用于使用散斑成像技术和血液动力建模进行血流分布的非侵入式确定的方法、系统和计...的制作方法_2

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确定的平均流动速度对比根据累流量确定的流动速度的图表。
[0056] 图31A、31C和31D是图示出根据(一个或多个)本发明构思的某些实施例的镜面反 射率对所获取散斑图像数据的影响。
[0057] 图31B是图示出根据(一个或多个)本发明构思的某些实施例的镜面反射率对所获 取散斑图像数据的影响。
[0058] 图32A、32C和32D是图示出根据(一个或多个)本发明构思的某些实施例的图31A、 31C和31D的镜面反射率的去除的图像。
[0059] 图32B是图示出根据(一个或多个)本发明构思的某些实施例的图31A、31B和31D 的镜面反射率的去除的图表。
[0060]图33是根据(一个或多个)本发明构思的某些实施例的在所执行实验中使用的包 括储器的用于测量血流的示例性系统的数字照片。
[006。 图34A至34D是图示出根据(一个或多个)本发明构思的某些实施例的"管夹持" 情况的数字图像。
[0062] 图35A至3抓是图示出根据(一个或多个)本发明构思的某些实施例的"累读数 10 0血"情况的图像。
[0063] 图36A至36D图示出根据(一个或多个)本发明构思的某些实施例的"累读数 500血"情况的图像。
[0064] 图37A至37D图示出根据(一个或多个)本发明构思的某些实施例的"累读数 1000血"情况的图像。
[0065] 图38A至38D是根据(一个或多个)本发明构思的某些实施例的用于图33至37中 所示的四个流量情况中的每一个的平均散斑图像(在许多帖范围内求平均值)。
[0066] 图39A至39D是图示出根据(一个或多个)本发明构思的某些实施例的图33至37 中所示的四个流量情况中的每一个的着色反向散斑衬比图像。
[0067] 图40A至40D是图示出根据(一个或多个)本发明构思的某些实施例的用于图33 至37中的四个流量情况中的每一个的反向散斑衬比图像的垂直线剖面的图表。
[0068] 图41是图示出根据(一个或多个)本发明构思的某些实施例的流动速度(cm/min) 对比反向散斑衬比图像像素强度的图表。
[0069] 图42是图示出根据本发明构思的某些实施例的流动速度(cm/min)对比反向散斑 衬比图像像素强度的图表。
[0070] 图43A至43D是图示出根据(一个或多个)本发明构思的某些实施例的"累读数 0血"情况的图像。
[0071] 图44A是44D是图示出根据(一个或多个)本发明构思的某些实施例的"夹持累" 情况的图表。
[0072] 图45是根据本发明构思的某些实施例的在其中间部分中具有可W使用方法和系 统访问的窄化的血管的图。
[0073] 图46是图示出根据本发明构思的某些实施例的使用血流血液动力建模获得的图 45中所示的血管中的各种位置的速度剖面的图。
[0074] 图47是图示出根据本发明构思的某些实施例的当剪切应力约为1. 0秒时的跨图 45和46中所示的血管的剪切速率(其与流量有关)和水平坐标(直径)的图表。
[0075] 图48是图示出根据(一个或多个)本发明构思的各种实施例的用于测量主血管中 的血流的操作的流程图。
[0076] 图49是根据本发明构思的某些实施例中所使用的SPY设备的图。
[0077] 图50A和50B是分别地图示出根据本发明构思的某些实施例的单激光散斑成像 (LSI)和反向激光散斑时间衬比成像(LSCTI)图像的图像。
[007引图51A和51B是分别地图示出根据本发明构思的某些实施例的单LSI图像和反向LSCTI图像的图像。
[0079] 图52A和52B是分别地图示出根据本发明构思的某些实施例的常规SPY图像和 LSCTI图像的图像。
[0080] 图53A至53D是图示出根据本发明构思的某些实施例的SPY系统的各种方面的图 像。
[0081] 图54A至54C是分别地图示出根据本发明构思的各种实施例的不搏动人类屯、脏的 单LSI图像、激光散斑空间衬比成像(LSSCI)图像和LSCTI图像的图像。
[0082] 图55A至55C是分别地图示出根据本发明构思的某些实施例的不搏动人类屯、脏的 单LSI图像、激光散斑空间衬比成像(LSSCI)图像和LSCTI图像的图像。
[0083] 图5抓是图示出根据本发明构思的某些实施例的图55A至55C中的搏动屯、脏的移 动的图案的平均强度对比时间的图表。
[0084] 图56A是根据本发明构思的某些实施例的搏动屯、脏的静止图像。
[0085] 图56B是图示出根据本发明构思的某些实施例的搏动屯、脏的移动的图案且使用 EKG选通的平均强度对比时间的图表。
[0086] 图57是根据本发明构思的某些实施例的可W使用邸6同步法在屯、脏周期中的任 何时间生成的示例性瞬时流量和灌注映射图。
[0087] 图58A和58C是分别地图示出根据本发明构思的某些实施例的处于舒张末期的搏 动人类屯、脏的单LSI图像、激光散斑空间衬比成像(LSSCI)图像和LSCTI图像的图像。
[008引图58D是图示出根据本发明构思的某些实施例的图58A至58C中的搏动屯、脏的瞬 时流量测量的平均强度对比时间的图表。
[0089] 图59A至59C是分别地图示出根据本发明构思的某些实施例的处于收缩末期的搏 动人类屯、脏的单LSI图像、LSSCI图像和LSCTI图像的图像。
[0090] 图59D是图示出根据本发明构思的某些实施例的图59A至59C的搏动屯、脏的瞬时 流量测量的平均强度对比时间的图表。
[0091] 图60是是根据本发明构思的某些实施例的可W使用邸6同步法在两个或更多屯、 脏周期中生成的示例性平均流量和灌注映射图。
[0092] 图61A至61C是分别地图示出根据本发明构思的某些实施例的处于屯、脏舒张期的 搏动人类屯、脏的单LSI图像、LSSCI图像和LSCTI图像的图像。
[0093] 图61D是图示出根据本发明构思的某些实施例的图61A至61C中的波动屯、脏的平 均流量测量的平均强度对比时间的图表。
[0094] 图62A至62C是分别地图示出根据本发明构思的某些实施例的处于收缩期的搏动 人类屯、脏的单LSI图像、LSSCI图像和LSCTI图像的图像。
[0095] 图62D是图示出根据本发明构思的某些实施例的图62A至62C中的波动屯、脏的平 均流量测量的平均强度对比时间的图表。
[0096] 图63A至63C是图示出根据本发明构思的某些实施例的包括已被夹持的旁路移植 的搏动人类屯、脏的单LSI图像、LSSCI图像和LSCTI图像的图像。
[0097] 图63D是根据本发明构思的某些实施例的图63A至63C中的搏动屯、脏的平均强度 对比时间的图表。
[009引图64A至64C是分别地图示出根据本发明构思的某些实施例的包括其中夹持件已 被去除的旁路移植的搏动人类屯、脏的单LSI图像、LSSCI图像和LSCTI图像的图像。
[0099] 图64D是根据本发明构思的某些实施例的图64A至64C中的搏动屯、脏的平均强度 对比时间的图表。
[0100] 图65A至65C是分别地图示出根据本发明构思的某些实施例的人手的单LSI图 像、LSSCI图像和LSCTI图像的图像。
[0101] 图66和67是图示出根据本文所讨论的各种实施例的操作的流程图。
【具体实施方式】
[0102] 现在将在下面参考其中示出了本发明构思的优选实施例的附图来更全面地描述 本发明构思的实施例。然而,可W许多不同的形式体现本发明构思,并且不应理解为局限于 在运里阐述的实施例。相同附图标记自始至终指示相同的元件。在图中,可为了明了起见 而将层、区域、元件或部件放大。虚线图示出可选特征或操作,除非另外指定。
[0103] 本文所使用的术语仅仅用于描述特定实施例的目的且并不意图限制本发明构思。 如本文所使用的单数形式"一"、"一个"和"该"意图也复数形式,除非上下文另外清楚地指 明。还将理解的是当在本说明书中使用时,术语"包括"和/或"包含"指定所述特征、整体、 步骤、操作、元件和/或部件的存在,但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元 件、部件和/或其群组的存在或添加。如本文所使用的术语"和/或"包括关联开列项目中 的一个或多个的任何和所有组合。应将如本文所使用的诸如"X与Y之间"和"在约X与Y 之间"之类的短语理解成包括X和Y。如本文所使用的诸如"在约X与Y之间"之类的短语 意指"在约X与约Y之间"。如本文所使用的诸如"从约X至Y"之类的术语意指"从约X至 约Y"。
[0104] 除非另外定义,本文所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明构思 所属领域的技术人员一般地理解的相同的意义。还将理解的是应将例如在一般使用的词典 中定义的那些术语解释为具有与其在本说明书和相关领域的背景中的意义相同的意义,并 且不应在理想化或过度形式化的意义上解释,除非在本文中明确地运样定义。为了简洁和 /或明了起见可能未详细地描述众所周知的功能或构造。
[010引将理解的是当元件被称为"在上面"、"被附着到"、"被连接到"、"被禪合到"、"接触" 等另一元件时,其可W直接地在该另一元件上、被附着到、连接到、禪合到或接触该另一元 件,或者也可存在中间元件。相反地,当元件被称为例如"直接地在上面"、"被直接地附着 到"、"被直接地连接到"、"被直接地禪合至Ij"或"直接地接触"另一元件时,不存在中间元件。 本领域的技术人员还将认识到的是对"邻近于"另一特征设置的结构或特征的提及可具有 与相邻特征重叠或在其下面的部分。
[0106] 将理解的是虽然在本文中使用术语第一、第二等来描述各种元件、部件、区域、层 和/或区段,但运些元件、部件、区域、层和/或区段不应受到运些术语的限制。运些术语仅 用来将一个元件、部件、区域、层或区段与另一元件、部件、区域、层或区段区别开。因此,在 不脱离本发明构思的教导的情况下,下面所讨论的第一元件、部件、区域、层或区段可W称 为第二元件、部件、区域、层或区段。操作(或步骤)序列不限于在权利要求或附图中提出的 顺序,除非另外具体地指明。
[0107] 在本文中可为了便于描述而使用诸如"下面"、"W下"、"下"、"上面"、"上"等空间相 对术语来描述如图中所示的一个元件或特征与另外的(一个或多个)元件或(一个或多个) 特征的关系。将理解的是该空间相对术语意图除图中所描绘的取向之外还涵盖设备在使用 或操作中的不同取向。例如,如果图中的设备被倒置,则被描述为在其它元件或特征"下面" 或"底下"的元件将被定向为在该其它元件或特征"上面"。因此,示例性术语"下面"可W 涵盖上面和下面两个取向。设备可W另外定向(旋转90度或W其它取向),并且在本文中所 使用的空间相对描述信息被相应地解释。同样地,术语"向上"、"向下"、"垂直"、"水平"等 在本文中仅仅用于说明的目的,除非另外具体地指明。
[010引如本领域的技术人员将认识到的是,可将本发明构思的实施例体现为方法、系统、 数据处理系统或计算机程序产品。因此,本发明构思可采取将软件和硬件方面组合的实施 例的形式,在本文中全部通称为"电路"或"模块"。此外,本发明构思可采取具有在介质中 体现的计算机可用程序代码的非临时计算机可用存储介质上的计算机程序产品的形式。可 利用包括硬盘、CD-ROM、光学存储设备或其它电子存储设备的任何适当计算机可读介质。
[0109] 可用诸如Matl油、Mathematica、Java、Smallta化、C或C++之类的面向对象编程 语言来编写用于执行本发明构思的操作的计算机程序代码。然而,还可用诸如"C"编程语 言之类的常规过程编程语言或者在诸如VisualBasic之类的视觉取向编程环境中编写用 于执行本发明构思的操作的计算机程序代码。
[0110] 某些程序代码可WW完全地在用户计算机上、部分地在用户计算机上、作为一个 独立的软件包、部分在用户计算机上部分在远程计算机上、或者完全在远程计算机或服务 器上中的一个或多个的方式执行。。在设及远程计算机的情形中,远程计算机可W通过局域 网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户计算机,或者,可W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)。
[0111] 下面参考根据本发明构思的实施例的方法、设备、系统、计算机程序产品和数据和 /或系统架构结构的流程图和/或框图来描述本发明的构思。将理解的是可W用计算机程 序指令来实现图示的每个方框和/或方框的组合。运些计算机程序指令可W提供给通用计 算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器,从而生产出一种机器,使得运些计 算机程序指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时,产生了实现流程 图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。
[0112] 也可W把运些计算机程序指令存储在物理计算机可读存储器或储存器中,运些指 令可W命令计算机或其它可编程数据处理装置W特定方式工作,从而,存储在计算机可读 存储器或储存器中的指令就产生出包括实现一个或多个流程图方框中规定的一个或多个 功能/动作的指令装置的制造品(articleofmanufac化re)。
[0113] 还可将计算机程序指令加载到计算机(例如,计算设备12)或其他可编程数据处理 设备上W促使在计算机、其他可编程数据处理设备或其他设备上执行一系列操作步骤W产 生计算机实现过程,使得在计算机、其他可编程设备或其他设备上执行的指令提供用于实 现在流程图和/或一个或多个框图方框中指定的功能/动作的步骤。
[0114] 如上文所讨论的,需要一种用于确定血流分布的有效的非侵入式方法。可W相信 现有方法中没有一个提供了关于流动速度确定问题的完全非侵入式的成本有效的解决方 案。因此,本发明的某些实施例提供了用于在不要求使用染料注射、造影剂或接触探头的情 况下确定血流的速度分布的方法、系统和计算机程序产品。本发明构思的某些实施例使用 散斑成像技术来确定血流分布。如本文所使用的"散斑"图像获取指代弹性散射光的记录, 良P,散射光具有与来自被诸如来自相干光源的输出之类的相干光照射的对象的入射光相同 的波长。特别地,"散斑"实际上是衍射图案,其与被成像的对象的形貌高度相关。如果对象 的某些部分处于平移运动中,即血流在冠状动脉中流动,则散斑图像的相应部分或像素将 W不同于并未经历此类平移运动的那些部分不同的方式随时间而变。散斑图像中的像素强 度的时间变化方面的此差异提供了用W非侵入式地测量主血管中的流动速度(m/s或cm/ min)的机制。用可W根据哦同一组所获取散斑图像来确定的主血管的直径的知识,可确定 FOV内的血液流量(mL/min)。血液流量及其在不同血管中的分布的组合信息提供用于评估 冠状动脉旁路移植术(CABG)及其它手术手术在改善病人的再血管化状态和临床预后方面 的有效性的关键数据。一般地由化tsubo等人在例如通过使用时变散斑进行漫射物体的速 度测量中讨论了散斑图像获取。
[0115] 因此,本发明构思的某些实施例提供了一种用于测量血流的非侵入式技术,其提 供了定量地测量主血管中的血流和被那些主血管中的一个或多个灌注的区域中的灌注分 布的能力,如下面将相对于图1至44进一步讨论的。
[0116] 此外,根据本发明构思的某些实施例,可W使用血流血液动力建模来验证从所获 得的一组散斑图像获取的数据。特别地,使用提供用于流体动力学的控制方程的纳维-斯 托克斯方程,可W获得与FOV(在主血管中)相关联的速度场。如本文所使用的"速度场"指 代流体速度在空间和时间方面的分布。此速度场然后可用来计算流量W及其它感兴趣量, 诸如压强。然后可W将例如流量之类的运些感兴趣量与使用所获得的一组散斑图像计算的 实验数据相比较。因此,可使用血液动力学建模来确认该实验数据W及手术的成功,如下面 将相对于图45至48来进一步讨论的。
[0117] 首先参考图1,将讨论一种根据本发明构思的某些实施例的用于测量受试者的主 血管中的血流的非侵入式系统。如上文所讨论的"非侵入式"指代不要求向受试者注射染 料、用物体穿透或用一个或多个体内探头接触的系统和方法。因此,如本文所使用的术语非 侵入式指代与受试者进行最小接触的系统或方法。如本文所使用的"受试者"指代被成像 的人或东西。将理解的是虽然在本文中相对于测量受试者的主血管中的血流而讨论了本发 明构思的实施例,但本发明构思的实施例不限于此配置。受试者可W是任何受试者,包括兽 医、尸体研究或人类受试者。如本文所使用的"灌注"指替代散斑成像检测到的组织灌注分 布水平下的血流。
[0118] 如图1中所示,系统1
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