DE112016005442B4

DE112016005442B4 - Verfahren und System zum Evaluieren der FFR auf Grundlage virtueller Stentimplantation

Info

Publication number: DE112016005442B4
Application number: DE112016005442.4T
Authority: DE
Inventors: Shengxian TU; Miao Chu; Bo Xu; Bing Liu; Yazhu Chen
Original assignee: Pulse Medical Imaging Technology Shanghai Co Ltd
Current assignee: Shanghai Pulse Medical Technology Inc Cn
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2021-07-15
Anticipated expiration: 2036-11-05
Also published as: DE112016005442T5; CN106073894A; US20180353241A1; CN106073894B; US10617473B2; JP6723670B2; JP2019500986A; WO2017206438A1

Abstract

Verfahren zum Bewerten des Druckabfalls innerhalb eines Blutgefäßsegments nach virtuellem Stenting, umfassend:Empfangen von Geometrieparametern eines Blutgefäßsegments, das ein proximales Ende und ein distales Ende umfasst, wobei die Geometrieparameter einen ersten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des proximalen Endes des Segments repräsentiert, einen zweiten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des distalen Endes des Segments repräsentiert, und einen dritten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser eines tatsächlichen Lumens des Segments an einer ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende vor virtuellem Stenting repräsentiert, umfassen;Berechnen eines Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle des Segments auf Grundlage des ersten Geometrieparameters, des zweiten Geometrieparameters, des dritten Geometrieparameters und von Lagedaten bezüglich der ersten Stelle;Empfangen einer Stelle virtuellen Stentings, die durch Abstände von einem proximalen und distalen Ende des virtuellen Stents zum proximalen Ende des Segments definiert ist;Berechnen eines vierten Geometrieparameters eines virtuellen Lumens eines Segments nach virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters, der Stelle des virtuellen Stentings und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle, wobei der vierte Geometrieparameter eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an der ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende nach virtuellem Stenting repräsentiert;Empfangen einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Segments vor virtuellem Stenting;Berechnen einer prozentualen Durchmesserstenose an der ersten Stelle vor virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle; Berechnen einer prozentualen Durchmesserstenose und einer Geometrieparameterdifferenz an der ersten Stelle nach virtuellem Stenting auf Grundlage des vierten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle;Erhalten einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer Tabelle, in der relative Blutflussgeschwindigkeiten in Bezug auf die prozentuale Durchmesserstenose verzeichnet sind, auf Grundlage der mittleren Blutflussgeschwindigkeit vor virtuellem Stenting und der prozentualen Durchmesserstenose vor und nach virtuellem Stenting;Berechnen eines Druckabfalls ΔP nach virtuellem Stenting zwischen einem ersten Druck des Blutstroms am proximalen Ende und einem zweiten Druck des Blutstroms an der ersten Stelle auf Grundlage der Geometrieparameterdifferenz nach virtuellem Stenting an der ersten Stelle, der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V nach virtuellem Stenting und deren Quadrats V2.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zur Verwendung auf dem Gebiet der medizinischen Behandlung und insbesondere bei der Bewertung eines bildbasierten Druckabfalls und einer bildbasierten fraktionellen Flussreserve (FFR) innerhalb eines Blutgefäßsegments nach virtuellem Stenting.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Bei der fraktionellen Flussreserve (FFR) handelt es sich um eine wichtige Technik für die Diagnose der koronaren Funktionsfähigkeit. Die FFR ist als ein Quotient des Drucks distal einer Stenose im Verhältnis zum Druck proximal der Stenose während des maximalen koronaren Blutflusses (der maximalen Hyperämie) definiert, um wiederzugeben, wie die Stenose den maximalen Blutfluss begrenzt; sie kann als Kriterium dienen, um zu bestimmen, ob sie eine Ischämie induzieren wird. Eine hohe Anzahl bisheriger klinischer Studien hat ausreichende Belege geliefert, die darauf hinweisen, dass die FFR verwendet werden kann, um die funktionelle Bedeutung einer stenotischen Läsion zu ermessen; insbesondere kann sie wichtige Anhaltspunkte bei der Auswahl eines Behandlungsplans für eine kritische stenotische Läsion bereitstellen.
Die invasive Messung eines Blutdrucks mithilfe eines Druckdrahts erfordert einen erheblichen Arbeitsaufwand und ist mit einem Risiko verbunden, dass das Gefäß verletzt wird. Die Patentanmeldung Nr. CN201510901329.X mit dem Titel „Method and System for Calculating Blood Vessel Pressure Difference and Fractional Flow Reserve (FFR)“, eingereicht am 08. Dezember 2015, offenbart das Erhalten einer Druckabweichung innerhalb eines Blutgefäßes mit Läsionen verschiedener Schweregrade über die Berechnung in Multiskalen auf Grundlage eines Geometrieparameters und einer Blutflussgeschwindigkeit des Gefäßes, erhalten mittels Koronarangiographie. Es befähigt zum genauen Unterscheiden und Evaluieren der verschiedenen Auswirkungen geometrischer Veränderungen eines stenosierten Gefäßes mit unterschiedlichen Schweregraden auf den Druck des Blutstroms.
Bei einem Blutgefäß mit mehreren Stenosegraden sind die Lage(n), Größe(n), Anzahl(en) und die Implantationsreihenfolge eines Stents oder von Stents, der bzw. die zu implementieren ist bzw. sind, allesamt von klinischer Relevanz. Bislang ist kein Verfahren für eine schnelle Echtzeitprognose der Auswirkung einer Stentimplantation auf die FFR entwickelt worden, obwohl diese von großer klinischer Bedeutung ist.
Um die oben genannten Probleme zu überwinden, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung, basierend auf ihrer vorherigen Arbeit, d. h. der Patentanmeldung mit dem Titel „Method and System for Calculating Blood Vessel Pressure Difference and Fractional Flow Reserve (FFR)“ sowie weiterer erfinderischer Anstrengungen und Verbesserungsbemühungen eine Berechnung und Beurteilung eines Druckabfalls und der FFR innerhalb eines virtuell gestenteten Blutgefäßes mit Läsionen unterschiedlicher Schweregrade realisiert, welche klinische Ärzte bei der Auswahl einer Stenting-Strategie und der Prognosebeurteilung unterstützen kann.
Die Druckschrift US 2015/0374243 A1 offenbart ein Verfahren und System zur Vorhersage von hämodynamischen Metriken nach dem Stenting zur Behandlungsplanung von Arterienstenose.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Verfahren und Systeme zum Bewerten der fraktionellen Flussreserve (FFR) auf Grundlage einer virtuellen Stentimplantation bereitzustellen.
Konkret umfasst ein Verfahren zum Bewerten des Druckabfalls innerhalb eines Blutgefäßsegments nach virtuellem Stenting: Empfangen von Geometrieparametern eines Blutgefäßsegments, das ein proximales Ende und ein distales Ende umfasst, wobei die Geometrieparameter einen ersten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des proximalen Endes des Segments repräsentiert, einen zweiten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des distalen Endes des Segments repräsentiert, und einen dritten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser eines tatsächlichen Lumens an einer ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende des Segments vor virtuellem Stenting repräsentiert, umfassen; Berechnen eines Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle des Segments auf Grundlage des ersten Geometrieparameters, des zweiten Geometrieparameters, des dritten Geometrieparameters und von Lagedaten bezüglich der ersten Stelle; Empfangen einer Stelle virtuellen Stentings, die durch Abstände von einem proximalen und distalen Ende des virtuellen Stents zum proximalen Ende des Segments definiert ist; Berechnen eines vierten Geometrieparameters eines virtuellen Lumens des Segments nach virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters, der Stelle virtuellen Stentings und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle, wobei der vierte Geometrieparameter eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an der ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende nach virtuellem Stenting repräsentiert; Empfangen einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Segments vor virtuellem Stenting; Berechnen einer prozentualen Durchmesserstenose an der ersten Stelle vor virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle; Berechnen einer prozentualen Durchmesserstenose nach virtuellem Stenting und einer Geometrieparameterdifferenz nach virtuellem Stenting an der ersten Stelle auf Grundlage des vierten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle; Erhalten einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer Tabelle, in der relative Blutflussgeschwindigkeiten und ihre entsprechende prozentuale Durchmesserstenose verzeichnet sind, auf Grundlage der mittleren Blutflussgeschwindigkeit vor virtuellem Stenting und der prozentualen Durchmesserstenose vor und nach virtuellem Stenting; Berechnen eines Druckabfalls ΔP nach virtuellem Stenting zwischen einem ersten Druck des Blutstroms am proximalen Ende und einem zweiten Druck des Blutstroms an der ersten Stelle auf Grundlage der Geometrieparameterdifferenz nach virtuellem Stenting an der ersten Stelle, der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V nach virtuellem Stenting und deren Quadrats V².
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner umfassen: mit dem proximalen Ende als Referenzpunkt, Ableiten einer Funktion für den Referenzlumendurchmesser auf Grundlage des ersten Geometrieparameters, des zweiten Geometrieparameters und eines Abstands x von einer bestimmten Position entlang des Segments zum Referenzpunkt, wobei die Funktion für den Referenzlumendurchmesser den Referenzlumendurchmesser an verschiedenen Positionen entlang des Segments als Funktion des Abstands x von der Position zum Referenzpunkt repräsentiert.
Vorzugsweise kann die Ableitung der Funktion für den Referenzlumendurchmesser eine lineare Normalisierung als Funktion der Stelle vom proximalen Ende zum distalen Ende des Segments umfassen.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner umfassen: Heranziehen des proximalen Endes als Referenzpunkt, Berechnen des vierten Geometrieparameters als Geometrieparameter des Segments nach virtuellem Stenting durch Ersetzen des dritten Geometrieparameters mit dem Referenzlumendurchmesser gemäß der Stelle virtuellen Stentings.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner umfassen: mit dem proximalen Ende als Referenzpunkt, auf Grundlage des vierten Geometrieparameters und der Funktion für den Referenzlumendurchmesser, Ableiten einer Funktion für die Geometrieparameterdifferenz des Segments nach virtuellem Stenting, welche eine Beziehung von Differenzen zwischen dem Referenzlumendurchmesser und dem Geometrieparameter des virtuellen Lumens des Segments (d. h., dem vierten Geometrieparameter) in Bezug auf die Abstände x vom Referenzpunkt angibt.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner umfassen: Berechnen der prozentualen Durchmesserstenose DS% vor virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters und der Funktion für den Referenzlumendurchmesser und Berechnen der prozentualen Durchmesserstenose DS%' nach virtuellem Stenting auf Grundlage des vierten Geometrieparameters und der Funktion für den Referenzlumendurchmesser. Die prozentuale Durchmesserstenose entspricht dem größten Stenosegrad in dem Blutgefäßsegment.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner umfassen: Erhalten der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V' nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen der Tabelle, in der relative Blutflussgeschwindigkeiten und ihre entsprechende prozentuale Durchmesserstenose verzeichnet sind, auf Grundlage der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V vor virtuellem Stenting und der prozentualen Durchmesserstenose DS%, DS%' vor und nach virtuellem Stenting. Die Tabelle verzeichnet die prozentuale Durchmesserstenose und die entsprechenden relativen Blutflussgeschwindigkeiten, wobei die relativen Blutflussgeschwindigkeiten mit der Blutflussgeschwindigkeit normalisiert werden, mit einem Höchstwert von 1 und einem Mindestwert von 0, unabhängig vom spezifischen Blutflussgeschwindigkeitswert des Patienten.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner umfassen: Berechnen von Ableitungen der Funktion für die Geometrieparameterdifferenz nach virtuellem Stenting in n Skalen f₁(x), ..., f_n(x), wobei der Druckabfall ΔP nach virtuellem Stenting zwischen dem ersten Druck des Blutstroms und dem zweiten Druck des Blutstroms auf Grundlage der n Skalen von Ableitungsdifferenzfunktionen berechnet wird, und wobei es sich bei den Skalen um Auflösungen handelt, welche Abstände zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird. Die n Skalen können eine erste Skale, eine zweite Skale, ... und eine n-te Skale sein.
Die Ableitungsdifferenzfunktion f₁(x) in der ersten Skale kann zum Detektieren einer Geometrieparameterdifferenz zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser, die durch eine erste Läsionseigenschaft bewirkt wird, angepasst werden.
Die Ableitungsdifferenzfunktion f₂(x) in der zweiten Skale kann zum Detektieren einer Geometrieparameterdifferenz zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser, die durch eine zweite Läsionseigenschaft bewirkt wird, angepasst werden.
Die Ableitungsdifferenzfunktion f_n(x) der n-ten Skale kann zum Detektieren einer Geometrieparameterdifferenz zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser, die durch eine n-te Läsionseigenschaft bewirkt wird, angepasst werden. n kann eine natürliche Zahl über 1 sein.
Vorzugsweise kann der Druckabfall ΔP nach virtuellem Stenting zwischen dem ersten Druck des Blutstroms und dem zweiten Druck des Blutstroms durch Gewichten von Integralen von n Skalen der Ableitungsdifferenzfunktionen f₁(x), ..., f_n(x) und auf Grundlage der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V nach virtuellem Stenting und deren Quadrats V² berechnet werden.
Vorzugsweise kann der Druckabfall ΔP nach virtuellem Stenting zwischen dem ersten Druck des Blutstroms und dem zweiten Druck des Blutstroms gemäß der folgenden Formel berechnet werden: $Δ P = α_{1} [C_{1} {V+C}_{2} V^{2}] + \int f_{1} (x) dx + α_{2} [C_{1} {V+C}_{2} V^{2}] \int f_{2} (x) dx + \dots + α_{n} [C_{1} {V+C}_{2} V^{2}] * \int f_{n} (x) dx$
wobei C₁ und C₂ Koeffizienten der Blutflussgeschwindigkeit V nach virtuellem Stenting bzw. deren Quadrats V² repräsentieren, und a₁, a₂,..., und a_n gewichtete Koeffizienten der Ableitungsdifferenzfunktionen f₁(x), f₂(x),..., f_n(x) der jeweiligen n Skalen formalisieren.
Vorzugsweise entsprechen die Lagedaten bezüglich der ersten Stelle einem Abstand von der ersten Stelle zum proximalen Ende des Segments, und die mittlere Blutflussgeschwindigkeit ist eine mittlere Blutflussgeschwindigkeit im Bereich vom proximalen Ende zum distalen Ende des Segments.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner umfassen: Empfangen zweidimensionaler Koronarangiographie-Aufnahmen, die in einem bestimmten Winkel aufgenommen wurden; und Registrieren einer interessierenden Region der Aufnahmen für verschiedene Einzelbilder, wobei die interessierende Region der Koronarangiographie vom proximalen Ende zum distalen Ende des Gefäßsegments verläuft.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner umfassen: grafisches Darstellen eines Graustufen-Histogramms für die registrierte interessierende Region; und Anpassen der Graustufe als Funktion der Zeit innerhalb eines Herzzyklus.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner umfassen: Erhalten einer mittleren Fließgeschwindigkeit von Kontrastmittel ausgehend von der Graustufen-Anpassungsfunktion.
Vorzugsweise kann die mittlere Blutflussgeschwindigkeit V des Segments vor virtuellem Stenting annähernd gleich der mittleren Fließgeschwindigkeit des Kontrastmittels sein, die ausgehend von der Graustufen-Anpassungsfunktion erhalten wurde.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Bewerten der fraktionellen Flussreserve (FFR) eines Blutgefäßes nach virtuellem Stenting bereit, umfassend:

Empfangen einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit V eines Blutgefäßsegments vor virtuellem Stenting in einem Ruhezustand, optional mittels herkömmlicher Angiographie (ohne maximale Dilatation der Mikrozirkulation); Erhalten einer maximalen Blutflussgeschwindigkeit V_max vor virtuellem Stenting unter der Bedingung einer maximalen Dilatation der Mikrozirkulation auf Grundlage der mittleren Geschwindigkeit V; Erhalten einer maximalen Blutflussgeschwindigkeit V'_max nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer Tabelle, in der relative Blutflussgeschwindigkeiten und ihre entsprechende prozentualen Durchmesserstenose verzeichnet sind, auf Grundlage der maximalen Blutflussgeschwindigkeit V_max vor virtuellem Stenting und der prozentualen Durchmesserstenose vor und nach virtuellem Stenting, wobei die relativen Blutflussgeschwindigkeiten mit der Blutflussgeschwindigkeit normalisiert werden, mit einem Höchstwert von 1 und einem Mindestwert von 0, unabhängig vom spezifischen Blutflussgeschwindigkeitswert des Patienten; Berechnen eines Druckabfalls AP_max, welcher der maximalen Blutflussgeschwindigkeit V'_max nach virtuellem Stenting entspricht, und
Berechnen der FFR nach virtuellem Stenting gemäß FFR = (P₁ - ΔP_max)/P₁, wobei P₁ einen ersten Druck des Blutstroms an einem proximalen Ende eines Blutgefäßsegments repräsentiert, welcher anhand des diastolischen und systolischen Herzdrucks annähernd geschätzt oder unter Verwendung eines Katheters präzise gemessen werden kann.

Vorzugsweise kann das Verfahren ferner umfassen: Erhalten der maximalen Blutflussgeschwindigkeit vor virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer Entsprechungstabelle, in der mittlere koronare Blutflussgeschwindigkeiten in einem Ruhezustand und die entsprechenden maximalen Blutflussgeschwindigkeiten unter der Bedingung einer maximalen Dilatation der Mikrozirkulation verzeichnet sind.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner umfassen: Erhalten der Druckableitung AP_max, welche der maximalen Blutflussgeschwindigkeit eines Blutgefäßsegments entspricht, unter Verwendung des wie oben definierten Verfahrens.
Vorzugsweise kann die FFR für eine gegebene feste maximale Blutflussgeschwindigkeit V_max berechnet werden.
Die vorliegende Erfindung stellt zudem ein System zum Bewerten eines Druckabfalls innerhalb eines Blutgefäßsegments nach virtuellem Stenting bereit, welches die wie oben definierten Verfahren umsetzen kann. Das System umfasst: ein Geometrieparameter-Datenerfassungsmodul, das zum Erfassen von Geometrieparametern eines Blutgefäßsegments mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende ausgebildet ist, wobei die Geometrieparameter einen ersten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments am proximalen Ende repräsentiert, einen zweiten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments am distalen Ende repräsentiert, und einen dritten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an einer ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende vor virtuellem Stenting repräsentiert, umfassen; ein Lagedatenerfassungsmodul, das zum Erfassen von Lagedaten bezüglich der ersten Stelle ausgebildet ist; ein Referenzlumendurchmesser-Berechnungsmodul, das zum Berechnen eines Referenzlumendurchmessers des Segments bezüglich der ersten Stelle auf Grundlage des ersten Geometrieparameters, des zweiten Geometrieparameters, des dritten Geometrieparameters und der Lagedaten der ersten Stelle ausgebildet ist; ein Berechnungsmodul für ein virtuelles Gefäßlumen, das zum Empfangen einer Stelle virtuellen Stentings und Berechnen eines vierten Geometrieparameters als Geometrieparameter des virtuellen Lumens des Segments nach virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers ausgebildet ist, und wobei der vierte Geometrieparameter eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an der ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende nach virtuellem Stenting repräsentiert, ein Berechnungsmodul für die prozentuale Durchmesserstenose, das zum Berechnen einer prozentualen Durchmesserstenose an der ersten Stelle vor virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle und Berechnen einer prozentualen Durchmesserstenose an der ersten Stelle nach virtuellem Stenting auf Grundlage des vierten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle ausgebildet ist; ein Berechnungsmodul für die Geometrieparameterdifferenz, das zum Berechnen einer Geometrieparameterdifferenz zwischen dem vierten Geometrieparameter und dem Referenzlumendurchmesser an der ersten Stelle nach virtuellem Stenting ausgebildet ist; ein Geschwindigkeitserfassungs- und -berechnungsmodul, das zum Erhalten einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Segments vor virtuellem Stenting und Erhalten einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer Tabelle, in der relative Blutflussgeschwindigkeiten und die prozentuale Durchmesserstenose verzeichnet sind, ausgebildet ist; und ein Druckabfall-Berechnungsmodul, das zum Empfangen der Geometrieparameterdifferenzdaten an der ersten Stelle nach virtuellem Stenting, die vom Geometrieparameterdifferenz-Berechnungsmodul ausgegeben werden, und der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V nach virtuellem Stenting und ihrem Quadrat V², die vom Geschwindigkeitserfassungs- und -berechnungsmodul ausgegeben werden, und anschließenden Berechnen des Druckabfalls ΔP nach virtuellem Stenting zwischen einem ersten Druck des Blutstroms am proximalen Ende und einem zweiten Druck des Blutstroms an der ersten Stelle ausgebildet ist.
Vorzugsweise kann das Referenzlumendurchmesser-Berechnungsmodul zum Ableiten einer Funktion für den Referenzlumendurchmesser auf Grundlage des ersten Geometrieparameters, des zweiten Geometrieparameters und eines Abstands x von einer Position entlang des Gefäßsegments zum proximalen Ende als Referenzpunkt ausgebildet sein, wobei die Funktion für den Referenzlumendurchmesser zum Repräsentieren des Referenzlumendurchmessers verschiedener Positionen entlang des Blutgefäßes als Funktion des Abstands x zwischen der Position und dem Referenzpunkt verwendet wird.
Vorzugsweise kann das System ferner ein Normalisierungsmodul umfassen, das zum Durchführen einer linearen Normalisierung als Funktion der Stelle vom proximalen Ende zum distalen Ende des Segments ausgebildet ist.
Vorzugsweise kann die prozentuale Durchmesserstenose der schwersten Stenose in dem Blutgefäßsegment entsprechen.
Vorzugsweise kann das Geometrieparameterdifferenz-Berechnungsmodul zum Ableiten der Funktion für die Geometrieparameterdifferenz an der ersten Stelle nach virtuellem Stenting auf Grundlage des vierten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle mit dem proximalen Ende als Referenzpunkt ausgebildet sein, wobei die Funktion für die Geometrieparameterdifferenz eine Beziehung von Differenzen zwischen der Funktion für den Referenzlumendurchmesser und dem Geometrieparameter des virtuellen Lumens in Bezug auf die Abstände x vom Referenzpunkt angibt.
Vorzugsweise kann das System ferner ein Multiskalen-Ableitungsdifferenz-Berechnungsmodul umfassen, das zum Erhalten von Ableitungen der Funktion für die Geometrieparameterdifferenz nach virtuellem Stenting in mehreren Skalen ausgebildet ist.
Vorzugsweise kann das Druckabfall-Berechnungsmodul zum Berechnen des Druckabfalls ΔP nach virtuellem Stenting zwischen dem ersten Druck des Blutstroms und dem zweiten Druck des Blutstroms durch Gewichten von Integralen der Ableitungsdifferenzfunktionen in den mehreren Skalen, die vom Multiskalen-Ableitungsdifferenz-Berechnungsmodul erhalten wurden, und der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V und ihres Quadrats V² nach virtuellem Stenting, die vom Geschwindigkeitserfassungs- und -berechnungsmodul ausgegeben werden, ausgebildet sein, wobei die mehreren Skalen zwei oder mehr Skalen umfassen können, die als Auflösungen umgesetzt sind, welche Abstände zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird.
Vorzugsweise kann das System ferner ein Modul für zweidimensionale Koronarangiographie umfassen, das zum Erfassen einer zweidimensionalen Angiographie des Segments in einem bestimmten Winkel und Registrieren einer interessierenden Region der Aufnahmen für verschiedene Einzelbilder ausgebildet ist, wobei die interessierende Region der Koronarangiographie vom proximalen Ende zum distalen Ende des Gefäßsegments verläuft.
Vorzugsweise kann das Geschwindigkeitserfassungs- und -berechnungsmodul zum grafischen Darstellen eines Graustufen-Histogramms von der registrierten interessierenden Region auf Grundlage der Ausgabe vom Modul für zweidimensionale Koronarangiographie und Anpassen der Graustufe als Funktion der Zeit innerhalb eines Herzzyklus, aus welchem eine mittlere Fließgeschwindigkeit von Kontrastmittel vor virtuellem Stenting erhalten wurde, und anschließenden Erhalten der mittleren Blutflussgeschwindigkeit nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen der Tabelle mit den relativen Blutflussgeschwindigkeiten und der prozentualen Durchmesserstenose ausgebildet sein.
Vorzugsweise verzeichnet die Tabelle die prozentuale Durchmesserstenose und ihre entsprechenden relativen Blutflussgeschwindigkeiten und kann im Blutflussgeschwindigkeitserfassungs- und -berechnungsmodul oder einem separaten Speichermodul im System gespeichert sein. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die relativen Blutflussgeschwindigkeiten werden mit der Blutflussgeschwindigkeit normalisiert, mit einem Höchstwert von 1 und einem Mindestwert von 0, unabhängig vom spezifischen Blutflussgeschwindigkeitswert des Patienten.
Die vorliegende Erfindung stellt zudem ein System zum Bewerten der fraktionellen Flussreserve (FFR) in einem Blutgefäßsegment nach virtuellem Stenting bereit, umfassend: ein Geometrieparameter-Datenerfassungsmodul, das zum Erfassen von Geometrieparametern eines Blutgefäßsegments, wobei das Blutgefäß ein proximales Ende und ein distales Ende umfasst, ausgebildet ist, wobei die Geometrieparameter einen ersten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des proximalen Endes des Segments repräsentiert, einen zweiten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des distalen Endes des Segments repräsentiert, und einen dritten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an einer ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende vor virtuellem Stenting repräsentiert, umfassen; ein Lagedatenerfassungsmodul, das zum Erfassen von Lagedaten bezüglich der ersten Stelle ausgebildet ist; ein Referenzlumendurchmesser-Berechnungsmodul, das zum Ableiten einer Funktion für den Referenzlumendurchmesser in Bezug auf einen Abstand von einer Position an dem Segment zum proximalen Ende als Referenzpunkt ausgebildet ist; ein Referenzlumen-Berechnungsmodul, das zum Berechnen eines Referenzlumendurchmessers des Segments auf Grundlage der oben genannten Geometrieparameter und des Abstands zum proximalen Ende, das als Referenzpunkt herangezogen wird, ausgebildet ist; ein Berechnungsmodul für ein virtuelles Gefäßlumen, das zum Empfangen einer Stelle virtuellen Stentings und Berechnen eines vierten Geometrieparameters als Geometrieparameter des virtuellen Lumens des Segments nach virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters und der Funktion für den Referenzlumendurchmesser ausgebildet ist, und wobei der vierte Geometrieparameter eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an der ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende nach virtuellem Stenting repräsentiert; ein Berechnungsmodul für die prozentuale Durchmesserstenose, das zum Berechnen einer prozentualen Durchmesserstenose an der ersten Stelle vor virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle und Berechnen einer prozentualen Durchmesserstenose an der ersten Stelle nach virtuellem Stenting auf Grundlage des vierten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle ausgebildet ist; ein Geometrieparameterdifferenz-Berechnungsmodul, das zum Ableiten einer Funktion für die Geometrieparameterdifferenz des Segments nach virtuellem Stenting auf Grundlage der Funktion für den Referenzlumendurchmesser und des vierten Geometrieparameters ausgebildet ist; ein Multiskalen-Berechnungsmodul, das zum Erhalten von Ableitungen der Funktion für die Geometrieparameterdifferenz nach virtuellem Stenting in mehreren Skalen ausgebildet ist, wobei es sich bei den Skalen um Auflösungen handelt, welche Abstände zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird; ein Erfassungs- und Berechnungsmodul für die mittlere Blutflussgeschwindigkeit, das zum Erfassen einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Segments durch herkömmliche Koronarangiographie und zum Erhalten einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer Tabelle, die relative Blutflussgeschwindigkeiten und die prozentuale Durchmesserstenose verzeichnet, ausgebildet ist; ein Berechnungsmodul für die maximale mittlere Blutflussgeschwindigkeit, das zum Erhalten einer maximalen mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Segments nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer in diesem Modul gespeicherten Entsprechungstabelle ausgebildet ist; und ein FFR-Berechnungsmodul, das zum Erhalten der FFR nach virtuellem Stenting als Quotient von einem zweiten Druck des Blutstroms an der ersten Stelle zu einem ersten Druck des Blutstroms am proximalen Ende des Segments auf Grundlage der Multiskale von Ableitungsdifferenzfunktionen nach virtuellem Stenting und der maximalen mittleren Blutflussgeschwindigkeit ausgebildet ist.
Vorzugsweise kann die Tabelle die prozentuale Durchmesserstenose und ihre entsprechenden relativen Blutflussgeschwindigkeiten verzeichnen und im Blutflussgeschwindigkeitserfassungs- und -berechnungsmodul oder einem separaten Speichermodul im System gespeichert sein. Die relativen Blutflussgeschwindigkeiten werden mit der Blutflussgeschwindigkeit normalisiert, mit einem Höchstwert von 1 und einem Mindestwert von 0, unabhängig vom spezifischen Blutflussgeschwindigkeitswert des Patienten.
Vorzugsweise kann das Erfassungsmodul für die maximale Blutflussgeschwindigkeit zum Erhalten der maximalen Blutflussgeschwindigkeit durch Durchsuchen der Entsprechungstabelle, in der mittlere koronare Blutflussgeschwindigkeiten in einem Ruhezustand und die entsprechenden maximalen Blutflussgeschwindigkeiten unter der Bedingung einer maximalen Dilatation der Mikrozirkulation verzeichnet sind, ausgebildet sein. Die Entsprechungstabelle kann im Erfassungsmodul für die maximale Blutflussgeschwindigkeit oder einem separaten Speichermodul im System gespeichert sein.
Die vorliegende Erfindung verschafft die folgenden Nutzen: basierend auf „Method And System For Calculating Blood Vessel Pressure Difference And Fractional Flow Reserve“ realisiert sie eine Berechnung und Beurteilung eines Druckabfalls und einer FFR innerhalb eines virtuell gestenteten Blutgefäßes mit Läsionen unterschiedlicher Schweregrade, welche klinische Ärzte bei der Auswahl einer Stenting-Strategie und der Prognosebeurteilung unterstützen kann.
Figurenliste
Damit sich die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und herkömmliche technische Lösungen besser erschließen lassen, werden die beigefügten Zeichnungen zur Erleichterung von deren Beschreibung unten kurz beschrieben. Es versteht sich, dass die Zeichnungen lediglich einige erfindungsgemäße Ausführungsformen präsentieren; der Durchschnittsfachmann kann andere Zeichnungen auf Grundlage des Nachfolgenden erhalten, was ohne Aufbringen jeglicher erfinderische Anstrengung ausgeführt wird.

1A stellt schematisch einen strukturellen Vergleich zwischen einem tatsächlichen Lumen eines Blutgefäßes vor virtuellem Stenting und dessen Referenzlumen gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
1B stellt schematisch einen strukturellen Vergleich zwischen dem tatsächlichen Lumen nach einer virtuellen Stentimplantation und dessen Referenzlumen gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
2 ist ein Diagramm, das schematisch eine Differenzfunktion darstellt, welche eine Geometrieparameterdifferenz zwischen dem tatsächlichen Lumen nach virtuellem Stenting und dem Referenzlumen gemäß der vorliegenden Erfindung repräsentiert.
3A ist ein Diagramm, welches eine Ableitungsdifferenzfunktion f₁(x) in einer ersten Skale zeigt.
3B ist ein Diagramm, welches eine Ableitungsdifferenzfunktion f₂(x) in einer zweiten Skale zeigt.
4 ist eine schematische Darstellung eines Blutdruckabfallsystems nach Implantierung eines virtuellen Stents gemäß der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachfolgend wird ein Verfahren und System zum Empfehlen einer Anwendung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Zu beachten ist, dass die nachfolgend dargelegten Ausführungsformen lediglich manche, jedoch nicht alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen darstellen. Sämtliche andere Ausführungsformen, die vom Durchschnittsfachmann auf Grundlage der hier offenbarten Ausführungsform ohne Aufbringen jeglicher erfinderischer Anstrengung vorgenommen werden, fallen in den Umfang der Erfindung.
Für den Fachmann versteht es sich, dass die folgenden konkreten Ausführungsformen oder Beispiele der vorliegenden Erfindung als einige optimierte Anordnungen zur weiterführenden Erläuterung des Gegenstands der Erfindung und keineswegs zum Einschränken der Erfindung bereitgestellt sind. Es ist beabsichtigt, dass die Anordnungen miteinander kombinierbar oder verbindbar sind, es sei denn, es wird ausdrücklich vorgegeben, dass eine oder mehrere der konkreten Ausführungsformen oder Beispiele nicht mit (einer) anderen konkreten Ausführungsformen oder (einem) anderen konkreten Beispiel kombiniert werden können.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Bewerten eines Druckabfalls innerhalb eines Blutgefäßes nach Implantieren eines virtuellen Stents bereit, welches umfasst: Empfangen von Geometrieparametern eines Blutgefäßsegments, wobei das Blutgefäß ein proximales Ende und ein distales Ende umfasst, wobei die Geometrieparameter einen ersten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des proximalen Endes des Segments repräsentiert, einen zweiten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des distalen Endes des Segments repräsentiert, und einen dritten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser eines tatsächlichen Lumens an einer ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende vor virtuellem Stenting repräsentiert, umfassen; Berechnen eines Referenzlumendurchmessers des Segments an der ersten Stelle auf Grundlage des ersten Geometrieparameters, des zweiten Geometrieparameters, des dritten Geometrieparameters und von Lagedaten bezüglich der ersten Stelle; Empfangen einer Stelle virtuellen Stentings, die durch Abstände von einem proximalen und distalen Ende des virtuellen Stents zum proximalen Ende des Blutgefäßes definiert ist; Berechnen eines vierten Geometrieparameters eines virtuellen Lumens des Segments nach virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters, der Stelle virtuellen Stentings und des Referenzlumendurchmessers, wobei der vierte Geometrieparameter eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an der ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende nach virtuellem Stenting repräsentiert; Empfangen einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Segments vor virtuellem Stenting;
mit dem proximalen Ende als Referenzpunkt, auf Grundlage des ersten Geometrieparameters, des zweiten Geometrieparameters und eines Abstands x von einer Position entlang des Segments zum Referenzpunkt, Ableiten einer Funktion für den Referenzlumendurchmesser, die zum Repräsentieren des Referenzlumendurchmessers verschiedener Positionen entlang des Blutgefäßes als Funktion des Abstands x von der Position zum Referenzpunkt verwendet wird.
In einer konkreten Ausführungsform umfasst die Berechnung der Funktion für den Referenzlumendurchmesser eine lineare Normalisierung als Funktion der Stelle vom proximalen Ende zum distalen Ende.
In einer konkreten Ausführungsform wird mit dem proximalen Ende als Referenzpunkt der vierte Geometrieparameter als Geometrieparameter des Segments nach virtuellem Stenting durch Ersetzen des dritten Geometrieparameters mit dem Referenzlumendurchmesser gemäß der Stelle virtuellen Stentings berechnet..
In einer konkreten Ausführungsform wird mit dem proximalen Ende als Referenzpunkt, auf Grundlage des vierten Geometrieparameters und der Funktion für den Referenzlumendurchmesser eine Funktion für die Geometrieparameterdifferenz des Segments nach virtuellem Stenting als eine Funktion abgeleitet, welche eine Beziehung von Differenzen zwischen der Funktion für den Referenzlumendurchmesser und dem Geometrieparameter des virtuellen Lumens des Segments (d. h., dem vierten Geometrieparameter) in Bezug auf die Abstände x vom Referenzpunkt angibt.
In einer konkreten Ausführungsform wird eine prozentuale Durchmesserstenose DS% vor virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters und der Funktion für den Referenzlumendurchmesser berechnet, und eine prozentuale Durchmesserstenose DS%' nach virtuellem Stenting wird auf Grundlage des vierten Geometrieparameters und der Funktion für den Referenzlumendurchmesser berechnet. Sowohl die Durchmesserstenose DS% als auch DS%' entsprechen der schwersten stenotischen Läsion des Blutgefäßes vor und nach der virtuellen Stentimplantation.
In einer konkreten Ausführungsform wird eine mittlere Blutflussgeschwindigkeit V' nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer Tabelle erhalten, in der relative Blutflussgeschwindigkeiten und ihre entsprechende prozentuale Durchmesserstenose verzeichnet sind, auf Grundlage der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V vor virtuellem Stenting und der prozentualen Durchmesserstenose vor und nach virtuellem Stenting DS%, DS%'. Die Tabelle verzeichnet die prozentuale Durchmesserstenose und ihre entsprechenden relativen Blutflussgeschwindigkeiten, die mit der Flussgeschwindigkeit normalisiert werden, mit einem Höchstwert von 1 und einem Mindestwert von 0, unabhängig von den spezifischen Blutflussgeschwindigkeitswerten des Patienten.
In einer konkreten Ausführungsform werden Ableitungen der Funktion für die Geometrieparameterdifferenz nach virtuellem Stenting in n Skalen berechnet, wobei der Druckabfall ΔP nach virtuellem Stenting zwischen dem ersten Druck des Blutstroms und dem zweiten Druck des Blutstroms auf Grundlage der n Skalen von Ableitungen berechnet wird. Bei den Skalen handelt es sich um Auflösungen, die Abstände zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird, und die n Skalen bestehen aus einer ersten Skale, einer zweiten Skale, ... und einer n-ten Skale.
Die erste Skale der Ableitungsdifferenzfunktion f₁(x) wird zum Detektieren einer Geometrieparameterdifferenz zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser, die durch eine erste Läsionseigenschaft bewirkt wird, angepasst, wobei andere Läsionseigenschaften außer Acht gelassen werden.
Die zweite Skale der Ableitungsdifferenzfunktion f₂(x) wird zum Detektieren einer Geometrieparameterdifferenz, die durch eine zweite Läsionseigenschaft bewirkt wird, angepasst.
Die n-te Skale der Ableitungsdifferenzfunktion f_n(x) wird zum Detektieren einer Geometrieparameterdifferenz angepasst, die durch eine n-te Läsionseigenschaft bewirkt wird, wobei n eine natürliche Zahl über 1 ist.
In einer konkreten Ausführungsform kann der Druckabfall ΔP nach virtuellem Stenting zwischen dem ersten Druck des Blutstroms und dem zweiten Druck des Blutstroms durch Gewichten von Integralen der Ableitungsdifferenzfunktionen f₁(x), ..., f_n(x) in den n Skalen sowie der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V nach virtuellem Stenting und deren V² erhalten werden.
Vorzugsweise kann der Druckabfall ΔP nach virtuellem Stenting zwischen dem ersten Druck des Blutstroms und dem zweiten Druck des Blutstroms gemäß der folgenden Formel berechnet werden: $Δ P = α_{1} [C_{1} {V+C}_{2} V^{2}] * \int f_{1} (x) dx + α_{2} [C_{1} {V+C}_{2} V^{2}] \int f_{2} (x) dx + \dots α_{n} [C_{1} {V+C}_{2} V^{2}] * \int f_{n} (x) dx$
wobei C₁ und C₂ Koeffizienten der Blutflussgeschwindigkeit V nach virtuellem Stenting bzw. deren Quadrats V² repräsentieren, und a₁, α₂,... und a_n gewichtete Koeffizienten für die Ableitungsdifferenzfunktionen f₁(x), f₂(x),..., f_n(x) der jeweiligen n Skalen formalisieren.
Vorzugsweise entsprechen die Lagedaten bezüglich der ersten Stelle einem Abstand von der ersten Stelle zum proximalen Ende des Segments, und die mittlere Blutflussgeschwindigkeit des Segments ist eine mittlere Blutflussgeschwindigkeit im Bereich vom proximalen Ende zum distalen Ende des Segments.
In einer konkreten Ausführungsform werden zweidimensionale Koronarangiographie-Aufnahmen in einem bestimmten Winkel empfangen, und eine Bilderregistrierung wird bei den interessierenden Regionen für verschiedene Einzelbilder durchgeführt, wobei die interessierende Region der Koronarangiographie vom proximalen Ende des Gefäßsegments zu und dem distalen Ende verläuft.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner umfassen: grafisches Darstellen eines Graustufen-Histogramms für die registrierte interessierende Region; und Berechnen der Graustufen-Anpassungsfunktion in Bezug auf Zeitänderungen innerhalb eines Herzzyklus.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner umfassen: Erhalten einer mittleren Fließgeschwindigkeit von Kontrastmittel innerhalb des Gefäßsegments auf Grundlage der Graustufen-Anpassungsfunktion.
Vorzugsweise ist die mittlere Blutflussgeschwindigkeit V innerhalb des Gefäßsegments vor virtuellem Stenting annähernd gleich der mittleren Fließgeschwindigkeit des Kontrastmittels, die ausgehend von der Graustufen-Anpassungsfunktion erhalten wurde.
Das Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ausführlicher beschrieben. Das Verfahren, unter Bezugnahme auf 1A, beinhaltet: Empfangen von Geometrieparametern eines Segments eines Blutgefäßes, beinhaltend: (a) einen Geometrieparameter (Querschnittsfläche oder Durchmesser) an einem proximalen Ende P des Segments; (b) einen Geometrieparameter (Querschnittsfläche oder Durchmesser) an einem distalen Ende D des Segments; und (c) P als Referenzpunkt heranziehend, Erhalten eines Geometrieparameters (Querschnittsfläche oder Durchmesser) des Segments zwischen P und D sowie des Abstands x von der Position des Segments zum Referenzpunkt P.
Die Geometrieparameter können anhand einer Vielzahl an Techniken erhalten werden, darunter zweidimensionale oder dreidimensionale Koronarangiographie, computertomographische Koronarangiographie (CTA), intravaskulärer Ultraschall (IVUS) oder optische Kohärenztomographie (OCT). Im Allgemeinen kann es sich bei den Geometrieparametern des Segments um dessen Querschnittsflächen oder Durchmesser handeln. In dem Fall, dass zweidimensionale Durchmesser des Blutgefäßes empfangen werden, kann davon ausgegangen werden, dass die Querschnitte des Blutgefäßes kreisförmig sind, und so können dessen Querschnittsflächen erhalten werden.
Auf Grundlage dieser Daten (a), (b) und (c) kann ein Referenzgeometrieparameter des Segments (d. h, davon ausgehend, dass keine Läsion aufgetreten ist) als lineare Funktion des Abstands von dem Referenzpunkt P erhalten werden. In 1 repräsentieren die durchgezogenen Linien ein tatsächliches Lumen des Segments, wohingegen die gepunkteten Linien ein Referenzlumen davon repräsentieren.
Im Anschluss an den Empfang einer Stelle virtuellen Stentings kann ein vierter Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an der ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende nach virtuellem Stenting repräsentiert, erhalten werden, indem der Geometrieparameter (Querschnittsfläche oder Durchmesser) (c) mit jenem des Referenzlumens als lineare Funktion des Abstands vom Referenzpunkt P ersetzt wird. In 1B repräsentieren die durchgezogenen Linien ein Lumen des Blutgefäßes nach virtuellem Stenting.
2 ist ein Diagramm, das die Geometrieparameterdifferenz zwischen dem tatsächlichen Lumen nach virtuellem Stenting und dem Referenzlumen als Funktion für die Geometrieparameterdifferenz F(x) zeigt. Es wird angemerkt, dass, wie durch Analyse aufgezeigt, eine akkurate Druckabweichung zwischen einem ersten Druck des Blutstroms und einem zweiten Druck des Blutstroms unter Verwendung der Funktion für die Geometrieparameterdifferenz F(x) in einer einzelnen Skale im Falle einer einzelnen Läsionsart berechnet werden kann. Wenn in dem Blutgefäß jedoch mehrere Läsionsarten, insbesondere einschließlich einer diffusen Läsion, vorhanden sind, wird in der Druckabweichung, die anhand des Verfahrens berechnet wird, ein signifikanter Fehler auftreten. Wenn auf der einen Seite die einzelne Skale klein ist, wird die Ableitungsdifferenzfunktion bei schwerer Stenose nahe jener bei leichter Stenose sein. Dies wird zu einer Unterbewertung der Auswirkung der schweren Stenose auf die Druckabweichung führen. Ist die einzelne Skale auf der anderen Seite groß, wird die Ableitungsdifferenzfunktion bei der leichten Stenose Null betragen, d. h., die Erkennung der Auswirkung der leichten Stenose auf die Druckabweichung scheitert.
Um die Defizite der herkömmlichen Verfahren einer einzelnen Skale zu überwinden, ist es bevorzugt, eine Ableitung der Geometrieparameterdifferenz in n Skalen für ein Blutgefäß mit verschiedenen Läsionsgraden heranzuziehen und die Druckabweichung zwischen dem ersten und zweiten Druck des Blutstroms auf Grundlage von Ableitungsdifferenzfunktionen in diesen Skalen zu berechnen.
Beispielsweise werden in einer bevorzugten Ausführungsform Ableitungen der Funktion für die Geometrieparameterdifferenz in zwei Skalen abgeleitet, und die Druckabweichung des ersten und zweiten Drucks des Blutstroms wird ausgehend von diesen zwei Skalen von Ableitungsdifferenzfunktionen (einschließlich einer ersten größeren Skale und einer zweiten kleineren Skale) berechnet. Die Ableitungsdifferenzfunktion f₁(x) in der ersten Skale wird zum Detektieren einer Geometrieparameterdifferenz zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser, die durch eine lange schwere Läsion bewirkt wird, angepasst, wobei Geometrieparameterdifferenzen, welche durch fokale Stenose bewirkt werden, außer Acht gelassen werden. Die Ableitungsdifferenzfunktion f₂(x) in der zweiten Skale wird zum Detektieren einer Geometrieparameterdifferenz, die durch eine fokale Veränderung des Segments bewirkt wird, angepasst.
Ableitungen der Differenzfunktion f(x) von 2 werden in diesen zwei Skalen herangezogen.
Die Ableitungsdifferenzfunktion in der größeren Skale ist wie folgt: $f_{1} (x) = \frac{F (X + Δ h_{1} / 2) - F (X - Δ h_{1} / 2)}{Δ h_{1}}$
und Ableitungsdifferenzfunktion in der kleineren Skale ist wie folgt: $f_{2} (x) = \frac{F (X + Δ h_{2} / 2) - F (X - Δ h_{2} / 2)}{Δ h_{2}}$
wobei Δh₁ > Δh₂.
Wie in den 3A und 3B gezeigt, beträgt F(X+Δh₁)-F(X) in der größeren Skale Δh₁ nahezu Null bei den fokalen Läsionen A, B. Daher kann f₁(x) eine Geometrieparameterdifferenz zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser, die durch eine lange schwere Stenose bewirkt wird, wiedergeben, wobei jegliche Geometrieparameterdifferenz, welche durch fokale Stenose bewirkt wird, außer Acht gelassen wird. In der kleineren Skale Ah₂ können sämtliche Geometrieparameterdifferenzen, welche der fokalen Stenose A, B und der langen Stenose C zugeordnet werden, identifiziert werden. Allerdings sind gemäß den Ableitungsdifferenzfunktionen f₂(x) in der kleineren Skale die Ableitungen unterschiedlichen Stenoseschweregrads im Wesentlichen gleich und können nicht zum Differenzieren der Auswirkungen verschiedener Stenoseschweregrade auf die Druckabweichung verwendet werden. Um dies zu erreichen, wird in Betracht gezogen, die Ableitungsdifferenzfunktionen f₁(x) und f₂(x) in den zwei Skalen zu gewichten.
Es ist zu beachten, dass für Einzelheiten hinsichtlich der Berechnung in mehreren Skalen die Patentanmeldung Nr. CN201510901329.X mit dem Titel „Method And System For Calculating Blood Vessel Pressure Difference And Fractional Flow Reserve (FFR)“, eingereicht am 08. Dezember 2015, hinzugezogen werden kann.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Bewerten der fraktionellen Flussreserve (FFR) eines Blutgefäßes nach virtuellem Stenting bereit, umfassend: Erhalten einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit V eines Blutgefäßsegments vor virtuellem Stenting in einem Ruhezustand, optional mittels herkömmlicher Angiographie (ohne maximale Dilatation der Mikrozirkulation); Berechnen einer maximalen Blutflussgeschwindigkeit V_max vor virtuellem Stenting unter der Bedingung einer maximalen Dilatation der Mikrozirkulation auf Grundlage der mittleren Geschwindigkeit V; Erhalten einer maximalen Blutflussgeschwindigkeit V'_max nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer Tabelle, in der relative Blutflussgeschwindigkeiten und ihre entsprechende prozentualen Durchmesserstenose verzeichnet sind, auf Grundlage der maximalen Blutflussgeschwindigkeit V_max vor virtuellem Stenting und der prozentualen Durchmesserstenose vor und nach virtuellem Stenting, wobei die relativen Blutflussgeschwindigkeiten mit der Blutflussgeschwindigkeit normalisiert werden, mit einem Höchstwert von 1 und einem Mindestwert von 0, unabhängig vom spezifischen Blutflussgeschwindigkeitswert des Patienten; Berechnen eines Druckabfalls AP_max, welcher der maximalen Blutflussgeschwindigkeit V'_max nach virtuellem Stenting entspricht; und Berechnen der FFR nach virtuellem Stenting gemäß FFR = (P₁ - ΔP_max)/P₁, wobei P₁einen ersten Druck des Blutstroms an einem proximalen Ende eines Blutgefäßsegments repräsentiert, welcher ausgehend vom diastolischen und systolischen Herzdruck annähernd geschätzt oder unter Verwendung eines Katheters präzise gemessen werden kann.
Vorzugsweise wird die maximale Blutflussgeschwindigkeit vor virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer Entsprechungstabelle erhalten, in der mittlere koronare Blutflussgeschwindigkeiten in einem Ruhezustand und die entsprechenden maximalen Blutflussgeschwindigkeiten bei maximaler Dilatation der Mikrozirkulation verzeichnet sind.
Vorzugsweise wird der Druckabfall AP_max, welcher der maximalen Blutflussgeschwindigkeit entspricht, durch Verwenden des Verfahrens von Ausführungsform 1 erhalten.
Vorzugsweise wird die FFR für eine gegebene feste maximale Blutflussgeschwindigkeit V_max berechnet.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
In einer konkreten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein System zum Bewerten eines Druckabfalls innerhalb eines Blutgefäßes nach virtuellem Stenting bereit, welches das Verfahren zum Berechnen eines Druckabfalls nach virtuellem Stenting, das in der obigen Ausführungsform dargelegt wird, umsetzen kann. Das System umfasst: ein Geometrieparameter-Datenerfassungsmodul, das zum Erfassen von Geometrieparametern eines Blutgefäßsegments ausgebildet ist, wobei das Blutgefäß ein proximales Ende und ein distales Ende umfasst, wobei die Geometrieparameter einen ersten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments am proximalen Ende repräsentiert, einen zweiten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments am distalen Ende repräsentiert, und einen dritten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser eines tatsächlichen Lumens des Segments an einer ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende des Segments vor virtuellem Stenting repräsentiert, umfassen; ein Lagedatenerfassungsmodul, das zum Erfassen von Lagedaten bezüglich der ersten Stelle ausgebildet ist; ein Referenzlumendurchmesser-Berechnungsmodul, das zum Berechnen eines Referenzlumendurchmessers des Segments an der ersten Stelle auf Grundlage des ersten Geometrieparameters, des zweiten Geometrieparameters, des dritten Geometrieparameters und der Lagedaten bezüglich der ersten Stelle ausgebildet ist; ein Berechnungsmodul für ein virtuelles Gefäßlumen, das zum Empfangen einer Stelle virtuellen Stentings und Berechnen eines vierten Geometrieparameters als Geometrieparameter des virtuellen Lumens des Segments nach virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers ausgebildet ist, und wobei der vierte Geometrieparameter eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an der ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende nach virtuellem Stenting repräsentiert; ein Berechnungsmodul für die prozentuale Durchmesserstenose, das zum Berechnen einer prozentualen Durchmesserstenose an der ersten Stelle vor virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle und Berechnen einer prozentualen Durchmesserstenose an der ersten Stelle nach virtuellem Stenting auf Grundlage des vierten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle ausgebildet ist; ein Berechnungsmodul für die Geometrieparameterdifferenz, das zum Berechnen einer Geometrieparameterdifferenz zwischen dem vierten Geometrieparameter und dem Referenzlumendurchmesser an der ersten Stelle nach virtuellem Stenting ausgebildet ist; ein Geschwindigkeitserfassungs- und -berechnungsmodul, das zum Erhalten einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Segments vor virtuellem Stenting und Erhalten einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer Tabelle, in der relative Blutflussgeschwindigkeiten und die prozentuale Durchmesserstenose verzeichnet sind, ausgebildet ist; und ein Druckabfall-Berechnungsmodul, das zum Erhalten der Geometrieparameterdifferenz an der ersten Stelle nach virtuellem Stenting, die vom Geometrieparameterdifferenz-Berechnungsmodul ausgegeben wird, und der mittleren Blutflussgeschwindigkeit nach virtuellem Stenting und ihrem Quadrat vom Geschwindigkeitserfassungs- und -berechnungsmodul zum Berechnen des Druckabfalls ΔP nach virtuellem Stenting zwischen einem ersten Druck des Blutstroms am proximalen Ende und einem zweiten Druck des Blutstroms an der ersten Stelle ausgebildet ist.
In einer konkreten Ausführungsform ist das Referenzlumendurchmesser-Berechnungsmodul zum Ableiten einer Funktion für den Referenzlumendurchmesser auf Grundlage des ersten Geometrieparameters, des zweiten Geometrieparameters und eines Abstands x von einer bestimmten Position entlang des Gefäßsegments zum proximalen Ende als Referenzpunkts ausgebildet, wobei die Funktion für den Referenzlumendurchmesser zum Repräsentieren des Referenzlumendurchmessers verschiedener Positionen entlang des Blutgefäßes als Funktion des Abstands x zwischen der Position und dem Referenzpunkt verwendet wird.
In einer konkreten Ausführungsform umfasst das System ferner ein Normalisierungsmodul, das zum Durchführen einer linearen Normalisierung als Funktion von Lageparametern innerhalb des Bereichs vom proximalen Ende zum distalen Ende des Gefäßsegments ausgebildet ist.
In einer konkreten Ausführungsform entspricht die prozentuale Durchmesserstenose der schwersten Stenose in dem Blutgefäßsegment.
In einer konkreten Ausführungsform ist das Geometrieparameterdifferenz-Berechnungsmodul zum Ableiten der Funktion für die Geometrieparameterdifferenz an der ersten Stelle nach virtuellem Stenting auf Grundlage des vierten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle ausgebildet. Die Funktion für die Geometrieparameterdifferenz gibt eine Beziehung von Differenzen zwischen der Funktion für den Referenzlumendurchmesser und dem Geometrieparameter des virtuellen Lumens des Segments in Bezug auf die Abstände x zum proximalen Ende als Referenzpunkt an.
In einer konkreten Ausführungsform umfasst das System ferner ein Multiskalen-Ableitungsdifferenz-Berechnungsmodul, das zum Berechnen von Ableitungen der Funktion für die Geometrieparameterdifferenz nach virtuellem Stenting in mehreren Skalen ausgebildet ist.
In einer konkreten Ausführungsform ist das Druckabfall-Berechnungsmodul zum Berechnen des Druckabfalls ΔP nach virtuellem Stenting zwischen dem ersten Druck des Blutstroms und dem zweiten Druck des Blutstroms durch Gewichten von Integralen der mehreren Skalen der Ableitungsdifferenzfunktionen auf Grundlage der Ausgabe des Multiskalen-Differenzableitungs-Berechnungsmoduls sowie der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V und ihres Quadrats V² nach virtuellem Stenting, die vom Geschwindigkeitserfassungs- und -berechnungsmodul ausgegeben werden, ausgebildet, wobei die mehreren Skalen zwei oder mehr Skalen umfassen können, die als Auflösungen umgesetzt sind, welche Abstände zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird.
In einer konkreten Ausführungsform umfasst das System ferner ein Modul für zweidimensionale Koronarangiographie, das zum Erfassen zweidimensionaler Angiographie-Aufnahmen des Segments in einem bestimmten Winkel und Registrieren einer interessierenden Region der Aufnahmen für verschiedene Einzelbilder ausgebildet ist, wobei die interessierende Region der Koronarangiographie vom proximalen Ende des Segments zum distalen Ende verläuft.
In einer konkreten Ausführungsform ist das Geschwindigkeitserfassungs- und -berechnungsmodul zum grafischen Darstellen eines Graustufen-Histogramms von der registrierten interessierenden Region auf Grundlage der Ausgabe des Moduls für zweidimensionale Koronarangiographie und Anpassen der Graustufe als Funktion der Zeit innerhalb eines Herzzyklus ausgebildet, auf dessen Grundlage eine mittlere Fließgeschwindigkeit von Kontrastmittel innerhalb des Segments des Gefäßes vor virtuellem Stenting erhalten wird. Eine mittlere Blutflussgeschwindigkeit nach virtuellem Stenting wird durch Nachschlagen der relativen Blutflussgeschwindigkeiten und prozentualen Durchmesserstenose erhalten.
In einer konkreten Ausführungsform verzeichnet die Tabelle die prozentuale Durchmesserstenose und ihre entsprechenden relativen Blutflussgeschwindigkeiten und ist im Blutflussgeschwindigkeitserfassungs- und -berechnungsmodul oder einem separaten Speichermodul im System gespeichert. Die relativen Blutflussgeschwindigkeiten werden mit der Blutflussgeschwindigkeit normalisiert, mit einem Höchstwert von 1 und einem Mindestwert von 0, unabhängig vom spezifischen Blutflussgeschwindigkeitswert des Patienten.
AUSFÜHRUNGSFORM 4
In einer weiteren konkreten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein System zum Bewerten der fraktionellen Flussreserve (FFR) in einem Blutgefäß nach virtuellem Stenting bereit, welches das Verfahren zum Berechnen der FFR nach virtuellem Stenting, das in der Ausführungsform weiter oben dargelegt wird, umsetzen kann. Das System umfasst: ein Geometrieparameter-Datenerfassungsmodul, das zum Erfassen von Geometrieparametern eines Blutgefäßsegments ausgebildet ist, wobei das Blutgefäß ein proximales Ende und ein distales Ende umfasst, wobei die Geometrieparameter einen ersten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments am proximalen Ende repräsentiert, einen zweiten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments am distalen Ende repräsentiert, und einen dritten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an einer ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende des Segments vor virtuellem Stenting repräsentiert, umfassen; ein Lagedatenerfassungsmodul, das zum Erfassen von Lagedaten bezüglich der ersten Stelle ausgebildet ist; ein Referenzlumendurchmesser-Berechnungsmodul, das zum Ableiten einer Funktion für den Referenzlumendurchmesser auf Grundlage der Geometrieparameter und eines Abstands von einer Position an dem Segment zum proximalen Ende, das als Referenzpunkt herangezogen wird, ausgebildet ist; ein Berechnungsmodul für ein virtuelles Gefäßlumen, das zum Empfangen einer Stelle virtuellen Stentings und Berechnen eines vierten Geometrieparameters als Virtuelles-Gefäß-Geometrieparameter des virtuellen Lumens des Segments nach virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters und der Funktion für den Referenzlumendurchmesser ausgebildet ist, und wobei der vierte Geometrieparameter eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an der ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende nach virtuellem Stenting repräsentiert; ein Berechnungsmodul für die prozentuale Durchmesserstenose, das zum Berechnen einer prozentualen Durchmesserstenose an der ersten Stelle vor virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle und Berechnen einer prozentualen Durchmesserstenose an der ersten Stelle nach virtuellem Stenting auf Grundlage des vierten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle ausgebildet ist; ein Geometrieparameterdifferenz-Berechnungsmodul, das zum Ableiten einer Funktion für die Geometrieparameterdifferenz des Segments nach virtuellem Stenting auf Grundlage der Funktion für den Referenzlumendurchmesser und des vierten Geometrieparameters ausgebildet ist; ein Multiskalen-Berechnungsmodul, das zum Berechnen von Ableitungen der Funktion für die Geometrieparameterdifferenz nach virtuellem Stenting in mehreren Skalen ausgebildet ist, wobei es sich bei den Skalen um Auflösungen handelt, welche Abstände zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird; ein Erfassungs- und Berechnungsmodul für die mittlere Blutflussgeschwindigkeit, das zum Erfassen einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Segments mittels herkömmlicher Koronarangiographie und zum Erhalten einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer Tabelle, die relative Blutflussgeschwindigkeiten und die prozentuale Durchmesserstenose verzeichnet, ausgebildet ist; ein Berechnungsmodul für die maximale mittlere Blutflussgeschwindigkeit, das zum Erhalten einer maximalen mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Segments nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer in diesem Modul gespeicherten Entsprechungstabelle ausgebildet ist; und ein FFR-Berechnungsmodul, das zum Erhalten der FFR nach virtuellem Stenting als Quotient von einem zweiten Druck des Blutstroms an der ersten Stelle zu einem ersten Druck des Blutstroms am proximalen Ende des Segments auf Grundlage der Multiskalen-Ableitungsdifferenzfunktionen nach virtuellem Stenting und der maximalen mittleren Blutflussgeschwindigkeit ausgebildet ist.
In einer konkreten Ausführungsform verzeichnet die Tabelle die prozentuale Durchmesserstenose und ihre entsprechenden relativen Blutflussgeschwindigkeiten und ist im Blutflussgeschwindigkeitserfassungs- und -berechnungsmodul oder einem separaten Speichermodul im System gespeichert. Die relativen Blutflussgeschwindigkeiten werden mit der Blutflussgeschwindigkeit normalisiert, mit einem Höchstwert von 1 und einem Mindestwert von 0, unabhängig vom spezifischen Blutflussgeschwindigkeitswert des Patienten.
In einer konkreten Ausführungsform ist das Erfassungsmodul für die maximale Blutflussgeschwindigkeit zum Erhalten der maximalen Blutflussgeschwindigkeit durch Durchsuchen der Entsprechungstabelle, in der mittlere koronare Blutflussgeschwindigkeiten in einem Ruhezustand und die entsprechenden maximalen Blutflussgeschwindigkeiten bei maximaler Dilatation der Mikrozirkulation verzeichnet sind, ausgebildet. Die Entsprechungstabelle ist im Erfassungsmodul für die maximale Blutflussgeschwindigkeit oder einem separaten Speichermodul im System gespeichert.
Es ist zu beachten, dass die obenstehenden Systeme und funktionellen Module lediglich als Beispiel präsentiert werden, um eine grundlegende, aber nicht alleinige, Struktur zum Umsetzen der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
Der Durchschnittsfachmann ist in der Lage, die Prozesse der Verfahren gemäß den obenstehenden Ausführungsformen ganz oder teilweise zu erfassen, welche mittels Hardware unter der Anleitung eines Computerprogramms umgesetzt werden können. Das Programm kann in einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein. Wenn es ausgeführt wird, kann das Programm die Prozesse der Verfahren gemäß den Ausführungsformen umsetzen. Bei dem Speichermedium kann es sich um eine Magnetplatte, eine CD-ROM, einen Festwertspeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) oder dergleichen handeln.
Die Erfindung wurde zwar mit Bezugnahme auf mehrere bevorzugte Ausführungsform beschrieben, doch ist sie nicht dazu gedacht, in irgendeiner Weise auf diese Ausführungsformen eingeschränkt zu werden. Verschiedene Änderungen und Modifikationen können vom Fachmann innerhalb des Umfangs der obenstehenden Lehren der Erfindung ohne Weiteres erdacht werden. Dementsprechend ist der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

Verfahren zum Bewerten des Druckabfalls innerhalb eines Blutgefäßsegments nach virtuellem Stenting, umfassend: Empfangen von Geometrieparametern eines Blutgefäßsegments, das ein proximales Ende und ein distales Ende umfasst, wobei die Geometrieparameter einen ersten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des proximalen Endes des Segments repräsentiert, einen zweiten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des distalen Endes des Segments repräsentiert, und einen dritten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser eines tatsächlichen Lumens des Segments an einer ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende vor virtuellem Stenting repräsentiert, umfassen; Berechnen eines Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle des Segments auf Grundlage des ersten Geometrieparameters, des zweiten Geometrieparameters, des dritten Geometrieparameters und von Lagedaten bezüglich der ersten Stelle; Empfangen einer Stelle virtuellen Stentings, die durch Abstände von einem proximalen und distalen Ende des virtuellen Stents zum proximalen Ende des Segments definiert ist; Berechnen eines vierten Geometrieparameters eines virtuellen Lumens eines Segments nach virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters, der Stelle des virtuellen Stentings und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle, wobei der vierte Geometrieparameter eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an der ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende nach virtuellem Stenting repräsentiert; Empfangen einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Segments vor virtuellem Stenting; Berechnen einer prozentualen Durchmesserstenose an der ersten Stelle vor virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle; Berechnen einer prozentualen Durchmesserstenose und einer Geometrieparameterdifferenz an der ersten Stelle nach virtuellem Stenting auf Grundlage des vierten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle; Erhalten einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer Tabelle, in der relative Blutflussgeschwindigkeiten in Bezug auf die prozentuale Durchmesserstenose verzeichnet sind, auf Grundlage der mittleren Blutflussgeschwindigkeit vor virtuellem Stenting und der prozentualen Durchmesserstenose vor und nach virtuellem Stenting; Berechnen eines Druckabfalls ΔP nach virtuellem Stenting zwischen einem ersten Druck des Blutstroms am proximalen Ende und einem zweiten Druck des Blutstroms an der ersten Stelle auf Grundlage der Geometrieparameterdifferenz nach virtuellem Stenting an der ersten Stelle, der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V nach virtuellem Stenting und deren Quadrats V².
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: mit dem proximalen Ende als Referenzpunkt, Ableiten einer Funktion für den Referenzlumendurchmesser auf Grundlage des ersten Geometrieparameters, des zweiten Geometrieparameters und eines Abstands x von einer bestimmten Position entlang des Segments zum Referenzpunkt, wobei die Funktion für den Referenzlumendurchmesser den Referenzlumendurchmesser an verschiedenen Positionen entlang des Segments als Funktion des Abstands x von der Position zum Referenzpunkt repräsentiert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Ableitung der Funktion für den Referenzlumendurchmesser eine lineare Normalisierung als Funktion der Stelle vom proximalen Ende zum distalen Ende des Segments umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Berechnen des vierten Geometrieparameters des Segments nach virtuellem Stenting durch Ersetzen des dritten Geometrieparameters mit dem Referenzlumendurchmesser gemäß der Stelle virtuellen Stentings unter Heranziehen des proximalen Endes als Referenzpunkt erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend: mit dem proximalen Ende als Referenzpunkt und auf Grundlage des vierten Geometrieparameters und der Funktion für den Referenzlumendurchmesser, Ableiten einer Funktion für die Geometrieparameterdifferenz des Segments nach virtuellem Stenting, welche eine Beziehung von Differenzen zwischen der Funktion für den Referenzlumendurchmesser und dem vierten Geometrieparameter in Bezug auf die Abstände x vom Referenzpunkt angibt.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend: Berechnen der prozentualen Durchmesserstenose DS% vor virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters und der Funktion für den Referenzlumendurchmesser und Berechnen der prozentualen Durchmesserstenose DS%' nach virtuellem Stenting auf Grundlage des vierten Geometrieparameters und der Funktion für den Referenzlumendurchmesser.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: Erhalten der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V' nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen der Tabelle, in der relative Blutflussgeschwindigkeiten und ihre entsprechende prozentuale Durchmesserstenose verzeichnet sind, auf Grundlage der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V vor virtuellem Stenting und der prozentualen Durchmesserstenose vor und nach virtuellem Stenting DS%, DS%'.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Tabelle die prozentuale Durchmesserstenose in Bezug auf relative Blutflussgeschwindigkeiten verzeichnet, und wobei die relativen Blutflussgeschwindigkeiten mit der Blutflussgeschwindigkeit normalisiert werden, mit einem Höchstwert von 1 und einem Mindestwert von 0.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend: Berechnen von Ableitungen einer Funktion für die Geometrieparameterdifferenz nach virtuellem Stenting in n Skalen f₁(x), ..., f_n(x), wobei der Druckabfall ΔP nach virtuellem Stenting zwischen dem ersten Druck des Blutstroms und dem zweiten Druck des Blutstroms auf Grundlage der n Skalen von Ableitungsdifferenzfunktionen berechnet wird, wobei n eine natürliche Zahl über 1 ist, und wobei es sich bei den Skalen um Auflösungen handelt, welche Abstände zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend: der Druckabfall ΔP nach virtuellem Stenting zwischen dem ersten Druck des Blutstroms und dem zweiten Druck des Blutstroms wird durch Gewichten von Integralen von n Skalen der Ableitungsdifferenzfunktionen f₁(x), ..., f_n(x) und auf Grundlage der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V nach virtuellem Stenting und deren Quadrats V² berechnet.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, ferner umfassend: Berechnen des Druckabfalls ΔP nach virtuellem Stenting zwischen dem ersten Druck des Blutstroms und dem zweiten Druck des Blutstroms gemäß der folgenden Formel: $Δ P = α_{1} [C_{1} {V+C}_{2} V^{2}] * \int f_{1} (x) dx + α_{2} [C_{1} {V+C}_{2} V^{2}] \int f_{2} (x) dx + \dots α_{n} [C_{1} {V+C}_{2} V^{2}] * \int f_{n} (x) dx$
wobei C₁ und C₂ Koeffizienten der Blutflussgeschwindigkeit V nach virtuellem Stenting bzw. deren Quadrats V² repräsentieren, und a₁, α₂,... und a_n gewichtete Koeffizienten der Ableitungsdifferenzfunktionen f₁(x), f₂(x),..., f_n(x) der jeweiligen n Skalen formalisieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Lagedaten bezüglich der ersten Stelle einem Abstand von der ersten Stelle zum proximalen Ende des Segments entsprechen, und wobei die mittlere Blutflussgeschwindigkeit eine mittlere Blutflussgeschwindigkeit im Bereich vom proximalen Ende zum distalen Ende des Segments ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend: Empfangen zweidimensionaler Koronarangiographie-Aufnahmen in einem bestimmten Winkel; und Registrieren einer interessierenden Region der Aufnahmen für verschiedene Einzelbilder, wobei die interessierende Region der Koronarangiographie vom proximalen Ende des Segments zum distalen Ende verläuft.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: grafisches Darstellen eines Graustufen-Histogramms von der registrierten interessierenden Region; und Anpassen der Graustufe als Funktion der Zeit innerhalb eines Herzzyklus.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: Erhalten einer mittleren Fließgeschwindigkeit von Kontrastmittel innerhalb des Segments ausgehend von der Graustufen-Anpassungsfunktion.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die mittlere Blutflussgeschwindigkeit V des Segments vor virtuellem Stenting annähernd gleich der mittleren Fließgeschwindigkeit des Kontrastmittels ist, die ausgehend von der Graustufen-Anpassungsfunktion erhalten wurde.
Verfahren zum Bewerten der fraktionellen Flussreserve (FFR) in einem Blutgefäßsegment nach virtuellem Stenting, umfassend: Empfangen einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit V eines Segments vor virtuellem Stenting in einem Ruhezustand; Berechnen einer maximalen Blutflussgeschwindigkeit V_max vor virtuellem Stenting unter einer Bedingung einer maximalen Dilatation der Mikrozirkulation auf Grundlage der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V; Erhalten einer maximalen Blutflussgeschwindigkeit V'_max nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer Tabelle, in der relative Blutflussgeschwindigkeiten und ihre entsprechende prozentuale Durchmesserstenose verzeichnet sind, auf Grundlage der maximalen Blutflussgeschwindigkeit V_max und der prozentualen Durchmesserstenose vor und nach virtuellem Stenting; Auflösen nach einem Druckabfall ΔP_max, welcher der maximalen Blutflussgeschwindigkeit V'_max nach virtuellem Stenting entspricht; und Berechnen der FFR nach virtuellem Stenting gemäß FFR = (P₁ - ΔP_max)/P₁, wobei P₁einen ersten Druck des Blutstroms am proximalen Ende des Segments repräsentiert.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend: Erhalten der maximalen Blutflussgeschwindigkeit vor virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer Entsprechungstabelle, in der mittlere koronare Blutflussgeschwindigkeiten in einem Ruhezustand und entsprechende maximale Blutflussgeschwindigkeiten unter der Bedingung einer maximalen Dilatation der Mikrozirkulation verzeichnet sind.
System zum Bewerten des Druckabfalls innerhalb eines Blutgefäßsegments nach virtuellem Stenting, wobei das System umfasst: ein Geometrieparameter-Datenerfassungsmodul, das zum Erfassen von Geometrieparametern eines Blutgefäßsegments, das ein proximales Ende und ein distales Ende umfasst, ausgebildet ist, und wobei die Geometrieparameter einen ersten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments am proximalen Ende repräsentiert, einen zweiten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments am distalen Ende repräsentiert, und einen dritten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an einer ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende vor virtuellem Stenting repräsentiert, umfassen; ein Lagedatenerfassungsmodul, das zum Erfassen von Lagedaten bezüglich der ersten Stelle ausgebildet ist; ein Referenzlumendurchmesser-Berechnungsmodul, das zum Berechnen eines Referenzlumendurchmessers des Segments bezüglich der ersten Stelle auf Grundlage des ersten Geometrieparameters, des zweiten Geometrieparameters, des dritten Geometrieparameters und der Lagedaten der ersten Stelle ausgebildet ist; ein Berechnungsmodul für ein virtuelles Gefäßlumen, das zum Empfangen einer Stelle virtuellen Stentings und Berechnen eines vierten Geometrieparameters des virtuellen Gefäßlumens eines Segments nach virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers ausgebildet ist, wobei der vierte Geometrieparameter eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an der ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende nach virtuellem Stenting repräsentiert; ein Berechnungsmodul für die prozentuale Durchmesserstenose, das zum Berechnen einer prozentualen Durchmesserstenose an der ersten Stelle vor virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle und Berechnen einer prozentualen Durchmesserstenose an der ersten Stelle nach virtuellem Stenting auf Grundlage des vierten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle ausgebildet ist; ein Berechnungsmodul für die Geometrieparameterdifferenz, das zum Berechnen einer Geometrieparameterdifferenz zwischen dem vierten Geometrieparameter und dem Referenzlumendurchmesser an der ersten Stelle nach virtuellem Stenting ausgebildet ist; ein Geschwindigkeitserfassungs- und -berechnungsmodul, das zum Erhalten einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Segments vor virtuellem Stenting und Erhalten einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer Tabelle, in der relative Blutflussgeschwindigkeiten und prozentuale Durchmesserstenose verzeichnet sind, ausgebildet ist; und ein Druckabfall-Berechnungsmodul, das zum Empfangen von Geometrieparameterdifferenzdaten und der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V nach virtuellem Stenting und ihrem Quadrat V², das vom Geschwindigkeitserfassungs- und -berechnungsmodul ausgegeben wird, und anschließenden Berechnen des Druckabfalls ΔP nach virtuellem Stenting zwischen einem ersten Druck des Blutstroms am proximalen Ende und einem zweiten Druck des Blutstroms an der ersten Stelle ausgebildet ist.
System nach Anspruch 19, wobei das Referenzlumendurchmesser-Berechnungsmodul zum Ableiten einer Funktion für den Referenzlumendurchmesser auf Grundlage des ersten Geometrieparameters, des zweiten Geometrieparameters und eines Abstands x von einer Position entlang des Gefäßsegments zum proximalen Ende als Referenzpunkt ausgebildet ist, wobei die Funktion für den Referenzlumendurchmesser zum Repräsentieren des Referenzlumendurchmessers verschiedener Positionen entlang des Blutgefäßes als Funktion des Abstands x zwischen der Position und dem Referenzpunkt verwendet wird.
System nach Anspruch 20, ferner umfassend ein Normalisierungsmodul, das zum Durchführen einer linearen Normalisierung als Funktion der Stelle vom proximalen Ende zum distalen Ende des Segments ausgebildet ist.
System nach Anspruch 19, wobei die prozentuale Durchmesserstenose einer schwersten Stenose in dem Segment entspricht.
System nach Anspruch 20, wobei das Geometrieparameterdifferenz-Berechnungsmodul zum Ableiten einer Funktion für die Geometrieparameterdifferenz an der ersten Stelle nach dem virtuellen Stenting auf Grundlage des vierten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle mit dem proximalen Ende als Referenzpunkt ausgebildet ist, wobei die Funktion für die Geometrieparameterdifferenz nach virtuellem Stenting eine Beziehung von Differenzen zwischen der Funktion für den Referenzlumendurchmesser und dem Geometrieparameter des virtuellen Lumens in Bezug auf die Abstände x vom Referenzpunkt angibt.
System nach Anspruch 23, ferner umfassend ein Multiskalen-Ableitungsdifferenz-Berechnungsmodul, das zum Erhalten von Ableitungen der Funktion für die Geometrieparameterdifferenz nach virtuellem Stenting in mehreren Skalen ausgebildet ist, wobei das Druckabfall-Berechnungsmodul zum Berechnen des Druckabfalls ΔP nach virtuellem Stenting zwischen dem ersten Druck des Blutstroms und dem zweiten Druck des Blutstroms durch Gewichten von Integralen der mehreren Skalen der Ableitungsdifferenzfunktionen, die vom Multiskalen-Ableitungsdifferenz-Berechnungsmodul ausgegeben wurden, und der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V nach virtuellem Stenting und ihres Quadrats V², die vom Geschwindigkeitserfassungs- und -berechnungsmodul ausgegeben werden, ausgebildet ist, und wobei die mehreren Skalen zwei oder mehr Skalen umfassen, die als Auflösungen umgesetzt sind, welche Abstände zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird.
System nach Anspruch 19, ferner umfassend ein Modul für zweidimensionale Koronarangiographie, das zum Erfassen einer zweidimensionalen Angiographie des Segments in einem bestimmten Winkel und Registrieren einer interessierenden Region der Aufnahmen für verschiedene Einzelbilder ausgebildet ist, wobei die interessierende Region der Koronarangiographie vom proximalen Ende zum distalen Ende des Segments verläuft.
System nach Anspruch 25, wobei das Geschwindigkeitserfassungs- und -berechnungsmodul zum grafischen Darstellen eines Graustufen-Histogramms von der registrierten interessierenden Region auf Grundlage einer Ausgabe vom Modul für zweidimensionale Koronarangiographie und Anpassen der Graustufe als Funktion der Zeit innerhalb eines Herzzyklus ausgebildet ist, ausgehend von welchem eine mittlere Fließgeschwindigkeit von Kontrastmittel vor virtuellem Stenting erhalten wurde.
System nach Anspruch 26, wobei die Tabelle die prozentuale Durchmesserstenose und ihre entsprechenden relativen Blutflussgeschwindigkeiten verzeichnet, und wobei die relativen Blutflussgeschwindigkeiten mit der Blutflussgeschwindigkeit normalisiert werden, mit einem Höchstwert von 1 und einem Mindestwert von 0, unabhängig vom spezifischen Blutflussgeschwindigkeitswert des Patienten.
System zum Bewerten der fraktionellen Flussreserve (FFR) in einem Blutgefäßsegment nach virtuellem Stenting, umfassend: ein Geometrieparameter-Datenerfassungsmodul, das zum Erfassen von Geometrieparametern eines Blutgefäßsegments, das ein proximales Ende und ein distales Ende umfasst, ausgebildet ist, wobei die Geometrieparameter einen ersten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments am proximalen Ende repräsentiert, einen zweiten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments am distalen Ende repräsentiert, und einen dritten Geometrieparameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an einer ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende vor virtuellem Stenting repräsentiert, umfassen; ein Lagedatenerfassungsmodul, das zum Erfassen von Lagedaten bezüglich der ersten Stelle ausgebildet ist; ein Referenzlumendurchmesser-Berechnungsmodul, das zum Ableiten einer Funktion für den Referenzlumendurchmesser in Bezug auf einen Abstand von einer Position entlang des Segments zum proximalen Ende als Referenzpunkt ausgebildet ist; ein Berechnungsmodul für ein virtuelles Gefäßlumen, das zum Empfangen einer Stelle virtuellen Stentings und Berechnen eines vierten Geometrieparameters eines virtuellen Lumens des Segments nach virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters und der Funktion für den Referenzlumendurchmesser ausgebildet ist, wobei der vierte Geometrieparameter eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an der ersten Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende nach virtuellem Stenting repräsentiert; ein Berechnungsmodul für die prozentuale Durchmesserstenose, das zum Berechnen einer prozentualen Durchmesserstenose an der ersten Stelle vor virtuellem Stenting auf Grundlage des dritten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle und Berechnen einer prozentualen Durchmesserstenose an der ersten Stelle nach virtuellem Stenting auf Grundlage des vierten Geometrieparameters und des Referenzlumendurchmessers an der ersten Stelle ausgebildet ist; ein Geometrieparameterdifferenz-Berechnungsmodul, das zum Ableiten einer Funktion für die Geometrieparameterdifferenz des Segments nach virtuellem Stenting auf Grundlage der Funktion für den Referenzlumendurchmesser und des vierten Geometrieparameters ausgebildet ist; ein Multiskalen-Berechnungsmodul, das zum Erhalten von Ableitungen der Funktion für die Geometrieparameterdifferenz nach virtuellem Stenting in mehreren Skalen ausgebildet ist, wobei es sich bei den Skalen um Auflösungen handelt, welche Abstände zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird; ein Erfassungs- und Berechnungsmodul für die mittlere Blutflussgeschwindigkeit, das zum Erfassen einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Segments durch herkömmliche Koronarangiographie und zum Erhalten einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer Tabelle, die relative Blutflussgeschwindigkeiten und prozentuale Durchmesserstenose verzeichnet, ausgebildet ist; ein Berechnungsmodul für die maximale mittlere Blutflussgeschwindigkeit, das zum Erhalten einer maximalen mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Segments nach virtuellem Stenting durch Durchsuchen einer Tabelle ausgebildet ist; und ein FFR-Berechnungsmodul, das zum Erhalten der FFR nach virtuellem Stenting als Quotient von einem zweiten Druck des Blutstroms an der ersten Stelle zu einem ersten Druck des Blutstroms am proximalen Ende auf Grundlage der Multiskale von Ableitungsdifferenzfunktionen und der maximalen mittleren Blutflussgeschwindigkeit ausgebildet ist.
System nach Anspruch 28, wobei das Geschwindigkeitserfassungs- und -berechnungsmodul zum grafischen Darstellen eines Graustufen-Histogramms von einer registrierten interessierenden Region auf Grundlage einer Ausgabe des Moduls für zweidimensionale Koronarangiographie und anschließenden Anpassen der Graustufe als Funktion der Zeit innerhalb eines Herzzyklus, aus welchem eine mittlere Fließgeschwindigkeit von Kontrastmittel vor virtuellem Stenting erhalten wurde, und Erhalten der mittleren Blutflussgeschwindigkeit durch Nachschlagen der relativen Blutflussgeschwindigkeiten und der prozentualen Durchmesserstenose ausgebildet ist.
System nach Anspruch 29, wobei die Tabelle die prozentuale Durchmesserstenose und ihre entsprechenden relativen Blutflussgeschwindigkeiten verzeichnet, und wobei die relativen Blutflussgeschwindigkeiten mit der Blutflussgeschwindigkeit normalisiert werden, mit einem Höchstwert von 1 und einem Mindestwert von 0.
System nach Anspruch 30, wobei das Erfassungsmodul für die maximale Blutflussgeschwindigkeit zum Erhalten der maximalen Blutflussgeschwindigkeit durch Durchsuchen einer Entsprechungstabelle, in der mittlere koronare Blutflussgeschwindigkeiten in einem Ruhezustand und die entsprechenden maximalen Blutflussgeschwindigkeiten unter der Bedingung einer maximalen Dilatation der Mikrozirkulation verzeichnet sind, ausgebildet ist.