Technical aspects of aortic isthmus Doppler velocimetry in human fetuses

＜807＞大動脈峡部とは左鎖骨下動脈から動脈管と下行大動脈がつながっている間にある大動脈の分節のことをいう． 動脈管閉鎖後の生後間もない時期には、大動脈弓から下行大動脈に血液を送る血管管としてのみ機能する。 しかし、胎生期には、脳を含む上半身を供給する腕頭循環と下半身および胎盤を供給する横隔膜下循環のバランスを適切に保つという重要な役割を担っている1。 胎盤、肺、下半身の血管抵抗は主に右心室に作用し、上半身の抵抗は主に左心室に作用するため、胎児循環の並行配置により、左右の心室出力が不均等になることがある2。 生理的条件下で、左心低形成症候群、重症大動脈弁狭窄症、大動脈弓部閉鎖症などの心臓血管の構造的奇形がない場合、大動脈峡部の流れは全心拍周期で順方向である。 大動脈峡部の血流の量と方向は、個々の心室の収縮期の性能と末梢血管の抵抗によって決まる。 収縮期には、左心室駆出は前方への流れを促進し、右心室駆出は逆の効果を持つ。 心室が血液を排出しておらず、両半月弁が閉じている拡張期には、大動脈峡部の血流の方向は主に上半身（脳を含む）と下半身（胎盤を含む）の血管抵抗の相対差に依存します1。 したがって、右室後負荷の増大（胎盤不全による子宮内胎児発育制限など）や左室後負荷の減少（低酸素血症、脳血管瘤、頸部血管腫瘍など）につながる条件では、拡張期の大動脈峡部の血流が反転する可能性がある。 羊の胎児を用いたいくつかの実験的研究3-6により、胎児心血管系の動態評価に大動脈峡部ドップラー流速計を使用するための病態生理学的基礎が確立されています。 さらに、臨床研究により、ヒト胎児における大動脈峡部の血流速度波形の記録可能性が示され7-10、血流パターンの異常は胎児の循環再分配または妥協と関連することが示されている11-15。 近年、大動脈峡部ドップラー流速測定は胎盤不全における周産期16および長期の神経発達17の転帰を予測することが示され、子宮内発育制限の胎児の評価において大動脈峡部ドップラー流速測定をルーチンに用いることが提案されている18。 明らかに、専門知識を有する一部の施設では、胎児の血行動態の調査において他の動脈および静脈ドップラーパラメータに加えて大動脈峡部ドップラー速度を使用していますが、認識されている技術的な難しさは、より広い臨床応用の可能性についていくつかの懐疑論につながっています。 Ultrasound in Obstetrics and Gynecology誌に掲載された大動脈峡部ドップラー速度計測の実施可能性と信頼性に関する多施設共同研究19では、この血管セグメントの十分な可視化と正確な同定にもかかわらず、大動脈峡部血流速度波形のパルス波ドップラー問診における適切なカーソル位置は依然として困難であることが示されている。 本稿の目的は、ヒト胎児における大動脈峡部のドップラー血流速度計測の実施方法について、臨床医に実用的なアドバイスを与えることである。

今日、超音波画像技術の向上により、適切に訓練された産科医や胎児/周産期循環器医は、それほど困難なく胎児の心臓と大血管の標準的なビューを取得することができるようになった。 大動脈峡部は、胎児心エコー検査で日常的に使用される縦断面（図1a～c）および横断面（図1d）の両方で容易に確認することができる。 この血管が確認できたら、ドップラーゲート（カーソル）を適切な位置に置き、インソネーションの角度をできるだけ低くして、図1に示したどのビューでもドップラー速度計測を行うことができる。 ドップラー流速波形はBモード画像やパルス波ドップラーでも得られるが（図1c）、血管の同定に役立ち、血流の方向がわかるので、カーソルの最適な位置がわかるカラー指向性パルス波ドップラー・インターローギングが推奨される。 パルス波のゲートサイズ（サンプル量）は、隣接する血管からの信号が記録されないように、胎児の妊娠年齢に依存する大動脈峡部の大きさに応じて調整する必要があります。 血流速度波形は胎児静止期に記録する。

いずれの超音波平面（縦断大動脈弓ビューまたは3血管と気管ビュー）から得られた大動脈峡部の流速波形は非常に似ており（図2）再現性がある9, 20. 縦断面では左鎖骨下動脈の起始部が比較的容易に描出されるため、正確なカーソルの位置決めが容易であり、大動脈横弓から血流速度波形を取得する可能性も低い。 一方、縦断大動脈弓ビューよりも三血管・気管ビューの方がシンプルで簡単で時間がかからない場合もある。

大動脈峡部流速波形は典型的な形状でほとんどの場合容易に認識することができる。 収縮期の速いアップストローク（短い加速時間）を持ち、平均収縮期ピーク速度は11週から臨月まで約30〜100cm/sの範囲である10, 21. この後、速度はより緩やかに減速し、収縮期の終わりには狭い切痕が（ほとんどの場合）見られる。 妊娠第3期の収縮末期には通常、ごく短時間の小さな流れの反転が見られる（図3a）7, 8. しかし、この収縮末期の短時間の流れの反転は20週以前には見られず7, 21、大動脈峡部の流速波形を断面撮影面（三管気管図）で取得した場合にはあまり記録されない10. 大動脈峡部の拡張期における血流の反転、または正味血流反転（すなわち、心周期中の総逆行流＜9044＞総反行流）は常に異常である（図3b）。

動脈管は大動脈峡部に近接しているため（図1a、d）、パルス波ドプラ検査では、ごくわずかな動きでもどちらかの血管から波形が取得されてしまうことがある（図4）。 ドップラー流速波形の取得中にパルス波ゲートが正しい位置にあることを確認するために、Bモードまたはカラーフロー画像を頻繁に更新することが必要な場合がある。 一般に、動脈管のドップラー波形は大動脈峡部の波形と若干異なる（図5）。 動脈管の妊娠年齢に応じた平均収縮ピーク速度は、大動脈峡部のそれよりもはるかに高く、11週から終期まで40〜120cm/sの範囲にある22-24。 実際、動脈管は胎児循環の中で最も高い血流速度を持っている25。 大動脈峡部とは対照的に、収縮末期における短時間の流れの反転は通常動脈管では見られず、生理学的条件下では正の拡張期速度がほぼ常に存在する。 収縮期の前方流は大動脈峡部の方が動脈管より早く始まり、ピークに達する（図3、6）。 ヒツジ胎児の実験では、右心室の前駆期は左心室より長く（57ms対48ms）26、動脈管流は峡部流より約48ms遅く始まり、加速時間が長い（52ms対18ms）27。 大動脈峡部と動脈管の血流速度波形が同時に得られ、互いに重ね合わされることがあり（図6）、ヒト胎児の心周期を直接比較することが可能であった。

大動脈峡部の直径と血流速度を測定することにより、非侵襲的に峡部体積血流（Qai）21を推定することが可能である。 Qai（単位：mL/min）＝時間平均最大速度（TAMXV、単位：cm/s）×π（直径/2、単位：cm）2×60。 しかし、体積流量の測定には限界があり、また複雑であるため、臨床的に使用するために他のいくつかの指標が提案されている。 基本的にこれらの指標は、絶対速度を用いて計算するものと、速度時間積分（VTI）を用いて計算するものがあり、原理が異なる。 Fouronら7は当初、いわゆるbalance index、すなわち（収縮期ピーク速度-拡張末期速度/（前向性VTI-後向性VTI））を提案したが、これは収縮期と拡張期のVTIの和に胎児心拍数をかけるとTAMXVとなるので絶対速度を用いる場合は脈動指数（PI）と同等であり、PI = （収縮期ピーク速度-拡張末期速度）/TAMXVである。 その後、IFI（isthmic flow index）、すなわち（収縮期VTI＋拡張期VTI）/収縮期VTIが提案されたが8、臨床医の間ではあまり普及していない。 速度に関する指標ではなく、VTIに関する指標を使用する論拠は、VTIの方が血流の量と方向に関するより良い情報を提供するという仮定であった。 しかし、この仮定は完全に正しいとは言えない。 例えば、TAMXVは、他の血管でそうであるように、体積血流を反映すると考えられ28, 29、正のTAMXV（またはPI）は、心周期中の純血流が逆行性であることを意味し、負の値は、逆行性流のVTI/VTI比＜9044＞1または＜5493＞1と同様に、純血流が逆行性であることを意味している。 同様に、PIも、TAMXV（1心周期におけるVTI×心拍数に相当）がその計算に用いられる式の分母であることから、逆流成分が存在する場合には、その大きさを反映していると考えられる。

大動脈峡部血流のIFIは、以下の5つのタイプに分けられる8。 タイプ I: IFI > 1、心周期を通して流れが逆行性である場合、タイプ II: IFI = 1、拡張期の流れがない場合、タイプ III: IFI = 0-1、拡張期の流れが逆行性でも純流は逆行性の場合、タイプ IV: IFI = 0、逆行性と逆流性が同じ場合、そしてタイプ V: IFI < 0、純流は逆行性の場合、です。 しかし、本当に重要なのは、拡張期血流が逆流するかどうか、そして正味血流が逆行するかどうかであり、これらは胎児の血行動態の悪化の兆候であるからである。 この文脈では、正常波形と異常波形は、単純な定性的（視覚的）評価によって、それぞれ前向きの拡張期血流（IFI値≧1）を示すものと逆向きの拡張期血流（IFI < 1）を示すものとして識別することが可能である。 IFIを用いた波形パターンをさらに多くのタイプに分類しても、周産期有害事象の予測値は向上しないようである8。

大動脈峡部逆行性拡張期血流は胎児循環の再分配を意味し、下半身（胎盤）抵抗に比べて上半身（脳）抵抗が低いことを示し、一方、純血流が逆転することは胎児が脳酸素化を維持できないことを示す3. PIや抵抗指数（RI）のような半定量的な指標は、下流のインピーダンスを反映することが知られており、ほとんどの超音波診断装置に付属するソフトウェアパッケージを使用して容易に計算することができる。 IFIの種類にかかわらず、子宮内発育抑制胎児では大動脈峡部のPIが増加し、絶対速度（特にTAMXV）が低下する16。 さらに、絶対速度はPIやRI、体積血流の算出に使用される定量的な変数である。 したがって、IFIではなく、絶対血流速とPIを用いることが、より簡便であり、臨床上も適切であると思われる。 しかし、収縮末期における正常所見である短時間の流れの反転は、PIを（収縮ピーク速度-拡張末期速度）/TAMXVとしてではなく、（最大速度-最小速度）/TAMXVとして計算すると、誤って高いPI値を与える可能性があるという事実には注意する必要がある。

大動脈峡部の血流速度波形の変化は、下行大動脈11、臍帯動脈12、静脈管15、30に比べ、早くから明らかになる。 胎盤抵抗の増加により臍帯血流量が50％減少すると、臍帯動脈拡張期血流は前方であっても大動脈峡部の拡張期血流が反転することが羊の胎児で示されている4. 臍帯動脈12, 16, 17あるいは静脈管15, 16の拡張末期血流がない／反転している胎児は、一貫して大動脈峡部の拡張期血流が逆行しているように見える。 大動脈峡部血流速度測定は、胎児心血管機能、すなわち心室の個々の性能、上部（脳を含む）および下部（胎盤を含む）体抵抗の相対的変化、および胎児酸素化に関する重要な情報を提供し、貴重な臨床ツールになる可能性を秘めている。 しかし、この胎児大動脈のセグメントは比較的短く、近傍に他の血管がいくつかあるため、血流速度波形を得ることは技術的に困難である。 ドップラー超音波検査による大動脈峡部の血流の正確な測定と解釈のためには、操作者が標準的な縦断大動脈弓ビューと三血管および気管ビューを得ること、Bモードで大動脈峡部を視覚化して認識すること、カラーフローモードで血流方向を認識すること、カーソルを適切に配置し、他の隣接血管と同様に大動脈峡部の波形パターンを認識し、胎児循環のこのセグメントの血流に影響すると考えられる因子について理解し、十分な訓練を受けることが重要である。