用于压降估计的方法和系统技术方案

本发明专利技术的实施方式提供了一种确定由管道内的流体流引起的管道上的压力差的方法，该方法包括以下步骤：在沿着管道的多个点处获得时间相关的三维流体速度数据；处理时间相关的三维流体速度数据，以确定：i)通过管道的流体的流速(Q)；ii)通过管道的流体流的动能(K)；iii)通过管道的流体流的平流能量率(A)；以及iv)关于流体流的粘性耗散率(V)；并且根据流速(Q)、动能(K)、平流能量率(A)以及粘性耗散率(V)的全部计算压力差。还描述了另外实施方式。

Method and System for Pressure Drop Estimation

The embodiments of the present invention provide a method for determining the pressure difference on a pipeline caused by fluid flow in a pipeline. The method comprises the following steps: obtaining time-dependent three-dimensional fluid velocity data at multiple points along the pipeline; processing time-dependent three-dimensional fluid velocity data to determine: (i) the flow velocity (Q) of the fluid passing through the pipeline; and (i i) the flow through the pipeline. Kinetic energy (K); iii) advection energy rate (A) of fluid flow through pipeline; and iv) viscous dissipation rate (V) of fluid flow; and pressure difference is calculated according to the velocity (Q), kinetic energy (K), advection energy rate (A) and viscous dissipation rate (V). Additional embodiments are also described.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于压降估计的方法和系统
本专利技术涉及用于估计通过管路的压降的方法和系统，在具体实施方式中涉及基于从各种医疗成像模式获得的速度的测量进行的对通过血管的血压降的估计。
技术介绍
在血管区段上测量的压降或压力差(在一些临床文献中还被称为压力梯度)在临床上广泛地用作用于大量心血管障碍的生物标志(Baumgartner、Hung、Bermejo、Chambers、Evangelista、Griffin、Iung、Otto、Pellikka、2009年，Sawaya、Stewart、Babaliaros，2012年以及Vahanian、Baumgartner、Bax、Butchart、Dion、Filippatos、Flachskampf、Hall、Iung、Kasprzak、Nataf、Tornos、Torracca、Wenink，2007年)。周知示例是主动脉缩窄(CoA)，其中，压降用作对进行手术的患者风险分层(Jenkins、Ward，1999年和Oshinski、Parks、Markou、Bergman、Larson、Ku、Mukundan、Pettigrew，1997年)并且评价支架术之后的患者(Tan等人，2005年)的诊断度量。临床上基于压力的度量的其他示例包括跨瓣下降-对主动脉瓣狭窄的严重性分类的接受度量(Baumgartner、Hung、Bermejo、Chambers、Evangelista、Griffin、Iung、Otto、Pellikka、2009年，DeBruyne、Manoharan、Pijls、Verhamme、Madaric、Bartunek、Vanderheyden、Heyndrickx，2006年以及Feldman，2006年)、左心室流出道(LVOT)压降-用于定义用于肥厚型心肌病(HCM)的治疗的指南(Gersh等人，2011年)、以及冠状动脉中的跨狭窄(transstenotic)压力差-用于量化流量储备分数(FFR)(Deng等人，2014年)。当前临床指南中的压力差的测量基于导管测量(Feldman，2006年和Konecny、Khanna、Novak、Jama、Zawadowski、Orban、Pressman、Bukartyk、Kara、Cetta、Borlaug、Somers、Reeder，2014年)或超声心动图多普勒记录(Bach，2010年，Firstenberg、Greenberg、Smedira、Prior、Scalia、Thomas、Garcia、Michael、Smedira、Thomas，2000年，Fyfe、Currie、Seward、Tajik、Reeder、Mair、Hagler，1984年，Labovitz、Ferrara、Kern、Bryg、Mrosek、Williams，1986年以及Zhang、Nitter-Hauge，1985年)。压力导管插入在探头灵敏度(deVecchi、Clough、Gaddum、Rutten、Lamata、Schaeffter、Nordsletten、Smith，2014年，Garcia、Carrozza，2007年以及Iwasaki、Kusachi，2009年)和手术管理方面已经看到显著改善，这使得它成为压降测量的黄金标准。然而，尽管有其优点，但压力导管插入的应用由于其固有侵入性以及关联的风险和成本而限于特定患者群。为了扩展可以受益于这些评价的患者的基数，开发了使用多普勒超声心动图的非侵入性评价。应用该模式，借助简化伯努利算式根据沿着超声束的方向获取的峰值速度大小来估计压力差(Hatle、Brubakk、Tromsdal、Angelsen，1978以及Oshinski、Parks、Markou、Bergman、Larson、Ku、Mukundan、Pettigrew，1997年)。尽管对患者分层有用，但该方案的准确度受操作员依赖和数学假设限制，其依赖忽略流上的瞬时效应和粘性损失(Holen、Simonsen，1979，Laske、Jenni、Maloigne、Vassalli、Bertel、Turina，1996年以及Zhang、Nitter-Hauge，1985年)。利用同一多普勒超声心动图数据工作时，如在舒张性能的表征中使用的，已经通过使用欧拉等式改善压力差估计(Bermejo、Antoranz、Yotti、Moreno、Garcia-Fernandez，2001年，Greenberg、Vandervoort、Firstenberg、Garcia、Thomas、Neil、Firstenberg，2001年以及Yotti、Bermejo、Antoranz、Allue、Silva、Desco、Moreno、García-Fernández，2004年)。该方案受益于数据的高时间分辨率，但忽略了与声波线之外的平流加速度有关以及与粘性耗散有关的效应。多普勒获取还取决于操作员检测血液流方向的能力。所有这些因素激发提高鲁棒性、准确性以及操作员独立性的持续研究。磁共振成像(MRI)和超声心动图的新发展已经允许获取三维空间和时间中的速度数据(Deng、Fan、Xie、He、Natsuaki、Jin、Bi、An、Liu、Zhang、Fan、Li，2014年，Herment、Besson、Frouin，2008年，Markl、Wallis、Brendecke、Simon、Frydrychowicz、Harloff，2010年以及Nielsen、Powell、Gauvreau、Marcus、Prakash、Geva，2005年)。正在进行中的研究工作已经产生使用这些图像估计压力差的大量不同技术。具体地，四维相位对比MRI(4DPC-MRI)数据使得能够实现泊松压力等式(PPE)的解决方案，其中，被明确得到压力作为所获取速度场的函数(Bock、Frydrychowicz、Lorenz、Hirtler、Barker、Johnson、Arnold、Burkhardt、Hennig、Markl，2011年和Krittian、Lamata、Michler、Nordsletten、Bock、Bradley、Pitcher、Kilner、Markl、Smith，2012年)，其允许估计所有空间方向上的对流效应和粘性耗散的贡献(Lamata等人，2014年)。该方案已经成功应用于主动脉缩窄中的压力的估计(Riesenkampff等人，2014年)。以这些数据驱动方法为基础，已经提出对血管壁处的速度场的重构(Donati等人，2014年)从而提高了粘性效应的计算的准确性，并且数据同化技术尝试克服凭借基于物理原理模拟进行的数据获取的限制(deHoon等人，2014年)。估计血管解剖中的压力差的另选方案基于3D计算流体动力学(CFD)模拟(Kim、Vignon-Clementel、Coogan、Figueroa、Jansen、Taylor，2010，LaDisa、Figueroa、Vignon-Clementel、JinKim、Xiao、Ellwein、Chan、Feinstein、Taylor，2011年，Sankara本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定由管道内的流体流引起的所述管道上的压力差的方法，该方法包括以下步骤：在沿着所述管道的多个点处获得时间相关的三维流体速度数据；处理所述时间相关的三维流体速度数据，以确定：i)通过所述管道的流体的流速(Q)；ii)通过所述管道的所述流体流的动能(K)；iii)通过所述管道的所述流体流的平流能量率(A)；以及iv)关于所述流体流的粘性耗散率(V)；并且根据所述流速(Q)、动能(K)、平流能量率(A)以及粘性耗散率(V)的全部计算所述压力差。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.15 GB 1604412.51.一种确定由管道内的流体流引起的所述管道上的压力差的方法，该方法包括以下步骤：在沿着所述管道的多个点处获得时间相关的三维流体速度数据；处理所述时间相关的三维流体速度数据，以确定：i)通过所述管道的流体的流速(Q)；ii)通过所述管道的所述流体流的动能(K)；iii)通过所述管道的所述流体流的平流能量率(A)；以及iv)关于所述流体流的粘性耗散率(V)；并且根据所述流速(Q)、动能(K)、平流能量率(A)以及粘性耗散率(V)的全部计算所述压力差。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流速Q取决于所述时间相关的三维流体速度数据在所述管道的入口平面或出口平面上或在将所述管道分成两个子部的任意其他平面上的面积分。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述动能率K取决于所述时间相关的三维流体速度数据和流体密度。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述平流能量率A取决于所述时间相关的三维流体速度数据或从其得到的数据在所述入口平面和出口平面上的所述面积分与所述流体密度的和。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粘性耗散率V取决于所述三维流体速度数据和流体动态粘度。6.根据权利要求1所述的方法，其中，其中，v是通用体素处的时间相关的三维速度场，n是入口平面和出口平面的法线方向，rho和mu分别是流体密度和动态粘度，Ω是找到所述压力差并且具有入口平面ΓINLET和出口平面ΓOUTLET的所识别的管道区域。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述压力差由下式给出：8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流体是血液，并且所述管道是血管。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时间相关的三维速度数据是使用4D相位对比磁共振成像来获得的。10.一种用于确定由管道内的流体流引起的所述管道上的压力差的系统，该系统包括以下中的一项：a)4D相位对比磁共振成像设备，该4D相位对比磁共振成像设备被设置为从所述管道上收集时间相关的三维速度数据，所述系统还包括处理器，该处理器被设置为执行权利要求1所述的方法以确定所述压力差；或者b)超声心动图成像设备，该超声心动图成像设备被设置为从所述管道上收集时间相关的三维速度数据，所述系统还包括处理器，该处理器被设置为从一组获取结果重构速度场，并且执行权利要求1所述的方法以确定所述压力差。11.一种确定由管道内的流体流引起的所述管道上的压力差的方法，该方法包括以下步骤：在所述管道的入口平面和出口平面处获得流体速度数据；以及处理所述流体速度数据，以确定：i)通过所述管道的流体的流速(Q)；和ii)通过所述管道的所述流体流的平流能量率(A)；所述方法还包括以下步骤：根据所述流速(Q)和所述平流能量率(A)这两者计算所述压力差，而不考虑通过所述管道的所述流体流的粘性耗散率(V)和动能(K)。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述流速Q取决于所述流体速度数据在所述管道的入口平面或出口平面上或在将所述管道分成两个子部的任意其他平面上的面积分。13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述平流能量率A取决于与时间相关的流体速度数据或从其得到的数据在所述入口平面和出口平面上的所述面积分与流体密度的和。14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，所述管道上的所述压力差由下式给出：其中，v是通用体素处的速度场，n是入口平面和出口平面的法线方向，rho分别是流体密度，并且ΓINLET和ΓOUTLET是所述管道的相应入口平面和出口平面。15.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，所述管道上的所述压力差由下式给出：其中，v是通用体素处的速度场，rho分别是所述流体密度，ΓOUTLET是所述管道的所选择的平面，并且n是所选择的平面的法线方向，其中，所述平面是所述管道的任一端处的平面中的一个。16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中，对于除了所述入口平面和出口平面之外的、所述管道中的其他任何处所，不获得流体速度数据。17.根据权利要求15所述的方法，其中，对于除了所选择的平面之外的、所述管道中的其他任何处所，不获得流体速度数据。18.根据权利要求11至17中任一项所述的方法，其中，所述流体速度数据从以下中的一项来获得：i)4D相位对比磁共振成像数据；和/或ii)2D相位对比磁共振成像数据；和/或iii)多普勒超声心动图数据；和/或iv)超快超声心动图数据。19.根据权利要求11至18中任一项所述的方法，其中，所述管道是血管，并且所述流体流是体内血液流。20.一种确定由管道内的流体流引起的所述管道上的压力差的方法，该方法包括以下步骤：从所述管道的出口获得部分流体速度数据；根据所述部分数据估计完整速度曲线；以及根据所述流体速度数据和已知的流体密度计算所述压力差。21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·拉马塔·德·拉·奥尔登，D·诺德斯勒藤，F·多纳蒂，N·史密斯，
申请(专利权)人：伦敦大学国王学院，
类型：发明
国别省市：英国,GB