DE112016005603B4

DE112016005603B4 - Verfahren und system zum berechnen einer blutgefässdruckdifferenz und der fraktionellen flussreserve

Info

Publication number: DE112016005603B4
Application number: DE112016005603.6T
Authority: DE
Inventors: Shengxian TU; Miao Chu; Bing Liu; Yazhu Chen
Original assignee: Pulse Medical Imaging Technology Shanghai Co Ltd
Current assignee: Shanghai Pulse Medical Technology Inc Cn
Priority date: 2015-12-08
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2021-07-15
Anticipated expiration: 2036-11-05
Also published as: CN105326486A; CN105326486B; DE112016005603T5; US20180344173A1; JP6792768B2; WO2017097073A1; US11064897B2; JP2018535816A; JP6611959B2; JP2019213903A

Abstract

Verfahren zum Berechnen einer Druckabweichung in einem Blutgefäßsegment, umfassend:Empfangen von geometrischen Parametern eines Blutgefäßsegments, das ein proximales Ende und ein distales Ende umfasst, wobei die geometrischen Parameter einen ersten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des proximalen Endes des Segments darstellt, einen zweiten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des distalen Endes des Segments darstellt, und einen dritten geometrischen Parameter umfassen, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Blutgefäßsegments an einem ersten Ort zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende darstellt,Empfangen einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Blutgefäßsegments;Berechnen eines Referenzlumendurchmessers an dem ersten Ort des Blutgefäßsegments basierend auf dem ersten geometrischen Parameter, dem zweiten geometrischen Parameter, dem dritten geometrischen Parameter und Ortsdaten in Bezug auf den ersten Ort; Berechnen einer Differenz geometrischer Parameter an dem ersten Ort basierend auf dem dritten geometrischen Parameter und dem Referenzlumendurchmesser; undErhalten einer Druckabweichung ΔP zwischen einem ersten Blutflussdruck an dem proximalen Ende und einem zweiten Blutflussdruck an dem ersten Ort basierend auf der Differenz geometrischer Parameter an dem ersten Ort, der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V und einem Quadrat der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V2.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der medizinischen Behandlung und insbesondere bildbasierte Berechnungsverfahren und Systeme zur Verwendung bei der Erfassung eines Druckabfalls und der fraktionellen Flussreserve (FFR) innerhalb eines Blutgefäßes.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Eine Plaque-induzierte Stenose eines Blutgefäßes kann eine Gesundheitsbedrohung darstellen, da sie die Blutversorgung des Myokards behindert. Obwohl die Koronarangiografie den Schweregrad der Koronarstenose aufzeigen kann, ist sie nicht in der Lage, die funktionelle Bedeutung der Stenose widerzuspiegeln. Die fraktionelle Flussreserve (FFR) bezieht sich im Allgemeinen auf eine myokardiale FFR, definiert als das Verhältnis einer maximalen volumetrischen Flussrate, die eine stenotische Koronararterie für das Myokard bereitstellen kann, zu einer maximalen volumetrischen Flussrate, wenn dieselbe Arterie normal wäre. Dieses Verhältnis kann basierend auf dem Verhältnis des Drucks distal einer Stenose bezogen auf den Druck proximal der Stenose während des maximalen koronaren Blutflusses (Hyperämie) erhalten werden.
Die FFR wird verwendet, um die physiologische Funktion eines erkrankten Blutgefäßes zu beurteilen, was eine läsionsspezifische Diagnose der Koronararterie ermöglicht und in engem Zusammenhang mit den Prognoseergebnissen steht. Wenn die Koronarangiografie nicht eindeutig ist, um zu bestimmen, ob ein Blutgefäß von Interesse mit Myokardischämie assoziiert ist, kann die FFR direkte Informationen liefern, die bei Diagnose und Entscheidungsfindung hilfreich sind. Eine gute Prognose kann von einer FFR-basierten Entscheidungsfindung erwartet werden. Im Allgemeinen wird eine FFR ≤ 0,80 als Hinweis auf einen Bedarf für eine Gefäßrekonstruktion genommen, während eine FFR > 0,80 dahingehend betrachtet wird, dass im Moment kein solcher Bedarf besteht. Dieses einfache Prinzip kann sogar für komplexe Läsionen gelten. Die FFR kann im Zeitalter der Stentimplantation von noch höherem Wert sein, wenn interventionelle Ärzte mit komplexeren Läsionen konfrontiert werden.
Während die Koronarangiografie den Schweregrad einer Koronarstenose aufdecken kann, ist ihre Fähigkeit zur genauen Beurteilung der Ischämie bei kritischen Koronarläsionen begrenzt. Bisher hat eine Reihe von Studien bestätigt, dass die FFR als robustes Kriterium für die koronare Funktionsbewertung dienen kann.
Druck kann invasiv durch einen Draht mit Drucksensor gemessen werden. Ein solcher Eingriff ist jedoch mit erheblichem Arbeitsaufwand verbunden und birgt das Risiko, das Gefäß zu beschädigen. Ein geometrisches Modell eines Koronararterienbaums kann unter Verwendung von dreidimensionaler oder zweidimensionaler quantitativer Koronarangiografie erstellt werden. Eine rechnergestützte strömungsmechanische Analyse eines geometrischen Modells eines rekonstruierten Koronarsystems ist jedoch mit großem Rechenaufwand verbunden, um komplexe strömungsmechanische Gleichungen zu lösen. Es gibt auch einige Verfahren, bei denen die Länge und der Grad der Stenose als konstant angenommen werden, was jedoch zu ungenauen Ergebnissen führen kann, insbesondere bei der diffusen intermediären Stenose aufgrund der Subjektivität bei der Bestimmung der Länge und des Grades der Stenose.
Vorhandene Verfahren zum Berechnen eines Druckabfalls basierend auf koronaren geometrischen Parametern (z. B. Koronardurchmesser oder -querschnittsfläche) sind nicht in der Lage, die verschiedenen Auswirkungen geometrischer Veränderungen eines stenosierten Gefäßes mit verschiedenen Schweregraden auf den Blutflussdruck richtig zu unterscheiden und zu beurteilen. Einige typische konventionelle Verfahren zur FFR-Berechnung sind nachfolgend beschrieben.
CN 103 932 694 A (Quellenverweis 1) offenbart ein Verfahren zur genauen Myokard-FFR-Diagnose. Patienten mit FFR > 0,8 oder < 0,6 werden zunächst mittels „nichtinvasiver (CT + Ultraschall) FFR-Diagnose“ ausgeschlossen. Die verbleibenden Patienten (0,6 ≤ FFR ≤ 0,8) werden dann einer genauen interventionellen Messung der Koronarstenose unter Verwendung eines „FFR-Diagnosesystems“ unterzogen, um den FFR-Wert zu bestimmen. Bei der „nichtinvasiven (CT + Ultraschall) FFR-Diagnose“ wird der epikardiale Koronararterienbaum jedes Patienten geometrisch durch ein Programm zur FFR-Berechnung basierend auf morphologischen Parametern modelliert, die durch ein CT-Rekonstruktionsprogramm bestimmt werden. Wie in Quellenverweis 1 gelehrt, wird die FFR eines Patienten unter Verwendung einer FFR-Analyse berechnet, die Folgendes beinhaltet: Berechnen des Aortendrucks bei maximaler Koronarhyperämie, einen theoretischen Widerstand des epikardialen Koronararterienbaums, abgeleitet aus der Bernoulli-Gleichung, und des Auslasswiderstands bei maximaler Koronarhyperämie; zuerst Berechnen der Blutflüsse und -drücke jedes Gefäßes, dann Berechnen eines neuen Widerstands des epikardialen Koronararterienbaums basierend auf den resultierenden Blutflüssen jedes Gefäßes, und Neuberechnen der Blutflüsse und der Einlass- und Auslassdrücke jedes Gefäßes. Diese Schritte werden wiederholt, bis sowohl ein relativer Geschwindigkeitsfehler als auch ein relativer Druckfehler zwischen aufeinanderfolgenden Wiederholungen <10^-4 werden, gefolgt von einer Berechnung der FFR basierend auf einer vorher bestimmten Gleichung.
EP 2 544 585 B1 (Quellenverweis 2) offenbart ein Verfahren zur interventionellen Messung einer Stenose in einem Gefäß, einschließlich: Durchführen einer Abfolge von Druckmessungen und einer Abfolge von Geschwindigkeitsmessungen an jedem von einem ersten und einem zweiten Ort, die sich beide innerhalb des Gefäßes befinden und sich von einem Zielort innerhalb des Gefäßes unterscheiden, unter Verwendung eines Drucksensors (z. B. eines Druckführungsdrahts) und eines Geschwindigkeitssensors, der an den verschiedenen Stellen innerhalb des Gefäßes eingesetzt ist; Bestimmen einer Wellengeschwindigkeit in dem Fluidmedium basierend auf dem Quadrat einer Druckänderung dividiert durch das Quadrat einer Geschwindigkeitsänderung; Berechnen von Vorwärtsdruckänderungen für den ersten und den zweiten Ort; und Unterziehen von Druckänderungen einer Integralsummierung und Erhalten der FFR aus einem Verhältnis zwischen den Integralsummierungsergebnissen.
CN 103 829 933 A (Quellenverweis 3) offenbart ein Verfahren zum interventionellen Nachweis einer Stenose eines Blutgefäßes, umfassend: interventionelles Einsetzen von zwei Drucksensoren (Drucksensor 1 und Drucksensor 2) in das Gefäß; Ablesen der Drucksensoren; Bestimmen, ob zwischen den zwei Drucksensoren eine Stenose vorliegt basierend auf einer Druckabweichung, die in den Ablesungen dieser Sensoren angezeigt wird. Wenn die Druckabweichung kleiner als eine vorher definierte Schwelle K ist, wird angenommen, dass keine Stenose vorliegt und umgekehrt. Alternativ können die Messungen der Drucksensoren dem Arzt zur Bezugnahme für eine Diagnose bereitgestellt werden.
US 2015 / 0 268 039 A1 (Quellenverweis 4) offenbart ein Verfahren zum Bestimmen eines Druckabfalls in einem Segment eines Blutgefäßes, umfassend: Empfangen von Geometriedaten über verschiedene geometrische Enden des Gefäßes, wobei die geometrischen Enden ein proximales Ende und ein distales Ende beinhalten, wobei die Geometriedaten einen ersten geometrischen Parameter, der eine erste Querschnittsfläche an dem distalen Ende des Blutgefäßes angibt, einen zweiten geometrischen Parameter, der eine zweite Querschnittsfläche an dem proximalen Ende des Blutgefäßes angibt, und einen dritten geometrischen Parameter beinhalten, der eine Querschnittsfläche an einem ersten Ort zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende angibt; Empfangen von Daten, die eine Fluidflussgeschwindigkeit durch das Segment angeben; Bestimmen eines geometrischen Referenzparameterwerts an dem ersten Ort basierend auf dem ersten, dem zweiten und dem dritten geometrischen Parameter und Ortsdaten in Bezug auf den ersten Ort; und Bestimmen einer Druckabweichung zwischen einem ersten Fluiddruck an dem distalen Ende und einem zweiten Fluiddruck an dem ersten Ort basierend auf dem geometrischen Referenzparameterwert an dem ersten Ort, dem dritten geometrischen Parameter und der Fluidflussgeschwindigkeit.
W0 2010/ 033 971 A1 (Quellenverweis 5) offenbart ein Verfahren zum Bestimmen der FFR, umfassend: Positionieren einer Vorrichtung, die mindestens zwei Sensoren innerhalb eines Lumens an oder in der Nähe einer Stenose umfasst, wobei die mindestens zwei Sensoren durch eine vorher bestimmten Entfernung L voneinander getrennt sind; Erfassen eines ersten Parameterwerts eines ersten Parameters eines ersten Fluids innerhalb des Lumens unter Verwendung von mindestens einem der mindestens zwei Sensoren; Injizieren eines zweiten Fluids in das Lumen, wobei in Betracht gezogen wird, dass das zweite Fluid das erste Fluid an der Injektionsstelle temporär verdrängt; und Aufzeichnen eines zweiten Parameterwerts eines zweiten Parameters des zweiten Fluids durch die mindestens zwei Sensoren, die durch die bekannte Entfernung getrennt sind. Der erste Parameter und der zweite Parameter können pH, Temperatur, Leitfähigkeit der Fluide sein. Der erste Parameterwert unterscheidet sich von dem zweiten Parameterwert in der Größe. Das Zeitintervall T zwischen den Zeitpunkten, zu denen der zweite Parameterwert von den zwei Sensoren erfasst wird, wird aufgezeichnet, und eine mittlere Geschwindigkeit des zweiten Fluids wird basierend auf der Entfernung L und dem Zeitintervall T berechnet. Ferner wird die FFR basierend auf Querschnittsflächen des Lumens bei, proximal und distal der Stenose sowie bei einem mittleren Aortendruck bestimmt.
Tu Shengxian et al. (Quellenverweis 6) schlug ein neues Computermodell für die FFR-Berechnung vor. Zunächst wurde ein geometrisches Modell eines Blutgefäßes mit dreidimensionaler (3D) quantitativer Koronarangiografie (QCA) erstellt. Eine mittlere volumetrische Flussrate bei Hyperämie wurde unter Verwendung der TIMI-Bilderzählung in Kombination mit 3D-QCA berechnet. Die mittlere volumetrische Flussrate bei Hyperämie und ein mittlerer Blutflussdruck, der unter Verwendung eines Katheters gemessen wurde, wurden als Einlassrandbedingungen für die numerische Strömungsmechaniksimulation verwendet, und die FFR wurde aus strömungsmechanischen Gleichungen erhalten.
Taylor et al. (Quellenverweis 7) entwickelte eine nicht-invasive FFR-Berechnungsmethode durch Anwenden von numerischer Strömungsmechanik in der Koronar-Computertomografie-Angiografie (CTA). Basierend auf anatomischen Daten, die von CTA erhalten wurden, einschließlich des Volumens und der Masse an Myokard, die von einem Gefäß versorgt wird, wurde ein maximaler koronarer Blutfluss geschätzt und der stromabwärtige mikrozirkulatorische Widerstand des Gefäßes wurde als Randbedingungen für die numerische Strömungsmechanik simuliert. Die FFR wurde dann durch Lösen von Strömungsmechanikgleichungen erhalten.
Die Druckschrift US 2014 / 0 073 976 A1 offenbart Systeme und Verfahren zum Bestimmen von individuellen spezifischen Blutfluss-Charakteristika.
Obwohl diese Quellenverweise unterschiedliche Verfahren zum Bestimmen eines Druckabfalls innerhalb eines Blutgefäßes unter verschiedenen Gesichtspunkten darstellen, sind sie jeweils mit mindestens einem der folgenden Mängel behaftet: (1) interventionelle Erfassung geometrischer Parameter eines Blutgefäßes mit einem Druckdraht ist teuer und führt zu körperlichen Schäden bei Patienten; (2) obwohl eine Berechnung eines Druckabfalls in einer einzelnen Skala für die Fälle einer normalen Gefäßstenose geeignet ist, konnte sie verschiedene Auswirkungen von Änderungen bei geometrischen Parametern eines stenosierten Gefäßes mit unterschiedlichen Schweregraden auf den Blutflussdruck nicht richtig unterscheiden und beurteilen (z. B. ein Blutgefäß mit sowohl fokalen als auch diffusen Läsionen); (3) numerische Strömungsmechanik(Computational Fluid Dynamic - CFD)-Analyse eines geometrischen Modells, das mit Koronarangiografie oder CT-Rekonstruktion erstellt wird, ist komplex, erfordert einen riesigen Rechenaufwand und verbraucht viel Zeit; (4) eine manuelle Bewertung des Schweregrads (z. B. Länge) einer Läsion, insbesondere einer diffusen Läsion, ist sehr subjektiv und fehleranfällig; (5) eine Berechnung einer Blutflussgeschwindigkeit erfordert eine maximale, durch Adenosin induzierte Koronarhyperämie, was eine komplexe Operation beinhaltet und den Schmerz des Patienten erhöht; und (6) eine dreidimensionale Rekonstruktion aller Seitenäste des stenosierten Gefäßes ist erforderlich, die arbeitsintensiv ist.
Daher besteht ein Bedarf an einem neuen Verfahren zum Berechnen eines Druckabfalls in einem Blutgefäß, das einige oder alle der oben genannten Mängel überwindet und eine schnelle und genaue FFR-Berechnung ermöglicht.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neues Verfahren zum Berechnen eines Druckabfalls innerhalb eines Segments eines Blutgefäßes und von der FFR bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung umfasst: Empfangen von geometrischen Parametern eines Blutgefäßsegments, das ein proximales Ende und ein distales Ende aufweist, wobei die geometrischen Parameter einen ersten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Blutgefäßsegments an dem proximalen Ende darstellt, einen zweiten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Blutgefäßsegments an dem distalen Ende darstellt, und einen dritten geometrischen Parameter umfassen, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Blutgefäßsegments an einem ersten Ort zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende darstellt; Empfangen einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit innerhalb des Segments; Berechnen eines Referenzlumendurchmessers an dem ersten Ort des Segments basierend auf dem ersten, dem zweiten und dem dritten geometrischen Parameter und Ortsdaten in Bezug auf den ersten Ort; Berechnen einer Differenz geometrischer Parameter an dem ersten Ort basierend auf der Differenz zwischen dem dritten geometrischen Parameter und dem Referenzlumendurchmesser basierend auf der Differenz geometrischer Parameter, der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V und deren Quadrat V²; es wird eine Druckabweichung ΔP zwischen einem ersten Blutflussdruck an dem proximalen Ende und einem zweiten Blutflussdruck an dem ersten Ort bestimmt.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner Folgendes umfassen: Ableiten einer Referenzlumendurchmesserfunktion basierend auf dem ersten geometrischen Parameter, dem zweiten geometrischen Parameter und einer Entfernung x von einem bestimmten Punkt entlang des Segments eines Gefäßes zu dem Referenzpunkt mit dem proximalen Endpunkt als Referenzpunkt, wobei die Referenzlumendurchmesserfunktion verwendet wird, um einen Referenzlumendurchmesser an verschiedenen Positionen entlang des Blutgefäßes als Funktion der Entfernung x von der Position zu dem Referenzpunkt darzustellen. Vorzugsweise umfasst die Ableitung der Referenzlumendurchmesserfunktion eine lineare Normalisierung als Funktion des Ortes von dem proximalen Ende zu dem distalen Ende des Gefäßsegments.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner Folgendes umfassen: Ableiten einer Differenzfunktion geometrischer Parameter basierend auf dem dritten geometrischen Parameter und der Referenzlumendurchmesserfunktion mit dem proximalen Endpunkt als Referenzpunkt, wobei die Differenzfunktion geometrischer Parameter Differenzen zwischen der Referenzlumendurchmesserfunktion und den empfangenen geometrischen Parametern in Bezug auf die Entfernungen x von dem Referenzpunkt angibt.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner Folgendes umfassen: Berechnen von Ableitungen der Differenzfunktion geometrischer Parameter in mehreren Skalen und wobei die Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck basierend auf den mehreren Skalen der abgeleiteten Differenzfunktionen berechnet wird. Die Skalen sind Auflösungen, einschließlich einer ersten größeren Skala und einer zweiten kleineren Skala, die Entfernungen zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird. Die mehreren Skalen von abgeleiteten Differenzfunktionen umfassen eine abgeleitete Differenzfunktion f₁(x) in der ersten Skala und eine abgeleitete Differenzfunktion f₂(x) in der zweiten Skala, wobei mehrere Skalen eine Manifestierung von Auswirkungen unterschiedlicher Schweregrade einer Stenose (fokal und diffus) auf die Druckabweichung ermöglichen, wobei die erste Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f₁(x) angepasst ist, um eine Differenz geometrischer Parameter nachzuweisen, die durch eine weit reichende Stenose verursacht wird, und eine fokale Stenose ignoriert wird und wobei die zweite Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f₂(x) angepasst ist, um eine Differenz geometrischer Parameter nachzuweisen, die durch eine fokale Läsion verursacht wird.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner Folgendes umfassen: Berechnen der Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck durch Gewichten von Integralen der ersten Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f₁(x) und der zweiten Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f₂(x) sowie der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V und deren Quadrats V².
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner Folgendes umfassen: Berechnen der Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck gemäß $Δ P = α [C_{1} V + C_{2} V^{2}] * \int f_{1} (x) dx + β [C_{1} V + C_{2} V^{2}] * \int f_{2} (x) dx$
wobei C₁ und C₂ Koeffizienten der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V bzw. deren Quadrats V² darstellen, und α und β Gewichtungskoeffizienten der abgeleiteten Differenzfunktionen in der ersten bzw. zweiten Skala bezeichnen.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner Folgendes umfassen: Berechnen von Ableitungen der Differenzfunktion geometrischer Parameter in n Skalen, wobei die Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck basierend auf den n Skalen von Ableitungen berechnet wird, wobei die Skalen Auflösungen sind, die Entfernungen zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird, wobei die n Skalen aus einer ersten Skala, einer zweiten Skala, ... und einer n-ten Skala bestehen, wobei die erste Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f₁(x) angepasst ist, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser nachzuweisen, die durch eine erste Läsionscharakteristik verursacht wird, wobei andere Läsionscharakteristiken ignoriert werden, und die zweite Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f₂(x) angepasst ist, um eine Differenz geometrischer Parameter nachzuweisen, die durch eine zweite Läsionscharakteristik verursacht wird, ..., wobei die n-te Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f_n(x) angepasst ist, um eine Differenz geometrischer Parameter nachzuweisen, die durch eine n-te Läsionscharakteristik verursacht wird, und wobei n eine natürliche Zahl größer als 1 ist.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner Folgendes umfassen: Berechnen der Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck durch Gewichten von Integralen der abgeleiteten Differenzfunktionen f1(x), ..., f_n(x) in den n Skalen sowie der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V und deren Quadrats V².
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner Folgendes umfassen: Berechnen der Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck gemäß $Δ P = α_{1} [C_{1} V + C_{2} V^{2}] * \int f_{1} (x) dx + α_{2} [C_{1} V + C_{2} V^{2}] \int f_{2} (x) dx + \dots + α_{n} [C_{1} V + C_{2} V^{2}] * \int f_{n} (x) dx$
wobei C₁ und C₂ Koeffizienten der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V bzw. deren Quadrats V² darstellen und α₁, α₂, ... und α_n jeweils Gewichtungskoeffizienten für die abgeleiteten Differenzfunktionen f1(x), f₂(x), ..., f_n(x) in den n Skalen bezeichnen.
Vorzugsweise sind die Ortsdaten in Bezug auf den ersten Ort die Entfernung von dem ersten Ort zu dem proximalen Ende des Segments und ist die mittlere Blutflussgeschwindigkeit des Segments die mittlere Geschwindigkeit von dem proximalen Ende zu dem distalen Ende.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner Folgendes umfassen: Empfangen von zweidimensionalen Koronarangiografiebildern unter einem bestimmten Winkel; und es wird eine Bildregistrierung der Bereiche von Interesse für verschiedene Rahmen durchgeführt, wobei sich der Bereich von Interesse der Koronarangiografie von dem proximalen Ende des Gefäßsegments zu dem distalen Ende erstreckt.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner Folgendes umfassen: Auftragen eines Graustufenhistogramms für den registrierten Bereich von Interesse und Berechnen der Graustufenanpassungsfunktion in Bezug auf Zeitänderungen innerhalb eines Herzzyklus.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner Folgendes umfassen: Erhalten einer mittleren Flussgeschwindigkeit eines Kontrastmittels innerhalb des Segments eines Gefäßes basierend auf der Graustufenanpassungsfunktion.
Vorzugsweise ist die mittlere Blutflussgeschwindigkeit V innerhalb des Segments eines Gefäßes ungefähr gleich der mittleren Kontrastmittelgeschwindigkeit, die aus der Graustufenanpassungsfunktion erhalten wird.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Berechnen der fraktionellen Flussreserve (FFR) eines Gefäßsegments bereit, umfassend: Empfangen einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit V des Gefäßsegments eines Patienten in einem Ruhezustand, der wahlweise durch konventionelle Angiografie (ohne maximale Dilatation der Mikrozirkulation) erhalten werden könnte; Berechnen einer maximalen Blutflussgeschwindigkeit V_max bei maximaler Dilatation der Mikrozirkulation basierend auf der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V; Lösen nach einer Druckabweichung ΔP_max, die der maximalen Blutflussgeschwindigkeit entspricht; und Erhalten der FFR gemäß FFR = (P1 - ΔP_max)/P1, wobei P1 einen ersten Blutflussdruck an dem proximalen Ende des Segments darstellt, der näherungsweise aus diastolischen und systolischen Druckwerten des Herzens geschätzt oder unter Verwendung eines Katheters genau gemessen werden kann.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner Folgendes umfassen: Erhalten der maximalen Blutflussgeschwindigkeit durch Nachschlagen in einer Entsprechungstabelle, die mittlere koronare Blutflussgeschwindigkeiten in einem Ruhezustand und die entsprechenden maximalen Blutflussgeschwindigkeiten im Zustand maximaler Dilatation der Mikrozirkulation auflistet.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner Folgendes umfassen: Erhalten einer Druckabweichung ΔP_max über das Segment entsprechend der maximalen Blutflussgeschwindigkeit unter Verwendung des oben definierten Verfahrens.
Vorzugsweise kann die FFR für eine gegebene festgelegte maximale Blutflussgeschwindigkeit V_max gelöst werden.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Berechnen der fraktionellen Flussreserve (FFR) eines Blutgefäßsegments bereit, umfassend: Empfangen von geometrischen Parametern des Blutgefäßsegments mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, wobei die geometrischen Parameter einen ersten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des Blutgefäßsegments an dem proximalen Ende darstellt, einen zweiten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des Blutgefäßsegments an dem distalen Ende darstellt und einen dritten geometrischen Parameter umfassen, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des Blutgefäßsegments an einem ersten Ort zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende darstellt; Ableiten einer Referenzlumendurchmesserfunktion und einer Differenzfunktion geometrischer Parameter in Bezug auf die Entfernung von der Position entlang des Segments des Gefäßes zu dem Referenzpunkt basierend auf den geometrischen Parametern mit dem proximalen Ende als Referenzpunkt; Erhalten von Ableitungen der Differenzfunktion geometrischer Parameter in mehreren Skalen, wobei die Skalen Auflösungen sind, die Entfernungen zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird; Empfangen einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Blutgefäßsegments durch konventionelle Koronarangiografie und Erhalten einer maximalen mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Blutgefäßsegments durch Nachschlagen in einer Tabelle; und Berechnen der FFR als Verhältnis eines zweiten Blutflussdrucks an dem ersten Ort des Blutgefäßes zu einem ersten Blutflussdruck an dem proximalen Ende basierend auf den mehreren Skalen der abgeleiteten Differenzfunktionen und der maximalen mittleren Blutflussgeschwindigkeit.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein System zum Berechnen einer Druckabweichung in einem Blutgefäßsegment bereit, das in der Lage ist, das oben definierte Verfahren zu implementieren, wobei das System Folgendes umfasst: ein Datenerfassungsmodul für geometrische Parameter, das ausgebildet ist, um geometrische Parameter eines Blutgefäßsegments zu erfassen, wobei das Blutgefäßsegment ein proximales Ende und ein distales Ende umfasst, wobei die geometrischen Parameter einen ersten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Blutgefäßsegments an dem proximalen Ende darstellt, einen zweiten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an dem distalen Ende darstellt, und einen dritten geometrischen Parameter umfassen, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Blutgefäßsegments an einem ersten Ort zwischen dem proximalen Endpunkt und dem distalen Endpunkt darstellt; ein Ortsdatenerfassungsmodul, das ausgebildet ist, um Ortsdaten in Bezug auf den ersten Ort zu erfassen; ein Geschwindigkeitserfassungsmodul, das ausgebildet ist, um eine mittlere Blutflussgeschwindigkeit des Blutgefäßsegments und das Quadrat der mittleren Blutflussgeschwindigkeit zu erfassen; ein Referenzlumendurchmesserberechnungsmodul, das ausgebildet ist, um einen Referenzlumendurchmesser an dem ersten Ort des Blutgefäßsegments basierend auf dem ersten geometrischen Parameter, dem zweiten geometrischen Parameter, dem dritten geometrischen Parameter und den Ortsdaten in Bezug auf den ersten Ort zu berechnen; ein Berechnungsmodul für Differenzen geometrischer Parameter, das ausgebildet ist, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen dem dritten geometrischen Parameter und dem Referenzlumendurchmesser an dem ersten Ort zu berechnen; und ein Druckabweichungsberechnungsmodul, das ausgebildet ist, um die Differenzdaten geometrischer Parameter an dem ersten Ort, die von dem Berechnungsmodul für Differenzen geometrischer Parameter ausgegeben werden, und die mittlere Blutflussgeschwindigkeit und deren Quadrat, die von dem Geschwindigkeitserfassungsmodul ausgegeben werden, zu empfangen und dann die Druckabweichung ΔP zwischen einem ersten Blutflussdruck an dem proximalen Ende und einem zweitem Blutflussdruck an dem ersten Ort zu berechnen.
Vorzugsweise kann das Referenzlumendurchmesserberechnungsmodul ausgebildet sein, um eine Referenzlumendurchmesserfunktion basierend auf dem ersten geometrischen Parameter, dem zweiten geometrischen Parameter und einer Entfernung x von einer bestimmten Position entlang des Segments eines Gefäßes zu dem proximalen Ende als Referenzpunkt abzuleiten, wobei die Referenzlumendurchmesserfunktion verwendet wird, um den Referenzlumendurchmesser entlang verschiedener Positionen entlang des Blutgefäßes als Funktion der Entfernung x zwischen der Position und dem Referenzpunkt darzustellen, wobei das System vorzugsweise ferner ein Normalisierungsmodul umfasst, das ausgebildet ist, um eine lineare Normalisierung als Funktion des Ortes von dem proximalen Ende zu dem distalen Ende des Gefäßsegments durchzuführen.
Vorzugsweise kann das Berechnungsmodul für Differenzen geometrischer Parameter ausgebildet ist, um eine Differenzfunktion geometrischer Parameter basierend auf dem dritten geometrischen Parameter und einer Referenzlumendurchmesserfunktion mit dem proximalen Endpunkt als Referenzpunkt abzuleiten. Die Differenzfunktion geometrischer Parameter gibt eine Beziehung von Differenzen zwischen der Referenzlumendurchmesserfunktion und den empfangenen geometrischen Parametern in Bezug auf die Entfernungen x von dem Referenzpunkt an.
Vorzugsweise kann das System ferner ein Multiskalen-Berechnungsmodul für abgeleitete Differenzen umfassen, das ausgebildet ist, um die Ableitungen der Differenzfunktion geometrischer Parameter in mehreren Skalen zu erhalten, wobei das Druckabweichungsberechnungsmodul die Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck durch Gewichten von Integralen der abgeleiteten Differenzfunktionen in mehreren Skalen basierend auf der Ausgabe des Multiskalen-Berechnungsmoduls für abgeleitete Differenzen sowie der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V und deren Quadrat V², die von dem Geschwindigkeitserfassungsmodul ausgegeben werden, berechnet, und wobei die mehreren Skalen zwei oder mehr Skalen umfassen, die als Auflösungen implementiert sind, die Entfernungen zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird.
Vorzugsweise kann das System ferner ein Modul für zweidimensionale Koronarangiografie umfassen, das ausgebildet ist, um eine zweidimensionale Angiografie des Blutgefäßes unter einem bestimmten Winkel aufzunehmen und einen Bereich von Interesse der Bilder für verschiedene Rahmenanzahlen zu registrieren, wobei sich ein Bereich von Interesse der Koronarangiografie von dem proximalen Ende zu dem distalen Ende des Gefäßsegments erstreckt.
Vorzugsweise kann das Geschwindigkeitserfassungsmodul ausgebildet sein, um ein Graustufenhistogramm für den registrierten Bereich von Interesse basierend auf der Ausgabe von dem Modul für zweidimensionale Koronarangiografie aufzutragen und die Graustufe als Funktion der Zeit innerhalb eines Herzzyklus anzupassen, von dem eine mittlere Flussgeschwindigkeit des Kontrastmittels erhalten wurde.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein System zum Berechnen der fraktionellen Flussreserve (FFR) eines Blutgefäßsegments bereit, umfassend: ein Datenerfassungsmodul für geometrische Parameter, das ausgebildet ist, um geometrische Parameter eines Blutgefäßsegments zu erfassen, das ein proximales Ende und ein distales Ende umfasst. Die geometrischen Parameter umfassen einen ersten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des proximalen Endes des Blutgefäßsegments darstellt, einen zweiten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) an dem distalen Ende des Segments darstellt, und einen dritten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des Blutgefäßsegments an einem ersten Ort zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende darstellt; ein Ortsdatenerfassungsmodul, das ausgebildet ist, um Ortsdaten in Bezug auf den ersten Ort zu erfassen; ein Referenzlumendurchmesserberechnungsmodul, das ausgebildet ist, um eine Referenzlumendurchmesserfunktion in Bezug auf die Entfernung x von einer bestimmten Position entlang des Blutgefäßsegments zu dem proximalen Ende als Referenzpunkt abzuleiten; ein Berechnungsmodul für Differenzen geometrischer Parameter, das ausgebildet ist, um eine Parameterdifferenzfunktion basierend auf der Referenzlumendurchmesserfunktion und dem dritten geometrischen Parameter abzuleiten; ein Multiskalen-Berechnungsmodul, das ausgebildet ist, um Ableitungen der Differenzfunktion geometrischer Parameter in mehreren Skalen, die als Auflösungen implementiert sind, zu erhalten, die Entfernungen zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird; ein Erfassungsmodul für die mittlere Blutflussgeschwindigkeit, das ausgebildet ist, um eine mittlere Blutflussgeschwindigkeit des Segments durch konventionelle Koronarangiografie zu erfassen; ein Berechnungsmodul für die maximale mittlere Blutflussgeschwindigkeit, das ausgebildet ist, um eine maximale mittlere Blutflussgeschwindigkeit des Blutgefäßsegments durch Nachschlagen in einer in dem Modul gespeicherten Entsprechungstabelle zu erhalten; und ein FFR-Berechnungsmodul, das ausgebildet ist, um die FFR als Verhältnis eines zweiten Blutflussdrucks an dem ersten Ort des Blutgefäßes zu einem ersten Blutflussdruck an dem proximalen Ende basierend auf den mehreren Skalen von abgeleiteten Differenzfunktionen und der maximalen mittleren Blutflussgeschwindigkeit zu erhalten.
In einer konkreten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung auch ein System zum Berechnen der fraktionellen Flussreserve (FFR) eines Blutgefäßsegments bereit, umfassend: ein Erfassungsmodul für die mittlere Blutflussgeschwindigkeit, das ausgebildet ist, um eine mittlere Blutflussgeschwindigkeit V des Gefäßsegments vorzugsweise durch Koronarangiografie (ohne maximale Dilatation der Mikrozirkulation) zu erfassen; ein Erfassungsmodul für die maximale Blutflussgeschwindigkeit, das ausgebildet ist, um eine maximale Blutgeschwindigkeit V_max im Zustand maximaler Dilatation der Mikrozirkulation basierend auf der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V zu berechnen; ein Druckabweichungsberechnungsmodul, das ausgebildet ist, nach einer Druckabweichung ΔP_max entsprechend der maximalen Blutflussgeschwindigkeit zu lösen; und ein FFR-Berechnungsmodul, das ausgebildet ist, um die FFR basierend auf einem ersten Blutflussdruck P1 an dem proximalen Ende des Segments und der Druckabweichung AP_max gemäß FFR = (P1 - ΔPmax)/P1 zu erhalten, wobei P1 näherungsweise aus diastolischen und systolischen Druckwerten des Herzens geschätzt oder unter Verwendung eines Kontrastkatheters genau gemessen werden kann.
Vorzugsweise kann das Erfassungsmodul für die maximale Blutflussgeschwindigkeit ausgebildet sein, um die maximale Blutflussgeschwindigkeit durch Nachschlagen in einer Entsprechungstabelle zu erhalten, die mittlere koronare Blutflussgeschwindigkeiten in einem Ruhezustand und die entsprechenden maximalen Blutflussgeschwindigkeiten im Zustand maximaler Dilatation der Mikrozirkulation auflistet, wobei die Entsprechungstabelle in dem Erfassungsmodul für die maximale Blutflussgeschwindigkeit oder einem anderen separaten Speichermodul des Systems gespeichert werden könnte.
Die vorliegende Erfindung bietet die folgenden Vorteile: Sie stellt ein neues Verfahren zum Berechnen eines Druckabfalls innerhalb eines Blutgefäßes, das Machbarkeit und Funktionsfähigkeit für eine schnelle und genaue FFR-Berechnung erreicht, und ein neues Verfahren zum Erhalten einer maximalen mittleren Blutflussgeschwindigkeit bereit, das eine einfache und bequeme Vorgehensweise ermöglicht. Zusätzlich ermöglicht eine Berechnung in den mehreren Skalen, den Druckabfall innerhalb des stenosierten Gefäßes mit unterschiedlichen Schweregraden (z. B. fokale und diffuse Läsionen) zu erhalten.
Figurenliste

1 veranschaulicht schematisch einen strukturellen Vergleich zwischen einem stenosierten Lumen und seinem Referenzlumen der vorliegenden Erfindung.
2 veranschaulicht eine Differenzfunktion, die die Differenz zwischen dem Referenzlumen und dem tatsächlichen Lumen des Blutgefäßsegments darstellt.
3A ist ein Diagramm, das eine abgeleitet Differenzfunktion f₁(x) in einer ersten Skala zeigt.
3B ist ein Diagramm, das eine abgeleitet Differenzfunktion f₂(x) in einer zweiten Skala zeigt.
4 ist ein schematisches Diagramm des Blutdruckabfallsystems der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Technische Lösungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben, so dass sie deutlicher werden. Offensichtlich sind die nachfolgend angegebenen Ausführungsformen nur einige, jedoch nicht alle Ausführungsformen der Erfindungen. Alle weiteren Ausführungsformen, die von Durchschnittsfachleuten auf der Grundlage der hier offenbarten Ausführungsformen erhalten werden, fallen in den Umfang der Erfindung.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Berechnen einer Druckabweichung innerhalb eines Segments eines Blutgefäßes bereit, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen von geometrischen Parametern des Segments, das einen proximalen Endpunkt und einen distalen Endpunkt aufweist. Die geometrischen Parameter beinhalten Folgendes: einen ersten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des Segments an dem proximalen Ende darstellt; einen zweiten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des Segments an dem distalen Ende darstellt; und einen dritten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des ersten Orts an einem ersten Ort zwischen dem proximalen Endpunkt und dem distalen Endpunkt darstellt. Basierend auf dem ersten geometrischen Parameter, dem zweiten geometrischen Parameter, dem dritten geometrischen Parameter und Ortsdaten in Bezug auf den ersten Ort kann eine Referenzlumendurchmesser des Blutgefäßes an dem ersten Ort erhalten werden (unter der Annahme, dass keine Läsion vorläge). Eine Differenz geometrischer Parameter Eine Differenz geometrischer Parameter zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und dem Referenzlumendurchmesser an dem ersten Ort wird basierend auf dem dritten geometrischen Parameter und dem Referenzlumendurchmesser an dem ersten Ort berechnet. Vorzugsweise wird die Differenz geometrischer Parameter aus der Division des tatsächlichen Lumendurchmessers durch den Referenzlumendurchmesser erhalten.
Basierend auf dem ersten geometrischen Parameter, dem zweiten geometrischen Parameter und der Entfernung x einer bestimmten Position auf dem Segment von dem Referenzpunkt wird eine Referenzlumendurchmesserfunktion mit dem proximalen Endpunkt als Referenzpunkt abgeleitet, die einen Referenzlumendurchmesser an verschiedenen Positionen entlang des Blutgefäßes als Funktion der Entfernung x von der Position zu dem Referenzpunkt darstellt. Basierend auf dem dritten geometrischen Parameter und der Referenzlumendurchmesserfunktion wird eine Differenzfunktion geometrischer Parameter abgeleitet, die die Variation einer Differenz zwischen der Referenzlumendurchmesserfunktion und den empfangenen geometrischen Parametern in Bezug auf die Entfernung x von dem Referenzpunkt darstellt.
In einer konkreten Ausführungsform beinhaltet die Ableitung der Referenzlumendurchmesserfunktion eine lineare Normalisierung von Ortsparametern in dem Bereich von dem proximalen Ende des Segments zu dem distalen Ende.
In einer konkreten Ausführungsform wird basierend auf dem dritten geometrischen Parameter und der Referenzlumendurchmesserfunktion eine Differenzfunktion geometrischer Parameter mit dem proximalen Ende als Referenzpunkt abgeleitet, die eine Variation einer Differenz zwischen der Referenzlumendurchmesserfunktion und den empfangenen geometrischen Parametern mit der Entfernung x von dem Referenzpunkt darstellt.
In einer konkreten Ausführungsform werden mehrere Skalen von abgeleiteten Differenzfunktionen der Differenz geometrischer Parameter abgeleitet, basierend auf denen eine Druckabweichung ΔP zwischen einem ersten Blutflussdruck und einem zweiten Blutflussdruck berechnet wird.
Wobei die Skalen Auflösungen sind, die Entfernungen zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn die Ableitung numerisch berechnet wird. Die mehreren Skalen beinhalten eine erste größere Skala und eine zweite kleinere Skala. Eine Verwendung der mehreren Skalen ermöglicht eine Manifestierung der Auswirkungen unterschiedlicher Stenosegrade (fokal und diffus) auf die Blutdruckabweichung.
In einer konkreten Ausführungsform beinhalten die verschiedenen Skalen eine erste größere Skala und eine zweite kleinere Skala, und die mehreren Skalen von abgeleiteten Differenzfunktionen beinhalten eine abgeleitete Differenzfunktion f₁(x) in der ersten Skala und eine abgeleitete Differenzfunktion f₂(x) in der zweiten Skala. Eine Verwendung der verschiedenen Skalen ermöglicht eine Manifestierung von Auswirkungen unterschiedlicher Stenosegrade (fokal und diffus) auf die Blutflussdruckabweichung. Die erste Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f₁(x) ist angepasst, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser nachzuweisen, die durch eine weit reichende schwere Läsion verursacht wird, wobei eine fokale Stenose ignoriert wird. Die zweite Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f₂(x) wird verwendet, um eine Differenz geometrischer Parameter nachzuweisen, die durch eine fokale Stenose verursacht wird.
Die Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck kann durch Gewichten von Integralen der ersten und der zweiten Skala der abgeleiteten Differenzfunktion sowie einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit V und deren Quadrats V² erhalten werden.
Vorzugsweise wird die Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck gemäß $Δ P = α [C_{1} V + C_{2} V^{2}] * \int f_{1} (x) dx + β [C_{1} V + C_{2} V^{2}] * \int f_{2} (x) dx$
erhalten, wobei C₁ und C₂ Koeffizienten der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V bzw. deren Quadrats V² darstellen, und α und β Gewichtungskoeffizienten der abgeleiteten Differenzfunktionen in der ersten bzw. zweiten Skala bezeichnen.
Um die Druckabweichung innerhalb des Segments des Gefäßes bei verschiedenen Zuständen genauer zu berechnen, könnte vorzugsweise in Betracht gezogen werden, Ableitungen der Differenzfunktion geometrischer Parameter in n verschiedenen Skalen zu berechnen und die Druckabweichung zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck basierend auf den n Skalen abgeleiteter Differenzfunktionen zu berechnen. Das heißt:

Die Ableitungen der Differenzfunktion geometrischer Parameter in den n Skalen werden abgeleitet, und die Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck wird basierend auf den n Skalen abgeleiteter Differenzfunktionen berechnet. Die Skalen sind als Auflösungen implementiert, die Entfernungen zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird. Die n Skalen sind eine erste Skala, eine zweite Skala, ... und eine n-te Skala.
Die erste Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f₁(x) ist angepasst, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser nachzuweisen, die durch eine erste Läsionscharakteristik verursacht wird, wobei Differenzen geometrischer Parameter, die anderen Läsionen zugeschrieben werden, ignoriert werden.
Die zweite Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f₂(x) ist angepasst, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser nachzuweisen, die durch eine zweite Läsionscharakteristik verursacht wird, ..., und die abgeleitete Differenzfunktion f_n(x) in der n-ten Skala ist angepasst, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser nachzuweisen, die durch eine n-te Läsionscharakteristik verursacht wird. n ist eine natürliche Zahl größer als 1. Die Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck kann durch Gewichten von Integralen der n Skalen der abgeleiteten Differenzfunktion f₁(x), ..., f_n(x) sowie einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit V und deren Quadrats erhalten werden.

Vorzugsweise wird die Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck gemäß: $Δ P = α_{1} [C_{1} V + C_{2} V^{2}] * \int f_{1} (x) dx + α_{2} [C_{1} V + C_{2} V^{2}] * \int f_{2} (x) dx + \dots + α_{n} [C_{1} V + C_{2} V^{2}] * \int f_{n} (x) dx$
erhalten,
wobei C₁ und C₂ Koeffizienten der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V bzw. deren Quadrats V² darstellen und α₁, α₂, ... und α_n jeweils Gewichtungskoeffizienten für die abgeleiteten Differenzfunktionen f₁(x), f₂(x), ..., f_n(x) in den n Skalen bezeichnen.
Vorzugsweise zeigen die Positionsdaten in Bezug auf den ersten Ort die Entfernung von dem ersten Ort zu dem proximalen Ende des Segments an, und die mittlere Blutflussgeschwindigkeit des Segments ist eine mittlere Geschwindigkeit von dem proximalen Ende zu dem distalen Ende.
Vorzugsweise beinhaltet das Verfahren ferner Folgendes: Empfangen von zweidimensionalen Koronarangiografiebildern unter einem bestimmten Winkel; und Registrieren eines Bereichs von Interesse der Bilder für verschiedene Rahmen. Der Bereich von Interesse der Koronarangiografie erstreckt sich von dem proximalen Ende zu dem distalen Ende.
Vorzugsweise beinhaltet das Verfahren ferner Folgendes: Auftragen eines Graustufenhistogramms für den registrierten Bereich von Interesse; und Anpassen des Grauwertes als Funktion der Zeit innerhalb eines Herzzyklus.
Vorzugsweise beinhaltet das Verfahren ferner Folgendes: Erhalten einer mittleren Flussgeschwindigkeit des Kontrastmittels innerhalb des Segments des Gefäßes basierend auf der Graustufenanpassungsfunktion.
Vorzugsweise ist die mittlere Blutflussgeschwindigkeit V des Segments ungefähr gleich der mittleren Kontrastmittelgeschwindigkeit, die von der Graustufenanpassungsfunktion erhalten wird.
Das Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 näher beschrieben. Bezug nehmend auf 1 beinhaltet das Verfahren: Empfangen von geometrischen Parametern eines Segments eines Blutgefäßes, einschließlich: (a) eines geometrischen Parameters (Querschnittsfläche oder Durchmesser) an einem proximalen Ende P des Segments; (b) eines geometrischen Parameters (Querschnittsfläche oder Durchmesser) an einem distalen Punkt D des Segments; und (c) mit P als Referenzpunkt werden ein geometrischer Parameter (Querschnittsfläche oder Durchmesser) des Segments zwischen P und D sowie die Entfernung x von der Position des Segments zu dem Referenzpunkt P erhalten.
Die geometrischen Parameter können durch eine beliebige einer Vielfalt von Techniken erhalten werden, einschließlich zweidimensionaler oder dreidimensionaler Koronarangiografie, Koronar-Computertomografie-Angiografie (CTA), intravaskulärem Ultraschall (IVUS) oder optischer Kohärenztomografie (OCT). Im Allgemeinen können die geometrischen Parameter des Segments dessen Querschnittsflächen oder Durchmesser sein. Wenn zweidimensionale Durchmesser des Blutgefäßes empfangen werden, kann angenommen werden, dass die Querschnitte des Blutgefäßes kreisförmig sind und somit seine Querschnittsflächen erhalten werden können.
Basierend auf diesen Daten (a), (b) und (c) kann ein geometrischer Referenzparameter des Segments (unter der Annahme, dass keine Läsion vorläge) erhalten und als eine lineare Funktion der Entfernung von dem Referenzpunkt P dargestellt werden. In 1 stellen die durchgezogenen Linien ein tatsächliches Lumen des Segments dar, während die gestrichelten Linien ein Referenzlumen davon darstellen. Eine Differenz geometrischer Parameter als Funktion der Entfernung von dem Referenzpunkt P kann aus einem Verhältnis des geometrischen Parameters des Referenzlumens zu dem des tatsächlichen Lumens abgeleitet werden.
2 ist ein Diagramm, das die Differenz geometrischer Parameter zwischen dem tatsächlichen Lumen und dem Referenzlumen von 1 als Differenzfunktion geometrischer Parameter F(x) zeigt. Es sei darauf hingewiesen, dass, wie sich durch eine Analyse ergab, eine genaue Druckabweichung zwischen einem ersten Blutflussdruck und einem zweiten Blutflussdruck unter Verwendung der Differenzfunktion geometrischer Parameter F(x) in einer einzigen Skala im Falle einer einzigen Art von Läsion berechnet werden kann. Wenn jedoch mehrere Arten von Läsionen, insbesondere einschließlich einer diffusen Läsion, in dem Blutgefäß gleichzeitig vorhanden sind, ist die durch das Verfahren berechnete Druckabweichung mit einem signifikanten Fehler behaftet. Andererseits, wenn die einzelne Skala klein ist, wird die abgeleitete Differenzfunktion bei einer schweren Stenose der bei einer milden Stenose nahe kommen. Dies wird zu einer Unterschätzung der Auswirkungen der schweren Stenose auf die Druckabweichung führen. Wenn andererseits die einzelne Skala groß ist, wird die Ableitung der Differenzfunktion bei der milden Stenose Null sein, d. h. ein Versagen, die Auswirkungen der milden Stenose auf die Druckabweichung nachzuweisen.
Um die Mängel der konventionellen Verfahren einer einzelnen Skala zu überwinden, ist es bevorzugt, eine Ableitung der Differenz geometrischer Parameter in n Skalen für ein Blutgefäß mit unterschiedlichen Läsionsgraden vorzunehmen und die Druckabweichung zwischen dem ersten und dem zweiten Blutflussdruck basierend auf abgeleiteten Differenzfunktionen in diesen Skalen zu berechnen.
Zum Beispiel wird in einer bevorzugten Ausführungsform die Ableitung der Differenzfunktion geometrischer Parameter in zwei Skalen abgeleitet, und die Druckabweichung zwischen dem ersten und dem zweiten Blutflussdruck wird von den zwei Skalen von abgeleiteten Differenzfunktionen berechnet (einschließlich einer ersten größeren Skala und einer zweiten kleineren Skala). Die abgeleitete Differenzfunktion f₁(x) in der ersten Skala ist angepasst, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser nachzuweisen, die durch eine weit reichende schwere Läsion verursacht wird, wobei Differenzen geometrischer Parameter, die durch eine fokale Stenose verursacht werden, ignoriert werden. Die abgeleitete Differenzfunktion f₂(x) in der zweiten Skala ist angepasst, um eine Differenz geometrischer Parameter nachzuweisen, die durch eine fokale Änderung des Segments verursacht wird.
Ableitungen der Differenzfunktion f(x) von 2 werden in diesen zwei Skalen vorgenommen.
Die abgeleitete Differenzfunktion in der größeren Skala ist: $f_{1} (x) = \frac{F (X + Δ h_{1} / 2) - F (X - Δ h_{1} / 2)}{Δ h_{1}}$
und die abgeleitete Differenzfunktion in der kleineren Skala ist: $f_{2} (x) = \frac{F (X + Δ h_{2} / 2) - F (X - + Δ h_{2} / 2)}{Δ h_{2}}$
wobei Δh1 > Δh2.
Wie in den 3A und 3B gezeigt ist in der größeren Skala Δh₁, F(X+Δh₁)-F(X) nahe Null bei der fokalen Läsion A, B. Daher kann f₁(x) eine Differenz geometrischer Parameter zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser, die durch eine weit reichende, schwere Stenose verursacht wird, widerspiegeln, wobei jede Differenz geometrischer Parameter, die durch eine fokale Stenose verursacht wird, ignoriert wird. In der kleineren Skala Δh₂ können alle Differenzen geometrischer Parameter, die auf die fokale Stenose A, B und die weit reichende Stenose C zurückzuführen sind, identifiziert werden. Gemäß der abgeleiteten Differenzfunktion f₂(x) in der kleineren Skala sind jedoch die Werte der Ableitungen für die unterschiedlichen Schweregrade der Stenose im Wesentlichen gleich und können nicht zur Unterscheidung der verschiedenen Auswirkungen der Stenose auf die Druckabweichung verwendet werden. Um dies zu erreichen, wird in Betracht gezogen, die abgeleiteten Differenzfunktionen f₁(x) und f₂(x) in den zwei Skalen zu gewichten.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Berechnen der fraktionellen Flussreserve (FFR) eines Segments eines Blutgefäßes bereit, umfassend: Empfangen von geometrischen Parametern des Segments, das ein proximales Ende und ein distales Ende umfasst, wobei die geometrischen Parameter einen ersten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des Segments an dem proximalen Ende darstellt, einen zweiten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des Segments an dem distalen Ende darstellt, und einen dritten geometrischen Parameter umfassen, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) an einem ersten Ort zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende darstellt; Ableiten einer Referenzlumendurchmesserfunktion und einer Differenzfunktion geometrischer Parameter basierend auf den geometrischen Parametern und der Entfernung von einer Position entlang des Segments zu dem Referenzpunkt mit dem proximalen Endpunkt als Referenzpunkt, Erhalten von Ableitungen der Differenzfunktion geometrischer Parameter in mehreren Skalen, wobei die Skalen Auflösungen sind, die Entfernungen zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird; Empfangen einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Segments, die durch konventionelle Koronarangiografie erhalten wird, und Erhalten einer maximalen mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Segments durch Nachschlagen in einer Tabelle; und Erhalten der FFR als Verhältnis eines zweiten Blutflussdrucks an dem ersten Ort des Blutgefäßes zu einem ersten Blutflussdruck an dem proximalen Ende des Segments basierend auf den mehreren Skalen der abgeleiteten Differenzfunktionen und der maximalen mittleren Blutflussgeschwindigkeit.
In einer konkreten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Berechnen der fraktionellen Flussreserve (FFR) eines Segments eines Blutgefäßes bereit, umfassend: Erhalten einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit V des Segments in einem Ruhezustand, wahlweise durch konventionelle Angiografie (ohne maximale Dilatation der Mikrozirkulation); Berechnen einer maximalen Blutflussgeschwindigkeit V_max bei maximaler Dilatation der Mikrozirkulation basierend auf der mittleren Geschwindigkeit V; Lösen nach einer Druckabweichung ΔP_max, die der maximalen Blutflussgeschwindigkeit entspricht; und Erhalten der FFR gemäß der Gleichung FFR = (P1 - ΔP_max)/P1, wobei P1 einen ersten Blutflussdruck an dem proximalen Ende des Segments darstellt, der näherungsweise aus dem diastolischen und systolischen Druckwerten des Herzens geschätzt oder unter Verwendung eines Katheters genau gemessen werden kann.
Vorzugsweise wird die maximale Blutflussgeschwindigkeit durch Nachschlagen in einer Entsprechungstabelle erhalten, die mittlere koronare Blutflussgeschwindigkeiten in einem Ruhezustand und die entsprechenden maximalen Blutflussgeschwindigkeiten bei maximaler Dilatation der Mikrozirkulation auflistet.
Vorzugsweise wird die Druckabweichung ΔP_max, die der maximalen Blutflussgeschwindigkeit entspricht, unter Verwendung des Verfahrens der Ausführungsform 1 erhalten.
Vorzugsweise kann die FFR für eine gegebene festgelegte maximale Blutflussgeschwindigkeit V_max berechnet werden.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
Die vorliegende Erfindung stellt ein System zum Berechnen einer Druckabweichung innerhalb eines Segments eines Blutgefäßes bereit, das das Verfahren zum Berechnen einer Druckabweichung implementieren kann, das in der vorhergehenden Ausführungsform dargelegt ist. Das System umfasst: ein Datenerfassungsmodul für geometrische Parameter, das ausgebildet ist, um geometrische Parameter des Segments zu erfassen, wobei das Blutgefäß ein proximales Ende und ein distales Ende umfasst, wobei die geometrischen Parameter einen ersten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an dem proximalen Ende darstellt, einen zweiten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an dem distalen Ende darstellt, und einen dritten geometrischen Parameter umfassen, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Segments an einem ersten Ort zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende des Segments darstellt; ein Ortsdatenerfassungsmodul, das ausgebildet ist, um Ortsdaten in Bezug auf den ersten Ort zu erfassen; ein Geschwindigkeitserfassungsmodul, das ausgebildet ist, um eine mittlere Blutflussgeschwindigkeit des Segments und das Quadrat der mittleren Blutflussgeschwindigkeit zu erfassen; ein Referenzlumendurchmesserberechnungsmodul, das ausgebildet ist, um einen Referenzlumendurchmesser an dem ersten Ort des Blutgefäßes basierend auf dem ersten geometrischen Parameter, dem zweiten geometrischen Parameter, dem dritten geometrischen Parameter und den Ortsdaten in Bezug auf den ersten Ort zu berechnen; ein Berechnungsmodul für Differenzen geometrischer Parameter, das ausgebildet ist, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen dem dritten geometrischen Parameter und dem Referenzlumendurchmesser an dem ersten Ort zu berechnen; und ein Druckabweichungsberechnungsmodul, das ausgebildet ist, um die Differenzdaten geometrischer Parameter an dem ersten Ort, die von dem Berechnungsmodul für Differenzen geometrischer Parameter ausgegeben werden, und die mittlere Blutflussgeschwindigkeit und deren Quadrat, die von dem Geschwindigkeitserfassungsmodul ausgegeben werden, zu erhalten und die Druckabweichung ΔP zwischen einem ersten Blutflussdruck an dem proximalen Ende und einem zweitem Blutflussdruck an dem ersten Ort zu berechnen.
Vorzugsweise ist das Referenzlumendurchmesserberechnungsmodul ausgebildet ist, um eine Referenzlumendurchmesserfunktion basierend auf dem ersten geometrischen Parameter, dem zweiten geometrischen Parameter und einer Entfernung x von einer bestimmten Position entlang des Segments eines Gefäßes zu dem proximalen Ende als Referenzpunkt abzuleiten, wobei die Referenzlumendurchmesserfunktion verwendet wird, um einen Referenzlumendurchmesser entlang verschiedener Positionen entlang des Blutgefäßes als Funktion der Entfernung x zwischen der Position und dem Referenzpunkt darzustellen.
Vorzugsweise umfasst das System ferner ein Normalisierungsmodul, das ausgebildet ist, um eine lineare Normalisierung als Funktion des Ortes von dem proximalen Ende zu dem distalen Ende des Gefäßsegments durchzuführen.
Vorzugsweise ist das Berechnungsmodul für Differenzen geometrischer Parameter ausgebildet, basierend auf dem dritten geometrischen Parameter und der Referenzlumendurchmesserfunktion mit dem proximalen Endpunkt als Referenzpunkt abzuleiten. Die Differenzfunktion geometrischer Parameter gibt eine Beziehung von Differenzen zwischen der Referenzlumendurchmesserfunktion und den empfangenen geometrischen Parametern in Bezug auf die Entfernungen x von dem Referenzpunkt an.
Vorzugsweise umfasst das System ferner ein Multiskalen-Berechnungsmodul für abgeleitete Differenzen, das ausgebildet ist, um Ableitungen der Differenzfunktion geometrischer Parameter in mehreren Skalen zu berechnen. Das Druckabweichungsberechnungsmodul berechnet die Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck durch Gewichten von Integralen der abgeleiteten Differenzfunktionen in den mehreren Skalen basierend auf der Ausgabe des Multiskalen-Berechnungsmoduls für abgeleitete Differenzen sowie der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V und deren Quadrats V², die von dem Geschwindigkeitserfassungsmodul ausgegeben werden.
Die mehreren Skalen umfassen zwei oder mehr Skalen, die als Auflösungen implementiert sind, die Entfernungen zwischen zwei benachbarten Punkten anzeigen, wenn eine Ableitung berechnet wird.
Die Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck wird basierend auf mehreren Skalen der abgeleiteten Differenzfunktion berechnet. Die Skalen sind Auflösungen, die Entfernungen zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird. Die verschiedenen Skalen umfassen eine erste größere Skala und eine zweite kleinere Skala. Die mehreren Skalen der abgeleiteten Differenzfunktionen umfassen eine erste Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f₁(x) und eine zweite Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f₂(x). Eine Verwendung der multiplen Skalen ermöglicht eine Manifestation verschiedener Auswirkungen von Stenosen verschiedener Schweregrade (fokal und diffus) in dem Segment auf die Druckabweichung. Die erste Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f₁(x) ist angepasst, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser nachzuweisen, der durch eine weit reichende, schwere Stenose verursacht wird, wobei Differenzen geometrischer Parameter, die durch eine fokale Stenose verursacht werden, ignoriert werden. Die zweite Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f₂(x) ist angepasst, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser nachzuweisen, der durch eine fokale Änderung verursacht wird, die in dem stenotischen Segment auftritt.
In diesem Fall berechnet das Druckabweichungsberechnungsmodul die Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck durch Gewichten von Integralen der ersten Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f₁(x) und der zweiten Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f₂(x), die von dem Multiskalen-Berechnungsmodul für abgeleitete Differenzen ausgegeben werden und basierend auf der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V und deren Quadrat V², die von dem Geschwindigkeitserfassungsmodul ausgegeben werden.
Vorzugsweise berechnet das Druckabweichungsberechnungsmodul die Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck gemäß $Δ P = α [C_{1} V + C_{2} V^{2}] * \int f_{1} (x) dx + β [C_{1} V + C_{2} V^{2}] * \int f_{2} (x) dx$
wobei C₁ und C₂ Koeffizienten der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V bzw. deren Quadrats V² darstellen und α und β Gewichtungskoeffizienten für die abgeleitete Differenzfunktionen in der ersten bzw. zweiten Skala bezeichnen.
Um die Druckabweichung in dem Segment des Blutgefäßes bei verschiedenen Zuständen zu berechnen, wird ferner in Betracht gezogen, Ableitungen der Differenzfunktion geometrischer Parameter vorzugsweise in n mehreren Skalen abzuleiten und die Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck basierend auf den n Skalen der abgeleiteten Differenzfunktionen zu berechnen. Das heißt, die Ableitungen der Differenzfunktion geometrischer Parameter werden in den n Skalen berechnet, wobei die Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck basierend auf den n Skalen der abgeleiteten Differenzfunktionen berechnet wird. Die Skalen sind als Auflösungen implementiert, die Entfernungen zwischen zwei benachbarten Punkten anzeigen, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird. Die n Skalen sind eine erste Skala, eine zweite Skala, ... und eine n-te Skala.
Die abgeleitete Differenzfunktion f₁(x) in der ersten Skala ist angepasst, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser nachzuweisen, der durch eine erste Läsionscharakteristik verursacht wird, wobei Differenzen geometrischer Parameter, die durch andere Läsionen verursacht werden, ignoriert werden. Die abgeleitete Differenzfunktion f₂(x) in der zweiten Skala ist angepasst, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser nachzuweisen, der durch eine zweite Läsionscharakteristik verursacht wird, und die abgeleitete Differenzfunktion f_n(x) in der n-ten Skala ist angepasst, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser nachzuweisen, der durch eine n-te Läsionscharakteristik verursacht wird, wobei n eine natürliche Zahl größer als 1 ist.
In diesem Fall berechnet das Druckabweichungsberechnungsmodul die Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck gemäß $Δ P = α_{1} [C_{1} V + C_{2} V^{2}] * \int f_{1} (x) dx + α_{2} [C_{1} V + C_{2} V^{2}] \int f_{2} (x) dx + \dots + α_{n} [C_{1} V + C_{2} V^{2}] * \int f_{n} (x) dx$
wobei C₁ und C₂ Koeffizienten für die mittlere Blutflussgeschwindigkeit V bzw. deren Quadrat V² darstellen und α₁, α₂, ... und α_n jeweils Gewichtungskoeffizienten für die abgeleiteten Differenzfunktionen f₁(x), f₂(x), ..., f_n(x) in den n Skalen bezeichnen.
Die Ortsdaten in Bezug auf den ersten Ort sind eine Entfernung von dem ersten Ort zu dem proximalen Ende des Segments, und die mittlere Blutflussgeschwindigkeit des Segments ist eine mittlere Blutflussgeschwindigkeit zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende.
Vorzugsweise umfasst das System ferner ein Modul für zweidimensionale Koronarangiografie, das ausgebildet ist, um zweidimensionale Koronarangiografiebilder des Segments unter einem bestimmten Winkelaufzunehmen und einen Bereich von Interesse der Bilder für unterschiedliche Anzahlen von Rahmen zu registrieren. Der Bereich von Interesse der Koronarangiografie erstreckt sich von dem proximalen Ende des Segments zu dem distalen Ende.
Vorzugsweise ist das Geschwindigkeitserfassungsmodul ausgebildet, um ein Graustufenhistogramm von dem registrierten Bereich von Interesse basierend auf der Ausgabe von dem Modul für zweidimensionale Koronarangiografie aufzutragen und das Graustufenhistogramm als Funktion der Zeit innerhalb eines Herzzyklus anzupassen, basierend auf dem eine mittlere Flussgeschwindigkeit von Kontrastmittel innerhalb des Segments des Gefäßes erhalten wird.
Vorzugsweise ist die mittlere Blutflussgeschwindigkeit V innerhalb des Segments ungefähr gleich der mittleren Flussgeschwindigkeit des Kontrastmittels.
AUSFÜHRUNGSFORM 4
Die vorliegende Erfindung stellt ein System zum Berechnen der fraktionellen Flussreserve (FFR) eines Blutgefäßsegments bereit, umfassend: ein Datenerfassungsmodul für geometrische Parameter, das ausgebildet ist, um geometrische Parameter des Segments zu erfassen, wobei das Blutgefäß ein proximales Ende und ein distales Ende umfasst, wobei die geometrischen Parameter einen ersten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des Segments an dem proximalen Ende darstellt, einen zweiten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des Segments an dem distalen Ende darstellt, und einen dritten geometrischen Parameter umfassen, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des Segments an einem ersten Ort zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende darstellt; ein Ortsdatenerfassungsmodul, das ausgebildet ist, um Ortsdaten in Bezug auf den ersten Ort zu erfassen; ein Referenzlumendurchmesserberechnungsmodul, das ausgebildet ist, um eine Referenzlumendurchmesserfunktion in Bezug auf die Entfernung von einer bestimmten Position entlang des Segments zu dem proximalen Ende als Referenzpunkt abzuleiten; ein Berechnungsmodul für Differenzen geometrischer Parameter, das ausgebildet ist, um eine Parameterdifferenzfunktion basierend auf der Referenzlumendurchmesserfunktion und dem dritten geometrischen Parameter abzuleiten; und ein Multiskalen-Berechnungsmodul, das ausgebildet ist, um Ableitungen der Differenzfunktion geometrischer Parameter in mehreren Skalen, die als Auflösungen implementiert sind, zu erhalten, die Entfernungen zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird; ein Erfassungsmodul für die mittlere Blutflussgeschwindigkeit, das ausgebildet ist, um eine mittlere Blutflussgeschwindigkeit des Segments durch konventionelle Koronarangiografie zu erfassen; ein Berechnungsmodul für die maximale mittlere Blutflussgeschwindigkeit, das ausgebildet ist, um eine maximale mittlere Blutflussgeschwindigkeit des Segments durch Nachschlagen in einer in dem Modul gespeicherten Entsprechungstabelle zu erhalten; und ein FFR-Berechnungsmodul, das ausgebildet ist, um die FFR als Verhältnis eines zweiten Blutflussdrucks an dem ersten Ort des Blutgefäßes zu einem ersten Blutflussdruck an dem proximalen Ende basierend auf den mehreren Skalen von abgeleiteten Differenzfunktionen und der maximalen mittleren Blutflussgeschwindigkeit zu erhalten.
In einer konkreten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung auch ein System zum Berechnen der fraktionellen Flussreserve (FFR) eines Segments eines Blutgefäßes bereit, umfassend: ein Erfassungsmodul für die mittlere Blutflussgeschwindigkeit, das ausgebildet ist, um eine mittlere Blutflussgeschwindigkeit V des Segments vorzugsweise durch konventionelle Koronarangiografie (ohne maximale Dilatation der Mikrozirkulation) zu erfassen; ein Erfassungsmodul für die maximale Blutflussgeschwindigkeit, das ausgebildet ist, um eine maximale Blutgeschwindigkeit V_max im Zustand maximaler Dilatation der Mikrozirkulation basierend auf der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V zu berechnen; ein Druckabweichungsberechnungsmodul, das ausgebildet ist, nach einer Druckabweichung ΔP_max entsprechend der maximalen Blutflussgeschwindigkeit zu lösen; und ein FFR-Berechnungsmodul, das ausgebildet ist, um eine FFR basierend auf einem ersten Blutflussdruck an dem proximalen Ende des Blutgefäßes und der Druckabweichung AP_max gemäß FFR = (P1 - ΔP_max)/P1 zu erhalten, wobei P1 näherungsweise aus diastolischen und systolischen Druckwerten des Herzens geschätzt oder unter Verwendung eines Kontrastkatheters genau gemessen werden kann.
Das Erfassungsmodul für die maximale Blutflussgeschwindigkeit kann die maximale Blutflussgeschwindigkeit durch Nachschlagen in einer Entsprechungstabelle erhalten, die die mittleren koronaren Blutflussgeschwindigkeiten in einem Ruhezustand und die entsprechenden maximalen Blutflussgeschwindigkeiten im Zustand maximaler Dilatation der myokardialen Mikrozirkulation auflistet. Die Entsprechungstabelle kann im Erfassungsmodul für die maximale Blutflussgeschwindigkeit oder in einem anderen separaten Modul des Systems gespeichert sein.
Vorzugsweise kann das Druckabweichungsberechnungsmodul die Struktur des Systems der Ausführungsform 3 zum Erhalten der Druckabweichung ΔP_max entsprechend der maximalen Blutflussgeschwindigkeit unter Verwendung des Verfahrens der Ausführungsform 1 aufweisen.
Vorzugsweise kann die FFR für eine gegebene festgelegte maximale Blutflussgeschwindigkeit V_max berechnet werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die obigen Systeme und Funktionsmodule lediglich beispielhaft dargestellt werden, um eine grundlegende, aber nicht die einzige Struktur zum Implementieren der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es nicht beabsichtigt, sie in irgendeiner Weise auf diese Ausführungsformen zu beschränken. Verschiedene Änderungen und Abwandlungen können von jedem Fachmann vorgenommen werden, ohne vom Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist der Umfang der Erfindung wie in den beigefügten Ansprüchen definiert.

Claims

Verfahren zum Berechnen einer Druckabweichung in einem Blutgefäßsegment, umfassend: Empfangen von geometrischen Parametern eines Blutgefäßsegments, das ein proximales Ende und ein distales Ende umfasst, wobei die geometrischen Parameter einen ersten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des proximalen Endes des Segments darstellt, einen zweiten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des distalen Endes des Segments darstellt, und einen dritten geometrischen Parameter umfassen, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Blutgefäßsegments an einem ersten Ort zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende darstellt, Empfangen einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Blutgefäßsegments; Berechnen eines Referenzlumendurchmessers an dem ersten Ort des Blutgefäßsegments basierend auf dem ersten geometrischen Parameter, dem zweiten geometrischen Parameter, dem dritten geometrischen Parameter und Ortsdaten in Bezug auf den ersten Ort; Berechnen einer Differenz geometrischer Parameter an dem ersten Ort basierend auf dem dritten geometrischen Parameter und dem Referenzlumendurchmesser; und Erhalten einer Druckabweichung ΔP zwischen einem ersten Blutflussdruck an dem proximalen Ende und einem zweiten Blutflussdruck an dem ersten Ort basierend auf der Differenz geometrischer Parameter an dem ersten Ort, der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V und einem Quadrat der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V².
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Ableiten einer Referenzlumendurchmesserfunktion basierend auf dem ersten geometrischen Parameter, dem zweiten geometrischen Parameter und einer Entfernung x von einer bestimmten Position entlang des Blutgefäßsegments zu dem Referenzpunkt mit dem proximalen Endpunkt als Referenzpunkt, wobei die Referenzlumendurchmesserfunktion verwendet wird, um einen Referenzlumendurchmesser an verschiedenen Positionen entlang des Blutgefäßes als Funktion der Entfernung x von der Position zu dem Referenzpunkt darzustellen, und wobei die Ableitung der Referenzlumendurchmesserfunktion vorzugsweise eine lineare Normalisierung als Funktion der Position von dem proximalen Ende zu dem distalen Ende des Segments umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Ableiten einer Differenzfunktion geometrischer Parameter basierend auf dem dritten geometrischen Parameter und der Referenzlumendurchmesserfunktion mit dem proximalen Endpunkt als Referenzpunkt, wobei die Differenzfunktion geometrischer Parameter eine Beziehung von Differenzen zwischen der Referenzlumendurchmesserfunktion und den empfangenen geometrischen Parametern in Bezug auf die Entfernungen x von dem Referenzpunkt angibt.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend: Berechnen von Ableitungen der Differenzfunktion geometrischer Parameter in mehreren Skalen, und wobei die Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck basierend auf den mehreren Skalen der abgeleiteten Differenzfunktionen berechnet wird, und wobei die Skalen Auflösungen sind, die Entfernungen zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird, wobei die mehreren Skalen eine erste größere Skala und eine zweite kleinere Skala umfassen, wobei die mehreren Skalen der abgeleiteten Differenzfunktionen eine abgeleitete Differenzfunktion f₁(x) in der ersten Skala und eine abgeleitete Differenzfunktion f₂(x) in der zweiten Skala umfassen, wobei eine Verwendung der mehreren Skalen eine Manifestierung von Auswirkungen unterschiedlicher Schweregrade einer Stenose (fokal und diffus) auf die Druckabweichung ermöglicht, wobei die abgeleitet Differenzfunktion f₁(x) in der ersten Skala angepasst ist, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser nachzuweisen, die durch eine weit reichende Stenose verursacht wird, wobei Differenzen geometrischer Parameter, die durch eine fokale Stenose verursacht werden, ignoriert werden, und wobei die abgeleitete Differenzfunktion f₂(x) in der zweiten Skala angepasst ist, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser nachzuweisen, die durch eine fokale Läsion verursacht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend: Berechnen der Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck durch Gewichten von Integralen der ersten Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f₁(x) und der zweiten Skala der abgeleiteten Differenzfunktion f₂(x) sowie der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V und deren Quadrats V².
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, ferner umfassend: Berechnen der Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck gemäß $Δ P = α [C_{1} V + C_{2} V^{2}] * \int f_{1} (x) dx + β [C_{1} V + C_{2} V^{2}] * \int f_{2} (x) dx$
wobei C₁ und C₂ Koeffizienten der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V bzw. deren Quadrats V² darstellen, und α und β Gewichtungskoeffizienten der abgeleiteten Differenzfunktionen in der ersten bzw. zweiten Skala bezeichnen.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend: Berechnen von Ableitungen der Differenzfunktion geometrischer Parameter in n Skalen, wobei die Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck basierend auf den n Skalen der abgeleiteten Differenzfunktionen berechnet wird, wobei die Skalen Auflösungen sind, die Entfernungen zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird, wobei die n Skalen aus einer ersten Skala, einer zweiten Skala, ... und einer n-ten Skala bestehen, wobei die abgeleitete Differenzfunktion f₁(x) in der ersten Skala angepasst ist, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser nachzuweisen, die durch eine erste Läsionscharakteristik verursacht wird, wobei Differenzen geometrischer Parameter, die durch andere Läsionen verursacht werden, ignoriert werden, wobei die abgeleitete Differenzfunktion f₂(x) in der zweiten Skala angepasst ist, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser nachzuweisen, die durch eine zweite Läsionscharakteristik verursacht wird, wobei die abgeleitete Differenzfunktion f_n(x) in der n-ten Skala angepasst ist, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen einem tatsächlichen Lumendurchmesser und einem Referenzlumendurchmesser nachzuweisen, die durch eine n-te Läsionscharakteristik verursacht wird, und wobei n eine natürliche Zahl größer als 1 ist.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend: Berechnen der Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck durch Gewichten von Integralen der n Skalen von abgeleiteten Differenzfunktionen f₁(x), ..., f_n(x) und der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V und des Quadrats der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V².
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, ferner umfassend: Berechnen der Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck gemäß $Δ P = α_{1} [C_{1} V + C_{2} V^{2}] * \int f_{1} (x) dx + α_{2} [C_{1} V + C_{2} V^{2}] \int f_{2} (x) dx + \dots + α_{n} [C_{1} V + C_{2} V^{2}] * \int f_{n} (x) dx$
wobei C₁ und C₂ Koeffizienten der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V bzw. deren Quadrats V² darstellen und α₁, α₂ ... und α_n jeweils Gewichtungskoeffizienten für die abgeleiteten Differenzfunktionen f₁(x), f₂(x), ..., f_n(x) in den n Skalen bezeichnen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Ortsdaten in Bezug auf den ersten Ort eine Entfernung von dem ersten Ort zu dem proximalen Ende des Segments sind und wobei die mittlere Blutflussgeschwindigkeit eine mittlere Geschwindigkeit von dem proximalen Ende zu dem distalen Ende ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend: Empfangen von zweidimensionalen Koronarangiografiebildern unter einem bestimmten Winkel; und Registrieren eines Bereichs von Interesse der Bilder für verschiedene Rahmen, wobei sich der Bereich von Interesse der Koronarangiografie von dem proximalen Endpunkt des Segments zu dem distalen Ende erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend: Auftragen eines Graustufenhistogramms von dem registrierten Bereich von Interesse und Anpassen der Graustufe als Funktion der Zeit innerhalb eines Herzzyklus.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend: Erhalten einer mittleren Flussgeschwindigkeit eines Kontrastmittels innerhalb des Segments aus der Graustufenanpassungsfunktion.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die mittlere Blutflussgeschwindigkeit V des Blutgefäßsegments ungefähr gleich der mittleren Flussgeschwindigkeit des Kontrastmittels ist, die aus der Graustufenanpassungsfunktion erhalten wird.
Verfahren zum Berechnen der fraktionellen Flussreserve (FFR) eines Blutgefäßsegments, umfassend: Empfangen einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit V des Gefäßsegments eines Patienten in einem Ruhezustand, wahlweise durch konventionelle Angiografie (ohne maximale Dilatation der Mikrozirkulation); Berechnen einer maximalen Blutflussgeschwindigkeit V_max bei maximaler Dilatation der Mikrozirkulation des Patienten basierend auf der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V; Lösen nach einer Druckabweichung ΔP_max, die der maximalen Blutflussgeschwindigkeit entspricht; und Erhalten der FFR gemäß FFR = (P1 - ΔP_max)/P1, wobei P1 einen ersten Blutflussdruck an einem proximalen Ende des Segments darstellt, der näherungsweise aus diastolischen und systolischen Druckwerten des Herzens geschätzt oder unter Verwendung eines Katheters genau gemessen werden kann.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: Erhalten der maximalen Blutflussgeschwindigkeit durch Nachschlagen in einer Entsprechungstabelle, die mittlere koronare Blutflussgeschwindigkeiten in einem Ruhezustand und die entsprechenden maximalen Blutflussgeschwindigkeiten im Zustand maximaler Dilatation der Mikrozirkulation auflistet.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: Erhalten einer Druckabweichung ΔP_max entsprechend der maximalen Blutflussgeschwindigkeit des Blutgefäßsegments unter Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die FFR nach einer gegebenen festgelegten maximalen Blutflussgeschwindigkeit V_max gelöst wird.
Verfahren zum Berechnen der fraktionellen Flussreserve (FFR) eines Blutgefäßsegments, umfassend: Empfangen von geometrischen Parametern des Blutgefäßsegments mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, wobei die geometrischen Parameter einen ersten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des proximalen Endes des Segments darstellt, einen zweiten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des distalen Endes des Segments darstellt und einen dritten geometrischen Parameter umfassen, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des Segments an einem ersten Ort zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende darstellt; Ableiten einer Referenzlumendurchmesserfunktion und einer Differenzfunktion geometrischer Parameter in Bezug auf die Entfernung von der Position entlang des Segments des Gefäßes zu dem Referenzpunkt basierend auf den geometrischen Parametern mit dem proximalen Ende als Referenzpunkt; Erhalten von Ableitungen der Differenzfunktion geometrischer Parameter in mehreren Skalen, wobei die Skalen Auflösungen sind, die Entfernungen zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird; Empfangen einer mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Blutgefäßsegments durch konventionelle Koronarangiografie und Erhalten einer maximalen mittleren Blutflussgeschwindigkeit des Blutgefäßsegments durch Nachschlagen in einer Tabelle; und Berechnen der FFR als Verhältnis eines zweiten Blutflussdrucks an dem ersten Ort des Blutgefäßes zu einem ersten Blutflussdruck an dem proximalen Ende basierend auf den mehreren Skalen der abgeleiteten Differenzfunktionen und der maximalen mittleren Blutflussgeschwindigkeit.
System zum Berechnen einer Druckabweichung in einem Blutgefäßsegment, das in der Lage ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zu implementieren, wobei das System Folgendes umfasst: ein Datenerfassungsmodul für geometrische Parameter, das ausgebildet ist, um geometrische Parameter eines Blutgefäßsegments zu erfassen, das ein proximales Ende und ein distales Ende umfasst, wobei die geometrischen Parameter einen ersten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Blutgefäßsegments an dem proximalen Ende darstellt, einen zweiten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Blutgefäßsegments an dem distalen Ende darstellt, und einen dritten geometrischen Parameter umfassen, der eine Querschnittsfläche oder einen Durchmesser des Blutgefäßsegments an einem ersten Ort zwischen dem proximalen Endpunkt und dem distalen Endpunkt darstellt; ein Ortsdatenerfassungsmodul, das ausgebildet ist, um Ortsdaten in Bezug auf den ersten Ort zu erfassen; ein Geschwindigkeitserfassungsmodul, das ausgebildet ist, um eine mittlere Blutflussgeschwindigkeit des Gefäßsegments und deren Quadrat zu erfassen; ein Referenzlumendurchmesserberechnungsmodul, das ausgebildet ist, um einen Referenzlumendurchmesser in Bezug auf den ersten Ort des Blutgefäßes basierend auf dem ersten geometrischen Parameter, dem zweiten geometrischen Parameter, dem dritten geometrischen Parameter und den Ortsdaten des ersten Orts zu berechnen; ein Berechnungsmodul für Differenzen geometrischer Parameter, das ausgebildet ist, um eine Differenz geometrischer Parameter zwischen dem dritten geometrischen Parameter und dem Referenzlumendurchmesser an dem ersten Ort zu berechnen; und ein Druckabweichungsberechnungsmodul, das ausgebildet ist, um die Differenzdaten geometrischer Parameter an dem ersten Ort, die von dem Berechnungsmodul für Differenzen geometrischer Parameter ausgegeben werden, und die mittlere Blutflussgeschwindigkeit und deren Quadrat, die von dem Geschwindigkeitserfassungsmodul ausgegeben werden, zu empfangen und dann die Druckabweichung ΔP zwischen einem ersten Blutflussdruck an dem proximalen Ende und einem zweitem Blutflussdruck an dem ersten Ort zu berechnen.
System nach Anspruch 20, wobei das Referenzlumendurchmesserberechnungsmodul ausgebildet ist, um eine Referenzlumendurchmesserfunktion basierend auf dem ersten geometrischen Parameter, dem zweiten geometrischen Parameter und einer Entfernung x von einer Position entlang des Segments eines Gefäßes zu dem proximalen Ende als Referenzpunkt abzuleiten, wobei die Referenzlumendurchmesserfunktion verwendet wird, um den Referenzlumendurchmesser von verschiedenen Positionen entlang des Blutgefäßes als Funktion der Entfernung x zwischen der Position und dem Referenzpunkt darzustellen, und wobei das System vorzugsweise ferner ein Normalisierungsmodul umfasst, das ausgebildet ist, um eine lineare Normalisierung als Funktion des Ortes von dem proximalen Ende zu dem distalen Ende des Gefäßsegments durchzuführen.
System nach Anspruch 20, wobei das Berechnungsmodul für Differenzen geometrischer Parameter ausgebildet ist, um eine Differenzfunktion geometrischer Parameter basierend auf dem dritten geometrischen Parameter und einer Referenzlumendurchmesserfunktion mit dem proximalen Endpunkt als Referenzpunkt abzuleiten, wobei die Differenzfunktion geometrischer Parameter eine Beziehung von Differenzen zwischen der Referenzlumendurchmesserfunktion und den empfangenen geometrischen Parametern in Bezug auf die Entfernungen x von dem Referenzpunkt angibt.
System nach Anspruch 20, ferner umfassend ein Multiskalen-Berechnungsmodul für abgeleitete Differenzen, das ausgebildet ist, um Ableitungen der Differenzfunktion geometrischer Parameter in mehreren Skalen zu erhalten, wobei das Druckabweichungsberechnungsmodul die Druckabweichung ΔP zwischen dem ersten Blutflussdruck und dem zweiten Blutflussdruck durch Gewichten von Integralen der abgeleiteten Differenzfunktionen in den mehreren Skalen, die von dem Multiskalen-Berechnungsmodul für abgeleitete Differenzen ausgegeben werden, und der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V und deren Quadrats, die von dem Geschwindigkeitserfassungsmodul ausgegeben werden, berechnet, und wobei die mehreren Skalen zwei oder mehr Skalen umfassen, die als Auflösungen implementiert sind, die Entfernungen zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird.
System nach Anspruch 20, ferner umfassend ein Modul für zweidimensionale Koronarangiografie, das ausgebildet ist, um eine zweidimensionale Angiografie des Blutgefäßes unter einem bestimmten Winkel aufzunehmen und einen Bereich von Interesse der Bilder für verschiedene Rahmen zu registrieren, wobei sich ein Bereich von Interesse der Koronarangiografie von dem proximalen Ende zu dem distalen Ende des Blutgefäßsegments erstreckt.
System nach Anspruch 24, wobei das Geschwindigkeitserfassungsmodul ausgebildet ist, um ein Graustufenhistogramm von dem registrierten Bereich von Interesse basierend auf der Ausgabe von dem Modul für zweidimensionale Koronarangiografie aufzutragen und die Graustufe als Funktion der Zeit innerhalb eines Herzzyklus anzupassen, von dem eine mittlere Blutflussgeschwindigkeit von Kontrastmittel erhalten wurde.
System zum Berechnen der fraktionellen Flussreserve (FFR) eines Blutgefäßsegments, umfassend: ein Datenerfassungsmodul für geometrische Parameter, das ausgebildet ist, um geometrische Parameter eines Blutgefäßsegments zu erfassen, das ein proximales Ende und ein distales Ende umfasst, wobei die geometrischen Parameter einen ersten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des Blutgefäßsegments an dem proximalen Ende darstellt, einen zweiten geometrischen Parameter, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des Blutgefäßsegments an dem distalen Ende darstellt, und einen dritten geometrischen Parameter umfassen, der eine Querschnittsfläche (oder einen Durchmesser) des Blutgefäßsegments an einem ersten Ort zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende darstellt; ein Ortsdatenerfassungsmodul, das ausgebildet ist, um Ortsdaten des ersten Ortes zu erfassen; ein Referenzlumendurchmesserberechnungsmodul, das ausgebildet ist, um eine Referenzlumendurchmesserfunktion in Bezug auf die Entfernung x von einer bestimmten Position auf dem Blutgefäßsegment zu dem proximalen Ende als Referenzpunkt abzuleiten; ein Berechnungsmodul für Differenzen geometrischer Parameter, das ausgebildet ist, um eine Differenzfunktion geometrischer Parameter basierend auf der Referenzlumendurchmesserfunktion und dem dritten geometrischen Parameter abzuleiten; und ein Multiskalen-Berechnungsmodul, das ausgebildet ist, um Ableitungen einer Differenzfunktion geometrischer Parameter in mehreren Skalen, die als Auflösungen implementiert sind, zu erhalten, die Entfernungen zwischen zwei benachbarten Punkten angeben, wenn eine Ableitung numerisch berechnet wird; ein Erfassungsmodul für die mittlere Blutflussgeschwindigkeit, das ausgebildet ist, um eine mittlere Blutflussgeschwindigkeit des Gefäßsegments durch konventionelle Koronarangiografie zu erfassen; ein Berechnungsmodul für die maximale mittlere Blutflussgeschwindigkeit, das ausgebildet ist, um eine maximale mittlere Blutflussgeschwindigkeit des Blutgefäßsegments durch Nachschlagen in einer in dem Modul gespeicherten Entsprechungstabelle zu erhalten; und ein FFR-Berechnungsmodul, das ausgebildet ist, um die FFR als Verhältnis eines zweiten Blutflussdrucks an dem ersten Ort des Blutgefäßes zu einem ersten Blutflussdruck an dem proximalen Ende basierend auf den mehreren Skalen von abgeleiteten Differenzfunktionen und der maximalen mittleren Blutflussgeschwindigkeit zu erhalten.
System zum Berechnen der fraktionellen Flussreserve (FFR) eines Blutgefäßsegments, umfassend: ein Erfassungsmodul für die mittlere Blutflussgeschwindigkeit, das ausgebildet ist, um eine mittlere Blutflussgeschwindigkeit V des Gefäßsegments vorzugsweise durch Koronarangiografie (ohne maximale Dilatation der Mikrozirkulation) zu erfassen; ein Erfassungsmodul für die maximale Blutflussgeschwindigkeit, das ausgebildet ist, um eine maximale Blutgeschwindigkeit V_max bei maximaler Dilatation der Mikrozirkulation basierend auf der mittleren Blutflussgeschwindigkeit V zu erhalten; ein Druckabweichungsberechnungsmodul, das ausgebildet ist, nach einer Druckabweichung AP_max entsprechend der maximalen Blutflussgeschwindigkeit zu lösen; und ein FFR-Berechnungsmodul, das ausgebildet ist, um eine FFR basierend auf einem ersten Blutflussdruck P1 an dem proximalen Ende des Blutgefäßes und der Druckabweichung ΔP_max gemäß FFR = (P1 - ΔP_max)/P1 zu erhalten, wobei P1 näherungsweise aus diastolischen und systolischen Druckwerten des Herzens geschätzt oder unter Verwendung eines Kontrastkatheters genau gemessen werden kann.
System nach Anspruch 27, wobei das Erfassungsmodul für die maximale Blutflussgeschwindigkeit ausgebildet ist, um die maximale Blutflussgeschwindigkeit durch Nachschlagen in einer Entsprechungstabelle zu erhalten, die mittlere koronare Blutflussgeschwindigkeiten in einem Ruhezustand und die entsprechenden maximalen Blutflussgeschwindigkeiten im Zustand maximaler Dilatation der Mikrozirkulation auflistet, wobei die Entsprechungstabelle in dem Erfassungsmodul für die maximale Blutflussgeschwindigkeit oder einem anderen separaten Speichermodul des Systems gespeichert ist.