CN107851463A - 用于介入性血液动力学测量的辅助设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于辅助医学实践者对对象进行介入性血液动力学(例如，血流储备分数(FFR))测量的辅助设备、辅助系统和辅助方法。FFR压力测量与对例如冠状血管几何结构的基于血管造影的评估相结合。高级的计算流体动力学模型可以用于基于介入压力值和介入之前生成的脉管模型来添加流量和心肌阻力数据。在这些数据在介入之前可用的情况下，能够预先计算用于压力测量的最优位置的定位，并且例如通过将血管树叠加在X射线投影上，能够在介入期间向介入心脏病专家给出建议。

Description

用于介入性血液动力学测量的辅助设备和方法

技术领域

本发明涉及用于辅助医学实践者对对象进行介入性血液动力学测量(尤其是血流储备分数测量)的辅助设备以及对应的软件产品。

背景技术

近年来，基于导管的有创压力测量在(例如冠状动脉中的)功能性狭窄评估日益受到关注。这种测量能够与3D血管模型和计算流体动力学计算相结合，以为每个分支分析提供额外的参数，如流量和心肌阻力。

除了一般的指导原则和个人经验以外，在这种有创测量中对医学实践者提供的辅助很少，因此总流程的结果因患者以及医学实践者而异，尤其是在可靠性、完整性和显著性方面。

发明内容

本发明的目的是允许提高例如介入性分流量储备测量的测量结果的可靠性、完整性和显著性，尤其是在用于功能性狭窄评估的基于导管的有创压力测量的情况下。

在本发明的第一方面中，提出了一种用于辅助医学实践者对对象进行介入性血液动力学测量的辅助设备，所述辅助设备包括：模型采集单元，其被布置为采集所述对象的血管几何结构的血管模型；位置确定单元，其用于基于遵从预定度量的所述血管模型来确定用于血液动力学测量的位置的集合；以及输出单元，其用于向所述医学实践者输出所确定的位置的集合。

在本发明的第二方面中，提出了一种用于辅助医学实践者对对象进行介入性血液动力学测量的辅助系统，所述辅助系统包括：根据权利要求1所述的辅助设备；以及以下中的至少一个：存储所述对象的血管几何结构的图像数据的数据存储设备，以及用于向所述医学实践者显示所确定的位置的集合的显示设备。

在本发明的第三方面中，提出了一种用于辅助医学实践者对对象进行介入性血液动力学测量的辅助方法，所述辅助方法包括：采集所述对象的血管几何结构的血管模型的模型采集步骤；基于遵从预定度量的所述血管模型来确定用于血液动力学测量的位置的集合的位置确定步骤；以及向所述医学实践者输出所确定的位置的集合的输出步骤。

本发明提供了一种尤其涉及血流储备分数(FFR)测量的技术。FFR压力测量与对例如冠状血管几何结构的基于血管造影的评估相结合。高级的计算流体动力学模型可以用于基于介入压力值和介入之前生成的脉管模型来添加流量和心肌阻力数据。在这些数据在介入之前可用的情况下，能够预先计算用于压力测量的最优位置的定位，并且例如通过将血管树叠加在X射线投影上，能够在介入期间向介入心脏病专家给出建议。

发明人认识到，例如，对于使用CT进行介入前冠状动脉血管造影的患者，能够在介入之前分割血管树，并且能够在介入期间将血管树叠加在投影上(CT叠加功能)。在经分割的血管树在介入期间可用的情况下，能够向介入心脏病专家提供建议，应当在哪些位置处以及应当在哪些分支中执行压力测量以实现对冠状动脉树的最稳定且最完整的功能表征。这可能包括测量不同分支、狭窄的近端和远端或分支血管。

在优选实施例中，所述位置确定单元被布置为使用用于计算流体动力学的集总参数模型来提供多个模拟，并且所述度量包括包含位置的集合的解决方案的稳定性。

集总参数模型允许在修改模拟的条件的方面的方便的方法。例如，通过以下措施来测试解决方案的稳定性：改变血管树中的不同位置处的压力值并且通过分析解决方案的总变化来测试解决方案的稳定性。

可以考虑模型边界条件以及在获得血管模型时提供的分割的准确度。可以使用的其他参数包括引起出口处的不同血管半径的分割长度或所包括的分支的数量。

在上述优选实施例的修改中，所述位置确定单元被布置为通过在所述血管模型中的多个位置处提供模拟的压力变化和/或流量变化来获得解决方案的所述稳定性。

在优选实施例中，所述位置确定单元被布置为考虑关于所述对象的所述血管中的狭窄的位置和/或程度的信息。

优选地，考虑已经可用的关于所述对象的狭窄的信息以进行优化。

在优选实施例中，所述预定度量包括在位置的所述集合中所包含的多个位置。

对血管树的完整表征所需的测量次数影响流程的持续时间，因此通过避免冗余等来减少测量点的数量是有益的。取决于血管的特定细节，额外的测量点可以是有益的，因为这样的信息可以用于以比在其他位置处更高的准确度获得流量信息。换句话说，额外的测量点可以允许改进全局血管数据的信息搜集。

在优选实施例中，所述位置确定单元还被布置为针对所确定的位置中的至少一个确定时间信息，所述时间信息指示与预定参考有关的测量时间。在该优选实施例的修改中，所述预定参考是所述对象的心脏相位。

除了纯粹的空间测量建议以外，还可以给出时间建议，例如通过分析关于心脏相位的投影序列(例如通过3D模型与2D投影的相关性或经由ECG)。

在优选实施例中，所述模型采集单元被布置为接收所述对象的所述血管几何结构的三维图像数据和/或多个二维图像数据，并且基于所述图像数据来生成所述血管模型。

在借助于所述模型采集单元生成所述血管模型的备选方案中，也可以从外部向所述模型采集单元提供这样的模型，例如从包括先前获得的关于对象/患者的信息的数据库。

在上述优选实施例的修改中，所述模型采集单元被布置为接收所述对象的所述血管几何结构的介入前数据集，并且分割所述数据集以用于生成所述血管模型。

数据集的可能来源可以是计算机断层摄影，这是一种广泛传播且经常使用的成像方法，尤其是在准备进行有创FFR测量时。其他数据源可以包括血管内超声(IVUS)、光学相干断层摄影(OCT)和磁共振成像(MRI)。也可以通过这样的方法的组合来获得数据集。

在优选实施例中，所述血管模型是以下中的一个：管腔与中心线模型、将冠状动脉管腔体积表示为四面体的四面体模型以及体素化模型。在模拟流程中为了方便起见，在这些模型中，管腔与中心线模型或四面体模型是优选的。

可以使用全3D模型、用于血管段的选定子集(例如，健康的血管段)的集总模型与用于狭窄段的全3D模型的组合，和/或健康部分的1D波传播模型(例如，谱元件)和用于狭窄模型的特定的狭窄模型。

在优选实施例中，所述输出单元被布置为将所述血管模型与一幅或多幅有创血管造影片进行配准，并且在介入期间使得对在投影上的叠加物中的所确定的位置的集合进行显示。

用于显示用于优化测量的所确定的位置信息(并且可能还有额外的时间信息)的有利方法包括对信息的叠加，由此医学实践者可以以方便的方式在流程期间观察和使用该信息。

在本发明的另外的方面中，提出了一种用于辅助医学实践者对对象进行介入性血液动力学测量的计算机程序，该软件产品包括程序代码模块，所述程序代码模块用于当所述软件产品在根据本发明的辅助设备上运行时使得所述辅助设备执行根据本发明的方法的步骤。

应当理解，根据权利要求1所述的辅助设备、根据权利要求12所述的辅助系统、根据权利要求13所述的辅助方法以及根据权利要求14所述的计算机程序具有相似的和/或相同的优选实施例，尤其是如从属权利要求中所限定的。

应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求或以上实施例与各自的独立权利要求的任意组合。

参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其它方面将变得明显并且得到阐明。

附图说明

在以下附图中：

图1示出了根据本发明的实施例的包括辅助设备的辅助系统，

图2示出了图示根据本发明的另一实施例的辅助方法的流程图，并且

图3示出了根据本发明的具有来自CT的血管树叠加物和标记的用于压力测量的测量位置的示例性X射线血管造影片。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施例的包括辅助设备2的辅助系统1。

辅助系统1包括辅助设备2、数据存储设备3和显示设备4。数据存储设备3存储对象的血管几何结构的图像数据，尤其是使用计算机断层摄影获得的介入前冠状动脉血管造影数据。图像数据被提供给辅助设备2，所述辅助设备2继而将要向执行介入性血流储备分数测量的医学实践者显示的信息输出到显示设备4。

辅助设备2包括模型采集单元5、位置确定单元6和输出单元7。

模型采集单元5接收由数据存储设备3提供的图像数据，所述模型采集单元5基于图像数据来生成血管模型，所述血管模型反映对象的血管几何结构。具体地，血管模型是管腔与中心线模型。该血管模型被提供给位置确定单元6，所述位置确定单元6基于此来确定用于血流储备分数测量的位置的集合。位置确定单元6使用用于计算流体动力学的集总参数模型来提供多个模拟。通过以下措施来测试解决方案的稳定性：改变模型血管树中的不同位置处的压力值，使得能够通过分析解决方案的总变化来测试解决方案的稳定性。在该背景中，位置确定单元6考虑关于对象的血管中的狭窄的位置和程度的信息。

位置确定单元6获得在其处能够最优地执行压力测量的位置的集合，以递送对象的血管(树)的稳定且完整的功能树表征。该信息被转发到输出单元7。

输出单元7将血管模型(血管树)与在介入背景中获得的一幅或多幅有创血管造影片进行配准。这里，在介入期间将血管树叠加到投影上，使得借助于显示设备4向医学实践者显示测量位置。

图2示出了图示根据本发明的另一实施例的辅助方法的流程图。

在模型采集步骤10中，采集对象的血管几何结构的血管模型。该血管模型被用于随后的位置确定步骤11，使得基于遵从预定度量的血管模型来确定由医学实践者执行的用于血流储备分数测量的位置的集合。在随后的输出步骤12中，向医学实践者输出所确定的位置的集合。这包括配准步骤13，在所述配准步骤13中，将(在模型采集步骤10中获得的)经分割的血管树与在本发明的背景中获得的一幅或多幅血管造影片进行配准。接下来，在叠加与显示步骤14中，在介入期间将血管树叠加到被显示给医学实践者的投影上，使得(在位置确定步骤11中确定的)所确定的测量位置被显示给医学实践者。

图3示出了根据本发明的具有来自CT的血管树叠加物和标记的用于压力测量的测量位置的示例性X射线血管造影片。

通过显示包括对象的心脏21和血管22的血管树来补充X射线血管造影片20的显示，其中，该信息基于采集到的血管模型。在相同的显示中，指示测量位置23，使得医学实践者因此可以执行介入性血流储备分数测量。

理想的测量点应该为模拟提供最优的输入信息以提供具有高度一致性的结果。取决于血管形状，在没有分叉的单个血管段中的两个位置处测量压力值可能是有利的。利用血管几何结构中的适当变窄，这能够用于以比其他血管中更高的准确度确定流量值，其中，这两个压力值可能是多余的。

如果压力值是在多个分支之后测量的，则不需要依靠标度律的启发式假设来确定相对流量分布。在分支中的测量位置不应当是任意的，这是因为例如另外的分支或局部变窄可能会影响该结果。

而且，如果正在调查树的特定节段，则该特定节段在血管树中的位置能够确定在哪个特定节段中额外分支压力测量是重要的以及在哪个特定节段中额外分支对正在调查的节段几乎没有影响。

最后，对于对狭窄进行分类的单次测量，不利的测量位置可能会导致错误的结果，这是因为其他效应(例如，分支或远端血管中的一般变窄)可能会影响测量。最优测量位置将避免其他流体动力学效应影响目标测量。

在实施方式(未图示)中，在第一步骤中，分割介入前CT(MR、3DCA)数据集，递送管腔与中心线模型。在另外的步骤中，基于血管几何结构来计算在其处应当能够最优地执行压力测量以递送稳定且完整的功能性血管树表征的位置。这是通过使用用于CFD计算的集总参数模型以及模型边界条件的多个测试模拟来实现的。通过以下措施来测试解决方案的稳定性：改变血管树中的不同位置处的压力值并且通过分析解决方案的总变化来测试解决方案的稳定性。另外，分割准确度可以是针对这种分析的边界条件。分支数量、分支点的位置和狭窄的位置也将决定测量位置。另外，在实际介入开始时，将经分割的血管树与一幅或多幅有创血管造影片进行配准，随后，在介入期间将血管树叠加在投影上并且显示预先计算的测量位置。结果，实现了包括压力、流量和阻力数据的血管树的完整功能表征。

在该实施方式的修改中，除了仅仅是空间测量建议以外，还可以给出时间建议，例如通过分析关于心脏相位的投影序列(例如通过3D模型与2D投影的相关性或经由ECG)。

尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。

这样的变型例如包括：在任何其他应用(除了血流储备分数以外)中关于测量时间和/或位置给出建议，其中，以介入方式测量血液动力学参数(例如，压力或流量)，并且其中，能够构造血管模型以通过流体动力学模拟来预测这些最优测量。

在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。

单个处理器、设备或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

诸如采集、确定、输出、提供、获得、计算、模拟、接收和配准的操作能够被实施为计算机程序的程序代码模块和/或专用硬件。

计算机程序可以被存储和/或分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。

权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (14)

1.一种用于辅助医学实践者对对象进行介入性血液动力学测量的辅助设备(2)，所述辅助设备包括：

模型采集单元(5)，其被布置为采集所述对象的血管几何结构的血管模型，

位置确定单元(6)，其用于基于遵从预定度量的所述血管模型来确定用于血液动力学测量的位置的集合；以及

输出单元(7)，其用于向所述医学实践者输出所确定的位置的集合。

2.根据权利要求1所述的辅助设备(2)，

其中，所述位置确定单元(6)被布置为使用用于计算流体动力学的集总参数模型来提供多个模拟，并且所述度量包括包含位置的集合的解决方案的稳定性。

3.根据权利要求2所述的辅助设备(2)，

其中，所述位置确定单元(6)被布置为通过在所述血管模型中的多个位置处提供模拟的压力变化和/或流量变化来获得解决方案的所述稳定性。

4.根据权利要求1所述的辅助设备(2)，

其中，所述位置确定单元(6)被布置为考虑关于所述对象的所述血管中的狭窄的位置和/或程度的信息。

5.根据权利要求1所述的辅助设备(2)，

其中，所述预定度量包括在位置的所述集合中所包含的多个位置。

6.根据权利要求1所述的辅助设备(2)，

其中，所述位置确定单元(6)还被布置为针对所确定的位置中的至少一个确定时间信息，所述时间信息指示与预定参考有关的测量时间。

7.根据权利要求6所述的辅助设备(2)，

其中，所述预定参考是所述对象的心脏相位。

8.根据权利要求1所述的辅助设备(2)，

其中，所述模型采集单元(5)被布置为接收所述对象的所述血管几何结构的三维图像数据和/或多个二维图像数据，并且基于所述图像数据来生成所述血管模型。

9.根据权利要求8所述的辅助设备(2)，

其中，所述模型采集单元(5)被布置为接收所述对象的所述血管几何结构的介入前数据集，并且分割所述数据集以用于生成所述血管模型。

10.根据权利要求1所述的辅助设备(2)，

其中，所述血管模型是管腔与中心线模型。

11.根据权利要求1所述的辅助设备(2)，

其中，所述输出单元(7)被布置为将所述血管模型与一幅或多幅有创血管造影片进行配准，并且在介入期间使得对在投影上的叠加物中的所确定的位置的集合进行显示。

12.一种用于辅助医学实践者对对象进行介入性血液动力学测量的辅助系统(1)，所述辅助系统包括：

根据权利要求1所述的辅助设备(2)以及以下中的至少一个：

数据存储设备(3)，其存储所述对象的血管几何结构的图像数据；以及

显示设备(4)，其用于向所述医学实践者显示所确定的位置的集合。

13.一种用于辅助医学实践者对对象进行介入性血液动力学测量的辅助方法，所述辅助方法包括：

采集所述对象的血管几何结构的血管模型的模型采集步骤(10)，

基于遵从预定度量的所述血管模型来确定用于血液动力学测量的位置的集合的位置确定步骤(11)，以及

向所述医学实践者输出所确定的位置的集合的输出步骤(12)。

14.一种用于辅助医学实践者对对象进行介入性血液动力学测量的软件产品，所述软件产品包括程序代码模块，所述程序代码模块用于当所述软件产品在根据权利要求1所述的辅助设备(2)上运行时使得所述辅助设备(2)执行根据权利要求13所述的方法的步骤。