CN109788921B - 用于确定血流量的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定血管(18)内的血流量的系统。流体输注单元(4、10、11)将流体连续输注到所述血管中，并且温度值确定单元(14、21)同时确定第一位置处的第一温度值和第二位置处的第二温度值，使得所述第一温度值指示所述流体的温度并且所述第二温度值指示所述流体与血液的混合物的温度。基于测得的第一温度值和第二温度值以及输注速率来确定所述血流量。这种确定血流量的方法的准确度得到提高，并且不如需要移动温度传感器以测量不同位置处的温度的已知技术那么麻烦。

Description

用于确定血流量的系统
技术领域
本发明涉及用于确定血管内的血流量的系统、方法和计算机程序。
背景技术
W.Ganz等人的文章“Measurement of Coronary Sinus Blood Flow byContinuous Thermodilution in Man”(Circulation，American Heart Association，第44卷，第181-195页，1971年)公开了用于确定冠状窦血流的连续热稀释技术，其中，将流体连续注入血管，其中，测量i)血液、ii)注入流体和iii)血液与流体的混合物的温度，并且其中，这些温度用于确定血流量。
US 2004/0054293 A1公开了一种包括具有远端和近端的细长导管主体的导管，其中，细长导管主体包括指示器管腔和绝缘管腔，并且其中，指示器管腔具有邻近细长导管主体的远端的受限制的横截面区。导管还包括连接到细长导管主体的稀释传感器和延伸通过指示器管腔的受限制的横截面区以从细长导管主体的远端突出的导丝。
M.van`t Veer等人的文章“Continuous infusion thermodilution forassessment of coronary flow:Theoretical background and in vitro validation”(Medical Engineering&Physics，第31卷，第688至694页，2009年)公开了一种用于确定血管内的血流量的连续输注热稀释技术。通过使用导管将具有相对较低温度(即，低于血液温度的温度)的指示液连续输注到动脉中，从而生成该流体与血液的混合物。然后使用具有处于其尖端的热敏电阻的导丝来测量距离导管一定距离处的该混合物的温度，同时以恒定的输注速率将该流体输注到动脉中。该恒定输注速率与混合物的温度、血液的温度和指示流的温度一起用于确定动脉血流量，即，动脉内血液的体积流量。因此，该技术允许确定血流量，但是这种确定的准确度相当低。
发明内容
本发明的目的是提供用于更准确地确定血管内的血流量的系统、方法和计算机程序。
在本发明的第一方面中，提出了一种用于确定血管内的血流量的系统，其中，所述系统包括：
-流体输注单元，其用于以输注速率将流体连续输注到所述血管中，使得在所述血管内生成所述流体与血液的混合物，
-温度值确定单元，其用于同时测量沿着所述血管的长度的若干位置处的若干温度值而使得确定沿着所述血管的所述长度的温度分布，并且用于基于这些测得的若干温度值来确定沿着所述血管的所述长度的第一位置处的第一温度值和沿着所述血管的所述长度的第二位置处的第二温度值而使得所述第一温度值指示所述流体的温度并且所述第二温度值指示所述混合物的温度，
-血流量确定单元，其用于基于所确定的第一温度值和第二温度值以及所述输注速率来确定所述血流量。
在M.van't Veer等人的上述文章中公开的连续输注热稀释技术需要通过使用导丝尖端处的热敏电阻来测量不同温度，即，血液温度、流体温度和混合物温度。这需要移动导丝而使得导丝尖端被布置在沿着血管的长度的不同位置处，在这些不同位置处能够测量不同温度。因此，不能同时测量这些温度，使得在测量不同温度的时间之间发生某些变化的情况下，这些温度彼此并不对应，这最终会导致血流量确定不准确。此外，需要在血流内移动导丝会使得该技术对于执行该技术的用户(例如，医生)来说相对麻烦。
相反，根据本发明，指示流体温度的第一温度值和指示混合物温度的第二温度值是基于形成温度分布的同时测量的温度值来确定的。因此能够确保这些温度彼此对应，即，它们是在相同条件下确定的，从而允许提高确定血管内的血流量的准确度。此外，由于不需要移动导丝来确定不同温度值，因此对于用户来说，该流程可以不那么麻烦。
第一温度值和第二温度值能够是指示流体和混合物的绝对温度的绝对温度值，或者第一温度值和第二温度值能够是指示流体和混合物的相对温度的相对温度值。在后一种情况下，相对温度优选是相对于血液温度的温度。
优选地，所述温度值确定单元包括光纤，所述光纤适于测量沿着所述血管的所述长度的所述若干位置处的所述若干温度值。特别地，温度值确定单元能够适于结合使用扫频波长干涉测量法与光纤来测量形成温度分布的若干温度值。光纤能够是例如标准光学玻璃纤维、具有内切布拉格光栅图案的光纤或其他种类的光纤。这允许非常准确地同时测量形成温度分布的温度值，这继而能够使血流量确定的准确度进一步提高。
光纤还能够适于允许通过光学形状感测来确定沿着血管的长度的不同位置。特别地，所述光纤能够是光学形状感测纤维，其允许通过光学形状感测来确定位置。所述系统还能够包括位置确定单元，所述位置确定单元用于连接到所述光纤以用于通过光学形状感测来确定所述第一位置和所述第二位置，针对所述第一位置确定所述第一温度值，针对所述第二位置确定所述第二温度值。这能够允许将光纤准确布置在血管的期望部分内，而不必需要用于跟踪血管内的光纤的其他跟踪技术，如荧光透视跟踪技术。这能够进一步简化该系统的处理。温度值确定单元和位置确定单元能够是适于至少执行确定温度值和位置的两个任务的集成单元，或者温度值确定单元和位置确定单元能够是单独的单元。
优选地，所述流体输注单元包括管，并且所述系统还包括用于将所述管引导到所述血管中的长引导元件(例如，导丝)，其中，所述光纤与所述引导元件集成在一起。因此，相同的元件(即，引导元件)能够用于至少两个不同的目的(即，用于将管(其优选是导管)引导到血管中和用于将光纤布置在血管内)以确定沿着血管的长度的不同位置的不同温度值。这允许进一步简化系统的处理。
所述光纤能够沿着所述引导元件的纵向轴线布置或者能够缠绕所述引导元件。光纤能够被布置在引导元件外侧，以便增强光纤与需要确定其温度值的周围环境之间的热接触。然而，光纤也能够被布置在引导元件内。通过将光纤布置在狭缝中，光纤能够与引导元件集成在一起。如果光纤缠绕引导元件，则光纤也能够用于获得关于沿着引导元件的周边的温度分布的信息。
所述系统还能够包括传感器和发电单元，所述传感器用于根据要在所述血管内感测的属性来生成感测信号，所述发电单元用于通过使用从所述光纤接收的光对所述传感器进行供电，其中，所述光纤能够适于将所述感测信号传输到所述血管的外部。因此，能够通过使用相对紧凑的设备(即，被引入具有相对较小直径的血管的设备)来提供额外信息，因为不必需要将另外的元件引入血管以为传感器供电和将传感器信号传输到血管外部，特别是传输到患者体外。在实施例中，光纤与引导元件集成在一起以用于将管引导到血管中，其中，传感器被布置在引导元件的尖端处并因此被布置在光纤的尖端处。
所述传感器能够适于生成指示所述血液中的压力的压力感测信号，其中，所述系统还能够包括阻力确定单元，所述阻力确定单元用于基于由所述压力感测信号指示的所述压力以及所确定的血流量来确定阻力。这允许额外询问由处于预期为健康血管的阻力范围之外的抵抗力指示的血管疾病。特别是，这允许询问冠状动脉微血管疾病。阻力确定单元能够与温度值确定单元和位置确定单元中的至少一个集成在一起，或者阻力确定单元能够是单独的单元。
沿着血管的长度的第一位置能够指沿着血管的长度的点位置，或者能够指血管的一段，即，第一位置能够覆盖血管的一段。对应地，沿着血管的长度的第二位置能够指沿着血管的长度的点位置，或者能够指血管的一段，即，第二位置也能够覆盖血管的一段。
所述温度值确定单元适于：测量沿着血管的长度的若干位置处的若干温度值而使得生成温度分布，并且基于这些测得的若干温度值来提供第一温度值和/或第二温度值。因此，温度值确定单元能够适于：提供空间分布的温度感测以用于测量若干位置处的若干温度值，并且基于这些形成温度分布的测得的若干温度值来提供第一温度值和第二温度值。由于第一位置和第二位置是基于测得的温度分布确定的，因此血流量确定能够对温度值确定单元和血管相对于彼此的偶然移动不太敏感。温度值确定单元能够适于在沿着血管的长度的对应数量的点位置处测量超过10个，优选超过50个，并且更优选超过100个温度值。优选地，光纤和扫频波长干涉测量法用于测量若干位置处的若干温度值。应当注意，表述“A和/或B”优先涵盖以下选项：a)仅A，b)仅B，或c)A和B。
所述温度值确定单元能够适于提供用户接口(特别是图形用户接口)以允许用户分别指示沿着血管的长度的点位置或段作为第一位置和第二位置，并且基于针对这些指示的点位置或段测量的温度值来分别确定第一温度值和第二温度值。例如，如果用户已经指示在该段内的不同点位置处已经测量了若干温度值的段，则温度值确定单元能够在空间上对这些温度值求平均，以便提供针对该指示段的温度值。温度值确定单元还能够适于基于测得的若干温度值来确定第一位置和/或第二位置，并且分别基于所确定的第一位置和/或所确定的第二位置以及针对这些位置测得的温度值来分别确定所述第一温度值和/或所述第二温度值。例如，温度值确定单元能够适于确定沿着血管的长度的这样的段以便确定第二位置：在该段内，测得的若干温度值的空间变化最小或小于预定义的空间变化阈值。也能够相对于流体被输注到血管中的输注位置来预定义第一位置和/或第二位置。例如，第一位置能够是输注位置，并且第二位置能够是沿着血管的长度的与输注位置相距预定距离的位置。
在实施例中，所述温度值确定单元能够适于在时间上对所述测得的温度值求平均。因此，能够随时间测量温度并在时间上对温度求平均。然后能够使用时间平均的测得的温度值(即，由时间平均的测得温度值形成的时间平均的温度分布)来确定第一温度值和第二温度值。时间平均能够使温度值的质量提高，并因此使血流量确定的准确度进一步提高。
在优选实施例中，所述流体输注单元包括具有管开口的管，其中，所述管适于将所述流体引导到所述血管中，使得所述流体通过所述管开口离开所述管，其中，所述温度值确定单元适于确定：a)所述第一温度值，使得所述第一温度值指示所述管内和/或在所述管外侧的所述管开口处的温度，其中，所述第一位置分别位于所述管内和/或所述管开口的位置处；以及b)所述第二温度值，使得所述第二温度值指示远离所述管开口的位置且是所述第二位置的位置处的温度。
此外，所述温度值确定单元能够适于测量沿着所述血管的所述长度的远离所述管开口的位置的若干位置处的若干温度值，其中，所述系统还能够包括评估单元，所述评估单元用于基于这些测得的若干温度值来确定指示所述流体与所述血液的混合程度的质量值。特别地，如果温度值的空间变化小于预定义的空间阈值，则所述评估单元能够适于确定指示足够的混合程度的质量值。因此，能够给出混合程度的指标，并因此给出准确确定血流量的指标。评估单元能够与一个或多个其他单元(例如，温度值确定单元、位置确定单元等)集成在一起，或者评估单元能够是单独的单元。
所述流体输注单元能够适于根据所述第一温度值和/或所述第二温度值来控制所述流体的温度。特别地，所述流体输注单元能够适于控制所述流体的温度，使得a)所述血管内的所述流体的绝对温度和/或所述血管内的所述混合物的绝对温度与b)所述血管内的血液的绝对温度之间的差异相对较大，特别是大于预定义的温度阈值。这能够得到对应的相对较大的信噪比，从而进一步提高血流量确定的准确度。
所述流体输注单元能够适于以恒定的输注速率或以变化的输注速率将所述流体输注到所述血管中。例如，流体输注单元能够适于仅以恒定的输注速率将流体输注到血管中，或者流体输注单元能够适于以恒定的输注速率或以变化的输注速率操作，即，可以以恒定的输注速率和变化的输注速率使用相同的流体输注单元。特别地，血流量确定单元能够适于在改变输注速率时随时间确定血流量，其中，所述系统还能够包括评估单元，所述评估单元用于基于随时间确定的所述血流量的变化来确定指示确定所述血流量的质量的质量值。特别地，通过比较输注速率的变化与所确定的血流量的变化，能够确定血流量的确定是否受到例如来自微循环的血管扩张反应的不利影响。该评估单元也能够与一个或多个其他单元(例如，温度值确定单元、位置确定单元等)集成在一起，或者该评估单元也能够是单独的单元。
在本发明的另外的方面中，提出了一种用于确定血流量的方法，其中，所述方法包括：
-同时测量沿着血管的长度的若干位置处的若干温度值而使得确定沿着所述血管的所述长度的温度分布，并且在通过使用流体输注单元以输注速率将流体连续输注到所述血管中时，基于这些测得的若干温度值来确定沿着所述血管的所述长度的第一位置处的第一温度值和沿着所述血管的所述长度的第二位置处的第二温度值而使得所述第一温度值指示所述流体的温度并且所述第二温度值指示所述流体与血液的混合物的温度，
-通过使用血流量确定单元基于所确定的第一温度值和第二温度值以及所述输注速率来确定所述血流量。
在本发明的另一方面中，提出了一种用于确定血管内的血流量的计算机程序，其中，所述计算机程序包括程序代码单元，所述程序代码单元用于当所述计算机程序在根据权利要求1所述的用于确定血管内的血流量的系统上运行时令所述系统执行根据权利要求14所述的用于确定血管内的血流量的方法。
应当理解，根据权利要求1所述的系统、根据权利要求14所述的方法和根据权利要求15所述的计算机程序具有相似和/或相同的优选实施例，特别是具有与从属权利要求中所限定的相似和/或相同的优选实施例。
应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求或上述实施例与相应的独立权利要求的任何组合。
参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将是明显的并且得到阐明。
附图说明
在以下附图中：
图1示意性且示例性示出了用于确定血管内的血流量的系统的实施例。
图2至图4示意性且示例性示出了图1中示出的系统的实施例的细节。
图5示出了示例性图示用于确定血管内的血流量的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
图1示意性且示例性示出了用于确定躺在患者台3上的患者2的血管内的血流量的系统1的实施例。图2和图3示意性且示例性示出了该系统1的一些细节。系统1包括输液泵10，输液泵10经由流体连接件11连接到管4，在该实施例中，管4是输液导管。输液泵10、流体连接件11和管4能够被视为形成流体输注单元，所述流体输注单元适于以恒定或变化的输注速率将流体连续输注到血管18中，使得在血管18内生成流体与血液的混合物。流体通过管开口12离开管4，此后流体在混合区19中与血液混合，其中，在该实施例中，在混合区20中，流体与血液已经完全混合。
系统1还包括用于生成、探测和处理光学信号的光学信号单元21，光学信号单元21连接到光纤14。光学信号单元21生成被提供给光纤14的光学信号，接收和探测来自光纤14的光学信号并处理接收和探测到的光学信号，以便确定指示沿着光纤14的长度的若干位置处的温度的温度值。光学信号单元21包括第一部分15和第二部分16，第一部分15包括用于生成光学信号的光源和用于探测光学信号的光学探测器以及用于处理探测到的光学信号的处理器，第二部分16是用于将所生成的光学信号耦合到光纤14中并用于接收来自光纤14的光学信号的光环行器。光学信号单元21和光纤14适于使得它们允许同时确定指示沿着光纤14的长度的位置处的温度的温度值。这些温度值包括沿着血管的长度的第一位置处的第一温度值和沿着血管的长度的第二位置处的第二温度值，使得第一温度值指示流体的温度并且第二温度值指示混合物的温度。因此，光纤14和光学信号单元21能够被视为形成温度值确定单元，所述温度值确定单元用于同时确定分别沿着血管18的长度的第一位置和第二位置处的第一温度值和第二温度值。在该实施例中，温度值确定单元适于确定第一温度值和第二温度值，使得第一温度值指示管4内侧或外侧的管开口12处的温度并且第二温度值指示混合区20内为第二位置的位置处的温度值。温度值确定单元能够适于基于空间分布的温度感测(即，基于沿着血管的长度的若干位置处确定的若干温度值)来确定混合区20的位置。特别地，温度值确定单元能够适于确定沿着血管的长度中温度值的空间变化最小的段作为混合区。例如，能够沿着血管的长度布置具有预定义宽度的窗口，使得窗口内的温度值的空间变化最小。为了确定混合区20的位置，优选使用时间平均的温度值。
系统1还包括长引导元件13，在该实施例中，长引导元件13是用于将管4引导到血管18中的导丝，其中，光纤14与引导元件13集成在一起，即，引导元件13和光纤14彼此附接。在该实施例中，光纤14沿着引导元件13的纵向轴线被布置在引导元件13内。
系统1还包括血流量确定单元22，血流量确定单元22用于基于测得的第一温度值和第二温度值以及输注速率来确定血流量，即，可以被定义为体积血流速率的体积血流量。在该实施例中，温度值确定单元14、21适于确定指示相对于血液温度的相应相对温度的相对第一温度值和相对第二温度值，即，不存在流体时的血液温度。血流量确定单元22能够适于根据下式来确定血流量Qb：
Figure BDA0002006944150000091
其中，ρi是已知的流体密度，其也可以被视为指示液，ρb是已知的血液密度，ci是已知的流体比热，cb是已知的血液比热，Tb-Ti是流体的相对温度，在该实施例中其为第一温度值，Tb-T是混合物的相对温度，在该实施例中其为第二温度值，并且是Qi是将流体输注到血管中的输注速率，其中，该输注速率可以是恒定的。
温度值确定单元14、21不适于仅确定第一位置和第二位置处的两个温度值，而是适于确定指示沿着光纤14的长度的许多不同位置处的温度的若干温度值。特别地，温度值确定单元14、21适于确定指示沿着混合区19内和混合区20内的光纤14的长度的若干位置处的温度的若干温度值。系统1还包括评估单元24，评估单元24用于基于在混合区19中和/或混合区20中确定的若干温度值来确定指示混合区20内的流体与血液的混合程度的质量值。特别地，如果这些温度值的空间变化小于预定义的空间阈值，则评估单元24适于确定指示足够的混合程度的质量值，其中，这些温度值优选是时间平均的温度值。
例如，能够通过计算混合区中时间平均的温度如何空间变化的量度来量化混合的质量值，特别是通过根据以下公式计算混合区中时间平均的温度值的均方误差来量化混合的质量值：
Figure BDA0002006944150000092
其中，MSE表示指示混合程度的质量值，n表示混合区20内的温度值的数量，并且Tj表示混合区20内的时间平均的温度值。
光学信号单元21适于使用扫频波长干涉测量法来测量光纤14中的温度变化。特别地，光学信号单元21的第一部分15包括可调谐激光源，其中，由可调谐激光源发射的激光被耦合到光纤中，并且基于由光学信号单元21的第一部分15的第一光学探测器探测到的反向散射图案中的扰动，能够确定局部温度的微小差异。通过使用该技术，能够以高时间分辨率和高空间分辨率确定沿着光纤14的温度分布。关于这种扫频波长干涉测量技术的更多细节，参见S.T.Kreger等人的文章“High Resolution Distributed Strain or TemperatureMeasurements in Single-and Multi-mode Fiber Using Swept-WavelengthInterferometry”(Optical Fiber Sensors，Optical Society of America，2006年和WO2012/164481 A1)，通过引用将其并入本文。在该实施例中，光纤14是具有内切布拉格光栅图案的光纤。然而，在另一实施例中，也能够使用另一种光纤，如标准光学玻璃纤维，其中，反向散射特性是由玻璃中的固有密度变化引起的，即是通过瑞利散射引起的。
在上面参考图1至图3描述的示例中，血管18是冠状动脉。在经由管4将流体输注到冠状动脉中之前，光学信号单元21的第一部分15优选执行基线测量，以用于确定在血液温度Tb下光纤14的参考状态。在将流体输注到血管18中时确定的温度值将自动表示相对温度值，该温度值指示相对于血液温度Tb的相对温度。基线测量可以如S.T.Kreger等人的上述文章以及上文提到的WO 2012/164481 A1中所描述的那样执行。
流体(其也可以被认为是指示液)优选是温度小于血液温度的盐溶液。优选地，盐溶液的温度等于室温。输液泵10优选适于提供通过管4进入冠状动脉18的稳定的盐溶液流，这会引起管4的尖端处的温度下降(ΔTi＝Tb-Ti)。
管4(在该实施例中为导管)包括在其侧面的管开口12，以便增强混合。混合发生在混合区19中，使得在混合区19的远端(即，在混合区20中)血液与流体完全混合，这意味着在该混合区20内的第二位置处温度相对于参考测量值下降，即，相对第二温度值ΔT＝Tb-T能够根据上式与血流量相关。由于温度测量是空间分布的，因此能够通过确定混合区20中和/或混合区19中的温度分布来同时评价混合质量。大的空间和/或时间温度变化是混合不完全的指标。
尽管在上面参考图1至图3描述的实施例中，光纤14被布置在引导元件13内，但是在其他实施例中，光纤14也能够以另一种方式与引导元件13集成在一起。特别地，光纤14能够被定位在引导元件13外侧，以便增强光纤14与周围血液、指示液以及血液与指示液的混合物之间的热接触。光纤能够被集成在引导元件外侧的小的狭缝中。光纤能够沿着光纤的纵向轴线集成。然而，光纤也能够缠绕引导元件。后一种配置也能够用于给出关于引导元件的参数的温度分布的信息，其中，该周边温度分布能够用于提供关于血液与指示液的混合的额外信息。
输液泵10优选适于根据第一温度值和/或第二温度值来控制患者2外部的流体温度，特别是输液泵10内的温度。特别地，输液泵10能够适于通过使用反馈机制来控制患者2外部的流体温度并因此控制第一温度值ΔTi，其中，根据通过使用光纤14确定的第一温度值ΔTi来调整患者2外部的指示液的温度，使得第一温度值ΔTi具有期望值。这能够通过以受控且安全的方式降低患者2外部(特别是输液泵10内)的指示液的温度来允许信噪比提高。特别地，能够控制患者2外部的指示液的温度，使得相对的第一温度值ΔTi具有已知提供足够的信噪比的期望值。
如果在实施例中，根据第二温度值ΔT来控制患者外部的指示液的温度，则能够提供对因高流速引起的低|ΔT|的补偿。此外，这也使得能够以安全且受控的方式提高信噪比。
为了评估血流量确定的质量，能够改变输注速率并且能够在输注速率变化期间随时间确定血流量。特别地，血流量确定单元22能够适于在输液泵10改变输注速率时随时间确定血流量，其中，系统1还能够包括评估单元24，评估单元24用于基于随时间确定的血流量的变化来确定指示确定血流量的质量的质量值。通过对在确定血流量期间的输注速率Qi进行改变(特别是扫频)，能够评价指示液输注对原始血流量的影响，即，能够评价上式的适用性。以这种方式，能够确定例如注入本身是否会增加灌注压力或者是否会因血管活性药物的给药不足而引起微循环的血管扩张反应。由于分布式温度感测使得能够同时确定第一温度值ΔT和第二温度值ΔTi，因此这种质量评估是可能的。优选以准稳定方式执行对输注速率Qi的改变(特别是扫频)以保持血流量确定的连续性。
特别地，评估单元24能够适于通过在输注速率Qi改变时确定血流量Qb如何改变来确定质量值。例如，质量值能够是或者取决于dQb/dQi，其中，dQb表示血流量Qb的变化，而dQi表示输注速率的变化。由于所确定的血液值Qb应当与输注速率Qi无关，因此较小的商dQb/dQi指示较高的血流量确定质量。
系统1还包括荧光透视设备5，荧光透视设备5包括用于发射X射线9的辐射源6以及用于探测已经穿过患者2之后的X射线9的辐射探测器8，以便生成示出患者2内部的X射线图像。系统1还包括显示器26，显示器26用于示出患者2的生成的X射线图像。能够生成不同时间点的X射线图像，以便帮助用户(例如，医生)在患者2内导航管4。辐射源6和辐射探测器8被安装到C形臂7的相对端。
光学信号单元21的第一部分15还能够适于基于从光纤14接收的光学信号来确定不同位置，针对这些不同位置，确定若干温度值。特别地，光纤14能够是光学形状感测纤维，其允许确定光纤的不同段的形状并因此允许确定光纤的整个形状，其中，该形状信息能够用于确定沿着光纤的长度的位置。针对这些位置，确定温度值。因此，在不使用荧光透视设备5的情况下，能够通过光学形状感测来导出确切位置，特别是确定第一温度值和第二温度值的第一位置和第二位置。因此，在实施例中，系统1不包括荧光透视设备5，并且适于通过使用光学形状感测来在显示器26上显示光纤的位置并因此显示患者2内的引导元件的位置。特别地，光学形状感测定位技术能够与患者的预先采集的解剖图像(如预先采集的计算机断层摄影图像或磁共振图像)配准，并且能够在显示器26上相对于患者的预先采集的解剖图像示出所确定的光纤位置以及因此引导元件的位置，以便在导航患者体的引导元件时帮助用户。光学形状感测纤维能够是多芯光纤，例如在WO 2012/121584 A2中公开的，通过引用将其并入本文。
如图2至图4中示意性且示例性图示的那样，引导元件13包括在其远侧尖端处的感测设备30，感测设备30具有传感器31和发电与信号传输单元32，传感器31用于根据要在血管内感测的属性来生成感测信号，发电与信号传输单元32用于通过使用从光纤14接收的光38为传感器31供电并且用于经由光纤14将感测信号传输到血管18外部的光学信号单元21。特别地，传感器31适于生成指示血液中的压力的压力感测信号，其中，系统1包括阻力确定单元23，阻力确定单元23用于基于由压力感测信号指示的压力以及所确定的血流量来确定阻力。所确定的阻力能够被显示在显示器26上。因此，通过使用其中传感器31被添加到引导元件13的尖端并在该尖端处被连接到光纤14的感测设备30，压力感测能够与体积流量确定相结合，从而使得能够基于这样确定的阻力来询问像冠状动脉狭窄这样的微血管疾病。
特别地，光学信号单元21的第一部分15能够包括另外的光源36和另外的光学探测器35，另外的光源36用于提供要被传输给发电与信号传输单元32的供电光38，另外的光学探测器35用于经由光纤14接收来自发电与信号传输单元32的光学数据信号39。第一部分15或第二部分16还能够包括二向色反射镜33，二向色反射镜33用于将要被耦合到光纤14的供电光38从由发电与信号传输单元32发送的光学数据信号39中分离。在实施例中，另外的光源36能够是发射波长为405nm的供电光38的蓝光激光器，发电与信号传输单元32能够是生成波长为450的nm光学数据信号的蓝色发光二极管(LED)，并且另外的光学探测器35能够是探测波长为450nm的光学数据信号39的光电二极管。因此，当被供电光照射时，相同的LED32能够用于为传感器31供电，并且用于传输感测信号。代替405nm和450nm的波长，其他波长也能够用于供电光和光学数据信号。关于经由光纤的光学供电和数据传输的更多细节参见例如US 2015/0335231 A1，通过引用将其并入本文。
应当注意，为了清楚起见，图4仅图示了供电与数据传输部件，但是该系统还包括其他部件，特别是如上面关于图2和图3所描述的其他部件。光纤14能够包括例如单模芯和多模包层，所述单模芯用于感测温度分布和用于确定位置，所述多模包层用于功率和数据路径。
具有感测设备30的引导元件13的尖端能够被移动到血管18内的不同位置以确定压力梯度ΔP，其中，阻力确定单元23能够适于根据公式R＝ΔP/Qb来确定阻力R。例如，在两个不同的位置处能够测量压力，以便确定压力梯度ΔP并因此确定阻力R。引导元件13还能够包括沿着引导元件13的长度并因此沿着血管的长度的至少两个不同位置处的至少两个压力传感器，以便允许在不移动引导元件13的情况下确定压力梯度ΔP。
替代地或额外地，一个或多个其他传感器能够被附接到例如引导元件的尖端并被连接到光纤，以便通过使用从光纤接收的光为这些传感器供电，并且用于经由光纤将由传感器生成的传感器信号传输到患者外部。
系统1还包括输入单元25(例如，键盘、计算机鼠标、触摸板等)，以便允许用户例如将命令(例如，用于开始血流量确定流程的开始命令)或其他数据输入系统1。
在下文中，将参考图5示出的流程图示例性描述用于确定血管内的血流量的方法的实施例。
在通过使用流体输注单元4、10、11将指示液连续输注到血管18中时，在步骤101中，由温度值确定单元14、21同时确定沿着血管18的长度的第一位置处的第一温度值和沿着血管18的长度的第二位置处的第二温度值，使得第一温度值指示流体的温度并且第二温度值指示流体与血液的混合物的温度。在步骤102中，通过使用血流量确定单元22，基于测得的第一温度值和第二温度值以及指示液被输注到血管18中的输注速率来确定血流量。在步骤103中，在显示器26上示出所确定的血流量。
当冠状动脉循环处于充血时(即，例如当已经使用对应的血管活性药物时)，优选执行上面参考图1至图5描述的确定血流量的流程。在管4的远侧的混合区19可以具有大约5cm至8cm的尺寸，这取决于血管中的实际流量。对于位于该混合区19远侧的第二位置来说，优先确定第二温度值，其中，假设混合区19的远端(即，在混合区20内)血液与指示液的混合程度是足以基于所确定的温度值来准确确定血流量。
系统1适于确定血流量(即，体积血流量)，所述血流量不是血液速度或血液速度的空间导数。M.van't Veer等人的上述文章中公开的连续输注热稀释技术还允许确定血管内的血流量(即，血管内体积血流量)。然而，如上所述，配备有单个温度传感器的导丝用于在沿着血管的长度的至少两个位置处进行测量，所述至少两个位置为：管的尖端处，在这里指示液离开管；以及距离管一定距离处，在这里指示液与血液完全混合。这需要在流程期间重新定位导丝。相反，上面参考图1至图4描述的系统1允许以高时间分辨率和高空间分辨率测量沿着光纤并因此沿着引导元件的温度分布，特别是通过使用扫频波长干涉测量来完成此项任务，而不需要重新定位光纤并因此不需要重新定位引导元件。这允许简化的流程，并且分布式温度测量也能够用于监测体积血流量确定的质量。
与使用单点温度设备的已知的连续热稀释技术相比，上面参考图1至图4描述的系统具有如下优点：能够同时获得导管(即，引导指示液进入血管的管)远侧的混合物的温度以及导管端部处的指示液的温度。这减少了在执行流程时要执行的步骤的数量，因为不需要将导丝拉回到导管中。此外，这种同时确定不同温度的方法的准确性更高，因为不同温度测量之间的时间更短。此外，由于温度测量是空间分布的，因此能够同时测量混合区中的温度。这允许提供混合质量的指标并因此允许准确的流量评估。此外，通过使用光纤来测量温度分布，血流量确定流程对电磁干扰不敏感并且能与磁共振引导的介入相容。
尽管在上述实施例中，光纤包括内切布拉格光栅图案，但是在其他实施例中，能够使用另一种光纤，其允许基于瑞利散射进行温度测量。瑞利散射源于光纤中小折射率变化的随机分布，其中，这些变化能够被视为随机布拉格周期。通过基于瑞利散射确定温度，能够使用光纤，光纤易于制造并且因此更具成本效益。
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。
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。
单个单元或设备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。
诸如由一个或多个单元或设备执行的血流量确定、阻力确定、质量值确定等操作也能够由任何其他数量的单元或设备执行。根据用于确定血管内的血流量的方法，用于确定血管内的血流量的系统的这些操作和/或控制能够被实施为计算机程序的程序代码单元和/或专用硬件。
计算机程序可以被存储/被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，但是也可以以其他形式被分布，例如，经由互联网或其他有线或无线的电信系统被分布。
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。
本发明涉及一种用于确定血管内的血流量的系统。流体输注单元将流体连续输注到所述血管中，并且温度值确定单元同时确定第一位置处的第一温度值和第二位置处的第二温度值，使得所述第一温度值指示所述流体的温度并且所述第二温度值指示所述流体与血液的混合物的温度。基于测得的第一温度值和第二温度值以及输注速率来确定所述血流量。这种确定血流量的方法的准确度得到提高，并且不如需要移动温度传感器以测量不同位置处的温度的已知技术那么麻烦。

Claims (14)

1.一种用于确定血管(18)内的血流量的系统，所述系统(1)包括：
-流体输注单元(4、10、11)，其用于以输注速率将流体连续输注到所述血管(18)中，使得在所述血管(18)内生成所述流体与血液的混合物，
-温度值确定单元(14、21)，其用于同时测量沿着所述血管(18)的长度的若干位置处的若干温度值而使得确定沿着所述血管的所述长度的温度分布，并且用于基于这些测得的若干温度值来确定沿着所述血管(18)的所述长度的第一位置处的第一温度值和沿着所述血管(18)的所述长度的第二位置处的第二温度值而使得所述第一温度值指示所述流体的温度并且所述第二温度值指示所述混合物的温度，其中，所述第一位置和所述第二位置是基于所述温度分布确定的以确定所述第一温度值和所述第二温度值，
-血流量确定单元(22)，其用于基于所确定的第一温度值和第二温度值以及所述输注速率来确定所述血流量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述温度值确定单元(14、21)包括光纤(14)，所述光纤适于测量沿着所述血管的所述长度的所述若干位置处的所述若干温度值。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述流体输注单元(4、10、11)包括管(4)，并且所述系统(1)还包括用于将所述管(4)引导到所述血管(18)中的长引导元件(13)，其中，所述光纤(14)与所述引导元件(13)集成在一起。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述光纤(14)沿着所述引导元件(13)的纵向轴线布置或者缠绕所述引导元件(13)。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述光纤(14)是光学形状感测纤维，其中，所述系统(1)还包括位置确定单元(15)，所述位置确定单元用于连接到所述光纤(14)以用于确定所述第一位置和所述第二位置，在所述第一位置处确定所述第一温度值，在所述第二位置处确定所述第二温度值。
6.根据权利要求2所述的系统，其中，所述系统(1)还包括传感器(31)和发电单元，所述传感器用于根据要在所述血管(18)内感测的属性来生成感测信号，所述发电单元用于通过使用从所述光纤(14)接收的光对所述传感器进行供电，其中，所述光纤(14)适于将所述感测信号传输到所述血管(18)的外部。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述传感器(31)适于生成指示所述血液中的压力的压力感测信号，其中，所述系统(1)还包括阻力确定单元(23)，所述阻力确定单元用于基于由所述压力感测信号指示的所述压力以及所确定的血流量来确定阻力。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述温度值确定单元(14、21)适于：基于所述测得的若干温度值来确定所述第一位置和/或所述第二位置，并且分别基于所确定的第一位置和/或所确定的第二位置以及针对这些位置测得的温度值来分别确定所述第一温度值和/或所述第二温度值。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流体输注单元(4、10、11)包括具有管开口(12)的管(4)，其中，所述管(4)适于将所述流体引导到所述血管(18)中，使得所述流体通过所述管开口(12)离开所述管(4)，其中，所述温度值确定单元(14、21)适于确定：a)所述第一温度值，使得所述第一温度值指示所述管(4)内和/或在所述管(4)外侧的所述管开口(12)处的温度，其中，所述第一位置分别位于所述管(4)内和/或所述管开口(12)的位置处；以及b)所述第二温度值，使得所述第二温度值指示远离所述管开口的位置且是所述第二位置的位置处的温度。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流体输注单元(4、10、11)包括具有管开口(12)的管(4)，其中，所述管(4)适于将所述流体引导到所述血管(18)中，使得所述流体通过所述管开口(12)离开所述管(4)，其中，所述温度值确定单元(14、21)适于同时测量沿着所述血管(18)的所述长度的远离所述管开口的位置的若干位置处的若干温度值，其中，所述系统(1)还包括评估单元(24)，所述评估单元用于基于所述测得的若干温度值来确定指示所述流体与所述血液的混合程度的质量值。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，如果所述若干温度值的空间变化小于预定义的空间阈值，则所述评估单元(24)适于确定指示足够的混合程度的质量值。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流体输注单元(4、10、11)适于根据所述第一温度值和/或所述第二温度值来控制所述流体的温度。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流体输注单元(4、10、11)能用于以变化的输注速率将所述流体输注到所述血管(18)中，其中，所述血流量确定单元(22)适于在所述输注速率变化时随时间确定所述血流量，其中，所述系统(1)还包括评估单元(24)，所述评估单元用于基于随时间确定的所述血流量的变化来确定指示确定所述血流量的质量的质量值。
14.一种存储用于确定血管内的血流量的计算机程序的计算机可读介质，其中，所述计算机程序包括程序代码单元，所述程序代码单元用于当所述计算机程序在根据权利要求1所述的用于确定血管内的血流量的系统上运行时令所述系统执行用于确定血管内的血流量的方法，所述方法包括：
-获得在通过使用流体输注单元(4、10、11)以输注速率将流体连续输注到所述血管(18)中时同时测量的沿着所述血管(18)的长度的若干位置处的若干温度值而使得确定沿着所述血管的所述长度的温度分布，并且基于这些测得的若干温度值来确定沿着所述血管(18)的所述长度的第一位置处的第一温度值和沿着所述血管(18)的所述长度的第二位置处的第二温度值而使得所述第一温度值指示所述流体的温度并且所述第二温度值指示所述流体与血液的混合物的温度，其中，所述第一位置和所述第二位置是基于所述温度分布确定的以确定所述第一温度值和所述第二温度值，
-通过使用血流量确定单元(22)基于所确定的第一温度值和第二温度值以及所述输注速率来确定所述血流量。
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