脳血管疾患分野の新たな突破口：小型光学コヒーレンス断層撮影（OCT）プローブの臨床応用

学術背景と研究動機

近年、脳血管疾患（脳動脈瘤、虚血性脳卒中、動脈解離、頭蓋内動脈粥様硬化症（intracranial atherosclerotic disease, ICAD））の介入治療が主流となってきました。しかし、現在の画像技術には空間分解能とコントラストに限界があり、正確な診断と治療のモニタリングが困難です。デジタルサブトラクション血管撮影（digital subtraction angiography, DSA）、コンピューター断層撮影（computed tomography, CT）、磁気共鳴画像（magnetic resonance imaging, MRI）などの一般的な画像手段では、動脈壁の病変、動脈瘤の形態、および埋め込み装置の詳細を十分に表示することができません。さらに、術中および術後に発生する可能性のある合併症（血栓形成や装置が動脈壁と十分に接触していないなど）も現行の技術では察知することが困難です。

これらの課題を克服するためには、高分解能で動脈組織と金属装置を正確に表示できる画像技術の開発が必要です。光学コヒーレンス断層撮影（optical coherence tomography, OCT）は、その高感度、高ダイナミックレンジ、および高分解能の画像能力により、詳細な原位ボリューム顕微鏡画像を提供し、冠動脈疾患に広く応用されています。しかし、現行のイメージングカテーテルは脳の複雑な頭蓋内動脈構造を安全にナビゲートし、確実に表示するのには適していません。これに対応するために、本研究では柔軟な小型内視鏡装置である神経OCT（neuro OCT, NOCT）プローブを開発し、初めて人体での応用を行い、脳の複雑な血管の高分解能イメージングを実現することを目指します。

著者と論文の出典

この研究論文は、ビクター M. ペレイラ（Vitor M. Pereira）らによって執筆されました。彼らは以下の機関に所属しています：カナダ・トロントのセント・マイケルズ病院脳神経外科（St Michael’s Hospital, Toronto）、アルゼンチン・ブエノスアイレスのサグラダ・ファミリアクリニックセンター（Clínica Sagrada Familia, Buenos Aires）、アメリカ・マサチューセッツ大学医学部（University of Massachusetts Chan Medical School, Worcester）など。この論文は、2024年5月15日に発行された『Science Translational Medicine』誌に掲載されています。

研究の手順

研究対象と方法

本研究は、脳血管介入治療を受けた32人の患者を対象としました。NOCTプローブは高い小型化と機械的柔軟性を持つデバイスで、脳の複雑な血管環境で偽影のない画像を取得できます。NOCTシステムは、高速回転の近赤外レーザーを使用し、フリエドメイン成像を行い、軸方向分解能は約10ミクロンです。プローブの外径は0.39ミリメートルで、標準の神経血管マイクロカテーテル（内径0.021インチ）を通じて目標動脈部分に導入されます。画像品質を向上させるため、対比剤を一時的に注入して動脈腔内の血液をクリアにします。2秒間でプローブが高速回転しながら後退し、らせん状の光パターンで動脈壁と埋め込み装置を全面的にキャプチャします。

主要な実験結果

NOCTの高分解能画像は、脳の前後循環の動脈をボリューム顕微鏡成像に成功しました。これには、内頸動脈（internal carotid artery, ICA）、中大脳動脈（middle cerebral artery, MCA）、椎骨動脈、基底動脈、および後大脳動脈などの遠位部分が含まれます。キャプチャされた病理は、脳動脈瘤、虚血性脳卒中、動脈狭窄、動脈解離、および頭蓋内動脈粥様硬化症を含んでいます。従来のX線画像技術と比較して、NOCTは偽影のない高分解能の頭蓋内動脈病変と神経血管装置の可視化を提供しました。

動脈瘤治療において、NOCTは右後交通動脈瘤（posterior communicating artery aneurysm）での血栓と装置未接合の状態を明示しました。この情報は、薬物療法と介入手順の最適化に役立ちました。また、再発性動脈瘤の評価において、NOCTは装置の配置と動脈壁の微細構造を明確に示し、詳細な診断情報を提供し、後続の治療決定を導きました。

頭蓋内動脈粥様硬化症に対して、NOCTはプラークの微細構造、構成、および炎症マーカー（マクロファージの集積とコレステロール結晶など）を詳細に描写しました。急性脳卒中の介入と血栓除去手術では、NOCTは正常動脈外観と病理状態の区別を支援し、治療プランの策定に貢献しました。

結論と研究の価値

NOCTは診断ツールとして、頭蓋内動脈での高分解能な詳細描写を提供し、現行の画像技術の不足を補いました。NOCTが提供する情報は神経介入手術の最適化、患者管理の個別化、既存の治療装置と技術の革新、関係する生理学メカニズムの研究促進に貢献します。この技術は、動脈壁、装置、および腔内物体の評価に使用できるだけでなく、高分解能でくも膜下腔、穿通動脈、静脈なども観察できます。

研究のハイライト

1. 高分解能成像：NOCTは頭蓋内動脈および関連装置の偽影のない高分解能成像を提供し、より正確な診断と治療モニタリングを可能にします。
2. 実用性：NOCTプローブは標準の神経血管マイクロカテーテルを通じて輸送可能で、既存の臨床手順に対応しています。
3. 詳細な病理表現：NOCTはプラークの微細構造、動脈壁の病理特徴、血栓形成などを明示し、治療プランの策定に重要な根拠を提供します。
4. 良好な安全性：32人の患者における応用で、NOCTは高い安全性と耐受性を示し、関連する急性悪性事象は観察されませんでした。

付加情報

研究は、動脈瘤の診断と治療モニタリング、頭蓋内動脈粥様硬化症の評価と管理、虚血性脳卒中の血栓除去プロセス、および術後フォローアップなど、異なる臨床シナリオでのNOCTの応用を詳述しました。さらに、くも膜下腔および他の解剖領域でのNOCT技術の応用も、その広範な可能性を示しました。将来の研究では、NOCTが臨床結果の改善と合併症の減少にどのように寄与するか、また新しい病理メカニズムの解明における潜在力をさらに検証することが期待されます。

資料と方法

研究デザイン：本研究は観察的概念実証研究であり、NOCTが頭蓋内動脈での応用を評価することを目的とし、ランダム化、盲法、サンプル数計算は実施していません。

NOCTシステム：イメージング主機は、中央波長1300ナノメートルの高速スキャンレーザーを使用し、毎秒20万スキャンラインを捕捉します。イメージングプローブは最大外径0.39ミリメートル、挿入長190センチメートルで、0.021インチのマイクロカテーテルと組み合わせて目標血管の定位に使用します。

データ収集と解析：NOCTデータは、対比剤を迅速に注入することで毎秒250フレームの速度で収集。全体で75回（成功率96.2%）のスキャンを完了し、約37799枚の断面画像を生成、画像品質と関連病理特性について詳細に分析しました。

本研究結果は、NOCT技術が頭蓋内動脈のボリューム顕微成像に前例のない詳細および診断情報を提供し、神経介入手術と脳血管疾患の管理に新たなツールをもたらすことを示しています。将来の研究で、NOCTのさらなる臨床応用の可能性や価値が明らかにされることが期待されます。