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心筋梗塞が見える。心臓の医療を飛躍させた血管造影装置の発明。 メイソン・ソーンズ

メイソン・ソーンズ

「この画像を使えば、不可能だった心筋梗塞の手術ができるに違いない」。一九五八年、アメリカ・クリーブランドの病院に勤める医師、メイソン・ソーンズは、一枚のレントゲンフィルムを食い入るように見ていた。

彼は心臓の弁に問題がある患者の大動脈にカテーテル(細長い管状の医療器)を挿入し、Ⅹ線で血管をきれいに写すために「造影剤」という薬を注入した。すると思わぬ形の血管の姿が現れた。カテーテル先端の位置がずれ、造影剤は大動脈から枝分かれする冠動脈に入り込んでいたのだ。当時は、冠動脈に造影剤を入れると、副作用で心停止を起こすといわれていたため、彼はすぐ開胸による心マッサージの準備をした。しかし、実際には一瞬だけ心臓に変調が現れたものの、患者は無事だった。

冠動脈は、心臓に酸素と栄養を供給する血管だ。もし詰まれば心筋梗塞のような病気から心不全を起こし、生命は危機に陥る。だが、その手術法は二〇世紀半ばになっても確立されていなかった。

彼の頭には、たちまちアイデアがひらめいた。「冠動脈を撮影できれば、どの部分が詰まって心筋梗塞が起こっているのかがわかる。そうすれば、手術すべき場所もわかるはずだ」。冠動脈は心臓の拍動とともに大きく動くため、正確に撮影するのは難しい。しかし、彼は数年のうちにその方法を開発した。映画用のフィルムを使い、一秒間に三〇コマという速さで連続的に撮影する装置だ。

心臓や血管の様子を生き生きと描き出す血管造影装置は、心臓のバイパス手術やカテーテル治療を可能にし、心臓血管の医療を大きく飛躍させていく。

※イラストは開発した装置で冠動脈造影を行うソーンズ博士

(監修/代田浩之 先生 順天堂大学大学院循環器内科学 教授)

心筋梗塞を治療するために
血管のどの部分が詰まっているのかを突きとめる冠動脈造影。

心臓の活動を支える「冠動脈」

メイソン・ソーンズ

メイソン・ソーンズ
(Mason Sones,1918-1985)

心臓は「大動脈」という太い血管を通して酸素と栄養に富んだ血液を送り出している。そこから細かく枝分かれする血管の血液を受けて全身の臓器や器官の細胞は活動することができる。そして心臓自体もまた、大動脈の付け根から出た「冠動脈」という血管を通して血液を受け、活動している。もしこの冠動脈が詰まれば、心臓は正常な働きができず、心筋梗塞や狭心症のような病気になり、たちまち生命は危機に陥ってしまう。しかしこのような冠動脈の病気に対する治療法は、20世紀半ばになっても確立されていなかった。

なかなか行われなかった選択的冠動脈造影

冠動脈

冠動脈
大動脈の付け根から右・左の冠動脈が出ており、
心臓を取り囲むようにして心筋に酸素と栄養を供給している。


ジェームズ・ヘリック
(James Herrick, 1861-1954)
アメリカの医師。貧血の一種である鎌状赤血球症を発見。
また心筋梗塞の原因が冠動脈の閉塞であることを提唱した。

1912年、アメリカのジェームズ・ヘリックは、心筋梗塞や狭心症が冠動脈の詰まりによって起こると主張した。そして心電図が臨床現場に普及するとともに、この説は広く認識されるようになった。しかし冠動脈の詰まっている部分を特定することができないため、有効な治療法は見つからなかった。

やがて血管造影が広く行われるようになってからも、冠動脈に直接造影剤(X線を通さないため、はっきり血管内部が映る薬品)を注入すれば副作用で心停止を起こすと信じられていたため、冠動脈に対する選択的血管造影は行われなかった。大動脈に大量の造影剤を注入し、その一部が冠動脈に流れ込んだところを撮影する試みもなされたが、明瞭な画像を得ることはできなかった。

この手詰まりの状況を大きく転換したのがソーンズだ。冠動脈の造影をしたのは偶然の出来事だったが、彼はそれを突破口として、さらに安全性や性能が高い血管造影システムの開発に取り組む。

偶然が開いた冠動脈造影への道

大動脈を造影するつもりが・・・

ソーンズが使ったX線撮影装置(概念図)

ソーンズが使ったX線撮影装置(概念図)
患者の上からX線を照射し、患者の背中に当てた
フィルムに像を写す。またピットの中では、
蛍光板に映る像を観察することができる。

ピットの中でX線像を観察するソーンズ矢印は11インチの蛍光板(予備)

ピットの中でX線像を観察するソーンズ
矢印は11インチの蛍光板(予備)。
(The Cleveland Press Collection,
Michael Schwartz Library, Cleveland StateUniversity)

1958年10月、アメリカ・クリーブランドの病院で小児心臓内科医を務めるメイソン・ソーンズは、弁膜症を持つ26歳の青年に対し、心臓と大動脈の造影検査をしていた。大動脈の心臓に近い部分にカテーテルを挿入し、造影剤の注入器をセットして、彼はベッドの下の床を掘り下げた半地下のスペース(ピット)へ降りて行った。ピットでは、患者の体を通り抜けたX線が蛍光板に当たって作る、目に見える像を観察することができるのだ。

「注入!」と彼が叫ぶと、ベッドサイドに立っていた助手が注入器を押して50mLの造影剤を一気に注入した。その瞬間、ソーンズの目に恐ろしい光景が飛び込んできた。

無事だった患者

カテーテルの先端位置が動いて右冠動脈の入り口に当たっていたため、ほとんどの造影剤が冠動脈に流れ込んでしまったのだ。最悪の事態だ。彼はメスをつかんですぐにピットを跳びだし、患者のそばへ行った。場合によっては胸を切り開いて心臓マッサージをする態勢だ。患者の脈は遅くなり、やがて止まった。しかし心停止は5秒間で回復し、患者は大きな咳をした。そこで心拍数を増やす薬を注射すると脈拍は正常に戻った。息を吹き返した患者は、ソーンズがメスを自分に向けて構えているのを見てとまどった顔をした。

写っていた冠動脈

ソーンズが偶然写した右冠動脈(Ryan TJ : J Am Coll Cardiol 31, 4B, 89B-96B, 1998)

ソーンズが偶然写した右冠動脈
(Ryan TJ : J Am Coll Cardiol 31, 4B, 89B-96B, 1998)

フィルムを現像すると、右冠動脈がはっきりと写っていた。この方法を心筋梗塞や狭心症の診断に使えば、冠動脈のどの部分が詰まっているのかが分かるはずだ。それさえ分かれば、外科的な治療法もきっと見つかるに違いない。
「冠動脈に直接造影剤を注入すれば、たちまち心停止を起こして死亡する」という説は、心臓カテーテル法を確立した、アメリカが誇るノーベル賞学者・クールナンが提唱したもので、当時は金科玉条として信じられていた。確かに患者は、一時的な心停止を起こした。しかし死亡するというような状態ではなかった。この有害事象は、造影剤の工夫によって乗りこえられるはずだ。これから最適な冠動脈造影法を模索するソーンズの挑戦が始まった。

血管造影には不向きだったX線撮影装置

血管造影は、目的の血管までカテーテルを通して造影剤を注入し、それをX線撮影装置で写真に撮るのが目的だ。しかしソーンズが使った装置は、血管造影には非常に不便な構造だった。X線を発生させるランプはベッドに寝た患者の上から真下に向けられ、患者の背中の下に撮影フィルムが入ったフィルム・チェンジャーが位置する。そしてX線像を確認するには、ベッドの下のピットに潜り込んで蛍光板をのぞかなければならない。ベッドのそばには助手が立っているが、助手は蛍光板の映像を見ることができないので、カテーテルの位置がわからない。かといって、ピットの中にいるソーンズにはカテーテルの位置が見えているのだが、自分でそれを動かすことはできない。

血管造影を確実にするには、この問題も解決する必要があった。

血管造影の装置や手技を大きく変えたソーンズ

血管造影には不便だった当時のX線撮影装置

ソーンズは血管造影装置のあらゆる要素を見直し、より使いやすく、確実な装置として再生させた。

蛍光板の小型化によるX線撮影装置の大変革

X線撮影装置

11インチだった蛍光板を5インチまで小型化することで、術者が蛍光板の像を見ながらカテーテルを操作できるようにした。つまり、いままで患者の上方にあったX線管をベッドの下に置き、従来とは反対に下から患者の体を照射する形をとった。そして蛍光板を備えた小型のフードを患者の上に吊り下げ、蛍光板に投影される映像を術者が見られるようにした。また螢光板の映像を映画用のシネカメラで撮影する形にした。

それまでは患者を持ち上げてフィルムチェンジャーを背中の下に入れていたため、そのときカテーテルの位置がずれる 心配もあった。また従来のフィルムチェンジャーは連続して写真を撮影できたが、そのスピードは1秒間に1~2コマにす ぎなかった。それに比べシネカメラは、1秒間に30コマの完全な動画を撮影できた。

カテーテルの開発

細い割には剛性が高い、しかし先端はソフトなカテーテルを新たに開発した。そして上腕の動脈からカテーテルを挿入し、冠動脈に到達させる手技を考案した。

造影剤の工夫

造影剤による有害事象を少なくするため、造影剤の量を10mLにまで削減した。彼が最初に行った冠動脈造影では50mLの造影剤を使ったが、その5分の1の量となった。また造影剤自体も副作用の少ないものが開発され、さらに高い安全性が実現された。

ビデオカメラとモニターの導入

テレビ画面で画像を確認するソーンズ 画面左寄りにビデオカメラとシネカメラが並んで吊り下げられている

テレビ画面で画像を確認するソーンズ
画面左寄りにビデオカメラとシネカメラが並んで吊り下げられている
(The Cleveland Press Collection, Michael Schwartz Library,
Cleveland State University)

その後ソーンズはシネカメラに加え、ビデオカメラも導入し、X線像の確認は目で蛍光板をのぞくのではなく、テレビ画面で行えるようにした。それにより、複数の医師でカテーテル位置を確認したり、経験の浅い若い医師の教育にも映像を活用できるようになった。

その後の冠動脈疾患治療の発展

一気に進んだ心臓血管の医学

ソーンズが開発した冠動脈造影は、心臓血管の医学を一変させた。冠動脈のどの部分が閉塞しているかを知ることで、心筋梗塞や狭心症の責任病変が明確にわかるようになった。

冠動脈疾患に対する有効な外科的治療は、実質的には存在しない状態だったが、血管の詰まっている部分が明確に見えるようになったことで、大きな進歩をとげる。1960年代には開胸手術で冠動脈の血流を回復させるバイパス手術が成功。次いで1970年代には、カテーテルで冠動脈の詰まりを取り除く血管内治療が成功し、症例によっては大きな手術をしなくても心筋梗塞や狭心症の治療ができるようになった。

現在では多くの画像診断技術が発達し、身体のよりくわしい情報を得たり、治療ができるようになってきた。しかし血管造影法は、現在でも有力な診断手法として活用され続けている。



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