KR101954272B1 - 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법 - Google Patents

유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101954272B1
KR101954272B1 KR1020160010941A KR20160010941A KR101954272B1 KR 101954272 B1 KR101954272 B1 KR 101954272B1 KR 1020160010941 A KR1020160010941 A KR 1020160010941A KR 20160010941 A KR20160010941 A KR 20160010941A KR 101954272 B1 KR101954272 B1 KR 101954272B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lesion
blood vessel
lesion area
simulation
structure interaction
Prior art date
Application number
KR1020160010941A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170090286A (ko
Inventor
최형권
전병진
이상욱
민 투안 웬
장혁재
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
울산대학교 산학협력단
서울과학기술대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단, 울산대학교 산학협력단, 서울과학기술대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020160010941A priority Critical patent/KR101954272B1/ko
Publication of KR20170090286A publication Critical patent/KR20170090286A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101954272B1 publication Critical patent/KR101954272B1/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16HHEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G16H50/50ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for simulation or modelling of medical disorders
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0033Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0033Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room
    • A61B5/004Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room adapted for image acquisition of a particular organ or body part
    • A61B5/0044Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room adapted for image acquisition of a particular organ or body part for the heart
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/02007Evaluating blood vessel condition, e.g. elasticity, compliance
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/026Measuring blood flow
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1126Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb using a particular sensing technique
    • A61B5/1128Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb using a particular sensing technique using image analysis
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7271Specific aspects of physiological measurement analysis
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/12Arrangements for detecting or locating foreign bodies
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/50Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications
    • A61B6/504Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications for diagnosis of blood vessels, e.g. by angiography
    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16BBIOINFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR GENETIC OR PROTEIN-RELATED DATA PROCESSING IN COMPUTATIONAL MOLECULAR BIOLOGY
    • G16B5/00ICT specially adapted for modelling or simulations in systems biology, e.g. gene-regulatory networks, protein interaction networks or metabolic networks
    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16HHEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G16H50/30ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for calculating health indices; for individual health risk assessment

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)

Abstract

본 발명은 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방에 관한 것으로, 협착 병변이 형성된 혈관에 대한 혈관 영상을 획득하는 촬영단계; 상기 혈관 영상에 대하여 영역화를 수행하는 제1 영역화 단계; 상기 혈관 영상에서 협착 병변이 형성되는 병변 영역을 설정하는 병변 영역 설정단계; 상기 병변 영역에 대하여 영역화를 재수행하는 제2 영역화 단계; 상기 제1 영역화단계를 통해 영역화된 혈관 형상에 대하여 상기 제2 영역화단계를 통해 영역화된 병변 영역을 결합하여 혈류 모델링을 수행하는 모델링 단계; 상기 혈류 모델링 정보를 이용하되 적어도 상기 병변 영역에 대해서는 혈관벽의 운동을 고려하여 혈류역학 시뮬레이션을 수행하는 시뮬레이션 단계;를 포함한다.

Description

유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법{HEMODYNAMICS SIMULATION METHOD BY CONSIDERING FLUID-STRUCTURE INTERACTION IN OCCLUSIVE LESION}
본 발명은 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 협착 병변 영역에서 혈류-혈관 상호작용에 의한 유동장의 변화를 고려하되 협착 병변 영역 이외에서는 고정된 혈관벽 조건으로 혈류 역학 해석을 수행하는 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법에 관한 것이다.
죽상동맥경화증(atherosclerosis)은 혈관의 내피에 콜레스테롤 등에 의해 침착이 발생하고, 혈관 내피세포의 증식이 일어나 혈관 내경이 좁아지거나 막히게 되어 혈류 장애를 일으키는 질환이다.
이러한 죽상동맥경화증이 발전하면, 혈관 내경이 좁아지거나 막힘으로써 혈류 유동에 부정적인 영향을 미치게 되며, 결국 심장이나 뇌에 산소 및 영양분의 공급이 저하되어 협심증 등의 심혈관 질환을 초래한다.
상술한 심혈관 질환은 환자의 급작스런 사망을 초래할 수 있어 주의가 요구되며, 죽상반의 파열위험도 등을 예측하여 미리 대비할 필요가 있다.
현재, 임상에서 사용되는 진단법으로는 혈관 내경의 협착 정도나 혈관벽의 두께를 컴퓨터 단층촬영 혈관조영술(CTA)을 통해 진단하는 해부학적인 측정법이 일반적이나 이를 통해서는 죽상반의 기능적 특성을 파악하고 파열 가능성을 예측하기가 곤란하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 방사성의약품을 활용하여 영상진단하는 새로운 방법이 개발되고 있으나, 환자가 방사능에 노출되는 문제가 존재한다.
한국등록공보 제10-1524955호
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 병변 영역 상에서는 혈관벽의 운동을 고려함으로써 정확한 혈류 모델링을 수행할 수 있는 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 협착 병변이 형성된 혈관에 대한 혈관 영상을 획득하는 촬영단계; 상기 혈관 영상에 대하여 영역화를 수행하는 제1 영역화 단계; 상기 혈관 영상에서 협착 병변이 형성되는 병변 영역을 설정하는 병변 영역 설정단계; 상기 병변 영역에 대하여 영역화를 재수행하는 제2 영역화 단계; 상기 제1 영역화단계를 통해 영역화된 혈관 형상에 대하여 상기 제2 영역화단계를 통해 영역화된 병변 영역을 결합하여 혈류 모델링을 수행하는 모델링 단계; 상기 혈류 모델링 정보를 이용하되 적어도 상기 병변 영역에 대해서는 혈관벽의 운동을 고려하여 혈류역학 시뮬레이션을 수행하는 시뮬레이션 단계;를 포함하는 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법이 제공될 수 있다.
여기서, 상기 병변 영역 설정단계에서 상기 병변 영역은 병변에 구비되는 죽상반의 전후로 혈관 직경의 1배 내지 2배 연장되는 영역으로 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 모델링 단계에서 상기 병변 영역은 병변에 구비되는 죽상반의 구성 성분, 분포 및 상기 죽상반 구성성분 각각의 역학적 물성치를 적용하여 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시뮬레이션 단계에서 상기 병변 영역 이외의 영역에서는 혈관벽의 운동을 배제하여 혈류 모델링을 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시뮬레이션 단계에서 상기 병변 영역은 유체-구조 상호작용 기법에 의하여 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시뮬레이션 단계는 상기 병변 영역에 대한 혈관벽의 구조 응력 분포 및 변형 거동 데이터를 더 획득하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시뮬레이션 단계는 상기 병변에 구비되는 죽상반의 구조적 파열 위험도에 대한 예측 정보를 더 획득하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 협착 병변이 형성된 부위에는 압력파에 의한 혈관벽 운동을 고려함으로써 더 정확한 혈류 데이터를 추출할 수 있다.
또한, 혈류 유동장 정보와 함께 협착 병변 영역에서의 혈관벽의 구조 응력 분포 및 변형 거동에 대한 정보를 동시에 획득할 수 있다.
또한, 협착 병변에 압력파에 의한 혈관벽 운동을 고려함으로써 죽상반의 파열 위험도를 추가적으로 예측할 수 있다.
또한, 단순히 병변 영역에 대해서만 혈관벽 유연성 경계조건을 적용하여 시뮬레이션을 수행하는 것이 아니라, 협착 병변 주위의 혈관벽 유연성 조건을 적용할 영역과 혈관벽 고정 경계조건을 적용할 영역을 유기적으로 결합하여 상대적으로 광범위한 환자 특정 혈관 형상에 의한 혈류유동장 영향을 고려한 역학 시뮬레이션을 수행할 수 있어 보다 정확한 데이터를 추출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법을 개략적으로 도시한 순서도이고,
도 2는 도 1에 따른 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법에서 촬영단계를 통해 획득하는 혈관 영상을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 도 1에 따른 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법에서 제1 영역화단계를 수행한 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 4는 도 1에 따른 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법에서 병변 영역 설정단계를 수행한 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 5는 도 1에 따른 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법에서 제2 영역화단계를 수행한 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 6은 도 1에 따른 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법에서 모델링 단계를 수행한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법(S100)은 적어도 병변이 형성된 영역에서는 혈관벽 운동을 고려하여 혈류역학 시뮬레이션을 수행할 수 있는 것으로서, 촬영단계(S110)와 제1 영역화단계(S120)와 병변 영역 설정단계(S130)와 제2 영역화단계(S140)와 모델링 단계(S150)와 시뮬레이션 단계(S160)를 포함한다.
도 2는 도 1에 따른 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법에서 촬영단계를 통해 획득하는 혈관 영상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 촬영단계(S110)는 협착 병변(L)이 형성된 혈관에 대한 혈관 영상을 획득하는 단계이다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면 촬영단계(S110)는 컴퓨터 단층촬영(Computed Tomography:CT), 선택적 컴퓨터 단층촬영(Selective Computed Tomography) 또는 자기공명영상법(magnetic resonance imaging:MRI)를 이용하여 수행될 수 있다.
가령, 촬영단계(S110)는 컴퓨터 단층촬영(Computed Tomography:CT)으로 수행될 수 있으며, 더 나아가 촬영된 이미지에 대하여 볼륨 렌더링 가시화를 수행할 수 있다.
상술한 방법들은 주지한 방법들이므로, 여기서는 촬영단계(S110)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
한편, 상술한 방식에 제한되는 것은 아니며, 혈관초음파(US)와 같은 비침습적 이미징법 또는 디지털 감산 혈관 조영술(DSA), 광 간섭성 단층촬영기술(Optical Coherence Tomography:OCT), 혈관 내 초음파(IntraVascular UltraSound:IVUS)과 같은 침습적 이미징법을 이용하여 심장 및 관상동맥에서의 영상을 획득할 수 있음은 당연하다.
도 3은 도 1에 따른 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법에서 제1 영역화단계를 수행한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 영역화단계(S120)는 촬영단계(S110)로부터 획득한 혈관 영상에 대하여 영역화를 수행하는 단계이다. 여기서, 영역화라 함은 촬영 영상으로부터 필요한 부분만을 분리하는 과정을 의미한다.
한편, 제1 영역화단계(S120)는 촬영 영상 중에서 협착 병변을 포함하는 영역에 대하여 영역화를 수행하는 것이 바람직하다.
도 4는 도 1에 따른 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법에서 병변 영역 설정단계를 수행한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 병변 영역 설정단계(S130)는 혈관 영상 중에서 병변이 형성되는 병변 영역을 설정하는 단계이다.
여기서 병변 영역은 추후 모델링 단계(S150)에서 혈관벽의 운동을 고려하여 모델링되는 영역으로, 죽상반(P)이 형성된 영역을 포함한다.
즉, 협착 병변 부위 중에서 죽상반(P)이 형성되는 영역을 병변 영역으로 정의할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 병변 영역은 죽상반(P)을 전후로 혈관의 직경의 1배 내지 2배 더 연장되는 영역으로 설정될 수 있다.
더 자세히 설명하면, 병변 영역은 실질적으로 원기둥 형상으로 마련되며, 직경은 혈관의 직경과 실질적으로 동일하다. 병변 영역의 길이는 죽상반(P)의 전단부로부터 혈관의 직경의 1배 내지 2배 더 연장되고, 죽상반(P)의 후단부로부터 혈관의 직경의 1배 내지 2배 더 연장된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 병변 영역은 병변의 전후 ±혈관의 직경의 1배로 마련될 수 있다.
물론, 필요에 따라 병변 영역의 길이는 변경될 수 있으며, 상기와 같은 수치로 제한되는 것은 아니다.
도 5는 도 1에 따른 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법에서 제2 영역화단계를 수행한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 제2 영역화단계(S140)는 병변 영역 설정단계(S130)를 통해 설정된 병변 영역에 대하여 영역화를 재수행하는 단계이다.
자세히 설명하면, 후술할 모델링 단계(S150)에서 혈관벽의 운동을 고려하여 모델링되는 병변 영역에 대해서 영역화를 재수행하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 혈관 영상에 대하여 2번의 영역화를 수행하게 되는데, 이는 제1 영역화단계(S120)에서 설정되는 영역과 제2 영역화단계(S140)에서 설정되는 영역에 대한 해석방법이 달라지기 때문이다. 이에 대해서는 후술한다.
도 6은 도 1에 따른 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법에서 모델링 단계를 수행한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 모델링단계(S150)는 혈관 영상을 이용하여 혈류 모델링을 수행하는 단계로서, 적어도 병변 영역에 대해서는 혈관벽의 운동을 고려하여 혈류 모델링을 수행한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 모델링단계(S150)는 제1 영역화단계(S120)를 통해 영역화된 혈관 형상에 대하여 제2 영역화단계(S140)를 통해 영역화된 병변 영역을 결합하여 혈류 모델링을 수행한다.
여기서, 제2 영역화단계(S140)를 통해 얻어진 병변 영역에 대해서는 죽상반(P)의 성분, 분포, 및 역학적 물성치에 대한 데이터를 적용할 수 있다.
다시 설명하면, 동맥 경화 죽상반은 일반적으로 지질중심부(lipid core), 석회화영역(calcification), 섬유성막(fibrous cap) 등으로 구성되며, 각 성분은 비선형적 재료 변형 특성을 가진다. 이러한 죽상반의 역학적 물성치는 크게 밀도, 비선형 응력/변형도 관계식, 포아송비(Poisson's ration), 영률(Young's modulus) 등을 포함한다.
여기서, 비선형 응력/변형도 관계식은 Mooney-Rivlin 모델을 적용할 수 있으며, 그 외의 다른 비선형 재료 변형 모델을 적용할 수 있다.
기존의 연구에서 상대적으로 큰 지질중심부(lipid core)나 얇은 섬유성막을 가지고 있는 죽상반 병변의 경우 파열 위험도가 상대적으로 높은 것으로 알려져 있다.
즉, 병변 영역에 대하여 죽상반(P)의 구성 성분, 분포, 및 죽상반(P)의 구성 성분 각각의 역학적 물성치에 대한 데이터를 적용하여 추후 시뮬레이션 단계(S160)에서 병변 영역에 대하여 혈관벽의 운동을 고려할 수 있도록 한다.
상기 시뮬레이션 단계(S160)는 상술한 모델링단계(S150)에서 모델링된 혈류 모델링 정보를 이용하되 적어도 병변 영역에 대해서는 혈관벽의 운동을 고려하여 혈류역학 시뮬레이션을 수행하는 단계이다.
더 자세히 설명하면, 제2 영역화단계(S140)를 통해 얻은 병변 영역에 대해서는 상술한 혈관벽 유연성 및 혈관벽 운동을 허용하는 조건을 적용하고, 제1 영역화단계(S120)를 통해 얻은 영상은 병변 영역을 제외한 영역에 대해서는 혈관벽의 운동이 없는 것으로 가정하여 시뮬레이션을 수행한다.
여기서, 병변 영역은 유체-구조 상호작용(Fluid-Structure Interaction Analysis:FSI) 해석에 의하여 수행되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 시뮬레이션 단계(S160)에서는 적어도 병변 영역에 대해서는 혈관벽 운동을 고려하므로 병변 영역에서의 혈관벽의 구조 응력 분포 및 변형 거동 데이터를 더 획득할 수 있다.
더 나아가, 죽상반(P)의 구조적 파열 위험도에 대한 예측 정보까지 추가적으로 획득할 수 있다.
종래에는 모든 혈관에 대하여 혈관벽 운동 경계조건을 적용하여 시뮬레이션을 수행하기도 하였으나, 과다한 컴퓨터 계산량의 요구로 혈관벽 고정 경계조건을 적용하여 시뮬레이션을 수행하는 것이 일반적이었다.
이에, 죽상반의 파열 위험도 등을 예측하기 위해서 매우 제한된 범위, 가령 협착 병변이 형성된 영역에 대해서만 유체-구조 상호작용 시뮬레이션 등을 수행하여 필요한 데이터를 추출하였다.
이와 달리, 본 발명의 일실시예에서는 단순히 병변 영역에 대해서만 혈관벽 운동 경계조건을 적용하여 시뮬레이션을 수행하는 것이 아니라, 협착 병변 주위의 혈관벽 유연성 조건을 적용할 영역과 혈관벽 고정 경계조건을 적용할 영역을 유기적으로 결합하여 상대적으로 광범위한 환자 특정 혈관 형상의 영향을 고려한 혈류역학 시뮬레이션을 수행할 수 있어 보다 정확한 데이터를 추출할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 일실시예는 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 판독가능한 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
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 매체 및 통신 매체를 모두 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 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함할 수 있다.
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.
S100: 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법
S110: 촬영단계 S120: 제1 영역화 단계
S130: 병변 영역 설정단계 S140: 제2 영역화 단계
S150: 모델링 단계 S160: 시뮬레이션 단계

Claims (8)

  1. 협착 병변이 형성된 혈관에 대한 혈관 영상을 획득하는 촬영단계;
    상기 혈관 영상에 대하여 영역화를 수행하는 제1 영역화 단계;
    상기 혈관 영상에서 협착 병변이 형성되는 병변 영역을 설정하는 병변 영역 설정단계;
    상기 병변 영역에 대하여 영역화를 재수행하는 제2 영역화 단계;
    상기 제1 영역화단계를 통해 영역화된 혈관 형상에 대하여 상기 제2 영역화단계를 통해 영역화된 병변 영역을 결합하여 혈류 모델링을 수행하는 모델링 단계;
    상기 혈류 모델링 정보를 이용하되 적어도 상기 병변 영역에 대해서는 혈관벽의 운동을 고려하여 혈류역학 시뮬레이션을 수행하는 시뮬레이션 단계를 포함하고,
    상기 시뮬레이션 단계에 있어서,
    상기 제2 영역화단계를 통해 얻은 병변 영역에 대해서는 혈관벽 유연성 및 혈관벽 운동을 허용하는 조건을 적용하고, 상기 제1 영역화 단계를 통해 얻은 영상은 병변 영역을 제외한 영역에 대해서는 혈관벽의 운동이 없는 것으로 가정하여 시뮬레이션을 수행하고,
    상기 협착 병변이 형성되는 병변 영역주위의 혈관벽 유연성 조건을 적용할 영역과 혈관벽 고정 경계조건을 적용할 영역을 유기적으로 결합하여 환자 특정 혈관 형상의 영향을 고려한 혈류 역학 시뮬레이션을 수행하는 것을 특징으로 하는유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 병변 영역 설정단계에서 상기 병변 영역은 병변에 구비되는 죽상반의 전후로 혈관 직경의 1배 내지 2배 연장되는 영역으로 설정되는 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모델링 단계에서 상기 병변 영역은 병변에 구비되는 죽상반의 구성 성분, 분포 및 상기 죽상반 구성성분 각각의 역학적 물성치를 적용하여 설정되는 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 단계에서 상기 병변 영역 이외의 영역에서는 혈관벽의 운동을 배제하여 혈류 모델링을 수행하는 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 단계에서 상기 병변 영역은 유체-구조 상호작용 기법에 의하여 수행되는 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 단계는 상기 병변 영역에 대한 혈관벽의 구조 응력 분포 및 변형 거동 데이터를 더 획득하는 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 단계는 상기 병변에 구비되는 죽상반의 구조적 파열 위험도에 대한 예측 정보를 더 획득하는 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법.
  8. 제 1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 저장한 프로그램 저장장치.
KR1020160010941A 2016-01-28 2016-01-28 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법 KR101954272B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160010941A KR101954272B1 (ko) 2016-01-28 2016-01-28 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160010941A KR101954272B1 (ko) 2016-01-28 2016-01-28 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170090286A KR20170090286A (ko) 2017-08-07
KR101954272B1 true KR101954272B1 (ko) 2019-03-05

Family

ID=59653833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160010941A KR101954272B1 (ko) 2016-01-28 2016-01-28 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101954272B1 (ko)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8315812B2 (en) 2010-08-12 2012-11-20 Heartflow, Inc. Method and system for patient-specific modeling of blood flow
US10162932B2 (en) * 2011-11-10 2018-12-25 Siemens Healthcare Gmbh Method and system for multi-scale anatomical and functional modeling of coronary circulation
KR101530352B1 (ko) * 2013-04-02 2015-06-22 재단법인 아산사회복지재단 물질특성에 기반한 전산유체역학 모델링 및 분석 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170090286A (ko) 2017-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cantinotti et al. Three-dimensional printed models in congenital heart disease
US10748451B2 (en) Methods and systems for generating fluid simulation models
JP6667999B2 (ja) 画像処理装置、画像処理方法、及びプログラム
Steinman Image-based computational fluid dynamics modeling in realistic arterial geometries
Frauenfelder et al. In-vivo flow simulation in coronary arteries based on computed tomography datasets: feasibility and initial results
JP6829262B2 (ja) 画像ベースの患者固有の血流力学的モデルにおいて解像されていない血管を特定してモデル化するためのシステム及び方法
US10803995B2 (en) Method and system for non-invasive functional assessment of coronary artery stenosis using flow computations in diseased and hypothetical normal anatomical models
CN106063734B (zh) 用于创建支架移植物的方法以及计算和打印单元
EP2925216B1 (en) Stenosis therapy planning
Marlevi et al. Estimation of cardiovascular relative pressure using virtual work-energy
CN110085321A (zh) 对冠脉循环进行多尺度的解剖学和功能建模的方法和系统
KR20150132191A (ko) 시뮬레이션 정확도 및 성능을 위한 이미지 품질 평가
US11026749B1 (en) Computational simulation platform for planning of interventional procedures
EP3359041B1 (en) Mobile ffr simulation
CN110786842B (zh) 测量舒张期血流速度的方法、装置、系统及存储介质
Villa-Uriol et al. Toward integrated management of cerebral aneurysms
Karmonik et al. Computational hemodynamics in the human aorta: a computational fluid dynamics study of three cases with patient-specific geometries and inflow rates
JP2022517995A (ja) 冠動脈における血行動態パラメータの患者固有モデリング
Auricchio et al. A clinically applicable stochastic approach for noninvasive estimation of aortic stiffness using computed tomography data
Celi et al. On the role and effects of uncertainties in cardiovascular in silico analyses
Di Tomaso et al. A multiscale and patient-specific computational framework of atherosclerosis formation and progression: a case study in the aorta and peripheral arteries
US20210259777A1 (en) Computational simulation platform for planning of interventional procedures
KR101530352B1 (ko) 물질특성에 기반한 전산유체역학 모델링 및 분석 방법
Celi et al. An image-based approach for the estimation of arterial local stiffness in vivo
KR101954272B1 (ko) 유체-구조 상호작용을 고려한 협착 병변 영역의 혈류역학 시뮬레이션 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant