JP7061114B2 - 血流測定システム - Google Patents

Description

本発明は血管内の血流を測定するシステム、方法及びコンピュータプログラムに関する。

文献"Measurement of Coronary Sinus Blood Flow by Continuous Thermodilution in Man" by W. Ganz et al., Circulation, American Heart Association, volume 44, pages 181 to 195 (1971)は、冠状静脈洞血流を決定するための連続熱希釈法を開示しており、その中で、流体は、血管に連続的に注入され、ｉ）血液、ｉｉ）注入された流体、及びｉｉｉ）血液と流体の混合物、の温度が測定され、これらの温度は血流を決定するために使用される。

米国特許出願公開第2004/0054293号明細書は、遠位端と近位端とを有する細長いカテーテル本体を備えるカテーテルを開示しており、細長いカテーテル本体はインジケータ内腔と絶縁内腔とを有し、インジケータ内腔は、細長いカテーテル本体の遠位端に隣接する制限された断面積を有する。カテーテルは更に、細長いカテーテル本体に接続された希釈センサと、細長いカテーテル本体の遠位端から突出するようにインジケータ内腔の制限された断面積を通って延びるガイドワイヤとを有する。

文献"Continuous infusion thermodilution for assessment of coronary flow: Theoretical background and in vitro validation" by M. van´t Veer et al., Medical Engineering & Physics, volume 31, pages 688 to 694 (2009)は、血管内の血流を決定する連続注入熱希釈技術を開示している。比較的低い温度、すなわち、血液の温度より低い温度を有するインジケータ流体が、カテーテルを使用して動脈に連続的に注入され、それによって流体と血液の混合物が生成される。サーミスタをその先端に有するガイドワイヤが、カテーテルから一定の距離にあるこの混合物の温度を測定するために使用され、その間に流体が一定の注入速度で動脈内に注入される。この一定の注入速度は、動脈血流、すなわち動脈内の血液の体積流量を決定するために、混合物の温度、血液の温度、及びインジケータ流体の温度と共に使用される。こうして、この技術は、血流の決定を可能にするが、この決定の精度はかなり低いことがある。

本発明の目的は、血管内の血流をより正確に決定するシステム、方法及びコンピュータプログラムを提供することである。

本発明の第１の態様において、血管内の血流を決定するためのシステムであって、流体と血液との混合物が血管内に生成されるように、或る注入速度で血管内に流体を連続的に注入する流体注入ユニットと、血管の長さに沿った温度プロファイルが決定されるように血管の長さに沿った幾つかの位置において幾つかの温度値を同時に測定し、これらの測定された幾つかの温度値に基づいて、血管の長さに沿った第１の位置における第１の温度値、及び血管の長さに沿った第２の位置の第２の温度値を決定する温度値決定ユニットであって、第１の温度値が流体の温度を表し、第２の温度値が混合物の温度を表す、温度値決定ユニットと、決定された第１及び第２の温度値と注入速度とに基づいて血流を決定する血流決定ユニットと、を有するシステムが提示される。M. van´t Veer他による上述の文献に開示される連続注入熱希釈法は、ガイドワイヤの先端のサーミスタを使用することによって、異なる温度、すなわち血液の温度、流体の温度、及び混合物の温度を測定することを必要とする。これは、ガイドワイヤの先端が血管の長さに沿った異なる複数の位置に配置されるようにガイドワイヤを動かすことを必要とし、複数の位置において異なる温度が測定されることができる。従って、これらの温度は同時に測定されることができず、そのため、異なる温度を測定する時間の間に何かが変化した場合、これらの温度は互いに対応せず、最終的に血流の不正確な決定につながる。更に、血流内でのガイドワイヤの要求される移動は、この技術を実行する医師のようなユーザにとってこの技術をかなり煩わしくする。

対照的に、本発明によれば、流体の温度を示す第１の温度値及び混合物の温度を示す第２の温度値が、温度プロファイルを形成する同時に測定された複数の温度値に基づいて決定される。従って、それらが互いに対応すること、すなわちそれらが同じ条件下で決定されたものであることを確実にすることができ、それによって血管内の血流を決定する精度の向上を可能にする。更に、異なる複数の温度値を決定するためにガイドワイヤを移動させる必要がないので、このプロシージャはユーザにとって煩わしさが少ない。

第１及び第２の温度値は、流体及び混合物の絶対温度を示す絶対温度値でありえ、又は流体及び混合物の相対温度を示す相対温度値でありうる。後者の場合、相対温度は、好適には血液の温度に対する温度である。

好適には、温度値決定ユニットは、血管の長さに沿った幾つかの位置で幾つかの温度値を測定するよう適応される光ファイバを有する。特に、温度値決定ユニットは、温度プロファイルを形成する幾つかの温度値を測定する光ファイバと共に、波長掃引干渉法を使用するように適応されることができる。光ファイバは、例えば、標準的な光ガラスファイバ、刻設されたブラッグ格子パターンを有する光ファイバ、又は他の種類の光ファイバでありうる。これは、温度プロファイルを形成する温度値の非常に正確な同時測定を可能にし、それにより、血流の決定の精度の更なる改善をもたらしうる。

光ファイバは、光学形状検知による血管の長さに沿った異なる位置の決定を可能にするように適応されることができる。特に、光ファイバは、光学形状検知による位置の決定を可能にする光学形状検知ファイバでありうる。システムは更に、光ファイバに接続される位置決定ユニットを有し、位置決定ユニットは、光学形状検知によって、第１及び第２の温度値が決定される第１及び第２の位置を決定する。これは、蛍光透視追跡技法のように血管内の光ファイバを追跡するための更なる追跡技法を必ずしも必要とすることなく、血管の所望の部分内に光ファイバを正確に配置することを可能にしうる。これはシステムの取り扱いを更に簡素化することができる。温度値決定ユニット及び位置決定ユニットは、温度値及び位置を決定する少なくとも２つのタスクを実行するように適応される統合ユニットでありえ、又はそれらは別々のユニットであってもよい。

好適には、流体注入ユニットはチューブを有し、システムが更に、チューブを血管内にガイドするためのガイドワイヤのような長手方向を有するガイド素子を有し、この場合、光ファイバは、ガイド素子と一体化される。従って、同じ素子、すなわちガイド素子が、少なくとも２つの異なる目的のために使用されることができ、すなわち、好適にはカテーテルであるチューブを血管内にガイドするために、及び血管の長さに沿った複数の異なる場所での温度値を決定するために血管内に光ファイバを配置するために、使用されることができる。これは、システムの一層簡素化された取り扱いを可能にする。

光ファイバは、ガイド素子の長手方向軸に沿って配置され、又はガイド素子の周りに巻回されることもできる。光ファイバと温度値が決定される必要があるその周囲との間の熱的接触を強化するために、光ファイバは、ガイド素子の外側に配置されることができる。しかしながら、光ファイバは、ガイド素子内に配置されることもできる。光ファイバは、スリット内に配置することによりガイド素子と一体化されることができる。光ファイバがガイド素子の周囲に巻回されている場合、光ファイバは、ガイド素子の周囲に沿った温度分布の情報を得るために使用されることもできる。

システムは更に、血管内で検知されるべき特性に依存して検知信号を生成するセンサと、光ファイバから受信した光を使用することによってセンサに電力供給する電力生成ユニットとを有することができ、光ファイバは、血管の外側へ検知信号を送るように適応される。こうして、センサに電力供給するため及び血管の外側、特に患者の外側にセンサ信号を伝送するために更なる素子を血管内に導入することが必ずしも必要ではないので、比較的コンパクトな機器、すなわち血管内に導入される比較的小さい直径を有する機器を使用することによって、追加の情報が提供されることができる。一実施形態において、光ファイバは、チューブを血管内にガイドするためのガイド素子と一体化されており、センサは、ガイド素子の先端、したがって光ファイバの先端に配置される。

センサは、血圧を示す圧力検知信号を生成するように構成されることができ、システムは更に、圧力検知信号によって示される圧力及び決定された血流に基づいて抵抗を決定する抵抗決定ユニットを有することができる。これは、健康な血管について予想される抵抗レンジの外側にある抵抗によって示される血管の疾患の追加の調査を可能にする。特に、これは冠状微小血管疾患の調査を可能にする。抵抗決定ユニットは、温度値決定ユニット及び位置決定ユニットの少なくとも一方と一体化されることができ、又は別のユニットであってもよい。

血管の長さに沿った第１の位置は、血管の長さに沿った点位置（ポイントロケーション）を指すことができ、又は血管の部分を指すことができ、すなわち、第１の位置は、血管の部分を覆うことができる。同様に、血管の長さに沿った第２の位置は、血管の長さに沿った点位置を指すことができ、又は血管の部分を指すことができ、すなわち第２の位置もまた、血管の部分を覆うことができる。

温度値決定ユニットは、温度プロファイルが生成されるように血管の長さに沿った幾つかの位置において幾つかの温度値を測定し、これらの測定された幾つかの温度値に基づいて第１の温度値及び／又は第２の温度値を提供するように構成される。こうして、温度値決定ユニットは、幾つかの位置で幾つかの温度値を測定するための空間的に分散された温度検知を提供し、温度プロファイルを形成するこれらの測定された幾つかの温度値に基づいて、第１及び第２の温度値を提供するように適応されることができる。第１及び第２の位置は、測定された温度プロファイルに基づいて決定されるので、血流の決定は、温度値決定ユニットと血管との互いに対する無意識の運動に対してそれほど感受性は高くない。温度値決定ユニットは、１０を超える、好適には５０を超える、更に好適には１００を超える数の温度値を、血管の長さに沿った対応する数の点位置において測定するように適応されることができる。好適には、光ファイバ及び波長掃引干渉法は、幾つかの位置で幾つかの温度値を測定するために使用される。「Ａ及び／又はＢ」という表現は、好適には、ａ）Ａのみ、ｂ）Ｂのみ、又はｃ）Ａ及びＢ、という選択肢をカバーすることに留意されたい。

温度値決定ユニットは、ユーザが血管の長さに沿った点位置又はセクションをそれぞれ第１及び第２の位置として指示することを可能にするユーザインタフェース、特にグラフィカルユーザインタフェースを提供し、これらの指示される点位置又はセクションについて測定される温度値に基づいて、第１の温度値及び第２の温度値をそれぞれ決定するように適応される。例えば、セクション内の異なる複数の点位置で幾つかの温度値が測定される当該セクションをユーザが指示した場合、温度値決定ユニットは、これらの温度値を空間的に平均してこの指示されたセクションの温度値を提供することができる。温度値決定ユニットはまた、測定された幾つかの温度値に基づいて第１の位置及び／又は第２の位置を決定し、決定された第１の位置及び／又は決定された第２の位置及びこれらの位置について測定された温度値に基づいて、第１の温度値及び／又は第２の温度値をそれぞれ決定するように適応されることができる。例えば、温度値決定ユニットは、第２の位置を決定するために、測定された幾つかの温度値の空間バリエーションが最小であるか又は予め定義された空間バリエーション閾値よりも小さい、血管の長さに沿ったセクションを決定するように適応されることができる。第１の位置及び／又は第２の位置は、流体が血管内に注入される注入位置に関して予め規定されることもできる。例えば、第１の位置は注入位置でありえ、第２の位置は血管の長さに沿って注入位置まで所定の距離を有する位置でありうる。

一実施形態において、温度値決定ユニットは、測定された温度値を時間平均するように構成されることができる。従って、温度はある時間にわたって測定され、時間平均されることができる。時間平均された温度測定値、すなわち時間平均された温度測定値によって形成される時間平均された温度プロファイルは、第１及び第２の温度値を決定するために使用されることができる。時間平均は、温度値の改善された品質につながり、よって血流を決定する精度の更なる改善につながりうる。

好適な実施形態において、流体注入ユニットは、チューブ開口部を有するチューブを有し、チューブは、血管内に流体をガイドするように適応され、流体は、チューブ開口部を通ってチューブを去り、温度値決定ユニットは、ａ）チューブ内及び／又はチューブ外のチューブ開口部における温度を示す第１の温度値であって、第１の位置がチューブ内にあり及び／又はチューブ開口部の位置にある、第１の温度値と、ｂ）チューブ開口部の位置から遠位にあり及び第２の位置である位置の温度を示す第２の温度値と、を決定する。

更に、温度値決定ユニットは、チューブ開口部の位置から遠位にある血管の長さに沿った幾つかの位置で幾つかの温度値を測定するように構成されることができ、システムは更に、これらの測定された幾つかの温度値に基づいて、流体と血液との混合の程度を示す品質値を決定する評価ユニットを有することができる。特に、評価ユニットは、温度値の空間バリエーションが予め規定された空間バリエーション閾値よりも小さい場合に十分な程度の混合を示す品質値を決定するように構成されることができる。こうして、混合の程度について、すなわち血流の決定の正確さについての指標が与えられることができる。評価ユニットは、温度値決定ユニット、位置決定ユニットなどの１又は幾つかの他のユニットと一体化されることができ、あるいは、別個のユニットであってもよい。

流体注入ユニットは、第１の温度値及び／又は第２の温度値に依存して流体の温度を制御するように構成されることができる。特に、流体注入ユニットは、ａ）血管内の流体の絶対温度及び／又は血管内の混合物の絶対温度と、ｂ）血管内の血液の絶対温度との間の差が、相対的に大きくなるように、特に予め規定された温度閾値よりも大きくなるように、流体の温度を制御するよう適応されることができる。これは、対応する相対的に大きな信号対雑音比をもたらし、ゆえに、血流測定の一層改善された精度につながる。

流体注入ユニットは、一定の注入速度で又は変化する注入速度で血管内に流体を注入するように適応されることができる。例えば、流体注入ユニットは、一定の注入速度でのみ流体を血管内に注入するように適応されることができ、あるいは流体注入ユニットは、一定の注入速度又は可変の注入速度で作動可能であるように適応されることができ、すなわち、同じ流体注入ユニットが、一定の注入速度及び変化する注入速度で使用されることができる。特に、血流決定ユニットは、注入速度を変えられる間、ある時間にわたって血流を決定するように適応されることができ、システムは更に、ある時間にわたって決定される血流の変動に基づいて血流を決定する品質を示す品質値を決定する評価ユニットを有することができる。特に、注入速度の変動と決定された血流の変動とを比較することによって、血流の決定が、例えば微小循環からの血管拡張反応によって悪影響を受けているかどうかが、判定されることができる。また、この評価ユニットは、温度値決定ユニット、位置決定ユニットのような１又は幾つかの他のユニットと一体化されることができ、あるいは別個のユニットであってもよい。

本発明の更なる態様において、血流を決定する方法であって、流体が、流体注入ユニットを用いて注入速度で血管に連続的に注入される間、血管の長さに沿って温度プロファイルが決定されるように血管の長さに沿った幾つかの位置において幾つかの温度値を同時に測定し、これらの測定された幾つかの温度値に基づいて、血管の長さに沿った第１の位置における第１の温度値、及び血管の長さに沿った第２の位置における第２の温度値を決定するステップであって、第１の温度値が流体の温度を表し、第２の温度値が混合物の温度を示す、ステップと、血流決定ユニットを用いて、決定された第１及び第２の温度値と注入速度とに基づいて血流を決定するステップと、を有する方法が提示される。

本発明の別の態様において、血管内の血流を決定するためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムが前記システム上で実行されるとき、コンピュータプログラムは、請求項１に記載の血管内の血流を決定するシステムに、請求項１４に記載の血管内の血流を決定する方法を実行させるプログラムコード手段を有するコンピュータプログラムが提示される。

請求項１に記載のシステム、請求項１４に記載の方法、及び請求項１５に記載のコンピュータプログラムは、特に従属請求項に記載の同様の及び／又は同一の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、従属請求項又は上述の実施形態とそれぞれの独立請求項との任意の組み合わせでありう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、以下に記載される実施形態から明らかになり、それらを参照して説明される。

血管内の血流を決定するシステムの一実施形態を概略的かつ例示的に示す図。 図１に示されるシステムの実施形態の詳細を概略的かつ例示的に示す図。 図１に示されるシステムの実施形態の詳細を概略的かつ例示的に示す図。 図１に示されるシステムの実施形態の詳細を概略的かつ例示的に示す図。 血管内の血流を決定する方法の一実施形態を例示的に示すフローチャート。

図１は、患者テーブル３上に横たわる患者２の血管内の血流を決定するシステム１の実施形態を概略的かつ例示的に示す。図２及び図３は、このシステム１の詳細を概略的かつ例示的に示す。システム１は、この実施形態では注入カテーテルであるチューブ４に流体接続部１１を通じて接続される注入ポンプ１０を有する。注入ポンプ１０、流体接続部１１、及びチューブ４は、流体と血液の混合物が血管１８内に生成されるように一定の又は変化する注入速度で流体を血管１８に連続的に注入するよう適応される流体注入ユニットを形成するとみなすことができる。流体は、チューブ開口部１２を通ってチューブ４を去り、混合ゾーン１９において流体と血液とが混合され、混合ゾーン２０において流体と血液とが完全に混合される。

システム１は更に、光ファイバ１４に接続され、光信号を生成し、検出し、処理する光信号ユニット２１を有する。光信号ユニット２１は、光ファイバ１４に供給される光信号を生成し、光ファイバ１４から光信号を受信し検出し、受信し検出された光信号を処理して、光ファイバ１４の長さに沿った幾つかの位置における温度を示す温度値を決定する。光信号ユニット２１は、光源、光信号を生成し検出する光検出器、及び検出された光信号を処理するプロセッサを有する第１の部分１５と、生成された光信号を光ファイバ１４に結合し、光ファイバ１４から光信号を受信する光サーキュレータである第２の部分１６と、を有する。光信号ユニット２１及び光ファイバ１４は、それらが光ファイバ１４の長さに沿った位置における温度を示す温度値の同時決定を可能にするように適応される。これらの温度値は、血管の長さに沿った第１の位置での第１の温度値と、血管の長さに沿った第２の位置での第２の温度値とを含み、第１の温度値は流体の温度を示し、第２の温度値は、混合物の温度を示す。従って、光ファイバ１４及び光信号ユニット２１は、血管１８の長さに沿ったそれぞれ第１及び第２の位置で第１及び第２の温度値を同時に決定する温度値決定ユニットを形成するとみなすことができる。この実施形態において、温度値決定ユニットは、チューブ４の内側又は外側のチューブ開口部１２の温度を示す第１の温度値と、第２の位置である混合ゾーン２０内の位置の温度を示す第２の温度値とを決定するように適応される。温度値決定ユニットは、空間的に分散した温度検知に基づいて、すなわち血管の長さに沿った幾つかの位置で決定される幾つかの温度値に基づいて、混合ゾーン２０の位置を決定するように適応される。特に、温度値決定ユニットは、温度値の空間変動が最小である血管の長さに沿ったセクションを、混合ゾーンとして決定するように適応されることができる。例えば、予め規定された幅を有するウィンドウが、ウィンドウ内の温度値の空間変動が最小になるように血管の長さに沿って配置されることができる。混合ゾーン２０の位置のこの決定のために、時間平均された温度値が好適に使用される。

システム１は更に、この実施形態において、チューブ４を血管１８内にガイドするためのガイドワイヤである長手方向を有するガイド素子１３を有し、光ファイバ１４は、ガイド素子１３と一体化され、ガイド素子及びファイバ１４は互いに取り付けられている。この実施形態において、光ファイバ１４は、ガイド素子１３の長手軸に沿ってガイド素子１３内に配置される。

システム１は更に、測定された第１及び第２の温度値と注入速度とに基づいて、血流、すなわち体積血流量として規定されることができる体積血流を決定する血流決定ユニット２２を有する。この実施形態において、温度値決定ユニット１４、２１は、血液温度、すなわち流体が存在しない場合の血液の温度に対するそれぞれの相対温度を示す相対的な第１及び第２の温度値を決定するように適応される。血流決定ユニット２２は、次の式に従って血流Q_bを決定するように適応されることができる。

ここで、ρ_ｉは、インジケータ流体とみなすこともできる既知の流体密度であり、ρ_ｂは、血液の既知の密度であり、ｃ_ｉは、流体の既知の比熱であり、ｃ_ｂは、血液の既知の比熱であり、Ｔ_ｂ－Ｔ_ｉは、流体の相対温度であり、すなわちこの実施形態では第１の温度値であり、Ｔｂ－Ｔは、混合物の相対温度、すなわちこの実施形態では第２の温度値であり、Ｑｉは、流体を血管に注入する注入速度であり、この注入速度は一定であり得る。

温度値決定ユニット１４、２１は、第１の位置及び第２の位置における２つの温度値のみを決定するように適応されるのではなく、光ファイバ１４の長さに沿った多くの異なる位置における温度を示す幾つかの温度値を決定するように適応される。特に、温度値決定ユニット１４、２１は、混合ゾーン１９内及び混合ゾーン２０内の光ファイバ１４の長さに沿った幾つかの位置における温度を示す幾つかの温度値を決定するように適応される。システム１は更に、混合ゾーン１９内及び／又は混合ゾーン２０内で決定された幾つかの温度値に基づいて、混合ゾーン２０内の流体と血液との混合の程度を示す品質値を決定する評価ユニット２４を有する。特に、評価ユニット２４は、これらの温度値の空間変動が予め規定された空間変動の閾値よりも小さい場合、十分な混合度合を示す品質値を決定するように適応され、これらの温度値は、好適には時間平均された温度値である。

例えば、混合の品質値は、次の式に従って、特に混合ゾーン内の時間平均された温度値から平均二乗誤差を計算することによって、混合ゾーン内の時間平均された温度がどのように空間的に変化するかについての尺度を計算することによって定量化されることができる：

ここで、ＭＳＥは、混合の程度を表す品質値を示し、ｎは、混合ゾーン２０内の温度値の数を示し、Ｔ_ｊは、混合ゾーン２０内の時間平均された温度値を示す。

光信号ユニット２１は、光ファイバ１４内の温度変化を測定するために波長掃引干渉法を使用するように適応される。特に、光信号ユニット２１の第１の部分１５は、波長可変レーザ源を有し、波長可変レーザ源によって放出されたレーザ光は、光ファイバに結合され、光信号ユニット２１の第１の部分１５の光検出器によって検出される後方散乱パターンの摂動に基づいて、局所温度の小さな差が決定されることができる。この技法を使用することによって、光ファイバ１４に沿った温度プロファイルは、高い時間分解能及び高い空間分解能を伴って決定されることができる。この波長掃引干渉法に関する詳細については、"High Resolution Distributed Strain or Temperature Measurements in Single- and Multi-mode Fiber Using Swept-Wavelength Interferometry" by S. T. Kreger et al., Optical Fiber Sensors, Optical Society of America (2006)及び国際公開第2012/164481A1号公報に記載されており、これらは、参照により本明細書に盛り込まれるものとする。この実施形態において、光ファイバ１４は、刻設されたブラッグ格子パターンを有する光ファイバである。しかしながら、他の実施形態において、標準の光ガラスファイバのような他の光ファイバが使用されることができ、この場合、後方散乱特性が、ガラス内の固有密度変化、すなわちレイリー散乱によって引き起こされる。

図１－図３を参照して説明される例において、血管１８は冠状動脈である。流体がチューブ４を介して冠状動脈に注入される前に、光信号ユニット２１の第１の部分１５は、好適には、血液温度Ｔ_ｂにおける光ファイバ１４の基準状態を決定するためのベースライン測定を実行する。流体が血管１８に注入される間に決定される温度値は、自動的に、血液温度Ｔ_ｂに対して相対的である相対温度を示す相対温度値である。ベースライン測定は、S. T. Kreger他による上述の文献及び上述の国際公開第2012/164481号公報に記載されるように実行されることができる。

インジケータ流体とみなすこともできる流体は、好適には、血液の温度よりも低い温度を有する食塩水である。好適には、食塩水は、室温に等しい温度を有する。注入ポンプ１０は、好適には、チューブ４を通じて冠状動脈１８内への食塩水の安定したフローを提供するように適応され、その結果、チューブ４の先端で温度降下が生じる（ΔＴ_ｉ＝Ｔ_ｂ－Ｔ_ｉ）。

チューブ４、すなわちこの実施形態ではカテーテルは、混合を促進するためにその側面にチューブ開口部１２を有する。混合は、混合ゾーン１９の遠位側、すなわち混合ゾーン２０において、血液と流体とが完全に混合されるように、混合ゾーン１９内で行われ、これは、この混合ゾーン２０内の第２の位置において、基準測定値、すなわち相対的な第２の温度値ΔＴ＝Ｔ_ｂ－Ｔが、上記の式に従って血流に関連付けられることができることを意味する。温度測定値は、空間的に分布するので、混合の品質は、混合ゾーン２０及び／又は混合ゾーン１９内の温度プロファイルを決定することによって同時に評価されることができる。大きな空間的及び／又は時間的な温度変化は、混合が完了していないことを示す指標である。

図１－図３を参照して上述した実施形態では、光ファイバ１４が、ガイド素子１３内に配置されているが、他の実施形態では、光ファイバ１４が、別の態様でガイド素子１３と一体化されることができる。特に、光ファイバ１４と、周囲の血液、インジケータ流体、並びに血液及びインジケータ流体の混合物との間の熱的接触を強化するために、光ファイバ１４は、ガイド素子１３の外側に配置されることができる。光ファイバは、ガイド素子の外側の小さなスリット内に組み込まれることができる。光ファイバは、光ファイバの長手軸に沿って組み込まれることができる。しかしながら、光ファイバは、ガイド素子の周りに巻回されることもできる。後者の構成は、ガイド素子のパラメータに関する温度分布の情報を与えるために使用されることもでき、この周囲温度分布は、血液とインジケータ流体との混合に関する追加の情報を提供するために使用されることができる。

注入ポンプ１０は、好適には、第１の温度値及び／又は第２の温度値に依存して、患者２の外側の温度、特に注入ポンプ１０内の流体の温度を制御するように適応される。特に、注入ポンプ１０は、フィードバック機構を使用して、患者２の外側の流体温度及びゆえに第１の温度値ΔＴ_ｉを制御するように適応されることができ、この場合、患者２の外側のインジケータ流体の温度は、光ファイバ１４を使用することによって決定される第１の温度値ΔＴ_ｉに依存して適応され、その結果、第１の温度値ΔＴ_ｉは、所望の値をもつ。これにより、制御された安全なやり方で、患者２の外側の、特に注入ポンプ１０内のインジケータ流体の温度を下げることによって、信号対雑音比を高めることができる。特に、患者２の外側のインジケータ流体の温度は、相対的な第１の温度値ΔＴ_ｉが十分な信号対雑音比を提供することが知られている所望の値をもつように制御されることができる。

一実施形態において、患者の体外のインジケータ流体の温度が、第２の温度値ΔＴに依存して制御される場合、高いフロー速度による低い｜ΔＴ｜の補償が提供されることができる。更に、これもまた安全で制御されたやり方で信号対雑音比を増加させることを可能にする。

血流の測定の品質を評価するために、注入速度が変化されることができ、注入速度の変化中に血流が経時的に測定されることができる。特に、血流決定ユニット２２は、注入ポンプ１０が注入速度を変化させる間、血流を経時的に決定するように適応されることができ、システム１は更に、経時的に決定された血流の変動に基づいて、決定される血流の品質を示す品質値を決定する評価ユニット２４を有することができる。血流の決定中に、特に掃引により注入速度Ｑ_ｉを変えることによって、元の血流に対するインジケータ流体の注入の効果、すなわち上記の式の適用可能性が、評価されることができる。このようにして、例えば、注入自体が灌流圧を増加させるか、又は血管作用薬の不十分な投与による微小循環からの血管拡張反応があるかどうかを決定することができる。この品質評価は、第１の温度値ΔＴ及び第２の温度値ΔＴ_ｉの同時決定につながる分散した温度検知により可能である。注入速度Ｑ_ｉの変更、特に掃引は、血流決定の連続性を保つために、ほぼ一定したやり方で実行される。

特に、評価ユニット２４は、注入速度Ｑ_ｉが変えられるとき、血流Ｑ_ｂがどのように変化するかを決定することによって品質値を決定するように適応されうる。例えば、品質値は、ｄＱ_ｂ／ｄＱ_ｉに依存し、ここで、ｄＱ_ｉは、血流Ｑ_ｂの変化を表し、ｄＱ_ｉは、注入速度の変化を表す。決定された血流値Ｑ_ｂは、注入速度Ｑ_ｉに依存しないので、商ｄＱ_ｂ／ｄＱ_ｉが小さいほど、血流測定の品質が高くなる。

システム１は更に、患者２の体内のＸ線画像を生成するために、Ｘ線９を放出する放射線源６と、患者２を横切った後のＸ線９を検出する放射線検出器８と、を有する蛍光透視装置５を有する。システム１は更に、患者２の生成されたＸ線画像を表示するディスプレイ２６を有する。Ｘ線画像は、医師のようなユーザが患者２内にチューブ４をナビゲートするのを支援するために、異なる複数の時点で生成されることができる。放射線源６と放射線検出器８は、Ｃアーム７の両端に取り付けられる。

光信号ユニット２１の第１の部分１５は更に、光ファイバ１４から受信した光信号に基づいて、幾つかの温度値が決定される個々の異なる位置を決定するように適応されることができる。特に、光ファイバ１４は、光ファイバのそれぞれ異なるセグメントの形状及びゆえに光ファイバの全体形状を決定することを可能にする光学形状検知ファイバでありえ、この形状情報は、個々の温度値が決定される光ファイバの長さに沿った個々の位置を決定するために使用されることができる。従って、正確な位置、特に第１及び第２の温度値が決定される第１及び第２の位置は、蛍光透視装置５を使用することなく、光学形状検知によって導出されることができる。従って、一実施形態において、システム１は、蛍光透視装置５を有さず、光学形状検知を使用することによってディスプレイ２６上に光ファイバの位置及びゆえに患者２内のガイド素子の位置を示すように適応される。特に、光学形状検知の位置特定技法により特定される位置は、予め取得されたコンピュータトモグラフィ画像又は磁気共鳴画像のような患者の予め取得された解剖学的画像と位置合わせされることができ、光ファイバの決定される位置、したがってガイド素子の決定される位置が、ディスプレイ２６上の患者の予め取得された解剖学的画像に対して表示されることができ、これにより、患者内のガイド素子をナビゲートする間ユーザを支援することができる。光学形状検知ファイバは、例えば、参照により本明細書に盛り込まれる国際公開第2012/121584号公報に開示されるマルチコア光ファイバでありうる。

図２－図４に概略的且つ例示的に示されるように、ガイド素子１３は、血管内で検知される性質に依存して検知信号を生成するセンサ３１と、光ファイバ１４から受信した光３８を使用することによりセンサ３１に電力供給し、光ファイバ１４を介して血管１８の外側の光信号ユニット２１に検知信号を送信する電力生成及び信号伝送ユニット３２と、を有する検知装置３０をその遠位端に有する。特に、センサ３１は、血液中の圧力を示す圧力検知信号を生成するように適応され、システム１は、圧力検知信号によって示される圧力及び決定される血流に基づいて、抵抗を決定する抵抗決定ユニット２３を有する。決定された抵抗は、ディスプレイ２６に表示されることができる。こうして、ガイド素子１３の先端に追加されるセンサ３１を有する検知装置３０及びそれに接続される光ファイバ１４を使用することによって、圧力検知が、体積流量測定と組み合わせられることができ、それにより、この決定された抵抗に基づいて冠状動脈狭窄のような微小血管疾患の調査することが可能である。

特に、光信号ユニット２１の第１の部分１５は、電力生成及び信号伝送ユニット３２に送信される給電光３８を提供する他の光源３６と、電力生成及び信号伝送ユニット３２からの光データ信号３９を光ファイバ１４を介して受信する他の光検出器３５と、を有する。第１の部分１５又は第２の部分１６は更に、電力供給及び信号伝送ユニット３２によって送信される光データ信号３９から、光ファイバ１４に結合されるべき給電光３８を分離するダイクロイックミラー３３を有することができる。一実施形態では、他の光源３６は、４０５ｎｍの波長を有する給電光３８を放出する青色光レーザでありえ、電力生成及び信号伝送ユニット３２は、４５０ｎｍの波長を有する光データ信号３９を生成する青色発光ダイオード（ＬＥＤ）でありえ、他の光検出器３５は、４５０ｎｍの波長を有する光データ信号３９を検出するフォトダイオードでありうる。こうして、同じＬＥＤ３２が、給電光によって照射される場合はセンサ３１に電力供給するために、及び感知信号を送信するために、使用されることができる。４０５ｎｍ及び４５０ｎｍの波長の代わりに、他の波長が、給電光及び光データ信号のために使用されることができる。光ファイバを介した光電力供給及びデータ伝送に関する更なる詳細については、例えば、米国特許出願公開第２０１５／０３３５２３１Ａ１号公報を参照することができ、その内容は、参照により本明細書に盛り込まれるものとする。

システムは、特に図２及び図３に関して上述したように他のコンポーネントを有するが、図４は、明確さの理由で、電力生成及びデータ伝送コンポーネントのみを図示していることが留意されるべきである。光ファイバ１４は、例えば、温度分布を検知し位置を決定するためのシングルモードコアと、電力及びデータ経路のためのマルチモードクラッドとを有することができる。

検知装置３０を有するガイド素子１３の先端は、圧力勾配ΔＰを決定するために血管１８内の異なる複数の位置に移動されることができ、この場合、抵抗決定ユニット２３は、式Ｒ＝ΔＰ／Ｑ_ｂに従って抵抗を決定するように適応されることができる。例えば、圧力勾配ΔＰ及び抵抗Ｒを決定するために、２つの異なる位置で圧力が測定されることができる。ガイド素子１３を動かすことなく圧力勾配ΔＰの決定を可能にするために、ガイド素子１３が、ガイド素子１３の長さに沿って、したがって血管の長さに沿って、少なくとも２つの異なる位置に少なくとも２つの圧力センサを有することも可能である。

代替として又は付加として、１又は複数の他のセンサが、例えばガイド素子の先端に取り付けられ、光ファイバに接続されることができ、それにより、光ファイバから受信した光を使用することによりこれらのセンサに電力供給し、これらのセンサによって生成されたセンサ信号を光ファイバを介して患者の外部に送信することが可能である。

システム１は更に、キーボード、コンピュータマウス、タッチパッドなどのような入力ユニット２５を有し、ユーザが、例えば血流決定プロシージャを開始するための開始コマンドのようなコマンド又はその他のデータを、システム１に入力することを可能にする。

以下、血管内の血流を決定する方法の実施形態が、図５に示されるフローチャートを参照して例示的に説明される。

流体注入ユニット４、１０、１１を使用することによりインジケータ流体が連続的に血管１８に注入される間、ステップ１０１において、血管１８の長さに沿った第１の位置における第１の温度値及び血管１８の長さに沿った第２の位置における第２の温度値が、温度値決定ユニット１４、２１によって同時に決定され、第１の温度値は、流体の温度を表し、第２の温度値は、流体と血液との混合物の温度を表す。ステップ１０２において、血流決定ユニット２２を使用することによって、測定された第１及び第２の温度値と、インジケータ流体が血管１８に注入される注入速度とに基づいて、血流が決定される。ステップ１０３において、決定された血流が、ディスプレイ２６に表示される。

図１－図５を参照して上述した血流を決定するプロシージャは、好適には、冠状動脈循環が充血状態にあるとき、すなわち例えば対応する血管作用薬が誘導されるときに、行われる。チューブ４の遠位にある混合ゾーン１９は、血管内の実際のフローに依存して、約５－８ｃｍのサイズを有することができる。第２の温度値は、好適には、この混合ゾーン１９の遠位にある第２の位置に関して決定され、この場合、混合ゾーン１９の遠位における、すなわち混合ゾーン２０内における血液とインジケータ流体との混合の程度は、決定された温度値に基づいて血流を正確に決定するのに十分であるものとされる。

システム１は、血流速度又は血流速度の空間微分ではない血流、すなわち体積血流を決定するように適応される。M. van´t Veerによる上述の文献に開示されている連続注入熱希釈法は、血管内血流、すなわち血管内体積血流を決定することも可能にする。しかしながら、上述のように、単一の温度センサを具備するガイドワイヤを使用して、血管の長さに沿った少なくとも２つの位置で、すなわちインジケータ流体がチューブから出るチューブ先端のところ、及びインジケータ流体が血液と完全に混合されるチューブから一定の距離のところで、測定が行われる。これは、プロシージャ中にガイドワイヤを再配置することを必要とする。対照的に、図１－図４を参照して上述したシステム１は、特に波長掃引干渉法を使用することによって、光ファイバ及びゆえにガイド素子の再配置を必要とすることなく、光ファイバに沿って及びゆえにガイド素子に沿って高い時間分解能及び高い空間分解能を伴って温度分布を測定することができる。これは簡素化されたプロシージャを可能にし、分散した温度測定が、体積血流測定の品質を監視するために使用されることもできる。

単一点温度装置を使用する既知の連続熱希釈法と比較して、図１－図４を参照して上述されたシステムは、カテーテル、すなわちインジケータ流体を血管内にガイドするチューブ、の遠位にある混合物と、カテーテルの端部のインジケータ流体と、の両方の温度が同時に取得されることができるという利点を有する。カテーテル内へのガイドワイヤの引き戻しは必要ないので、これは、プロシージャを実行している間に実行されるべきステップの数を減らす。更に、異なる温度測定の間の時間は短いので、個々の異なる温度のこの同時決定はより正確である。更に、温度測定値が、空間的に分散されるので、混合ゾーン内及び／又は混合ゾーン内の温度を同時に測定することができる。これにより、混合の品質の指標を提供することが可能になり、したがって正確なフローが可能になる。更に、温度分布を測定するために光ファイバを使用することによって、血流決定プロシージャは電磁干渉に影響されず、磁気共鳴ガイドのインターベンションと共存できる。

上述の実施形態では、光ファイバは、刻設されたブラッグ格子パターンを有するが、他の実施形態では、レイリー散乱に基づく温度測定を可能にする他の光ファイバが使用されることができる。レイリー散乱は、光ファイバ内の小さな屈折率変化のランダムな分布に由来し、これらのバリエーションは、ランダムなブラッグ周期とみなすことができる。レイリー散乱に基づいて温度を決定することによって、製造が容易であり、ゆえに費用効果が一層高い光ファイバが使用されることができる。

開示される実施形態に対する他の変更は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求項に記載の発明を実施する際に当業者によって理解され、達成されることができる。

特許請求の範囲において、「含む、有する（comprising）」という語は、他の構成要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は複数性を除外しない。

単一のユニット又は装置は、特許請求の範囲に記載された幾つかのアイテムの機能を果たすことができる。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載さ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ることができないことを示すものではない。

１又は複数のユニット又は装置によって実行される血流の決定、抵抗の決定、品質値の決定のような動作は、他の任意の数のユニット又は装置によって実行されてもよい。血管内の血流を決定する方法に従って血管内の血流を決定するシステムのこれらの動作及び／又は制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段及び／又は専用ハードウェアとして実現されることができる。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体に記憶／配布されることができるが、他の形態で、例えばインターネットあるいは他の有線又は無線の電気通信システムなどを介して配布されることもできる。

請求項中の如何なる参照符号も請求項の範囲を制限するものとして解釈されるべきでない。

本発明は血管内の血流を決定するシステムに関する。流体注入ユニットが血管に流体を連続的に注入し、温度値決定ユニットが、第１の位置における第１の温度値と第２の位置における第２の温度値とを同時に決定し、第１の温度値は、流体の温度を表し、第２の温度値は、流体と血液との混合物の温度を表す。血流は、測定された第１及び第２の温度値並びに注入速度に基づいて決定される。血流のこの種の決定は精度の向上をもたらし、異なる複数の位置で温度を測定するために温度センサの移動を必要とする既知の技術よりも煩わしさが少ない。

Claims (15)

1. 血管内の血流を決定するシステムであって、
   流体と血液との混合物が前記血管内に生成されるように、或る注入速度で前記血管に流体を連続的に注入する流体注入ユニットと、
   前記血管の長さに沿った温度プロファイルが決定されるように前記血管の長さに沿った幾つかの位置で幾つかの温度値を同時に測定し、これらの測定された幾つかの温度値に基づいて、前記血管の長さに沿った第１の位置における第１の温度値、及び前記血管の長さに沿った第２の位置における第２の温度値を決定する温度値決定ユニットであって、前記第１の温度値が前記流体の温度を表し、前記第２の位置が、前記温度プロファイルに基づいて決定され、前記第２の温度値が混合物の温度を表す、温度値決定ユニットと、
   前記決定された第１及び第２の温度値と前記注入速度とに基づいて、前記血流を決定する血流決定ユニットと、
   を有するシステム。
2. 前記温度値決定ユニットが、前記血管の長さに沿った幾つかの位置で幾つかの温度値を測定するように適応される光ファイバを有する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記流体注入ユニットがチューブを有し、前記システムが更に、前記チューブを前記血管にガイドするための細長いガイド素子を有し、前記光ファイバが前記ガイド素子と一体化される、請求項２に記載のシステム。
4. 前記光ファイバが、前記ガイド素子の長手軸に沿って配置され、又は前記ガイド素子の周りに巻回される、請求項３に記載のシステム。
5. 前記光ファイバは、光学形状検知ファイバであり、前記システムが更に、前記光ファイバに接続される位置決定ユニットを有し、前記位置決定ユニットは、前記第１の温度値が決定される前記第１の位置及び前記第２の温度値が決定される前記第２の位置を決定する、請求項２に記載のシステム。
6. 前記システムは更に、前記血管内で検知される特性に依存して検知信号を生成するセンサと、前記光ファイバから受け取った光を使用することにより前記センサに電力供給する電力生成ユニットと、を有し、前記光ファイバは、前記検知信号を前記血管の外側に送信するように構成される、請求項２に記載のシステム。
7. 前記センサは、前記血管内の圧力を示す圧力検知信号を生成するように構成され、前記システムは更に、前記圧力検知信号によって示される圧力及び前記決定された血流に基づいて抵抗を決定する抵抗決定ユニットを有する、請求項６に記載のシステム。
8. 前記温度値決定ユニットは、前記測定された幾つかの温度値に基づいて前記第１の位置及び／又は前記第２の位置を決定し、前記決定された第１の位置及び／又は前記決定された第２の位置、及びこれらの位置に関して測定された個々の温度値に基づいて、前記第１の温度値及び／又は前記第２の温度値を決定する、請求項１に記載のシステム。
9. 前記流体注入ユニットが、チューブ開口部を有するチューブを有し、前記チューブが、前記流体を前記血管内にガイドし、前記流体は、前記チューブ開口部を通って前記チューブを去り、前記温度値決定ユニットは、ａ）前記チューブ内及び／又は前記チューブ外の前記チューブ開口部の位置における温度を示す前記第１の温度値と、ｂ）前記チューブ開口部の位置から遠位にあり及び前記第２の位置である位置における温度を示す第２の温度値と、を決定し、前記第１の位置は、前記チューブ内及び／又は前記チューブ開口部における前記位置にある、請求項１に記載のシステム。
10. 前記流体注入ユニットが、チューブ開口部を有するチューブを有し、前記チューブが、前記流体を前記血管内にガイドするように構成され、前記流体は、前記チューブ開口部を通って前記チューブを去り、前記温度値決定ユニットは、前記血管の長さに沿った幾つかの位置で幾つかの温度値を同時に測定するように構成され、前記システムが更に、前記測定された幾つかの温度値に基づいて、前記流体と前記血液との混合の程度を示す品質値を決定する評価ユニットを有する。請求項１に記載のシステム。
11. 前記評価ユニットは、前記幾つかの温度値の空間変動が予め規定された空間変動閾値よりも小さい場合に、十分な程度の混合を示す品質値を決定する、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記流体注入ユニットは、前記第１の温度値及び／又は前記第２の温度値に依存して前記流体の温度を制御する、請求項１に記載のシステム。
13. 前記流体注入ユニットは、変化する注入速度で前記流体を前記血管に注入するよう動作可能であり、前記血流決定ユニットは、ある時間にわたって前記血流を決定し、前記システムは更に、ある時間にわたって決定された前記血流の変動に基づいて前記血流を決定する品質を示す品質値を決定する評価ユニットを有する、請求項１に記載のシステム。
14. 血管内の血流を決定するシステムの作動方法であって、
    流体が、流体注入ユニットを使用して注入速度で前記血管に連続的に注入される間、前記システムの温度値決定ユニットが、前記血管の長さに沿って温度プロファイルが決定されるように前記血管の長さに沿った幾つかの位置において幾つかの温度値を同時に測定し、これらの測定された幾つかの温度値に基づいて、前記血管の長さに沿った第１の位置における第１の温度値、及び前記血管の長さに沿った第２の位置における第２の温度値を決定するステップであって、前記第１の温度値が前記流体の温度を表し、前記第２の位置が、前記温度プロファイルに基づいて決定され、前記第２の温度値が混合物の温度を表す、ステップと、
    前記システムの血流決定ユニットが、前記決定された第１及び第２の温度値と前記注入速度とに基づいて前記血流を決定するステップと、
    を有する方法。
15. 血管内の血流を決定するためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムが請求項１に記載のシステム上で実行されるときに、請求項１に記載のシステムに請求項１４に記載の方法を実行させるプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム。

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