CN104379065B - 流体流量测量系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了用于对患者的脉管系统中的流体流量进行测量的系统和方法。一些系统可以包括注射系统，注射系统被配置为将一团流体注入患者的血管中。一些系统可以包括测量引擎，测量引擎被配置为使用由血管内测量装置生成的测量数据来监视血管中的流体团。测量引擎可以根据测量数据来确定流体团的流动距离以及流体团穿过流动距离的经历时间。血管的流体流速(例如，速度、容积流量)可以使用流动距离和经历时间来计算。

Description

流体流量测量系统和方法
相关申请
本申请要求于2012年5月25日递交的临时申请U.S.Ser.No.61/651,972以及于2012年5月25日递交的临时申请U.S.Ser.No.61/651,930的优先权，其公开内容通过引用全部包含在本申请中。
背景技术
诊断值用于了解患者的脉管系统内的流体流量，因为流体流量可能有助于识别和定位患者血管中的阻塞。热稀释法是可用于对通过患者血管的流体流量进行确定的一个方法并且通常使用气囊漂浮(Swan-Ganz)导管执行，Swan-Ganz导管也称为肺动脉导管，Swan-Ganz导管专门使用于心脏。热稀释法通过将加热或冷却的流体引入心脏并随后测量下游温度的变化来确定心脏的心输出量。心输出量根据测量的温度变化来确定。其它用于确定血管内的流体流量的方法包括多普勒(Doppler)技术，Doppler技术利用超声波和多普勒效应来确定血液通过血管的速度。然而，Doppler技术易受到患者的脉管系统中可能出现的回流或者其它湍流速度波动所导致的误差的影响。通过血管的流体流量还可以使用血流储备分数(fractional flow reserve，FFR)技术来估算。FFR技术通常通过测量穿过血管中的损伤的压力来估算流体流量。FFR技术不测量通过血管的流体流量，而是随着在充血(例如，药物导致的血管膨胀)期间执行的FFR测量对流速进行近似/估算。
血管内超声(IVUS)包括一个或多个超声波换能器，超声波换能器根据接收的电信号发射超声波能量并且根据由各种血管内结构反射的超声波能量返回电信号。IVUS通常用于生成图像。在一些情况下，具有高分辨率显示器的控制台能够实时显示IVUS图像。以此方式，IVUS能够用于提供血管结构和内腔的活体内可视化，活体内可视化包括冠状动脉内腔、冠状动脉壁形态、以及位于冠状动脉壁的表面处或附近的装置(例如，支架)。IVUS成像可以用于将包括冠状动脉疾病在内的患病血管形象化。在一些情况下，超声波换能器能够在相对较高的频率(例如，10MHz-60MHz，在一些优选实施例中为40MHz-60MHz)下工作并且能够被携带到接近IVUS导管的远端。一些IVUS系统包括对IVUS导管进行机械旋转以用于360度可视化。
随着更高频率的IVUS成像系统以及光学相干断层成像(OCT)系统的出现，当血液从血管内腔中排除时，血管图像的精确度明显提高。相应地，成像系统可以包括注射系统，注射系统配置为在对血管成像之前将清洗剂传送到血管中。
发明内容
本公开通常涉及可以用于使用成像技术对通过血管的流体流量进行测量的系统和方法。在某些示例中，采用血管内超声波(IVUS)、光学相干断层成像术(OCT)或者其它适合的成像技术的测量系统可以用于确定通过血管的流体流量。在一个示例中，测量系统的注射系统可以将一团清洗剂传送到患者的血管中，并且该团可以使用例如超声波换能器来观察。从超声波换能器中采集的数据可以用于确定血管内的团的流动距离和/或团流过该距离的经历时间。血管的流速则可以根据团流动的流动距离以及经历时间来确定。在一些示例中，流动距离可以从血管的横截面面积和团的体积已知或计算之处导出。
本公开所公开的示例可以提供有利于现有的确定患者的脉管系统内的流动的系统和方法的一个或多个优点。例如，可以在大小足够容纳成像导管(例如，IVUS或OCT导管)的血管中测量流体流量。进一步地，相比于提供流体流量的近似值或预测值的系统和方法，一些示例实际上通过观测血管中的流速来测量流体流量。同样地，一些示例中的流体流量测量可以使用经济上可行的成像系统来完成，相比于测量和计算流体流量的非过程相关方法，这些成像系统提供的优点是在血管内成像操作过程中执行流体流量测量。而且，在成像操作过程中测量流体流量的能力减少了诊断时间，因为需要流体流量测量的潜在问题可以在不必制定其它过程或使用附加设备的情况下立即执行。相应地，患者和保健提供者可以享受到成本节约和时间节约。
附图和以下描述给出了一种或多个示例的细节。其它特征、目的和优点将从说明书和附图以及权利要求中变得明显。
附图说明
图1为配置成执行血液动力学测量的示意性系统；
图2为配置成执行血液动力学测量的示意性的血管内超声(IVUS)系统的框图；
图3A为可在图2的IVUS系统中使用的示意性的导管组件的侧视截面图；
图3B为示意性的导管组件的远侧段的侧视截面图；
图4为示出了用于确定通过患者血管的流速的方法的流程图；
图5A至图5C为患者血管内的导管组件的截面图；
图6为测量引擎随时间生成的斑纹密度图；
图7A示出了用于手动清除来自血管的血液以成像的技术；
图7B示出了用于自动清除来自血管的血液以成像的技术。
具体实施方式
以下具体说明本质上为示例性的并且不以任何方式对本发明的范围、适用性或配置进行限定。更确切地说，以下说明提供了一些用于实施本发明的示例的实际说明。对于所选择的元件提供有构造、材料、尺寸以及制造工艺的示例，并且全部其它的元件使用本发明领域中的技术人员已知的构造、材料、尺寸以及制造工艺。本领域技术人员意识到许多。
图1为系统100的说明性示例，系统100可以配置为执行血液动力学测量(例如患者的脉管系统内的流体流量)。系统100可以包括导管组件102，导管组件102具有近端104和配置为插入到患者144的血管中的远端106。在一个示例中，导管组件102可以经由股骨动脉而插入患者144中并且引导至患者144内的关注区域。图1中的虚线代表患者144体内的导管组件102的部分。在一些示例中，导管组件102可以包括在远端106内具有测量模块的血管内测量装置108，血管内测量装置108被配置为对基于波的能量进行发射和接收并且生成测量数据——例如以对患者144体内的关注区域进行成像。例如，在系统100为血管内超声(IVUS)系统时，血管内测量装置108可以包括IVUS成像探针，IVUS成像探针包括配置为发射和接收超声波声能量并生成超声波数据的超声波换能器。在另一示例中，系统100可以是光学相干断层成像(OCT)系统，该系统中的血管内测量装置可以包括OCT成像探针，OCT成像探针包括配置为发射和接受光并生成OCT数据的测量模块。
系统100可以包括平移机构119，平移机构119可包括患者接口模块(patientinterface module，PIM)120和线性平移系统(linear translation system，LST)122。如之后所述，LTS 122可以与导管组件102机械接合并且配置为在平移操作(例如，撤回或抽出操作)过程中将导管组件102在患者144体内平移一受控距离。在此示例中，平移机构119的PIM120能够作为与导管组件102的接口。
系统100的计算机140可以包括一个或多个处理器，处理器配置为接收来自系统用户142的命令和/或对经由用户界面获得的来自导管组件102的数据进行显示。在一个示例中，计算机可以是个人计算机，该个人计算机包括计算机外围设备(例如，键盘、鼠标、电子显示屏)，以对来自系统用户142的输入进行接收并且对接收自导管组件102的系统信息和/或信号(例如，渲染的图像)进行输出。在一些示例中，计算机的用户界面可以是配置作为输入装置以及输出装置的触屏显示器。在一些示例中，计算机140可以包括用于对由一个或多个处理器执行的指令或软件进行存储的存储器模块。例如，计算机140可以包括软件，以使得计算机140起到用于测量患者的脉管系统内的流体流量的测量引擎的作用。
图2为可以用于执行血液动力学测量的IVUS系统200的一个示例的高级框图。IVUS系统200能够包括测量引擎210、PIM 230、LTS 220以及导管组件240。测量引擎210能够是IVUS系统200的中心部件并且可以执行一个或多个功能，所述功能例如包括血液动力学计算、图像生成、IVUS图像和其它信息的显示、系统部件的控制、存储和导出图像数据、用于对系统进行操作的用户界面(例如，图形用户界面(GUI))、分析工具(例如，区域测量、线性测量、和注释)等。在一些示例中，测量引擎可以是包括一个或多个可编程处理器的计算机。在一些示例中，测量引擎可以包括一个或多个存储器模块，存储器模块包括可以由一个或多个可编程处理器(例如，软件)执行的指令。
PIM 230能够提供导管组件240与测量引擎210之间的机电接口。在一些实施例中，PIM 230能够提供机械接口以固定导管组件240，并且能够提供机械能以旋转导管组件240的成像组件。在一些实施例中，PIM 230能够提供提供电接口，该电接口将信号从集成的超声波发生器传输到导管组件240并且接收返回信号。
导管组件240可以是微创血管内超声波成像导管。导管组件240能够从其远侧末端处的换能器发射超声波能量，该超声波能量可以被导入患者的关注区域中，关注区域例如为心脏的冠状动脉。脉管组织所反射的超声波能够被换能器接收并且通过PIM 230发送到测量引擎210。导管组件240可以根据用户偏好或具体应用在选择频率下操作，选择频率例如为40MHz或60MHz。在一些示例中，导管组件240能够包括围绕有保护套的驱动电缆。在一些这样的实施例中，导管组件240的近端能够连接到PIM 230并且能够由PIM 230机械地旋转。在一些实施例中，导管组件240的远端可以包括血管内测量装置，血光内测量装置具有连接到驱动电缆并且由驱动电缆旋转360度的成像元件。成像元件可以是宽频带超声波换能器，该宽频带超声波换能器根据用户可选的设定来发射和接收例如在40Mhz到60MHz之间的超声波能量。能够理解，超声波换能器发射和接收声能的频率可以根据应用的不同而变化。一些驱动电缆包括将PIM 230电连接到超声波换能器上的电传输线。在具有机械旋转驱动电缆的实施例中，成像元件能够360度连续扫描(旋转)。
为了发起图像采集，PIM 230能够通过传输线向超声波换能器发送一电信号(例如，高频脉冲)。在“现场”成像过程中，该高频脉冲能够被周期性地且连续地发送到换能器以激励换能器。换能器能够将电信号转换为超声波能量脉冲或压力波。在一些示例中，压力波通过导管的细长成像窗口被传输到邻近的脉管组织。脉管组织能够与压力波相互作用并且通过成像窗口将压力波反射回换能器。换能器能够将接收到的超声波能量转换回到电能量。电能量之后能够经由嵌入在驱动电缆中的传输线被传输回到PIM 230并且之后回到测量引擎210，以用于血液动力学测量。
一些示例包括集成在导管组件中的望远镜组件，该望远镜组件通过在不移动导管保护套的情况下伸出或缩回成像组件而允许在单次过程中对多个关注区域成像。换能器能够通过延伸或折叠望远镜组件而沿着成像窗口纵向地平移。该系统允许在不移动导管保护套的情况下沿着一段动脉进行成像。纵向平移能够由系统用户或在机动化控制下手动执行。机动化纵向平移使得能够获得标定的三维容积数据。这允许测量引擎210沿着研究中的动脉的长度精确地测量距离。
在一些示例中，纵向平移由线性平移系统(Linear Translation System，LTS)220提供，LTS 220与PIM 230以及导管组件240配合以允许成像元件以受控速率撤回。LTS 220能够提供标定的线性平移以用于纵向图像的测量。LTS 220可以对显示进行表征，该显示指示穿过的线性距离和撤回速率以及控制，该控制用于开始/终止撤回、设定撤回速率、将穿过的线性距离重设为零、以及切换到手动模式。在手动模式中，系统用户能够向前或向后自由地移动导管成像元件。在另一个示例中，LTS 220可以配置为使导管成像元件能够以受控速率撤回和/或推进。仍然在另一个示例中，LTS 220可以配置为通过交替地执行撤回和推进操作来摆动导管成像元件。
在一些示例中，IVUS系统200还可以包括配置为将流体传送到患者血管中的注射系统250。在一些示例中，注射系统250可以包括配置为将一个或多个流体(例如，造影剂或生理盐水)传送到患者体内的自动注射泵。在一些示例中，自动注射泵可以与测量引擎210电连通并且由测量引擎210控制。在一些示例中，注射系统250可以包括配置为对自动注射泵进行控制的控制器。在某些示例中，注射系统250可以是配置为允许用户手动地将一个或多个流体传送到患者体内的手动注射泵(例如，针筒注射)。如以下所述，注射系统250可以与导管组件240流体连通，以使得来自注射系统的流体经由导管组件240传送到患者的脉管系统中。能够理解，注射系统250可以配置为对适合于IVUS系统200的具体应用的任意种类以及任意数量的流体进行传送。
图3A为可以在图2的IVUS系统200中使用的导管组件300的侧视截面图。再次参考图3A，如上所见，驱动电缆304可以经由连接器302机械地接合并电连接到PIM(未示出)。相应地，PIM可以被用于旋转保护套303内的驱动电缆。包括超声波换能器308的血管内测量装置309可以位于导管组件300的远侧段330中。血管内测量系统309可以耦合到驱动电缆，以使得驱动电缆的旋转还引起超声波换能器308在保护套303内旋转。超声波换能器308可以配置为发射和接收超声波能量并生成超声波数据。在一些示例中，导管组件300可以包括对于由超声波换能器308发射的超声波能量的频率基本上透明的成像窗口306。
在一些示例中，导管组件300可以与注射系统流体连通，以将一定量的流体或一团流体从注射系统传送到患者血管。在此示例中，导管组件300能够包括注射插管342，注射插管342在点340的下游与注射系统流体连通。注射插管342能够包括注射插管内腔344以及用于将流体传送到血管中的注射口346。注射系统可以将小团流体(例如，生理盐水或显影剂)传送到注射插管内腔344中、注射口346外并进入血管中。注射口346可以在超声波换能器308的下游位于导管组件的近侧段320中，以使得注射的团随血液流动一起在血管中朝着超声波换能器308行进(即，参见图3A中从左至右)。该团可包括对于由超声波换能器308所发射的波长大体透明并且被用作对血管进行清洁以用于血管成像的清洗剂的流体。
图3B为导管组件的远侧段350的侧视截面图。在一些示例中，远侧段350可以代替包含在图3A的导管组件300中的远侧段330被使用。除了远侧段350能够包括短的单轨导丝系统351以外，远侧段350与导管组件300的远侧段330类似。单轨导丝系统可以包括形成导丝内腔356的远端352，导丝内腔356配置为容纳导丝354以将导管组件引入到患者的脉管系统中。能够理解，根据导管组件的不同应用，不同的示例可以配置为容纳不同的导丝。在导管被用于微创血管内超声波成像以用于人类冠状动脉病理学检测的示例中，导管可以是6F导向导管兼容装置，并且导丝接合系统可以兼容于经济上可行的0.014的导丝。在一些示例中，单轨可以包括远侧段350中的远侧不透射线标志(未示出)。在一些示例中，不透射线标志可以位于远端352中。在一些示例中，远侧不透射线标志可以位于与导管的远端相距8mm处。在一些示例中，导管的远侧末端的进入轮廓可以为<2.0F，导管的交叉剖面可以为3.2F，并且导管的工作长度可以为142cm。
在一些示例中，上述的系统和装置可以用于执行患者的脉管系统的血液动力学测量。图4为对用于确定通过患者血管的流速的方法400进行说明的流程图。在一些示例中，方法400可以配置为确定血液速度和/或通过血管的容积流速。图4的方法400可以由测量系统的测量引擎全部或部分实施。在一些示例中，测量系统是与图2中的IVUS系统200相类似的IVUS系统。再次参考图4，方法400能够包括将一定量的流体传送410到患者的血管中，在这些流体位于血管中时生成420数据，确定430这些流体的流动距离，根据数据确定440经历时间，以及根据流动距离和经历时间来计算流速。在测量的流速为容积流速的示例中，方法400可以配置为在计算450容积流速之前确定444血管的物理尺寸。
例如，注射系统可以将一团流体传送410到患者的血管中并且血管内测量装置可以用于在这团流体在血管中的同时生成420数据。在一些示例中，该团在血管内的流动距离可以是已知的，或者所生成420的数据可以用于确定流动距离430。在一些示例中，生成420的数据还可以用于确定440该团流过该距离的过程中所经历的时间。血管的流速则可以根据流动距离和经历时间来计算450。在流速为血管中的流体速度的示例中，流速可以使用以下等式进行计算450：
在此示例中，速度ν可以通过将该团在血管D内的流动距离除以该团流过该距离的经历时间△T来计算450。
在一些示例中，可以根据血管的物理尺寸和流体量的已知体积并使用以下等式确定430流动距离：
在此示例中，流动距离D可以通过使流体量的体积Vol除以血管的物理尺寸A来确定。在一些示例中，物理尺寸可以是血管的横截面面积。在这样的示例中，将流体量的体积除以血管的横截面面积可以产生流体量的纵向尺寸或长度。在许多情况下，流体量的长度可以根据以上参考的流速等式的流动距离D。除其它以外，于2013年3月15日递交的共同转让的美国专利申请No.13/834031(“Multiple Transducer Delivery Device and Method”(多换能器传送装置和方法))，论述了使用IVUS系统来收集关于血管的直径和横截面面积的信息并在此以参考方式全部包含在本申请中。在一些示例中，测量引擎可以配置为自动地确定物理尺寸和流体量的体积，并且计算流动距离D。在一些示例中，血管中的流体速度可以根据流体量的体积Vol、血管的物理尺寸A以及经历时间△T并使用以下等式来确定：
在流速为通过血管的容积流速的示例中，血管内测量装置可以用于确定444血管的横截面面积，并且流速可以通过使横截面面积乘以血管中的流体速度来计算450。
在一些示例中，测量引擎可以配置为根据生成420的数据来确定起始时间和/或终止时间，以计算经历时间。例如，采用超声波技术的测量引擎可以配置为生成血管内的流体的斑纹密度，以确定440该团流过流动距离期间的经历时间。斑纹密度可以用于检测血管内的流体量的位置，以确定起始时间和/或终止时间。斑纹是通常作为斑点出现在超声波图像中的图像伪影，这些斑点在物体的结构尺度过小而无法由成像系统分辨时产生。斑纹密度(例如，超声波图像中的斑点密度)与物体中的无法分辨的结构的浓度直接相关。血液可以是超声波图像中的斑纹的一个原因，因为血液的成分(例如，红血球、白血球、血小板)过于小而无法被超声波换能器分辨。通常情况下，斑纹被认为是不良的图像伪影，因为斑纹能够掩盖很小但是有可能在诊断上非常重要的成像特征。为了避免血液引起的斑纹，许多成像系统(例如，IVUS、OCT)能够配置为使用清洗剂(例如，生理盐水、造影剂、任氏Ringer溶液、右旋糖酐、乳酸溶液)以在对血管成像之前将血液从血管内的关注区域清除。清洗剂可以是对于由超声波换能器发射的波长基本透明的流体。
测量引擎可以配置为根据超声波数据中的斑纹检测来检测血管内的包括清洗剂的团的位置。在此测量引擎配置为生成斑纹密度的示例中，当斑纹密度从高(例如，血液引起的斑纹)变到低(例如，清洗剂中不存在斑纹)时，可以检测到团的前沿。类似地，当斑纹密度从低(例如，清洗剂)变到高(例如，血液)时，可以检测到团的后沿。在一些示例中，一个或多个斑纹密度阈值可以用于确定与由超声波换能器检测到团的前沿或后沿的时刻相对应的起始时间和/或终止时间。在一些示例中，斑纹密度阈值可以预先确定和/或由用户选择。在其它示例中，测量引擎可以配置为根据系统配置和/或应用的具体成像条件自动地确定斑纹密度。
类似的方法可以用于通过使用除IVUS之外的成像技术来确定团的位置。例如，上述的方法可适用于采用OCT技术的测量引擎。例如，团可以包括光学透明清洗剂。OCT可以检测血管中的光透明度而非检测斑纹密度来确定团的位置。相应地，在一些示例中，光透明度阈值可以用于检测团的位置。
以下参照图5A至图6对方法400进行进一步详述。图5A至图5C为患者的血管520内的导管组件500的截面图。在此示例中，导管组件500可以包括注射口502和血管内测量装置503，血管内测量装置503包括超声波换能器504。导管组件500可以配置为经由注射口502将一团流体传送到血管520中。这团流体可以包括清洗剂。图5A、图5B和图5C的序列说明了分别在相继时间点A、B和C处团530的注射前后，流体团530在血管520内的位置。图5A对应于时间点A，其中团530首先被注射到血管520中。在时间点A之后，团530被血流522推向超声波换能器504。图5B对应于时间点B，其中团530的前沿532到达超声波换能器504。在时间点C之后，团530继续被血流522推动穿过超声波换能器504。图5C对应于时间点C，其中团530的后沿534到达超声波换能器。在一些示例中，通过血管的流速可以在时间点A与B之间、时间点A与C之间、和/或时间点B与C之间进行计算。
在一些示例中，图4的方法400可以用于确定在时间点A与B之间通过血管的流速。参照图4和图5A以及图5B，流体团530可以经由导管组件500的注射口502被传送410到血管520中。血管内测量装置503则可以对血管进行成像并且生成420可以由测量引擎接收的超声波数据。测量引擎可以配置为确定430注射口502与超声波换能器504之间的流动距离550。在一些示例中，在导管组件500被配置使得注射口与超声波转换器之间的距离固定时，流动距离550可以预先确定。在一些示例中，在导管组件被配置用于线性平移(例如，撤回和推进操作)时，注射口502与超声波换能器504之间的距离可以变化。在这样的示例中，测量引擎可以配置为通过与线性平移系统连通以获得和/或计算超声波换能器相对于注射口的物理位置来确定流动距离550。
测量引擎可以配置为确定440团530流过流动距离550期间的经历时间。如上所见，经历时间可以通过确定起始时间和终止时间来计算。在此示例中，起始时间对应于时间点A，其中，团被导入血管。在测量系统包括手动注射系统(例如，针筒)的示例中，起始时间可以由系统用户确定并记录。在一些示例中，测量引擎可以与注射系统连通，以使得在团被传送时，测量引擎能够确定注射时间。在测量系统包括自动/同步注射系统的示例中，测量引擎可以配置为自动地触发团的传送并且记录传送时间。
在此示例中，终止时间对应于时间点B，其中，团的后沿532到达超声波换能器504。如上所见，测量引擎可以配置为根据所生成420的超声波数据来生成斑纹密度以及根据生成的斑纹密度的改变来识别团的前沿532。例如，图5A中在时间点A处生成的超声波数据可以关联于高斑纹密度，因为超声波换能器504被血液围绕。相较之下，图5B中在时间点B处生成的超声波数据可以关联于低斑纹密度，因为超声波换能器504被包括清洗剂和血液的混合物的流体围绕。如上所见，在一些示例中，前沿532可以根据所生成的斑纹密度从高(例如，血液)到低(例如，清洗剂)越过预先确定的斑纹密度阈值的时间来检测。相应地，终止时间或者此示例中的时间点B为斑纹密度从高到低越过预定的斑纹密度阈值的时间。经历时间则可以通过计算起始时间与终止时间之间的时间来确定440。在时间点A与时间点B之间通过血管的流速则可以通过流动距离550除以经历时间来计算450。
在一些示例中，图4的方法400可以用于确定在时间点B与C之间通过血管的流速。参照图4和图5B以及图5C，流体团530可以被传送410并且数据可以使用与确定时间点A与B之间的流体流量相关的上述步骤类似的步骤来生成420。然而，在此示例中，起始时间可以对应于时间点B，其中前沿532到达超声波换能器504，并且终止时间可以对应于时间点C，其中后沿534到达超声波换能器。在一些示例中，前沿532可以根据所生成的斑纹密度从高(例如，血液)到低(例如，清洗剂)越过预定的斑纹密度阈值的时间来检测，并且起始时间可以根据检测到前沿的时间来确定。类似地，后沿534可以根据所生成的斑纹密度从低(例如，清洗剂)到高(例如，血液)越过预定的斑纹密度阈值的时间来检测，并且终止时间可以根据检测到后沿的时间来确定。在一些示例中，第一预定斑纹密度阈值可以用于确定起始时间并且第二预定斑纹密度阈值可以用于确定终止时间。
进一步地，在此示例中，流动距离552与流体团的纵向尺寸或长度相对应并且可以根据血管的物理尺寸(例如，血管的横截面面积)和已知的流体团的体积来确定430。如上所述，测量引擎可以配置为计算血管的横截面面积或直径。进一步地，测量引擎可以配置为自动地确定和/或测量注射到血管中的团的体积。流动距离552可以根据已知的流体团的体积以及血管的横截面面积来确定。在一些实施例中，流动距离552能够为团530的体积除以血管520的横截面面积，因为团530的整个长度已经在时间点B和时间点C之间流经超声波换能器540。相应地，在时间点B与时间点C之间通过血管的流速可以通过流动距离552除以经历时间来计算450。在一些情况下，流速可以通过已知的流体体积除以血管的横截面面积与经历时间的乘积来计算450。
在一些示例中，图4的方法400可以用于确定在时间点A与C之间通过血管的流速。参照图4和图5A以及图5C，流体团530可以被传送410并且数据可以使用与确定时间点A与B之间以及时间点B与C之间的流体流量相关的上述步骤类似的步骤来生成420。团530的流动距离554等于流动距离550与流动距离552的总和。流动距离550与流动距离552可以使用上述分别关于确定时间点A与B之间以及时间点B与C之间的步骤来确定。在此示例中，经历时间可以根据与团530的后沿534到达超声波换能器504的时间点C相一致的终止时间来确定440。在一些示例中，后沿534可以根据所生成的斑纹密度从低(例如，清洗剂)到高(例如，血液)越过预先确定的斑纹密度阈值的时间来检测。相应地，终止时间或者此示例中的时间点C为斑纹密度从低到高越过预定的斑纹密度阈值的时间。如以下进一步所述，应当理解，血管中的流体湍流和/或血液再循环可能引起团530的前沿532的形状相比于团530的后沿534发生变化，并因而可以根据在时间点A与B之间或时间点A与C之间是否测量到流体流量来使用不同的预定斑纹密度阈值。
在一些示例中，测量引擎可以配置为使用上述示例中的一个或全部来计算多个流速。例如，测量引擎可以配置为计算时间点A与B之间、A与C之间以及B与C之间的流速。计算的多个流速可以进行平均以均化潜在误差，或者进行比较以消除错误结果。
图6为测量引擎随时间生成的斑纹密度602的图600。参考图6和图5A至图5C，图600包括分别对应于图5A和5C的时间点A和B以及对应于图5C的时间点C1和C2。斑纹密度602包括对应于团530的前沿532的第一部分604，以及对应于团的后沿534的第二部分606。图600还分别包括第一预定斑纹密度阈值620和第二预定斑纹密度阈值622，第一预定斑纹密度阈值620和第二预定斑纹密度阈值622可以单独或者结合用于确定前沿532和后沿534到达超声波换能器504的时间。
在此示例中，时间点A对应于流体团530最初注入血管520。在该时刻，超声波换能器504围绕有血液，并且时间点A处的斑纹密度602很高。如图600所示，随着团的前沿532接近超声波换能器504，换能器围绕有血液和清洗剂的混合物。相应地，斑纹密度602随着团530的前沿接近超声波换能器504而继续减小。在此示例中，测量引擎可以确定团530的前沿在斑纹密度602从高到低越过第一预定斑纹密度阈值620的时间点B处到达超声波换能器504。类似地，在一些示例中，测量引擎可以确定团530的后沿534在斑纹密度602从低到高越过第一预定斑纹密度阈值620的时间点C1处到达超声波换能器。
在一些示例中，测量引擎可以配置为使用多于一个的预定斑纹密度阈值。例如，测量引擎可以配置为使用第一预定斑纹密度阈值620和和第二预定斑纹密度阈值622来确定团的前沿和团的后沿分别到达超声波换能器504的时间。相应地，测量引擎可以确定团530的后沿534在斑纹密度602从低到高越过第一预定斑纹密度阈值的时间点C2处越过超声波换能器。在血管中存在可能引起团的前沿和后沿之间的变化的血液再循环的情况下，使用多于一个的预定斑纹密度阈值是有利的。
在一些示例中，测量系统可以包括与注射系统连通和/或同步的测量引擎。如上所见，传送到患者的血管中的流体可以代替血管内的血液。在许多情况下，这有益于使得注射的流体量最小化以减少血管内的流体代替血液的时间总量。延长的血液代替时间段可能引起缺氧症状，这可能使得代替部分下游的组织紧张。图7A示出了用于手动地清理血管内的关注区域的血液并且使用测量引擎来对关注区域成像的常用方法。在步骤702中，测量引擎可以开始扫描。在步骤704中，流体可以被手动地注入血管中以代替关注区域内的血液。在血液被代替之后，在步骤708中，用户可以开始使用测量引擎对关注区域成像。
如图7A中所示，用户延迟可能导致从血管中取代血液的时间比执行关注区域的成像所需的时间更长，因为用户可能不会在血液被代替就立即开始步骤708中的成像。进一步地，用户可能不在完成成像之后立即禁用手动注射以停止血液的代替。因此，对于成像开始之前的时间段710并且对于成像完成之后的时间段712，血液被不必要地从血管中代替而不为图像质量提供任何有益效果。
图7B示出了在成像过程中血液代替达到最小的一个示例。在此示例中，测量引擎可以与注射系统连通和/或同步。如图7B中所示，在步骤732中测量引擎可以开始扫描并且在步骤734中流体可以被自动地注入血管中以代替血管内的血液。在一些示例中，为了对触发注射与流体实际清洗血管之间的任何延迟进行说明，测量引擎可以配置为对成像进行延时。延迟时间段可以是流体从注射系统流到关注区域的时长。在延迟之后，在步骤738中测量引擎开始对关注区域成像。当正确同步时，测量引擎可以在从血管中取代血液之后立即成像。如图所示，血液被取代并且没有进行成像的时间段710可以被大量减少。类似的延迟还可以用在成像结束。例如，注射系统可以配置为在测量引擎停止成像之前在步骤740中停止流体传送。在预定延迟之后，在步骤744中测量引擎可以停止成像。当正确同步时，测量引擎在血液回到关注区域之前立即停止成像。
在一些示例中，测量引擎可以配置为触发注射系统来自动地传送液体。在一些示例中，测量引擎可以配置为连通注射系统以停止传送液体。
测量引擎与注射系统之间的连通和/或同步的其它优点可以包括通过血管的流体流量的更高的测量精度。例如，相比于使用手动注射系统，可以根据测量引擎与注射系统之间的同步和/或连通来更加精确地确定起始时间。由于患者的脉管系统中的血液流动可以达到1米每秒的速度，记录起始时间上的任何延迟都可能在流体流量测量中引入显著误差。在一些示例中，测量引擎可以与注射系统同步以在测量操作过程中自动地禁止图像过滤功能。例如，许多IVUS成像系统包括过滤功能，以减少由于超声波图像斑纹造成的图像伪影。尽管对成像有利，斑纹的减少同样减小了血液与清洗剂之间的斑纹密度对比度并且可以约束对团的前沿和后沿的检测。因此，在测量引擎与注射系统同步和/或连通的系统中可以获得更高的测量精度。
本领域技术人员应当理解，本公开中所述的技术可以至少部分地由硬件、软件、固件或以上任意组合来实施。例如，所述技术的各个方面可以在包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或者任何其它等效的集成电路或分立逻辑电路、以及这些部件的任意组合内实施。术语“处理器”通常指的是单独的或者与其它逻辑电路组合的任意的上述的逻辑电路，或者任何其它等效电路。包括硬件的控制单元还可以执行本公开的技术中的一个或多个。
这样的硬件、软件和固件可以在相同装置内或在分离的装置内实施，以支持本公开中所述的各种操作和功能。此外，任意的所述单元、模块或部件都可以共同或分别实施为分立但彼此协作的装置。作为模块或单元的各个特征的描述用于强调不同的功能方面并且并不一定意味着这样的模块或单元必须由分离的硬件或软件部件来实施。更确切地说，与一个或多个模块或单元相关联的功能可以由分离的硬件或软件部件来完成、或者集成在共同或分离的硬件或软件部件的内部。
进一步地，本公开中所述的技术还可以包含在或者编码在包含指令的非暂时计算机可读介质中，例如，计算机可读存储介质。在计算机可读存储介质中植入或编码的指令可以导致可编程处理器或其它处理器例如在指令被执行的时候执行本方法。非暂时计算机可读存储器可以包括易失性和/或非易失性存储器形式，易失性和/或非易失性存储器形式例如包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦写可编程只读存储器(EPROM)、电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、硬盘、CD-ROM、软盘、磁带、磁介质、光介质或者其它计算机可读介质。
已经描述了本发明的各种示例。尽管已经参照特定的公开实施例对本发明进行了相当详细的说明，然而这些实施例的公开是为了说明而非限定。体现本发明的其它实施例也是可能的。本领域技术人员应理解，在不超出本发明的精神以及所附权利要求的保护范围的情况下可以做出各种改变、适应以及修改。

Claims (31)

1.一种用于对通过血管的流体流量进行测量的系统，包括：
导管组件，所述导管组件包括血管内测量装置，所述血管内测量装置包括具有测量模块的血管内超声成像探针，所述血管内测量装置被配置为发射和接收能量并且生成测量数据，所述导管组件被配置为将一定量的流体导入患者的血管中；
测量引擎，所述测量引擎与所述血管内测量装置连通，所述测量引擎包括至少一个处理器，所述测量引擎被配置为：
从所述血管内测量装置接收所述测量数据；
使用所述至少一个处理器根据所述测量数据生成斑纹密度值，所述斑纹密度值对应于所述血管内过小而无法由所述血管内超声成像探针分辨的无法分辨的结构的浓度；
确定与所述一定量的流体导入所述血管的预定部分相关联的起始时间；
使用所述至少一个处理器根据所述测量数据确定终止时间；
使用所述至少一个处理器根据所述起始时间和所述终止时间来计算经历时间，所述起始时间和/或所述终止时间为所述斑纹密度值越过预定斑纹密度阈值的时间；以及
使用所述至少一个处理器根据所述经历时间以及在所述经历时间过程中所述一定量的流体的流动距离来计算通过所述血管的流速。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述测量引擎进一步被配置为使用所述至少一个处理器根据所述测量数据来确定所述血管的物理尺寸以及根据所述血管的物理尺寸计算所述流速。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述物理尺寸包括所述血管的横截面面积。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述测量引擎被配置为根据所述一定量的流体的已知的体积以及所述血管的所述横截面面积来确定所述一定量的流体在所述经历时间期间的所述流动距离。
5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述测量引擎被配置为通过将所述一定量的流体在所述经历时间期间的所述流动距离除以所述经历时间得到的商与所述血管的所述横截面面积相乘来计算所述流速。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述测量引擎被配置为通过将所述一定量的流体在所述经历时间期间的所述流动距离除以所述经历时间来计算所述流速。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述起始时间为所述一定量的流体被导入所述血管的时间。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述终止时间为所述斑纹密度值越过所述预定斑纹密度阈值的时间。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述终止时间为所述斑纹密度值从较高斑纹密度值到较低斑纹密度值越过所述预定斑纹密度阈值的时间。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述终止时间为所述斑纹密度值从较低斑纹密度值到较高斑纹密度值越过所述预定斑纹密度阈值的时间。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述起始时间为所述斑纹密度值从第一较高斑纹密度值到第一较低斑纹密度值越过第一预定斑纹密度阈值的时间，并且所述终止时间为所述斑纹密度值从第二较低斑纹密度值到第二较高斑纹密度值越过第二预定斑纹密度阈值的时间。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述测量引擎被配置为根据所述一定量的流体被导入所述患者的所述血管的位置与所述测量模块所在位置之间的距离来确定所述一定量的流体在所述经历时间期间的所述流动距离。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一定量的流体包括造影剂。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一定量的流体包括生理盐水。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述血管内测量装置被配置为发射和接收具有大于或等于40MHz的频率的超声波能量。
16.根据权利要求1所述的系统，进一步包括配置为将所述一定量的流体传送到所述患者的所述血管中的注射系统，其中，所述测量引擎被配置为响应于由所述注射系统进行的所述一定量的流体的传送，自动地测量所述患者的所述血管中的流体流量。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述一定量的流体被导入所述血管时的斑纹密度值相对于当所述血管内超声成像探针被所述一定量的流体围绕时的斑纹密度值更高。
18.一种测量引擎，包括至少一个可编程处理器，所述测量引擎被配置为：
接收由具有测量模块的血管内测量装置所获得的患者的血管的测量数据；
根据所述测量数据生成斑纹密度值，所述斑纹密度值对应于所述血管内过小而无法由所述测量模块分辨的无法分辨的结构的浓度；
确定与一定量的流体导入所述血管的预定部分相关联的起始时间；
根据所述测量数据确定终止时间；
根据所述起始时间和所述终止时间来计算经历时间，所述起始时间和/或所述终止时间为所述斑纹密度值越过预定斑纹 密度阈值的时间；以及
根据所述经历时间以及所述一定量的流体在所述经历时间过程中的流动距离来计算通过所述血管的流速。
19.根据权利要求18所述的测量引擎，进一步配置为：根据所述测量数据来确定所述血管的物理尺寸以及根据所述血管的物理尺寸计算所述流速。
20.根据权利要求19所述的测量引擎，其中，所述物理尺寸包括所述血管的横截面面积。
21.根据权利要求20所述的测量引擎，进一步配置为：根据所述一定量的流体的已知的体积以及所述血管的所述横截面面积来确定所述一定量的流体在所述经历时间期间的所述流动距离。
22.根据权利要求20所述的测量引擎，其中，所述流速通过将所述血管的所述横截面面积与所述一定量的流体在所述经历时间期间的所述流动距离除以所述经历时间得到的商相乘来计算。
23.根据权利要求18所述的测量引擎，其中，所述流速通过将所述一定量的流体在所述经历时间期间的所述流动距离除以所述经历时间来计算。
24.根据权利要求18所述的测量引擎，其中，所述起始时间为所述一定量的流体被导入所述血管的时间。
25.根据权利要求18所述的测量引擎，其中，所述血管内测量装置包括血管内超声成像探针。
26.根据权利要求25所述的测量引擎，其中，所述终止时间为所述斑纹密度值越过所述预定斑纹密度阈值的时间。
27.根据权利要求26所述的测量引擎，其中，所述终止时间为所述斑纹密度值从较高斑纹密度值到较低斑纹密度值越过所述预定斑纹密度阈值的时间。
28.根据权利要求26所述的测量引擎，其中，所述终止时间为所述斑纹密度值从较低斑纹密度值到较高斑纹密度值越过所述预定斑纹密度阈值的时间。
29.根据权利要求25所述的测量引擎，其中，确定所述起始时间为所述斑纹密度值从第一较高斑纹密度值到第一较低斑纹密度值越过第一预定斑纹密度阈值的时间，并且其中，确定所述终止时间为所述斑纹密度值从较低斑纹密度值到较高斑纹密度值越过第二预定斑纹密度的时间。
30.根据权利要求18所述的测量引擎，进一步配置为：根据所述一定量的流体被导入所述患者的所述血管的位置与所述测量模块所在位置之间的距离来确定所述经历时间期间的所述一定量的流体的所述流动距离。
31.根据权利要求25所述的测量引擎，其中，当所述一定量的流体被导入所述血管时的斑纹密度值相对于当所述血管内超声成像探针被所述一定量的流体围绕时的斑纹密度值更高。
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