RU2834685C1 - Method for assessing correctness of flow-directing stent installation - Google Patents
Method for assessing correctness of flow-directing stent installation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2834685C1 RU2834685C1 RU2024109722A RU2024109722A RU2834685C1 RU 2834685 C1 RU2834685 C1 RU 2834685C1 RU 2024109722 A RU2024109722 A RU 2024109722A RU 2024109722 A RU2024109722 A RU 2024109722A RU 2834685 C1 RU2834685 C1 RU 2834685C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stent
- blood vessel
- under study
- fragments
- optical coherence
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 claims abstract description 56
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000012014 optical coherence tomography Methods 0.000 claims abstract description 32
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 12
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 9
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 claims description 8
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 7
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 6
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 claims description 5
- 230000035487 diastolic blood pressure Effects 0.000 claims description 4
- 230000035488 systolic blood pressure Effects 0.000 claims description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- HLXZNVUGXRDIFK-UHFFFAOYSA-N nickel titanium Chemical compound [Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni] HLXZNVUGXRDIFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 208000037260 Atherosclerotic Plaque Diseases 0.000 description 3
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 3
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 3
- 210000002808 connective tissue Anatomy 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 3
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 3
- 206010002329 Aneurysm Diseases 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 201000008450 Intracranial aneurysm Diseases 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000007536 Thrombosis Diseases 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000002583 angiography Methods 0.000 description 2
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 2
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000000748 cardiovascular system Anatomy 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002526 effect on cardiovascular system Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 208000037834 fusiform aneurysm Diseases 0.000 description 2
- 230000000004 hemodynamic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000069 prophylactic effect Effects 0.000 description 2
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 241000208140 Acer Species 0.000 description 1
- 101100498818 Arabidopsis thaliana DDR4 gene Proteins 0.000 description 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 235000004391 Chenopodium capitatum Nutrition 0.000 description 1
- 244000038022 Chenopodium capitatum Species 0.000 description 1
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 1
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 1
- 208000032170 Congenital Abnormalities Diseases 0.000 description 1
- 244000020551 Helianthus annuus Species 0.000 description 1
- 235000003222 Helianthus annuus Nutrition 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000003143 atherosclerotic effect Effects 0.000 description 1
- 210000001841 basilar artery Anatomy 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000004087 circulation Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000002565 electrocardiography Methods 0.000 description 1
- 229910000701 elgiloys (Co-Cr-Ni Alloy) Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 229940028435 intralipid Drugs 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 125000000449 nitro group Chemical class [O-][N+](*)=O 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000035485 pulse pressure Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 210000000329 smooth muscle myocyte Anatomy 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000011477 surgical intervention Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 1
- 210000002385 vertebral artery Anatomy 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерений для диагностических целей, в частности к способам оценки состояния сердечно-сосудистой системы посредством анализа структурных изображений стенок кровеносных сосудов, получаемых с помощью интраваскулярной оптической когерентной томографии, и может быть использовано в медицине и ветеринарии для оценки результативности эндоваскулярной операции стентирования, в частности для определения точности пространственного позиционирования и правильности раскрытия потоконаправляющего стента, а также для измерения частоты сердечных сокращений.The invention relates to the field of measurements for diagnostic purposes, in particular to methods for assessing the state of the cardiovascular system by analyzing structural images of the walls of blood vessels obtained using intravascular optical coherence tomography, and can be used in medicine and veterinary science to assess the effectiveness of an endovascular stenting operation, in particular to determine the accuracy of spatial positioning and the correctness of the opening of a flow-directing stent, as well as to measure the heart rate.
Установка потоконаправляющего стента является одним из наиболее современных вариантов терапии церебральных аневризм. Однако, подобная эндоваскулярная операция, как и любое другое хирургическое вмешательство сопряжено со значительными рисками. Даже в случае сочетания высокой квалификации медицинского персонала с использованием передовых медицинского оборудования и фармацевтических препаратов имеются риски неправильного раскрытия потоконаправляющего стента. Эти риски связаны с такими трудно учитываемыми факторами, как врожденные дефекты соединительной ткани сосудистой стенки, нарушения баланса процессов синтеза и деградации коллагена, утрата гладкомышечных клеток, наличие мелких атеросклеротических бляшек и тромбов на пути кровеносного сосуда, морфология и локальная гемодинамика пораженной артерии и т.п. Вышесказанное объясняет важность корректной оценки эффективности установки потоконаправляющих стентов с использованием специальных диагностических средств.The installation of a flow-diverting stent is one of the most modern options for the treatment of cerebral aneurysms. However, such an endovascular operation, like any other surgical intervention, is associated with significant risks. Even in the case of a combination of highly qualified medical personnel with the use of advanced medical equipment and pharmaceuticals, there are risks of improper deployment of the flow-diverting stent. These risks are associated with such difficult-to-take into account factors as congenital defects of the connective tissue of the vascular wall, imbalances in the processes of collagen synthesis and degradation, loss of smooth muscle cells, the presence of small atherosclerotic plaques and thrombi along the blood vessel, morphology and local hemodynamics of the affected artery, etc. The above explains the importance of a correct assessment of the effectiveness of the installation of flow-diverting stents using special diagnostic tools.
По патенту US 9173591 B2, A61B5/06, A61B5/00, опубл. 03.11.2015г. известны система, устройство и способ визуализации стентов и обнаружения их неправильного раскрытия. Способ визуализации стента и обнаружения его неправильного раскрытия включает в себя: сохранение на одном или нескольких запоминающих устройствах порогового значения пространственных смещений при неправильном расположении стента, сохранение на одном или нескольких запоминающих устройствах множества изображений поперечного сечения исследуемого кровеносного сосуда, обнаружение одного или нескольких фрагментов каркаса стента (струтов) на множестве изображений поперечного сечения исследуемого сосуда с использованием модуля обработки данных, обнаружение границ просвета исследуемого кровеносного сосуда на множестве изображений его поперечного сечения с использованием модуля обработки данных, измерение расстояний между фрагментами стента и границами просвета исследуемого кровеносного сосуда на множестве изображений его поперечного сечения с использованием модуля обработки данных, сравнение полученных расстояний с имеющимися в памяти пороговыми значениями пространственных смещений при неправильном расположении стента, компенсация погрешностей при проведении вычислений связанных с эффектом "подсолнечника" (всплеск сигнала в следствии сильного переотражения на гарнице мягкой биологической ткани и стента), визуализация результатов вычислений. Известны варианты способа визуализации стента и обнаружения его неправильного раскрытия в которых: модуль обработки данных представляет собой компьютер; используется один или несколько модулей обработки данных; для ввода данных в запоминающие устройства используются графические пользовательские интерфейсы; сравнение расстояний на которые сместились фрагменты стента от границ просвета сосуда с пороговым значением происходит с использованием дополнительных признаков; дополнительный признак позволяет учитывать тени от фрагментов стента; визуализация результатов вычислений включает в себя наложение сведений о смещениях на множество изображений поперечного сечения исследуемого кровеносного сосуда. Техническим результатом способа визуализации стента и обнаружения его неправильного раскрытия является высокоточная оценка пространственных смещений фрагментов стента посредством анализа двухмерных или трехмерных медицинских диагностических изображений просвета кровеносного сосуда.According to patent US 9173591 B2, A61B5/06, A61B5/00, published 03.11.2015, a system, device and method for visualizing stents and detecting their incorrect deployment are known. The method for visualizing a stent and detecting its incorrect deployment includes: storing on one or more storage devices a threshold value of spatial displacements in the event of incorrect stent placement, storing on one or more storage devices a plurality of cross-sectional images of the blood vessel under study, detecting one or more fragments of the stent frame (struts) in a plurality of cross-sectional images of the vessel under study using a data processing module, detecting the lumen boundaries of the blood vessel under study in a plurality of cross-sectional images using the data processing module, measuring distances between the stent fragments and the lumen boundaries of the blood vessel under study in a plurality of cross-sectional images using the data processing module, comparing the obtained distances with the threshold values of spatial displacements in the event of incorrect stent placement available in the memory, compensating for errors in performing calculations associated with the "sunflower" effect (a signal surge due to strong re-reflection at the boundary of soft biological tissue and the stent), visualizing the calculation results. Variants of the method for visualizing a stent and detecting its incorrect deployment are known, in which: the data processing module is a computer; one or more data processing modules are used; graphical user interfaces are used to enter data into storage devices; comparison of distances by which stent fragments have shifted from the boundaries of the vessel lumen with a threshold value occurs using additional features; the additional feature allows for shadows from stent fragments to be taken into account; visualization of the calculation results includes superimposing information on displacements on a plurality of cross-sectional images of the blood vessel being examined. The technical result of the method for visualizing a stent and detecting its incorrect deployment is a highly accurate assessment of spatial displacements of stent fragments by analyzing two-dimensional or three-dimensional medical diagnostic images of the lumen of a blood vessel.
Недостатком способа визуализации стента и обнаружения его неправильного раскрытия является идентификация стента только на основании информации о структуре исследуемого биообъекта (кровеносного сосуда с имплантированным стентом) без учета физиологических процессов (из-за различий в механических свойствах под воздействием пульсовой волны стенка кровеносного сосуда деформируется намного сильнее чем стент).The disadvantage of the method of stent visualization and detection of its incorrect deployment is the identification of the stent only on the basis of information about the structure of the studied bio-object (blood vessel with an implanted stent) without taking into account physiological processes (due to differences in mechanical properties, under the influence of a pulse wave, the wall of the blood vessel is deformed much more strongly than the stent).
Ближайшим аналогом (прототипом) разработанного способа является способ обнаружения каркаса стента и изменений в нем с использованием оптической когерентной томографии (патент US 9462950 B2, МПК A61B5/55, A61B5/00, G06T7/00, опубл. 11.10.2016г.), включающий в себя: сохранение на запоминающем устройстве набора изображений оптической когерентной томографии, причем набор изображений содержит множество линий сканирования и был сформирован в результате зондирования исследуемого кровеносного сосуда с помощью интраваскулярного оптического когерентного томографа, идентификация каркаса (или его отдельных фрагментов) стента посредством обнаружения с использованием специального процессора одномерных локальных сигналов на одной или нескольких линиях сканирования из набора изображений оптической когерентной томографии, визуализация поперечного сечения исследуемого кровеносного сосуда с указанием фрагментов стента с использованием локальных ориентиров. Известны варианты способа обнаружения каркаса стента и изменений в нем с использованием оптической когерентной томографии в которых: специальным процессором является процессор компьютера, каркас стента дополнительно аппроксимируется эллипсом; фрагменты стента не соответствующие эллиптической геометрии удаляются; для эллипса вычисляются малая и большая оси, угол наклона; значения интенсивности интерференционного сигнала усредняются в пределах небольших фрагментов обрабатываемых изображений; одномерный локальный сигнал представляет собой профиль интенсивности (А-скан); дополнительно определяются границы просвета исследуемого кровеносного сосуда; вычисляются расстояния от фрагментов каркаса стента до границ просвета исследуемого кровеносного сосуда; стент считается неправильно раскрытым в случае если по меньшей мере одно из вышеуказанных расстояний больше пороговой величины; цветовая информация используется для поиска теней фрагментов каркаса стента; вычисляется специальный параметр апериодичности фрагментов каркаса стента. The closest analogue (prototype) of the developed method is a method for detecting a stent frame and changes therein using optical coherence tomography (patent US 9462950 B2, IPC A61B5/55, A61B5/00, G06T7/00, published on 11.10.2016), which includes: storing a set of optical coherence tomography images on a storage device, wherein the set of images contains a plurality of scanning lines and was formed as a result of probing the blood vessel under study using an intravascular optical coherence tomograph, identifying the frame (or its individual fragments) of the stent by detecting, using a special processor, one-dimensional local signals on one or more scanning lines from a set of optical coherence tomography images, visualizing the cross-section of the blood vessel under study indicating the stent fragments using local landmarks. There are known variants of the method for detecting the stent frame and changes in it using optical coherence tomography, in which: a computer processor is a special processor, the stent frame is additionally approximated by an ellipse; stent fragments that do not correspond to the elliptical geometry are removed; minor and major axes, tilt angle are calculated for the ellipse; interference signal intensity values are averaged within small fragments of the processed images; a one-dimensional local signal is an intensity profile (A-scan); the boundaries of the lumen of the blood vessel under study are additionally determined; distances from stent frame fragments to the boundaries of the lumen of the blood vessel under study are calculated; the stent is considered incorrectly deployed if at least one of the above distances is greater than the threshold value; color information is used to search for shadows of stent frame fragments; a special parameter of aperiodicity of stent frame fragments is calculated.
Техническим результатом способа обнаружения каркаса стента и изменений в нем с использованием оптической когерентной томографии является высокоточное определение эллиптической геометрии каркаса стента и отслеживание недопустимо больших смещений этого эллипса относительно границ просвета (стенок) кровеносного сосуда.The technical result of the method for detecting the stent frame and changes in it using optical coherence tomography is the highly accurate determination of the elliptical geometry of the stent frame and tracking of unacceptably large displacements of this ellipse relative to the boundaries of the lumen (walls) of the blood vessel.
Недостатком способа обнаружения каркаса стента и изменений в нем с использованием оптической когерентной томографии является идентификация стента только на основании информации о структуре исследуемого биообъекта (кровеносного сосуда с имплантированным стентом) без учета физиологических процессов (из-за различий в механических свойствах под воздействием пульсовой волны стенка кровеносного сосуда деформируется намного сильнее чем стент).The disadvantage of the method of detecting the stent frame and changes in it using optical coherence tomography is the identification of the stent only on the basis of information about the structure of the studied bio-object (a blood vessel with an implanted stent) without taking into account physiological processes (due to differences in mechanical properties, under the influence of a pulse wave, the wall of the blood vessel is deformed much more strongly than the stent).
Для исключения двусмысленностей в трактовке признаков прототипа уточняем, что под линией сканирования в контексте данной заявки на изобретение подразумевается одиночный интерференционный сигнал (А-скан) интраваскулярной оптической когерентной томографии; соответственно, под структурным изображением интраваскулярной оптической когерентной томографии подразумевается совокупность А-сканов, полученных для смежных участков в одном направлении сканирования и в пределах одной сканируемой плоскости (В-скан); под набором структурных изображений интраваскулярной оптической когерентной томографии подразумевается совокупность В-сканов, полученных для смежных участков в пределах одного сканируемого объема (С-скан), причем направление сканирования должно быть строго перпендикулярным каждому В-скану.In order to avoid ambiguity in the interpretation of the features of the prototype, we clarify that a scanning line in the context of this application for an invention means a single interference signal (A-scan) of intravascular optical coherence tomography; accordingly, a structural image of intravascular optical coherence tomography means a set of A-scans obtained for adjacent sections in one scanning direction and within one scanned plane (B-scan); a set of structural images of intravascular optical coherence tomography means a set of B-scans obtained for adjacent sections within one scanned volume (C-scan), wherein the scanning direction must be strictly perpendicular to each B-scan.
Технической задачей способа является повышение точности оценки корректности установки (то есть, пространственного позиционирования и правильности раскрытия) потоконаправляющего стента за счет учета различий не только в оптических, но и в механических свойствах между исследуемыми биологическими тканями (стенки кровеносного сосуда, кровь, структуры в составе атеросклеротической бляшки или тромба и т.п.) и материалом стента (нитинол, тантал, сплавы на основе кобальта или магния, в том числе тонким силикон-карбидным покрытием или покрытием из алмазоподобного углерода). The technical objective of the method is to increase the accuracy of assessing the correctness of installation (i.e., spatial positioning and correct deployment) of a flow-directing stent by taking into account the differences not only in optical but also in mechanical properties between the studied biological tissues (walls of a blood vessel, blood, structures in the composition of an atherosclerotic plaque or thrombus, etc.) and the stent material (nitinol, tantalum, alloys based on cobalt or magnesium, including a thin silicone-carbide coating or a coating of diamond-like carbon).
Поставленная техническая задача достигается тем, что способ оценки корректности установки потоконаправляющего стента, так же как и способ, который является ближайшим аналогом, включает в себя получение в результате зондирования исследуемого кровеносного сосуда с помощью интраваскулярного оптического когерентного томографа и сохранение на запоминающем устройстве набора структурных изображений оптической когерентной томографии, при этом осуществляют идентификацию каркаса стента или его отдельных фрагментов, с использованием цветовой информации выполняют поиск теней фрагментов каркаса стента, выполняют аппроксимирование каркаса стента с последующим вычислением малой и большой его осей, определяют границы просвета исследуемого кровеносного сосуда, вычисляют расстояние от фрагментов каркаса стента до границ просвета исследуемого кровеносного сосуда, визуализируют поперечное сечение исследуемого кровеносного сосуда с указанием фрагментов стента с использованием локальных ориентиров.The stated technical task is achieved in that the method for assessing the correctness of the installation of a flow-directing stent, as well as the method, which is the closest analogue, includes obtaining as a result of probing the blood vessel under study using an intravascular optical coherence tomograph and storing a set of structural images of optical coherence tomography on a storage device, while identifying the stent frame or its individual fragments, using color information, searching for shadows of stent frame fragments, approximating the stent frame with subsequent calculation of its minor and major axes, determining the boundaries of the lumen of the blood vessel under study, calculating the distance from the stent frame fragments to the boundaries of the lumen of the blood vessel under study, visualizing the cross-section of the blood vessel under study with an indication of the stent fragments using local landmarks.
Новым в разработанном способе оценки корректности установкипотоконаправляющего стента является то, что одновременно с получением набора структурных изображений оптической когерентной томографии получают сведения о кровяном давлении и скорости кровотока в исследуемом участке кровеносного сосуда, выделяют моменты времени соответствующие систолическому и диастолическому давлению в исследуемом кровеносном сосуде, структурные изображения оптической когерентной томографии соотносят с этими моментами времени, производят количественное сравнение структурных изображений для момента систолы со структурными изображениями для момента диастолы, находят абсолютные смещения структур и размеры деформируемых областей по контрольным точкам, при этом единственной деформирующей силой тсчитают пульсовую волну, соответственно величину нормальной составляющей деформирующего воздействия оценивают как произведение разности систолического и диастолического давления на площадь деформирующего воздействия и коэффициент нормально направленной по отношению к стенки исследуемого сосуда составляющей вектора скорости кровотока, при этом площадь деформирующего воздействия считают равной площади сканирования используемого интраваскулярного зонда оптической когерентной томографии, величину модуля Юнга для контрольных точек на обрабатываемых изображениях оптической когерентной томографии рассчитывают как частное от деления произведения нормальной составляющей деформирующего воздействия и продольных размеров деформируемой области на произведение площади деформирующего воздействия на продольные составляющие абсолютных смещений, полученную картограмму по модулю Юнга используют для оценки результатов идентификации фрагментов каркаса стента посредством сравнения расчетных величин модуля Юнга с табличными значениями для материала имплантированного в исследуемый сосуд стента, результаты определения границ просвета кровеносного сосуда оценивают с использованием табличных значений средних значений оптических свойств структур исследуемого кровеносного сосуда, и при вдавливании фрагментов стента в стенку кровеносного сосуда на величину больше 0.2 мм установку потоконаправляющего стента оценивают как некорректную. What is new in the developed method for assessing the correctness of installing a flow-directing stent is that, simultaneously with obtaining a set of structural images of optical coherence tomography, information is obtained on the blood pressure and blood flow velocity in the examined section of the blood vessel, moments of time corresponding to the systolic and diastolic pressure in the examined blood vessel are identified, the structural images of optical coherence tomography are correlated with these moments of time, a quantitative comparison of the structural images for the moment of systole is made with the structural images for the moment of diastole, absolute displacements of the structures and the sizes of the deformable areas are found at the control points, while the pulse wave is considered the only deforming force, accordingly, the magnitude of the normal component of the deforming effect is estimated as the product of the difference between the systolic and diastolic pressure by the area of the deforming effect and the coefficient of the component of the blood flow velocity vector normally directed with respect to the wall of the examined vessel, while the area of the deforming effect is considered equal to the scanning area of the intravascular the optical coherence tomography probe, the value of Young's modulus for the control points on the processed optical coherence tomography images is calculated as the quotient of dividing the product of the normal component of the deforming effect and the longitudinal dimensions of the deformable region by the product of the area of the deforming effect by the longitudinal components of the absolute displacements, the resulting cartogram for Young's modulus is used to evaluate the results of identifying the fragments of the stent frame by comparing the calculated values of Young's modulus with the tabular values for the material of the stent implanted in the vessel under study, the results of determining the boundaries of the lumen of the blood vessel are evaluated using the tabular values of the average values of the optical properties of the structures of the blood vessel under study, and when pressing the stent fragments into the wall of the blood vessel by more than 0.2 mm, the installation of the flow-directing stent is assessed as incorrect.
При принятии решений медицинские работники, как правило, руководствуются общепризнанными экспертными рекомендациями. Применительно к тематике заявленного способа речь идет об экспертных рекомендациях по чрескожным сердечно-сосудистым вмешательствам, актуальные версии опубликованы в следующих изданиях European Heart Journal (Oxford Academic, https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehy285, открытый доступ) и Circulation: Cardiovascular Interventions (American Heart Association, https://doi.org/10.1161/CIRCINTERVENTIONS.118.007192, открытый доступ). When making decisions, healthcare professionals are usually guided by generally accepted expert recommendations. In relation to the topic of the declared method, we are talking about expert recommendations on percutaneous cardiovascular interventions, the current versions are published in the following editions: European Heart Journal (Oxford Academic, https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehy285, open access) and Circulation: Cardiovascular Interventions (American Heart Association, https://doi.org/10.1161/CIRCINTERVENTIONS.118.007192, open access).
Согласно этим рекомендациям стент считается правильно раскрытым (приемлемые гемодинамические отклонения и допустимые 3-х месячные риски осложнений), если расстояние от фрагментов каркаса стента до границ просвета (стенок) кровеносного сосуда составляет не менее 200 микрометров (0.2 миллиметра). Авторы ни в коем случае не позиционируют заявленный способ оценки корректности установки потоконаправляющего стента как способ профилактики и (или) лечения определенных заболеваний людей или животных. Заявленный способ предполагает получение набора структурных изображений оптической когерентной томографии исследуемого кровеносного сосудах в сочетании со сведениями о кровяном давлении и скорости кровотока в исследуемом участке этого сосуда, компьютерную обработку вышеуказанных цифровых данных (трудоемкие для ручного выполнения медицинским персоналом операции по вычислению малой и большой осей каркаса стента, определению границ просвета исследуемого кровеносного сосуда, вычислению расстояния от фрагментов каркаса стента до границ просвета исследуемого кровеносного сосуда, нанесениюконтрольных точек на обрабатываемые изображения оптической когерентной томографии, вычислению количественных значений величины модуля Юнга для контрольных точек, оценке результатов идентификации каркаса стента посредством сравнения расчетных величин модуля Юнга с табличными значениями для материала имплантированного в исследуемый сосуд стента, оценке результатов определения границ просвета кровеносного сосуда с использованием табличных значений средних значений оптических свойств структур исследуемого кровеносного сосуда) и визуализацию поперечного сечения исследуемого кровеносного сосуда с указанием фрагментов стента с использованием локальных ориентиров в комбинации с носящим рекомендательный характер выводом о корректности (некорректности) расположения фрагментов каркаса стента относительно границ просвета исследуемого кровеносного сосуда. Постановка диагноза и назначение (по необходимости) лечебных, профилактических, лечебно-профилактических и т.п. мероприятий осуществляются только медицинскими работниками на основе их собственного опыта и если они посчитают целесообразным дополнительных диагностических данных (например, результатов фазово- контрастной магнитно-резонансной томографии или рентгеновской компьютерной ангиографии). Таким образом заявленный способ позиционируется авторами как относящийся к медицинской инженерии (технические науки), а не как часть ангиологии (медицинские науки). С практической точки зрения отдаленными аналогами представленного способа являются способы автоматизированной оценки геометрии области интереса широко применяемые в ультразвуковых медицинских системах, способы автоматизированного распознавания зубцов в электрокардиографии и т.п. Но никак не способы постановки диагнозов в вышеуказанных медицинских специальностях. Дополнительно хотелось бы отметить, что ключевой идеей патента (за счет которой достигается техническая задача) все же является не просто введение пороговой величины в 0.2 миллиметра, т.е. не просто ориентация на тематические медицинские рекомендации, а одновременный учет не только оптических, но и механических свойств исследуемых объектов, что и отражено в формулировках технической задачи способа и отличительной части формулы изобретения. Различия в оптических свойствах между исследуемыми биологическими тканями (стенки кровеносного сосуда, кровь, структуры в составе атеросклеротической бляшки или тромба и т.п.) и материалом стента (нитинол, тантал, сплавы на основе кобальта или магния, в том числе тонким силикон-карбидным покрытием или покрытием из алмазоподобного углерода) чаще всего составляют несколько десятков процентов, что с учетом возникающих по оптической когерентной томографии шумов и 2π-неопределенностей довольно немного, различия в механических свойствах, как минимум составляют сотни раз. Развернутые пояснения приведены ниже при изложении значимых аспектов конкретной реализации разработанного способа. According to these recommendations, a stent is considered to be correctly deployed (acceptable hemodynamic deviations and acceptable 3-month risks of complications) if the distance from the stent frame fragments to the lumen (walls) of the blood vessel is at least 200 micrometers (0.2 millimeters). The authors in no way position the declared method for assessing the correctness of the flow-directing stent installation as a method for preventing and (or) treating certain diseases in humans or animals. The claimed method involves obtaining a set of structural optical coherence tomography images of the blood vessel under study in combination with information on blood pressure and blood flow velocity in the section of this vessel under study, computer processing of the above-mentioned digital data (labor-intensive operations for manual performance by medical personnel on calculating the minor and major axes of the stent frame, determining the boundaries of the lumen of the blood vessel under study, calculating the distance from the fragments of the stent frame to the boundaries of the lumen of the blood vessel under study, applying control points to the processed optical coherence tomography images, calculating the quantitative values of the Young's modulus for the control points, assessing the results of identifying the stent frame by comparing the calculated values of the Young's modulus with the tabular values for the material of the stent implanted in the vessel under study, assessing the results of determining the boundaries of the lumen of the blood vessel using the tabular values of the average values of the optical properties of the structures of the blood vessel under study) and visualizing the cross-section of the blood vessel under study indicating stent fragments using local landmarks in combination with a recommendatory conclusion on the correctness (incorrectness) of the location of the stent frame fragments relative to the boundaries of the lumen of the blood vessel under study. Diagnosis and prescription (if necessary) of therapeutic, prophylactic, therapeutic and prophylactic, etc. measures are carried out only by medical workers based on their own experience and if they deem additional diagnostic data appropriate (for example, the results of phase-contrast magnetic resonance imaging or X-ray computed angiography). Thus, the claimed method is positioned by the authors as related to medical engineering (technical sciences), and not as part of angiology (medical sciences). From a practical point of view, distant analogues of the presented method are methods of automated assessment of the geometry of the area of interest widely used in ultrasound medical systems, methods of automated recognition of teeth in electrocardiography, etc. But in no way methods of making diagnoses in the above-mentioned medical specialties. It should also be noted that the key idea of the patent (due to which the technical task is achieved) is still not just the introduction of a threshold value of 0.2 millimeters, i.e. not just orientation to thematic medical recommendations, but the simultaneous consideration of not only optical, but also mechanical properties of the objects under study, which is reflected in the wording of the technical task of the method and the distinctive part of the formula of the invention. Differences in optical properties between the biological tissues under study (walls of a blood vessel, blood, structures in the composition of an atherosclerotic plaque or thrombus, etc.) and the stent material (nitinol, tantalum, alloys based on cobalt or magnesium, including a thin silicone carbide coating or a diamond-like carbon coating) most often amount to several tens of percent, which, taking into account the noise and 2π-uncertainties arising in optical coherence tomography, is quite small, the differences in mechanical properties are at least hundreds of times. Detailed explanations are given below when presenting the significant aspects of the specific implementation of the developed method.
Также не стоит забывать о том, что стенты (в первую очередь потоконаправляющие) представляют собой достаточно тонкие и гибкие структуры. Поэтому под вдавливанием фрагментов стента в стенку понимаются ситуации зарастания внутреннего просвета стента атеросклеротическими отложениями (в том числе с тромбами в составе). В этих ситуациях новый уровень стенки кровеносного сосуда отличается от изначально ожидаемого при установке стента, т.е. проверка правильности раскрытия стента становится эквивалентной проверке точности его пространственного позиционирования. Учет этой особенности объясняется тем, что проверку состояния стента часто производят через значительный интервал времени после его установки и отражен в названии заявки на изобретение и ее технической задаче. It is also worth remembering that stents (primarily flow-directing ones) are quite thin and flexible structures. Therefore, pressing stent fragments into the wall means situations of overgrowing of the internal lumen of the stent with atherosclerotic deposits (including those with thrombi in the composition). In these situations, the new level of the blood vessel wall differs from that initially expected when installing the stent, i.e. checking the correctness of the stent deployment becomes equivalent to checking the accuracy of its spatial positioning. Taking this feature into account is explained by the fact that the stent condition is often checked after a significant period of time after its installation and is reflected in the title of the application for an invention and its technical task.
В конкретной реализации разработанного способа оценки корректности установки потоконаправляющего стента в качестве интраваскулярного оптического когерентного томографа был использован оптический когерентный томограф «ОКТ-1300Е» фирмы «Биомедтех» (Россия) с рабочей длиной волны 1300 нм и быстродействием 8-20 структурных изображений оптической когерентной томографии в секунду. Интраваскулярный зонд для вышеуказанного оптического когерентного томографа представлял собой волоконно-оптический датчик многоразового использования с внутренним электромеханическим сканированием, встроенным интраваскулярным датчиком избыточного давления и рентгеновским маркером. В качестве интраваскулярного датчика избыточного давления использован датчик для измерения статического и динамического давления (диапазон измерений от 0 до 0.5 бар) «XCL-062» производства фирмы «Kulite Semiconductor Products» (США). В качестве рентгеновского маркера использован инкапсулированный сульфат бария. Для контроля местоположения интраваскулярного зонда (общее позиционирование по рентгеновскому маркеру) использовалась C-дуга «BV Libra» фирмы «Philips» (Нидерланды). В качестве потоконаправляющих стентов применены плотно плетеные нитиноловые полупроницаемые стенты для лечения интракраниальных аневризм SILK+ (размерами 4,5x40, 5x40 и 5,5x40 мм) фирмы «Balt Extrusion» (Франция).In a specific implementation of the developed method for assessing the correctness of flow-directing stent installation, the OKT-1300E optical coherence tomograph by Biomedtech (Russia) with an operating wavelength of 1300 nm and a speed of 8-20 structural images of optical coherence tomography per second was used as an intravascular optical coherence tomograph. The intravascular probe for the above-mentioned optical coherence tomograph was a reusable fiber-optic sensor with internal electromechanical scanning, a built-in intravascular excess pressure sensor and an X-ray marker. A sensor for measuring static and dynamic pressure (measurement range from 0 to 0.5 bar) XCL-062 by Kulite Semiconductor Products (USA) was used as an intravascular excess pressure sensor. Encapsulated barium sulfate was used as an X-ray marker. To control the location of the intravascular probe (general positioning by the X-ray marker), a C-arm "BV Libra" from Philips (Netherlands) was used. Tightly braided nitinol semipermeable stents for the treatment of intracranial aneurysms SILK+ (4.5x40, 5x40 and 5.5x40 mm) from Balt Extrusion (France) were used as flow-guiding stents.
Управление работой интраваскулярного оптического когерентного томографа, интраваскулярного датчика избыточного давления и С-дуги, а также компьютерная обработка исходных данных с последующей визуализацией и сохранением полученных результатов производились с использованием ноутбука «Acer Nitro AN517-51» c 6-и ядерным процессором «i7-9750H», 12 Гб оперативной памяти DDR4 и графическим контроллером «GeForce GTX1050» с 3 Гб графической памяти. The operation of the intravascular optical coherence tomograph, intravascular overpressure sensor and C-arm, as well as computer processing of the initial data with subsequent visualization and saving of the obtained results were performed using an Acer Nitro AN517-51 laptop with a 6-core i7-9750H processor, 12 GB of DDR4 RAM and a GeForce GTX1050 graphics controller with 3 GB of graphics memory.
Табличные значения средних значений оптических свойств структур исследуемого кровеносного сосуда взяты из референтных источников (Dana N., Sowers T., Karpiouk A., VanderLaan D., Emelianov S., 2017, DOI: 10.1117/1.JBO.22.10.106012, открытый доступ) об оптических свойствах трех ее основных составляющих: интима (μ a = 0.120 см-1, μ s = 9.98 см-1), медиа (μ a = 0.155 см-1, μ s = 16.1 см-1), адвентиция (μ a = 0.256 см-1, μ s = 13.1 см-1), где μ a – коэффициент поглощения, μ s – коэффициент рассеяния. Следует отметить, что прямое сравнение интенсивности интерференционного сигнала (цветовая информация для поиска теней фрагментов каркаса стента) с вышеуказанными коэффициентам неприемлемо, поэтому расчеты производились косвенно, при этом переход от оптических свойств зондируемого объекта к интенсивности детектируемого излучение осуществлен с помощью закона Бугера-Ламберта-Бера. Аппроксимация каркаса стента производилась цилиндрической геометрией. Угол наклона аппроксимированного каркаса стента вычислялся по углу между большой осью аппроксимированного каркаса стента (цилиндра) и плоскость сканирования (имеется в виду плоскость, соответствующая обрабатываемому В-скану).The tabular values of the average values of the optical properties of the structures of the studied blood vessel are taken from reference sources (Dana N., Sowers T., Karpiouk A., VanderLaan D., Emelianov S., 2017, DOI: 10.1117/1.JBO.22.10.106012, open access) on the optical properties of its three main components: intima (μ a = 0.120 cm-1,μ s = 9.98 cm-1), media (μ a = 0.155 cm-1,μ s = 16.1 cm-1), adventitia (μ a = 0.256 cm-1,μ s = 13.1 cm-1), Where μ a – absorption coefficient,μ s – scattering coefficient. It should be noted that direct comparison of the interference signal intensity (color information for searching for shadows of stent frame fragments) with the above coefficients is unacceptable, therefore the calculations were made indirectly, while the transition from the optical properties of the probed object to the intensity of the detected radiation was carried out using the Bouguer-Lambert-Beer law. The stent frame was approximated by cylindrical geometry. The inclination angle of the approximated stent frame was calculated by the angle between the major axis of the approximated stent frame (cylinder) and the scanning plane (meaning the plane corresponding to the processed B-scan).
Табличные значения величин модуля Юнга для материала имплантированного в исследуемый сосуд стента взяты из референтных источников (Ghosh P., DasGupta K., Nag D., Chanda A., 2011, Corpus ID: 35775740, открытый доступ) о механических свойствах четырех основных материалов, используемых при изготовлении медицинских стентов: нержавеющая сталь (E = 193 ГПа), нитинол (E = 83 ГПа), элгилой (E = 190 ГПа), тантал (E = 185 ГПа), где E – эталонная величина модуля Юнга. Переход от интенсивности интерференционного сигнала, а также величин кровяного давления и скорости кровотока к величинам модуля Юнга является отличительной особенностью предлагаемого способа. Рассмотрим его подробнее. The tabular values of the Young's modulus for the material of the stent implanted in the vessel under study are taken from reference sources (Ghosh P., DasGupta K., Nag D., Chanda A., 2011, Corpus ID: 35775740, open access) on the mechanical properties of four main materials used in the manufacture of medical stents: stainless steel ( E = 193 GPa), nitinol ( E = 83 GPa), elgiloy ( E = 190 GPa), tantalum ( E = 185 GPa), where E is the reference value of Young's modulus. The transition from the interference signal intensity, as well as the blood pressure and blood flow velocity values to the Young's modulus values is a distinctive feature of the proposed method. Let us consider it in more detail.
Классическая формула (1) для расчета величины модуля Юнга, , содержит в себе нормальную составляющую деформирующей силы, ; площадь деформирующего воздействия, ; продольные смещения в исследуемом объекте, , и продольные размеры деформируемой области, :The classical formula (1) for calculating the value of Young's modulus, , contains the normal component of the deforming force, ; area of deforming effect, ; longitudinal displacements in the object under study, , and the longitudinal dimensions of the deformable region, :
Данные инвазивного интраваскулярного измерения кровяного давления и вектора скорости кровотока позволяют рассчитать по следующей формуле:Invasive intravascular blood pressure and blood flow velocity vector data allow us to calculate according to the following formula:
где – пульсовое давление; – коэффициент нормальной составляющей деформирующей силы пульсовой волны, вычисляемый посредством разложения вектора скорости кровотока, , по координатным осям. В частности, , где – компонента вектора , направленная перпендикулярно к стенке исследуемого кровеносного сосуда. Where – pulse pressure; – the coefficient of the normal component of the deforming force of the pulse wave, calculated by decomposing the blood flow velocity vector, , along the coordinate axes. In particular, , Where – vector component , directed perpendicular to the wall of the blood vessel being examined.
Пульсовая волна оказывает деформирующее воздействие на всю сердечно-сосудистую систему. Однако смещения в стенке исследуемого кровеносного сосуда можно отследить только в пределах площади сканирования интраваскулярного зонда оптического когерентного томографа. К тому же величина деформирующего воздействия оценивается тоже только в окрестности катетера интраваскулярного зонда. Поэтому площадь деформирующего воздействия целесообразно принять равной площади сканирования интраваскулярного оптического когерентного томографа. Эта величина является справочной (т.е. величина, S, становится константой) для каждой отдельно взятой модели интраваскулярного зонда оптической когерентной томографии. Более того подстановка формулы (2) в формулу (1) позволяет провести сокращения и полностью убрать площадь деформирующего воздействия, , из дальнейших расчетов.The pulse wave has a deforming effect on the entire cardiovascular system. However, displacements in the wall of the blood vessel under study can only be tracked within the scanning area of the intravascular probe of the optical coherence tomograph. In addition, the magnitude of the deforming effect is also estimated only in the vicinity of the intravascular probe catheter. Therefore, it is advisable to take the area of the deforming effect equal to the scanning area of the intravascular optical coherence tomograph. This value is a reference value (i.e., the value, S , becomes a constant) for each individual model of the intravascular probe of optical coherence tomography. Moreover, substituting formula (2) into formula (1) allows for reductions and completely eliminating the area of the deforming effect, , from further calculations.
Вычисление продольных размеров деформируемой области, , и продольных смещений, , производится по контрольным точкам. Под контрольными точками в контексте заявки подразумеваются особые (ключевые, контрольные, опорные) пиксели в составе всех структурных изображений набора структурных изображений интраваскулярной оптической когерентной томографии исследуемого кровеносного сосуда для моментов времени соответствующих систоле и диастоле. Эти пиксели определяются с использованием алгоритма ускоренных испытаний сегмента (алгоритм FAST, Rosten и Drummond, 2005г.) и группируют в пары с использованием алгоритма бинарных устойчивых инвариантных масштабируемых ключевых точек (BRISK, Leutenegger, 2011г.). Количественная оценка величин абсолютных смещений в стенке исследуемого кровеносного сосуда и продольных размеров деформируемой области не для всей совокупности пикселей в составе набора структурных изображений оптической когерентной томографии, а только для контрольных точек позволяет снизить затраты машинного времени без существенной потери в точности производимых вычислений. После попарного сопоставления контрольных точек независимо определяются векторные величины смещений контрольных точек всех структурных изображений интраваскулярной оптической когерентной томографии, в момент времени соответствующий систоле, относительно контрольных точек всех структурных изображений интраваскулярной оптической когерентной томографии в момент диастолы. Далее векторные величины смещений контрольных точек для каждой пары контрольных точек независимо раскладывают по координатным осям и продольные смещения пикселей для каждой пары контрольных пикселей приравнивают проекциям векторов смещения пикселей на ось ординат.Calculation of longitudinal dimensions of the deformable region, , and longitudinal displacements, , is performed by checkpoints. In the context of the application, checkpoints are understood to mean special (key, control, reference) pixels in the composition of all structural images of the set of structural images of intravascular optical coherence tomography of the blood vessel under study for the time moments corresponding to systole and diastole. These pixels are determined using the algorithm of accelerated segment testing (FAST algorithm, Rosten and Drummond, 2005) and are grouped into pairs using the algorithm of binary stable invariant scalable keypoints (BRISK, Leutenegger, 2011). Quantitative assessment of the values of absolute displacements in the wall of the blood vessel under study and the longitudinal dimensions of the deformable region not for the entire set of pixels in the set of structural images of optical coherence tomography, but only for checkpoints allows to reduce the costs of computer time without significant loss in the accuracy of the calculations performed. After pairwise comparison of control points, the vector values of the displacements of the control points of all structural images of intravascular optical coherence tomography are independently determined at the time corresponding to systole, relative to the control points of all structural images of intravascular optical coherence tomography at the time of diastole. Then the vector values of the displacements of the control points for each pair of control points are independently laid out along the coordinate axes and the longitudinal displacements of the pixels for each pair of control pixels, the projections of the pixel displacement vectors on the ordinate axis are equated.
Продольные размеры деформируемой области, , представляют собой ту часть всех структурных изображений интраваскулярной оптической когерентной томографии в моменты времени соответствующие систоле и диастоле, которая заключена между наименее и наиболее глубоко залегающими (по оси ординат) контрольными точками. Учитывая, что для определения уже были вычислены проекции векторов смещения контрольных точек на ось ординат, находим объединяя эти проекции.Longitudinal dimensions of the deformable area, , represent that part of all structural images of intravascular optical coherence tomography at the moments of time corresponding to systole and diastole, which is enclosed between the least and most deeply located (along the ordinate axis) control points. Considering that for determining the projections of the displacement vectors of the control points on the ordinate axis have already been calculated, we find by combining these projections.
Величина модуля Юнга, , рассчитывается для каждой группы контрольных точек. Полученные данные сравниваются с табличными значениями для уточнения результатов идентификации каркаса стента. Уточнение производится посредством усреднения результата идентификации каркаса стента на основе оптических и на основе механических свойств.The value of Young's modulus, , is calculated for each group of control points. The obtained data are compared with the table values to clarify the results of the stent frame identification. Clarification is performed by averaging the result of the stent frame identification based on optical and mechanical properties.
Проверка достижимости технического результата имела вид серии лабораторных экспериментов с использованием гидродинамических фантомов кровеносных сосудов. В частности, с учетом рекомендаций медицинских работников для оценки эффективности предложенного способа была выбрана веретенообразная аневризма. Из полученных медицинскими работниками медицинских изображений 3D-ротационной ангиографии сосудов головы реального пациента была извлечена индивидуальная форма позвоночных артерий и базилярной артерии пациента с веретенообразной аневризмой. По извлеченной из медицинских изображений индивидуальной форме артерий были сформированы 9-ть восковых негативных моделей. The feasibility check of the technical result took the form of a series of laboratory experiments using hydrodynamic phantoms of blood vessels. In particular, taking into account the recommendations of medical workers, a fusiform aneurysm was chosen to evaluate the effectiveness of the proposed method. From the medical images of 3D rotational angiography of the vessels of the head of a real patient obtained by medical workers, the individual shape of the vertebral arteries and basilar artery of a patient with a fusiform aneurysm was extracted. Based on the individual shape of the arteries extracted from the medical images, 9 wax negative models were formed.
Гидродинамические фантомы были изготовлены послойно из двухкомпонентного прозрачного силикона фирмы «Smooth-On» (США) на платиновом катализаторе и имели анатомически корректное трехслойное строение (адвентиция, медиа, интима). Оптические свойства слоев фантома варьировались посредством использования специальных добавок (наночастицы диоксида титана и краситель «Indian Ink»), а механические свойства подбирались посредством изменения процентной доли компонентов А и В жидкого силикона. Нанесение слоев на негативную модель осуществлялось специальной кисточкой. При этом каждый последующий слой наносился на предыдущий только после его полного затвердевания. Hydrodynamic phantoms were made layer by layer from two-component transparent silicone from Smooth-On (USA) on a platinum catalyst and had an anatomically correct three-layer structure (adventitia, media, intima). The optical properties of the phantom layers were varied by using special additives (titanium dioxide nanoparticles and Indian Ink dye), and the mechanical properties were selected by changing the percentage of components A and B of liquid silicone. The layers were applied to the negative model using a special brush. Each subsequent layer was applied to the previous one only after it had completely hardened.
Получившаяся при этом комбинация гидродинамического фантома и негативной модели была подвергнута нагреву для удаления воска (расплавления негативной модели). Три варианта потоконаправляющих стентов SILK+ (с размерами 4.5x40, 5x40 и 5.5x40 мм) были физически имплантированы в фантомы с привлечением медицинских работников таким образом, что из 9-и приближенно одинаковых фантомов были формированы 3-и группы: не правильно раскрытые (3 фантома, по одному с каждым вариантом стента), не правильно позиционированные (тоже самое количественное соотношение) и корректно установленные (тоже самое количественное соотношение). 1% раствор интралипида в воде был использован в качестве кровеимитирующей жидкости. Этот раствор обладает рассеивающими, и поглощающими, свойствами как у крови. Нужная геометрия потока кровеимитирующей жидкости (ламинарный поток с локальными нарушениями ламинарного течения) была достигнута посредством управляемого перекручивания эластичной трубки несущей кровеимитирующую жидкость из специальной емкости в фантом. В частности перекручивания имитировали удары сердца, для получения набора структурных изображений оптической когерентной томографии учитывалась последовательность из 7-и перекручиваний. Временные интервалы между перекручиваниями составили около 0.85 секунды. Далее в строгом соответствии с формулами прототипа и предложенного способа были произведены действия по оценке корректности установки потоконаправляющего стента. Каждый эксперимент повторялся по 10 раз (т.е. в сумме 90 измерений). Корректность расчетов проверялась профильными медицинским работниками. Расчеты по способу прототипу были признаны корректными в 74-х случаях, а по предложенному способу в 87-и случаях.The resulting combination of the hydrodynamic phantom and the negative model was heated to remove the wax (melt the negative model). Three variants of the SILK+ flow-directing stents (4.5x40, 5x40 and 5.5x40 mm) were physically implanted into the phantoms with the involvement of medical workers in such a way that three groups were formed from nine approximately identical phantoms: incorrectly deployed (three phantoms, one with each stent variant), incorrectly positioned (the same quantitative ratio) and correctly installed (the same quantitative ratio). A 1% solution of intralipid in water was used as a hemometic fluid. This solution has dispersive, and absorbing, properties as blood. The required geometry of the blood-imitating fluid flow (laminar flow with local disturbances of the laminar flow) was achieved by controlled twisting of the elastic tube carrying the blood-imitating fluid from a special container into the phantom. In particular, the twists imitated heartbeats; a sequence of 7 twists was taken into account to obtain a set of structural images of optical coherence tomography. The time intervals between twists were about 0.85 seconds. Then, in strict accordance with the formulas of the prototype and the proposed method, actions were taken to assess the correctness of the installation of the flow-directing stent. Each experiment was repeated 10 times (i.e., a total of 90 measurements). The correctness of the calculations was checked by specialized medical workers. Calculations according to the prototype method were recognized as correct in 74 cases, and according to the proposed method in 87 cases.
Таким образом, серия экспериментов по оценке корректности установки потоконаправляющего стента в соответствии с предложенным способом, проведенная для тканеимитирующих фантомов кровеносных сосудов, показала, что точность вычислений повысилась на 14.5 % по сравнению с прототипом, что свидетельствует о выполнении поставленной технической задачи.Thus, a series of experiments to assess the correctness of the installation of a flow-directing stent in accordance with the proposed method, conducted for tissue-imitating phantoms of blood vessels, showed that the accuracy of calculations increased by 14.5% compared to the prototype, which indicates the fulfillment of the technical task.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2834685C1 true RU2834685C1 (en) | 2025-02-12 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9173591B2 (en) * | 2013-03-08 | 2015-11-03 | Lightlab Imaging, Inc. | Stent visualization and malapposition detection systems, devices, and methods |
| US9462950B2 (en) * | 2008-10-14 | 2016-10-11 | Lightlab Imaging, Inc. | Methods for stent strut detection and related measurement and display using optical coherence tomography |
| RU2636189C2 (en) * | 2016-03-30 | 2017-11-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Method for flow-directing stent selection |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9462950B2 (en) * | 2008-10-14 | 2016-10-11 | Lightlab Imaging, Inc. | Methods for stent strut detection and related measurement and display using optical coherence tomography |
| US9173591B2 (en) * | 2013-03-08 | 2015-11-03 | Lightlab Imaging, Inc. | Stent visualization and malapposition detection systems, devices, and methods |
| RU2636189C2 (en) * | 2016-03-30 | 2017-11-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Method for flow-directing stent selection |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| WU W. et al. Three dimensional reconstruction of coronary artery stents from optical coherence tomography: experimental validation and clinical feasibility. Sci Rep. 2021 Jun 10; 11 (1): 12252. TRADIGO G. et al. On the reliability of measurements for a stent positioning simulation system. Int J Med Inform. 2019 Mar; 123: 23-28. VUKICEVIC A.M. et al. Computer methods for follow-up study of hemodynamic and disease progression in the stented coronary artery by fusing IVUS and X-ray angiography. Med Biol Eng Comput, 2014, 52, 539-556. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6792768B2 (en) | Calculation method and system of blood flow reserve ratio | |
| CN111134651B (en) | Method, device and system for calculating fractional flow reserve based on intracavity images and computer storage medium | |
| JP6918912B2 (en) | Image processing equipment, image processing methods, and programs | |
| US10803994B2 (en) | Vascular flow assessment | |
| US10206587B2 (en) | Image processing apparatus, image processing method, and storage medium | |
| CA2991775C (en) | Systems and methods for estimating hemodynamic forces acting on plaque and monitoring risk | |
| CN106659400B (en) | Device for determining a fractional flow reserve value | |
| RU2695262C2 (en) | Stenosis assessment | |
| CN107582041B (en) | Blood vessel analysis device and blood vessel analysis method | |
| JP6362853B2 (en) | Blood vessel analyzer and method for operating blood vessel analyzer | |
| WO2017206438A1 (en) | Method and system for evaluating ffr on the basis of virtual stent implantation | |
| US9585568B2 (en) | Noninvasive methods for determining the pressure gradient across a heart valve without using velocity data at the valve orifice | |
| JP2022510879A (en) | Selection of the most relevant radiographic images for hemodynamic simulation | |
| JP6275797B2 (en) | Tubular structure analysis device, tubular structure analysis method, and tubular structure analysis program | |
| Petterson et al. | Enhancing lateral contrast using multi-perspective ultrasound imaging of abdominal aortas | |
| Long et al. | Compliance of abdominal aortic aneurysms: evaluation of tissue Doppler imaging | |
| Zhang et al. | Large-vessel distensibility measurement with electrocardiographically gated multidetector CT: phantom study and initial experience | |
| RU2834685C1 (en) | Method for assessing correctness of flow-directing stent installation | |
| Raj et al. | An insight into elasticity analysis of common carotid artery using ultrasonography | |
| RU2767875C1 (en) | Method for assessing the stability of an atherosclerotic plaque by intravascular optical coherence tomography | |
| JP7534188B2 (en) | Medical data processing device, medical data processing method, and medical data processing program | |
| Frolov et al. | Young’s modulus evaluation of the walls of cerebral arteries with aneurysms | |
| RU2742917C1 (en) | Method of determining shear modulus for blood vessel wall based on intravascular optical coherence tomography | |
| Petterson | Ultrasound-based mechanical modeling of abdominal aortic aneurysms: model input and boundary conditions | |
| Fandaros et al. | Left coronary artery biomechanics: a characterization study using fluid structure interaction simulations |