CN112204609A - 使用图像数据进行流量测量 - Google Patents
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Abstract
公开了用于评估所关注的解剖区域处的流量的实施例。一个实施例使用已知频率下的脉冲式造影剂注射以及相应的图像数据来得出所关注区域处的血流速度的测量值。另一个实施例基于图像数据中特定标记的存在,使用已知造影剂注射流速中的递增变化来相对于这些已知造影剂注射流速中的一个造影剂注射流速匹配血液流速。例如,所述标记可以是造影剂从冠状动脉流出回到主动脉中或稳态像素密度的开始。另外的实施例使用与心搏周期同步的造影剂注射。例如,造影剂注射可以与舒张阶段和/或收缩阶段同步,并因此被用于测量血流。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年5月23日提交的美国临时申请第62/675,348号的权益,所述美国临时申请的内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及医疗技术领域,并且更具体地说,涉及用于评估所关注的解剖区域处的流量的装置、系统和方法,包含使用图像数据确定血管中的血流测量值。
背景技术
为了更好地理解患者的解剖区域处的特定病症的严重程度,可以收集生理数据并将其用于指导治疗决策。这种情况的一个实例是血管的收缩或变窄,通常被称为狭窄。通过测量狭窄程度,可以确定适当的治疗方案。
一种用于评估狭窄阻塞通过血管的流动的程度的技术被称为血流储备分数测量(FFR)。为了计算给定狭窄的FFR,需要获取两个血压读数-一个位于狭窄的远端,另一个位于狭窄的近端或主动脉侧。FFR被定义为在狭窄远端获取的狭窄动脉中的最大动脉血流量与正常最大血流之比,通常根据远端压力与近端压力的所测量的压力梯度来计算。狭窄处的压力梯度是狭窄严重程度的指标。狭窄的限制越严格,压降就越大,并且所得的FFR就越低。FFR测量可能是有用的诊断工具。例如,当给定狭窄的FFR低于临床阈值(例如,0.8)时,医生可能决定执行介入程序(例如,血管成形术或支架置入),而当FFR高于临床阈值时,则可能决定放弃针对给定狭窄的这种治疗。因此,FFR测量可以成为指导治疗的决策点。
传统上,FFR测量是使用侵入性压力测量装置进行的。然而,为避免使用侵入式测量装置,可以使用血管造影图像得出FFR估计值。为此,从两个或更多个血管造影图像创建血管的三维透视图,并使用这些图像估计血流。通常,已经通过对图像帧的数量进行计数来估计血流速度,所述图像帧的数量对应于造影剂的前沿穿过冠状动脉的已知时间。然后将冠状动脉的长度除以所述时间,从而估计血流速度。将血流速度和血管透视图用作流体模型中的输入,以输出估计的压降。
发明内容
尽管血管造影衍生的FFR测量可以消除对侵入性测量装置的使用,但是以前的血管造影衍生的FFR测量技术的准确性具有某些固有和可变的偏差。例如,以前的血管造影衍生的FFR测量方法利用高压、大体积造影剂注射(其产生强制流动),从而人为地增加流量,并因此使流量估计值出现偏差。另外,在整个心搏周期中血流可以变化,从而使得根据相对于心搏周期的注射正时,流量估计值可能会在诊断上产生重大差异。与这些以前的血管造影衍生的FFR测量相关的准确性问题可能往往会超过其微创性优势。这些准确性问题阻碍了以前的血管造影衍生的FFR测量的值。
本文描述了用于测量所关注的解剖区域处的流量的示例性实施例。本文描述的各个实施例可以提供源自图像数据的可靠、准确和微创的流量测量值。具体地说,本文公开的各个实施例可以通过减少或消除不利地影响以前的血管造影衍生的FFR技术的固有和可变的偏差来提高微创的血管造影衍生的FFR测量的准确性。例如,本文公开的某些实施例可以减少或消除所关注区域内的强制流动对人为增加流量和/或由心搏周期的不同阶段引起的可变性的影响。一些实施例可以利用脉冲式、定时的和已知的造影剂注射来改善用于估计流速的帧计数技术的一致性和准确性。另外,某些另外的实施例可以使注射正时与心搏周期的特定阶段同步,从而使得用于估计流量的数据更好地近似所关注区域处的天然血流(例如,当没有进行注射时的血流)。
一个示例性实施例包含一种用于确定血管中的血流速度的方法。所述方法实施例包含以已知的频率将脉冲式造影团注注射到所述血管中的步骤:在第一时间内将第一次团注的造影剂注射到所述血管中;在所述第一时间之后的第二时间内终止造影剂的注射;以及在所述第二时间之后的第三时间内将第二次团注的造影剂注射到所述血管中。所述方法实施例进一步包含以下步骤:分析表示所述血管的第一区域的图像数据,以确定所述血管中的所述第一次团注的造影剂与所述第二次团注的造影剂之间的距离。并且,所述方法实施例可以包含以下步骤:通过将所述第一次团注的造影剂与所述第二次团注的造影剂之间的确定距离乘以所述已知频率来计算所述血管的所述第一区域的所述血流速度。
另一个示例性实施例包含一种非暂态计算机可读存储制品,其上存储有计算机可执行指令,以使至少一个可编程处理器分析表示血管的第一区域的图像数据,以确定所述血管中的所述第一次团注的造影剂与所述第二次团注的造影剂之间的距离。所述制品实施例还具有存储在其上的计算机可执行指令,以使至少一个可编程处理器通过将所述第一次团注的造影剂与所述第二次团注的造影剂之间的确定距离乘以已知频率来计算所述血管的所述第一区域的血流速度,包含至少所述第一次团注的造影剂和所述第二次团注的造影剂的脉冲式造影团注在第一时间内以所述已知频率被注射到所述血管中。
另外的示例性实施例包含一种用于确定血管中的血液流速的方法。所述方法实施例包含以下步骤:以第一造影注射流速将造影剂注射到所述血管中。所述方法实施例进一步包含以下步骤:分析在第一采集时间处采集的表示第一所关注区域的第一图像数据,以确定所述第一造影注射流速是否已经导致所述第一图像数据中存在预定状况。所述方法实施例还包含以下步骤:以大于所述第一造影注射流速的第二造影注射流速将造影剂注射到所述血管中。此外,所述方法实施例包含以下步骤:分析在第二采集时间处采集的表示所述第一所关注区域的第二图像数据,以确定所述第二造影注射流速是否已经导致所述第二图像数据中存在所述预定状况。并且,一旦确定所述第二图像数据中存在所述预定状况,则所述方法实施例包含以下步骤:使用所述第二造影注射流速来确定所述血管中的所述血液流速。
另外的示例性实施例包含一种非暂态计算机可读存储制品,其上存储有计算机可执行指令,以使至少一个可编程处理器分析在第一采集时间处采集的表示第一所关注区域的第一图像数据,以确定将造影剂注射到血管中的第一造影注射流速是否已经导致所述第一图像数据中存在预定状况。所述制品实施例还具有存储在其上的计算机可执行指令,以使至少一个可编程处理器分析在第二采集时间处采集的表示所述第一所关注区域的第二图像数据,以确定将造影剂注射到所述血管中且大于所述第一造影注射流速的第二造影注射流速是否已经导致所述第二图像数据中存在所述预定状况。并且,所述制品实施例还具有存储在其上的计算机可执行指令,以使至少一个可编程处理器一旦确定所述第二图像数据中存在所述预定状况,则使用所述第二造影注射流速来确定所述血管中的血液流速。
另一个示例性实施例包含一种用于确定血管中的血流测量值的方法。所述方法实施例包含以下实施例:在心搏周期的收缩阶段或舒张阶段期间将造影剂第一次注射到所述血管中。所述方法实施例进一步包含终止所述造影剂的所述第一次注射的步骤。在终止所述第一次注射之后,所述方法实施例包含以下步骤:基于表示所述第一区域处的造影剂的图像数据,计算所述血管的第一区域的所述血流测量值。在某些实施例中,在所述心搏周期的所述收缩阶段和所述舒张阶段中的另一个开始之前终止所述造影剂的所述第一次注射。在其它实施例中,在所述心搏周期的一个或多个后续阶段之后终止所述造影剂的所述第一次注射。
另外的示例性实施例包含一种非暂态计算机可读存储制品,其上存储有计算机可执行指令,以使至少一个可编程处理器基于表示所述第一区域处的注射的造影剂的图像数据来计算血管的第一区域的血流测量值。在所述制品实施例中,存储在其上的计算机可执行指令使至少一个可编程处理器将血流测量值计算基于图像数据,所述图像数据表示在心搏周期的收缩阶段和舒张阶段之一期间注射到所述血管中并在特定点处终止的造影剂。在一些实施例中,所述终止点可以在所述心搏周期的所述收缩阶段和所述舒张阶段中的另一个开始之前。在一些实施例中,所述终止点可以在所述心搏周期的一个或多个后续阶段之后。
在下文的附图和描述中阐述了一个或多个实例的细节。根据描述和附图,其它特征、目的和优点将显而易见。
附图说明
以下附图说明了本发明的特定实施例,并因此不限制本发明的范围。附图旨在与以下描述中的解释结合使用。下文将结合附图描述本发明的实施例,在附图中,相似的标记表示相似的元件。
图1是动力流体注射器的实施例的透视图。
图2是被配置成生成并分析表示所关注的解剖区域的图像数据的系统的实施例的框图。
图3A和3B是表示包含脉冲式造影团注的血管区域的示意图。图3A示出了在第一图像数据采集时间处的血管区域并且图3B示出了在第二图像数据采集时间处的血管区域。
图4是用于使用脉冲式造影团注来确定所关注区域中的血流速度的方法的实施例的流程图。
图5A-5D是表示血管区域并且示出了序列的示意图,所述序列示出了在血管区域处注射的造影流量与血液流量的相对比较。
图6是所关注区域的图像数据像素密度值以及相关的造影注射流速的示意图。
图7是用于使用造影注射流速来确定所关注区域中的血液流速的方法的实施例的流程图。
图8是用于使用在心搏周期的特定阶段期间执行的造影注射来确定所关注区域中的血流测量值的方法的实施例的流程图。
图9A-9B是示出ECG和造影剂注射的示意性时序图。
具体实施方式
以下详细描述本质上是示例性的,并提供一些实用的图示和实例。本领域技术人员将认识到许多所述实例具有各种合适的替代方案。
除了附图之外,本文使用以下提供的描述公开了多种示例性流量测量技术。在一些实例中,本文公开的技术中的每个技术可独立地或与本文公开的其它技术中的一个或多个(例如,全部)技术组合使用。
图1示出了动力流体注射器100的示例性实施例的透视图。在操作中,动力流体注射器100可以经由导管将一定量的流体注射到患者中,例如,注射到患者的血管中。由动力流体注射器100注射的流体可以是例如造影流体、非造影流体(例如,盐水)或其组合。通过将一定量的流体注射患者体内,动力流体注射器100可以促进各种医学诊断和/或介入程序,包含收集表示所关注的解剖区域的图像数据。这些程序可以包含,例如,光学相干断层摄影(OCT)成像、血管内超声(IVUS)成像、计算机断层摄影(CT)成像、磁共振(MRI)成像、血管造影程序和介入装置程序/放置。
所示的动力流体注射器100包含驱动组件壳体102和套筒104。套筒104可以固定到驱动组件壳体102。例如,驱动组件壳体102可以包含开口,并且套筒104可以在所述开口处或所述开口附近固定到驱动组件壳体102。套筒104可以从驱动组件壳体102伸出,并且可以被配置成接收并容纳蓄积器106。蓄积器106可以具有容纳流体的内部蓄积器体积,并且在内部蓄积器体积内包含柱塞108。驱动组件的至少一部分可以被容纳在驱动组件壳体102内。驱动组件可以被配置成对内部蓄积器体积内的流体加压。例如,驱动组件可以例如在驱动组件壳体102中的开口处耦接至柱塞108,并在内部蓄积器体积内驱动柱塞108。随着柱塞108在蓄积器106内被逐渐驱动,内部蓄积器体积内的流体可以被加压并沿着通向患者的管道109从蓄积器106输出。在动力流体注射器100的某些应用中,如造影剂等输出流体可以被加压到1000-1500psi之间的任何地方(例如,1200psi)。
动力流体注射器100的所示实施例包含几个特征,这些特征可用于在操作期间加压和递送流体。动力流体注射器100可以包含控制面板110。控制面板110可以为各种操作方面提供用户界面。例如,操作员可以利用控制面板110设置各种参数和/或协议,以用于给定的流体注射程序。在一个实例中,操作员可以与控制面板110进行交互以输入流体注射参数,如流速、注射体积(例如,最大)、注射压力(例如,最大)、流体注射持续时间、上升时间和/或其它注射参数。在一个实施例中,控制面板110包含触摸屏面板显示器,使操作员能够查看和修改注射参数。控制面板110还可以用于初始化动力流体注射器100(例如,以将其准备用于患者流体注射),或者激活某些特征或操作序列。控制面板110还可以提供状态信息,包含与过去或当前正在进行的注射程序有关的信息以及任何适当的警报。控制面板110可以包含具有一个或多个处理器的成像引擎,所述一个或多个处理器用于控制动力流体注射器100的操作。此类处理器还可以控制其它部件,如驱动组件、蠕动泵112(如果存在的话)和/或动力流体注射器100处包含的任何传感器和检测器。
除了控制面板110之外,所示的动力流体注射器100还包含用于操作员输入的手动控制装置113。手动控制装置113可以无线地耦接至控制面板110或通过有线连接耦接至所述控制面板。尽管在其它实施例中,手动控制装置113可以连接至动力流体注射器100的除控制面板110以外的部件,如驱动组件壳体102。手动控制装置113可以生成并向控制面板110或其它连接的部件发送与注射程序有关的各种信号。操作者可以在手动控制装置113处致动一个或多个界面部件,以控制注射程序。例如,操作者可以将手动控制装置113用作可变速率控制装置以改变从动力流体注射器100输出的流体流速和/或用作用于开始或停止流体注射的机制。
动力流体注射器100还可以包含一个或多个可用于供应将在注射程序中使用的流体的部件。容器114可以包含如造影剂等流体的供应,并且在动力流体注射器100处固定到支架116。来自容器114的流体可以被供应到蓄积器106,以在注射程序期间使用。例如,当柱塞108缩回(例如,在朝着驱动组件壳体102的方向上移动)时,来自容器114的流体可以被吸入到蓄积器106中,从而重新填充内部蓄积器体积。类似地,当动力流体注射器100包含蠕动泵112时,第二容器118可以包含如冲洗介质(例如,盐水)等流体的供应,并且在动力流体注射器100处固定到支架120。当存在蠕动泵112时,所述蠕动泵可以从第二容器118接收流体并将这种流体递送给患者。通常,蠕动泵112可以用于以比驱动组件从蓄积器106递送造影流体的压力更低的压力递送如盐水等非造影流体。可以包含阀系统124,以选择性地放置与患者连通的蓄积器106或蠕动泵112。
图2示出了被配置成生成并分析表示所关注的解剖区域的图像数据的示例性系统200的框图。如此实例中所示,系统200可以包含成像引擎210、动力流体注射器220和成像装置230。
在此实施例中,成像引擎210被示出为与动力流体注射器220和成像装置230连通。以这种方式,成像引擎210可以与动力流体注射器220和成像装置230连通。例如,成像引擎210可以从动力流体注射器220接收数据,如包含流速、注射持续时间(例如,注射开始时间、注射结束时间)、注射频率和注射体积的流体注射参数。成像引擎210还可以从成像装置230接收数据,如表示所关注的解剖区域的一帧或多帧图像数据。
成像引擎210可以分析从动力流体注射器220和/或成像装置230接收的数据。在所示的实例中,成像引擎210包含一个或多个可编程处理器212、可以与一个或多个可编程处理器212通信的存储器/数据存储部件214以及可以与一个或多个可编程处理器212和/或存储器/数据存储部件214通信的用户界面216。可以在成像引擎210处分析从动力流体注射器220和/或成像装置230接收的数据,并将所述数据输出到用户界面216上。例如,存储器/数据存储部件214可以包含具有计算机可执行指令的非暂态计算机可读存储制品,所述计算机可执行指令存储在所述非暂态计算机可读存储制品上并且可以由至少一个可编程处理器212执行,以基于图像数据以及在一些情况下基于一个或多个注射参数来执行本文进一步描述的一项或多项分析。用户界面216可以包含用于输出根据计算机可执行指令计算出的测量值的显示器。
动力流体注射器220可以与参考图1公开的动力流体注射器相同或相似,并且如图所示,可以与成像引擎210通信。在一些实例中,动力流体注射器220可以由成像引擎210控制。例如,成像引擎210可以向动力流体注射器220提供关于一个或多个注射器参数的一个或多个信号。在一个实例中,成像引擎210可以向动力流体注射器220发送一个或多个信号,以指定的流速开始第一次流体(例如,造影剂)注射,并在预定的注射持续时间之后停止第一次流体注射。在另外的实例中,从成像引擎210到动力流体注射器220的一个或多个信号可以进一步命令动力流体注射器220在第一次流体注射终止之后的预定时间段内以指定的流速(例如,与第一次注射时相同的流速、比第一次注射时增加的流速、比第一次注射时减小的流速)开始第二次流体注射(例如,注射与第一次注射时相同或不同的流体)。以这种方式,动力流体注射器220可以以一个或多个指定流速和/或以指定频率执行多次流体注射。
成像装置230可以是适合于收集适合于特定应用的图像数据的任何一种或多种类型的成像设备。例如,成像装置230可以是光学相干断层摄影(OCT)成像模块,血管内超声(IVUS)成像模块、计算机断层摄影(CT)成像模块、磁共振(MRI)成像模块或X射线成像模块。在一个应用中,成像装置230可以包含如X射线等成像模块,其适合于生成一帧或多帧患者的血管造影图像数据。在这种应用中,血管造影图像数据可以表示血管系统的一个或多个血管以及患者的一个或多个器官。这种图像数据可用于评估通过患者血管腔的血流。当将造影剂注射到血管中时,血液可以通过所述注射的造影剂从血管腔的一部分暂时移位,并且注射的造影剂可以促进收集表示一个或多个血管和/或其它所关注区域的图像数据。
如现在将在本文中进一步描述的,表示血管的一个或多个区域和/或其它所关注的解剖区域的图像数据可以用于评估血流。例如,本文公开的各个实施例可以使用这种图像数据来得出与血管和/或其它所关注的解剖区域有关的可靠、准确和微创的血流测量值,如血流速度或血液体积流速。在一些实施例中,可以测量血流速度,并且可以将测量值转换为血液体积流速。在一些实施例中,可以测量血液体积流速,并且可以将测量值转换为血流速度。下面的其余公开内容描述了用于使用图像数据来测量所关注区域处的流量的多个特定的示例性实施例。
一些实施例可以通过分析表示所关注区域的图像数据来确定血流速度,所述所关注区域具有以已知频率注射的多个脉冲式造影团注。通常,可以设置造影剂注射频率(例如,在动力流体注射器处),并将其与表示所关注区域的图像数据结合使用以得出所述所关注区域的流速,所述所关注区域具有以已知频率注射的造影剂。以这种方式,已知的造影剂注射频率可以用作最终得出流速的手段。此外,在设置造影剂注射频率以便在短的注射持续时间内将相对小的造影剂团注引入到所关注区域中的实施例中,可以将因造影剂注射时间相对较长而导致的强制流动的影响降到最低。并且,以这种方式,利用调频造影剂注射的这种流量测量技术可能能够促进更精确的流量测量。
参考图3A、3B和4,如图所示,一些实施例可以通过分析表示所关注区域的图像数据来确定血流速度,所述所关注区域具有以已知频率注射的多个脉冲式造影团注。具体地说,图3A和3B是表示包含脉冲式造影团注的血管区域的示意图。图3A示出了在第一图像数据采集时间处的血管区域并且图3B示出了在第二图像数据采集时间处的血管区域。图4示出了用于使用图像数据来确定所关注区域中的血流速度的方法400的实施例的流程图,所述图像数据表示所关注区域处的多个这种脉冲式造影团注。
图3A示出了血管300的区域。尽管这里的实例示出了包含血管300的一部分的所关注区域,但是在其它实例中,根据特定的应用,所关注区域可以包含多个血管和/或一个或多个其它解剖区域。例如,尽管本文描述的细节可以适用于各种各样的解剖区域,但是在一个实例中,血管300可以是冠状动脉。血管300限定内腔302。在内腔302内可以存在许多次团注的造影剂,包含这里所示的第一次团注的造影剂305、第二次团注的造影剂310和第三次团注的造影剂315。
可以以已知的频率将这些造影团注305、310、315注射到血管300中,以产生离散数量的脉冲式造影团注。例如,可以使用动力流体注射器以已知的频率将造影团注305、310、315注射到血管300中。即,可以在动力流体注射器处设置造影团注305、310、315被注射到血管300中的频率,从而使得造影剂在每个预定的时间间隔内被注射,持续预定的持续时间。已知频率可以定义造影注射之间的预定时间间隔(例如,造影注射终止的时间)。例如,可以在第一时间内将第一次团注的造影剂305注射到血管300中。然后,可以在第一时间之后的第二时间内终止造影剂的注射。然后,可以在第二时间之后的第三时间内将第二次团注的造影剂310注射到血管300中。然后,可以在第三时间之后的第四时间内终止造影剂的注射。在一些实施例中,可以重复此过程以便在血管300内产生另外的脉冲式造影团注。例如,如这里所示,然后可以在第四时间之后的第五时间内将第三次团注的造影剂315注射到血管300中。在许多情况下,每次造影剂注射的持续时间(例如,第一时间、第三时间和第五时间)可以相等或基本相等,并且造影剂注射之间的时间(例如,第二时间和第四时间)可以相等或基本相等。
注射器可以根据各种参数将造影团注305、310、315注射到血管300中。在一些实施例中,注射器可以以特定频率将造影团注305、310、315注射到血管300中。在一些实例中,频率可以在1Hz(每次注射的开始发生在上一次开始的1秒之后)和50Hz之间。在一些实例中,频率可以在5Hz和20Hz之间。在一些实施例中,注射器可以根据占空比将造影团注305、310、315注射到血管300中。注射器可以注射造影剂,持续第一时间,然后不注射造影剂,持续第二时间。占空比可以是第一时间占第一时间和第二时间的总和的百分比。在一些实例中,占空比可以在5%(从一次注射的开始到下一次注射的开始,造影剂被注射持续5%的时间)和75%之间。在一些实施例中,占空比可以在10%和50%之间。在1Hz频率和10%占空比的实例中,注射器可以以重复模式注射造影剂,持续100毫秒,并且不注射造影剂,持续900毫秒。
在一种情况下,可以通过交替地注射造影剂和注射盐水来创建脉冲式造影团注,从而将交替的造影剂和盐水包引入到血管300中。例如,在上述注射序列实例中,可以在终止造影注射的第二时间内将盐水流体注射到血管300中,从而使得盐水在血管300中存在于第一次团注的造影剂305和第二次团注的造影剂310之间。类似地,在上述注射序列实例中,可以在终止造影注射的第四时间内将盐水流体注射到血管300中,从而使得盐水在血管300中存在于第二次团注的造影剂310和第三次团注的造影剂315之间。
在另一种情况下,可以通过交替地开始和停止造影剂注射来创建脉冲式造影团注,从而在血管300中产生交替的造影剂团注和血液包。例如,在上述注射序列实例中,在终止造影注射的第二时间内,没有流体可被引入到血管300中,从而使得血液在血管300中存在于第一次团注的造影剂305和第二次团注的造影剂310之间。例如,在上述注射序列实例中,在终止造影注射的第四时间内,没有流体可被引入到血管300中,从而使得血液在血管300中存在于第二次团注的造影剂310和第三次团注的造影剂315之间。
由于已经使用已知的注射频率创建了两个或更多个造影剂团注305、310、315,因此可以生成并分析图像数据。图3A示出了在第一图像数据采集时间处的血管300。在第一采集时间处,可以通过适当的成像装置生成包含血管300的一个或多个区域的图像数据。例如,在一个实例中,图像数据可以是血管造影图像数据。在某些实施例中,表示血管的一个或多个区域的图像数据可以是单帧图像数据。例如,如果在第一图像数据采集时间和随后的第二图像数据采集时间处均采集了表示血管300的图像数据,则在每个时间处采集的图像数据可以是血管300的单帧图像数据。在一些情况下,第一图像数据采集时间可以在已将第二次团注的造影剂310注射到血管300中之后。第二图像数据采集时间可以在第一图像数据采集时间之后,包含在一些情况下在已将第三次团注的造影剂315注射到血管300中之后。
可以分析表示血管300的图像数据,以确定两个或更多个造影剂团注305、310、315在血管300中的位置。在一些实施例中,可以分析表示血管300的图像数据的峰值像素密度,以确定两个或更多个造影剂团注305、310、315在血管300中的位置。这可以包含使用一个或多个预定的峰值像素密度值来确定图像数据中表示的血管300中的特定位置是否包含造影剂团注。
例如,第一图像采集时间处的表示血管300的第一区域317的图像数据被示出在图3A中,可以分析所述图像数据以确定第一次团注的造影剂305与第二次团注的造影剂310之间的距离325。如图所示,在一些实施例中,所述分析可以包含分析表示血管300的第一区域317的图像数据的峰值像素密度,以确定第一次团注的造影剂305在第一区域317中的位置和第二次团注的造影剂310在第一区域317中的位置。两个造影团注305、310之间的距离325可以使用与每个造影团注305、310相关的各种参考点来测量。例如,图3A所示的实例示出了从第一次团注的造影剂305的尾部(例如,相对于流体流动方向的上游部分)到第二次团注的造影剂310的前部(例如,相对于流体流动方向的下游部分)测量的距离325。在另一个实例中,每个团注305、310的中心点可以用作用于测量距离325的参考点。
一旦确定了第一次团注的造影剂305与第二次团注的造影剂310之间的距离325,就可以计算出血管300的第一区域317的流速。为了计算第一区域317的流速,可以将第一次团注的造影剂305与第二次团注的造影剂310之间的确定距离325乘以已知频率,造影团注以所述已知频率被注射到血管300中。所述计算出的流速可以用作血管300的第一区域317处的血流速度的量度。
在一些实施例中,计算两个或更多个不同解剖区域的流速可能是有用的。作为一个实例,除了血管300的第一区域317的流速之外,还可以计算血管300的第二区域318的流速。如所示出的实例所示,在血管300中,第二区域318可以位于第一区域317的上游。在其他实例中,可以使用本文公开的技术来计算不同血管和/或其它不同解剖区域的流速。
类似于关于第一区域317所描述的,第一图像采集时间处的表示血管300的第二区域318的图像数据被示出在图3A中,可以分析所述图像数据以确定第二次团注的造影剂310与第三次团注的造影剂315之间的距离320。如图所示,在一些实施例中,所述分析可以包含分析表示血管300的第二区域318的图像数据的峰值像素密度,以确定第二次团注的造影剂310在第二区域318中的位置和第三次团注的造影剂315在第二区域318中的位置。与第一区域317的距离325一样,两个造影团注310、315之间的距离320可以使用与每个造影团注310、315相关的各种参考点来测量。在一些情况下,使用与每个团注305、310、315相关的相同参考点来测量距离325和距离320可能是有益的。
一旦确定了第二次团注的造影剂310与第三次团注的造影剂315之间的距离320,就可以计算出血管300的第二区域318的流速。为了计算第二区域318的流速,可以将第二次团注的造影剂310与第三次团注的造影剂315之间的确定距离320乘以已知频率,造影团注以所述已知频率被注射到血管300中。所述计算出的流速可以用作血管300的第二区域318处的血流速度的量度。
计算两个或更多个不同解剖区域的血流速度可用于在特定解剖位置处提供相对血流评估。例如,可以将针对一个区域计算出的血流速度与针对另一区域计算出的血流速度进行比较,以确定在特定解剖位置处是否存在诊断上显著的流量差异。例如,对于血管300,可以将针对第一区域317计算出的血流速度与针对第二区域318计算出的血流速度进行比较,以确定针对第一区域317计算出的血流速度与针对第二区域318计算出的血流速度之差是否超出预定的流速差阈值。在一些应用中,针对第一区域317计算出的血流速度与针对第二区域318计算出的血流速度之差超出预定的流速差阈值可以指示诊断上有用的信息。作为一个实例,这可以指示血管300包含收缩部(例如,狭窄)。
在一些另外的实施例中,分析在不同采集时间处采集的图像数据可能对提高流速计算的准确性有用。例如,可以通过使用在不同采集时间处采集的图像数据中表示的第一次团注的造影剂305与第二次团注的造影剂310之间的距离,以更高的准确性确定第一次团注的造影剂305和第二次团注的造影剂310之间的距离。对于确定第二次团注的造影剂310与第三次团注的造影剂315之间的距离也可以如此。
图3B再次示出了血管300,但其在第二图像数据采集时间处,所述第二图像数据采集时间在图3A中表示的第一图像数据采集时间之后。从图3B中可以看出,在第一图像数据采集时间处,每个团注305、310、315已经从其各自在血管300中的位置向血管300的下游移动。
在一个实例中,表示第一区域317的图像数据包含在第一采集时间处采集的表示第一区域317的第一帧图像数据(例如,如图3A所示)和在第二采集时间处采集的表示第一区域317第二帧图像数据(例如,如图3B所示)。在此实例中,第一图像采集时间处的表示血管300的第一区域317的第一帧图像数据被示出在图3A中,可以对其进行分析以确定在所述第一帧图像数据中,第一次团注的造影剂305与第二次团注的造影剂310之间的距离325。另外,第二图像采集时间处的表示血管300的第一区域317的第二帧图像数据被示出在图3B中,可以对其进行分析以确定在所述第二帧图像数据中,第一次团注的造影剂305与第二次团注的造影剂310之间的距离335。可以将距离325和距离335组合,然后乘以造影团注被注射到血管300中的已知频率,以计算血管300的第一区域317的流速。例如,可以通过对距离325和距离335进行平均来组合距离325和距离335。在计算解剖区域的流速时使用多个距离测量值可能有助于提供更大的数据集,从所述数据集中进行计算,从而增加计算的准确性。
类似地,在某些另外的实施例中,表示第二区域318的图像数据包含在第一采集时间处采集的表示第二区域318的第一帧图像数据(例如,如图3A所示)和在第二采集时间处采集的表示第二区域318第二帧图像数据(例如,如图3B所示)。在此实例中,第一图像采集时间处的表示血管300的第二区域318的第一帧图像数据被示出在图3A中,可以对其进行分析以确定在所述第一帧图像数据中,第二次团注的造影剂310与第三次团注的造影剂315之间的距离320。另外,第二图像采集时间处的表示血管300的第二区域318的第二帧图像数据被示出在图3B中,可以对其进行分析以确定在所述第二帧图像数据中,第二次团注的造影剂310与第三次团注的造影剂315之间的距离330。可以将距离320和距离330组合,然后乘以造影团注被注射到血管300中的已知频率,以计算血管300的第一区域317的流速。如上文所示,例如,可以通过对距离320和距离330进行平均来组合距离320和距离330。
一些实施例可以通过分析表示所关注区域的图像数据来确定血流速度,所述所关注区域具有以已知频率注射的多个脉冲式造影团注,这些实施例可用于提供准确和微创的测量值。例如,通过注射相对短且稠密的造影剂包,可以最小化对所关注区域中的自然血流的影响,并且可以在沿所关注区域(例如,冠状动脉)的任何点处估计流速。利用所述估计的流速,可以使用一个或多个(例如,单个)血管造影图像来创建全部或部分冠状树的流动图。当在冠状动脉应用中使用时,此技术可以改进在确定冠状动脉侧支流时依赖于假设的现有技术。以这种方式,每个图像帧都可以被单独处理,从而在整个心搏周期中提供详细的流量曲线。此外,在一些实施例中,为了进一步提高准确性,可以对多个图像帧进行平均,然后可以使用各帧的平均值来得出流速。
如图所示,图4示出了用于通过分析表示所关注区域的图像数据来确定所关注区域中的血流速度的方法400的实施例的流程图,所述所关注区域具有以已知频率注射的多个脉冲式造影团注。在方法400的各个实施例中,上文参考图3A和3B提供的一个或多个细节可以在方法400中的相应步骤处实施。
在方法400的步骤410处,以已知的频率将脉冲式造影团注注射到血管中。可以通过以下步骤以已知的频率将脉冲式造影团注注射到血管中:在第一时间内将第一次团注的造影剂注射到所述血管中;在所述第一时间之后的第二时间内终止造影剂的注射;以及在所述第二时间之后的第三时间内将第二次团注的造影剂注射到所述血管中。
在方法400的步骤420处,分析表示血管的第一区域的图像数据。可以分析表示血管的第一区域的图像数据,以确定血管中的第一次团注的造影剂与第二次团注的造影剂之间的距离。分析表示血管的第一区域的图像数据可以包含分析表示血管的第一区域的图像数据的峰值像素密度,以确定第一次团注的造影剂在血管的第一区域中的位置和第二次团注的造影剂在血管的第一区域中的位置。在一些另外的实施例中,还可以分析表示血管的第二个不同区域的图像数据。可以分析表示血管的第二区域的图像数据,以确定血管中的第二次团注的造影剂与第三次团注的造影剂之间的距离。
在方法400的步骤430处,计算血管的第一区域的血流速度。可以通过将第一次团注的造影剂与第二次团注的造影剂之间的确定距离乘以已知的造影剂注射频率来计算所述血流速度。并且,在一些另外的实施例中,还计算了血管的第二区域的血流速度。可以通过将第二次团注的造影剂与第三次团注的造影剂之间的确定距离乘以已知的造影剂注射频率来计算所述血流速度。
非暂态计算机可读存储制品实施例还可以用于通过分析表示所关注区域的图像数据来确定所关注区域中的血流速度,所述所关注区域具有以已知频率注射的多个脉冲式造影团注。在这种非暂态计算机可读存储制品的各个实施例中,上文参考图3A和3B提供的一个或多个细节可以以存储在非暂态计算机可读存储制品上的计算机可执行指令的形式来实施。
例如,一个这种实施例可以包含一种非暂态计算机可读存储制品,其上存储有计算机可执行指令,以使至少一个可编程处理器分析表示血管的第一区域的图像数据,以确定所述血管中的所述第一次团注的造影剂与所述第二次团注的造影剂之间的距离。例如,在一些情况下,计算机可执行指令可以处理图像数据以确定对应于一个或多个造影团注的位置的峰值像素密度值。所述实施例还可以具有存储在其上的计算机可执行指令,以使至少一个可编程处理器通过将所述第一次团注的造影剂与所述第二次团注的造影剂之间的确定距离乘以已知频率来计算所述血管的所述第一区域的血流速度,包含至少所述第一次团注的造影剂和所述第二次团注的造影剂的脉冲式造影团注在第一时间内以所述已知频率被注射到所述血管中。上文参考图3A和3B公开的一个或多个其它特征也可以被结合到所述特定的非暂态计算机可读存储制品实施例或其它非暂态计算机可读存储制品实施例中。
其它实施例可以通过分析图像数据来确定造影注射流速何时在所关注区域处引起预定状况,从而确定所关注区域的血液流速。通常,可以设置造影剂注射流速(例如,在动力流体注射器处),并且可以在设置的造影剂注射流速下采集图像数据。可以分析此图像数据以确定所关注区域处是否存在预定状况。如果确定不存在预定状况,则可以调整(例如,增加)造影剂注射流速,并且可以在调整后的造影剂注射流速下采集图像数据。同样,可以分析此图像数据以确定所关注区域处是否存在预定状况。一旦确定存在预定状况,则可以使用调整后的造影剂注射流速来确定血管中的血液流速。例如,可以将血液流速确定为等于或接近小于已知造影剂注射流速的预定量或大于已知造影剂注射流速的预定量。
以这种方式,已知的造影剂注射流速可以用作最终得出血管流速的手段。在一些情况下,这种用于确定血管中的血液流速的手段可以被视为使已知的造影注射流速与血管中的血液流速匹配。并且,以这种方式,这种流量测量可能能够促进微创和精确的流量测量值。
参考图5A-7,示出了用于通过分析图像数据来确定已知的造影注射流速何时在所关注区域处引起预定状况,从而确定所关注区域中的血液流速的实施例。具体地说,图5A-5D是表示所关注区域的示意图,并且示出了序列,所述序列示出了在所关注区域处注射的造影流量与血液流量的相对比较,从而确定一种示例性类型的预定状况的出现。图6示出了所关注区域的图像数据像素密度值以及相关的造影注射流速的示意图,从而确定另一种示例性类型的预定状况的出现。并且,图7示出了用于使用造影注射流速来确定所关注区域中的血液流速的方法的实施例的流程图。
图5A-5D示出了一个实施例,其中从血管流出的造影剂的存在被用作在所关注区域处由已知的造影注射流速产生的一种类型的预定状况。即,图5A-5D示出了一个序列,所述序列示出了在所关注区域处注射的造影流量与血液流量的相对比较,从而确定从血管流出的造影剂的存在。在图5A-5D的说明性实施例中,造影注射导管500可以延伸穿过患者的主动脉502,而导管出口504定位在患者的冠状动脉506中。在一些实施例中,图5A-5D中所示的结构和技术可用于一个或多个其它血管中,包含在其它解剖区域中。
在图5A-5D的序列中,造影剂508以增加的流速被注射到冠状动脉506中,直到流速变得太高,从而导致造影剂508从冠状动脉506流出回到主动脉502中。在每个步骤处,可以了解并记录造影注射流速。例如,可以使用动力流体注射器来注射造影剂508,从而可以将造影注射流速设置为已知的造影注射流速,并且根据需要将其可控制地调整为其它已知的造影注射流速。在图5A中,造影剂注射尚未开始,因此造影注射流速为零。在图5B中,造影剂注射已经开始,并且造影剂508以第一造影注射流速被注射。第一造影注射流速小于血液流速,这意味着另外体积的造影剂508可以被注射并在冠状动脉506内自由流动。在图5C中,造影注射流速已经增加到等于血液流速的第二造影注射流速。造影剂508的整个注射体积能够以第二造影注射流速在冠状动脉506内自由流动。造影剂508以与冠状动脉506内的血液相同的速率流动。在图5D中,造影注射流速已经增加到第三造影注射流速。第三造影注射流速大于血液流速。由于在冠状动脉506内没有地方可以让造影剂510的边际体积流动,所以这种造影剂510必须流回主动脉502中。
可以在每个造影注射流速下采集和分析图像数据。在每个造影注射流速下,可以分析图像数据以确定是否存在预定状况。预定状况可以是存在造影剂510从冠状动脉506流回到主动脉502中。可以在每个造影注射流速下分析图像数据。在看到造影剂510从冠状动脉506流出回到主动脉502中的第一帧中,可以注意到相应的造影注射流速。然后可以确定紧接在前的造影注射流速大致等于血液流速。以此方式,可以估计冠状动脉506中的血液流速。在一些情况下,冠状动脉506中的血液流速可以等于或可以接近在检测到造影剂510回流的造影注射流速之前的造影注射流速。在一些情况下,冠状动脉506中的血液流速可以介于检测到造影剂510回流的造影注射流速和紧接在前的造影注射流速之间。
因此,作为图5A-5D中所示的示例性序列,可以通过将已知的造影注射流速与血液的天然流速匹配来确定血液的天然流速。由于动力注射器允许以已知的体积流量特性递送造影剂508,因此可以在动力注射器处调节(例如,相继增加)造影注射流速,以便在所采集的相应图像数据中观察造影注射流速对冠状动脉506和/或主动脉502中的血流产生的影响。例如,如上所述,可以通过递增地增加造影注射流速直到图像数据表明存在从冠状动脉506流回到主动脉502中的造影剂来实现流量匹配。这可以表明血液的天然流速小于引起这种情况的已知的造影注射流速。例如,可以将天然血液流速确定为等于或近似于先前的较低造影注射流速。或者,可以将天然血液流速确定为引起状况的造影注射流速与先前的较低造影注射流速之间的另一流速。
图6示出了用于通过分析图像数据来确定已知的造影注射流速何时在所关注区域处引起预定状况,从而确定所关注区域中的血液流速的另一个实施例。具体地,图6示出了所关注区域的示例性图像数据像素密度值以及相关的造影注射流速的示意图,从而确定与所采集的图像数据中的稳态像素密度的开始相关的造影注射流速。
图6示出了所关注区域600。根据特定应用,所关注区域600可以是多种解剖学位置中的一个或多个,并且在一些实例中,可以包含患者的心肌或冠状血管区域。例如,在一种应用中,所关注区域600可以是由冠状动脉供血的心肌区域。可以例如使用动力流体注射器将造影剂注射到所关注区域600中,从而使得可以将造影注射流速设置为已知的流速并随时间进行调整。
可以采集和分析表示所关注区域600的图像数据605。通常,可以在一段时间内的多个不同时间处采集图像数据605,并且可以在同一时间段内随着造影注射流速递增地变化(例如,增加)来分析此图像数据605。更具体地,在此示例性实施例中,可以在一段时间内分析图像数据605,以确定何时已经达到图像数据605中的稳态像素密度。然后可以使用与图像数据605中的稳态像素密度的开始相关的造影注射流速来确定所关注区域600处的血液流速。在一些这种情况下,这可能导致已知的造影注射流速与图像数据605中稳态像素密度的开始匹配。
图6示出了曲线图610,其示出了造影注射流速与表示所关注区域600的图像数据605的像素密度。如图所示,在此实施例中,随着造影注射流速在相同时间内递增地变化,随时间分析图像数据605的平均像素密度。例如,在许多情况下,可以多次采集图像数据605,包含对于每个造影注射流速至少一次。当图像数据605包含稳态像素密度时,可以使用相关的造影注射流速来确定所关注区域600的血液流速。例如,在图6中所示的实例中,造影注射流速615可与在使用所述造影注射流速将造影剂注射到所关注区域600中时采集的图像数据605的稳态像素密度的开始相关。然后可以使用造影注射流速615确定所关注区域600处的血液流速。例如,使用造影注射流速615确定所关注区域600处的血液流速可以包含:将血液流速确定为等于或基本等于造影注射流速615;将血液流速确定为小于或大于造影注射流速615的预设值;将血液流速确定为等于(或基本等于)先前使用的造影注射流速,其小于或大于造影注射流速615。
可以以多种合适方式中的任何一种或多种方式来确定图像数据605中稳态像素密度的出现。例如,可以分析以特定的造影注射流速获取的每组或每帧图像数据605的像素密度值。所述分析可以包含例如对每组图像数据605的各个分段的数量进行平均,以便为每组图像数据605提供一个像素密度值。然后,可以比较以特定的造影注射流速获取的每组图像数据605的像素密度值。当与各自不同的造影剂注射流速相关的两组或更多组图像数据605的像素密度值越过预定的像素密度阈值时,可以认为出现了稳态像素密度的开始。例如,当与各自不同的造影剂注射流速相关的两组或更多组(例如,三组、四组、五组等)图像数据605的像素密度值在彼此的1%、2%、3%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%或50%之内时,可以认为出现了稳态像素密度。因此,虽然当两组或更多组图像数据605的像素密度值相等时可以认为出现了稳态像素密度,但是当两组或更多组图像数据605的像素密度值不相等而是在彼此的预定范围内时,也可以认为出现了稳态像素密度。当与第二造影注射流速相关的像素密度值和与第一造影注射流速相关的像素密度值之差大于预定的稳态阈值,并且与第三造影注射流速相关的像素密度值和与第二造影注射流速相关的像素密度值之差小于预定的稳态阈值时,可以确定在第二造影注射流速下已经出现了稳态像素密度的开始。在一些情况下,可以通过一个或多个后续像素密度差值低于预定的稳态阈值来确认这种确定。
在描述一个特定实例的过程中可以参考曲线图610,所述实例使用所关注区域600的图像数据像素密度值以及所关注区域600处的相关造影注射流速来确定所关注区域600的血液流速。可以以第一造影注射流速620将造影剂注射到所关注区域600中。当以第一造影注射流速620注射造影剂时,可以在第一采集时间处采集表示所关注区域600的第一图像数据605。可以分析在第一采集时间处采集的第一图像数据605,以确定与第一图像数据605相关的第一像素密度值621。然后,可以使用所述第一像素密度值621来确定是否出现了稳态像素密度。在此实例中,如曲线图610所示,在第一造影注射流速620下没有出现稳态像素密度。
然后可以以第二造影注射流速625将造影剂注射到所关注区域600中。在此实例中,第二造影注射流速625大于第一造影注射流速620。当以第二造影注射流速625注射造影剂时,可以在第二采集时间处采集表示所关注区域600的第二图像数据605。可以分析在第二采集时间处采集的第二图像数据605,以确定与第二图像数据605相关的第二像素密度值626。然后,可以使用所述第二像素密度值626来确定是否出现了稳态像素密度。在此实例中,如曲线图610所示,由于第二像素密度值626与第一像素密度值621之差高于预定的稳态阈值,所以不能确定已经出现了稳态像素密度。
然后可以以第三造影注射流速615将造影剂注射到所关注区域600中。在此实例中,第三造影注射流速615大于第二造影注射流速625。当以第三造影注射流速615注射造影剂时,可以在第三采集时间处采集表示所关注区域600的第三图像数据605。可以分析在第三采集时间处采集的第三图像数据605,以确定与第三图像数据605相关的第三像素密度值616。然后,可以使用所述第三像素密度值616来确定是否出现了稳态像素密度。在此实例中,如曲线图610所示,由于第三像素密度值616与第二像素密度值626之差仍高于预定的稳态阈值,所以不能确定已经出现了稳态像素密度。
然后可以以第四造影注射流速630将造影剂注射到所关注区域600中。在此实例中,第四造影注射流速630大于第三造影注射流速615。当以第四造影注射流速630注射造影剂时,可以在第四采集时间处采集表示所关注区域600的第四图像数据605。可以分析在第四采集时间处采集的第四图像数据605,以确定与第四图像数据605相关的第四像素密度值631。然后,可以使用所述第四像素密度值631来确定是否出现了稳态像素密度。在此实例中,如曲线图610所示,可以确定已经出现了稳态像素密度。第四像素密度值631与第三像素密度值616之差低于预定的稳态阈值。在第二造影注射流速625和第三造影注射流速615之间越过预定的稳态阈值。
因此,根据本实施例,由于第三造影注射流速615与稳态像素密度的开始相关,所以可以使用第三造影注射流速615来确定所关注区域600的血液流速。例如,一旦确定在第四图像数据内存在稳态像素密度并且第三图像数据表示稳态像素密度的开始,则可以将所关注区域600处的血液流速确定为近似于第三造影注射流速615。如所述特定实例所示,在一些情况下,可能需要参考较大的造影注射流速来确定出现稳态像素密度的开始时的造影注射流速,通过相对地比较与先前较低的造影注射流速相关的像素密度值,可以确定稳态像素密度。
使用参考图6描述的血流测量实施例,可以通过将例如在动力流体注射器处设置的一个或多个造影注射流速与所关注区域处的血流的天然流速匹配来测量血流的天然流速。由于动力注射器允许以已知的体积流量特性递送造影剂,因此可以在动力流体注射器处调节(例如,相继增加)造影注射流速,以便在表示所关注区域的所采集的图像数据中观察造影注射流速对所采集的图像数据的像素密度产生的影响。在某些应用中,实际的工作流程可以包含选择所关注的区域(如由冠状动脉供血的心肌)、启动造影注射流速递增序列以及记录电影。然后可以处理以不同造影注射流速中的每个造影注射流速下采集的图像数据,以确定何时出现了稳态像素密度。然后可以使用像素密度首先达到稳态像素密度的造影注射流速来确定冠状动脉中血液流速的测量值。
如图所示,图7示出了用于使用一个或多个造影注射流速来确定所关注区域中的血液流速的方法700的实施例的流程图。
在步骤710处,以第一造影注射流速将造影剂注射到所关注区域(如血管)中。可以使用动力流体注射器将造影剂注射到血管中,所述动力流体注射器允许根据已知的造影注射流速值来设置和调整造影注射流速。在一个特定的情况下,如关于图5A-5D中所示的实例所指出的,可以将造影剂从主动脉注射到冠状动脉中。
在步骤720处,分析在第一采集时间处采集的表示所关注区域(如血管)的第一图像数据,以确定第一造影注射流速是否已经导致第一图像数据中存在预定状况。在一种情况下,预定状况可以是例如存在造影剂从冠状动脉流出回到主动脉中,如参考图5A-5D中所示的实例所描述的。在另一种情况下,预定状况可以是例如稳态像素密度的开始,如参考图6中所示的实例所描述的。在这种情况下,可以分析第一图像数据以确定用于与其它像素密度值进行相对比较的第一像素密度值,所述其它像素密度值对应于以不同的造影注射流速采集的图像数据。
在步骤730处,以不同于(例如,大于)第一造影注射流速的第二造影注射流速将造影剂注射到所关注区域(如血管)中。
在步骤740处,分析在第二采集时间处采集的表示所关注区域(如血管)的第二图像数据,以确定第二造影注射流速是否已经导致第二图像数据中存在预定状况。在预定状况是存在造影剂从冠状动脉流回主动脉中的情况下,可以分析第二图像数据以指示造影剂流回主动脉中的第一发生率。在预定状况是稳态像素密度的开始的情况下,可以分析第二图像数据以确定用于与其它像素密度值(包含第一像素密度值)进行相对比较的第二像素密度值,所述其它像素密度值对应于以不同的造影注射流速采集的图像数据。在这种情况下,第二像素密度值可以不同于第一像素密度值。同样在这种情况下,当第二像素密度值等于稳态像素密度时,可以确定在第二图像数据中存在稳态像素密度的开始。例如,当第二像素密度值在与使用不同的造影注射流速时采集的图像数据相对应的一个或多个其它像素密度值的预定范围内时,可以确定这一点。所述稳态像素密度可以大于第一像素密度值,从而使得第一像素密度值不在第二像素密度值的预定范围内。
在步骤750处,一旦确定第二图像数据中存在预定状况,则可以使用第二造影注射流速来确定所关注区域(如血管)中的血液流速。
在预定状况是存在造影剂从冠状动脉流回主动脉中的情况下,可以以多种方式使用第二造影注射流速来确定所关注区域中的血液流速。作为一个实例,可以使用第二造影注射流速通过确定血管中的血液流速小于第二造影注射流速来确定所关注区域中的血液流速。例如,这可以包含确定所关注区域中的血液流速接近第一造影注射流速或在第一造影注射流速的预定量之内。相反,这可以包含确定所关注区域中的血液流速小于第二造影注射流速并且大于第一造影注射流速,例如,所关注区域中的血液流速是第一造影注射流速和第二造影注射流速的平均值或其它组合。
在预定状况是稳态像素密度的开始的情况下,也可以以多种方式使用第二造影注射流速来确定所关注区域中的血液流速。作为一个实例,可以使用第二造影注射流速通过确定血管中的血液流速接近第二造影注射流速来确定所关注区域中的血液流速。作为另一个实例,可以使用第二造影注射流速通过确定血管中的血液流速大于第二造影注射流速但小于比所述第二造影注射流速大的第三造影注射流速来确定所关注区域中的血液流速。
非暂态计算机可读存储制品实施例也可以用于使用一个或多个造影注射流速来确定所关注区域中的血液流速。在这种非暂态计算机可读存储制品的各个实施例中,上文参考图5A-7提供的一个或多个细节可以以存储在非暂态计算机可读存储制品上的计算机可执行指令的形式来实施。
例如,一个这种实施例可以包含一种非暂态计算机可读存储制品,其上存储有计算机可执行指令,以使至少一个可编程处理器分析在第一采集时间处采集的表示第一所关注区域的第一图像数据,以确定将造影剂注射到血管中的第一造影注射流速是否已经导致所述第一图像数据中存在预定状况。所述制品实施例还具有存储在其上的计算机可执行指令,以使至少一个可编程处理器分析在第二采集时间处采集的表示所述第一所关注区域的第二图像数据,以确定将造影剂注射到所述血管中且大于所述第一造影注射流速的第二造影注射流速是否已经导致所述第二图像数据中存在所述预定状况。并且,所述制品实施例还具有存储在其上的计算机可执行指令,以使至少一个可编程处理器一旦确定所述第二图像数据中存在所述预定状况,则使用所述第二造影注射流速来确定所述血管中的血液流速。上文参考图5A-7公开的一个或多个其它特征也可以被结合到所述特定的非暂态计算机可读存储制品实施例或其它非暂态计算机可读存储制品实施例中。例如,可以包含关于预定状况所公开的特征,所述预定状况是存在造影剂从冠状动脉流出回到主动脉中或稳态像素密度的开始。
图8示出了用于通过分析与同步于心搏周期的一个或多个造影注射相关的图像数据来确定所关注区域中的血流测量值的方法800的实施例的流程图。例如,方法800可以通过分析与在心搏周期的特定阶段期间执行的一个或多个造影注射相关的图像数据来确定所关注区域中的血流测量值。
在步骤810处,在心搏周期的收缩阶段和舒张阶段之一期间将造影剂第一次注射到血管中。作为一个实例,可以在心搏周期的收缩阶段期间将造影剂第一次注射到血管中。在另一个实例中,可以在心搏周期的舒张阶段期间将造影剂第一次注射到血管中。
在步骤820处,在特定点处(例如,在心搏周期的收缩阶段和舒张阶段中的另一个开始之前(图9A)、在心搏周期的一个或多个后续阶段之后(图9B)等)终止造影剂的第一次注射。在步骤810处在心搏周期的收缩阶段期间将造影剂第一次注射到血管中的实例中,步骤820可以包含在心搏周期的舒张阶段开始之前终止造影剂的第一次注射。在此实例中,可能存在以下情况:在心搏周期的整个舒张阶段期间均没有造影剂被注射,并且甚至在心搏周期的整个舒张阶段期间也没有流体被注射。尽管可以替代地存在以下情况:当在收缩阶段期间将造影剂第一次注射到血管中并在舒张阶段开始之前终止时,方法800可以包含另一步骤,即在终止第一次注射之后以及在心搏周期的舒张阶段期间,将造影剂第二次注射到血管中。
在步骤830处,在步骤820处终止第一次注射之后,基于表示第一区域处的造影剂的图像数据,计算血管的第一区域的血流测量值。例如,在终止第一次注射之后,计算血管区域的血流测量值可以包含在血管区域的天然血流下计算血管的血流测量值。在某些情况下,天然血流可以被认为是在血管处没有进行流体注射时血管中存在的血流。因此,在步骤830处计算的天然血流可以是不存在因在血管处注射流体而造成任何强制的流量偏差从而人为地增加血管处的流量的情况下计算出的血流测量值。如下文进一步详细描述的,本文提供的实例可用于提供天然血流计算。
在一个实例中,在步骤830处,当在收缩阶段期间执行第一次注射并在舒张阶段开始之前终止时,用于计算血流测量值的图像数据可以是在终止第一次注射之后和舒张阶段期间采集的图像数据。在这种实例中,方法800可以使用与收缩阶段同步的造影注射来计算对应于舒张阶段的血管区域的血流测量值。在此实例中,图像数据可以包含在舒张阶段期间采集的多个图像帧。然后,为了基于此图像数据计算血管区域的血流测量值,可以实施帧计数过程,所述过程对在收缩阶段注射的造影剂在舒张阶段血管内行进已知长度所需的图像帧的数量进行计数。例如,可以测量(例如,计数)多个图像帧内的图像帧的数量,在所述图像帧上,造影剂从血管区域中的第一预定位置到血管区域中的第二预定位置行进一定距离。可以确定与所测量的图像帧的数量相对应的时间,并且可以通过将距离除以所确定的时间来计算血管区域的血流速度。根据应用,可以通过将对应于造影剂在其上行进一定距离的每个图像帧的已知时间间隔乘以所测量的图像帧的数量来确定与所测量的图像帧的数量相对应的时间。对应于每个图像帧的已知时间间隔可以根据用于采集图像数据的成像装置而变化。
因此,在此实例中,可以在心搏周期的收缩阶段期间注射造影剂,从而使得一个或多个造影团注在心搏周期的收缩阶段(相对低流量)期间将被预载到血管的近端区域中。例如,这可以使用同步的造影注射来完成,以便在收缩阶段内开始和结束,从而在舒张阶段期间不进行造影剂注射。一旦预载了造影并且收缩阶段结束,则可以停止注射,然后在这一点处,舒张阶段期间增加的血流可以在天然血流下通过血管(例如,冠状动脉)携带造影团注。如上文所示,可以将舒张阶段期间的造影团注流量用于血管造影图像数据的帧计数分析中,以测量血管的血流速度。值得注意的是,与收缩阶段同步的造影剂注射可以在测量血流速度时允许进行更准确的帧计数分析,因为其可以避免在天然血流上施加强制血流偏差,而在高压下不同步地进行造影剂注射时则可能会出现这种情况。
可以使用计算出的对应于舒张阶段的血流测量值来确定多项诊断指标。例如,可以使用计算出的对应于舒张阶段的血流测量值来建模与血管流量(包含血管收缩的严重程度)有关的用于诊断目的压力比。在一个这种应用中,可以使用计算出的对应于舒张阶段的血流测量值来确定瞬时无波形比率(“iFR”)。在另一个这种应用中,可以使用计算出的对应于舒张阶段的血流测量值来确定舒张压比(“dPR”)。
在另一个实例中,造影剂注射可以与舒张阶段和收缩阶段两者都同步,以使得能够在每个舒张阶段和收缩阶段期间进行离散的流量分析。当在收缩阶段期间将造影剂第一次注射到血管中并在舒张阶段开始之前终止时,方法800可以包含另一步骤,即在终止第一次注射之后以及在心搏周期的舒张阶段期间,将造影剂第二次注射到血管中。可以在心搏周期的下一个收缩阶段开始之前终止将造影剂第二次注射到血管中。并且,在终止第二次注射之后,可以基于表示血管区域处的造影剂的图像数据来计算血管区域的血流测量值。
具体地说,在这种实例中,如所指出的,可以针对舒张阶段和收缩阶段中的每个阶段计算血管区域处的血流测量值。用于计算每个阶段的流速的图像数据可以包含多个图像帧,并且多个图像帧可以包含在收缩阶段期间采集的第一组图像帧和在舒张阶段期间采集的第二组图像帧。然后可以基于此图像数据通过以下来计算血管区域的血流速度:基于在收缩阶段期间采集的第一组图像帧计算血管区域的第一血流速度并基于在舒张阶段期间采集的第二组图像帧计算血管区域的第二血流速度。
因此,在参考图8的实施例提供的实例中,造影剂注射可以与心搏周期的舒张阶段和收缩阶段中的一个阶段或每个阶段同步,以使得能够在舒张阶段和收缩阶段中的一个阶段或每个阶段期间进行离散的流量分析。也就是说,在这些实例中,造影剂注射可以被同步,以便在收缩阶段内开始和结束和/或在舒张阶段内开始和结束。由于在舒张阶段和收缩阶段中流量特性可能会发生显著变化,因此同步一次或多次造影剂注射,使造影剂注射不会从舒张阶段扩展到收缩阶段(反之亦然),这可以允许在局限于舒张或收缩状况之一的情况下使用注射的造影剂进行流量分析。这可以允许针对这两个阶段中的一个阶段或每个阶段进行更精确的流量估计,从而改善用于表征冠状动脉狭窄的经验性流量模型。
非暂态计算机可读存储制品实施例还可以用于通过分析与同步于心搏周期的收缩阶段或舒张阶段之一或两者的一个或多个造影注射相关的图像数据来确定所关注区域中的血流测量值。在这种非暂态计算机可读存储制品的各个实施例中,上文参考图8提供的一个或多个细节可以以存储在非暂态计算机可读存储制品上的计算机可执行指令的形式来实施。
例如,一个这种实施例可以包含一种非暂态计算机可读存储制品,其上存储有计算机可执行指令,以使至少一个可编程处理器基于表示所述第一区域处的注射的造影剂的图像数据来计算血管的第一区域的血流测量值。在所述制品实施例中,存储在其上的计算机可执行指令使至少一个可编程处理器将血流测量值计算基于图像数据,所述图像数据表示在心搏周期的收缩阶段和舒张阶段之一期间注射到所述血管中并在特定点处(例如,在心搏周期的收缩阶段和舒张阶段中的另一个开始之前(图9A)、在心搏周期的一个或多个后续阶段之后(图9B)等)终止的造影剂。上文参考图8公开的一个或多个其它特征也可以被结合到所述特定的非暂态计算机可读存储制品实施例或其它非暂态计算机可读存储制品实施例中。例如,可以包含关于与造影剂注射相对应的图像数据所公开的特征,所述造影剂注射与心搏周期的舒张阶段和收缩阶段中的一个阶段或每个阶段同步,以及在舒张阶段和收缩阶段中的一个阶段或每个阶段期间进行的离散流量分析。
应当理解,与对数据存储持久性的限制(例如,RAM和ROM)相反,本文所使用的术语“非暂态”是对介质本身的限制(例如,有形的,非信号)。
已经参考某些公开的实施例描述了各个实例。给出实施例是出于说明目的而非限制性目的。本领域的技术人员将理解,在不脱离本发明的范围的情况下,可以进行各种改变、改编和修改。
Claims (28)
1.一种用于确定血管中的血流速度的方法,所述方法包括以下步骤:
通过以下步骤以已知的频率将脉冲式造影团注注射到所述血管中:在第一时间内将第一次团注的造影剂注射到所述血管中;在所述第一时间之后的第二时间内终止造影剂的注射;以及在所述第二时间之后的第三时间内将第二次团注的造影剂注射到所述血管中;
分析表示所述血管的第一区域的图像数据,以确定所述血管中的所述第一次团注的造影剂与所述第二次团注的造影剂之间的距离;以及
通过将所述第一次团注的造影剂与所述第二次团注的造影剂之间的确定距离乘以所述已知频率来计算所述血管的所述第一区域的所述血流速度。
2.根据权利要求1所述的方法,其中分析表示所述血管的所述第一区域的图像数据包括分析表示所述血管的所述第一区域的所述图像数据的峰值像素密度,以确定所述第一次团注的造影剂在所述血管的所述第一区域中的位置和所述第二次团注的造影剂在所述血管的所述第一区域中的位置。
3.根据权利要求1所述的方法,其中表示所述血管的所述第一区域的所述图像数据是所述血管的所述第一区域的单帧图像数据。
4.根据权利要求1所述的方法,
其中表示所述血管的所述第一区域的所述图像数据包含在第一采集时间处采集的表示所述血管的所述第一区域的第一帧图像数据和在第二采集时间处采集的表示所述血管的所述第一区域的第二帧图像数据,并且
其中确定所述第一次团注的造影剂与所述第二次团注的造影剂之间的所述距离包括:
分析所述第一帧图像数据,以确定所述第一帧图像数据中的所述第一次团注的造影剂与所述第二次团注的造影剂之间的第一距离;
分析所述第二帧图像数据,以确定所述第二帧图像数据中的所述第一次团注的造影剂与所述第二次团注的造影剂之间的第二距离;以及
对所述第一距离和所述第二距离进行平均,以确定所述第一次团注的造影剂与所述第一次团注的造影剂之间的所述距离。
5.根据权利要求1所述的方法,
其中以已知的频率将脉冲式造影团注注射到所述血管中进一步包括在所述第三时间之后的第四时间内终止造影剂的注射以及在所述第四时间之后的第五时间内将第三次团注的造影剂注射到所述血管中,并且
进一步包括以下步骤:
分析表示所述血管的第二区域的图像数据,以确定所述血管中的所述第二次团注的造影剂与所述第三次团注的造影剂之间的距离;以及
通过将所述第二次团注的造影剂与所述第三次团注的造影剂之间的确定距离乘以所述已知频率来计算所述血管的所述第二区域的所述血流速度。
6.根据权利要求5所述的方法,其进一步包括以下步骤:
将针对所述血管的所述第一区域计算出的血流速度与针对所述血管的所述第二区域计算出的血流速度进行比较,以确定针对所述血管的所述第一区域计算出的血流速度与针对所述血管的所述第二区域计算出的血流速度之差是否超出预定的流速差阈值。
7.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括在所述第二时间内将盐水流体注射到所述血管中,从而使得盐水流体在所述血管中存在于所述第一次团注的造影剂和所述第二次团注的造影剂之间。
8.根据权利要求1所述的方法,其中所述已知频率介于5Hz和20Hz之间,并且其中所述第一时间占所述第一时间和所述第二时间的总和的10%和50%。
9.一种用于确定血管中的血液流速的方法,所述方法包括以下步骤:
以第一造影注射流速将造影剂注射到所述血管中;
分析在第一采集时间处采集的表示第一所关注区域的第一图像数据,以确定所述第一造影注射流速是否已经导致所述第一图像数据中存在预定状况;
以大于所述第一造影注射流速的第二造影注射流速将造影剂注射到所述血管中;
分析在第二采集时间处采集的表示所述第一所关注区域的第二图像数据,以确定所述第二造影注射流速是否已经导致所述第二图像数据中存在所述预定状况;以及
一旦确定所述第二图像数据中存在所述预定状况,则使用所述第二造影注射流速来确定所述血管中的所述血液流速。
10.根据权利要求9所述的方法,其中所述血管包括冠状动脉,并且所述造影剂从主动脉被注射到所述冠状动脉中,并且其中所述预定状况是存在造影剂从所述冠状动脉流出回到所述主动脉中。
11.根据权利要求10所述的方法,其中使用所述第二造影注射流速来确定所述冠状动脉中的所述血液流速包括确定所述冠状动脉中的所述血液流速小于所述第二造影注射流速。
12.根据权利要求11所述的方法,其中使用所述第二造影注射流速来确定所述冠状动脉中的所述血液流速包括确定所述冠状动脉中的所述血液流速接近所述第一造影注射流速。
13.根据权利要求11所述的方法,其中使用所述第二造影注射流速来确定所述冠状动脉中的所述血液流速包括确定所述冠状动脉中的所述血液流速小于所述第二造影注射流速并且大于所述第一造影注射流速。
14.根据权利要求9所述的方法,其中使用所述第二造影注射流速来确定所述血管中的所述血液流速包括确定所述血管中的所述血液流速接近所述第二造影注射流速。
15.根据权利要求9所述的方法,其进一步包括以下步骤:
以大于所述第二造影注射流速的第三造影注射流速将造影剂注射到所述血管中;
分析在第三采集时间处采集的表示所述第一所关注区域的第三图像数据,以确定所述第三造影注射流速是否已经导致所述第三图像数据中存在所述预定状况;以及
一旦确定所述第三图像数据中存在所述预定状况,则确定所述血管中的所述血液流速接近所述第二造影注射流速。
16.根据权利要求15所述的方法,其中分析所述第一图像数据包括确定与所述第一图像数据相关的第一像素密度值,其中分析所述第二图像数据包括确定与所述第二图像数据相关的第二像素密度值,其中分析所述第三图像数据包括确定与所述第三图像数据相关的第三像素密度值,其中所述预定状况是稳态像素密度的开始,并且其中确定在所述第三图像数据中存在所述预定状况包括确定所述第二像素密度值与所述第一像素密度值之差大于预定的稳态阈值,但是所述第三像素密度值与所述第二像素密度值之差小于所述预定的稳态阈值。
17.根据权利要求16所述的方法,其中所述第一所关注区域是由冠状动脉供血的心肌区域。
18.一种用于确定血管中的血流测量值的方法,所述方法包括以下步骤:
在心搏周期的收缩阶段和舒张阶段之一期间将造影剂第一次注射到所述血管中;
终止所述造影剂的所述第一次注射;以及
在终止所述第一次注射之后,基于表示所述区域处的所述造影剂的图像数据来计算所述血管区域的所述血流测量值。
19.根据权利要求18所述的方法,其中终止所述造影剂的所述第一次注射发生在所述心搏周期的所述收缩阶段和所述舒张阶段中的另一个开始之前。
20.根据权利要求19所述的方法,其中所述收缩阶段期间进行所述造影剂的所述第一次注射,并且其中在所述舒张阶段开始之前终止所述造影剂的所述第一次注射。
21.根据权利要求20所述的方法,其中在终止所述第一次注射之后并且在所述舒张阶段期间采集所述图像数据。
22.根据权利要求21所述的方法,
其中所述图像数据包括多个图像帧,并且
其中基于所述图像数据计算所述血管区域的所述血流测量值包括:
测量所述多个图像帧内的图像帧的数量,在所述图像帧上,所述造影剂从所述血管区域中的第一预定位置到所述血管区域中的第二预定位置行进一定距离;
确定与所测量的图像帧的数量相对应的时间;以及
通过将所述距离除以所述确定的时间来计算所述血管区域的血流速度。
23.根据权利要求22所述的方法,其中所述计算出的血流速度对应于所述舒张阶段,并且所述方法进一步包括使用所述计算出的血流速度来确定瞬时无波形比率。
24.根据权利要求22所述的方法,其中所述计算出的血流速度对应于所述舒张阶段,并且所述方法进一步包括使用所述计算出的血流速度来确定舒张压比。
25.根据权利要求20所述的方法,其进一步包括以下步骤:
在所述心搏周期的所述舒张阶段期间将所述造影剂第二次注射到所述血管中;
在所述心搏周期的所述收缩阶段开始之前终止所述造影剂的所述第二次注射;以及
在终止所述第二次注射之后,基于表示所述区域处的所述造影剂的图像数据来计算所述血管区域的所述血流测量值。
26.根据权利要求25所述的方法,
其中所述图像数据包括多个图像帧,所述多个图像帧包括在所述收缩阶段期间采集的第一组图像帧和在所述舒张阶段期间采集的第二组图像帧,并且
其中基于所述图像数据计算所述血管区域的所述血流测量值包括:
基于在所述收缩阶段期间采集的所述第一组图像帧,计算所述血管区域的第一血流速度;以及
基于在所述舒张阶段期间采集的所述第二组图像帧,计算所述血管区域的第二血流速度。
27.根据权利要求18所述的方法,其中在终止所述第一次注射之后计算所述血管区域的所述血流测量值包括在所述血管区域的天然血流下计算所述血管区域的所述血流测量值,并且其中在没有进行血管注射的时候存在所述天然血流。
28.根据权利要求18所述的方法,其中终止所述造影剂的所述第一次注射发生在所述心搏周期的所述收缩阶段和所述舒张阶段中的另一个开始之后。
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