RU2742917C1 - Способ определения модуля сдвига для стенки кровеносного сосуда на основе интраваскулярной оптической когерентной томографии - Google Patents
Способ определения модуля сдвига для стенки кровеносного сосуда на основе интраваскулярной оптической когерентной томографии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2742917C1 RU2742917C1 RU2019141019A RU2019141019A RU2742917C1 RU 2742917 C1 RU2742917 C1 RU 2742917C1 RU 2019141019 A RU2019141019 A RU 2019141019A RU 2019141019 A RU2019141019 A RU 2019141019A RU 2742917 C1 RU2742917 C1 RU 2742917C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blood vessel
- vessel wall
- wall
- structural
- structures
- Prior art date
Links
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 title claims abstract description 64
- 238000012014 optical coherence tomography Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 25
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000035487 diastolic blood pressure Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000035488 systolic blood pressure Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 5
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 4
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 abstract description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 9
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010008 shearing Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 40
- 210000001508 eye Anatomy 0.000 description 19
- 230000004410 intraocular pressure Effects 0.000 description 11
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 description 10
- 238000002091 elastography Methods 0.000 description 5
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 208000030533 eye disease Diseases 0.000 description 4
- 206010044565 Tremor Diseases 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 210000000695 crystalline len Anatomy 0.000 description 3
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 3
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 3
- 230000002207 retinal effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 2
- 206010002329 Aneurysm Diseases 0.000 description 1
- 208000037260 Atherosclerotic Plaque Diseases 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 210000005252 bulbus oculi Anatomy 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 238000007675 cardiac surgery Methods 0.000 description 1
- 210000000748 cardiovascular system Anatomy 0.000 description 1
- 210000001627 cerebral artery Anatomy 0.000 description 1
- 210000002808 connective tissue Anatomy 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 210000004087 cornea Anatomy 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000013399 early diagnosis Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000000799 fluorescence microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000009532 heart rate measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 210000000554 iris Anatomy 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 210000003733 optic disk Anatomy 0.000 description 1
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 1
- 210000004127 vitreous body Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
- A61B6/03—Computed tomography [CT]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/20—Analysis of motion
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physiology (AREA)
- Cardiology (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Способ относится к медицине, а именно к лучевой диагностике, и может быть использован для определения модуля сдвига для стенки кровеносного сосуда на основе интраваскулярной оптической когерентной томографии. Получают структурные изображения оптической когерентной томографии (ОКТ) для исследуемого участка стенки кровеносного сосуда. Выполняют трехмерный сегментный анализ структурных изображений ОКТ. Обнаруживают на сегментированных слоях структурного изображения ОКТ исследуемую стенку кровеносного сосуда и входящие в ее состав структуры. Отслеживают распространение сдвиговой волны в сегментированных слоях, соответствующих структурам стенки кровеносного сосуда. Определяют модуль сдвига для стенки кровеносного сосуда. При этом единственным деформирующим воздействием на исследуемую стенку кровеносного сосуда считается пульсовая волна; площадь поверхности, на которую оказывается деформирующее воздействие, считают равной площади сканирования используемого интраваскулярного зонда ОКТ; сдвигающую силу, с которой пульсовая волна воздействует на исследуемую стенку кровеносного сосуда, вычисляют на основе значений систолического и диастолического давления, которые в свою очередь получают с помощью датчика кровяного давления, встроенного в интраваскулярный зонд используемого оптического когерентного томографа. Из совокупности структурных изображений ОКТ исследуемой стенки кровеносного сосуда выбирают первое структурное изображение, соответствующее отсутствию сдвиговой деформации, характерному для момента детектирования диастолического давления на датчике кровяного давления. Второе структурное изображение соответствует максимальной величине усредненного смещения для всех структур исследуемой стенки кровеносного сосуда. Причем для выбора второго структурного изображения из последовательности структурных изображений исследуемой стенки кровеносного сосуда удаляют первое структурное изображение, усредненные смещения структур исследуемой стенки кровеносного сосуда для каждого структурного изображения усеченной последовательности вычисляют как среднее арифметическое по смещениям центров тяжести на каждом из сегментированных слоев относительно центров тяжести аналогичных сегментированных слоев первого структурного изображения, толщину деформируемой стенки кровеносного сосуда вычисляют как среднее арифметическое между суммой толщин всех сегментированных слоев на первом структурном изображении и аналогичной суммой толщин на втором структурном изображении. Величину модуля сдвига для исследуемой стенки кровеносного сосуда вычисляют как частное от деления произведения сдвигающей силы и толщины деформируемой стенки кровеносного сосуда на произведение площади деформирующего воздействия и максимальной величины усредненного смещения для всех структур исследуемой стенки кровеносного сосуда. Способ обеспечивает повышение точности определения модуля сдвига для стенки кровеносного сосуда за счет использования в качестве деформирующего воздействия пульсовой волны. 1 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области измерений для диагностических целей, в частности к способам оценки состояния сердечнососудистой системы посредством анализа последовательности структурных изображений стенок кровеносных сосудов, получаемых с помощью интраваскулярной оптической когерентной томографии, и может быть использовано в медицине и ветеринарии для определения механических свойств стенок кровеносных сосудов, а также измерения частоты сердечных сокращений.
Интраваскулярная оптическая когерентная томография - современный метод диагностики стенок кровеносных сосудов человека. Технической основой метода являются классическая оптическая когерентная томография, а отличительной особенностью - использование выносных, сменных модификаций плеча образца, выполненного в виде тонкого, протяженного интраваскулярного зонда. Основные направления клинического использования интраваскулярной оптической когерентной томографии включают в себя: оценку толщины и приближенного состава атеросклеротических бляшек, контроль над процедурой ротационной атерэктомии и оценку правильности имплантации стента или микроспиралей. Весьма перспективным является расширение перечня направлений клинического использования интраваскулярной оптической когерентной томографии способом оценки сдвиговых деформаций, возникающих в кровеносных сосудах под влиянием пульсовой волны. Диагностическая ценность подобного способа заключается в получении актуальных сведений о величине модуля сдвига для стенки исследуемого кровеносного сосуда, позволяющей косвенно оценить вероятность разрыва этого сосуда. Способы оценки модуля сдвига на основе классической оптической когерентной томографии известны из офтальмологии, и поэтому разработка способа определения модуля сдвига для стенки кровеносного сосуда на основе интраваскулярной оптической когерентной томографии во многом заключается в адаптации офтальмологических подходов к интраваскулярному использованию.
По патенту US 20190125185 А1, МПК А61В 3/16 и А61В 3/10, опубл. 02.05.2019 г. известны система и способ измерения внутриглазного давления, биомеханических свойств и геометрии тканей глаза. Способ измерения внутриглазного давления, биомеханических свойств и геометрии тканей глаза включает в себя: сканирование тканей глаза лазерным излучением оптического когерентного томографа, получение структурных изображений оптической когерентной томографии, вычисление внутриглазного давления с помощью аппланационного тонометра, измерение геометрии тканей глаза на основе структурных изображений оптической когерентной томографии, количественную оценку биомеханических свойств тканей глаза на основе данных о внутриглазном давлении и структурных изображений оптической когерентной томографии. Известны варианты способа измерения внутриглазного давления, биомеханических свойств и геометрии тканей глаза в которых: визуализируются одно или несколько структурных изображений оптической когерентной томографии в исходном виде или на этапах обработки; производится выявлений одной или нескольких аномалий (патологий) в тканях глаза с использованием расчетных значений внутриглазного давления, визуализированной геометрии тканей глаза, а также измеренных биомеханических свойств; этап вычисления внутриглазного давления с помощью аппланационного тонометра включает в себя подачу непрерывной струи воздуха на исследуемые ткани глаза с силой достаточной для того, чтобы вызвать их деформацию и аппланацию, формирование временного профиля давления посредством измерения давления струи воздуха для по меньшей мере нескольких дискретных моментов времени в течении процессов деформации и аппланаций, оценку корреляции между величиной давления струи воздуха и временем аппланации; калибровку оценочной величины внутриглазного давления с учетом геометрии исследуемых тканей глаза; этап количественной оценки биомеханических свойств тканей глаза на основе данных о внутриглазном давлении и структурных изображений оптической когерентной томографии включает в себя подачу сфокусированного микро-импульса воздуха на исследуемую ткань глаза для индуцирования в ней смещения с малой амплитудой, измерение характеристик смещения с малой амплитудой в нескольких пространственных точках для обраружения упругой волны вызванной микро-импульсом воздуха, количественную оценку одной или нескольких биомеханических характеристик исследуемых тканей глаза по профилям движения упругой волны, корректировку измеренных биомеханических свойств с использованием сведений о геометрии исследуемых тканей; количественно оцениваемые биомеханические свойства включают в себя смещения по координатным осям, время релаксации, частоту собственных колебаний, модуль Юнга, вязкость, модуль сдвига, абсолютную величину максимальной деформации, скорость распространения волны по поверхности исследуемого объекта, скорость распространения волны в толще исследуемого объекта, демпфирование. Техническим результатом способа измерения внутриглазного давления, биомеханических свойств и геометрии тканей глаза является сверхбыстрая аппланационная оптическая когерентная эластография тканей глаза.
Недостатком способа измерения внутриглазного давления, биомеханических свойств и геометрии тканей глаза является вынужденных характер деформирующих воздействий (непрерывная струя и микро-импульс воздуха), снижающий точность определения механических свойств за счет суперпозиции вынужденных деформаций и деформаций имеющих биологическое происхождение (распространение пульсовой волны, тремор, мышечная активность и т.п.), к тому же при вынужденных деформациях имеются риски повреждения исследуемой биологической ткани.
По патенту US 8965487 В2, МПК А61В 5/02 и А61В 5/00, опубл. 24.02.2015 г. известны способы, система и программное обеспечение для измерения механического напряжения и упругих свойств образца. Способ измерения механического напряжения и упругих свойств образца включает в себя: считывание первого интерференционного сигнала (в контексте патента US 8965487 В2 является синонимом к термину «структурного изображения»), несущего полезную информацию на первом уровне деформации, считывание второго интерференционного сигнала, несущего полезную информацию на втором уровне деформации, сравнение первого интерферометрического сигнала и второго интерферометрического сигнала, определение по меньшей мере одной характеристики, связанной со структурными изменениями в исследуемой ткани, причем эта характеристика должна быть связана либо с изменением в пространственном распределении специальной контрастирующей добавки в исследуемой ткани, либо является пространственным распределением модуля Юнга в этой ткани. Известны варианты способа измерения механического напряжения и упругих свойств образца в которых: содержится этап вычисления скоростей смещения отдельных участков исследуемой ткани на основе доплеровского сигнала; второй уровень деформации отличается от первого уровня деформации в большую сторону; либо первый, либо второй интерференционный сигнал представляет собой структурное изображение исследуемой ткани с деформацией пригодной для количественного и качественного анализа; определение по меньшей мере одной характеристики, связанной со структурными изменениями в исследуемой ткани производится посредством сравнения первого интерференционного сигнала и второго интерференционного сигнала; используется дополнительная информация, характеризующая тип и структуру исследуемой ткани; перед вычислением по меньшей мере одной характеристики, связанной со структурными изменениями в исследуемой ткани, но после сравнения двух интерференционных сигналов дополнительно формируется численная модель исследуемой ткани, причем эта модель может уточняться с использованием дополнительной информации. Техническим результатом предложенного способа является высокоточное измерение механического напряжения и упругих свойств исследуемого образца.
Недостатком способа измерения механического напряжения и упругих свойств образца является невысокая точность определения механических свойств исследуемой ткани, вызванная отсутствием доплеровского сигнала при деформациях перпендикулярных (90°) или под углами близким к 90° относительно направления сканирования оптического когерентного томографа, к тому же не учитывается тот факт, что специальные контрастирующие добавки обычно усиливают полезных сигнал только от отдельных структур, не изменяя, а порой и снижая полезных сигнал от остальных структур (например, сильное отражение от структуры с высокой концентрацией отражающей добавки ограничивает возможность излучения проходить вглубь исследуемой ткани).
По патенту US 20160242650 А1, МПК А61В 5/00 и А61В 3/10, опубл. 25.08.2016 г. известен способ оптической когерентной эластографии с использованием акустического излучения в качестве деформирующего воздействия и методов оптической когерентной доплерографии, включающий в себя: генерирование сканирующих пучков излучения оптической когерентной томографии направленных в исследуемую ткань, генерирование вибраций в исследуемой ткани посредством акустического деформирующего воздействия таким образом, чтобы направление их движения было перпендикулярным или приближенно перпендикулярным к множеству сканирующих пучков излучения оптической когерентной томографии, детектирование вызванных вибраций в исследуемой ткани посредством анализа доплеровских сдвигов и спекл-контраста, визуализация модуля сдвига для совокупности структурных изображений оптической когерентной томографии характеризующих стадии распространения сдвиговой волны. Известны варианты способа оптической когерентной эластографии с использованием акустического излучения в качестве деформирующего воздействия и методов оптической когерентной доплерографии в которых: для сбора большего количества структурных изображений оптической когерентной томографии дополнительно используют боковое и поперечное сканирование; дополнительно вычисляют и визуализируют модуль Юнга, а также скорости продольного и поперечного движения волны; генерирование и детектирование вибраций в исследуемой ткани вызванных акустическим деформирующим воздействием осуществляется с использование эндоскопа; используется мультимодальный подход к оптической когерентной томографии, заключающийся, например, в сочетании классической оптической когерентной томографии и флуоресцентной визуализации; исследуемая биологическая ткань является раковой тканью, тканью глаза, сосудистой тканью; исследование производится с научной целью или с целью диагностирования заболевания. Техническим результатом способа оптической когерентной эластографии с использованием акустического излучения в качестве деформирующего воздействия и методов оптической когерентной доплерографии является высокоточное количественное отображение модуля сдвига в исследуемой ткани.
Недостатком способа оптической когерентной эластографии с использованием акустического излучения в качестве деформирующего воздействия и методов оптической когерентной доплерографии является вынужденных характер деформирующих воздействий (акустические импульсы), снижающий точность определения механических свойств за счет суперпозиции вынужденных деформаций и деформаций имеющих биологическое происхождение (распространение пульсовой волны, тремор, мышечная активность и т.п.), к тому же при вынужденных деформациях имеются риски повреждения исследуемой биологической ткани.
Ближайшим аналогом (прототипом) разработанного способа является способ диагностики заболеваний глаз посредством построения и визуализации эластограмм по сдвиговым волнам с использованием трехмерной сегментации (патент US 20190335996 А1, МПК А61В 3/12, А61В 3/10, А61В 8/10, А61В 8/8, А61В 3/14, А61В 8/00, G06T 7/12, А61В 5/00 и G06K 9/62, опубл. 07.11.2019 г.), включающий в себя: генерирование сдвиговых волн в исследуемом участке сетчатки глаза с использованием акустического импульса, получение структурных изображений оптической когерентной томографии для множества местоположений латеральных к исследуемому участку сетчатки глаза, выполнение трехмерного сегментного анализа структурных изображений оптической когерентной томографии, обнаружение на сегментированных слоях структурного изображения оптической когерентной томографии сетчатки глаза и входящих в ее состав структур, отслеживание распространения сдвиговой волны в сегментированных слоях, соответствующих структурам сетчатки глаза, вычисление скорости распространения сдвиговой волны в сегментированных слоях структур сетчатки глаза, генерирование картограммы скоростей сдвига в привязке к каждому сегментированному слою сетчатки глаза, определение модуля сдвига и модуля упругости для каждого сегментированного слоя структур сетчатки глаза, построение эластограмм по модулю сдвига и модулю упругости для обеспечение ранней диагностики заболеваний сетчатки глаза. Известны варианты способа диагностики заболеваний глаз посредством построения и визуализации эластограмм по сдвиговым волнам с использованием трехмерной сегментации в которых: акустические импульсы имеют форму соответствующую сигналам кольцевого, либо матричного ультразвукового преобразователей; при выполнении трехмерного сегментного анализа структурных изображений оптической когерентной томографии используются метод на основе алгоритмов кластеризации, теории графов или компьютерного зрения; после этапе обнаружения на сегментированных слоях структурного изображения оптической когерентной томографии сетчатки глаза и входящих в ее состав структур сегментированные границ дополнительно уточняются; вычисление скорости распространения сдвиговой волны в каждом сегментированном слое сетчатки глаза содержит оценку угла наклона сдвиговой волны в привязке к моментам времени соответствующим достижению соответствующего сегментированного слоя передним фронтом волны; вычисление модуля сдвига производится на основе скорости распространения сдвиговой волны и плотности исследуемой ткани; вычисление модуля Юнга производится на основе модуля сдвига и коэффициента Пуассона; эластограммы по модулю сдвига и модулю Юнга совместно строятся и визуализируются с доплеровскими картограммами и ангиограммами; построение и визуализация эластограмм по сдвиговым волнам с использованием трехмерной сегментации производятся не только для структур сетчатки глаза, но и для всего глазного яблока в целом, включая роговицу, радужную оболочку, хрусталик, стекловидное тело и диск зрительного нерва. Техническим результатом способа диагностики заболеваний глаз посредством построения и визуализации эластограмм по сдвиговым волнам с использованием трехмерной сегментации является выявление заболеваний сетчатки глаза на ранних стадиях на основе высокоточной оценки механических свойств отдельных ее слоев.
Недостатком способа диагностики заболеваний глаз посредством построения и визуализации эластограмм по сдвиговым волнам с использованием трехмерной сегментации является вынужденных характер деформирующих воздействий (акустические импульсы), снижающий точность определения механических свойств за счет суперпозиции вынужденных деформаций и деформаций имеющих биологическое происхождение (распространение пульсовой волны, тремор, мышечная активность и т.п.), а также в средствии трудно поддающегося количественной оценке снижения величины деформирующей силы по сравнению с излучаемой, вызванных прохождением сфокусированных акустических импульсов к заданным участкам сетчатки глаза через оптические структуры глаза (например, хрусталик глаза по своему строению и функциональному назначению представляет собой биологическую линзу, вносящую свои аберрации в проходящие через нее лучи), к тому же при вынужденных деформациях имеются риски повреждения исследуемой биологической ткани.
Технической задачей способа является повышение точности определения модуля сдвига для стенки кровеносного сосуда посредством использования в качестве деформирующего воздействия пульсовой волны, что позволяет точнее определить связь между смещениями в структурах стенки кровеносного сосуда и оказанным на нее деформирующим воздействием, т.к. существенно искажающей результаты расчетов суперпозиции вынужденных деформаций и деформаций, вызванных пульсовой волной при таком подходе нет.
Поставленная техническая задача достигается тем, что способ определения модуля сдвига для стенки кровеносного сосуда на основе интраваскулярной оптической когерентной томографии, также как и способ, который является ближайшим аналогом, включает в себя получение структурных изображений оптической когерентной томографии для исследуемого участка стенки кровеносного сосуда, выполнение трехмерного сегментного анализа структурных изображений оптической когерентной томографии, обнаружение на сегментированных слоях структурного изображения (имеются ввиду слои цифрового изображения) оптической когерентной томографии исследуемой стенки кровеносного сосуда и входящих в ее состав структур (имеются ввиду анатомические структуры: наружная оболочка стенки кровеносного сосуда - адвентиция; средняя оболочка стенки кровеносного сосуда - медиа; внутренняя оболочка стенки кровеносного сосуда - интима), отслеживание распространения сдвиговой волны в сегментированных слоях, соответствующих структурам стенки кровеносного сосуда, определение модуля сдвига для стенки кровеносного сосуда.
Новым в разработанном способе определения модуля сдвига для стенки кровеносного сосуда на основе интраваскулярной оптической когерентной томографии является то, что единственным деформирующим воздействием на исследуемую стенку кровеносного сосуда считается пульсовая волна, площадь поверхности на которую оказывается деформирующее воздействие считают равной площади сканирования используемого интраваскулярного зонда оптического когерентного томографа, сдвигающую силу с которой пульсовая волна воздействует на исследуемую стенку кровеносного сосуда вычисляют на основе значений систолического и диастолического давления, которые в свою очередь получают с помощью датчика кровяного давления, встроенного в интраваскулярный зонд используемого оптического когерентного томографа, из совокупности структурных изображений оптической когерентной томографии исследуемой стенки кровеносного сосуда выбирают первое структурное изображение, соответствующее отсутствию сдвиговой деформации, характерному для момента детектирования диастолического давления на датчике кровяного давления, и второе структурное изображение, соответствующее максимальной величине усредненного смещения для всех структур исследуемой стенки кровеносного сосуда, причем для выбора второго структурного изображения из последовательности структурных изображений исследуемой стенки кровеносного сосуда удаляют первое структурное изображение, усредненные смещения структур исследуемой стенки кровеносного сосуда для каждого структурного изображения усеченной последовательности вычисляют как среднее арифметическое по смещениям центров тяжести на каждом из сегментированных слоев, соответствующих структурам исследуемой стенки кровеносного сосуда, относительно центров тяжести аналогичных сегментированных слоев первого структурного изображения, толщину деформируемой стенки кровеносного сосуда вычисляют как среднее арифметическое между суммой толщин всех сегментированных слоев, соответствующих структурам исследуемой стенки кровеносного сосуда на первом структурном изображении, и аналогичной суммой толщин на втором структурном изображении, величину модуля сдвига для исследуемой стенки кровеносного сосуда вычисляют как частное от деления произведения сдвигающей силы и толщины деформируемой стенки кровеносного сосуда на произведение площади деформирующего воздействия и максимальной величины усредненного смещения для всех структур исследуемой стенки кровеносного сосуда.
С использованием фантомов кровеносных сосудов с пульсирующими потоками кровеимитирующей жидкости была проведена серия экспериментов по определению модуля сдвига в соответствии с предложенным способом. Примеры первого и второго структурных изображений оптической когерентной томографии показаны на фиг. 1а и фиг. 1б., соответственно. Оценочные величины модуля сдвига были проверены по результатам теоретических расчетов на основе величин модуля Юнга и коэффициента Пуассона. Эксперименты и теоретические расчеты показали, что точность определения модуля сдвига составляет более 91%, что свидетельствует о выполнении поставленной технической задачи.
Предлагаемый способ определения модуля сдвига для стенки кровеносного сосуда на основе интраваскулярной оптической когерентной томографии предназначен для использования в реальной клинической практике, в частности в ангиологии, кардиохирургии и нейрохирургии. Примером такого использования может служить оценка механических свойств стенок церебральной артерии с аневризмой с целью выбора наиболее подходящей модели потоконаправляющего стента для проведения эндоваскулярной операции стентирования. Также возможны варианты использования предлагаемого способа для биофизических исследований и обучения медицинского персонала проведению малоинвазивных эндоваскулярных вмешательств.
Claims (1)
- Способ определения модуля сдвига для стенки кровеносного сосуда на основе интраваскулярной оптической когерентной томографии, включающий в себя получение структурных изображений оптической когерентной томографии для исследуемого участка стенки кровеносного сосуда, выполнение трехмерного сегментного анализа структурных изображений оптической когерентной томографии, обнаружение на сегментированных слоях структурного изображения оптической когерентной томографии исследуемой стенки кровеносного сосуда и входящих в ее состав структур, отслеживание распространения сдвиговой волны в сегментированных слоях, соответствующих структурам стенки кровеносного сосуда, определение модуля сдвига для стенки кровеносного сосуда, отличающийся тем, что единственным деформирующим воздействием на исследуемую стенку кровеносного сосуда считается пульсовая волна, площадь поверхности, на которую оказывается деформирующее воздействие, считают равной площади сканирования используемого интраваскулярного зонда оптического когерентного томографа, сдвигающую силу, с которой пульсовая волна воздействует на исследуемую стенку кровеносного сосуда, вычисляют на основе значений систолического и диастолического давления, которые в свою очередь получают с помощью датчика кровяного давления, встроенного в интраваскулярный зонд используемого оптического когерентного томографа, из совокупности структурных изображений оптической когерентной томографии исследуемой стенки кровеносного сосуда выбирают первое структурное изображение, соответствующее отсутствию сдвиговой деформации, характерному для момента детектирования диастолического давления на датчике кровяного давления, и второе структурное изображение, соответствующее максимальной величине усредненного смещения для всех структур исследуемой стенки кровеносного сосуда, причем для выбора второго структурного изображения из последовательности структурных изображений исследуемой стенки кровеносного сосуда удаляют первое структурное изображение, усредненные смещения структур исследуемой стенки кровеносного сосуда для каждого структурного изображения усеченной последовательности вычисляют как среднее арифметическое по смещениям центров тяжести на каждом из сегментированных слоев, соответствующих структурам исследуемой стенки кровеносного сосуда, относительно центров тяжести аналогичных сегментированных слоев первого структурного изображения, толщину деформируемой стенки кровеносного сосуда вычисляют как среднее арифметическое между суммой толщин всех сегментированных слоев, соответствующих структурам исследуемой стенки кровеносного сосуда на первом структурном изображении, и аналогичной суммой толщин на втором структурном изображении, величину модуля сдвига для исследуемой стенки кровеносного сосуда вычисляют как частное от деления произведения сдвигающей силы и толщины деформируемой стенки кровеносного сосуда на произведение площади деформирующего воздействия и максимальной величины усредненного смещения для всех структур исследуемой стенки кровеносного сосуда.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019141019A RU2742917C1 (ru) | 2019-12-12 | 2019-12-12 | Способ определения модуля сдвига для стенки кровеносного сосуда на основе интраваскулярной оптической когерентной томографии |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019141019A RU2742917C1 (ru) | 2019-12-12 | 2019-12-12 | Способ определения модуля сдвига для стенки кровеносного сосуда на основе интраваскулярной оптической когерентной томографии |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2742917C1 true RU2742917C1 (ru) | 2021-02-11 |
Family
ID=74666137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019141019A RU2742917C1 (ru) | 2019-12-12 | 2019-12-12 | Способ определения модуля сдвига для стенки кровеносного сосуда на основе интраваскулярной оптической когерентной томографии |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2742917C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2669732C1 (ru) * | 2017-12-13 | 2018-10-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Способ определения модуля продольной упругости стенки кровеносного сосуда на основе эндоскопической оптической когерентной томографии |
| RU2691619C1 (ru) * | 2018-12-13 | 2019-06-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Способ определения коэффициента Пуассона для стенки кровеносного сосуда на основе эндоскопической оптической когерентной томографии |
| US20190335996A1 (en) * | 2018-05-04 | 2019-11-07 | The Regents Of The University Of California | Shear wave based elasticity imaging using three-dimensional segmentation for ocular disease diagnosis |
-
2019
- 2019-12-12 RU RU2019141019A patent/RU2742917C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2669732C1 (ru) * | 2017-12-13 | 2018-10-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Способ определения модуля продольной упругости стенки кровеносного сосуда на основе эндоскопической оптической когерентной томографии |
| US20190335996A1 (en) * | 2018-05-04 | 2019-11-07 | The Regents Of The University Of California | Shear wave based elasticity imaging using three-dimensional segmentation for ocular disease diagnosis |
| RU2691619C1 (ru) * | 2018-12-13 | 2019-06-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Способ определения коэффициента Пуассона для стенки кровеносного сосуда на основе эндоскопической оптической когерентной томографии |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| KHALIL A. S. et al. Tissue Elasticity Estimation with Optical Coherence Elastography: Toward Mechanical Characterization of In Vivo Soft Tissue. Annals of Biomedical Engineering. 2005, Vol. 33, No. 11, pp. 1631-1639. * |
| ROLEDER T. et al. The basics of intravascular optical coherence tomography. Postepy Kardiol Interwencyjnej. 2015, 11(2), pp. 74-83. * |
| ПЛЕХАНОВ А.А. и др. Оптическая когерентная эластография в оценке биомеханических свойств опухоли в ходе химиотерапии: пилотное исследование. Современные технологии в медицине. 2018, выпуск 10, номер 3, стр. 43-51. * |
| ПЛЕХАНОВ А.А. и др. Оптическая когерентная эластография в оценке биомеханических свойств опухоли в ходе химиотерапии: пилотное исследование. Современные технологии в медицине. 2018, выпуск 10, номер 3, стр. 43-51. KHALIL A. S. et al. Tissue Elasticity Estimation with Optical Coherence Elastography: Toward Mechanical Characterization of In Vivo Soft Tissue. Annals of Biomedical Engineering. 2005, Vol. 33, No. 11, pp. 1631-1639. ROLEDER T. et al. The basics of intravascular optical coherence tomography. Postepy Kardiol Interwencyjnej. 2015, 11(2), pp. 74-83. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4602972B2 (ja) | 超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法 | |
| US8298143B2 (en) | Ultrasonograph that determines tissue properties utilizing a reference waveform | |
| US20090030324A1 (en) | Ultrasonic diagnostic apparatus and method for controlling the same | |
| EP1961384A1 (en) | Ultrasonograph | |
| JPWO2005055831A1 (ja) | 超音波診断装置及び超音波診断方法 | |
| JP6736584B2 (ja) | 視神経鞘の拍動動態を検出する方法、診断方法、医学的用途、非侵襲性マーカー、システムおよび変換器装置 | |
| Kowalska et al. | Ultrasonic in vivo measurement of ocular surface expansion | |
| CN103479326A (zh) | 用于测量角膜的方法和分析设备 | |
| US20150313573A1 (en) | Ophthalmic elastography | |
| JP2007501030A (ja) | 血管の画像診断を使用する心臓血管疾患の初期の検出用の装置及び方法 | |
| US11540714B2 (en) | Shear wave based elasticity imaging using three-dimensional segmentation for ocular disease diagnosis | |
| JP2008161674A (ja) | 超音波診断装置 | |
| CA2478091A1 (en) | Vascular impedance measurement apparatus | |
| RU2691619C1 (ru) | Способ определения коэффициента Пуассона для стенки кровеносного сосуда на основе эндоскопической оптической когерентной томографии | |
| RU2742917C1 (ru) | Способ определения модуля сдвига для стенки кровеносного сосуда на основе интраваскулярной оптической когерентной томографии | |
| RU2692220C1 (ru) | Способ цветового доплеровского картирования в эндоскопической оптической когерентной томографии | |
| JP2008161546A (ja) | 超音波診断装置 | |
| JP5014132B2 (ja) | 超音波診断装置 | |
| Luzhnov et al. | Using nonlinear dynamics for signal analysis in transpalpebral rheoophthalmography | |
| RU2636189C2 (ru) | Способ выбора потоконаправляющего стента | |
| RU2759070C1 (ru) | Способ оценки внутренней структуры атеросклеротических бляшек посредством интраваскулярной оптической когерентной томографии | |
| WO2007072720A1 (ja) | 医用画像診断装置および生体組織の同定方法 | |
| Aristizabal et al. | Application of guided waves for quantifying elasticity and viscoelasticity of boundary sensitive organs | |
| JP2007020724A (ja) | 超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法 | |
| Shaw et al. | P2. 18: Towards Computational Diagnosis of Coronary Artery Disease |