizuma, K., Endo, T., Endo, H., Otomo, M., & Tominaga, T
  • 雑誌名: Journal of Neurosurgery: Case Lessons 巻: ２(2) ページ: CASE21172
  • DOI: 10.3171/CASE21172
  • 査読あり / オープンアクセス