灌流固定標本のコントラストコンピュータ断層撮影を用いた人間の心臓静脈系の解剖学的再建

この手順の全体的な目的は、心臓血管内に使用される心臓デバイスの設計に利用可能な解剖学的データベースを構築するために、ヒト心臓静脈系の3Dモデルを作成することです。まず、ヒト心臓標本を拡張末期状態で固定し、静脈造影用バルーンカテーテルを用いて冠静脈洞にカニュレーションを行うことで標本を準備します。次に、最終ステップにおいて、心臓静脈系の造影CT画像を取得します。

CTスキャンから3Dモデルを生成し、そこからさまざまな解剖学的測定値を得ることができます。心静脈解剖の生体内評価などの他の手法と比較した本手法の主な利点の一つは、患者への造影剤の投与や放射線被曝がないことです。私たちはもともと、灌流固定した心臓の心外膜表面にマイクロスクライブを用いて心静脈系のマッピングを行っていた際に、この手法を考案しました。

しかしながら、この手法にはいくつかの限界がありました。脂肪組織の量に制限があるほか、作成されるモデルが2Dであるという点です。モデル作成にコントラストCTを用いることで、これらの限界を克服することが可能になります。

新鮮に摘出されたヒト心臓を、10%緩衝ホルマリンを用いて拡張末期状態で灌流固定します。次に、スキャン前日に、心臓を水で洗浄してホルマリンの大部分を除去してからスキャナーへ移します。静脈造影用バルーンカテーテルを使用し、下大静脈を介して各心臓の冠状静脈洞をカニュレーションします。

直接視下で行います。設置後、ベノグラムカテーテルのバルーンを膨らませて、冠静脈洞にカテーテルを固定します。次に、心臓をそれぞれ密閉可能なポリマー容器に入れ、心臓を解剖学的に正しい位置で保持するように設計されたスポンジの上に配置します。

まず、CTスキャナーのベッド上に、患者が仰向けで頭側から挿入された状態と同様に心臓を配置します。次に、ベノグラムカテーテルの近位端を、造影剤用と生理食塩水用の2本の注入用シリンジを備えたインジェクターに接続します。

次に、造影剤40 mLを5 mL/sの速度で心静脈系に自動注入します。造影剤の注入開始から8秒後に心臓のCTスキャンを行い、解像度512 × 512ピクセル、スライス厚0.6 mmに設定してスキャンします。その後、生理食塩水40 mLをさらに心静脈系に自動注入し、造影剤を洗い流します。

毎秒5 mLの速度で、CT DICOM画像を外付けハードドライブにエクスポートします。次に、CT DICOM画像をMimicソフトウェアにアップロードし、高いハウンズフィールド単位（Hounsfield unit）を持つピクセルのみを含むCT画像用マスクを生成します。心臓内に存在する造影剤のみを強調するため、心腔内に漏出した造影剤や組織に拡散した造影剤を除去し、マスクに主要な心静脈内の造影剤のみが含まれるようにします。

次に、静脈内の気泡をフレームごとに手動で塗りつぶし、得られたマスクから3Dオブジェクトを生成します。続いて、マスクを平滑化およびラップ処理して粗い形状を除去し、作成した各3Dモデルの中心線（センターライン）を生成します。3Dモデル生成におけるユーザー間のばらつきを最小限に抑えるためには、ユーザーが詳細なプロトコルを慎重に遵守すること、および中心線を生成する前にオブザーバーがモデルを確認することが重要です。

最後に、中心線を用いて、各心臓の主要血管における弧長、分岐角、蛇行度、および直径を測定します。本表には、ヒト心臓標本42例における主要心静脈の解剖学的パラメータの中央値を示しています。すべての心臓標本には、中心静脈1本と前室間静脈1本が含まれていました。

一部の検体には、複数の下静脈、下外側静脈、外側静脈、および/または前外側静脈が含まれていました。本動画に登場する心臓によっては、これらの特定の静脈の一部が存在しない場合がありますが、代表的な3Dモデルが空間内で回転する様子を確認できます。この手順に従うことで得られる利点の一つは、心静脈内のビデオスコープによる可視化を用いて解剖学的構造を評価し、CTモデルを検証し、さらにCT構築後には確認できない心静脈などの様々な構造の存在位置を特定できることです。

この手法により、生物医学工学分野の研究者は、心静脈系およびこれらの血管を利用した心臓デバイスの開発を追求することが可能になります。最終的に、ヒト心静脈系のモデリングとマッピングを行うことで、さまざまな臨床処置を実施するための関連解剖学に関する新たな知見が得られると考えられます。