Способ оценки внутренней структуры атеросклеротических бляшек посредством интраваскулярной оптической когерентной томографии Российский патент 2021 года по МПК A61B5/255 

Предлагаемое 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 определения размеров и идентификации состава атеросклеротических бляшек, а также для измерения частоты сердечных сокращений, т.е. для получения, компьютерной обработки и предоставления диагностических данных медицинскому персоналу в удобной для интерпретации форме.

Атеросклероз является одним из наиболее серьезных заболеваний сердечно-сосудистой системы. Это заболевание сочетает в себе сложность диагностики, плохую предсказуемость протекания и ограниченность в вариантах лечения. Существует по меньшей мере три чрезвычайно опасных исхода этого заболевания:

1) атеросклеротическая бляшка снижает кровоток в пораженном сосуде настолько, что дистально расположенные ткани перестают получать достаточное количество кислорода. Этот вариант наиболее опасен применительно к коронарным (инфаркт миокарда) и церебральным (ишемический инсульт) сосудам;

2) атеросклеротическая бляшка ослабляет подлежащую сосудистую стенку настолько, что возникает ее выпячивание (аневризма). Этот вариант особенно опасен применительно к церебральным сосудам (геморрагический инсульт);

3) часть атеросклеротической бляшки отрывается (либо рядом с ней формируется и отрывается тромб) с последующей закупоркой одного их дистально расположенных по отношению к этой бляшке кровеносных сосудов. Далее аналогично пункту 1-му.

В связи с вышесказанным, атеросклероз косвенно связан с высокой смертностью от инфаркта и инсульта, что объясняет целесообразность совершенствования методов его диагностики.

По патенту US 7242480 B2, G01B 9/02 и G01B 11/02, опубл. 10.07.2007г. известны способ и система для определения характеристик бляшек и налета на биологических тканях. Способ определения характеристик бляшек и налета на биологических тканях включает в себя: направление широкополосного излучения с помощью чувствительного к длине пути элемента на первую глубину, прием широкополосного излучения, отраженного от исследуемой биологической ткани и доставленного посредством чувствительного к длине пути элемента, перенаправление принятого широкополосного излучения посредством отражательного элемента, детектирование перенаправленного широкополосного излучения, модуляция направляемого широкополосного излучения, детектирование модулированного излучения как функции произведения косинусов интерференционных сигналов на разных уровнях модуляции, определение фазовой составляющей первого сигнала как аргумента функции произведения косинусов, изменение характеристик чувствительного к длине пути элемента для направления второй порции широкополосного излучения на вторую глубину, обработка отраженного сигнала со второй глубины по аналогии с сигналом с первой глубины, определении количественного значения характеристики исследуемой биологической ткани как модуля разности фазовых составляющих. Известны варианты способа определения характеристик бляшек и налета на биологических тканях в которых дополнительно содержатся этапы калибровки световых путей и этапы идентификации границ относительно однородных участков в составе исследуемого объекта на основе вычисленной характеристики исследуемой биологической ткани. Техническим результатом способа определения характеристик бляшек и налета на биологических тканях является идентификация границ структур с сильно отличающимися оптическими свойствами (бляшка или налет с одной стороны и нетронутая ткань с другой).

Недостатком способа определения характеристик биологических тканей является низкая эффективность идентификации атеросклеротических бляшек и их структурных составляющих вызванная отсутствием мультимодальности, в частности учетом только оптических свойств сканируемых сильно рассеивающих сред.

Ближайшим аналогом (прототипом) разработанного способа является способ автоматической оценки степени атеросклероза сосудистой сети или ее отдельной части (патент US 20050043614 A1, МПК A61B 5/05, опубл. 24.02.2005г.), включающий в себя: компьютерную обработку исходных данных по крайней мере одного поперечного сечения по крайней мере одного кровеносного сосуда из состава сосудистой сети исследуемого живого организма, причем исходные данные получены посредством системы медицинской визуализации и степень атеросклероза оценивается индивидуализировано (т.е. участок кровеносного сосуда с атеросклеротической бляшкой оценивается относительно здоровых участков того же сосуда того же живого организма). Известны варианты способа автоматической оценки степени атеросклероза сосудистой сети или ее отдельной части в которых: система медицинской визуализации является системой либо неинвазивного типа, либо инвазивного типа; в качестве системы медицинской визуализации используется компьютерный томограф, либо магнитно-резонансный томограф, либо позитронно-эмиссионный томограф, либо система для термографии, либо система для ультразвуковой визуализации; исследуемым живым организмом является человек; исследуемый кровеносный сосуд является коронарным, либо церебральным; идентификация атеросклеротической бляшки производится посредством статистической классификации тканей; статистическая классификация производится методами логической регрессии, непараметрической регрессии, дискриминантного анализа Фишера, нечеткой логики; экспертная оценка используется на этапе верификации полученного решения; идентифицируемые структуры включают в себя отложения кальция, холестерина, фиброзный налет, адвентицию, тромб; просвет кровеносного сосуда оценивается посредством вычисления центроида; используется трехмерная модель кровеносного сосуда; дополнительно оценивается стабильность атеросклеротической бляшки; процесс получения исходных данных для обработки продолжителен во времени; учитывается влияние лекарственных средств; обработчиком исходных данных является компьютерная система; система медицинской визуализации и компьютерная система расположены в разных местах; результаты автоматической обработки исходных данных получается и передаются с использованием специальных интерфейсов. Техническим результатом способа автоматической оценки степени атеросклероза сосудистой сети или ее отдельной части является идентификация атеросклеротических бляшек.

Недостатком способа способа автоматической оценки степени атеросклероза сосудистой сети или ее отдельной части является низкая эффективность идентификации атеросклеротических бляшек и их структурных составляющих вызванная отсутствием мультимодальности, в обработкой данных только о способности исследуемой ткани ослаблять рентгеновское излучение (компьютерный томограф, как источник данных), откликаться на возбуждение электромагнитными волнами (магнитно-резонансный томограф, как источник данных) и т.п.

Технической задачей способа является повышение точности оценки внутренней структуры атеросклеротических бляшек посредством одновременного использования разнодиапазонных медицинских данных, в частности сведений о оптических, и самое главное, биомеханических свойствах исследуемой стенки кровеносного сосуда.

Поставленная техническая задача достигается тем, что способ оценки внутренней структуры атеросклеротических бляшек посредством интраваскулярной оптической когерентной томографии, включает в себя компьютерную обработку исходных данных по крайней мере одного поперечного сечения по крайней мере одного кровеносного сосуда из состава сосудистой сети исследуемого живого организма, причем исходные данные получены посредством системы медицинской визуализации и являются по меньшей мере трехмерными, компьютерная обработка исходных данных включает в себя классификацию тканей, а результаты компьютерной обработки сохраняются и визуализируются.

Новым в разработанном способе оценки внутренней структуры атеросклеротических бляшек посредством интраваскулярной оптической когерентной томографии является то, что классификация тканей последовательно производится по интенсивности интерференционного сигнала и величине модуля Юнга, причем при классификации тканей учитываются табличные данные об оптических и биомеханических свойствах структур стенок кровеносных сосудов с атеросклеротическими бляшками, классификация по интенсивности интерференционного сигнала является предварительной, классификация по величине модуля Юнга используется для уточнения результатов предварительной классификации, классификация тканей по интенсивности интерференционного сигнала производится после очистки исходных данных от шумов с использованием порогового ограничения, полосовой фильтрации и морфологической обработки, в качестве деформирующего воздействия при оценке величины модуля Юнга используется пульсовая волна, величина деформирующего воздействия пульсовой волны оценивается по перепаду кровяного давления между систолой и диастолой в исследуемом кровеносном сосуде с учетом направления вектора скорости кровотока, сведения о кровяном давлении и скорости кровотока получают с использованием интраваскулярного датчика избыточного давления, абсолютные смещения в стенке исследуемого кровеносного сосуда и продольные размеры деформируемой области вычисляются по контрольным точкам, площадь деформирующего воздействия считается равной площади сканирования используемого интраваскулярного зонда.

Блок-схема с четкой последовательностью действий в рамках предложенного способа оценки внутренней структуры атеросклеротических бляшек посредством интраваскулярной оптической когерентной томографии в соответствии с формулой изобретения представлена на фиг. 1. Основные блоки сопровождены пояснениями.

Серия лабораторных экспериментов с фантомами кровеносных сосудов показала повышение точности оценки внутренней структуры атеросклеротических бляшек на 11% по сравнению с прототипом, что свидетельствует о выполнении поставленной технической задачи.

Изобретение относится к области медицины, а именно диагностике сердечно-сосудистой системы. Осуществляют классификацию тканей по интенсивности интерференционного сигнала и величине модуля Юнга. При этом учитывают данные об оптических и биомеханических свойствах структур стенок кровеносных сосудов с атеросклеротическими бляшками. Классификация по интенсивности интерференционного сигнала является предварительной. Классификация по величине модуля Юнга используется для уточнения результатов предварительной классификации. Причем классификация тканей по интенсивности интерференционного сигнала производится после очистки исходных данных от шумов с использованием порогового ограничения, полосовой фильтрации и морфологической обработки. В качестве деформирующего воздействия при оценке величины модуля Юнга используют пульсовую волну, а величину деформирующего воздействия пульсовой волны оценивают по перепаду кровяного давления между систолой и диастолой в исследуемом кровеносном сосуде с учетом направления вектора скорости кровотока. Кровяное давление и скорость кровотока получают от интраваскулярного датчика избыточного давления. Абсолютные смещения в стенке исследуемого кровеносного сосуда и продольные размеры деформируемой области вычисляют по контрольным точкам, площадь деформирующего воздействия считается равной площади сканирования используемого интраваскулярного зонда. Способ позволяет повысить точность оценки внутренней структуры атеросклеротических бляшек посредством одновременного использования разнодиапазонных медицинских данных, в частности сведений об оптических, и самое главное, биомеханических свойствах исследуемой стенки кровеносного сосуда. 1 ил.

Способ оценки внутренней структуры атеросклеротических бляшек посредством интраваскулярной оптической когерентной томографии, включающий в себя компьютерную обработку исходных данных по крайней мере одного поперечного сечения по крайней мере одного кровеносного сосуда из состава сосудистой сети исследуемого живого организма, причем исходные данные получены посредством системы медицинской визуализации и являются по меньшей мере трехмерными, компьютерная обработка исходных данных включает в себя классификацию тканей, а результаты компьютерной обработки сохраняются и визуализируются, отличающийся тем, что классификация тканей последовательно производится по интенсивности интерференционного сигнала и величине модуля Юнга, причем при классификации тканей учитываются табличные данные об оптических и биомеханических свойствах структур стенок кровеносных сосудов с атеросклеротическими бляшками, классификация по интенсивности интерференционного сигнала является предварительной, классификация по величине модуля Юнга используется для уточнения результатов предварительной классификации, классификация тканей по интенсивности интерференционного сигнала производится после очистки исходных данных от шумов с использованием порогового ограничения, полосовой фильтрации и морфологической обработки, в качестве деформирующего воздействия при оценке величины модуля Юнга используется пульсовая волна, величина деформирующего воздействия пульсовой волны оценивается по перепаду кровяного давления между систолой и диастолой в исследуемом кровеносном сосуде с учетом направления вектора скорости кровотока, сведения о кровяном давлении и скорости кровотока получают с использованием интраваскулярного датчика избыточного давления, абсолютные смещения в стенке исследуемого кровеносного сосуда и продольные размеры деформируемой области вычисляются по контрольным точкам, площадь деформирующего воздействия считается равной площади сканирования используемого интраваскулярного зонда.