JP2021503994A - ベルヌーイの定理からの冠血流推定のための測定ガイダンス - Google Patents

Abstract

冠血管系における血行動態特性を評価する装置及び対応する方法が提供される。装置及び方法において、関心のある血管の診断データは、第１血行動態特性についての第１及び第２の値が取得され得る第１及び第２の測定位置を識別するために使用される。これによって、それらの第１及び第２の値は、直接に測定され得ないか又は測定されるべきではない第２血行動態特性を示す少なくとも１つの診断パラメータを導出するのに適切である。

Description

本発明は、冠血管系における血行動態特性を評価する装置、対応する方法及び夫々のコンピュータプログラムに係る。特に、本発明は、血管内測定のための最適な測定位置を血管系の診断データから導出することによって血行動態パラメータの測定を実行するための改善された測定ガイダンスに係る。

冠動脈における機能的狭窄重症度は、通常、血管内圧力測定によって評価され得る。それに関連して、評価は、特に、大動脈内の圧力（Ｐａ）に対する狭窄の遠位の圧力（Ｐｄ）の比を考慮することによって行われ得る。これによって、この比は、冠血流予備量比（Fractional Flow Reserve；ＦＦＲ）又は瞬時血流予備量比（instantaneous wave-Free Ratio；ｉＦＲ）などの指標を用いて考えられ得る。それらの指標のいずれも、前記の圧力比から決定される。ＦＦＲ測定は、全心周期圧力曲線（whole-cardiac cycle pressure traces）を使用し、通常は血管拡張薬の投与によって引き起こされる充血の状態で行われる必要がある。対照的に、ｉＦＲ測定は、心周期の特定の期間、すなわち、拡張期時相（wave-free period）とも呼ばれる拡張期（diastole）の間の安静時に行われる。

圧力に基づいた指標は、冠動脈病変の十分な理解を可能にする一方で、血液のフロー特性の更なる測定は、冠血管系のより完全な診断、それに応じて、その中に存在する冠動脈病変の改善された治療計画、を可能にする更なる識見を提供する。それを達成するために、血管系内の関心のある血管を通る流速及び／又は体積流量の測定は、冠動脈病変の理解を改善するために特に適している。

冠動脈内の病変を正確に評価するための他の重要な指標は、いわゆる冠血流予備能（Coronary Flow Reserve；ＣＦＲ）であり、これは、正常安静時量を上回って血管系を通る血流の最大増加を定義する。ＣＦＲは、充血流と安静時血流との間の比の測定によって求められ得る。

このような利点に関わらず、更なる血行動態特性を評価するための型通りの流量測定は、フローに関連したパラメータを測定するために利用可能なあらゆる測定技術のロバスト性の欠如及び追加の複雑性により、臨床実施にたどり着いていない。

欧州特許出願公開第２６３３８１５（Ａ１）号（特許文献１）には、関心のある臓器についての血行動態特性を評価するためのアプローチが記載されている。１つの実施において、流体力学モデルは、所望の血行動態特性を導出するために、超音波によって導出された解剖学的撮像モダリティ及び血流情報から導出されたデータを供給され得る。１つのそのような実施で、冠血流予備量比（ＦＦＲ）が推定される。

国際公開第２００７／０２１２０１（Ａ１）号（特許文献２）には、対象に対する介入性血行動態（例えば、冠血流予備量比（ＦＦＲ））測定において医療専門家を支援する支援デバイス、支援システム及び支援方法が開示されている。ＦＦＲ圧力測定は、冠血管ジオメトリの血管造影に基づいた評価と組み合わされる。介入前に生成された血管モデルに及び介入性圧力値に基づいて流量及び心筋レジスタンスデータを加えるために、高度計算流体力学モデルが用いられ得る。これらのデータが介入前に利用可能である場合に、圧力測定のための最も最適な位置の場所が前もって計算可能であり、例えば、Ｘ線投影に対する血管樹のオーバーレイによって、介入的循環器専門医に対して介入中にアドバイスが与えることが可能である。

欧州特許出願公開第２６３３８１５（Ａ１）号 国際公開第２００７／０２１２０１（Ａ１）号

流速及び体積流量などのフロー特性を直接測定する代わりに、これらの特性は、ベルヌーイの定理に従って圧力測定から近似され得る。しかし、十分に正確な近似を得るために、圧力測定は、血管系内の関心のある血管野中の適切な測定位置で行われる必要がある。

従って、本発明の目的は、患者の血管系内の関心のある血管の中でフロー特性などの血行動態特性を評価することを可能にする改善された装置を提供することである。

本発明の更なる目的は、圧力測定などの他の血行動態特性の測定から、フロー特性などの血行動態特性を示す診断パラメータを導出するための改善された方法を提供することである。更に具体的には、本発明の目的は、ＣＦＲなどの診断パラメータが高い精度で決定され得る血管系の診断データに基づいて心臓生理学を評価及びモデル化するための装置を提供することである。

従って、冠血管系を評価する装置であって、血管系内の関心のある血管の診断データを受け取る入力ユニットと、第１血行動態特性の第１血行動態値が導出される第１血管内測定位置及び前記第１血行動態特性の第２血行動態値が導出される第２血管内測定位置を、診断データを用いて識別する識別ユニットとを有する装置が提供される。装置は、関心のある血管における第２血行動態特性を表す少なくとも１つの診断パラメータを、第１血行動態値及び第２血行動態値に基づいて計算する計算ユニットを更に有する。

これによって、「関心のある血管」との語は、望ましくは、患者の冠血管系における血管又は血管樹を言い表し得る。より具体的には、「関心のある血管」との語は、患者の血管系における関心のある血管の１つ以上の血管セグメントを言い表し得る。また、「（第１又は第２）血行動態特性」との語は、一般に、患者の血管系内の血行動態を表す任意の特性を言い表し得ることが理解されるべきである。更に、「血行動態値」との語は、血管系の血行動態特性の測定値を言い表し得る。これによって、血行動態値は、関心のある血管の長手軸に沿った特定の血管内位置での測定によって取得される。

いくつかの実施形態で、血行動態特性は、血管壁摩擦、血管壁弾性、血管インピーダンス、血液粘度、血圧、流速、体積流量、血管分岐を通る体積流出量、などのような特性を指し得る。これに関連して、第１及び第２血行動態値は、特に、関心のある血管内の圧力のような第１血行動態特性について導出され、その後に、体積流量のような第２血行動態特性を表す診断パラメータを計算するために使用されてよい。従って、第１血行動態特性は、第１血行動態特性とは異なる第２血行動態特性を導出するために使用されてよい。

「診断データ」との語は、関心のある血管を含む血管系を表すあらゆる種類の測定データも言い表し得る。より具体的には、診断データは、Ｘ線走査、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、Ｘ線血管造影、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）、単一光子放射断層撮影（ＳＰＥＣＴ）、超音波撮像、などのような撮像モダリティによって取得された診断画像データを有してよい。これによって、診断画像データは、単一の二次元若しくは三次元診断画像又は特定の時間スパンにわたって収集された時系列の診断画像を有してよい。診断画像データは、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）、ＣＴ及び／又はＰＥＴを用いて取得されたかん流データに関係があってよい。

診断データは、インシチューで実行された血管内測定によって、すなわち、関心のある血管内から、取得された測定データを更に有してよい。それを達成するために、診断データは、関心のある血管内に導入されるカテーテルに取り付けられた測定デバイスによって取得された血管内超音波（ＩＶＵＳ）及び／又は光干渉断層撮影（ＯＣＴ）のような血管内撮像モダリティを用いて取得された血管内画像データを有してよい。血管内画像データは、単一の血管内画像、又は時間にわたって同じ血管内測定位置について収集される時系列の血管内画像を有してよい。追加的に、又は代替的に、血管内画像データはまた、血管を通ってカテーテルをゆっくりと引き戻すことによって、又は複数の血管内測定位置で複数の血管内画像を取得することによって、収集されてもよい。

診断データはまた、血管内測定の間に取得された血管内測定データを有してよい。この血管内測定データは、特に、プルバックデータ（pullback data）を指し得る。「プルバックデータ」との語は、一般に、関心のある血管の長手軸に沿った複数の血管内位置で決定される複数の血行動態値に関する。プルバックデータは、複数の血行動態値の決定の開始位置からこの決定の終了位置までの間の距離として定義される特定のプルバック長について取得される。プルバックデータは、例えば、関心のある血管に沿って圧力勾配を決定するために使用されてよい、すなわち、通常、遠位位置から始まって近位位置で終わる複数の血管内位置について複数の圧力値を決定するために使用されてよい。これに関連して、「近位」及び「遠位」との語は、それらの従来の意味内で、すなわち、身体の主な質量から近い位置及び遠い位置を夫々定義するものとして、理解されるべきである。冠血管に関して、冠血管の長手軸に沿って見られる場合に、近位位置は、心臓により近い位置であり、遠位位置は、近位位置と比較して心臓からより遠い位置に関する。

「測定位置」との語は、一般に、第１血行動態特性の血行動態値が測定され得る血管内位置を言い表し得る。第１血行動態特性のこの測定は、例えば、診断データが（圧力）プルバックデータを有する場合に、診断データ取得の部分として実行されてよい。代替的に、又は追加的に、第１血行動態特性の測定は、診断データによる第１及び第２測定位置の識別に続く更なる測定ステップで実行されてもよい。

従って、第１の場合に、第１及び第２測定位置での第１及び第２血行動態値の導出は、特に、既に取得された診断データから、識別された第１及び第２測定位置で測定される第１及び第２血行動態値を決定することを指す。それと対照的に、第２の場合に、第１及び第２血行動態値の導出は、第１及び第２測定位置が診断データから識別され、その後に、第１血行動態特性の（血管内）測定が、第１及び第２血行動態値を測定するために第１及び第２測定位置で実行される状況を指す。これらの異なったアプローチの詳細は、様々な実施形態に関して本明細書中で後述される。

第１及び第２測定位置を識別するために診断データを使用することは、第１血行動態特性の測定値を取得するための最適な測定位置を決定することを可能にし、これによって、そのような位置で取得された値は、第２血行動態特性の改善された近似、すなわち計算、を可能にする。

いくつかの実施形態で、第１血行動態特性は、関心のある血管における圧力を有する。従って、第１血行動態特性について導出される血行動態値は、血管内圧力値である。上述されたように、圧力値は、特に、フロー特性のような更なる血行動態特性を導出するのに適している。より具体的には、血流特性が、ベルヌーイの定理に従って、測定された圧力値から導出され得る。

ベルヌーイの定理は、特に、（人間及び動物の血液のような）非圧縮性流体の流速の増大が圧力の低下と同時に起こることを定義する圧力対流速に関する。摩擦損失及び流体の位置エネルギの変化が無視される場合に、第１測定位置（１）と第２測定位置（２）との間の流速ｖの局所変化は、

Δｐ＝ｐ_１−ｐ_２＝（ρ／２）・（ｖ_２ ^２−ｖ_１ ^２）

として、それらの位置の間の圧力ｐの変化を定義する。ここで、ρは流体の密度である。

更に、関心のある血管内の体積流量Ｑは、一般に、

Ｑ＝ｖＡ

と決定され得る。ここで、Ａは、関心のある血管の特定の位置での（すなわち、特定の血管セグメントにおける）断面（血管）面積であり、ｖは、関心のある血管を通る流速である。血管内に病変及び／又は狭隘化がある場合に、断面積Ａは変化する。関心のある血管からの流出が夫々の血管セグメント内で起こる可能性がある分岐がないことにより、体積流量Ｑが、考慮されるべき血管セグメントの長さに沿って一定であると考えられ得る場合に、断面積Ａの変化は、考えられている血管セグメントに沿った局所流速の変化を生じさせる。従って、体積流量Ｑは、その血管セグメントにおいて第１測定位置（１）及び第２測定位置（２）で等しいと考えられ得る：

Ｑ＝ｖ_１Ａ_１＝ｖ_２Ａ_２

そのようなものとして、第１測定位置（１）と第２測定位置（２）との間の圧力差Δｐ＝ｐ_１−ｐ_２を測定し、局所断面積Ａ_１及びＡ_２を決定することによって、体積流量は、

Ｑ＝Ａ_１Ａ_２√（（ρ／２）・（（ｐ_１−ｐ_２）／（Ａ_１ ^２−Ａ_２ ^２）））

に従って計算により求められ得る。

充血（hyperemic）（Ｑ_Ｈ）及び安静時（resting）（Ｑ_Ｒ）条件下の体積流量の比に対応する冠血流予備能（Coronary Flow Reserve；ＣＦＲ）のような流量比は、よって、

ＣＦＲ＝（Ｑ_Ｈ＝Ａ_１Ａ_２√（（ρ／２）・（Δｐ_Ｈ／（Ａ_１ ^２−Ａ_２ ^２））））／（Ｑ_Ｒ＝Ａ_１Ａ_２√（（ρ／２）・（Δｐ_Ｒ／（Ａ_１ ^２−Ａ_２ ^２））））＝√（Δｐ_Ｈ／Δｐ_Ｒ）

に従って導出され得る。

この場合に、圧力値は、充血及び安静時の両方の状態について夫々、第１測定位置及び第２測定位置で取得されるべきであることが理解されるべきである。

よって、フローに関連した血行動態特性は、潜在的に、少なくとも２つの測定位置で実行された圧力測定から導出され得る。フローに関連した血行動態特性についての正確なパラメータを導出するために、しかしながら、圧力測定は２つの任意の位置で実行されないことがある。むしろ、第１及び第２測定位置での流速、従って圧力値は互いに有意に異なることが確かにされる必要があり、それにより、圧力値を測定する圧力プローブの精度が限られている場合でさえ、圧力差Δｐ＝ｐ_１−ｐ_２も十分に測定され得る。

それを達成するために、いくつかの実施形態で、第１血管内測定位置及び第２血管内測定位置を識別することは、少なくとも１つの候補位置での関心のある血管における第２血行動態特性の局所変化を予測することと、少なくとも１つの候補位置を第１血管内測定位置として識別することと、少なくとも１つの候補位置以外の他の血管内位置を第２血管内測定位置として識別することとを有する。

本明細書で上述されたように、フロー特性は、圧力が有意な差を示す第１及び第２測定位置で取得された圧力値からであってよい。このような第１及び第２測定位置は、通常は、特定の血管又はそのセグメントにおいて見つけられ得る一方で、それらの識別は簡単ではない。いくつかの実施形態で、第１及び第２測定位置は、よって、診断データに基づいて識別される。

これは、特に、診断データに基づいて、第２血行動態特性の局所変化を予測することによって達成され得る。いくつかの実施形態で、この第２血行動態特性は、特に、流速に関係があってよく、診断データは、関心のある血管における長手軸に沿った特定の位置での局所流速の増大又は低減を予想するために使用されてよい。

予測することは、使用される診断データの種類に応じて、様々な方法で実行されてよい。夫々の撮像モダリティによって取得される診断画像データ及び／又は血管内画像データの場合に、予測することは、特に、画像データにおいて、関心のある血管の断面積の局所変化（例えば、関心のある血管内の病変及び／又は狭隘化に起因する）を検出することによって実行されてよい。既に述べられたように、体積流量は血管にわたって一定であるべきであるから、血管からのいかなる流出も考慮しない場合に、血管の断面積の変化は、同じ量の血液が異なる断面積を通るはずであるから、流速の変化を示す。従って、画像データから、病変及び／又は狭隘化の位置で、第２血行動態特性としての流速は、局所的な変化、すなわち値の増大又は低減、を示すことが予測され得る。

第１血行動態特性の複数の血行動態値を有するプルバックデータの場合に、血行動態値は、第２血行動態特性の値の変化を予測するために使用されてよい。上述されたように、異なる血行動態特性は、流体力学の法則に従って互いに関係がある。従って、第１血行動態特性についての複数の値を提供するプルバックデータから、第２血行動態特性を示す少なくとも１つの診断パラメータを導出することが可能である。

いくつかの実施形態で、プルバックデータは、特に、遠位位置から始まって近位位置で終わる関心のある血管の長手軸に沿った複数の位置で取得された複数の圧力値を有してよい。従って、第１血行動態特性は、関心のある血管内の圧力に関係があってよい。この場合における第２血行動態特性は、特に、流速であってよい。本明細書で上述されたように、圧力及び流速は、ベルヌーイの定理を介して関係づけられ、よって、局所流速の変化は圧力の変化ももたらすことになる。従って、複数の圧力値を有する圧力プルバック曲線を考えることによって、局所圧力変化、特に局所圧力低下が、識別され得る。そのような局所圧力変化の位置では、流速の変化が予測され得る。

そのようなものとして、画像データ及びプルバックデータの両方の場合で、結局、特定の位置での流速の変化が予測され得る。

次いで、流速の前記変化の位置は、第１測定位置の候補位置、すなわち、第２測定位置で測定される第２血行動態値と有意に異なる第１血行動態値が決定され得る位置、として識別され得る。そのような差異を確かにするために、第２測定位置は、通常、狭隘化及び／又は病変によって影響を及ぼされないと考えられる更なる血管内位置として識別される。従って、更なる血管内位置は、狭隘化及び／又は病変によって引き起こされる乱れが残存しないように、狭隘化及び／又は病変から十分に遠く離れて位置すべきであり、一方、同時に、摩擦損失及び小血管への流出のような副作用が大きすぎて近似において無視できなくなるほどに狭隘化及び／又は病変から遠く離れすぎて位置すべきではない。

よって、更なる血管内位置は、第２血行動態値が第１血行動態値と有意に異なるように、第２血行動態値の測定が実行され得る血管内の更なる位置とみなしてよい。この更なる血管内位置は、これによって、候補位置の近位又は遠位に位置してよい。

いくつかの実施形態で、第１及び第２測定位置は両方とも、特に、狭隘化及び／又は病変によって定義されてよく、第１測定位置として識別される候補位置は、狭隘化及び／又は病変の位置に、すなわち、狭隘化及び／又は病変の中に位置し、第２測定位置として指定される更なる血管内位置は、関心のある血管の長手軸に沿って狭隘化及び／又は病変から更に離れて位置する。いくつかの実施形態で、更なる血管内位置は、適切な第２測定位置として適任であるために、特に、関心のある血管の長手軸に沿って、約０．５から２ｃｍ、より具体的には１ｃｍだけ、第１測定位置として識別される第１測定位置から離されてよい。より具体的には、更なる血管内位置は、狭隘化及び／又は病変から、よって、第１測定位置として指定された候補位置から１ｃｍ近く又は遠くに位置してよい。

代替的に、又は追加的に、第２測定位置の識別はまた、更なる及び／又は異なる基準を用いて実行されてもよい。いくつかの実施形態で、関心のある血管の健康に見える血管セグメントは、夫々の診断画像データ及び／又は血管内画像データを用いて識別されてよい。それを達成するために、「健康」との語は、特に、いかなる狭隘化及び／又は病変も示さない血管セグメントを指す。更なる血管内測定位置は、この健康に見える血管セグメントに位置し、ここに位置することにより、第２測定位置として識別されてよい。

診断データがプルバックデータを含むいくつかの実施形態で、プルバックデータをもたらすプルバック曲線が考えられ得る。プルバック曲線が複数の血管内位置に沿った連続的な勾配を示す場合に、これは、健康な血管セグメントを示すと考えられ得る。次いで、血管セグメントに位置する血管内位置は、第２測定位置として識別されてよい。

代替的に、及び／又は追加的に、第２測定位置の識別は、候補位置と更なる血管内位置との間の分岐の存在及び／又は不存在に少なくとも部分的に基づいて実行されてよい。より具体的には、更なる血管内位置は、第１測定位置として識別される候補位置とそれ自体との間に分岐が存在しない場合には、第２測定位置として識別されてよく、候補位置と更なる血管内測定位置との間に分岐が存在する場合には、第２測定位置として識別され得ない。

このようにして第１及び第２測定位置を識別することによって、これらの位置で取得される第１及び第２血行動態値は互いに有意に異なることが確かにされ得る。より具体的には、このようにして第１及び第２測定位置を選択することは、可能な測定精度に関わらず、第２血行動態特性を示す診断パラメータを近似することを可能にし得る。

いくつかの実施形態で、診断データは、関心のある血管の少なくとも１つの診断画像を含む。これによって、第１血管内測定位置及び第２血管内測定位置を識別することは、関心のある血管を複数のセグメントに分けることと、複数のセグメントの夫々について、関心のある血管の長手軸に沿った複数の血管内位置での関心のある血管についての複数の幾何学パラメータ値を導出することと、複数の血管内位置での複数の幾何学パラメータ値から、複数の血管内位置の中の少なくとも１つの候補位置での関心のある血管の狭隘化を示す少なくとも１つの幾何学パラメータ値を特定することとを有し、狭隘化の少なくとも１つの候補位置は、第１血管内測定位置として識別され、少なくとも１つの候補位置以外の更なる血管内位置は、第２血管内測定位置として識別される。

いくつかの実施形態で、第１及び第２測定位置の識別は、Ｘ線走査、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、Ｘ線血管造影、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）、単一光子放射断層撮影（ＳＰＥＣＴ）、超音波撮像、などのような夫々の撮像モダリティによって取得された、関心のある血管を含む血管系の少なくとも１つの診断画像を用いて、実行されてよい。いくつかの具体的な実施形態で、少なくとも１つの診断画像は、特に、単一の二次元Ｘ線血管造影画像を指し得る。

これらの実施形態に従って、第１及び第２測定位置は、最初に、少なくとも１つの診断画像を考えることによって識別される。その後、圧力値のような血行動態値の測定が、このようにして識別された第１及び第２測定位置で実行される。

このために、少なくとも１つの診断画像において撮像される関心のある血管は、複数のセグメントに分けられる。関心のある血管をセグメント化することは、診断画像において表されている関心のある血管を夫々の血管セグメントに分けることに対応することが理解されるべきである。

セグメントの夫々について、関心のある血管についての複数の幾何学パラメータ値は、複数の血管内位置で導出されてよい。これに関連して、「幾何学パラメータ」との語は、関心のある血管の形状を表す任意のパラメータを言い表し得る。いくつかの実施形態で、幾何学パラメータは、特に、関心のある血管の断面積を指し得る。いくつかの実施形態で、幾何学パラメータはまた、血管の内部形状又は同様の幾何学測定を指し得る。これによって、断面積の値のような、少なくとも１つの幾何学パラメータについての値は、関心のある血管の長手軸に沿った複数の血管内位置について決定されてよい。従って、複数の幾何学パラメータ値は、関心のある血管の長手軸に沿った夫々の血管内位置について夫々決定された値を指す。

いくつかの実施形態で、幾何学パラメータ値は、少なくとも１つの血管内位置での関心のある血管の病変及び／又は狭隘化を識別するために使用される。病変及び／又は狭隘化が識別された血管内位置は、次いで、候補位置、すなわち、第１測定位置の潜在的な候補、として指定される。病変及び／又は狭隘化が複数の血管内位置で識別された場合に、これらの血管内位置のうちの１つが候補位置として選択されてよい。より具体的には、血管の形状を示す幾何学パラメータについての複数の値が考えられ、値の変化が決定される。値の変化は、関心のある血管内の病変及び／又は狭隘化を示す。１つの具体的な実施形態で、断面積が幾何学パラメータとして考えられ、その断面積の変化が病変及び／又は狭隘化を示すと見なされる。

上述されたように、断面積が変化するそのような位置では、一定の体積流量が仮定される場合に、局所流速が有意に変化する。従って、少なくとも１つの診断画像から識別される病変及び／又は狭隘化の血管内位置は、第１測定位置についての可能な候補と見なされてよい。その後、このように識別された候補位置の近位又は遠位に位置する更なる血管内位置が考えられ、第２測定位置として指定されてよい。次のステップでは、第１及び第２測定位置で、夫々の第１血行動態値特性を測定し、夫々の第１及び第２の値を取得することによって、第１血行動態特性の第１及び第２血行動態値の導出が行われる。

いくつかの実施形態で、装置は、関心のある血管の、流体力学モデルを含む生理学的モデルを、少なくとも１つの診断画像に基づいて生成するモデル化ユニットを更に有してよく、第２血行動態特性を表す少なくとも１つの診断パラメータを計算することは、流体力学モデルに基づいて実行される。

いくつかの実施形態で、流体力学モデルを含む生理学的モデルは、診断パラメータを計算するために使用される。これによって、生理学的モデルは、関心のある血管の少なくとも１つの診断画像から取得されてよい。いくつかの実施形態で、生理学的モデルは、特に、関心のある血管の単一の診断画像から取得されてよい。診断画像は、これによって、その診断画像から生理学的モデルを生成するためにモデル化ユニットによって使用されてよい。生理学的モデルの生成は、特に、撮像される関心のある血管のセグメンテーションを有してよい。このセグメンテーションは、生理学的モデルを生成する目的でモデル化ユニットによって実行されてよい。代替的に、第１及び第２測定位置を識別するために識別ユニットによって実行される血管セグメンテーションが使用されてもよい。

このセグメンテーションに基づいて、生理学的モデルは、関心のある血管の１つ以上の血管セグメントを表すように生成されてよい。それを達成するために、生理学的モデルは、関心のある血管の夫々のセグメントを通る特に血液の流体力学をシミュレーションするための流体力学モデルを有してよい。それを達成するために、流体力学モデルは、血管壁、すなわち、血液が流れている血管の内面、との血液の相互作用をシミュレーションする計算を実行することによって、生成されてよい。そのような相互作用は、血管壁組成、血管壁弾性及び血管インピーダンス、血管内の分岐、並びに血液粘度のような血管の特定の血行動態特性を考慮する夫々の境界条件によって、定義されてよい。このために、生成された境界条件が使用されてよく、それらは全ての患者について又は特定の患者グループ（年齢、性別、生理的条件、などによって区別される）について類似している。代替的に、又は追加的に、特定の患者について導出された患者特有境界条件が、流体力学モデルの計算のために使用されてもよい。

実施形態において、流体力学モデルは、特に、集中パラメータモデルを指し得る。そのような集中パラメータモデルで、血管の流体力学は、個別のエンティティのトポロジによって近似される。より具体的には、集中パラメータモデルで、血管抵抗は、直列な抵抗素子によって近似され、一方、血管の終端は、接地を表す素子によって表される。よって、血管樹は、血管樹が夫々の接地素子によって終端されている表現とともに、特定の抵抗を夫々有している抵抗器のトポロジによって表現されてよい。このような集中パラメータモデルは、ナビエ−ストークス（Navier-Stokes）などのような他のアプローチと比較して次元の数を減らす。従って、集中パラメータモデルを使用することは、血管内の流体力学の計算を簡単にすることができ、最終的に、処理時間の低減をもたらし得る。

流体力学モデルに加えて、又はそれに代えて、生理学的モデルはまた、関心のある血管の形状を表す幾何学モデルを有してもよい。幾何学モデルは、これによって、関心のある血管又はそのセグメントの二次元（２Ｄ）又は三次元（３Ｄ）幾何学表現であってよい。本発明の特定の実施形態では、幾何学モデルは、第三の次元が血管の円形状を仮定することによって近似される２Ｄ血管造影画像データから導出された２Ｄモデルであってよい。

いくつかの実施形態で、各血管（セグメント）を通る流体力学及び形状は、生理学的モデルに含まれる流体力学モデル及び幾何学モデルを夫々用いてシミュレーションされてよい。従って、第２血行動態特性を表す診断パラメータの計算は、例えば、診断データ及び／又は第１及び第２血行動態値から導出される夫々の境界条件に基づいて、関心のある血管における第２血行動態パラメータをシミュレーションすることによって、流体力学モデルを用いて実行されてよい。

いくつかの実施形態で、第１血管内測定位置及び第２血管内測定位置を識別することは、関心のある血管における分岐の場所を診断画像に基づいて決定することと、分岐が、関心のある血管の長手軸に沿って更なる血管内位置に近接する場所に位置していると決定される場合に、更なる血管内位置を除くこととを更に有する。

診断パラメータを計算するための上記アプローチは、関心のある血管からの血液の流出が、第１及び第２測定位置を含むセグメントで起こらないとの近似を使用する。実際には、病変及び／又は狭隘化が分岐の近くに位置する可能性がある。すなわち、分岐は、病変及び／又は狭隘化の近位及び／又は遠位で特定される可能性がある。血液のそのような分岐部分を、小血管への流出（及びそれから流入）が通ることで、第１測定位置と、第２測定位置として選択され得る１つ以上の血管内位置との間では、一定でない体積流量がもたらされる。

この場合に、選択は、第２血行動態特性の正確な近似を依然として得るために、そのような血管内位置の除外を含むべきである。すなわち、第１及び第２測定位置は、第１及び第２測定位置の間で小血管への流出が起こらないように選択されるべきである。それに関連して、流出が起こらないとの要件は、精度の視点から流出が無視可能であるほど小血管（及び対応する分岐）が十分に小さい状況も包含すると理解されるべきであることが理解されるべきである。更に、「近接する」との語は、特に、第１測定位置として選択された候補位置と、潜在的な第２測定位置とみなされた更なる血管内位置との間にある位置に位置している分岐を指し得る。

この目的を達成するために、いくつかの実施形態で、少なくとも１つの診断画像は、評価のために考慮される血管又は血管セグメントに沿って血管分岐を特定するために使用される。分岐は、特に、手動で又は、分岐が診断画像において直接目に見える場合には、画像処理によって、直接診断画像から分離を導出することによって特定され得る。

代替的に、又は追加的に、分岐はまた、本明細書で上述されるように、関心のある血管の各セグメントについて診断画像から決定された１つ以上の幾何学パラメータに基づいて、特定されてもよい。この特定は、特に、血管分岐の表れとみなされ得る前記幾何学パラメータ値の局所変化（すなわち、増大又は低減）を検出するために、各血管（セグメント）における複数の血管内位置についての幾何学パラメータ値を考えることによって、実行されてよい。いくつかの実施形態で、この幾何学パラメータ値は、特に、生理学的モデルに含まれる幾何学モデルに基づいて推定により導出されてよい。

従って、第１測定位置として指定された候補位置と、候補位置以外の少なくとも１つの更なる血管内位置との間において分岐が特定されると、前記少なくとも１つの血管内位置は、潜在的な第２測定位置として除外されてよい。すなわち、特定の血管内位置は、分岐がその血管内位置に近接することにより第２測定位置として不適切であると認められ、そして、別の第２測定位置が識別されてよい。適切な第２測定位置が見つけられ得ない場合に、装置は、次いで、別の第１測定位置を識別しようと試みてよい。代替的に、又は追加的に、流出補正が実行されてよく、分岐を通る流出についての近似を補正する。

従って、いくつかの実施形態で、第１血管内測定位置及び第２血管内測定位置を識別することは、更なる血管内位置に近接する関心のある血管における分岐の場所を、診断画像に基づいて決定することを更に有し、流体力学モデルに基づいて少なくとも１つの診断パラメータを計算することは、流体力学モデルを用いて分岐を通る流出をシミュレーションすることによる少なくとも１つの診断パラメータの補正を有する。

いくつかの実施形態で、第２測定位置の除外は、第１及び第２測定位置の間に分岐が存在しない場合には行われない。むしろ、分岐を通る流出を考慮するように、第２血行動態特性の計算が補正されるアプローチが続く。

本明細書で上述されたように、第１及び第２測定位置の間に血管分岐がある場合に、体積流量Ｑは、両方の位置について一定でない。むしろ、第２測定位置での体積流量Ｑ_２は、局所流出量ΔＱだけ、第１測定位置での体積流量Ｑ_１とは異なる：

Ｑ２＝Ｑ１−ΔＱ

局所流出量ΔＱは、特に、生理学的モデルに含まれる流体力学モデルを用いてモデル化されてよい。より具体的には、分岐のサイズ及び位置は、夫々の分岐からの流出量をシミュレーションするために、流体力学モデルにおいて追加の境界条件として使用されてよい。

いくつかの実施形態で、夫々の分岐を通る流出を決定するために、マレー（Murray）の法則が使用されてよい。マレーの法則に従って、次の関係が成り立つ：

Ｑ＝ｋ＊Ｄ^３

これによって、Ｑは体積流量に対応し、Ｄは血管の直径であり、ｋは比例定数である。例となる実施形態では、マレーの法則が体積流量Ｑを決定するために使用されるが、他の相関Ｑ（Ｄ）も、特に血管系の他の部分について、体積流量と血管の直径との間の関係を表すために使用されてよいことが理解されるべきである。

上述されたように、第１測定位置と第２測定位置との間に分岐が位置する場合に、流出量は、第１測定位置での体積流量と第２測定位置での体積流量との間の差によって表されてよい：

ΔＱ＝Ｑ_１−Ｑ_２

流体力学モデルを含む生理学的モデルは、このようにして、血管における比例定数を推定することと、診断画像データに基づいて第１及び第２測定位置での血管の直径Ｄ_１、Ｄ_２をモデル化することとによって、マレーの法則を用いて局所流出量をモデル化してよい。これは、マレーの法則を用いて第１及び第２測定位置での体積流量を決定することを可能にする：

Ｑ_１＝ｋ＊Ｄ_１ ^３，Ｑ_２＝ｋ＊Ｄ_２ ^３

局所流出量ΔＱは、このようにして決定された値Ｑ_１、Ｑ_２の間の差としてシミュレーションされてよい。

いくつかの実施形態で、流体力学モデルは、集中パラメータモデルであってよく、分岐を通る流出は、出口抵抗が診断画像から導出される分岐のサイズに依存する夫々の抵抗素子によって推定されてよい。

いくつかの更なる実施形態で、流体力学モデルに基づいて少なくとも１つの診断パラメータを計算することは、流体力学モデルを用いて第１血管内測定位置と第２血管内測定位置との間の血管摩擦をシミュレーションすることによる少なくとも１つの診断パラメータの補正を有する。

いくつかの実施形態で、摩擦による第１及び第２測定位置の間の圧力損失は、第２血行動態特性の計算において考慮されてよい。これは、特に、摩擦による圧力損失が大きすぎて、第２血行動態特性を表す診断パラメータの正確な近似において無視され得ない場合に、実行されてよい。この場合に、第１及び第２測定位置での圧力値の間の関係は、

ｐ_１−ｐ_２−Δｐ_Ｆ＝（ρ／２）・（ｖ_２ ^２−ｖ_１ ^２）

になる。ここで、Δｐ_Ｆは、摩擦による圧力損失に対応する。

これによって、圧力損失Δｐ_Ｆが推定されるべきである。これは、特に、第１及び第２測定位置の間での圧力損失を含め、関心のある血管に沿った圧力損失をシミュレーションする流体力学モデルに夫々の境界条件を含めることによって、実行されてよい。流体力学モデルが集中パラメータモデルとして実装されるいくつかの実施形態で、摩擦は、夫々の抵抗素子によってシミュレーションされてよい。いくつかの実施形態で、有限要素アプローチが、代替的に使用されてもよい。

いくつかの実施形態で、診断データは、関心のある血管の長手軸に沿った複数の血管内位置でプルバック記録手段によってインシチューで（in-situ）取得された第１血行動態特性の複数の血行動態値を有する血管内プルバックデータを含む。更に、第１血管内測定位置及び第２血管内測定位置を識別することは、複数の血管内位置で取得された複数の血行動態値から、複数の血管内位置の中の少なくとも１つの候補位置での局所変化を示す少なくとも１つの血行動態値を特定することを有し、少なくとも１つの候補位置は、第１血管内測定位置として識別され、少なくとも１つの候補位置以外の更なる血管内位置は、第２血管内測定位置として識別される。

いくつかの実施形態で、診断データは、関心のある血管からインシチューで取得されたプルバックデータを有してよい。いくつかの実施形態で、プルバックデータは、特に、圧力プルバックデータを指し得る。上述されたように、プルバックデータは、特定のプルバック長について関心のある血管を通って測定ワイヤを引き、前記プルバック長に沿った複数の血管内位置について複数の測定値を取得することによって、取得される。圧力プルバックデータが取得される場合に、使用される測定デバイスは、通常は、圧力プローブを有するワイヤであってよい。圧力プローブは、次いで、複数の血管内位置で複数の圧力値を収集するために使用され、それによって、夫々のプルバック曲線、すなわち、血管内位置の関数として圧力値を表す曲線が得られる。

このようにして取得された圧力曲線は、局所的な変化、すなわち、１つ以上の特定の血管内位置での圧力値の局所的な増大又は低下、を示すことがある。上述されたように、ベルヌーイの定理に従って、圧力（値）の変化はまた、流速の変化を示す。より具体的には、圧力値の低下は、流速の増大を引き起こし、その逆もしかりである。従って、圧力値の局所的な変化は、第１測定位置のための適切な候補位置を示す。従って、局所的な変化が検出される血管内位置の夫々は、第１測定位置のための候補位置として使用されてよい。その後に、候補位置（すなわち、第１測定位置）の近位又は遠位の更なる血管内測定位置が、第２測定位置として識別される。

第１及び第２測定位置を識別するために圧力プルバックデータを使用することは、２つの測定、すなわち、１つは測定位置を識別するための測定、並びにもう１つは第１及び第２測定位置を導出するための測定、を行う必要性を回避する。むしろ、このアプローチでは、第１及び第２血行動態値の導出は、既に取得されたプルバック曲線に対して、第１及び第２測定位置について前記曲線の夫々の値を選択することによって直接に実行されてよい。

このアプローチは、血管の断面積を導出することを可能にしないことが理解されるべきである。従って、体積流量は、プルバックデータのみからは決定され得ない。しかし、臨床的に関連する指標としての冠血流予備能（Coronary Flow Reserve；ＣＦＲ）は、

ＣＦＲ＝√（Δｐ_Ｈ／Δｐ_Ｒ）

に従って体積流量を知らずに近似され得るので、フローを示す診断パラメータとしてのＣＦＲは依然として、圧力プルバックデータから直接に求められ得る。従って、この実施形態は、血管形状の知識が決定される必要がない、臨床的に関連する診断パラメータを決定するための簡単なアプローチに相当し得る。

１つ以上の更なる実施形態で、診断データは、関心のある血管の少なくとも１つの診断画像を更に含む。更に、第１血管内測定位置及び第２血管内測定位置を識別することは、血管内プルバックデータに対する少なくとも１つの診断画像の相互レジストレーション（co-registering）と、少なくとも１つの診断画像において第１血管内測定位置及び第２血管内測定位置を示すこととを更に有する。

いくつかの実施形態で、圧力プルバックデータは更に、断面積のような幾何学パラメータの決定を必要とする診断パラメータを得るために使用されてもよい。このために、診断データは更に、少なくとも１つの診断画像を有してよい。診断画像及びプルバックデータは、相互レジストレーションされてよい。診断画像及びプルバックデータを相互レジストレーションすることは、プルバックデータの血管内位置の夫々又はいくつかについて、関心のある血管の診断画像内の対応する血管位置が決定される処理を指す。従って、２つの測定モダリティが相互に関連付けされる。

そのような相互レジストレーションは、プルバックデータから識別される第１及び第２測定位置に対応する診断画像内の血管位置を決定することを可能にする。これらの血管位置は、次いで、診断画像において示されてよい。

それを達成するために、「示す」との語は、特に、装置内の処理を言い表してよく、その処理において、装置は、撮像された血管内のどの位置が第１及び第２測定位置に対応するかという情報を提供される。この指示に基づいて、装置は、次いで、血管形状に関する、従って体積流量に関する情報を得るために、複数の画像処理ステップなどを実行してよい。いくつかの実施形態で、装置は、特に、診断画像から第１及び第２測定位置での断面積を導出してよい。それを達成するために、装置は、第１及び第２測定位置を含む血管セグメントについての生理学的モデルを生成するためにモデル化ユニットを用いてよい。この生理学的モデルは、流体力学モデル及び／又は幾何学モデルを有してよい。装置は、少なくとも第１及び第２測定位置での幾何学パラメータ値、例えば断面積を導出するために幾何学モデルを使用してよい。

更に、装置は、診断画像内で第１及び第２測定位置を強調表示する矢印又は円のような第１及び／又は第２インジケータを含む撮像された血管のグラフィカル表現を生成するために指示を使用してもよい。装置は、次いで、表示ユニットにそのようなグラフィカル表現を表示させてもよい。これは、ユーザ、特に医師が、第１及び第２測定位置の適切な選択を視覚的に確かめることを可能にし得る。

これに関連して、診断画像が関心のある血管のグラフィカル表現を生成するために使用される場合は、診断データがプルバックデータを含む場合に限られないことが理解されるべきである。同様に、装置は、診断データが画像データを含む場合に、撮像された血管のグラフィカル表現を生成することが可能である。この場合に、第１及び第２測定位置の識別時に、装置は、夫々のインジケータをグラフィカル表現に挿入するためにこの指示を直接使用し、このようにして生成されたグラフィカル表現を夫々の表示ユニットに供給してよい。この表示ユニットは、特に、コンピュータスクリーン、ＬＣＤディスプレイなどを有してよい。

いくつかの実施形態で、少なくとも１つの診断パラメータを計算することは、関心のある血管における血流の冠血流予備能及び／又は体積流量及び／又は流速の決定を有する。

第１及び第２測定位置で取得された第１及び第２血行動態値は、特に、冠血流予備能（ＣＦＲ）、体積流量Ｑ、流速ｖ又は同様の血行動態特性を表す診断パラメータを計算するために使用されてよい。これに関連して、計算することは、第１及び第２測定位置で測定された第１血行動態特性が関心のある血管内の圧力に関する場合に特にうまく実行され得る。本明細書で先に推敲されたように、圧力値は、ベルヌーイの定理、マレーの法則、などのような夫々の流体力学法則に従って、フローに関連した特性の計算を可能にする。

更なる態様に従って、冠血管系を評価する方法が提供される。方法は、血管系内の関心のある血管の診断データを受け取ることと、第１血行動態特性の第１血行動態値が導出される第１血管内測定位置及び第１血行動態特性の第２血行動態値が導出される第２血管内測定位置を、診断データを用いて識別することと、関心のある血管における第２血行動態特性を表す少なくとも１つの診断パラメータを第１血行動態値及び第２血行動態値に基づいて計算することとを有する。

いくつかの実施形態で、方法は、第１血管内測定位置及び第２血管内測定位置を識別することが第１血管内測定位置及び第２血管内測定位置をユーザに示すことを有することを更に有してよい。

いくつかの実施形態で、方法は、ユーザが、識別された第１及び第２測定位置を夫々の指示によって提示されるステップを更に有する。この指示は、特に、関心のある血管のグラフィカル表現並びに第１及び第２測定位置に対する夫々のインジケータによって、視覚的指示に関係があってよい。代替的に、又は追加的に、指示はまた、関心のある血管の長手軸に対する位置が口語体又は文語体で示されるという意味で聴覚的又は視覚的であってもよい。

指示に応答して、ユーザは、次いで、第１測定位置での第１血行動態値及び第２測定位置での第２血行動態値を得るために、血管内測定デバイスを然るべく位置づけてよい。すなわち、ユーザは、血管内測定デバイスを関心のある血管に導入し、測定プローブ、例えば、圧力測定の場合に圧力プローブが第１測定位置に、そしてその後に第２測定位置に位置づけられるように位置を調整する。血管内測定デバイスは、同様に、最初に第２測定位置に位置づけられ、そしてその後に第１測定位置へ動かされてもよいことが理解されるべきである。

ユーザに示すことは、他の指示を更に有してもよい。いくつかの実施形態で、これらの指示は、特に、関心のある血管の更なる情報及び／又はそれを評価するために実行されるプロシージャに関係があってよい。それを達成するために、示すことは、診断データを得るために使用される診断測定モダリティに関する情報を供給すること、患者の健康状態及び／又は合併症に関する情報を供給すること、などを有してよい。いくつかの実施形態で、示すことは、特に、第１及び／又は第２測定位置が特定の関心のある血管（セグメント）について識別され得ないことを示すことを有してよい。

更なる態様では、上記の実施形態のいずれかに従って装置を制御するコンピュータプログラムが提供される。コンピュータプログラムは、処理ユニットによって実行される場合に、その実施形態の１つ以上に従う方法を実行するよう構成される。更なる態様では、コンピュータプログラムが記憶されているコンピュータ可読媒体が提供される。

請求項１の装置、請求項１２の方法、請求項１４のコンピュータプログラム、及び請求項１５のコンピュータ可読媒体は、特に、従属請求項で定義される類似した及び／又は同じ好適な実施形態を有することが理解されるべきである。

本発明の好適な実施形態はまた、夫々の独立請求項と従属請求項又は上記の実施形態とのいかなる組み合わせでもあることができることが理解されるべきである。

本発明のこれら及び他の態様は、以降で記載される実施形態から明らかであり、それらを参照して説明される。

第１の例となる実施形態に従って冠血管系を評価する装置を概略的に表す。 第１の例となる実施形態に従って冠血管系を評価する方法のフローチャートを表す。 第２の例となる実施形態に従って冠血管系を評価する装置を概略的に表す。 第２の例となる実施形態に従って冠血管系を評価する方法のフローチャートを表す。

図の例示は概略的であり、異なる図面で、類似した又は同じ要素は、同じ参照番号を付与されている。

図１は、血行動態特性を評価する装置１の例となる実施形態を概略的に表す。装置１は、入力ユニット１００、識別ユニット２００、計算ユニット３００、モデル化ユニット４００、及び表示ユニット５００を有する。

入力ユニット１００は、関心のある血管の診断画像１０を受け取る。図１に従う例となる実施形態では、診断画像１０は、Ｘ線血管造影により取得された二次元画像である。入力ユニット１００は、診断画像１０を識別ユニット２００に供給する。

識別ユニット２００は、診断画像１０を受け取り、診断画像１０において表されている関心のある血管の血管セグメンテーションを実行するよう構成される。すなわち、識別ユニット２００は、関心のある血管（の画像）を、関心のある血管の長手軸に沿って複数のセグメントに分ける。識別ユニット２００は、セグメントを考えて、各血管セグメント内の各血管内位置について、１つ以上の幾何学パラメータの値を導出する。図１に従う例となる実施形態では、識別ユニット２００によって導出される１つの幾何学パラメータは、血管の断面積である。よって、識別ユニット２００は、夫々の血管セグメント内の各血管内位置について、血管の対応する断面積を導出する。

断面積に基づいて、識別ユニット２００は、次いで、断面積の変化が観測される血管内位置を決定してよい。図１に従う例となる実施形態では、識別ユニットは、特に、血管の狭隘化が位置する血管内位置を決定する。このために、識別ユニット２００は、各セグメント内の各血管内位置について決定された断面積を比較し、１つの特定のセグメント内の１つの特定の血管内位置での断面積が残りの血管内位置と比較してより小さい場所を決定してよい。より小さい断面積を示す血管内位置は、次いで、第１測定位置のための候補として指定される。その後、候補位置は、第１測定位置に指定される。

識別ユニット２００は、次いで、第１測定位置として指定された候補位置以外の更なる血管内位置を考えて、この更なる血管内位置を第２測定位置として識別する。図１に従う例となる実施形態では、更なる血管内位置は、関心のある血管の長手軸に沿って見る場合に、候補位置から約１ｃｍ遠くにある位置に対応する。識別ユニット２００は、次いで、第１及び第２測定位置に関する情報を入力ユニット１００に供給する。

識別ユニット２００によって識別された第１及び第２測定位置に関する情報を受け取ることに応答して、入力ユニット１００は、第１血行動態特性を表す血行動態測定データ２０を受け取るよう構成される。よって、血行動態測定データ２０は、第１測定位置で測定された第１血行動態特性の第１血行動態値と、第２測定位置で測定された第１血行動態特性の第２血行動態値とを有する。

入力ユニット１００は、特に、第１及び第２測定位置で第１及び第２血行動態値を取得するようにインシチュー測定によって血行動態測定データを取得するために設置された血管内測定デバイスへ指令を供給することによって、あるいは、例えば、グラフィカルユーザインターフェイスを介して、ユーザに第１及び第２測定位置を示して、ユーザが示された第１及び第２測定位置で夫々の測定を実行し得るようにすることによって、第１及び第２血行動態値を含む血行動態測定データ２０を受け取ってよい。

図１に従う例となる実施形態では、血行動態測定データ２０は、患者が安静にしていたときに取得された圧力測定に対応する。従って、第１及び第２測定位置で取得された第１及び第２血行動態値は、第１圧力値ｐ_１及び第２圧力値ｐ_２に対応する。

第１圧力値ｐ_１及び第２圧力値ｐ_２が入力ユニット１００によって受け取られる場合に、入力ユニット１００は、圧力値ｐ_１、ｐ_２を計算ユニット３００へ供給するよう構成される。計算ユニット３００は、関心のある血管の血行動態特性を示す少なくとも１つの診断パラメータを圧力値から計算するよう構成される。

図１に従う例となる実施形態では、計算ユニット３００は、特に、関心のある血管の夫々のセグメントを通る体積流量を計算し、計算された体積流量に関する情報を、測定位置に関する情報とともに、任意に、計算のために使用された圧力値に関する更なる情報とともに、モデル化ユニット４００へ出力する。

更に、モデル化ユニット４００は、識別ユニット２００から、入力ユニット１００によって示された第１及び第２測定位置の間に分岐が存在するとの指示を受け取るよう構成される。それを達成するために、識別ユニット２００は、特に、診断画像１０に基づいて、夫々の画像処理アルゴリズムによってそのような分岐の存在を検出するよう構成される。いくつかの実施形態で、検出はまた、血管（セグメント）について導出された少なくとも１つの幾何学パラメータに基づいて実行されてもよい。

モデル化ユニット４００は、計算された体積流量を計算ユニット３００から受け取る。この近似された体積流量は、２つの測定位置の間に存在する分岐を未だ考慮しない。従って、近似された流量は、測定位置の間での関心のある血管からの流出量を考慮しない。

モデル化ユニット４００は、識別ユニット２００を介して関心のある血管の診断画像１０及び／又はセグメンテーションを更に受け取る。更に、モデル化ユニット４００は、特定された分岐に関する情報を受け取る。

受け取られた情報に応じて、モデル化ユニット４００は、次いで、診断画像内の関心のある血管をセグメント化するか、あるいは、識別ユニット２００から受け取られた血管セグメンテーションを使用して、関心のある血管（又はそのセグメント）を通る流体力学を表す流体力学モデルを含む関心のある血管の生理学的モデルを生成する。任意に、モデル化ユニット４００は、関心のある血管の形状の幾何学モデルを生理学的モデルに更に含める。

生理学的モデルに含まれる流体力学モデルを使用して、モデル化ユニット４００は、第１及び第２測定位置の間にある摩擦による圧力損失とともに、識別ユニット２００によって示された分岐を通る流出をモデル化し、計算された体積血流を然るべく補正する。

モデル化ユニット４００は、次いで、補正された体積流量を計算ユニット３００へ供給し、計算ユニット３００は、補正された体積流量を使用して、それを表す少なくとも１つの診断パラメータを計算してよい。それを達成するために、診断パラメータは、特に、血管内の特定の位置で体積メトリック流量の値に対応してよい。代替的に、計算された診断パラメータは、体積流量から導出された指標に関係があってよい。

計算ユニット３００は、次いで、診断パラメータを、任意に診断画像１０とともに、表示ユニット５００へ供給する。表示ユニット５００は、計算ユニット３００によって供給された情報に基づいて、少なくとも１つの診断パラメータのグラフィカル表現を生成する。任意に、表示ユニット５００は、診断画像のグラフィカル表現を更に生成し、そのグラフィカル表現を、診断パラメータのグラフィカル表現とともに表示してよい。いくつかの実施形態で、診断パラメータは、特に、診断パラメータが導出された血管内位置に対応する画像内の位置に位置している画像のグラフィカル表現の部分として、特に表示されてよい。グラフィカル表現は、次いで、例えば、第１血行動態特性についての血行動態値及び／又は第２血行動態特性を示す診断パラメータに関する更なる情報について、ユーザに供給されてよい。

図２は、図１の第１実施形態に従う装置によって実行される方法を表すフローチャートを説明する。

ステップＳ１０１で、入力ユニット１００は、関心のある血管の診断画像１０を受け取り、診断画像１０を識別ユニット２００へ供給する。

ステップＳ２０１で、識別ユニット２００は、診断画像１０を受け取り、ステップＳ２０２で、診断画像１０に表されている関心のある血管の血管セグメンテーションを実行する。ステップＳ２０３で、識別ユニット２００は、各血管セグメント内の各血管内位置について、１つ以上の幾何学パラメータの値を導出する。この値は、この特定の実施形態では、血管の断面積に対応する。

ステップＳ２０４で、識別ユニット２００は、各セグメント内の各血管内位置について決定された断面積を互いに比較し、断面積が残りの血管内位置での残りの断面積とは有意に異なる血管内位置を決定する。図２の例となる実施形態では、識別ユニットは、特に、断面積が局所的な低減を示す少なくとも１つの血管内位置を決定する。

ステップＳ２０５で、断面積の局所的な低減が決定された血管内位置は、第１測定位置として指定される。更に、第１測定位置以外の更なる血管内位置は、第２測定位置として識別される。識別ユニット２００は、次いで、ステップＳ２０６で、第１及び第２測定位置に関する情報を入力ユニット１００へ、そして、第１及び第２測定位置で導出された幾何学パラメータを計算ユニット３００へ供給する。

更に、ステップＳ２０７で、識別ユニット２００は、第１及び第２測定位置の間に分岐が存在するかどうかを判定し、この情報を診断画像、及び任意にセグメンテーションとともにモデル化ユニット４００へ供給する。

ステップＳ１０２で、入力ユニット１００は、第１及び第２測定位置に関する情報を受け取ることに応答して、第１測定位置で測定された第１血行動態特性の第１血行動態値と、第２測定位置で測定された第１血行動態特性の第２血行動態値とを含む血行動態測定データ２０を受け取る。図２に従う例となる実施形態では、第１及び第２血行動態値は、特に、第１圧力値ｐ_１及び第２圧力値ｐ_２に対応する。ステップＳ１０３で、入力ユニット１００は、圧力値ｐ_１、ｐ_２を計算ユニット３００へ供給する。

ステップＳ３０１で、計算ユニット３００は、入力ユニット１００から圧力値を、そして識別ユニット２００から幾何学パラメータ値を受け取る。ステップＳ３０２で、計算ユニット３００は、圧力値を、任意に幾何学パラメータ値とともに使用して、関心のある血管の血行動態特性を示す少なくとも１つの診断パラメータを計算する。図２に従う例となる実施形態では、計算ユニット３００は、ステップＳ３０３で、特に、関心のある血管の夫々のセグメントを通る体積流量を計算し、計算された体積流量に関する情報を、測定位置に関する情報とともに、そして任意に、計算のために使用された圧力値に関する更なる情報とともにモデル化ユニット４００へ出力する。

ステップＳ４０１で、モデル化ユニット４００は、識別ユニット２００から、診断画像１０及び／又は関心のある血管のセグメンテーションとともに、第１及び第２測定位置の間に分岐が存在するとの指示を受け取る。また、ステップＳ４０１で、モデル化ユニット４００は、測定位置に関する情報とともに、そして任意に、計算のために使用された圧力値に関する更なる情報とともに、計算された体積流量を計算ユニット３００から受け取る。

ステップＳ４０２で、モデル化ユニット４００は、診断画像内の関心のある血管をセグメント化するか、あるいは、識別ユニット２００から受け取られた血管セグメンテーションを使用して、関心のある血管を通る流体力学を表す流体力学モデルを含む関心のある血管の生理学的モデルを生成し、任意に、関心のある血管の幾何学モデルを生理学的モデルに更に含める。

流体力学モデルに基づいて、モデル化ユニット４００は、ステップＳ４０３で、第１及び第２測定位置の間にある摩擦による圧力損失とともに、分岐を通る流出をモデル化し、計算された体積血流を然るべく補正する。ステップＳ４０４で、モデル化ユニット４００は、補正された体積流量を計算ユニット３００へ供給する。

ステップＳ３０４で、計算ユニット３００は、補正された体積流量を使用して、それを表す少なくとも１つの診断パラメータを計算し、ステップＳ３０５で、前記診断パラメータを、任意に診断画像１０とともに、表示ユニット５００へ供給する。

ステップＳ５０１で、表示ユニット５００は、診断パラメータ及び少なくとも１つの診断画像を受け取り、それらに基づいて、少なくとも１つの診断パラメータの及び、任意に、診断画像のグラフィカル表現を生成する。ステップＳ５０２で、表示ユニットは、次いで、グラフィカル表現をユーザに表示する。

図３は、第２の例となる実施形態に従って冠血管系を評価する装置２を概略的に表す。装置２は、入力ユニット１００、識別ユニット２００’、計算ユニット３００、及び表示ユニット５００を有する。入力ユニット１００は、血管内プルバックデータ３０を含む診断データを受け取るよう構成される。図３の特定の実施形態では、血管内プルバックデータ３０は、関心のある血管の長手軸に沿った複数の血管内位置で取得された複数の圧力値を含む圧力プルバックデータに対応する。更に、入力ユニット１００は、少なくとも１つの診断画像１０を受け取る。

入力ユニット１００は、圧力プルバックデータを識別ユニット２００’へ供給する。識別ユニット２００’は、圧力プルバック曲線、すなわち、血管内位置の関数として複数の圧力値を表す曲線を考え、圧力値の局所的な変化を決定する。より具体的には、図３に従う例となる実施形態では、識別ユニット２００’は、プルバック曲線において局所的最小値が現れる血管内位置を決定する。プルバック曲線における局所的最小値に対応する血管内位置は、第１測定位置のための候補と見なされる。それを達成するために、識別ユニット２００’は、特に、プルバック曲線の局所的最小値に夫々対応する１つ以上の血管内位置を導出し、その後に、候補位置の１つを第１測定位置として識別するよう構成される。その後に、識別ユニット２００’は、第１測定位置として選択された候補位置以外の更なる血管内位置を第２測定位置として決定する。

識別ユニット２００’は、次いで、プルバックデータを、入力ユニット１００から受け取られた診断画像１０と相互レジストレーションする。従って、識別ユニット２００’は、圧力プルバックデータにおけるどの血管内位置が、診断画像によって表される関心のある血管内のどの位置に対応するかを決定する。相互レジストレーションに基づいて、識別ユニット２００’は、特に、第１及び第２測定位置の間に何らかの分岐が存在するかどうかを判定してよく、分岐が存在すると決定される場合に、選択された第２測定位置を無視して新しい１つを選択するか、あるいは、選択された第１及び第２測定位置を無視し、複数の候補位置の中から、新しい第１測定位置及び対応する新しい第２測定位置を選択してよい。代替的に、識別ユニット２００’はまた、特に、識別ユニットが、分岐が極めて小さい血管への分岐であって、それに対する流出量が無視可能であると決定する場合に、分岐を無視すると決定してもよい。これに関連して、相互レジストレーション及びその後の分岐識別はまた、複数の候補位置から第１測定位置を選択することより前に実行されてもよいことが理解されるべきである。

圧力値は、プルバックデータのプルバック記録の間に既に収集されているから、識別ユニット２００’は、次いで、圧力プルバック曲線から第１及び第２測定位置での第１及び第２血行動態値、すなわち、第１及び第２圧力値を直接決定してよい。

識別ユニット２００’は、次いで、決定された圧力値ｐ_１、ｐ_２を、任意に、相互レジストレーションされた診断画像及び分岐に関する起こり得る更なる情報などとともに、計算ユニット３００へ供給する。

計算ユニット３００は、入力ユニットから受け取られた圧力値ｐ_１、ｐ_２を使用して診断パラメータを決定してもよい。計算ユニット３００は、この実施形態では、関心のある血管に関連したいかなる幾何学パラメータの知識も有さないので、計算は、そのような知識を必要としない診断パラメータに制限される。図３に従う特定の実施形態では、圧力値ｐ_１、ｐ_２は、冠血流予備能（ＣＦＲ）を計算するために使用される。そうするために、圧力値は、二組の圧力プルバックデータ（１つは、安静状態で記録されたものであり、もう１つは、充血下で記録されたものである）から導出されるべきである。

計算ユニット３００は、次いで、計算された診断パラメータを、任意に診断画像１０並びにそれと相互レジストレーションされた第１及び第２測定位置とともに、表示ユニット５００へ供給する。表示ユニット５００は、次いで、診断パラメータの、そして任意に、診断画像１０のグラフィカル表現を生成する。図３に従う例となる実施形態では、表示ユニット５００によって生成されたグラフィカル表現は、第１及び第２測定位置が視覚的に示され且つ計算された診断パラメータが表示される、診断画像１０のグラフィカル表現に対応する。

図４は、第２の例となる実施形態に従って冠血管系を評価する方法のフローチャートを表す。

ステップＳ１０１で、入力ユニット１００は、血管内プルバックデータ３０を含む診断データを受け取る。より具体的には、図４に従う例となる実施形態では、入力ユニット１００は、複数の血管内位置で取得された複数の圧力値を含む圧力プルバックデータを受け取る。更に、入力ユニット１００は、ステップＳ１０１で、少なくとも１つの診断画像１０を受け取る。ステップＳ１０２で、入力ユニット１００は、圧力プルバックデータを識別ユニット２００’へ供給する。

ステップＳ２０１’で、圧力プルバックデータ３０は、識別ユニット２００’で受け取られる。識別ユニット２００’は、ステップＳ２０２’で、圧力プルバックデータから、夫々の圧力プルバック曲線を導出し、圧力プルバック曲線を用いて、複数の血管内位置でプルバック記録中に取得された圧力値の局所的な変化を決定する。図４に従う例となる実施形態では、識別ユニット２００’は、特に、プルバック曲線において局所的最小値及び／又は最大値を識別する。ステップＳ２０３’で、識別ユニット２００’は、局所的最小値及び最大値に対応する血管内位置を潜在的な候補位置として指定し、ステップＳ２０４’で、１つの特定の候補位置を第１測定位置として、そして、通常は候補位置の遠位に又は近くに位置する更なる血管内位置を第２測定位置として選択する。

ステップＳ２０５’で、識別ユニット２００’は、診断画像１０を圧力プルバックデータ３０と相互レジストレーションし、ステップＳ２０６’で、相互レジストレーションを使用して、第１及び第２測定位置の間に分岐が存在するかどうかを決定する。第１及び第２測定位置の間に分岐がない場合に、識別ユニットはステップＳ２０８’へ直接進む。ステップＳ２０８’で、識別ユニットは、圧力プルバックデータから、圧力値ｐ_１、ｐ_２を導出する。分岐が検出される場合に、識別ユニット２００’は最初に、ステップＳ２０７’で、上述されたように第１及び／又は第２測定位置を選択し直すか、あるいは、代替的に、分岐を無視する。再選択（又は無視するとの決定）の後にのみ、識別ユニット２００’はステップＳ２０８’へ進む。

ステップＳ２０８’で圧力値ｐ_１、ｐ_２が取得されると、ステップＳ２０９’で、識別ユニット２００’は、これらの圧力値ｐ１、ｐ２を、任意に相互レジストレーションをされた診断画像及び起こり得る更なる情報を計算ユニット３００へ供給する。

ステップＳ３０１で、計算ユニット３００は、圧力値ｐ_１、ｐ_２を受け取り、ステップＳ３０２で、圧力値に基づいて診断パラメータを計算する。図４に従う特定の実施形態では、計算ユニット３００は、特に、受け取られた圧力値ｐ_１、ｐ_２を用いてＣＦＲを計算する。上述されたように、計算ユニット３００は、安静状態及び充血状態の両方の場合についての圧力値を受け取るべきであり、これらは冠血流予備能（ＣＦＲ）を計算するために使用される。

ステップＳ３０２で、計算ユニット３００は、次いで、計算された診断パラメータを、任意に診断画像１０並びに診断画像１０と相互レジストレーションされた第１及び第２測定位置に関する情報とともに、表示ユニット５００へ供給する。

ステップＳ５０１で、表示ユニット５００は、診断パラメータを、任意に診断画像１０及びさらなる情報とともに受け取る。ステップＳ５０２で、表示ユニットは、診断パラメータの、そして任意に、診断画像１０のグラフィカル表現を生成し、グラフィカル表現をユーザに提示する。

上記の実施形態では、診断画像はＸ線血管造影を用いて取得されたが、他の実施形態では、診断画像は他の撮像方法、例えば、ヘリカルコンピュータ断層撮影又はシーケンシャルコンピュータ断層撮影、磁気共鳴イメージング、超音波イメージング、などによって取り出されてもよいことが理解されるべきである。

更に、上記の実施形態では、識別ユニット及びモデル化ユニットは、２つの別個のエンティティとして実装されるが、識別ユニット及びモデル化ユニットはまた、同じエンティティに対応してもよいことが理解されるべきである。より具体的には、それらは、処理デバイスによって実行される夫々のモジュール及び／又はコンピュータプログラムとして実装されてもよい。

更に、上記の実施形態では、評価は、冠血管系に対して実行されたが、他の実施形態では、モデル化が同様に、人体の他の生理に対して実行されてもよい。一例として、アプローチは、人体内の末梢動脈を評価するために適用されてもよい。

上記の実施形態では、血管の断面積及び夫々の血管の直径が幾何学パラメータとして使用されたが、他の幾何学パラメータが同様に導出されてもよいことが更に理解され得る。

上記の実施形態では、血行動態特性を示す診断パラメータは、体積血流及び／又は冠血流予備能に関係があるが、同様に、血液速度、血圧、血液粘度、血管壁摩擦などのような他の診断パラメータが導出されてもよいことが理解されるべきである。

更に、また、上記の実施形態では、夫々の血管枝を通る関心のある血管からの流体流出が評価及びモデル化されたが、上記の原理は、関心のある血管への流体流入を評価及びモデル化するために同様に使用されてよいことが理解されるべきである。

開示される実施形態に対する他の変形例は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求される発明を実施する際に当業者によって理解及び達成され得る。

特許請求の範囲において、語「有する」（comprising）は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞（a又はan）は、複数を除外しない。

単一のユニット又はデバイスが、特許請求の範囲に挙げられているいくつかの項目の機能を満たしてもよい。特定の手段が相互に異なった従属請求項に挙げられているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示すものではない。

１つ又はいくつかのユニット又はデバイスによって実行される、診断データを受け取ること、第１及び第２測定位置を識別すること、生理学的を生成すること、診断パラメータを計算すること、などのようなプロシージャは、いくつのユニット又はデバイスによっても実行され得る。本発明に従うこれらのプロシージャは、これによって、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び／又は専用のハードウェアとして実装され得る。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又はその部分として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体のような適切な媒体で記憶／分配され得るが、他の形態でも、例えば、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介して、分配されてもよい。

特許請求の範囲内のいかなる参照符号は、適用範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。

本発明は、冠血管系における血行動態特性を評価する装置であって、血管系内の関心のある血管の診断データを受け取る入力ユニットと、診断データを用いて、第１血行動態特性の第１血行動態値が導出される第１測定位置と、第１血行動態特性の第２血行動態値が導出される第２測定位置とを識別する識別ユニットとを有する装置に係る。装置は、第１血行動態値及び第２血行動態値に基づいて、関心のある血管内の第２血行動態特性を表す少なくとも１つの診断パラメータを計算する計算ユニットを更に有する。

この装置によって、インシチューで第１血行動態特性を測定する適切な測定位置が識別され、よって、第２血行動態特性を直接に測定する必要なしに、第１血行動態特性とは異なる第２血行動態特性に関する診断パラメータを近似することを可能にし得る。

Claims (15)

1. 冠血管系を評価する装置であって、
   前記血管系内の関心のある血管の診断データを受け取る入力ユニットと、
   第１血行動態特性の第１血行動態値が導出される第１血管内測定位置及び前記第１血行動態特性の第２血行動態値が導出される第２血管内測定位置を、前記診断データを用いて識別する識別ユニットと、
   前記関心のある血管における第２血行動態特性を表す少なくとも１つの診断パラメータを、前記第１血行動態値及び前記第２血行動態値に基づいて計算する計算ユニットと
   を有する装置。
2. 前記第１血行動態特性は、前記関心のある血管における圧力を有する、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記第１血管内測定位置及び前記第２血管内測定位置を識別することは、
   少なくとも１つの候補位置での前記関心のある血管における前記第２血行動態特性の局所変化を予測することと、
   前記少なくとも１つの候補位置を前記第１血管内測定位置として識別することと、
   前記少なくとも１つの候補位置以外の他の血管内位置を前記第２血管内測定位置として識別することと
   を有する、
   請求項１に記載の装置。
4. 前記診断データは、前記関心のある血管の少なくとも１つの診断画像を含み、
   前記第１血管内測定位置及び前記第２血管内測定位置を識別することは、
   前記関心のある血管を複数のセグメントに分けることと、
   前記複数のセグメントの夫々について、前記関心のある血管の長手軸に沿った複数の血管内位置での前記関心のある血管についての複数の幾何学パラメータ値を導出することと、
   前記複数の血管内位置での前記複数の幾何学パラメータ値から、前記複数の血管内位置の中の少なくとも１つの候補位置での前記関心のある血管の狭隘化を示す少なくとも１つの幾何学パラメータ値を特定することと
   を有し、
   前記狭隘化の前記少なくとも１つの候補位置は、前記第１血管内測定位置として識別され、前記少なくとも１つの候補位置以外の更なる血管内位置は、前記第２血管内測定位置として識別される、
   請求項１に記載の装置。
5. 前記関心のある血管の、流体力学モデルを含む生理学的モデルを、前記少なくとも１つの診断画像に基づいて生成するモデル化ユニットを更に有し、
   前記第２血行動態特性を表す前記少なくとも１つの診断パラメータを計算することは、前記流体力学モデルに基づいて実行される、
   請求項４に記載の装置。
6. 前記第１血管内測定位置及び前記第２血管内測定位置を識別することは、
   前記関心のある血管における分岐の場所を、前記診断画像に基づいて決定することと、
   前記分岐が、前記関心のある血管の前記長手軸に沿って前記更なる血管内位置に近接する場所に位置していると決定される場合に、前記更なる血管内位置を除くことと
   を更に有する、
   請求項４に記載の装置。
7. 前記第１血管内測定位置及び前記第２血管内測定位置を識別することは、
   前記更なる血管内位置に近接する前記関心のある血管における分岐の場所を、前記診断画像に基づいて決定することを更に有し、
   前記流体力学モデルに基づいて前記少なくとも１つの診断パラメータを計算することは、前記流体力学モデルを用いて前記分岐を通る流出をシミュレーションすることによる前記少なくとも１つの診断パラメータの補正を有する、
   請求項５に記載の装置。
8. 前記流体力学モデルに基づいて前記少なくとも１つの診断パラメータを計算することは、前記流体力学モデルを用いて前記第１血管内測定位置と前記第２血管内測定位置との間の血管摩擦をシミュレーションすることによる前記少なくとも１つの診断パラメータの補正を有する、
   請求項５に記載の装置。
9. 前記診断データは、前記関心のある血管の長手軸に沿った複数の血管内位置でプルバック記録手段によってインシチューで取得された前記第１血行動態特性の複数の血行動態値を有する血管内プルバックデータを含み、
   前記第１血管内測定位置及び前記第２血管内測定位置を識別することは、
   前記複数の血管内位置で取得された前記複数の血行動態値から、前記複数の血管内位置の中の少なくとも１つの候補位置での局所変化を示す少なくとも１つの血行動態値を特定することを有し、
   前記少なくとも１つの候補位置は、前記第１血管内測定位置として識別され、前記少なくとも１つの候補位置以外の更なる血管内位置は、前記第２血管内測定位置として識別される、
   請求項１に記載の装置。
10. 前記診断データは、前記関心のある血管の少なくとも１つの診断画像を更に含み、
    前記第１血管内測定位置及び前記第２血管内測定位置を識別することは、
    前記血管内プルバックデータに対する前記少なくとも１つの診断画像の相互レジストレーションと、
    前記少なくとも１つの診断画像において前記第１血管内測定位置及び前記第２血管内測定位置を示すことと
    を更に有する、
    請求項９に記載の装置。
11. 前記少なくとも１つの診断パラメータを計算することは、前記関心のある血管における血流の冠血流予備能及び／又は体積流量及び／又は流速の決定を有する、
    請求項１に記載の装置。
12. 冠血管系を評価する方法であって、
    前記血管系内の関心のある血管の診断データを受け取ることと、
    第１血行動態特性の第１血行動態値が導出される第１血管内測定位置及び前記第１血行動態特性の第２血行動態値が導出される第２血管内測定位置を、前記診断データを用いて識別することと、
    前記関心のある血管における第２血行動態特性を表す少なくとも１つの診断パラメータを、前記第１血行動態値及び前記第２血行動態値に基づいて計算することと
    を有する方法。
13. 前記第１血管内測定位置及び前記第２血管内測定位置を識別することは、前記第１血管内測定位置及び前記第２血管内測定位置をユーザに示すことを有する、
    請求項１２に記載の方法。
14. 処理ユニットによって実行される場合に、請求項１２又は１３に記載の方法を実行するよう構成される、請求項１乃至１１のうちいずれか一項に記載の装置を制御するコンピュータプログラム。
15. 請求項１４に記載のコンピュータプログラムが記憶されているコンピュータ可読媒体。

Images