阅读说明：本技术 用于血管内血流确定的信号处理单元 (Signal processing unit for intravascular blood flow determination ) 是由 M·米勒 于 2018-03-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种信号处理单元(208),用于确定表征血管内部的血流的血流数量的值,其中,所述信号处理单元包括：振动传感器信号输入部,所述振动传感器信号输入部被配置为在两个不同测量时间处接收来自血管内振动传感器的振动传感器信号,所述振动传感器信号包括由血管内血流的血流振荡引起的振动传感器信号分量；以及血流确定单元,所述血流确定单元针对每个测量时间被配置为使用振动传感器信号确定振动传感器信号分量,使用振动传感器信号分量来确定血流振荡的相应振荡频率、并且确定所确定的振荡频率的频率比率并提供其作为血流数量的值。(The invention relates to a signal processing unit (208) for determining a value of a blood flow quantity characterizing a blood flow inside a blood vessel, wherein the signal processing unit comprises: a vibration sensor signal input configured to receive a vibration sensor signal from an intravascular vibration sensor at two different measurement times, the vibration sensor signal comprising a vibration sensor signal component caused by blood flow oscillations of an intravascular blood flow; and a blood flow determination unit configured to determine, for each measurement time, a vibration sensor signal component using the vibration sensor signal, determine a respective oscillation frequency of the blood flow oscillations using the vibration sensor signal component, and determine a frequency ratio of the determined oscillation frequencies and provide it as a value of the blood flow quantity.)

用于血管内血流确定的信号处理单元

技术领域

本发明在血液动力学感测领域中，具体地在血流相关参数的感测中。具体地，本发明涉及一种信号处理单元、一种血管内血流传感器系统以及一种用于操作信号处理单元以确定表征血管内部的血流的血流数量的值的方法，还涉及一种计算机程序。

背景技术

US 2014/0276137 A1描述了用于使用在休息和充血期间获得的血流储备指数来确定冠状动脉血流储备(CFR)的系统和方法。其中描述的方法包括：从患者获得针对血流储备指数的静息值，从患者获得针对血流储备指数的充血值，基于静息值和充血值计算冠状动脉血流储备，并且向用户提供冠状动脉血流储备。

发明内容

将期望提供一种用于确定血流数量的备选方式。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定表征血管内部的血流的血流数量的值的信号处理单元，所述信号处理单元包括：

振动传感器信号输入部，其被配置为在两个不同测量时间处从血管内振动传感器接收振动传感器信号，所述振动传感器信号包括在所述测量时间中的相应的测量时间处由血管内血流的血流振荡引起的振动传感器信号分量；以及

血流确定单元，其被配置为：

使用所述振动传感器信号来确定所述两个不同测量时间处的所述振动传感器信号分量；

使用所述振动传感器信号分量来确定两个不同测量时间处的血流振荡的相应的振荡频率；并且，

使用所确定的所述血流振荡的振荡频率来确定所述两个不同测量时间处的所确定的振荡频率的频率比率并提供其作为所述血流数量的值。

用于确定表征血管内部的血流的血流数量的值的信号处理单元允许特别快速地、容易地且可靠地确定血流数量。

信号处理单元是基于以下认识：能够使用振动传感器信号，并且具体地使用由血管内血流的血流振荡引起的振动传感器信号分量来确定血流数量。利用影响血流的流动模式和速度的合适的血管内设备，或者仅通过血管的自然发生的非流线形部分(包括血管的变窄或弯曲)的存在，能够生成血流振荡，例如但不限于漩涡。引起血流中的这些湍动，其由振动传感器信号分量指示。尽管流动传感器操作的已知原理试图通过使用流线形形状和最小化血管内设备的尺寸来最小化这种影响，但是发明人发现实际上能够借助于本发明的第一方面的信号处理单元，使用指示由血管内设备和/或血管结构引起的血流中的这种湍动的振动传感器信号来确定血流数量，例如血流速度。

具体地，信号处理单元在振动传感器信号输入部处在两个不同测量时间处接收来自血管内振动传感器的振动传感器信号。振动传感器不是信号处理单元的一部分。其可以形成外部血流传感器的一部分，所述外部血流传感器将振动传感器信号提供给信号处理单元。在第一方面的信号处理单元中，血流确定单元连接至振动传感器信号输入部，并使用振动传感器信号来确定在测量时间中的相应的一个处由血管内血流的血流振荡引起的振动传感器信号分量。血管内部生成的血流振荡引起振动传感器信号的振动传感器信号分量。信号分量包括例如由由于非流线形对象的存在的漩涡脱落、或血管的非流线形部分、由于心跳的血流改变、或血管内血流传感器相对于传感器位于其中的血管所在的生物体的相对引动而引起的那些信号分量。

血流确定单元还使用振动传感器信号分量确定在两个不同测量时间处的血流振荡的相应振荡频率，并且还使用所确定的振荡频率确定在两个不同测量时间处的所确定的振荡频率的频率比率并提供其作为血流数量的值。

第一方面的信号处理单元利用本发明人这种认识：不管血流要被测量的血管的未知几何结构和尺寸，血流随时间的相对变化允许确定流动速度比率的值。具体地，发明人已经认识到，这种使用能够由以下事实做出：即使绝对值未知，只要在测量期间不移动血管内设备，确定表征血管的尺寸的血流数量的值所需的参数也可以随时间足够稳定。这种认识打开了血流测量的实施例，其中，振动传感器提供相应的振动传感器信号，所述振动传感器信号包括由在两个不同测量时间处测量的血管内血流的血流振荡(例如，由漩涡生成)引起的振动传感器信号分量。在这样的实施例中，接收振动传感器信号的信号处理单元被配置为确定在至少两个不同测量时间处的血流振荡的相应振荡频率，并且确定在两个测量时间处的所确定的振荡频率的频率比率并提供其作为血流数量的值作为输出。

因此，通过本发明的信号处理单元打开了关于血流数量的新的信息源。

在下文中，将描述信号处理单元的实施例。

几种血流数量是已知的，其能够使用信号处理单元来确定。例如，能够确定例如以ml/s为单位给出的体积流量，或者以m/s为单位表达的流动速度，或者CFR。

在两个测量时间处的所确定的振荡频率的频率比率(r)的确定允许直接得出关于血流数量的结论，例如流动速度比率，或者，在具体实施例中，特别容易和可靠的CFR。具体地，基于上述假设的适用性，流动速度比率与在两个不同时间处的所测量的振荡频率的比率相同，如以下等式所示：

其中

v_A和v_B是在两个不同时间A和B处的血管内血液的血流速度的值；并且

f_A和f_B是在两个不同时间处所确定的振荡频率。

这样的血流数量提供关于血管的当前生理状态的重要信息，并且有利地具体有助于狭窄或冠状动脉微循环的识别和定量表征。

在信号处理单元的一些实施例中，血流确定单元包括信号变换单元，所述信号变换单元被配置为确定在预定测量时间段期间接收的振动传感器信号的频域表示，并且使用频域表示确定血流振荡的振荡频率。频域表示能够例如由信号变换单元确定并提供，所述信号变换单元应用傅立叶变换，适当地是接收到的振动传感器信号的快速傅立叶变换(FFT)。

对于典型的冠状动脉流量和几何结构，预期几百赫兹的与血流振荡相关联的振荡频率。这些血流振荡通常(但不一定)是漩涡生成的，即是由血管内部的非流线形对象的存在引起的，或者是由血管的天然存在的非流线形部分(包括血管的变窄或弯曲)引起的。然而，这将与由心跳(大约1Hz)或其他湍动引起的其他频率叠加。因此，在优选实施例中，信号处理单元的血流确定单元包括滤波器单元，所述滤波器单元被配置为滤除与心跳频率相关联的振动传感器信号的频率分量。在一个范例中，在使振动传感器信号经历FFT之后，通过滤波器单元从振动传感器信号中衰减或完全消除小于100Hz的振动传感器信号的所有频率分量。然后能够使用期望频率范围内的其余振动传感器信号分量来识别与例如漩涡生成的血流振荡相关联的频率分量。适当地，能够将具有包括针对高于100Hz的频率分量的其余滤波信号的最大幅度的振动传感器信号分量识别为与相关的血流振荡(例如漩涡生成的血流振荡)相关联的振动传感器信号分量。因此，通过提供频率滤波，确保的对于确定血流数量显著的频率被识别并选择用于另外的信号处理。

为了提供血流速度的绝对值作为血流数量的值，在一些实施例中提供几何数据，诸如在振动传感器的测量位置处的血管的特征尺寸。在这样的实施例中，血流确定单元优选地还被配置为保持或接收指示在振动传感器的血管内位置处的血管的特征尺寸的几何数据。总体上，对于血管内应用，特征尺寸能够等于水力直径，所述水力直径是用于表征非圆形横截面通道中的流动的常用量。对于接近圆形直径的血管，水力直径能够近似为管道或通道的直径。

在一些实施例中，血流确定单元还被配置为在测量期间保持或接收指示在振动传感器的当前血管内位置处的血管的特征尺寸的几何数据。在一些实施例中，几何数据被保持或存储在存储单元中，而在其他实施例中，几何数据由输入单元接收。输入单元例如可以是允许手动输入几何数据的用户接口。在其他实施例中，几何数据由外部图像处理设备提供，所述外部图像处理设备被配置为从就地，即在包括振动传感器的血管内血流传感器的当前血管内位置处获取的血管的图像数据确定特征尺寸。

例如，在一些实施例中，血流确定单元被配置为根据以下公式使用所确定的漩涡生成的血流振荡的振荡频率和几何数据来确定血流数量的值并提供其作为流动速度：

其中，

v是流动速度；

f是所确定的漩涡生成的血流振荡的振荡频率；

d是血管的特征尺寸；并且

S是常数，表示适用于给定血管中的血流的斯特劳哈尔(Strouhal)数。

斯特劳哈尔数是描述振荡流动机制的无量纲数。对于叠加适用于血液的间隔的雷诺(Reynolds)数的范围，斯特劳哈尔数适当地近似为恒定值，适当地为0.2。在斯特劳哈尔数的这个值处，流体流动中的振荡的特征是，在血管内部存在非流线主体(例如合适的成形血流传感器)的情况下漩涡的积累和随后的快速脱落，这将在下面进一步描述。

发明人获得的实验数据示出，在血流振荡并非漩涡生成的情况下，上述方程式也是有用的近似值。同样在这种情况下，振荡频率对流动速度呈现出近似线性的依赖关系。

一个实施例的信号处理单元被配置为使用在对应于正常血流状态的第一测量时间处(具体地是在患者静息的时间处)以及在对应于充血状态的第二测量时间处的相应的接收到的振动传感器信号根据频率比率确定CFR的值。血流确定单元被配置为通过确定针对两种不同状态而确定的振荡频率之间的比率，根据频率比率CFR值进行确定并输出，具体地显示冠状动脉血流储备的值。然而，这只是一个具体的范例。可以使用在任何两个不同状态(通常称为状态A和状态B)下的对应测量结果来确定任何其他流动速度比率。

在这些实施例的一些中，血流确定单元被配置为将所确定的在两次测量时间处的振荡频率的频率比率确定为来自所确定的在多个测量迭代周期的相应的两次测量时间处的振荡频率的频率比率的平均值。这能够通过测量在一个或多个心脏周期上的振动传感器信号或以时间分辨的方式来完成。总体上，尤其是在CFR应当被确定并且状态A为正常血流状态并且状态B为充血状态的情况下，对于患者更好的是，每种状态只诱发一次并执行相应的多次测量以获得两种状态A和B中的每一个中的合适数量的频率样本。如果情况允许，则可以通过执行两个或更多个迭代周期(即，在状态A和B之间进行迭代改变)来确定测量结果。

为了向用户提供控制个体测量时间的可能性，一些实施例的信号处理单元额外地包括用户接口。用户接口优选地被配置为允许用户触发测量并提供与第一测量时间相关联的第一振动传感器信号。血流确定单元响应于接收到所述用户输入而被配置为在不同测量时间处接收振动传感器信号的序列，并且确定并提供针对给定的不同测量时间的所确定的振荡频率相对于根据所述第一振动传感器信号确定的振荡频率的频率比率。通常，在信号处理单元的操作中，诸如医务人员的用户选择第一测量时间，并且然后，信号处理单元提供血流数量的当前值作为相对值。在其他实施例中，用户通过适当的用户输入标记与状态A和B相对应的两个测量时间。

在这些实施例的一些中，信号处理单元还被配置为提供与用户定义的参考时间点相比的血流随着时间的相对变化。在这样的实施例中，信号处理单元响应于接收用户输入而被适当地配置为接收振动传感器信号的序列，其从用户定义的第一测量时间开始并且然后在第一测量时间之后的后续测量时间处，这可以是准连续的，或者由预设的采样频率自动确定的。信号处理单元确定并提供所确定的针对不同测量时间的振荡频率相对于从第一振动传感器信号确定的振荡频率的相应的频率比率。换言之，用户能够选择将血流被视为100％的第一测量时间或第一测量时间段，并且这之后信号处理单元将参考在该选定的第一测量时间处的血流确定当前血流并提供其作为相对值。

在其他实施例中，信号处理单元还被配置为从无线载波信号中提取振动传感器信号。

根据本发明的第二方面，提供了一种血管内血流传感器系统。血管内血流传感器系统包括血管内血流传感器，所述血管内血流传感器包括：

用于血管内***的导丝或导管；以及

振动传感器，其被布置和配置为提供指示血流振荡的振荡频率的振动传感器信号。

血流传感器系统还包括根据本发明的第一方面或其实施例中的任何的信号处理单元。

流动确定利用以下事实：血流振荡(总体上并且具体地是漩涡生成的血流振荡)的频率是可测量数量，其通过已知作斯特劳哈尔数的参数和引导血流的血管的特征尺寸与流动速度有关。

在下文中，将描述本发明的第二方面的实施例。这些不同的实施例基于用于提供振动传感器信号的不同技术。

在血管内血流传感器系统的一些实施例中，用于血管内***的导丝或导管具有非流线(bluff)部分，所述非流线部分被成形为沿着血管内血流的主方向传播的漩涡的生成。

冠状动脉中的血流具有已报道的在50到1000之间的雷诺(Reynolds)数。发明人利用本身已知的事实，即当雷诺数通常大于50的流体经过适当成形的血管的部分或适当成形的血管内血流传感器的非流线部分(例如其主体上或主体内的非流线或屏障)时，所述流体倾向于呈现漩涡脱落，与具有流线形状的主体的血管内血流传感器相反。导管或导丝的这种适当成形的部分提供在血管内血流传感器中。在不同的实施例中，该非流线部分可以是血管内导丝或导管的一部分，具体地是微导管的一部分。

如提及的，漩涡脱落描述了在由血管内血流传感器所包括的导管或导丝的非流线部分后面的周期性形成的漩涡，也称为卡尔曼(Kármán)漩涡，其中，“非流线部分后面”是指在非流线部分处的血流的主方向上的视图。漩涡沿着由血流方向给定的主方向传播。在任何给定时间，漩涡分布在非流线部分后面，示出了相应的空间分布。通常，能够在基本上垂直于沿着血管的血流的主方向的方向上检测血管内血流的漩涡生成的血流振荡。

为了产生漩涡生成的血流振荡，被成形为生成沿血管内血流的主方向传播的漩涡的非流线部分优选地包括屏障部分，所述屏障部分在垂直于血管内血流的主方向的方向上从导丝或导管突起。在具体实施例中，屏障部分形成非流线部分，例如球形主体部分。通常，任何非流线形状能够用于鼓励漩涡的形成。

在血管内血流传感器系统的一些实施例中，振动传感器布置在导丝或导管的尖端部分中。

在这些实施例的一些中，尖端部分能够通过血流振荡在垂直于血管内血流的主方向的方向上弹性变形。

在其他实施例中，导丝或导管的尖端部分用于血管内***，并且其自身能够通过血流振荡在垂直于血管内血流的主方向的方向上弹性变形。此处，适当地布置在导丝的尖端部分中的振动传感器测量导丝或导管的尖端部分的振动，即例如响应于在垂直于血管内血流的主方向的方向上的漩涡生成的血流振荡的其振动频率。

在血管内血液传感器系统的其他实施例中，振动传感器包括纤毛(flagellum)，所述纤毛在血管内血流的主方向上从导管或导丝延伸，并且能够通过血流振荡在垂直于血管内血流的主方向的方向上弹性变形。在这些实施例中，使用包括纤毛的振动传感器来确定非流线部分后面的振动的频率。纤毛在血管内血流的主方向上从血管内血流传感器的导管或导丝延伸，并且能够通过血流振荡在垂直于血管内血流的主方向的方向上弹性变形。纤毛是软的，以免施加对血管组织造成损害的任何风险。

在这些实施例的子集中，纤毛由电活性聚合物材料制成，并且被配置为以时变电信号的形式生成并提供振动传感器信号，所述时变电信号具有取决于在垂直于血管内血流的主方向的方向上的变形量的幅度。该种类的纤毛被配置为以时变电信号的形式生成并提供振动传感器信号，所述时变电信号具有取决于在垂直于血管内血流的主方向的方向上的当前变形量的幅度。根据作为时间的函数的该电信号的振荡幅度，能够确定血流振荡的频率。

备选地，能够采用光电解决方案来测量振荡频率。例如，在这些实施例的另一子集中，纤毛是一种光纤段，其被配置为接收并引导去往和来自反射性光纤段尖端的光，并且血管内血流传感器系统还包括被配置为提供用于耦合到光纤段内的光的光源，以及被布置为接收从光纤段尖端反射并通过光纤段的振荡变形进行强度调制的光的光传感器，所述光传感器被配置为以指示时变反射光强度的光传感器信号的形式提供振动传感器信号。因此，从光纤段尖端反射的光强度的调制提供能够用于评价血流振荡的振荡频率的电振动传感器信号。

在第二方面的其他实施例中，振动传感器包括布置在导管或导丝的表面上的一个或多个压力传感器，所述压力传感器被布置和配置为测量通过血流振荡在垂直于血管内血流的主方向的方向上施加的时变压力，并且根据所测量的压力以时变电信号的形式生成并提供振动传感器信号。因此，该实施例的压力传感器优选布置在血管内血流传感器的圆周表面部分上，而不是布置在导丝或导管的尖端的前表面部分上。使用压力感测的一些实施例被有利地配置为额外地确定血流储备分数(FFR)的值。这种确定基于取决于所测量的压力并由压力传感器提供的时变电信号的低频带。振动传感器信号内的相关分量(例如，漩涡诱发的频率分量)通常处于几百Hz的频率处，并与同心跳相关联的低频信号分量叠加。后者分量具有约1Hz的频率。因此，能够从描绘心脏周期上的压力变化的低频压力信号确定FFR，同时能够从在两个测量时间处获得的较高频带处的振荡频率确定血流比率。

在其他实施例中，非流线部分包括屏障部分，所述屏障部分在垂直于血管内血流的主方向的方向上从导管或导丝突起，以用于生成沿着血管内血流的主方向传播的漩涡。

在其他实施例中，血管内血流传感器系统还包括信号通信单元，所述信号通信单元被配置为接收振动传感器信号并且经由无线载波信号将振动传感器信号传输到信号处理单元。在这些实施例中，信号处理单元还被配置为从载波信号中提取振动传感器信号。

血管内血流传感器能够实施为额外的设备，所述额外的设备能够机械地和电学地安装到导丝或导管轴。然而，在优选实施例中，被适当地成形以用于生成沿着血管内血流的主方向传播的漩涡的至少非流线部分、血管内流动传感器、以及被布置和配置为提供指示血流振荡的振荡频率的振动传感器信号的振动传感器形成用于血管内***的导丝或导管的主要部分。

信号处理单元优选地被定位于由血管内血流传感器包括的导丝或导管的外部。当被实施为这样的外部控制单元和/或没有用于血管内***的评价设备时，信号处理单元适当地以编程的处理器单元的形式来提供并且被配置为在血管内操作期间与振动传感器通信性连接，以经由有线或无线通信通道接收振动传感器信号，所述通信通道的实施方式本身在本领域中是已知的。因此，血管内血流传感器的血管内部分还包括适当的通信单元，以用于振动传感器信号的有线或无线通信。

因此，血管内血流传感器的一些实施例还包括信号通信单元，所述信号通信单元被配置为接收振动传感器信号并将振动传感器信号作为有线或无线信号(即，电信号或电磁信号)传输到信号处理单元，尤其是在有用的地方使用合适的载波信号。在这些实施例中，信号处理单元还被配置为从载波信号中提取振动传感器信号。不同的实施例利用不同的无线通信技术，例如基于IEEE 802.11标准(WiFi、WLAN)、ZigBee、蓝牙、红外频带中的无线通信等中的任何的那些技术。无线通信技术的选择尤其是取决于信号通信单元是用于血管内用途还是用于生物体外部的用途。在前一种情况下，这样的无线通信技术是优选的。在后一种情况下，也可以使用其他无线通信技术，例如基于红外数据传输的技术。

在其他实施例中，血管内血流传感器布置在用于血管内超声成像的血管内超声设备上或嵌入在用于血管内超声成像的血管内超声设备中。

根据本发明的第三方面，提出了一种用于操作信号处理单元的方法，所述信号处理单元用于确定表征血管内部的血流的血流数量的值。所述方法包括：

在两个不同测量时间处从血管内血流传感器接收振动传感器信号，所述振动传感器信号包括由血管内血流的血流振荡引起的振动传感器信号分量；

使用所述振动传感器信号来确定所述两个不同测量时间处的所述振动传感器信号分量；

使用所述振动传感器信号分量来确定所述两个不同测量时间处的血流振荡的相应的振荡频率；并且

使用血流振荡的所确定的振荡频率来确定所述两个不同测量时间处的所确定的振荡频率的频率比率并提供其作为所述血流数量的值。

本发明的第四方面由一种包括可执行代码的计算机程序形成，所述可执行代码用于在由计算机的可编程处理器执行时执行本发明第三方面的方法。

根据本发明的第五方面，提供了一种用于控制血管内血流传感器系统的操作的方法。所述方法包括：

提供用于测量血管内部的血流的血管内血流传感器，所述血管内血流传感器包括用于血管内***的导丝或导管以及振动传感器，所述振动传感器被布置和配置为提供指示血流振荡的振荡频率的振动传感器信号；

在两个不同测量时间处测量来自振动传感器的振动传感器信号；

确定在两个不同测量时间处的血流振荡的相应的振荡频率；

确定所确定的在两个测量时间处的振荡频率的频率比率。

应当理解，根据权利要求1的信号处理单元、根据权利要求7所述的血管内血流传感器系统和根据权利要求15所述的计算机程序具有相似和/或相同的优选实施例，具体地，如从属权利要求所限定的。

应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求或以上实施例与相应独立权利要求的任意组合。

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得到阐述。

附图说明

在以下附图中：

图1A示出了围绕流线形对象的介质的流动的示意图。

图1B示出了围绕生成在流动中的漩涡的非流线体或屏障的介质的相同流动的示意性表示。

图2图示了包括信号处理单元和血管内血流传感器的血管内血流传感器系统的实施例。

图3示出了血管内血流传感器系统的另一实施例。

图4示出了血管内血流传感器系统的另一实施例。

图5示出了血管内血流传感器系统的另一实施例。

图6是用于控制血管内血流传感器的操作的方法的流程图；并且

图7是用于操作信号处理单元的方法的流程图，所述信号处理单元用于确定表征血管内部的血流的血流数量的值。

具体实施方式

图1A和图1B示出了在固定时间处在血管101中的流线形对象100.a周围和非流线主体100.b周围的血流的示意性图示。在两个图中，在由箭头103指示的血流的主方向上的进入血流102是相同的，并且通常由非流线主体上游的直线流动线图示。在图1A中，对象100.a的流线形状不会在对象104.a后面的血流中生成漩涡。在图1B的情况下，非流线主体100.b在其后面的血流中生成漩涡脱落(vortex shedding)。

通常，已知漩涡脱落本身是一种振荡流动，其是在流体流过非流线主体时在适当的情况下发生的。与要发生的漩涡脱落相关的参数包括流体的粘度、流动速度以及对象的尺寸和形状。前者能够通过例如雷诺数来表征。由血流102中非流线主体100.b的存在引起的漩涡脱落在非流线主体100.b的下游生成了所谓的卡尔曼涡街104.b。现有的漩涡沿着由箭头102所指示的血流的主方向传播到更远离非流线主体的位置，而新的漩涡则靠近主体100.b生成。漩涡在主体的交替侧生成，并与在垂直于主流动方向的方向上的血流的振荡相关联。在给定的时间，生成的漩涡如图1B示范性所示分布。

注意，漩涡生成的血流振荡的使用形成有利的实施例。然而，在其他实施例中，由其他原因生成的血流振荡可以用于相同的效果。这样的血流振荡的生成可以由于***的导丝或导管，或者其可以由于诸如血管的几何结构的内在原因。参考附图的实施例的当前描述在某些部分上聚焦于漩涡生成的血流振荡的范例，而不旨在将本发明的范围限制于这种情况。

图2是用于测量血管201内部的血流的血管内血流传感器系统200的实施例的示意图。血管内血流传感器200包括血管内血流传感器203和用于确定表征血管201内部的血流的血流数量的值的信号处理单元208。信号处理单元208包括振动传感器信号输入部211，振动传感器信号输入部211在两个不同测量时间处从血管内振动传感器接收振动传感器信号。振动传感器信号包括由例如在测量时间中的相应的一个处的血管内血流的漩涡生成的血流振荡所引起的振动传感器信号分量。通常，由漩涡生成的血流振荡引起的振动传感器信号分量是在垂直于血流的主方向的方向上的分量。信号处理单元208还包括血流确定单元213，其被配置为使用振动传感器信号来确定在两个不同测量时间处的振动传感器信号分量，使用振动传感器信号分量确定在两个不同测量时间处的漩涡生成的血流振荡的振荡频率，并且使用所确定的振荡频率确定所确定的在两个不同测量时间处的振荡频率的频率比率并提供其作为血流数量的值。在该示范性信号处理单元208中，这三个不同的任务由三个相应的单元213.1、213.2和213.3执行。在其他信号处理单元中，三个所描述的任务由处理器执行。

一些信号处理单元包括血流确定单元，所述血流确定单元还包括信号变换单元(212)，其被配置为确定在预定测量时间段期间接收的振动传感器信号的频域表示并使用频域表示确定(例如漩涡生成的)血流振荡的振荡频率。为此，信号变换单元212在与给定测量时间相关联的预定测量时间段上从振动传感器信号输入部中接收振动传感器信号。信号变换单元212使用在相应的测量时间段期间的振动传感器信号的频域表示来确定用于给定测量时间的振荡频率。适当地，信号变换单元212是确定振动传感器信号的傅立叶变换的快速傅立叶变换单元。根据经变换的振动传感器信号，能够以简单的方式将振荡频率确定为傅立叶分量的频率，其具有高于100Hz的预期振荡频率范围内的最大幅度，通常在几百Hz的范围内。

为了使振荡频率的检测更容易，本实施例的一些信号处理单元还包括滤波器单元214，滤波器单元214被配置为从振动传感器信号中滤除与心跳频率相关联的频率分量。心跳频率范围通常低于100Hz。

信号处理单元确定所确定的在两个测量时间处的振荡频率的频率比率。以这种方式，能够确定血流数量。这样的血流数量提供关于血管的当前生理状态的重要信息，并且有助于狭窄的识别和定量表征。为了CFR值的计算和输出，在充血状态和正常血流状态下(例如静息时)进行测量。然后，冠状动脉血流储备(CFR)由信号处理单元以特别容易和可靠的方式确定并提供为对应于充血状态的测量时间处和对应于正常血流状态的测量时间处的相应振动传感器信号的频率比率。

在一些信号处理单元中，用户接口210被提供用于对控制信号的用户输入，例如用于通过控制振动传感器信号输入部的操作来触发振荡测量，并且用于输出所确定的血流数量的值。在一些实施例中，用户接口用于提供几何数据，所述几何数据指示血管内血流传感器的当前血管内位置处的血管的特征尺寸，其被要求以根据以下公式提供流动速度的值：

其中，

v是流动速度；

f是漩涡生成的血流振荡的所确定的振荡频率；

d是血管的特征尺寸；并且

S是常数，其表示适用于给定血管中的血流的斯特劳哈尔数。

在其他信号处理单元中，几何数据本地存储在存储单元215中，存储单元215由血流确定单元213访问，以确定流动速度v的值。

在其他实施例中，信号处理单元从外部成像设备或外部图像处理设备接收几何数据，所述外部成像设备或外部图像处理设备被配置为在血管内血流传感器的当前血管内位置处对血管进行成像并且确定并提供在该位置处的几何数据。

作为CFR确定的备选的用户可用的另一操作模式，与能够由用户输入触发的序列的第一测量结果相比，信号处理单元208根据测量结果的序列确定并提供血流随时间的相对变化。

血管内血流传感器系统200包括血管内血流传感器203。在该具体的血管内血流传感器系统中，血管内血流传感器包括血管内导丝202，血管内导丝202具有导丝主体204，导丝主体204具有包括非流线部分205的无创伤尖端部分204.1，非流线部分205适当地成形以生成沿着血管内血流的主方向L传播的漩涡。应当注意，血管内血流传感器的非流线部分205不是必须与导丝主体204的其他部分形状不同以实现漩涡的形成。然而，为了即使在低的血流速度处也促进漩涡的可靠生成，有利的是增加了以较少流线形的方式将典型的导丝或导管的主体成形的特征，例如提供包括非流线部分的导丝或导管。

导丝主体204可以沿其纵向方向具有旋转对称性，所述纵向方向在图2中对应于方向L。然而，在其他实施例(未示出)中，通过提供在尖端的至少一部分中呈现旋转对称性的断裂的微导管或导丝的形状，漩涡的生成可以额外地或备选地成为可能或被增强。

尖端部分204.1包括振动传感器206。振动传感器206包括纤毛206.1，纤毛206.1从尖端部分204.1的前表面在血管内血流的主方向L上延伸。纤毛206.1可在垂直于L的方向P上弹性变形，其在本范例中是两个相互相反的方向P。纤毛206.1在方向P上的振荡弯曲运动是由漩涡生成的血液振荡运动驱动的，如参考图1B所解释的。在给定的时间处，传播的漩涡因此示出相应的分布，其使得在尖端部分204.1的不同下游位置在纵向方向L上使漩涡交替(如图1B示范性示出的)。漩涡生成的振荡可以在垂直于纵向方向L的任何方向上发生。

在真实的3D血管中，无法在诸如图1A和1B的2D图示中真实地表示的更复杂的漩涡配置也是可能的。振动传感器因此被配置为提供指示血流振荡但不一定指示漩涡的传播方向的振动传感器信号。

纤毛206.1在图2中以对应于纤毛206.1的两个不同弯曲位置的两个不同阶段的振荡弯曲运动示出。第一阶段的振荡运动由实线表示，并且第二阶段由虚线表示。

振动传感器206所包括的纤毛206.1能够由电活性聚合物材料制成，并且被配置为生成和提供时变电信号形式的振动传感器信号，所述时变电信号具有取决于在垂直于血管内血流的主方向的方向上的变形量的幅度。

在图2的血管内血流传感器的变型中，由振动传感器206包括的纤毛是光纤段，所述光纤段被配置为接收并引导光往返于反射性光纤段尖端。这些具体的血管内流动传感器还包括被配置为提供用于耦合到光纤段中的光的光源，以及被布置为接收从光纤段尖端反射并通过光纤段的振荡变形进行了强度调制的光的光传感器。光传感器被配置为以指示时变反射光强度的电子光传感器信号的形式提供振动传感器信号。

图2的血管内血流传感器的另一变型(未示出)包括代替导管202的微导管，所述微导管在其尖端部分提供有纤毛型振动传感器206。以上描述其他部分同样适用于该变型。

图3图示了用于测量血管301内部的血流的血管内血流传感器系统300的另一示范性实施例。血流传感器系统300包括用于血管内***的微导管302。微导管的导管主体304可以沿着其纵向方向具有旋转对称性，所述纵向方向在图3中对应于方向L。导管主体304的尖端部分304.1形成非流线主体部分并且被适当地成形以生成沿血管内血流的主方向L传播的漩涡。尖端部分304.1可通过漩涡生成的血流振荡在垂直于血管内血流的主方向L的方向P上弹性变形。振动传感器306布置在尖端部分304.1中。振动传感器306是运动传感器，适当地是加速度传感器。这样一来，其提供指示尖端部分304.1的振荡弯曲运动的电传感器信号，尖端部分304.1的振荡弯曲运动由在尖端部分304.1的位置处的血管301中的漩涡生成的血流的振荡来驱动。这种传感器信号因此形成指示在方向L上传播的漩涡生成的血流振荡的振荡频率的合适的振动传感器信号。

振动传感器信号由振动传感器306提供，并由布置在患者体外的信号处理单元308接收。已经在图2的实施例的背景下描述了信号通信和信号处理的细节，并且其在此处也适用。用户可以经由用户接口310与血管内流动传感器300进行交互，也如上面参考图2更详细描述的。

代替于微导管302，图3的血管内血流传感器系统的变型(未示出)包括导丝，所述导丝在其尖端部分中提供有振动传感器306。以上描述在其他情况下同样适用于该变型。

图3的血管内血流传感器系统的变型包括在微导管302的微导管主体304中的额外的非流线部分312。非流线部分312在微导管302的近端方向上与尖端部分304.1相距短距离布置。非流线部分312的存在进一步增强了漩涡脱落，所述漩涡脱落引起布置有振动传感器306的尖端部分304.1的振动。

图4图示了用于测量血管401内部的血流的血管内血流传感器系统400的另一实施例。

血管内血流传感器系统400包括具有用于导管内***的导管主体404的微导管402。导管主体的尖端部分404.1包括屏障部分405，屏障部分405在垂直于血管内血流的主方向的方向P上从导管主体突起，以便增强沿血管内血流的主方向L传播的漩涡的生成。在图1至图3的实施例的变型中，这种屏障405也可以存在于尖端部分中。屏障部分405的形状仅在图4中示意性指示。能够使用适合于帮助在沿着导管主体404的尖端部分404.1的层状血流上的漩涡生成的任何形状。

以位于导管主体404的尖端部分404.1的表面上的压力传感器406的形式来提供振动传感器。压力传感器406被布置和配置为测量在垂直于湍动血管内血流的主方向L的方向P上施加的压力，并因此具体地检测漩涡生成的血流振荡作为对应的压力振荡。压力传感器406根据当前感测到的压力以时变电信号的形式生成振动传感器信号。压力传感器406使用在图2的实施例的背景下解释的信号通信技术中的一种将振动传感器信号提供给信号处理单元408。用户可以经由用户接口410与血管内血流传感器400进行交互，也如上所述。

包括诸如压力传感器406的一个或多个压力传感器的血管内血流设备能够额外地确定血流储备分数(FFR)值。血流储备分数是狭窄之后(即到狭窄的远端)的血压与狭窄之前的血压之比。该确定是基于评价所测量的时变电信号的低频带的。如上所述，振动信号内的漩涡诱发频率通常处于几百Hz的频率范围内，并叠加有与心跳相关联的低频信号分量。后者分量具有明显低于100Hz的频率，通常约1Hz。能够因此从描绘心脏周期上的压力变化的低频压力信号中确定FFR，同时能够从高频漩涡诱发分量中确定CFR。

图4的血管内血流传感器系统的变型(未示出)包括在导丝主体404的相对侧上的两个压力传感器。然后它们能够通过确定由相应压力传感器确定的两个压力信号之间的差来导出流动感测频率信号。血管内血流传感器然后被配置为通过对由两个压力传感器中的每一个确定的两个信号求平均来计算血压信号(用于FFR)。

代替于微导管402，图4的血管内血流传感器系统的变型(未示出)包括导丝，所述导丝在其尖端部分提供有压力传感器406。以上描述在其他情况下同样适用于该变型。

图5示出了处于***在血管501内部的状态下的血管内血流传感器系统500的另外的实施例。血流传感器系统500包括具有导丝主体504的导丝502。血流传感器系统500还包括振动传感器506，振动传感器506被实施为参考图2-4的实施例讨论的任何不同种类的振动传感器。

血流传感器系统500还包括信号通信单元508，信号通信单元508被配置为从振动传感器506接收振动传感器信号，并使用载波信号将振动传感器信号无线传输到信号处理单元510。信号处理单元510具有对应的信号通信单元，仅示出了其天线511，所述对应的信号通信单元被配置为接收载波信号并从载波信号中提取振动传感器信号。信号处理单元510随后确定在至少两个不同的测量时间处的漩涡生成的血流振荡的相应振荡频率，并且确定所确定的在两个测量时间处的振荡频率的频率比率并提供其作为输出。用户可以经由用户接口512与血流传感器500交互，如上所述。用户输入还可以使用无线通信来提供。

如图5所示，信号通信单元508要被定位于检查中的生物体的外部。然而，在变型中(未示出)，信号通信单元508被集成到导丝主体504中，并且因此在操作期间被***血管中。在这些情况下，振动传感器信号的传输适当地使用无线电通信协议来执行，例如用于无线通信的IEEE 801.11标准、基于蓝牙的无线通信协议或其他基于无线电的无线通信协议中的任何一种。

图6示出了用于控制血管内血流传感器的操作的方法600的流程图。方法包括步骤602，其中，提供用于测量血管内部的血流的血管内血流传感器。血管内血流传感器包括具有被成形为生成沿血管内血流的主方向传播的漩涡的非流线部分的用于血管内***的导丝或导管，以及振动传感器，所述振动传感器被布置和配置为提供指示在垂直于血管内血流的主方向的方向上的漩涡生成的血流振荡的振荡频率的振动传感器信号。

在步骤604中，使用振动传感器在两个不同测量时间处测量振动传感器信号。在步骤606中，确定在两个不同测量时间处的漩涡生成的血流振荡的相应的振荡频率。在最后的步骤608中，确定所确定的在两个测量时间处的振荡频率的频率比率。

图7示出了描述用于操作信号处理单元的方法700的流程图，所述信号处理单元用于确定表征血管内的血流的血流数量的值。方法包括步骤702，在步骤702中，信号处理单元在两个不同测量时间处从血管内振动传感器接收振动传感器信号，所述振动传感器信号包括在测量时间中的相应一个处由血管内血流的漩涡生成的血流振荡引起的振动传感器信号分量。在步骤704中，信号处理单元使用振动传感器信号确定在两个不同测量时间处的振动传感器信号分量。在步骤706中，信号处理单元使用振动传感器信号分量确定在两个不同测量时间处的漩涡生成的血流振荡的相应的振荡频率，并且最后在步骤708中，信号处理单元使用漩涡生成的血流振荡的振荡频率来确定并提供血流数量的值。总之，用于以备选方式确定表征血管内部的血流的血流数量的值的信号处理单元包括：振动传感器信号输入部，其被配置为在两个不同测量时间处从血管内振动传感器接收振动传感器信号，振动传感器信号包括由血管内血流的血流振荡引起的振动传感器信号分量；以及血流确定单元，其被配置为在每个测量时间处使用振动传感器信号确定振动传感器信号分量，使用振动传感器信号分量确定血流振荡的相应振荡频率，并确定所确定的振荡频率的频率比率并提供其作为血流数量的值。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。

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