KR101944854B1 - Method for modeling of blood flow using selective computerized tomography, and an apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법에 관한 것으로, 도관을 관상동맥 분지관에 위치시키는 도관 배치단계; 상기 도관으로부터 상기 관상동맥 분지관으로부터 연장되는 관상동맥 분지관에 조영제를 주입하는 조영제 주입단계; 상기 관상동맥 분지관에 주입되는 조영제의 주입 압력, 주입량 및 주입시간을 계측하는 조영제 주입 정보 계측단계; 상기 조영제 주입 정보를 이용하여 상기 관상동맥 분지관에서의 저항값을 계산하는 저항값 계산단계; 상기 관상동맥 분지관에서의 저항값을 이용하여 상기 관상동맥 분지관에서의 혈류량을 계산하는 혈류량 계산단계; 상기 관상동맥 분지관에서의 혈류량을 이용하여 혈류 모델링을 수행하는 모델링 단계;를 포함한다.The present invention relates to a method of modeling blood flow using selective computed tomography, comprising the steps of: placing a conduit in a coronary artery branch; Injecting a contrast agent into the coronary artery branch tube extending from the coronary branch tube through the conduit; A contrast medium injection information measuring step of measuring injection pressure, injection amount and injection time of the contrast agent injected into the coronary artery branch tube; Calculating a resistance value in the coronary artery branch tube using the contrast injection information; Calculating a blood flow volume in the coronary artery branch tube using a resistance value in the coronary artery branch tube; And a modeling step of performing blood flow modeling using the blood flow volume in the coronary artery branch tube.
Description
본 발명은 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용함으로써 관상동맥의 영상을 획득함과 동시에 심장에서의 혈류 데이터를 획득할 수 있는 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 및 혈류역학 시뮬레이션 방법 및 그 장치에 관한 발명이다.The present invention relates to a method and apparatus for modeling blood flow using selective computed tomography, and more particularly, to a method and apparatus for modeling blood flow using selective computed tomography The present invention relates to a blood flow modeling and hemodynamic simulation method using a CT and an apparatus therefor.
관상 동맥은 심장의 심근조직으로 혈액을 공급하는 주요 혈관으로써 동맥경화 등에 의해 생성되는 혈관 협착으로 인해 혈액 공급이 제한되고, 궁극적으로 심근경색과 같은 심각한 증상을 초래할 수 있다. Coronary arteries are the main blood vessels supplying blood to the cardiac myocardium of the heart. Vascular stenosis caused by arteriosclerosis or the like can restrict blood supply and ultimately cause serious symptoms such as myocardial infarction.
이러한 협착부 병변의 심각도에 대한 보다 정확한 진단을 위해 심근분획혈류예비력(Fractional Flow Reserve) 및 벽전단응력(Wall Shear Stress)등의 혈류역학적 기능성 진단인자에 대한 정보가 중요한 역할을 가진다.For more accurate diagnosis of the severity of these lesions, information on hemodynamic functional diagnostic factors such as myocardial fractional flow reserve and wall shear stress plays an important role.
이러한 데이터를 확보하기 위해 심전도, 생체진단지표 검사, 운동부하 심전도 검사, SPECT(Single Positron Emission Computed Tomography), PET(Positron Emission Tomography) 등과 같은 비침습적 검사를 수행할 수 있다. 그러나 이러한 방법들로는 병변에 대한 직접적인 평가는 제공하기 어렵고, 더 나아가 혈류 역학적 기능성 정보를 추출하기는 곤란하다.Non-invasive tests such as electrocardiogram, biopsy indicator, exercise electrocardiography, SPECT (Single Positron Emission Computed Tomography), and PET (Positron Emission Tomography) can be performed to secure this data. However, these methods do not provide a direct assessment of lesions, and furthermore, it is difficult to extract hemodynamic functionality information.
따라서, 관상동맥의 미세혈관반의 저항을 추론하고 이에 기초하여 각 관상동맥 분지관으로의 혈류량 분할값과의 관계를 도출하고, 이를 기반으로 관상동맥 혈류 역학 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하여 혈류 역학적 기능성 정보를 추출할 수 있는 새로운 방법이 요구된다.Therefore, we deduced the resistance of the microvascular vasculature of the coronary artery, and based on this, we derive the relationship between the blood flow volume fraction of each branch of the coronary artery and the coronary artery hemodynamic computer simulation based on this, and extract the hemodynamic function information A new way to do this is required.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 선택적 컴퓨터 단층촬영을 수행하여 관상동맥에 대한 3차원 영상을 획득함과 동시에 관상동맥 내부의 혈류 정보를 획득할 수 있는 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법 및 장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a selective computer capable of obtaining a three-dimensional image of a coronary artery by performing selective computed tomography and acquiring blood flow information inside the coronary artery, And a method and apparatus for modeling blood flow using tomography.
본 발명의 일 측면에 따르면, 도관을 관상동맥 분지관에 위치시키는 도관 배치단계; 상기 도관으로부터 상기 관상동맥 분지관에 조영제를 주입하는 조영제 주입단계; 상기 관상동맥 분지관에 주입되는 조영제의 주입 압력, 주입량 및 주입시간을 계측하는 조영제 주입 정보 계측단계; 상기 조영제 주입 정보를 이용하여 상기 관상동맥 분지관에서의 저항값을 계산하는 저항값 계산단계; 상기 관상동맥 분지관에서의 저항값을 이용하여 상기 관상동맥 분지관에서의 혈류량 분할값을 계산하는 혈류량 분할값 계산단계; 상기 관상동맥 분지관에서의 혈류량 분할값 정보를 이용하여 혈류 모델링을 수행하는 모델링 단계;를 포함하는 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of treating a coronary artery branch, comprising: placing a conduit in a coronary artery branch; Injecting a contrast agent into the coronary artery branch tract from the conduit; A contrast medium injection information measuring step of measuring injection pressure, injection amount and injection time of the contrast agent injected into the coronary artery branch tube; Calculating a resistance value in the coronary artery branch tube using the contrast injection information; Calculating a blood flow volume division value for calculating a blood flow volume division value in the coronary artery branch tube using a resistance value in the coronary artery branch tube; And a modeling step of performing blood flow modeling using the blood flow volume division value information in the coronary artery branch tube.
여기서, 상기 조영제 주입단계 이후에 상기 관상동맥 분지관의 혈관조영영상을 획득하는 촬영단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.The method may further include capturing an angiographic image of the coronary artery branch after the injection of the contrast agent.
또한, 상기 촬영단계 및 상기 모델링 단계 이후에 상기 모델링 단계로부터 획득하는 혈류 모델링 데이터 및 상기 촬영단계를 통해 획득하는 혈관조영영상을 이용하여 혈류 역학 시뮬레이션을 수행하는 시뮬레이션 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.The method may further include a simulation step of performing hemodynamic simulation using blood flow modeling data acquired from the modeling step and an angiographic image acquired through the imaging step after the imaging step and the modeling step .
또한, 상기 조영제 주입 정보 계측단계에서 상기 주입 압력, 주입량 및 주입시간을 이용하여 조영제 주입 평균 압력 및 조영제 주입 유량을 계산하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to calculate the contrast injection average pressure and the contrast agent injection flow rate using the injection pressure, injection amount, and injection time in the contrast agent injection information measurement step.
또한, 상기 저항값 계산단계에서 상기 관상동맥 분지관에서의 저항값은 상기 조영제 주입 평균 압력 및 조영제 주입 유량을 이용하여 계산하는 것이 바람직하다.In the resistance value calculation step, the resistance value in the coronary artery branch tube is preferably calculated using the contrast injection average pressure and the contrast agent injection flow rate.
또한, 상기 혈류량 분할값 계산단계에서 상기 관상동맥 분지관에서의 혈류량은 상기 관상동맥 분지관에서의 저항값의 반비례하는 것이 바람직하다.In the calculation of the blood flow volume division value, the blood flow volume in the coronary artery branch tube is preferably inversely proportional to the resistance value in the coronary artery branch tube.
또한, 상기 혈류량 분활값 계산단계에서 상기 관상동맥 분지관에서의 혈류량은 상기 관상동맥 분지관 각각으로 유입되는 혈류량을 계산하거나, 또는 상기 관상동맥 분지관 각각으로 유입되는 혈류량의 비율로 계산하는 것이 바람직하다.In the calculation of the blood flow partitioning value, it is preferable that the blood flow volume in the coronary artery branch tube is calculated by calculating the blood flow introduced into each of the coronary artery branch tubes or the ratio of the blood flow introduced into each of the coronary artery branch tubes Do.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium storing a program for causing a computer to execute the method of any one of claims 1 to 6.
본 발명에 따르면, 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용하여 관상동맥에서의 혈관조영영상을 획득함과 동시에 혈류 모델링에 요구되는 데이터를 획득할 수 있다.According to the present invention, it is possible to obtain an angiographic image in a coronary artery using selective computed tomography and obtain data required for blood flow modeling.
또한, 선택적 컴퓨터 단층촬영을 통해 획득한 영상과 혈류 모델링 데이터를 결합하여 혈류역학 컴퓨터 시뮬레이션을 위한 경계조건을 추출함으로써 보다 정확한 혈류 역학 컴퓨터 시뮬레이션을 수행할 수 있다.In addition, more accurate hemodynamic computer simulation can be performed by extracting the boundary conditions for hemodynamic computer simulation by combining the image obtained through the selective computed tomography with the blood flow modeling data.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법을 개략적으로 도시한 순서도이고,
도 2는 도 1에 따른 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법의 적용대상이 되는 관상동맥 영역을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 도 1에 따른 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법에서 도관 배치단계를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 4는 도 1에 따른 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법에 따른 조영제 주입 정보 계측단계에서 시간에 따른 조영제의 주입 압력의 변화 정도를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법을 수행하도록 구성되는 영상 처리 장치의 개략적인 블록도이다.1 is a flowchart schematically illustrating a blood flow modeling method using selective computed tomography according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a view schematically showing a coronary artery region to which a blood flow modeling method using selective computed tomography according to FIG. 1 is applied,
FIG. 3 is a view schematically showing a conduit arrangement step in a blood flow modeling method using selective computed tomography according to FIG. 1,
FIG. 4 is a graph schematically showing the degree of change in injection pressure of the contrast agent over time in the contrast agent injection information measurement step according to the blood flow modeling method using selective computed tomography according to FIG. 1;
5 is a schematic block diagram of an image processing apparatus configured to perform a blood flow modeling method using selective computed tomography according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, a method for modeling blood flow using selective computed tomography according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.1 is a flowchart schematically illustrating a blood flow modeling method using selective computed tomography according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법(S100)은 선택적 컴퓨터 단층촬영을 수행할 시 혈관에 주입되는 조영제를 이용하여 혈류 역학 모델링을 위한 경계 조건을 동시에 획득할 수 있는 것으로서, 도관 배치단계(S110)와 조영제 주입단계(S120)와 조영제 주입 정보 계측단계(S130)와 저항값 계산단계(S140)와 혈류량 계산단계(S150)와 모델링 단계(S160)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a blood flow modeling method (S100) using selective computed tomography according to an exemplary embodiment of the present invention uses a contrast agent injected into a blood vessel during selective CT, A contrast injection step S130, a contrast injection calculation step S130, a resistance calculation step S140, a blood flow calculation step S150, and a modeling step S160 ).
참고로, 도 1에 도시된 각각의 단계(S110 내지 S160)는 본 발명의 용이한 이해를 위한 일 예에 해당하고, 따라서 도 1에 도시되지 않은 추가의 단계가 더 수행될 수도 있음은 명백할 것이다.For reference, it is apparent that each of the steps S110 to S160 shown in FIG. 1 corresponds to an example for easy understanding of the present invention, and therefore an additional step not shown in FIG. 1 may be performed will be.
또한, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법(S100)을 구성하는 일련의 단계들(S110 내지 S160)은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로서 작성가능하고, 예컨대 컴퓨터는 영상 처리 장치(image processing apparatus/device)로서 구현될 수 있으며, 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 이용해 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.In addition, the series of steps S110 to S160 constituting the blood flow modeling method (S100) using selective computed tomography according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 can be created as a program that can be executed in a computer For example, a computer can be implemented as an image processing apparatus / device, and can be implemented in a general-purpose digital computer that operates a program using a computer-readable recording medium.
일반적으로, 의료 영상 처리의 분야에서, CT 영상, MRI 영상, X-ray 영상 등을 처리하는 것은 영상을 조작하고, 영상을 분석하며, 영상을 인식하고, 연상을 통신하는 등의 동작을 수반하여, 이러한 일련의 영상 처리의 동작들은 영상 처리 장치에 의해서 수행될 수 있다. 또한, 이러한 일련의 과정들(단계들)은 저장 매체 또는 기록 매체 등에 미리 프로그래밍되어, 소정의 장치(예컨대, 영상 처리 장치)에 의해서 구현될 경우 소정의 목적을 달성하도록 실행된다.Generally, in the field of medical image processing, the processing of CT images, MRI images, X-ray images and the like is accompanied by operations such as manipulating images, analyzing images, recognizing images, , This series of image processing operations can be performed by the image processing apparatus. In addition, the series of steps (steps) may be pre-programmed into a storage medium or a recording medium and executed to achieve a predetermined purpose when implemented by a predetermined apparatus (e.g., an image processing apparatus).
도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법(S100)을 구성하는 일련의 단계들(S110 내지 S160) 또한 영상 처리 장치를 구성하는 하드웨어와 소프트웨어의 결합을 이용한 구체적인 수단에 의해서 수행되고, 본 발명의 방법 단계들을 수행하도록 구성되는 영상 처리 장치의 구체적인 구성 및 설명은 이하의 도 5에서 보다 상술하기로 한다.The series of steps S110 to S160 constituting the blood flow modeling method S100 using the selective computed tomography according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 may also be a combination of hardware and software constituting the image processing apparatus The specific configuration and description of the image processing apparatus which is performed by the specific means used and which is configured to perform the method steps of the present invention will be described later in more detail with reference to FIG.
상기 도관 배치단계(S110)는 도관(Catheter)(C)를 관상동맥의 분지관(d)에 위치시키는 단계이다.The catheter placement step (S110) is a step of positioning the catheter (C) in the branch tube (d) of the coronary artery.
도 2는 도 1에 따른 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법의 적용대상이 되는 관상동맥 영역을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 2 is a view schematically illustrating a coronary artery region to which a blood flow modeling method using selective computed tomography according to FIG. 1 is applied.
도 2를 참조하여 더 자세히 설명하면, 관상동맥은 좌관상동맥(Left Coronary Artery:LCA)과 우관상동맥(Right Coronary Artery:RCA)으로 구분할 수 있으며, 좌관상동맥(LCA)는 좌전하행지(LAD)와 좌회선지(LCX)로 구분할 수 있다.2, the coronary artery can be classified into Left Coronary Artery (LCA) and Right Coronary Artery (RCA), and the left coronary artery (LCA) LAD) and left-hand convolution (LCX).
따라서, 우관상동맥(RCA)을 따라 유동하는 구간을 제1 분지관(d1), 좌관상동맥(LCA)에서 좌전하행지(LAD)를 따라 유동하는 구간을 제2 분지관(d2), 좌회선지(LCX)를 따라 유동하는 구간을 제3 분지관(d3)으로 정의할 수 있다.Thus, the right coronary artery (RCA) tube a section the first branch which flows along the (d 1), the left coronary artery (LCA) tube the section of the flow along the left anterior descending (LAD) in the second branch (d 2) , And a section that flows along the left circuit paper LCX can be defined as a third branch tube (d 3 ).
도 3은 도 1에 따른 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법에서 도관 배치단계를 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 3 is a view schematically showing a conduit arrangement step in a blood flow modeling method using selective computed tomography according to FIG. 1. FIG.
도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에서는 설명의 편의를 위해 제2 분지관(d2)에 도관(C)을 배치시키는 것으로 전제한다.Referring to FIG. 3, it is assumed that the conduit C is disposed in the second branch tube d 2 for convenience of explanation in the embodiment of the present invention.
상기 조영제 주입단계(S120)는 도관(C)으로부터 관상동맥 분지관(d)으로 조영제를 주입시키는 단계이다.The injecting of the contrast medium (S120) injects the contrast agent into the coronary artery branch tube (d) from the conduit (C).
여기서, 제2 분지관(d2) 및 제3 분지관(d3) 각각에 순차적으로 조영제를 주입한 이후 좌관상동맥(LCA) 전체에 대하여 촬영을 진행할 수 있고, 제2 분지관(d2) 및 제3 분지관(d3) 중 어느 하나에 대한 촬영이 완료된 후에 다른 분지관에 대하여 조영제를 주입하여 촬영을 진행할 수 있다.After the contrast agent is sequentially injected into each of the second branch tube (d 2 ) and the third branch tube (d 3 ), imaging can be performed with respect to the entire left coronary artery (LCA), and the second branch tube (d 2 ) And the third branch tube (d 3 ) is completed, the contrast agent is injected into the other branch tube to proceed with the photographing.
한편, 조영제는 특별히 어느 종류의 조영제로 제한되는 것은 아니며, 선택적 컴퓨터 단층촬영을 수행할 수 있는 조영제라면 어떠한 조영제라도 사용될 수 있다.On the other hand, the contrast agent is not particularly limited to any type of contrast agent, and any contrast agent that can perform selective computer tomography can be used.
상기 조영제 주입 정보 계측단계(S130)는 상술한 조영제 주입단계(S120)를 통해 관상동맥 분지관(d)에 주입되는 조영제의 주입 정보를 획득하는 단계이다. The contrast injection information measurement step S130 is a step of acquiring injection information of the contrast agent injected into the coronary artery branch tube d through the above contrast agent injection step S120.
여기서, 조영제 주입 정보는 조영제의 주입압력, 조영제의 주입량 및 조영제의 주입시간을 포함한다.Herein, the contrast agent injection information includes the injection pressure of the contrast agent, the injection amount of the contrast agent, and the injection time of the contrast agent.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 조영제 주입 정보는 후술할 저항값 계산단계(S140)에서 활용될 수 있도록 가공될 수 있다.Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, the contrast injection information may be processed so as to be utilized in the resistance value calculation step (S140) described later.
먼저, 조영제의 주입압력(Pi) 및 주입시간(Ti)을 이용하여 조영제 주입 평균 압력을 계산하며, 하기의 수식을 이용한다. First, the contrast injection injection average pressure is calculated using injection pressure (P i ) and injection time (T i ) of the contrast agent, and the following formula is used.
도 4는 도 1에 따른 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법에 따른 조영제 주입 정보 계측단계에서 시간에 따른 조영제의 주입 압력의 변화 정도를 개략적으로 도시한 그래프이다.FIG. 4 is a graph schematically showing the degree of change in injection pressure of the contrast agent over time in the contrast agent injection information measurement step according to the blood flow modeling method using selective computed tomography according to FIG. 1;
도 4를 참조하면, 시간에 따른 조영제의 주입 압력은 매우 복잡한 그래프를 형성할 수 있으므로, 상기의 수식을 활용하는 것이 더 정확한 값을 획득하는 데 바람직할 것이다.Referring to FIG. 4, since injection pressure of the contrast agent over time can form a very complicated graph, utilizing the above formula may be preferable for obtaining a more accurate value.
한편, 조영제의 주입 유량(Vi) 및 주입시간(Ti)을 이용하여 조영제 주입 평균 유량을 계산하며, 하기의 수식을 이용한다. On the other hand, the contrast injection injection average flow rate is calculated using the injected flow rate V i of the contrast agent and the injection time T i , and the following formula is used.
상기 저항값 계산단계(S140)는 상술한 조영제 주입 정보 계측단계(S130)에서 계측된 조영제 주입 정보를 이용하여 관상동맥 분지관(d)에서의 저항값을 계산하는 단계이다.The resistance value calculation step S140 is a step of calculating a resistance value in the coronary artery branch tube d using the contrast agent injection information measured in the contrast agent injection information measurement step S130 described above.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 조영제 주입 평균 압력과 조영제 주입 평균 유량을 변수로 하는 유체역학 이론 기반의 압력과 혈류량에 대한 선형적 상관관계식을 이용하여 관상동맥 분지관에서의 저항값(Rd)을 계산하며, 하기의 수식을 이용한다.According to an embodiment of the present invention, a linear correlation equation for pressure and blood flow based on the hydrodynamic theory using the contrast injection average pressure and the contrast injection average flow rate is used to calculate a resistance value Rd ), And the following formula is used.
물론, 상기의 수식을 이용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 다른 수식을 이용하여 저항값을 계산하는 경우까지 배제하는 것은 아니다.Of course, the above equation can be used, but the present invention is not limited thereto, and it is not excluded to calculate the resistance value using another equation.
상기 혈류량 계산단계(S150)는 상술한 저항값 계산단계(S140)에서 계산된 저항값(Rd)를 이용하여 관상동맥 분지관(d)에서의 혈류량을 계산하는 단계이다.The blood flow calculation step S150 is a step of calculating the blood flow volume in the coronary artery branching tube d using the resistance value Rd calculated in the resistance value calculation step S140 described above.
본 발명의 일실시예에서는 각각의 관상동맥 분지관(d)으로 유입되는 혈류량의 비율을 계산하게 되나, 이에 제한되는 것은 아니며 각각의 분지관(d)으로 유동하는 혈류량을 직접 계산할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the ratio of the blood flow introduced into the respective coronary artery branch tubes (d) is calculated. However, the present invention is not limited to this, and the blood flow flowing into each branch tube (d) can be directly calculated.
각각의 관상동맥 분지관(d)에서의 혈류량 분할비는 하기의 수식과 같이 관상동맥 분지관(d)에서의 저항값(Rd)와의 반비례 관계식을 이용하여 추론할 수 있다.The blood flow splitting ratio in each coronary artery branch tube d can be inferred using an inverse proportion relation with the resistance value R d in the coronary artery branch tube d as shown in the following equation.
한편, 같이 각각의 관상동맥 분지관(d)으로 유입되는 혈류량(Qd)을 계산하기 위해, 상술한 저항값 계산단계(S140)에서 각각의 관상동맥 분지관(d)에서의 저항값을 모두 계산할 수 있다. Similarly, in order to calculate the blood flow Q d flowing into each of the coronary artery branch conduits d, the resistance value in each coronary artery branch conduit d in the above-described resistance value calculation step S 140 Can be calculated.
상기 모델링 단계(S160)는 상술한 혈류량 계산단계(S150)에서 계산된 관상동맥 분지관(d)에서의 혈류량(Qd)을 입력 조건으로 하여 혈류 모델링 및 시뮬레이션을 수행하는 단계이다.The modeling step (S160) is a step of performing a flow modeling and simulation by the blood flow (Q d) in the coronary artery branch pipe (d) calculated in the above-described blood flow calculating step (S150) as the input condition.
즉, 관상동맥 분지관(d)에서의 혈류량(Qd)을 경계조건으로 수치해석을 수행하여 혈류 모델링을 수행한다.That is, the blood flow modeling is performed by numerically analyzing the blood flow (Qd) in the coronary artery branch tube (d) as a boundary condition.
한편, 종래에도 관상동맥 분지관(d)에서의 혈류량을 이용하여 혈류 모델링을 수행하였으나, 이를 추정할 방법이 없었기 때문에 기존에 잘 알려진 이론인 머레이 법칙을 적용하는 경우가 일반적이었다. 머레이 법칙은 혈류량(Qd)이 혈관 직경의 거듭제곱식과 비례관계를 갖는다는 법칙을 의미하며 하기의 수식으로 표현할 수 있다.In the past, blood flow modeling was performed using the blood flow in the coronary artery branch (d). However, since there was no method for estimating the blood flow, the Murray rule, which is a well-known theory, was generally applied. Murray's law means that the blood flow (Q d ) has a proportional relationship with the power formula of the diameter of the blood vessel, and can be expressed by the following equation.
여기서, d는 혈관의 직경이고, α는 거듭제곱 상수값으로 보통 1.5 내지 3으로 정해지며 정확하게 정의되어 있지는 않다. Here, d is the diameter of the blood vessel, and? Is a power constant value, usually 1.5 to 3, which is not precisely defined.
그러나, 관상동맥 영역에서 거듭제곱 상수값을 정확히 결정된 것이 아니며, 혈관 직경이 길이방향을 따라 연속적으로 변화하기 때문에 대표 혈관직경을 결정하는데 어려움이 존재한다.However, since the power constant value is not exactly determined in the coronary artery region, there is a difficulty in determining the representative blood vessel diameter because the blood vessel diameter continuously changes along the longitudinal direction.
이에 비해, 본 발명의 일실시예에 따른 혈류량 계산단계(S150)는 직접적으로 관상동맥 분지관(d)에서의 저항값을 직접적으로 계산할 수 있고, 이를 통해 분지관(d)에서의 혈류량을 보다 정확하게 추출할 수 있으므로, 본 발명의 일실시예에 따른 모델링 단계(S160)에서 보다 정확한 시뮬레이션을 수행할 수 있다.In contrast, the blood flow calculation step S150 according to an embodiment of the present invention can directly calculate the resistance value in the coronary artery branch tube d, and thereby, the blood flow in the branch tube (d) It is possible to perform more accurate simulation in the modeling step S160 according to the embodiment of the present invention.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 조영제 주입단계(S120) 이후에 조영제가 주입된 영역의 혈관조영영상을 획득하기 위한 촬영단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the apparatus may further include an imaging step (not shown) for acquiring an angiographic image of a region injected with the contrast agent after injecting the contrast agent (S120).
상기 촬영단계(미도시)는 상술한 조영제 주입단계(S120)를 통해 관상동맥에 주입된 조영제를 이용하여 혈관조영영상을 획득하는 단계이다.The imaging step (not shown) acquires the angiographic image using the contrast agent injected into the coronary artery through the contrast agent injection step (S120).
본 발명의 일실시예에 따른 촬영단계(미도시)는 선택적 컴퓨터 단층촬영(Selective Computerized Tomography)를 수행하는 것으로, 선택적 컴퓨터 단층촬영방법의 자세한 설명은 생략한다.In the photographing step (not shown) according to an embodiment of the present invention, selective computerized tomography is performed, and a detailed description of the selective computed tomography method will be omitted.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상술한 촬영단계(미도시)는 모델링 단계(S160) 이전에 수행되어 모델링 단계(S160)시 관상동맥에서의 혈관조영영상을 제공할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the imaging step (not shown) may be performed before the modeling step S160 to provide an angiographic image in the coronary artery during the modeling step S160, It is not.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상술한 모델링 단계(S160)를 통해 획득한 혈류 모델링 데이터 및 촬영단계(미도시)를 통해 획득한 혈관조영영상을 이용하여 혈류 역학 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하는 시뮬레이션 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a simulation for performing hemodynamic computer simulation using the blood flow modeling data acquired through the modeling step S160 and the angiographic image acquired through the imaging step (not shown) (Not shown).
상기 시뮬레이션 단계(미도시)를 통해 컴퓨터 시뮬레이션을 수행함으로써 환자 신체의 관상 동맥 혈류에 관한 정보, 가령, 압력, 속도, 심근분획혈류예비력(Fractional Flow Reserve: FFR) 혈관벽 전단응력(Vascular Wall Shear Stress:WSS) 등을 구하여 외부로 출력할 수 있다.By performing computer simulation through the simulation step (not shown), information on the coronary arterial blood flow of the patient's body such as pressure, velocity, FFR, vascular wall shear stress, WSS) can be obtained and output to the outside.
다시 설명하면, 시뮬레이션 단계(미도시)는 컴퓨터 시스템을 이용하여 혈류의 3차원 방정식을 해석할 수 있고, 수치 해법 등의 방법을 이용할 수 있다. 이러한 시뮬레이션 단계(미도시)를 통해 관상동맥, 더 자세하게는 제1 분지관(d1), 제2 분지관(d2) 및 제3 분지관(d3) 각각에서의 혈류 및 혈압 등을 포함하는 다양한 혈류 역학 특성, 또는 파라미터 등을 산출할 수 있다.In other words, the simulation step (not shown) can analyze the three-dimensional equation of the blood flow using a computer system, and use a numerical solution method or the like. The blood flow and blood pressure in the coronary artery, more specifically, in the first branch tube (d 1 ), the second branch tube (d 2 ) and the third branch tube (d 3 ) through the simulation step Various parameters such as blood flow characteristics, or the like can be calculated.
더 나아가, 상기 산출된 특성 또는 파라미터 등을 혈관조영영상 등에 외부로 디스플레이할 수 있다.Furthermore, the calculated characteristics or parameters can be displayed externally to an angiographic image or the like.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법(S100)을 활용하면, 각각의 분지관에서의 저항값을 직접적으로 계산할 수 있으므로, 각각의 분지관에서의 혈류량을 보다 정확하게 추론할 수 있고, 결과적으로 더 정확한 혈류 역학 시뮬레이션을 수행할 수 있다.That is, by using the blood flow modeling method (S100) using selective computed tomography according to an embodiment of the present invention, the resistance value in each branch tube can be directly calculated, Accurate inferences can be made and, as a result, more accurate hemodynamic simulations can be performed.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법(S100)은 선택적 컴퓨터 단층촬영과 병행하여 수행할 수 있는 것으로, CT 영상 및 혈류 역학 데이터를 동시에 획득할 수 있다.In addition, a blood flow modeling method (S100) using selective computed tomography according to an embodiment of the present invention can be performed in parallel with selective computed tomography, and CT image and hemodynamic data can be acquired at the same time.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법(S100)을 구현하도록 구성되는 영상 처리 장치(500)의 개략적인 블록도이다.5 is a schematic block diagram of an image processing apparatus 500 configured to implement a blood flow modeling method (S100) using selective computed tomography according to an embodiment of the present invention.
참고로, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법(S100)을 구성하는 일련의 단계들(S110 내지 S160)은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로서 작성가능하고, 예컨대 컴퓨터는 영상 처리 장치로서 구현될 수 있으며, 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 이용해 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있으며, 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법(S100)을 구현하도록 구성되는 영상 처리 장치(500)의 블록도를 예시한다.For reference, the series of steps S110 to S160 constituting the blood flow modeling method (S100) using the CT according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 can be created as a program that can be executed in a computer A computer, for example, may be embodied as an image processing device, and may be embodied in a general-purpose digital computer that runs a program using a computer-readable recording medium, and Figure 5 is a block diagram of a computer- A block diagram of an image processing apparatus 500 configured to implement a modeling method SlOO is illustrated.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 장치(500)는 제어부(510)와, 영상수신부(520)와, 영상처리부(530)와, 그리고 디스플레이부(540)를 포함할 수 있다.5, an image processing apparatus 500 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a
참고로, 도 5에 도시된 블록도의 영상 처리 장치(500)의 각 엘리먼트들은 본 발명의 용이한 이해를 위한 일 예에 불과할 뿐, 도 5에 도시된 엘리먼트 이외의 엘리먼트가 영상 처리 장치(500)에 추가적으로 포함될 수 있음은 명백할 것이다.5 are merely examples for easy understanding of the present invention, and elements other than the elements shown in FIG. 5 are provided to the image processing apparatus 500 As will be apparent to those skilled in the art.
영상수신부(520)는 CT 영상 등을 수신하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따르면 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용하여 혈류 모델링을 수행하는 것을 특징으로 하는바, 이러한 선택적 컴퓨터 단층촬영을 통한 영상들이 상기 영상수신부(520)를 통해 수신하는 것이 가능하다.The
영상처리부(530)는 영상수신부(520)를 통해 수신된 심장 영상을 처리하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상처리부(530)는 도관배치유닛(531), 조영제주입유닛(532), 조영제주입정보 계측유닛(533), 저항값계산유닛(534), 혈류량계산유닛(535) 및 모델링유닛(536)을 포함할 수 있다.The
보다 구체적으로, 상기 도관배치유닛(531)은 도관을 관상동맥 분지관에 위치시키도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 조영제주입유닛(532)은 상기 도관으로부터 상기 관상동맥 분지관에 조영제를 주입하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 조영제주입정보 계측유닛(533)은 상기 관상동맥 분지관에 주입되는 조영제의 주입 압력, 주입량 및 주입시간을 계측하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 저항값계산유닛(534)은 상기 조영제 주입 정보를 이용하여 상기 관상동맥 분지관에서의 저항값을 계산하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 혈류량계산유닛(535)은 상기 관상동맥 분지관에서의 저항값을 이용하여 상기 관상동맥 분지관에서의 혈류량 분할값을 계산하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 모델링유닛(536)은 상기 관상동맥 분지관에서의 혈류량 분할값 정보를 이용하여 혈류 모델링을 수행하도록 구성될 수 있다.More specifically, the
참고로, 상기 유닛들(531 내지 536)의 구체적인 기능 및 동작들에 대해서는 이미 상술하였고, 따라서 본 단락에서는 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.For reference, the specific functions and operations of the
상기 모델링유닛(536)에 의해서 혈류 모델링이 수행되면, 그 혈류 모델링 정보가 디스플레이부(540)로 전달될 수 있다. 상기 디스플레이부(540)는 생성된 혈류 모델링을 사용자에게 시각적으로 디스플레이하도록 구성될 수 있다.When the blood flow modeling is performed by the
또한, 상기 제어부(510)는 영상수신부(520), 영상처리부(530) 및 디스플레이부(540)를 총괄적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 제어부(510)는 단일의 제어기(controller)로서 구현될 수 있거나, 또는 복수의 마이크로제어기(micro-controller)로서 구현될 수도 있다.The
한편, 상술한 본 발명의 일실시예는 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 판독가능한 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.Meanwhile, one embodiment of the present invention described above can be realized in a general-purpose digital computer that can be created as a program that can be executed in a computer and operates the program using a computer-readable recording medium.
컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. The computer-readable medium may also include computer storage media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. Communication media typically includes any information delivery media, including computer readable instructions, data structures, program modules, or other data in a modulated data signal such as a carrier wave, or other transport mechanism.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 또는 변형할 수 있고, 그러한 수정례 또는 변형례들도 본 발명의 권리범위에 속한다고 볼 것이다.It is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the above embodiments and that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention, I will see.
S100: 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법
S110: 도관 배치단계 S120: 조영제 주입단계
S130: 조영제 주입 정보 계측단계 S140: 저항값 계산단계
S150: 혈류량 계산단계 S160: 모델링 단계
500: 영상 처리 장치 510: 제어부
520: 영상수신부 530: 영상처리부
531: 도관배치유닛 532: 조영제주입유닛
533: 조영제주입정보 계측유닛 534: 저항값계산유닛
535: 혈류량계산유닛 536: 모델링유닛
540: 디스플레이부S100: Modeling of blood flow using selective computed tomography
S110: Conduit placement step S120: Contrast agent injection step
S130: contrast injection information measurement step S140: resistance value calculation step
S150: blood flow calculation step S160: modeling step
500: image processing apparatus 510: control unit
520: image receiving unit 530: image processing unit
531: conduit arrangement unit 532: contrast injection unit
533 contrast medium injection
535: blood flow calculation unit 536: modeling unit
540:
Claims (9)
상기 조영제 주입 이후에 상기 관상동맥 분지관의 혈관조영영상을 획득하는 촬영단계;
상기 관상동맥 분지관에 주입되는 조영제의 주입 압력, 주입량 및 주입시간을 계측하는 조영제 주입 정보 계측단계;
상기 조영제 주입 정보를 이용하여 상기 관상동맥 분지관에서의 저항값을 계산하는 저항값 계산단계;
상기 관상동맥 분지관에서의 저항값을 이용하여 상기 관상동맥 분지관에서의 혈류량 분할값을 계산하는 혈류량 분할값 계산단계; 및
상기 관상동맥 분지관에서의 혈류량 분할값 정보를 이용하여 혈류 모델링을 수행하는 모델링 단계;를 포함하는 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법.A method for modeling blood flow by injecting a contrast agent into a conduit located in a coronary artery branch tract performed by an image processing apparatus,
An imaging step of acquiring an angiographic image of the coronary artery branch tube after injecting the contrast agent;
A contrast medium injection information measuring step of measuring injection pressure, injection amount and injection time of the contrast agent injected into the coronary artery branch tube;
Calculating a resistance value in the coronary artery branch tube using the contrast injection information;
Calculating a blood flow volume division value for calculating a blood flow volume division value in the coronary artery branch tube using a resistance value in the coronary artery branch tube; And
And a modeling step of performing blood flow modeling using the blood flow volume division value information in the coronary artery branch tube.
상기 촬영단계 및 상기 모델링 단계 이후에 상기 모델링 단계로부터 획득하는 혈류 모델링 데이터 및 상기 촬영단계를 통해 획득하는 혈관조영영상을 이용하여 혈류 역학 시뮬레이션을 수행하는 시뮬레이션 단계;를 더 포함하는 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법.The method according to claim 1,
And a simulation step of performing hemodynamic simulation using blood flow modeling data obtained from the modeling step after the photographing step and the modeling step and an angiographic image obtained through the photographing step, Modeling of Blood Flow Using.
상기 조영제 주입 정보 계측단계에서 상기 주입 압력, 주입량 및 주입시간을 이용하여 조영제 주입 평균 압력 및 조영제 주입 유량을 계산하는 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법.The method according to claim 1,
Calculating a mean injection pressure of the contrast agent and a injection volume of the contrast agent using the injection pressure, the injection amount, and the injection time in the contrast agent injection information measurement step.
상기 저항값 계산단계에서 상기 관상동맥 분지관에서의 저항값은 상기 조영제 주입 평균 압력 및 조영제 주입 유량을 이용하여 계산하는 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the resistance value in the coronary artery branch tube in the resistance value calculation step is calculated using the contrast injection average pressure and the contrast injection volume.
상기 혈류량 분할값 계산단계에서 상기 관상동맥 분지관에서의 혈류량은 상기 관상동맥 분지관에서의 저항값의 반비례하는 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법.6. The method of claim 5,
Wherein the blood flow volume in the coronary artery branch tube is inversely proportional to the resistance value in the coronary artery branch tube in the blood flow volume division value calculation step.
상기 혈류량 분할값 계산단계에서 상기 관상동맥 분지관에서의 혈류량은 상기 관상동맥 분지관 각각으로 유입되는 혈류량을 계산하거나, 또는 상기 관상동맥 분지관 각각으로 유입되는 혈류량의 비율로 계산하는 선택적 컴퓨터 단층촬영을 이용한 혈류 모델링 방법.The method according to claim 6,
The blood flow volume in the coronary artery branch tube in the calculation of the blood flow volume division value is calculated by calculating a blood flow introduced into each of the coronary artery branch tubes or calculating the ratio of the blood flow into each of the coronary artery branch tubes. Modeling of Blood Flow Using.
심장의 CT 영상을 수신하도록 구성되는 영상 수신부와,
상기 영상 수신부에서 수신된 심장 CT 영상을 처리하도록 구성되는 영상 처리부와,
상기 영상 처리부에서 생성된 혈류 모델링을 디스플레이하도록 구성되는 디스플레이부와, 그리고
상기 영상 수신부, 상기 영상 처리부 및 상기 디스플레이부를 제어하도록 구성되는 제어부
를 포함하고,
상기 영상 처리부는,
관상동맥 분지관에 위치한 도관으로부터 상기 관상동맥 분지관에 조영제를 주입하도록 구성되는 조영제주입유닛;
상기 관상동맥 분지관에 주입되는 조영제의 주입 압력, 주입량 및 주입시간을 계측하도록 구성되는 조영제주입정보 계측유닛;
상기 조영제 주입 정보를 이용하여 상기 관상동맥 분지관에서의 저항값을 계산하도록 구성되는 저항값계산유닛;
상기 관상동맥 분지관에서의 저항값을 이용하여 상기 관상동맥 분지관에서의 혈류량 분할값을 계산하도록 구성되는 혈류량계산유닛; 및
상기 관상동맥 분지관에서의 혈류량 분할값 정보를 이용하여 혈류 모델링을 수행하도록 구성되는 모델링유닛
을 포함하는,
영상 처리 장치.8. An image processing apparatus configured to perform the method according to any one of claims 1 to 7,
An image receiving unit configured to receive a CT image of the heart;
An image processor configured to process a cardiac CT image received by the image receiver;
A display unit configured to display blood flow modeling generated in the image processing unit, and
A control unit configured to control the image receiving unit, the image processing unit,
Lt; / RTI >
Wherein the image processing unit comprises:
A contrast injection unit configured to inject a contrast agent into the coronary artery branch tube from a conduit located in a coronary artery branch tube;
A contrast injection information measuring unit configured to measure an injection pressure, an injection amount, and an injection time of a contrast agent injected into the coronary artery branch tube;
A resistance value calculation unit configured to calculate a resistance value in the coronary artery branch tube using the contrast agent injection information;
A blood flow volume calculation unit configured to calculate a blood flow volume division value in the coronary branch tube using the resistance value in the coronary artery branch tube; And
A modeling unit configured to perform blood flow modeling using the blood flow volume division value information in the coronary artery branch tube;
/ RTI >
Image processing apparatus.
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| US20110130668A1 (en) | 2009-11-27 | 2011-06-02 | Shigeharu Ohyu | Blood flow perfusion analyzing apparatus, blood flow perfusion analyzing method, fluid analyzing apparatus and fluid analyzing method |
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2017
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Patent Citations (2)
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