從主血管分支的血管分支的尺寸(面積)的估計(jì)可以使用利用設(shè)備102的形狀感測(cè)和US來(lái)獲得。這些分支數(shù)據(jù)可以用于血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)的計(jì)算。當(dāng)執(zhí)行IVUS拉回時(shí)，分支血管將表現(xiàn)為血管壁上的“開(kāi)口”。針對(duì)FFR模擬，管狀結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)被附接至這些開(kāi)口，以提供準(zhǔn)確的模型邊界。
[0033]US圖像134 (或其他圖像，例如，0CT)和形狀感測(cè)數(shù)據(jù)(圖像)136能夠被配準(zhǔn)并被顯示在顯示設(shè)備118上。工作站112包括用于查看對(duì)象(患者)或體積160的內(nèi)部圖像的顯示器118，并且可以包括作為隨時(shí)間的位置改變歷史的疊加或其它繪制的圖像134和136。
[0034]運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和模擬模塊140 (或配準(zhǔn)模塊)包括用于使用血管壁信息(US)和形狀數(shù)據(jù)(形狀感測(cè))的三維血管幾何結(jié)構(gòu)配準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)乃惴?。模塊140可以用于融合或配準(zhǔn)來(lái)自IVUS和形狀感測(cè)兩者的測(cè)量結(jié)果，并執(zhí)行針對(duì)瞬時(shí)幾何結(jié)構(gòu)測(cè)量結(jié)果的3D建模，以增加諸如FFR模擬等的應(yīng)用的測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性。模塊140可以輸出例如用于模塊150中的FFR模擬的模型144，以更好地近似血管中的流。
[0035]FFR還可以采用由一個(gè)或多個(gè)傳感器或換能器142測(cè)量的其他參數(shù)，例如，壓力、溫度和流量數(shù)據(jù)，以確定病變的精確嚴(yán)重性或收集幾何或其他數(shù)據(jù)來(lái)建立模型144。這些參數(shù)不是必須的，但在一些實(shí)施例中可以提供額外的信息。FFR模擬可以由工作站112來(lái)執(zhí)行，或者所收集的數(shù)據(jù)可以由其它系統(tǒng)來(lái)采用。
[0036]顯示器118還可以準(zhǔn)許用戶與工作站112及其部件和功能，或者系統(tǒng)100內(nèi)的其他元件進(jìn)行交互。這還由接口 120促進(jìn)，所述接口可以包括鍵盤、鼠標(biāo)、操縱桿、觸覺(jué)設(shè)備或任何其他外周設(shè)備或控制，以準(zhǔn)許用戶得到來(lái)自工作站112的反饋并與工作站112交互。
[0037]參考圖2，分別在時(shí)間點(diǎn)處出現(xiàn)的在三個(gè)位置(Pq，Pi，P2)處的US數(shù)據(jù)被示出為截面線200、201和202。形狀感測(cè)IVUS提供進(jìn)入到截面線200、201和202的形狀210,211和212。形狀感測(cè)準(zhǔn)許IVUS導(dǎo)管的對(duì)應(yīng)的三維形狀的測(cè)量結(jié)果。由于心臟跳動(dòng)和呼吸運(yùn)動(dòng)，能夠出現(xiàn)顯著的偏移。然而，當(dāng)整個(gè)形狀被測(cè)量時(shí)，針對(duì)參考形狀226的配準(zhǔn)是可能的，血管幾何結(jié)構(gòu)能夠從所述參考形狀被重建?？梢曰谌缬杉^220、221和222所指示的移動(dòng)(例如，外推、內(nèi)插、平均、確定靜態(tài)位置、確定在一個(gè)周期期間的最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間位置處的位置等)來(lái)計(jì)算參考形狀226。
[0038]參考形狀226能夠通過(guò)首先完全插入形狀感測(cè)IVUS并且捕獲在US系統(tǒng)的一個(gè)特定時(shí)間戳記上的形狀，例如，最接近于參考形狀的具有時(shí)間戳記的測(cè)量結(jié)果來(lái)獲得。整個(gè)血管能夠使用參考形狀226和US數(shù)據(jù)來(lái)重建，所述US數(shù)據(jù)可以包括多幅橫截面圖像230，在圖3中說(shuō)明性描繪了所述多幅橫截面圖像中的一幅。以這種方式，血管232的運(yùn)動(dòng)在運(yùn)動(dòng)期間被更好地理解，并可以提供FFR或其它參數(shù)的更準(zhǔn)確的計(jì)算。影響血流和FFR的特性可以包括斑塊234，并且諸如狹窄等的異常236將存在于US圖像中。
[0039]FFR被定義為相對(duì)于狹窄之前的壓力的狹窄之后(遠(yuǎn)端)的壓力。結(jié)果是絕對(duì)數(shù)；0.50的FFR意味著給定的狹窄導(dǎo)致血壓的50%下降。換言之，F(xiàn)FR表達(dá)相比于假設(shè)狹窄不存在時(shí)的最大流量，在狹窄存在時(shí)沿血管的最大流量。在冠狀動(dòng)脈導(dǎo)管插入術(shù)期間，導(dǎo)管被插入到股動(dòng)脈(腹股溝)或橈動(dòng)脈(手腕)中。常規(guī)FFR使用設(shè)備(通常是換能器)的端部上的小傳感器來(lái)測(cè)量壓力、溫度和流量，以確定病變的精確嚴(yán)重性。這是在能夠通過(guò)注射例如腺苷或罌粟堿誘發(fā)的最大血流(充血)期間完成的。在血管上的壓力被記錄。
[0040]在數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)中，F(xiàn)FR是狹窄病變遠(yuǎn)端的最大血流與在相同血管中的正常最大流量的比率。FFR = Pd/Pa(Pd =病變遠(yuǎn)端的壓力，P a=病變近端的壓力)。沒(méi)有FFR變得異常的絕對(duì)的臨界點(diǎn)。然而，在臨床試驗(yàn)中，0.75至0.80的臨界點(diǎn)已經(jīng)被采用。較高的值指示不顯著的狹窄，而較低的值指示顯著的病變。
[0041]確定血管中的何者變窄或病變正在影響壓力下降通常是困難的。通過(guò)測(cè)量由血管變窄引起的壓力下降，F(xiàn)FR提供功能評(píng)估。通過(guò)提供與US成像相結(jié)合的三維形狀數(shù)據(jù)，血管的形狀和動(dòng)力學(xué)能夠被考慮和更好地被理解，以提供更好的FFR模擬估計(jì)。根據(jù)本原理的FFR模擬能夠模擬沿整個(gè)血管的流量，而沒(méi)有用于壓力測(cè)量的插入的探頭。這與常規(guī)FFR相反，常規(guī)FFR利用用于壓力測(cè)量的探頭的插入僅得到在兩個(gè)點(diǎn)(狹窄之前和之后)上的測(cè)量結(jié)果。
[0042]知曉了 IVUS探頭的形狀以及從IVUS獲得的血管腔和壁的測(cè)量結(jié)果兩者之后，能夠重建血管幾何結(jié)構(gòu)。例如，本系統(tǒng)(100，圖1)能夠與提供血管橫截面的腔測(cè)量結(jié)果的IVUS探頭一起連續(xù)測(cè)量形狀。目標(biāo)現(xiàn)在是組合所有的橫截面測(cè)量結(jié)果，以得到血管幾何結(jié)構(gòu)的3D重建。在插入探頭(106)時(shí)收集測(cè)量結(jié)果。如果系統(tǒng)是靜態(tài)的，僅需要插入探頭并收集測(cè)量結(jié)果。然而，由于呼吸運(yùn)動(dòng)和心臟跳動(dòng)被疊加，因此測(cè)量結(jié)果必須被配準(zhǔn)到一個(gè)公共坐標(biāo)系中。對(duì)于這種配準(zhǔn)，形狀信息能夠是有益的，因?yàn)檫@允許通過(guò)從一個(gè)中心線搜索關(guān)于其他中心線的最近點(diǎn)，將一個(gè)中心線配準(zhǔn)到其他中心線，例如參考形狀226上。一旦這種信息可用，其就能夠用于隨后的FFR模擬。
[0043]在一個(gè)范例中，導(dǎo)管的形狀在時(shí)間中的每個(gè)點(diǎn)處是已知的，提供3D位置和方向向量。IVUS探頭的取向也由于形狀感測(cè)系統(tǒng)(例如，多個(gè)光纖)是已知的。IVUS測(cè)量結(jié)果被配準(zhǔn)到在導(dǎo)管的形狀處的相同的坐標(biāo)系中，并且IVUS的橫截面沿形狀被對(duì)準(zhǔn)。所得到的高分辨率血管腔被表示為所有橫截面的表面模型并且被用作FFR計(jì)算中的輸入。
[0044]參考圖4，形狀感測(cè)IVUS設(shè)備300根據(jù)一個(gè)實(shí)施例被說(shuō)明性示出。設(shè)備300包括導(dǎo)管；然而，其他醫(yī)學(xué)儀器可以被配置為提供用于對(duì)腔內(nèi)血管進(jìn)行形狀感測(cè)成像的需要的功能。設(shè)備300包括用于對(duì)腔和血管壁幾何結(jié)構(gòu)的IV記錄的US探頭302。設(shè)備包括形狀感測(cè)設(shè)備304，所述形狀感測(cè)設(shè)備包括例如光纖305 (具有光纖布拉格光柵或具有瑞利感測(cè))或多個(gè)電磁傳感器。
[0045]任選的換能器306可以被安裝在設(shè)備300的遠(yuǎn)端部分處或附近，或者可以通過(guò)用于產(chǎn)生壓力和/或溫度讀數(shù)的設(shè)備300中的通道308來(lái)提供。
[0046]在一個(gè)實(shí)施例中，形狀感測(cè)設(shè)備304可以包括在設(shè)備300 (例如，導(dǎo)管)的端部處的單個(gè)電磁傳感器310。該簡(jiǎn)化的實(shí)施例不測(cè)量IVUS導(dǎo)管(300)的整個(gè)形狀，而是僅端部的位置。在這種情況下，形狀感測(cè)性能的降低需要通過(guò)更先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法(在模塊140中)來(lái)補(bǔ)償，所述運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法不通過(guò)配準(zhǔn)到參考形狀來(lái)恢復(fù)三維形狀，而是僅從IVUS測(cè)量結(jié)果與當(dāng)其沿血管移動(dòng)時(shí)的端部位置的信息一起來(lái)恢復(fù)三維形狀。應(yīng)當(dāng)理解，設(shè)備300可以包括替代所描述的這些或者除所描述的這些以外的其它特征和性能。例如，范圍、球囊等可以被安裝在設(shè)備300上或通過(guò)通道308進(jìn)行部署。
[0047]參考圖5，示出了根據(jù)本原理的用于重建腔幾何結(jié)構(gòu)的方法。在方框402中，醫(yī)學(xué)儀器(例如，導(dǎo)管)被提供有被安裝在醫(yī)學(xué)儀器上或醫(yī)學(xué)儀器中的形狀感測(cè)系統(tǒng)和被安裝在醫(yī)學(xué)儀器上或醫(yī)學(xué)儀器中的超聲探頭。在方框404中，醫(yī)學(xué)儀器經(jīng)靜脈部署，以確定血管或其他腔的特性。在方框406中，在介入部署期間使用超聲探頭(或0CT設(shè)備)來(lái)收集腔的圖像，同時(shí)地測(cè)量醫(yī)學(xué)儀器的形狀。形狀感測(cè)系統(tǒng)可以包括光纖光學(xué)形狀感測(cè)系統(tǒng)，所述光纖光學(xué)形狀感