心機能のX線検査

健康な人では、心筋には約1秒に1回の興奮波が伝播し、心臓は収縮と弛緩を繰り返します。この興奮波を記録する最も簡単で手軽な方法は透視法です。これにより、心臓の収縮と弛緩、大動脈と肺動脈の脈動を視覚的に評価できます。同時に、画面の後ろで患者の位置を変えることで、心臓と血管の輪郭、つまりすべての断面をエッジで強調することが可能です。しかしながら、近年、超音波診断の発達と臨床現場への広範な導入により、心臓の機能活動の研究における透視法の役割は、それに伴うかなり高い放射線負荷のために著しく低下しています。

心筋の収縮機能を調べる主な方法は超音波検査（超音波）です。

心臓病学では、いくつかの超音波検査法が用いられます。1次元心エコー検査（M法）、2次元心エコー検査（超音波検査）（B法）、1次元ドップラー心エコー検査、2次元カラードップラーマッピングなどです。心臓を検査する効果的な方法として、超音波検査とドップラー検査を組み合わせたデュプレックス検査もあります。

1 次元心エコー図は、一連の曲線のように見えます。各曲線は、心室と心房の壁、心房中隔と心室中隔、弁、心膜など、心臓の特定の構造に対応しています。心エコー図上の曲線の振幅は、記録された解剖学的構造の収縮期運動の範囲を示します。

超音波検査では、心臓壁と弁の動きをディスプレイ画面上でリアルタイムに観察できます。心臓の機能を特徴付ける多くのパラメータを調べるために、心電図のR波の頂点とT波の下降膝部で記録された静止画像上に心臓の輪郭がモニター画面上に表示されます。超音波装置に付属の特別なコンピュータプログラムを使用すると、これら2つの画像を比較・分析し、左心室と左心房の収縮末期容積と拡張末期容積、右心室表面の大きさ、心室駆出率、心房排出率、収縮期容積と分時容積、心筋壁の厚さといったパラメータを取得できます。また、冠動脈疾患やその他の心筋病変の診断に極めて重要な、左心室壁の局所的な収縮力に関するパラメータも取得できることも非常に貴重です。

心臓ドップラー検査は、主に脈拍モードで行われます。心拍周期のあらゆる段階における心臓弁や心臓壁の動きを検査できるだけでなく、選択された制御体積における血流速度、方向、および血流特性を測定することもできます。心臓の機能パラメータの研究において、カラーマッピング、エネルギードップラー、組織ドップラーといった新しいドップラー検査法が特に重要になっています。現在、これらの超音波検査法は、特に外来診療において、心臓疾患患者の検査において主流の機器的検査法となっています。

超音波診断に加え、心臓や血管を検査するための放射性核種法も近年急速に発展しています。これらの方法の中でも、平衡心室造影（ダイナミックラジオカルジオグラフィー）、放射性核種血管心造影、そして灌流シンチグラフィーの3つは特に注目すべきです。これらの方法は、心臓機能に関する重要な、時には他に類を見ない情報を提供し、血管カテーテルを必要とせず、安静時と機能的負荷後のどちらでも検査可能です。特に機能的負荷後の検査は、心筋の予備能を評価する上で非常に重要です。

平衡心室造影は、心臓を検査する最も一般的な方法の1つです。心臓のポンプ機能と心臓壁の動きの性質を決定するために使用されます。検査対象は通常左心室ですが、心臓の右心室を検査するための特別な技術が開発されています。この方法の原理は、ガンマカメラコンピューターのメモリに一連の画像を記録することです。これらの画像は、血液中に導入され、長時間血流中に留まる、つまり血管壁を介して拡散しない放射性医薬品のガンマ線から得られます。血流中のこのような放射性医薬品の濃度は長期間一定のままであるため、血液プール（英語のpool - 水たまり、プールに由来）が検査されていると言うのが慣例です。

血液プールを作成する最も簡単な方法は、血液にアルブミンを注入することです。しかし、タンパク質は体内で分解され、その過程で放出された放射性核種は血流から排出され、血液中の放射能は徐々に減少するため、検査の精度が低下します。安定した放射性プールを作成するより適切な方法は、患者の赤血球を標識することでした。この目的のために、まず少量のピロリン酸（約0.5 mg）を静脈内注射します。これは赤血球に吸収されます。30分後、600 MBqの99mTc-過テクネチウム酸を静脈内注射します。これは赤血球に吸収されたピロリン酸と瞬時に結合します。これにより、強い結合が生じます。なお、RFPを患者の体内で「調製」する放射性核種検査法は、今回が初めてです。

放射性血液が心臓の各心室を通過する様子は、トリガーと呼ばれる電子装置によってコンピュータメモリに記録されます。トリガーは、ガンマカメラ検出器からの情報収集と心電計の電気信号を「リンク」します。コンピュータは、300～500心拍周期（血液中の放射性医薬品が完全に希釈され、血液プールが安定化した後）の情報を収集し、一連の画像にまとめます。これらの画像の主なものは、収縮末期と拡張末期の位相を反映した画像です。心臓の複数の中間画像は、心拍周期全体を通して、例えば0.1秒ごとに同時に作成されます。

大量の画像から医用画像を作成するこのような手順は、十分な「計数統計」を取得し、得られる画像が分析に十分な品質を持つようにするために不可欠です。これは、視覚的分析とコンピュータによる分析の両方に当てはまります。

放射性核種診断では、すべての放射線診断と同様に、「信頼性の品質」という基本ルールが適用されます。つまり、可能な限り多くの情報（量子、電気信号、サイクル、画像など）を収集することです。

心臓画像の解析結果に基づいて構築された積分曲線から、コンピュータを用いて駆出率、心室の充満速度と排出速度、収縮期と拡張期の持続時間を計算し、駆出率（EF）は以下の式で算出されます。

ここで、DO と CO は、心臓周期の拡張末期と収縮末期におけるカウント レート（放射能レベル）の値です。

駆出率は、心室機能の最も感度の高い指標の一つです。通常、右室では約50%、左室では約60%の範囲で変動します。心筋梗塞患者では、駆出率は病変の容積に比例して低下することが知られており、これは予後予測値として知られています。この指標は、心筋硬化症、心筋症、心筋炎など、多くの心筋病変でも低下します。

平衡心室造影は、左心室収縮力の限定的な障害（局所性ジスキネジア、運動低下、無動）を検出するために使用できます。この目的のために、心室画像は8～40の複数のセグメントに分割されます。各セグメントでは、心臓収縮時の心室壁の動きが検査されます。平衡心室造影は、心筋の機能的予備力が低下した患者を検出する上で非常に有用です。このような患者は、急性心不全または心筋梗塞を発症するリスクの高いグループを形成します。患者は、安静時には変化が見られないものの、負荷に耐えられない心室壁の領域を検出するために、自転車エルゴメータ負荷を適度にかけた状態でこの検査を受けます。この状態は、ストレス性心筋虚血と呼ばれます。

平衡心室造影検査は、弁閉鎖不全症を伴う心疾患における逆流率、すなわち血液の逆流量を計算することを可能にします。この方法のもう一つの利点は、例えば薬物が心臓の活動に及ぼす影響を調べる場合など、数時間にわたる長期間にわたる検査が可能であることです。

放射性核種血管心臓造影法は、少量（ボーラス）の放射性医薬品を急速に静脈内に投与した後、放射性医薬品が心臓の各心腔を通過する最初の経路を交互に変える方法です。

通常、体重1kgあたり4～6MBqの放射能を持つ99mTc-過テクネチウム酸塩を0.5～1.0mlの容量で使用します。検査は高性能コンピュータを備えたガンマカメラを用いて行います。放射性医薬品が心臓を通過する際の一連の画像（30秒以内で15～20フレーム）がコンピュータメモリに記録されます。次に、「関心領域」（通常は肺根部または右心室の領域）を選択し、放射性医薬品の放射線強度を分析します。通常、放射性医薬品が右心房および肺を通過する際の曲線は、1つの急峻なピークとして現れます。病的な状態では、曲線は平坦化（放射性医薬品が心房内で希釈されている場合）または長くなります（放射性医薬品が心房内に留まっている場合）。

一部の先天性心疾患では、動脈血が心臓の左心室から右心室へシャントします。このようなシャント（左右シャント）は、心中隔の欠損により発生します。放射性核種血管心造影検査では、左右シャントは肺の「関心領域」における曲線の繰り返し上昇として現れます。他の先天性心疾患では、まだ酸素が濃縮されていない静脈血が肺を迂回して再び体循環に入ります（左右シャント）。放射性核種血管心造影検査におけるこのようなシャントの兆候は、肺で放射能が最大になる前に、左心室と大動脈で放射能のピークが現れることです。後天性心疾患では、血管心造影検査によって僧帽弁と大動脈の開口部を通る逆流の程度を判定できます。

心筋血流シンチグラフィーは、主に心筋血流の検査に用いられ、ある程度は心筋の代謝レベルを評価するためにも用いられます。この検査は、^99m T1-塩化物および^99m Tc-セサミビという薬剤を用いて行われます。これらの放射性医薬品は、心筋に栄養を送る血管を通過した後、周囲の筋組織に急速に拡散し、代謝過程に取り込まれ、カリウムイオンを模倣します。したがって、心筋におけるこれらの放射性医薬品の集積の強さは、心筋の血流量と代謝過程のレベルを反映します。

心筋における放射性医薬品の蓄積は非常に速く、5～10分で最大に達します。そのため、様々な投影法で検査を行うことができます。シンチグラムにおける左心室の正常な灌流像は、心室腔に対応する中央欠損を伴う均質な馬蹄形の影として現れます。梗塞時に生じる虚血領域は、放射性医薬品の固定が低下した領域として表示されます。心筋灌流の研究において、より視覚的で、そして最も重要なことに、信頼性の高いデータは、単光子放出断層撮影（SEP）を用いて得ることができます。近年、F-DGなどの超短寿命陽電子放出核種を放射性医薬品として使用する、すなわち二光子放出断層撮影（TEP）を用いることで、心筋の機能に関する興味深く重要な生理学的データが得られています。しかしながら、これまでのところ、これは一部の大規模研究センターでのみ可能です。

コンピュータ断層撮影法（CT）の進歩により、X線不透過性物質をボーラス注入することで、短時間の露出時間で連続断層撮影が可能になり、心臓機能評価における新たな可能性が生まれました。50～100mlの非イオン性造影剤（オムニパークまたはウルトラビスト）を自動注射器を用いて肘静脈に注入します。コンピュータ濃度測定法を用いて心臓切片を比較分析することで、心拍周期全体における心腔内の血液の動きを測定できます。

電子線コンピュータ断層撮影装置の開発により、コンピュータ断層撮影は心臓研究において特に大きな進歩を遂げました。この装置は、非常に短い露光時間で大量の画像を撮影できるだけでなく、心臓収縮のダイナミクスをリアルタイムでシミュレーションしたり、動いている心臓の3次元再構成を行うことさえ可能です。

心臓機能の研究において、同様に急速に発展しているもう一つの方法が磁気共鳴画像法です。磁場の強度と新世代の高性能コンピューターの開発により、画像再構成に必要な情報を非常に短時間で収集することが可能になり、特に心拍周期の収縮末期と拡張末期をリアルタイムで解析することが可能になりました。

医師は、心筋の収縮機能と心筋血流を評価するために、様々な放射線学的検査法を利用できます。しかし、医師がいかに非侵襲的な検査法に絞り込もうとしても、多くの患者においては、血管カテーテル挿入や心腔および冠動脈の人工造影剤を用いた、より複雑な検査法、すなわちX線心室造影検査や冠動脈造影検査が必要となる場合があります。

心室造影は、左室機能の評価において他の方法よりも高い感度と精度を有するため、必要不可欠です。これは特に、左室の局所収縮障害の特定に当てはまります。局所心筋障害に関する情報は、冠動脈疾患の重症度判定、外科的介入、冠動脈経管的血管形成術、心筋梗塞における血栓溶解療法の適応評価に不可欠です。さらに、心室造影は、冠動脈疾患のストレステストや診断テスト（心房刺激テスト、自転車エルゴメータテストなど）の結果を客観的に評価することを可能にします。

造影剤を50ml、10～15ml/秒の速度で注入し、撮影を行う。撮影された画像には、左心室腔内の造影剤の影の変化が明瞭に映し出される。画像をよく観察すると、心筋収縮力の顕著な異常、すなわち壁運動の消失、あるいは収縮期における壁の膨隆といった奇異な動きが認められる。

あまり顕著ではない局所的な収縮障害を特定するには、左心室シルエットの5～8個の標準セグメント（30度の右前斜投影図）を個別に分析するのが一般的です。図111.66は、心室を8つのセグメントに分割した様子を示しています。セグメントごとに収縮力を評価するには、さまざまな方法が提案されています。その1つは、心室の長軸の中心から心室影の輪郭まで60個の半径を描く方法です。各半径は拡張末期に測定され、それに応じて心室収縮中の短縮度が測定されます。これらの測定値に基づいて、コンピューター処理と局所的な収縮障害の診断が行われます。

冠動脈血流を直接的に研究するために不可欠な方法が、選択的冠動脈造影です。カテーテルを左冠動脈、そして右冠動脈へと順に挿入し、自動注入器を用いて造影剤を注入し、撮影を行います。得られた画像は、冠動脈系全体の形態と心臓各部における血液循環の特性を反映します。

冠動脈造影の適応は非常に広範囲にわたります。まず、虚血性心疾患の診断、急性心筋梗塞の治療法の選択、心筋梗塞と心筋症の鑑別診断など、病態が明らかでない症例すべてにおいて冠動脈造影が適応となります。また、移植時に拒絶反応が疑われる場合は、反復心臓生検と組み合わせて実施されます。次に、パイロット、航空管制官、都市間バスや電車の運転手において、冠動脈損傷の疑いがある場合、厳格な専門職選考において冠動脈造影が使用されます。これらの労働者における急性心筋梗塞の発症は、乗客や周囲の人々に危険をもたらすためです。

冠動脈造影の絶対的禁忌は、造影剤に対する不耐性です。相対的禁忌には、肝臓、腎臓などの内臓への重度の損傷が含まれます。冠動脈造影は、心臓活動を回復させるためのあらゆる手段を備えた、特別な設備を備えたX線手術ユニットでのみ実施できます。造影剤の注入（機能検査を使用する場合は、各冠動脈に複数回注入する必要があります）は、徐脈、期外収縮、そして時には一時的な横方向心ブロックや心房細動を伴う場合があります。冠動脈造影は、視覚的な分析に加えて、コンピューター処理されます。動脈の影の輪郭を分析するために、動脈の輪郭のみがディスプレイ上で強調表示されます。狭窄がある場合は、狭窄グラフがプロットされます。