日本においては1985年から心疾患が、癌に次いで病気による死亡原因の第2位となっている。また、欧米先進国では、従来から死因の第1位を占める国が多い。心疾患の多くは、冠状動脈の狭窄や閉塞に原因する虚血性心疾患であり、この早期診断と治療の重要性が増している。従来は冠状動脈の診断法として、冠状動脈入口部にカテーテルを挿入して造影剤を注入する選択的冠状動脈造影が用いられてきたが、この診断法は侵襲性の高さについての課題があった。

　このため、低侵襲な経静脈性の冠状動脈造影の研究が、超高速X線CTであるイマトロンで進められた。また、造影剤を用いない無侵襲な冠状動脈撮影法として、MRIを血管撮影に適用したMRアンギオグラフィが開発された。しかし、これらは低侵襲または無侵襲であるという大きな特長を有するが、実用化に際しては画像の解像度が低いという欠点があった。

　また、X線撮影においては、選択的冠状動脈造影に比べて低侵襲な造影法として、シンクロトロン放射光を利用した単色X線による撮影の研究が、1970年代の後半からスタンフォード-シンクロトロン放射光研究所で始まった。そして、1986年からは、経静脈性の冠状動脈造影の臨床撮影が開始された。しかし、この方式では、1回の造影剤注入あたり2〜4枚の画像しか得られずリアルタイム撮影ができなかった。

　本研究では、スタンフォード-シンクロトロン放射光研究所で始められた研究を発展させ、新たにリアルタイム撮影が可能な装置を製作し、実用性が高い低侵襲な冠状動脈造影法の開発を目的とした。そして、経静脈性の冠状動脈造影に加えて、高画質化を進めるため大動脈起始部への造影剤注入による経動脈性の冠状動脈造影を行い、これらの低侵襲な非選択的冠状動脈造影法の有効性について検討した。

　低侵襲な血管造影のためには、希釈された造影剤に対して高感度な撮影方式が必要である。このため、単色X線エネルギーサブトラクション法を適用した。また、撮影画像の高画質化を目的として、X線イメージインテンシファイアに代えて蛍光板方式の撮影装置を新たに開発し画像の高解像度化を進めた。

　体重10〜12kgのビーグル犬を使い、経静脈性および経動脈性の非選択的冠状動脈造影の実験を行った。

　下大静脈注入による経静脈性の冠状動脈造影では、造影剤が冠状動脈に達したとき、濃度が1/20〜1/30程度まで希釈されている。まず、検出器として従来のX線イメージインテンシファイアを使い、高感度撮影のためにエネルギーサブトラクション法を適用した。このため、ヨウ素フィルタでエネルギーを切り替えながらK吸収端を挟む2エネルギー画像を高速でデジタル撮影する装置を用いて実験を行った。

　次に、X線イメージインテンシファイアを使った装置に対して高画質化を進めるため、蛍光板方式の画像検出器を用いて下大静脈注入による経靜脈性の冠状動脈造影を行った。さらに応用として大動脈起始部注入による経動脈性の冠状動脈造影を行った。この蛍光板方式の画像検出器を使った装置は、まだエネルギーサブトラクション法が適用できる装置でないため、実験では造影剤のコントラストが最も高くなるヨウ素K吸収端よりもわずかに高いエネルギーの単色X線でのデジタルシネ撮影を行った。

　単純シネ撮影では、生体組織の構造を反映した画像輝度レベルの大きな変化の明暗の中に冠状動脈が現れているが、サブトラクション像では一様な画像輝度レベルの背景の中に造影剤部分の画像のみが存在し、心臓血管系の撮影視野内全体の構造が見やすい。このサブトラクション法の有効性を、血管内径が1.5mm程度であるビーグル犬の右冠状動脈および左冠状動脈前下行枝の撮影で明らかにすることができた。

　下大静脈注入による経静脈性の冠状動脈造影には、高感度なエネルギーサブトラクション法を用いたが、血管中の造影剤濃度の絶対値が極端に低く、さらに画像検出器の空間解像度が低いため、体重10〜12kgのビーグル犬を使った実験では医学診断が可能となる画質が得られなかった。

　画質向上のため高解像度型の蛍光板方式画像検出器を製作し、ビーグル犬の下大静脈注入による冠状動脈造影を行った結果では、左冠状動脈前下行枝や右冠状動脈が鮮明に画像化され、狭窄や閉塞の診断が可能となる画質の画像が得られた。蛍光板方式の画像検出器でエネルギーサブトラクション法が適用できる装置を製作すれば、さらに画質が向上し実用化が可能となる画像が得られるであろう。

　しかし、高解像度型の画像検出器を用いてもビーグル犬の心機能が低い場合は、冠状動脈の直径が小さく静脈注入造影では医学診断が可能となる画質が得られなかった。このため、蛍光板方式画像検出器の応用として、大動脈起始部注入による冠状動脈造影を行った。この場合は、経静脈性の場合と異なり造影剤が左心室へ流入しないため、3本の冠状動脈が同時に心機能が低い場合でも高いコントラストで撮影でき、さらに選択的冠状動脈造影での撮影画像に準ずる画質が得られた。

　心機能が低い場合を除けば経静脈性の冠状動脈造影による診断が可能であり、心機能が低い場合でも大動脈起始部注入による冠状動脈造影ならば診断が可能となるという結果が得られた。これらが実用化になれば、被検者に対する侵襲性や入院負担などが著しく低減でき、外来でのスクリーニング的手法にもなると考えられる。