EP1538968B1

Spectroscopic unwanted signal filters for discrimination of vulnerable plaque and method therefor

Abstract

Spectral variation contributed from the absorbance of unwanted correlated signals, such as blood at variable pathlengths between an in vivo catheter optic probe and a coronary vessel wall is an obstacle in the detection of vulnerable plaque. Preprocessing methods are described to reduce the impact of blood upon the spectral signal, based on the principles of Orthogonal Subspace Projection (OSP) and Generalized Least Square (GLS). The multivariate discrimination models used on the processed spectral information reduce the number of independent factors that include contributions from blood. The disclosed chemometric processing including preprocessing methods provide for in vivo spectral detection of medical analytes within the human body and in particular within the coronary vessel wall. A demonstration of how the preprocessing methods impact a discrimination modeling technique is provided, how the blood filters were developed and optimized, and finally how the OSP and GLS blood filters correct the spectral signal and improve the discrimination results of the models.

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Expired 29 July 2023, 3.2 years ago.

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22 claims: 22 independent, 0 dependent

  1. 1
    A system for analyzing blood vessels in the presence of intervening fluid, the system comprising:a source of radiation;a catheter for directing the radiation at blood vessel walls through intervening fluid and collecting radiation from the blood vessel walls;a detector system of monitoring the collected radiation;a controller for generating spectral responses from the collected radiation detected by the detector system;an analyzer for determining spectral responses of the blood vessel walls from the collected spectral responses from the controller and generating information for assessment of the blood vessel walls in response to the determined spectral responses of the blood vessel walls;characterized in that the analyzer determines the spectral responses of the blood vessel walls by applying a filter generated in response to spectra of the fluid to remove a contribution of the fluid. System zum Analysieren von Blutgefäßen bei Vorhandensein einer sich dazwischen befindlichen Flüssigkeit, wobei das System aufweist: eine Strahlungsquelle;einen Katheter zum Richten der Strahlung auf Blutgefäßwände durch eine sich dazwischen befindliche Flüssigkeit und Auffangen von Strahlung von den Blutgefäßwänden;ein Detektorsystem zum Überwachen der aufgefangenen Strahlung;einen Controller zum Erzeugen von Spektralantworten von der aufgefangenen Strahlung, die mittels des Detektorsystems erfasst worden ist;eine Analysiereinheit zum Bestimmen von Spektralantworten der Blutgefäßwände von den aufgefangenen Spektralantworten vom Controller und zum Erzeugen von Information zur Bewertung der Blutgefäßwände als Antwort auf die bestimmten Spektralantworten der Blutgefäßwände;dadurch gekennzeichnet, dass die Analysiereinheit die Spektralantworten der Blutgefäßwände mittels Anwendens eines Filters bestimmt, das als Antwort auf Spektren der Flüssigkeit erzeugt wird, um einen Beitrag der Flüssigkeit zu entfernen. Système pour analyser des vaisseaux sanguins en présence d'un fluide intervenant, le système comprenant : une source de rayonnement ;un cathéter pour diriger le rayonnement vers les parois d'un vaisseau sanguin à travers le fluide intervenant et recueillir le rayonnement provenant des parois du vaisseau sanguin ;un système détecteur pour surveiller le rayonnement recueilli ;un contrôleur pour générer des réponses spectrales à partir du rayonnement recueilli détecté par le système détecteur ;un analyseur pour déterminer des réponses spectrales des parois du vaisseau sanguin à partir des réponses spectrales recueillies provenant du contrôleur et générer des informations pour juger de l'état des parois du vaisseau sanguin en réponse aux réponses spectrales déterminées des parois du vaisseau sanguin ;caractérisé en ce que l'analyseur détermine les réponses spectrales des parois des vaisseaux sanguins en appliquant un filtre généré en réponse au spectre du fluide, pour supprimer une contribution du fluide.
  2. 2
    A system as claimed in claim 1, wherein the source comprises an optical source. System nach Anspruch 1, bei dem die Quelle eine optische Quelle aufweist. Système selon la revendication 1, dans lequel la source comprend une source optique.
  3. 3
    A system as claimed in claim 1 or 2, wherein the source comprises a near infrared source. System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Quelle eine Nahinfrarot-Quelle aufweist. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la source comprend une source infrarouge proche.
  4. 4
    A system as claimed in any of the preceding claims, wherein the spectra of the fluid is collected when a head of the catheter is at a relatively large distance from the blood vessel walls. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Spektren der Flüssigkeit aufgefangen werden, wenn ein Kopf des Katheters sich in einem relativ großen Abstand von der Blutgefäßwand befindet. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le spectre du fluide est recueilli lorsqu'une tête du cathéter est à une distance relativement importante des parois du vaisseau sanguin.
  5. 5
    A system as claimed in any of the preceding claims, wherein the spectra of the fluid is collected in a reference well, ex vivo. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Spektren der Flüssigkeit in einem Referenzschacht ex vivo aufgefangen werden. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le spectre du fluide est recueilli dans un tube de référence, ex vivo.
  6. 6
    A system as claimed in any of the preceding claims, wherein the filter is based on a generalized least squares analysis. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Filter auf einer verallgemeinerten Least-Square-Analyse beruht. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le filtre est basé sur une analyse des moindres carrés généralisés.
  7. 7
    A system as claimed in claim 6, wherein parameters of the generalized least squares filter are optimized by analyzing a performance of the filter in improving the assessment of a state of the blood vessel walls by the analyzer. System nach Anspruch 6, bei dem Parameter des verallgemeinerten Least-Square-Filters mittels Analysierens einer Leistung des Filters beim Verbessern der Bewertung eines Zustands der Blutgefäßwände mittels der Analysiereinheit optimiert werden. Système selon la revendication 6, dans lequel les paramètres du filtre par moindres carrés généralisés sont optimisés en analysant une performance du filtre en améliorant le jugement de l'état des parois des vaisseaux sanguins par l'analyseur.
  8. 8
    A system as claimed in any of the preceding claims, wherein the filter is based on an orthogonal subspace projection analysis. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Filter auf einer orthogonalen Unterraumprojektionsanalyse beruht. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le filtre est basé sur une analyse en projection orthogonale d'un sous-espace.
  9. 9
    A system as claimed in claim 8, wherein a subspace projection dimension of the filter is optimized by analyzing a performance of the filter in improving an accuracy of a discrimination process. System nach Anspruch 8, bei dem eine Unterraumprojektionsabmessung des Filters mittels Analysierens einer Leistung des Filters beim Verbessern einer Genauigkeit eines Diskriminierungsablaufs optimiert wird. Système selon la revendication 8, dans lequel une dimension en projection d'un sous-espace du filtre est optimisée en analysant une performance du filtre en améliorant une précision d'un processus de discrimination.
  10. 10
    A system as claimed in any of the preceding claims, wherein the analyzer assesses states of the blood vessel walls in response to the determined spectral responses of the blood vessel walls by determining whether the blood vessel walls are comprised of vulnerable or non-vulnerable plaques. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Analysiereinheit Zustände der Blutgefäßwände als Antwort auf die bestimmten Spektralantworten der Blutgefäßwände bewertet, und zwar mittels Bestimmens, ob die Blutgefäßwände aus anfälligen oder nicht-anfälligen Plaques bestehen. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'analyseur juge de l'état des parois des vaisseaux sanguins en réponse aux réponses spectrales déterminées du paroi des vaisseaux sanguins en déterminant si les parois des vaisseaux sanguins sont constituées de plaques vulnérables ou non vulnérables.
  11. 11
    A system as claimed in any of the preceding claims, wherein the analyzer assesses states of the blood vessel walls in response to the determined spectral responses of the blood vessel walls by determining whether the blood vessel walls are comprised of atheromas or normal tissue. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Analysiereinheit Zustände der Blutgefäßwände als Antwort auf die bestimmten Spektralantworten der Blutgefäßwände bewertet, und zwar mittels Bestimmens, ob die Blutgefäßwände aus Atheromen oder normalem Gewebe bestehen. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'analyseur juge de l'état des parois des vaisseaux sanguins en réponse aux réponses spectrales déterminées des parois du vaisseau sanguin en déterminant si les parois du vaisseau sanguin sont constituées d'athérome ou de tissus normaux.
  12. 12
    A system as claimed in any of the preceding claims, wherein the analyzer assesses states of the blood vessel walls in response to the determined spectral responses of the blood vessel walls by applying multivariate regression techniques. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Analysiereinheit Zustände der Blutgefäßwände als Antwort auf die bestimmten Spektralantworten der Blutgefäßwände bewertet, und zwar mittels Anwendens multivariater Regressionstechniken. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'analyseur juge de l'état des parois des vaisseaux sanguins en réponse aux réponses spectrales déterminées des parois des vaisseaux sanguins en appliquant des techniques de régression à variables multiples.
  13. 13
    A system as claimed in any of the preceding claims, wherein the analyzer provides a quantitative assessment of the blood vessel walls to an operator. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Analysiereinheit einem Bediener eine quantitative Bewertung der Blutgefäßwände bereitstellt. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'analyseur fournit un jugement quantitatif des parois du vaisseau sanguin à un opérateur.
  14. 14
    A system as claimed in any of the preceding claims, wherein the analyzer assesses states of the blood vessel walls in response to the determined spectral responses of the blood vessel walls by relating the determined spectral responses with spectral responses of vessels walls in different states. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Analysiereinheit Zustände der Blutgefäßwände als Antwort auf die bestimmten Spektralantworten der Blutgefäßwände bewertet, und zwar mittels Inbeziehungbringens der bestimmten Spektralantworten mit Spektralantworten von Gefäßwänden in unterschiedlichen Zuständen. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'analyseur juge de l'état des parois du vaisseau sanguin en réponse aux réponses spectrales déterminées des parois des vaisseaux sanguins en faisant un rapport entre les réponses spectrales déterminées et des réponses spectrales de parois de vaisseau dans différents états.
  15. 15
    A method for de-emphasizing a blood response in a spectral response of a structure of interest, the method comprising:generating a filter determined by spectra representing a response of the blood which is collected at a relatively large distance from the structure of interest through the blood;andapplying the filter to a collected spectral response including the blood response to generate the spectral response of the structure of interest. Procédé pour désaccentuer une réponse sanguine dans une réponse spectrale d'une structure présentant un intérêt, le procédé comprenant : la génération d'un filtre déterminé par un spectre qui représente une réponse du sang qui est recueilli à une distance relativement importante de la structure présentant un intérêt, à travers le sang ;etl'application du filtre à une réponse spectrale recueillie qui inclut la réponse du sang pour générer la réponse spectrale de la structure présentant un intérêt. Verfahren zum Verringern der Bedeutung einer Blutantwort in einer Spektralantwort einer interessierenden Struktur, wobei das Verfahren aufweist: Erzeugen eines Filters, das durch Spektren bestimmt wird, die eine Antwort des Blutes darstellen, welche aus einem relativ großen Abstand von der interessierenden Struktur durch das Blut aufgefangen werden;undAnwenden des Filters auf eine aufgefangene Spektralantwort einschließlich der Blutantwort, um die Spektralantwort der interessierenden Struktur zu erzeugen.
  16. 16
    Procédé selon la revendication de 15, dans lequel le filtre supprime ou désaccentue la contribution du sang par rapport au signal provenant de la structure présentant un intérêt. The method of claim 15, wherein the filter removes or deemphasizes the contribution of the blood relative to the signal from the structure of interest. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Filter den Beitrag des Bluts bezüglich des Signals von der interessierenden Struktur entfernt oder die Bedeutung davon verringert.
  17. 17
    Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 16, dans lequel le filtre est basé sur une analyse des moindres carrés généralisés. The method of any of claims 15-16, wherein the filter is based on a generalized least squares analysis. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, bei dem das Filter auf einer verallgemeinerten Least-Square-Analyse beruht.
  18. 18
    Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 16, qui comprend l'application du filtre dans lequel les paramètres sont optimisés en analysant les performances du filtre en améliorant une précision d'une analyse de qualification, comme une discrimination ou une classification, ou une analyse quantitative. The method of any of claims 15-16, which comprises applying the filter in which parameters are optimized by analyzing the performance of the filter in improving an accuracy of a qualification analysis, such as a discrimination or classification, or a quantitative analysis. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, welches ein Anwenden des Filters aufweist, bei welchem Parameter mittels Analysierens der Leistung des Filters beim Verbessern einer Genauigkeit einer Qualifikationsanalyse, wie beispielsweise einer Diskriminierung oder Klassifizierung oder einer quantitativen Analyse, optimiert werden.
  19. 19
    Procédé selon l'une quelconque des revendications de 15 à 16, qui comprend l'application du filtre qui est basé sur une analyse en projection orthogonale sur un sous-espace. The method of any of claims 15-16, which comprises applying the filter which is based on an orthogonal subspace projection analysis. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, welches ein Anwenden des Filters aufweist, welches auf einer orthogonalen Unterraumprojektionsanalyse beruht.
  20. 20
    Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 16, comprenant en outre l'application d'un algorithme de discrimination à la réponse spectrale de la structure présentant un intérêt, pour discriminer l'état de la paroi des vaisseaux sanguins comme étant (a) des plaques vulnérables et non vulnérables, ou (b) les parois des vaisseaux sanguins sont constituées d'athéromes ou de tissus normaux. The method of any of claims 15-16, further comprising applying a discrimination algorithm to the spectral response of the structure of interest discriminating the state of blood vessel wall as to (a) vulnerable and non-vulnerable plaques, or (b) blood vessel walls comprised of atheromas or normal tissue. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, ferner aufweisend ein Anwenden eines Diskriminierungsalgorithmus' auf die Spektralantwort der interessierenden Struktur, welcher den Zustand einer Blutgefäßwand in Bezug auf (a) anfällige und nicht-anfällige Plaques oder (b) Blutgefäßwände, die aus Atheromen oder normalem Gewebe bestehen, diskriminiert.
  21. 21
    Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 16, comprenant en outre l'application d'un algorithme de discrimination à la réponse spectrale de la structure présentant un intérêt pour juger des états des parois du vaisseau sanguin en classifiant les états des parois du vaisseau en effectuant un rapport des réponses spectrales déterminées avec des réponses spectrales de parois de vaisseau dans des états différents. The method of any of claims 15-16, further comprising applying a discrimination algorithm to the spectral response of the structure of interest for assessing states of blood vessel walls by classifying states of the vessel walls by relating the determined spectral responses with spectral responses of vessels walls in different states. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, ferner aufweisend ein Anwenden eines Diskriminierungsalgorithmus' auf die Spektralantwort der interessierenden Struktur zum Bewerten von Zuständen von Blutgefäßwänden mittels Klassifizierens von Zuständen der Blutgefäßwände, und zwar mittels Inbeziehungbringens der bestimmten Spektralantworten mit Spektralantworten von Gefäßwänden in verschiedenen Zuständen.
  22. 22
    A system for spectrally analyzing interior structures of animals in the presence of unwanted spectral signal sources, the system comprising:a source of radiation;a catheter for directing the radiation at the interior structures through intervening medium and collecting radiation returning from the interior structures;a detector system of monitoring radiation from the interior structures;a spectrometer controller for generating spectral responses from the monitored radiation detected by the detector system;an analyzer for determining spectral responses of the interior structures from the generated spectral responses from the spectrometer controller by removing a contribution of the medium and generating an assessment of a state of the internal structures in response to the determined spectral responses of the internal structures. System zum spektralen Analysieren von inneren Strukturen von Tieren bei Vorhandensein unerwünschter Spektralsignalquellen, wobei das System aufweist: eine Strahlungsquelle;einen Katheter zum Richten der Strahlung auf die inneren Strukturen durch ein sich dazwischen befindliches Medium und Auffangen von Strahlung, die von den inneren Strukturen zurückkehrt;ein Detektorsystem zum Überwachen von Strahlung von den inneren Strukturen;einen Spektrometercontroller zum Erzeugen von Spektralantworten von der mittels des Detektorsystems erfassten überwachten Strahlung;eine Analysiereinheit zum Bestimmen von Spektralantworten der inneren Strukturen aus den erzeugten Spektralantworten vom Spektrometercontroller mittels Entfernens eines Beitrags des Mediums und Erzeugens eines Beitrags eines Zustands der inneren Strukturen als Antwort auf die bestimmten Spektralantworten der inneren Strukturen. Système pour analyser de manière spectrale des structures intérieures dans des animaux en présence de sources de signaux spectraux non désirés, le système comprenant : une source de rayonnement ;un cathéter pour diriger le rayonnement vers les structures intérieures à travers un milieu intervenant et recueillir le rayonnement qui revient depuis les structures intérieures ;un système détecteur pour surveiller le rayonnement provenant des structures intérieures ;un contrôleur à spectromètre pour générer des réponses spectrales provenant du rayonnement surveillé détecté par le système détecteur ;un analyseur pour déterminer les réponses spectrales des structures intérieures à partir des réponses spectrales générées provenant du contrôleur à spectromètre en supprimant une contribution du milieu et en générant un jugement d'un état des structures internes en réponse aux réponses spectrales déterminées des structures internes.
Independent claims22