特許 7553562 介入手技の計画のためのコンピュータシミュレーションプラットフォーム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】介入手技の計画のためのコンピュータシミュレーションプラットフォーム

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/10 20160101AFI20240910BHJP

   G16H 50/50 20180101ALI20240910BHJP

【ＦＩ】

A61B34/10

G16H50/50

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2022532798

(86)(22)【出願日】2020-10-26

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-02-06

(86)【国際出願番号】 US2020057304

(87)【国際公開番号】W WO2021112970

(87)【国際公開日】2021-06-10

【審査請求日】2023-10-25

(31)【優先権主張番号】62/944,054

(32)【優先日】2019-12-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/076,213

(32)【優先日】2020-10-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503363552

【氏名又は名称】ザ ボード オブ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ネブラスカ

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100202751

【弁理士】

【氏名又は名称】岩堀 明代

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(74)【代理人】

【識別番号】100191086

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 香元

(72)【発明者】

【氏名】シャッツィジシス，イオアニス，エス．

【審査官】槻木澤 昌司

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００９／０３０４２４５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１１２６５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００２－２７２７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１０８６４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／００８４０６４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ３４／００－３４／１０

Ａ６１Ｂ ６／０３

Ａ６１Ｂ ８／１２

Ａ６１Ｂ １／３１３

Ａ６１Ｂ １／００

Ｇ１６Ｈ ５０／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンピュータ実施方法を含む介入手技計画のためのコンピュータシミュレーションプラットフォームであって、前記コンピュータ実施方法は、
侵襲的または非侵襲的イメージングに基づいて、血管内腔及び前記血管内腔の表面の３次元（３Ｄ）再構成を生成することと、
前記３Ｄ再構成された血管内腔及び前記血管内腔の表面のメッシュを生成することと、
物質特性を前記３Ｄ再構成された前記血管内腔の表面に割り当てることであって、前記物質特性を前記３Ｄ再構成された前記血管内腔の表面に割り当てることが、
前記侵襲的または非侵襲的イメージングに基づいて、壁またはプラークの厚さ、内腔面積、プラークの偏心、及びプラーク成分を決定すること、
前記血管内腔をプラーク物質の連続ゾーンに分割すること、並びに
純粋なカルシウムプラーク物質から純粋な脂質プラーク物質までの範囲で４分の１の数を割り当てること
を含むことと、
ステント及びバルーンの設計及び物質特性をインポートすることと、
前記ステント及びバルーンの設計及び物質特性に基づいて、メッシュ化されたステント及びバルーンを生成することと、
前記メッシュ化されたステント及びバルーンを、前記３Ｄ再構成された血管内腔及び前記血管内腔の表面の前記メッシュ内に位置付けることであって、圧着状態の前記メッシュ化されたステント及びバルーンを、前記３Ｄ再構成された血管内腔及び前記血管内腔の表面の前記メッシュ内に計算的に位置付け、前記メッシュと一致させることと、
前記メッシュ化されたステント及びバルーン並びに前記３Ｄ再構成された血管内腔及び前記血管内腔の表面の前記メッシュに基づいて、バルーン拡張前、ステント留置、及びバルーン拡張後のコンピュータシミュレーションを行うことと、
前記コンピュータシミュレーションに基づいて、ステント及び血管の形態学的測定値及び生体力学的測定値を評価することと、
を含む、コンピュータシミュレーションプラットフォーム。

【請求項2】

前記侵襲的または非侵襲的イメージングは、冠動脈造影法、血管内超音波法、光コヒーレンス断層撮影法、またはコンピュータ断層撮影血管造影法のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のコンピュータシミュレーションプラットフォーム。

【請求項3】

前記ステント及びバルーンの前記設計及び物質特性は、侵襲的または非侵襲的イメージングに基づいてインポートされる、請求項１に記載のコンピュータシミュレーションプラットフォーム。

【請求項4】

前記ステント及びバルーンの前記設計及び物質特性は、メーカーが提供したデータを含む１つ以上のデータベースからインポートされる、請求項１に記載のコンピュータシミュレーションプラットフォーム。

【請求項5】

前記バルーン拡張前、ステント留置、及びバルーン拡張後の計算は、有限要素解析を使用してコンピュータによりシミュレートされる、請求項１に記載のコンピュータシミュレーションプラットフォーム。

【請求項6】

前記物質特性は、侵襲的または非侵襲的イメージングに基づいて前記３Ｄ再構成された前記血管内腔の表面に割り当てられる、請求項１に記載のコンピュータシミュレーションプラットフォーム。

【請求項7】

侵襲的または非侵襲的イメージングに基づいて前記物質特性を前記３Ｄ再構成された前記血管内腔の表面に前記割り当てることは、
侵襲的または非侵襲的イメージングに基づいて、壁またはプラークの厚さ、内腔面積、プラークの偏心、及びプラーク成分を決定することを含む、請求項６に記載のコンピュータシミュレーションプラットフォーム。

【請求項8】

侵襲的または非侵襲的イメージングに基づいて前記物質特性を前記３Ｄ再構成されたプラークに前記割り当てることは、
前記血管内腔をプラーク物質の連続ゾーンに分割することと、
純粋なカルシウムプラーク物質から純粋な脂質プラーク物質までの範囲で４分の１の数を割り当てることと、
をさらに含む、請求項７に記載のコンピュータシミュレーションプラットフォーム。

【請求項9】

前記コンピュータ実施方法は、
前記３Ｄ再構成されたプラークに割り当てられた前記物質特性に基づいて、プラーク塑性を割り当てることをさらに含む、請求項８に記載のコンピュータシミュレーションプラットフォーム。

【請求項10】

介入手技のシミュレーション及び計画のためのシステムであって、
１つ以上の医用画像化デバイスと、
前記１つ以上の医用画像化デバイスに通信可能に結合された１つ以上のコンピュータシステムと、を備え、
前記１つ以上のコンピュータシステムは、
前記１つ以上の医用画像化デバイスから受信された侵襲的または非侵襲的イメージングデータに基づいて、血管内腔及び前記血管内腔の表面の３次元（３Ｄ）再構成を生成することと、
前記３Ｄ再構成された血管内腔及び前記血管内腔の表面のメッシュを生成することと、
物質特性を前記３Ｄ再構成された前記血管内腔の表面に割り当てることであって、前記物質特性を前記３Ｄ再構成された前記血管内腔の表面に割り当てることが、
前記侵襲的または非侵襲的イメージングに基づいて、壁またはプラークの厚さ、内腔面積、プラークの偏心、及びプラーク成分を決定すること、
前記血管内腔をプラーク物質の連続ゾーンに分割すること、並びに
純粋なカルシウムプラーク物質から純粋な脂質プラーク物質までの範囲で４分の１の数を割り当てること
を含むことと、
ステント及びバルーンの設計及び物質特性をインポートすることと、
前記ステント及びバルーンの設計及び物質特性に基づいて、メッシュ化されたステント及びバルーンを生成することと、
前記メッシュ化されたステント及びバルーンを、前記３Ｄ再構成された血管内腔及び前記血管内腔の表面の前記メッシュ内に位置付けることであって、圧着状態の前記メッシュ化されたステント及びバルーンを、前記３Ｄ再構成された血管内腔及び前記血管内腔の表面の前記メッシュ内に計算的に位置付け、前記メッシュと一致させることと、
前記メッシュ化されたステント及びバルーン並びに前記３Ｄ再構成された血管内腔及び前記血管内腔の表面の前記メッシュに基づいて、バルーン拡張前、ステント留置、及びバルーン拡張後のコンピュータシミュレーションを行うことと、
前記コンピュータシミュレーションに基づいて、ステント及び血管の形態学的測定値及び生体力学的測定値を評価することと、
を行うように構成される、システム。

【請求項11】

前記侵襲的または非侵襲的イメージングデータは、冠動脈造影データ、血管内超音波データ、光コヒーレンス断層撮影データ、またはコンピュータ断層撮影血管造影データのうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記ステント及びバルーンの前記設計及び物質特性は、前記１つ以上の医用画像化デバイスから受信された侵襲的または非侵襲的イメージングデータに基づいてインポートされる、請求項１０に記載のシステム。

【請求項13】

前記ステント及びバルーンの前記設計及び物質特性は、メーカーが提供したデータを含む１つ以上のデータベースからインポートされる、請求項１０に記載のシステム。

【請求項14】

前記バルーン拡張前、ステント留置、及びバルーン拡張後の計算は、有限要素解析を使用してコンピュータによりシミュレートされる、請求項１０に記載のシステム。

【請求項15】

前記物質特性は、前記１つ以上の医用画像化デバイスから受信された侵襲的または非侵襲的イメージングデータに基づいて、前記３Ｄ再構成された前記血管内腔の表面に割り当てられる、請求項１０に記載のシステム。

【請求項16】

侵襲的または非侵襲的イメージングデータに基づいて、前記物質特性を前記３Ｄ再構成された前記血管内腔の表面に前記割り当てることは、
侵襲的または非侵襲的イメージングデータに基づいて、壁またはプラークの厚さ、内腔面積、プラークの偏心、及びプラーク成分を決定することと、
前記血管内腔をプラーク物質の連続ゾーンに分割することと、
純粋なカルシウムプラーク物質から純粋な脂質プラーク物質までの範囲で４分の１の数を割り当てることと、
を含む、請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

前記１つ以上のコンピュータシステムは、
前記３Ｄ再構成されたプラークに割り当てられた前記物質特性に基づいて、プラーク塑性を割り当てるようにさらに構成される、請求項１６に記載のシステム。

【請求項18】

介入手技計画のためのコンピュータシミュレーションプラットフォームであって、
侵襲的または非侵襲的イメージングに基づいて、血管内腔及び前記血管内腔の表面の３次元（３Ｄ）再構成を生成することと、
前記３Ｄ再構成された血管内腔及び前記血管内腔の表面のメッシュを生成することと、
物質特性を前記３Ｄ再構成された前記血管内腔の表面に割り当てることであって、前記物質特性を前記３Ｄ再構成された前記血管内腔の表面に割り当てることが、
前記侵襲的または非侵襲的イメージングに基づいて、壁またはプラークの厚さ、内腔面積、プラークの偏心、及びプラーク成分を決定すること、
前記血管内腔をプラーク物質の連続ゾーンに分割すること、並びに
純粋なカルシウムプラーク物質から純粋な脂質プラーク物質までの範囲で４分の１の数を割り当てること
を含むことと、
ステント及びバルーンの設計及び物質特性をインポートすることと、
前記ステント及びバルーンの設計及び物質特性に基づいて、メッシュ化されたステント及びバルーンを生成することと、
前記メッシュ化されたステント及びバルーンを、前記３Ｄ再構成された血管内腔及び前記血管内腔の表面の前記メッシュ内に位置付けることであって、圧着状態の前記メッシュ化されたステント及びバルーンを、前記３Ｄ再構成された血管内腔及び前記血管内腔の表面の前記メッシュ内に計算的に位置付け、前記メッシュと一致させることと、
前記メッシュ化されたステント及びバルーン並びに前記３Ｄ再構成された血管内腔及び前記血管内腔の表面の前記メッシュに基づいて、バルーン拡張前、ステント留置、及びバルーン拡張後のコンピュータシミュレーションを行うことと、
前記コンピュータシミュレーションに基づいて、ステント及び血管の形態学的測定値及び生体力学的測定値を評価することと、
を含む、コンピュータシミュレーションプラットフォーム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本願は２０２０年１０月２１日に出願された「ＣＯＭＰＵＴＡＴＩＯＮＡＬ ＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮ ＰＬＡＴＦＯＲＭ ＦＯＲ ＰＬＡＮＮＩＮＧ ＯＦ ＩＮＴＥＲＶＥＮＴＩＯＮＡＬ ＰＲＯＣＥＤＵＲＥＳ」と題された米国非仮出願第１７／０７６，２１３号の優先権を主張する。当該非仮出願文献は、２０１９年１２月５日に出願された「ＣＯＭＰＵＴＡＴＩＯＮＡＬ ＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮ ＰＬＡＴＦＯＲＭ ＦＯＲ ＰＬＡＮＮＩＮＧ ＯＦ ＩＮＴＥＲＶＥＮＴＩＯＮＡＬ ＰＲＯＣＥＤＵＲＥＳ」と題された米国仮出願第６２／９４４，０５４号に対する米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく優先権を主張し、当該仮出願文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0002】

本発明は、概して、介入手技をシミュレート及び計画するためのシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0003】

冠動脈疾患は、西洋社会における主要な死因である。ステントは、米国で毎年行われる１３０万件の経皮的冠動脈インターベンションの７０～９０％で埋め込まれ、その２０％は分岐部を含む。冠動脈分岐部は、介入心臓病学において最も困難な病変サブセットの１つであり、手技の成功率が低く、心臓有害事象の発生率が高く、介入後から６か月～１年で１５～２０％の範囲で発生する。複雑な冠動脈インターベンション（分岐を含む）の頻度が継続的に増加する代わりに、分岐に関連する有害な結果の発生率はさらに増加すると予想される。薬剤溶出性ステントは新生内膜形成を減弱させるが、薬剤溶出性ステントによる再狭窄は、特に分岐していない部分と比較して分岐部の病変では依然として重要であり、ステント留置法及び関連の生体力学的環境がこの解剖学的サブセットの再狭窄傾向に支配的な役割を果たすことを示唆する。実際には、薬剤溶出性ステントは、ステントに関連する基本的な流体力学及び固体力学に対処しておらず、これらは、特に分岐部において、ステントの再狭窄に大きく寄与するように思われる。冠動脈分岐部と複数の提案された技術戦略への大きな関心にもかかわらず、分岐部の経皮的インターベンションは依然として困難であり、理想的な治療戦略は依然として実現が難しい。

【0004】

２つの分岐部が同一ではないため、全ての分岐部に適用できる単一の治療戦略が存在しない。分岐部インターベンションにおける最も重要な問題として、特定の分岐に合わせた最も適切な技術を選択することが挙げられる。コンピュータシミュレーションは、ステント留置の前後の分岐部における局所的な血行力学的微小環境を評価する可能性があり、新生内膜過形成及びステント血栓症に対する局所的な生体力学的応力の役割に関する重要な洞察を提供する。介入後の血行動態と解剖学的ステント再狭窄との定量的関係は、ステント留置法及びステント設計を最適化するのに役立ち、最終的に、臨床転帰を改善する。ロバストな計算の現代では、患者特有の解剖学的構造及び高解像度の冠動脈内画像診断法（例えば、光コヒーレンス断層撮影法、血管内超音波法等）、及び現実的な境界条件及び材料（動脈壁、バルーン、ステント）を使用する分岐ステント留置シミュレーションは、実行可能で正確であるように思われる。これらのシミュレーションでは、異なるステント及びバルーンの設計及び物質特性、ならびにプラークの物質特性（例えば、線維性、線維脂肪性、石灰化等）を考慮できる。患者の特定の形状及び生体力学的環境に合わせて分岐ステントを調整することは、臨床転帰の改善に役立ち得る。

【発明の概要】

【0005】

介入手技計画のためのコンピュータシミュレーションプラットフォームが開示される。複数の実施形態では、コンピュータシミュレーションプラットフォームはコンピュータ実施方法を含み、本方法は、侵襲的または非侵襲的イメージングに基づいて、血管内腔及び血管内腔の表面（例えば、内腔壁及び／または内腔壁に蓄積されたいずれかのプラーク）の３次元（３Ｄ）再構成を生成することと、３Ｄ再構成された血管内腔及び血管内腔の表面のメッシュを生成することと、物質特性を血管内腔の３Ｄ再構成された表面に割り当てることと、ステント及びバルーンの設計及び物質特性をインポートすることと、ステント及びバルーンのメッシュを生成することと、メッシュ化されたステント及びバルーンを、３Ｄ再構成された血管内腔及び血管内腔の表面のメッシュ内に位置付けることと、３Ｄ再構成された血管内腔及び血管内腔の表面のメッシュを用いて、バルーン拡張前、ステント留置、及びバルーン拡張後のコンピュータシミュレーションを行うことと、コンピュータシミュレーションに基づいて、ステント及び血管の形態学的測定値及び生体力学的測定値を評価することと、を含む。

【0006】

コンピュータシミュレーションプラットフォームのいくつかの実施形態では、３Ｄ再構成された血管内腔及び血管内腔の表面はメッシュ化されていない。これに関連して、３Ｄ再構成自体を使用して、バルーン拡張前、ステント留置、及びバルーン拡張後のコンピュータシミュレーションを行い得る。

【0007】

コンピュータシミュレーションプラットフォームのいくつかの実施形態では、侵襲的または非侵襲的イメージングは、冠動脈造影法、血管内超音波法、光コヒーレンス断層撮影法、またはコンピュータ断層撮影血管造影法のうちの少なくとも１つを含む。

【0008】

コンピュータシミュレーションプラットフォームのいくつかの実施形態では、ステント及びバルーンの設計及び物質特性は、侵襲的または非侵襲的イメージングに基づいてインポートされる。

【0009】

コンピュータシミュレーションプラットフォームのいくつかの実施形態では、ステント及びバルーンの設計及び物質特性は、メーカーが提供したデータを含む１つ以上のデータベースからインポートされる。

【0010】

コンピュータシミュレーションプラットフォームのいくつかの実施形態では、圧着状態のメッシュ化されたステント及びバルーンは、３Ｄ再構成された血管内腔及び血管内腔の表面のメッシュ内に計算的に位置付けられ、曲げられる。

【0011】

コンピュータシミュレーションプラットフォームのいくつかの実施形態では、バルーン拡張前、ステント留置、及びバルーン拡張後の計算は、有限要素解析を使用してコンピュータによりシミュレートされる。

【0012】

コンピュータシミュレーションプラットフォームのいくつかの実施形態では、物質特性は、侵襲的または非侵襲的イメージングに基づいて、血管内腔の３Ｄ再構成された表面に割り当てられる。

【0013】

コンピュータシミュレーションプラットフォームのいくつかの実施形態では、侵襲的または非侵襲的イメージングに基づいて物質特性を血管内腔の３Ｄ再構成された表面に割り当てることは、侵襲的または非侵襲的イメージングに基づいて、壁またはプラークの厚さ、内腔面積、プラークの偏心、及びプラーク成分を決定することを含む。

【0014】

コンピュータシミュレーションプラットフォームのいくつかの実施形態では、侵襲的または非侵襲的イメージングに基づいて物質特性を３Ｄ再構成されたプラークに割り当てることは、さらに、血管内腔をプラーク物質の連続ゾーンに分割することと、純粋なカルシウムプラーク物質から純粋な脂質プラーク物質までの範囲で４分の１の数を割り当てることと、を含む。

【0015】

コンピュータシミュレーションプラットフォームのいくつかの実施形態では、コンピュータ実施方法は、さらに、３Ｄ再構成されたプラークに割り当てられた物質特性に基づいてプラーク塑性を割り当てることを含む。

【0016】

介入手技をシミュレート及び計画するためのシステムも開示される。複数の実施形態では、本システムは、１つ以上の医用画像化デバイスと、１つ以上の医用画像化デバイスに通信可能に結合された１つ以上のコンピュータシステムとを含む。１つ以上のコンピュータシステムは、１つ以上の医用画像化デバイスから受信された侵襲的または非侵襲的イメージングデータに基づいて、血管内腔及び血管内腔の表面（例えば、内腔壁及び／または内腔壁に蓄積されたいずれかのプラーク）の３次元（３Ｄ）再構成を生成することと、３Ｄ再構成された血管内腔及び血管内腔の表面のメッシュを生成することと、物質特性を血管内腔の３Ｄ再構成された表面に割り当てることと、ステント及びバルーンの設計及び物質特性をインポートすることと、ステント及びバルーンのメッシュを生成することと、メッシュ化されたステント及びバルーンを、３Ｄ再構成された血管内腔及び血管内腔の表面のメッシュ内に位置付けることと、３Ｄ再構成された血管内腔及び血管内腔の表面のメッシュを用いて、バルーン拡張前、ステント留置、及びバルーン拡張後のコンピュータシミュレーションを行うことと、コンピュータシミュレーションに基づいて、ステント及び血管の形態学的測定値及び生体力学的測定値を評価することと、を行うように構成され得る。

【0017】

システムのいくつかの実施形態では、侵襲的または非侵襲的イメージングデータは、冠動脈造影データ、血管内超音波データ、光コヒーレンス断層撮影データ及び／またはコンピュータ断層撮影血管造影データを含む。

【0018】

システムのいくつかの実施形態では、ステント及びバルーンの設計及び物質特性は、１つ以上の医用画像化デバイスから受信された侵襲的または非侵襲的イメージングデータに基づいてインポートされる。

【0019】

システムのいくつかの実施形態では、ステント及びバルーンの設計及び物質特性は、メーカーが提供したデータを含む１つ以上のデータベースからインポートされる。

【0020】

システムのいくつかの実施形態では、圧着状態のメッシュ化されたステント及びバルーンは、３Ｄ再構成された血管内腔及び血管内腔の表面のメッシュ内に計算的に位置付けられ、曲げられる。

【0021】

システムのいくつかの実施形態では、バルーン拡張前、ステント留置、及びバルーン拡張後の計算は、有限要素解析を使用してコンピュータによりシミュレートされる。

【0022】

システムのいくつかの実施形態では、物質特性は、１つ以上の医用画像化デバイスから受信された侵襲的または非侵襲的イメージングデータに基づいて、血管内腔の３Ｄ再構成された表面に割り当てられる。

【0023】

システムのいくつかの実施形態では、侵襲的または非侵襲的イメージングデータに基づいて物質特性を血管内腔の３Ｄ再構成された表面に割り当てることは、侵襲的または非侵襲的イメージングデータに基づいて、壁またはプラークの厚さ、内腔面積、プラークの偏心、及びプラーク成分を決定することを含む。

【0024】

システムのいくつかの実施形態では、侵襲的または非侵襲的イメージングデータに基づいて物質特性を３Ｄ再構成されたプラークに割り当てることは、さらに、血管内腔をプラーク物質の連続ゾーンに分割することと、純粋なカルシウムプラーク物質から純粋な脂質プラーク物質までの範囲で４分の１の数を割り当てることと、を含む。

【0025】

システムのいくつかの実施形態では、１つ以上のコンピュータシステムは、さらに、３Ｄ再構成されたプラークに割り当てられた物質特性に基づいて、プラーク塑性を割り当てるように構成される。

【0026】

この発明の概要は、発明を実施するための形態及び図面で完全に説明されている主題の紹介のみとして提供される。発明の概要は、本質的な特徴を説明するために考慮するべきではなく、また、特許請求の範囲を決定するためにも使用するべきではない。さらに、前述の発明の概要及び以下の発明を実施するための形態は両方とも例示及び説明のみにすぎず、主張される主題を必ずしも限定するものではないことを理解されたい。

【0027】

添付図を参照して、詳細な説明が記述される。以下の説明及び図において異なる場合における同じ参照記号の使用は、類似または同一の項目を示し得る。本開示の様々な実施形態または例（「複数の例」）は、以下の詳細な説明及び添付の図面に開示される。図面は必ずしも正確な縮尺ではない。一般に、開示されたプロセスの動作は、特許請求の範囲で別段の定めがない限り、任意の順序で行われ得る。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本開示の１つ以上の実施形態による、介入手技のシミュレーション及び計画のためのシステムを示すブロック図である。

【図2】本開示の１つ以上の実施形態による、介入手技計画のためのコンピュータシミュレーションプラットフォームを示すフロー図である。

【図3】本開示の１つ以上の実施形態による、臨床分岐ステント留置シミュレーションのワークフローを示すフロー図である。

【図4】本開示の１つ以上の実施形態による、患者特有の分岐部におけるコンピュータシミュレーションベンチステント留置のプロセスを示す。

【図5】本開示の１つ以上の実施形態による、マイクロコンピュータ断層撮影（μＣＴ）による再構成モデルに対するステント留置シミュレーション結果の比較結果を示す。

【図6】本開示の１つ以上の実施形態による、ベンチ分岐モデルのコンピュータによるステント留置シミュレーションの定性的比較の結果を示す。

【図7】本開示の１つ以上の実施形態による、ステント留置後の内腔の形態学的比較の結果を示す。

【図8】本開示の１つ以上の実施形態による、臨床例における計算ステント対現実の形態学的比較の結果を示す。

【図9】本開示の１つ以上の実施形態による、コンピュータシミュレーション臨床ステント留置のプロセスを示す。

【図10】本開示の１つ以上の実施形態による、ステント留置後の内腔の形態学的比較の結果を示す。

【図11】本開示の１つ以上の実施形態による、臨床例における計算ステント対現実の形態学的比較の結果を示す。

【図12】本開示の１つ以上の実施形態による、ステント留置の前後の単一シミュレーション断面と光コヒーレンス断層撮影法（ＯＣＴ）との形態学的比較の結果を示す。

【図13】本開示の１つ以上の実施形態による、計算流体力学研究の結果を示す。

【図14】本開示の１つ以上の実施形態による、患者特有のシリコーン分岐モデル及びバイオリアクターフロー回路を示す。

【図15】本開示の１つ以上の実施形態による、３Ｄ分岐再構成ステップ及び血管造影処理のプロセスを示す。

【図16】本開示の１つ以上の実施形態による、ＯＣＴからの分岐内腔の３Ｄ再構成のためのプロセスを示す。

【発明を実施するための形態】

【0029】

本開示は、介入手技計画のためのコンピュータシミュレーションプラットフォームに関する。特に、図１～図１６を参照して、計算ステントプラットフォームが開示される。コンピュータシミュレーションは、カテーテル検査室における冠動脈疾患の解剖学的評価及び機能的評価に増分情報をもたらす可能性があり、経皮的インターベンションを導く。コンピュータによるステント留置モデルは、３Ｄ環境における、費用効果及び時間効率の高い方式で、問題となる「起こり得る事態」のシナリオを再現して、ステント留置術中に発生するイベントを解明できる。コンピュータによるステント留置は、ステント留置の前後の局所的な生体力学的微小環境を特徴付けでき、分岐ステント留置の最適化のためのフレームワークを提供し、臨床的にテストできる新しい仮説を生成する。

【0030】

ステントシミュレーションに関するいくつかの計算研究がこれまでに報告されており、その大部分は理想化された非分岐形状に特化している。分岐ステント留置に関する限定された計算研究が報告されている。これらの研究は、単純化されたプラーク物質特性を使用して限定された症例数（２未満）で、１ステント技術だけをコンピュータによりシミュレートし、シミュレーションと参照血管との定量比較は行われなかった。本開示は、完全に計算された患者特有のステント留置のための新規のプラットフォームを提示する。

【0031】

図１は、本開示の１つ以上の実施形態による、介入手技のシミュレーション及び計画のためのシステム１００を示す。システム１００は、１つ以上のコンピュータシステム１０２（例えば、コンピュータ、異なるステップ／プロセスを行う複数のコンピュータ、及び／または連続的にまたは並行して一緒に動作するコンピュータシステムのローカルまたはクラウドコンピューティングクラスタ）を含む。システム１００は、さらに、１つ以上のコンピュータシステム１０２に通信可能に結合される１つ以上の侵襲的または非侵襲的医用画像化デバイス１１０を含む。例えば、１つ以上の医用画像化デバイス１１０は、１つ以上のコンピュータシステム１０２に（例えば、有線で）物理的に接続され得、（例えば、ＷｉＦｉ、ＷＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等を介して）無線で接続され得、及び／または１つ以上の医用画像化デバイス１１０によって収集されたデータを記憶するように構成される少なくとも１つのポータブル記憶デバイス（例えば、ＵＳＢドライブ、ポータブルハードドライブ等）によって通信可能に結合され得、これにより、１つ以上のコンピュータシステム１０２にデータを転送できる。

【0032】

侵襲的または非侵襲的医用画像化デバイス１１０の例は、限定ではないが、ＣＴスキャナー、Ｘ線スキャナー、フルオロスコープ、超音波スキャナーを含む。複数の実施形態では、１つ以上の侵襲的または非侵襲的医用画像化デバイス１１０は、いずれかの数または組み合わせの前述のデバイスを含み得る。

【0033】

１つ以上のコンピュータシステム１０２は、本明細書に説明される様々な機能、ステップ、及び／または動作を行うことによって、コンピュータシミュレーションプラットフォームを実装するように構成され得る。複数の実施形態では、コンピュータシステム１０２（またはクラスタの各コンピュータシステム１０２）は、少なくとも１つのプロセッサ１０４、メモリ１０６、及び通信インターフェース１０８を含む。

【0034】

プロセッサ１０４は、少なくともコンピュータシステム１０２に処理機能を提供し、いずれかの数のプロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他の処理システム、ならびにデータ、実行可能コード、及びコンピュータシステム１０２によってアクセスまたは生成された他の情報を記憶するための常駐または外部のメモリを含み得る。プロセッサ１０４は、本明細書に説明される技術／動作を実施する非一時的コンピュータ可読媒体（例えば、メモリ１０６）に具体化された１つ以上のソフトウェアプログラムを実行できる。プロセッサ１０４は、それが形成される材料、またはそれに使用される処理メカニズムによって制限されないため、半導体（複数可）及び／またはトランジスタ等を介して（例えば、電子集積回路（ＩＣ）コンポーネントを使用して）実装できる。

【0035】

メモリ１０６は、プロセッサ１０４（場合により、コンピュータシステム１０２の他のコンポーネント）に、本明細書に説明される機能を行うことを命令するために、ソフトウェアプログラム及び／もしくはコードセグメント、または他のデータ等のコンピュータシステム１０２／プロセッサ１０４の動作に関連する様々なデータ及び／またはプログラムコードを記憶するための記憶機能を提供する有形のコンピュータ可読記憶媒体の例であり得る。したがって、メモリ１０６は、そのコンポーネント（例えば、プロセッサ１０４、通信インターフェース１０８等）を含む、コンピュータシステム１０２を動作するための命令のプログラム等のデータを記憶できる。シングルメモリ１０６が説明されているが、様々なタイプ及び組み合わせのメモリ（例えば、有形の非一時的メモリ）を使用できることに留意されたい。メモリ１０６は、プロセッサ１０４と一体にでき、スタンドアロンメモリを含み得る、または両方の組み合わせであり得る。メモリ１０６のいくつかの例は、取り外し可能及び取り外し不可能なメモリコンポーネントを含み得、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ（例えば、セキュアデジタル（ＳＤ）メモリカード、ミニＳＤメモリカード、及び／またはマイクロＳＤメモリカード）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）メモリ、磁気メモリ、光メモリ、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）メモリデバイス、ハードディスクメモリ、外部メモリ等が挙げられる。

【0036】

通信インターフェース１０８は、コンピュータシステム１０２のコンポーネントと通信するように動作可能に構成できる。例えば、通信インターフェース１０８は、プロセッサ１０４または他のデバイス（例えば、医用画像化デバイス１１０、他のコンピュータシステム１０２、ローカル／リモートサーバ等）からデータを検索し、メモリ１０６に記憶するためにデータを送信し、メモリ１０６のストレージからデータを検索する等を行うように構成できる。通信インターフェース１０８は、また、プロセッサ１０４と通信可能に結合されて、コンピュータシステム１０２のコンポーネントとプロセッサ１０４との間のデータ転送を容易にできる。通信インターフェース１０８はコンピュータシステム１０２のコンポーネントとして説明されているが、通信インターフェース１０８の１つ以上のコンポーネントは、有線接続及び／または無線接続を介してコンピュータシステム１０２に通信可能に結合された外部コンポーネントとして実装できることに留意されたい。コンピュータシステム１０２は、また、入力デバイス（例えば、マウス、トラックボール、トラックパッド、ジョイスティック、タッチパッド、タッチスクリーン、キーボード、キーパッド、マイク（例えば、音声コマンド用）等）及び／または出力デバイス（例えば、ディスプレイ、スピーカー、触覚フィードバックデバイス等）等の１つ以上の入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイスを含み得る、及び／または（例えば、通信インターフェース１０８を介して）１つ以上の入力／出力デバイスに接続できる。複数の実施形態では、通信インターフェース１０８は、また、送信機、受信機、トランシーバ、物理的接続インターフェース、またはそれらのいずれかの組み合わせを含み得る、またはそれらと結合され得る。

【0037】

本明細書に説明される機能、ステップ、または動作のいずれかは、１つのコンピュータシステム１０２によって全て必ずしも行われるとは限らないことを理解されたい。いくつかの実施形態では、様々な機能、ステップ、または動作は、１つ以上のコンピュータシステム１０２によって行われ得る。例えば、１つ以上の動作及び／またはサブ動作は第１のコンピュータシステムによって行われ得、追加動作及び／またはサブ動作は第２のコンピュータシステムによって行われ得る等が起こり得る。さらに、動作及び／またはサブ動作の一部は並行して行われ、それらが本明細書に開示される順序で必ずしも行われ得るとは限らない。

【0038】

図２は、介入手技計画のためのコンピュータシミュレーションプラットフォーム２００を示すフロー図である。複数の実施形態では、コンピュータシミュレーションプラットフォーム２００は、以下のブロック（例えば、機能、ステップ、及び／または動作）を含むコンピュータ実装方法によって具体化される。

【0039】

ブロック２０２において、侵襲的または非侵襲的イメージングデータは、１つ以上の血管（例えば、冠動脈分岐部または他のいずれの血管系もしくはその一部）について収集される。例えば、１つ以上のコンピュータシステム１０２は、１つ以上の画像化デバイス１１０を介して、侵襲的イメージングデータ（例えば、冠動脈造影法、血管内超音波法、及び／または光コヒーレンス断層撮影法によって取得される）及び／または１つ以上の血管に関連する非侵襲的イメージングデータ（例えば、コンピュータ断層撮影血管造影法によって取得される）を収集するように構成され得る。さらに、１つ以上のコンピュータシステム１０２は、１つ以上の画像化デバイス１１０を介して、下記に説明される例示的な実施形態（例えば、実施例１～３）に記載されるツール及び／または技術のいずれかを使用して、１つ以上の血管に関連する侵襲的イメージングデータ及び／または非侵襲的イメージングデータを収集するように構成され得る。

【0040】

ブロック２０４において、少なくとも１つの血管内腔（例えば、冠動脈分岐部またはいずれかの他の血管系もしくはその一部）及び血管内腔の表面（例えば、内腔壁及び／または内腔壁に蓄積されたいずれかのプラーク）の３Ｄ再構成は、１つ以上の画像化デバイス１１０によって収集された侵襲的または非侵襲的イメージングデータに基づいて生成される。例えば、１つ以上のコンピュータシステム１０２は、侵襲的イメージング（例えば、血管造影法、光コヒーレンス断層撮影法、または血管内超音波法）または非侵襲的イメージング（コンピュータ断層撮影血管造影法）のモダリティまたはこれらのモダリティのいずれかの組み合わせに基づいて、分岐内腔及び壁／プラークの３Ｄ再構成を生成するように構成され得る。動脈壁及びプラークの真の寸法（厚さ、偏心）を再構築することに特に重点が置かれている。さらに、３Ｄ再構成された分岐は患者特有である。さらに、１つ以上のコンピュータシステム１０２は、下記に説明される例示的な実施形態（例えば、実施例１～３）に記載されるツール及び／または技術のいずれかを使用して、１つ以上の画像化デバイス１１０によって収集された侵襲的または非侵襲的イメージングデータに基づいて、少なくとも１つの血管内腔（例えば、冠動脈分岐部またはいずれかの他の血管系もしくはその一部）及び血管内腔の表面（例えば、内腔壁及び／または内腔壁に蓄積されたいずれかのプラーク）の３Ｄ再構成を生成するように構成され得る。

【0041】

任意選択で、ブロック２０６において、３Ｄ再構成された血管内腔及び血管内腔の表面のメッシュが生成される。例えば、１つ以上のコンピュータシステム１０２は、下記に説明される例示的な実施形態（例えば、実施例１～３）に記載されるツール及び／または技術のいずれかを使用して、３Ｄ再構成された血管内腔及び血管内腔の表面のメッシュを生成するように構成され得る。コンピュータシミュレーションプラットフォームのいくつかの実施形態では、３Ｄ再構成された血管内腔及び血管内腔の表面はメッシュ化されていない。これに関連して、３Ｄ再構成自体を使用して、バルーン拡張前、ステント留置、及びバルーン拡張後のコンピュータシミュレーションを行い得る。

【0042】

ブロック２０８において、物質特性は、血管内腔の３Ｄ再構成された表面に割り当てられる。例えば、１つ以上のコンピュータシステム１０２は、１つ以上の画像化デバイス１１０によって収集された侵襲的または非侵襲的イメージングデータに基づいて、血管内腔の３Ｄ再構成された表面に物質特性を割り当てるように構成され得る。１つ以上の医用画像化デバイス１１０から受信された画像データに基づいて、現実的な物質特性を動脈壁及びプラークに割り当てできる。これは、これらの物質間の幅広い組み合わせを含む、脂質物質から繊維状物質及び石灰化物質にわたる物質の幅広い範囲を含み得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のコンピュータシステム１０２は、侵襲的または非侵襲的イメージングに基づいて、壁またはプラークの厚さ、内腔面積、プラークの偏心、及びプラーク成分を決定することによって、血管内腔の３Ｄ再構成された表面に物質特性を割り当てるように構成される。いくつかの実施形態では、１つ以上のコンピュータシステム１０２は、さらに、血管内腔をプラーク物質の連続ゾーンに分割し、純粋なカルシウムプラーク物質から純粋な脂質プラーク物質までの範囲で４分の１の数を割り当てることによって、血管内腔の３Ｄ再構成された表面に物質特性を割り当てるように構成される。システムのいくつかの実施形態では、１つ以上のコンピュータシステム１０２は、３Ｄ再構成されたプラークに割り当てられた物質特性に基づいて、プラーク塑性を割り当てるように構成される。さらに、１つ以上のコンピュータシステム１０２は、下記に説明される例示的な実施形態（例えば、実施例１～３）に記載されるツール及び／または技術のいずれかを使用して、１つ以上の画像化デバイス１１０によって収集された侵襲的または非侵襲的イメージングデータに基づいて、血管内腔の３Ｄ再構成された表面に物質特性を割り当てるように構成され得る。

【0043】

ブロック２１０において、ステント及びバルーンの設計及び物質特性がインポートされ、ステント及びバルーンのメッシュを生成するために使用される。真のステント設計及び材料、ならびにコンプライアント、セミコンプライアント、及び非コンプライアントの特性がある現実的な拡張前及び拡張後のバルーン形状は、コンピュータプラットフォーム２００に組み込まれる。例えば、１つ以上のコンピュータシステム１０２は、１つ以上の医用画像化デバイス１１０から受信された侵襲的または非侵襲的イメージングデータに基づいて、ステント及びバルーンの設計及び物質特性をインポートするように構成され得る。代替としてまたは加えて、１つ以上のコンピュータシステム１０２は、メーカーが提供したデータを含む１つ以上のデータベースからステント及びバルーンの設計及び物質特性をインポートするように構成され得る。１つ以上のコンピュータシステム１０２は、下記に説明される例示的な実施形態（例えば、実施例１～３）に記載されるツール及び／または技術のいずれかを使用して、好ましくは構造化メッシュを有するステント及びバルーンのメッシュを生成するように構成され得る。圧着状態のメッシュ化されたステント及びバルーンは、３Ｄ再構成された血管内腔及び血管内腔の表面のメッシュ内に計算的に位置付けられ、曲げられ得る。いくつかの実施形態では、ステント及びバルーンは、動脈の真の３Ｄコースに従って、内腔のメッシュ内で曲げられ、位置付けられる。さらに、１つ以上のコンピュータシステム１０２は、下記に説明される例示的な実施形態（例えば、実施例１～３）に記載されるツール及び／または技術のいずれかを使用して、ステント及びバルーンの設計及び物質特性をインポートし、ステント及びバルーンのメッシュを生成し、ならびに／または３Ｄ再構成された血管内腔及び血管内腔の表面のメッシュ内にもしくはメッシュに対してステント及びバルーンのメッシュを位置付けるように構成され得る。

【0044】

ブロック２１２において、コンピュータによるステントシミュレーションが行われる。例えば、１つ以上のコンピュータシステム１０２は、３Ｄ再構成された血管内腔及び血管内腔の表面のメッシュを用いて、バルーン拡張前、ステント留置、及びバルーン拡張後のコンピュータシミュレーションを行うように構成され得る。いくつかの実施形態では、バルーン拡張前、ステント留置、及びバルーン拡張後の計算は、有限要素解析を使用してコンピュータによりシミュレートされる。好ましくは、現実的な膨張圧力が使用される。各ステップの前負荷が次のステップの基準になり得るため、内腔及び壁の拡張が現実的なパターンに従うようになる。さらに、１つ以上のコンピュータシステム１０２は、下記に説明される例示的な実施形態（例えば、実施例１～３）に記載されるツール及び／または技術のいずれかを使用して、メッシュ構造を用いて、バルーン拡張前、ステント留置、及びバルーン拡張後のコンピュータシミュレーションを行うように構成され得る。

【0045】

ブロック２１４～ブロック２１８において、コンピュータシミュレーションに基づいて、ステント及び血管の形態学的測定値及び生体力学的測定値が評価される。例えば、１つ以上のコンピュータシステム１０２は、限定ではないが、ステントの拡張及び並置を含む形態学測定値を評価するように構成され得る。１つ以上のコンピュータシステム１０２は、さらに、計算流体力学及び有限要素解析を使用して、限定ではないが、動脈内腔、壁、及びステントの流体応力及び固体応力を含む生体力学的測定値（例えば、血行力学的測定値）を評価するように構成され得る。さらに、１つ以上のコンピュータシステム１０２は、下記に説明される例示的な実施形態（例えば、実施例１～３）に記載されるツール及び／または技術のいずれかを使用して、コンピュータシミュレーションに基づいて、ステント及び血管の形態学的測定値及び生体力学的測定値を評価するように構成され得る。

【0046】

提案された計算ステントプラットフォーム２００は、Ｃａｔｈ Ｌａｂにおける冠動脈疾患の解剖学的評価及び機能的評価に増分情報をもたらす可能性があり、経皮的インターベンションを導く。患者特有のコンピュータによるステント留置モデルは、３Ｄ環境における、費用効果及び時間効率の高い方式で、問題となる「起こり得る事態」のシナリオを再現して、ステント留置術中に発生するイベントを解明できる。これらのモデルは、ステント留置の前後の局所的な生体力学的微小環境を特徴付けでき、ステント留置の最適化のためのフレームワークを提供し、次に、臨床的にテストできる新しい仮説を生成する。高性能コンピュータの時代では、分岐ステント留置の予測に関する患者特有のコンピュータシミュレーションが実行可能で信頼性がある。

【0047】

分岐ステント留置のコンピュータシミュレーションは、当業界において、新世代のステントを開発するのに役立つ可能性があり、最終的には臨床転帰を改善する。ステント留置シミュレーションは、分岐ＰＣＩ（オートパイロットＰＣＩ）を導くために（ほぼ）リアルタイムで使用される可能性があり、これは、熟練ではないインターベンション医師にとって特に役立ち得る。患者特有の計算ステントアプローチは、分岐部の解剖学的構造、疾患の複雑さ、及び生体力学を包括的なスキームに統合する。これにより、患者の分岐部の広範囲の環椎の生成と、実際の分岐形状の全範囲に適用される様々なステント留置法のシミュレーションが可能になる。そのような患者の分岐環椎は、分岐の解剖学的構造の特定のグループに適したステント留置法を識別し、機械学習及び深層学習の戦略を使用してＣａｔｈ Ｌａｂで、リアルタイムで意思決定を行うための準備を整えるのに役立ち得る。また、提案されたコンピュータプラットフォームは、有用な教育ツール及びトレーニングツールに進化し得、最終的に、他の血管床（すなわち、頸動脈分岐または大動脈分岐または構造的心疾患のインターベンション）に適用できる。

【0048】

コンピュータシミュレーションプラットフォーム２００の特定の実施態様は、下記に説明される例及び実施形態（例えば、実施例１～３）で説明される。以下の例及び実施形態は、特許請求の範囲で別段の定めがない限り、本開示に限定されるものとして解釈するべきではない。他の実施態様では、本開示の範囲から逸脱することなく、同等のシステム、ツール、材料、ソフトウェア、及び／またはプロセスを使用し得る。さらに、特定の実施形態に関して記載された特定の態様または構成は、本開示の範囲から逸脱することなく、別の実施形態のいずれかの態様または構成と組み合わせて実装され得る。

【0049】

実施例１－患者特有のベンチステント留置

【0050】

シリコーン分岐モデル：インハウス技術を使用して、患者特有の冠動脈分岐部の４つのベンチモデルを作成した。具体的には、初期の分岐形状は、人間の冠動脈造影法から３Ｄ再構成されたものである。各モデルについて、ネガティブモールドが設計され、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）材料を用いて３Ｄプリントされた。アセトン蒸気を使用して金型の内面を滑らかにした後、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を金型に注入し、次に、ＰＤＭＳを硬化させるためにオーブンに入れた。次に、物理モデルをアセトンビーカーに浸してＡＢＳを溶解し、ベンチテスト用のシリコーン分岐モデルを生成した。

【0051】

造影強調マイクロコンピュータ断層撮影（μＣＴ）によるイメージング：高解像度の内腔ジオメトリを取得するために、全てのシリコーン分岐モデルは造影剤で満たされ、次に、次のパラメーター（画像の画素サイズ（２６．９μｍ）、電圧（１００ｋＶ）、及び電流（１００μＡ））を使用して、μＣＴ（例えば、ＳｋｙＳｃａｎ１１７２バージョン１．５，ＳＫＹＳＣＡＮ，Ａｎｔｗｅｒｐｅｎ，ベルギー）でスキャンした。ステント留置前のμＣＴに基づいて再構成された３Ｄモデルは、コンピュータによるステントシミュレーションへの解剖学的入力として機能した。

【0052】

シリコーン分岐モデルのベンチステント留置：シリコーン分岐モデルは、カスタムメイドのフローチャンバーに設置された。コンピュータ制御バイオリアクター回路が分岐部の入口及び出口に接続され、１００ｍｌ／分の安定した流量で１Ｌの脱イオン水の循環が可能になった。

【0053】

立体視スキャン：シリコーン分岐モデルに配置された全てのステントは、立体顕微鏡（例えば、ＯｌｙｍｐｕｓＳＺＸ１６，東京，日本）で画像化された。顕微鏡画像を使用して、固定点（例えば、隆起部）からのステントエッジの距離を測定し、計算モデルでステントの正確な位置付けを導いた。

【0054】

計算メッシュ：μＣＴによって再構成された３Ｄ内腔は、ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ（Ａｌｔａｉｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｒｏｙ，ＭＩ，米国）を使用して、４つのノードの四辺形シェル要素でメッシュ化された。ベンチステント留置術で使用されるステントのコンピュータ支援設計モデルは、メーカー（Ｂｏｓｔｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｍａｐｌｅ Ｇｒｏｏｖｅ，ＭＮ，米国、及びＭｅｄｔｒｏｎｉｃ Ｖａｓｃｕｌａｒ，Ｓａｎｔａ Ｒｏｓａ，ＣＡ，米国）によって呼び寸法で提供された。バルーンは、Ｇｒａｓｓｈｏｐｐｅｒ（Ｒｈｉｎｏｃｅｒｏｓ６．０（Ｒｏｂｅｒｔ ＭｃＮｅｅｌ ａｎｄ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｓｅａｔｔｌｅ，ＷＡ，米国）へのプラグイン）で、圧着状態でコンピュータにより作成された。ステントは、ビーム要素（Ｒｅｓｏｌｕｔｅ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ及びＲｅｓｏｌｕｔｅ Ｏｎｙｘ，Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ）または６面体要素（Ｓｙｎｅｒｇｙ，Ｂｏｓｔｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）を使用して、ＨｙｐｅｒＭｅｓｈでメッシュ化されたのに対し、バルーンは四辺形の有限膜ひずみ要素でメッシュ化された。

【0055】

物質特性：硬化したシリコーンサンプルを長方形の試験片に切断し、一軸圧縮試験を受けた。取得された力－変位曲線は、ひずみ－応力曲線に変換した。ネオフッキアン超弾性モデルを使用して、非線形ひずみ－応力曲線を適合した。シリコーンモデルの真の厚さを表すために、各分岐のシェル要素に特定の厚さを割り当てた。コンプライアントバルーン、セミコンプライアントバルーン、及び非コンプライアントバルーンの弾性率は、各々、３００ＭＰａ、９００ＭＰａ、及び１，５００ＭＰａと定義された。

【0056】

ステント及びバルーンの圧着、位置付け、及び曲げ：計算分岐モデルにおける正確なステント及びバルーンの位置付けは、血管造影、μＣＴ、及びステント留置されたシリコーンモデルの立体画像によって決定された。ステントは、最初に、半径方向の変位によって動かされる表面要素を使用することによって、名目状態から圧着された。圧着されたステント及びバルーンは、動脈の中心線に沿って位置付けられ及び曲げられた。

【0057】

ベンチステント留置術のコンピュータシミュレーション：ベンチステント留置術は、中央差分法（Ａｂａｑｕｓ／Ｅｘｐｌｉｃｉｔソルバー）を使用して、多段階の準静的有限要素解析によってシミュレートされた。分岐内腔のエッジは、剛体が動かないように固定された。バルーンのエッジは、全ての方向への動きを排除するように拘束された。異なる要素（バルーン－ステント、ステント－内腔、バルーン－内腔、バルーン－バルーン）間の相互作用をモデル化するために、摩擦係数が０．２のロバストな一般的な接触アルゴリズムが使用された。各手技ステップで使用された実際の膨張圧力は、対応するバルーンの内面に適用された。各ステップ後の内腔及びステントの応力がかかった構成は、次のステップの初期条件として使用された。計算モデルには非常に多くの要素及び複雑な接触があるため、コンピュータクラスター（４５２ Ｉｎｔｅｌ Ｘｅｏｎ Ｅ５－２６７０ ２．６０ＧＨｚ ２ ＣＰＵ／ノードあたり１６コア及び６４ＧＢ ＲＡＭ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｎｅｂｒａｓｋａ）を使用して、高速コンピュータシミュレーションを行った。

【0058】

計算ベンチステント留置のトレーニング：μＣＴポストステント留置による３Ｄ再構成された分岐及びステント形状は、コンピュータによるステント留置のトレーニングのグラウンドトゥルースとして機能した。シミュレートされた分岐及びμＣＴ分岐は、固定点として分岐隆起部を使用して同時登録された。比較研究には平均内腔径（ＭＬＤ）を使用した。

【0059】

結果：全てのベンチステント留置術（その大部分は多段階の２ステント技術であった）は、正常にシミュレートされた。図４は、２つのステントを用いたＴ＋突起（Ｔ－ａｎｄ－Ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎ）（ＴＡＰ）技術の代表的な例を示す。視覚的には、コンピュータによりシミュレートされたステントのサイズ及び形状は、実際のμＣＴで再構成されたステントとほぼ同一であった（図５（ａ））。ＭＬＤは、シミュレートされ、μＣＴで再構成されたステントの軸方向に沿ってプロットされ（図５（ｂ））、０．０２（－０．１２～０．１７）ｍｍの最小平均差が生じるブランドアルトマン分析による方法に対して定量的に比較された。

【0060】

造影強調μＣＴ及び立体画像は、さらに、位置異常のストラット、側枝口のサイズ及び形状、ならびに隆起部の解剖学的に敏感な部位の周りのストラットのギャップを含む、ベンチステント留置手技の詳細を高精度で複製する開示された計算ステントプラットフォームの能力を明らかにした（図６）。

【0061】

実施例２－臨床ステント留置

【0062】

患者データ：ＰＲＯＰＯＴ（冠動脈分岐部の病変における近位最適化技術のランダム化試験、ＩＲＢ承認番号１５－１５９－２）、ゾタロリムス溶出ステント（Ｒｅｓｏｌｕｔｅ ＩｎｔｅｇｒｉｔｙまたはＲｅｓｏｌｕｔｅ Ｏｎｙｘ，Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ）を使用して、冠動脈分岐部の暫定的ステント留置における近位最適化技術とキスバルーン膨張とを比較した多施設、前向き、非盲検研究から、患者特有のコンピュータシミュレーションのために７つの患者症例が選択された。全ての患者は、複数の血管造影面における冠動脈造影と、経皮的冠動脈インターベンション（ＰＣＩ）の前、ステント留置直後、及び手技の最後に、主血管（ＭＶ）及び側枝（ＳＢ）のＯＣＴによる冠動脈内イメージングを受けた。ＰＣＩ前の解剖学的イメージングデータを使用して、コンピュータによるステント留置シミュレーションへの解剖学的入力として機能する患者特有の冠動脈分岐部の解剖学的構造を３Ｄ再構成した。臨床分岐ステント留置術のコンピュータシミュレーションのワークフローを図３に示す。

【0063】

トレーニンググループ：７つの症例のうちの５つが計算ステントプラットフォームのトレーニングに使用された。この場合、オペレータは誰も盲検化されていなかった。このグループの症例で行われた全てのＰＣＩステップは、コンピュータ環境で複製された。ＰＣＩ後のＯＣＴデータは、コンピュータシミュレーションと比較するためのグラウンドトゥルースとして使用された。

【0064】

試験グループ：計算ステントプラットフォームのテストには２つの症例が選択された。血管造影及びＯＣＴイメージング分析、血管の３Ｄ再構成、コンピュータによるステント留置シミュレーション、及び比較研究を担当するオペレータは互いに盲検化されていた。ステント留置シミュレーションの結果は、ＰＣＩ後のＯＣＴイメージングと比較された。

【0065】

分岐形状の３Ｄ再構成：前述のように、ＰＣＩ前の分岐形状は血管造影及びＯＣＴの融合から３Ｄ再構成された。簡単に説明すると、分岐中心線は２つの血管造影面（Ｐｉｅ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ＢＶ，Ｍａａｓｔｒｉｃｈｔ，オランダ）から生成され、再構成のバックボーンとして機能した。セグメント化されたＯＣＴ画像（ＥｃｈｏＰｌａｑｕｅ４．０，Ｉｎｄｅｃ，Ｌｏｓ Ａｌｔｏｓ，ＣＡ，米国）は、隆起部を基準点として使用して中心線に沿って位置合わせされた。前述のように、ＯＣＴ画像の外側の境界線を描くために段階的なアプローチに従った。開示されたアプローチは、９５％を超える画像で正常に機能し、次のステップが含まれていた。（ｉ）外壁の境界が明確に定義されていない場合、外壁は完全な信号損失のマージンで制限された、（ｉｉ）完全な信号損失のマージンが血管周囲の１８０度未満で識別できなかった場合、目に見える外壁の境界が補間された、（ｉｉｉ）完全な信号損失のマージンが血管周囲の１８０度よりも大きい角度で識別できなかった場合、その特定のＯＣＴフレームは破棄され、隣接フレームは同じステップ（ｉ）～（ｉｉ）に従ってセグメント化された。位置合わせされた内腔及び壁の輪郭をロフトしてＭＶ及びＳＢの内面と外面を構築し、ＭＶ及びＳＢの表面を最終的に結合して、ＰＣＩ前後の分岐内腔及び壁を作成した。

【0066】

計算メッシュ：３Ｄ再構成された分岐モデルは、６面体要素（ＩＣＥＭ ＣＦＤ １７．２，ＡＮＳＹＳ，Ｉｎｃ．，Ｃａｎｏｎｓｂｕｒｇ，ＰＡ，米国）でメッシュ化された。ステント設計モデルは、メーカー（Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ Ｖａｓｃｕｌａｒ，Ｓａｎｔａ Ｒｏｓａ，ＣＡ，米国）によって呼び寸法で提供された。バルーンは、圧着状態のＧｒａｓｓｈｏｐｐｅｒで作成された。ステント及びバルーンは、各々、完全な６面体及び四辺形の有限膜ひずみ要素を使用してメッシュ化された。

【0067】

物質特性：コンピュータシミュレーションでは、壁の厚さ、内腔の面積、プラークの偏心、プラーク物質がＯＣＴによって決定された。６次多項式係数の応力／ひずみグラフによって表された実験データに基づいて、新規のプラークスコアリングシステムが構築された。脂質、繊維状物質及び石灰化物質の面積、円周、及び厚さは、画像化の専門家（ＹＳＣ）によって、ＭＶ及びＳＢの引き戻しにおいて各ＯＣＴフレームで評価された。注目すべきことに、画像化の専門家は、試験グループのシミュレーション結果が盲検化されていた。次に、ＭＶ及びＳＢを均質なプラーク物質の連続ゾーンに分割した。各ゾーンには、＋２（カルシウムのみ）から－２（脂質のみ）の範囲で４分の１の数（例えば、－０．２５、０、＋０．２５等）が割り当てられた。脂質が優勢な線維脂質プラークが－０．７５または－０．５、壊死性コアを伴う線維脂質プラークが－０．２５、線維性プラークが０、線維が優勢な線維脂質プラークが＋０．２５、中程度のカルシウムを伴う線維石灰化プラークが＋０．５、重度のカルシウムを伴う線維石灰化プラークが＋０．７５または＋１のように、スコアが割り当てられた。通常の壁の厚さ及び先細りはＯＣＴによって評価された。通常の壁物質は、前述のように、等方的超弾性機械的挙動を特徴付けるために、６次の縮小多項式構成方程式を使用してモデル化された。動脈媒体層の係数は、方程式を実験データに適合させることによって取得された。物質特性に基づいて、１９～２５％の範囲の壁の塑性が割り当てられた。Ｒｅｓｏｌｕｔｅ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ及びＲｅｓｏｌｕｔｅ Ｏｎｙｘのコバルト合金ＭＰ３５Ｎは、等方的硬化をもたらすＶｏｎ Ｍｉｓｅｓ－Ｈｉｌｌ塑性モデルでモデル化され、Ｒｅｓｏｌｕｔｅ ＯｎｙｘのＰｔ－Ｉｒ合金コアは完全な塑性でモデル化された。バルーンは、ベンチグループのシミュレーションと同じ物質特性がある純粋な線形弾性材料としてモデル化された。

【0068】

ステント及びバルーンの圧着、位置付け、及び曲げ：全てのステントは、最初に、半径方向の変位によって動かされる表面要素を使用して、名目状態から圧着された。圧着されたステント及びバルーンは、中心線に沿って位置付けられ及び曲げられた（図３）。ステント及びバルーンは、血管造影及びＯＣＴの基準マーカー（例えば、ステント／バルーン、隆起部、ガイドワイヤーの交点のＸ線不透過性マーカー）を参照することにより、分岐点に正確に位置付けられた。

【0069】

コンピュータシミュレーション：ＰＣＩステップの全てのステップは、中央差分法（Ａｂａｑｕｓ／Ｅｘｐｌｉｃｉｔソルバー）を使用して、多段階で大変形の準静的有限要素解析によって計算的に複製された。境界条件及びシミュレーションパラメーターは上記のとおりである。上記のコンピュータクラスターを使用して、コンピュータシミュレーションを行った。

【0070】

ＯＣＴからの３Ｄステント再構成：カスタムビルドのＧｒａｓｓｈｏｐｐｅｒ Ｐｙｔｈｏｎコードを使用して、ＯＣＴ及び血管造影画像からステントを３Ｄ再構成した。最初に、ステントストラットは個々の点としてセグメント化され、２Ｄ表面に平坦化された。２Ｄステント設計パターンを参照として使用して、ステント点はステントストラット及びリンクの中心線を表した線で接続された。２Ｄステント中心線をラップして３Ｄ内腔中心線にマッピングし直して、次に、ステントストラットの体積を追加した。

【0071】

計算流体力学（ＣＦＤ）研究：計算後のＰＣＩ分岐形状を使用して、ＣＦＤ分析の流体領域を離散化した（図３）。流体領域は、ＩＣＥＭ ＣＦＤ（ＡＮＳＹＳ Ｉｎｃ．，Ｃａｎｏｎｓｂｕｒｇ，ＰＡ，米国）を使用して４面体要素でメッシュ化された。一時的なＣＦＤシミュレーションは、Ｆｌｕｅｎｔ（ＡＮＳＹＳ Ｉｎｃ．）を用いて行われた。各動脈の入口で拍動流を適用した。Ｈｕｏ－Ｋａｓｓａｂ（ＨＫ）の法則を使用して、２つの娘枝の直径比と、枝を通る流量比との関係を導き出した。内腔及びステントの表面は、滑り止めの境界条件が適用された剛体として近似された。血液密度は１，０６０ｋｇ／ｍ^３の値で一定であると見なした。血液の非ニュートン性を考慮するためにカローモデルを採用した。各パラメーターの値として、［μ_∞＝０．００３５Ｐａ・ｓ、μ_０＝０．２５Ｐａ・ｓ、λ＝２５ｓ、及びｎ＝０．２５］を使用した。０．００９秒のステップ時間で１００の時間ステップに分割された１つの全心周期をシミュレートした。

【0072】

比較指標：コンピュータによるステント留置シミュレーション後の最終的な内腔及びステントの形状を、ＰＣＩ後のＯＣＴでセグメント化された内腔及びステントの断面と比較した。ＰＣＩ後のＯＣＴの断面を参照として使用した。シミュレートされた分岐及びＯＣＴ断面のフレーム番号は、固定マーカーとして隆起部を使用して同時登録された。ステント留置されたＭＶに沿ったＭＬＤ及び平均ステント径（ＭＳＤ）を比較指標として使用した。

【0073】

統計的手法：統計分析は、統計パッケージＧｒａｐｈＰａｄ Ｐｒｉｓｍ８．０（ＧｒａｐｈＰａｄ Ｉｎｃ．，Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ，米国）を使用して行われた。連続変数は、平均±平均の標準誤差として表された。ブランドアルトマン分析を比較に使用した。ここで、ｐ値＜０．０５の場合、統計的に有意であると見なした。

【0074】

トレーニンググループの結果：トレーニンググループでは、全ての臨床ステント留置術は、１つのステント技術で行われ、当社のコンピュータプラットフォームで正常にシミュレートされた。視覚的には、コンピュータによりステント留置された分岐内腔は、ステント留置後の血管造影内腔との高い定性的一致が生じる（図７）。ブランドアルトマン分析では、ＭＬＤの差がゼロに近いことが明らかになった［平均バイアスは０．０７ｍｍ（－０．３１～０．４５）ｍｍであった］。同様に、コンピュータによりシミュレートされたステントは、ＯＣＴ及び血管造影を融合することによって３Ｄ再構成された実際のステントの形状及びサイズと高い類似性を示した（図８（ａ）及び（ｂ））。コンピュータによりシミュレートされた１６個のステントのＭＳＤは、ＯＣＴステントセグメンテーションと定量的に比較され、非常に高い一致が得られた［平均バイアスは０．１４ｍｍ（－０．２２～０．４９）ｍｍであった］。特に、患者＃１では、コンピュータシミュレーションにより、局所的な硬いプラーク物質に続発する隆起部周辺のステントの拡張不足が再現された。患者＃５では、コンピュータによるステント留置により、ステントストラット間の大きなギャップと、近位ステントの拡張後に続く近位ＭＶにおける結果としての過剰拡張内腔が再現された。

【0075】

試験グループの結果：試験グループでは、術前の解剖学的情報（血管造影及びＯＣＴ）を使用して、臨床ステント留置を複製する開示されたコンピュータプラットフォームの能力を評価した（図９）。コンピュータシミュレーションのオペレータは、術後ＯＣＴが盲検化されていた。図１０及び図１１に示されるように、コンピュータによるステント留置術は、術後ＯＣＴと非常に高い一致が生じ、プラットフォームのロバスト性を示唆する。ブランドアルトマンによる定量比較では、ＭＬＤ及びＭＳＤにわずかな違いが示された［平均バイアスは、各々、０．０９ｍｍ（－０．２９～０．４６）及び０．１３ｍｍ（－０．２４～０．４９）ｍｍであった］。図１２は術前ＯＣＴの盲検的使用の例を提供し、内腔面積、プラークの厚さ及び偏心の解剖学的情報をコンピュータプラットフォームに組み込み、術後ＯＣＴによって同様の内腔及びステント拡張を生じさせた現実的なコンピュータシミュレーションを実現するために、患者特有の物質特性が割り当てられる。

【0076】

ＣＦＤ研究：開示されたシミュレートされた手技におけるＣＦＤの実現可能性を示すために、ＭＶ及びＳＢの軸方向に沿った時間平均壁せん断応力（ＴＡＷＳＳ）をコンピュータによるステント留置の前後で比較した（図１３）。定量的及び定性的に示されるように、ステント留置において、ＭＶのＴＡＷＳＳが正規化された。

【0077】

患者特有の分岐ステント留置シミュレーション用に提案されたコンピュータプラットフォーム（すなわち、コンピュータシミュレーションプラットフォーム２００）は、臨床研究、臨床的判断、ステント製造、及びステント留置法の教育のための信頼できるリソースを提供する。より具体的には、コンピュータによるステント留置は、患者特有の解剖学的及び生理学的データと、臨床エンドポイントを高度に予測する代理エンドポイント（すなわち、拡張不足、誤配置、流動力学）を使用する仮想臨床試験（コンピュータ内で行われる）で使用できる。これらの仮想臨床試験は、異なるステント留置法またはステントプラットフォームの性能を調査するために大量の患者データを適切に活用できるため、実際の臨床試験を導くことがもたらされる。現在進行中のフローＩＳＲは、そのような仮想臨床試験の一例である。この研究では、患者特有の冠動脈分岐部における異なる１ステント技術及び２ステント技術が比較されている。心臓カテーテル検査室では、術前の計画及び意思決定を行うために、コンピュータによるステント留置シミュレーションを使用できる。最も好ましいステントの拡張及び並置、ならびに血行力学的微小環境を確保する最適なステント留置術及び拡張後技術のコンピュータによる識別は、インターベンション医師に貴重なガイダンスを提供し、できる限り、手技の成功及び長期的な臨床転帰を高めることができる（精密医療が可能になる）。ステントメーカーに関して、患者特有の解剖学的構造を用いた費用対効果の高いコンピュータによるステント戦略は、ステント検査のための基礎研究及び動物研究の必要性を最小限に抑える可能性がある。コンピュータシミュレーションは、ステント設計（例えば、クラウン及びリンクの数、ストラットサイズ）及び力学（半径方向及び縦方向の強度、拡張能力、血管の足場）の最適化に役立つ。計算アプローチにより、現実的な血管環境で異なるステント設計を効果的に評価できるため、ステントプロトタイプを製造して実験的にテストする必要がなくなり、開発時間及び製造コストがかなり削減される。コンピュータによるステント留置に関する別の重要な検討事項として、分岐ステント留置法についてスタッフ及び医師を訓練するための教育ツールとして使用できることが挙げられる。複合現実技術は、さらに、この目標に向けて支援できる。最後に、コンピュータによる分岐ステント留置は、他の血管床（例えば、頸動脈、腎臓、または大動脈の分岐）に転用できる。

【0078】

冠動脈分岐部は、冠動脈疾患に対する感受性が高い心外膜冠動脈枝の固有の解剖学的部位を表す。主血管（ＭＶ）及び側枝（ＳＢ）の角度及び直径を含む分岐部の特定の解剖学的特徴は、局所的な血行力学的環境及びその後のアテローム性動脈硬化症の傾向に大きな影響を及ぼす。分岐部の解剖学的構造及び疾患の程度は、分岐ステント留置戦略及び臨床転帰の実質的な決定要因である。分岐部の解剖学的構造及び疾患の負担の３次元（３Ｄ）表現は、分岐部の疾患の解剖学的複雑さを深く理解し、開示されたステント戦略を最適化するのに役立つことができた。

【0079】

冠動脈分岐部の専用の単一モダリティ３Ｄ再構成は、３Ｄ定量的冠動脈造影法（３Ｄ ＱＣＡ）または冠動脈コンピュータ断層撮影血管造影法（ＣＴＡ）のいずれかで行うことができる。しかしながら、これらのモダリティは両方とも大きな制限がある。３Ｄ ＱＣＡは、２つの２Ｄ血管造影面の使用に関連する固有の仮定のため、分岐内腔の正確な幾何学的情報を提供できない。それにもかかわらず、３Ｄ ＱＣＡは、分岐中心線の３Ｄコースに関する正確な詳細を提供する。冠動脈ＣＴＡは、心臓及び肺の動きアーチファクト及び冠動脈の石灰化によって制限され、結果として、患者の下降部が除外される。冠動脈ＣＴＡまたは侵襲的血管造影のみとの、ＭＶの血管内超音波法（ＩＶＵＳ）または光コヒーレンス断層撮影法（ＯＣＴ）の融合に基づく、分岐部のハイブリッドマルチモダリティ３Ｄ再構成が説明される。これらのアプローチには、主にＳＢ再構成の精度に関連する制限がある。特に、ＭＶ及びＳＢの再構成に異なる画像診断法を使用すると、幾何学的に敏感で臨床的に重要な分岐部の隆起部及びＳＢの再構成が不正確になる。また、ＭＶの再構成に侵襲的イメージング（ＩＶＵＳ）を使用し、ＳＢの再構成に非侵襲的イメージング（ＣＴＡ）を使用することは、臨床現場では容易に適用できない。

【0080】

本開示は、現在の最先端技術に基づいており、侵襲性冠動脈造影法（分岐中心線を提供する）と、ＭＶ及びＳＢの両方のＯＣＴとの融合に基づいて、冠動脈分岐部の３Ｄ再構成のための新規の戦略を提案する。本明細書に説明される研究において、（ｉ）冠動脈分岐部の３Ｄ再構成の方法論を説明すること、（ｉｉ）患者特有のシリコーン分岐モデル及び様々な程度の疾患を患う患者の冠動脈分岐部において、本方法の精度、実現可能性、及び再現性を体系的にテストすること、が行われた。

【0081】

実施例３－冠動脈分岐部の３Ｄ再構成

【0082】

シリコーンモデル：開示されたアルゴリズムを使用して、冠動脈分岐部の５つの患者特有のシリコーンモデルを３Ｄ再構成した。分岐形状は、市販のソフトウェア（３Ｄ ＣＡＡＳ Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ８．２，Ｐｉｅ ｍｅｄｉｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ，Ｍａａｓｔｒｉｃｈｔ，オランダ）を使用して、心周期の拡張期中に、ヒト冠動脈血管造影図から３Ｄ再構成された。プロセスのフロー図が図１４（ａ）に示される。関心領域の境界を定め、撮像手技中にシリコーンモデルを安定させるために、管状拡張部及び固定マーカーは、コンピュータ支援設計ソフトウェア（Ｒｈｉｎｏｃｅｒｏｓ ６，Ｒｏｂｅｒｔ ＭｃＮｅｅｌ＆Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｓｅａｔｔｌｅ，米国）を使用して、再構成された分岐部の入口及び出口に追加される。全てのモデルについて、ネガティブモールドが設計され、ステレオリソグラフィー（ＳＴＬ）ファイルに変換された。ＳＴＬファイルは、１７８μｍの解像度でＳｔｒａｔａｓｙｓ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｅｌｉｔｅ ３Ｄプリンター（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ，Ｒｅｈｏｖｏｔ，イスラエル）を使用して、アクリロニトリルブタジエンスチレン材料で３Ｄ印刷された。アセトン蒸気を使用して、滑らかな内面を生成した。金型を室温で８～１２時間保存し、蒸留水で洗浄して乾燥させた。ポリジメチルシロキサンをその硬化剤と混合し、次に、合計で１時間３０分にわたり真空中に置いて、気泡を除去した。続いて、ポリジメチルシロキサンを乾燥したクリーンな金型に注ぎ、真空中に置いて残っている気泡のいずれも除去し、次に、それをオーブンに入れて、６５℃の温度で４８時間にわたってポリジメチルシロキサンを硬化させた。硬化後、シリコーンモデルをアセトンビーカーに入れ、超音波洗浄機（Ｂｒａｎｓｏｎ １８００，Ｃｌｅａｎｏｓｏｎｉｃ，Ｖｉｒｇｉｎｉａ，米国）に８～１０時間入れて、全てのアクリロニトリルブタジエンスチレン材料を溶解した。

【0083】

造影強調マイクロコンピュータ断層撮影（μＣＴ）によるイメージング：全ての分岐モデルは、次のパラメーター（画像画素サイズ２６．９４μｍ、電圧１００ｋＶ、電流１００μＡ、及びスライス厚２７μｍ）を使用して、μＣＴ（Ｓｋｙｓｃａｎｎｅｒ１１７２バージョン１．５）で撮像された。内腔の境界を効果的に視覚化するために、ヨウ素化造影剤（３７％）を内腔に注入した。分岐は、３Ｄ医用画像ソフトウェア（Ｍａｔｅｒｉａｌｉｓｅ Ｍｉｍｉｃｓ２２．０，Ｍａｔｅｒｉａｌｉｓｅ，Ｌｅｕｖｅｎ，ベルギー）を使用してμＣＴ画像から３Ｄ再構成され、Ｍｅｓｈｍｉｘｅｒ（Ａｕｔｏｄｅｓｋ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ）を使用して滑らかにした。

【0084】

侵襲的撮像手技のためのバイオリアクターフロー回路：シリコーンベースの分岐モデルは、カスタムメイドのフローチャンバーに設置された。ポリ塩化ビニルチューブは、シリコーンモデルの入口ポート及び出口ポートに接続された。バイオリアクター回路をフローチャンバーの入口及び出口に接続し、室温で１００ｍｌ／分の定常流量で１，０００ｍｌの脱イオン水を循環させた（図１４（ｂ））。全ての分岐モデルは、ＭＶ及びＳＢの両方の血管造影とＯＣＴイメージングで撮像された。

【0085】

分岐中心線の３Ｄ再構成のための３Ｄ ＱＣＡ：分岐モデルの３Ｄ再構成のためのフローチャートが図１５（ａ）に示され、詳細なステップは、図１５（ｂ）及び（ｃ）、ならびに図１６に示される。分岐モデルの血管造影では、視野角に少なくとも３０°の差がある２つの投影が行われた（図１６（ｂ））。各投影では、関心のあるセグメントの内腔が手動で検出され、分岐隆起部が共通の参照位置（例えば、隆起基準）として設定された。分岐モデルの３ＤレプリカはＣＡＡＳで作成され、ＭＶ及びＳＢの中心線を抽出するためにＶＭＴＫ（Ｏｒｏｂｉｘ，Ｂｅｒｇａｍｏ，イタリア）にエクスポートされた。各中心線上に、中心線に投影された隆起基準に従って、隆起点を見つけることができる（図１６（ｃ））。

【0086】

ＯＣＴの獲得及びセグメンテーション：ＭＶ及びＳＢのＯＣＴイメージングは、ＯＰＴＩＳ統合システム（Ａｂｂｏｔｔ，Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ，米国）を使用して取得された（図１６（ａ））。ＯＣＴカテーテル（Ｄｒａｇｏｎｆｌｙ，Ｏｐｔｉｓ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｃａｔｈｅｔｅｒ）は、６Ｆガイディングカテーテルを通って前進し、７５ｍｍにわたって３６ｍｍ／秒（５フレーム／ｍｍ）の速度で引き戻され（造影剤を用いない生理食塩水によって自発的に起きる）、遠位から近位の固定マーカーへのＭＶ及びＳＢの全長をカバーした（図１４（ａ））。ＯＣＴフレームの内腔セグメンテーションは、ｅｃｈｏＰｌａｑｕｅ４．０（ＩＮＤＥＣ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＬｏｓＡｌｔｏｓ，ＣＡ，米国）を使用して半自動で実行された（図１６（ｂ））。

【0087】

分岐内腔再構成のためのＯＣＴ処理：分岐内腔再構成の詳細なステップが図１６に示される。簡単に説明すると、セグメント化されたＯＣＴフレームはＧｒａｓｓｈｏｐｐｅｒ ３Ｄ（Ｒｈｉｎｏｃｅｒｏｓ ３Ｄ内で実行されるビジュアルプログラミング言語及び環境）にインポートされ、カテーテルの中心に沿って直線でパッケージングされた（図１６（ｃ））。ＯＣＴフレームの不整合はインハウススクリプトで修正された（図１６（ｄ）及び（ｅ））。正しく位置合わせされたＯＣＴフレームは、各々の分岐中心線上に垂直に位置付けられ、中心線は全てのフレームの重心を通過した（図１６（ｆ））。特に、隆起部のＯＣＴフレームは隆起点（図１６（ｆ）の点Ａ）に位置付けられ、残りのフレームは、それらの間の既知の距離に従って、中心線に沿った特定の位置に位置付けられた。次に、フレームを回転させて、隆起基準と位置合わせした（図１６（ｇ）の点Ｃ）。ＭＶ及びＳＢの一次表面が作成され、Ｔスプラインの方法を使用して、最終的に均一で滑らかな連続分岐表面を作成するための参照として機能した（図１６（ｈ））。

【0088】

追加の詳細は、Ｗｕ，Ｗ． ｅｔ ａｌ．，「３Ｄ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｒｏｎａｒｙ Ａｒｔｅｒｙ Ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｓ ｆｒｏｍ Ｃｏｒｏｎａｒｙ Ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ，Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ，ａｎｄ Ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｉｌｉｔｙ」，Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｐｏｒｔｓ（２０２０）で説明されており、本文献は全体として参照によって本明細書に組み込まれる。

【0089】

開示された方法論は、臨床的に重要な用途がいくつかある。３Ｄ再構成された分岐は、正確な分岐の解剖学的構造、ならびに冠動脈疾患の程度及び重症度について、処置医に知らせることができる。疾患の負担を深く理解することで、より良い手技の計画及び結果をもたらし得る。さらに、計算及び実験（ベンチ）流体力学研究に３Ｄ再構成された分岐内腔自体を使用して、自己冠動脈疾患の発症及び進行、ならびにステント内の再狭窄及び血栓症における流れの役割を調べることができる。開示された方法論は、現実的な計算流体力学研究に必要な正確な幾何学的入力を提供する。開示された技術は、有限要素解析及び患者特有の計算分岐ステント留置シミュレーションの基礎を作成できる。

【0090】

さらに、患者特有の分岐部の解剖学的構造及びプラークの特性、ならびに現実的なステント形状を使用するコンピュータによるステント留置シミュレーションにより、ステント留置法の個別の計画を提供できる。患者特有の分岐部の解剖学的構造は、新世代のステントのテスト及び開発に関する産業にも特に関係がある。最後に、開示された方法論の基本原理は、他の侵襲的画像診断法（例えば、ＩＶＵＳ）、またはさらに、非侵襲的イメージング（例えば、冠動脈ＣＴＡ）に転用できる。内腔の中心線及び内腔／血管壁の境界を抽出するために利用可能な画像データがある限り、開示された方法論は良好に機能する可能性がある。

【0091】

添付の図面に示される実施形態を参照して当技術を説明してきたが、特許請求の範囲に記載されている技術の範囲から逸脱することなく、同等のものを使用し得、本明細書で置換が行われ得る。本明細書に図示及び説明される構成要素は、本発明の実施形態を実施するために使用され得、本発明の範囲から逸脱することなく、他のデバイス及び構成要素と交換され得るデバイス及び構成要素の例である。さらに、本明細書に提供される寸法、角度、及び／または数値範囲のいずれかは、特許請求の範囲で別段の定めがない限り、非限定的な例として理解するべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】