歴史再訪！冠動脈分岐部病変の評価における専用QCAソフトウェアの重要性

9月 3, 2026 · 論文解説

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解説対象論文: The need for dedicated bifurcation quantitative coronary angiography (QCA) software algorithms to evaluate bifurcation lesions
EuroIntervention｜被引用数: 29（2026年9月15日時点）

冠動脈疾患の診断において、狭窄の正確な評価は治療方針を決定する上で極めて重要です。特に血管が分岐する「分岐部病変」は複雑な解剖学的特徴を持つため、従来の定量冠動脈造影（QCA）ソフトウェアでは正確な評価が難しいとされてきました。本記事では、この課題を克服するために開発された専用の分岐部QCAソフトウェアの必要性と、その優れた精度について、最新の研究論文を基に解説します。

研究サマリー（FINER & PICO）

Feasible実施可能性	既に市販されているQCAソフトウェアを用いており、臨床への適用が容易です。
Ethical倫理面	人間を対象とせずファントムモデルで検証されており、倫理的な懸念は最小限です。
Interesting面白さ	分岐部病変評価の精度向上は、治療方針決定に直結するため、非常に興味深い知見です。
Novel新規性	分岐部病変の複雑な解剖学的特徴に対応する専用QCAアルゴリズムの優位性を検証した点に新規性があります。
Relevant切実さ	分岐部病変は心臓疾患治療において重要な課題であり、その正確な評価は対象者の転帰改善に大きく貢献します。
Measurable測定可能性	ファントムモデルを使用し、MLD、RefD、%DSといった客観的な数値で精度と正確性を厳密に測定しています。
Modifiable派生・改善	従来のQCAソフトウェアの課題を特定し、専用ソフトウェアによって改善策が提案されており、現状を修正可能です。
Structured文章構造	従来のソフトウェアの限界、専用ソフトウェアの詳細なメカニズム、ファントムを用いた比較検証、臨床的意義という明確な構造で議論されています。
PICO / PECO対象・介入・比較・結果	P: 冠動脈分岐部病変、I: 専用分岐部QCAソフトウェア、C: 従来の単一血管QCAソフトウェア、O: より正確な病変評価。

はじめに：なぜQCAが重要なのか

どうも、Beyond the Pixelです。冠動脈造影における狭窄の視覚的評価は、専門家間のばらつきが大きく、信頼性が低いことが知られています。そこで、客観的かつ正確で再現性のある冠動脈病変の定量化を目指し、定量冠動脈造影（QCA）ソフトウェアが開発されました。QCAから得られるパラメータは、新しいステント技術の有効性や薬物療法の効果を評価する臨床試験において、代替エンドポイントとして利用されてきました。しかし、人間の冠動脈血管系はフラクタル幾何学に従い、すべての分岐点で血管径が自然に段階的に小さくなる「ステップダウン現象」が生じます。このステップダウン現象が、従来の単一血管QCAソフトウェアを分岐部病変に適用した場合に不正確な測定結果をもたらす理由を、本記事で詳しく説明し、なぜ専用の分岐部QCAソフトウェアアルゴリズムが正確な測定を提供するために不可欠なのかを解説します。

分岐部病変QCAの課題：なぜ従来のソフトウェアでは不正確なのか

従来の単一血管QCAソフトウェアを分岐部病変に使用する場合、解析は2つの部分に分けて行われます。1つは主枝の近位部から遠位部まで、もう1つは主枝の近位部から側枝までです（または側枝の開口部から開始）。

**Figure 1.** Figure 1. The use of single-vessel quantitative coronary angiography (QCA) software in a bifurcation. When using single-vessel QCA software, one analysis is performed of the main branch (A), and one of the side branch, starting in the proximal main branch (B) or side branch ostium (C).解説: 本図は、単一血管QCAソフトウェアを分岐部病変に使用した場合の解析方法を示しています。Aパネルでは主枝の解析、Bパネルでは近位主枝から側枝への解析、Cパネルでは側枝開口部から開始する解析が行われています。

2009年には既に、従来の単一血管ソフトウェアが分岐部病変の評価に不正確であることが認識されていました。その主な理由は、分岐部の自然な解剖学的構造を完全に無視してしまう点にあります。分岐部の中心部、いわゆる「合流ポリゴン（POC）」では、単一血管アルゴリズムが実際には存在しない血管の輪郭を分岐部を横切って検出してしまうことがあります。これは頻繁に手動による修正を必要としますが、この修正は恣意的であり、結果に偏り（バイアス）をもたらします。さらに問題なのは、最小内腔径（MLD）が真のMLD位置ではなく、POCの中央にある側枝開口部に誤って配置される「偽狭窄」が生じることがある点です。

**Figure 2.** Figure 2. Quantitative coronary angiography of a bifurcation lesion using single-vessel or bifurcation software. Panel A shows a bifurcation lesion. Panel B shows quantitative coronary angiography (QCA) analysis of this bifurcation lesion using single-vessel software creating a “pseudo- stenosis” (red arrow). Panel C shows QCA analysis of the same bifurcation lesion using the bifurcation software. In all panels, the white arrow indicates the true location of the MLD of the proximal main branch, the red arrow the pseudo-stenosis found with single-vessel QCA at the actual location of the point of bifurcation (white dot in C).解説: Aパネルは分岐部病変を示し、Bパネルは従来の単一血管ソフトウェアを用いたQCA解析によって、側枝開口部に誤って「偽狭窄」（赤矢印）が検出されている様子を示しています。Cパネルは、同じ分岐部病変を専用分岐部ソフトウェアで解析した場合の結果であり、真の最小内腔径（白矢印）が正確に特定されていることを示しています。

分岐部のQCAにおけるもう一つの課題は、パーセント直径狭窄率（%DS）を計算するための正確な基準径（RefD）の評価です。単一血管アルゴリズムを分岐部病変に適用すると、分岐部の近位と遠位での直径の自然な違い、特に側枝開口部で顕著な違いにより、不正確なRefDが生じます。補間されたRefDは、近位の直径が大きいがゆえに遠位枝の開口部で過大に推定されます。逆に、遠位枝の直径が小さい影響で、近位主枝の遠位部分の基準径は過小に評価されます。また、各セグメントに単一の基準点を選択する方法もありますが、これは恣意的であり再現性がありません。さらに、単一の点に基づくRefDは、セグメント全体に基づく場合よりも精度が低い可能性があります。

分岐部病変で単一血管アルゴリズムを使用するもう一つの問題は、手動でのセグメント選択が必要となることです。従来のソフトウェアは、近位枝がどこで終わり、遠位主枝や側枝がどこから始まるかを認識しないため、専門家が手動で指定する必要があります。これもまたバイアスを導入し、術前、術後、およびフォローアップ時に全く同じセグメントを正確に指示することは非常に困難になります。これは特に、狭窄がほとんどの場合、遠位枝の開口部の近くに位置するためです。

専用分岐部QCAソフトウェアの登場とその詳細

上記の単一血管ソフトウェアの欠点を克服するため、専用の分岐部QCAアルゴリズムが開発されました。現在、商業的に利用可能な2種類のQCAソフトウェアパッケージが存在します。

CAAS (PIE MEDICAL IMAGING)
CAAS（Cardiovascular Angiography Analysis System）の分岐部QCAソフトウェアは、精密に製造された分岐部ファントムモデルを用いて検証されています。CAASの分岐部QCAソフトウェアでは、専門家が設定する3つの点（主枝の近位境界、2つの娘枝の遠位境界）によって解析が開始されます。

**Figure 3.** Figure 3. CAAS bifurcation software (Pie Medical). In the CAAS bifurcation QCA software, the segment of analysis is indicated by one proximal and two distal delimiter points (white arrows, A). After automatic detection of the contours (B), the “point of bifurcation” (POB) is defined as the mid-point of the largest possible circle touching all three contours (C). The intersections of the circle with the centrelines (D) indicate the boundaries of the POC (E). The diameter values within the POC are determined by the “minimum freedom” approach (F).解説: CAAS分岐部QCAソフトウェアの解析ステップを示しています。Aパネルでは、解析を開始するために専門家が定義する3つの点（近位境界と2つの遠位境界）が示されています。Bパネルでは自動的に検出された血管輪郭が、Cパネルでは3つの輪郭すべてに接する最大の円の中点として定義される「分岐点（POB）」が示されています。Dパネルでは中心線と円の交点、Eパネルでは合流ポリゴン（POC）の境界、FパネルではPOC内の直径を決定する「最小自由度」アプローチが説明されています。

その後、「最小コストアルゴリズム」と呼ばれる数学的モデリングプロセスを用いて、局所のグレースケールとビデオ濃度計の違いに基づいて輪郭が自動的に検出されます。このモデリングシステムが誤って血管外の輪郭を検出した場合、輪郭は手動で描画するか、「制限機能」を使って自動輪郭検出から領域を除外することで修正できます。この2次元専用分岐部アルゴリズムは、分岐部を左、中央、右の3つの輪郭を持つ単一のオブジェクトとみなし、それ以上の仮定はしません。「分岐点（POB）」は、3つの輪郭すべて（左、中央、右）に接する最大の円の中点として定義され、近位主枝、遠位主枝、側枝の3つの中心線が交わる点でもあります。この円と中心線の交点が合流ポリゴン（POC）の境界を示します。直径値は、POC内とPOC外の直線セグメントで異なる方法で取得されます。POC外では、従来の直線血管QCAアルゴリズムと同様に、血管の外縁間の最短距離によって直径が決定されます。しかし、POC内では、「最小自由度」アプローチと呼ばれる別の数学的アルゴリズムが使用され、中心線上の点から血管輪郭への最短距離を用いて直径が定義されます。これにより、分岐部における真の直径が得られます。POC外のRefDは、「健康な」（非狭窄の）枝の部分から決定されます。POC内では、RefDは湾曲ベースの補間技術に基づいており、近位主枝から遠位枝への滑らかな血流を仮定し、POCでの湾曲は一定であるとされます。

QANGIO XA (MEDIS MEDICAL IMAGING SYSTEMS)
QAngio® XA分岐部ソフトウェア（Medis medical imaging systems bv）の最初の基本的なステップは、上記のCAAS分岐部ソフトウェアとほぼ同じです。まず、専門家は1つの近位開始点と、それぞれの遠位枝の終了点を示すことで解析セグメントを定義します。次に、近位から遠位へ2つのウェーブパス中心線が検出されます。これらは必要に応じて半自動または手動で修正できます。続いて、最小コストアルゴリズムを用いて血管輪郭が自動的に検出されます。血管輪郭が誤って血管外の輪郭を検出した場合、手動でサポート点を示すか、手動で輪郭を描き直すことで修正できます。CAASとQAngio XAではこれらのステップは類似していますが、分岐部とその測定を定義するために使用される解剖学的ポイントには違いがあります。CAASがPOBを分析の基盤とするのに対し、QAngio XAは中央輪郭上のカリナ点も使用します。このカリナ点は、専門家がより適切と判断した場合、手動で位置を修正できます。その後、利用可能な画像情報と新しいカリナ点（サポート点として機能）に基づいて中央輪郭検出が再度実行されます。さらに、分岐部の中心部にある「近位区切り点」の位置が自動的に決定されます。この近位区切り点とカリナ点は、ソフトウェアアルゴリズムが分岐部解析モデルの4つの「構成要素」（近位主枝、分岐部中心部、遠位主枝、側枝）を定義するための重要なランドマークです。QAngio XAには2つの異なる分岐部モデルがあります。推奨されるT字型モデルは、ほとんどの分岐部病変（おそらく90%以上）で使用されるべきであり、現在のQAngio XAソフトウェアのデフォルト設定として選択されています。あるいは、Y字型モデルを使用することもできます。Y字型モデルの使用は、特定の解剖学的サブセット（例えば、同じサイズの遠位枝や狭い遠位分岐角を持つケース）や、特定の治療アプローチ（スキートステントなど）を評価する場合にのみ、企業によって推奨されています。

T字型モデルでは、分岐部中心部は近位区切り点、遠位主枝の最初の直径、および近位主枝と遠位主枝のセグメント間の仮想輪郭で囲まれた領域として定義されます。

**Figure 4.** Figure 4. T-shape model of the QAngio XA bifurcation QCA software. A) The anatomic landmarks used to define the four “building blocks” of the bifurcation analysis model: the proximal delimiter, the first diameter of the distal main branch, the virtual contour between the proximal and distal main branch segments, and the carinal point. B) The interpolated reference diameter (virtual contour) of the bifurcation core, which is determined linearly by means of a straight reference diameter function. C) The QCA (including the diameter function) of the combined main branch, with a separate diameter function for each building block. D) QCA of the side branch, including the diameter function using the adjusted Medis ostial algorithm.解説: QAngio XA分岐部QCAソフトウェアのT字型モデルを示しています。Aパネルは、分岐部解析モデルの構成要素を定義する解剖学的ランドマーク（近位区切り点、遠位主枝の最初の直径、仮想輪郭、カリナ点）を表す図です。Bパネルは、分岐部中心部の補間基準径が直線基準径関数によって直線的に決定される様子を模式的に示しています。Cパネルは主枝全体のQCA解析結果（直径関数を含む）、Dパネルは側枝のQCA解析結果（調整されたMedis開口部アルゴリズムによる直径関数を含む）を示しています。

この仮想輪郭は主枝と側枝を分離し、2つのセクション（近位主枝、分岐部中心部、遠位主枝からなる主枝セクション、および仮想輪郭から始まり側枝へと続く側枝セクション）を作成します。直径関数は、主枝セクション全体に対してMedisの直線血管アルゴリズムを使用して計算され、側枝セクションに対しては、開口部の「口」に対応する近位フレアを再構築する調整済みMedis開口部アルゴリズムが使用されます。RefD関数を計算する際、分岐部中心部は除外され、近位主枝セグメント、遠位主枝セグメント、および側枝セクションごとに個別に計算されます。分岐部中心部内では、補間されたRefDは、直線RefD関数（分岐部中心部の仮想輪郭に対応）によって直線的に決定されます。

Y字型モデルでは、分岐部中心部は近位区切り点とカリナ点の間の領域として定義されます。

**Figure 5.** Figure 5. Y-shape model of the QAngio XA software. A) The anatomic landmarks used to define the four building blocks of the bifurcation analysis. B) The QCA of the proximal section, consisting of the proximal segment (up to the proximal delimiter) and the bifurcation core. C) & D) The QCA and reference vessel diameter functions of the distal 1 and distal 2 branches. Note that the reference diameter functions of the distal sections are straight and displayed as one function.解説: QAngio XAソフトウェアのY字型モデルを示しています。Aパネルは、分岐部解析の4つの構成要素を定義する解剖学的ランドマーク（近位区切り点、カリナ点、遠位1および遠位2の最初の直径）を表す図です。Bパネルは近位セクションのQCA解析結果と基準血管径関数を示しており、近位セグメントは直線で、分岐部中心部は湾曲しています。CおよびDパネルはそれぞれ、遠位1および遠位2枝のQCA解析結果と基準血管径関数を示しており、これらは直線として表示されます。

Y字型モデルでは3つの異なるセグメントが解析されます。近位セクション（近位境界からカリナ点まで）、遠位1セクション（最初の遠位1直径から遠位1境界まで）、遠位2セクション（最初の遠位2直径から遠位2境界まで）です。分岐部中心部外の3つのセグメント（近位、遠位1、遠位2）の補間RefD関数は、反復回帰技術によって導出されます。分岐部中心部自体のRefD関数は、2つの補間参照輪郭（スプラインベース）に基づいています。近位主枝のRefD関数のグラフは、近位主枝と分岐部中心部をカリナ点まで結合した関数を表示します。この結合関数は、近位セグメントでは直線で、分岐部中心部では湾曲しています。遠位セクションのRefD関数は直線で、1つの関数として表示されます。

専用分岐部QCAソフトウェアの精度検証

単一血管ソフトウェアの分岐部病変における不正確さを客観的に評価し、QAngio XAおよびCAAS分岐部ソフトウェアアルゴリズムの両方を検証するため、私たちの研究グループはファントム検証研究を実施しました。この解析には、10 µm未満の公差でプレキシグラスから製造された合計18個の分岐部を持つ6つの精密ファントムが使用されました。これらの18個の分岐部は、以下の3つの方法で3回解析されました。1) 従来のCAAS単一血管アルゴリズム（バージョン5.10）、2) CAAS分岐部アルゴリズム（バージョン5.10）、3) QAngio XA分岐部アルゴリズム（バージョン7.3）です。単一血管解析は、近位主枝から遠位主枝までと、近位主枝から側枝まで行われました。

その結果、従来の単一血管解析では、近位主枝のRefDと%DSが過小評価され、遠位主枝と側枝ではこれらのパラメータが過大評価されることが判明しました。全体として、18個の分岐部すべての3つのセグメント（合計54セグメント）を組み合わせると、単一血管ソフトウェアのRefD（-0.108±0.352 mm）および%DS（5.69±11.28%）の精度と正確性は非常に低いものでした。

**Figure 6.** Figure 6. Accuracy and precision of single-vessel QCA software and bifurcation QCA software in all phantom bifurcation segments (n=54). Differences between the measured values (MLD, RVD and %DS) and the true phantom values for all 54 segments (18 bifurcations) for the single-vessel analysis (CAAS), bifurcation analysis using CAAS, and bifurcation analysis using QAngio XA (T-shape only). The accuracy was defined as the mean difference from the true value, and precision was defined as the standard deviation of the mean difference.解説: ファントム分岐部全セグメント（n=54）における単一血管QCAソフトウェアと分岐部QCAソフトウェアの正確性（Accuracy）と精密性（Precision）を比較する散布図と数値データです。MLD（最小内腔径）、RVD（基準血管径）、および%DS（パーセント直径狭窄率）について、測定値と真のファントム値との差が示されており、単一血管ソフトウェアの精度が低いことが視覚的に示されています。

一方、分岐部アルゴリズムは非常に正確かつ精密であることが証明され、CAASとQAngio XA（T字型モデルを体系的に使用した場合）の分岐部ソフトウェアモデル間で、MLD（0.012±0.103 vs. 0.012±0.093 mm, p=0.104）、RefD（0.050±0.043 vs. -0.045±0.064 mm, p=0.106）、および%DS（0.94±4.07 vs. 0.74±3.81%, p=0.121）に関して同等の精度と正確性が示されました。

なぜこの研究結果が重要なのか

この研究で得られた最も重要な結論は、従来の単一血管QCA法が分岐部病変において不正確であり、CAASとQAngio XA（T字型モデルを体系的に使用する場合）の両分岐部アルゴリズムが分岐部病変において非常に正確かつ精密であるということです。では、なぜこれが重要なのでしょうか。単一血管解析による遠位主枝および側枝の%DSの過大評価は、臨床的にも影響を及ぼす可能性があります。既に、側枝開口部狭窄の重症度が視覚的評価によって過大評価されることは認識されています。しかし、術前に単一血管QCA解析を使用した場合でも側枝狭窄は過大評価されるため、重大な狭窄がない側枝まで治療してしまうなど、不必要な治療（オーバー治療）につながる可能性があります。

臨床的影響に加えて、単一血管QCAの使用は臨床試験にも影響を与える可能性があります。単一ステント留置術と系統的二重ステント留置術を比較する主要な無作為化比較試験では、単一血管解析が使用されてきました。単一血管解析に基づいた病変の選択は、目標病変の選択に偏りをもたらし、「真の」分岐部病変率（例えばMedina 0,1,1; 1,0,1; または1,1,1）の過大評価につながる可能性があります。さらに、分岐部試験や専用分岐部ステントに関する初期使用/レジストリ研究（計画された再血管造影を伴う）で単一血管ソフトウェアを使用すると、側枝の結果の精度が低下します。最近のTryton IDE試験では、専用分岐部QCAと単一血管QCAで異なるQCA結果が示されました。また、アカデミック・リサーチ・コンソーシアム（ARC）によって定義されたターゲット病変再血行再建術（TLR）の正当化（すなわち「虚血駆動型」対「非虚血駆動型」TLR）は、QCAによって評価された%DSに基づいています。このような試験で単一血管ソフトウェアを使用すると、側枝の虚血駆動型TLRの発生率が増加する可能性があります。

欧州分岐部クラブ（EBC）のQCA報告に関する推奨

欧州分岐部クラブ（EBC）は、QCA結果を分岐部の3つのセグメント（すなわち、近位主枝、遠位主枝、側枝）に従って報告することを推奨しています。バイナリ再狭窄は、各時点（術前、術後、フォローアップ）でのQCAベースのMedinaスコアとして報告するのが最適です。このようなセグメントごとの報告の利点の一つは、分岐部治療の治癒パターン（主枝と側枝を含むより複雑な再狭窄パターンと、主枝のみを含む比較的単純な再狭窄パターン）をよりよく理解できることです。もう一つの重要な問題は、MLDが異なるセグメントに移動する可能性があることです。単一血管ソフトウェアを使用すると、例えば術後のMLDが（非狭窄の）遠位主枝に位置する可能性がありますが、フォローアップ時にはMLDが（狭窄の）近位主枝に（再）位置する可能性があります。特に、近位主枝と遠位主枝の基準径に大きな違いがある場合、これら2つのMLD値から計算される晩期内腔損失（LLL）値は人為的に低くなる可能性があります。LLLを3つのセグメントごとに別々に計算すると、LLL値は特定のセグメントにおける再狭窄効果をより正確に表すと考えられます。

まとめ

従来の単一血管QCAソフトウェアは、各分岐点後の自然な血管径の「ステップダウン」を含む、分岐部の自然な解剖学的構造を完全に無視するため、分岐部病変において不正確です。この課題を解決するため、専用の分岐部QCAソフトウェアアルゴリズムが開発され、現在2種類の市販ソフトウェアパッケージ（CAASとQAngio XA）があります。これら2つのソフトウェアパッケージはアプローチが若干異なりますが、どちらも精密に製造された分岐部ファントムに対する検証において、非常に高い精度を示すことが証明されています。

用語集

定量冠動脈造影 (QCA): 冠動脈造影画像から血管の直径や狭窄度を客観的かつ定量的に測定するコンピュータ支援解析手法。
分岐部病変: 冠動脈が2つ以上の血管に分岐する部位に生じる狭窄や病変。
単一血管QCAソフトウェア: 血管を一本の直線的なチューブとして解析する従来のQCAソフトウェア。
専用分岐部QCAソフトウェア: 分岐部の複雑な解剖学的構造（例：ステップダウン現象）を考慮して設計されたQCAソフトウェア。
合流ポリゴン (POC): 血管分岐部の中心に位置する、複数の血管が合流する領域。
最小内腔径 (MLD): 血管の最も狭い部分の内腔直径。
基準径 (RefD): 狭窄のない健康な血管部分の推定直径。
パーセント直径狭窄率 (%DS): 基準径に対する最小内腔径の狭窄の割合。
偽狭窄: 実際の狭窄ではないにもかかわらず、QCAソフトウェアが誤って狭窄と認識してしまう現象。
ステップダウン現象: 冠動脈が分岐するたびに、血管径が自然に段階的に小さくなる現象。
ファントム検証研究: 実際の血管の代わりに、人工的に精密に作られた模型（ファントム）を用いて医療機器やソフトウェアの性能を評価する研究。