用于冠状动脉血管造影术中的同时解剖学和流体动态分析的流体注射器

摘要

一种用于对个体的冠状动脉系统成像的方法，包括使用致动器将不透射线染料的脉冲释放到个体的冠状动脉树中。该方法还包括使用图像捕获设备获得不透射线染料的脉冲随时间的侵入性冠状动脉X射线血管造影图像序列。该方法还包括使用处理器通过侵入式冠状动脉X射线血管造影图像的序列跟踪脉冲，并且将脉冲定位在冠状动脉系统的三维(3D)结构模型上以生成冠状动脉系统的三维(3D)功能模型，其示出了当染料流过不同动脉分支时染料的轨迹。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及冠状动脉血管造影术，并且更具体地涉及用于在冠状动脉血管造影术中同时进行解剖学和流体动力学分析的流体注射器。

背景技术

冠状动脉血管造影术是诊断和治疗心血管疾病的微创手术。常规冠状动脉血管造影术包括将导管引向冠状动脉、用不透射线染料冲洗、以及使用X射线源的动态成像。通常从不同的角度重复该过程，以提供血管结构的三维(3D)评估。然后，医生，例如心脏病专家，视觉地解释图像以评估狭窄的存在、程度和严重性。

发明内容

本发明的实施例涉及一种用于对个体的冠状动脉系统成像的方法。该方法的非限制性示例包括使用致动器将不透射线染料的脉冲释放到个体的冠状动脉树中。该方法还包括使用图像捕获设备获得不透射线染料的脉冲随时间的一系列侵入性冠状动脉X射线血管造影图像。该方法还包括使用处理器通过侵入式冠状动脉X射线血管造影图像的序列跟踪脉冲，并且将脉冲定位在冠状动脉系统的三维(3D)结构模型上以生成冠状动脉系统的三维(3D)功能模型，其示出了当染料流过不同动脉分支时染料的轨迹。

本发明的实施例还涉及一种用于对个体的冠状动脉系统进行成像的系统。该系统包括用于插入到冠状动脉树的根部的导管。导管包括用于接收不透射线染料的入口和用于将不透射线染料释放到冠状动脉树中的出口。该系统包括与导管连接的泵。泵被配置为将不透射线染料脉冲到冠状动脉树中。该系统还包括通信地连接到泵的处理器。处理器可操作为将不透射线染料的脉冲释放到个体的冠状动脉树中，获得不透射线染料的脉冲随时间的血管造影图像序列，并且通过血管造影图像序列跟踪脉冲，并且在冠状动脉系统的三维(3D)结构模型上定位脉冲以生成冠状动脉系统的3D功能模型，其示出了染料在其流过不同动脉分支时的轨迹。

本发明的实施例涉及一种计算机程序产品。计算机程序产品的非限制性示例包括具有随其体现的程序指令的计算机可读存储介质。程序指令可由处理器执行以使处理器执行一种方法。该方法包括将不透射线染料的脉冲释放到个体的冠状动脉树中。该方法还包括获得不透射线染料的脉冲随时间的血管造影图像序列。该方法包括通过血管造影图像序列跟踪脉冲，并且将脉冲定位在冠状动脉系统的三维(3D)结构模型上以生成冠状动脉系统的三维(3D)功能模型，其示出了当染料流过不同动脉分支时染料的轨迹。

通过本发明的技术实现了额外的技术特征和益处。本发明的实施例和方面在本文中详细描述，并且被认为是所要求保护的主题的一部分。为了更好地理解，参考详细描述和附图。

附图说明

在说明书的结尾处的权利要求中特别指出并清楚地要求了本文描述的专有权的细节。从下面结合附图的详细描述中，本发明的实施例的前述和其它特征和优点将变得显而易见，其中：

图1示出了根据本发明实施例的云计算环境。

图2示出了根据本发明实施例的抽象模型层。

图3示出了根据本发明的一个或多个实施例的计算节点。

图4描绘了图示根据本发明的一个或者多个实施例的用于对冠状动脉系统成像的方法的流程图。

图5描绘了图示根据本发明的一个或者多个实施例的用于对冠状动脉系统成像的系统的图。

图6描绘了图示根据本发明的一个或者多个实施例的用于对冠状动脉系统成像的示例性方法的图。

图7A示出了根据本发明的一个或多个实施例的用于对冠状动脉系统成像的示例性导管和泵的图。

图7B描绘了根据本发明的一个或多个实施例的图7A中所示的导管的放大截面图。

这里描述的图是说明性的。在不脱离本发明的精神的情况下，可以对其中描述的图或操作进行许多变化。例如，可以以不同的顺序执行动作，或者可以添加、删除或修改动作。此外，术语“耦合”及其变型描述了在两个元件之间具有通信路径，并且不暗示元件之间的直接连接，而在它们之间没有中间元件/连接。所有这些变化都被认为是说明书的一部分。

在附图和以下对所述实施例的详细描述中，附图中所示的各种元件具有两个或三个数字参考标号。除了次要的例外，每个参考数字的最左边的数字对应于其中首先示出其元件的图。

具体实施方式

在此参考相关附图描述本发明的各种实施例。在不偏离本发明的范围的情况下，可以设计本发明的替代实施例。在以下描述和附图中，在元件之间阐述了各种连接和位置关系(例如，上方、下方、相邻等)。除非另有说明，这些连接和/或位置关系可以是直接的或间接的，并且本发明并不旨在在这方面进行限制。因此，实体的偶联可以指直接或间接偶联，并且实体之间的位置关系可以是直接或间接位置关系。此外，本文所述的各种任务和过程步骤可并入具有本文未详细描述的额外步骤或功能性的更综合程序或过程中。

以下定义和缩写用于解释权利要求和说明书。如本文所用，术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括一系列要素的组合物、混合物、工艺、方法、制品或装置不一定仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的或此类组合物、混合物、工艺、方法、制品或装置固有的其他要素。

另外，术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。在此描述为“示例性”的任何实施例或设计不一定被解释为比其它实施例或设计更优选或有利。术语“至少一个”和“一个或多个”可以理解为包括大于或等于一的任何整数，即一、二、三、四等。术语“多个”可以理解为包括大于或等于二的任何整数，即二、三、四、五等。术语“连接”可以包括间接“连接”和直接“连接”两者。

术语“约”、“基本上”、“大约”及其变体旨在包括与基于提交本申请时可用的设备的特定量的测量相关联的误差度。例如，“约”可以包括给定值的±8％或5％或2％的范围。

为了简洁起见，与制造和使用本发明的方面相关的常规技术可以或可以不在本文中详细描述。特别地，用于实现本文描述的各种技术特征的计算系统和特定计算机程序的各个方面是公知的。因此，为了简洁起见，许多常规实现细节在本文中仅简要提及或完全省略，而不提供众所周知的系统和/或过程细节。

预先理解，尽管本描述包括关于云计算的详细描述，但是本文中记载的教导的实现不限于云计算环境。相反，本发明的实施例能够结合现在已知或以后开发的任何其它类型的计算环境来实现。

云计算是一种服务递送模型，用于实现对可配置计算资源(例如，网络、网络带宽、服务器、处理、存储器、存储、应用、虚拟机和服务)的共享池的方便的按需网络访问，所述可配置计算资源可以以最小的管理努力或与服务的提供者的交互来快速供应和释放。该云模型可以包括至少五个特性、至少三个服务模型和至少四个部署模型。

特征如下：

按需自助：云消费者可以单方面地自动地根据需要提供计算能力，诸如服务器时间和网络存储，而不需要与服务的提供者进行人工交互。

广域网接入：能力在网络上可用，并且通过促进由异构的薄或厚客户端平台(例如，移动电话、膝上型计算机和PDA)使用的标准机制来访问。

资源池化：供应商的计算资源被集中以使用多租户模型来服务多个消费者，其中不同的物理和虚拟资源根据需求被动态地分配和重新分配。存在位置无关的意义，因为消费者通常不控制或不知道所提供的资源的确切位置，但是能够在较高抽象级(例如国家、州或数据中心)指定位置。

快速弹性：在一些情况下，可以快速且弹性地提供快速向外扩展的能力和快速向内扩展的能力。对于消费者，可用于提供的能力通常看起来不受限制，并且可以在任何时间以任何数量购买。

测量服务：云系统通过利用在适合于服务类型(例如，存储、处理、带宽和活动用户账户)的某一抽象级别的计量能力来自动地控制和优化资源使用。可以监视、控制和报告资源使用，从而为所利用服务的提供者和消费者两者提供透明度。

服务模型如下：

软件即服务(SaaS)：提供给消费者的能力是使用在云基础设施上运行的提供者的应用。应用程序可通过诸如web浏览器(例如，基于web的电子邮件)等瘦客户机界面从各种客户机设备访问。消费者不管理或控制包括网络、服务器、操作系统、存储、或甚至个别应用能力的底层云基础结构，可能的例外是有限的用户专用应用配置设置。

平台即服务(PaaS)：提供给消费者的能力是将消费者创建或获取的应用部署到云基础设施上，该消费者创建或获取的应用是使用由提供商支持的编程语言和工具创建的。消费者不管理或控制包括网络、服务器、操作系统或存储的底层云基础设施，但具有对部署的应用和可能的应用托管环境配置的控制。

基础设施即服务(IaaS)：提供给消费者的能力是提供处理、存储、网络和消费者能够部署和运行任意软件的其它基本计算资源，所述软件可以包括操作系统和应用。消费者不管理或控制底层云基础设施，但具有对操作系统、存储、部署的应用的控制，以及可能对选择的联网组件(例如，主机防火墙)的有限控制。

部署模型如下：

私有云：云基础设施仅为组织操作。它可以由组织或第三方管理，并且可以存在于场所内或场所外。

社区云：云基础设施由若干组织共享，并且支持具有共享关注(例如，任务、安全要求、策略和合规性考虑)的特定社区。它可以由组织或第三方管理，并且可以存在于场所内或场所外。

公有云：云基础设施可用于一般公众或大型工业群体，并且由销售云服务的组织拥有。

混合云：云基础设施是两个或更多云(私有、共同体或公共)的组合，所述云保持唯一实体，但是通过使数据和应用能够移植的标准化或私有技术(例如，用于云之间的负载平衡的云突发)绑定在一起。

云计算环境是面向服务的，其焦点在于无状态、低耦合、模块性和语义互操作性。在云计算的核心是包括互连节点的网络的基础设施。

现在参考图1，根据本发明的实施例，描述了说明性的云计算环境50。如图所示，云计算环境50包括云消费者使用的本地计算设备可以与其通信的一个或多个云计算节点10，所述本地计算设备例如个人数字助理(PDA)或蜂窝电话54A、台式计算机54B、膝上型计算机54C和/或汽车计算机系统54N。节点10可以彼此通信。它们可以被物理地或虚拟地分组(未示出)在一个或多个网络中，诸如如上文描述的私有云、社区云、公共云或混合云或其组合。这允许云计算环境50提供基础设施、平台和/或软件作为服务，云消费者不需要为其维护本地计算设备上的资源。应当理解，图1中所示的计算设备54A-N的类型仅旨在说明，并且计算节点10和云计算环境50可以通过任何类型的网络和/或网络可寻址连接(例如，使用web浏览器)与任何类型的计算机化设备通信。

现在参考图2，根据本发明的实施例，描述了由云计算环境50(图1)提供的一组功能抽象层。应当预先理解，图2中所示的组件、层和功能仅旨在说明，并且本发明的实施例不限于此。如所描绘的，提供了以下层和相应的功能：

硬件和软件层60包括硬件和软件组件。硬件组件的示例包括：主机61；基于RISC(精简指令集计算机)架构的服务器62；服务器63；刀片服务器64；存储装置65；以及网络和网络组件66。在一些实施例中，软件组件包括网络应用服务器软件67和数据库软件68。

虚拟化层70提供抽象层，从该抽象层可以提供虚拟实体的以下示例：虚拟服务器71；虚拟存储器72；虚拟网络73，包括虚拟专用网络；虚拟应用和操作系统74；以及虚拟客户机75。

在一个示例中，管理层80可以提供以下描述的功能。资源供应81提供用于在云计算环境内执行任务的计算资源和其它资源的动态采购。当资源在云计算环境中使用时，计量和定价82提供了成本跟踪，并为这些资源的消耗开账单或开发票。在一个示例中，这些资源可以包括应用软件许可证。安全性为云消费者和任务提供身份验证，以及为数据和其他资源提供保护。用户门户83为消费者和系统管理员提供对云计算环境的访问。服务级别管理84提供云计算资源分配和管理，使得满足所需的服务级别。服务水平协议(SLA)规划和履行85提供对云计算资源的预安排和采购，其中根据SLA预期未来需求。

工作负载层90提供了可以利用云计算环境的功能的示例。可以从该层提供的工作负载和功能的示例包括：绘图和导航91；软件开发和生命周期管理92；虚拟教室教育传送93；数据分析处理94；交易处理95；以及对个体的冠状动脉系统进行成像96。

现在参考图3，示出了根据本发明的非限制性实施例的可被包括在分布式云环境或云服务网络中的计算节点100的示意图。云计算节点100仅是合适的云计算节点的一个示例，并且不旨在对本文描述的本发明的实施例的使用范围或功能提出任何限制。无论如何，云计算节点100能够被实现和/或执行上文阐述的任何功能。

在云计算节点100中，存在计算机系统/服务器12，其可与许多其他通用或专用计算系统环境或配置一起操作。可以适用于计算机系统/服务器12的公知的计算系统、环境和/或配置的示例包括但不限于个人计算机系统、服务器计算机系统、瘦客户端、胖客户端、手持式或膝上型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络PC、小型计算机系统、大型计算机系统、以及包括任何上述系统或设备的分布式云计算环境等。

计算机系统/服务器12可以在计算机系统可执行指令的一般上下文中描述，诸如由计算机系统执行的程序模块。一般而言，程序模块可包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、逻辑、数据结构等。计算机系统/服务器12可以在分布式云计算环境中实践，其中任务由通过通信网络链接的远程处理设备执行。在分布式云计算环境中，程序模块可以位于包括存储器存储设备的本地和远程计算机系统存储介质中。

如图3所示，根据本发明的一个或多个实施例，云计算节点100中的计算机系统/服务器12以通用计算设备的形式示出。计算机系统/服务器12的组件可以包括但不限于一个或多个处理器或处理单元16、系统存储器28以及将包括系统存储器28的各种系统组件耦合到处理器16的总线18。

总线18表示若干类型的总线结构中的任何一种的一个或多个，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线、加速图形端口、以及使用各种总线体系结构中的任何一种的处理器或局部总线。作为示例而非限制，这些体系结构包括工业标准体系结构(ISA)总线、微通道体系结构(MCA)总线、增强型ISA(EISA)总线、视频电子技术标准协会(VESA)局部总线和外围部件互连(PCI)总线。

计算机系统/服务器12通常包括各种计算机系统可读介质。这样的介质可以是计算机系统/服务器12可访问的任何可用介质，并且它包括易失性和非易失性介质、可移动和不可移动介质。

系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓冲存储器32。计算机系统/服务器12还可以包括其他可移动/不可移动、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为示例，存储系统34可被提供用于从不可移动、非易失性磁介质(未示出，并且通常被称为“硬盘驱动器”)读取和向其写入。尽管未示出，但是可以提供用于从可移动、非易失性磁盘(例如，“软盘”)读取和向其写入的磁盘驱动器，以及用于从诸如CD-ROM、DVD-ROM或其它光学介质等可移动、非易失性光盘读取或向其写入的光盘驱动器。在这种情况下，每个都可以通过一个或多个数据介质接口连接到总线18。如下面将进一步描绘和描述的，存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如，至少一个)程序模块，该程序模块被配置成执行本发明的实施例的功能。

具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用程序40，以及操作系统、一个或多个应用程序、其它程序模块和程序数据，可作为示例而非限制存储在存储器28中。操作系统、一个或多个应用程序、其它程序模块和程序数据或其某种组合中的每一个可包括联网环境的实现。程序模块42通常执行根据本发明的一些实施例的一个或多个功能和/或方法。

计算机系统/服务器12还可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指示设备、显示器24等)、一个或多个使用户能够与计算机系统/服务器12交互的设备、和/或任何使计算机系统/服务器12能够与一个或多个其他计算设备通信的设备(例如网卡、调制解调器等)通信。这种通信可以经由输入/输出(I/O)接口22发生，然而，计算机系统/服务器12可以经由网络适配器20与一个或多个网络通信，所述网络诸如局域网(LAN)、通用广域网(WAN)和/或公共网络(例如，因特网)。如图所示，网络适配器20通过总线18与计算机系统/服务器12的其它组件通信，应当理解，尽管未示出，其它硬件和/或软件组件可以与计算机系统/服务器12结合使用，示例包括但不限于：微码、设备驱动程序、冗余处理单元、外部磁盘驱动器阵列、RAID系统、磁带驱动器和数据档案存储系统等。

现在转向与本发明的方面更具体相关的技术的概述，冠状动脉血管造影片提供有价值的解剖结构信息。然而，血管造影片包括关于实际心脏功能的有限细节，这使得诊断和处置计划成为具有潜在的主观和不准确决策的挑战性过程，并且因此导致不适当的处置动作。例如，具有多个狭窄的心血管的患者尤其具有治疗不当的风险，因为有害的、限流的狭窄和无害的狭窄之间的区别通常是挑战性的和不可靠的。

已经开发了评估工具和功能测量以与冠状动脉血管造影片一起使用。例如，冠状动脉血流储备(CFR)和心肌血流储备分数(FFR)被广泛地认为是用于解释个体狭窄的生理影响的附加诊断指标，其中，CFR是最大充血与基础冠状动脉血流速度的比率，FFR是远端冠状动脉压力与主动脉压力的比率。然而，这种措施不是常规地应用于临床实践中，因为常规方法包括侵入性(多普勒导丝)、半侵入性(经食道探针)和/或昂贵的(正电子发射断层摄影术)程序。

最近的临床试验强烈地支持结合诸如FFR的生理测量，以用于改进的诊断和治疗计划。标准FFR采集涉及配备压力传感器的专用导管，以记录血管狭窄的上游和下游的血压。狭窄周围的压力读数的比率指示定制的狭窄的血液动力学重要性。尽管显示出改善了患者的结果，但是FFR过程中的额外成本、时间、训练要求和潜在的困难导致该技术在临床实践中的接受程度相对较低。

现在转到本发明的各方面的概述，本发明的一个或多个实施例通过提供包括作为冠状动脉荧光透视流体注射系统的一部分的脉冲注射器(包括导管和泵)的方法和系统来解决现有技术的上述缺点。泵耦合到导管并且被配置为将不透射线染料以脉动到冠状动脉中。脉冲注射器将不透射线染料的脉冲释放到冠状动脉系统中。当染料前缘随血流穿过冠状动脉系统而移动，随时间跟踪染料前缘，并且将染料前缘随时间的到达时间映射到3D冠状动脉树上。根据本发明的实施例的方法和系统使得能够同时评估冠状动脉结构和狭窄检测，以及FFR的功能评估，以解释任何检测到的狭窄的影响和严重性。因此，根据本发明实施例的方法和系统提供了执行流体动力学的实时评估的能力。

本发明的上述方面通过使用一种注射器系统解决了现有技术的缺点，该注射器系统脉动不透射线的流体，该不透射线的流体可被跟踪到动脉结构的3D模型以确定不透射线的流体在结构内的到达时间。本发明的实施例提供关于解剖学冠状动脉结构和功能流体动力学两者的同时信息，其向医师提供使得能够区分有害限流狭窄与无害狭窄的信息。

现在转到本发明的各方面的更详细描述，图4描绘了图示根据本发明的一个或多个实施例的用于对冠状动脉系统成像的方法400的流程图。开始，将导管插入冠状动脉。导管是具有入口和出口的中空管。入口接收染料，出口将染料释放到冠状动脉中。导管穿过个体(例如人类患者)的腹股沟或腕部插入，然后被引导到冠状动脉的根部。

如框404中所示，方法400包括将不透射线染料(也称为造影剂)的连续团块释放到冠状动脉中。使用注射器(例如机动化注射器)和泵穿过导管连续注射不透射线染料的连续团块。不透射线染料用染料填充冠状动脉及其分支，以在动脉和周围组织之间提供足够的对比度，用于在X射线上可视化。不透射线染料充当造影剂，其随血流被携带到动脉树的较小分支中，并最终进入组织和静脉中。

如框406所示，方法400包括获得血管造影图像(也称为X射线图像)和重建3D冠状动脉树。在不透射线染料已经移动穿过动脉树之后，拍摄血管造影图像。获取有限数量的血管造影图像，例如，在一到十个图像之间。根据本发明的一个或多个实施例，从至少两个不同的视图或角度取得血管造影图像。为了获得不同的视图，可以在帧之间移动个体，使得每个图像具有不同的区域。使用从不同视图获取的血管造影图像，根据由血管造影图像提供的分割和反向投影的动脉结构形成冠状动脉树几何结构的3D重构。3D重建通过观察动脉结构提供结构解剖信息。

如框408所示，方法400包括将不透射线染料的脉冲团块释放到冠状动脉中。在注射脉冲团块之前，获取心电图(ECG)迹线。ECG记录心动周期期间的心脏电活动。ECG轨迹用于控制不透射线染料的脉冲团块的释放，使得脉冲可以在心动周期内的多个不同时间点释放(例如，在收缩期、舒张期、在收缩期和舒张期之间)。

从至少一个视角或角度释放不透射线染料的脉冲团块。为了获得不同的视图，患者可以在帧之间移动，使得每个图像具有不同的区域。

根据本发明的一个或多个实施例，不透射线染料的脉冲团块由机动泵通过多个脉冲，例如2至10个脉冲释放。根据本发明的一些实施例，不透射线染料的脉冲团块由2、3、4、5、6、7、8、9或10个脉冲释放。根据本发明的其他实施例，通过交替注射非不透射线染料来脉冲激发不透射线染料。将不透射线染料与非不透射线染料交替注射产生了不透射线染料的观察到的脉冲。根据本发明的一些实施例，用于替代注射的导管可包括两个单独的中空端口或流体室，一个用于一种染料。根据本发明的一些实施例，流体喷射器可包括两个或更多个流体室。

如框410中所示，方法400包括通过血管造影帧跟踪不透射线染料的脉冲团块，并且在3D冠状动脉树中定位脉冲团块以定义脉冲团块在3D冠状动脉树中的各种位置处的多个观察到的到达时间。随着时间收集血管造影帧序列。根据本发明的一个或多个实施例，以每秒约10至约30帧的频率收集约50至约100帧。染料前缘随着血液流动穿过动脉而移动，并且将在动脉树内的不同位置处具有不同的到达时间。然后将不同时间(多个观察到的到达时间)处的染色前缘的位置定位在3D冠状动脉树模型上(也参见图6)，以示出当染色前缘沿着不同动脉分支流动时的染色前缘的轨迹，这提供了描述血流的功能信息。

利用标准注射协议，染料前缘仅在血管造影帧的前几个子集中可见；一旦染料到达主动脉的末端，所有感兴趣的血管解剖都是可见的，但是染料运动不再可见。然而，通过使用如本文所述的能够创建和释放不透射线染料的脉冲的注射系统，能够连续地跟踪染料前缘以提供更多的功能信息，因为冠状动脉由于心脏的跳动而随着时间(在血管造影帧之间)展现大范围的运动。例如，在随后的血管造影帧之间，染料的脉冲将表现出沿着动脉的显著轴向运动和当动脉随着心脏移动的显著平移运动，这将在3D功能模型中被捕获。

如框412所示，方法400包括通过多分量计算流体动力学(CFD)执行脉冲团块释放的模拟，以将多个观察到的到达时间与模拟的到达时间相匹配。任何先进的生物物理建模程序都可以用于执行模拟。

根据本发明的一个或多个实施例，可以使用实时的基于云的虚拟血流储备分数(FFR)估计。用于估计FFR的基于实时云的系统可以包括前端应用，用于从成像系统接收图像帧(血管造影帧)，以基于在模型内的位置处的染料前缘的观察到的到达时间来开发冠状动脉系统的模型。图形处理单元被配置为使用格子波尔兹曼方法(LBM)来表示所计算的冠状动脉系统中的到达时间，以生成冠状动脉系统的表示。动态控制器基于在模型内的位置处的观察到的到达时间和计算的到达时间之间的失配来调谐速度场，以获得速度场的最佳估计，从而执行FFR测量。

如框414所示，方法400包括执行脉冲团块释放的患者特定模拟和随后的分析。患者特定模拟包括计算描述血液和造影剂运动的3D不稳定输运方程的数值解。基本方程可以包括描述血液的不可压缩的Navier-Stokes方程或描述造影剂的被动标量输运方程，或者分别用于血液和造影剂的一组多分量守恒方程。该模拟需要患者的全身血压波形(作为标准实践在心导管插入术期间获得)和造影剂释放曲线(即，释放的流速和定时，其将被编程到机动泵中)的规格作为输入，以作为入口边界条件应用于患者特定的计算模型。在冠状动脉树的出口处，应用零-D(0-D)集总参数电网络型模型(其包括电阻和电容)以表示未包括在计算模型中的下游脉管系统。优化过程开始于将出口电阻初始化为随机值(但是在对于非生理低或高流速的合理范围内)并且执行“正向求解”，模拟血液和造影剂穿过冠状动脉树模型的运动并且记录造影剂在从血管造影片跟踪的点处的到达时间。在这些点的造影剂的“观察”和“模拟”到达时间之间的不匹配用于限定“不匹配”，其可用于调节出口电阻。因此，完整的模拟包括多个正向解，迭代地模拟对比运动并调整外围电阻，直到观察到的失配和模拟到达时间被最小化到某个用户指定的容限。在这一点上，可以推断出，该组外周出口阻力精确地对个体患者冠状动脉树进行建模，并且可以测量穿过狭窄的压力损失(可能通过执行一个没有造影剂运动的最终模拟，使得压力损失仅根据穿过狭窄的血流来定义)。

方法400还包括(未示出)基于患者特定模拟来评估狭窄的血液动力学意义以确定患者诊断和处置。患者特异性模拟提供解剖学和功能信息的模型，这允许医师更准确地确定适当的治疗过程。组合的解剖学和功能信息帮助医生治疗具有复杂问题的患者，诸如心脏血管的多个狭窄，因为这样的患者由于在有害的流动限制狭窄和无害狭窄之间的区分上的困难而特别地具有误治疗的风险。

图5示出了图示根据本发明的一个或多个实施例的用于对冠状动脉系统成像的示例性系统500的图。系统500包括成像系统504，例如X射线机。成像系统504收集患者冠状动脉系统的图像，例如血管造影图像。

系统500包括至少一个泵506和导管508。导管508被插入并引导到患者的冠状动脉中。导管508穿过腹股沟或腕关节插入，然后导航到冠状动脉的根部。泵506释放多个不透射线染料脉冲。根据本发明的一些实施例，泵506可以穿过单个中空端口导管508释放多个脉冲。根据本发明的其他实施方案，通过交替注射非不透射线染料来脉冲激发不透射线染料。将不透射线染料与非不透射线染料交替注射产生了不透射线染料的观察到的脉冲。在这样的实施例中，导管508可以包括两个单独的中空端口，每个端口用于一种染料。根据本发明的一些实施例，流体喷射器还可包括两个或更多个流体室。泵506还能够注射连续的不透射线染料的团块。或者，可以包括能够注射连续的不透射线染料的第二泵。

注射不透射线染料的连续团块并且允许其流过冠状动脉系统。成像系统504跟踪不透辐射染料的流动。系统500包括处理器516，其收集两个或更多血管造影视图，并且根据分割和反向投影的动脉结构重建3D动脉几何树510。3D动脉几何树510是患者冠状动脉系统的模型，其包括动脉中心线(骨架)的模型，该模型被可视化为由3D空间中的一组坐标定义的一组线段。软件从血管造影图像创建骨架。还随时间收集具有脉动造影剂团块的血管造影图像512。通过血管造影帧跟踪脉冲染料，并且染料前缘位于3D动脉几何树510中，以提供具有脉动造影剂团块的到达时间的3D重建几何结构514。

图6示出了图示根据本发明的一个或多个实施例的用于对冠状动脉系统成像的示例性系统600的图。导管穿过患者的腹股沟或腕关节插入并导航到冠状动脉602的根部。泵601穿过导管释放造影剂(不透辐射染料)的连续团块604，所述导管流过患者的冠状动脉系统。来自两个或更多视图的血管造影图像606被用于重建3D冠状动脉几何树608。泵601可以与用于释放连续团块604的泵相同或不同，其穿过冠状动脉系统脉动造影剂612的团块。随着时间收集显示脉冲团块的多个血管造影图像610。通过多个血管造影图像610跟踪染料前缘，并将其定位在3D冠状动脉几何树608中，以形成提供关于患者的冠状动脉血流随时间的结构和功能信息的3D图像612。

图7A描述了一个示意图，说明了根据本发明的一个或多个实施例的用于对冠状动脉系统成像的示例性导管706和泵702。图7B示出了根据本发明的一个或多个实施例的图7A所示的导管706的放大剖视图。泵702是可编程的，并且能够被编程为注射两种流体的快速和小的交替团块，所述两种流体例如为造影剂和非造影剂染料，例如盐水。该团块可以在例如0.1-0.5秒的时间期间范围内以例如1-100mL/分钟的流速范围释放，泵702包括两个与导管706连接的注射器704。导管706被分开，如图7B的横截面图所示，以包括两个分离的流体腔室708、710。

本发明可以是任何可能的技术细节集成水平的系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括其上具有计算机可读程序指令的计算机可读存储介质(或多个介质)，所述计算机可读程序指令用于使处理器执行本发明的各方面。

计算机可读存储介质可以是能够保留和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例的非穷举列表包括以下：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、诸如上面记录有指令的打孔卡或凹槽中的凸起结构的机械编码装置，以及上述的任何适当组合。如本文所使用的计算机可读存储介质不应被解释为暂时性信号本身，诸如无线电波或其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输介质传播的电磁波(例如，通过光纤线缆的光脉冲)、或通过导线传输的电信号。

本文描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到相应的计算/处理设备，或者经由网络，例如因特网、局域网、广域网和/或无线网络，下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光传输光纤、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发计算机可读程序指令以存储在相应计算/处理设备内的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明的操作的计算机可读程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、集成电路的配置数据，或者以一种或多种编程语言(包括面向对象的编程语言，例如Smalltalk、C++等)和过程编程语言(例如“C”编程语言或类似的编程语言)的任意组合编写的源代码或目标代码。计算机可读程序指令可以完全在用户的计算机上执行，部分在用户的计算机上执行，作为独立的软件包执行，部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上执行，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可以连接到外部计算机(例如，使用因特网服务提供商通过因特网)。在一些实施例中，为了执行本发明的各方面，包括例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)的电子电路可以通过利用计算机可读程序指令的状态信息来执行计算机可读程序指令以使电子电路个性化。

在此参考根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述本发明的各方面。将理解，流程图和/或框图的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以由计算机可读程序指令来实现。

这些计算机可读程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的装置。这些计算机可读程序指令还可以存储在计算机可读存储介质中，其可以引导计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，使得其中存储有指令的计算机可读存储介质包括制品，该制品包括实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的各方面的指令。

计算机可读程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的指令实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作。

附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个框可以表示指令的模块、段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施方案中，框中所注明的功能可不按图中所注明的次序发生。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者这些框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还将注意，框图和/或流程图图示的每个框以及框图和/或流程图图示中的框的组合可以由执行指定功能或动作或执行专用硬件和计算机指令的组合的专用的基于硬件的系统来实现。

已经出于说明的目的给出了本发明的各种实施例的描述，但是其不旨在是穷尽的或限于所描述的实施例。在不背离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。选择本文所使用的术语以最好地解释实施例的原理、实际应用或对市场上存在的技术改进，或使本领域的其他普通技术人员能够理解本文所描述的实施例。